JP6335897B2

JP6335897B2 - ロータリバルブ用バルブアクチュエータ

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Publication number: JP6335897B2
Application number: JP2015525454A
Authority: JP
Inventors: トレントンフランクジャクソン，
Original assignee: フィッシャーコントロールズインターナショナルリミテッドライアビリティーカンパニー
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103629389A; MX2015001325A; CA2879521A1; CN203594824U; US20140034858A1; WO2014022144A1; JP2015523527A; EP2880319A1; CA2879521C; BR112015001831A2

Description

本発明は、全般的にロータリバルブのためのバルブ組立体およびバルブアクチュエータに関する。

大部分のバルブは、２つの主要な一般的な類型、リニアバルブおよびロータリバルブに分類できる。リニアバルブは、直線的経路に沿ってバルブシャフトを動かし、それによりバルブ本体内で流量制御部材を前後に動かすことによって開閉される流量制御部材を有する。ロータリバルブは、バルブ本体内で流量制御部材を回転させることによって開閉される流量制御部材に接続されたバルブシャフトを有する。

多くのバルブアクチュエータは、直線的または軸方向運動を生成する駆動機構を有する。いくつかの駆動機構の代表的実施例は、油圧または空気圧ピストン、ダイヤフラムアクチュエータ、およびベローズを含む。したがって、直線駆動機構を備えたアクチュエータを使用してロータリバルブを作動させるために、アクチュエータの軸方向運動を、流量制御部材を開閉するために必要な回転運動に変換する連結システムを備えることが一般的である。

１つの広く知られている例示的なバルブアクチュエータは、図１に概略的に示され、スプリングおよびダイヤフラム空気圧アクチュエータである。バルブアクチュエータ１０は、柔軟なダイヤフラム組立体１８によって２つの隔室１４、１６に分割されたアクチュエータハウジング１２を含む。硬いダイヤフラム板２０は、柔軟なダイヤフラムおよびアクチュエータロッド２２に接続され、スプリング２４はダイヤフラム板を第１の方向に付勢させる。空気はスプリング２４と反対の隔室１４内に選択的に注入され、第１の方向と反対の第２の方向の軸方向にダイヤフラム１８とアクチュエータロッド２２を駆動する。アクチュエータロッド２２の軸方向運動をロータリバルブ２８の流量制御部材２６を開閉するために必要な回転運動に変換するために、レバー連結３０はバルブシャフト３２をアクチュエータロッド２２に接続する。レバー連結３０は、アクチュエータロッド２２の軸方向運動をバルブシャフト３２の必要な回転運動に変換する。

別の広く知られている例示的なバルブアクチュエータ４０は、図２に概略的に示され、アクチュエータ駆動機構（図示せず）とバルブシャフト３２との間にラック・ピニオン連結を有する。既知の駆動機構によって生成される軸方向運動は、ピニオンギア４４を通過するラックギア４２の運動によって流量制御部材２６を開閉するための回転運動に変換される。

上記の既知のバルブアクチュエータ１０、４０の各々は、ロータリバルブを適切に開閉するが、該アクチュエータのハウジングは多くの場合嵩張り、および／または該バルブの近傍に比較的大きな空間量を必要とする。しかしながら、製油所、発電所、または化学処理プラントなどの多くの産業環境において、空間は多くの場合非常に制限される。

１つの例示的態様によれば、バルブ組立体は、バルブシャフトの回転が流量制御部材を開くおよび／または閉じるように配設された流量制御部材およびバルブシャフトを有するロータリバルブを備える。バルブアクチュエータは、バルブシャフトを回転させるように配設される。バルブアクチュエータは、ハウジングを貫通する孔を画定する内側ハウジング隔壁を有するハウジングと、内側ハウジング隔壁に摺動可能に係合して該孔内に配置されたピストンを含む。該孔は第１の軸を有する。ピストンは、第１の位置と第２の位置との間で第１の軸に沿って摺動することができる。内側ハウジング隔壁は、ピストンが第１の位置と第２の位置との間で該孔の第１の軸に沿って摺動するにつれて、ピストンの回転運動を制御するように配設される。第２の軸を画定するアクチュエータロッドは、該孔内に配置される。アクチュエータロッドは、ピストンを貫通して延在し、バルブシャフトに結合する。第１の位置と第２の位置との間の第１の軸に沿うピストンの軸方向運動は、アクチュエータロッドを回転させて流量制御部材を開くおよび／または閉じる。

別の例示的態様によれば、バルブアクチュエータは、シリンダを貫通する孔を画定する内側ハウジング隔壁を有するシリンダを含む。該孔は第１の長手軸を画定する。内側ハウジング隔壁に摺動可能に係合するピストンは、該孔内に配置される。ピストンは、第１の位置と第２の位置との間で第１の長手軸に沿って摺動可能である。ピストンが第１の位置と第２の位置との間で第１の長手軸に沿って摺動するにつれて、内側ハウジング隔壁はピストンの回転運動を制御するように配設される。アクチュエータロッドは、該孔内に配置される。アクチュエータロッドは、第２の長手軸を有する。アクチュエータロッドは、ピストンを貫通して延在し、ロータリバルブのバルブシャフトに結合するように配設される。ピストンは、第１の位置と第２の位置との間でアクチュエータロッドに沿って摺動するように配設される。第１の位置と第２の位置との間で該孔に沿うピストンの軸方向運動は、第２の長手軸を中心としてアクチュエータロッドを回転させる。

