JPH0731555B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は蒸気や圧縮空気等の配管系に取り付けて、二次
側の流体圧力を減じて一定の設定圧力に保つ減圧弁に関
する。

＜従来の技術＞ 従来の減圧弁は第３図に示す通りであり、減圧弁部１と
気水分離器部２と排水弁部３とから成る。本体10で入口
12,弁口14,出口16を形成する。入口は一次側の高圧流体
源に出口は二次側低圧域に接続する。主弁18を弁口14の
入口側端に主弁ばね19で弾性的に付勢して配置する。

ピストン20をシリンダ22内に摺動自在に配置し、ピスト
ン棒20bを弁口14を通して主弁18の中央突起部18aに当接
せしめる。ピストン20の下面とピストン棒20bとをほぼ
半球面で接続し、上面と下面を連通する連通口20cを開
ける。入口12とピストン20の上部空間、即ちピストン室
20aを連通する一次圧通路24にパイロット弁26を配置す
る。ダイヤフラム28をその外周縁をフランジ30,32の間
に挟んで取り付ける。ダイヤフラム28の下方空間は二次
圧検出通路34を通して出口16に連通する。パイロット弁
26の弁棒36の頭部端面はダイヤフラム28の中央下面に当
接する。また、パイロット弁26はパイロットばね27で閉
弁方向に付勢されている。

ダイヤフラム28の上面にばね座38を介して、圧力設定用
のコイルばね40を当接せしめる。調節ねじ44をスプリン
グケース66にねじ結合して取り付ける。

調節ねじ44を左右に回すと、圧力設定ばね40のダイヤフ
ラム28を押し下げる弾性力が変る。この圧力設定ばね40
の弾性力を基準値として、ダイヤフラム28はその下面に
作用する二次側圧力に応じて湾曲し、弁棒36を変位せし
めてパイロット弁26を開閉せしめる。この結果、一次側
流体圧力がピストン室20aに導入され、ピストン20が駆
動されて主弁18が変位せしめられ、入口12の流体が弁口
14を通って出口16に流れる。これは二次側の流体圧力が
低下すると弁口14が開き、上昇すると閉じる様に自動的
に作動する。

弁口14の下方に円筒形状の隔壁部材46を取り付け、これ
を囲む本体10との間に環状空間48を形成し、その上部は
コーン形状のスクリーン50を通して入口12に連通し、下
部は排水弁室52の上部に連通する。また、排水弁室52の
上部は隔壁部材46の中央開口を通して弁口14に連通す
る。環状空間48には傾斜壁から成る旋回羽根54を配置す
る。

従って、入口12の流体は、弁口14が開いて環状空間48を
通過するときに、旋回羽根54で方向を曲げられて旋回せ
しめられる。液体は外側に振り出されて周囲の本体内壁
に当たって排水弁室52に流下し、軽い気体は中央部を旋
回して、隔壁部材46の中央開口から弁口14に向い、そこ
を通過して出口16に流れ去る。

排水弁室52の底部には、排水口56に通じる排水弁口58を
形成する。フロートカバー62で覆って、球形の弁フロー
ト60を変位自在に収容する。フロートカバー62の上部に
は通気孔64を開ける。

従って、弁フロート60は排水弁室52の水位と共に浮上降
下して排水弁口58を開閉し、排水弁室52に溜る水を自動
的に排除する。

＜発明が解決しようとする課題＞ 前述した構成の従来の減圧弁を含め現存する全ての減圧
弁に於て、どうしても解決できない現象として、著しい
振動と騒音を発生するチャタリング現象がある。これは
適性流量での圧力設定時には正常な作動をしていても、
二次側の負荷が少なくなって流量が減少した場合に発生
したり、又は一次圧に対して設定圧（二次圧）が小さい
時、つまり減圧比が大きい時にも発生する。

