JP4596796B2

JP4596796B2 - ガス・油圧式駆動装置

Info

Publication number: JP4596796B2
Application number: JP2004059167A
Authority: JP
Inventors: 定之中西; 昌倉田
Original assignee: 定之中西
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP2005249043A; CN100366970C; CN1664427A

Description

本発明は、パイプラインにおけるバルブの操作のためのアクチュエータとして使用されるガス・油圧式駆動装置に関する。

従来、ガス・油圧式駆動装置は、パイプラインのボールバルブの作動のための動力源として、パイプラインの高圧ガスが使用され、それを油圧に変換するためのガス・油−圧力変換器が使用されている。このガス・油−圧力変換器は、ピストンが用いられない場合、図５に示されるように、垂直に設けられた縦型のタンク状の変換器７２、７４がボールバルブの開側と閉側のそれぞれに対して使用されている。その場合、圧力変換器内部では、ガスと油を離隔する隔壁を有しないのが普通である。

上記のようなピストンを用いないガス・油−圧力変換器は、駆動装置に用いた場合、図６に示すように、バルブの開放用の変換器７２、また、バルブの閉塞用の変換器７４を別々に設け、それらの中で、下方に位置した油に対して、ガスが油の上方へとパイプラインから供給されて、油を押し下げることにより油圧を得るための変換器７２、７４としてタンクを設ける必要があった。また、そのためのタンク内には、隔壁がないために縦型設置をせざるをえないものである。また、据え付け状態では、高さが高くなり、輸送のための梱包費用、輸送費自体が高くなっていた。

このようなガス・油−圧力変換器のタンク内では、ガスと油が直接接触しているために、バルブの切換え時には圧力変化によるガス・油の混合状態を生じ、この混合状態が油の損失や作動に影響を与えることになる。これらを防止するために、タンク自体を許容範囲の大きなサイズにしなければならず、タンク自体の高さが高くなるだけでなく、よりコスト高にもなる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ガス・油−圧力変換器の機能を損なうことなく、そのサイズを抑えて製造あるいは輸送のコスト削減を行うことができるガス・油圧式駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明のガス・油圧式駆動装置は、圧力ガスを供給するガス供給源、このガス供給源からの圧力ガスを必要に応じて供給するための電磁弁、この電磁弁からの圧力ガスを受けて、この圧力ガスによって油圧を生じさせるガス・油−圧力変換器、このガス・油−圧力変換器とそこからの油圧を供給する操作機との間に設けた安全弁、切換弁、手動ポンプ等を含む切換手段、および、この切換手段からの油圧によってバルブを作動させる操作機、を有するガス・油圧式駆動装置であって、ガス・油−圧力変換器が分割壁を中心に左右対称に分割された室を有するシリンダと、前記各分割された室内に設けられかつ前記分割壁に貫通支持されたロッドによって連動して移動するピストンとを有し、前記分割された室の各々に設けられたピストンの一方側の室に前記ガス供給源からの圧力ガスを供給し、ピストンの他方側の室に前記操作機のための油圧を生じさせる油が充填されていることを特徴とする。

上記のガス・油圧式駆動装置においては、ガス・油−圧力変換器のピストンが単一シリンダの略中央部の分割壁を貫通するロッドによって互いに連結されていることを特徴とする。

また、上記ガス・油圧式駆動装置においては、ガス・油−圧力変換器は、前記シリンダの前記分割壁によって分割された両室において、該両室の各々の前記ピストンによって分割された分割壁側の室には前記油が充填されていて、前記ピストンによって分割された分割壁とは反対側の室には前記圧力ガスが切り換えて供給されるとともに、前記圧力ガスの供給により前記いずれかのピストンの分割壁側に充填された前記油を前記操作機に供給することができるようにしたことを特徴とする。

また、上記ガス・油圧式駆動装置において、ガス・油−圧力変換器の圧力ガスが供給される一方のシリンダ室において、ピストンに連結されたロッドがシリンダ内径に対してその直径が変えられて、圧力ガスより、より高い油圧を生じさせることができるようにしたことを特徴とする。

また、上記ガス・油圧式駆動装置において、ガス・油−圧力変換器の圧力ガスが供給される一方のシリンダ室において、ピストンに連結されかつ分割壁に貫通支持されたロッドがシリンダ内径に対してその直径の寸法を変えることにより、圧力ガスよりも、より高い圧力の油圧を生じさせることができるようにしたことを特徴とする。