さらなる例示的態様によれば、ロータリバルブの流量制御部材を開くおよび／または閉じる方法が開示される。ロータリバルブは、バルブアクチュエータによるバルブシャフトの回転が流量制御部材を開くおよび／または閉じるように配設された流量制御部材およびバルブシャフトを有する。バルブアクチュエータは、軸を中心とした非円形軸方向断面周囲を有する孔を形成するハウジングと、該孔に相補的であり、該孔内に配置されたピストンであって、第１の位置から第２の位置へ該孔の軸に沿って平行移動する、ピストンと、該孔内に配置されて該ピストンを貫通して延在するアクチュエータロッドであって、バルブシャフトに連係可能に結合する、アクチュエータロッドとを備える。該孔およびアクチュエータロッドのうちの少なくとも１つは、該軸に沿うピストンの軸方向運動に応じてアクチュエータロッドを回転させるように配設された螺旋形状を有する。本方法は、該軸に沿う第１の方向にピストンを付勢するステップと、第１の方向のピストンの運動に応じて第１の角度方向にアクチュエータロッドおよびバルブシャフトを回転させるステップと、第１の角度方向のバルブシャフトの回転に応じて流量制御部材を開くステップと、第１の方向と反対の該軸に沿う第２の方向にピストンを付勢するステップと、第２の方向のピストンの運動に応じて第２の角度方向にアクチュエータロッドおよびバルブシャフトを回転させるステップと、第２の角度方向のバルブシャフトの回転に応じて流量制御部材を閉じるステップとを含む。

さらに任意の１つ以上の前述の例示的態様によれば、バルブ組立体、バルブアクチュエータ、および／または方法は、さらに任意の１つ以上の以下の好ましい形態を任意で含むことができる。

いくつかの好ましい形態では、該孔は管形状を有することができる。ピストンは、回転せずに第１の長手軸に沿って平行移動することができる。アクチュエータロッドは、ピストンが第１の長手軸に沿って平行移動するにつれて、ピストンに対して回転することができる。アクチュエータロッドは、螺旋形状を有することができる。アクチュエータロッドは、ピストン内の開口部を貫通して延在することができ、該開口部は、ピストンの第１の側の第１の半径方向角度位置およびピストンの第２の側の第２の半径方向角度位置を有する。該開口部は、ピストンが第１の位置と第２の位置との間で摺動するにつれて該ロッドを回転させることができる。

いくつかの好ましい形態では、管状孔は第１の長手軸に直角である面内に非円形の外周を有することができる。該孔の外周は、３つの角部を有することができ、概して三角形であり得る。他の望ましい形態では、該孔の外周は、４つの角部を有することができ、概して長方形または正方形であり得る。ピストンは、該管状孔の外周に相補的である概して三角形、長方形、または正方形の環状縁を有することができる。

いくつかの好ましい形態では、アクチュエータロッドは非円形のロッド断面を有することができる。ピストンの開口部は、該ロッド断面に対して相補的に成形することができる。該開口部は、ピストンの第１の側の第２の長手軸に対して第１の角度方向に位置合わせることができる。該開口部は、ピストンの第２の側の第２の長手軸に対して第２の角度方向に位置合わせることができる。

いくつかの好ましい形態では、該孔は螺旋形状を有することができる。ピストンは、該長手軸に沿って平行移動して回転することができる。アクチュエータロッドは、該ロッドがピストンと共に回転するようにアクチュエータロッドに沿ってピストンが移動するにつれて、ピストンに対して回転可能に固定することができる。内側ハウジング隔壁は、該長手軸に沿って該孔の螺旋形状を画定するように成形された非円形軸方向断面内周を有することができる。

いくつかの好ましい形態では、ピストンは、ピストンの第１の側の第１のチャンバーと第１の側の反対のピストンの第２の側の第２のチャンバーとに該孔を分割する。第１および第２のチャンバーの各々は囲まれて、ピストンがストロークに沿って移動するにつれて、体積を変化させることができる。第１の流体ポートは第１のチャンバー内に開くことができる。第２の流体ポートは第２のチャンバー内に開くことができる。該流体ポートは、少なくとも１つの加圧空気源に連係可能に接続され、第１および／または第２のチャンバーのいずれかまたは両方に空気を選択的に注入してアクチュエータロッドに沿って互いの反対方向にピストンを選択的に動かすように配設することができる。スプリングは第２のチャンバー内に配置することができる。該スプリングは、ピストンを第１のチャンバーに向かって付勢するように配設され、第１の流体ポートは、第１のチャンバー内に空気を注入してピストンを第２のチャンバーに向かって動かすように加圧空気源に連係可能に接続することができる。

他の様態および形態は、以下の詳細な説明を考慮することによって明らかになる。

従来技術によるロータリバルブおよびバルブアクチュエータの切取図である。別の従来技術のロータリバルブ用バルブアクチュエータの切取図である。本発明のいくつかの様態によるバルブアクチュエータを備えたロータリバルブの部分切取等角図である。図３の線４−４に沿う本開示の原理によるバルブおよびバルブアクチュエータの部分断面の側面図である。図３のバルブアクチュエータの分解組立図である。本開示の追加の様態による別のバルブアクチュエータおよびロータリバルブの部分断面の側面図である。図６のアクチュエータバルブの線７−７に沿う部分切取図であり、図７Ａは第１の位置にあるピストンを示す。図６のアクチュエータバルブの線７−７に沿う部分切取図であり、図７Ｂは第２の位置にあるピストンを示す。

