JP6411738B2 - 圧力平衡ばね荷重オーバートラベル密閉装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題は一般に、圧力平衡制御弁に関し、より詳細には高温で使用するために密閉特性が強化された圧力平衡制御弁に関する。

制御弁は、油およびガス処理、発電、精製、石油化学、および水管理産業で使用されるシステムにおいて流体の流れを制御するのに使用される。従来の制御弁は典型的には、入口および出口を備えた弁本体を含む。ケージおよびシートリングが、入口と出口の間に配設される。ケージは、制御弁の入口と出口の流体連通を可能にする少なくとも１つのポートを有する。用語「流体連通」は、流体が導管を通って１つの空間から別の空間に流れる際、流体がその間を通過する、またはそこを通って通過することが可能であることを意味する。プラグがケージ内に同心円状に配設され、軸方向に並進することが許容されることで、ケージポートを露出し、流体流れを調整する。このプラグは、ステムを利用してアクチュエータに接続される。アクチュエータは、弁を開閉するための力および運動を供給する装置であり、機械的、空気圧式、油圧式または電気的手段によって動力が与えられてよい。

一部の制御弁は、弁プラグ全体にわたる圧力を平衡することで、アクチュエータによって弁を開閉するのに必要な力の大きさを減少させるように設計されている。平衡制御弁は典型的には、ケージ、プラグ、ステム、シートリングおよび平衡シールを含む。プラグは、頂部と底部の間の流体連通を可能にする少なくとも１つの導管またはオリフィスを有し、これが、プラグ全体にわたる圧力を平衡する。シールリングが、プラグとケージの間に設けられることで、流体の漏出を最小限にすることができる。平衡制御弁は典型的には、閉鎖したとき、主に可能性のある流体の２つの漏出経路を有する。第１の漏出経路は、プラグとシートリングの間にあり、この場合十分なアクチュエータの力が、流れを妨げるために強固な金属間の接触を形成することになる。このような漏出はさらに、プラグが弁シートに接触したときにも生じる可能性がある。第２の可能性のある漏出経路は、プラグとケージの間に配設されたシールリングである。

米国国家規格協会（「ＡＮＳＩ」）は、制御弁に関する漏出分類（ＡＮＳＩ／ＦＣＩ ７０−２）を確立している。この基準は、シート漏出を６つの等級（等級Ｉから等級ＶＩ）に分類する。漏出の判定基準は、等級数が上がるにつれてより厳しくなる。等級Ｖは、一般に「事実上ゼロの漏出」の制御弁と呼ばれる。等級Ｖの弁に関する基準は、弁を通ることが許された最大漏出が、１分当たり、ポートの直径のインチ当たり、弁の入口ポートから弁の出口ポートまで測定されたＰＳＩ圧力差当たり０．０００５ｍｌの水である。

平衡弁は、プラグとケージの間に配設された、いくつかの異なるシール、例えばピストンリングシールと共に使用されてよい。ピストンリングシールは、弁の用途によって（すなわち流体のタイプ、温度、圧力）、テフロン、金属およびグラファイトなどの様々な材料から作製されてよい。テフロンのピストンリングシールは例えば、かなり厳密に遮断することが可能であり得るが、流体の温度によって利用法を制限される場合がある。グラファイトおよび金属のピストンリングシールは、弁が高温用途で使用されることを可能にすることができるが、このような材料は、厳密に遮断することができない可能性がある。

典型的なピストンリングシールは、その密閉面と接触する間、かなりの摩擦を生成する可能性がある。このような摩擦は、ＦＣＩ ７０−２等級Ｖの漏出要件より高い漏出を許容する用途で容認され得る場合がある。例えば等級ＩＩ、等級ＩＩＩまたはさらに等級ＩＶは、その各々の漏出要件に合致するために、より小さな接触圧力しか必要としないが、等級Ｖは、比較すると、桁違いに大きな規模でこれより厳密である。ピストンリングタイプの密閉部材による等級Ｖの遮断をエラストマーまたは熱可塑性プラスチックの使用可能範囲を超える温度で実現することは典型的に、大きな摩擦をもたらし作動要件を上げることになり（すなわち、弁を開閉するのに大きな力が必要とされる）、弁の操作を難しくすることになる。

本発明の実施形態は、高温におけるシールの摩擦を抑えることで、弁を絞るのに必要な作動スラストの大きさを減少させることができる。

例示の非制限的な一実施形態では、装置は、ケージと、ケージ内に配設されたメインプラグとを含む。メインプラグは、メインプラグ閉鎖位置とメインプラグ開放位置の間で可動である。装置は、メインプラグ上に配設されたシール組立体を含み、このシール組立体は、メインプラグがメインプラグ閉鎖位置にあるときケージに接触するように構成され、シール全体にわたる圧力差が減少する際、ケージとの接触を緩和させる、またはなくすように構成されたシールを有する。装置はまた、閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動な圧力平衡組立体を含む。圧力平衡組立体は、圧力平衡組立体がオーバートラベル位置にあるとき、シールとケージ間の摩擦を緩和させるように構成されている。

