JPH03163204A - 高エネルギ流体用の多段式プログラム可能な減圧組立体 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はエネルギレベルが非常に高いため、キャビテー
ション及びそれに伴う損傷が生じる可能性のある圧力装
置にて、又はガス速度により望ましくない騒音及び腐食
が生じる可能性のある場合に流体の流量を絞る技術に関
する。

（従来の技術及びその課題） 通常、圧縮可能及び非圧縮型式の流体装置において、制
御されかつ静粛なエネルギ消散を行うことは技術者にと
って常に技術的課題である。基本的原理が解明されてお
り、従来の技術はこれら原理を実現する多くの試みを反
映するものであるが、それらの解決手段は複雑でコスト
高となる。

流体を絞るための関連性があるが異なる３つのアプロー
チが公知である。各アプローチは多くの膨張チャンバ及
び絞りオリフィスを通る蛇行した流路を利用して、エネ
ルギの多段式消散を行う。

各段階にてエネルギ変換を十分に小さく保つことが可能
であれば、キャビテーション及び過度の騒音を制御する
ことが出来る。入り子式に収納された穿孔を有する相対
的に回転可能なシリンダが米国特許第４，　２４９，　
５７４号に絞り弁における消散要素として開示されてい
る。穴は部分的に重なり合い膨張チャンバを形成し得る
よう臨界的に位置決めされ、シリンダ肉厚は膨張チャン
バを形成し得るように変化させる。積み重ねた二重側部
の製造プレートが米国特許第４，　２７９，　２７４号
に記載されており、この特許は多数の流路の仕切り部分
を備え、流動方向の平面的変化を実行し及び衝突流路を
有し、エネルギの回収をより一層徐々に行うための絞り
オリフィス及び膨張領域を提供する流路を実現する。

入り子式シリンダのアプローチのさらに改良されたもの
は、穿孔穴と溝付き表面を有する流路の組み合わせを使
用して、分岐され、さらに再集合される流れ原理を利用
するものである。

全ての公知の装置において、極めて大きいコストを伴う
ことなく、公知の用途に適合し得るように、各減圧段階
にて制御された圧力又は速度の変化曲線を実現すること
は不可能である。平面的、即ち、二次元的流れ形におけ
る制限がかかる従来技術がフレシキビリティに欠ける１
つの理由であると考えられる。

（課題を達威するための手段） 本発明によると、分岐されて絞られ、膨張されかつ集合
されて回転し衝突する流れの原理に対し第３の流れ次元
が付与され、これは、各圧力減圧段階にて殆ど無制限の
圧力変化曲線を実現するための手段と共に、同一の容易
に製造される多数の部品を使用することにより実現され
る。

例えば、従来の弁体及びディスクに対して、着座面を越
えるディスク上に円筒状のスリーブ伸長部が与される。

この着座面には、均一なスロットのパターンにて穿孔さ
れており、等間隔にて周縁方向に離間された穴が複数個
、軸方向に離間して層状に形成される。

スリーブの内側には、入り子式に収納され及びスロット
が形成された集結リングの層が可変数にて収容されてお
り、減圧段の数及び各段の容積条件に関する設計基準に
適合し得るようにされている。これらのリング及びスリ
ーブは軸方向及び周縁方向に向けて相対的に調節可能に
動くことが出来、ユーザが各段にて所望の圧力変化曲線
を実現することを可能にする簡単なプログラムディスク
によりその位置が固定される。各段の段数及び層数は部
品のコストを著しく節減し得るように必要に応じて変え
ることが出来、リングが軸方向に調節可能であることは
流体の流れ形に第３の次元を付与するものである。