本発明のガス・油圧式駆動装置は、圧力ガスを供給するガス供給源、このガス供給源からの圧力ガスを必要に応じて供給するための電磁弁、この電磁弁からの圧力ガスを受けて、この圧力ガスによって油圧を生じさせるガス・油−圧力変換器、このガス・油−圧力変換器とそこからの油圧を供給する操作機との間に設けられた安全弁、切換弁、手動ポンプ等を含む切換手段、および、この切換手段からの油圧によってバルブを作動する操作機、を有するものであり、ガス・油−圧力変換器が分割された室を有するシリンダと、各室内に設けられ連動して移動するピストンとを有し、シリンダのいずれか一方の室のピストンの一方側にガス供給源からの圧力ガスを供給し、ピストンの他方側に充填された油に油圧を生じさせるようにしたので、パイプライン等を流れる圧力ガスを使用しても、この圧力ガスがシリンダとピストンを備えたガス・油−圧力変換器におけるピストンに対して作用され、油圧を生じさせる際に、油に直接接触させることがなく、油の損失や作動に影響を与えないだけでなく、また、ガス・油−圧力変換器をガスと油の関係から垂直に据え付ける必要がなくスペースをとらず、輸送にもコストがかからないという優れた効果を奏する。

上記のガス・油圧式駆動装置においては、ガス・油−圧力変換器のピストンが単一シリンダの略中央部の分割壁を貫通するロッドによって互いに連結されているので、バルブ等の操作のために開、閉のためのそれぞれのガス・油−圧力変換器を設ける必要がなく、本体が単一のシリンダのみであるような一体構造にすることができ、非常にコンパクトなガス・油−圧力変換器を提供することができる。

また、上記ガス・油圧式駆動装置においては、ガス・油−圧力変換器における両シリンダ室のピストンの分割壁側の室には油が充填され、両ピストンの分割壁とは反対側の室には圧力ガスが切り換えて供給されるとともに、圧力ガスの供給によりいずれかのピストンの分割壁側の油を操作機に供給することができるようにしたので、油側の配管を分割璧に集中させて設置することができ、さらに、一方のシリンダ室のピストンの一方側に対してガスが供給されると、ピストンの他方側の油が油流通路から圧油として供給されるとともに、他方のシリンダ室には油が吸引されて充填され、ピストンロッドが両シリンダ室において同一直径であるので、互いに同量の移動をさせることがてき、油の必要量を少なくし、また、シリンダのサイズも抑えることができるので、装置全体をよりコンパクトにすることができる。

上記のガス・油圧式駆動装置は、ガス・油−圧力変換器が操作機の長手方向に平行に配置して設けられているので、操作機のシリンダに平行にガス・油−圧力変換器を配置し、長さの長い構成部材を垂直に配置する必要もなく、駆動装置全体の形状をコンパクトにすることができる。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態によるガス・油圧式駆動装置は、図１から図６までに示すように、一般的には高圧ガスを搬送するためのパイプライン１０に設けられたボールバルブ１２を操作するために使用される。そのために、ガス供給源となるパイプライン１０にフィルタ・分離器１４を介して接続された電磁弁２０、この電磁弁２０に接続されたガス・油−圧力変換器３０、並列切換手段４０、パイプライン１０を開閉するためにボールバルブ１２を操作する操作機５０を備えてる。

ボールバルブ１２の開閉を操作する操作機５０は、詳述しないが、図１および図２に示されるように、油圧シリンダ５６のピストン運動による直線運動を回転運動に変えるトルク機構５５を備え、このトルク機構５５にはリミットスィッチ５３を備えていて、開閉の操作を検知することができる。操作機５０は、ガス・油−圧力変換器３０からの油圧によってシリンダ５６のピストン５８を作動してその直線運動がトルク機構５５によって揺動運動に変えられ、ボールバルブ１２の開閉作動を行うことができる。

