JP4160339B2 - 多系列ガバナシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を輸送する管路系に設けられ、一次圧を二次圧に減圧して流量変動による圧力変動を抑えるガバナを、複数系列用いて形成する多系列ガバナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ガスの供給系統などの流体を輸送する管路系には、負荷に一定の圧力で流体を供給するために、供給される一次圧を減圧し、流量が変動しても二次圧の変動が抑えられるように整圧する機能を果すガバナが用いられている。たとえば住宅地に供給する都市ガスでは、炊事や風呂焚きなどが多く行われる時間帯に負荷が大きくなるけれども、他の時間帯には負荷はあまり大きくならない。ピーク時の負荷に対して通常はより小さい負荷となる場合は、複数のガバナを並列に接続して用いることが多い。
【０００３】
図５は、（ａ）で、ガバナ１，２を２系列用いる場合の配管構成を簡略化して示す。このような多系列のガバナに関連する技術について、本件出願人は、たとえば特開平１１−２８２５４３号公報などで開示している。各ガバナ１，２には緊急遮断弁３，４がそれぞれ接続される。各ガバナ１，２へは、一次管路５を介して一次圧力Ｐ１で流体が供給される。各ガバナ１，２は、一次圧力Ｐ１を二次圧力Ｐ２まで減圧する。すなわちＰ１＞Ｐ２である。ガバナ１，２のうちのいずれかに故障などが生じて減圧機能が損なわれると、二次管路６に高い一次圧力Ｐ１がかかるおそれがある。そのような場合は、緊急遮断弁３，４が作動して、二次管路６の圧力増大を防止する。各ガバナ１，２の動作に異常が生じているような場合を除いて、通常、緊急遮断弁３，４は全開状態となっている。
【０００４】
図５（ｂ）は、ガバナ１，２の流量と二次側の圧力との関係を示す。流体の流量は、単体のガバナ１，２の全開状態に対するものを１００％として示す。ガバナ１，２は、Ｌ１，Ｌ２に示すような動作特性を有する。ガバナ１，２の動作特性で、二次側の圧力は調整可能である。ただし、製造上のばらつきなどがあるので、ガバナ１，２の動作特性が完全に一致する可能性は小さい。通常、一方のガバナ１が動作して、他方のガバナ２が待機するように、他方のガバナ２の動作特性Ｌ２は、一方のガバナ１の動作特性Ｌ１よりも低圧力側で動作するように設定される。このような設定によって、一方のガバナ１がほとんど流量１００％の全開状態になってから他方のガバナ２が動作するような動作特性が得られる。
【０００５】
全体としての動作特性では、流量は単体の場合の２倍程度に達する。２倍の容量のガバナを単体で使用することも可能であるけれども、２系列に分けて使用する方が信頼性が高くなる。１つの系列に異常が生じても、もう１つの系列を使用して、半分までの負荷に対して流体の供給を続けることができるからである。また、大負荷に対応する場合、市販のガバナサイズでは対応できなくなり、小負荷用のガバナを複数用いなくてはならない場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５（ａ）に示すような従来の２系列ガバナシステムでは、一方のガバナ１が小流量域で使用され、他方のガバナ２が大流量域で使用される。ガバナ２は、ガバナ１が能力の１００％である流量１００％付近で稼働している状態となってから動作する。各ガバナ１，２は、１００％付近で動作するときに、流量の増加で二次圧力が急激に低下する二次圧降下や、騒音発生などの不都合が生じる場合がある。ガバナ１，２を２系列以上で同時稼働させるときには、ガバナ１について、二次圧降下や騒音の問題が生じやすい。またガバナ１，２の構造によっては、たとえばゴムの弾性を利用する弁体など、弁開度が１００％近い状態が続くと、弁体がケーシングなどの金属部分に接触して変形したり、損傷を受けたりするおそれもある。
【０００７】
