JPH01503641A - 心棒荷重測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｉ′％　７　゛　シスーム 溌」廊ヒｒ狂 本発明は一般゛的に歪み及び応力測定装置の分野に関し、特に流量制御弁システ ム内の螺刻部を有する軸受は心棒の歪み及び応力を測定するための装置に関する 。

主里■宵景 弁操作装置内のスラストを測定する能力は米国特許第４，５４２．６４９号に開 示されたＣｈａｒｂｏｎｎｅａｕその他の発明の出現以来、増々重要となってき ている。さらに重要なことには、操作装置が弁に取付けられている間の操作装置 のスラストを測定する必要性が確認されている。　ｃｈａｒｂｏｎｎｅａｕ及び 他の従来技術では。

上部軸受はハウジングに取付られた荷重セルが利用されており、弁心棒が閉から 開の位置に上がり、取付られた荷重セルに衝突する際に、心棒荷重が測定される 。心棒荷重を測定する荷重セル技術は常に機能し得るとは限らない、というのは 。

多くの弁操作装置は荷重セルを取りつけることができる上部軸受はハウジングを 有するように設計されていないからである。

１１坏どＬｌ 簡潔に記載すれば１本発明は弁操作装置によって駆動される弁心棒に生じる荷重 を測定するための方法及び関連する装置を包含する０本発明の方法は金属の、特 に螺刻された軸の応力及び歪みに関連する公知の原理及び特性を利用し、これら の原理及び特性を本発明の固有の装置と組み合わせて応用したものである０本発 明の方法及び装置は、心棒に荷重が加えられたときに、弁心棒の螺刻部の変形を 検出し、測定する。

測定された変形は記録され、心棒に加えられた荷重を決定するための計算装置に 入力される。

好ましい実施例では圧縮変形及び圧縮荷重が測定され、決定されるがしかし張力 も考慮に入れられている。

本発明の装置は固有のねしグリップアッセンブリを有し。

グリップアッセンブリは心棒と共に動くように弁心棒のねじ部に堅固に取付られ ている。グリップアッセンブリは互いに相対的に動く離れた複数の基準点を有し 、これらはねじに堅固に取り付けられ、さらに螺刻部のテストセグメント（標点 距離とも称される）を定めている。

弁心棒の金属本体が荷重によって変形する（すなわち圧縮され又は引き延ばされ ）に伴い、基準点は互ＣＮに相対的に動り、シたがって、テストセグメントの変 形は基準点の動きにより反映される。本発明の装置によって、基準点の相対的な 動きが検出され測定されそして記録される。測定された変形は、好ましい実施例 では他の材料特性と共に計算装置に入力され荷重が計算される。

本発明の好ましい実施例では、ストセグメントの変形は荷重下の心棒の湾曲を補 正するために、２つの位置で測定される。さらに本発明の装置は独特の形状を有 する先細円錐グリップ部材を有し、固定部材と組み合わせて、弁心棒のねじに必 要な締めつけを行なうのに役立つ、これによって基準点は心棒の変形に伴って正 確に動く。

本発明の方法及び装置とこれによって計算された心棒荷重は、広範囲の異なる産 業において応用されることは言うまでもなく、また９本発明はそのような応用を 限定することなく。

米国特許第４．５４２，６４９号のＣｈａｒｂｏｎｎｅａｕらの発明、すなわち 本明細書に参考として記載した米国特許第４，５４２，６４９号の開示に改良を 加えたものとして、弁診断産業において応用される。

したがって９本発明の目的は、開から閉の位置へ動く際に操作装置によって駆動 される弁心棒の荷重を測定するための方法を提供することである。

本発明の他の目的は、弁心棒の螺刻部に測定装置を取り付けることによって弁心 棒荷重を測定するための方法及び装置を提供することである。

また９本発明のさらに他の目的は、荷重が加えられた弁心棒の変形を測定するた めの方法及び装置を提供することである。

さらに５本発明の他の目的は、ねじ山を強固に締めつけ。

荷重下の螺刻された軸の変形を検出するための装置を提供することである。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は添付図面を参照して本明細書を読み、理解 することによって明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は弁及び弁操作装置と共に用いられる場合の９本発明の心棒荷重測定シス テムの見取図である。

