JP2016106204A

JP2016106204A - オーバーライド装置を有するアクチュエータの力を増すための装置

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Publication number: JP2016106204A
Application number: JP2016021583A
Authority: JP
Inventors: ディヴィッドアンソニーアーノルド，; Anthony Arnold David
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: CN102753840B; RU2012129358A; NO20120711A1; AU2010337322B2; JP6169735B2; JP2013515935A; CA2785153C; WO2011081722A1; US20110155937A1; EP2519752B1; AU2010337322A1; EP2519752A1; RU2558487C2; CA2785153A1; CN102753840A; MX2012007655A; US8549984B2

Abstract

【課題】高圧用途でも、弁が故障位置にあるときに流量制御部材を所定の位置（例えば、完全閉鎖位置、完全開放位置）に移動させることのできるアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】流体制御システム３００は、第１の通路を介して制御流体供給源を制御アクチュエータ２０２に流体結合するための第１の流体制御装置３１８を含む。制御流体供給源は、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、制御アクチュエータの制御作動部材２０４を第１の方向、または第１の方向と反対の第２の方向に移動するために制御流体を提供する。第２の流体制御装置３５４は、第１の流体制御装置と流体連通し、制御アクチュエータが操作不能状態にあるときに第２の通路を介して制御アクチュエータにオ—バーライド装置２２６を流体結合するように構成される。オーバーライド装置は、制御アクチュエータに動作可能に結合される。【選択図】図３

Description

本開示は、概してアクチュエータに関し、より具体的にはオーバーライド装置を有するアクチュエータの力を増すための装置に関する。

制御弁（例えば、摺動ステム弁、ロータリ弁等）は、プロセス流体の流れを制御するためにプロセス制御システムで一般に使用される。例えばゲート弁、グローブ弁等の摺動ステム弁は、一般的に、弁を通る流体の流れを可能にするための開放位置と、弁を通る流体の流れを防ぐための閉鎖位置との間で、流体経路に配置された流量制御部材（例えば、弁体）を移動する弁茎（例えば、摺動ステム）を有する。制御弁は、一般的に、制御弁を自動化するためのアクチュエータ（例えば、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等）を含む。操作時には、制御ユニット（例えば、位置決め装置）は、流量制御部材を所望される位置に位置付け、弁を通る流体の流れを調節するために、制御流体（例えば空気）をアクチュエータに供給する。アクチュエータは、弁を通る流体の流れを防ぐための完全に閉鎖された位置と、弁を通る流体の流れを可能にするための完全に開放された位置との間の全ストロークを通して流量制御部材を移動してもよい。

実際には、多くの制御弁は、フェイルセーフシステムまたはオーバーライドシステムをともなって実現される。フェイルセーフオーバーライドシステムは、緊急事態、停電、および／または制御流体（例えば、空気）のアクチュエータ（例えば、空気圧アクチュエータ）に対する供給が停止される間、アクチュエータ、ひいては流量制御部材を完全閉鎖位置または完全解放位置のどちらかに移動させることによって、一般的に、プロセス制御システムに保護を提供する。

閉鎖位置では、流量制御部材は、弁を通る流体の流れを防ぐために弁内部に置かれる弁座を係合する。閉鎖位置では、アクチュエータは、座負荷を流量制御部材に与え、流体制御部材を弁座との密封係合に維持するために力を提供する。高圧用途（例えば、弁の入口での高圧プロセス流体）では、アクチュエータによって提供される座負荷が弁座との密封係合に流量制御部材を維持するには不十分であり、それによって弁を通した所望されない漏れが生じることがある。適切なまたは十分な座負荷または開放力を提供することは、弁が故障位置にあるときには特に重要である。故障位置では、アクチュエータは、流量制御部材を所定の位置（例えば、完全閉鎖位置、完全開放位置）に移動させる。

空気に基づく（例えば、空気圧）フェイルセーフシステムは、多くの場合、フェイルセーフ機構またはオーバーライド機構を提供するために複動式の制御アクチュエータで実現される。操作時、空気に基づく（例えば、空気圧）フェイルセーフシステムは、アクチュエータによって提供される十分な力（例えば、座負荷または解放力）の欠如を補償するように構成されてもよい。しかしながら、かかる既知の空気に基づくフェイルセーフシステムは、追加の構成部品（例えば、体積タンク、トリップ弁／切換弁、ボリュームブースタ等）を必要とし、それによって複雑度およびコストを大幅に高める。

他の既知のアクチュエータ（例えば、スプリングリターンアクチュエータ）は、機械的なフェイルセーフ機構を提供する。これらの既知のアクチュエータは、アクチュエータへの制御流体供給が機能しないときに、機械的なフェイルセーフを提供し、ピストンをスト
ロークの運動距離（例えば、完全開放または完全閉鎖）の一方の端に付勢するためにピストンと直接接触する内部ばねを使用する場合がある。しかしながら、長いストロークの用途（例えば、４インチ以上のストローク長）で使用される場合、かかる長ストロークのスプリングリターンアクチュエータは、しばしば不十分な制御を提供する。すなわち、いくつかの用途では、供給流体および制御部材がフェイルセーフばねの付勢力に打ち勝たなければならないため、付勢ばねつまりフェイルセーフばねのバネ定数は、アクチュエータ性能を劣化させるのに十分な場合がある。実際には、長いストロークのアクチュエータは、多くの場合、長いストローク長さに対応するために（つまり、ばねがストロークの長さを圧縮できるように）より小さいまたはより低いバネ定数を有する戻しばねを使用する。しかしながら、これらの長いストロークのアクチュエータでは、より低いバネ定数は、システム故障時に、流量制御部材を弁座と密封係合させ、弁を通る漏れを防ぐ（または弁を通る流体の流れを可能にするための完全開放）には不十分な座負荷または力をもたらし、それによって不十分なフェイルセーフシステムを提供する。

一例では、弁とともに使用するための例示の流体制御システムは、第１の通路を介して制御流体供給源を制御アクチュエータに流体結合するための第１の流体制御装置を含む。制御流体供給源は、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、第１の方向、または第１の方向と反対の第２の方向に制御アクチュエータの制御アクチュエータ部材を移動するために制御流体を提供する。第２の流体制御装置は、第１の流体制御装置と流体連通し、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、第２の通路を介してオーバーライドアクチュエータを制御アクチュエータに流体結合するように構成される。オーバーライドアクチュエータは、制御アクチュエータに動作可能なように結合される。

別の例では、本明細書に説明される例示の流体制御システムは、制御流体がオーバーライドアクチュエータを記憶位置に移動させ、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに制御アクチュエータを第１の位置と第２の位置との間で移動させるように、制御流体を制御アクチュエータに、および制御アクチュエータに動作可能なように結合されているオーバーライドアクチュエータに流体結合するために通路を含む。流体制御装置は、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに制御アクチュエータとオーバーライドアクチュエータとの間での流体の流れを防ぐために、および制御オーバーライドアクチュエータからの制御流体が、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、制御アクチュエータによって提供される力を増すために制御アクチュエータに作用するように、オーバーライドアクチュエータを制御アクチュエータに流体結合し、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに制御アクチュエータとオーバーライドアクチュエータとの間の流体の流れを可能にするために、通路に結合されている。

さらに別の例では、本明細書に説明される流体制御システムは、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、制御流体が、第１の位置と第２の位置との間で制御アクチュエータを移動させるためとなるように、加圧された制御流体を制御アクチュエータに流体結合するための第１の手段を含む。また、システムは、制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、オーバーライド装置を記憶位置に移動させるために、加圧された制御流体をオーバーライド装置に流体結合するための第２の手段も含む。さらに、流体結合するための第２の手段は、オーバーライド装置から流体結合するための第１の手段への流体の流れを選択的に可能にし、流体結合するための第１の手段は、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、流体結合のための第２の手段から制御アクチュエータへの流体の流れを選択的に可能にする。

既知の制御弁、および空気に基づくフェイルセーフシステムを有するアクチュエータを示す図である。既知の制御弁、および空気に基づくフェイルセーフシステムを有するアクチュエータを示す図である。本明細書に説明される例示のアクチュエータ装置を示す図である。本明細書に説明される例示の流体制御システムで実現される図２の例示のアクチュエータ装置の断面図であり、操作可能な状態にあるアクチュエータ装置を示す図である。図２および図３の例示のアクチュエータ装置の別の断面図であり、操作不能状態にあるアクチュエータ装置を示す図である。本発明に説明される別の例示の流体制御システムで実現される図２の例示のアクチュエータ装置を示す図である。

本明細書に説明される例示のシステムおよび装置は、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、例えば、弁の流量制御部材上の制御アクチュエータによって与えられる力（例えば、座負荷または開放力）を増す。さらに、本明細書に説明される例示のシステムおよび装置は、制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、（例えば、制御アクチュエータからの制御流体の放出を実質的に防ぐことによって）制御アクチュエータとオーバーライド装置との間に実質的に閉鎖系を提供する。したがって、本明細書に説明される例示のシステムおよび装置は、制御アクチュエータが操作不能な状況にあるときに、かなりの期間または長期間、流量制御部材の上に与えられる増加した力を提供できる。