２系列のガバナシステムで、たとえば１系列目のガバナ１が８０％の流量のときに２系列目が稼働し始めるように設定しても、負荷が増えると１系列目は１００％に達してしまう。各系列のガバナ１，２を同じ設定圧に調整したとしても、誤差等が発生するため、負荷が増えるといずれかの系列が先に１００％の弁開度に達してしまい、残りの系列が１００％の弁開度に達するまで、二次圧降下や騒音の問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、二次圧降下や騒音の問題が生じにくい多系列ガバナシステムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、供給流量が変動しても予め定める二次圧を保つように整圧するガバナを、並列に複数系列接続して形成する多系列ガバナシステムにおいて、
該二次圧付近の第１圧力で整圧するように動作が設定される第１系列のガバナと、
第１系列と並列に形成され、予め定める二次圧に保つ整圧を行う第２系列のガバナと、
第１系列のガバナの弁開度を検出する検出手段と、
検出手段によって検出される第１系列のガバナの弁開度に応答して、該弁開度が予め設定される通常の弁開度の上限に達すると、該第１系列のガバナの弁開度が該上限付近にとどまるように、第２系列のガバナの弁開度を調整する伝達機構とを含み、
前記伝達機構は、
二次圧力を伝達する二次管路と、
前記二次管路からの流体の圧力によって制御されるパイロットバルブと、
前記パイロットバルブによって一次圧力を減圧して得られるパイロット圧力と、二次圧力との圧力差によって駆動されるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムおよびばねを収納するダイヤフラム室と、
前記ばねおよび前記ダイヤフラムによって付勢される弁棒とを含むことを特徴とする多系列ガバナシステムである。
【００１０】
本発明に従えば、一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、供給流量が変動しても予め定める二次圧を保つように整圧するガバナを、並列に複数系列接続して形成する多系列ガバナシステムは、第１系列のガバナの動作状態を検出する検出手段を含む。検出手段は、二次圧付近の第１圧力で整圧するように動作が設定される第１系列のガバナの動作状態を検出する。第２系列のガバナは、検出手段によって検出される第１系列のガバナの動作状態に応答して、第１系列のガバナの動作状態が予め設定される通常動作状態の上限に達すると、第１系列のガバナの動作状態がその上限付近にとどまるように、流体の供給流量を調整する動作を行う。第１系列のガバナの通常動作状態の上限を、弁開度の最大値に対して余裕がある動作状態の範囲に設定しておけば、第１系列のガバナに二次圧降下や騒音の問題が生じにくい範囲で、第２系列のガバナの稼働を開始させることができ、全体として二次圧降下や騒音の問題の発生を抑えることができる。
【００１３】
また本発明で、前記第２系列のガバナは、前記第１系列のガバナの弁開度の最大値と最小値との間に予め設定される弁開度を、前記第１系列の通常動作状態の上限として動作を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、第１系列のガバナの動作状態を弁開度で検出し、最大値と最小値との間に設定される弁開度を上限として、第１系列のガバナの弁開度がその上限付近にとどまるように、第２系列のガバナが稼働するので、負荷の流量に応じて上限を設定すれば、二次圧降下や騒音の問題の発生を容易に抑えることができる。
【００１５】
また本発明で、前記第２系列のガバナは、前記供給流量の調整を、該ガバナの二次圧調整によって行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、第１系列の動作状態が通常動作状態の上限を超えると、第２系列のガバナの二次圧が高くなるように調整する。この結果、第２系列のガバナから負荷に供給される流体が増加する。第１系列のガバナは負荷に供給する流体の流量を減少させることができ、動作状態を上限の範囲内に戻すことができる。第１系列のガバナの動作状態が通常動作状態の上限の範囲内に戻れば、第２系列のガバナの動作状態を、負荷に供給する流体の流量が減少するように戻すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、（ａ）で本発明の実施の一形態である２系列ガバナシステムの構成を簡略化して示し、（ｂ）でその動作特性を示す。一次管路１０から供給される都市ガスなどの流体は、２系列のガバナ１１，１２で整圧されて二次管路２０の負荷に供給される。各ガバナ１１，１２には緊急遮断弁２１，２２がそれぞれ接続される。各ガバナ１１，１２へは、一次管路１０から緊急遮断弁２１，２２を介して一次圧力Ｐ１で流体が供給される。２系列ガバナシステム３０は、ガバナ１１と緊急遮断弁２１とを含む第１系列３１と、ガバナ１２と緊急遮断弁２２とを含む第第２系列３２とからなる。各ガバナ１１，１２は、一次圧力Ｐ１を二次圧力Ｐ２付近まで減圧する。すなわちＰ１＞Ｐ２である。
