JP5718381B2 - 自閉式停止弁に用いられる流れ制御アクチュエータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的に流れ制御アクチュエータに関するものであり、とくに自閉式停止弁に用いられる流れ制御アクチュエータ装置に関するものである。
内部自閉式停止弁(「内部弁」)は、蒸気均等化を提供するために、小容量ポンプシステムまたは貨物自動車(トラック)の戻りガス配管の主要弁として用いられることが多い。一般的に、大気温度におけるプロパンタンク、ブタンタンクまたはNH3タンクのために設計されているが、これらの弁を他の圧縮流体および/または圧縮気体に対して用いることもできる。運輸省の規則によれば、一般的に、貨物タンクの液体または気体の排出口の各々に内部弁を用いることが要求されている。たとえば、運輸省の規則によれば、プロパン、無水アンモニアおよび他の液状圧縮ガスを輸送する貨物タンクについて、移送用ホースの離脱により引き起こされる故意でない放出から20秒以内に人の介入なしに製品の流れを自動的に停止させる受動的緊急放出制御装置を装備することが要求されている。
内部弁は、流量が設定流量を超えると閉弁する過流防止機能、すなわち一体式の過流防止弁を備えているのが普通である。通常、貨物タンクに搭載されている内部弁は、荷下ろし時に当該内部弁に取り付けられているポンプおよび/または配管が剪断破壊を起こした場合および/または他の方法で破損した場合に、危険性物質が放出されないように働くようになっている。同様に、静止タンクに搭載されている内部弁は、当該内部弁に取り付けられているポンプおよび/または配管が剪断破壊を起こした場合および/または他の方法で破損した場合に危険性物質が放出されないように働くようになっている。
内部弁は、たとえばケーブル制御および/または動力駆動式アクチュエータシステムの如き遠隔操作制御システムの使用を必要とする場合が多い。典型的には、動作リンクを用いることにより、動作レバーが完全閉弁位置と完全開弁位置との間を移動できるようになっている。一実施形態では、内部弁を遠隔操作するためにたとえばバネ復帰式ブレーキアクチュエータ(spring return brake actuator)の如き気圧式アクチュエータが用いられる。これらのアクチュエータは、内部弁の完全閉弁位置と完全開弁位置との間の高速動作を可能とするが、この弁の動きは制御されていないので、弁が中間位置、すなわち高速ブリード位置に位置する時間が短くなり、したがって、圧力を均等化して弁の開弁を可能とするのに長い時間が必要となる。
例示の自閉式停止弁に用いられる流れ制御アクチュエータを示す正面図である。 閉弁位置に置かれた状態にある、例示の自閉式停止弁に用いられる図1の例示の流れ制御アクチュエータを示す断面図である。 流れ制御アクチュエータにより高速ブリード位置に移動された状態にある、例示の自閉式停止弁に用いられる図1の例示の流れ制御アクチュエータを示す断面図である。 流れ制御アクチュエータにより開弁位置に移動された状態にある、例示の自閉式停止弁に用いられる図1の例示の流れ制御アクチュエータを示す断面図である。 動作位置が完全開弁位置であり、内部過流防止弁が閉弁した状態にある、例示の自閉式停止弁に用いられる図1の例示の流れ制御アクチュエータを示す断面図である。 流れ制御アクチュエータにより完全閉弁位置に移動された状態にある、例示の自閉式停止弁に用いられる図1の例示の流れ制御アクチュエータを示す断面図である。 図1の流れ制御アクチュエータ内に用いられうる流体制御弁の他の一例を示す断面図である。
開示されている実施形態の下記の記載は、本明細書に詳細に記載された形態そのものに本発明の範囲を限定することを意図したものではない。もっと正確にいえば、下記の記載は、他の人が本発明の教示を理解しうるように本発明の原理を例示することを意図したものである。