さらに、本明細書に説明される例示の装置は、既知のフェイルセーフシステムと関連付けられる、上述された構成部品のような複雑で高価な構成部品を必要としないオーバーライド装置またはフェイルセーフ制御装置を提供する。本明細書に説明される例示の装置は、任意の弁ストローク長および用途（例えば、オン／オフ用途、スロットリング用途等）に対応することがあるが、本明細書に説明される例示の装置は、（例えば８インチを超える）長いストローク長を有する流体制御機器（例えば、弁）を用いるスロットリング用途での使用のために特に有用である。

例示の装置をさらに詳細に説明する前に、既知の制御弁アセンブリ１００の簡略な説明が、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃと関連して提供される。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、既知の制御弁アセンブリ１００は、弁１０４をストロークする、つまり操作するためのアクチュエータ１０２を含む。図１Ａに示されるように、弁１０４は、入口１１２と出口１１４との間に流体流れ通路を提供するオリフィス１１０を画定するために配置される弁座１０８をその中に有する弁本体１０６を含む。動作可能に弁茎１１８に結合された流体制御部材１１６は、入口１１２と出口１１４との間の流体の流れを可能にするために、（例えば、図１Ａの向きで弁座１０８から離れる）第１の方向に移動し、入口１１２と出口１１４との間の流体の流れを制限する、または防ぐために、(例えば、図１Ａの向き
で弁座１０８に向かう）第２の方向に移動する。したがって、制御弁１００を通して許容される流量は、弁座１０８に対する流量制御部材１１６の位置によって制御される。ケージ１２０は、流量制御部材１１６を摺動自在に受け入れ、流体に特定の流れ特性を与えるために（例えば、容量を制御するために、ノイズを低減するために、キャビテーションを低減するために等）入口１１２と出口１１４との間に配置される。ボンネット１２２は、ファスナ１２４を介して弁本体１０６に結合され、弁１０４をアクチュエータ１０２のヨーク１２６に結合する

図１Ｂに示されるアクチュエータ１０２は、一般に複動式ピストンアクチュエータと呼ばれる。アクチュエータ１０２は、アクチュエータステム１２８を介して流量制御部材１１６（図１Ａ）に動作可能なように結合されるピストン（不図示）を含む。ステムコネクタ１３１は、アクチュエータステム１２８および弁茎１１８に結合されてもよく、弁座１
０８に対するアクチュエータ１０２の位置、したがって流量制御部材１１６の位置（例えば、開放位置、閉鎖位置、中間位置等）を示すために移動インジケータ１３０を含んでもよい。図１Ａおよび図１Ｂの例示の制御弁アセンブリ１００は、フェイルセーフシステム１３２を含む。フェイルセーフシステム１３２は、（例えば、制御ユニットがアクチュエータ１０２に制御流体を提供できない場合等）緊急事態の間に流量制御部材１１６を所望の位置に移動させることによってプロセス制御システムに保護を提供する。

図１Ｃは、フェイルセーフシステム１３２を実現するための既知の流体制御システム１３４を示す。この例では、フェイルセーフシステム１３２は、アクチュエータ１０２および体積タンク１３８と流体連通するトリップ弁１３６を含む、空気に基づくフェイルセーフシステムである。トリップ弁１３６は、第１の、つまり上部ダイアフラム１４０およびトリップ弁１３６のハウジング１４４の内部に配置される下部ダイアフラム１４２を含む。上部ダイアフラム１４０は、排出口１５０への流体の通路を提供するためにそこを通る開口１４８を有する弁座１４６に動作可能なように結合される。第１の流量制御部材１５２は、開口１４８を通る流体の流れを防ぐために弁座１４６と係合し、開口１４８を通る流体の流れを可能にするために弁座１４６から遠ざかる。制御ばね１５４は、ダイアフラム１４０の第１の側１５６を（図１Ｃの向きで）下部ダイアフラム１４２に向かって付勢し、弁体のばね１５７は第１の流量制御部材１５２を弁座１４６に向かって付勢する。

トリップ弁１３６は、ハウジング１４４の内部に配置され、それぞれのステム１６２および１６４を介して下部ダイアフラム１４２に動作可能なように結合される、第２の流体制御部材１５８および第３の流体制御部材１６０を含む。第２の流体制御部材１５８は、ポートＡとポートＢとの間の流体の流れを可能にし、ボートＣを通る流体の流れを防ぐための第１の位置と、ポートＢとポートＣとの間の流体の流れを可能にし、ポートＡを通る流体の流れを防ぐための第２の位置との間で移動する。同様に、第３の流体制御部材１６０は、ポートＤとポートＥとの間の流体の流れを可能にし、ポートＦを通る流体の流れを防ぐための第１の位置と、ポートＥとポートＦとの間の流体の流れを可能にし、ポートＤを通る流体の流れを防ぐための第２の位置との間で移動する。

第１の通路１６６は、制御流体を制御流体供給源（不図示）から、上部ダイアグラム１４０と流体連通するトリップ弁１３６の下部チャンバ１７０に、および下部ダイアフラム１４２と流体連通するトリップ弁１３６の上部チャンバ１７２に流体結合する。第１の通路１６６は、制御流体を制御ユニットつまり位置決め装置１６８にも流体結合する。第２の通路１７４は、位置決め装置１６８からポートＤおよびポートＥを介してアクチュエータ１０２の第１のつまり下部チャンバ１７６に制御流体を流体結合する。第３の通路１７８は、位置決め装置１６８から、ポートＡおよびポートＢを介してアクチュエータ１２０の第２のつまり上部チャンバ１８０に制御流体を流体結合する。第４の通路１８２は、ポートＣおよびポートＢを介してアクチュエータ１０２の上部チャンバ１８０に体積タンク１３８を流体結合する。

体積タンク１３８は、第１の通路１６６を介して制御流体供給源に流体結合され、アクチュエータ１０２が操作可能な状態にあるときに（つまり、制御流体供給源がアクチュエータ１０２に加圧された制御流体を提供するときに）加圧された制御流体を保管する。チェッキ弁１８４は、第１の通路１６６と体積タンク１３８との間に配置され、体積タンク１３８内の制御流体の圧力が第１の通路１６６内の制御流体の圧力よりも大きいときに、体積タンク１３８内の加圧された制御流体が、第１の通路１６６内で流れないようにする。

操作時、図１Ａから図１Ｃを参照すると、制御流体供給源は、第１の通路１６６を介して位置決め装置１６８に制御流体を提供し、トリップ弁１３６の下部チャンバおよび上部
チャンバ１７０および１７２に負荷を与える。制御流体の圧力は、制御ばね１５４を介して、上部ダイアフラム１４０の第１の側１５６にかけられる力よりも大きい力を上部ダイアフラム１４０の第２の側にかけ、流量制御部材１５２を弁座１４６と係合させ、排出口１５０を通る流体の流れを防ぐ。さらに、上部チャンバ１７２内の制御流体は、下部ダイアフラム１４２、したがって第２の流量制御部材および第３の流量制御部材１５８および１６０を、それぞれのポートＣおよびポートＦに向かって移動させ、ポートＣおよびポートＦを通る流体の流れを防ぎ、ポートＡとポートＢと、およびポートＣとポートＤとを通る流体の流れを可能にする。このようにして、位置決め装置１６８からの制御流体は、第３の通路１７８ならびにポートＡおよびポートＢを介してアクチュエータ１０２の上部チャンバ１８０に流れ、位置決め装置１６８からの制御流体は、第２の通路１７４ならびにポートＤおよびポートＥを介してアクチュエータ１０２の下部チャンバ１７６に流れる。

位置決め装置１６８は、サーボを介してフィードバックセンサ（不図示）に動作可能なように結合され、フィードバックセンサによって提供される信号に基づいてアクチュエータ１０２のピストン１８７の上方および／または下方で供給される制御流体の量を制御してもよい。結果的に、ピストン１８７の両側の圧力差が、流量制御部材１１６が弁座１０８と密封係合している閉鎖位置と、流量制御部材１１６が弁座から離間されている、または分離されている完全開放、つまり最大流量位置との間で流量制御部材１１６の位置を変えるために、第１の方向または第２の方向のどちらかにピストン１８７を移動させる。さらに、操作時に、制御流体供給源は、第１の通路１６６を介して体積タンク１３８に加圧されている制御流体を提供する。

トリップ弁１３６は、制御流体供給源によって提供される制御流体の圧力を感知する。制御流体の圧力が所定値（例えば、制御ばね１５４を介して設定される値）を下回ると、トリップ弁１３６は閉鎖系を提供し、体積タンク１３８をアクチュエータ１０２に流体結合する。

