JP2579682B2

JP2579682B2 - 弁位置決め装置

Info

Publication number: JP2579682B2
Application number: JP3388589A
Authority: JP
Inventors: ハンス・デイ・バウマン
Original assignee: ハンス・デイ・バウマン
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH01255701A; US4862788A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、プロセス制御装置の一部である分離した制
御機器から生ずる空気式信号圧力に関して弁ステム及び
同等物の正しい位置を保証するために使用される弁位置
決め装置に関する。ピストン及びシリンダー機構の統合
部分である装置の如く、例えば米国特許第３、293、992
号が記載する類似機能を行うことができる多数の最新式
の装置がある。

最新の位置決め装置は、かなり精巧かつ複雑な構造で
あり、この場合弁手段は、通常、２段階拡大変形であ
り、水又はほこりの如く機器の空気における不純物に対
してこれらの装置を感応性にする。

第２に、２段階サーボ装置は、幾つかの条件の下で動
的に不安定になる傾向がある。

本最新装置の別の欠点は、検知された弁ステム位置と
（フィードバックを生成するための）信号ダイヤフラム
の頂部において生成されたバネ力の間の機械的相互連結
が、レバーにより行われ、その傾斜動作が、案内ブッシ
ングによって支持された丸シャフトを経て、そして他の
回転対直線変換機構を通して回転動作に変換されるとい
う事実である。それらの総ては、複雑になる傾向があ
り、そしてさらに、そのようなシャフト軸受けを大気腐
食と汚れにさらす。

本発明は、位置決め装置を提供することによってこれ
らの困難を克服し、位置決め装置は、優れた動的安定性
を生むために単一段階三方弁のみを使用し、そして分離
した回転対直線変換機構の必要性なしに唯一の打ち抜き
フィードバック・レバーを使用するが、代わりに、支持
としてかつ必要な傾斜作用に対して案内を提供するため
に使用される２つの対向した旋回点を使用する。さら
に、本位置決め装置は、該三方弁からの排気流を選択的
に阻止するために単純止めねじを使用し、このため位置
決め装置の感度だけでなく、応答速度も変化させるため
に単純であるが有効な手段を提供する。最後に、好まし
い実施態様において明らかにされた如く、装置は非常に
単純であり、非常に僅かの部品しか含まず、そしてこの
ため低費用で製造される。

これらと他の特徴と利点は、次の詳細な説明からより
良く理解されるであろう。

好ましい実施態様の説明中央断面図において本発明を示す第１図を参照する
と、本発明は、約35psiの一般圧縮空気が配管される入
り口ポート４を有する下方ハウジング３を具備する。付
加的な出口ポート５は、通常、金属管状物６により、シ
リンダー又はダイヤフラム・アクチュエータ（本発明の
一部ではない）の加圧空洞７に結合される。下方ハウジ
ング３はまた、弁要素10と、たわみダイヤフラム12によ
って閉鎖される凹状信号室11を有する上方終端部分とを
含むねじ付き中央開口９を有する。分離した制御機器か
らの空気信号は、信号ポート13を経て信号室11に配管さ
れる。一般に高密度プラスチークから成型されたか、又
は金属から鋳造された上方ハウジング14は、ねじ15によ
り下方ハウジング３の頂部に締結される。

平坦な打ち抜きレバー16は、上方ハウジング14に傾斜
して連結され、そして調整ねじ18の円錐凹部を連結する
三角形旋回点17を末端の一方において有し、これにより
該レバーの傾斜作用に対して支点を提供する。

該レバー16は、さらに、旋回点17とは反対方向を指
し、かつバネ・ボタン21の円錐凹部20を連続する第２三
角旋回点19を有する。圧縮バネ22は、バネ・ボタン21
と、ダイヤフラム12を支持係合する板23との間に位置す
る。

レバー16は、ハウジング14の外部に延びる部分におい
てスロットを付けられ、かつピン24を係合する。付着さ
れた角度板26を有する分離した弁スラム25は、圧力をピ
ン24に及ぼすことができ、そしてこれによりピン24を押
し下げることができる。ピン24は、支点17によって支持
されたレバー16の傾斜下方移動と、旋回点19による比例
した下方動作を引き起こす。このため、ステム25の動作
は、ダイヤフラム12の頂部に作用するバネ22の圧力負荷
における比例した変化を引き起こす。

