JP2842555B2 - 心棒荷重測定システム - Google Patents
心棒荷重測定システムInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/24—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in magnetic properties
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
- F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
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- F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
-
- G—PHYSICS
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- G01B5/30—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般的に歪み及び応力測定装置の分野に関
し，特に流量制御弁システム内の螺刻部を有する軸受け
心棒の歪み及び応力を測定するための装置に関する。
し，特に流量制御弁システム内の螺刻部を有する軸受け
心棒の歪み及び応力を測定するための装置に関する。
発明の背景 弁操作装置内のスラストを測定する能力は米国特許第
4,542,649号に開示されたCharbonneauその他の発明の出
現以来，増々重要となってきている。さらに重要なこと
には，操作装置が弁に取付けられている間の操作装置の
スラストを測定する必要性が確認されている。charbonn
eau及び他の従来技術では，上部軸受けハウジングに取
付けられた荷重セルが利用されており，弁心棒が閉から
開の位置に上がり，取付られた荷重セルに衝突する際
に，心棒荷重が測定される。心棒荷重を測定する荷重セ
ル技術は常に機能し得るとは限らない。というのは，多
くの弁操作装置は荷重セルを取りつけることができる上
部軸受けハウジングを有するように設計されていないか
らである。
4,542,649号に開示されたCharbonneauその他の発明の出
現以来，増々重要となってきている。さらに重要なこと
には，操作装置が弁に取付けられている間の操作装置の
スラストを測定する必要性が確認されている。charbonn
eau及び他の従来技術では，上部軸受けハウジングに取
付けられた荷重セルが利用されており，弁心棒が閉から
開の位置に上がり，取付られた荷重セルに衝突する際
に，心棒荷重が測定される。心棒荷重を測定する荷重セ
ル技術は常に機能し得るとは限らない。というのは，多
くの弁操作装置は荷重セルを取りつけることができる上
部軸受けハウジングを有するように設計されていないか
らである。
発明の要旨 簡潔に記載すれば，本発明は弁操作装置によって駆動
される弁心棒に生じる荷重を測定するための方法及び関
連する装置を包含する。本発明の方法は金属の，特に螺
刻された軸の応力及び歪みに関連する公知の原理及び特
性を利用し、これらの原理及び特性を本発明の固有の装
置と組み合わせて応用したものである。本発明の方法及
び装置は，心棒に荷重が加えられたときに，弁心棒の螺
刻部の変形を検出し，測定する。測定された変形は記録
され，心棒に加えられた荷重を決定するための計算装置
に入力される。
される弁心棒に生じる荷重を測定するための方法及び関
連する装置を包含する。本発明の方法は金属の，特に螺
刻された軸の応力及び歪みに関連する公知の原理及び特
性を利用し、これらの原理及び特性を本発明の固有の装
置と組み合わせて応用したものである。本発明の方法及
び装置は，心棒に荷重が加えられたときに，弁心棒の螺
刻部の変形を検出し，測定する。測定された変形は記録
され，心棒に加えられた荷重を決定するための計算装置
に入力される。
好ましい実施例では圧縮変形及び圧縮荷重が測定さ
れ，決定されるがしかし張力も考慮に入れられている。
れ，決定されるがしかし張力も考慮に入れられている。
本発明の装置は固有のねじグリップアッセンブリを有
し，グリップアッセンブリは心棒と共に動くように弁心
棒のねじ部に堅固に取付られている。グリップアッセン
ブリは互いに相対的に動く離れた複数の基準点を有し，
これらはねじに堅固に取り付けられ，さらに螺刻部のテ
ストセグメント（標点距離とも称される）を定めてい
る。
し，グリップアッセンブリは心棒と共に動くように弁心
棒のねじ部に堅固に取付られている。グリップアッセン
ブリは互いに相対的に動く離れた複数の基準点を有し，
これらはねじに堅固に取り付けられ，さらに螺刻部のテ
ストセグメント（標点距離とも称される）を定めてい
る。
弁心棒の金属本体が荷重によって変形する（すなわち
圧縮され又は引き延ばされ）に伴い，基準点は互いに相
対的に動く。したがって，テストセグメントの変形は基
準点の動きにより反映される。本発明の装置によって，
基準点の相対的な動きが検出され測定されそして記録さ
れる。測定された変形は，好ましい実施例では他の材料
特性と共に計算装置に入力され荷重が計算される。
圧縮され又は引き延ばされ）に伴い，基準点は互いに相
対的に動く。したがって，テストセグメントの変形は基
準点の動きにより反映される。本発明の装置によって，
基準点の相対的な動きが検出され測定されそして記録さ
れる。測定された変形は，好ましい実施例では他の材料
特性と共に計算装置に入力され荷重が計算される。
本発明の好ましい実施例では，ストセグメントの変形
は荷重下の心棒の湾曲を補正するために,2つの位置で測