（実施例） 第１図及び第２図を参照すると、固定された弁座１２に
係合し得るようにした着座面１１を有する可動弁ディス
ク１０が図示されている。周縁方向に向けて列状に配置
された流体路１４（望ましくは穿孔する）が５層に形成
された円筒状スリーブ１３がディスク１０の下端により
担持されている。図示した実施例において、各層内には
周縁方向に等間隔に離間された流路１４が設けられてい
る。ディスク１０はその弁座１２と係合する状態に図示
されており、全ての層の流路を弁の高圧側から遮へいす
るが、弁の上昇に伴い（第２図）、これら層は流れに徐
々に露出される。以下により詳しく説明するプログラム
リング１５、及び同心状で入り子式に収容された集結リ
ングが５つスリーブ１３内に取り付けられている。拡大
した縮尺で示し、構成要素の数に関して簡略化した第２
図には、第１の層内の２つの集結リング１６ａ、１７ａ
，第２の層内の２つのリング１６ｂ、１７ｂ、第３の層
内の２つのリング１６ｃ，１７ｃ、第４及び第５の層内
の単一のリング及びリング１６ｄ、１６ｅがそれぞれ図
示されている。集結リングは中心にて切欠いており、ス
リーブ１３の内部及びそれぞれの１つの通路１４を示す
。第１図の複合ディスク１８及び第２図の複合ディスク
２４により組立てが完成する。部品が全て以下に説明す
るようにその正確な軸方向及び周縁方向の間隔に配置さ
れた状態にて、所望の圧力変化曲線を達成するためには
、部品は望ましくはろう付けにより適所に固着し、係合
面間の全ての漏洩流路を密封する。ディスクに代えて、
異なる数の層、段を採用し、及び別にプログラム化され
た軸方向の位置決めを行うことにより、同一の弁が異な
る圧力の異なる流量を受け入れ、また圧縮性及び非圧縮
性を問わず異なる流体を受け入れることが可能となる。

第４図及び第５図を参照すると、典型的な集結リング１
６が図示されている。この集結リング１６には、軸方向
に伸長する壁２１、及び半径方向上方に伸長する壁２２
により画成された環状の流体路２０が形成されている。

このリング１６の断面は略四角であり、下方外側隅部は
取り除いて、流体路２０を形成し、この流路２０は装置
が作動しているとき、膨張容積を構成する。軸方向に垂
下する壁にはスロソト２３が形成されており、このスロ
ット２３は環状の流体路を半径方向内方に通気させる絞
り流路を画成する。

機械加工の便宜さ及び効率さのため、スロット２３が直
径方向に離間した箇所に形成され、これと同時に、入り
子式リングの完全な層にスロットを形成することが望ま
しい。スロットの幅及び数は計算により予め定められる
。図示した実施例において、等間隔に離間させたスロッ
トが８個形成されており、そのスロットの中心は４８６
の間隔となるようにしてある。任意の減圧段の集結リン
グの寸法及び幾何学的形態は同一である。

第２図を参照すると、層１乃至３に対する３段組立体、
及び層４、５に対する２段が示されており、ここで第２
及び第３の段は軸方向に異なるようにプログラム化され
ている。第１図におけると同様、これら段は全て、弁座
１２から完全に持ち上げられた状態にて図示したディス
ク１０の端部に担持された孔付きの円筒状スリーブ１３
内に入り子式に収納されている。スリーブ１３の自由端
は伸長部１３ａを担持し、この伸長部１３ａは弁が開放
しているとき、圧力下の流体が高速の速度にて流動し損
傷を生じる虞れのある僅かな隙間３０を伴って弁座１２
の下方部分１２ａ内に嵌まる。

かかる損傷を防止するため、伸長部１３ａには円形溝の
形態による一連の膨張チャンバ３０ａ、３０ｂ，３０ｃ
が形成されており、これらの溝は流れがチャンバを通っ
て階段状に流動するとき、流体エネルギを消散させる。

