JP5943942B2

JP5943942B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP5943942B2
Application number: JP2013555168A
Authority: JP
Inventors: 斉樹畑; 利也西村; 一仁河村
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JPWO2013111503A1; US20130186080A1; WO2013111503A1

Description

本発明は、主弁を開閉させるアクチュエータに関する。
本願は、２０１２年０１月２５日に、日本に出願された特願２０１２−０１３２１８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えば蒸気タービンには、蒸気（流体）の流れを制御するための蒸気弁（主弁）が備えられている。蒸気弁は、アクチュエータのピストンに連結されており、シリンダ内のピストンの往復移動により開閉される。この種の蒸気弁には、急速閉口（又は開口）が求められる。

近年では、蒸気流量の増加に伴い、蒸気弁のスロート径が例えば６９８．５ｍｍから７６２．０ｍｍへと大型化しているとともに、この蒸気弁を駆動するアクチュエータのシリンダ径も、例えば２０３．２ｍｍから２２８．６ｍｍへと、大型している。しかし、その一方で、弁の閉鎖時間（又は開放までの時間）については従来と同等の弁の閉鎖時間（又は開放までの時間）を要求されていて、シリンダ内の流体（油等）をより迅速に排出・供給する必要がある。

このような弁開閉用のアクチュエータとして、例えば下記特許文献１に示されるような、シリンダと、ピストンと、主弁（タービンバイパス弁）と、を備えたものが知られている。シリンダは、筒状をなし、流体（圧油）が充填される。ピストンは、前記シリンダ内を、その軸方向に第１室（ピストン下部室）と第２室（ピストン上部室）とに区画するとともに、往復移動可能とされる。主弁は、前記ピストンの移動により開閉される。尚、特許文献１のアクチュエータでは、急速開口を目的としている。

この特許文献１のアクチュエータは、第１室及び第２室にそれぞれパイロット弁が連結されている。これらパイロット弁のうち、一方のパイロット弁（急速圧油排出弁）を通して第２室の流体を排出すると同時に、他方のパイロット弁（急速圧油供給弁）を通して第１室に流体を供給することにより、ピストンを急速に移動させることができる。

特開昭５６−２４０６号公報

しかしながら、前述した従来のアクチュエータにおいては、第２室用（流体排出用）の一方のパイロット弁と、第１室用（流体供給用）の他方のパイロット弁とを用いる必要があり、構造が複雑となっていた。また、これらパイロット弁を通した流体の排出量と供給量とが釣り合っていなければピストンを迅速に移動させることはできず、制御性（主弁の開閉動作の安定性）に課題を有していた。
さらに、この種のアクチュエータにおいては、前述したようにシリンダ径が大型化している一方で、主弁の開閉時間を従来と同等以下とすることが要求されている。

本発明に係わるアクチュエータは、簡単な構造としつつも、主弁を迅速に、かつ安定して開閉できるアクチュエータを提供する。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係わるアクチュエータは、筒状をなし、流体が充填されるシリンダと、前記シリンダ内を、前記シリンダ内の軸方向に第１室と第２室とに区画するとともに往復移動可能とされ、主弁を開閉するピストンと、前記第２室に流体を供給する流体供給手段と、前記ピストンを、前記第２室側に向けて前記軸方向に付勢する付勢手段と、前記第１室と前記第２室とを連通する流路と、連通している前記流路を遮断するパイロット弁と、を備え、前記流路は前記シリンダと平行に隣接する配管部材を含み、前記パイロット弁の受圧室には、前記第２室と同一の圧力となるように流体が供給され、前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体と、前記弁体に連結されて前記受圧室の内部に配設されるとともに、前記受圧室に供給される流体の圧力により前記弁体を前記孔部側へ向けて押す受圧体と、を備え、前記弁体が前記孔部の流体から圧力を受ける面積の、前記受圧体が前記受圧室の流体から圧力を受ける面積に対する比が、０．７〜０．８である。