定される。さらに本発明の装置は独特の形状を有する先
細円錐グリップ部材を有し，固定部材と組み合わせて，
弁心棒のねじに必要な締めつけを行なうのに役立つ。こ
れによって基準点は心棒の変形に伴って正確に動く。
は荷重下の心棒の湾曲を補正するために,2つの位置で測
定される。さらに本発明の装置は独特の形状を有する先
細円錐グリップ部材を有し，固定部材と組み合わせて，
弁心棒のねじに必要な締めつけを行なうのに役立つ。こ
れによって基準点は心棒の変形に伴って正確に動く。
本発明の方法及び装置とこれによって計算された心棒
荷重は，広範囲の異なる産業において応用されることは
言うまでもなく，また，本発明はそのような応用を限定
することなく，米国特許第4,542,649号のCharbonneauら
の発明，すなわち本明細書に参考として記載した米国特
許第4,542,649号の開示に改良を加えたものとして，弁
診断産業において応用される。
荷重は，広範囲の異なる産業において応用されることは
言うまでもなく，また，本発明はそのような応用を限定
することなく，米国特許第4,542,649号のCharbonneauら
の発明，すなわち本明細書に参考として記載した米国特
許第4,542,649号の開示に改良を加えたものとして，弁
診断産業において応用される。
したがって，本発明の目的は，開から閉の位置へ動く
際に操作装置によって駆動される弁心棒の荷重を測定す
るための方法を提供することである。
際に操作装置によって駆動される弁心棒の荷重を測定す
るための方法を提供することである。
本発明の他の目的は，弁心棒の螺刻部に測定装置を取
り付けることによって弁心棒荷重を測定するための方法
及び装置を提供することである。
り付けることによって弁心棒荷重を測定するための方法
及び装置を提供することである。
また，本発明のさらに他の目的は，荷重が加えられた
弁心棒の変形を測定するための方法及び装置を提供する
ことである。
弁心棒の変形を測定するための方法及び装置を提供する
ことである。
さらに，本発明の他の目的は，ねじ山を強固に締めつ
け，荷重下の螺刻された軸の変形を検出するための装置
を提供することである。
け，荷重下の螺刻された軸の変形を検出するための装置
を提供することである。
本発明の他の目的，特徴，及び利点は添付図面を参照
して本明細書を読み，理解することによって明らかとな
るであろう。
して本明細書を読み，理解することによって明らかとな
るであろう。
図面の簡単な説明 第１図は弁及び弁操作装置と共に用いられる場合の，
本発明の心棒荷重測定システムの見取図である。
本発明の心棒荷重測定システムの見取図である。
第２図は第１図の心棒荷重測定装置の，心棒歪み変換
器のみを示す側面図である。
器のみを示す側面図である。
第３図は第２図の上面図である。
第4a図は本発明の植込み部材の側面図である。
第4b図は第4a図の植込み部材の端面図である。
第５図は第１図の心棒荷重測定装置の電子装置の概略
図である。
図である。
第６図は本発明の植込み部材のかみ合いを示した，螺
刻部のみを示す図である。
刻部のみを示す図である。
好ましい実施例の詳細な説明 図面に従ってより詳細に説明する。各図を通じて同じ
数字は同じ構成部分を示している。第１図（部分概略
図）は好ましい作動環境における本発明の装置を示して
いる。プロセスパイプ12はゲート弁として示されている
弁13を備えている。弁13は弁心棒15によってパイプ12内
の流体の流れに対して垂直に上下に動かされる。弁心棒
15は弁操作装置16として公知のギヤ装置16によって，上
下に駆動される。操作装置16は枠17によって弁13の上に
取付られている。好ましい実施例に於いては，操作装置
はハンドル車18による手動で又はモータ19によって操作
される。
数字は同じ構成部分を示している。第１図（部分概略
図）は好ましい作動環境における本発明の装置を示して
いる。プロセスパイプ12はゲート弁として示されている
弁13を備えている。弁13は弁心棒15によってパイプ12内
の流体の流れに対して垂直に上下に動かされる。弁心棒
15は弁操作装置16として公知のギヤ装置16によって，上
下に駆動される。操作装置16は枠17によって弁13の上に
取付られている。好ましい実施例に於いては，操作装置
はハンドル車18による手動で又はモータ19によって操作
される。
第１図に示されているように心棒歪み変換器24が弁心
棒15の螺刻部20に取付られている。
棒15の螺刻部20に取付られている。
第２図及び第３図に詳細に示されているように心棒歪
み変換器24は左クランプハーフ（clamp half）25及び右
ランプハーフ26を有する。左クランプハーフ25は，上部
グリップ板29と取付ブラケット30とが強固に取付られた
支持板28を有している。下部グリップ板31はボルト35に
よって支持板28に取り外し自在に取付られている。線形
可変作動変換器（linear variable differential trans
ducer（“LVDT"））32がブラケット30に取付けられ,LVD
Tの（中心部の延長上の）針33は下部グリップ板31の上
面34に接している。右クランプハーフ26は支持板38を有
し，この支持板38には上部グリップ板39と取付ブラケッ
ト40とが強固に取付けられている。下部グリップ板41は
ボルト45によって支持板38に取り外し自在に取り付けら
れている。LVDT42はブラケット40に取り付けられ,LVDT
の（中心部の延長上の）針43は下部グリップ板41の上面
44に接している。これらのLVDTは，当該分野において典
型的な型のものであり，電圧出力信号を有効にするため
に，静止ベースを貫通して動く芯部を備えている。
