JP2016510391A - 大容量制御弁 - Google Patents

Abstract

大容量流体制御弁は、流体入口および流れ通路によって接続された流体出口を有する弁体と、流れ通路内に配置された、流体入口および流体出口に接続された送り管の長手軸より上方に位置する弁座と、流れ通路内に配置された、弁体を通る流体流を制御するために弁座と協働する弁栓とを含む。弁座は、弁栓の方の方向に送り管の長手軸から偏位される。【選択図】図３Ｂ

Description

本開示は、一般に、流体制御弁に関し、更に詳しくは、大容量流体制御弁に関する。

流体制御弁は、流体の流れを場所単位で制御する。流体制御弁が閉位置にあるとき、片側の高圧流体が、バルブ反対側の圧力が低い場所に流れるのが防止される。いくつかの形式の制御弁が、所与の業界で使用されており、これらの形式の制御弁としては、摺動弁、回転弁、および玉形弁が挙げられる。

摺動弁は、天然ガス業界およびプロパンガス業界などの業界においてガス流を制御するために使用されることが多い。これらの業界は、これまで、バルブを介した流体高流速化、または、大流量化を可能にするために摺動弁大容量化に向かう傾向がある。摺動弁のサイズを設定するとき、設計に関する１つの制約は、業界規格では最大約１６インチまでの摺動弁管接続部の面間寸法が指示されている点である。これらの厳しい面間寸法を維持するために、図１、図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、現行の大容量摺動弁１０では、弁座１２は、接続管１６の中心線１４に、または、該中心線より下方に位置決めされる。この構成では、急転換部が、流体入口２２を流体出口２４と接続する流れ通路１８を通る流体流路内にできる。これらの急転換部では、制御弁１０の効率を低減する再循環流乱流領域１９ができる恐れがある。充分な流れ面積が確実に存在するように、現行の大容量摺動弁は、半楕円形の下流側流れ通路２０を特に（図１Ａに例示するように）弁座１２の下流側にて含む。しかしながら、これらの楕円形の流路２０では、これらのバルブ１０の流量が低減される。

近年、図２および図２Ａに例示するバルブ１１０などの斜めトリム弁が、流れ通路１１８を通る流体流路内の転換部数を低減するために開発されている。しかしながら、弁座１１２の少なくとも一部は、接続管１１６の中心線１１４より下方であることには変わりはない。斜めトリム弁１１０では、流れ通路１１８内の転換部数が低減されるが、この斜め配置は、日常の保守を妨げるものであり、バルブ１１０は、もはや接続管１１６に垂直に配向されず、これによって、バルブ１１０と接続管１１６との間の隙間が低減されるからである。

本発明の１つの例示的な態様により、大容量流体制御弁は、流れ通路によって接続された流体入口と流体出口とを有する弁体を含む。弁座は、流れ通路内に配置され、弁座は、流体入口および流体出口に接続された送り管の長手軸より上方に位置する。弁栓は、流れ通路内に配置され、弁栓は、弁体を通る流体流を制御するために弁座と協働する。弁座は、弁栓に向かう方向に、送り管の長手軸からずれる。

本発明の別の例示的な態様では、大容量流体制御弁を通って流れる流体の方向の変化を低減する方法は、流体入口および流れ通路によって接続された流体出口を有する弁体を設置するステップと、流れ通路内に配置される弁座を設置するステップと、流れ通路内に配置された弁栓を供給するステップとを含み、弁座は、弁体を通る流体流を制御するために協働する。この方法は、更に、弁座を、流体入口および流体出口に直接に接続される送り管の長手軸より上方に位置決めするステップを含む。

更に、前述の態様のいずれか１つまたはそれ以上に関して、大容量流体制御弁（または、大容量流体制御弁の効率を向上させる方法）は、以下の好適な形態のいずれか１つまたはそれ以上を更に含み得る。

