JPS5845627B2 - 弁作動器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁作動器に関し、特に、高圧ガスの貯槽となる
はｇ球形状の蓄圧器を装架した油圧シリンダとピストン
を備え、油圧力が軽減されたときに弁を確実に閉鎖でき
る作動器に関するものである。

原子力発電所の給水および水蒸気系内の大型の弁を閉鎖
するため今までに多数の装置が利用されて来た。

これ等のプラントにおいては安全性と確実性とを必要と
するため、上記の系内の弁を閉鎖するに要する時間と、
地震の価撃に安全に耐える能力とは実際上重要である。

過去においてこの型式の大型弁を確実に閉鎖するため電
動式作動位置が使用されて来たが、閉鎖時間が長いので
一般的にこれ等を魅力のないものにしている。

油圧シリンダとガス蓄圧器とを組込んだ弁作動器が弁を
迅速に閉鎖するための最良の装置であることが現在わか
っている。

高圧流体例えば油が油圧シリンダ内のピストンに導かれ
て、このピストンの他方の側に作用している高圧ガス源
に逆らって弁を開放する。

油圧力が軽減された場合にガスをピストンに作用させて
弁を迅速に閉鎖するのに十分な量のガスを利用できるよ
う高圧ガスの貯槽が蓄圧器内に維持されている。

蓄圧器を弁から遠方の位置にタンクの形で配備してもよ
いことは明らかであるが、自蔵式にすることが好ましい
。

８１．２８６Ｉｎ（３２インチ）にもおよぶ釣合い玉形
弁と関連して現在使用されているこの種のシステムの１
つとしてシリンダ間にガスを配置したシリンダ配列があ
る。

だが、この配列は廉価ではなく、また十分な閉鎖力を提
供するのに必要とされる外側シリンダが大きくて重いの
で地震の衝撃に耐える弁の能力の決定に際し問題となる
。

さらにその上に、この配列は過去においてはつり合い弁
の迅速閉鎖を確実ならしめて来たが、不つり合いゲート
弁と関連しての使用の適応性は問題である。

比肩し得る大きさのゲート弁を閉鎖するのにかなり大き
い力が必要であるから、著しく大きい寸法と重量の外側
シリンダを必要とし、発電所設計の際に考察されねばな
らない地震の問題およびスペースの問題を著しく複雑化
することが知られている。

したがって、自己充足で軽量のものであり且つ廉価に製
造できる油圧シリンダとガス蓄圧器配列を有している弁
作動器を提供することが本発明の一目的である。

油圧シリンダに装架されるは２球形状の壁を有する蓄圧
器を含んだ上記形式の弁作動器を提供することが他の目
的である。

シリンダの端部を蓄圧器の内部内に位置決めするように
球形状の壁が油圧シリンダにより交さされた上記形式の
弁作動器を提供することがさらに他の目的である。

本発明の上記ならびにその他の目的は弁を開閉するよう
に動かされることのできる弁棒と整夕１ルて弁上に装架
されることのできる弁作動器の形の本発明の実施例によ
り提供される。

この作動器は油圧シリンダと、このシリンダ内に滑動自
在に装架されたピストンとを含んでいる。

ピストン棒が上記ピストンの第１の側に結合され且つ密
封された貫通滑動運動をなすように上記シリンダの第１
の端部に設けられた開口を貫通して上記弁に向は上記シ
リンダの外部へ延びている。

上記ピストン棒は弁棒に結合されることのできる延長端
部を有している。

高圧ガス蓄圧器が上記シリンダ上に装架され且つは２球
形状の圧力壁を有し、またこの球形状の圧力壁は上記蓄
圧器の内部を上記ピストンの第２の側と連通させるよう
に上記シリンダの第２の端部を前記蓄圧器内に位置決め
するため前記シリンダにより交さされる。

第１図には本発明の好ましい弁作動器が図示されている
がそれよりも先に第２図の先行技術の作動器を説明する
。

第２図に図示されているように先行技術の弁作動器１０
はピストン１４を内部に滑動自在に装架された油圧シリ
ンダ１２を含んでいる。

ピストン棒１６がピストン１４の第１の側に装架されて
、上記シリンダの下端部２２に設けられている孔２０を
貫通しシリンダ１２の外部に突出している。

上記孔２０を貫通してのピストン棒１６の滑動を許しな
がらシリンダ１２からの油圧油の損失を防止するための
密封装置２４が孔２０において棒１６を取り囲んでいる
。

棒１６の延長端部２６が、作動器１０を装架されている
弁３０の弁棒２８に結合されている。

油圧ポンプとマニホルドシステム３２（刻線で示されて
いる）はピストン１４０制御された位置決めのための油
圧流体を提供することのできる、コノ技術の分野で周知
された任意の型式のものでよい。