図３〜図５を参照すると、バルブ組立体５０は、ロータリバルブ５２およびロータリバルブに連係可能に結合されてバルブを開位置と閉位置との間で回転させるように配設されたバルブアクチュエータ５４を含む。ロータリバルブ５２は、当技術分野で理解できる様式でバルブ入口とバルブ出口との間に流路を画定するバルブ本体５８内に配置された、ディスクまたはボールなどの流量制御装置５６を含む。バルブシャフト６０は、流量制御装置５６に接続され、適当なバルブパッキング、ボンネット等を介してバルブ本体５８の外に上方に延在する。（上、下、左、右等の全て方向修飾語句は、図面の参照で理解を容易にするために使用されるが、本開示の範囲を限定しない。）バルブシャフト６０は、直線状のロッドなどの細長いシャフトの形態であり、軸と、流量制御装置５６に接続された第１の端部と、バルブパッキングの外側に延在する第２の端部を有する。したがって、当技術分野で理解されているように、バルブシャフト６０および流量制御装置５６をバルブシャフト６０の軸を中心として時計回りなどの第１の方向に回転させることにより、バルブ本体５８内の流路を開くことができ、該軸を中心として反対方向にバルブシャフト６０および流量制御装置５６を通常９０度回転させることにより、該流路を閉じることができる。

バルブアクチュエータ５４は、アクチュエータハウジング７４の孔７２内に配置されて軸方向に該孔を通って上下に平行移動で摺動するように配設されたピストン７０を含む。バルブアクチュエータ５４は、ピストン７０の直線的軸運動をバルブシャフト６０の回転運動に変換するように配設される。螺旋状のアクチュエータロッド７６は、孔７２の軸７８に沿い、ピストン７０を貫通する中央に位置する開口部８０を貫通して延在する。螺旋状のアクチュエータロッド７６は、該アクチュエータロッドの回転を十分に可能にすると共にバルブシャフト６０を回転させ、および／または流量制御装置５６を開くおよび／または閉じるように任意の様式でバルブシャフト６０に結合される。好ましくは、螺旋状のアクチュエータロッド７６の軸７９は、該孔の軸７８に位置合わせられ、および／または同軸である。ピストン７０は、孔７２に沿って摺動すると同時に、螺旋状のアクチュエータロッド７６に沿って軸方向に上下に摺動するように配設される。好ましくは、孔７２に沿うピストン７０の軸方向運動が軸７９および／または軸７８を中心として螺旋状のアクチュエータロッド７６を回転させて、流量制御装置５６を開くおよび／または閉じるように、ピストン７０、孔７２、および螺旋状のアクチュエータロッド７６が配設される。

アクチュエータハウジング７４は、孔７２を画定するハウジング隔壁８２を有する。ピストン７０が軸７８および／または７９に沿って平行移動で動くにつれて、所望により、ピストン７０の軸方向回転を回転させるか、または回転させないかのいずれかに制御するために十分な任意の様式で、ハウジング隔壁８２および孔７２は成形される。好ましい配設では、孔７２は非円形の断面８４を有する。図３〜５に示す実施形態において、ハウジング隔壁８２は、細長い正方形または長方形の管状孔を画定するが、以下にさらに詳細に説明するように、軸７８および／または７９を中心としたピストン７０の回転運動をハウジング隔壁８２が制御する限り、本開示の原理に従って、三角形、楕円形、月形、クローバー形、星形などの他の非円形の形状の孔も使用することができる。

ピストン７０は、孔７２の断面形状に対して相補的である周縁８６を有する。図示された配設では、ピストン７０は、ピストン７０が孔７２全体に完全にまたがるように、長方形の外側の周縁８６を有し、周縁８６はハウジング隔壁８２の内側断面周囲全体に密封的に係合する。

図５で最もよくわかるように、一実施形態では、ピストン７０は、ハウジング隔壁８２に対して密閉する外側シール９０、開口部８０を画定してアクチュエータロッド７６を密閉的に囲む内側シール９２、内側シール９２および外側シール９０を受け取るコア９４、およびピストンコアに取り付けられてピストンコア９４上の適所に外側シール９０および内側シール９２を保持するカバー板９６を含む。外側シール９０は、ピストン７０とハウジング隔壁８２との間に液密シールを形成して、以下で説明される上側および／または下側チャンバー１２０、１２２内の圧力を封じ込める。外側シール９０は、ピストンの外側の周縁８６を囲む。外側シール９０は、例えばＯリングであってもよく、任意で平坦なストリップまたはバンドの形態を有することができる。カバー板９６はピストンの第１の側９８を画定し、ピストンコア９４は第１の側と反対のピストンの第２の側１００を画定し、外側シール９０と内側シール９２は、クランプ留めによって、または機械的固定具を使用してそれらの間に挟まれて保持される。以下に説明する理由によって、開口部８０は、好ましくはピストン７０を貫通して延在して軸７８および／または７９に沿う螺旋状のねじりを含む孔を画定し、その結果、開口部８０は、ピストンの第１の側９８を通る軸７９に対して第１の半径方向角度整合、およびピストンの第２の側１００を通る軸７９に対して第２の半径方向角度整合を有し、第２の半径方向角度整合は、軸７９に直角である面内で第１の半径方向角度整合から角度に関してオフセットされる。好ましくは、開口部８０は、第１の側９８から第２の側１００に約１°〜１５°の螺旋状の角度のねじれを有する長方形などの細長いスロットの形態である。カバー板９６は、ねじ、ボルト、溶接、接着剤などの任意の簡便な機構によってピストンコア９４に取り付けることができる。