本発明に係わるアクチュエータでは、流体が充填されるシリンダ内が、ピストンにより第１室と第２室とに区画されている。ピストンは、付勢手段により第２室側に向けて付勢されている。第２室には、付勢手段の付勢力に対抗するように、流体供給手段から流体が供給されている。すなわち、第２室の内圧は、第１室の内圧より高くされるとともに、ピストンを第２室側に向けて付勢する付勢力と、該第２室の内圧とが釣り合って、ピストンがシリンダ内の所定位置に配置されている。すなわち、ピストンには、第１室の内圧と付勢手段とにより第２室側に向かう力が掛かり、同時にピストンには、第２室の内圧により第１室側に向かう力が掛かっている。ピストンは、第２室側に向かう力と第１室側に向かう力とが釣り合う位置にて、シリンダ内に配置される。

この状態から、パイロット弁が、パイロット弁により遮断された流路を開通して第１室と第２室とを連通させることにより、これら第１室及び第２室の内圧が同等となり、ピストンは、付勢手段の付勢力により第２室側へ移動する。これにより、主弁が急速に閉口（又は付勢手段による付勢力が第１室側向かうのであれば開口）する。

本発明に係わるアクチュエータによれば、第１室と第２室とを連通する流路にパイロット弁が１つ設けられていればよく、構造が簡単である。また、第２室から排出される流体の量（排出量）と、第１室に供給される流体の量（供給量）とを容易に同等にできるので、ピストンの移動が迅速かつ安定して行われるとともに、該ピストンに連結される主弁を迅速に、かつ安定して開閉する効果を奏する（以降、前述した効果とは、上記を示す。）。

また、本発明に係わるアクチュエータにおいて、前記流路の内壁には、流体の流通方向を段階的に又は連続的に漸次変化させる案内部が形成されていることとしてもよい。

この場合、パイロット弁が開いた際、第２室から第１室へ向かう流体の流通方向が、流路内で案内部により段階的に又は連続的に滑らかに変化し、流体が流路の内壁から剥離（離間）しにくくなり、すなわち、油が内壁に沿うように流れ、圧力損失が低減される。従って、流路を流れる流体の流通速度を速めることができ、前述した効果がより顕著となる。
尚、このような案内部の形成にあたっては、例えば、面取り加工や曲面（Ｒ）加工を用いることができる。

また、本発明のアクチュエータにおいて、前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、前記案内部は、少なくとも前記孔部の開口縁部に形成されてもよい。

この場合、パイロット弁の弁体が、流路における孔部の開口縁部に当接するとともに該孔部を閉塞することによって、連通している流路が遮断されている。そして、案内部は、少なくとも前記孔部の開口縁部に形成されているので、弁体が孔部の開口縁部から離間して該孔部を開放したときに、これら開口縁部と弁体との間を流通する流体の圧力損失が効果的に抑制されて、前述の効果が顕著に得られることになる。

また、本発明のアクチュエータにおいて、前記案内部は、Ｃ０．４〜０．６の面取り加工により形成されてもよい。
なお、記号Ｃを用いた表記はＪＩＳ規格（日本工業規格）に基づいた表記である。記号ＣはＣｈａｍｆｅｒのＣであり、４５°にて面取りした場合のｍｍ単位の寸法数値である。その数値は、４５°にて面取りした場合、角は直角二等辺三角形に切り取られるが、その切り取られた角の長さの等しい二辺における一辺の長さである。

この場合、前述した効果がより顕著に得られる。すなわち、案内部がＣ０．４の面取りよりも小さい面取りとした場合には、前述の圧力損失を抑制する効果が十分に得られないおそれがある。また、案内部がＣ０．６の面取りよりも大きい面取りとした場合には、孔部の開口縁部に対する弁体のシートのシール性の確保が難しくなるおそれがある。従って、案内部の面取り加工は、Ｃ０．４〜０．６であることが好ましい。

また、本発明のアクチュエータにおいて、前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、前記弁体の直径が、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであってもよい。

この場合、弁体の直径７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであり、この弁体により閉塞される孔部の内径を大きく確保できることから、該孔部を通した単位時間あたりの流体の流量を増大できる。従って、主弁をより迅速に開閉できる。
すなわち、弁体の直径を７６．２ｍｍよりも小さくすると、流体の流量を増大できないおそれがあり、また弁体の直径を１２７．０ｍｍよりも大きくすると、これに伴ってパイロット弁の外形もより大きくなり、例えばプラント内の各種配管等に干渉しやすくなるなど、好ましくない。従って、弁体の直径は、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであることが好ましい。