上記弁が開放された場合には上記ポンプとマニフオルド
３２のための油供給源となりまた上記弁が閉鎖された場
合油のための収集器となるように油の貯槽３４（同様に
刻線で示されている）が弁作動器１００周りに少くとも
部分的に延在することかできる。

弁３０を閉鎖するのに必要とされる積極的装置を提供す
るため、先行技術の弁作動器１０はさらにシリンダ１２
を内部に完全に包み込むように該シリンダを取囲む高圧
ガスシリンダ３６を含んでいる。

ガスシリンダ３６の下端部は、シリンダ１２と同様に、
フランジ部材３８に密封できるように装架され、また上
記フランジ部材３８は作動器１０を弁３０の上部構造体
４２に固定するためのボルト４０の形の装置を含んでい
る。

シリンダ３６の上端部４４は、ガスをフランジ部材３８
と端部閉鎖体４６との間にだいたいにおいて封込め且つ
シリンダ３６と１２との間の隙間内に高圧ガス蓄圧器４
８をだいたいにおいて画定するため密封閉鎖体４６を含
んでいる。

端部閉鎖体４６は、ピストン１４が降下位置（第２図に
示されている位置とは反対側のシリンダ端部にある）に
ある場合に、蓄圧器４８を所望の予定の圧力に予め昇圧
するためのガス弁５０を含んでいる。

シリンダ１２の上端部５４と端部閉鎖体４６との間に出
入口空所５２が設けられているので、ガスはピストン１
４の第２の側に作用するように蓄圧器４８とシリンダ１
２の上方部分との間に自由に流れることができる。

同様に端部閉鎖体４６内に配備された圧力変換器５８が
ガスの圧力を監視するのに使用される。

ピストン１４がシリンダ１２の下端部にあれば、ピスト
ン棒１６は弁３０を閉鎖するように弁棒２８に作用した
。

弁３０を開放しようとする場合、ポンプとマニフオルド
３２とがフランジ部材３８に一体に形成されている供給
−吐出管路６０を通して油圧油を圧送するのに使用され
る。

油がピストン１４の第１の側に作用すると、棒１６と弁
棒２８とは上向きに動き始める。

油圧力はシリンダ１２の上方部分と蓄圧器４８内の予め
昇圧されているガス圧力に打勝つのに十分な大きさを有
している。

ピストン１４が第２図に示されているようにシリンダ１
２の上端部５４に再配置されるまでコノ油の圧送が継続
され、またその時には弁３０は開放位置にあるであろう
。

上記位置において、高圧ガスは主として蓄圧器４８内に
容れられ且つピストンの運動から生じた減少された容積
のため前記の予め昇圧された圧力よりもかなり高い圧力
にあるであろう。

管路の破裂またはその他の作動上の必要から、弁３０の
迅速閉鎖が望ましい場合、油をシリンダ１２から供給−
吐出管路６０を介して排出させるようにポンプとマニホ
ルドシステム３２が遠隔制御される。

ピストン運動に対する抵抗を除去された状態で、蓄圧器
４８内の高圧ガスがピストン１４の第２の側５６に作用
して上記弁を迅速に閉鎖するであろう。

作動器１０の確実な作動を確保するため、ピストン１４
はピストン１４の周りの油と（あるいは）ガスの通過を
防止する１対のピストンシールリング６２を備えている
。

ガスと油圧油の混合物の形成に対する付加防止として、
リング６２とドレン管路６６との間の円周みぞ６５がピ
ストン１４と棒１６とに形成されている。

ドレン管路６６が密封用リング６２の有効さを監視する
ための接近を許すシリンダ１２より下方の吐出位置まで
上記枠の内部を通って下向きに延びている。

以上で述べた弁作動器１０が原子力発電所内のつり合い
玉形弁を迅速に閉鎖するための適当な装置を備えている
が、発電所の設計の際に重大な考察を特徴とする特色を
含んでいる。

原子力発電所が提供すると云われている一般住民に対す
る潜在的な危険のため、多数の厳密で広範囲な安全の必
要条件が満足されねばならない。

前記のとおり、弁作動器は危険な管路破裂の場合におけ
る所要のある閉鎖時間の条件を満足させることが可能で
なげればならない。

だが、弁を迅速に閉鎖するのに十分な力が利用可能であ
ることを確実にするため先行技術の作動器１０の取り囲
んだ円筒形状配列はガスを予期された高い作動圧力に維
持するのに比較的にがんじょうな大型構造体を必要とす
る。

前記外側シリンダの重量と大きさとはこのシステム内に
設置されるべき弁の全偏心重量に著しく寄与している。

給水または水蒸気の管路から片持ち様に延びた重量の量
は地震の衝撃を考慮する必要がある場合には解決されね
ばならない構造上の問題を提供している。

直径の大きい方のシリンダのための支持装置を提供する
ためこの２重シリンダ設計は大きいフランジ部材３８を
含んでおり、それによりこの作動器の重連がさらに増大
される。