操作機５０への油圧を生じさせるガス・油−圧力変換器３０は、図３に示されるように、シリンダ３１における分割壁３３を中心に左右対称に、左側にボールバルブ１２の閉用作動部と、右側にボールバルブ１２の開用作動部とを備えている。閉用作動部は、シリンダ３１４の外側端部をカバー３４によって閉じられてシリンダ室が形成され、その室内に分割壁３３に貫通支持されるロッド３２３を備えたピストン３２２が摺動可能に設けられ、ピストン３２２のカバー３４側の室内には、閉側電磁弁２６を介して圧力ガスがカバー３４に設けられたガス流通路３４１を通して供給され、ピストン３２２の分割壁３３側の室内には油が充填されていて、分割壁３３に設けた油流通路３３２を通して、油圧の供給あるいは室内への吸引を行うことができるように構成されている。この閉側作動部においては、さらにカバー３４には室内に突入可能な位置確認棒３６が設けられ、ピストン３２２の位置を確認でき、両室の油の量を決めるとともに、ピストン３２２の初期作動位置を設定することができる。

また、ガス・油−圧力変換器３０の開側作動部は、シリンダ３１の外側端部がカバー３５によって閉じられていて、室内を摺動するピストン３２１が設けられ、上記のような閉側作動部のロッド３２３の端部が一体にされて、ピストン３２２と連動するようにされている。シリンダ３１のピストン３２１によって分けられるカバー３５側の室内にはカバー３５に設けられたガス流通路３５１を通して開側電磁弁２４を介した圧力ガスが供給され、分割壁３３側の室内には油が充填されていて、分割壁３３に設けた油流通路３３１を通して油圧を供給するとともに、油の室内への吸引を行うことができる。そして、カバー３５には、閉側作動部と同様に位置確認棒３７が室内に突入して設けられ、ピストン３２１の位置を確認し、図３に示すようにシリンダ３１内の油量を決めるとともに、ピストン３２１の初期作動位置を設定することができる。

これらの位置確認棒３６，３７は、図３に示されるように、カバー３４、３５に設けられているが、パイプライン１０からのガス供給回路が密閉式になっているので、左右一体のピストン３２１，３２２の位置を確認するために設けられている。ピストン３２１、３２２は、図３に示す範囲で作動しているので、位置確認棒３６、３７がカバー３４、３５からの距離Ｗ₁、Ｗ₂の位置にあれば、正常の状態にある。どこかに異常があって、油漏れが生じれば、これらの距離Ｗ₁またはＷ₂が増加することになる。この増加が許容の一定量を超える場合には、後述する手動ポンプ４３により復元することができる。この操作は、作動時以外はガス室に圧力がないので、位置確認棒３６、３７を軽くたたくことにより容易に移動させることができ、その移動によりピストンの位置を確認することができる。

また、シリンダ３１、３１４に対して、分割壁３３、カバー３４、３５、ピストン３２１、３２２には、シールのためのシールリング３３３、３３４、３４２、３５２、３２４、３２５が設けられ、ガス、油の漏れを防止している。また、位置確認棒３６、３７に対しては、カバー３４、３５に、ロッド３２３に対しては分割壁３３にシールリング３３４が設けられ、ガス、油の漏れ防止を行うようにされている。

このようなガス・油−圧力変換器３０と、操作機５０との間の油圧回路は、並列切換手段４０が設けられ、それぞれ対に切換弁４１，４２および流量調節弁４４、およびリリーフ弁４６、エア抜き４７、油タンク等を備えて、操作機５０の開側および閉側のシリンダ室に配管によって接続されている。さらに、流量調節弁４４を経た両配管の操作機５０側は、位相調整弁４５を介して互いに接続されていて、ガス・油−圧力変換器３０のピストン３２の位置と操作機５０のロッドの関係位置がずれた場合に、位相調整を行うことができる。

この位相調整は、図３において、ピストン３２１，３２２が右側に寄って、Ｌ₂が規定寸法より少なくなり、位相確認棒３７のカバー３５からの出代Ｗ₂が多くなっていて、元の位置に戻す場合、切換弁４１を切換え、位相調整弁４５が開にされ、手動ポンプ４３を作動させると、シリンダ３１内の油は、シリンダ３１→切換弁４１→手動ポンプ４３→切換弁４１→流量調整弁４４→位相調整弁４５→流量調整弁４４→切換弁４２→シリンダ３１４へと供給され、ロッド３２３により一体にされたピストン３２１，３２２が図中左側へと移動し、Ｌ₂，Ｗ₂を元の長さに戻すことができる。この場合、操作機５０は、ピストン３２１、３２２のみの移動故、作動することがない。同様に、ピストン３２１，３２２の反対側への移動でも、ピストン３２２、３２１のみの移動故作動しない。