ここで図面、とくに図1および図2を参照すると、例示の遠隔操作蒸気等化組立体10が示されている。一般的に、例示の組立体10は、流れ制御アクチュエータ22に作用可能に結合されている自閉式停止弁、たとえば内部弁20を備えている。この実施形態では、流れ制御アクチュエータ22は、弁20の動作レバー24に結合され、弁20を少なくとも第一の動作位置と第二の動作位置との間を移動させるようになっている。図示されている流れ制御アクチュエータ22は、流体アクチュエータ30(たとえば、気体式アクチュエータ)と、流体アクチュエータ30の吸込口34に作用可能に結合されて流体アクチュエータ30への流体の流れの制御を可能とさせる制限付き逃がし弁32などの如き流体制御弁とを有している。
この実施形態では、弁20は、Fisher(登録商標)・コントロールズ・インターナショナルからのC407−10内部弁の如きCシリーズ型の内部弁である。しかしながらいうまでもなく、弁20が、弁類以外のデバイスを含む駆動可能ないかなる適切なタイプのデバイスであってもよい。例示の弁20は、ネジ部106により分かれている上側部102と下側部104とを有したハウジング100を備えている。ネジ部106は、タンク122または他の適切な格納容器の対応するネジを切られたアパーチャ120と螺合することにより、弁20の上側部102をタンク122の内部に配設するようになっている。タンク122は、弁20の流出口126を通って下流側に向けて目的地に移送される加圧された気体または液体(すなわち、流体)124を収容している。タンク122からの流体の流れを促進するために、例示の弁20は、均等化部材108と、主要ポペット110と、過流停止バネ112と、開閉することにより流体124がさまざまな流量で弁20を流れることを可能とする閉弁バネ114とを備えている。弁20は少なくとも第一の動作位置および第二の動作位置を有しており、第一の動作位置および第二の動作位置では弁20がそれぞれ対応して閉弁および開弁するようになっている。この実施形態では、弁20は、第一の動作位置と第二の動作位置とのほぼ真ん中に第三の動作位置、すなわち高速ブリード位置を有している。弁20の弁動作位置は、下記にさらに記載されているように、動作レバー24を移動してカムを回転させることにより選択されるようになっている。これに加えて、均等化部材108および主要ポペット110の開閉は、下記にさらに記載されているように、弁20の両端における圧力差により影響を受けるようになっている。
上述のように、動作レバー24の移動は、動作レバー24を流れ制御アクチュエータ22に結合することにより影響を受けるようになっている。たとえば、動作レバー24の移動は、流れ制御アクチュエータ22の出力部材(たとえば、アクチュエータ棒)に動作レバー24を作用可能に結合して出力部材の移動が動作レバー24の移動に変換されるようにすることにより影響を受けるようになっている。図示されている実施形態では、流れ制御アクチュエータ22の流体アクチュエータ30は、内部にチャンバ42が形成されているハウジング40を有したサービスチャンバブレーキアクチュエータ(service chamber brake actuator)である。チャンバ42は、弁棒シール46およびダイヤフラム板48を有する可撓性のあるダイヤフラム44によって第一のチャンバ42aと第二のチャンバ42bとに分割されている。可撓性のあるダイヤフラム44は、たとえばチャンバ42の壁部とダイヤフラム板48との間に延設されているバネ50などの如き付勢要素によりチャンバ42内において付勢されるようになっている。弁棒シール46は、ダイヤフラム44を流体密封した状態でアクチュエータ棒52を保持し、アクチュエータ棒52をハウジング40の長手方向の軸線54とおおむね一直線上に並べるように設けられている。アクチュエータ棒52は、出力部材として作用するように、かつ、動作レバー24と作用可能に結合するようにハウジング40から延出している。あるいは、アクチュエータ棒52は、任意の数の機械的リンク部材および/またはデバイスに接続するように、かつ、さまざまな所望の作業を実行するように作用可能に結合されてもよい。
ハウジング40には、第一のチャンバ42aと連通する吸込口34などの如き少なくとも一つの貫通ポートと、第二のチャンバ42bと連通する少なくとも一つの貫通ポート62とが形成されている。この実施形態では、吸込口34の開放端部は、たとえば流体供給配管64を介して制限付き逃がし弁32に作用可能に結合されている。次いで、この制限付き逃がし弁32は、たとえば高圧ポンプの如き外部流体供給源65に作用可能に結合されている。外部供給源65により供給される流体は、たとえば油、水、空気および/または他の適切ないかなる流体であってもよい。