第１図に図示されているとおり、本発明の好ましい弁作
動器７０は同様な油圧シリンダ７２、ピストン７４およ
びピストン棒７６の配列を含んでいる。

同様な油の貯槽、ポンプおよびマニホルドシステム（図
示されていない）が、シリンダ７２の下端部に位置決め
されている供給−吐出管路７８に出入する油を制御する
ため、作動器７０に装架されている。

しかしこの好ましい実施例では、球形状の圧力壁８４を
有する高圧ガス蓄圧器８２を設けておるので外側シリン
ダを省略している。

圧力壁８４はシリンダ７２の外径にはビ合致する直径を
有している貫通開口８６を含んでいる。

開口８６の雌形ねじ山８８はシリンダ７２の外側表面９
１０周りの相手のねじ山９０に係合してシリンダ７２を
保持するようにされている。

したがって、球形状の圧力壁８４はねじ山９０でシリン
ダ７２上に装架される際にシリンダ７２により交さされ
る。

上記のごとく装架されると、シリンダ７２の上端部９２
は蓄圧器８２の内部９４をピストン７４の上方の側９６
と自由に連通させるように前記内部９４内に配置される
。

作動器１０の場合と同様に、シリンダ７２の上端部９２
は、ピストン７４が降下された場合、シリンダ７２の内
部に自由にガスを連通させるようにだいたいにおいて開
口されている。

ガス弁９８および圧力変換器１００がこの場合も蓄圧器
を予め昇圧し且つ内部のガス圧を監視する。

球形状の圧力壁８４の下端部における可撓性の金属シー
ル１０２がシリンダ７２の外側表面９１を取囲み且つ高
圧ガスの保持を確実ならしめるように上記外側表面に溶
接されている。

この好ましい球形状の圧力壁８４はシリンダ７２の上端
部９２の大部分を内部９４の中に受は入れているので蓄
圧器８２はシリンダ７２の低い方の端部８０まで延びて
いない。

かくすることで先行技術の作動器１０のフランジ部材３
８程に大きいフランジ部材の必要が排除される。

さらにその上に、この好ましい作動器１０は同様のフラ
ンジ部材ではあるがシリンダ７２０周りに延びる小直径
を有するフランジ部材を含むことができる。

その場合、シリンダ７２の下端部８０と弁の上部構造体
１０４がこの技術に周知されている従来のヨークロック
リング１０６により結合されるようにされている。

その結果として、この好ましい作動器７０は重量と材料
とをある程度軽減した改善された装架装置となる。

シリンダにより交さされているにもか匁わらず、は２球
形状を有する蓄圧器を提供することで、先行技術の配列
の蓄圧器で得られるよりもいちじるしく良好なガス容積
対全重量比が得られることもまた本発明により判明され
ている。

この好ましい作動器は、油圧シリンダにより交さされる
ため、真の球形状ではないことが注目されるべきである
。

さらにその上に、シリンダの直径がは２球形状の壁の直
径に近いので、蓄圧器の下方半休の正確な形状が余り重
要ではなくなる。

たとえば、蓄圧器の下方半休として役立つ上向きに開い
た截頭円錐形部分を一体に形成した油圧シリンダを鋳造
することも製造上の理由で好ましいであろう。

シリンダ上に装架される蓄圧器の提供のため半球形の上
方部分を截頭円錐体上に溶接することも可能であり、こ
れもまた本発明の範囲内である。

いずれにしても、大部分が全体的に球形状の表面内にあ
る蓄圧器は所望の強度を備え、すぐれたガス容積対全重
量比を得ることができる。

この好ましい作動器の利点を確証するため、前記型式の
３２インチつり合い玉形弁のための比較し得る作動器配
列のコンピュータ分析が行われた。

材料の重量（機械仕上げ前）と、材料のコストと、予期
される製造時間とについて比較がなされた。

シリンダ７２とは２球形状の圧力壁８４との寸法および
壁８４内のシリンダ７２の相対的挿入量が製造に使用す
るのに利用可能な標準のシリンダサイズおよび半球形サ
イズの各種の組合わせから決定された。

したがって、この好ましい配列は最適の圧力対設計比の
設計を提供するように企図されていないでむしろ実際に
供給されることのできるものである。

それにもか呈わらず、油圧シリンダ、ピストン、ピスト
ン棒等を含んだ先行技術の作動器が約１５２１ｋｇの材
料と約１２０時間の製造時間とを必要とすることが判明
している。

本発明の上記特色を組込んだ比較し得る弁作動器が作動
器１００半分以下の材料費で約５４５ｋｇのみの重量を
有し且つわずか約７５時間の製造時間を要するのみであ
ろう。

