JP7466064B2 - ボールバルブの騒音低減 - Google Patents

Description

流量制御装置は、多くの産業施設及びシステムにおいて大きな役割を果たしている。ボールバルブは、例えば、天然ガス、蒸気、水、又は石油のような流体を分配する設備及びネットワークにおいて用途が見出されるタイプの流量制御装置である。しかし、これらの装置に付随する１つの問題は、流体が装置を通過する際に振動を発生させるのに十分な高い速度で流れ得ることである。チェックされないまま放置されると、この振動は、しばしば許容可能な安全レベルを超える大きな騒音をもたらす。多くのボールバルブは、流れを減衰させ、この騒音を抑制するように意図された追加部品（又は「トリム」）を含む対抗手段を組み込んでいる。

本開示の主題は、バルブにおける騒音を抑制するトリムに関する。特に興味深いのは、ボールバルブの構造へと統合され得る構成要素（又は「シュー」）の実施形態である。以下でさらに述べられるように、特定の実装形態は、流体の流れを絞るように構成されたボールバルブの一部であってもよい。これらの装置は、中央の開口部又はアパーチャを有する回転可能な閉鎖部材又は絞りボールを有してもよい。エンドユーザは、バルブを通る流体の流れに対してこのアパーチャを定位置に設定することができる。この絞り位置は流れを制限し、多くの場合、絞りボール全体にわたる圧力損失又は圧力降下をもたらす。この局所的な圧力低下は、振動又は騒音の問題を引き起こす可能性がある。シューは、騒音の根本原因でもある振動を引き起こし得る不規則な流れを低減するのに有用な幾何形状を有し得る。付加的な利点として、この幾何学形状はまた、従来の締結具（例えば、ボルト）よりもはるかに良好にシューをバルブ構造に固定することを可能にし得る。シューの周囲の溶接は、現場での動作中に起こり得るシューの潜在的な緩みを回避する。

ここで、添付図面を簡単に参照する。
ボールバルブにおいて使用するためのシューの例示的な実施形態の背面からの斜視図を示す。 図１のシューの正面からの斜視図を示す。 図１のシューの背面からの立面図を示す。 図１のシューの側面からの立面図を示す。 図１のシューを採用し得るバルブの一例の斜視図を示す。 図５のバルブの第１の断面の立面図を示す。 図６の第１の断面を示す。 図５のバルブの第２の断面の立面図を示す。 図５のバルブの第３の断面の立面図を示す。 図７のバルブの断面の立面図を示す。

適用可能な場合、同様の参照文字は、他の指示がない限り、縮尺どおりではない、いくつかの図全体を通して同一又は対応する構成要素及びユニットを指定する。本明細書に開示される実施形態は、いくつかの図のうちの１つ以上に、又は複数の図の組み合わせで現れる要素を含み得る。その上、方法は単なる例示であり、例えば、個々の段階を順序換え、追加、除去、及び／又は変更することによって修正され得る。

本明細書における図面及び任意の説明は、本発明を開示するために実施例を使用する。これらの実施例は、最良の形態を含み、当業者が、任意のデバイス又はシステムを作製及び使用することと、任意の組み込まれた方法を実行することと、を含む、本発明を実施することを可能にする。単数形で記載され、「ａ」又は「ａｎ」という語で進められた要素又は機能は、そのような排除が明示的に記載されていない限り、複数の当該要素又は機能を除外しないものとして理解されるべきである。「一実施形態」又は「一実施態様」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加の実施形態又は実施態様の存在を除外するものとして解釈されるべきではない。

次に、上記図面に示される実施形態の特徴について説明する。これらの実施形態は、ボール型バルブを通る流体の流れを絞るのに有用である。この特徴は、低い（又はより低い）流量での圧力低下のためにバルブから発生し得るノイズを抑制する。以下に述べられるように、これらの実施形態は、回転可能なボールが内部に存在する状態でバルブ本体内に固定されるシューを含み得る。その幾何学形状はまた、バルブ内に見出される特定の装着ハードウェア、例えば、バルブ本体内の定位置において回転可能なボールを支持するプレート（又は「トラニオン」）にも対処し得る。他の実施形態は、本開示の範囲内で企図される。

