JP6087920B2 - 複数の流量制御部材を備えた流体制御装置で使用するための作動装置 - Google Patents

Description

本特許は、作動装置、さらに詳細には、複数の流量制御部材を備えた流体制御装置で使用するための作動装置に関する。

プロセス制御システムは、種々のフィールド機器を使ってプロセスパラメータを制御する。一部の例では、単動式および／または複動式作動装置を使ってバルブを通る流量を制御する。

本開示の教示による装置例は、第１のチャンバーおよび第２のチャンバーを含むハウジングを含む。装置例は、少なくとも一部が第１のチャンバー中に配置される第１の作動装置アセンブリを含む。第１の作動装置アセンブリは、バルブの第１の流量制御部材に連結される第１の弁棒を含む。第１の流量制御部材は、第１のフロー開口部を通る流量を制御する。また、装置例は、少なくとも一部が第２のチャンバー内に配置される第２の作動装置アセンブリを含む。第２の作動装置アセンブリは、バルブの第２の流量制御部材に連結される第２の弁棒を含む。第２の流量制御部材は、第２のフロー開口部を通る流量を制御する。第１の弁棒は、第２の弁棒に対し独立に動かすことができる。

従来の作動装置の図である。 三方バルブ例に連結された二重シリンダー作動装置例の図である。 ダイヤフラム例を含む図２の作動装置例の１つのシリンダーの断面図である。 ダイヤフラム例を取り除いた図２の作動装置例の１つのシリンダーの断面図である。 図２の二重シリンダー作動装置例の斜視図および部分断面図である。 図２の二重シリンダー作動装置の別の斜視図である。 四方バルブ例に連結された三重シリンダー作動装置例の図である。 図７の三重シリンダー作動装置例の断面図である。 図７の三重シリンダー作動装置例の斜視図である。

いくつかの実施例に関しては、上図で示されており、また、下記で詳細に説明される。これらの例の説明において、類似の、または同じ参照番号は、類似の、または同じ要素を特定するのに使用される。図は、必ずしも、一定の縮尺率ではなく、特定の特徴および特定の図の表示は、わかりやすさ、および／または簡潔性のために、一定の尺度で、または模式的に強調されている場合がある。さらに、いくつかの実施例は、この明細書全体を通して説明されている。いずれの実施例からのどの特徴も、他の実施例の特徴に含まれても、その特徴で置換されても、またはその他の方法でその特徴と組み合わされてもよい。

本明細書記載の実施例は、複数の流量制御部材（例えば、プラグ）を備えたバルブに使用する作動装置例に関する。作動装置例は、三方バルブ例、四方バルブ例または２つ以上の流量制御部材を使って流量を独立に制御する、および／または複数のオリフィスを通る流量を独立に制御するいずれか他の流量制御装置と連結して使用できる。本明細書記載の実施例は、単一の作動装置本体中に複数の作動部材を組み込むので、本明細書記載の実施例を組み込んだ制御システムの複雑さおよびシステムの長さ（すなわち、パイプ配管の長さ）は、低減される可能性がある。

作動装置例が三方バルブ例、特に、回転式三方バルブに使われる場合は、作動装置本体は、回転可能な作動装置アセンブリが配置される別のチャンバーを含んでもよい。チャンバーは、類似の、または異なる直径および／または類似の、または異なる高さのシリンダー形状であってもよい。回転可能な作動装置アセンブリの回転式ダイヤフラム板（例えば、２枚の板）は、それぞれのチャンバーを複数の区画（例えば、各ダイヤフラム板に対して２つの区画）に分割し、それぞれが、ダイヤフラム、エアバッグまたは作動部材を収容してもよい。回転式ダイヤフラム板および対応する作動装置弁棒を独立に動かすために、空気および／または制御信号が、ダイヤフラムの一部で圧力を高め、その他のダイヤフラムの圧力を下げ、それにより、回転式ダイヤフラム板を特定の方向（例えば、時計回り、反時計回りに）に動かしてもよい。あるいは、回転式ダイヤフラム板の端部または一部が、摺動状態で、および／またはシール状態で、対応するチャンバーの内表面と係合されてもよい。回転式ダイヤフラム板および対応する作動装置弁棒を独立に動かすために、空気および／または制御信号が、一部の区画で圧力を高め、その他の区画の圧力を下げ、それにより、回転式ダイヤフラム板を特定の方向（例えば、時計回り、反時計回りに）に動かしてもよい。

