JP5698545B2

JP5698545B2 - ガスガバナ

Info

Publication number: JP5698545B2
Application number: JP2011009221A
Authority: JP
Inventors: 長田　耕一; 耕一長田; 丹羽　浩志; 浩志丹羽; 加藤　俊一; 俊一加藤; 文雄戸木
Original assignee: KATSURA COMPANY, LTD.
Current assignee: KATSURA COMPANY, LTD.
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: JP2012149833A

Description

本発明は、上流側から一次圧力で輸送されてくるガス例えば都市ガスを二次圧力に減圧して下流側に供給するガスガバナ（ガス整圧器とも呼ばれる）に関する。さらに詳述すると、本発明は管路の途中に設置されてガスを二次圧力に減圧して下流側に流すガバナ本体の弁開度を制御するパイロットガバナの作動機構に関する。

都市ガスの供給管路においては、高圧・中圧の圧力（一次圧力Ｐ_１）で運ばれる都市ガスを予め設定されている圧力（二次圧力Ｐ_２）に減圧するために、ガスガバナが設置されている。例えば、現在、一般的に使用されているアキシャルフロー型ガバナ（ＡＦＶ）の場合、図１１に示すように、ガバナ本体１０１を迂回するように上流側の管路１０２と下流側の管路１０３との間を接続するパイロットループ１０４に、ガバナ本体１０１を動作制御する制御圧力Ｐｃを発生させるレストリクタ１０５とパイロットループ１０４を通過するガス量を制御するパイロットガバナ１０６とを備え、二次圧力Ｐ_２の変化に比例してガバナ本体１０１のクロージャー１０７を塞ぐスリーブ１０８の制御圧力Ｐｃを変化させ、ガバナ本体１０１を二次圧力Ｐ_２が一定となるように動作させるフィードバック制御機構が構成されている（特許文献１，２）。

実公平６−３１５２７号公報特許第４３３０６８６号公報

しかしながら、二次圧力Ｐ_２だけで制御しているため、流量の増加に伴い二次圧力Ｐ_２が設定した圧力より下がってくる（オフセットの増加）問題と、急激な流量変化に伴う追従性という問題を有している。そして、これに対応するため、パイロットガバナ１０６の応答性を上げると、バイブレーション・あおり（ハンチングともいう）が起こりやすいという問題点を伴う。つまり、二次圧力Ｐ_２が急激に低下すると、パイロットガバナ１０６の制御圧力Ｐｃが急激に低下してスリーブ１０８の締め付け力を弱くするので、クロージャー１０７を通過するガス流量が急激に増加する。すると、二次圧力Ｐ_２が急激に上昇して、パイロットガバナ１０６の制御圧力Ｐｃが急激に高くなりスリーブ１０８の締め付け力を強くするので、クロージャー１０７を通過するガス流量が急激に低減される。そうすると、二次圧力Ｐ_２の急激な低下に繋がり、再びスリーブ１０８の締め付け力を弱くしてクロージャー１０７を通過するガス流量を急激に増加させる。これを繰り返すため、バイブレーション（ハンチング現象）を引き起こす。その反面、バイブレーションを抑制しようとすると、二次圧力Ｐ_２の変化に対する応答性が悪化するという問題を伴う。このため、応答性と安定性とを両立させることは困難であり、バイブレーションを引き起こさない範囲で応答性の感度を上げる調整は難しいものとなる。