プログラムディスク１５は段１及び段２に対するステッ
プ１５ａ，１５ｂを有しており、入り子式の段リング１
６ａ，１７ａがこれらステップに着座する。プログラム
リング１５内のステップ１５ａにより、集結段リング１
６ａの環状流体路２０は動いてスリーブ１３の穴１４と
の完全な整合又は正金から外れ、流路を例えばその面積
の半分に亘って遮断する。リング１６ａの下方にある次
の２つの集結リング１６ｂ，１６ｃが同様に変位されて
同一の絞り通路を画成する。集結リング１６ｃ、１６ｄ
間における補正プログラムディスク、即ち第２のプログ
ラムディスク２５が下方にてさらに軸方向への変位を実
現し、これにより、スリーブ通路１４及び環状の流路２
０間の境界面をさらに絞る。適所にろう付けされた複合
ディスク２４は段１を包含する積み重ね体の終端となる
。

ステップ１５ａよりも短い、プログラムリング１５上の
ステップ１５ｂは集結リング１７ａを僅かに上方に位置
決めし、故に、リング１６ａの軸方向に伸長する近接壁
２１に形成された半径方向流路、又はスロットとの完全
な正台状態から僅かに外れ、スリーブ１３の穴１４と集
結リング１６ａの環状流路２０との間の絞りよりも大き
い絞りを形成する。さらに、集結リング１７ａは回転さ
れてその半径方向通路又はスロット２３をリング１６ａ
の各対の対応するスロット２３間の丁度中間に位置決め
する（第３Ａ図及び第３Ｂ図に示した方法にて）。

段２の積み重ねられたリング１７ｂ，１７ｃは又、係合
するリング１６ｂ、１６ｃがその外方向に入り子式に収
納されたリングに対すると同一の関係にてプログラムデ
ィスク１５のステップ１５ｂにより軸方向に位置決めさ
れる。このようにして段２に対する層２、３が完成され
る。スロットの周縁方向への位置決めも又同一であり、
以下に説明するように、流体路を等しく分岐させること
が確実となる。組立体の全体は隣接する全ての面にてろ
う付けされ、構造体を一体化し、分流の漏洩を防止する
。その結果、層１乃至３は同一の半径方向の位置にて層
４、５と異なる圧力変化曲線を有する。ディスク１５、
２５によるプログラム化の例、及びそれぞれの段の層内
に異なる数の構成要素を提供する例は、弁が開放してと
き及び閉じられているとき、本発明を利用して、装置を
通る流体路の多数の異なる応力変化曲線を実現するため
の方法を示すことを目的とし、従って、実際の作動装置
を示すことを目的とする。

しかし、全ての装置内では、分岐、再集合、絞り、衝突
、摩擦状態の消散、膨張及び回転が生ずる流路が存在し
、極めて大きいエネルギ時におけるキャビテーション、
騒音及び腐食を防止することが出来る極めて蛇行した流
路が提供される。典型的な装置におけるこれらの流路は
、第３図、第３Ａ図及び第３Ｂ図に図示されている。

第３図の組立体の構成において、第１図に対応する部品
は同様の参照符号にて表示した。こめ組立体はさらに２
つの集結リング２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６
ｅ及び２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、２７ｄ，２７ｅを設け
た点にて異なる。これによりさらに２つの減圧段が提供
され（合計５段となる）、その一方の減圧段は壁２７に
沿ったリング２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ
とリング２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ，２７ｅとの
境界面にある一方、その他方の減圧段はリング２７ａ−
ｅの排出オリフィスにある。プログラムディスク又はリ
ング１５はさらに２つの軸方向に離間するステップ１５
ｃ、２５ｄを有している。

第３図、第３Ａ図及び第３Ｂ図の流体路は破線の斜線に
て図示されている。高圧側から斜線部分２０への流れは
スリーブ１３の流路１４に形威された絞りを通って流動
する。この絞りはプログラムディスク１５のプログラム
ステップ１５ａの動作により縮小される。この箇所にて
、４０の流路１４の各々を通る流体の流れは等しく分岐
され（第３ａ図及び第３ｂ図）、集結リングの環状流纏
２０内を反対方向に流動し、この流路２０は回収チャン
バ又は膨張チャンバとして機能する。スリーブ１３は流
れを流路１４を通る４０の流れに分岐させ、その後、環
状体２０内にて再集合させる。