このパイロット弁においては、受圧面積Ａ２×孔部の内圧が、受圧面積Ａ１×受圧室の内圧を上回ったときに、パイロット弁が開くようになっている。但し、受圧面積Ａ１は、受圧体が受圧室の流体から圧力を受ける面積であり、受圧面積Ａ２は、弁体が孔部の流体から圧力を受ける面積である。本発明によれば、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．７〜０．８と高められているので、パイロット弁をより迅速に動作させることができる。
尚、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．７よりも小さくなると、パイロット弁を迅速に動作させる効果が十分に得られないおそれがある。また、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．８よりも大きくなると、孔部の開口縁部に対する弁体のシートのシール性の確保が難しくなるおそれがある。従って、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１は０．７〜０．８であることが好ましい。

本発明のアクチュエータによれば、簡単な構造とされつつも、主弁を迅速に、かつ安定して開閉できる。

本発明の一実施形態に係るアクチュエータ及び流体経路を説明する図である。本発明の一実施形態に係るアクチュエータ及び流体経路を説明する図である。本発明の一実施形態に係るアクチュエータを示す図である。本発明の一実施形態に係るアクチュエータの要部を拡大して示す図である。本発明の一実施形態に係るアクチュエータの閉弁時のタイムチャートを説明する図である。

本発明の一実施形態に係るアクチュエータは、例えば、蒸気タービンに用いられて、蒸気（流体）の流れを遮断もしくは連通させる蒸気弁（主弁）を開閉させるものである。
図１及び図２に示されるように、本実施形態のアクチュエータ１は、シリンダ２と、ピストン３と、流体供給手段と、弾性部材（付勢手段）６と、流路７と、ダンプ弁（パイロット弁）８と、を備えている。シリンダ２は、筒状をなし、油（流体）が充填される。ピストン３は、シリンダ２内を、シリンダ２の軸方向（図１及び図２における上下方向）に第１室１１と第２室１２とに区画するとともに往復移動が可能であり、蒸気弁（主弁）４を開閉する。流体供給手段は、第２室１２に油を供給する。弾性部材（付勢手段）６は、ピストン３を、第２室１２側に向けて軸方向に付勢する。流路７は、第１室１１と第２室１２とを連通する。ダンプ弁（パイロット弁）８は、流路７を開放したり遮断したりする。

本実施形態のアクチュエータ１においては、図３に示されるように、シリンダ２にダンプ弁８が一体的に組み込まれている。具体的には、シリンダ２の第１室１１は、シリンダ２と平行に隣接する配管部材７１内部の流路７を通じて、ダンプ弁８と接続されている。一方、シリンダ２の第２室１２とダンプ弁８との間には配管部材が設けられておらず、シリンダ２の第２室１２が、ダンプ弁８のケーシング８ｅに形成された流体ポートである孔部７ａを通じてダンプ弁８と直に接続されている。このような構成により、本実施形態のアクチュエータ１は、部品点数を削減することができる。また、アクチュエータ１自体を小型にできるので、狭いスペースにも設置することができる。さらに、シリンダ２の第２室１２が流体ポート（孔部７ａ）を通じてダンプ弁８と直に接続されているので、流体ポートの長さを短くすることができる。流体ポートの長さを短くすることによって、シリンダ２の第２室１２からタンクに、流体ポートを通じて大量の制御用の油を迅速に流すことができるので、蒸気弁４の応答性が向上する。また、流体ポートを通過する制御用の油の圧力損失が低減する。

ここで、前記流体供給手段は、ポンプ５に連結されるサーボ切換弁１０であり、図１及び図２に２点鎖線で囲まれる領域内の部材が、本実施形態のアクチュエータ１の構成要素である。また、本実施形態のアクチュエータ１は、各１つずつ設けられたポンプ５、電磁弁１３、タンク１７、逆止弁１８及び制御部１９に連結されて、互いに並列に複数配設されている。

蒸気弁４は、弁部４ａと弁座４ｂとを備えており、弁部４ａは、シリンダ２の軸方向に沿って延びるロッド９を介して、ピストン３に連結されている。図１に示される状態では、弁座４ｂから弁部４ａが離間されることによって、蒸気弁４における蒸気の流れが許容されている。また、図２に示される状態では、弁座４ｂに弁部４ａが当接（嵌合）されることによって、蒸気弁４における蒸気の流れが遮断されている。