螺旋状のアクチュエータロッド７６は、好ましくはスパイラル形状の、軸７８に沿うねじり形状を有する。図示された配設では、螺旋状のアクチュエータロッド７６は、軸７８に沿う幅と厚みおよび長さを備えた長方形の軸方向断面を有する長方形のバーの形態であり、該バーの長方形の断面は、該バーの対向する上側、下側端部間で約９０度の角度だけ、その長さに沿ってねじれており、したがってスパイラルまたは螺旋状の形状を形成する。スタッド１０２、１０４は、好ましくは螺旋状のアクチュエータロッド７６の対向する端部から突出する円筒状のセクションの形態である。スタッド１０２は、アクチュエータハウジング７４の上部端部を覆う上側板１０６内の軸孔１０５ａ内に回転可能に配置され、スタッド１０４は、アクチュエータハウジング７４の底部端部に配置された下側板１０８内の軸孔１０５ｂ内に回転可能に配置される。軸７８を中心としたアクチュエータロッド７６の容易な回転を促進するために、必要に応じてスタッド１０２、１０４に、および／または軸孔１０５ａ、１０５ｂ内にブッシングおよび／またはベアリングを搭載してもよい。スタッド１０２、１０４は、アクチュエータロッド７６の軸７９、および好ましくは孔７２の軸７８と整合する。スタッド１０４は、好ましくはバルブシャフト６０の正方形の端部を受け取る正方形のソケット１１０（図４で最もよくわかる）などのバルブシャフト６０に直接に取り付けられるコネクタを含み、その結果、バルブシャフト６０は、螺旋状のアクチュエータロッド７６の回転によって回転する。しかしながら、螺旋状のアクチュエータロッド７６は、他のおよび／または追加のコネクタによってバルブシャフト６０に動作可能に接続してもよい。

上側および下側板１０６、１０８は、孔７２のそれぞれの上側または下側端部を完全に覆い、好ましくはそれらの上に圧力シールを形成する。上側または下側板１０６、１０８は、ハウジング隔壁８２と一体化していてもよい、またはボルト、溶接および／または接着などの固定具によってハウジング隔壁８２に取り外し可能に取り付けてもよい。

ピストン７０は、孔７２を上側チャンバー１２０と下側チャンバー１２２とに分割する。チャンバー１２０、１２２の各々は、ピストン７０が軸７８に沿うそのストロークに沿う螺旋状のアクチュエータロッド７６に沿って摺動するにつれて体積を変化させ、好ましくは実質的に密閉されて流体圧力を蓄積してピストン７０に作用させることを可能にする。上側チャンバー１２０は、該ピストンの第１の側９８に隣接して部分的に画定され、下側チャンバー１２２は、該ピストンの第２の側１００に隣接して部分的に画定される。ピストン７０が上側板１０６に隣接する第１の位置へ上方に動くにつれて、上側チャンバー１２０の体積は減少して下側チャンバー１２２の体積は増加する。ピストン７０が下側板１０８に隣接する第２の位置へ下方に動くにつれて、下側チャンバー１２２の体積が続いて減少して上側チャンバー１２０の体積が増加する。

ピストン７０の運動を軸７８に沿って上および／下に作動させるために、流体ポート１２４は上側板１０６を貫通して上側チャンバー１２０に流体連通し、流体ポート１２６はハウジング隔壁８２を貫通して下側チャンバー１２２に流体連通する。流体ポート１２４、１２６の各々は、Ｉｏｗａ、ＭａｒｓｈａｌｌｔｏｗｎのＦｉｓｈｅｒＣｏｎｔｒｏｌｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＬＬＣが提供するＦＩＥＤＶＵＥ（商標登録）デジタルバルブ制御装置などのフィールド装置（図示せず）によって生成される空気供給ラインなどの加圧供給ライン１２８ａ、１２８ｂに連係可能に接続される。供給ライン１２８、１２８ｂは、圧力空気などの加圧流体をそれぞれの上側および下側チャンバー１２０、１２２内に駆動する。ピストン７０を第１の位置に上方に動かすためには、供給ライン１２８ｂが下側チャンバー１２２内に加圧流体を注入すると共に、流体ポート１２４を介して上側チャンバー１２０内の流体を排出する、これにより、ピストン７０を上側板１０６に向かって上方に押し動かす。ピストン７０を下側板１０８に隣接する第２の位置に下方に動かすためには、供給ライン１２８ａが上側チャンバー１２０内に流体ポート１２４を介して加圧流体を注入すると共に、流体ポート１２６の外に流体を同時に排出する、これによりピストン７０を下側板１０８に向かって下方に押し動かす。