集結リング１６ａ−ｅは周縁方向に回転されて、その流
体路のスロット２３をスリーブの流路１４の中間に位置
決めし〜これにより、流れをｉｔ−＜分岐させると同時
に、衝突流及び９０’の流れ方向の変化を実現する。リ
ング１７ａ−ｅの環状流路２０との境界面におけるリン
グ１７ａ−ｅのスロット２３は第２の絞り又は圧力減圧
段を形成する。段２内にて絞られた流れが生ずる前に、
この段への入口にて、両方向から流れる流体が合流して
再集合され、それに伴ってエネルギ損失が生ずる。次の
内側の入り子式に収納された集結リング１７ａ−ｅは反
対方向に向けて周縁方向に変位され、そのスロット２３
をリング１６ａ−ｅのスロットの中間にて（故に、スリ
ーブ１３の流路１４と半径方向に整合した状態にて）そ
のスロット２３を離間させる。このようにして、エネル
ギ消散プロセスは階段状に行われ、流れが最内側のリン
グ２７ａ−ｅの内径により画成された内側の円筒状の排
出口１７に達するまで行われる。このスペース内にて、
直径方向に対向する流れが相互に衝突し、流れ方向が９
０°変化し、これによりエネルギをさらに消散させる。

排出口の直径は装置からの出口流れ速度を制限するのに
十分な大きさであるようにする必要がある。

第３Ａ図には、本発明の特別の特徴が図示されており、
この特徴により、垂直方向に、又は装置のＺ軸に沿って
、即ち、Ｘ−Ｚ面にて流れ方向を５回連続的に変化させ
ることにより、さらに、エネルギ消散が行われ、これに
より、第３Ｂ図に示すようにＺ−Ｙ面内における方向変
更が実現される。

本発明は又、パイロット作動弁と共に使用されるとき、
スリーブ１３、入り子式に収納されたリング１５及びパ
イロット弁３１を含むエネルギ消散組立体の全体（第１
図）の流体を隔離する効果がある。これは、パイロット
弁３１のソレノイド電機子軸３４により担持されたピン
３３と主弁デ，スク１０の上方本体３５との間にロスト
モーション継手スペース３２を提供することにより実現
される。第１図に示すように、弁が開放すると、ビン３
３はディスク本体のスペース３２内にて遊動し、外側円
筒面３６ａ、３６ｂ，３６ｃ，端面３６ｄ，３６ｅ，パ
イロソト弁及びその電機子軸３４を収納する内側円筒状
ボア３６ｆ１及びパイロット弁３１とその弁座３１ａと
の間の開口部を包含する可動ディスクの各表面を漏洩流
体が囲繞する。

該パイロット弁の下端には、円筒状のチャンバ形態によ
る圧力減圧段が設けられており、パイロット弁が開放し
たとき、このパイロット弁を通る流体流の高エネルギを
この段にて消散させる。このため、外側ハウジングとエ
ネルギ消散が行われるディスクと間にて金属対金属の接
触は全く生じない。故に、この装置は例えば米国特許第
４，　２４９，　５７４号に示すような従来技術による
装置よりもより静粛に作動し得る。

本発明はプログラムリングにより実現され得る広範囲に
亘る圧力変化曲線を実現すると同時に、流体が付加的な
蛇行流路内を半径方向及び周縁方向に動くとき、軸方向
の流体流れ方向の変化を実現することを示唆しつつ、あ
る範囲の変形例及び実施例について説明した。又、所定
の装置内の下方層における不必要な段を省くための機能
についても説明した。本発明は高圧側から低圧側への流
れが半径方向内方に向けて行われる、即ち、集結リング
がスリーブ１３から内側に入り子式に収納される実施例
が図示されているが、集結リングは外方向に入り子式に
収納する形態に組み立てることも可能であり、これによ
り半径方向は反対になるが、本発明の基本的原理及び特
徴は変わらない。