例えば、制御流体供給源が故障すると、トリップ弁１３６の上部チャンバおよび下部チャンバ１７０および１７２は、制御流体によって負荷を与えられなくなる。この場合、制御ばね１５４は、上部ダイアフラム１４０、したがって流量制御部材１５２を弁座１４６から離れるように移動し、排出口１５０を通る流体の流れを可能にする。結果的に、上部チャンバ１７２内の制御流体は、通路１８８を介して排出口１５０を通って、および開口１４８を通って放出される。上部チャンバ１７２内の流体が使い果たされると、それぞれの第２の流量制御部材および第３の流量制御部材１５８および１６０に動作可能なように結合されるばね１９０および１９２が、流量制御部材１５８および１６０を第２の位置に（つまり、それぞれのポートＣおよびポートＦから離れるように）移動させ、それによってそれぞれのポートＡおよびポートＤを通る流体の流れを遮断する。

第２の流量制御部材１５８が第２の位置にあるとき、ポートＣおよびポートＢは、第４の通路１８２および第３の通路１７８の第１の部分１９４を介してアクチュエータ１０２の上部チャンバ１８０に体積タンク１３８を流体結合する。また、第３の流量制御部材１６０が第２の位置にあるとき、ポートＥおよびポートＦは、ポートＦおよび第２の通路１７４の第１の部分１９６を介してアクチュエータ１０２の下部チャンバ１７６を大気圧に流体結合する。体積タンク１３８は、流量制御部材１１６を開放位置、閉鎖位置、または中間位置に移動するために、保管されていた加圧制御流体をアクチュエータ１０２に供給する。代わりに、故障位置でトリップ弁１３６が、アクチュエータ１０２に流量制御部材１１６を最後の制御位置にロックさせるまたは保持させるように、体積タンク１３８は取り除かれてもよく、ポートＣおよびポートＦは（例えば、弁体を介して）遮断されてもよい。

空気に基づくフェイルセーフシステム１３２は非常に効果的であるが、空気に基づくフェイルセーフシステム１３２は設置するのが複雑であり、追加の配管、スペース要件、保守等を必要とし、それによってコストを増加させる。さらに、空気に基づくフェイルセーフシステム１３２とともに使用される体積タンク１３８は、しばしば圧力容器として分類されるため、一般的に定期的な認証（例えば、年１回の認証）を必要とし、追加の費用および時間を生じさせる。さらに、フェイルセーフシステム１３２は、いくつかの用途では所望される、または要求されることがある一次的な（例えば、ばねに基づく）機械的なフェイルセーフを提供しない。

他の例では、長いストロークのアクチュエータは、一次的な機械的フェイルセーフを提供するために、アクチュエータ１０２の作動部材（例えば、ピストン）に動作可能なように結合される付勢ばねまたはフェイルばねを含んでもよい。しかし、かかる付勢ばねは、一般的に、アクチュエータ１０２への制御流体の損失または障害時に、流体制御部材１１６に弁座１０８を密封係合させるほど十分なスラストまたは力を欠いている（例えば、適切な座負荷を与えることができない）。したがって、かかる既知の付勢ばねは、一般的に、例えばフェイルセーフシステム１３２等の補足的なフェイルセーフシステムを必要とする。

図２は、本書に説明される例示のシステムまたは装置とともに使用されてもよい例示のアクチュエータ装置２００を示す。例示のアクチュエータ装置２００は、例えば、摺動ステム弁（例えば、ゲート弁、グローブ弁等）、ロータリ弁（例えば、バタフライ弁、ボール弁、円板弁等）等の流量制御機器、および／または任意の他の流量制御機器または装置を操作する、または駆動するために使用されてもよい。例えば、図２の例示のアクチュエータ装置２００は、図１Ａの例示の弁１０４を操作する、または駆動するために使用されてもよい。

この例では、アクチュエータ装置２００は、複動式アクチュエータとして構成される第１のつまり制御アクチュエータ２０２を含む。他の例では、制御アクチュエータ２０２は、スプリングリターンアクチュエータまたは任意の他の適切なアクチュエータであってもよい。制御アクチュエータ２０２は、第１のチャンバ２０８および第２のチャンバ２１０を画定するためにハウジング２０６の内部に配置される制御作動部材２０４（例えば、ピストンまたはダイアフラム）を含む。第１のおよび第２のチャンバ２０８および２１０は、制御流体（例えば、加圧空気）を受け入れ、第１のチャンバおよび第２のチャンバ２０８および２１０内の制御流体によって生じる制御作動部材２０４の両側での圧力差に基づいて、第１または第２の方向に制御作動部材２０４を移動する。制御アクチュエータ２０２は、例えば、弁ステム２１４を介して弁（例えば、図１Ａの弁１０４）の流量制御部材（例えば、図１Ａの流量制御部材１１６）に動作可能なように結合されるステム２１２を含む。

図示されるように、アクチュエータシステム２１２は、第２のアクチュエータステム部分２１８に結合される第１のアクチュエータステム部分２１６を含む。他の例では、アクチュエータステム２１２は、単一構造または一体成形構造であってもよい。第１のアクチュエータステム部分２１６は、第１の端部２２０で制御作動部材２０４に結合され、第２の端部２２２で第２のアクチュエータステム部分２１８に結合される。運動距離インジケータ２２４は、弁座（例えば、図１Ａの弁座１０８）に対する制御作動部材２０４の位置、したがって流量制御部材の位置を決定するために、第２のアクチュエータステム部分２１８および弁茎２１４に結合されてもよい（例えば、開放位置、閉鎖位置、中間位置等）。

例示のアクチュエータ装置２００は、第２のアクチュエータまたはオーバーライド装置
２２６を含む。図示されるように、オーバーライド装置２２６は、第３のチャンバ２３２および第４のチャンバ２３４を画定するために、その中に配置されるオーバーライド作動部材２３０（例えば、ピストン、ダイアフラムプレート等）を有するハウジング２２８を含む。第３のチャンバ２３２は、オーバーライド作動部材２３０の第１の側２３６に力をかけ、オーバーライド作動部材２３０を第１の方向に移動させるため、または（例えば図２から図３に示されるような）記憶位置にオーバーライド作動部材２３０を保持させるために制御流体（例えば、加圧空気、油圧油等）を受け入れる。

付勢要素２３８（例えば、ばね）は、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力が、オーバーライド作動部材２３０の第２の側つまり表面２４０に対して付勢要素２３８によってかけられる力未満である力を第１の側２３６に対してかかるときに（例えば、第３のチャンバ２３２内の制御流体が除去されるときに）、オーバーライド作動部材２３０が第２の方向に移動するように、オーバーライド作動部材２３０を第１の方向に対向する第２の方向に付勢するために第４のチャンバ２３４内に配置される。言い換えると、オーバーライド作動部材２３０は、第３のチャンバ２３２に制御流体を提供できない制御流体供給源に応えて、（例えば、図４から図５に示される）所定の位置に移動する。また、オーバーライド作動部材２３０は、第３のチャンバ２３２を少なくとも部分的に画定し、第３のチャンバ２３２内の制御流体が第４のチャンバ２３４に漏れるのを防ぐために、周囲シール２４４および２４５（例えば、Ｏリング）を含んでもよい。

図２の例では、付勢要素２３８は、ばね座２４６とばね保持キャニスタ２４８との間に配置されるばねとして示される。オーバーライド作動部材２３０、付勢要素２３８、ばね座２４６、およびキャニスタ２４８は、ハウジング２２８の高さまたはサイズに実質的に等しい高さに事前に組み立てられてもよい。このようにして、キャニスタ２４８は、付勢要素２３８が、保守または修理のための分解中にハウジング２２８を出るのを防ぐことによって例示のアクチュエータ装置２００の組み立ておよび保守を容易にする。キャニスタ２４８は、キャニスタ２４８が、付勢要素２３８が圧縮されるまたは伸長するときに、オーバーライド作動部材２３０とともに移動する（例えば、摺動する）ように、ロッド２５０（例えば、ボルト）を介してばね座２４６に摺動自在に結合される。

この例では、オーバーライド作動部材２３０は、アクチュエータステム２１２を摺動自在に受け取るために開口２５２を有するピストンとして示される。他の例では、オーバーライド作動部材２３０は、ダイアフラムまたは任意の他の適切な作動部材であってもよい。

例示のアクチュエータ装置２００は、コネクタまたは結合部材２５６も含む。示されている例では、結合部材２５６は、第１のアクチュエータステム部分２１６および第２のアクチュエータステム部分２１８を結合する。結合部材２５６は、リップ部分、つまり環状の突出部材２６０を有する円筒形の本体２５６を有する。さらに詳しく以下に説明されるように、結合部材２５６は、制御流体供給源の障害に応えて（つまり、制御アクチュエータ２０２が操作不能な状態にあるときに）オーバーライド装置２２６の一部と係合することができる。例えば、図示されるように、結合部材２５６は、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに、リップ部分２６０が、オーバーライド部材２３０および制御作動部材２０４を動作可能なように結合するためにキャニスタ２４８と係合できるように、ばね座２４６とオーバーライド作動部材２３０との間に配置される。しかしながら、他の例では、結合部材２５６は、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに、リップ部分２６０が、制御作動部材２０４を表面２６２に向かって移動させるためにオーバーライド作動部材２３０と係合できるように、オーバーライド作動部材２３０とハウジング２２８の表面２６２との間に配置されてもよい。