本発明は、バイブレーション・あおりを惹起し難く応答性をよくすることができるパイロットガバナを有するガスガバナを提供することを目的とする。換言すれば、本発明は、オフセットの発生を抑制し、かつバイブレーションを引き起こさない範囲で応答性の感度を上げる調整が容易なパイロットガバナを有するガスガバナを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、管路の途中に設置されて上流側から一次圧力で輸送されてくるガスを二次圧力に減圧して下流側に流すガバナ本体と、ガバナ本体を動作制御する制御圧力を発生させるレストリクタを有しガバナ本体の上流側の管路と下流側の管路との間に接続されるパイロットループと、パイロットループに設置されてガスの二次圧力に対応してパイロットバルブを開閉させパイロットループを通過するガスの量を制御してガバナ本体を二次圧力が一定となるようにフィードバック制御させるパイロットガバナとを備え、パイロットガバナで制御される制御圧力を利用してガバナ本体の弁開度を変化させることにより上流側から供給されるガスを減圧して下流側に供給するガスガバナにおいて、ガバナ本体の下流の管路に配置されて下流の管路にガスの流れが起きたときに負圧を発生させて下流の管路におけるガスの流量の変化を圧力変化として検出し負圧分だけ二次圧力よりも低い補助圧力を発生させる二次側オリフィスと、パイロットガバナに含まれ、補助圧力を作用させ二次圧力と共にパイロットガバナのパイロットスプリングと対向させてパイロットバルブを開閉する力を補助する補助ダイヤフラム圧力室と、補助ダイヤフラム圧力室と二次側オリフィスとを接続する管路とを備え、二次圧によるフィードバック制御に、ガバナ本体の下流の管路における流量変化で二次圧力が下がるという予測を加えたフィードフォワード制御を組み合わせるようにしている。
ここで、補助ダイヤフラム圧力室と二次側オリフィスとを接続する管路には、絞りあるいはタンクの少なくともいずれか一方を備えることが好ましい。
また、パイロットガバナは、パイロットスプリングを収容し大気開放された第１のダイヤフラム圧力室と、パイロットループが接続されると共に該パイロットループの開閉を行うパイロットバルブが内蔵された第２のダイヤフラム圧力室と、二次側オリフィスに接続され補助圧力を作用させる補助ダイヤフラム圧力室と、パイロットスプリングと対向する力を付与するリターンスプリングを収容しパイロットループの分岐管を介して二次圧力が付与される第３のダイヤフラム圧力室と、補助ダイヤフラム圧力室と第３のダイヤフラム圧力室との間で大気開放され第３のダイヤフラム圧力室のダイヤフラムに大気圧をかける第４のダイヤフラム圧力室とを備えるものであることが好ましい。

請求項１記載の発明によると、ガバナ本体の下流の管路に配置されて下流の管路にガスの流れが起きたときに負圧を発生させて下流の管路におけるガスの流量の変化を圧力変化として検出し負圧分だけ二次圧力よりも低い補助圧力を発生させる二次側オリフィスと、パイロットガバナに含まれ、補助圧力を作用させ二次圧力と共にパイロットガバナのパイロットスプリングと対向させてパイロットバルブを開閉する力を補助する補助ダイヤフラム圧力室と、補助ダイヤフラム圧力室と二次側オリフィスとを接続する管路とを備え、二次圧によるフィードバック制御に、ガバナ本体の下流の管路における流量変化で二次圧力が下がるという予測を加えたフィードフォワード制御を組み合わせるようにしているので、二次圧力Ｐ_２の変化に加えて二次圧力に減圧して下流側に流すガスの流量の増加を感知し、制御圧力Ｐｃを制御することができる。このため、流量の増加に対して制御圧力Ｐｃの即応性を上げることができると共にオフセットの減少効果が得られ、制御圧力Ｐｃを安定的に制御することができるため、バイブレーション・あおりの抑制効果が得られる。
また、補助ダイヤフラム圧力室と二次側オリフィスとを接続する管路に絞りあるいはタンクの少なくともいずれか一方を備える場合には、二次側オリフィス部分で生ずる二次圧力の変動の影響が補助ダイヤフラム圧力室に急激に作用しないように緩和させて機能させることができるので、二次圧力Ｐ _２の変化に加えて二次圧力に減圧して下流側に流すガスの流量の増加を感知し、制御圧力Ｐｃを安定的に制御することができる。