その減圧比は例えば、一次側圧力10Kg/cm²を二次側圧力
2Kg/cm²程度以下に減圧する場合であり、主弁18及びピ
ストン20等の可動部が振動してチャタリング現象を起こ
す。これは二次側圧力が低下してその圧力変化が二次圧
検出通路34を介してパイロット弁26を開弁させる時、主
弁18は微開した程度にも拘らず、一次側と二次側の圧力
差が大きいために高圧の一次側流体が二次側で体積膨脹
を起こし、二次側圧力を瞬時にして上昇させてしまう。
そしてその圧力が再び二次側圧力検出通路34を介してパ
イロット弁26を急閉弁させてしまう。そうすればピスト
ン室20aの流体が急断され、ピストン20及び主弁18も急
閉弁する。主弁18が急閉弁すれば二次側圧力も急低下し
てダイヤフラム28は圧力設定ばね44に押されてパイロッ
ト弁26を急開弁する。以上の過程が加速度的に行なわれ
て大きな振動状態を呈する。

また、振動は主弁18の急激な開弁によって二次側へ向か
う蒸気の噴流がピストン20の下面に作用してピストン20
を急激に押し上げてその上壁に衝突し、このピストン20
の上昇に主弁18が追従できず、再びピストン20が下降し
てきた時に衝突するからであると考えられる。再接触は
衝撃的であり、この様な主弁18とピストン20の作動はピ
ストン棒20bの破損や、主弁18の弁座の損傷等を生じる
問題がある。これらの部材の損傷により、二次側圧力が
設定不能になったり、減圧弁としての寿命が短くなる。

従って、本考案の技術的課題はチャタリング現象を起こ
さない減圧弁を提供することである。

＜課題を解決するための技術的手段＞ 上述したようにチャタリングは弁座と弁体が微開状態を
維持しようとする時に発生しやすく、そしてその二次圧
の変化がダイヤフラム、パイロット弁、ピストン、そし
て主弁を一巡する間に著しい振動を呈する訳である。こ
の中で特にピストンから主弁への変位の伝達について言
えば、入力と出力の関係が過渡応答に成っており、この
間には応答の遅れがない為にピストンの急降下に伴って
主弁が急開し、二次圧を急上昇させている。

そこで主弁と駆動部の間にばねを介在させて両者の間に
伝達の遅れが生じるようにすることが考えられるが、こ
れでは主弁の微開状態の時は良いが、大流量を必要とす
る時に駆動部が主弁を大きく押し下げることができない
という問題がある。

この点に勘案して上記課題を解決する為に講じた本発明
の技術的手段は、一次側に接続される入口と一次側より
も低圧の二次側に接続される出口との間に設けた主弁口
を開閉するように主弁体を入口側から付勢ばねで付勢し
て配置し、主弁体を開弁方向に駆動する駆動部を設け、
上記主弁体と駆動部を、圧縮するに連れてばね定数が大
きくなるばねを介して当接せしめたものである。

ここで上記減圧弁は直動式でもパイロット式のものでも
適用できる。駆動部は直動式ではダイヤフラムの変位を
主弁に伝達する連結部材であり、パイロット式ではピス
トンである。また、圧縮するに連れてばね定数が大きく
なるばねとしては、駆動部と主弁の間に自由長で長さの
異なるばねを２種類以上配置することにより達成するこ
とができる。

＜作用＞ 主弁が閉弁状態から駆動部が作用して開弁を始める時、
ばねは圧縮初期にはばね定数が小さい為に駆動部の変位
量は主弁に小さく伝達される。従って、主弁の開弁初期
に駆動部が急変位してもその変位は主弁に減衰して伝わ
る為に主弁は急開せず、チャタリングを引き起こすこと
はなくなる。

次に、主弁からの流量を多くしようとして駆動部が大き
く降下して主弁を開弁させる時は、ばねは大きく圧縮し
ており、この時ばねは大きなばね定数の状態にあるので
駆動部の変位を殆どそのまま主弁に伝達することができ
る。