他の例では、結合部材２５６は、単一のもしくは単独の部品または構造としてアクチュエータステム２１２と一体に形成されてもよい。他の例では、アクチュエータステム２１２は、オーバーライド作動部材２３０および／またはキャニスタ２４８を係合するためにフランジ付き端部を含んでもよい。さらに他の例では、結合部材２５６は、任意の他の適切な形状であってもよく、かつ／または制御アクチュエータ２０２が操作不能な状態にあるときに、制御作動部材２０４およびオーバーライド作動部材２３０を動作可能なように、および選択的に結合する任意の適切なコネクタであってもよい。

図示されるように、ハウジング２０６のフランジ２６６は、ファスナ２７０を介してハウジング２２８の第１のフランジ２６８に結合される。しかしながら、他の例では、フランジ２６６およびフランジ２６８は、単一の部品または構造として一体に形成されてもよい。同様に、ハウジング２２８は、例えば、ボンネットまたはヨーク部材２７６のフランジ２７４にハウジング２２８を結合するために第２のフランジ２７２を含む。ただし、他の例では、フランジ２７２および２７４は、単独の部品または構造として一体に形成されてもよい。

図２の例のアクチュエータ装置２００は、例えば、図１Ａの弁１０４等の弁に結合されるときに故障時閉構成を提供する。故障時閉構成は、流量制御部材１１６を弁座１０８（例えば閉鎖位置）に密封係合させ、弁１０４を通る流体の流れを防ぐ。言い換えると、例示のアクチュエータ装置２００（弁１０４に結合されているとき）は、所定の位置で、アクチュエータ装置２００が、流量制御部材１１６を弁座１０８に向かって移動させ、弁１０４を通る流体の流れを防ぐように構成される。しかしながら、他の例では、例示のアクチュエータ装置２００は故障時開アクチュエータとして構成されてもよい。故障時開構成では、アクチュエータ装置２００は、所定のまたは故障位置（例えば、完全開放位置）で、アクチュエータ装置２００が、制御部材１１６を弁座１０８から離れるように移動し、弁１０４および／もしくは任意の他の適切な、または所望される中間位置を通る流体の流れを可能にするように構成されてもよい。

故障時開構成では、オーバーライド作動部材２３０、ばね座２４６、付勢要素２３８、およびキャニスタ２４８の配向は、図２に示される配向に対して逆に（例えば、反転）されてもよい。この構成では、結合部材２５６は、結合部材２５６（例えば、リップ部分２６０）が（例えば、凹部２６４を介して）オーバーライド作動部材２３０を係合し、制御アクチュエータ２０２が操作不能な状態にあるときに、オーバーライド作動部材２３０を制御作動部材２０４に動作可能なように結合するように、オーバーライド作動部材２３０と、ハウジング２２８の表面２７８との間に配置されてもよい。かかる例示の構成は、参考によりその全体が本明細書に組み込まれる、２００９年１月２７日に出願された米国特許出願整理番号第１２／３６０，６７８号に説明されている。

図３は、本明細書に説明される例示の流体制御システムまたは装置３００で実現される図２の例示のアクチュエータ装置２００を示し、操作可能な状態にある制御アクチュエータ２０２を示す。図４は、操作不能な状態にある制御アクチュエータ２０２を示す。

例示の流体制御システム３００は、制御アクチュエータ２０２が操作可能状態にあるときに制御アクチュエータ２０２の正常な動作を可能にするように構成され、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに、制御アクチュエータ２０２とオーバーライド装置２２６とを流体結合する。制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるとき、流体制御システム３００は、オーバーライド装置２２６と制御アクチュエータ２０２（例えば、制御アクチュエータ２０２のチャンバ）との間で閉鎖系を提供する（例えば、システム３００からの制御流体の放出を防ぐ）。結果的に、流体制御システム３００は、オーバーライドアクチュエータ２２６の制御流体が、制御アクチュエータ２０２に流れ、制御ア
クチュエータ２０２が操作不能状態または故障状況にあるときに、弁（例えば、図１Ａの弁１０４）の流量制御部材（例えば、図１Ａの流量制御部材１１６）上に増加した力（例えば、増加した座負荷または開放力）を提供できるようにする。制御流体の放出を防ぐことによって、制御アクチュエータは、かなりの期間または長期間、流量制御部材の上に増加した力を与えることができる。

図３を参照すると、制御アクチュエータ２０２は、制御作動部材２０４を、第１の表面３０６と第２の表面３０８との間で移動させるために、第１のチャンバ２０８が第１のポート３０２を介して制御流体（例えば、加圧された空気、作動油等）を受け取る、および／または第２のチャンバ２１０が第２のポート３０４を介して制御流体を受け取るときに、操作可能な状態にある。制御作動部材２０４の、第１の表面３０６と第２の表面３０８との間の運動距離の長さは、制御アクチュエータ２０２の完全ストローク長である。いくつかの例では、制御アクチュエータ２０２の完全ストローク長は、８インチよりも大きくてもよい。

流体制御システム３００は、制御流体供給源３１２を制御アクチュエータ２０２に流体結合するために通路３１０ａ（例えば、管系）、および流体供給源３１２をオーバーライド装置２２６に流体結合するために経路３１０ｂを含む。経路３１０ｂは、制御流体がポート３１６を介して流体供給源３１２からオーバーライド装置２２６の第３のチャンバ２３２に流れることを可能にするが、第３のチャンバ２３２から流体供給源３１２への流体の流れを防ぐ、一方向弁３１４（例えば、チェッキ弁）を含む。また、一方向弁３１４は、第３のチャンバ２３２内の流体を、通路３２０を介して第１の流体制御装置つまり弁システム３１８と流体連通させる。

この例では、弁システム３１８は、三方弁３２２（例えば、スナップ作動三方弁）、および弁３２４を含む。三方弁３２２は、通路３２０に流体結合される第１のポート３２６、通路３３０に流体結合される第２のポート３２８、および通路３３６を介して弁３２４の第１のポート３３４に流体結合される第３のポート３３２を含む。三方弁３２２の感知チャンバ３３８は、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力を感知するために、感知経路３４０を介して第３のチャンバ２３２内の制御流体と流体連通する。三方弁３２２は、ポート３２６とポート３２８との間の流体の流れを選択的に可能にし、感知チャンバ３３８が、弁３２２の（例えば、制御ばねによって設定される）所定の閾値圧力値よりも大きい、制御流体の圧力を感知するときにポート３３２を通る流体の流れを防ぐように構成される。例えば、三方弁３２２は、ダイアフラム、および三方弁３２２の流量制御部材を、ポート３２６とポート３２８との間の流体の流れを可能にし、感知チャンバ３３８内に配置されるダイアフラムの第１の側によって感知される所定の圧力値の範囲でポート３３２を通る流体の流れを防ぐための第１の位置に移動させるように構成されるばねアクチュエータを含んでもよい。このようにして、第３のチャンバ２３２内部の圧力変動が、第３のチャンバ２３２内部の圧力が三方弁３２２のバネによって設定される所定の事前設定圧力未満になるまで、三方弁３２２に、ポート３２６とポート３３２との間の流体の流れを防がせる。

弁３２４は、感知通路３４４および第２のポート３４６を介して、流体供給源３１２に流体結合される感知チャンバ３４２を含む。制御流体が加圧された空気であるとき、第２のポート３４６は大気圧に放出してもよい。しかしながら、他の例では、制御流体が作動油であるとき、ポート３４６は、制御流体供給源３１２に流体結合されていてもよい油圧システムまたは貯油槽に流体結合されてもよい。この例では、弁３２４は故障時開弁であり、流体供給源３１２によって提供される感知チャンバ内３２４の制御流体の圧力が（例えば、弁３２４の付勢要素を介して設定される）所定の圧力未満であるときに、第１のポート３３４と第２のポート３４６との間の流体の流れを可能にする。したがって、操作時
、所定の圧力よりも大きい感知チャンバ３４２内の制御流体の圧力は、ポート３３４とポート３４６との間の流体の流れを防ぐために弁３２４を閉鎖位置に移動させる。

また、この例では、制御流体は、制御ユニットつまり位置決め装置３４８を介して制御アクチュエータ２０２に流体結合される。位置決め装置３４８は、通路３１０ａを介して供給源３１２から制御流体を受け取り、通路３５０を介して第１のチャンバ２０８に、および通路３５２を介して第２のチャンバ２１０に制御流体を提供する。