別の実施形態では、弁トリムを通る流体の流れを制御するための方法は、ケージ内に配設されたメインプラグによって出口導管を密閉するステップを含む。メインプラグは、ケージと結合されたシートリングに着座する。この方法は、シールに対して一定の力を加えることでメインプラグとケージの間の空間を閉鎖し、メインプラグがシートリングに着座する際、この空間内の密閉圧力を維持するステップを含む。方法は、シール全体にわたる圧力差を平衡するステップと、シートリングからメインプラグを外すステップとを含む。

別の実施形態では、弁トリムを通る流体の流れを制御するためのシステムは、ケージと、ケージ内に配設されたメインプラグと、メインプラグと係合するように構成されたシートリングとを含む。シールに対して一定の力を加えることでメインプラグとケージの間の空間を閉鎖し、メインプラグがシートリングに着座する際、シール全体にわたる圧力差を維持するためのサブシステムが設けられる。メインプラグのいかなる移動より前にシール全体にわたる圧力差を平衡するサブシステムもまた設けられる。システムはまた、シートリングからメインプラグを外すサブシステムも含んでいる。

本発明の他の特徴および利点は、一例として本発明の特定の態様の原理を例示する添付の図面と併せて以下の好ましい実施形態のより詳細な記載から明らかになるであろう。

弁トリムの一実施形態の部分切欠き図である。 弁トリムの一実施形態の外側の斜視図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図であり、閉鎖位置の弁トリムの実施形態を示す概略図（縮尺通りではない）である。 関連する空間および空洞を示す、図１の弁トリムの一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 圧力平衡位置にある、図１の弁トリムの一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 開放位置にある、図１の弁トリムの一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 シールの一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 シールの代替の一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 閉鎖位置にある弁トリムの代替の一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 圧力平衡位置にある、図８の弁トリムの代替の一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 開放位置にある、図８の弁トリムの代替の一実施形態の断面の概略図（縮尺通りではない）である。 流体流れを制御するための方法のフローチャートである。

本開示による弁トリムは、ケージ、プラグ、シートリングおよび圧力平衡組立体を含む。弁トリムはまた、シール組立体を含んでおり、これはメインプラグが閉鎖位置にあるときケージと接触するように構成されたシールを含んでいる。このシールはまた、シール全体にわたる圧力差が基本的に平衡されたとき、ケージとの接触を緩和するまたはなくすように構成される。シールは、そのひずみエネルギーに関連する所定の弾性または剛性を備えることで、シールは、それをケージに対して押しやるように作用する圧力差が減少する際、ケージから離れるように移動する傾向にある。圧力平衡組立体は、シール組立体と併せてメインプラグが閉鎖位置にある間必要とされるシールの厳密な遮断を実現し、その一方で厳密な遮断がもはや必要でなくなったとき、メインプラグを絞る作用において（閉鎖位置と開放位置の間でのメインプラグの移動）、接触および望ましくない摩擦を緩和するまたはなくす。圧力平衡組立体は、ケージとメインプラグの間の何らかの相対運動の前に弁が閉鎖される際に見られる高い圧力差を緩和させることができる。メインプラグおよびシール組立体は、半径方向シール（プラグまたはケージの段差または縮小された直径の面を持たない）を形成し、容易な領域の交替およびトリムの改善の可能性を可能にする。本開示による弁トリムは、厳密な遮断を目的とした半径方向の円筒形のシールとして高温の金属材料の使用を可能にし、その一方で、絞り作用における望ましくない摩擦特性を排除し、過剰なアクチュエータのスラスト要件をなくす。

図１は、一実施形態によるトリム組立体１１の部分切欠き図である。トリム組立体１１は、ケージポート１４を有するケージ１３を含む。メインプラグ１５が、ケージ１３の内部に配設される。シートリング２１が、ケージ１３の下に配設される。メインプラグ１５の上部１７は、空洞２４を含む。メインプラグ１５はまた、パイロットチャンバ２７に流体結合された１つまたは複数の平衡導管２５と、長手方向の導管２６とを備える。パイロットプラグ３３が、空洞２４の内部に配設され、パイロットステム３５およびアクチュエータ３６に接続され、パイロットフランジ３９を備える。パイロット密閉面３７は、メインプラグ１５上のパイロットシート４０に係合するように適合される。パイロットフランジ３９は、空洞２４と流体連通する１つまたは複数の軸方向の導管４１を備える場合がある。保持リング４３が、メインプラグ１５の上部１７に結合され、パイロットプラグ３３が上昇する際、パイロットフランジ３９と係合するように適合される。メインプラグ１５の上部１７に隣接して、シール組立体４６が配設され、これは圧力付勢シール（シール４７）と、荷重伝達組立体４９と、弾性部材５０とを含む。１つまたは複数の低摩擦流れ制限装置５１が、メインプラグ１５とケージ１３の間に配設される。ケージ１３の内側面、メインプラグ１５の外側面、シール４７および低摩擦流れ制限装置５１が、シール平衡空間５２を画定する。シール平衡空間５２は、平衡導管２５およびパイロットチャンバ２７と流体連通する。その構成要素およびそれぞれの作用は、図２から図６を参照して以下でより詳細に記載されており、これらの図面は、別の実施形態の構成要素および作用ならびにそれぞれ操作を概略的に表現するものである。