一部の好適な形態では、大容量流体制御弁は、２本の軸線を中心として、対称形状である弁座の下流側の流れ通路を含み得る。他の好適な形態では、２本の軸線は、互いと直交する。更に他の実施形態では、弁座の下流側の流れ通路は、２本の軸線を中心として円形または楕円形、またはその他の方法で左右対称である。更に他の好適な形態では、流れ通路は２００°〜２９０°、好ましくは２２０°〜２８０°、更に好ましくは２４０°〜２７０°、更に一層好ましくは２６４°の弁体を通る方向の変化を有する。更に他の好適な形態では、流れ通路は、単一の９０°転換部を弁体内に有する。更に他の好適な形態では、流れ通路は、５つの方向の変化を弁体内に有する。更に他の好適な形態では、複数の方向羽根が、流れ通路内に配置される。

従来技術による摺動弁の側断面図である。 図１の第１Ａ−１Ａに沿って切り取った流れ通路の横断面図である。 流れ転換部角度を例示する図１の横断面図である。 従来技術による斜め摺動弁の横断面図である。 流れ転換部角度を例示する図２の斜め摺動弁の横断面図である。 本開示の教示により作製された大容量摺動弁の側断面図である。 図３の第３Ａ−３Ａに沿って切り取った流れ通路の横断面図である。 流れ転換部角度を例示する図３の横断面図である。

本開示は様々な改変および代替構造の影響を受けやすいが、特定の実施形態を図面に示して以下で詳細に説明する。しかしながら、本開示を開示する特定の形態に制限する意向はなく、それどころか、本発明の精神および範囲に該当する全ての改変、代替構成、および均等物を包含することを意図することを理解されたい。

図３、図３Ａおよび図３Ｂをここで参照すると、本開示の教示により作製した大容量流量弁２１０の一実施形態が例示されている。大容量流量弁２１０は、流れ通路２１８内に位置する弁座２１２を含む。流れ通路２１８は、流体入口２２２を流体出口２２４と接続する弁体２２１内の空洞によって画定される。流体入口２２２および流体出口２２４は、弁体２２１と一体に形成され得るか、または、その他の方法で該弁体に接続され得る１つまたはそれ以上の接続管２１６内に形成され得る。接続管２１６は、長手軸２１４を含み得る。

弁栓２３０が、大容量流量弁２１０を通る流体流を制御するために弁座２１２と協働する。アクチュエータ２４０が、弁体２１２を通る流体流を制御するために弁栓２３０を弁体２１２内で移動させる。弁座２１２は、長手軸２１４より上方に（図３で見たとき）弁栓２３０に向かう方向に位置する。弁座２１２を長手軸より上方に上げることによって、弁栓２３０の方へ、流れ通路２１８は、まっすぐになり得（または、従来技術による流れ通路と比較すると少なくとも湾曲度が少ない）、同時に、それでもアクチュエータ２４０、弁栓２３０および／または弁かご２３２への容易なアクセスを維持するが、アクチュエータ２４０、弁栓２３０および弁かご２３２は、接続管２１６の長手軸２１４に概ね垂直に配向されるからである。更に、流れ通路２１８は、流体流の乱流つまり再循環領域を低減または排除する。これによって、次に、流れ通路２１８を弁座２１２の下流側にてより均一に成形することができ、その結果、高流体流量化が得られる。特に、弁座２１２の下流側の流れ通路２１８は、互いと直交する２本の軸線２５０ａ、２５０ｂを中心として対称形である横断面形状を有し得る（図２を参照されたい）。一部の好適な実施形態では、弁座２１２の下流側の流れ通路２１８は、円形または楕円形の横断面形状を有する。

弁座２１２を中心線２１４より上方に位置決めすることによって、流れ通路２１８は、大容量制御弁２１０を通る流体が、図３Ｂに例示するように、合計２００°〜２９０°、好ましくは２２０°〜２８０°、更に好ましくは２４０°〜２７０°、更に一層好ましくは約２６４°の方向の変化を経験することができるように補整され得る。これは、約３０４°の方向の変化を有する従来の制御弁１０（図１Ｂ）よりも少ない方向の変化である。方向の変化が少ないほど、乱流が少なく、したがって、効率的な流体流が生成される。図３Ｂに例示するように、流れ通路２１８は、２つの９０°転換部６４を含む図１Ｂの制御弁１０とは対照的に単一の９０°の転換部２６４を含む中心線２６２を有する。更に、流れ通路２１８は、５つの変化を方向２６０に含み得（図３Ｂ）、一方、従来の制御弁１０は、６つまたはそれ以上の変化を方向６０に有する流れ通路１８を含む（図１Ｂ）。