図４に示すように、ピストン７０を上側板１０６に向かうなどの少なくとも１つの方向に付勢させるためにスプリング１３０が任意で使用される。スプリング１３０は好ましくは下側チャンバー１２２内などの孔７２内に配置されて、ピストン７０および下側板１０８などの対向するシリンダヘッドを押圧する。他の配設では、スプリング１３０は、圧縮力ではなくて収縮力を提供するように配設される。スプリング１３０の他の付勢配設もまた本開示の全般的な原理内で使用することができる。

ピストン７０がその摺動ストロークに沿う孔７２の軸７８に沿って平行移動で動くにつれて、開口部８０と螺旋状のアクチュエータロッド７６の螺旋形状との間の係合によって、螺旋状のアクチュエータロッド７６は軸７８および／または７９を中心として回転する。ピストン７０が下側板１０６に向かって動くにつれて、螺旋状のアクチュエータロッド７６、バルブシャフト６０、および流量制御装置５６は全て第１の方向に回転し、ピストン７０がシリンダヘッド１０８に向かって孔７２の軸７８に沿う該ストロークに沿って動く、または摺動する時、螺旋状のアクチュエータロッド７６、バルブシャフト６０、および流量制御装置５６はその反対方向に回転する。したがって、従来技術のレバー連結やギア連結を使用せず、バルブアクチュエータ５４は、アクチュエータハウジング７４に沿うピストン７０のストロークの形態である該アクチュエータの直線的運動を、流量制御装置５６を開くおよび／または閉じるために必要な回転運動に変換するので、貴重な空間を節約できる。

図６〜図７Ｂは、本開示の追加の原理を組み入れた別のバルブ組立体１５０を示す。バルブ組立体１５０はバルブアクチュエータ１５４に連係可能に結合するロータリバルブ１５２を含み、バルブアクチュエータ１５４はロータリバルブ５２を開閉するように配設される。ロータリバルブ１５２は、ディスクまたはボールなどの流量制御装置１５６と、流量制御装置１５６に取り付けられてバルブパッキング１５８を介して上方に延在するバルブシャフト１５７を含む。ロータリバルブ１５２は他に入口１６４と出口１６６との間に延在する流路１６２を画定するバルブ本体１６０を含み、流量制御装置１５６は、流路１６２を横切って配置され、流路１６２内の回転によって開くおよび／または閉じる。１つの配設では、バルブ１５２は実質的にバルブ５２と同一である。

バルブアクチュエータ１５４は、バルブパッキング１５８およびバルブシャフト１５７の真上に配置される。バルブアクチュエータ１５４は、ハウジング１７２の底部に接続されてボルトなどの固定具１７６によってバルブパッキングに取り付けられたフランジ１７４の手段によってバルブパッキング１５８に取り付けられたハウジング１７２内に配置されたピストン１７０を含む。バルブアクチュエータ１５４は、ピストン１７０の直線的軸方向運動をバルブシャフト１５７の回転運動に変換するように配設される。ハウジング１７２は、ハウジング隔壁１７８の上端を覆う上側ハウジング板１８２まで軸１８０に沿ってフランジ１７４から上方に延在する管状隔壁の形態であるハウジング隔壁１７８をさらに含む。ハウジング隔壁１７８は軸１８０と同軸整合する孔１８４を画定し、ピストン１７０は、孔１８４内の軸１８０に沿って、シリンダヘッド１８２に隣接する上部位置とフランジ１７４またはハウジング隔壁１７８の底部端部を横切って配置される任意の下側ハウジング板１８６に隣接する底部位置との間のストローク長を上下に平行移動で摺動する。

バルブアクチュエータ５４と同様に、ピストン１７０は孔１８４を上側チャンバー１９０と下側チャンバー１９２とに分割し、該ピストンの第１の側１９４は上側チャンバー１９０および上側ハウジング板１８２に面し、該ピストンの第２の側１９６は下側チャンバー１９２と下側ハウジング板１８６に面する。ストローク中、該孔内でシリンダヘッド１８２またはシリンダヘッド１８６に向かってピストン１７０が動くにつれて、上側チャンバー１９０および下側チャンバー１９２の各々の体積が変化する。好ましい配設では、ピストン１７０は、カバー板とピストンコアとの間に挟まれた、ハウジング隔壁１７８に密閉的に係合する外側シール、および孔１８４内で軸１８０に沿って延在するアクチュエータロッド２００に密閉的に係合する内側シールを含み、全ては前述したピストン７０と同様である。

アクチュエータロッド２００は、ピストン１７０が孔１８４内で軸１８０に沿って上および／または下などにそのストロークに沿って動くにつれて、軸１８０を中心として回転するように配設される。図７Ａ〜７Ｂで最もよくわかるように、孔１８４は、例えば図で示されるように３つの丸められた、また尖った角部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃを有する概して三角形である外周２０２、または例えば本明細書で前述したように任意の他の非円形の外周を備えた非円形の軸方向断面形状、即ち軸１８０に対して直角である断面平面内の形状を有する。ピストン１７０は、孔１８４の外周２０２に相補的であって、好ましくはピストン１７０とピストン１７０の全周にわたるハウジング隔壁１７８との間に液密シールを形成する周縁２０６を有する。しかしながら、バルブアクチュエータ５４と異なり、ハウジング隔壁１７８は施条がつけられて、角部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃおよび外周２０２の断面形状全体がシリンダヘッド１８２とシリンダヘッド１８６との間のハウジング隔壁１７８の長さに沿う軸１８０を中心としてねじれ、これにより、スパイラルなどの螺旋形状として孔１８４を形成する。この配設では、角部２０４ａ〜ｃはハウジング隔壁１７８の半径方向の内面に沿って延在する螺旋状の溝を形成する。該溝はアングルドフライトの形態を有することもできる。該螺旋形状は、好ましくはハウジング隔壁１７８の対向する端部間の軸１８０を中心として約９０度の角度で通ることができる。したがって、ピストン１７０が孔１８４内の軸１８０に沿って上または下に平行移動するにつれて、ピストン１７０は同時にハウジング隔壁１７８の螺旋形状に沿って軸１８０を中心として回転する。