み変換器24は左クランプハーフ（clamp half）25及び右
ランプハーフ26を有する。左クランプハーフ25は，上部
グリップ板29と取付ブラケット30とが強固に取付られた
支持板28を有している。下部グリップ板31はボルト35に
よって支持板28に取り外し自在に取付られている。線形
可変作動変換器（linear variable differential trans
ducer（“LVDT"））32がブラケット30に取付けられ,LVD
Tの（中心部の延長上の）針33は下部グリップ板31の上
面34に接している。右クランプハーフ26は支持板38を有
し，この支持板38には上部グリップ板39と取付ブラケッ
ト40とが強固に取付けられている。下部グリップ板41は
ボルト45によって支持板38に取り外し自在に取り付けら
れている。LVDT42はブラケット40に取り付けられ,LVDT
の（中心部の延長上の）針43は下部グリップ板41の上面
44に接している。これらのLVDTは，当該分野において典
型的な型のものであり，電圧出力信号を有効にするため
に，静止ベースを貫通して動く芯部を備えている。
第３図は第２図のアッセンブリの上面図であり,2つの
上部板29,39のみが示されている。しかし下部板31及び4
1も同様の構造及びアッセンブリを備えている。４個の
グリップ板29,31,39,41は、それぞれ，その前端部50を
形成するくさび形の凹面50,及び該グリップ板をそれぞ
れ支持板28,38に取り付けるための後端部51を備えてい
る。終端52,53はボルト溝54,55を備えている。２つの植
込み部材受穴58,59は各グリップ板29,31,39,41の前端部
50に開けられている。穴は，それぞれその中心線62が該
前端部のくさび形の一辺に垂直となるように配向してい
る。該板29,31,39,41の後端部51からそれぞれの穴58,59
へは，ねじ溝60,61によって通路が設けられている。植
込み部材63,64はねじ溝60,61を介してねじによって各穴
58,59に保持されている。植込み部材63,64は穴58,59の
中で回転方向と軸方向に動けるように調整できる。第4a
図及び第4b図に，より詳しく示すうように各植込み部材
63,64は円柱状本体65と先細円錐頭部66とによって固有
の形状に形成される。好ましい実施例に於いては，該頭
部66の円錐形は側面から見て約90゜の角度「ａ」を決定
している。円錐頭部66の中心線68は本体65の中心線69か
らずれている。好ましい実施例では，頭部中心線68は植
込み部材本体65の半径約1/2に等しい距離にだけずれて
いる。第4a図はまた螺刻された溝71を示しており，この
溝によってねじは植込み部材63,64を穴58,59内に保持す
る。キー孔72は植込み部材63,64の頭部の端に開けられ
る。
上部板29,39のみが示されている。しかし下部板31及び4
1も同様の構造及びアッセンブリを備えている。４個の
グリップ板29,31,39,41は、それぞれ，その前端部50を
形成するくさび形の凹面50,及び該グリップ板をそれぞ
れ支持板28,38に取り付けるための後端部51を備えてい
る。終端52,53はボルト溝54,55を備えている。２つの植
込み部材受穴58,59は各グリップ板29,31,39,41の前端部
50に開けられている。穴は，それぞれその中心線62が該
前端部のくさび形の一辺に垂直となるように配向してい
る。該板29,31,39,41の後端部51からそれぞれの穴58,59
へは，ねじ溝60,61によって通路が設けられている。植
込み部材63,64はねじ溝60,61を介してねじによって各穴
58,59に保持されている。植込み部材63,64は穴58,59の
中で回転方向と軸方向に動けるように調整できる。第4a
図及び第4b図に，より詳しく示すうように各植込み部材
63,64は円柱状本体65と先細円錐頭部66とによって固有
の形状に形成される。好ましい実施例に於いては，該頭
部66の円錐形は側面から見て約90゜の角度「ａ」を決定
している。円錐頭部66の中心線68は本体65の中心線69か
らずれている。好ましい実施例では，頭部中心線68は植
込み部材本体65の半径約1/2に等しい距離にだけずれて
いる。第4a図はまた螺刻された溝71を示しており，この
溝によってねじは植込み部材63,64を穴58,59内に保持す
る。キー孔72は植込み部材63,64の頭部の端に開けられ
る。
第１図と第５図を参照すれば本発明の装置の電子技術
の部分が理解される。この部分は，コンディショニング
装置75に電力を供給する電源装置74を有している。コン
ディショニング装置74はLVDT32,42のそれぞれのための
コンディショニングモジュール77,78を有する。各コン
ディショニングモジュール77,78はLVDT32,42のそれぞれ
に，エキサイテーションパワー（exitation power）を
供給し，配線79,80からLVDT信号を受け取る。好ましい
実施例では，モジュール77,78はLVDT信号の復調と増幅
を行い,LVDT出力を濾波し，高レベルDC信号に変換す
る。このようなモジュールには、既製のものが使用でき
る。コンディショニング装置75はさらに加算モジュール
81を有し,2個のコンディショニングモジュール77,78か
らの出力信号を結合してコンディショニング装置からの
単一信号にする。加算装置は，増幅器82,セパレート入
力抵抗R1及びR2,帰還回路83（抵抗R3及びR4を含む），
及びバイアス電流補正抵抗R5を有している。これらの抵
抗の値は所望の出力を供給するように選択により変えら
れる。例えば，一実施例において，加算モジュール81か
らの出力はコンディショニングモジュール77,78からの
