JPH0828743A - 高速開閉しゃ断弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種プラント等で使用するプロセス流体のし
ゃ断用弁装置に関するもので、弁および駆動装置の損
耗、応力による疲労を軽減し、高速な開閉を実現するこ
とを目的としている。 【構成】 弁駆動軸０１に取付けたギア０２と、これに
噛み合うギアをロッド部分に付したピストンロッド０３
及びその両端に取付けたピストン０４を収納し、駆動媒
体供給口及び排出口０６，０７を備したシリンダ室０８
等を有する弁駆動装置筐体０５で構成される弁駆動装置
を、駆動媒体供給・排出口の切り換えにより弁駆動軸を
回転させることにより弁を全開または全閉可能とし、さ
らに、ピストン０４の１ストロークで弁駆動軸０１が９
０°を越え１８０°まで回転して、弁が全閉→全開→全
閉位置を取り得るようにシリンダ室０８の長さとピスト
ンロッド０３に付したギア長さ及び弁駆動軸に取付けた
ギア０２の角度を選ぶようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種プラント等における
プロセス流体のしゃ断用弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラントのプロセス流体をしゃ断
するため、ボール弁，コラム弁やバタフライ弁と弁駆動
装置とを組み合わせ外部信号により、開閉を行う事が一
般的に行なわれている。

【０００３】そしてこれらの駆動装置は圧縮空気または
油圧などの駆動媒体を該装置に注入または抜きだすこと
でボール弁のボールやバタフライ弁のディスクを約９０
度回転させることにより弁の開閉を行っている。

【０００４】図２は従来の弁駆動装置の構造図を示し、
図において弁駆動装置は駆動装置の筐体０５′、駆動媒
体の圧力を受けるピストン０４′、ピストンで受けた力
を弁軸へ伝えるピストンロッド０３′、ピストンロッド
の直線的な動きを回転運動にかえるため軸０１′に一体
的に取付けられたギア０２′、ギアの力で回転する弁駆
動軸０１′、ピストンへ駆動媒体を供給し、または抜き
出す配管０６′，０７′から構成される。

【０００５】つぎに該装置の作動につき説明すると、
今、図の配管０６′から空気圧または、油圧をかけ配管
０７′側の圧力を下げるとピストン０４′は左向きの力
を受け左方向へ動きシリンダ室０８′の左端で止まる。

【０００６】そこで配管０７′から空気圧または油圧を
かけ、配管０６′側の圧力を下げるとピストン０４′は
右向きの力を受け右方向へ動き、シリンダ室０８′の右
端で止まる。

【０００７】従来、シリンダ室０８′の長さとギア０
２′の大きさとの関係は、ピストン０４′が左端から右
端へ移動する時弁駆動軸０１′がほぼ９０°回転するよ
うに設計されている。これは前記弁駆動装置を有するボ
ール弁またはバタフライ弁等において弁の全開位置と全
閉位置がちょうど弁駆動軸０１′に接続する内弁を９０
°回転させた位置関係にあるからである。

【０００８】従って、ピストン０４′がシリンダ室０
８′の右端にある時、弁が全閉となるよう、弁と駆動装
置を組み合わせた場合、ピストンがシリンダ室の左端に
移動した時弁は全開となる。

【０００９】弁を全閉→全開→全閉と動かすためにはピ
ストンがシリンダ室で右端→左端→右端と往復させる必
要がある。

【００１０】一般に弁は静止している状態から動きはじ
める時が必要トルクが一番大きく、動きはじめると弁の
必要トルクが下がるため駆動媒体の圧力が一定の場合ピ
ストンは右端から動きはじめ急速に加速し左端にぶつか
って止まり、左端から再び徐々に加速して右端にぶつか
って止まる。この時の弁の動きをボール弁を例として図
３に示す。

【００１１】図３において（ａ）がボール弁０９の全閉
位置、（ｂ）が中間開度（ｃ）が全開位置である。全閉
→全開→全閉の１サイクルを行うには、図３で（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）のように弁を動作させ
る。

