JP4551002B2 - 流体減圧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体エネルギーを消散する装置、特に蛇行流路技術を利用した流体減圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
石油やガスのパイプラインシステム、化学プロセス等の産業プロセスにおいて流体を制御する場合、流体の減圧がしばしば必要となる。流量制御弁や流量調節器のような調節可能な流体絞り装置、及び、ディフューザ、サイレンサ、その他の背圧装置等の固定された流量絞り装置がこの目的で使用されている。各適用分野における流量制御弁及び／又は流体絞り装置の目的は、流速その他のプロセス変数の制御であるが、その流体制御機能の本質的な副作用として、絞りが減圧を誘発する。
【０００３】
現在市販されている流体を減圧するための装置の一つは、蛇行流路技術を利用している。この技術では、装置の入口から装置の出口までを流体が通過する間に、蛇行路内で何度も流体の流れの方向が変化することを必要とするように夫々が形成された複数の流路を有する装置内を、流体の流れが通過することが要求される。各蛇行流路は少なくとも二つのサブフロー蛇行路に分割されていてもよい。このような装置は一般に「蛇行流路トリム装置」として知られている。
【０００４】
このような蛇行流路技術を利用した現在市販されている蛇行流路トリム装置には、これらの装置に要求される性能特性を著しく低下させるいくつかの欠点が認められている。
【０００５】
まず第一に、各蛇行流路内の噴流には、付随的な二つのサブフロー蛇行路又は流路へ進入して分割及び方向変化が求められる直前で、角度付けられた方向への大きな勢いがつく。このことは、流れが分割される直前での噴流の勢いに沿った方のサブフロー路には、噴流がサブフロー流路の分岐に入る直前の噴流の勢いに沿っていない、対応するサブフロー路よりも多くの流れが入り込むため、二つのサブフロー路の間に流量の不均衡を招く。このような流量が不均衡な噴流はノイズの増大を引き起こし、蛇行流路トリム装置の効果を減ずる。
【０００６】
さらに、各流路又は各サブフロー路の噴流の吐出段階において、蛇行流路トリム構造は、システムにノイズを更に発生させる吐出噴流の相互衝突を引き起こす。
【０００７】
図２に、従来の蛇行流路トリム装置の従来技術のディスク３０を示す。ディスク３０は中心空洞部３２と環状外縁部３４とを含んでいる。中心空洞部３２と環状外縁部３４との間に複数の蛇行流路が設けられている。ディスク３０には、一つのディスク面に、流れを分割し、制限する複数の通路３６が形成されており、ディスク中心から流れ込んだ流体が中心空洞３２から通路３６に進入し、サブフロー分岐部３８に到達するまでの間、直角方向、即ち、図２では、円周の時計方向、半径方向、円周の反時計方向、及び半径方向等に方向転換して、方向付けられる。夫々のサブフロー分岐部３８では、流れが２つの部分に分割され、夫々が出口部４０ａ及び４０ｂで吐出噴流として最終的に流出されるまで、数回直角の方向転換を受けることが求められる。
【０００８】
図２に示す従来技術の蛇行流路ディスク３０では、出口４０ａでの噴流が、左へ向かう流れの勢いを伴って、右旋回しながら出口へ向かって半径方向へ進み、これに対して出口４２ｂでの噴流が、右へ向かう流れの勢いを伴って、最後の左旋回を行いながら出口へ向かって半径方向へ進み、そしてこのことが隣り合う各出口４０ａ，４２ｂの出口噴流を衝突させ、その結果システムにおけるノイズの増大を導くことが理解される。同様な吐出段階での噴流の衝突は、例えば、隣り合う吐出段階４０ｂ及び４４ａにおいて、従来技術のディスク３０の外縁部全体に亘って、またスタック内の各ディスクにおける吐出段階の重なりの間でも発生する。
【０００９】
更に、夫々の通路３６でのサブフロー分岐部３８の入口の直前において、流れの勢いが図２の右側円周方向又は時計方向につくため、その勢いがサブフロー分岐部３８の右側部分へ、他方向又は左方向（反時計）方向の流体の流れに比して、より多くの量を流す傾向があることがわかる。
【００１０】