第２の流体制御装置または弁システム３５４は、制御アクチュエータ２０２が操作可能状態にあるときに制御アクチュエータ２０２に位置決め装置３４８を流体結合し、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに第３のチャンバ２３２および第１のチャンバ２０８を流体結合する。この例では、第２の弁システム３５４は、（例えば、図１Ｃのトリップ弁１３６に類似する）トリップ弁３５６である。しかしながら、他の例では、第２の弁システム３５４は、制御アクチュエータ２０２が操作可能な状態にあるときに、制御流体供給源３１２に制御アクチュエータ２０２の第１のおよび／または第２のチャンバ２０８および２１０を流体結合するために、および制御アクチュエータ２０２が操作不能な状態にあるときに、第１のチャンバ２０８と第３のチャンバ２３２とを流体結合し、閉鎖流体系を提供するために、複数の流体流量制御機器および／または任意の他の適切な弁システムであってもよい。トリップ弁３５６の動作および構成部品は、図１Ｃに関連して説明される例示のトリップ弁１３６の動作および構成部品に実質的に類似している。したがって、トリップ弁３５４の説明はここでは繰り返されない。代わりに、関心のある読者には図１Ｃに関連した上記の対応する説明が照会される。

この例では、トリップ弁３５６は（例えば、図１Ｃのチャンバ１７０および１７２を介して）、通路３５８を介して流体供給源３１２に流体結合される。この例では、トリップ弁３５６は通路３５８および３１０ａを介して供給源３１２から制御流体を受け取ると、トリップ弁３５６は、ポートＡとポートＢとの間の流体の流れを選択的に可能にし、ポートＣを通る流体の流れを防ぎ、ポートＤとポートＥとの間の流体の流れを可能にし、ポートＦを通る流体の流れを防ぐ。しかしながら、トリップ弁３５６に提供される制御流体の圧力が、所定の力（例えば、図１Ｃの制御ばね１５４によって提供される力）未満である力を提供するとき、トリップ弁３５６は、ポートＢとポートＣとの間、およびポートＥとポートＦとの間の流体の流れを可能にし、ポートＡおよびポートＤを通る流体の流れを防ぐ。この例では、ポートＦは大気圧に流体結合され、ポートＣは通路３３０を介して三方弁３２２の第２のポート３２８に流体結合される。しかしながら、いくつかの例では、制御流体が作動油である場合、ポートＦは油圧システムもしくは貯油槽、および／または制御流体供給源３１２に流体結合されてもよい。

操作時、位置決め装置３４８、トリップ弁３５６、および第３のチャンバ２３２は、それぞれの通路３１０ａ、３５８、および３１０ｂを介して流体供給源３１２から加圧された制御流体を受け取る。制御流体の圧力が、トリップ弁３５６の所定の圧力値よりも大きいとき、トリップ弁３５６は、ポートＡとポートＢの間、およびポートＤとポートＥとの間の流体の流れを可能にし、ポートＣおよびポートＦを通る流体の流れを防ぐ。また、オーバーライド作動部材２３０の第１の側２３６に対して、ばね２３８によって提供されるオーバーライド作動部材２３０の第２の側２４０にかけられる力よりも大きい力をかける制御流体の圧力は、オーバーライド装置２０６を図３に示される記憶位置に移動させる。

この例では、位置決め装置３４８は、アクチュエータアセンブリ２００に結合される弁の流量制御部材を所望される位置に位置決めし、弁を通る流体の流れを調節するために、制御アクチュエータ２０２に制御流体（例えば、空気）を提供する（つまり、供給する）。所望される位置は、センサ（例えば、フィードバックセンサ）、制御室等からの信号に
よって提供されてもよい。例えば、フィードバックセンサ（不図示）は、制御アクチュエータ２０２、したがって弁の流量制御部材の位置を示すために位置決め装置３４８に信号（例えば、機械信号、電気信号等）を提供するように構成されてもよい。操作時、位置決め装置３４８は、サーボを介してフィードバックセンサに動作可能なように結合され、フィードバックセンサによって提供される信号に基づき、第１のおよび／または第２のチャンバ２０８および２１０に供給される制御流体の量を制御するためにフィードバックセンサから信号を受信するように構成されてもよい。

位置決め装置３４８は、制御作動部材２０４の両側に圧力差を生じさせ、制御作動部材２０４を、表面３０８に向かう第１の方向、または表面３０６に向かう第１の方向とは反対の第２の方向のどちらかに移動させるために、それぞれの通路３５０および３５２を介して第１のチャンバ２０８および／または第２のチャンバ２１０に制御流体を供給する、またはそれらから制御流体を排出する。位置決め装置３４８は、フィードバックセンサによって提供される信号に基づき、第１のおよび／または第２のチャンバ２０８および２１０に制御流体（例えば、加圧された空気、作動油等）を提供する、または供給する。結果的に、制御作動部材２０４の両側の圧力差は、流量制御部材が弁座（例えば、弁座１０８）と密封係合している閉鎖位置と、流量制御部材が弁座から離間される、または分離されている完全開放つまり最大流量位置との間で流量制御部材（例えば、図１Ａの流量制御部材１１６）の位置を変えるために、制御作動部材２０４を移動させる。

さらに、通常の操作時、第３のチャンバ２３２は、通路３１０ｂおよび第３のポート３１６を介して制御流体供給源３１２から制御流体を連続的に受け取ってもよい。制御流体は、制御作動部材２０４が操作可能な状態にあるときに、付勢要素２３８の力に逆らって、記憶位置にオーバーライド作動部材２３０を維持するまたは付勢するために、オーバーライド作動部材２３０の第１の側２３６に力をかける。第４のチャンバ２３４は、第３のチャンバ２３２内の制御流体が、オーバーライド装置２２６を図３の記憶位置に移動するために付勢要素２３８の力に打ち勝ちさえすればよいように大気圧に放出してもよい、ベント３６０を含んでもよい。

記憶位置では、オーバーライド作動部材２３０およびキャニスタ２４８は、キャニスタ２４８がばね座２４６を係合するまでばね座２４６に向かって移動する。このようにして、ばね座２４６は、第３のチャンバ２３２内の流体の過圧に起因する付勢要素２３８の損傷を防ぐために運動距離止め具を提供する。言い換えると、ばね座２４６は、付勢要素２３８が、図３に示される記憶位置を越えてばね座２４６に向かう方向で圧縮しないようにする。

示されている例では、結合部材２５６は、制御作動部材２０４の第１の位置および第２の位置に相当する第１の位置と第２の位置との間で移動し、オーバーライド作動部材２３０が記憶位置にあるときにオーバーライド装置２２６を係合しない。この例では、制御アクチュエータ２０２が動作可能状態にあるときに、結合部材２５６は、キャニスタ２４８の表面３６２とオーバーライド作動部材２３０の第２の側２４０との間で移動する。オーバーライド装置２２６は、制御アクチュエータ２０２が操作可能な状態にあるときに、制御アクチュエータ２０２と干渉する、または別の方法で制御アクチュエータ２０２に影響する場合、作用しない。言い換えると、制御アクチュエータ２０２は、制御アクチュエータ２０２が操作可能な状態にあるときに、付勢要素２３８のばね力に打ち勝つ必要はない。

図４を参照すると、緊急事態の間（例えば、制御流体供給源３１２が機能しないとき）、制御アクチュエータ２０２は操作不能な状態にあり、トリップ弁３５６は、ポートＢとポートＣ、およびポートＥとポートＦとの間の流体の流れを可能にし、ポートＡおよびポ
ートＤを通る流体の流れを防ぐ。結果的に、第２のチャンバ２１０内の制御流体は、通路３５２の第１の部分３６４、ならびにトリップ弁３５６のポートＥおよびポートＦを介して大気に排出つまり放出される。

操作不能な状態では、オーバーライド装置２２６は、第３のチャンバ２３２内の制御流体が、付勢要素２３８によってかけられる力より小さい力を提供する圧力を有するときに稼動する。オーバーライド作動部材２３０は、オーバーライド作動部材２３０の第２の側２４０上に付勢要素２３８によって与えられる力のために、表面２６２に向かって移動する。言い換えると、オーバーライド装置２２６は、制御流体供給源３１２が適切に加圧された制御流体を第３のチャンバ２３２に提供できないときに、オーバーライド作動部材２３０を、第２の方向（例えば、図４の向きの表面２６２に向かって）で、所定のつまり故障位置に移動させるために稼動する。

付勢要素２３８は、オーバーライド作動部材２３０を所定の位置に動かすために伸長するので、キャニスタ２４８は、オーバーライド作動部材２３０が（表面２６２に向かって）所定の障害位置またはオーバーライド位置に移動するにつれて、オーバーライド作動部材２３０とともにロッド２５０に沿って摺動する。この例では、キャニスタ２４８の表面３６２は、オーバーライド作動部材２３０が表面２６２に向かって第２の方向に移動するにつれて、オーバーライド作動部材２３０を制御作動部材２０４に動作可能なように結合するために、結合部材２５６のリップ部分２６０を係合する。今度は、結合部材２５６およびキャニスタ２４８の係合は、制御アクチュエータ２０２を、所定の障害位置またはオーバーライド位置に移動させる。

したがって、本明細書に説明される例示の流体制御システム３００は、制御流体供給源３１２が故障している、または停止しているとき、オーバーライド装置２２６を制御作動部材２０４に作用させる。他の例では、オーバーライド装置２２６は、供給流体の損失が検出されると、またはより一般的には所望される任意の状況で、フェイルセーフ機器として稼動されてもよい。すなわち、オーバーライド装置２２６の稼動が必要とされるまたは所望される任意の状況の場合、例えば、ソレノイド弁はオーバーライド状態またはフェイルセーフ状態を呼び出すために稼動されてもよい。