例えば、プロセス配管における圧力を制御するために
使用される制御機器は、弁ステム25（第２図）の移動位
置が信号レベルに対応し、そしてこれにより、プロセス
機器によって要求されたレベルにプロセス圧力を低減さ
せるために十分にプロセス流体を絞る弁プラグ27の位置
に結果することを保証する目的のために、空気指令信号
を本発明装置に送る。さらに具体的には、通常３−15ps
iの空気指令信号は、信号ポート13と信号室11に配管さ
れ、そしてダイヤフラム12に作用することにより、上方
力を板23に及ぼす。バネ22の圧縮力が、信号圧力によっ
て生成された上方力よりも小さいならば、弁要素10にお
いてステム29を連結する円錐形バネ28は、後者を上に引
っ張り、ダイヤフラム12の上方移動に従う。これは、密
封手段30（通常ゴムＯリング）と、入り口ポート４の平
坦座部分32との間の開口を提供し、ことによりポート４
からの供給空気圧力をポート５を通して第２図の外部作
動装置８のダイヤフラム室７に侵入及び退出させる。結
果として、弁ステム25は下に移動し、これによりピン24
を経てレバー16に下方力を及ぼす。これは、バネ22の圧
縮力が、室11において信号圧力によって生成された上方
力に等しくなるまで、バネ22の付加的な圧縮を引き起こ
す。

他方、信号圧力が弁ステム25の移動において縮小を要
求するならば、ダイヤフラム12に作用する力は、（信号
圧力における縮小によって引き起こされて）減少する。
バネ22の余剰力は、ステム29を下に移動させ、ことによ
り弁要素10の中央部分内の凹状拡大ボア33を露出させ
る。同時に、密封要素30は、ポート４からの供給空気を
閉鎖する。ダイヤフラム・ケース７からの、かつポート
５に入る出力空気圧力は、分離した垂直に近い通気開口
35につながる上方水平ポートに逃れることを許容され
る。このようにして、ダイヤフラム・ケース７から来る
機器空気は、上方ケース14の内部を一掃し、そしてこれ
により環境空気が本装置の作動部品に腐食を生ずるのを
防止する。ポート５と通気口35による作動空気圧力の漏
れに続いて、アクチュエータ８のバネは、弁ステム25を
上方に押すことができ、システムが再び平衡するまで、
レバー16の上方傾斜とバネ力22における縮小を引き起こ
す。

調整ネジ36は、開口34と35の間の排出空気流量を部分
的に制限するために使用される。これは、アクチュエー
タ／位置決め位置組み合わせの性能において二重効果を
有する。最初に、排出流量を減速することにより、弁ス
テム25の上方移動の率は、一般に縮小され、これにより
弁27の移動を減速させる。これは、幾つかのプロセス制
御力学を収容するために望まれる。第２に、排出流量を
縮小することにより、供給ポート４と出口ポート５の間
の流量が、相応して縮小される。要素30を密封するこの
手段は、この縮小流量を通過させるために、小量のみに
おいて表面32を持ち上げることを必要とする。ステム29
のこの縮小移動は、バネ力22と、ダイヤフラム12に作用
する信号力との間のずっと小さな差を必要とする。これ
は、代わって位置決め装置をずっとより感応的にし、そ
して再び「開ループ」利得において実質的な増大に結果
する。例えば、ねじ36の所与の排出流量設定を満足する
ために、ステム29は、必要な空気流量を通過させるため
に0.002インチの移動を行わなければならない。さら
に、バネ22のバネ率が、インチ当たり150ポンドであ
り、かつダイヤフラム12の有効領域が2in²であることを
仮定すると、３−15psi信号により、100％移動に対する
バネ22における力変化は、6/150＝.040インチ乃至30/15
0＝0.20インチの旋回点19の対応する移動において６乃
至30ポンドである。即ち、バネ22は、信号スパンの100
％当たり0.16インチの圧縮変化（12psi）を受ける。こ
れにより、これらの条件の下における本装置の開ループ
利得又は増幅ファクターは、0.160/0.002＝80:1であ
る。これが、所与の応用に対して感応的過ぎると立証さ
れるならば、調整ねじ36が、さらにゆるめられ、開口34
と35の間の制限を小さくし、その結果密封要素の移動に
0.004インチを費やし、ポート４と５の間に十分な空気
流量を通過させ、かつ平衡を確立する。その場合、利得
は40:1に縮小される。