このような実施例では、第１の回転式ダイヤフラム板およびそれに対応する第１の作動装置弁棒は、第２の作動装置弁棒が伸びて、第２の作動装置弁棒がバルブ本体（例えば、回転式三方バルブ）中にまで伸びることを可能とする開口部を画定する。調節可能なバルブパッキングを、回転式バルブのボンネットおよび第１の作動装置弁棒の間、および／または第１および第２の作動装置弁棒の間に配置できる。第１の作動装置弁棒は、第１のポートを通る流量を制御する第１の回転式バルブプラグに連結でき、第２の作動装置弁棒は、第２のポートを通る流量を制御する第２の回転式バルブプラグに連結できる。

作動装置例が四方バルブ例に使用される場合、回転可能な作動装置アセンブリが配置される２つのチャンバーに加えて、作動装置本体が、スライディング弁棒またはリニアピストンアセンブリが配置される第３のチャンバーを含んでもよい。制御信号は、リニアピストンに適用してリニアピストンおよびそれぞれの作動装置弁棒を独立に動かし、第３のポートを通る流量を制御してもよい。ばね復帰（例えば、単動式）または別の制御信号（例えば、複動式）を使って、リニアピストンを中立またはフェイル・セーフ位置に戻してもよい。

このような実施例では、第１の回転式ダイヤフラム板およびそれに対応する第１の作動装置弁棒は、第２の作動装置弁棒が伸びて、第２の作動装置弁棒をバルブ本体中にまで伸びることを可能とする開口部を画定できる。さらに、第２の回転式ダイヤフラム板およびそれに対応する第２の作動装置弁棒は、第３の作動装置弁棒が伸びて、第３の作動装置弁棒がバルブ本体中に伸びるのを可能とする開口部を画定する。第３の作動装置弁棒は、リニアピストンに相当する。調節可能なバルブパッキングが、バルブのボンネットと第１の作動装置弁棒の間、第１と第２の作動装置弁棒の間、および／または第２と第３の作動装置弁棒の間に配置されてもよい。第１の作動装置弁棒は、第１のポートを通る流量を制御する第１の回転式バルブプラグに連結されてもよく、第２の作動装置弁棒は、第２のポートを通る流量を制御する第２の回転式バルブプラグに連結されてもよく、さらに、第３の作動装置弁棒は、第３のポートを通る流量を制御するリニアまたはスライディング弁棒バルブプラグに連結されてもよい。

図１は、既知の回転式作動装置１００を示す。作動装置１００は、ポート１０４を画定し、供給圧力および／または制御信号を受ける本体１０２を含む。また、作動装置１００は、ダイヤフラム１０８、ダイヤフラム板１１０、ばね１１２および作動装置弁棒１１４の内の少なくとも一部が配置されるチャンバー１０６を含む。操作中、ポート１０４経由で得られた制御信号はダイヤフラム１０８の第１の側面１１６上に作用し、ばね１１２は、ダイヤフラム板１１０を介して、ダイヤフラム１０８の第２の側面１１８上に作用する。制御信号によりダイヤフラム１０８に加えられた力が、ばね１１２によりイヤフラム１０８に加えられた力より大きい場合は、作動装置弁棒１１４は、ほぼ矢印１２０により示された方向に動かされ、作動装置弁棒１１４に連結された梃子または連結機構１２２は、反時計回りの方向に動かされうる。しかし、制御信号によりダイヤフラム１０８に加えられた力が、ばね１１２によりダイヤフラム１０８に加えられた力より小さい場合は、作動装置弁棒１１４は、矢印１２０により示された方向とはほぼ逆の方向に動かされ、梃子１２２は、時計回りの方向に動かされうる。作動装置１００が連結されるバルブの構造に応じて、梃子１２２の時計回りの方向の動きにより、バルブを通る流量を増やすか、または減らすことが可能となる。