重量とコストの各材料での節約が２分の１以上でありま
た製造時間が約３分の１軽減されるこの好ましい作動器
７０は有効にして確実な弁閉鎖を提供し続けながら先行
技術の作動器１０をかなり改善することは明らかである
。

さらにその上に、前記の重量軽減で、たとえこの発電所
が先行技術の作動器の耐えられない程の大きさの地震衝
撃力を加えられた場合でも、弁の安全作動をさらに確実
ならしめる。

本発明の弁作動器が耐震性の点で優れているもう１つの
根拠は、前記したようにシリンダ７２の上端部９２０犬
部分が球形状の蓄圧器８２の内部９４中へ突出して入り
込んでいるので、弁作動器が弁自体から延びる長さ即ち
張出し長さを最小限に保つことができることである。

原子力発電所のシステム内でのゲート弁の使用の関心が
増すにつれて、上記の利点はますます重要となる。

匹敵し得る大きさの不つり合いゲート弁がつり合い玉形
弁よりもわずかだげ長いピストン閉鎖ストロークを必要
とするにすぎないが予期される所要の開閉力は玉形弁に
必要とされる力の約５倍の程度にいちじるしく増大され
る。

同じストロークでは、この増大された力はガスが迅速な
閉鎖をなお確実にしながら同様な圧力に維持されるのに
、より大きいピストンが提供されるのを必要とする。

その結果として、高さは同じであろうがこの油圧シリン
ダは第１図および第２図に示されている実施例の２倍以
上の直径を有するであろう。

このシリンダが初めの容積の２倍以上に太きければ、蓄
圧器の容積もまた弁作動を通して同じガス圧力を生成す
るのに２倍以上にされるであろう。

同じガス圧を保持しながらより大きい油圧シリンダを取
囲むため外側シリンダを有する第２図に示されているよ
うな蓄圧器を使用すれば必要とされる直径と重量がいち
じるしく増大されることが判るであろう。

初評価は、外径が弁の外側寸法よりも十分に超過して延
びてシステム内の取付けをいちじるしく実行不能にしま
たその重量が地震の要求に対する応答をきわめて見込み
なくすることを表示している。

略言すれば、上記の好ましい配列は今までには不可能で
あったある種の弁の迅速閉鎖のため油圧−ガス作動器の
実際的使用を可能ならしめる。

以上で述べられた実施例は利用可能な製造材料を利用し
た特殊の大型弁のための好ましい弁作動器を代表してい
るが、本発明の範囲内に留まりながらいちじるしい変更
を施し得ることはもちろんである。

たとえば蓄圧器内への油圧シリンダの挿入量を減するこ
とで最も有効な閉鎖圧力対重量比を得ることができると
判明している。

他方において、特定の発電所設備内の高さ制限が指示す
る場合、蓄圧器内の油圧シリンダの挿入の長さが蓄圧器
の直径に接近することができる。

さらにその上に、シリンダに球形状圧力壁を装架するの
に使用される方法および弁へシリンダを装架する方法は
弁製造技術でよく知られている任意の数の手段に変えら
れる。

所望ならば、上記球形状の圧力壁を油圧シリンダに関し
偏心するように装架することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の各種の特色を含んだ好ましい弁作動器
の断面による側面図、第２図は先行技術の弁作動器の断
面による側面図である。 ７０・・・・・・弁作動器、７２・・・・・・油圧シリ
ンダ、７４・・・・・・ピストン、７６・・・・・・ピ
ストン棒、８２・・・、・・高圧ガス蓄圧器、８４・・
・・・・球形状圧力壁、９８・・・・・・ガス弁、１０
０・・・・・・圧力変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作動すべき弁に装架されるようになっていて一端が
   閉鎖し他端が開放しているシリンダと、弁開放位置に対
   応する位置と弁閉鎖位置に対応する位置との間を移動す
   るよう前記シリンダに取付けられたピストンと、前記ピ
   ストンに固定され且つ前記シリンダの閉鎖端の開口を貫
   通してその中を密封状に滑動でき且つ自由端を弁閉鎖部
   材に連結できるようになったピストン棒と、前記シリン
   ダの開放端近くに取付けられていて前記シリンダの開放
   端の大部分が当該蓄圧器の内部へ突入しており且つ前記
   ピストンが前記弁閉鎖位置に在るとき圧力流体が当該蓄
   圧器の内部へ充填されるようになった球形状の蓄圧器と
   、前記蓄圧器内の圧力流体にさからって前記ピストンを
   前記弁開放位置に移動させるため前記ピストンへ流体圧
   力を供給するための装置とを包含することを特徴とする
   弁作動器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の弁作動器において、前
   記した流体圧力供給装置が液圧流体を加える装置を有す
   ることを特徴とする弁作動器。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の弁作動器において、前
   記蓄圧器の内部が圧力気体で充填されることを特徴とす
   る弁作動器。