アクチュエータロッド２００は図で示されるように三角形状などの非円形の軸方向断面形状を有し、かつピストン１７０はアクチュエータロッド２００の断面形状に相補的である、例えば三角形状などの内側シールの中央部分を貫通する開口部２１０を有する。ピストン１７０は、アクチュエータロッド２００に沿って軸方向に摺動するように配設される。したがって、ピストン１７０が孔１８４内で軸方向に上または下に平行移動し、かつ軸１８０を中心として回転するにつれて、ピストン１７０は同時に軸１８０を中心としてアクチュエータロッド２００を回転させる。１つの配設では、アクチュエータロッド２００の底部端部は、本明細書で前述したように例えばプラグおよびソケット接続、または任意の他の適当なコネクタなどを使用してバルブシャフト１５７に連係可能に結合され、その結果、アクチュエータロッド２００の回転がバルブシャフト１５７も回転させて流量制御装置１５６を開および閉位置間で回転させる。例えば図７Ａで示されるように、シリンダヘッド１８２に隣接するストロークの上部では、ピストン１７０は軸１８０に対して第１の角度位置にあり、７Ｂで示されるように、該ストロークの底部では、該ピストンは、軸１８０に対して、好ましくは第１の角度位置から９０度回転した第２の角度位置にある。

ピストン１７０は、空気圧または油圧、またはスプリングなどの、任意の十分な様式によって孔１８４内で軸方向に前後に付勢することができる。図６の図示された配設では、バルブアクチュエータ１５４は、上側チャンバー１９０または下側チャンバー１９２に与えられる例えば空気圧または油圧などの、加圧流体によって作動するように配設される。したがって、例えばニップルなどの流体ポート２１２ａ、２１２ｂは、上側チャンバー１９０および下側チャンバー１９２の各々内に導かれる。前述したように、流体ポート２１２ａは上側チャンバー１９０内に導かれて加圧流体に接続されるように構成され、その結果、加圧流体は、流体ポート２１２ａを介して上側チャンバー１９０内に注入されて下側ハウジング板１８６に向かってピストン１７０を軸１８０に沿って下に押し動かすことができる。同様に流体ポート２１２ｂは、下側チャンバー１９２に接続されて例えばコンプレッサなどの加圧流体源に接続されるように構成され、かつ流体２１２ｂを介して注入される加圧流体が下側チャンバー１９２に入って上側板１８２に向かってピストン１７０を軸１８０に沿って上に付勢するように配設される。したがって、ピストン１７０は、流体ポート２１２ａまたは流体ポート２１２ｂを介して加圧流体を選択的に注入することにより、軸１８０に沿ういずれかの方向に選択的に作動させることができ、したがって、流量制御装置１５６を回転させてロータリバルブ１５２を開くおよび／または閉じることができる。

本明細書で詳細に説明したバルブアクチュエータ５４、１５４の各々は、以下に添付した特許請求項に記載された本開示の１つ以上の原理の例示である。いくつかの配設では、バルブアクチュエータ５４、１５４は、ロータリバルブ用アクチュエータで以前に使用されたギア式またはレバー式連結を任意で除去でき、したがって、いくつかの配設では、以前の既知のバルブアクチュエータよりも単純かつよりコンパクトにすることができる。いくつかの配設では、本バルブアクチュエータは、よりコンパクトであるロータリバルブ用バルブアクチュエータを有利に提供することができ、および／または他の類型のバルブアクチュエータよりも必要とする空間を少なくすることができる。もちろん、他の用途、利点、および利益は、当業者に明らかであるように以下にさらに詳細に説明する装置から、さらにまたは代替的に実現されてもよい。

本明細書で開示されたバルブおよびバルブアクチュエータに対する多くの変更は、以上の説明の観点から当業者には明らかである。したがって、この説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、当業者が本発明を作成して使用することおよび本発明を実施する最良の形態を教示することを可能にする目的のために提供される。添付の特許請求項の範囲内の全ての変更に対する排他的権利を保有している。