現在市販されている蛇行流路トリム装置の上述及びその他の欠陥は、これらの装置の所要のノイズ抑制を提供する効果を著しく減少させる。従って、前述の欠陥を排除すること、及び蛇行流路トリム装置において、該装置のノイズ低減特性の向上を提供することを可能とするための他の改良の提供が要求される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、改良された蛇行流路タイプの流体減圧装置が提供される。特に、本発明に基づいて改良された流体減圧装置は、縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の積層ディスクを含んでいる。各ディスクは、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の流路出口に夫々至る複数の流路を含んでいる。
【００１２】
ディスク内の各流路は、少なくとも二つの急な流れ方向の転換によって特徴付けられた、ディスクの外縁部に達する蛇行流路を含んでいる。後に続く各フロー出口からの流出と実質的に互いに独立状態を維持するように、各流路において夫々の流体流れを方向付ける手段が提供されており、そしてその結果、望まれないフロー出口での衝突が回避される。
【００１３】
各蛇行流路は、ディスク外縁部の各サブフロー出口に夫々至る２つかそれ以上のサブフローパスに分割されていてもよい。各サブフロー出口への夫々のサブフローパスにおける流体の流量を釣り合わせるために、サブフローパスの流体の流量を同じくすることが可能な手段が提供される。
【００１４】
ディスク外縁部の夫々のフロー出口が、実質的に互いに等間隔に離隔されていることが好ましい。更に、ディスク外縁部の各フロー出口がスタック内で隣り合うディスクの各フロー出口から実質的に等間隔に離隔されていることが好ましい。また、複数の積層ディスクと積層ディスク間に延びる蛇行流路とを有する流体減圧装置において、積層ディスクの外縁部のフロー出口に、出口から流出する流れの間の衝突を防止するための方向付けられた流路手段が提供される。
【００１５】
また、フロー出口からの噴流の、例えば減圧装置を内蔵する流体制御弁といった装置の体壁に対する衝突を減少するための手段を設けることもできる。その他の改良として、蛇行路又は直線状（又は逆向きテーパ）出口の何れか一方と合わせたプレナムチャンバを含ませることができる。全体がかご型の減圧装置は、よりコンパクト化することができ、そしてこれはフロー出口からの噴流が本体の壁に衝突することを減少することを助けもする。更に、流路は、出口の流れが広がる領域を大幅に増大させ、その結果出口流れの速度を減少させるために、独立した流路を結合させ、また蛇行路をフロー出口へ続けるための区域を組み込むように改良することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
新規性を有すると思われる本発明の特徴は、特許請求の範囲に詳細に示されている。本発明は、以下の実施の形態を添付された図面と組み合わせて参照することによって、最もよく理解できよう。なお、いくつかの図においては、類似の構成要素を類似の参照番号で特定している。
【００１７】
まず、図１を参照すると、本発明の原理に基づく蛇行路タイプの流体減圧装置が図示されている。本発明の蛇行流路トリム装置は、複数の積層ディスクを有しており、流体入口１６，流体出口１８，及びバルブ本体を通る接続通路２０を有するバルブ本体１４を含む流体制御弁１２に取り付けられたバルブケージ１０の形式とされている。
【００１８】
シートリング２２がバルブ本体通路２０に取り付けられており、これがバルブオペレーティング部材２４と協働してバルブケージ１０の内部及び外部への流体流れの制御を行う。バルブケージ１０は、公知の方法で、ケージリテイナ２６及びバルブのバルブボンネット部分に噛み合う取付ボルト２８のような従来の取付手段によって、バルブ内に支持することができる。
【００１９】