第２図は第１図の心棒荷重測定装置の、心棒歪み変換器のみを示す側面図である 。

第３図は第２図の上面図である。

第４ａ図は本発明の植込み部材の側面図である。

第４ｂ図は第４ａ図の植込み部材の端面図である。

第５図は第１図の心棒荷重測定装置の電子装置の概略図である。

第６図は本発明の植込み部材のかみ合いを示した。螺刻部のみを示す図である。

ましい　の−　なｉ′日 図面に従ってより詳細に説明する。各図を通じて同じ数字は同じ構成部分を示し ている。第１図（部分概略図）は好ましい作動環境における本発明の装置を示し ている。プロセスパイプ１２はゲート弁として示されている弁１３を備えている 。

弁１３は弁心棒１５によってバイブ１２内の流体の流れに対して垂直に上下に動 かされる。弁心棒１５は弁操作装置１６として公知のギヤ装置１６によって、上 下に駆動される。操作装置１６は枠１７によって弁１３の上に取付られている。

好ましい実施例に於いては、操作装置はハンドル車１８による手動で又はモータ １９によって操作される。

第１図に示されているように心棒歪み変換器２４が弁心棒１５の螺刻部２０に取 付られている。

第２図及び第３図に詳細に示されているように心棒歪み変換器２４は左クランプ ハーフ（ｃｌａｍｐ　ｈａｌｆ）２５及び右ランプハーフ２６を有する。左クラ ンプハーフ２５は、上部グリップ板２９と取付ブラケット３０とが強固に取付ら れな支持板２８を存している。下部グリップ板３１はボルト３５によって支持板 ２８に取り外し自在に取付られている。線形可変作動変換器（ｌｉｎｅａｒ　ｖ ａｒｉａｂｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｔｊＬＶＤＴ プ）３２がブラケット３ｏに取付けられ、　ＬＶＤＴの（中心部の延長上の）針 ３３は下部グリップ板３１の上面３４に接している。右クランプハーフ２６は支 持板３８を有し、この支持板３８には上部グリップ板３９と取付ブラケット４０ とが強固に取付けられている。下部グリップ板４１はボルト４５によって支持板 ３８に取り外し自在に取り付けられている。

ＬＶＤＴ４２はブラケット４０に取り付けられ、　ＬＶＤＴの（中心部の延長上 の）針４３は下部グリップ板４１の上面４４に接している。これらのＬＶＤＴは 、当該分野において典型的な型のものであり。

電圧出力信号を有効にするために、静止ベースを貫通して動く芯部を備えている 。

第３図は第２図のアッセンブリの上面図であり、２つの上部板２９．３９のみが 示されている。しかし下部板３１及び４１も同様の構造及びアッセンブリを備え ている。４個のグリップ板２９、３１．３９４１は、それぞれ、その前端部５ｏ を形成するくさび形の凹面５０．及び該グリップ板をそれぞれ支持板２８．３８ に取り付けるための後端部５１を備えている。終端５２．５３はボルト溝５４． ５５を備えている。２つの植込み部材受人５８．５９は各グリップ板２９．３１ ．３９．４１の前端部５０に開けられている。穴は、それぞれその中心線６２が 該前端部のくさび形の一辺に垂直となるように配向している。該板２９．３１． ３９．４１の後端部５１からそれぞれの穴５８．５９へは、ねじ溝６０．６１に よって通路が設けられている。植込み部材６３．６４はねし溝６０．６１を介し う　てねじによって各穴５８．５９に保持されている。植込み部材６３゜６４は 穴５８．５９の中で回転方向と軸方向に動けるように調整できる。第４ａ図及び 第４ｂ図に、より詳しく示すように各植込み部材６３．６４は円柱状本体６５と 先細円錐頭部６６とによって固有の形状に形成される。好ましい実施例に於いて は、該頭部６６の円錐形は側面から見て約９０°の角度「ａ」を決定している０ 円錐頭部６６の中心線６８は本体６５の中心線６９からずれている。好ましい実 施例では９頭部中心線６８は植込み部材本体６５０半径約２に等しい距離にだけ ずれている。第４ａ図はまた螺刻された溝７１を示しており、この溝によってね じは植込み部材６３．６４を穴５８．５９内に保持する。キ一孔７２は植込み部 材６３．６４の頭部の端に開けられる。