２つの信号の平均値である（この様な場合，抵抗の値は
R1＝R2＝10Kohms,R3＝4.5Kohms,R4＝1Kohms,R3−R4は一
組で5Kohmsに調節可能,R5＝2.5Kohms）；他の実施例で
は加算モジュール出力は２個のコンディショニングモジ
ュールの合計である。（R1＝R2＝10k;R3＝9.5K,R4＝1K
に調節可能,R5＝4.3k）。各出力は典型的には，直流電
圧の形態である。
の部分が理解される。この部分は，コンディショニング
装置75に電力を供給する電源装置74を有している。コン
ディショニング装置74はLVDT32,42のそれぞれのための
コンディショニングモジュール77,78を有する。各コン
ディショニングモジュール77,78はLVDT32,42のそれぞれ
に，エキサイテーションパワー（exitation power）を
供給し，配線79,80からLVDT信号を受け取る。好ましい
実施例では，モジュール77,78はLVDT信号の復調と増幅
を行い,LVDT出力を濾波し，高レベルDC信号に変換す
る。このようなモジュールには、既製のものが使用でき
る。コンディショニング装置75はさらに加算モジュール
81を有し,2個のコンディショニングモジュール77,78か
らの出力信号を結合してコンディショニング装置からの
単一信号にする。加算装置は，増幅器82,セパレート入
力抵抗R1及びR2,帰還回路83（抵抗R3及びR4を含む），
及びバイアス電流補正抵抗R5を有している。これらの抵
抗の値は所望の出力を供給するように選択により変えら
れる。例えば，一実施例において，加算モジュール81か
らの出力はコンディショニングモジュール77,78からの
２つの信号の平均値である（この様な場合，抵抗の値は
R1＝R2＝10Kohms,R3＝4.5Kohms,R4＝1Kohms,R3−R4は一
組で5Kohmsに調節可能,R5＝2.5Kohms）；他の実施例で
は加算モジュール出力は２個のコンディショニングモジ
ュールの合計である。（R1＝R2＝10k;R3＝9.5K,R4＝1K
に調節可能,R5＝4.3k）。各出力は典型的には，直流電
圧の形態である。
コンディショニング装置75からの出力信号はケーブル
85によってオシロスコープなどの記録装置86に伝達され
る。該装置で信号値が記録され，信号値が視覚的に観察
され得る。コンディショニング装置75からの電圧信号は
記録装置86における対応する距離の測定値に関連してい
る。記録装置86から，距離の値はケーブル88によって電
子的にコンピュータに送られることにより，又は手動で
キーパッド（keypad）によって計算器に移すことによ
り，計算装置87に移送される。
85によってオシロスコープなどの記録装置86に伝達され
る。該装置で信号値が記録され，信号値が視覚的に観察
され得る。コンディショニング装置75からの電圧信号は
記録装置86における対応する距離の測定値に関連してい
る。記録装置86から，距離の値はケーブル88によって電
子的にコンピュータに送られることにより，又は手動で
キーパッド（keypad）によって計算器に移すことによ
り，計算装置87に移送される。
操作 上述の装置は取付けられた心棒歪み変換器24内を通し
て弁心棒15に接続される。実際には，弁13を引き，部分
的に開いてその弁座からはずれるようにして，弁心棒が
緩和した状態である（すなわち圧縮応力が生じていな
い）ことが最も良い。次に心棒歪み変換器24が枠17の先
端付近の弁心棒15の螺刻部20に取付けられる。このよう
に，弁13が再び閉じられる際に，歪み変換器は弁ハウジ
ング14の最上部に接触して動かなくなることはない。弁
心棒115に心棒歪み変換器54を取付ける前に，上記のよ
うにクランプハーフ25,26が組み立てられる。下部グリ
ップ板31,41はそれぞれの支持板28,38に動かないように
ボルトで締められる。支持板28,38に取付ける時に，下
部グリップ板31,41の上面34,44がLVDT取付けブラケット
30,40から離れるように注意されたい。第２図に示され
ているように,2個のクランプハーフ25,26を弁心棒15の
螺刻部20に，弁心棒15の軸面90の両側に各１個のクラン
プハーフ25,26が配されることにより変換器24の取付け
が完了する。第３図に示されているように，それぞれの
グリップ板29,31,39,41のくさび形凹面50は弁心棒15を
取り囲む。すべてのグリップ板29,31,39,41の植込み部
材63,64はねじ溝60,61内のねじによってそれぞれの植込
み部材受け穴58,59にしっかりと引きつけられている。
クランプハーフ25,26は螺刻部20に配されているので，
それぞれの植え込み部材63,64の先細円錐頭部66は心棒
の螺刻部の谷91に突出し，各頭部66は１つの谷に突出し
ている（第６図参照）。
て弁心棒15に接続される。実際には，弁13を引き，部分
的に開いてその弁座からはずれるようにして，弁心棒が
緩和した状態である（すなわち圧縮応力が生じていな
い）ことが最も良い。次に心棒歪み変換器24が枠17の先
端付近の弁心棒15の螺刻部20に取付けられる。このよう
に，弁13が再び閉じられる際に，歪み変換器は弁ハウジ
ング14の最上部に接触して動かなくなることはない。弁
心棒115に心棒歪み変換器54を取付ける前に，上記のよ
うにクランプハーフ25,26が組み立てられる。下部グリ
ップ板31,41はそれぞれの支持板28,38に動かないように
ボルトで締められる。支持板28,38に取付ける時に，下
部グリップ板31,41の上面34,44がLVDT取付けブラケット
30,40から離れるように注意されたい。第２図に示され
ているように,2個のクランプハーフ25,26を弁心棒15の