【００１８】
ガバナ１１，１２のうちのいずれかに故障などが生じて減圧機能が損なわれると、二次管路２０に高い一次圧力Ｐ１がかかるおそれがあるので、緊急遮断弁２１，２２がそれぞれ設けられ、図示は省略しているけれども、それぞれガバナ１１，１２の二次圧など、動作の以上を検出することによって遮断動作が行われる。故障を生じているガバナを含む系統側の緊急遮断弁が遮断することによって二次管路２０の圧力増大を防止する。通常、緊急遮断弁２１，２２は全開状態となっている。
【００１９】
本実施形態では、第１系列３１のガバナ１１の動作状態として、弁開度を検出手段４０によって検出する。第２系列３２のガバナ１２は、検出手段４０が検出する第１系列のガバナ１１の弁開度が通常動作状態の上限として設定される値付近にとどまるように動作する。ただし、ガバナ１１の通常動作状態の検出は、弁開度ばかりではなく、ガバナ１１の二次側の流量を計測したり、弁の開閉用の駆動力から検出することも可能である。
【００２０】
図１（ｂ）は、ガバナ１１，１２の流量と二次側の圧力との関係を示す。流体の流量は、弁開度にほぼ対応する。各ガバナ１１，１２は、Ｌ１１，Ｌ１２として示すような動作特性を、それぞれ有する。図５と同様に、負荷が小さいときは、第１系列３１のガバナ１１が動作して、第２系列３２のガバナ１２が待機するように、第２系列３２のガバナ１２の動作特性Ｌ１２は、第１系列３２のガバナ１１の動作特性Ｌ１１よりも低圧力側で動作するように設定しておく。ただし、第１系列３１のガバナ１１が弁開度として、たとえば８０％を通常動作状態の上限として設定し、ガバナ１１が上限付近にとどまるように、第２系列３２のガバナ１２が稼働を開始する。ガバナ１２の設定圧は上昇するように調整され、結果的にＬ２０に示すような動作特性が得られる。
【００２１】
第１系列３１のガバナ１１の弁開度が上限の８０％よりも大きくなると、第２系列３２のガバナ１２の設定圧が上昇するように調整され、ガバナ１２の弁開度が大きくなって、流体がガバナ１２を介しても負荷に供給される。この結果、第１系列３１のガバナ１１の弁開度は小さくなり、上限を大きく超えることはないようにすることができる。負荷の減少あるいは第２系列３２のガバナ１２の稼働で第１系列３１のガバナ１１の弁開度が上限よりも小さくなると、第２系列３２のガバナ１２の設定圧は下降し、弁開度は低下する。負荷が第１系列３１のガバナ１１の弁開度で上限である８０％の範囲内であれば、第２系列３２のガバナ１２は、弁開度が０の全閉状態となる。すなわち、小流量時には、図５に示すような従来の小流量側と同様に、第１系列のガバナ１１のみが動作して整圧作用を行う。
【００２２】
図２は、図１の２系列ガバナシステム３０のガバナ１１，１２単体として使用可能な例についての概略的な構成を示す。一次管路１０と二次管路０とは、メインバルブ５０にそれぞれ接続され、メインバルブ５０内部の仕切壁５１によって隔てられる。仕切壁５１には、透過孔が設けられその周囲に弁座５２が形成される。弁座５２内の透過孔は、弁体５３の先端を押しつけることによって閉鎖され、弁体５３の先端を弁座５２から離すことによって開放される。弁体５３は、弁棒５４の一端に装着される。弁体５３および弁棒５４は、スピンドル５５を構成する。弁棒５３の他端は、先端部５９としてダイヤフラム室５７の外部に突出する。
【００２３】
弁棒５４の中間付近は、ダイヤフラム５６に接合される。ダイヤフラム５６は、ダイヤフラム室５７内に収納され、ダイヤフラム室５７内部を２つの部屋に分ける。ダイヤフラム５６によって分割される部屋には、二次圧の流体とパイロット圧の流体とがそれぞれ導入される。ダイヤフラム室５７には、ばね５８も収納され、スピンドル５５の弁棒５４を付勢する。パイロット圧と二次圧との圧力差は、ダイヤフラム５１に作用する。スピンドル５５の弁棒５４には、ばね５８よる付勢力も加わる。
