JP2872985B2 - 下流の翼形インサートを有する低騒音のボール弁組立体 - Google Patents

下流の翼形インサートを有する低騒音のボール弁組立体

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JP2872985B2
JP2872985B2 JP35060697A JP35060697A JP2872985B2 JP 2872985 B2 JP2872985 B2 JP 2872985B2 JP 35060697 A JP35060697 A JP 35060697A JP 35060697 A JP35060697 A JP 35060697A JP 2872985 B2 JP2872985 B2 JP 2872985B2
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    • Y10T137/86718—Dividing into parallel flow paths with recombining
    • Y10T137/86743—Rotary
    • Y10T137/86751—Plug

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低騒音のボール弁
組立体に関し、特に、圧縮性流体の伝送、分配を制御す
るための、低騒音のボール弁組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】天然ガスのような圧縮性流体の伝送、分
配においては、弁は、変化する圧力、流量を制御し、ま
た高い圧力降下の下、すなわち上流と下流との間に大き
な圧力差が存在する下で作動することが要求される。こ
のような機能を有する弁では、コントローラーやコンピ
ューターからの制御信号に応答するアクチュエーターや
ポジショナーが装備される。
【０００３】大きな圧力降下の下で圧縮性流体が制御弁
を通して絞られる場合、流体中に空気力学的に騒音が発
生し、次いで騒音が流体を伝わってパイプの壁を刺激し
（主に下流で生じる）、これにより周囲の環境に伝わる
騒音を起こす。この結果、騒音が、作業者の会話の聞き
取り可能な限度を越えることがある。
【０００４】制御弁を通しての圧縮性流体の絞りに関係
する第２の事柄は、それがしばしば過度な機械的振動を
生じさせ、その結果、必然的に、関連する測定機器や制
御機器の正常な操作に問題を引き起こすことである。ま
た、この振動は溶接部分や配管部分に疲労破壊を引き起
こすことである。
【０００５】ボール弁は、特殊な用途、例えば、天然ガ
スの伝送、分配に遮断弁や制御弁としてよく使用され
る。ボール弁が使用される場合、騒音や機械的振動を低
減するために、所定の流れ条件の下で流体が通る比較的
小径な複数の通路を設けたインサート(insert)がボール
弁内に配置される。しかしながら、騒音及び機械的振動
を十分低減することができる、ボール弁のための、イン
サートの有効性は非常に限られている。
【０００６】また、上述したタイプのボール弁は、しば
しば弁工程の全範囲を通して圧力降下がある応用例に限
定される。それらの応用例では、ボール弁は、弁工程の
全範囲で連続的に騒音を低減できるように設計すること
ができる。しかしながら、比較的少量の流量で且つ小さ
な弁開口度の下では比較的大きな圧力降下が存在し、ま
た最大流量で比較的大きな弁開口度の下では比較的小さ
な圧力降下が存在する応用例がある。後者、すなわち小
さな圧力降下がある場合、流れ容量は、弁工程の全範囲
を通しての大きな圧力降下に基づいて連続的に騒音を低
減することができるように設計された弁を利用すること
によって可能となる場合よりも大きな流れ容量が要求さ
れる。
【０００７】また、球形のボール内に溶接、あるいは他
の方法で配置された、上述したタイプのインサートを有
するボール弁は、製造するのが難しく、しばしばボール
弁のねじれを起こす。さらに、上述したタイプのインサ
ートを有するボール弁は、ガスが弁を通過するときにガ
ス流の剥離を引き起こす。このガス流の剥離は弁の性能
を落とす、圧力降下の損失となる。
【０００８】それ故、必要なものは、比較的大きな圧力
降下がある場合において、比較的少量の流量で且つ比較
的小さな弁開口度の下で騒音を低減することができ、さ