図２は、本発明の一実施形態によるトリム組立体１１の外側の斜視図である。トリム組立体１１は、１つまたは複数のケージポート１４を有するケージ１３を含む。

図３は、Ａ−Ａと表示された図２の線に沿って切り取った断面図であり、制御弁（図示せず）に組み込むことができるトリム組立体１１を示している。寸法および関係性は縮尺通りではなく単に概略的に示されており、構成要素の相対的な寸法は、例示を明瞭にするために誇張されていることに留意されたい。典型的には、構成要素同士は厳密に嵌合し、相対的に精密な許容公差を有する。トリム組立体１１は、ケージポート１４を有するケージ１３を含んでおり、トリム組立体１１が開放位置にあるとき、流体がこのケージポート１４を通って流れることができる。ケージ１３は、中空の円筒形の形状であってよく、ケージポート１４は、ケージ１３を貫通する多様な特異なアパーチャ形状の１つであることにより、ケージ１３の外側に流体が流れることを可能にし得る。ケージ１３の内部に配設されるのは、単一の構成要素であり得るメインプラグ１５であり、これは下部１６、上部１７および主要な着座面１８を有する。またケージ１３の真下に配設されるのはシートリング２１である。シートリング２１は、リング形状の構成要素であってよく、メインプラグ１５の主要な着座面１８に係合する傾斜付きの内側面を備える場合がある。シートリング２１と、メインプラグ１５の主要な着座面１８が、トリム組立体１１が閉鎖位置にあるとき、緊密なシールを形成する。

図４は、図３のトリム組立体１１を示しており、トリム組立体１１の種々の空間および空洞を示している。構成要素間の相対的な間隔は、記載される種々の空間、チャンバおよび空洞を図示するために、図３と比較して誇張されている。上流空間２２（図４の点線２２に対応する）は、メインプラグ１５とシートリング２１によって形成される緊密なシールによって下流空間２３（図４の点線２３に対応する）から密閉される。用語「下流」および「上流」は、相対的な用語であり、相対的な意味は、弁が「流れ開放」弁または「流れ閉鎖」弁であるかに左右されてよい。本明細書で使用される際、用語「上流」は、システムのより高い圧力領域を指している。

一実施形態において、メインプラグ１５の上部１７は、空洞２４（図４の点線２４に対応する）を含む。空洞２４は、上流空間２２の一部と見なすことができる。メインプラグ１５はまた、パイロットチャンバ２７（図４の点線２７に対応する）に流体結合された１つまたは複数の平衡導管２５を備える場合がある。メインプラグ１５はまた、上流空間２２と空洞２４の間に流体連通を形成する長手方向の導管２６を備える。

トリム組立体１１は、圧力平衡組立体３１を備える。一実施形態において、圧力平衡組立体３１は、空洞２４の内部に配設されたパイロットプラグ３３を含む。パイロットプラグ３３は、様々な形状の１つであってよく、これには数ある中でも、図３に示されるような球状、斜面付きの端部面を備えた円筒形または円錐形が含まれる。圧力平衡組立体３１は、アクチュエータ３６に接続されたパイロットステム３５と、パイロット密閉面３７とパイロットフランジ３９とを含む。パイロット密閉面３７は、メインプラグ１５上でパイロットシート４０に係合するように適合される。パイロットフランジ３９は、空洞２４と流体連通する１つまたは複数の軸方向の導管４１を備える場合がある。保持リング４３が、メインプラグ１５の上部１７に結合され、パイロットプラグ３３が上昇する際、パイロットフランジ３９に係合するように適合される。

メインプラグ１５の上部１７に隣接して配設されるのは、シール組立体４６である。シール組立体４６は、メインプラグ１５上に形成された第１の密閉面４８と係合するシール４７を含む。シール４７の密閉効果は、シール４７に対して作用する圧力差（シール圧力）が増大する際に高まる。シール組立体４６は、荷重伝達組立体４９と、例えばばねなどの弾性部材５０とを含んでおり、これはシール４７に一定の力を加えることで、メインプラグ１５が閉鎖位置にあるときシール４７をケージ１３との高い摩擦接触状態に維持する。荷重伝達組立体４９は、パイロットステム３５に装着されてよく、パイロットステム３５の移動と共に移動されるように適合される。弾性部材５０は、ベルヴィル（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）式ワッシャーであってよい。

１つまたは複数の低摩擦流れ制限装置５１が、メインプラグ１５とケージ１３の間に配設される。低摩擦流れ制限装置５１は、数ある中でも圧力付勢ポリマーリング、金属リング、ＴＦＥと弾性材料の組み合わせ、金属とグラファイトの組み合わせから選択された１つのタイプであってよい。低摩擦流れ制限装置５１は、相対的に低い摩擦シールを形成し、規制された定量式のやり方で（すなわち流れを制御し、漏出を阻止する）パイロットチャンバ２７およびシール平衡空間５２を加圧し易くする。

