JP6124820B2

JP6124820B2 - ケージ型減圧装置

Info

Publication number: JP6124820B2
Application number: JP2014046463A
Authority: JP
Inventors: 山本　健一郎; 健一郎山本
Original assignee: アズビル金門株式会社
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: US20150252913A1; JP2015169309A; CN104913110B; CN104913110A

Description

この発明は、レギュレータもしくは調節弁に設けられるケージ型減圧装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、多数の孔を有し、プラグが有する遮断壁面の外周面に沿った外周側可変ケージ部に加えて、多数の孔を有し、プラグが有する遮断壁面の内周面に沿った内周側可変ケージ部を設置して、外周側可変ケージ部と内周側可変ケージ部との間での遮断壁面の摺動に伴い、外周側可変ケージ部及び内周側可変ケージ部が有する孔の開孔面積を連続的に変化させるケージ型減圧装置が記載されている。

特開２０１１―２３６９６２号公報

上記のようなケージ型減圧装置では、遮断壁面が摺動可能範囲の最下端に位置しており外周側可変ケージ部の孔から内周側可変ケージ部の孔への流体の移動が完全に遮断されている状態から、遮断壁面が上方向に摺動すると、まずは隙間流れが発生する。
隙間流れは、遮断壁面が上方向に摺動することで形成される遮断壁面の下端面のクリアランス、外周側可変ケージ部と内周側可変ケージ部との間で遮断壁面を摺動可能とするための、外周側可変ケージ部の内周面と遮断壁面の外周面とのわずかなクリアランス、及び、内周側可変ケージ部の外周面と遮断壁面の内周面とのわずかなクリアランスを介して、外周側可変ケージ部の孔から内周側可変ケージ部の孔へ流体が抜けていくものである。

隙間流れが発生している状態から、更に遮断壁面が上方向に摺動すると、遮断壁面の下端が外周側可変ケージ部の最下段の孔に差し掛かり、この最下段の孔が開き始め、弁開度（可変ケージ部の孔のうち、流体が通過可能な孔の総面積の割合）が微小な状態となる。すると、流体の流れは、隙間流れから通常流れへと移行する。
通常流れは、流体が、外周側可変ケージ部の孔から直接遮断壁面の下端面のクリアランスを通り、内周側可変ケージ部の孔へと抜けていくものである。

この隙間流れから通常流れへの移行時には、外周側可変ケージ部の孔から遮断壁面の下端面のクリアランスを通り、内周側可変ケージ部の孔へと抜けようとする流体流量が急激に増えるため、制御が難しく、また、急激に増える流体によりプラグがあおられてしまっていた。このため、騒音、振動、キャビテーション等が発生していた。
ケージ型減圧装置へ特に高圧の流体が流入する場合は、あおり方も通常の中圧の流体が流入する場合と異なり、あおりによって発生する騒音、振動はかなり大きなものとなっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、隙間流れから通常流れへとスムーズに移行させて、流体減圧時の騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御を実現するケージ型減圧装置を提供することを目的とする。

この発明に係るケージ型減圧装置は、上流側からの流体を減圧して下流側に流すものであって、上流側からの流体を内部に流す多数の孔を有する外周側可変ケージ部と、外周側可変ケージ部の内周側に配置され、外周側可変ケージ部からの流体を内部に流す多数の孔を有する内周側可変ケージ部と、外周側可変ケージ部と内周側可変ケージ部との間に配置され、摺動することによって流体が通過可能な外周側可変ケージ部および内周側可変ケージ部の孔を連続的に変化させる遮断壁面を有するプラグと、内周側可変ケージ部からの流体を下流側に流す多数の孔を有する固定ケージ部とを備え、外周側可変ケージ部の最下段の孔は、他の段の一段あたりの孔よりも少なく形成され、遮断壁面の下端部は、外周側可変ケージ部側よりも内周側可変ケージ部側が上部に位置するよう傾斜して、外周側可変ケージ部の最下段の孔を塞いでいるときに、内周側可変ケージ部の最下段の孔を開けており、内周側可変ケージ部の最下段の孔は、外周側可変ケージ部の最下段の孔よりも多く形成されることを特徴とするものである。