流体制御システム３００からの制御流体の障害または切断時（つまり、供給圧力が失われているとき）、チェッキ弁３１４は、通路３１０ｂを介した第３のチャンバ２３２から制御流体供給源３１２への流体の流れを防ぎ、それによって制御流体を、通路３２０を介して三方弁３２２のポート３２６に流させる。弁３２４（例えば、故障時開弁）は、障害時にポート３３４とポート３４６との間の流体の流れを可能にするために開放位置に移動するように構成されてもよいが、三方弁３２２は、ポート３２６とポート３４６との間の流体の流れを可能にし、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力が所定の圧力値未満となるまで、ポート３３２を通る流体の流れを防ぐ。言い換えると、三方弁３２２は、オーバーライド作動部材２３０が表面２６２に向かって移動するにつれて、制御流体が通路３３０に流れることを可能にする。トリップ弁３５６はポートＣとポートＢとの間の流体の流れを可能にするように構成されているため、制御流体は、通路３５０の第１の部分３６８を介して制御アクチュエータ２０２の第１のチャンバ２０８に送られる。さらに、制御流体供給源３１２が故障し、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるとき、第３のチャンバ２３２と第１のチャンバ２０８との間に閉鎖された流体経路が提供される。言い換えると、制御流体は、経路３２０、３３０、および３６８、３５０、ならびに弁３２２および３５６によって形成される経路を介して第３のチャンバ２３２と第１のチャンバ２０８との間だけを流れることができる。

付勢要素２３８が伸長し、オーバーライド装置２２６、ひいては制御アクチュエータ２
０２を、所定の障害位置またはオーバーライド位置に移動させるにつれて、第３のチャンバ２３２内の制御流体が制御アクチュエータ２０２の第１のチャンバ２０８に流れる。第１のチャンバ２０８は第３のチャンバ２３２の体積未満である体積を有する（および制御流体の温度は実質的に一定のままである）ため、制御流体の圧力は、第１のチャンバ２０８内で増加する。さらに、制御流体が第１のチャンバ２０８に流れるにつれ、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力は減少する。

制御流体が第１のチャンバ２０８に送られるにしたがい、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力が三方弁３２２の所定の圧力値以下に減少すると、三方弁３２２は、ポート３２６とポート３３２との間の流体の流れを可能にし、かつポート３２８を通る流体の流れを防ぐように第２の位置に移動する。したがって、三方弁３２２は閉鎖系を提供し、第１のチャンバ２０８からの流体が三方弁３２２を通って流れないようにする。さらに、制御流体供給源３１２が機能しないとき（例えば、制御流体の圧力が弁３２４の所定の圧力値未満であるとき）弁３２４は開放位置に移動するため、第３のチャンバ２３２に残っている流体がある場合、弁３２４のポート３４６を通って放出される。

第１のチャンバ２０８内の制御流体の圧力は、制御作動部材２０４の第１の側３７０に作用し、それによってオーバーライド装置２２６に向かう方向に制御作動部材２０４によって提供される、またはかけられる力（例えば、座負荷または開放力）を増す。例えば、図１Ａの弁１０４の流量制御部材１１６が閉鎖位置に弁座１０８を密封係合するとき、弁１０４の入口１１２での加圧されたプロセス流体は、その圧力に応じて、流量制御部材１１６を弁座１０８から遠ざけることがある流量制御部材１１６に作用する。制御作動部材２０４の第１の側３７０に作用する制御流体の圧力は、ばね２３８によって提供される力とともに、追加の座負荷（例えば、弁座１０８に向かう力）を提供し、入口１１２での加圧されたプロセス流体が、弁１０４が閉鎖位置にあるときに、流量制御部材１１６を、弁座１０８から離れるように移動して、弁座１０８との密封係合から外れないようにする。また、流体制御システム３００は、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに閉鎖系を提供する（つまり、制御流体の第１のチャンバ２０８制御アクチュエータ２０２からの放出を防ぐ）ため、制御流体システム３００は、かなりの期間、流量制御部材１１６にかかる増加した座負荷を提供することができる。

例示の流体制御システム３００は、例えばダイアフラムおよびばねアクチュエータ、または押すと開放される弁等の任意の他のタイプの制御アクチュエータおよび／または弁により構成されてもよい。例えば押すと開放される弁と結合されるとき、故障状況では、第３のチャンバ２３２内の制御流体が制御アクチュエータ２０２の第２のチャンバ２１０に送られるように、通路３３０はトリップ弁３５６のポートＦに結合されてもよく、ポートＣは大気圧に結合されてもよい。この構成では、オーバーライド装置２２６の配向は、付勢要素２３８がピストン２３０を、例えば故障状況の間、表面３０６に向かって移動させるように逆転される。かかる構成では、第２のチャンバ２１０内の制御流体は、流量制御部材が、弁の入口での加圧されたプロセス流体の力に逆らって弁座から離れるように移動することができるようにするために、制御アクチュエータ２０２によってかけられる開放力を増加する。

図５は、別の例示の流体制御システムまたは装置５００で実現される、図２の例示のアクチュエータ装置２００を示す。上述された例示の流体制御システム３００のそれらの構成部品に実質的に類似する、または同一である図５の例示の流体制御システム５００のそれらの構成部品は、以下では詳しく再び説明されない。代わりに、関心のある読者には、図３から図４に関連した上記の対応する説明が照会される。実質的に類似するまたは同一であるそれらの構成部品は、図３から図４に関連して説明されるそれらの構成部品と同じ参照番号で参照される。

示されている例では、流体制御システム５００は、図３から図４に示されるトリップ弁３５６の代わりに複数の弁を含む弁システム５０１で実現される。図５に示されるように、複数の弁は、第１の三方弁５０２、第２の三方弁５０４、および第３の三方弁５０６を含む。しかしながら、他の例では、弁システム５０１はただ１つの三方弁、直列で、並列で等で流体結合される他の流量制御機器、および／または任意の他の適切な流体制御機器またはシステムを含んでもよい。

この例では、第１の弁５０２の感知チャンバ５０８は、通路５１０ａを介して流体供給源３１２に流体結合され、第２の弁５０４の感知チャンバ５１２は通路５１０ｂおよび通路５１０ａを介して流体供給源３１２に流体結合される。第３の弁５０６の感知チャンバ５１４は、通路５１０ｃおよび通路５１０ａを介して流体供給源３１２に流体結合される。

第１の弁５０２の第１のポート５１６は、通路５１８を介して流体供給源３１２に流体結合され、第２のポート５２０は通路５２２を介して位置決め装置３４８に流体結合され、第１の弁５０２の第３のポート５２４は通路５２８を介して第２の弁５０４の第１のポート５２６に流体結合される。第２の弁５０４の第２のポート５３０および第３のポート５３２は、通路５３４を介して第１のチャンバ２０８に位置決め装置３４８を流体結合する。同様に、第３の弁５０６の第１のポート５３６および第２のポート５３８は、経路５４０を介して制御アクチュエータ２０２の第２のチャンバ２１０に位置決め装置３４８を流体結合する。この例では、第３の弁５０６の第３のポート５４２は、大気圧に流体結合される。通路５１８は、流体供給源３１２から第１の弁５０２の第１のポート５１６への流体の流れを可能にするが、第１の弁５０２から流体供給源３１２への流体の流れを防ぐ一方向弁５４４を含む。

操作時、感知チャンバ５０８によって感知される制御流体の圧力が（例えば、制御ばねを介して設定される）第１の弁５０２によって設定される所定の圧力よりも大きいとき、第１の弁５０２は、ポート５１６とポート５２０との間の流体の流れを選択的に可能にし、ポート５２４を通る流体を防ぐ。言い換えると、第１の弁５０２は、流体供給源３１２からの制御流体を通路５１０ａおよび通路５２２を介して、位置決め装置３４８に流体結合させる。同様に、感知チャンバ５１２が（例えば、制御ばねを介して設定される）第２の弁５０４の所定値よりも大きい圧力を感知するとき、第２の弁５０４は、位置決め装置３４８を第１のチャンバ２０８に流体結合するためにポート５３０とポート５３２との間での流体の流れを可能にし、ポート５２６を通る流体の流れを防ぐ。また、第３の弁５０６の感知チャンバ５１４が（例えば、制御ばねを介して設定される）第３の弁５０６の所定の圧力よりも大きい、流体供給源３１２からの圧力を感知するとき、第３の弁５０６は、位置決め装置３４８を第２のチャンバ２１０に流体結合するためにポート５３６とポート５３８との間の流体の流れを可能にし、ポート５４２を通る流体の流れを防ぐ。言い換えると、感知チャンバ５０８、５１２、および５１４が、それぞれの弁５０２、５０４および５０６によって設定される所定の圧力値よりも大きい圧力を感知するとき、制御アクチュエータ２０２は操作可能状態または条件にある。