螺刻部20に，弁心棒15の軸面90の両側に各１個のクラン
プハーフ25,26が配されることにより変換器24の取付け
が完了する。第３図に示されているように，それぞれの
グリップ板29,31,39,41のくさび形凹面50は弁心棒15を
取り囲む。すべてのグリップ板29,31,39,41の植込み部
材63,64はねじ溝60,61内のねじによってそれぞれの植込
み部材受け穴58,59にしっかりと引きつけられている。
クランプハーフ25,26は螺刻部20に配されているので，
それぞれの植え込み部材63,64の先細円錐頭部66は心棒
の螺刻部の谷91に突出し，各頭部66は１つの谷に突出し
ている（第６図参照）。
該頭部66の円錐形状は，種々の大きさの螺刻部のねじ
に，植込み部材63が丁度適合するのを助ける。先端部67
のオフセットの性質は，一対の上部グリップ板29,39と
一対の下部グリップ板31,41との平行配列を維持するた
めに，対応するねじのピッチ及びリードを補正するのを
助ける。それぞれの植込み部材の先細円錐頭部66はネジ
谷91内で良く適合するように，そして対になったグリッ
プ板がほぼ平行配列となるように本体の中心線69に従っ
て回転する。好ましい実施例に於いて,2個のクランプハ
ーフ25,26が心棒15に整列して取付られると,2つの上部
グリップ板29,39の４個の植込み部材63,64の本体中心線
69はすべて弁心棒の軸面90に垂直な同一面内に存在す
る。各植込み部材頭部66の中心線68は，それぞれの本体
中心線69の面にできる限り接近するのが好ましい。植込
み部材63,64の本体中心線69を軸とする回転は，キー孔7
2にピンが挿入され，該ピンがてことして使用されるこ
とによって促進される。植込み部材63,64は穴58,59内で
さらに動くのを妨げるためにねじ溝60,61内のねじによ
ってしっかり締められている。対になったグリップ板2
9,39及び31,41は心棒15の周囲でボルト溝54,55を貫通す
るボルト56,57によって互いに引き合っている。
に，植込み部材63が丁度適合するのを助ける。先端部67
のオフセットの性質は，一対の上部グリップ板29,39と
一対の下部グリップ板31,41との平行配列を維持するた
めに，対応するねじのピッチ及びリードを補正するのを
助ける。それぞれの植込み部材の先細円錐頭部66はネジ
谷91内で良く適合するように，そして対になったグリッ
プ板がほぼ平行配列となるように本体の中心線69に従っ
て回転する。好ましい実施例に於いて,2個のクランプハ
ーフ25,26が心棒15に整列して取付られると,2つの上部
グリップ板29,39の４個の植込み部材63,64の本体中心線
69はすべて弁心棒の軸面90に垂直な同一面内に存在す
る。各植込み部材頭部66の中心線68は，それぞれの本体
中心線69の面にできる限り接近するのが好ましい。植込
み部材63,64の本体中心線69を軸とする回転は，キー孔7
2にピンが挿入され，該ピンがてことして使用されるこ
とによって促進される。植込み部材63,64は穴58,59内で
さらに動くのを妨げるためにねじ溝60,61内のねじによ
ってしっかり締められている。対になったグリップ板2
9,39及び31,41は心棒15の周囲でボルト溝54,55を貫通す
るボルト56,57によって互いに引き合っている。
植込み部材63,64の頭部中心線68は基準点として機能
し，心棒15上に基準点をマークする。基準点は弁心棒15
上のテストセグメント，又は標点距離（「Ｌ」）を定め
る。グリップ板29,31,39,41の対応する基準点（頭部中
心線）67の間の軸方向の距離が測定される。このように
左半分のグリップ板29,31の植込み部材63の頭部中心線6
8の間の距離，左半分のグリップ板29,31の植込み部材64
の頭部中心線68の間の距離，右半分のグリップ板39,41
の植込み部材63の頭部中心線68の間の距離，及び右半分
のグリップ板39,41の植込み部材64の頭部中心線68の間
の距離を測定する。これら４つの距離の平均が標点距離
「Ｌ」とされ，計算装置87のメモリ−入力される。LVDT
32,42は，上に示したように記録装置86に接続されたコ
ンディショニング装置75に接続される。好ましい実施例
では，各LDVT32,42はそれぞれ，クランプハーフ25,26に
取り付けられ，その際には，クランプハーフが弁心棒15
に取り付けられたときに,LVDT32,42のコア（針33,43）
が弁心棒の中心線に対して半径方向に約180゜離れかつ
心棒の中心線から等しい距離にあるようにされる。この
時に，下部グリップ板31,41をそれぞれの支持板28,38に
保持するボルト35,45は取り去られ，下部グリップ板31,
41はボルト56,57によって弁心棒15に固定されるが,LVDT
取付ブラケット30,40に対して相対的に自由に動ける。
し，心棒15上に基準点をマークする。基準点は弁心棒15
上のテストセグメント，又は標点距離（「Ｌ」）を定め
る。グリップ板29,31,39,41の対応する基準点（頭部中
心線）67の間の軸方向の距離が測定される。このように
左半分のグリップ板29,31の植込み部材63の頭部中心線6
8の間の距離，左半分のグリップ板29,31の植込み部材64
の頭部中心線68の間の距離，右半分のグリップ板39,41
の植込み部材63の頭部中心線68の間の距離，及び右半分
のグリップ板39,41の植込み部材64の頭部中心線68の間
の距離を測定する。これら４つの距離の平均が標点距離
「Ｌ」とされ，計算装置87のメモリ−入力される。LVDT
32,42は，上に示したように記録装置86に接続されたコ
ンディショニング装置75に接続される。好ましい実施例