本実施形態の蒸気弁４は、蒸気の流れを許容した状態（連通状態）から急速閉口させることにより、蒸気の流れを遮断するものである。
本実施形態における蒸気弁４のスロート径は、例えば７６２．０ｍｍであり、該蒸気弁４を駆動（開閉動作）するアクチュエータ１のシリンダ径は、例えば２２８．６ｍｍである。

孔部７ａは、シリンダ２の外部に形成された流路７におけるダンプ弁８と第２室１２との間に位置しており、ポンプ５は、その孔部７ａに、サーボ切換弁１０を介して連結されているとともに、第２室１２に油を供給可能とされている。

また、ポンプ５は、ダンプ弁８の受圧室８ａに、電磁弁１３を介して連結されている。受圧室８ａと電磁弁１３とを結ぶ油の配管ラインは、受圧室８ａ側部分で分岐されているとともに、これら分岐ラインはそれぞれ受圧室８ａに連通している。また、これら分岐ラインのうち、一方には逆止弁１４が設けられ、他方には多孔オリフィス１５が設けられている。逆止弁１４は、一方の分岐ラインにおいて電磁弁１３から受圧室８ａへ向けた油の流通を遮断する一方、受圧室８ａから電磁弁１３へ向けた油の流通を許容する。

ポンプ５は、第２室１２と同一の圧力（内圧）となるように、ダンプ弁８の受圧室８ａに油を供給する。
尚、以下の説明では、ポンプ５から第２室１２に供給される油を高圧油といい、ポンプ５からダンプ弁８の受圧室８ａに供給される油を非常遮断油という。

図１に示される状態で、サーボ切換弁１０は、流路７の孔部７ａを通して、ポンプ５と第２室１２との間の流路を連通している。一方、図２に示される状態では、サーボ切換弁１０のポートが図１の状態から切り換えられている。サーボ切換弁１０は、ポンプ５と第２室１２との間の流路を遮断し、流路７の孔部７ａを通して、第２室１２とタンク１７との間の流路を連通している。タンク１７は、大気開放されている。尚、図中に符号１８で示されるものは、タンク１７の上流側に配置され、該タンク１７から油が上流側に向けて逆流することを防止する逆止弁である。また、タンク１７の下流側には、ポンプ５が連結されている。

また、図１に示される状態で、電磁弁１３は、多孔オリフィス１５を通して、ポンプ５と受圧室８ａとの間の流路を連通しており、本実施形態ではこの状態を電磁弁１３の閉状態という。
一方、図２に示される状態では、電磁弁１３が開状態とされ、ポンプ５と受圧室８ａとの間の流路が電磁弁１３によって遮断されており、電磁弁１３は、多孔オリフィス１５及び逆止弁１４を通して、受圧室８ａとタンク１７との間の流路を連通している。
サーボ切換弁１０のポート切り換え及び電磁弁１３の開閉は、制御部１９により制御される。

図１において、ダンプ弁８は、弁体８ｂと、受圧体８ｃと、を備えている。弁体８ｂは、流路７の一部をなす孔部７ａの開口縁部に当接することにより、該孔部７ａを閉塞する。受圧体８ｃは、弁体８ｂに連結して受圧室８ａに配設されるとともに、該受圧室８ａに供給される油の圧力（非常遮断油圧）により該弁体８ｂを孔部７ａ側（つまり流路７を遮断する方向）へ向けて押す。また、ダンプ弁８は、受圧体８ｃを孔部７ａとは反対側へ向けて付勢することにより、弁体８ｂを孔部７ａとは反対側（つまり弁体８ｂが孔部７ａを開放する方向）へ向けて付勢するバネ（付勢体）８ｄを備えている。これら弁体８ｂ及び受圧体８ｃは、それぞれ円板状をなしており、受圧体８ｃの外径は、弁体８ｂの外径より大きくなっている。

図４において、本実施形態では、ダンプ弁８の弁体８ｂの直径（具体的には、孔部７ａの開口縁部に当接される弁体８ｂの閉塞面の直径）Ｄは、８８．９ｍｍとなっている。弁体８ｂの直径Ｄは、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであることが好ましい。
また、図１において、本実施形態では、弁体８ｂが孔部７ａの流体（第２室１２の流体）から圧力を受ける面積（以下、受圧面積Ａ２と省略）の、受圧体８ｃが受圧室８ａの流体から圧力を受ける面積（以下、受圧面積Ａ１と省略）に対する比は、０．７８となっている。受圧面積Ａ２の、受圧面積Ａ１に対する比は、０．７〜０．８であることが好ましい。
具体的に、本実施形態では、孔部７ａの内壁の直径は、８５ｍｍであり、受圧体８ｃの外壁の直径は、９６ｍｍである。孔部７ａの内壁の直径は、弁体８ｂの前記閉塞面が孔部７ａ内の流体から圧力を受ける領域の直径である。