この発明によれば、外周側可変ケージ部の最下段の孔を、他の段の一段あたりの孔より少なくしたので、隙間流れから通常流れへの移行時において、外周側可変ケージ部の孔を通る流体流量が急激に増えること及びその急激に増える流体によるプラグへのあおりを抑えることができる。また、プラグが有する遮断壁面の下端部を、外周側可変ケージ部側よりも内周側可変ケージ部側が上部に位置するよう傾斜させたので、遮断壁面の下端面のクリアランスにおいて、流体の圧力が停滞してプラグへのあおりが発生してしまうのを、抑えることができる。従って、流体減圧時の騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御を実現できる。

この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における外周側可変ケージ部の側面図である。この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置の要部拡大断面図である。この発明の実施の形態１における可変ケージ部の小孔の別の配置例を示す側面図と、要部拡大断面図である。この発明の実施の形態１における可変ケージ部の小孔の別の配置例を示す側面図と、要部拡大断面図である。この発明の実施の形態１における外周側可変ケージ部の理解を助けるための参考例となる外周側可変ケージ部を示す側面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置の構成を示す断面図である。
レギュレータもしくは調節弁に設けられるケージ型減圧装置は、図１に示すように、高圧流体が流れる上流側の一次側流路１０と下流側の二次側流路１１との間に、第１のケージ１、プラグ２及び第２のケージ３が配置されて構成されている。この第１のケージ１は、外周側可変ケージ部４を有している。また、第２のケージ３は、内周側可変ケージ部５および固定ケージ部６を有している。

外周側可変ケージ部４は、一次側流路１０からの流体を減圧するものであり、プラグ２の外周側に配置され、側面下部には多数の小孔４ａが形成されている。この外周側可変ケージ部４は、プラグ２の後述する遮断壁面２ａが上下に摺動することによって、一次側流路１０からの流体が通過可能な小孔４ａの総面積（開孔面積）が連続的に変化する。この外周側可変ケージ部４により減圧された流体は、内周側可変ケージ部５側に流れる。

内周側可変ケージ部５は、外周側可変ケージ部４からの流体を減圧するものであり、プラグ２の内周側に配置され、側面下部には多数の小孔５ａが形成されている。この内周側可変ケージ部５は、プラグ２の遮断壁面２ａが上下に摺動することによって、外周側可変ケージ部４からの流体が通過可能な小孔５ａの総面積（開孔面積）が連続的に変化する。この内周側可変ケージ部５により減圧された流体は、固定ケージ部６側に流れる。

プラグ２は、外周側可変ケージ部４と内周側可変ケージ部５との間に配置され、小孔４ａ，５ａ部分での流体の通過量を制限する遮断壁面２ａを有するものである。このプラグ２は、不図示の操作器により上下に移動して、遮断壁面２ａを外周側可変ケージ部４と内周側可変ケージ部５との間で摺動させることによって、外周側可変ケージ部４及び内周側可変ケージ部５の開孔面積を連続的に変化させる。

また、遮断壁面２ａの上端部側には均圧空間７が形成され、遮断壁面２ａには、下端部から均圧空間７に向かい貫通した均圧孔２ｂが形成されている。この均圧孔２ｂは、遮断壁面２ａが上方向に摺動して流体が内周側可変ケージ部５内部に流れ込む際に遮断壁面２ａ下端部側に発生する遮断壁面２ａに対する不平衡力（遮断壁面２ａを押し上げる力）を抑制して、プラグ２を操作する操作器に余分な負荷を与えないようにするものである。これは、均圧孔２ｂによって、遮断壁面２ａ下端部側を均圧空間７と同じ圧力にして、遮断壁面２ａに対する不平衡力を相殺することによる。