【００１２】この時の弁開度と時間の関係を図５に示
す。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで前述のような
従来の弁駆動装置においては、弁の開動作・閉動作が速
いほど、ショックによる応力が急激に大きくなり弁体、
および駆動装置の損耗，応力による疲労が大きくなる。

【００１４】弁を急速に開け全開後、すぐに閉める高速
開閉（全閉→全開→全閉の１サイクルが１秒以下）を要
求される弁においては、弁体および駆動装置の損耗、応
力による疲労がきわめて大きいため弁の寿命が短いとい
う不具合がある。

【００１５】また、ピストンが全開で一旦停止し、その
後反対方向へ再加速する必要があることから、弁のあい
ている時間を短縮することが困難である。

【００１６】本発明はこれら従来装置のもつ不具合点を
解消し、弁および駆動装置の損耗，応力による疲労を軽
減し、高速な開閉を実現することを目的とするものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の構成として本発明の高速開閉しゃ断弁は、弁駆動軸に
一体的に取付けたギアと、これに噛み合うギアをロッド
部分に付したピストンロッド及び該ピストンロッド両端
に固設したピストンを収納し、駆動媒体供給／排出口を
備えたシリンダ室等を有する筐体により構成され、前記
駆動媒体の供給口を切り換える事によって前記弁駆動軸
を回転させ、弁を全開または全閉させる弁駆動装置を有
し、かつピストンの１ストロークで前記弁駆動軸が９０
°を越えて回転し、弁が全閉→全開→全閉位置を取り得
るよう構成したことを特徴としている。

【００１８】また上記弁駆動軸に接続して回転する内弁
の非開口部に対する開口部の中心角の比率を小さくし、
同時に弁の出入口部の中心角を開口部のそれに対応させ
ることも効果的である。

【００１９】

【作用】前記構成よりなる本発明の高速開閉しゃ断弁に
よれば次に示す作用を奏する。 （１）ボール弁，コラム弁やバタフライ弁等の内弁は弁
駆動軸に対して対称となっている為、閉→開の動作時に
９０°軸を回転させた後、同一方向に更に９０°回転す
ると再び閉位置となる。従ってボール，コラムやディス
クを１８０°回転させれば、閉→開→閉の動作が行われ
る事になる。従って、ピストンの１ストロークで弁駆動
軸が９０°を越えて回転し、弁が全閉→全開→全閉位置
を取り得る様に、シリンダ室の長さとピストンロッドに
付したギア長さ及び弁駆動軸ギア角度を選ぶ事でこれが
可能となる。図３で言えば、１サイクルの間に（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）の様に動作する事が出
来る。

【００２０】（２）このようにする事により１回の開閉
サイクルで、弁の動作は同一方向なので、弁及び弁駆動
装置への加速・減速が１サイクル１回となり弁の軸等の
応力疲労が軽減される。

【００２１】（３）そして、弁のボール，コラムやディ
スクの加速・減速が開閉の１サイクルで１回で済むの
で、図５に模式的に示すように弁の反転時の再加速が不
要であり開閉１サイクルの時間を短縮出来る。

【００２２】（４）又、上記に対し、更に開閉１ストロ
ーク時間中の弁開時間の比率を下げる必要が有る場合に
ついては、上記の駆動装置側手段に加へ、弁駆動軸に接
続して回転する内弁の非開口部に対する開口部の中心角
の比率を小さくし、同時に弁の出入り口部の中心角を開
口部のそれに対応させる方法を採ることにより実現出来
る。図４．はこの例図であり、中心角が４５°程度の場
合である。この方法を採れば、１ストローク時間は同じ
であるが弁が開いている時間は短いものとなる。図６．
にこの関係を示す。

【００２３】

【実施例】以下本発明の実施例につき図面に基づいて説
明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実
施例に係る弁駆動装置の構造及び作用を示す説明図、図
３は同装置における弁の開閉動作説明図、図４は本発明
の第２実施例の弁の開閉動作説明図、図５は本発明第１
実施例と従来装置の弁開度と時間の関係比較図、図６は
本発明の第２実施例と同第１実施例の弁開度と時間の関
係比較図、図７は本発明に係るしゃ断弁を使用する応用
例の説明図である。