第１図と第５図を参照すれば本発明の装置の電子技術の部分が理解される。この 部分は、コンディショニング装置７５に電力を供給する電源装置７４を有してい る。コンディショニング装置７４はＬＶＤＴ　３２．４２のそれぞれのためのコ ンディショニングモジュール７７、７８を有する。各コンディショニングモジュ ール７７、７８はＬＶＤＴ　３２．４２のそれぞれに、エキサイチージョンパワ ー（ｅｘｉｔａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ）を供給し、配線７９．８０からＬＶＤＴ 信号を受け取る。好ましい実施例では、モジュール７７、７８はＬＶＤＴ信号の 復調と増幅を行い、　ＬＶＤＴ出力を濾波し、高レベルＤＣ信号に変換する。こ のようなモジュールには、既製のものが使用できる。コンディショニング装置７ ５はさらに加算モジュール８１を有し、２個のコンディショニングモジュール７ ７゜７８からの出力信号を結合してコンディショニング装置からの単一信号にす る。加算装置は、増幅器８２．セパレート入力抵抗Ｒ１及びＲ２，帰還回路８３ （抵抗Ｒ３及びＲ４を含む）、及びバイアス電流補正抵抗Ｒ５を有している。こ れらの抵抗の値は所望の出力を供給するように選択により変えられる０例えば、 一実施例において、加算モジュール８１からの出力はコンディショニングモジュ ール７７、７８からの２つの信号の平均値である（この様な場合、抵抗の値はＲ １＝Ｒ２＝１０Ｋｏｈ＋ｎｓ、　Ｒ３＝４．５Ｋｏｈｍｓ。

Ｒ４＝ＩＫｏｔｖ＋ｓ、　Ｒ３−Ｒ４は一組で５Ｋｏｈｎ＋ｓに調節可能、　Ｒ ５＝２．５ｋｏｈｍｓ）；他の実施例では加算モジュール出力は２個のコンディ ショニングモジュールの合計である。（Ｒ１・Ｒ２＝１０に；　Ｒ３・９．５に 、　Ｒ４・ＩＫに調節可能、Ｒ５＝４．３ｋ）。各出力は典型的には、直流電圧 の形態である。

コンディショニング装置７５からの出力信号はケーブル８５によってオシロスコ ープなどの記録装置８６に伝達される。該装置で信号値が記録され、信号値が視 覚的に観察され得る。コンディショニング装置７５からの電圧信号は記録装置８ ６における対応する距離の測定値に関連している。記録装置８６から。

距離の値はケーブル８８によって電子的にコンピュータに送られることにより、 又は手動でキーバッド（ｋｅｙｐａｄ）によって計算器に移すことにより、計算 装置８７に移送される。

■ 上述の装置は取付けられた心棒歪み変換器２４内を通して弁心棒１５に接続され る。実際には、弁１３を引き１部分的に開いてその弁座からはずれるようにして 、弁心棒が緩和した状態である（すなわち圧縮応力が生じていない）ことが最も 良い。

次に心棒歪み変換器２４が枠１７の先端付近の弁心棒１５の螺刻部２０に取付け られる。このように、弁１３が再び閉じられる際に。

歪み変換器は弁ハウジング１４の最上部に接触して動かな（なることはない。弁 心棒１１５に心棒歪み変換器５４を取付ける前に、上記のようにクランプハーフ ２５．２６が組み立てられる。

下部グリップ板３１．４１はそれぞれの支持ｔｒｆｉ２８．３８に動かないよう にボルトで締められる。支持板２８．３８に取付ける時に。

下部グリップ板３１．４１の上面３４．４４がＬＶＤＴ取付はブラケット３０、 ４０から離れるように注意されたい。第２図に示されているように、２個のクラ ンプハーフ２５．２６を弁心棒１５の螺刻部２０に、弁心棒１５の軸面９０の両 側に各１個のクランプハーフ２５゜２６が配されることにより変換器２４の取付 けが完了する。第３図に示されているように、それぞれのグリップ板２９．３１ ．３９゜４１のくさび形凹面５０は弁心棒１５を取り囲む、すべてのグリップ板 ２９．３１．３９．４１の植込み部材６３．６４はねし溝６０．６１内のねじに よってそれぞれの植込み部材受は穴５８．５９にしっかりと引きつけられている 。クランプハーフ２５．２６は螺刻部２０に配されているので、それぞれの植え 込み部材６３．６４の先細円錐頭部６６は心棒の螺刻部の谷９１に突出し、各頭 部６６は１つの谷に突出している（第６図参照）。