図２は、三方バルブ例２０２に連結された作動装置例２００を示す。作動装置例２００を使って、第１および第２のバルブプラグ２０４および２０６を、それぞれのオリフィスまたは座面２０８および２１０に対し独立に動かし、そこを通る流量を制御できる。作動装置２００は、バルブ２０２に連結されたヨーク２１４、ならびに、本体２１２の第１および第２のチャンバー２１６および２１８の間に連結された第２のヨーク２１５を含む本体２１２を含む。第１および第２の回転式作動装置アセンブリ２２０および２２２は、第１および第２のチャンバー２１６および２１８中にそれぞれ配置することができる。

第１の作動装置アセンブリ２２０は、第１の回転可能なまたは回転式ピストン、ダイヤフラム板または第１のチャンバー２１６を、第１の区画またはチャンバー３０２、第２の区画またはチャンバー３０４、第３の区画またはチャンバー３０６および第４の区画またはチャンバー３０８に分割する板羽根２２４（図３でさらに明確に示す）を含めることができる。ダイヤフラム、エアバッグまたは作動部材３１０〜３１６は、区画３０２〜３０８中に配置できる。

第１の回転式ダイヤフラム板２２４を回転させるために、ダイヤフラム３１０〜３１６は、それぞれのダイヤフラム３１０〜３１６への圧力を増やす、および／または減らす制御信号を受け、それにより、第１の回転式ダイヤフラム板２２４を特定の方向（例えば、時計回り、反時計回り）に動かすことができる。さらに具体的には、第１の回転式ダイヤフラム板２２４を反時計回りの方向に回すために、ダイヤフラム３１２および３１６内の圧力を減らし、ダイヤフラム３１０および３１４内の圧力を増やす。ダイヤフラム３１０および３１４中の圧力の増加により、ダイヤフラム３１０および３１４に膨張をおこさせ、本体２１２の仕切板３１８および第１の回転式ダイヤフラム板２２４に対し反発をおこさせる。仕切板３１８は、本体２１２に対し動かず、および／または固定されているので、ダイヤフラム３１０および３１４の膨張により加えられた力は、第１の回転式ダイヤフラム板２２４を反時計回りの方向に動かす。第１のダイヤフラム板２２４を時計回りの方向に動かすために、ダイヤフラム３１０および３１４内の圧力が減らされ、ダイヤフラム３１２および３１６内の圧力が増やされる。ダイヤフラム３１２および３１６内の圧力の増加により、ダイヤフラム３１２および３１６に膨張をおこさせ、仕切板３１８および第１の回転式ダイヤフラム板２２４に対し反発をおこさせる。仕切板３１８は、本体２１２に対し動かず、および／または固定されているので、ダイヤフラム３１２および３１６の膨張によりダイヤフラム板２２４に加えられた力は、第１の回転式ダイヤフラム板２２４を時計回りの方向に動かす。

第１の作動装置アセンブリ２２０は、第１の端部２２８で第１の回転式ダイヤフラム板２２４に連結され、第２の端部２３０で第２のバルブプラグ２０６に連結された第１の作動装置弁棒２２６を含むことができる。一部の例では、第１の作動装置弁棒２２６は、第１の回転式ダイヤフラム板２２４および第２のバルブプラグ２０６にそれぞれ連結されるか、または噛み合わせられるキー溝、突起部、歯または表面構造２３２および２３４を含んでもよい。

第２の作動装置アセンブリ２２２は、第２のチャンバー２１８を、ダイヤフラム、エアバッグまたは作動部材（図示しないが、ダイヤフラム３１０〜３１６と同様）を収納できる区画またはチャンバー（区画３０２〜３０８と同様）に分割する第２の回転可能なまたは回転式ピストン、ダイヤフラム板または板羽根２３６を含むことができる。第２の作動装置アセンブリ２２２は、第１の端部２４０で第２の回転式ダイヤフラム板２３６に連結され、第２の端部２４２で第１のバルブプラグ２０４に連結された第２の作動装置弁棒２３８を含むことができる。一部の実施例では、第２の作動装置弁棒２３８は、第２の回転式ダイヤフラム板２３６および第１のバルブプラグ２０４にそれぞれ連結されるか、または噛み合わせられるキー溝または表面構造２４４および２４６を含んでもよい。