固定ケージ部６は、内周側可変ケージ部５からの流体を減圧するものであり、内周側可変ケージ部５の下方に配置され、側面下部および底面には多数の小孔６ａが形成されている。この固定ケージ部６により減圧された流体は二次側流路１１側に流れる。

ここで、図２に、外周側可変ケージ部４の側面図を示す。
外周側可変ケージ部４の小孔４ａは、複数段に並んだ小孔４ａが２列ずつ間隔Ｌを空けて規則的に並んでいる。また、外周側可変ケージ部４の下端に最も接近した位置にある小孔４ａが間引かれた（図２中に、破線で示す）ものと、そうでないものとが、２列ずつ交互に並んでおり、最下段の小孔４ａの数（図２で視認されるのは５個）は、他の段の一段あたりの小孔４ａの数（図２で視認されるのは９個）より少なくなっている。

また、内周側可変ケージ部５の小孔５ａは、図１に示すように外周側可変ケージ部４の小孔４ａと相対する同じ位置に形成されており、最下段の小孔４ａ，５ａ付近の断面図を、プラグ２が有する遮断壁面２ａの下端部とともに図３に示す。
遮断壁面２ａの下端部は、外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側が上部に位置するよう傾斜を付けて形成されており、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨが外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側で大きく形成されるようになっている。

図２に示すように、最下段の小孔４ａの数（図２で視認されるのは５個）を、他の段の一段あたりの小孔４ａの数（図２で視認されるのは９個）より少なくすることで、遮断壁面２ａが上方向に摺動してその下端が外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａに差し掛かり、弁開度がゼロから微小な状態となるとき、つまり、隙間流れから通常流れへの移行時において、流体が通過可能な小孔４ａの総面積を小さく抑えることができる。従って、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａから遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り内周側可変ケージ部５の小孔５ａへと抜けようとする流体流量が、隙間流れから通常流れへの移行時に急激に増えて、急激な流れ及びその流れによるプラグ２へのあおりが発生してしまうのを、抑えることができる。
これにより、隙間流れから通常流れへとスムーズに移行して弁開度が微小なときにおいても制御が安定し、騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑えることができる。

一方、図６には、この発明の理解を助けるための参考例としての、外周側可変ケージ部４０の側面図を示す。外周側可変ケージ部４０の小孔４０ａは、複数段に並んだ小孔４０ａが２列ずつ間隔Ｌを空けて規則的に並んでいる。また、図２では間引かれて破線で示されている小孔が、図６に示す参考例では、間引かれずに小孔４０ａとして形成されている。つまり、最下段の小孔４０ａの数（図６で視認されるのは９個）は、他の段の一段あたりの小孔４０ａの数（図６で視認されるのは９個）と同じとなっている。
図６のように小孔４０ａが形成された場合、図２に示す外周側可変ケージ部４と比較して、隙間流れから通常流れへの移行時において、流体が通過可能な最下段の小孔４０ａの総面積が大きくなってしまう。従って、外周側可変ケージ部４０の最下段の小孔４０ａに入り込む流体流量が、隙間流れから通常流れへの移行時に急激に増えることとなり、急激な流れ及びその流れによるプラグへのあおりが発生してしまう。

また、説明を図３に戻すと、隙間流れから通常流れへの移行時、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａを通過した流体は、続いて遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通過するが、このときに遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り内周側可変ケージ部５の小孔５ａへ抜ける流路が十分に確保できていないと、最下段の小孔４ａを通過した流体が当該流路をスムーズに流れることができず、プラグ２が流体により上方向へ押し上げられる、つまり、あおられる状態となってしまう。そこで、遮断壁面２ａの下端部を、外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側が上部に位置するよう傾斜させることにより、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り内周側可変ケージ部５の小孔５ａへ抜ける流路を十分に確保し、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨにおいて、流体の圧力が停滞するのを抑えることができる。従って、流体によるプラグ２へのあおりを、更に抑えることができる。