ケージ１３の内側面、メインプラグ１５の外側面、シール４７および低摩擦流れ制限装置５１が、シール平衡空間５２（図４の点線５２に対応する）を画定する。シール平衡空間５２は、平衡導管２５およびパイロットチャンバ２７と流体連通する。

トリム組立体１１の種々の構成要素は、様々な材料を使用して作製することができる。特定の材料は、例えば流体圧力および作動温度、流体の化学特性、コストおよび配管系の問題などの作動パラメータに左右される。例えば、腐食性の流体の用途は、１つまたは複数のケージ１３、メインプラグ１５、パイロットプラグ３３、シートリング２１およびパイロットステム３５をステンレス鋼または任意の他の適切な材料（例えばチタン、二重ステンレス鋼、またはニッケル合金など）から作製されることを必要とする場合がある。

トリム組立体１１の構成要素の作用に注目すると、図３は、閉鎖位置にあるトリム組立体１１を示している。圧力平衡組立体３１およびパイロットプラグ３３もまた、閉鎖位置にある。メインプラグ１５が、ケージポート１４および下流空間２３を上流空間２２から密閉する。上流空間２２は、上流圧力（Ｐ１）であり、下流空間２３は、下流圧力（Ｐ２）である。上流圧力（Ｐ１）は、下流圧力（Ｐ２）より高い。パイロットプラグ３３が、パイロットチャンバ２７を空洞２４から密閉する。シール４７は、シール平衡空間５２を空洞２４から密閉する。メインプラグ１５が閉鎖位置にあるとき、空洞２４内の圧力は、空洞２４を上流空間２２に流体結合する長手方向の導管２６を利用して上流圧力（Ｐ１）に維持される。シール平衡空間５２内の圧力は、下流圧力（Ｐ２）に維持されるが、これはシール平衡空間５２を下流空間２３と接続するためである。低摩擦流れ制限装置５１によって、十分な流れを可能にすることによって、シール平衡空間５２内の圧力が十分な時間が経過した後、下流空間２３内の圧力と等しくなる。シール４７は、荷重伝達組立体４９によってケージと接触するように維持される。シール４７は、シール４７に対して作用する荷重伝達組立体４９からの荷重と、圧力差（上流圧力（Ｐ１）と下流圧力（Ｐ２）の圧力差）の組み合わせによってケージ１３に押しやられる。シール４７に作用する圧力差は、シールの効果を高める。シール組立体４６は、メインプラグ１５が閉鎖位置にあるとき、高い摩擦シールを形成する。

図５は、図３のトリム組立体１１を示しており、圧力平衡組立体３１は圧力平衡位置にある。パイロットプラグ３３が上方に移動され、パイロットシート４０から外れること（開放パイロットプラグ位置）によって、パイロットチャンバ２７を上流圧力（Ｐ１）で流体に対して曝す。低摩擦流れ制限装置５１は、シール平衡空間５２から下流空間２３に流れる流体の流れを、上流空間２２から平衡導管２５を通って流れる流量より十分に低い流量に制限することにより、シール平衡空間５２を加圧する。パイロットチャンバ２７およびシール平衡空間５２内の圧力はその結果、上流空間２２における圧力（Ｐ１）と平衡される。この時点において、トリム組立体１１およびパイロットプラグ３３は、オーバートラベル位置にある。オーバートラベルは、アクチュエータ３６およびパイロットステム３５のメインプラグ１５を移動させない任意の移動位置である。パイロットチャンバ２７における圧力が上流圧力（Ｐ１）まで上昇する際、シール４７に作用する圧力差は減少する。付加的に、荷重伝達組立体４９が移動されることで、荷重伝達組立体４９によってシール４７に及ぼされる荷重が減少する、またはなくなる。荷重の排除および圧力の平衡作用によって、メインプラグ１５が移動される前に、シール４７とケージ１３の摩擦および接触が緩和される、またはなくなることにより、アクチュエータ３６のスラスト要件が緩和される。図５における全ての他の参照番号は、図３を参照して既に記載されている。

この実施形態では、メインプラグ１５は、開放されたとき上方に移動するが、他の実施形態は、開放されたときメインプラグ１５が下方に移動するようなやり方で構成される場合もある。付加的に用語「上方」および「下方」は、図面の向きを参照して使用されており、何らかの方法に限定することは意図されていない。本開示で使用されるように「平衡される」とは、シール平衡空間５２内の圧力が増大することで、空洞２４内の流体の圧力と、シール平衡空間５２内の流体の圧力の差が減少することを意味する。

図６は、図３のトリム組立体１１を示しており、圧力平衡組立体３１は開放位置にある。この開放位置において、パイロットプラグ３３は、完全に開放した位置にあり、パイロットフランジ３９は、保持リング４３と係合する。パイロットプラグ３３の移動により、メインプラグ１５を開放位置へと移動させる。シール４７とケージ１３の接触が緩和される、またはなくなることにより、メインプラグ１５の移動によって生じる摩擦が有意に低下する。図５における全ての他の参照番号は、図３を参照して既に記載されている。