かかる構成において、集結リング１６（第４図及び第５
図）は膨張する流体の外方への流れを受け取る半径方向
内方を向いた膨張チャンバを提供し得るように下方内側
隅部に形成されたチャンバ２０を備える。又、該り冫グ
１６は効率的な機械及び組立体において一定の利点を有
する一つの好適な幾何学的形態にて図示したが、その他
の形態とすることも又可能である。例えば、垂直ウェプ
により（スリーブ１３の内側に入り子式に収納するため
に半径方向端縁に、又は外側に入り子式に収納するため
に外端縁に）接続された上方及び下方水平方向フランジ
を有する中央周縁流路を形成することか出来る。又、周
縁方向に配設する孔の列らは製造コストが増大するであ
ろう。故に、本発明は特許請求の範囲の記載を除いて、
ここの説明により限定されるものとみなすべきではない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプログラム可能な減圧組立体を具現化
する弁の弁座及びディスクの垂直方向断面図、 第２図は圧力減圧段２及び３、及び深さ及びプログラム
の異なる減圧装置の２つの層を示す、プログラム可能な
減圧装置の半分の垂直方向拡大断面図、 第３図ＡはＺ軸線に沿った流れの変化を示す５段減圧装
置の３層の食い違い断面線に沿った垂直方向部分断面図
、 第３図ＢはＸ−Ｙ面内における流れ方向の変化を示す、
第３図Ａに対応する５段の減圧装置の水平方向部分断面
図、 第４図は一つの基本的な集結リング形態を示す平面図、 匂汀Ｉ：五月Ｉ斗色ぎＡκ月小釦白に　−　口Ｉり冫１
　−＾ａｃ　古−１＝　ｒ！ｗ噛【面図である。 １０：ディスク １２：弁座 １４：流路 １５ａ−ｄ １６　リング １８：複合ディスク ２１，２２：壁 ２４：複合ディスク ２６ａ−ｅ：リング ２７ａ−ｅ：リング ３１ａ・弁座 ３３：ピン ３５：本体 ３６ｄ−ｅ：端面 ステップ １１：着座面 １３：スリーブ １５：プログラムリング ｌ７：リング ２０：流路 ２３：スロット ２５：ディスク ２７：壁 ３１：パイロット弁 ３２：継手スペース ３４：電子軸 ３６ａ−ｃ：円筒面 ３６ｆ：ボア 外ゲ名 図面の浄君（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高エネルギ流体用の多段式プログラム可能な減圧組
   立体にして、 流体流に対して周縁方向に離間させた半径方向流路の軸
   方向に離間させた層を複数個有する円筒状の支持スリー
   ブと、 徐々に直径が異なる入り子式に収納された集結リングを
   層状に積み重ねたリングのスリーブにより同心状に担持
   され得るようにされ、複数の圧力減圧段を画成する複数
   の圧力減圧集結リングにして、各リングが半径方向及び
   軸方向に伸長し、環状の流体流路の少なくとも一部分を
   画成する環状壁を有する前記複数の圧力減圧集結リング
   と、を備え、 前記リングの軸方向に伸長する壁がその環状の流体流路
   に連通する複数の周縁方向に離間した半径方向流体路を
   有し、 スリーブに近接する前記集結リングが、軸方向に動いて
   、それぞれの環状流体路をスリーブの周縁方向に離間し
   た半径方向流路の一つの対応する流路列に調節可能に正
   合させることが出来、入り子式に収納されたリングが、
   相対的に軸方向に動き、そのそれぞれの環状流路を調節
   可能な正合状態にし、選択可能な寸法の圧力減圧段を設
   定することが出来、 さらに、リングのそれぞれの環状流路を近接する半径方
   向流体路に対する軸方向の正合状態を設定するプログラ
   ムスペーサ手段と、 集結リングを一定の作用関係状態に固着する手段と、を
   備え、 これにより、高圧側から低圧側への流体流によって流れ
   が半径方向流路にて分岐されかつ絞られ、環状流路内に
   て再集合され、それに伴って衝突及び摩擦ロスを生じ、
   周縁方向及び軸方向の方向を変更し、よって全ての圧力