なお、内周側可変ケージ部５の小孔５ａを外周側可変ケージ部４の小孔４ａと全く同じ位置に形成するのでなく、図２中に破線で示した間引いた小孔４ａと相対する同じ位置に、小孔５ａを更に形成してもよい。またこの位置以外にも、最下段の小孔５ａと同じ水平高さ位置に小孔５ａを追加的に形成可能な箇所（図２に示す、２列おきに規則的に設けられている間隔Ｌの位置等）に、最下段の小孔５ａを更に追加的に形成してもよい。このようにすることで、最下段の小孔４ａを通過した流体が通過可能な最下段の小孔５ａが、最下段の小孔４ａの数より多くなるので、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨで流体の圧力が停滞することに起因するプラグ２へのあおりを、更に抑えることができる。

また、図４（ａ）には、図２で示したものとは異なる減圧性能を得るために、外周側可変ケージ部４の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の小孔５ａとを、同軸上には配置せず、互い違いになるように軸心の位置をずらして配置したものを示している。実線は外周側可変ケージ部４に形成された小孔４ａを示し、点線は内周側可変ケージ部５に形成された小孔５ａを示している。

外周側可変ケージ部４の小孔４ａは、複数段に並んだ小孔４ａが２列ずつ間隔を空けて規則的に並んでおり、また、外周側可変ケージ部４の下端に最も接近した位置にある小孔４ａが間引かれた（図４（ａ）中に、破線で示す）ものと、そうでないものとが、２列ずつ交互に並び、最下段の小孔４ａの数（図４（ａ）で視認されるのは５個）は、他の段の一段あたりの小孔４ａの数（図４（ａ）で視認されるのは９個）より少なくなっている点は、図２と同様である。従って、図２を用いて説明したのと同様に、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａから遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り内周側可変ケージ部５の小孔５ａへと抜けようとする流体流量が、隙間流れから通常流れへの移行時に急激に増えて、急激な流れ及びその流れによるプラグ２へのあおりが発生してしまうのを、抑えることができる構造である。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の最下段の小孔５ａ付近の断面図を、遮断壁面２ａの下端部とともに示したものである。
遮断壁面２ａの下端部を、外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側が上部に位置するよう傾斜させることで、最下段の小孔４ａから遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り、図４（ａ）に示すように最下段の小孔４ａと同じ水平高さ位置に並ぶ最下段の小孔５ａへと抜ける流路を十分確保することが可能であるとともに、図４（ｂ）に示すように軸心がずれて位置する小孔５ａ（最下段の１つ上の段の小孔５ａ）へと抜ける流路も十分確保することが可能であるので、遮断壁面２ａの下端部を傾斜させない場合と比べると、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨで流体の圧力が停滞することに起因するプラグ２へのあおりを抑えることができる。

さらにまた、図５（ａ），（ｂ）に示すように、外周側可変ケージ部４の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の小孔５ａとを、同軸上には配置せず、互い違いになるように軸心の位置をずらして配置するとともに、最下段の小孔４ａの数（図５（ａ）で視認されるのは５個）は、他の段の一段あたりの小孔４ａの数（図５（ａ）で視認されるのは９個）より少なくなっているものであって、内周側可変ケージ部５の最下段の小孔５ａの位置が、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａの位置より下部にある場合は、遮断壁面２ａの下端部に傾斜を付けなくとも、最下段の小孔４ａから遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り、最下段の小孔５ａへと抜ける流路の確保が可能ではある。