該頭部６６の円錐形状は１種々の大きさの螺刻部のねじに。

植込み部材６３が丁度適合するのを助ける。先端部６７のオフセットの性質は、 一対の上部グリップ板２９．３９と一対の下部グリップ板３Ｌ　４１との平行配 列を維持するために、対応するねじのピッチ及びリードを補正するのを助ける。

それぞれの植込み部材の先細円錐頭部６６はネジ谷９１内で良く適合するように 、そして対になったグリップ板がほぼ平行配列となるように本体の中心線６９に 従って回転する。好ましい実施例に於いて、２個のクランプハーフ２５．２６が 心棒１５に整列して取付られると、２つの上部グリップ板２９．３９の４個の植 込み部材６３゜６４の本体中心線６９はすべて弁心棒の軸面９０に垂直な同一面 内に存在する。各植込み部材頭部６６の中心線６８は、それぞれの本体中心線６ ９の面にできる限り接近するのが好ましい。植込み部材６３．６４の本体中心線 ６９を軸とする回転は、キ一孔７２にピンが挿入され、該ビンがてことして使用 されることによって促進される。植込み部材６３．６４は穴５８．５９内でさら に動くのを妨げるためにねし溝６０．６１内のねじによってしっかり締められて いる。対になったグリップ板２９．３９及び３Ｌ　４１は心棒１５の周囲でボル ト溝５４．５５を貫通するポル）５６．５７によって互いに引き合っている。

植込み部材６３．６４の頭部中心線６８は基準点として機能し。

心棒１５上に基準点をマークする。基準点は弁心棒１５上のテス。

トセグメント、又は標点距離（’ＬＪ）を定める。グリップ板２９．３１．３９ ．４１の対応する基準点（頭部中心線）６７の間の軸方向の距離が測定される。

このように左半分のグリップ板２９、３１の植込み部材６３の頭部中心線６８の 間の距離、左半分のグリップ板２９．３１の植込み部材６４の頭部中心線６８の 間の距離。

右半分のグリップ板３９．４１の植込み部材６３の頭部中心線６８の間の距離、 及び右半分のグリップ板３９．４１の植込み部材６４の頭部中心線６８の間の距 離を測定する。これら４つの距離の平均が標点距離「Ｌ」とされ、計算装置８７ のメモリー人力される。ＬＶＤＴ　３２．４２は、上に示したように記録装置８ ６に接続されたコンディショニング装置７５に接続される。好ましい実施例では 、各ＬＤＶＴ３２．４２はそれぞれ、クランプハーフ２５．２６に取り付けられ 、その際には、クランプハーフが弁心棒１５に取り付けられたときニ、　ＬＶＤ Ｔ３２．４２（７）Ｄ７　（針３３．４３）が弁心棒の中心線に対して半径方向 に約１８０°離れかつ心棒の中心線から等しい距離にあるようにされる。この時 に、下部グリップ板３１．４１をそれぞれの支持板２８．３８に保持するボルト ３５゜４５は取り去られ、下部グリップ板３１．４１はボルト５６．５７によっ て弁心棒１５に固定されるが、　ＬＶＤＴ　取付プラケッ）３０．４０に対して 相対的に自由に動ける。

弁心棒１６は弁１３を閉じるために手動又は弁操作装置１６のモータ操作によっ て下方へ駆動される。弁１３が閉じた位置に来ると、圧縮荷重（“心棒荷重”） が弁心棒内で生じる。心棒荷重は弁操作装置内のトルクスイッチがはずれて操作 装置を開放する（又は手動操作を止める）まで増大し続ける。

心棒１５が受けた圧縮荷重のために、心棒が形成されている歪みを生じ得る材料 の圧縮が生じる。心棒１５が圧縮されると。

距離’ＬＪで定義される心棒のテストセグメント（標点距離）は比例して圧縮さ れる。テストセグメントが圧縮されると。

下部グリップ板３１．４１はＬＤＶＴ取付はブラケット３０．４０に対して相対 的に動く。基準面３４．４４はＬＤＶＴ針３３．４３を動かし、これにより、当 該分野で知られているようにＬＤＶＴコアとベースとの間の相対的な運動が生じ 、そのために、テストセクションの長さくｒＬＪ）に於ける変化（「ΔＬＪ）を 表す信号が発生する。テストセグメントを彎曲させた場合、一方のクランプハー フの基準点の間の距離は増大し、他方のクランプハーフの基準点の間の距離は減 少することが理解され得る。それぞれのＬＤＶＴ　３２．４２はこれを検出し、 相対的増加又は減少を表すΔＬの信号を送る。上述のようにそれぞれＬＤＶＴ３ ２．４２からの信号はそれぞれのコンディショニングモジュール７７゜７８から 加算装置８１に送られ、該加算袋Ｗ８１で真の値が加えられ、平均され、さもな ければ調整され、そして記録装置８６へ送られる。該記録装置８６でその調製さ れた信号は表示され。