図１は、ボールバルブ内の騒音を減衰させるために使用されるシュー１００の一例の背面からの斜視図を示す。この例は、好ましくは、アルミニウム又は鋼のような機械加工、鋳造、又は印刷された金属で作製された本体１０２を有する。本体１０２は、第１の側部１０６と、第２の側部１０８と、それらの間に延在する中心軸１１０と、を有する環状リング１０４を形成し得る。環状リング１０４は、両側部１０６、１０８上の開口部（例えば、第１の開口部１１４及び第２の開口部１１６）で終端するボア１１２を形成する。ボールバルブ内に設置されると、ボア１１２は、環状リング１０４を通る流れを可能にする。第１の開口部１１４は、絞りボールＢの一部分を受容し得る。この部分は、半球形、例えば、絞りボールＢの前縁部であってもよい。第２の開口部１１６は、典型的には、第１の開口部１１４よりも小さい。

図２は、図１のシュー１００の正面からの斜視図を示す。ボア１１２は、内径ＩＤを有する内側表面１１８を有する。内側表面１１８は、第１の部分１２０及び第２の部分１２２を含む幾何形状を有し得る。第１の部分１２０は、第１の開口部１１４から第２の開口部１１６に向かう内径ＩＤの減少に対応してもよい。この減少が、例えば、絞りボールＢ（図１）の半径に一致する半径を有する弓形又は「カップ状」の形状を形成してもよい。カップ状の形状は、ボールバルブを通じた圧力低下のより予測可能な制御を提供する。また図示のように、弓状の形状は、内径ＩＤが第２の開口部１１６に対して一定のままであり得る、第２の部分１２２で終端し得る。

図３は、図１のシュー１００の背面からの立面図を示す。環状リング１０４は、他の環状外側表面１２８を貫通する一対の切欠き１２６を有してもよい。切欠き１２６は、互いに直径方向に対向して存在してもよい。この特徴は、シュー１００がボールバルブ内の既存の構造を収容するのに有用である。また図示のように、外側表面１２８は、各々が環状リング１０４の外径ＯＤの変化に対応する複数の同心部分を特徴とする階段状プロファイル１３０を有してもよい。これらの同心部分は、絞りボールＢ（図１）に近接して嵌合するように、ボールバルブ上の構造における対応する特徴に一致してもよい。

図４は、図１のシュー１００の側面からの立面図を示す。第１の側部１０６から第２の側部１０８に向かって移動すると、同心部分は、外径ＯＤが一定のままである第１の部分１３２を含んでもよい。第２の部分１３４は、外径ＯＤの角度Ａでの線形減少から生じてもよい。外径ＯＤは、第３の部分１３６及び第４の部分１３８を形成するように再びステップダウンしてもよい。第４の部分１３８における外側表面１２８は、外径ＯＤの角度Ｂでの別の線形減少から生じ得る。第５の部分１４０は、同様に、一定のままである外径ＯＤの値に対応し得る。一実装形態では、階段状プロファイル１３０は、外径ＯＤの角度Ｃでの線形減少から生じる第６の部分１４２を含んでもよい。様々な実装形態において、角度Ａ、Ｂ、Ｃの値は、約１５°～約８５°の範囲で変化してもよい。これらの値は、他の考慮事項の中でも特に、ボールバルブ（又は他の装置）におけるシュー１００の適用のための設計パラメータに依存し得る。

図５は、図１のシュー１００を採用し得るバルブ１４４の一例の斜視図を示す。バルブ１４４は、典型的には金属製のバルブ本体１４６を含み得る。バルブ本体１４６は、ボール型バルブとして構成されてもよく、絞りボールＢ（図１）は内部に存在する。これらのタイプのバルブは、絞りボールＢ（図１）の向きに依存するいくつかの動作構成のうちの１つを有し得る。一構成では、絞りボールＢ（図１）は、２つの別個の位置、例えば、開放位置又は閉鎖位置を有する。他の構成では、絞りボールＢ（図１）は、装置を通る流れを減少（又は増加）させるために使用される。