では，各LDVT32,42はそれぞれ，クランプハーフ25,26に
取り付けられ，その際には，クランプハーフが弁心棒15
に取り付けられたときに,LVDT32,42のコア（針33,43）
が弁心棒の中心線に対して半径方向に約180゜離れかつ
心棒の中心線から等しい距離にあるようにされる。この
時に，下部グリップ板31,41をそれぞれの支持板28,38に
保持するボルト35,45は取り去られ，下部グリップ板31,
41はボルト56,57によって弁心棒15に固定されるが,LVDT
取付ブラケット30,40に対して相対的に自由に動ける。
弁心棒16は弁13を閉じるために手動又は弁操作装置16
のモータ操作によって下方へ駆動される。弁13が閉じた
位置に来ると，圧縮荷重（“心棒荷重”）が弁心棒内で
生じる。心棒荷重は弁操作装置内のトルクスイッチがは
ずれて操作装置を開放する（又は手動操作を止める）ま
で増大し続ける。
のモータ操作によって下方へ駆動される。弁13が閉じた
位置に来ると，圧縮荷重（“心棒荷重”）が弁心棒内で
生じる。心棒荷重は弁操作装置内のトルクスイッチがは
ずれて操作装置を開放する（又は手動操作を止める）ま
で増大し続ける。
心棒15が受けた圧縮荷重のために，心棒が形成されて
いる歪みを生じ得る材料の圧縮が生じる。心棒15が圧縮
されると，距離「Ｌ」で定義される心棒のテストセグメ
ント（標点距離）は比例して圧縮される。テストセグメ
ントが圧縮されると，下部グリップ板31,41はLDVT取付
けブラケット30,40に対して相対的に動く。基準面34,44
はLDVT針33,43を動かし，これにより，当該分野で知ら
れているようにLDVTコアとベースとの間の相対的な運動
が生じ，そのために，テストセクションの長さ
（「Ｌ」）に於ける変化（「ΔＬ」）を表す信号が発生
する。テストセグメントを彎曲させた場合，一方のクラ
ンプハーフの基準点の間の距離は増大し，他方のクラン
プハーフの基準点の間の距離は減少することが理解され
得る。それぞれのLDVT32,42はこれを検出し，相対的増
加又は減少を表すΔＬの信号を送る。上述のようにそれ
ぞれLDVT32,42からの信号はそれぞれのコンディショニ
ングモジュール77,78から加算装置81に送られ，該加算
装置81で真の値が加えられ，平均され，さもなければ調
整され，そして記録装置86へ送られる。該記録装置86で
その調製された信号は表示され，さもなければ記録され
る。好ましい実施例に於いては，テスト長さ「Ｌ」に於
ける変化（ΔＬ）の時間に関する軌跡が記録され，表示
される。このような軌跡のサンプル93が第５図に示され
ている。記録装置86で記録された距離の値は，上記の様
に，次に，計算装置に入力される。記録と計算のステッ
プは結合可能であることが理解される。
いる歪みを生じ得る材料の圧縮が生じる。心棒15が圧縮
されると，距離「Ｌ」で定義される心棒のテストセグメ
ント（標点距離）は比例して圧縮される。テストセグメ
ントが圧縮されると，下部グリップ板31,41はLDVT取付
けブラケット30,40に対して相対的に動く。基準面34,44
はLDVT針33,43を動かし，これにより，当該分野で知ら
れているようにLDVTコアとベースとの間の相対的な運動
が生じ，そのために，テストセクションの長さ
（「Ｌ」）に於ける変化（「ΔＬ」）を表す信号が発生
する。テストセグメントを彎曲させた場合，一方のクラ
ンプハーフの基準点の間の距離は増大し，他方のクラン
プハーフの基準点の間の距離は減少することが理解され
得る。それぞれのLDVT32,42はこれを検出し，相対的増
加又は減少を表すΔＬの信号を送る。上述のようにそれ
ぞれLDVT32,42からの信号はそれぞれのコンディショニ
ングモジュール77,78から加算装置81に送られ，該加算
装置81で真の値が加えられ，平均され，さもなければ調
整され，そして記録装置86へ送られる。該記録装置86で
その調製された信号は表示され，さもなければ記録され
る。好ましい実施例に於いては，テスト長さ「Ｌ」に於
ける変化（ΔＬ）の時間に関する軌跡が記録され，表示
される。このような軌跡のサンプル93が第５図に示され
ている。記録装置86で記録された距離の値は，上記の様
に，次に，計算装置に入力される。記録と計算のステッ
プは結合可能であることが理解される。
心棒荷重の実際の値の最終決定は材料強度と弾性体の
原理に基づいている。次の式が当該分野で知られ，使用
されている。
原理に基づいている。次の式が当該分野で知られ，使用
されている。
歪＝ΔL/L 応力＝（歪み）×（弾性係数） 力＝（応力）×（応力面積） 螺刻部の応力面積は最少のピッチ円直径（Ｐ）と最少
の歯もと円直径（Ｋ）の平均に基づいて次のようにな
る。
の歯もと円直径（Ｋ）の平均に基づいて次のようにな
る。
応力面積＝π［（Ｐ＋Ｋ）/4］２ 故に，次の計算が計算装置87によって行なわれる。
Ｆ＝π［ΔLE/L］×［（Ｐ＋Ｋ）/4］２ ここでＦは心棒荷重である。
ΔＬはコンディショニング装置75によって決められ
る。加算装置81が平均のΔＬと異る出力を出した場合，
上式に適切な修正が行なわれなければならない。
る。加算装置81が平均のΔＬと異る出力を出した場合，
上式に適切な修正が行なわれなければならない。
Ｅは心棒材料の弾性係数である。
Ｌはあらかじめ測定された心棒のテストセグメントの
長さである。
長さである。
Ｐはねじの幾何学配列に基づく螺刻部20の最小ピッチ
円直径である。
円直径である。
Ｋはねじの幾何学配列に基づくねじ部20の最少歯もと
円直径である。
円直径である。
心棒変換器24は，より大きな発明システムの一部とし
て本明細書に開示されているが，心棒歪み変換器はそれ
自身新奇であり，他の螺刻された心棒の使用環境におい