流れ制御アクチュエータ22の例示の制限付き逃がし弁32は、制限付きブリード機能を有する一方行流れ弁である。具体的にいえば、例示の制限付き逃がし弁32はハウジング70を備えており、このハウジング70内には、長手方向の軸線71と一直線上に並ぶように設けられ、流入口ポート74および流出口ポート76を有した貫通孔72が形成されている。この実施形態では、弁32の長手方向の軸線71およびアクチュエータ30の長手方向の軸線54は、同軸上に並ぶように設けられている。流入口ポート74はアクチュエータ作動流体供給源65と結合するように構成されており、流出口ポート76は流体供給配管64を介してアクチュエータ30と結合するように構成されている。いうまでもなく、制限付き逃がし弁32、アクチュエータ30および流体供給配管64が、別個の部品として例示されているが、これらの部品の一部または全部を必要に応じて一体的に形成してもよい。
この実施形態では、制限付き逃がし弁32は、流出口ポート76から流入口ポート74への方向に向かう実質的に自由な流体の流れを可能とし、流入口ポート74から流出口ポート76の方向に向かって貫通孔72を流れる流体の流量を制御(制限)するように設計されている。
流体制御を達成するため、制限付き逃がし弁32は、直径の小さな部分または肩部73と、ブリード台座80と、貫通孔72内に取り付けられたブリード円板82とを有している。具体的にいえば、ブリード台座80は、貫通孔72内の流入口ポート74近傍に取り付けられ、ブリード円板82は貫通孔72内の肩部73とブリード台座80との間に取り付けられている。この実施形態では、ブリード円板82は、貫通孔72内において、肩部73とブリード台座80との間で移動可能となっている。さらに、ブリード円板82は、バネ84などの如き付勢要素によりブリード台座80の方向に向けて付勢されている。
ブリード台座80は、たとえば貫通孔72の長手方向の軸線71とおおむね同軸上に並ぶように設けられているブリード台座80を貫通する第一のアパーチャ80aと、貫通孔72の長手方向の軸線71をおおむね横切るように設けられているブリード台座80を貫通する第二のアパーチャ80bの如き複数のアパーチャを有している。ブリード円板82は、貫通孔72の長手方向の軸線71とおおむね同軸上に並ぶように設けられているブリード円板82を貫通するアパーチャ82を有している。この実施形態では、アパーチャ82aは、直径の小さな部分、すなわちアパーチャ82aを流れる流体の流量を制御および/または減少させる絞り用アパーチャ86を有している。
ここで、図2〜図6を参照すると、正常動作時の組立体10が示されている。図2では、弁20は、タンク圧力および弁20の閉鎖バネ114による密封を可能とする閉鎖位置の如き第一の動作位置に保持されている。具体的にいえば、タンク圧力および閉鎖バネ114は、均等化部材108および主要ポペット110を弁20の上側部分102の方向に向けて付勢することにより、弁20を通る流れを阻止するようになっている。
図3では、流れ制御アクチュエータ22は、タンクと流出口126との間の圧力の均等化を可能とする高速ブリード位置の如き中間動作位置に弁20の動作レバー24を移動させるように加圧されているものとして示されている。詳細にいえば、図示されている実施形態では、加圧流体が第一の流量Rで外部供給源により流入口ポート74に供給されている。この加圧流体は、流入口ポート74から制限付き逃がし弁32へ流入し、ブリード円板82を肩部73の方向に向けて押すことにより、流体を絞り用アパーチャ86を通して流す。このことは、絞り用アパーチャ86を越えた向こう側での流体の流量を小さくするため、流出口ポート76では第二の流量rとなる。この実施形態では、第二の流量rは、第一の流量Rよりも小さく、他の絞り用アパーチャの追加、バネ84の付勢力の変更および/または絞り用アパーチャ86のサイズの変更により制御されてもよいしまたは修正されてもよい。