Claims

バルブシャフトの回転によって流量制御部材が開くおよび／または閉じるように配設された前記流量制御部材および前記バルブシャフトを備えるロータリバルブと、
前記バルブシャフトを回転させるように配設されたバルブアクチュエータと、を備えるバルブ組立体であって、前記バルブアクチュエータが、
内側ハウジング面を有するハウジングであって、前記内側ハウジング面が前記ハウジングを貫通する孔を画定し、前記孔が第１の軸を有する、ハウジングと、
前記内側ハウジング面と摺動可能に係合し、前記孔内に配置されるピストンであって、前記ピストンは、第１の位置と第２の位置との間で前記第１の軸に沿って摺動可能であり、前記内側ハウジング面は、前記ピストンが前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記第１の軸に沿って摺動するにつれて、前記ピストンの回転運動を制御するように配設される、ピストンと、
第２の軸を画定し、前記孔内に配置されるアクチュエータロッドであって、前記ピストンを貫通して延在し、前記バルブシャフトに結合する、アクチュエータロッドと、を備え、
前記第１の位置と前記第２の位置との間の第１の軸に沿う前記ピストンの軸方向運動により、前記アクチュエータロッドが前記バルブシャフトを回転させて、それによって前記流量制御部材を開くおよび／または閉じ、
(i) 前記孔は第１の軸に沿って長方形形状を有し、前記ピストンが孔の断面形状に相補的な周縁を有し、前記アクチュエータロッドが第２の軸に沿って螺旋形状を有し、前記ピストンは、アクチュエータロッドの螺旋形状に係合する螺旋状のねじれ角度を有する開口部を有し、
又は(ii) 前記ハウジングは環状壁を含み、孔の外周は、環状壁の内側ハウジング面の長手方向に沿う第１の軸の周りに孔の角部がねじれるように、三角形の形状を有し、前記ピストンは孔の外周の三角形の形状に相補的である周縁部を有し、前記ピストンは第１の軸に沿って並進して回転し、アクチュエータロッドはピストンと共に回転する、バルブ組立体。
前記孔が長方形形状を有し、前記ピストンが回転せずに第１の軸に沿って平行移動し、前記アクチュエータロッドが前記ピストンに対して回転する、請求項１に記載のバルブ組立体。
前記孔が長方形形状を有し、前記アクチュエータロッドが前記ピストン内の開口部を貫通して延在し、前記開口部の螺旋状のねじれ角度が前記ピストンの第１の側に第１の半径方向角度位置と、前記ピストンの第２の側に第２の半径方向角度位置とを有する、請求項１又は２に記載のバルブ組立体。
前記孔が第１の軸に沿って螺旋形状を有する、請求項１に記載のバルブ組立体。
前記孔の外周縁は三角形を有し、前記アクチュエータロッドは、前記ピストンが前記アクチュエータロッドと共に移動するにつれて前記ピストンに対して回転可能に固定される、請求項４に記載のバルブ組立体。
内側ハウジング面を有するアクチュエータハウジングであって、内側ハウジング面が前記アクチュエータハウジングを貫通する孔を画定し、前記孔が第１の長手軸を画定する、アクチュエータハウジングと、
前記内側ハウジング面と摺動可能に係合し、前記孔内に配置されるピストンであって、前記ピストンは、第１の位置と第２の位置との間で前記孔の前記第１の長手軸に沿って摺動可能であり、前記内側ハウジング面は、前記ピストンが前記第１の位置と第２の位置との間で前記第１の長手軸に沿って摺動するにつれて、前記ピストンの回転運動を制御するように配設される、ピストンと、
第２の長手軸を有し、前記孔内に配置されるアクチュエータロッドであって、前記ピストンを貫通して延在し、ロータリバルブのバルブシャフトに結合するように配設され、前記ピストンが前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記アクチュエータロッドに沿って摺動する、アクチュエータロッドと、を備え、
前記ピストンおよび前記アクチュエータロッドが、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記孔に沿う前記ピストンの軸方向運動が前記アクチュエータロッドを前記第２の長手軸を中心として回転させるように配設され、
(i) 前記孔は第１の長手軸に沿って長方形形状を有し、前記ピストンが孔の長方形形状に相補的な長方形の周縁を有し、前記アクチュエータロッドが第２の長手軸に沿って螺旋形状を有し、前記ピストンは、アクチュエータロッドに係合する角度を有する開口部を有し、
又は(ii) 前記アクチュエータハウジングは環状壁を含み、孔の外周は、環状壁の長手方向に沿う第１の長手軸の周りに螺旋構成を有するように、三角形の形状を有し、前記ピストンは孔の外周の三角形の形状に相補的である周縁部を有し、前記ピストンは第１の長手軸に沿って並進して回転し、アクチュエータロッドはピストンと共に回転する、バルブアクチュエータ。
前記孔が長方形形状を有し、前記ピストンが前記第１の長手軸に沿って平行移動するにつれて、前記アクチュエータロッドが前記ピストンに対して回転する、請求項６に記載のバルブアクチュエータ。
前記アクチュエータロッドが前記螺旋形状を有し、前記ピストンの開口部が螺旋状のねじれ角度を有して、前記アクチュエータロッドの前記螺旋形状と係合して、前記ピストンが前記第１の位置と第２の位置との間で摺動するにつれて前記アクチュエータロッドを回転させる、請求項６又は７に記載のバルブアクチュエータ。