図６及び図７は、線６－６で取られた図５のバルブ１４４の断面の立面図を示す。いくつかの部品は、明確にするために取り除かれている。図６は、バルブ本体１４６が、絞りボールＢを受け入れるための空洞１５０を備えた中央シリンダ１４８を有し得ることを示す。バルブ本体１４６はまた、貫通孔１５４を備えた一対のクロージャ１５２を含み得る。クロージャ１５２は、バルブ１４４への材料の進入及び退出を可能にするためにパイプ又は導管と結合するようにフランジ付けされた端部１５６を有してもよい。端部１５６の他の構成では、溶接端部、パイプ継手、ソケット溶接フランジ、又はリングジョイントのような異なる接続機構が採用されてもよい。クロージャ１５２の他の端部１５８は、シリンダ１４８の両端部に固定されてもよい。締結具Ｆ及び位置合わせピンＰは、この目的に有用であり得る。一実装形態では、端部１５８は、シュー嵌合表面１６２を形成する階段状プロファイルを有する凹部１６０を有してもよい。この階段状プロファイルは、シュー１００の外側表面１２８の階段状プロファイル１３０に実質的に従うか、あるいは一致してもよい。図７に最もよく示されているように、この特徴により、シュー１００を凹部１６０に挿入することができる。外側表面１２６の様々な部分は、嵌合表面１６２に着座又は当接する（好ましくは接触する）。バルブ１４４の構成は、シューＡ、Ｂの一方又は両方を含み得る。一実装形態では、シューのうちの１つ（例えば、シューＡ又はＢ）のみが、例えば、絞りボールＢの下流に存在してもよい。

図８は、線８－８で取られた図５のバルブ１４４の断面である。締結要素１６４、１６６は、シュー１００（例えば、シューＡ、Ｂ）をクロージャ１５２の前向き表面１６９及び貫通孔１５４（例えば、その内側表面）に固定するために使用され得る。締結要素１６４、１６６の例としては、溶接が挙げられる。しかしながら、適切な組成の接着剤若しくは同様の接着材料又は技術が同様に機能することが可能である。一実装形態では、溶接部１６４、１６６が、環状リング１０４の中心軸１１０の全体又は一部を取り囲んでもよい。この構造は、溶接部が現場でのシュー１００（例えば、シューＡ、Ｂ）のいかなる潜在的な緩みをも回避するので、シュー１００（例えば、シューＡ、Ｂ）をバルブ本体１４６内の定位置に固定するために締結具よりも良好に機能することが分かっている。

図９は、線９－９で取られた図５のバルブ１４４の断面の立面図を示す。バルブ１４４は、プレートトラニオン（例えば、第１のプレート１６８及び第２のプレート１７０）を含んでもよい。プレート１６８、１７０は、絞りボールＢの両側に存在してもよい。上述のように、切欠き１２６は、シュー１００（例えば、シューＡ、Ｂ）をクロージャ１５２に装着するためのクリアランスを提供する。

図１０は、図５のバルブ１４４の断面の立面図を示す。部品は、現在の説明を満たすために含まれている。図示のように、バルブ１４４は、絞りボールＢと係合するようにシリンダ１４８を貫通し得るアクチュエータシャフト１７２を含んでもよい。アクチュエータは、絞りボールＢを異なる向きに回転させるためにシャフト１７２と接続してもよい。この特徴により、クロージャ１５２上の貫通孔１５４に対する流路Ｆの角度Ｄが調整される。角度Ｄは、バルブ１４４を通る流れを管理する。シュー１００は、角度Ｄを約３０°に設定する絞りボールＢの向き付けに対して特に有益である。一実装形態では、バルブ１４４はまた、材料を強制的に穴に通すように、あるいは圧力を低減する角度に向けるように構成されたトリムキット１７４を含んでもよい。トリムキット１７４は、絞りボールＢの一部として一体化される様々なピース又は部品を具体化することができる。他のピース又は部品は、絞りボールＢとは別個に、しかしながら流れが装置を通過するときに流れを遮断する位置で、バルブ１４４内に設置され得る。トリムキット１７４から生じる摩擦経路は、材料の速度を減少させ、次にこれによって振動及びキャビテーションが減少される。その結果が、例えば２５ｄＢＡ以上のオーダーのノイズ減衰であり得る。

上記に鑑みて、本明細書における改良は、ボールバルブにおける騒音を抑制するのに役立つ。各実施形態は、装置を通る流れに起因して発生する騒音に対処する。それらの実施形態はまた、プレートトラニオン型ボールバルブ上での使用を可能にする幾何学形状及び特徴を有する。これらの特徴はさらに、溶接によってこれらの装置上の定位置に各実施形態を取り付けることを可能にする。注目すべきことに、シュー１００の同じ設計が、ピントラニオン型ボールバルブにも同様に導入され得る。

特定の要素又は項目（それらのうちの１つ以上を他の要素及び項目と組み合わせ得る）実施例が以下に現れ、本開示の範囲及び趣旨内で想到される実施形態を説明する。この範囲は、当業者に着想される他の実施例を含み、かつ想到し得る。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文字どおりの文言とほとんど相違がない同等の構造的要素を有する場合、特許請求の範囲の範囲内にあると意図される。

Claims (20)