他の実施形態では、流体流路２１８は、流体流の方向の変化を支援することによって流量特性を更に向上させるために方向羽根２９０（図３Ａ）を含み得る。

大容量制御弁を本明細書で説明してきた、天然ガスおよびプロパンなど、ガス状流体に関して説明してきたが、開示する大容量制御弁は、他の形式の流体流を制御するために使用され得る。

本明細書で説明する大容量制御弁の実施形態のいずれも、有利なことに、制御弁を通って流れる流体の角変化を低減し、その結果、乱流が低減されて効率が増大する。開示する大容量制御弁は、また、有利なことに、容易にアクセス可能な弁トリムおよびアクチュエータを有する。

特定の大容量制御弁が本開示の教示により本明細書で説明してきたが、この特許の包含範囲は、該大容量制御弁に限定されるものではない。それどころか、本発明を様々な好適な実施形態に関連して図示および説明してきたが、特定の変更および改造が、上述のものに加えて行え得ることが明らかである。本特許は、許容均等物の範囲に公正に該当する本開示の教示の全ての実施形態を包含する。したがって、当業者に思い浮かび得る全ての変形例および改変を保護することを意図する。

Claims (20)

1. 流体入口および流れ通路によって接続された流体出口を有する弁体と、
   前記流れ通路内に配置された、前記流体入口および前記流体出口に直接接続される送り管の長手軸より上方に位置する弁座と、
   前記流れ通路内に配置された、前記弁体を通る流体流を制御するために前記弁座と協働する弁栓と、
   を備え、前記弁座が、前記弁栓の方向に向かって、前記送り管の前記長手軸からずれる、大容量流体制御弁。
2. 前記弁座の下流側の前記流れ通路が、２本の軸線を中心として対称形状である、請求項１に記載の大容量流体制御弁。
3. 前記２本の軸線が、互いに直交する、請求項２に記載の大容量流体制御弁。
4. 前記弁座の下流側の前記流れ通路が、円形および楕円形の１つである横断面形状を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
5. 前記流れ通路が、２００°〜２９０°の前記弁体を通る方向の変化を有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
6. 前記流れ通路が、２２０°〜２８０°の前記弁体を通る方向の変化を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
7. 前記流れ通路が、２４０°〜２７０°の前記弁体を通る方向の変化を有する、請求項１乃至６のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
8. 前記流れ通路が、約２６４°の前記弁体を通る方向の変化を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
9. 前記流れ通路が、単一の９０の°転換部を前記弁体内に有する、請求項１乃至８のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
10. 前記流れ通路が、５つの方向の変化のみを前記弁体内に有する、請求項１乃至９のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
11. 前記流れ通路内に配置された複数の方向羽根を更に備える、請求項１乃至１０のいずれかに記載の大容量流体制御弁。
12. 大容量流体制御弁を通って流れる流体の方向の変化を低減する方法であって、
    流れ通路によって接続された流体入口と流体出口とを有する弁体、前記流れ通路内に配置された弁座、および、前記流れ通路内に配置され、前記弁体を通る流体流を制御するために前記弁座と協働する弁栓を供給する工程と、
    前記弁座を、前記流体入口および前記流体出口に直接に接続される送り管の長手軸より上方に位置決めする工程、
    を含む、方法。
13. 供給する工程が、前記弁座の下流側にて２本の軸線を中心として対称形である流れ通路を設置する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記２本の軸線が、互いに直交する、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 供給する工程が、２２０°〜２９０°の方向の変化を前記弁体を通して有する流れ通路を供給することを含む、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記流れ通路が、２４０°〜２８０°の方向の変化を有する、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記流れ通路が、約２６４°の方向の変化を有する、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. 供給する工程が、単一の９０°の方向の変化を有する流れ通路を供給する工程を含む、請求項１２乃至１７のいずれかに記載の方法。
19. 供給する工程が、５つの方向の変化のみを前記弁体を通して有する流れ通路を供給する工程を含む、請求項１２乃至１８のいずれかに記載の方法。
20. 供給する工程が、複数の方向羽根を流れ通路に設置する工程を含む、請求項１２乃至１９のいずれかに記載の方法。

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