本発明をアキシャルフロー型ガバナに適用した一実施形態を示す原理図である。ＦＦ機能を有さないパイロットガバナの入出力特性を示すグラフである。ＦＦ機能を有するパイロットガバナの入出力特性を試験するための試験回路図である。図３の試験回路で得たＦＦ機能を有するパイロットガバナの入出力特性を示すグラフである。ＦＦ機能を有さないパイロットガバナの入出力特性（破線）とＦＦ機能を有するパイロットガバナの入出力特性（実線）とを比較するグラフである。積分機能が働かない状態でステップ状に二次圧力Ｐ_２を下げ、制御圧力Ｐｃと二次側オリフィスでの差圧力Ｐ_３の圧力変化を示すグラフである。パイロットガバナの積分機能を試験するための試験回路図である。積分機能が働く状態でステップ状に二次圧力Ｐ_２を下げ、制御圧力Ｐｃと二次側オリフィスでの差圧力Ｐ_３の圧力変化を示すグラフである。（Ａ）は図６の、（Ｂ）は図８の二次圧力Ｐ_２と二次側オリフィスでの差圧力Ｐ_３の圧力変化とを拡大してそれぞれ示すものである。（Ａ）は図６の、（Ｂ）は図８の制御圧力Ｐｃの圧力変化を拡大して示すものである。アキシャルフロー型ガバナを利用した従来のガスガバナの原理図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の実施形態の一例をアキシャルフロー型ガバナ（ＡＦＶ）に適用した場合を例に挙げて示す。このガスガバナは、管路の途中に設置されて上流側から一次圧力Ｐ_１で輸送されてくるガスを二次圧力Ｐ_２に減圧して下流側に流すガバナ本体１と、このガバナ本体１を動作制御する制御圧力Ｐｃを発生させるレストリクタ６を有しガバナ本体１の上流側の管路２と下流側の管路３との間に接続されるパイロットループ４と、パイロットループ４に設置されてガスＧの二次圧力Ｐ_２に対応してパイロットバルブ２８を開閉させパイロットループ４を通過するガスの量を制御してガバナ本体１を二次圧力Ｐ_２が一定となるように動作させるパイロットガバナ５とを備え、パイロットガバナ５で制御される制御圧力Ｐｃを利用してガバナ本体１の弁開度を変化させることにより上流側から供給されるガスＧを減圧して下流側に供給するようにしている。

本実施形態においてガバナ本体１として採用しているアキシャルフロー型ガバナ（ＡＦＶ）は、現在広く普及したものであり周知技術であることからその詳細な構造の説明を省くが、概略構造としては図１に示すように、周面に多数のスリットを有する截頭円錐形の一対のクロージャー２５と、該クロージャーのスリットを塞ぐゴム製のスリーブ２４と、これらを収納する円筒状のバルブボディ２６と含み、バルブボディ２６とスリーブ２４との間の空間に制御圧力Ｐｃをかけることにより、互いに向かい合わせて連結することにより鼓形を成す一対のクロージャー２５のスリットをスリーブ２４で開閉させるようにしたものである。ＡＦＶは、ガバナ本体１を迂回するように上流側の管路２と下流側の管路３との間を接続するパイロットループ４に、ガバナ本体１を動作制御する制御圧力Ｐｃを発生させるレストリクタ６とパイロットループ４を通過するガス量を制御するパイロットガバナ５とを備え、二次圧力Ｐ_２の変化に比例してガバナ本体１のクロージャー２５を塞ぐスリーブ２４の制御圧力Ｐｃを変化させ、ガバナ本体１を二次圧力Ｐ_２が一定となるように動作させるフィードバック制御機構を構成するものである。

さらに、本実施形態のパイロットガバナ５では、パイロットガバナ５のハウジング内を複数のダイヤフラムと隔壁とによって区画し、パイロットスプリング１３を収容し大気開放された第１のダイヤフラム圧力室２２と、パイロットループ４が接続されると共に該パイロットループ４の開閉を行うパイロットバルブ２８が内蔵された第２のダイヤフラム圧力室１４と、二次側オリフィス８部分で減圧されたガス圧力Ｐ_３を作用させる補助ダイヤフラム圧力室１０と、パイロットスプリング１３と対向する力を付与するリターンスプリング１７を収容しパイロットループ４の分岐管４’を介して二次圧力Ｐ_２が付与される第３のダイヤフラム圧力室１６と、補助ダイヤフラム圧力室１０と第３のダイヤフラム圧力室１６との間で大気開放され第３のダイヤフラム圧力室１６のダイヤフラム２１に大気圧をかける第４のダイヤフラム圧力室１５とを備える。