ヨーク２１４および２１５は、開口部または穴２４８および２５０を画定し、パッキングナット２５２および２５４へのアクセスならびにそれらの調節を行うことを可能とする。パッキングナット２５２は、バルブ２０２のボンネット２５８および第２の作動装置弁棒２３８の間に位置するバルブパッキング２５６に係合できる（例えば、直接係合、または適切に作用するように係合できる）。パッキングナット２５４は、第１および第２の作動装置弁棒２２６および２３８の間に位置するバルブパッキング２６０に係合できる（例えば、直接係合、または適切に作用するように係合できる）。第２の作動装置弁棒２３８は、第１の作動装置弁棒２２６の少なくとも一部を取り囲むことができる。

操作中、回転式ダイヤフラム板２２４および２３６の独立した動きは、それぞれの回転式ダイヤフラム板２２４および２３６の隣接区画（例えば、区画３０２〜３０８）の間の圧力差により制御される。さらに具体的には、第１の回転式ダイヤフラム板２２４および、従って、第２のバルブプラグ２０６の動きは、区画３０２〜３０８および／またはダイヤフラム３１０〜３１６を出入りする流動流体（例えば、空気、油圧作動油）により制御される。同様に、第２の回転式ダイヤフラム板２３６および、従って、第１のバルブプラグ２０４の動きは、区画および／またはダイヤフラム（例えば、図示しないが、区画３０２〜３０８およびダイヤフラム３０８〜３１６と同様）を出入りする流動流体（例えば、空気、油圧作動油）により制御される。

図３は、第１のチャンバー２１６および第１の作動装置アセンブリ２２０の断面図を示す。図からわかるように、仕切板３１８および第１の回転式ダイヤフラム板２２４は、第１のチャンバー２１６を、それぞれのダイヤフラム３１０〜３１６が配置される区画３０２〜３０８に分割する。

図４は、第１のチャンバー２１６および第１の作動装置アセンブリ２２０のダイヤフラム３１０〜３１６が取り外された断面図を示す。図からわかるように、本体２１２は、複数の開口またはポート４０２〜４０８を画定し、制御信号がダイヤフラム３１０〜３１６により受けられるようにでき、および／または区画３０２〜３０８の一部を、例えば、大気圧となるようにできる。図示していないが、それぞれの区画３０２〜３０８は、１つまたは複数のポートおよび／またはベントを含んでもよい。

図５は、作動装置例２００の部分断面図を示す。図からわかるように、第２のチャンバー２１８は、複数の開口部、および／またはポート５０２および５０４を画定し、制御信号がダイヤフラム（例えば、３１０〜３１６）により受けられるようにでき、および／または区画の一部が（例えば、３０２〜３０８）例えば、大気圧となるようにできる。図で示してはいないが、第２のチャンバー２１８のそれぞれの区画は、１つまたは複数のポートおよび／またはベントを含んでもよい。

図６は、開口部またはポート４０２、４０４、５０２および５０４を含む作動装置例２００の斜視図を示す。図からわかるように、本体２１２は、開口部６０２、６０４および６０６を画定し、作動装置弁棒２２６および２３８がチャンバー２１６および２１８ならびにバルブ２０２中に伸びることを可能にする。

図７は、四方バルブ例７０２に連結された作動装置例７００を示す。作動装置例７００は、回転式およびリニア作動装置であってよい。座面２０８および２１０に対する第１および第２のバルブプラグ２０４および２０６を独立に動かすことに加えて、作動装置例７００は、また、第３のオリフィスまたはシート表面７０６に対して第３のバルブプラグ７０４を独立に動かすことができる。バルブプラグ２０４および２０６は、回転式バルブプラグでもよく、また、バルブプラグ７０４は、リニアバルブプラグであってもよい。作動装置７００は、バルブ７０２に連結されたヨーク２１４、第１および第２のチャンバー２１６の間に連結された第２のヨーク２１５、および第２のチャンバー２１８および第３のチャンバー７１０の間に連結された第３のヨーク７０８を含む本体７０７を含む。第１および第２の作動装置アセンブリ２２０および２２２は、第１および第２のチャンバー２１６および２１８中に配置されて、上で図２に関連して考察のように機能してもよく、さらに、第３のピストンアセンブリ７１２は、第３のチャンバー７１０中に配置されてもよい。