図７および図８は、シール４７の別の実施形態を示している。図７の実施形態では、シール４７は、荷重または圧力差を適用した際にねじれる圧力付勢ねじれシールであってよい。シール４７は、斜面の高さに沿って断面の厚さが変動する円錐台形状を有してよい。シール４７は、より厚みのある中央部分を備えることで、本体のストレスを所望のレベルまで最小限にすることができる。シール４７は、メインプラグ１５上の第１の密閉面４８に着座する。第１の密閉面４８の構成は、変化する可能性があり、例えばそれは直線である、傾けられるまたはくぼませる場合がある。シール４７は、弾性率比に対する高い強度を有する金属で作製されてよく、例えば高い温度特性およびクリープ寿命に優れていることを示すオーステナイト系のニッケル−クロムベースの超合金で作製されてよい。シール４７は、十分な弾性または剛性を備えており、流体圧力または荷重伝達組立体４９からの荷重が減少したとき、ケージ１３との密閉接触を緩和させる。シール４７は、底部の起伏またはグランド５５を備えることで、第１の密閉面４８上の戻り止め面５７と係合する形状とすることができる。シール４７が半径方向に外向きに延在し、アクチュエータ３６からのより小さな軸方向のスラストの下にケージ１３との所定の隙間を閉鎖することができるように、グランド５５および戻り止め面５７によってシール４７とメインプラグ１５間の摺動作用を容易にする。例えば、図７に示される実施形態において、戻り止め面５７は、楔形であり、凸形状のグランド５５に係合するように適合される。図８に示される実施形態では、凹形状の戻り止め面５７が、凸形状のグランド５５に係合することで適切なシールを形成するように適合されている。

シール４７の底部はまた、シール４７とプラグ間の接触面に生成される接触圧力が、最適なレベルに維持されることで、何らかの二次的な漏出経路を塞ぎ、それと同時にシール４７のいかなる過剰な可塑的変形も最小限にすることを保証する。

図９に示されるのは、トリム組立体１１の第２の実施形態である。トリム組立体１１は、ケージポート１４を有するケージ１３と、ケージ１３の内部に配設されたメインプラグ１５とを含む。メインプラグ１５は、環状の管のような形状であってよく、ケージ１３の中で摺動するように構成されている。

メインプラグ１５は、ケージ１３の下に配設されたシートリング２１に係合する主要な着座面１８を備える。メインプラグ１５は、開口７６を有する平衡導管７５を含む。メインプラグ１５はまた、メインプラグ１５の底部にプラグプラットフォーム９８を備える場合もある。

トリム組立体１１は、メインプラグ１５に形成された第１の密閉面４８上に配設されたシール４７、すなわち高摩擦ねじれシールを備える。シール４７は、２つの機構、すなわち荷重伝達組立体９１と、シール４７に対して作用する圧力差によってケージ１３に押しやられる。１つまたは複数の経路９２が、荷重伝達組立体９１の中に形成されてよい。増大する圧力がシール４７に加えられる際、それは、より高い内部ストレスと接触圧力によって変形し、シール面を密閉し続ける。トリム組立体１１はまた、低摩擦流れ制限装置５１を備える。ケージ１３の内側、シール４７と協働するメインプラグ１５の外側、および低摩擦流れ制限装置５１が、シール平衡空間９９（図９の点線９９に対応する）を画定する。平衡導管７５が、シール平衡空間９９に流体結合される。メインプラグ１５より下に配設されるのは上流圧力（Ｐ１）の上流空間２２（図９の点線２２に対応する）であり、メインプラグ１５より上に配設されるのは加圧空間１００（図９の点線１００に対応する）である。加圧空間１００はまた、加圧空間１００を上流空間２２に結合する長手方向の導管１０１を利用して上流圧力（Ｐ１）に維持される。上流空間２２および加圧空間１００は、上流圧力（Ｐ１）の単一の空間とみなされてよい。用語「より上」および「より下」は、図面を参照して特定される要素の相対的な場所を指しており、実際の利用におけるトリム組立体１１の構成要素の向きを指すことは意図されていない。

トリム組立体１１はまた、細長いロッドの形状のステム８１を有するステム組立体７９を含む。トリム組立体１１はまた、ステム８１の直径より大きな直径を有するナット８５と、これもまたステム８１の直径より大きな直径を有する密閉フランジ９７を含む圧力平衡組立体９６とを含む。圧力平衡組立体９６は、閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動である。ステム組立体７９は、密閉フランジ９７に係合する弾性部材５０によって付勢されてよい。ステム組立体７９は、ステム組立体７９を駆動し、ステム組立体７９をケージ１３内で摺動させるアクチュエータ３６に結合されてよい。荷重伝達組立体９１は、例えばベルヴィルワッシャーなどの弾性部材１０２によって付勢されてよい。