具体的には、第１のダイヤフラム圧力室２２と第２のダイヤフラム圧力室１４との間、第２のダイヤフラム圧力室１４と補助ダイヤフラム圧力室１０との間及び第４のダイヤフラム圧力室１５と第３のダイヤフラム圧力室１６との間にはそれぞれダイヤフラム１９，２０及び２１が配置されており、それぞれの圧力室２２，１４，１０，１５にかかる圧力の差圧が各ダイヤフラム１９，２０及び２１に作用するように、各室が区画されている。また、補助ダイヤフラム圧力室１０と第４のダイヤフラム圧力室１５との間はパイロットガバナ５のハウジングの一部である隔壁によって区画され、補助ダイヤフラム圧力室１０と第４のダイヤフラム圧力室１５との間の差圧はパイロットバルブ２８の開閉には関与しないように設けられている。そして、ダイヤフラム１９と２０及びダイヤフラム２０と２１とは、各々連結桿１８，２３によって連結され、全てのダイヤフラム１９，２０及び２１が連動し、各々のダイヤフラム１９，２０及び２１に作用する差圧が相互に影響し合うように設けられている。また、パイロットループ４に接続されている第２のダイヤフラム圧力室１４には、パイロットループ４の開閉を行うパイロットバルブ２８が内蔵されている。このパイロットバルブ２８は、連結桿１８に取り付けられている弁子２８ｂとパイロットガバナ５のハウジング側に成形されている弁座２８ａとの間で構成されている。したがって、二次圧力Ｐ_２が設定圧よりも下がったときに、全てのダイヤフラム１９，２０及び２１が変形するのに連動して連結桿１８，２３が移動するときに、連結桿１８に取り付けられている弁子２８ｂがハウジング側の弁座２８ａから離れてバルブ２８が開かれるため、ガバナ本体１の上流側のガスの一部がパイロットループ４に流入し、パイロットガバナ５の第２のダイヤフラム圧力室１４を通過してガバナ本体１の下流側配管３に排出される。このとき、レストリクタ６ではガスの流れによって圧力変化（減圧）が生ずるので、その圧力変化がガバナ本体１を開閉動作させる制御圧力Ｐｃとなって分岐管７を介してガバナ本体１に作用する。尚、パイロットガバナ５の設定圧はパイロットスプリング１３によって定められている。具体的には、パイロットスプリング１３のばね力と、リターンスプリング１７のばね力との差分が設定圧を定める。つまり、パイロットスプリング１３を調整ねじ２７によって締め付けたり、緩めたりすることによって設定圧を調整可能としている。

ここで、ガバナ本体１の下流の管路３には二次側オリフィス８が配置されている。この二次側オリフィス８は、下流管路３におけるガスＧの流量の変化を圧力変化として検出するものであり、例えば本実施形態の場合、ガバナ本体１の出口配管３にベンチュリーを接続することにより構成されている。この二次側オリフィス８はそして、ガバナ本体１の下流の管路３にガスＧの流れが起きたときに発生するベンチュリーの最小径部でのガス圧力Ｐ_３をガス流量の変化を表すものとして検出する。即ち、下流管路３に設けたオリフィスの下流の圧力Ｐ_３をガス流量の変化を表すものとして検出する。そして、パイロットガバナ５は、上述したように、基本構造として、二次圧力Ｐ_２の変化に比例してガバナ本体１のクロージャー２５を塞ぐスリーブ２４の制御圧力Ｐｃを変化させ、ガバナ本体１を二次圧力Ｐ_２が一定となるように動作させるフィードバック制御機構を構成するものであるが、二次圧力Ｐ_２と共にパイロットガバナ５のパイロットスプリング１３と対向させてパイロットガバナ５のパイロットバルブ２８を開閉する力を補助する補助ダイヤフラム圧力室１０を設置し、パイロットガバナ５に二次側オリフィス８部分で減圧されたガス圧力Ｐ_３を作用させるようにしている。補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８とは管路９を介して接続されており、ガスＧの流れが起きたときに発生する圧力Ｐ_３＝（Ｐ_２−ΔＰｖ）が補助ダイヤフラム圧力室１０に与えられるように設けられている。即ち、ガバナ本体１の出口配管３に配置された二次側オリフィス８より取り出された圧力（以下、圧力Ｐ_３と呼ぶ）は、パイロットガバナ５に入力するようにしてＦＦ（フィードフォワード制御）機能を与えるように設けられている。二次側オリフィス８の圧力Ｐ_３は流量が無い場合はＰ_２と同じであるが、流量が発生するとΔＰｖの差圧が生じ、二次側オリフィス８の圧力Ｐ_３は（Ｐ_２−ΔＰｖ）となる。これにより、流量が発生した場合、二次圧力Ｐ_２の低下による制御圧力Ｐｃの低下に加えて差分圧力Ｐ_３の低下による制御圧力Ｐｃの低下が起こる。この二次側オリフィス８での差圧ΔＰｖにより、ガスの流量の急激な増加に対して制御圧力Ｐｃの即応性を上げることができる。尚、二次側オリフィス８での差圧ΔＰｖは、流量が増加するほど値が大きくなるため、流量の増加に伴うオフセットの増加を二次側オリフィス８の仕様を適宜設計することでΔＰｖ量を調整することにより、オフセットを抑えることができる。