第３のピストンアセンブリ７１２は、シールおよび／またはＯリング７１８を受け、第３のチャンバー７１０の内表面７２０とのシーリングおよび／またはスライディング係合を可能とする溝７１６を画定するリニアまたはスライディング弁棒ピストン７１４を含めることができる。また、第３のピストンアセンブリ７１２は、第１の端部７２４でピストン７１４に連結され、および第２の端部７２６で第３のバルブプラグ７０４に連結される第３の作動装置弁棒７２２を含む。

ヨーク２１４、２１５および７０８は、開口部または穴２４８、２５０および７２８を画定し、パッキングナット２５２、２５４および７３０へアクセスおよびそれらの調節を行うことを可能とする。パッキングナット２５２は、バルブ７０２のボンネット７３２および第２の作動装置アセンブリ２２２の第２の作動装置弁棒７３４の間に位置するバルブパッキング２５６と係合できる（例えば、直接係合、または適切に作用するように係合できる）。パッキングナット２５４は、第１の作動装置弁棒７３６および第２の作動装置弁棒７３４の間に配置されたバルブパッキング２６０と係合できる（例えば、直接、または適切に作用するように係合できる）。パッキングナット７３０は、第１の作動装置弁棒７３６および第３の作動装置弁棒７２２の間のバルブパッキング７４０と係合できる（例えば、直接、または適切に作用するように係合できる）。第２の作動装置弁棒７３４は、第１および第３の作動装置弁棒７３６および７２２の少なくとも一部を取り囲むことができ、第１の作動装置弁棒７３６は、第２および第３の作動装置弁棒７３４および７２２の間に配置することができる。

図８は、作動装置７００の断面図を示す。図に示すように、第３のチャンバー７１０は、流体（例えば、空気、油圧作動油）が流れてリニアピストン７１４の両端間の圧力差を生成するポート８０２および８０４を画定する。さらに具体的には、ピストン７１４および、従って、第３のバルブプラグ７０４の動きは、ポート８０２および８０４を出入りする流動流体（例えば、空気、油圧作動油）により制御される。

図９は、開口部またはポート４０２、４０４、５０２および５０４を含む作動装置例７００の斜視図を示す。図からわかるように、本体７０７は、開口部６０２、６０４、６０６および９０２を画定し、作動装置弁棒７２２、７３４および７３６を、それぞれチャンバー２１６、２１８および７１０ならびにバルブ２０２まで伸長させる。

本明細書で特定の実施例により製造方法、装置および製品が記載されてきたが、本特許の適用範囲は、これらに限定されるものではない。むしろ、本特許は、文字通りに、または等価物の基本原理に従い添付請求項の範囲内に正しく入る全ての製造方法、装置および製品を包含する。

Claims (20)