図９は、トリム組立体１１の一実施形態を示しており、これは、閉鎖位置にある圧力平衡組立体９６と、メインプラグ１５とを備える。荷重伝達組立体９１がシール４７と接触し、シール４７をケージ１３と接触するように押しやる。閉鎖位置において、上流空間２２は、上流圧力（Ｐ１）に維持され、ケージポート１４は、下流圧力（Ｐ２）に維持される。メインプラグ１５の主要な着座面１８がシートリング２１に着座することで、緊密なシールを形成する。メインプラグ１５は、アクチュエータ３６によってシートリング２１に押しやられる。密閉フランジ９７が、平衡導管７５を密閉する。シール４７および低摩擦流れ制限装置５１が、下流圧力（Ｐ２）に維持されるシール平衡空間９９を密閉する。低摩擦流れ制限装置５１によって流体の流れを制限することが可能になり、その結果、シール平衡空間９９の圧力は、ケージポート１４における流体の下流圧力（Ｐ２）とほぼ同じになる。加圧空間１００は、長手方向の導管１０１を介して上流空間２２と流体連通することで、加圧空間１００内の圧力を上流圧力（Ｐ１）に維持する。メインプラグ１５が閉鎖位置にあるとき、密閉フランジ９７が開口７６を覆い、シール平衡空間９９における圧力（Ｐ２）と、加圧空間１００における圧力（Ｐ１）の圧力差が、シール４７を完全に加圧された状態に維持し、ケージ１３との緊密な密閉関係を保つ。加圧空間１００、シール平衡空間９９、平衡導管７５および密閉フランジ９７が、ステム８１が移動される際、圧力平衡組立体として機能する。

図１０は、図９のトリム組立体１１を示しており、圧力平衡組立体９６はオーバートラベル位置にあり、メインプラグ１５は圧力平衡位置にある。この位置において、ステム組立体７９は、密閉フランジ９７を移動させるのに十分な距離に移動されているため、平衡導管７５を覆っていない。シール平衡空間９９はこのとき、上流圧力Ｐ１である加圧空間１００と流体結合される。低摩擦流れ制限装置５１を通る流体の漏出は、シール平衡空間９９への流入量より少ないため、一定の時間が経過した後、シール平衡空間９９内の圧力は上流圧力まで増大し、これによりシール４７に作用する圧力差を減少させる、またはなくす。その結果は、シール４７によってケージ１３に対して及ぼされる圧力が有意に低下する、あるいはメインプラグ１５の何らかの移動の前にシール４７とケージ１３が接触しなくなる。図１０における全ての他の参照番号は、図９を参照して既に記載されている。

図１１は、図９のトリム組立体１１を示しており、圧力平衡組立体９６は開放位置にあり、メインプラグ１５は開放絞り位置にある。ステム組立体７９は、上方に移動され、ナット８５が、メインプラグ１５の底部に係合する。シール４７に対して作用する圧力が平衡されることにより、シール４７のケージ１３との接触を緩和させる、またはなくす。結果としてシール４７とケージ１３間の摩擦が緩和される。摩擦の緩和により、アクチュエータ３６がメインプラグ１５を移動させるのに必要とするスラストが低下する。図１１における全ての他の参照番号は、図９を参照して既に記載されている。

シール４７全体にわたる圧力を平衡するための２つの例のみが記載されているが（図２から図４の圧力平衡組立体３１および図９から図１１のステム組立体７９）、本発明の趣旨から逸脱することなく、荷重を平衡するための等価な機構を設けることは当業者には明らかであろう。当業者には明らかであるように、シール４７に対する圧力が均衡される際、シール４７に対する力を低下させる同様の他の構成も企図される。

図１２は、トリム組立体１１の実施形態によって実装され、トリム組立体１１の作動を通して流体の流れを制御するための方法１０５を示している。

図２、４、５、８、９、１０および１１を参照すると、ボックス１０７によって示されるように、トリム組立体１１は、ケージ１３内に配設されたメインプラグ１５によって上流空間２２を密閉し、このメインプラグ１５は、シートリング２１に着座する。

ボックス１０９によって示されるように、メインプラグ１５がシートリング２１に着座する際、軸方向のオーバートラベルが生じ、トリム組立体１１が、シール４７に対して一定の力を加えることでメインプラグ１５とケージ１３の間のシール平衡空間５２を閉鎖し、上流圧力Ｐ１と下流圧力（Ｐ２）の間に緊密なシールを形成する。このステップにおいて、この力は、荷重伝達組立体４９によって加えることができる。

ボックス１１１によって示されるように、トリム組立体１１は、メインプラグ１５の上部を密閉圧力Ｐ１に維持する。これは、パイロット密閉面３７が、パイロットシート４０上に着座することによりシール４７全体にわたる圧力差を生成する際、図２に示される圧力平衡組立体３１によって実現されてよい。あるいはこれは、開口７６を覆う図９の密閉フランジ９７によって実現される場合もある。