流路７は、ダンプ弁８と第１室１１との間で分岐されて、タンク１７にも連通されている。
図４に示されるように、流路７の内壁には、油の流通方向を段階的に又は連続的に漸次変化させる案内部１６が形成されている。案内部１６は、流路７の内壁において該流路７内に向けて突出する角部に配置され、面取り加工や曲面（Ｒ）加工等により形成され、流路７内壁において前記角部の上流側部分と下流側部分とを滑らかに連結している。

本実施形態では、案内部１６は、面取り形状とされているとともに、図４に示される縦断面視で、流路７の内壁において油の流通方向が９０°変化させられる角部に形成されている。案内部１６は、該角部の上流側の内壁部分に対して４５°傾斜する向きに延びているとともに、該角部の下流側の内壁部分に対しても４５°傾斜する向きに延びている。ただし、案内部１６の傾斜角度は、本実施形態の４５°に限定されない。
尚、案内部１６は、凸曲面形状とされ、流路７の内壁において油の流通方向を上流から下流へ向けて連続的に漸次変化させるように形成されていてもよい。

また、案内部１６は、少なくとも孔部７ａの開口縁部（弁体８ｂに当接される開口縁部）に形成されており、具体的に、本実施形態の案内部１６は、Ｃ０．５の面取り加工により形成されている。案内部１６は、Ｃ０．４〜０．６の面取り加工により形成されていることが好ましい。尚、図示の例では、孔部７ａにおいて第２室１２側に向けて開口する部位の内壁角部にも、案内部１６が形成されている。

次に、本実施形態のアクチュエータ１による蒸気弁４の開弁動作及び閉弁動作について説明する。

[開弁動作]
図１において、ポンプ５から、サーボ切換弁１０に高圧油が供給されるとともに、電磁弁１３に非常遮断油が供給される。図１に示されるように、電磁弁１３を閉状態とすることによって、高圧油は、サーボ切換弁１０から流路７の孔部７ａを通して、第２室１２に供給される。非常遮断油は、電磁弁１３から多孔オリフィス１５を通して、ダンプ弁８の受圧室８ａに供給される。これにより、非常遮断油の油圧によって受圧体８ｃを介して弁体８ｂを孔部７ａ側へ向けて押す力が、高圧油の油圧が弁体８ｂを孔部７ａとは反対側へ向けて押す力とバネ８ｄの付勢力との和を上回るため、孔部７ａが弁体８ｂにより閉塞される。

ここで、高圧油圧（孔部７ａの内圧）と、非常遮断油圧（受圧室８ａの内圧）とは、互いに同一である。また、受圧面積Ａ１×非常遮断油圧が、受圧面積Ａ２×高圧油圧とバネ８ｄが受圧体８ｃを孔部７ａとは反対側へ向けて付勢する力との和より大きいために、ダンプ弁８の弁体８ｂは、孔部７ａ側に向けて押圧されているとともに、該孔部７ａの開口縁部に当接する。

このように、ダンプ弁８が閉じた状態で、高圧油がサーボ切換弁１０から第２室１２に供給されることにより、第２室１２の内圧（高圧油圧）が第１室１１の内圧より高められるとともに、弾性部材６の付勢力を上回って、ピストン３が第１室１１側へ向けて移動し、蒸気弁４が開弁される。

[閉弁動作]
図２において、まず、電磁弁１３が開状態となる。これにより、非常遮断油の供給が停止されるとともに、非常遮断油の一部がタンク１７に流れて、非常遮断油の油圧が低下する。

非常遮断油圧が低下することにより、受圧面積Ａ１×非常遮断油圧が、受圧面積Ａ２×高圧油圧に対して同等以下となる。ダンプ弁８の弁体８ｂは、バネ８ｄの付勢力により孔部７ａとは反対の受圧体８ｃ側へ向けて移動させられるとともに、孔部７ａが開放されて、流路７が第２室１２に連通する。