   減圧段における圧力変化曲線が前記スペーサ手段により
   プログラム化することが出来るようにしたことを特徴と
   する高エネルギ流体用の多段のプログラム可能な減圧組
   立体。 ２、請求項１記載の装置にして、前記減圧組立体が固定
   された弁座を有する弁体内に可動可能に取り付け得るよ
   うにした弁ディスクの一部であり、前記スリーブが前記
   弁体内に伸張して弁ディスクが前記弁座に着座し、 弁が徐々に開放するとき、前記スリーブが周縁方向に離
   間した流体路の層を流体路に対して連続的に提供するこ
   とを特徴とする装置。 ３、請求項２記載の装置にして、最内側の集結リングの
   内径が弁からの流体の出口速度を制御し得るように選択
   されることを特徴とする装置。 ４、請求項１記載の装置にして、前記プログラム化スペ
   ーサ手段が各層の頂部にて連続する集結リングに係合し
   、間隔、従って全ての段の正合程度を独立的に調節する
   プログラム化ディスクをスリーブの内端に備えることを
   特徴とする装置。 ５、請求項４記載の装置にして、第１層の下方の層間に
   設けられ、後続の層内における選択された半径方向流路
   の正合状態を変化させる相補的なプログラム化スペース
   ディスク手段を備えることを特徴とする装置。 ６、請求項１記載の装置にして、それぞれの圧力減圧段
   内に異なる数の層が存在することを特徴とする装置。 ７、請求項１記載の装置にして、各段の最終層のスリー
   ブ内の集結リングを固着することを特徴とする装置。 ８、請求項７記載の装置にして、前記ディスク手段が又
   、各段の最後の層内にあるリングの環状流路を密封する
   働きをすることを特徴とする装置。 ９、請求項１記載の装置にして、各集結リングが環状流
   路を画成するように除去された略一つのコーナ位置を有
   する略矩形の単一部材を備えることを特徴とする装置。 １０、請求項９記載の装置にして、前記リング部材が略
   四角であり、流路の半径方向部分を画成する壁の軸方向
   に測定した肉厚がスリーブ及びリングにおける半径方向
   流路の軸方向寸法に対応することを特徴とする装置。 １１、請求項１０記載の装置にして、集結リングのそれ
   ぞれ軸方向に伸長する壁の半径方向流体路が等間隔でか
   つ等寸法であることを特徴とする装置。 １２、請求項１２記載の装置にして、集結リングの半径
   方向流路が矩形であることを特徴とする装置。 １３、請求項１３記載の装置にして、連続する圧力減圧
   段の半径方向流路の周縁方向間隔が周縁方向に離間され
   て、各段を通る流れが略等しく分岐されるようにしたこ
   とを特徴とする装置。 １４、請求項１記載の装置にして、前記減圧組立体がハ
   ウジング、前記流体入口及び出口を有する弁と、弁座と
   、前記減圧組立体を担持する主弁ディスクと、主弁ディ
   スク内に可動なように取り付けられかつロストモーショ
   ン継手により結合されたソレノイド作動パイロット弁と
   を備え、ハウジング部品が主弁ディスク及び該ディスク
   により担持された減圧組立体を摺動可能に受け入れると
   共に、流体入口及び出口間に流体漏洩路を提供し、前記
   流体漏洩路が主弁ディスク、減圧組立体、パイロット弁
   はそのロストモーション継手を包囲し、これにより、減
   圧装置とハウジングとの間のエネルギ結合が著しく低下
   されるようにしたことを特徴とする装置。 １５、請求項１５記載の装置にして、前記パイロット弁
   体がパイロット弁と主弁ディスクとの間の流体漏洩路内
   に形成された一連の流体膨張チャンバを有し、前記減圧
   組立体が前記円筒状の支持スリーブにより担持された伸
   長部分と、及び減圧組立体とハウジングとの間にて漏洩
   路内に形成された一連の流体膨張チャンバとを備えるこ
   とを特徴とする装置。