1. バルブであって、
   バルブ本体と、
   前記バルブ本体内に配設された回転可能な絞りボールと、
   前記バルブ本体内に存在し、前記回転可能な絞りボールの少なくとも一部分を受け入れる端部を有するシューと、
   前記シューを前記バルブ本体に固定する溶接部と、
   前記回転可能な絞りボールの少なくとも一方の側部に配設されたトラニオンプレートと、を備え、
   前記シューは、前記トラニオンプレートと位置合わせされる切欠きを含む、バルブ。
2. 前記シューは、直径方向に対向する一対の切欠きを備える、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記トラニオンプレートが、前記回転可能な絞りボールの両方の側部に配設され、
   前記シューは、各前記トラニオンプレートとそれぞれ位置合わせされる前記切欠きを備える、請求項１又は２に記載のバルブ。
4. 前記シューの前記端部は、前記回転可能な絞りボールの前記部分を受け入れるカップ状表面を形成する、請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ。
5. 前記シューの前記端部は、前記回転可能な絞りボールの半径に一致する半径を有する前記カップ状表面を形成する、請求項４に記載のバルブ。
6. 前記シューは、階段状プロファイルを有する外側表面を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のバルブ。
7. 前記シューは、前記バルブ本体上の対応する階段状プロファイルに嵌合する階段状プロファイルを有する前記外側表面を有する、請求項６に記載のバルブ。
8. 前記溶接部は、前記バルブ本体の２つの別個の表面上に配設される、請求項１から７のいずれか１項に記載のバルブ。
9. 前記溶接部は、前記シューの２つの別個の表面上に配設される、請求項８に記載のバルブ。
10. バルブであって、
    回転可能なボールと、
    前記回転可能なボールの少なくとも一方の側部に配設された環状リングであって、
    前記回転可能なボールの少なくとも一部分を受け入れるようにカップ状にされた内側表面と、
    階段状プロファイルを有する外側表面と、
    前記外側表面にある直径方向に対向する切欠きと、を備える環状リングと、
    前記回転可能なボールの側部に配設された少なくとも１つのトラニオンプレートであって、少なくとも１つの前記切欠きが前記少なくとも１つのトラニオンプレートに位置合わせされている、少なくとも１つのトラニオンプレートと、を備えるバルブ。
11. 前記トラニオンプレートが前記回転可能なボールの対向する側部にそれぞれ配設され、各前記切欠きは、対応する前記トラニオンプレートにそれぞれ位置合わせされている、請求項１０記載のバルブ。
12. バルブ本体をさらに備え、前記バルブ本体の少なくとも一部分は、前記環状リングの前記外側表面の前記階段状プロファイルと接触する嵌合表面を形成する、請求項１０又は１１に記載のバルブ。
13. 前記回転可能なボールを受け入れるための内部空洞を有する中央シリンダと、
    前記中央シリンダの各端部に配設されたクロージャと、をさらに備え、
    前記環状リングは、前記クロージャのうちの１つに固定される、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のバルブ。
14. 前記環状リングを前記クロージャのうちの１つに固定する溶接部をさらに備える、請求項１３に記載のバルブ。
15. 前記溶接部は、前記環状リングを、前記クロージャのうちの１つの貫通孔の表面に固定する、請求項１４に記載のバルブ。
16. 前記溶接部が、前記環状リングを、前記クロージャのうちの１つの貫通孔の表面及び前記クロージャのうちの１つの前向きのマッティング表面に固定する、請求項１５に記載のバルブ。
17. 各前記クロージャが、前記クロージャの貫通孔と同心の嵌合表面を形成する凹部を備え、
    前記環状リングは、前記凹部に嵌合し、前記嵌合表面に接触する、請求項１３から１６のいずれか１項に記載のバルブ。
18. 前記回転可能なボールを受け入れるための内部空洞を有する中央シリンダと、
    前記中央シリンダの各端部に配設されたクロージャであって、貫通孔と、前記貫通孔と同心の凹部とを備えるクロージャと、
    前記環状リングを前記貫通孔の表面及び前記クロージャのうちの１つの前向きの表面に固定する溶接部と、をさらに備え、
    前記環状リングは、前記凹部に嵌合する、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のバルブ。
19. 前記環状リングの前記外側表面を取り囲む前記溶接部を備える、請求項１４から１６及び１８のいずれか１項に記載のバルブ。
20. 前記溶接部が、前記階段状プロファイル上の２つの場所で前記環状リングの前記外側表面を取り囲む、請求項１９に記載のバルブ。