流路７が開通すると、第２室１２の内圧及び第１室１１の内圧が同等となり、弾性部材６の付勢力によって、ピストン３が第２室１２側へ向けて移動し、蒸気弁４が閉弁する。この際、第２室１２の高圧油は、該第２室１２から流出し、流路７を通って第１室１１に流入する。尚、流路７を流れる高圧油の一部（サーボ切換弁１０から供給される余剰分など）は、タンク１７へ排出される。また、サーボ切換弁１０のポートが切り換わり、高圧油の供給が停止される。

図５に示されるタイムチャートは、横軸を時間としており、電磁弁における縦軸は電磁弁の開度であり、非常遮断油圧における縦軸は圧力であり、主弁（蒸気弁４）における縦軸は主弁の開度である。図５に示されるタイムチャートにおいて、電磁弁１３が開状態となることにより、受圧室８ａ内の非常遮断油圧が低下し、第２室１２の高圧油が、該第２室１２から流出して流路７を通って第１室１１に流入する。非常遮断油圧の低下に追従するように、主弁（蒸気弁４）が閉弁する。
電磁弁１３が開状態となってから主弁（蒸気弁４）が閉弁されるまでの時間（主弁閉弁時間）Ｓは、例えば０．１５〜０．２秒程度である。
尚、本実施形態では、複数のアクチュエータ１が互いに並列に連設されていることから、前述の開弁動作及び閉弁動作は、全てのアクチュエータ１において同時に行われるようになっている。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ１では、弾性部材６の付勢力に対抗するように、サーボ切換弁１０から第２室１２に高圧油が供給されている。すなわち、図１において、本実施形態のアクチュエータ１では、第２室１２の内圧を、第１室１１の内圧より高めて、ピストン３を押し上げるように作用させている。ピストン３を第２室１２側に向けて付勢する付勢力と、該第２室１２の内圧とが釣り合って、ピストン３がシリンダ２内の所定位置に配置される。これによって、蒸気弁４が開弁状態とされている。

この状態から、ダンプ弁８が、ダンプ弁８により遮断された流路７を開通して第１室１１と第２室１２とを連通させることにより、図２において、これら第１室１１及び第２室１２の内圧が同等となり、ピストン３は、弾性部材６の付勢力により第２室１２側へ移動させられ、蒸気弁４が急速閉口させられる。

本実施形態のアクチュエータ１によれば、第１室１１と第２室１２とを連通する流路７にダンプ弁８が１つ設けられていればよく、構造が簡単である。また、第２室１２から排出される油の量（排出量）と、第１室１１に供給される油の量（供給量）とを容易に同等にできるので、ピストン３の移動が迅速かつ安定して行われ、該ピストン３に連結される蒸気弁４を迅速に、かつ安定して閉弁できる。

また、流路７の内壁に案内部１６が形成されているので、ダンプ弁８が開いた際、第２室１２から第１室１１へ向かう油の流通方向が、流路７内で案内部１６により段階的に又は連続的に滑らかに変化し、油が内壁から剥離（離間）しにくくなり、すなわち、油が内壁に沿うように流れ、圧力損失が低減される。従って、流路７を流れる油の流通速度を速めることができ、前述した効果がより顕著となる。

また、案内部１６が、少なくとも孔部７ａの開口縁部に形成されているので、弁体８ｂが孔部７ａの開口縁部から離間して該孔部７ａを開放したときに、これら開口縁部と弁体８ｂとの間を流通する油の圧力損失が効果的に抑制されて、前述の効果が顕著に得られることになる。

さらに、案内部１６がＣ０．４〜０．６の面取りであるので、前述の効果がより顕著となる。すなわち、案内部１６がＣ０．４の面取りよりも小さい面取りとされた場合には、前述の圧力損失を抑制する効果が十分に得られないおそれがある。また、案内部１６がＣ０．６の面取りよりも大きい面取りとされた場合には、孔部７ａの開口縁部に対する弁体８ｂのシートのシール性の確保が難しくなるおそれがある。従って、案内部１６の面取り加工は、Ｃ０．４〜０．６であることが好ましい。尚、本実施形態のように、案内部１６がＣ０．５の面取りとされた場合には、孔部７ａの開口縁部に対する弁体８ｂのシートのシール性を十分に確保しつつも圧力損失を抑制する効果が最大限に得られ、より好ましい。