また、補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８とを接続する管路９には、可変絞り１１とタンク１２とが備えられ、積分機能を得て上述のＦＦ機能の効果を徐々に作用させるように設けられている。この可変絞り１１とタンク１２とは、二次圧力Ｐ_２の変化に対して二次側オリフィス８の圧力Ｐ_３の変化が遅れて緩やかに変化するよう積分時間を設定可能とする。ここで、積分時間の調整は、可変絞り１１だけでは調整幅が狭く、調整しずらい。そこで、タンク１２を接続して補助ダイヤフラム圧力室１０の容積を実質的に拡張して調整しやすくするようにしている。即ち、タンク１２は、タンク１２の圧力がＰ_３＝（Ｐ_２−ΔＰｖ）の低下時に、この低下が急激に生じないように緩和させる機能を与えている。補助ダイヤフラム圧力室１０の空間とタンク１２の内部空間とは同じ圧力に変動するものである。タンク１２の圧力は、最終的には二次側オリフィス８の圧力Ｐ_３＝（Ｐ_２−ΔＰｖ）、即ち補助ダイヤフラム圧力室１０にかかる圧力と同じになるが、その最終圧力に到達されるまでの時間を取るためのものであり、その時間が積分機能に該当する。

以上のように構成されたガスガバナによれば、ガスＧの二次圧力Ｐ_２が設定圧よりも下がったときに、ダイヤフラム圧力室１４，１６に作用する二次圧力Ｐ_２の低下により相対的にパイロットスプリング１３の力が増してダイヤフラム１９並びに連結ロッド１８，２３により一体化されたダイヤフラム２０，２１が押し下げられるため、パイロットガバナ５のバルブ２８が開いてガバナ本体１の上流側の管路２からパイロットループ４に一次圧力Ｐ_１のガスが導入される。このとき、ガスの一次圧力Ｐ_１はレストリクタ６で減圧され、制御圧力Ｐｃを発生させる。したがって、ガバナ本体１のスリーブ２４の外側に管路７を介して負荷される制御圧力Ｐｃとクロージャー２５の内側に作用するガスの一次圧力Ｐ_１とのバランスが崩れるため、クロージャー２５を塞いでいたスリーブ２４を外側に膨らませてガスがクロージャー２５を通過して下流の管路３に二次圧力Ｐ_２に減圧されて供給される。尚、パイロットガバナ５は、二次圧力Ｐ_２に対応してパイロットバルブ２８を開閉させてパイロットループ４を通過するガスの量を変化させることにより、レストリクタ６で発生する制御圧力Ｐｃを制御し、ガバナ本体１を二次圧力が一定となるように動作させる。