1. 第１のチャンバー、第２のチャンバーおよび第３のチャンバーを含むハウジング、
   少なくとも一部が前記第１のチャンバー中に配置される第１の作動装置アセンブリであって、バルブの第１の流量制御部材に連結される第１の弁棒を含み、前記第１の流量制御部材が第１のフロー開口部を通る流量を制御する第１の作動装置アセンブリ、
   少なくとも一部が前記第２のチャンバー中に配置される第２の作動装置アセンブリであって、前記バルブの第２の流量制御部材に連結される第２の弁棒を含み、前記第２の流量制御部材が第２のフロー開口部を通る流量を制御し、前記第１の弁棒が前記第２の弁棒に対して独立に動くことができる第２の作動装置アセンブリ、および
   少なくとも一部が前記第３のチャンバー中に配置される第３の作動装置アセンブリ
   を含む、バルブに連結されるように構成された作動装置。
2. 前記第１の作動装置アセンブリが、前記第１のチャンバー内に少なくとも一部が配置される第１の回転式ピストンを含む請求項１に記載の作動装置。
3. 前記第１の弁棒が、前記第１の弁棒を前記第１の回転式ピストンに連結する突起部を含む請求項２に記載の作動装置。
4. 前記ハウジングの仕切板および前記第１の回転式ピストンが、前記第１のチャンバーを、第１のサブチャンバー、第２のサブチャンバー、第３のサブチャンバー、および第４のサブチャンバーに分割する請求項２及び３のいずれか１項に記載の作動装置。
5. 前記仕切板が、前記ハウジングに対し固定され、前記第１の回転式ピストンが、前記ハウジングに対し動くことができる請求項４に記載の作動装置。
6. 前記それぞれのサブチャンバー中に、ダイヤフラムまたは作動部材をさらに含む請求項４及び５のいずれか１項に記載の作動装置。
7. 前記第１の弁棒が、少なくとも一部の前記第２の弁棒が伸張し、前記第２の弁棒が前記第２の流量制御部材に連結されることを可能にする開口部を画定する請求項１〜６のいずれか１項に記載の作動装置。
8. 前記第２の作動装置アセンブリが、少なくとも一部が前記第２のチャンバー内に配置される第２の回転式ピストンを含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の作動装置。
9. 前記第１および第２の流量制御部材が、回転式バルブプラグを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の作動装置。
10. 前記バルブが、四方バルブを含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の作動装置。
11. 第１のパッキングナットおよび第２のパッキングナットをさらに含み、前記第１のパッキングナットが、バルブパッキングを前記第１の弁棒および前記バルブのヨークの間に押しつけ、前記第２のパッキングナットが別のバルブパッキングを前記第１の弁棒および前記第２の弁棒の間に押しつける請求項１〜１０のいずれか１項に記載の作動装置。
12. 前記第１の作動装置アセンブリ、前記第２の作動装置アセンブリ及び前記第３の作動装置アセンブリは、単一の軸に沿って軸方向に整列されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の作動装置。
13. 前記第３の作動装置アセンブリが、前記バルブの第３の流量制御部材に連結される第３の弁棒を含み、前記第３の流量制御部材が、第３のフロー開口部を通る流量を制御する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の作動装置。
14. 前記第３の作動装置アセンブリが、リニア作動装置を含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の作動装置。
15. 前記ハウジングが、前記第１および第２のチャンバーの間のヨークを含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載の作動装置。
16. バルブに連結されるように構成された作動装置であって、
    第１のチャンバー、第２のチャンバーおよび第３のチャンバーを含むハウジング；および
    前記バルブの第１の流量制御部材を独立に制御する第１の手段、前記バルブの第２の流量制御部材を独立に制御する第２の手段および前記バルブの第３の流量制御部材を独立に制御する第３の手段、
    を含み、
    前記第１、第２および第３の流量制御部材が軸方向に整列されている、
    作動装置。
17. 前記バルブの第１の流量制御部材および前記バルブの第２の流量制御部材を独立に制御する前記第１および第２の手段が、第１の作動装置アセンブリおよび第２の作動装置アセンブリを含み、前記第１の作動装置アセンブリの少なくとも一部が前記ハウジングの第１のチャンバー内に配置され、前記第２の作動装置アセンブリが前記ハウジングの第２のチャンバー内に配置される請求項１６に記載の作動装置。
18. 第１のパッキングナットおよび第２のパッキングナットをさらに含み、前記第１のパッキングナットが、バルブパッキングを前記第１の作動装置アセンブリの第１の弁棒および前記バルブのヨークの間に押しつけ、前記第２のパッキングナットが、別のバルブパッキングを前記第１の弁棒および前記第２の作動装置アセンブリの第２の弁棒の間に押しつける請求項１７に記載の作動装置。
19. 前記バルブの前記第３の流量制御部材を独立に制御する前記第３の手段は、リニア作動装置アセンブリを含む請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の作動装置。
20. 前記バルブの前記第３の流量制御部材を独立に制御する前記第３の手段が、前記ハウジングの前記第３のチャンバー内に配置される第３の作動装置アセンブリを含む請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の作動装置。