また、弁体８ｂの直径Ｄが、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであり、この弁体８ｂにより閉塞される孔部７ａの内径を大きく確保できる。このことから、該孔部７ａを通した単位時間あたりの油の流量を増大できる。従って、蒸気弁４をより迅速に開閉できる。
すなわち、弁体８ｂの直径Ｄを７６．２ｍｍチよりも小さくすると、油の流量を増大できないおそれがある。また弁体８ｂの直径Ｄを１２７．０ｍｍよりも大きくすると、これに伴ってダンプ弁８の外形もより大きくなり、プラント内の各種配管等に干渉しやすくなることから、好ましくない。従って、弁体８ｂの直径Ｄは、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであることが好ましい。尚、本実施形態のように、弁体８ｂの直径Ｄが８８．９ｍｍとされた場合には、各種配管等との干渉を防止しつつも油の流量を十分に増大でき、望ましい。

また、弁体８ｂの受圧面積Ａ２の、受圧体８ｃの受圧面積Ａ１に対する比が、０．７〜０．８であるので、下記の効果を奏する。
すなわち、ダンプ弁８においては、弁体８ｂの受圧面積Ａ２×高圧油圧が、受圧体８ｃの受圧面積Ａ１×非常遮断油圧を上回ったときに、ダンプ弁８が開く。具体的に、本実施形態で説明した例では、弁体８ｂの受圧面積Ａ２×高圧油圧とバネ８ｄの付勢力との和が、受圧体８ｃの受圧面積Ａ１×非常遮断油圧を上回ったときに、ダンプ弁８が開く。尚、バネ８ｄは設けられていなくても構わないが、本実施形態のように、バネ８ｄが設けられることによって、ダンプ弁８を迅速に開くことができ、好ましい。
本実施形態によれば、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．７〜０．８と高められているので、非常遮断油圧が低下するときに、ダンプ弁８をより迅速に動作させることができる。ここで、非常遮断油圧は、配管ラインの圧力損失等のため、なだらかに降下するので、本実施形態の構成による効果がより得られやすい。
尚、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．７よりも小さくなると、ダンプ弁８を迅速に動作させる効果が十分に得られないおそれがある。また、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．８よりも大きくなると、孔部７ａの開口縁部に対する弁体８ｂのシートのシール性の確保が難しくなるおそれがある。従って、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１は０．７〜０．８であることが好ましい。尚、本実施形態のように、受圧面積Ａ２／受圧面積Ａ１が０．７８とされた場合には、孔部７ａの開口縁部に対する弁体８ｂのシートのシール性を十分に確保しつつもダンプ弁８を迅速に動作させる効果が最大限に得られ、より好ましい。

また、電磁弁１３と受圧室８ａとを繋ぐ配管ラインに、逆止弁１４が設けられた一方の分岐ラインと、多孔オリフィス１５が設けられた他方の分岐ラインとが設けられている。電磁弁１３が開いたときには、非常遮断油は、両方の分岐ラインを通して、受圧室８ａからタンク１７へ向けて流れる。これにより、非常遮断油の圧力損失が低減されて、蒸気弁４の閉弁時間がより短縮される。

また、本実施形態のアクチュエータ１は、シリンダ２にダンプ弁８が一体的に組み込まれている。具体的には、シリンダ２の第２室１２とダンプ弁８との間には配管部材が設けられておらず、シリンダ２の第２室１２が、ダンプ弁８のケーシング８ｅに形成された流体ポートである孔部７ａを通じてダンプ弁８と直に接続されている。このような構成により、本実施形態のアクチュエータ１は、部品点数を削減することができる。また、アクチュエータ１自体を小型にできるので、狭いスペースにも設置することができる。さらに、シリンダ２の第２室１２が流体ポート（孔部７ａ）を通じてダンプ弁８と直に接続されているので、流体ポートの長さを短くすることができる。流体ポートの長さを短くすることによって、シリンダ２の第２室１２からタンクに、流体ポートを通じて大量の制御用の油を迅速に流すことができるので、蒸気弁４の応答性が向上する。また、流体ポートを通過する制御用の油の圧力損失が低減する。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述の実施形態のアクチュエータによって蒸気弁４は、蒸気の流れを許容した状態から急速閉口させられて、蒸気の流れを遮断するものであった。しかし、これに限定されるものではなく、これとは反対に、蒸気弁４は、蒸気の流れを遮断した状態から急速開口させられることにより、蒸気の流れを許容するものであっても構わない。