装置を較正するために、即ち、位置決め装置への信号
が15psiに達する時、弁要素27が遮断位置に達すること
を確かめられるために、例えば、調整ねじ18が回転さ
れ、その結果旋回ピン17を連結する下方円錐形凹部37
は、旋回点19の対応する動作を許容し、そしてこれによ
り（弁27の所望位置に対応する）正しい圧縮が達せられ
るまで、バネ22の圧縮を変化させる。これは、本発明の
「ゼロ」調整である。最後に、成型されたエラストマー
・シール38が、凹部39においてレバー16に適切に付着さ
れ、雨が上方開口14に侵入することを防止する。

こうして新規に事項及び本発明の構成が記載された。

本発明の主たる特徴及び態様は以下のとおりである。

1.a）入り口ポートと、少なくとも１つの出口ポート
と、１つの信号ポートとを有する下方ハウジングと、ｂ）該入り口ポートと該出口ポートの間で流体を選択的
に通過させることができる該下方ハウジングの垂直軸内
に調整可能に配置された弁要素と、ｃ）該信号ポートと連絡し、かつたわみダイヤフラムに
よって閉鎖される、該下方ハウジングの上方終端部分に
位置する信号室と、ｄ）該下方ハウジングに適切に締結され、かつ該ダイヤ
フラムの間をクランプする上方ハウジングと、ｅ）一部分が該上方ハウジング内に傾斜して配置され、
かつ三角形状の２つの反対方向の旋回点を有するレバー
手段であって、該レバー手段の外側末端に位置する一方
の旋回点は上を指し、該ハウジングの中央軸に沿って位
置する第２旋回点は下を指すレバー手段と、ｆ）少なくとも１つの圧縮バネであって、バネ・ボタン
が、該バネの頂部に位置し、かつ該第２旋回点を受け取
るための凹状の三角くぼみを有し、該バネは、該第２旋
回の下方行使によって圧縮された時、該ダイヤフラムに
力を及ぼすことができる圧縮バネ、ｇ）該第１旋回点を連結するために適する下方に凹状の
テーパ開口を有する該上方ハウジング内にねじ連結され
た調整可能な支点であって、該支点の上方又は下方調整
は、第２旋回点の類似の上方又は下方変位に結果し、該
ハウジングの外部に位置するレバー部分が固定位置にあ
る時は常に、該ダイヤフラムにおける該バネの圧縮力に
おける変化に結果する支点と、ｈ）弁フラム及び同等物（本発明の部分ではない）の動
作に従うことができる該ハウジングの外部に位置する該
レバー手段の部分内に滑り可能に連結された旋回ピンで
あって、該レバー手段は、該第１旋回点の回りで傾斜さ
れ、かつ該第２旋回により該圧縮バネにおいて該弁ステ
ム動作に比例した偏向を及ぼし、そしてこの場合該バネ
偏向は、代わって、該信号ポートに配管されかつ該ダイ
ヤフラムの下側に影響を与える圧力によって生成された
力を均衡させるために十分に、該ダイヤフラムにおいて
比例した力変化を引き起こし、そしてこの場合該バネ力
と、ダイヤフラムに作用する該圧力の力との間の不均衡
は、該弁手段の移動を引き起こし、移動は、代わって該
下方ハウジングの入り口及び出口ポートの間の流体圧力
レベルを変化させることができ、該弁ステムの位置に影
響を与え、そしてこれにより上記の力が平衡するまで、
該レバー手段の位置を変更することができる旋回ピンと
を具備する弁位置決め装置。