並列切換手段４０には、図１に示すように、手動ポンプ４３が設けられており、切換弁４１，４２を介して、ガス・油−圧力変換器３０、操作機５０へ手動で供給することができ、パイプライン１０からガス圧が供給されない場合には、ボールバルブ１２の開閉を可能にすることができる。また、この手動ポンプ４３を使用すれば、切換弁４１，４２、位相調整弁４５を介して、位相を容易に直すことができる。

上記構成のガス・油圧式駆動装置においては、以下のような作動をすることができる。
通常、パイプライン１０にフィルタ／分離器１４を介して接続された電磁弁２０は非励磁にされているために、図１に示すように、ガス・油−圧力変換器３０の両シリンダ３１、３１４内のガス室は大気に通じている。このため、ガス・油−圧力変換器３０においては、油も大気圧状態になっている。この状態で、図１および図３における左側の閉側作動部に注目することにする。電磁弁２０における閉側電磁弁２６を通電して励磁状態にすると、左側シリンダ３１４のガス室にパイプライン１０からのガスがフイルタ／分離器１４を介して進入してピストン３２２を右側に移動させ、ピストン３２２の右側の油室の油が油流通路３３２を通して操作機５０のシリンダへと供給される。その際、操作機５０におけるシリンダ５２の開側における油は、ガス・油−圧力変換器３０における開側作動部のシリンダ３１２の油室へ並列切換手段４０を経て戻される。そして、ガス・油−圧力変換器３０の閉側のピストン３２２により油が送り出されると同時に、開側ピストン３２１は、閉側ピストン３２２とロッド３２３によって一体にされているので、操作機５０のピストン作動による油を吸い込むことにより油室に戻す作動を行う。これは、操作機５０のシリンダ５６におけるピストンの両側における油量が同じであるからである。さらに、操作機５０によるボールバルブ１２の開作動時には、電磁弁２０における開側電磁弁２４が励磁されて、ガス・油−圧力変換器３０の開側作動部におけるシリンダ３１のピストン３２１に対してガスがガス流通路３５１を経て供給され、ピストン３２１の反対側の油を分割壁３３の油流通路３３１を経て、並列切換手段４０を通過して操作機５０のシリンダ５２に供給して、トルク機構５５を作動し、ボールバルブ１２の開放を行うことができる。

また、そのために、ガス・油−圧力変換器３０においては、シリンダ３１４、３１におけるガス室と油室がロッド３２３の存在により作用圧力に関して以下の関係を有する。即ち、ロッド３２３の直径をｄ、シリンダ３１４、３１の内径をＤとすると、ガス圧Ｐ₁に対して油側の圧力Ｐ₂は、式Ｐ₂＝Ｐ₁Ｘ（π／４）Ｄ²／（π／４）（Ｄ²−ｄ²）で表わされる。それゆえ、ガス側の圧力Ｐ₁ ＜油側の圧力Ｐ₂となる。これは、開側の作動においても同一である。そして、操作機５０のシリンダ５２に油圧Ｐ ₂ が供給され、出力トルクがＰ₂／Ｐ₁分だけ増加することになる。

また、並列切換手段４０内に設けた手動ポンプ４３の出力圧力は、ガス・油−圧力変換器で発生する油圧Ｐ ₂ 以上の油圧を発生すれば、手動ポンプでの開閉ができる。

さらに、ガス・油−圧力変換器３０においては、図３に示されるように、閉側作動部における位置確認棒３６のガス室内の長さをｌ ₁、油室のロッド３２３の長さをＬ₁、開側作動部における油室のロッド３２３の長さをｌ ₂、位置確認棒３７のガス室内の長さをＬ₂とすると、これらの長さＬ₁、Ｌ₂、ｌ₁、ｌ₂は、必要油量に対して余裕を持たせるために設定されるものであり、油室よりもガス室に余裕を持たせることが必要であるので、ｌ ₁ ＞Ｌ ₁、ｌ ₂ ＞Ｌ ₂に保持されている。