ところで図３(a)を参照すると、本発明に基づき構成された図１の積層ディスク１０内のディスク４８の一面に設けられた１つの通路４６が図示されている。通路４６は、流体がディスク中央の入口５０から、サブフロー分岐部５２を経て、各サブフロー出口５４ａ，５４ｂへ通流するための蛇行路を提供している。通路４６を通流する流体は、サブフロー分岐部５２に進入する前に６回方向転換することが、図３(a)からわかる。その後、各サブフローは、夫々の出口５４ａ，５４ｂから流出する前のサブフロー部において、６回急に方向転換する。各出口５４ａ，５４ｂの端部は、収束ランプ又は内向きに狭められたテーパ部５６とされており、これが絞りに貢献することにより、夫々の出口５４ａ，５４ｂを通り抜ける出口の流れを直線化する。このようなテーパ部５６によって供せられる流れの直線化は、後に続く各サブフロー出口からの流出と実質的に独立状態を維持するように、噴流が各サブフローパスから出ることを可能とし、従って流出する流体の流れの不要な衝突を実質的に防止し、この結果ノイズを減少させる。出口５４ａ，５４ｂは、早期の噴流の合流を阻止するのに十分なだけ、互いに離隔されている。
【００２０】
サブフローパスの噴流の衝突を回避し、これによって互いに独立状態を維持してシステム内のノイズの増大を回避するために、図３(a)の実施例の代わりに、再び方向付けられ、離隔された出口による図３(b)のディスクの実施例とすることも可能である。図３(b)は、通路６０及び各サブフロー出口６４ａ，６４ｂに至るサブフロー分岐部６２を有するディスク５８を示している。夫々の出口６４ａ，６４ｂには、出口間の空間的な仕切りと、各壁部６６ａ，６６ｂとが設けられており、サブフロー出口での各流体流れの衝突を抑え、よってそれらが実質的に互いに独立して進むようにされている。
【００２１】
図２の従来技術のディスク３０における流量の不均衡は、流路の分岐点で一方の通路が有利に働く通路形状に起因している。図４(a)，４(b)及び４(c)に図示された本発明における３つの実施例は、ディスクの通路を通して流体の流量をより均衡させるのに利用することが可能である。
【００２２】
図４(a)は、通路７０をもってディスク６８を概略的に示している。通路７０はサブフロー分岐部７２へ続く複数の流れ方向の急な変化点を有しており、サブフロー分岐部７２は最終的に各サブフロー出口７４ａ，７４ｂへ続く更に数カ所の急な流れ方向を含んでいる。サブフロー分岐部７２の入口には、各サブフロー通路７６ａが対応するサブフロー通路７６ｂよりも狭くしたという特徴を有するという意味での障害物が設けられている。より狭くされたサブフロー通路７６ａは、通路７０から流出する分割流量が大きい方の通路に位置づけられている。
【００２３】
例えば、図４(a)において、通路７０内の流体の流れは６回急な方向転換、即ち、最初に下へ、次に右へ、次に上へ、次に右へ、次に下へ、そして最後に右への方向転換を行っており、故に最後の流体の流れが通路７０を出てサブフロー通路７２に入るとき、流体流れの大部分の流量には、より狭くされたサブフロー通路７６ａへ向かって、下向きの流れの勢いの方向がついている。上側のサブフロー通路７６ｂが反対側のサブフロー通路７６ａほど狭められていないので、通流面積は通路７６ｂを通る方が通路７６ａを通るよりも大きく、従って通路７６ａ，７６ｂの後のサブフロー分岐通路において、流量が釣り合う傾向がある。
【００２４】
ディスク６８が環状であるので、前述した通路７０における方向転換は、最初に円周の一方向へ、次に半径外側方向へ、次に円周の他方向へ、次に半径外側方向へ、そしてサブフロー分岐部７２に入るための半径方向への変化の前に、円周の第１の方向へ変化するというように記述することもできる。結果的に、図４(a)の実施例は、流量を釣り合わせるためにサブフロー分岐通路７６ａ及び７６ｂの通流面積を変化させ、よってシステムノイズを減ずる。
【００２５】
図４(b)のディスク７８において、通路８０及びサブフロー分岐部８２の間には、直進通流部８４が設けられている。直進通流部８４の端部には、流れを集中させ、流れがサブフロー分岐部８２に進入するときにそれを直線化する内向きテーパ部８６が設けられている。直線化部８４を離れ、サブフロー分岐部８２に入る流れは直線方向へ進行する傾向があるので、好ましい流量バランスの流体流れがサブフロー出口８８ａ，８８ｂへ通ずる流体流れの流量バランスがより良好となることが達成される。