【００２４】
ダイヤフラム５６の一方の表面側に作用するパイロット圧は、パイロットバルブ６０によって、一次圧力Ｐ１を減圧して得られる。パイロットバルブ６０の動作は、パイロット管路６１を介して導入される二次管路２０からの流体の圧力によって制御される。パイロット管路６１とパイロットバルブ６０の二次側との間には絞り６３が設けられる。
【００２５】
図３は、図１の２系列ガバナシステム３０で、第２系列３２のガバナ１２の動作状態を制御するための構成を示す。ガバナ１２のパイロットバルブ６０の動作用の設定圧力は、調整ねじをモータ６５から伝達機構６６を介して与えられるトルクで回し、調整することができる。モータ６５は、検出手段４０からの検出出力に応答して動作し、前述のような設定圧力の調整を自動的に行うことができる。検出手段４０は、弁棒５４の先端部５９の変位をロータリエンコーダなどによって検出し、予め設定されるテーブルデータを参照して、弁開度に対応させる。
【００２６】
ガバナ１１の動作状態は、パイロット圧力などから検出することも可能である。弁棒５４の先端部５９が外部に突出して弁開度が容易に検出可能ではない形式のガバナを使用するような場合は、パイロット圧を検出して動作状態を検出するようにすればよい。新たにガバナを設計したり、既成のガバナを改造したりする場合は、ガバナの内部に検出手段４０を組み込むこともできる。ガバナ１２側のモータ６５や伝達機構６６も、種々のアクチュエータや伝達機構を用いることができ、またパイロットバルブなどの内部に組み込むこともできる。また動作状態として、流量を直接検出してもよいことはもちろんである。
【００２７】
検出する通常動作状態の上限は、図１（ｂ）のＬ１１として示す動作特性で、流量１００％付近超過後に見られる二次降下の影響が及ばないように設定する。また、上限を低く設定しすぎると、第２系列３２のガバナ１２が早く弁開度１００％に到達してしまい、ガバナ１２側の二次圧降下や騒音が発生しやすくなる。上限を全開状態に近く設定すると、第１系列３１側のガバナ１１の方で、二次圧降下や騒音が発生しやすくなる。このため、通常動作状態の上限は、弁開度１００％とその半分の５０％ととの中間、たとえば７０％〜８０％程度とすることが好ましい。本実施形態では８０％を上限としている。第２系列３２のガバナ１２が全開状態になってしまうと、さらに負荷が増加すれば、第１系列３１のガバナ１１も上限を超える弁開度で動作し、２系列ガバナシステム３０全体として、ガバナ１１単体での最大流量１００％の２倍近い負荷に対応することができる。
【００２８】
ガバナ１１，１２の動作特性から適切な通常動作状態の上限を設定すれば、２系列ガバナシステム３０全体としては、各ガバナ１１，１２単体の上限の弁開度に対応する流量の２倍に相当する負荷に達するまで、二次圧降下や騒音などの問題が生じないようにすることができる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の他の形態であるｎ系列ガバナシステムの構成を簡略化して示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。ｎを３以上としても、第１系列３１、第３系列３３，…，第ｎ系列３ｎのガバナ１１，１３，…，１ｎにそれぞれ検出手段４０を設ける。各検出手段４０は、ガバナ１１，１３，…，１ｎが通常動作状態の上限に達すると、順次、第２系列３２、第１系列３１、第３系列３３、…、第ｎ−１系列のガバナ１２，１１，１３，…の動作状態をそれぞれ調整するようにすればよい。また、第１系列３１、第２系列３２、第３系列３３、…、第ｎ系列３ｎには、緊急遮断弁２１，２２，２３，…，２ｎをそれぞれ設ける。
【００３０】