さもなければ記録される。好ましい実施例に於いては８テスト長さｒｌ、Ｊに於 ける変化（ΔＬ）の時間に関する軌跡が記録され２表示される。このような軌跡 のサンプル９３が第５図に示されている。記録装置８６で記録された距離の値は 、上記の様に９次に、計算装置に入力される。記録と計算のステップは結合可能 であることが理解される。

心棒荷重の実際の値の最終決定は材料強度と弾性体の原理に基づいている。次の 式が当該分野で知られ、使用されている。

歪み＝ΔＬ／Ｌ 応力＝（歪み）×（弾性係数） 力＝（応力）×（応力面積） 螺刻部の応力面積は最少のピッチ円直径（Ｐ）と最少の歯もと円直径（Ｋ）の平 均に基づいて次のようになる。

応力面積＝π［（Ｐ＋Ｋ）／４］” 故に１次の計算が計算装置８７によって行なわれる。

Ｆ＝π　［ΔＬＥ／Ｌ　コ　ｘ　［（Ｐ＋Ｋ）　／４］　”ここでＦは心棒荷重 である。

ΔＬはコンディショニング装置７５によって決められる。加算装置８１が平均の ΔＬと異る出力を出した場合、上式に適切な修正が行なわれなければならない。

Ｅは心棒材料の弾性係数である。

Ｌはあらかじめ測定された心棒のテストセグメントの長さである。

Ｐはねじの幾何学配列に基づく螺刻部２０の最小ピッチ円直径である。

Ｋはねじの幾何学配列に基づくねじ部２０の最少歯もと円直径である。

心棒変換器２４は、より大きな発明システムの一部として本明細書に開示されて いるが、心棒歪み変換器はそれ自身新奇であり、他の螺刻された心棒の使用環境 においても応用できることが理解される。

本明細書に記載されている好ましい実施例は２個の基準点の間の相対的な変化を 検出し測定するためにＬＶＤＴを使用することを開示しているが、類似の目的を 達成するために変化を検出する他の装置を使用することも９本発明の範囲内であ る。

本発明の好ましい実施例は、テストセグメントを定めるために、そしてテストセ グメントの限界を定める基準点を追跡するために心棒歪み変換器２Ｘを使用する ことを開示しているが１本発明のより発展的な装置及び方法の範囲内で同等の目 的を達成するための他の方法を使用することも本発明の範囲内である。

本発明は、特にその好ましい実施例に関して詳述されているが、上記の様に、ま た添付の特許請求の範囲で定められているように１本発明の精神と範囲内におい て変更及び修正を行うことができるものと理解される。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．荷重を受けている螺刻された心棒に於ける変形を監視するための歪み監視装 置であって， 該螺刻された心棒のねじをグリップし，かつ該心棒の長手方向に沿って第１基準 点を定める第１ねじグリップ手段，該螺刻された心棒のねじをグリップし，かつ 該心棒の長手方向に沿って第２基準点を定める，該第１基準点から軸方向に離れ て位置する第２ねじグリップ手段，該螺刻された心棒のねじをグリップし，かつ 該心棒の長手方向に沿って第３の基準点を定める，該第１の基準点から円周方向 に１８０°離れて位置する第３ねじグリップ手段，該螺刻された心棒のねじをグ リップし，かつ該心棒に沿って第４の基準点を定める，該第１基準点から円周方 向に１８０°離れて位置しさらに該第３基準点から軸方向に離れて位置する第４ ねじグリップ手段， 該第１基準点と該第２基準点との間の相対的変化を検出するための，また該相対 的変化を表す信号を発するための第１変化検出手段， 該第３基準点と該第４基準点との間の相対的変化を検出するための，また該相対 的変化を表す信号を発するための第２変化検出手段，及び 該第１及び第２変化検出手段からの該信号を予め定められた方法で結合させるた めのコンディショニング手段，を備え， 該心棒に於ける変形を表すパラメータを供給する，荷重を受けている螺刻された 心棒に於ける変形を監視するための歪み監視装置。