そして、二次側オリフィス８における圧力Ｐ_３は流量が無い場合は二次圧力Ｐ_２と同じであるが、流量が発生すると差圧ΔＰｖが生じ、Ｐ_３＝（Ｐ_２−ΔＰｖ）となる。これにより、ガバナ本体１が開いて下流側の管路３にガスの流れが発生すると、二次側オリフィス８にΔＰｖの差圧が生じ、パイロットガバナ５の補助ダイヤフラム圧力室１０に（Ｐ_２−ΔＰｖ）の補助圧力Ｐ_３が作用する。これにより、二次圧力Ｐ_２の低下による制御圧力Ｐｃの低下に加えて補助圧力Ｐ_３の低下による制御圧力Ｐｃの低下が起こり、ガス流量の増加に対して制御圧力Ｐｃの即応性を上げることができる。また二次側オリフィス８での差圧ΔＰｖは、ガス流量が増加するほど値が大きくなる。このため、流量の増加に伴うオフセットの増加を二次側オリフィス８を構成するベンチュリー部の設計でΔＰｖ量を調整することにより、オフセットを抑えることができる。しかも、補助圧力Ｐ_３の補助ダイヤフラム圧力室１０への作用は、補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８とを接続する管路９に配置された可変絞り１１とタンク１２とによって、二次圧力Ｐ_２の圧力変化より遅れて緩やかに変化する積分機能が得られる。したがって、このタンク１２と可変絞り１１を調節することにより、バイブレーションの抑制とオフセットの発生を抑制する効果が得られる。ここで、積分機能はオフセット抑制とバイブレーション抑制の双方の効果を有する。比例制御機能の調整幅を広くして、その結果でオフセットが発生した場合には、積分機能でオフセットを修正することができる。逆に比例制御機能の調整幅を狭くして、その結果でバイブレーションが誘引された場合も、積分機能でバイブレーションを修正することができる。

つまり、二次圧力Ｐ_２に対応して制御圧力Ｐｃを制御するパイロットガバナ５の作動機構に、さらに補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８を設けてガスの流量が変化したときに制御圧力Ｐｃを制御するＦＦ機能が作用するように構成すると共に、そのＦＦ機能の効果を徐々に機能させる積分機能を補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８との間を接続する管路９に絞り１１と積分タンク１２とを設置することにより与えることにより、バイブレーションを引き起こさない範囲で応答性の感度を上げる調整を容易に実現可能としている。

１．ＦＦ（フィードフォアード）機能の効果の実証（図１参照）
ａ．ＦＦ機能無しのパイロットガバナの特性
ＦＦ機能の効果を実証するため、ＦＦ機能が働かない状態で二次圧力Ｐ_２の変化による制御圧力Ｐｃの変化を記録し、ＦＦ機能を付加した時の二次圧力Ｐ_２の変化による制御圧力Ｐｃの変化と比較した。
試験方法としては、パイロットガバナのＰ_３部をＰ_２部と直結し、Ｐ_３＝Ｐ_２とした。その状態で１次圧力Ｐ_１を０．３ＭＰａ、流量が無い時（閉塞状態）の二次圧力Ｐ_２を０．１５ＭＰａになるようパイロットガバナの圧力を調整し、二次圧力Ｐ_２は外部より別のレギュレータにより圧力を供給し、二次圧力Ｐ_２のみを変化させた。その時のＰｃ−Ｐ_２線図を図２に示す。

ｂ．ＦＦ機能付きのパイロットガバナの特性（図１及び図３参照）
試験方法としては、ＦＦ機能を付加するため補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８との間を接続する管路９に絞り３１とブローバルブ３０を設け、二次圧力Ｐ_２の放出量を一定とした時、二次圧力Ｐ_２とＰ_３に差圧１０ｋＰａとなるように絞り３１を調節した。この差圧１０ｋＰａをΔＰｖとしガスガバナ本体の下流の供給配管の二次側オリフィス８で得られる差圧と仮定する。実際の二次側オリフィス８の差圧はもっと少ないと考えられるが、パイロットガバナ５のＰ_３入力部の設計しだいで少ない差圧を大きな入力に変換することができることから、上述の差圧１０ｋＰａを実験の便宜上採用した。また、実際にはΔＰｖは流量が増加するほど、つまり二次圧力Ｐ_２が低下するほど値が大きくなるが、二次側オリフィス８の効果の有無を実証するため、この試験では一定とした。
この状態で先ほどと同じく、二次圧力Ｐ_２のみを変化させて制御圧力Ｐｃの変化を記録した。その時のＰｃ−Ｐ_２線図を図４に示す。

ｃ．ＦＦ機能の効果の実証（図５参照）
図２と図４を比較した線図を図５に示す。二次圧力Ｐ_２の値を同値とすると、二次側オリフィス８を有する線図（図４）は、制御圧力Ｐｃの値が減少している。これはすなわちガバナ本体を通過するガス流量（メイン流量）が増加しΔＰｖが増加すると、二次圧力Ｐ_２による制御圧力Ｐｃの制御量に加えて、ΔＰｖによる制御量が加わり、ＡＦＶの流量を増やす方向に作用することを意味する。つまり流量の増加を感知して制御圧力を先回りして制御することにより、安定した二次圧力Ｐ_２を得るために寄与する。また、実際は流量が増加するとΔＰｖの値は増加するため、Ｐｃの減少量も増加し流量増加時のオフセットを減少することができる。ゆえにＦＦ機能は効果があることが実証された。