操作可能状態では、位置決め装置３４８は、制御作動部材２０４の両側に圧力差を生じさせ、制御作動部材２０４を表面３０８に向かう第１の方向、または表面３０６に向かう第１の方向と反対の第２の方向のどちらかに移動させるために、それぞれ、通路５３４および５４０を介して第１のチャンバ２０８および／または第２のチャンバ２１０に制御流体を供給する、またはそれから制御流体を排出する。結果的に、制御作動部材２０４の両側の圧力差は、流量制御部材が弁座（例えば、弁座１０８）と密封係合している閉鎖位置と、流量制御部材が弁座から離間される、または分離される完全開放つまり最大流量位置
との間で流量制御部材（例えば、図１Ａの流量制御部材１１６）の位置を変えるために制御作動部材２０４を移動する。

また、上述されたように、三方弁３２２は、ポート３２６とポート３２８との間の流体の流れを可能にし、感知チャンバ３３８が、弁３２２によって設定される所定の圧力値よりも大きい圧力を感知するとき（つまり、制御アクチュエータ２０２が操作可能な状態にあるとき）ポート３３２を通る流体の流れを防ぐ。さらに、通常の操作時、第３のチャンバ２３２は、制御作動部材２０４が操作可能な状態にあるときに付勢要素２３８の力に逆らってオーバーライド作動部材２３０を記憶位置に維持する、または付勢するために、通路３１０ｂを介して制御流体供給源３１２から制御流体を連続的に受け取ってもよい。

操作不能状態には（例えば、制御流体供給源３１２が機能しないとき）、弁システム３１８および５０１は、オーバーライド装置２２６の第３のチャンバ２３２と、制御アクチュエータ２０２の第１のチャンバ２０８との間の閉ループ流体経路を提供する。特に、第１の弁５０２の感知チャンバ５０８が所定の圧力未満である圧力を感知するとき、第１の弁５０２はポート５１６とポート５２４との間の流体の流れを可能にし、ポート５２０を通る（および位置決め装置３４８への）流体の流れを防ぐ。同様に、第２の弁５０４はポート５２６とポート５３２との間の流体の流れを可能にし、感知チャンバ５１２が第２の弁５０４によって設定される所定の圧力未満である圧力を感知するとき（つまり、流体供給源３１２が機能しないとき）ポート５３０を通る流体の流れを防ぐ。

また、操作不能状態では、制御流体供給源３１２が第３のチャンバ２３２に適切に加圧された制御流体を提供できないとき、オーバーライド装置２２６が起動し、オーバーライド作動部材２３０、ひいては制御アクチュエータ２０２を、表面２６２に向かって、所定の位置あるいは故障位置に移動させる。今度は、オーバーライド作動部材２３０は、制御アクチュエータ２０２を、所定の障害位置あるいはオーバーライド位置に移動させる。第３の弁５０６はポート５３８とポート５４２との間の流体の流れを可能にし、感知チャンバ５１４が、第３の弁５０６によって設定される所定圧力未満である圧力を感知するときに（つまり、流体供給源３１２が機能しないときに）ポート５３６を通る流体の流れを防ぐように構成されているため、制御作動部材２０４が表面３０８に向かってその故障位置に移動するにつれて、第２のチャンバ２１０内部の流体は第３の弁５０６を介して放出される。

流体制御システム５００からの制御流体の障害または切断時（つまり、供給圧力が失われるとき）、チェッキ弁３１４が、通路３１０ｂを介した第３のチャンバ２３２から制御流体供給源３１２への流体の流れを防ぎ、それによって制御流体を弁３２２のポート３２６に流させる。弁３２２は、ポート３２６とポート３２８との間の流体の流れを可能にし、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力が所定の圧力値未満になるまで、ポート３３２を通る流体の流れを防ぐ。したがって、弁３２２は、オーバーライド作動部材２３０が表面２６２に向かって移動するにつれて、制御流体が経路５１８に流れることができるようにする。第１の弁５０２は、ポート５１６とポート５２４との間の流体の流れを可能にするように構成され、第２の弁５０４は、制御アクチュエータ２０２が操作不能な状態にあるときにポート５２６とポート５３２との間の流体の流れを可能にするように構成されるため、第３のチャンバ２３２内の制御流体は、通路３２０、５１８、５２８、および５３４を介して制御アクチュエータ２０２の第１のチャンバ２０８に送られる。

さらに、制御流体供給源３１２が故障し、制御アクチュエータ２０２が操作不能状態にあるときに、閉鎖された流体経路が第３のチャンバ２３２と第１のチャンバ２０８との間に設けられる。言い換えると、制御流体は、経路３２０、５１８、５２８および５３４、ならびに弁３２２、５０２、および５０４によって形成される経路を介して第３のチャン
バ２３２と第１のチャンバ２０８との間しか流れることができない。さらに、制御流体は、一方向弁５４４を介して通路５１８から流体供給源３１２への流れが防がれている。

制御アクチュエータ２０２が所定の障害位置あるいはオーバーライド位置に移動するにつれて、第３のチャンバ２３２内の制御流体は制御アクチュエータ２０２の第１のチャンバ２０８に流れる。さらに、制御流体が第１のチャンバ２０８に流れるにつれ、第３のチャンバ内の制御流体の圧力は減少する。制御流体は第１のチャンバ２０８に送られるので、第３のチャンバ２３２内の制御流体の圧力が弁３２２の所定圧力値以下に減少すると、弁３２２はポート３２６とポート３３２との間の流体の流れを可能にし、ポート３２８を通る流体の流れを防ぐために第２の位置に移動する。したがって、弁３２２は閉鎖系を提供し、第１のチャンバ２０８からの流体の三方弁３２２を通る流れを防ぐ。さらに、弁３２４は、制御流体供給源３１２が機能しないときに（例えば、制御流体の圧力が弁３２４の所定の圧力値未満であるときに）開放位置に移動するように構成されるため、第３のチャンバ２３２内に残る流体がある場合、弁３２４のポート３４６を通して放出される。

本明細書に説明される例示の装置は、出荷前に工場で設置済みであってもよく、すでに現場に設置されている既存のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ１０４）に後から組み込まれてもよい。

特定の例示の装置が本明細書に説明されてきたが、本特許の包含の範囲はそれに制限されない。逆に、本特許は、文字通りにまたは均等論の下でのどちらかで適正に添付特許請求の範囲の範囲内に入る全ての方法、装置および製品を包含する。