ボックス１１３によって示されるように、トリム組立体１１は、シール４７全体にわたる圧力を平衡する。これは、図２に示される圧力平衡組立体３１の移動によって、または図８に示される密閉フランジ９７の移動によって実現される。

ボックス１１５によって示されるように、トリム組立体１１は、シール４７に対する力を低下させる。これは、荷重伝達組立体４９に係合するアクチュエータ３６を介して実現されてよい。

ボックス１１７によって示されるように、圧力平衡組立体３１が、メインプラグ１５に係合する。

ボックス１１９によって示されるように、トリム組立体１１は、メインプラグ１５をシートリング２１から外す。

方法ステップは一連の順番で記載されているが、このような方法は、代替の順番で作用するように構成される場合もある。換言すると、本特許出願に記載され得る任意のシーケンスまたは任意の順番のステップは、それ自体において、かつそれ自体で、そのステップがその順番で実施される特定の要件を示すものではない。本明細書に記載されるプロセスのステップは、任意の他の実践形態において行なわれる場合もある。さらに一部のステップは、同時には行なわれないことが記載されている、または示唆されているにも関わらず（例えば特定のステップが他のステップの跡に記載されることにより）、同時に行なわれる場合もある。さらに図面におけるその描写によるプロセスの例示は、例示のプロセスが、それに対する他の変形形態および修正形態を排除することを示唆するものではなく、例示のプロセスまたは任意のそのステップが、本発明に必須であることを示唆するものではなく、例示のプロセスが好ましいものであることを示唆するものではない。

用語の定義が一般に使用される用語の意味から逸脱する場合、出願人は、本明細書に提供される定義を利用することを意図している。

本明細書で使用される技術用語は、単に記載する特定の実施形態の目的のためであり、本明細書を限定することは意図していない。用語の定義が、一般に使用される用語の意味から逸脱する場合、出願人は、特別にそうでないことが指摘されなければ、本明細書で提供される定義を利用することを意図している。単数形態の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その文脈がそうでないことを明白に指摘していなければ複数形態も同様に含むことが意図されている。用語第１、第２などは、種々の要素を記載するために使用される場合があり、これらの要素は、このような用語によって制限されるべきではない。これらの用語は単に、１つの要素を別の要素から区別するのに使用されているだけである。用語「および／または」は、１つまたは複数の関連する列記された項目の任意のおよび全ての組み合わせを含む。

この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

１１ トリム組立体
１３ ケージ
１４ ケージポート
１５ メインプラグ
１６ 下部
１７ 上部
１８ 主要な着座面
２１ シートリング
２２ 上流空間
２３ 下流空間
２４ 空洞
２５ 平衡導管
２６ 長手方向の導管
２７ パイロットチャンバ
３１ パイロット組立体
３３ パイロットプラグ
３５ パイロットステム
３６ アクチュエータ
３７ パイロット密閉面
３９ パイロットフランジ
４０ パイロットシート
４１ 軸方向の導管
４３ 保持リング
４６ シール組立体
４７ シール
４８ 第１の密閉面
４９ 荷重伝達組立体
５０ ばね
５１ 流れ制限装置
５２ シール平衡空間
５３ 中央部分
５５ グランド
５７ 戻り止め面
７５ 平衡導管
７６ 開口
７９ ステム組立体
８１ ステム
８５ ナット
９１ 荷重伝達組立体
９２ 経路
９７ 密閉フランジ
９８ プラグプラットフォーム
９９ シール平衡空間
１００ 加圧空間
１０１ 長手方向の導管
１０２ ばね
１０５ トリム組立体１１によって実装され、トリム組立体１１の作動を通して流体の流れを制御するための方法
１０７ トリム組立体１１は、ケージ１３内に配設されたメインプラグ１５によって上流空間２２を密閉し、このメインプラグ１５は、シートリング２１に着座する。
１０９ メインプラグ１５がシートリング２１に着座する際、軸方向のオーバートラベルが生じ、トリム組立体１１が、シール４７に対して一定の力を加えることでメインプラグ１５とケージ１３の間のシール平衡空間５２を閉鎖し、上流圧力Ｐ１と下流圧力（Ｐ２）の間に緊密なシールを形成する。
１１１ トリム組立体１１は、メインプラグ１５の上部を密閉圧力Ｐ１に維持する。
１１３ トリム組立体１１は、シール４７全体にわたる圧力を平衡する。
１１５ トリム組立体１１は、シール４７に対する力を低下させる。
１１７ パイロット組立体３１が、メインプラグ１５に係合する。
１１９ トリム組立体１１は、メインプラグ１５をシートリング２１から外す。

Claims (19)