＜実施例＞ 上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する。
（第１及び第２図参照） 本実施例は従来のパイロット式減圧弁のピストンと主弁
部を改良したもので、第３図に対応する部位には同じ参
照番号を付して、減圧弁としての詳細な説明は省略す
る。

主弁18aの中央突起部に円筒部25を形成し、その下部に
連通口18bを開ける。その筒内部25にばね29及び31を配
置し、ピストン20のピストン棒20bの下端を挿入して前
記ばね29に当接せしめる。ここでばね29と31は自由長で
29の方がＬだけ長く形成されいる。また、弁口14を形成
する弁座部材23の入口側に前記主弁18を主弁ばね19で弾
性的に付勢せしめて配置する。

作用は以下の通りである。今、ばね29、31、19のばね定
数をａ、ｂ、ｃとして、ピストン20の変位Ｘに対して主
弁18aの変位をＹとすると、ピストン20のピストン棒20b
が変位し、ばね29がＬだけ縮んでばね31に当たる迄は、 Ｙ＝（a/（ａ＋ｃ））Ｘ で現される。そしてばね31に当たってからは、 Ｙ＝（（ａ＋ｂ）／（ａ＋ｂ＋ｃ））Ｘ で現される。ここでばね定数の比を a:b:c＝1:4:1 とすれば、ピストン棒20bがばね31に当たる迄は、 Ｙ＝（1/2）Ｘ （１） であり、ピストン棒20bがばね31に当たってからは、 Ｙ＝（5/6）Ｘ （２） で現される。この関係を簡易的にグラフ化したのが第２
図に示すものである。つまり、二次側圧力が変動してパ
イロット弁26が急開し、ピストン20が急降下して主弁18
aを開弁しようとしても、式（１）に示すようにピスト
ン棒20bがばね31に当たる迄は、主弁18はピストン20の
変位の1/2しか変位せず、主弁18は僅か開弁するだけで
ある。従って二次圧も急上昇せず以降これに順じてダイ
ヤフラム28、パイロット弁26、ピストン20、そして主弁
18へと一定した変動のないフィードバック圧力が伝わ
り、チャタリングは起こらなくなる。

次に、主弁18からの流量を多くする為にピストン20が大
きく降下して主弁18を開弁させる時は、式（２）に示す
ように主弁18はピストン20の変位の5/6変位するのでピ
ストンの変位を殆どそのまま主弁に伝達することができ
るので主弁18は大きく開弁することができる。

上記のばね定数の比を変えることにより任意に主弁18の
開弁状態を設定することができる。また、上記実施例で
はピストン棒20bと主弁18の間には２本のばねを介在さ
せたが、夫々長さが異なるばねを複数本介在させた方が
更に大きな効果が得られる。また、線径の異なるばねを
１本介在させることもできる。

＜発明の効果＞ 以上のように本願によればチャタリングが解消されるの
で、振動は無くなり各部材は損傷することなく、減圧弁
は安定した状態で設定圧力を維持し続けることができ
る。

また、チャタリングが解消されることにより従来設定で
きなかった低圧域の圧力設定が可能となり、減圧弁とし
ての使用範囲が広くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部断面図、第２図はピスト
ンの変位と主弁の変位の関係を簡易的に示したグラフ、
第３図は従来の減圧弁の断面図である。 1:減圧弁部、2:気水分離器部 3:排水弁部、10:本体 12:入口、14:弁口 16:出口、18,18a:主弁 19:主弁ばね、20:ピストン 20b:ピストン棒、29,31:ばね 26:パイロット弁、28:ダイヤフラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側に接続される入口と一次側よりも低
   圧の二次側に接続される出口との間に設けた主弁口を開
   閉するように主弁体を入口側から付勢ばねで付勢して配
   置し、主弁体を開弁方向に駆動する駆動部を設け、上記
   主弁体と駆動部を、圧縮するに連れてばね定数が大きく
   なるばねを介して当接せしめたことを特徴とする減圧
   弁。