ても応用できることが理解される。
て本明細書に開示されているが，心棒歪み変換器はそれ
自身新奇であり，他の螺刻された心棒の使用環境におい
ても応用できることが理解される。
本明細書に記載されている好ましい実施例は２個の基
準点の間の相対的な変化を検出し測定するためにLVDTを
使用することを開示しているが，類似の目的を達成する
ために変化を検出する他の装置を使用することも，本発
明の範囲内である。
準点の間の相対的な変化を検出し測定するためにLVDTを
使用することを開示しているが，類似の目的を達成する
ために変化を検出する他の装置を使用することも，本発
明の範囲内である。
本発明の好ましい実施例は，テストセグメントを定め
るために，そしてテストセグメントの限界を定める基準
点を追跡するために心棒歪み変換器2Xを使用することを
開示しているが，本発明のより発展的な装置及び方法の
範囲内で同等の目的を達成するための他の方法を使用す
ることも本発明の範囲内である。
るために，そしてテストセグメントの限界を定める基準
点を追跡するために心棒歪み変換器2Xを使用することを
開示しているが，本発明のより発展的な装置及び方法の
範囲内で同等の目的を達成するための他の方法を使用す
ることも本発明の範囲内である。
本発明は，特にその好ましい実施例に関して詳述され
ているが，上記の様に，また添付の特許請求の範囲で定
められているように，本発明の精神と範囲内において変
更及び修正を行うことができるものと理解される。
ているが，上記の様に，また添付の特許請求の範囲で定
められているように，本発明の精神と範囲内において変
更及び修正を行うことができるものと理解される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マクメナミー，ジョン エー アメリカ合衆国 ジョージア 30064 マリエッタ，ヘイワード サークル 534
Claims (5)
- 【請求項１】螺刻された心棒にかかる荷重を決定する装
置であって、 該心棒に沿って第１基準点を定めるように該心棒のねじ
をグリップする第１ねじグリップ手段、 該心棒に沿って第２基準点を定めるように、該第１基準
点から軸方向に離れた位置で該心棒のねじをグリップす
る第２ねじグリップ手段、 該心棒に沿って第３基準点を定めるように、該第１基準
点から円周方向に離れた位置で該心棒のねじをグリップ
する第３ねじグリップ手段、 該心棒に沿って第４基準点を定めるように、該第１基準
点から円周方向に離れさらに該第３基準点から軸方向に
離れた位置で該心棒のねじをグリップする第４ねじグリ
ップ手段、 該基準点間の無荷重状態の距離を軸方向に測定する測定
手段、 第１の長さ変化を得るために、該心棒の圧縮の間の該第
１及び第２基準点間の相対的動きを検出及び測定する第
１動き検出手段、 第２の長さ変化を決定するために、該心棒の圧縮の間の
該第３及び第４基準点間の相対的動きを検出及び測定す
る第２動き検出手段、 該第１及び第２の長さ変化の平均を決定する決定手段、 Ｅを弾性係数及びＡを該心棒のねじ特性に基づく応力面
積とし、該決定された平均の長さ変化（dL）、該測定さ
れた無荷重状態の距離（Ｌ）及び式Ｆ＝dL Ｅ A/Lを
用いて該心棒にかかる荷重力を算出する計算手段、及び 該第１ねじグリップ手段と該第３ねじグリップ手段との
間及び該第２ねじグリップ手段と該第４ねじグリップ手
段との間に動きの自由度を与え、その動きの自由度が、
該軸方向、該半径方向、及び該角度方向のそれぞれにお
いて、少なくともいくらかの距離だけ、該第１ねじグリ
ップ手段と該第３ねじグリップ手段との間の距離及び該
第２ねじグリップ手段と該第４ねじグリップ手段との間
の距離が変化することを可能にする手段 を備え、 該第１動き検出手段及び該第２動き検出手段が、半径方
向及び角度方向のそれぞれで該第１〜４のねじグリップ
手段の独立した相対的動きを許し、 該螺刻された心棒が曲げ力及びねじれ力の全てまたは一
部をうけている間、該螺刻された心棒の軸の変形が測定
できる螺刻された心棒にかかる荷重を決定する装置。 - 【請求項２】荷重を受けている螺刻された心棒に於ける
変形を監視するための歪み監視装置であって、 螺刻された心棒のねじをグリップし、かつ該心棒の長手
方向に沿って第１基準点を定める第１ねじグリップ手
段、 該螺刻された心棒のねじをグリップし、かつ該心棒の長
手方向に沿って第２基準点を定める、該第１基準点から
軸方向に離れて位置する第２ねじグリップ手段、 該螺刻された心棒のねじをグリップし、かつ該心棒の長
手方向に沿って第３基準点を定める、該第１基準点から
円周方向に180゜離れて位置する第３ねじグリップ手
段、 該螺刻された心棒のねじをグリップし、かつ該心棒に沿
って第４基準点を定める、該第２基準点から円周方向に
180゜離れて位置しさらに該第３基準点から軸方向に離
れて位置する第４ねじグリップ手段、 該第１基準点と該第２基準点との間の相対的動きを検出
するための、また該相対的動きの表示信号を発するため
の第１動き検出手段、 該第３基準点と該第４基準点との間の相対的動きを検出
するための、また該相対的動きの表示信号を発するため
の第２動き検出手段、 該第１及び第２動き検出手段からの該信号を予め定めら
れた方法で結合させるためのコンディショニング手段、
及び 該第１ねじグリップ手段と該第３ねじグリップ手段との
間及び該第２ねじグリップ手段と該第４ねじグリップ手
段との間に動きの自由度を与え、その動きの自由度は、
該軸方向、該半径方向、及び該角度方向のそれぞれにお
いて、少なくともいくらかの距離だけ、該第１ねじグリ
ップ手段と該第３ねじグリップ手段との間の距離及び該
第２ねじグリップ手段と該第４ねじグリップ手段との間