前記アクチュエータロッドがロッド断面を有し、前記ピストンのねじれ角度を有する前記開口部が前記ロッド断面に相補的に成形され、前記ねじれ角度を有する開口部が前記ピストンの第１の側で前記第２の長手軸に対して第１の角度方向に整合され、前記ねじれ角度を有する開口部が前記ピストンの第２の側で前記第２の長手軸に対して第２の角度方向に整合される、請求項８に記載のバルブアクチュエータ。
前記孔が長方形形状を有し、前記孔は前記第１の長手軸に直角である面内に外周を有し、前記ピストンが回転せずに前記第１の長手軸に沿って平行移動する、請求項６〜９のいずれかに記載のバルブアクチュエータ。
前記ピストンが、前記ピストンの第１の側の第１のチャンバーと前記第１の側の反対である前記ピストンの第２の側の第２のチャンバーとに前記孔を分割し、前記第１および第２のチャンバーの各々は囲まれて、前記ピストンが第１の位置と第２の位置との間を移動するにつれて体積を変化させ、前記第１のチャンバー内に開く第１の流体ポート、および前記第２のチャンバー内に開く第２の流体ポートをさらに備え、前記流体ポートは、少なくとも１つの加圧空気源に連係可能に接続されるように配設され、前記第１または第２のチャンバー内に選択的に空気を注入して前記ピストンを前記アクチュエータロッドに沿って互いの反対方向に選択的に動かす、請求項６〜１０のいずれかに記載のバルブアクチュエータ。
前記ピストンが、前記ピストンの第１の側の第１のチャンバーと前記第１の側の反対である前記ピストンの第２の側の第２のチャンバーとに前記孔を分割し、前記第１および第２のチャンバーの各々は囲まれて、前記ピストンが前記第１の長手軸に沿って移動するにつれて体積を変化させ、前記第１のチャンバー内に開く第１の流体ポート、および前記第２のチャンバー内に配置されたスプリングをさらに備え、前記スプリングは前記ピストンを前記第１のチャンバーに向かって付勢するように配設され、前記第１の流体ポートは、加圧空気源に連係可能に接続されるように配設され、前記第１のチャンバー内に空気を注入して前記ピストンを前記第２のチャンバーに向かって動かす、請求項６〜１０のいずれかに記載のバルブアクチュエータ。
前記孔の外周縁は三角形を有し、前記ピストンが前記第１の長手軸に沿って移動するにつれて、前記ピストンが前記アクチュエータハウジングに対して回転する、請求項６に記載のバルブアクチュエータ。
前記孔の外周縁は三角形を有し、前記ピストンが前記第１の長手軸に沿って移動するにつれて、前記アクチュエータロッドが前記ピストンに対して回転する、請求項６又は１３に記載のバルブアクチュエータ。
前記孔の外周縁は三角形を有し、かつ前記孔が前記第１の長手軸に沿って螺旋形状を有するように成形される、請求項６、１３又は１４に記載のバルブアクチュエータ。
バルブアクチュエータによるバルブシャフトの回転が流量制御部材を開くおよび／または閉じるように配設された前記流量制御部材および前記バルブシャフトを備えるロータリバルブの流量制御部材を開くおよび／または閉じる方法であって、
前記バルブアクチュエータが、軸を中心とした孔であって、非円形軸方向断面周辺を有する、孔を形成する、ハウジングと、
前記孔内に配置され、前記孔の周縁に相補的な外周縁を有するピストンであって、第１の位置から第２の位置へ前記孔の前記軸に沿って平行移動するピストンと、前記孔内に配置されて前記ピストンを貫通して延在して前記バルブシャフトに連係可能に結合するアクチュエータロッドと、を備え、前記孔および前記アクチュエータロッドの少なくとも１つが前記軸に沿う前記ピストンの軸方向運動に応じて前記アクチュエータを回転させるように配設された螺旋形状を有し、
(i) 前記孔は軸に沿って長方形形状を有し、前記アクチュエータロッドが螺旋形状を有し、前記ピストンは、アクチュエータロッドの螺旋形状に係合する角度を有する開口部を有し、
又は(ii) 前記ハウジングは環状壁を含み、孔の外周縁は、孔の角部が環状壁の長手方向に沿う軸の周りに螺旋構成を有するように、三角形の形状を有し、前記ピストンは孔の外周の三角形の形状に相補的である周縁部を有し、
前記方法が、
前記軸に沿って第１の方向に前記ピストンを付勢するステップと、
前記第１の方向の前記ピストンの運動に応じて第１の角度方向に前記アクチュエータロッドおよび前記バルブシャフトを回転させるステップと、
前記第１の角度方向の前記バルブシャフトの前記回転に応じて前記流量制御部材を開くステップと、を含む、方法。
前記第１の方向と反対の前記軸に沿う第２の方向に前記ピストンを付勢するステップと、
前記第２の方向の前記ピストンの前記運動に応じて第２の角度方向に前記アクチュエータロッドおよび前記バルブシャフトを回転させるステップと、
前記第２の角度方向の前記バルブシャフトの前記回転に応じて前記流量制御部材を閉じるステップと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記孔は第１の軸に沿って長方形形状を有し、前記ピストンは前記孔の断面形状と相補的な周縁を有し、前記アクチュエータロッドは第２の軸に沿って螺旋形状を有し、前記ピストンは、アクチュエータロッドの螺旋形状に係合する螺旋状のねじれ角度を有する開口部を有する、請求項１に記載のバルブ組立体。
前記ハウジングは環状壁を含み、孔の外周は、環状壁の内側ハウジング面の長手方向に沿う第１の軸の周りに孔の角部がねじれるように、三角形の形状を有し、前記ピストンは孔の外周の三角形の形状に相補的である周縁部を有し、前記ピストンは第１の軸に沿って並進して回転し、アクチュエータロッドはピストンと共に回転する、請求項１に記載のバルブ組立体。