２．ＰＩ（比例積分）機能の効果の実証（図１参照）
ａ．積分（Ｉ）機能無しのパイロットガバナの特性
積分機能の効果を実証するため、積分機能が働かない状態で二次圧力Ｐ_２をステップ状に下げ、Ｐｃ及びＰ_３の圧力変化を記録した。そして、積分機能を付加して同じ試験をした時のＰｃ及びＰ_３の圧力変化と比較した。
試験方法としては、パイロットガバナ５の二次側オリフィス８での圧力を取り込むＰ_３部をＰ_２部と直結し、Ｐ_３＝Ｐ_２とした。Ｐ_２部に圧力を供給しているレギュレータを手動でステップ状に圧力を落とし、Ｐｃ及びＰ_３の変化量を記録した。その時の各圧力線図を図６に示す。

ｂ．積分（Ｉ）機能付きのパイロットガバナの特性（図１及び図７参照）
試験方法としては、上述のａ．の装置（図３の装置）に加えて、積分機能を付加するため補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８との間を接続する管路９に可変絞り１１とタンク１２を設け、二次圧力Ｐ_２の変化に対してＰ_３の変化が遅れて緩やかに変化するよう積分時間を定めた。遅れ時間は二次圧力Ｐ_２の変化より５〜１０秒後にＰ_３が安定するように絞り１１とタンク１２を調整した。この積分時間はガスガバナを設置する状況によって調節可能である。この状態で、ａ．の装置と同じくＰ_２部に圧力を供給しているレギュレータを手動でステップ状に圧力を下げ、Ｐｃ及びＰ_３の変化量を記録した。その時の各圧力線図を図８に示す。

ｃ．比例積分（ＰＩ）機能の効果の実証（図９及び図１０参照）
図６と図８を比較すると、積分機能を付加することにより制御圧力Ｐｃと差圧Ｐ_３の変化が二次圧力Ｐ_２の変化に遅れて緩やかに変化していることが判る。よって二次圧力Ｐ_２の変化に対して積分機能が働き、制御圧力Ｐｃを安定的に制御することが明らかとなった。
ゆえに積分機能は効果があることが実証された。

以上の試験結果により、従来のパイロット式のアキシャルフロー型ガバナより二次圧力Ｐ_２の変化に対する即応性の向上、オフセットの減少効果とバイブレーション・あおりの抑制効果が期待できることが明らかとなった。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、アキシャルフロー型ガバナ（ＡＦＶ）に適用した例を挙げて主に説明したが、本発明はパイロットガバナ５の作動機構に関するものであることから、アキシャルフロー型ガバナに特に限られるものではなく、パイロット式整圧器全般に適用可能なものである。つまり、弁座とそれを開閉する摺動式弁体とから成る一般的なバルブ構造から成るガバナの弁体を制御圧力で駆動するものでも適用可能である。

また、本実施形態においては、補助ダイヤフラム圧力室１０と二次側オリフィス８とを接続する管路９に配置された絞り１１としては、絞り量を可変とするニードルを採用し、このニードルの開閉量を調整することにより制御圧力ＰｃとＰ_３の変化が二次圧力Ｐ_２の変化に遅れて緩やかに変化する状況を調整することができるようにしているが、これに特に限られず、可変絞りではノズルフラッパ（パイロットバルブ２８と同様の構造であり、弁座と弁子の距離を調整することで絞りと同じ機能をもたせたもの、即ち固定オリフィスに対して距離を調整する機構）などの使用や、予め絞り量が固定されたオリフィスを採用することも可能である。また、タンク１２は場合によっては交換可能とし、必要に応じて異なる容積のタンクを選択して接続するようにしても良い。これにより、応答速度を容易に調整することが可能となる。さらには、調整が容易ではないが、場合によってはタンク１２を備えずに、可変絞り１１だけで積分時間を調整するようにしても良い。