【００２４】図１において、弁駆動軸０１に一体的に取
付けたギア０２と、これに噛み合うギアをロッド部分に
付したピストンロッド０３及び該ピストンロッド両端に
固設したピストン０４を収納し、駆動媒体供給・排出口
０６，０７を備えたシリンダ室０８等を有する弁駆動装
置筐体０５により構成され、駆動媒体の供給口０６，０
７を切り換える事によって弁駆動軸０１を回転させ、弁
を全開または全閉させる弁駆動装置を有し、かつピスト
ン０４の１ストロークで弁駆動軸０１が９０°を越え１
８０°まで回転し、弁が全閉→全開→全閉位置を取り得
る様に、シリンダ室０８の長さとピストンロッド０３に
付したギア長さ及び弁駆動軸０１に取付けたギア０２の
角度を選んでいる。

【００２５】このような構成での弁の動きを図３で説明
すれば、（ａ）はボール／コラム弁弁体１０の中でボー
ル／コラム０９の内弁開口部１１が弁出入口部１３に対
して直角であり全閉位置にある状態を示す。

【００２６】ここからスタートして矢印方向にボール／
コラム０９が回転し（ｃ）で全開となり、更に（ｄ）を
経て（ｅ）の全閉位置に至って１ストロークが終了する
ものである。

【００２７】この弁の次の１ストロークの動作は、
（ｅ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）のように行わ
れ、全閉→全開→全閉動作となる。

【００２８】このようにする事により１回の開閉サイク
ルで、弁の動作は同一方向なので、弁及び弁駆動装置へ
の加速・減速が１サイクル１回となり弁の軸等の応力疲
労が軽減される。

【００２９】そして、弁のボール，コラムやディスクの
加速・減速が開閉の１サイクルで１回で済むので、図５
に模式的に示すように弁の反転時の再加速が不要であり
開閉１サイクルの時間を短縮出来ることになる。

【００３０】又、更に、必要によっては、１ストローク
時間に占める弁開時間の比率を下げる為、上記に加え、
弁駆動軸０１に接続して回転するボール／コラム０９等
の内弁非開口部１２に対する内弁開口部１１の中心角の
比を小さくし、同時に弁の出入口部の中心角を開口部の
それと対応させることも可能である。

【００３１】図４は第２実施例としてのこの場合の説明
図であり、図３に対応する図面である。

【００３２】本例は内弁開口部１１の中心角が約４５°
の例であり内弁非開口部１２の約１３５°に対して小さ
く、部分開時間を含めて弁が開く時間は１ストローク１
８０°中の９０°相当である。従って、（ａ）全閉→
（ｂ）全閉→（ｃ）全開→（ｄ）全閉→（ｅ）全閉とい
う動きとなる。

【００３３】図６は弁開度と時間に関する第１実施例と
の比較図である。この場合、弁出入口１３の構造を工夫
する必要はあるが、第１実施例より更に急速に開閉を行
ない得るものである。

【００３４】つぎに本発明に係わるしゃ断弁を使用する
応用例を図７に示すＰＦＢＣ用セラミックフィルタの逆
洗空気系統図によって詳細に説明する。

【００３５】本事例では、セラミックフィルタのエレメ
ントが２ブロックに分けられ、逆洗空気も２系統に分け
られそれぞれにブロックに必要な数の逆洗ノズル２２の
上流側に逆洗空気弁２１が設けてある。逆洗空気弁２１
の上流には高圧空気レシーバタンク２３が配置される。

【００３６】ほぼ鉛直に設置されたＰＦＢＣ用セラミッ
クフィルタの缶体１４の上部にある含塵ガス入口１５、
から入った高温含塵ガスは多孔質セラミックス体の円筒
型エレメント１７による２つのフィルターブロックによ
って除塵されエレメントを透過した清浄ガスは清浄ガス
導出管２０によって外部に取りだされる。