しかしながら、遮断壁面２ａの下端部を、外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側が上部に位置するよう傾斜させることで、図５（ａ）に示すように最下段の小孔４ａと同じ水平高さ位置に並ぶ小孔５ａ（最下段の１つ上の段の小孔５ａ）へと抜ける流路、及び、図５（ｂ）に示すように軸心がずれて位置する小孔５ａ（最下段の２つ上の段の小孔５ａ）へと抜ける流路も十分確保することが可能となるので、遮断壁面２ａの下端部を傾斜させない場合と比べると、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨで流体の圧力が停滞することに起因するプラグ２へのあおりを更に抑えることができる。
なお、図５（ａ）に示すように、小孔４ａの数と小孔５ａの数とを異なるものとすることで、数が同一の場合とは異なる減圧性能とすることができる。

図１〜図５では、外周側可変ケージ部４の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の小孔５ａとの配置関係及び孔数の種々のバリエーションについて一例を示したが、本発明の適用対象は、図示したものに限らない。なお、外周側可変ケージ部４の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の小孔５ａとを、互い違いになるように軸心の位置をずらして配置することで、小孔４ａから噴出した流体は、一旦内周側可変ケージ部５の壁面に当たった後に周囲の小孔５ａに分散して固定ケージ部６側に流れることとなるので、軸心の位置をずらさない場合と比較すると、減圧性能は高まる。

以上のように、この実施の形態１によれば、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａの数を、外周側可変ケージ部４の他の段の一段あたりの小孔４ａの数より少なくしたので、隙間流れから通常流れへの移行時において、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａから遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨを通り内周側可変ケージ部５の小孔５ａへと抜けようとする急激な流れ及びその流れによるプラグ２へのあおりが発生してしまうのを、抑えることができる。また、遮断壁面２ａの下端部を、外周側可変ケージ部４側よりも内周側可変ケージ部５側が上部に位置するよう傾斜させたので、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨにおいて、流体の圧力が停滞してプラグ２へのあおりが発生してしまうのを、抑えることができる。従って、流体減圧時の騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御を実現できる。

また、内周側可変ケージ部５の最下段の小孔５ａが、外周側可変ケージ部４の最下段の小孔４ａよりも多く形成されることで、遮断壁面２ａ下端面のクリアランスＨで流体の圧力が停滞することに起因するプラグ２へのあおりを、更に抑えることができる。

また、この実施の形態１は、通常の中圧の流体が流入する場合とあおり方が異なりあおりによって発生する騒音、振動もかなり大きなものとなってしまいがちな特に高圧の流体が、ケージ型減圧装置へ流入する場合において、特に優れた効果を発揮する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１第１のケージ
２プラグ
２ａ遮断壁面
２ｂ均圧孔
３第２のケージ
４外周側可変ケージ部
４ａ小孔
５内周側可変ケージ部
５ａ小孔
６固定ケージ部
６ａ小孔
７均圧空間
１０一次側流路
１１二次側流路
４０外周側可変ケージ部
４０ａ小孔

Claims

上流側からの流体を減圧して下流側に流すケージ型減圧装置であって、
前記上流側からの流体を内部に流す多数の孔を有する外周側可変ケージ部と、
前記外周側可変ケージ部の内周側に配置され、前記外周側可変ケージ部からの流体を内部に流す多数の孔を有する内周側可変ケージ部と、
前記外周側可変ケージ部と前記内周側可変ケージ部との間に配置され、摺動することによって流体が通過可能な前記外周側可変ケージ部および前記内周側可変ケージ部の孔を連続的に変化させる遮断壁面を有するプラグと、
前記内周側可変ケージ部からの流体を前記下流側に流す多数の孔を有する固定ケージ部とを備え、
前記外周側可変ケージ部の最下段の孔は、他の段の一段あたりの孔よりも少なく形成され、
前記遮断壁面の下端部は、前記外周側可変ケージ部側よりも前記内周側可変ケージ部側が上部に位置するよう傾斜して、前記外周側可変ケージ部の最下段の孔を塞いでいるときに、前記内周側可変ケージ部の最下段の孔を開けており、
前記内周側可変ケージ部の最下段の孔は、前記外周側可変ケージ部の最下段の孔よりも多く形成されることを特徴とするケージ型減圧装置。