【００２６】
図４(c)の実施例におけるディスク９０には、通路８０と、直進通流部８４と、スラストリバーサ９２を含むサブフロー分岐部９１へ通ずるテーパ終端部８６とが設けられている。この実施例においては、良好な流体流れの流量バランスが達成されるだけでなく、より大きなトリム圧力低下もまた達成される。
【００２７】
図５の更に別の実施例において、ディスク９４は、出口９５のような、積層ディスク１０の一方の半分上の全ての出口の噴流を一方向へ向け、その一方、積層ディスクの他方の半分上の出口９６を反対方向へ方向付けて、噴流がフロー出口を出るときに噴流の衝突（最終４分円での最小衝突は除く）を防止するように設計されることもできる。このことは、バルブ本体１４内において、９６，９８のような隙間が最小の位置でバルブ本体の壁へ真っ直ぐに方向付けられているフロー出口から噴流が出ないような方向に積層ディスク１０が設けられることも可能であり、従って噴流／本体の壁の衝突を減少するという別の利点も有している。必要であれば、いくつかの出口噴流が衝突する最終４分円において、前述した流れを直線化する手法を使用することができる。
【００２８】
従来の蛇行流路トリム装置を改良するための、提供されうる他の実施形態を記述する。例えば、ディスク通路が、大きなプレナムチャンバを蛇行路又は直線状の（又は反転した）テーパ出口の何れかと共に含むことも可能である。図２に示した従来のケージの点９７，９８の間に定められた余分な入口部が原因となった多くの無駄な空間を除去することにより、積層ディスクによって形成されたケージの全体を、従来の蛇行流路ゲージトリムよりコンパクトにすることもできる。このことは、噴流／本体の壁の衝突の減少を促進するであろう。流路はまた、独立した流路を結合させ、また蛇行路をフロー出口へ続けるための区域を含むように改良することもできる。この実施例は流れが広がる領域を大幅に増大させるであろう。もちろん、ノイズ低減効果において従来の蛇行流路装置を越える著しい改善を得るために、前述の１つの実施例若しくは２又はそれ以上のこれらの実施例を結合することも可能であることが理解される。
【００２９】
以上の詳細な説明は理解を明確にするためだけのものであり、不必要な限定がそれから理解されるべきでなく、同様に当業者にとって改良は明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく蛇行流路タイプの流体減圧装置を形成する積層ディスクの形式のバルブトリムを含む流体制御弁を図示する断面図である。
【図２】 ディスク中心からディスク外縁に至る複数の蛇行流路を図示する従来技術のディスクの部分平面図である。
【図３】 図３（ａ）は、噴流の衝突を防止するための直進通流出口を伴う本発明に基づく図１の積層ディスクの一枚における改良された蛇行流路の概略図である。図３（ｂ）は、噴流の排出の平行化（半径方向ではない）を促進し、従って衝突を防止するために、方向転換の連続が再び方向付けられ、また離隔された本発明の他の改良された蛇行流路ディスクの実施例を図示する概略図である。
【図４】 図４（ａ），４（ｂ），及び４（ｃ）は、各サブフローパスにおける流体の流量を釣り合わせるために改良されたディスクの通路の構造を伴う本発明の更に別の実施例を図示する概略図である。
【図５】 本発明の更に別の改良された蛇行流路ディスクの実施例を図示する概略図である。
【符号の説明】
１０ 積層ディスク
１２ 流体制御弁
１４ バルブ本体
１６ 流体入口
１８ 流体出口
２０ バルブ本体通路
２２ シートリング
２４ バルブオペレーティング部材
２６ ケージリテイナ
２８ 取付ボルト
４８，５８，６８，７８，９０，９４ ディスク
４６ 通路
５０ 入口
５２，６２，７２，８２，９１ サブフロー分岐部
５４ａ，５４ｂ，６４ａ，６４ｂ，７４ａ，７４ｂ，８８ａ，８８ｂ サブフロー出口
５６，８６ テーパ部
６０，７０，８０ 通路
６６ａ，６６ｂ 壁部
７６ａ，７６ｂ サブフロー分岐通路
８４ 直進通流部
９２ スラストリバーサ
９５，９６ 出口

Claims (11)