1. ケージと、
   前記ケージ内に配設され、メインプラグ閉鎖位置と、メインプラグ開放位置の間で可動であるメインプラグと、
   前記メインプラグが、前記メインプラグ閉鎖位置にあるとき、前記ケージと高い摩擦接触するように押しやられ、前記シール全体にわたる圧力差を維持するシールを有するシール組立体と、
   前記メインプラグ閉鎖位置で前記シールに接触するように構成され、前記シールに対して移動可能な第１の部材を備える荷重伝達組立体と、
   閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動な圧力平衡組立体であって、前記オーバートラベル位置にあるとき、前記シール全体にわたる圧力差を平衡し、前記シールと前記ケージ間の摩擦を緩和させるように構成される圧力平衡組立体と、
   を備える、装置。
2. 加圧空間と、
   シール平衡空間と、
   をさらに備え、
   前記圧力平衡組立体が、前記圧力平衡組立体がオーバートラベル位置にあるとき、前記加圧空間を前記シール平衡空間に結合するように適合されたパイロットプラグを備える、
   請求項１に記載の装置。
3. 加圧空間と、
   シール平衡空間と、
   前記シール平衡空間と流体結合する導管と、
   をさらに備え、
   前記圧力平衡組立体が、ステム上に配設され、前記メインプラグが前記閉鎖位置にあるとき、前記導管を密閉するように適合された密閉部材を備える、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記密閉部材が、前記メインプラグが前記メインプラグ閉鎖位置にあるとき、前記導管を密閉するように適合され、前記メインプラグが前記メインプラグ開放位置にあるとき、前記導管を閉じないように適合される、前記ステムに結合されたフランジを備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記密閉部材が、閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動なパイロットプラグを備える、請求項３または４に記載の装置。
6. 前記パイロットプラグに結合されたフランジと、
   前記メインプラグに結合され、前記パイロットプラグが開放位置にあるとき、前記フランジに係合するように構成された保持リングと、
   をさらに備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記シールが圧力付勢シールである、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 弁トリムを通る流体の流れを制御するための方法であって、
   シールを荷重によりケージと接触するように押しやるステップと、
   前記シール全体にわたる圧力差を維持するステップと、
   荷重伝達組立体の第１の部材を前記シールとの接触状態から移動させることで、前記シールを前記ケージとの接触状態から解放させるステップと、
   前記シール全体にわたる前記圧力差を平衡するステップと、
   前記圧力差が平衡される際、メインプラグを外すステップと、
   を含む、方法。
9. 前記圧力差を平衡するステップが、メインプラグ内に形成された空洞の内側に配設された圧力平衡組立体を移動させるステップを含み、前記圧力平衡組立体が、入口ポートと連通するパイロットチャンバを密閉するように構成される、請求項８に記載の方法。
10. 前記メインプラグを外すステップが、前記圧力差が平衡される際、前記メインプラグを前記圧力平衡組立体と係合させることで前記メインプラグを移動させ、前記シールと前記ケージとの接触を最小限にする、またはなくすステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 押しやるステップが、前記シールを荷重伝達組立体によって前記ケージに対して押しやるステップを含む、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記圧力差が平衡される際、前記シールに対する前記荷重を緩和させるステップをさらに含む、請求項８から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記圧力平衡組立体が、閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動であり、
    前記メインプラグを外すステップが、前記圧力平衡組立体が開放位置にあるとき、前記メインプラグを前記圧力平衡組立体と係合させるステップを含む、
    請求項９に記載の方法。
14. 弁トリムを通る流体の流れを制御するためのシステムであって、
    ケージと、
    前記ケージ内に配設されたメインプラグと、
    前記メインプラグに係合するように構成されたシートリングと、
    前記メインプラグが前記シートリングに着座する際、シールに対して一定の力を加えることで前記シール全体にわたる圧力差を維持する荷重伝達組立体と、
    前記メインプラグのいかなる移動より前に、前記圧力差を上流圧力と平衡させる圧力平衡組立体と、
    前記メインプラグを前記シートリングから外すサブシステムと、
    を備える、システム。
15. 加圧空間と、
    シール平衡空間と、
    をさらに備え、
    前記圧力平衡組立体が、前記荷重伝達組立体がオーバートラベル位置にあるとき、前記加圧空間を前記シール平衡空間に結合するパイロットプラグを備える、
    請求項１４に記載のシステム。
16. 前記メインプラグと前記ケージの間に配設された流れ制限装置をさらに備え、
    前記シール平衡空間が、前記メインプラグの外側面と、前記ケージの内側面と、前記シールと、前記流れ制限装置によって画定される、
    請求項１５に記載のシステム。
17. ステムと、
    前記シール平衡空間と流体結合される導管と、
    をさらに備え、
    前記圧力平衡組立体が、前記ステム上に配設され、前記メインプラグが閉鎖位置にあるとき、前記導管を密閉するように適合された密閉部材を備える、
    請求項１５または１６に記載のシステム。
18. 前記シールが圧力付勢シールである、請求項１５から１７のいずれかに記載のシステム。
19. 前記パイロットプラグが、閉鎖位置と、オーバートラベル位置と、開放位置の間で可動であり、
    前記メインプラグを前記シートリングから外す前記サブシステムが、前記圧力平衡組立体が前記オーバートラベル位置にあるとき、前記メインプラグを前記圧力平衡組立体と係合させる構成要素を備える、
    請求項１５から１８のいずれかに記載のシステム。