次いで、流体は、流出口ポート76を通って制限付き逃がし弁32を流出し、チャンバ42aに流入し圧力をかけ、ダイヤフラム46に力を作用させる。いったんこの圧力がバネ50の付勢力、バネ114の付勢力および弁20の頂部に作用する圧力を克服するのに十分ならば、ダイヤフラム46およびそれに取り付けられたアクチュエータ棒は、図示されている駆動位置の方に向かって移動する。アクチュエータレバー24がほぼ中間点に移動されると、カム116が均等化部材108を開弁位置に移動させる。このことは、動作レバー24を最初から直接図4に示されているような完全開弁位置に移動させるよりも多い量のタンク122内の流体124を流出口126を通して下流に流出させることを可能とする。
図4では、流れ制御アクチュエータ22は、タンク122内の流体124を流出口126から下流に向けて流れさせることを可能とする第二の動作位置、すなわち完全開弁位置に向けて弁20の動作レバー24を移動させるように加圧されているものとして示されている。詳細にいえば、図示されている実施形態では、加圧流体が、第一の流量Rで、外部供給源から流入口ポート74へ供給され続けている。加圧流体は、流入口ポート74から制限付き逃がし弁32に流れ込み続け、絞り用アパーチャ86を通過することにより、流出口ポート76で流量を第二の流量rまで小さくし、チャンバ42aの内の圧力を上昇させ続けて動作レバー24を完全変更動作位置(full actuated position)の方向に向けて移動させる。この位置では、タンク122と流出口126における下流側の圧力とが均等になったとき、過流防止バネ112が主要ポペット110を押し開け、弁20がいつでも転送可能な状態となる。
図5では、流れ制御アクチュエータ22は、完全開弁位置に留まった状態で、弁20の動作レバー24で完全に加圧されているものとして示されている。この図示されている実施形態では、アクチュエータ30および制限付き逃がし弁32の内部の圧力が比較的一定であることにより、動作レバー24が完全変更動作位置(full actuated position)に保持されている。この位置では、弁20を流れる流体124による流れまたは流れサージ(flow surge)が過流防止バネ112のバネ定数よりも大きいため、主要ポペット110が図示されているように閉弁されることとなる。この場合、小量の流体124が均等化部材108から下流側にむけて流れ続けることになる。またこの場合、図2および図6に示されているような閉弁位置に弁20を戻して移送工程(transfer operation)を調査および/またはリセットすることが望ましい場合が多い。
図6では、流れ制御アクチュエータ22は、急速に減圧され、弁20が完全閉弁位置にまで戻されたものとして示されている。この実施形態では、加圧流体供給源を積極的に(たとえば、ポンプにより)および/または消極的に(たとえば、付勢力により)流れ制御アクチュエータ22から取り除くことにより、バネ50によってダイヤフラム46を付勢位置にまで戻させることを可能としている。具体的にいえば、バネ50は、チャンバ42a内の流体を制限付き逃がし弁32の流出口ポート76を通して戻すことにより、バネ84のバネ定数よりも大きな流量R’を生じさせ、ブリード円板82をブリード台座80の方向に向けて移動させる。いったんブリード円板82が移動すると、流体は、ブリード円板82の絞り用アパーチャ86を回避してブリード円板82のまわりを自由に流れ、比較的大きな流量R’で流入口ポート74から外に向けて流出する。このように、アクチュエータ棒52を急速に移動させることによって動作レバー24を完全閉弁位置に戻すようにしてもよい。
図7には、制限付き逃がし弁32と共におよび/またはその代わりに用いられうる他の例示の流体制御弁が示されている。具体的にいえば、図7には例示の過流防止弁200が示されている。過流防止弁200はハウジング210を備えており、このハウジング210には、当該ハウジング210を貫通するとともに流入口ポート224と流出口ポート222とを有した貫通孔220が形成されている。この流入口ポートはアクチュエータ作動流体供給源65に結合されるように構成されており、流出口ポートは流体供給配管64を介してアクチュエータ30に結合されるように構成されている。先の場合と同様に、過流防止弁200、アクチュエータ30および流体供給配管64が別個の部品として示されているが、必要に応じて、これらの部品のうちの一部および/または全部が一体的に形成されてもよい。