上記実施例では、駆動装置がボールバルブを操作するものであるが、ボールバルブのように回転式バルブのみならず、ゲートバルブのように、往復式のスライドバルブでも、操作機５０の操作形式を変えれば、本発明によるガス・油−圧力変換器を使用することができる。

そして、上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付のクレームの範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。

本発明の一実施の形態によるガス・油圧式駆動装置の説明図である。図１のガス・油圧式駆動装置の主要部の概略上面図である。本発明のガス・油圧式駆動装置におけるガス・油−圧力変換器の断面図である。同ガス・油圧式駆動装置における油系統の流量弁の断面図である。従来のガス・油圧式駆動装置の側面図である。同従来のガス・油圧式駆動装置におけるガス・油−圧力変換器の説明のための概略断面図である。

符号の説明

１０パイプライン
１２ボールバルブ
１４フィルタ／分離器
２０電磁弁
２２リリーフ弁
３０ガス・油−圧力変換器
３１シリンダ
３２ピストン
３３分割璧
３４閉側のシリンダカバー
３５開側のシリンダカバー
３６閉側の位置確認棒
３７開側の位置確認棒
３８リリーフ弁
４０並列切換回路
４１開側切換弁
４２閉側切換弁
４３手動ポンプ
４４流量調整弁
４５位相調整弁
４６リリーフ弁
４７エアー抜き
５０操作機
５２操作機シリンダ
５３リミットスィッチ
５４油タンク
７２従来の開側ガス・油−圧力変換器
７４従来の閉側ガス・油−圧力変換器
３１４閉側シリンダ
３２４開側ピストンシール
３２５閉側ピストンシール
３３１開側油流通路
３３２閉側油流通路
３３３分割璧ピストンシリンダ側シール
３３４分割璧ピストンロッド側シール
３４１閉側カバー内ガス流通路
３４２閉側カバー内シール
３５１開側カバー内ガス流通路
３５２開側カバー内シール

Claims

圧力ガスを供給するガス供給源、
該ガス供給源からの圧力ガスを必要に応じて供給するための電磁弁、
該電磁弁からの圧力ガスを受けて、該圧力ガスによって油圧を生じさせるガス・油−圧力変換器、
該ガス・油−圧力変換器とそこからの油圧を供給する操作機との間に設けた安全弁、切換弁、手動ポンプ等を含む切換手段、および
該切換手段からの油圧によってバルブを作動させる操作機、を有するガス・油圧式駆動装置であって、
前記ガス・油−圧力変換器が分割壁を中心に左右対称に分割された室を有するシリンダと、前記各分割されたシリンダの室内に設けられかつ前記分割壁に貫通支持されたロッドによって連動して移動する各室のピストンとを有し、前記分割された室の各々が前記操作機によって作動されるバルブの開または閉用に使用されるように、前記分割された室の各々に設けられたピストンの一方側の室に前記ガス供給源からの圧力ガスを供給し、前記ピストンの他方側の室に前記操作機のための油圧を生じさせる油が充填されていることを特徴とするガス・油圧式駆動装置。
前記ガス・油−圧力変換器のピストンが単一シリンダの略中央部の分割壁を貫通するロッドによって互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載されたガス・油圧式駆動装置。
前記ガス・油−圧力変換器は、前記シリンダの前記分割壁によって分割された両シリンダ室において、該両室の各々の前記ピストンによって分割された分割壁側の室には前記油が充填されていて、前記ピストンによって分割された分割壁とは反対側の室には前記圧力ガスが切り換えて供給されるとともに、前記圧力ガスの供給により前記いずれかのピストンの分割壁側に充填された前記油を前記操作機に供給することができるようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載されたガス・油圧式駆動装置。
前記ガス・油−圧力変換器の圧力ガスが供給される一方のシリンダ室において、前記ピストンに連結されかつ分割壁に貫通支持されたロッドが前記シリンダ内径に対してその直径の寸法を変えることにより、前記圧力ガスよりも、より高い圧力の油圧を生じさせることができるようにしたことを特徴とする請求項３に記載されたガス・油圧式駆動装置。
前記ガス・油−圧力変換器が前記操作機の長手方向に平行に配置して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたガス・油圧式駆動装置。