らに比較的小さい圧力降下の場合にも応答して最大限の
流量を達成できるボール弁である。また、機械的振動を
低減することができる上述したタイプの弁を比較的容易
に製造出来ることであり、またねじれを容易に受けない
ことも、必要なことである。さらに、ガスが弁を通る時
に、ガス流の剥離が起こらない、上記のボール弁であ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上記要求を満たす、導管を通る流体の流れを制御す
るボール弁組立体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記導管内にはボール弁
が配置され、且つ該ボール弁は流体を受け入れる貫通孔
が設けられる。インサートもまた導管内のボール弁の下
流位置に配置されて、複数の、比較的小さい流路及び比
較的大きい流路を区画する。ボール弁は導管内で回転可
能であり、流体をその孔から１つ又はそれ以上の流路を
通して導き、またインサートの一部が翼形面を形成し
て、流体が比較的大きい流路を通過するときに流体の剥
離を防止する。幾つかの小さいな流路間には、キャビテ
ィが形成されていて、２段階の圧力減少を可能にし、そ
れ故、騒音低減が向上する。
【００１１】流体の流れによって引き起こされる騒音や
機械的振動を比較的小さな弁開口及び少ない流量で十分
に低減することができ、一方、圧力降下が比較的小さい
ときに最大流量が達成されるので、本発明のボール弁組
立体により主要な効果が達成される。本発明のボール弁
組立体は、また製造が比較的容易であり、ボール弁のね
じれを少なくでき、且つ流体の剥離を除去できる翼形面
を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、円筒状の入口部分１４に
形成された弁本体１２内に配置されたボール弁１０を含
む、本発明のボール弁組立体の一実施例を図示する。入
口孔１４ａは入口部分１４を通って延び、環状フランジ
１４ｂが入口部分の壁の外側に天然ガスのような圧縮性
流体を入口部分に供給する入口パイプ（図示せず）を連
結するために設けられる。外側の出口部分１６も出口孔
１６ａ、及び出口部分の壁の外側に設けられた出口部分
からの流体を受ける出口パイプ（図示せず）を連結する
ための環状フランジ１６ｂを有する。
【００１３】外側の支持リング２０は、該リングの内側
面がボール弁１０の外側面と一定の間隔をあけた関係
で、部分１４と部分１６との間で延びる。支持リング２
０は、いずれかの公知の方法、例えばボルト等によって
（図示せず）部分１４と部分１６との間に連結される。
【００１４】１対の軸方向に離間したシール組立体２
２，２４が、入口部分１４、出口部分１６の内端に設け
られた環状の切欠、すなわち溝内にそれぞれ搭載され
る。支持リング２０及びシール組立体２２，２４は、本
発明のいかなる部分も構成しないのでこれ以上詳細な説
明はしない。
【００１５】ボール弁１０は、中央貫通孔１０ａを有し
た球形状のボール形式である。したがって、それぞれ凸
状の外側面を有する、２つの中実部１０ｂ及び１０ｃが
区画される。図１に示す弁の閉鎖位置では、中実部１０
ｂが入口部分１４から出口部分１６への流体の流れを防
止する。
【００１６】１対のステムが（そのうち１つは図１に極
細線で示され、参照番号２８を付してある）、以下に述
べる方法でボール弁１０を回転させるために、ボール弁
１０の外面の、互いに全く正反対の位置に連結される。
ステム２８は、該ステム、それ故ボール弁１０を、両ス
テムの軸と一致する軸を中心に回転させる、通常の補助
装置（図示せず）に連結され、またシール組立体２２，
２４は、液状シールを付与するように機能する。これら
は全て通常の方法による。
【００１７】本発明の特徴によれば、インサート３０
は、ボール弁１０のすぐ下流の出口部分１６の出口孔１
６ａに設けられ、ボール弁を通る流体の流れにより生じ
る騒音を低減するように設計される。図１及び図２に示
すように、インサート３０は、比較的短い脚部３０ａ、
比較的長い脚部３０ｂ及びこれら脚部３０ａと脚部３０
ｂとを連結する幅広のひじ部３０ｃを有する板状部材形
式である。脚部３０ａはひじ部３０ｃから孔１０ａの軸
に対してほぼ直角に延び、脚部３０ｂはひじ部３０ｃか