過流防止弁200は、第一の直径の小さな部分または肩部230と、第二の肩部232と、貫通孔220内の肩部230と肩部232との間に取り付けられた弁座240とを備えている。弁座240は、流入口ポート22と流出口ポート224との間の圧力差に応じて2つの肩部230と肩部232との間で移動可能となっており、また、弁座240は、たとえばバネ242の如き付勢要素により必要に応じて肩部230または肩部232の方向に向けて付勢されてもよい。弁座240は、当該弁座240を貫通するアパーチャ250を有している。制限付き逃がし弁32と同様に、動作時、弁座240は、閉弁位置から開弁位置への動作レバー24の変更動作(actuation)中に、肩部232の方向に向けて移動し、制限付きブリード孔またはギャップ(図示せず)内の肩部232と弁座240との間を通ってアクチュエータ30の中へ流入する流体の流量を小さくし、過流防止弁200を通る流れの制限を可能とすることにより、閉弁位置から開弁位置への変更動作を遅くさせるようにしてもよい。同様に、弁座240は、開弁位置から閉弁位置へ動作レバー24を戻す際に、肩部230の方向に向けて移動し、流体がアクチュエータ30から実質的に自由に流れ出すのを可能とするようにしてもよい。
流れ制御アクチュエータ22が弁20に結合されているものとして示されているが、当業者にとって明らかなように、流れ制御アクチュエータ22は、流れ制御の変更動作を必要とするいかなる数のデバイスと一緒に用いられてもよい。さらに、流入口流量が制御されているものの流出口流量が比較的制御されていないアクチュエータ22が図示されているが、いうまでもなく、流入口方向または流出口方向のうちの一方または両方の流量が必要に応じて制御されてもよいし、または制御されなくともよい。
本発明の教示がいくつかの実施形態に関して説明されているが、本発明をそのような実
施形態に限定することを意図したものではない。より正確にいえば、本出願は、公正に文
字通りにまたは均等論に従って添付の特許請求の範囲の技術範囲に含まれるすべての変形
例および実施形態を網羅することを意図したものである。

Claims (16)

  1. 弁に用いられる流れ制御アクチュエータであって、
    内部チャンバ、流体流入口およびアクチュエータ棒を有し、該流体流入口が前記内部チャンバと連通し、前記アクチュエータ棒が延びているハウジング組立体を含む流体アクチュエータと、
    前記ハウジング組立体の前記流体流入口と連通する流体制御弁と、を備えており、
    前記アクチュエータ棒が、前記内部チャンバの中への流体の流入またはそこからの流体の流出に応じて移動可能となっており、
    前記流体制御弁は、
    長手方向の軸線に沿って伸びる貫通孔が形成されたハウジングと、
    前記貫通孔内に設けられた肩部と、
    前記貫通孔内に設けられたブリード台座と、
    前記貫通孔内の前記肩部と前記ブリード台座との間に取り付けられたブリード円板と、
    前記ハウジング内に設けられ、前記ブリード円板を前記ブリード台座の方へ付勢する付勢要素と、
    前記ブリード円板を貫通するアパーチャと、を有し、
    前記ブリード円板は、前記貫通孔内を、第一の流量で前記アパーチャを介して、前記流体流入口から前記内部チャンバに流体が流れる、前記肩部と接触する第一の動作位置と、該第一の流量よりも比較的大きな第二の流量で前記内部チャンバから前記流体流入口に向かって前記ブリード円板の外周面のまわりを流体が流れる、前記ブリード台座と接触する第二の動作位置との間で、移動するように配置された、流れ制御アクチュエータ。
  2. 前記アパーチャは、該アパーチャを流れる流体の流量を減少させる絞り用アパーチャを備える請求項1に記載の流れ制御アクチュエータ。