2.該弁手段が、下方部分が僅かに拡大された中央ボア
と、該中央ボアにおいて滑り可能に連結されたステムと
を有し、かつ上方及び下方密封表面を取り囲むヘッド部
分を有するスプール片を具備し、この場合該ステムは、
最下位の位置にある時該入り口ポートを閉鎖することが
でき、そして上方位置にある時僅に拡大されたボアを閉
鎖することができ、排気ポートは、該下方ハウジング内
に位置し、かつ該スプール片の壁を通って該スプール片
の僅かに拡大されたボアに側方に延びる上記１に記載の
弁位置決め装置。

3.該排気ポートが、ねじ付き部分において終端し、かつ
該上方ハウジングに上方に延びる後続の通気ボアを有
し、調整ねじが、該通気ボアを覆う又は露出するために
排気ポート該ねじ付き部分内に配置され、これにより該
排気ポートを通過する流量を多少制限する上記２に記載
の弁位置決め装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の垂直断面図。第２図は、弁作動装置（本発明の一部ではない）を有する本発明の相互作用を示す概略図。３……下方ハウジング４……入り口ポート５……出口ポート６……管状物９……中央開口 11……信号室 12……ダイヤフラム 13……信号ポート 14……上方ハウジング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）入り口ポートと、少なくとも１つの出
口ポートと、１つの信号ポートとを有する下方ハウジン
グと、ｂ）該入り口ポートと該出口ポートの間で流体を選択的
に通過させることができる該下方ハウジングの垂直軸内
に調整可能に配置された弁要素と、ｃ）該信号ポートと連絡し、かつたわみダイヤフラムに
よって閉鎖される、該下方ハウジングの上方終端部分に
位置する信号室と、ｄ）該下方ハウジングに適切に締結され、かつ該ダイヤ
フラムを該下方ハウジングとの間にクランプする上方ハ
ウジングと、ｅ）一部分が該上方ハウジング内に傾斜して配置され、
かつ三角形状の２つの反対方向の旋回点を有するレバー
手段であって、該レバー手段の外側末端に位置する一方
の旋回点は上を指し、該ハウジングの中央軸に沿って位
置する第２旋回点は下を指すレバー手段と、ｆ）少なくとも１つの圧縮バネであって、バネ・ボタン
が、該バネの頂部に位置し、かつ該第２旋回点を受け取
るための凹状の三角くぼみを有し、該バネは、該第２旋
回の下方行使によって圧縮された時、該ダイヤフラムに
力を及ぼすことができる圧縮バネと、ｇ）該第１旋回点をに係合するために適する下方に凹状
のテーパ開口を有する該上方ハウジング内にねじ係合さ
れた調整可能な支点であって、該支点の上方又は下方調
整は、第２旋回点の類似の上方又は下方変位をもたら
し、該ハウジングの外部に位置するレバー部分が固定位
置にある時は常に、該ダイヤフラムにおける該バネの圧
縮力における変化をもたらす支点と、ｈ）弁ステム及び同等物（本発明の部分ではない）の動
作に従うことができる該ハウジングの外部に位置する該
レバー手段の部分内に滑り可能に連結された旋回ピンで
あって、該レバー手段は、該第１旋回点の回りで傾斜さ
れ、かつ該第２旋回により該圧縮バネにおいて該弁ステ
ム動作に比例した偏向を及ぼし、該バネ偏向は、該信号
ポートに配管されかつ該ダイヤフラムの下側に影響を与
える圧力によって生成された力を均衡させるために十分
に、該ダイヤフラムにおいて比例した力変化を引き起こ
し、該バネ力と、ダイヤフラムに作用する該圧力の力と
の間の不均衡は、該弁手段の移動を引き起こし、この移
動は、該下方ハウジングの入り口及び出口ポートの間の
流体圧力レベルを変化させることができ、該弁ステムの
位置に影響を与え、そしてこれにより上記の力が平衡す
るまで、該レバー手段の位置を変更することができる旋
回ピンとを具備することを特徴とする弁位置決め装置。