ら延びて、すそ、すなわち出口、出口孔１６ａの端部側
に湾曲した、スムーズに湾曲した翼形デザインを形成す
るように形作られる。脚部３０ａ及び脚部３０ｂのそれ
ぞれの末端は、出口孔１６ａを区画する出口部分の対応
する内側面部分に載って閉じられたキャビティ３４を区
画する。脚部３０ａの外側面はボール弁１０の凸状外側
面と対応する曲率を有する凹面である。
【００１８】一連の、離間した流路３８の平行な列は、
各列の流路３８が離間して平行な関係で延びるようにし
て、インサート３０を貫通して形成される。流路３８
は、以下に説明する条件の下でボール弁１０からの流体
を受け入れ、各流路３８の直径は、導管（出口孔）１６
ａの直径よりも十分に小さい。その結果、流路は、これ
ら流路がなければ上記したように十分に確立した理論に
従いボール弁組立体を通る流体の流れによって生じるで
あろう騒音レベルを、十分に低減するように機能する。
【００１９】インサート３０の脚部３０ａを貫通して延
びる流路３８はボール弁１０からキャビティ３４に延
び、脚部３０ｂを貫通して延びる流路はキャビティ３４
から出口孔１６ａに延びる。このことは２段階の圧力減
少を可能にし、説明したように騒音低減が向上する。下
の列の流路３８は、図１から見ると、ボール弁１０から
直接出口孔１６ａに延びている。インサート３０は、出
口孔１６ａの断面の一部を占め、該出口孔の残りの部分
は、説明する条件の下で比較的大きな直径の流体のため
の流路を形成する。
【００２０】ボール弁１０が図１に示す閉鎖位置にある
場合、脚部３０ａの凹面は対応する弁の凸状の外側面を
有する中実部１０ｃを受け入れる。この閉鎖位置で中実
部１０ｂは入口孔１４ａからボール弁１０を通る流体の
流れを阻止する。
【００２１】流体の流れが要望されるときは、ボール弁
１０を、弁ステム２８を図１に示す時計方向に回転させ
ることにより、回転する。この回転は孔１０ａの入口端
が例えば図３に示すように入口孔１４ａ内に露呈するま
で行われる。露呈される流路の数はボール弁１０の回転
の程度に依存するが、この動きはまたインサート３８の
１つ又はそれ以上の流路３８を孔１０ａの出口端に露呈
させる。ボール弁１０が、図３に示す位置、すなわち全
ての流路３８が露呈するが、これとは異なって出口孔１
６ａが閉鎖された位置に移動したと仮定すると、流体
は、入口孔１４ａからボール弁１０の露呈した孔１０ａ
内に流入して該孔を通り、露呈した流路３８内に流入す
る。インサート３０の脚部３０ａ内の流路３８を通過す
る流路部分はキャビティ３４内に流入し、該キャビティ
から脚部３０ｂの流路３８を通って通過して出口孔１６
ａに通過する。これにより２段階圧力減少を達成して、
公知の原理にしたがって騒音低減を向上させる。流体の
残りの部分は流路の下側の列を通って直接出口孔１６ａ
に至る。流体は出口孔１６ａから出て出口部分に連結さ
れた上述の出口パイプを通過する。
【００２２】完全な流れが要望されるときは、ボール弁
１０を図４に示す完全に開いた位置まで時計方向にさら
に回転させる。この位置では、インサートによって占有
されていない出口孔１６ａの部分と同様に、インサート
３０中の全ての流路３８は、入口孔１４ａ及びボール弁
１０の孔１０ａ内の流体に露呈する。出口孔１６ａのイ
ンサートによって占有されていない部分は、その断面積
が各流路３８の断面積よりも非常に大きいので、流体の
最小流れ抵抗の流路を区画することになる。それ故、流
体の殆どの流れは、入口孔１４ａからボール弁１０の孔
１０ａ及び出口孔１６ａを通って上述した出口パイプに
流れる。この流れの間、インサートの脚部のスムーズな
翼形デザインのために、流体はインサート３０の脚部３
０ｂの表面に付着し、一方、流体の流れのうちのわずか
な部分がインサートの流路３８を通る。
【００２３】図３に示したボール弁１０の位置はただ例
示の目的のためであり、特別な流体の流れの要望によっ
ては、ボール弁を、図１の閉鎖位置と図４の完全に開い
た位置との間の中間位置に置くことが可能であることは
理解される。
【００２４】したがって、本発明によれば、本発明のボ
ール弁組立体及び方法は２段階の圧力降下を達成するこ
とができ、また図３の例示による方法で示すように、ボ
ール弁１０が部分的に開口した場合には、１段階の圧力
降下に比して騒音低減を向上させ、実質的に高ピーク振