  3. 流体が前記貫通孔を流通して内部チャンバの中へ流れる場合、前記ブリード円板は、前記絞り用アパーチャを減少した流量の流体が流れるように配置されるとともに、流体が内部チャンバから出て貫通孔を流通した場合、前記ブリード円板は、この流体が該ブリード円板の周りを流れることができるように配置される請求項2に記載の流れ制御アクチュエータ。
  4. 前記付勢要素はバを備える請求項に記載の流れ制御アクチュエータ。
  5. 前記アクチュエータ棒は自閉式停止弁の動作レバーに作用可能に結合され、
    前記内部チャンバを、前記流体流入口と連通する第一のチャンバと、前記アクチュエータ棒が内部を貫通する第二のチャンバとに分割させるダイヤフラムを有し、
    前記ダイヤフラムは、前記流体流入口の方向に向けて付勢されている、請求項に記載の流れ制御アクチュエータ。
  6. 前記流体制御弁が過流防止弁である、請求項1に記載の流れ制御アクチュエータ。
  7. 前記流体制御弁が制限付き逃がし弁である、請求項1に記載の流れ制御アクチュエータ。
  8. 第一の動作位置および第二の動作位置を有する自閉式停止弁と、
    前記自閉式停止弁を前記第一の動作位置と前記第二の動作位置との間で移動させるように構成された流れ制御アクチュエータとを備えており、
    前記流れ制御アクチュエータが、
    内部チャンバ、該内部チャンバと連通した流体流入口、およびアクチュエータ棒を有するハウジング組立体を備えた流体アクチュエータであって、該アクチュエータ棒が、前記ハウジング組立体から延び、前記自閉式停止弁に作用可能に結合されているとともに、前記内部チャンバの中への流体の流入またはそこからの流体の流出に応じて移動可能となっている、流体アクチュエータと、
    前記ハウジング組立体の前記流体流入口と連通する流体制御弁とを有しており、
    前記流体制御弁が、
    長手方向の軸線に沿って伸びる貫通孔が形成された第二のハウジングと、
    前記貫通孔内に設けられた肩部と、
    前記貫通孔内に設けられたブリード台座と、
    前記貫通孔内の前記肩部と前記ブリード台座との間に取り付けられたブリード円板と、
    前記第二のハウジング内に設けられ、前記ブリード円板を前記ブリード台座の方へ付勢する付勢要素と、を備え、
    前記ブリード円板は、自身を貫通するアパーチャを有し、前記貫通孔内を、第一の流量で前記アパーチャを介して、前記流体流入口から前記内部チャンバに流体が流れる、前記肩部と接触する第一の動作位置と、該第一の流量よりも比較的大きな第二の流量で前記内部チャンバから前記流体流入口に向かって前記ブリード円板の外周面のまわりを流体が流れる、前記ブリード台座と接触する第二の動作位置との間で移動するように配置された、流体制御装置。
  9. 前記流体アクチュエータが、前記自閉式停止弁を前記第二の動作位置から前記第一の動作位置へ移動させるよりも遅い速度で前記自閉式停止弁を前記第一の動作位置から前記第二の動作位置へ移動させるように構成されてなる、請求項に記載の流体制御装置。
  10. 前記流体制御弁が前記ハウジング組立体と一体的に形成されてなる、請求項に記載の流体制御装置。
  11. 前記流体アクチュエータが、前記内部チャンバを前記流体流入口と連通する第一のチャンバと前記アクチュエータ棒が内部を貫通する第二のチャンバとに分割するダイヤフラムを有してなる、請求項10に記載の流体制御装置。
  12. 前記ダイヤフラムが前記流体流入口の方向に向けて付勢されてなる、請求項11に記載の流体制御装置。
  13. 前記自閉式停止弁を前記第一の動作位置と前記第二の動作位置との間で移動させるように構成された動作レバーをさらに備えてなる、請求項12に記載の流体制御装置。
  14. 前記動作レバーが前記アクチュエータ棒に作用可能に結合されてなる、請求項13に記載の流体制御装置。
  15. 前記流体制御弁が過流防止弁である、請求項に記載の流体制御装置。
  16. 前記流体制御弁が制限付き逃がし弁である、請求項に記載の流体制御装置。
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