の距離が変化することを可能にする手段と、 を備え、 該第１動き検出手段及び該第２動き検出手段が、半径方
向及び角度方向のそれぞれで該第１〜４のねじグリップ
手段の独立した相対的動きを許し、 該螺刻された心棒が曲げ力及びねじれ力の全てまたは一
部をうけている間、該螺刻された心棒の軸の変形が測定
でき、 該心棒に於ける変形を表すパラメータを供給する、荷重
を受けている螺刻された心棒に於ける変形を監視するた
めの歪み監視装置。 - 【請求項３】荷重を受けている心棒又は他の対称形の物
に於ける軸方向の変形を監視するための装置であって、 該心棒に沿って配置された第１グリップ部材、 該第１グリップ部材との間の軸を取り外し自在な状態で
しっかりとグリップするように該第１グリップ部材と協
同する第２グリップ部材、 該心棒に沿って該第１グリップ部材から軸方向に離れた
位置に配置された第３グリップ部材、 該第３グリップ部材との間の軸を取り外し自在な状態で
しっかりとグリップするように該第３グリップ部材と協
同する第４グリップ部材、 該第１及び第３グリップ部材間の該相対的動きの軸方向
成分を検出するための、また該軸方向成分を表す電気信
号を発するための第１動き検出手段、 該第２及び第４グリップ部材間の該相対的動きの軸方向
成分を検出するための、また該第２及び第４グリップ部
材間の動きの該軸方向成分を表す電気信号を発するため
の第２動き検出手段、 該第１動き検出手段からの該信号及び該第２動き検出手
段からの該信号を予め定められた方法で結合させるため
の手段、及び 該第１グリップ部材と該第３グリップ部材との間及び該
第２グリップ部材と該第４グリップ部材との間に動きの
自由度を与え、その動きの自由度は、該軸方向、該半径
方向、及び該角度方向のそれぞれにおいて、少なくとも
いくらかの距離だけ、該第１グリップ部材と該第３グリ
ップ部材との間の距離及び該第２グリップ部材と該第４
グリップ部材との間の距離が変化することを可能にする
手段と、 を備え、 該第１及び第３グリップ部材は該心棒に作用する力に応
じて互いに相対的に動き、該第２及び第４グリップ部材
は該心棒に作用する力に応じて互いに相対的に動き、 該第１動き検出手段及び該第２動き検出手段が、半径方
向及び角度方向のそれぞれで該第１〜４のグリップ部材
の独立した相対的動きを許し、 該螺刻された心棒が曲げ力及びねじれ力の全てまたは一
部をうけている間、該螺刻された心棒の軸の変形が測定
でき、 該心棒に於ける軸方向の変形を表すパラメータを供給す
る、荷重を受けている心棒又は他の対称形の物に於ける
軸方向の変形を監視するための装置。 - 【請求項４】前記第１動き検出手段は、少なくとも、前
記第１グリップ部材に取り付けられたLVDT及び前記第３
グリップ部材に取り付けられた受け表面を備え、LVDT芯
要素は該受け表面に接触し、かつ該第１及び第３グリッ
プ部材間の相対的軸方向の動きに応じてLVDTベース要素
に対して相対的に動くように構成され、前記第２動き検
出手段は、少なくとも、前記第２グリップ部材に取り付
けられた第2LVDT及び前記第４グリップ部材に取り付け
られた第２受け表面を備え、該第2LVDTのLVDT芯要素は
該第２の受け表面に接触し、かつ該第２及び第４グリッ
プ部材間の相対的軸方向の動きに応じて該第2LVDTのベ
ース要素に対して相対的に動くように構成されている請
求項３に記載の装置。 - 【請求項５】前記第1LVDTの前記芯要素は、前記第2LVDT
の前記芯要素が前記第２受け表面に接触している位置か
ら軸の中央線に関して180゜離れた位置で前記第１受け
表面と接触しており、該接触位置は該軸の中央線から等
距離だけ離れている請求項４に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4100687A | 1987-04-21 | 1987-04-21 | |
| US041,006 | 1987-04-21 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9046321A Division JP2766256B2 (ja) | 1987-04-21 | 1997-02-28 | 心棒荷重測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01503641A JPH01503641A (ja) | 1989-12-07 |
| JP2842555B2 true JP2842555B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=21914205
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63504140A Expired - Lifetime JP2842555B2 (ja) | 1987-04-21 | 1988-04-21 | 心棒荷重測定システム |
| JP9046321A Expired - Lifetime JP2766256B2 (ja) | 1987-04-21 | 1997-02-28 | 心棒荷重測定システム |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9046321A Expired - Lifetime JP2766256B2 (ja) | 1987-04-21 | 1997-02-28 | 心棒荷重測定システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
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