Claims

弁とともに使用するための流体制御システムであって、
第１の通路を介して制御アクチュエータに制御流体供給源を流体結合するための第１の流体制御装置であって、前記制御流体供給源は、前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態にあるときに、第１の方向に、または前記第１の方向と反対の第２の方向に前記制御アクチュエータの制御アクチュエータ部材を移動させるために制御流体を提供する、第１の流体制御装置と、
前記第１の流体制御装置と流体連通し、前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに第２の通路を介して前記制御アクチュエータにオーバーライドアクチュエータを流体結合するように構成される、第２の流体制御装置であって、前記オーバーライドアクチュエータが前記制御アクチュエータに動作可能なように結合される、第２の流体制御装置と、
を備えるシステム。
前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態であるときに、前記オーバーライドアクチュエータを記憶位置に移動させるために、前記オーバーライドアクチュエータに前記制御流体供給源を流体結合するために第３の流体通路をさらに備える、請求項１に記載の流体制御システム。
前記オーバーライドアクチュエータから前記制御流体供給源への流体の流れを防ぎ、前記制御流体供給源から前記オーバーライドアクチュエータへの流体の流れを可能にするために、前記オーバーライドアクチュエータと前記制御流体供給源との間の前記第３の流体通路の内部に配置される第１の一方向弁をさらに備える、請求項２に記載の流体制御システム。
前記制御アクチュエータが、前記制御流体供給源が前記制御アクチュエータに前記制御流体を提供できないときに操作不能な状態にあり、前記制御流体供給源が前記制御アクチュエータに前記制御流体を提供するときに操作可能な状態にある、請求項１に記載の流体制御システム。
前記第１の流体制御装置が、前記制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに前記制御流体供給源および前記制御アクチュエータを流体結合するために、および前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに前記オーバーライドアクチュエータおよび前記制御アクチュエータを流体結合するために、第１の弁システムを備える、請求項１に記載の流体制御システム。
前記第１の弁システムがトリップ弁を備え、前記トリップ弁が、前記第１の通路と、前記制御アクチュエータの第１のチャンバまたは第２のチャンバとの間の流体の流れを可能にし、前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態であるときに、前記第２の通路と前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバとの間の流体の流れを防ぐ、請求項５に記載の流体制御システム。
前記トリップ弁が、前記第３の通路と、前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバとの間の流体の流れを可能にし、前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、前記第１の通路と、前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバとの間の流体の流れを防ぐ、請求項６に記載の流体制御システム。
前記流体制御装置が、前記第１の弁システムが制御ユニットを介して前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに前記制御流体供給源を流体結合
するように、前記第１の弁システムと前記流体制御供給源との間に配置される前記制御ユニットをさらに備える、請求項５に記載の流体制御システム。
前記制御ユニットが前記第１の経路を介して前記制御流体供給源から前記制御流体を受け入れるために入力を含み、前記制御ユニットが、前記第１の弁システムを介して前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに前記制御流体を流体結合するために、前記第１のチャンバと流体連通する第１の出力または前記第２のチャンバと流体連通する第２の出力を含む、請求項８に記載の流体制御システム。
前記第１の弁システムが複数の三方弁を備える、請求項５に記載の流体制御システム。
前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態にあるとき、前記複数の弁の内の第１の弁が前記第１の通路と制御ユニットとの間の流体の流れを可能にし、前記複数の弁の内の第２の弁が、前記制御ユニットの第１の出力と、前記制御アクチュエータの第１のチャンバとの間の流体の流れを可能にし、前記複数の弁の内の第３の弁が、前記制御ユニットの第２の出力と前記制御アクチュエータの第２のチャンバとの間の流体の流れを可能にする、請求項１０に記載の流体制御システム。
前記複数の弁の内の前記第１の弁が、前記第２の通路を介して前記第２の流体制御装置に流体結合される、請求項１１に記載の流体制御システム。
前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、前記複数の弁の内の前記第１の弁が、前記第２の通路と前記複数の弁の内の前記第２の弁との間の流体の流れを可能にし、前記制御ユニットへの流体の流れを防ぐように構成され、前記複数の弁の内の前記第２の弁が、前記第２の通路から前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバへの流体の流れを可能にし、前記第１のチャンバと前記制御ユニットとの間の流体の流れを防ぐように構成される、請求項１１に記載の流体制御システム。
前記流体供給源から前記複数の弁の内の前記第１の弁への流体の流れを可能にし、前記複数の弁の内の前記第１の弁から前記制御流体供給源への流体の流れを防ぐために、前記複数の弁の内の前記第１の弁と前記流体制御供給源との間の前記第１の通路の内部に配置される第２の一方向弁をさらに備える、請求項１３に記載の流体制御システム。
前記第２の流体制御装置は、前記オーバーライドアクチュエータ内の前記制御流体の前記圧力が、所定の圧力値よりも大きいときに、前記オーバーライドアクチュエータ内の制御流体が前記第１の流体制御装置に流れることを選択的に可能にするために、前記オーバーライドアクチュエータと前記第１の流体制御装置との間の前記第２の通路に沿って配置される第２の弁システムを備え、前記第２の弁システムは、前記オーバーライドアクチュエータ内の前記制御流体の前記圧力が所定の値未満であるときに、前記オーバーライドアクチュエータ内部の前記制御流体を前記大気に放出することを選択的に可能にする、請求項１に記載の流体制御システム。
前記第２の弁システムが、前記オーバーライドアクチュエータの第３のチャンバに流体結合される第１のポートと、前記第１の流体制御装置に流体結合される第２のポートと、前記大気と流体連通する第３のポートとを有する三方弁を備える、請求項１５に記載の流体制御システム。
前記オーバーライドアクチュエータの前記体積が、前記制御アクチュエータの前記体積よりも大きい、請求項１に記載の流体制御システム。
制御流体を、制御アクチュエータに、および前記制御アクチュエータに動作可能なように結合されるオーバーライドアクチュエータに流体結合するための通路であって、前記制御流体が前記オーバーライドアクチュエータを記憶位置に移動させ、前記制御アクチュエータを、前記制御アクチュエータが操作可能な状態であるときに第１の位置と第２の位置との間で移動させる、通路と、
前記オーバーライドアクチュエータからの前記制御流体が、前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに前記制御アクチュエータによって提供される力を増すために、前記制御アクチュエータに作用するように、前記制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに前記制御アクチュエータと前記オーバーライドアクチュエータとの間の流体の流れを防ぐために、および前記制御アクチュエータに前記オーバーライドアクチュエータを流体結合し、前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに前記制御アクチュエータと前記オーバーライドアクチュエータとの間の流体の流れを可能にするために前記通路に結合される流体制御装置と、
を備える流体制御システム。
前記制御アクチュエータが、制御流体供給源が前記制御アクチュエータに加圧された制御流体を提供できないときに、前記操作不能な状態にあり、前記制御流体供給源が前記制御アクチュエータに加圧された制御流体を提供するときに操作可能な状態にある、請求項１８に記載の流体制御システム。
前記通路が管系を備える、請求項１８に記載の流体制御システム。
前記流体制御装置が、第２の弁システムと流体連通する第１の弁システムを備え、前記第１の弁システムが、制御流体供給源と前記制御アクチュエータの第１のチャンバとの間に配置され、前記第１の弁システムが前記第１のチャンバに前記制御流体を選択的に提供し、前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態にあるときに、前記オーバーライドアクチュエータと前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバとの間の流体の流れを防ぐ、請求項１８に記載の流体制御システム。
前記第２の弁システムは、前記制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、前記制御流体が、前記オーバーライドアクチュエータから前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバに流れることを可能とし、前記オーバーライドアクチュエータ内の前記制御流体の前記圧力が所定の値未満であるときに前記オーバーライドアクチュエータ内部の前記制御流体が前記大気に放出できるようにする、請求項２１に記載の流体制御システム。
前記第２の弁システムが、前記流体供給源および前記オーバーライドアクチュエータと流体連通する第１のポートと、前記第１の弁システムと流体連通する第２のポートと、前記大気と流体連通する第３のポートとを有する三方弁を備える、請求項２２に記載の流体制御システム。
前記オーバーライドアクチュエータから前記制御流体供給源への流体の流れを防ぎ、前記オーバーライドアクチュエータから前記第１のポートに前記流体を方向付けるために、前記オーバーライドアクチュエータと前記制御流体供給源との間に配置される一方向弁をさらに備える、請求項２３に記載の流体制御システム。
前記第１の弁システムが、前記制御流体供給源と前記制御アクチュエータとの間に配置されるトリップ弁を備え、前記トリップ弁が、前記制御流体供給源と前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバとの間の流体の流れを選択的に可能にし、前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態にあるときに、前記第２の弁システムから前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバへの流体の流れを防ぐように構成され、前記トリップ弁が、前
記制御流体供給源と前記第１のチャンバとの間の流体の流れを選択的に防ぎ、前記制御アクチュエータが前記操作不能な状態にあるときに前記第１の弁システムから前記第１のチャンバへの流体の流れを可能にするように構成される、請求項２１に記載の流体制御システム。
前記第１の弁システムが、少なくとも１つの三方弁を備え、前記少なくとも１つの三方弁が、前記制御流体供給源と、前記制御アクチュエータの前記第１のチャンバとの間の流体の流れを選択的に可能にし、前記制御アクチュエータが前記操作可能な状態にあるときに前記オーバーライドアクチュエータと前記第１のチャンバとの間の流体の流れを防ぐように構成され、前記少なくとも前記三方弁が、前記オーバーライドアクチュエータと前記第１のチャンバとの間の流体の流れを選択的に可能にし、前記制御アクチュエータが前記操作不能な状態にあるときに、前記制御流体供給源と前記第１のチャンバとの間の流体の流れを防ぐように構成される、請求項２１に記載の流体制御システム。
制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、前記制御アクチュエータに加圧された制御流体を流体結合するための第１の手段であって、前記制御流体が、前記制御アクチュエータを第１の位置と第２の位置との間で移動させる第１の手段と、
前記制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに前記オーバーライド装置を記憶位置に移動させるために、前記加圧制御流体をオーバーライド装置に流体結合するための第２の手段であって、流体結合するための前記第２の手段が、前記オーバーライド装置から流体結合するための前記第１の手段への流体の流れを選択的に可能にし、流体結合するための前記第１の手段が、前記制御アクチュエータが動作不能な状態にあるときに、前記制御アクチュエータへ流体連結するための第２の手段からの流体の流れを選択的に可能にする、第２の手段と、
を備える流体制御システム。
流体結合するための前記第１の手段は、前記制御流体が第１の通路を介して前記制御流体供給源から前記制御アクチュエータに流れることを可能にし、前記制御アクチュエータが操作可能な状態にあるときに、前記制御流体が第２の通路を介して前記オーバーライド装置から前記制御アクチュエータに流れるのを防ぐための第１の位置と、前記制御アクチュエータが操作不能な状態にあるときに、前記制御流体が前記第２の通路を介して前記オーバーライド装置から前記制御アクチュエータに流れることを可能にする第２の位置との間で、第１の流量制御部材を移動させるための手段を備える、請求項２７に記載の流体システム。
流体結合するための前記第２の手段は、前記オーバーライドアクチュエータ内の前記制御流体の前記圧力が所定の圧力値よりも大きいときに、前記制御流体が前記オーバーライドアクチュエータから前記制御アクチュエータに流れることを可能にするための第１の位置と、前記オーバーライドアクチュエータ内の前記制御流体の前記圧力が前記所定の圧力値未満であるときに、前記制御流体が、前記オーバーライドアクチュエータから前記制御アクチュエータに流れるのを防ぐための第２の位置との間で第２の流量制御部材を移動するための手段を備える、請求項２７に記載の流体システム。