【００３７】各フィルターブロックによってしゃ断され
た粉塵は高温含塵ガス側の下部にある粉塵ホッパに落下
し粉塵ホッパ出口１６より排出される。

【００３８】しかし、各エレメントの含塵ガス側に付着
した粉塵は、必ずしもそのままでは落ちず通常の逆方向
からのショック波をかけること、即ち、高圧空気の圧力
波を、ごく短時間（０．５秒程度）加えることによって
払いおとすこと、つまり逆洗をする必要がある。

【００３９】この逆洗は各単位ブロック毎に順々にサイ
クリックに行われるのが通常であり、逆洗インターバル
は数分で計画されている。

【００４０】逆洗空気弁２１は長くあけてもおいても逆
洗効率は向上せず、逆洗空気を無駄にするだけである。

【００４１】このような際の逆洗空気弁に本発明による
高速開閉しゃ断弁を使えば、開閉が短時間で行え、逆洗
空気を無駄にすることなく、効率的な除塵が行え、プラ
ント効率の向上に寄与することができる。

【００４２】また開閉１サイクル内で弁が反転する従来
の方式に比べ弁の軸力負担が緩和される結果弁および駆
動装置の回転軸や軸受の損耗、応力による疲労が少なく
なる。

【００４３】以上本発明の実施例につき縷々説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものでなく本発明
技術思想の範囲内において種々設計変更が可能であり、
それらは何れも本発明の技術的範囲に属する。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、内
弁を９０°を越えて１サイクルで全閉→全開→全閉と回
転させることにより次の効果を得ることができる。

【００４５】（１）１サイクルの開閉動作を短縮でき
る。

【００４６】（２）開閉１サイクル内に内弁の反転がお
こなわれる従来の方式に比べ弁の軸力負担が大幅に緩和
される結果、弁の回転軸・軸受・弁体などの損耗、応力
による疲労が少なくなり、弁寿命が延びる。

【００４７】（３）更に、内弁の開口部の中心角を小さ
くとることにより、より急速に弁の開閉が行われること
になり、逆洗等の空気消費量をセーブできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る弁駆動装置の構造図であ
る。

【図２】従来の弁駆動装置の構造図である。

【図３】本発明の第１実施例の弁の開閉動作説明図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例の弁の開閉動作説明図であ
る。

【図５】本発明の第１実施例と従来装置の弁開度と時間
の関係比較説明図である。

【図６】本発明の第２実施例と第１実施例の弁開度と時
間の関係比較説明図である。

【図７】本発明しゃ断弁を使用した応用例としてのＰＦ
ＢＣ用セラミックフィルタ逆洗空気系統図である。

【符号の説明】

０１ 弁駆動軸 ０２ ギア ０３ ピストンロッド ０４ ピストン ０５ 弁駆動装置筐体 ０６，０７ 駆動媒体供給・排出口 ０８ シリンダ室 ０９ ボール／コラム １０ ボール／コラム弁本体 １１ 内弁開口部 １２ 内弁非開口部 １３ 弁出入口部 １４ セラミックフィルタ缶体 １５ 粉塵ガス入口 １６ 粉塵ホッパ出口 １７ 円筒型エレメント １８ 上部仕切板 １９ 下部仕切板 ２０ 清浄ガス導出管 ２１ 逆流空気弁 ２２ 逆流ノズル ２３ 高圧空気レシーバタンク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁駆動軸に一体的に取付けたギアと、こ
   れに噛み合うギアをロッド部分に付したピストンロッド
   及び該ピストンロッド両端に固設したピストンを収納
   し、駆動媒体供給／排出口を備えたシリンダ室等を有す
   る筐体により構成され、前記駆動媒体の供給口を切り換
   える事によって前記弁駆動軸を回転させ、弁を全開また
   は全閉させる弁駆動装置を有し、かつピストンの１スト
   ロークで前記弁駆動軸が９０°を越えて回転し、弁が全
   閉→全開→全閉位置を取り得るよう構成したことを特徴
   とする高速開閉しゃ断弁。
2. 【請求項２】 前記弁駆動軸に接続して回転する内弁の
   非開口部に対する開口部の中心角の比率を小さくし、同
   時に弁の出入口部の中心角を開口部のそれに対応させて
   成る事を特徴とする請求項１記載の高速開閉しゃ断弁。