さらに、上述の実施形態では、パイロットループ４において一次圧力Ｐ_１でのガスを減圧して制御圧力Ｐｃを生成する手段としてレストリクタ６を用いた例を挙げて主に説明したが、場合によってはベンチュリーを用いても同様の機能を発揮しうるものであり、本発明においてレストリクタの用語はベンチュリーを含むものとして用いている。

また、上述の実施形態では、ガバナ本体１の下流の供給配管（本線とも呼ぶ）３においてガスの流量が発生したときに差圧ΔＰｖを生じさせる手段として二次側オリフィス８を用いた例を挙げて主に説明したが、場合によってはベンチュリーを用いても同様の機能を発揮しうるものであり、本発明において二次側オリフィスの用語はベンチュリーを含むものとして用いている。尚、オリフィスの下流側の圧力Ｐ_３＝（Ｐ_２−ΔＰｖ）を補助ダイヤフラム圧力室１０にかけるため、ダイヤフラム２０には差圧ΔＰｖが作用することとなり、差圧ΔＰｖに対応した変位を起こすこととなる。

１ガバナ本体
２ガバナ本体の上流側の管路
３ガバナ本体の下流側の管路
４パイロットループ
５パイロットガバナ
６レストリクタ
８二次側オリフィス（本線ベンチュリー）
９二次側オリフィスとパイロットガバナの補助ダイヤフラム圧力室とを接続する管路
１０補助ダイヤフラム圧力室
１１絞り（可変絞り）
１２タンク
１３パイロットスプリング
Ｐ_１一次圧力
Ｐ_２二次圧力
Ｐ_３二次側オリフィスの圧力
Ｐｃ制御圧力

Claims

管路の途中に設置されて上流側から一次圧力で輸送されてくるガスを二次圧力に減圧して下流側に流すガバナ本体と、前記ガバナ本体を動作制御する制御圧力を発生させるレストリクタを有し前記ガバナ本体の上流側の管路と下流側の管路との間に接続されるパイロットループと、前記パイロットループに設置されて前記ガスの二次圧力に対応してパイロットバルブを開閉させ前記パイロットループを通過する前記ガスの量を制御して前記ガバナ本体を前記二次圧力が一定となるようにフィードバック制御させるパイロットガバナとを備え、前記パイロットガバナで制御される前記制御圧力を利用して前記ガバナ本体の弁開度を変化させることにより上流側から供給される前記ガスを減圧して下流側に供給するガスガバナにおいて、
前記ガバナ本体の下流の前記管路に配置されて前記下流の管路にガスの流れが起きたときに負圧を発生させて前記下流の管路におけるガスの流量の変化を圧力変化として検出し前記負圧分だけ前記二次圧力よりも低い補助圧力を発生させる二次側オリフィスと、
前記パイロットガバナに含まれ、前記補助圧力を作用させ前記二次圧力と共に前記パイロットガバナのパイロットスプリングと対向させて前記パイロットバルブを開閉する力を補助する補助ダイヤフラム圧力室と、
前記補助ダイヤフラム圧力室と前記二次側オリフィスとを接続する管路とを備え、前記二次圧によるフィードバック制御に、前記ガバナ本体の下流の管路における流量変化で前記二次圧力が下がるという予測を加えたフィードフォワード制御を組み合わせることを特徴とするガスガバナ。
前記補助ダイヤフラム圧力室と前記二次側オリフィスとを接続する前記管路には、絞りあるいはタンクの少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１記載のガスガバナ。
前記パイロットガバナは、前記パイロットスプリングを収容し大気開放された第１のダイヤフラム圧力室と、前記パイロットループが接続されると共に該パイロットループの開閉を行う前記パイロットバルブが内蔵された第２のダイヤフラム圧力室と、前記二次側オリフィスに接続され前記補助圧力を作用させる前記補助ダイヤフラム圧力室と、前記パイロットスプリングと対向する力を付与するリターンスプリングを収容し前記パイロットループの分岐管を介して二次圧力が付与される第３のダイヤフラム圧力室と、前記補助ダイヤフラム圧力室と前記第３のダイヤフラム圧力室との間で大気開放され前記第３のダイヤフラム圧力室のダイヤフラムに大気圧をかける第４のダイヤフラム圧力室とを備えるものである請求項１または２記載のガスガバナ。