1. 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の積層ディスクを備え、
   各ディスクは、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の出口流れのための流路出口に夫々至る複数の流路を有し、
   各流路は、一対のサブフロー出口を終端とするサブフロー分岐部に通じる蛇行流路を含み、
   前記流路は、前記サブフロー出口に、各サブフロー出口から流出する出口流れの間で生じる衝突を実質的に防止するように出口流れを方向付ける方向付けられた流路手段を含み、
   前記流路手段は、一対のサブフロー出口が大略的に平行で且つ半径方向と異なる方向に向くように構成されている流体減圧装置。
2. ディスク外縁部の各サブフロー出口が実質的に互いに等間隔に離隔されている請求項１記載の流体減圧装置。
3. ディスク外縁部の各サブフロー出口が積み重ねられたディスクにおいて隣り合うディスクの各サブフロー出口から実質的に等間隔に離隔されている請求項２記載の流体減圧装置。
4. 前記サブフロー出口における前記方向付けられた流路手段は、夫々の出口流れを（ａ）ディスク外縁部の半周の一方向へ、（ｂ）ディスク外縁部の他の半周の第２の逆方向へ、方向付ける請求項１記載の流体減圧装置。
5. 選択されたサブフロー出口の出口噴流が衝突しがちなディスクの周辺近傍で、前記方向付けられた流路手段は、各出口流れが前記選択されたサブフロー出口からの流出と実質的に互いに独立して流れる状態を維持するように方向付するようになっている請求項４記載の流体減圧装置。
6. 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の積層ディスクを備え、
   各ディスクは、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の流路出口に夫々至る複数の流路を有し、
   各流路は、少なくとも二つの急な流れ方向の転換によって特徴付けられる蛇行流路と、ディスク外縁部のサブフロー出口に夫々至る二つのサブフローパスへの少なくとも一回の流れの分割を提供するサブフロー分岐部とを含んでおり、
   サブフロー分岐部は、夫々のサブフローパスにおける夫々のサブフロー出口への流量を釣り合わせるように、サブフローパスが同一流量を有することを可能とする流量バランス手段を含み、
   前記流量バランス手段は、流量を均等化すべく各サブフローパスの通流面積を変えるために、少なくとも一つのサブフローパスに絞り手段を含んでいる流体減圧装置。
7. 前記流量バランス手段は、前記通路に、サブフロー分岐部の直前に隣り合う直進通流部を含む請求項６記載の流体減圧装置。
8. 前記直進通流部は、内向きテーパ終端部を含む請求項７記載の流体減圧装置。
9. サブフロー分岐部に、前記内向きテーパ終端部に近接するスラストリバーサを含む請求項８記載の流体減圧装置。
10. 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の積層ディスクと、
    前記積層ディスク内を通る蛇行流路として形成され、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の出口流れのための流路出口に夫々達する複数の流路とを備え、
    各流路は、流路出口を規定する一対のサブフロー出口を終端とするサブフロー分岐部に通じる蛇行流路を含み、
    前記流路は、前記サブフロー出口に、前記積層ディスクの外縁部の各サブフロー出口から流出する隣接する出口流れの間で生じる衝突を実質的に防止するように出口流れを直進させるように方向付ける方向付けられた流路手段を含み、
    前記流路手段は、前記サブフロー出口の端部にある内向きに狭められたテーパ部である流体減圧装置。
11. 前記流路手段は、各サブフロー出口から流出する出口流れを直進させるために、各サブフロー出口端部に内向きに狭められたテーパ部を有する請求項１０記載の流体減圧装置。

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