動数減衰(attenuated high peak frequency)をなす。ま
た、図４の完全に開いた位置では、大部分の流体の流れ
が孔１０ａから出口孔１６ａを通る際にインサート３０
を迂回するので、（騒音低減に伴って）比較的大容量の
流れが達成される。したがって、本発明のボール弁組立
体は、特に、ボール弁１０の開口が比較的小さいときに
比較的大きい圧力降下が生じ、またボール弁の開口度が
増加するにしたがって圧力降下が比較的低い値に下がる
応用例に特に好適である。したがって、本発明のボール
弁組立体は、比較的広範囲の圧力降下及び流量にわたっ
て操作可能である。
【００２５】また、流体の流れによって生じる機械的振
動は比較的小さな弁開口及び比較的少量の流量の下で十
分に低減される。さらに、インサート３０がボール弁１
０の下流に配置される結果、本発明のボール弁組立体は
製造するのが容易で且つボール弁のねじれが最小にな
る。またさらに、インサート３０の脚部３０ｂのスムー
ズな“翼形”デザインのため、流体が出口孔１６ａを通
る際に、流体がインサートの脚部の外側面に付着し、し
たがって十分な圧力回収が可能となる。
【００２６】本発明の範囲を逸脱しない限り、上述した
内容に変更があってもよいことは理解される。例えば、
本発明ではインサート３０中の流路３８について特定の
数及び配列に限定されない。例えば、脚部３０ｂ中の流
路３８は、脚部３０ａ（及び／又は３０ｃ）中の流路の
直径よりも大きな直径にすることが出来る。前述した開
示内容や本発明の特徴などに他の変更、修正、置換など
を意図することは対応する他の特徴によらずに採用し得
るものと理解される。従って、添付されたクレームを、
本発明の範囲と矛盾せずに広く解釈することは適切であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボール弁組立体の３つの動作状態のう
ちの１つの動作状態を示す横断面図である。
【図２】図１、３及び４のボール弁組立体のインサート
の斜視図である。
【図３】本発明のボール弁組立体の３つの動作状態のう
ちの他の１つの動作状態を示す横断面図である。
【図４】本発明のボール弁組立体の３つの動作状態のう
ちの更に他の１つの動作状態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０ ボール弁 １０ａ 貫通孔 １０ｂ、１０ｃ 中実部 １２ 弁本体 １４ 入口部分 １４ａ 入口孔 １４ｂ フランジ １６ 出口部分 １６ａ 出口孔 １６ｂ フランジ ２０ 支持リング ２２、２４ シール組立体 ２８ ステム ３０ インサート ３０ａ、３０ｂ 脚
部 ３０ｃ ひじ部 ３４ キャビティ ３８ 流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16K 47/02 F16K 5/06 F16K 1/16 - 1/228

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導管を通る流体の流れを制御するための
    弁組立体にして、 前記弁組立体は、前記導管内に配置され且つ前記流体を
    受け入れる貫通孔を有するボール弁と、前記導管の前記
    ボール弁の下流に配置され、複数の小さな流路及び少な
    くとも１つの大きな流路を区画するインサートを具備
    し、前記ボール弁は、前記貫通孔を通して１つ又はそれ
    以上の流路に流体を導くために前記導管内で回転可能で
    あり、前記インサートの一部は、前記流体が比較的大き
    い流路を通る際に流体が剥離するのを防止する翼形の表
    面を形成することを特徴とする弁組立体。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の弁組立体にして、 前記ボール弁は、流体を１つ又はそれ以上の比較的小さ
    い流路に導くか、あるいは流体を小さい流路及び大きい
    流路に導くことを特徴とする弁組立体。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の弁組立体にして、 前記比較的小さい流路を通る流体の流れは、流量及び流
    体の流れによって生じる騒音を低減し、前記比較的直径
    の大きい流路を通る流体の流れは、流量を増加させるこ