以上で説明した実施の各形態で、第２系列３２にガバナ１２を用いて動作状態を調整しているけれども、単体では整圧動作を行うことができない流量調整弁を用いることもできる。検出手段４０がガバナ１１の弁開度などから動作状態を検出し、上限に達したら第２系列３２で流量調整を行うようにすればよいからである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１系列のガバナの通常動作状態の上限を、弁開度の最大値に対して余裕がある動作状態の範囲に設定しておけば、第１系列のガバナに二次圧降下や騒音の問題が生じにくい範囲で、第２系列のガバナの稼働を開始させることができ、全体として二次圧降下や騒音の問題の発生を抑えることができる。
【００３２】
また、第１系列のガバナの動作状態を弁開度で検出するので、通常動作状態の上限の判断を容易に行うことができる。
【００３３】
また本発明によれば、たとえば第１系列のガバナの弁開度が７０％〜８０％程度など、最大値と最小値との間に設定される弁開度に達すると第２系列のガバナの稼働を開始させて、二次圧降下や騒音の問題の発生を容易に抑えることができる。
【００３４】
また本発明によれば、第１系列の動作状態が通常動作状態の上限を超えると、第２系列のガバナから負荷に供給する流体を増加させ、第１系列のガバナから負荷に供給する流体の流量を減少させることができるので、第１系列のガバナの動作状態を通常動作状態の上限の範囲内に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である２系列ガバナシステム３０の構成を簡略化して示す配管系統図、およびその動作特性を示すグラフである。
【図２】図１の２系列ガバナシステム３０に使用するガバナ１１，１２単体の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図３】図１の２系列ガバナシステムで、第２系列のガバナの動作状態を制御するための構成を示す簡略化した断面図である。
【図４】本発明の実施の他の形態であるｎ系列ガバナシステムの構成を簡略化して示す配管系統図である。
【図５】従来からの２系列ガバナシステムの構成を簡略化して示す配管系統図、およびその動作特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 一次管路
１１，１２，１３，…，１ｎ ガバナ
２０ 二次管路
２１，２２，２３，…，２ｎ 緊急遮断弁
３０ ２系列ガバナシステム
３１ 第１系列
３２ 第２系列
３３ 第３系列
３ｎ 第ｎ系列
４０ 検出手段
５０ メインバルブ
５５ スピンドル
５９ 先端部
６０ パイロットバルブ
６５ モータ

Claims (3)

1. 一次側から供給される流体を二次側に減圧して供給し、供給流量が変動しても予め定める二次圧を保つように整圧するガバナを、並列に複数系列接続して形成する多系列ガバナシステムにおいて、
   該二次圧付近の第１圧力で整圧するように動作が設定される第１系列のガバナと、
   第１系列と並列に形成され、予め定める二次圧に保つ整圧を行う第２系列のガバナと、
   第１系列のガバナの弁開度を検出する検出手段と、
   検出手段によって検出される第１系列のガバナの弁開度に応答して、該弁開度が予め設定される通常の弁開度の上限に達すると、該第１系列のガバナの弁開度が該上限付近にとどまるように、第２系列のガバナの弁開度を調整する伝達機構とを含み、
   前記伝達機構は、
   二次圧力を伝達する二次管路と、
   前記二次管路からの流体の圧力によって制御されるパイロットバルブと、
   前記パイロットバルブによって一次圧力を減圧して得られるパイロット圧力と、二次圧力との圧力差によって駆動されるダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムおよびばねを収納するダイヤフラム室と、
   前記ばねおよび前記ダイヤフラムによって付勢される弁棒とを含むことを特徴とする多系列ガバナシステム。
2. 前記第２系列のガバナは、前記第１系列のガバナの弁開度の最大値と最小値との間に予め設定される弁開度を、前記第１系列の通常動作状態の上限として動作を行うことを特徴とする請求項１記載の多系列ガバナシステム。
3. 前記第２系列のガバナは、前記供給流量の調整を、該ガバナの二次圧調整によって行うことを特徴とする請求項１または２に記載の多系列ガバナシステム。

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