また、前述の実施形態のアクチュエータでは、蒸気の流れを遮断もしくは連通させる蒸気弁４を用いて説明したが、蒸気以外の流体を用い、該流体を連通遮断させる主弁であっても構わない。

その他、本発明の前述の実施形態及び変形例（前記尚書き等）で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。

１アクチュエータ
２シリンダ
３ピストン
４蒸気弁（主弁）
６弾性部材（付勢手段）
７流路
７ａ孔部
８ダンプ弁（パイロット弁）
８ａ受圧室
８ｂ弁体
８ｃ受圧体
１０サーボ切換弁（流体供給手段）
１１第１室
１２第２室
１６案内部
２１壁面部
７１配管部材
Ａ１受圧面積（受圧体が受圧室の流体から圧力を受ける面積）
Ａ２受圧面積（弁体が孔部の流体から圧力を受ける面積）
Ｄ弁体の直径

Claims

筒状をなし、流体が充填されるシリンダと、
前記シリンダ内を、前記シリンダ内の軸方向に第１室と第２室とに区画するとともに往復移動可能とされ、主弁を開閉するピストンと、
前記第２室に流体を供給する流体供給手段と、
前記ピストンを、前記第２室側に向けて前記軸方向に付勢する付勢手段と、
前記第１室と前記第２室とを連通する流路と、
連通している前記流路を遮断するパイロット弁と、を備え、
前記流路は前記シリンダと平行に隣接する配管部材を含み、
前記パイロット弁の受圧室には、前記第２室と同一の圧力となるように流体が供給され、
前記パイロット弁は、
前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体と、
前記弁体に連結されて前記受圧室の内部に配設されるとともに、前記受圧室に供給される流体の圧力により前記弁体を前記孔部側へ向けて押す受圧体と、を備え、
前記弁体が前記孔部の流体から圧力を受ける面積の、前記受圧体が前記受圧室の流体から圧力を受ける面積に対する比が、０．７〜０．８であるアクチュエータ。
請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記流路の内壁には、流体の流通方向を段階的に又は連続的に漸次変化させる案内部が形成されているアクチュエータ。
請求項２に記載のアクチュエータであって、
前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、
前記案内部は、少なくとも前記孔部の開口縁部に形成されているアクチュエータ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、
前記弁体の直径が、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであるアクチュエータ。
筒状をなし、流体が充填されるシリンダと、
前記シリンダ内を、前記シリンダ内の軸方向に第１室と第２室とに区画するとともに往復移動可能とされ、主弁を開閉するピストンと、
前記第２室に流体を供給する流体供給手段と、
前記ピストンを、前記第２室側に向けて前記軸方向に付勢する付勢手段と、
前記第１室と前記第２室とを連通する流路と、
連通している前記流路を遮断するパイロット弁と、を備え、
前記パイロット弁は、前記シリンダに一体的に組み込まれ、前記シリンダの前記第２室が、前記パイロット弁のケーシングに形成された流体ポートである孔部を通じて前記パイロット弁と直に接続されていることを特徴とするアクチュエータ。
請求項５に記載のアクチュエータであって、
前記流路の内壁には、流体の流通方向を段階的に又は連続的に漸次変化させる案内部が形成されているアクチュエータ。
請求項６に記載のアクチュエータであって、
前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、
前記案内部は、少なくとも前記孔部の開口縁部に形成されているアクチュエータ。
請求項５〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記パイロット弁は、前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体を備え、
前記弁体の直径が、７６．２ｍｍ〜１２７．０ｍｍであるアクチュエータ。
請求項５〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記パイロット弁の受圧室には、前記第２室と同一の圧力となるように流体が供給され、
前記パイロット弁は、
前記流路の一部をなす孔部の開口縁部に当接することにより、開放されている前記孔部を閉塞する弁体と、
前記弁体に連結されて前記受圧室の内部に配設されるとともに、前記受圧室に供給される流体の圧力により前記弁体を前記孔部側へ向けて押す受圧体と、を備え、
前記弁体が前記孔部の流体から圧力を受ける面積の、前記受圧体が前記受圧室の流体から圧力を受ける面積に対する比が、０．７〜０．８であるアクチュエータ。