    とを特徴とする弁組立体。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の弁組立体にして、 前記比較的小さい流路は前記インサートを貫通して形成
    され、前記インサート及び該インサートによって占有さ
    れない前記導管の部分は、前記比較的大きい流路を形成
    することを特徴とする弁組立体。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の弁組立体にして、 前記インサートは、前記導管を画定する対応した表面と
    共にキャビティを区画して、前記インサート中の幾つか
    の流路からの流体の一部が該キャビティ内に流れ、前記
    インサート中の他の流路を通ることにより、２段階の圧
    力降下を達成することを特徴とする弁組立体。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の弁組立体にして、 前記ボール弁をその開口位置からその閉鎖位置に回転さ
    せることにより、前記ボール弁は前記流体を前記比較的
    大きな流路に流れる前に前記比較的小さな流路に導くこ
    とを特徴とする弁組立体。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の弁組立体にして、 前記ボール弁が完全に開いた位置では、前記流体は前記
    比較的小さい流路及び前記比較的大きい流路を通って流
    れることを特徴とする弁組立体。
  8. 【請求項８】 導管を通る流体の流れを制御する方法で
    あって、 前記流体を受け入れる貫通孔を有したボール弁を前記導
    管内に設ける工程と、前記導管の前記ボール弁の下流に
    複数の比較的小さな流路及び少なくとも１つの比較的大
    きな流路を区画する工程と、前記ボール弁を回転させて
    前記流体をその貫通孔を通して１つ又はそれ以上の前記
    流路に導く工程と、前記流体が前記比較的大きな流路を
    流れるときに前記流体の剥離を防止する工程からなるこ
    とを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法にして、 前記流体を１つ又はそれ以上の前記比較的小さい流路に
    導くか、あるいは前記流体を前記小さな流路及び前記大
    きな流路に導くことを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８に記載の方法にして、 前記比較的小さな流路を通る流体の流れにより流量及び
    該流体の流れによって生じる騒音を低減し、及び前記比
    較的大きな流路を通る流体の流れにより流量を増加する
    ことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項８に記載の方法にして、 前記流体を前記流路のいくつかを通してキャビティ内に
    導き、且つ他の流路に導くことにより、２段階圧力降下
    を達成することを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 請求項８に記載の方法にして、 前記回転工程中、前記ボール弁は前記流体を前記比較的
    大きな流路に流す前に比較的小さな流路に導くことを特
    徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項８に記載の方法にして、 前記ボール弁が完全に開いた位置において、前記流体を
    前記比較的小さな流路及び前記比較的大きな流路に導く
    ことを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 請求項８に記載の方法にして、 前記防止工程は、前記導管中の前記ボール弁の下流に翼
    形表面を設けることからなることを特徴とする方法。
JP35060697A 1997-04-03 1997-12-19 下流の翼形インサートを有する低騒音のボール弁組立体 Expired - Fee Related JP2872985B2 (ja)

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