JP2000516372A - 弾性要素を有するバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体制御バルブは、ケージ（２０、８４、１２４）とケージ開口を全開させるための成型屈曲部が形成されたフレキシブルな弾性ダイアフラム（３８、８８、１４４）とを有する弁箱（１２、１１６）を備えている。弾性ダイアフラム制御器は、流体流れの剥離を減少させることによって圧力絞りの前に要求される流れ回復領域を減少させるための流れそらせ構造をその流体通路内に備えている。隆起したナイフエッジ弁座（１３４）は、弁座上への異物の蓄積を低減するために緩慢流領域にあるケージ頂端部（１３０）上に配設されている。バルブアクチエータを備えた弾性ダイアフラム制御器は、弁棒（１８８、１９８）が本制御器のダイアフラムとアクチータとに連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】 弾性要素を有するバルブ 本出願は１９９６年８月２１日に出願された米国仮出願（Ｓ／Ｎ６０／０２４ ／、４１５）の利益をクレームするものである。 本発明は流体制御バルブに関し、さらに詳しくは、流れ制御のために制御器オ リフィスを閉止する弾性ダイアフラム要素を備えた流体制御器または絞り弁に関 する。 技術背景 ガス圧制御器のような流体制御器は、システム内の圧力を許容限度内に維持す るための補助としてガス配管に一般的に用いられている。例として、ガス圧制御 器の第一の機能は、この制御器を流れるガス流量を上記システムのガス需要量に 一致させることである。また、このガス圧制御器はシステム内圧力を許容限度内 に維持しなければならない。 ある種のかかるガス圧制御器においては、制御器の流体入力部と出力部との間 にケージがダイアフラム組立物とともに挿入されており、ダイアフラム組立物は ばね力によってケージ頂端部の弁座に着座させられる。かかる構造においては、 とくに低流量条件下でたまに信頼性の低い流体シールが認められる。 このような従来の制御器のいくらかにおいては、ダイアフラム組立物が複数の 複雑な構造の要素を有しており、要求されるものより大型化し且つ製造コストが 上昇している。他の従来型制御器のいくらかにおいては、ケージ頂端部のオリフ ィス開口 を覆う平坦な板を用いることによってダイアフラム組立物の構成部品を最小限に 抑えている。しかしながら、そのような従来の制御器においては、ダイアフラム がオリフィス上方の全開位置にあるときでさえ流通路がふさがれ、オリフィスが 実質的に開状態にならず、制御器を通過する流体の流量を減少させてしまう。こ の望ましくない構造は要求されたより低い流量キャパシティーを招来する。 したがって、コンパクト制御器内に収まって高い流量キャパシティーを実現す ることができ、しかも製造コストおよび組立コストを低減するために構成部品の 少ないダイアフラムを備えた流体制御器が望まれている。 発明の概要 流体制御バルブには、流体入力部と流体出力部とこれらの間の流体通路とを有 する弁箱が備えられている。上記流体通路内にケージ要素が挿入されており、こ れが流体をこのケージおよび上記流体入力部と出力部との間の頂部オリフィスを 通過せしめる。上記入力部と出力部との間を通過する流体を制御するために、ダ イアフラム組立物が上記ケージオリフィスの上部に可動状態で取り付けられてい る。 上記ダイアフラム組立物は、円形を呈した弾性ダイアフラムを備えており、こ の弾性ダイアフラムは成型屈曲部が接続された平坦中央部を有している。上記成 型屈曲部は、その一実施例によれば、凹状の周部に連続した環状の尾根部を有し ている。他の実施例の成型屈曲部には、ダイアフラムの平坦な中央部および平坦 な取付周部それぞれに連続した隆起環状尾根部が形成されている。上記弾性ダイ アフラム要素はニトリル系材料また は他の弾性材料から形成されている。 制御器の閉位置においてはダイアフラムの平坦中央部はケージ頂端部をカバー するように延びて制御器オリフィスを閉止し、入力部、通路および出力部を通過 する流体の流れを阻止する。上記オリフィスを開く制御器の動作に応答して、弾 性ダイアフラム要素は、その凹状の上記周部が凸状の周部に切り替わることによ り、または、上記第二例の隆起した尾根部が外方へ延びることにより、ケージ頂 端部から離れるように柔軟に動き、いずれの場合であっても制御器オリフィスを 全開状態にする。このオリフィスの全開状態にあっては、この種の従来の制御器 に較べてより大きな許容流体圧力で使用することを可能にする。 ダイアフラム保持リングには、閉止状態においてダイアフラムの環状尾根部に 適合する外周面が形成されている。ダイアフラムの上記と反対側において、ダイ アフラムが全開位置に向けて曲がり、上記凹状周部が凸状周部に切り替わるかま たは上記隆起環状尾根部が延ばされたときに、ダイアフラムに適合するようにさ れた内面を有するダイアフラム取付フランジが制御器ボンネットに備えられてい る。 本発明の改良されたダイアフラム組立物は、その一方側のダイアフラムヘッド と他方側の平坦ダイアフラム板とによって中心部が保持され、それにより、たと えば無負荷制御器における従来の弁体／ばね加重を負荷する構造を通して着座力 が提供される。上記ダイアフラムヘッドはまた、ダイアフラムのエロージョンを 防止し且つ容量（キャパシティー）を向上させるための流れそらせ手段としても 作用する。または、ダイアフラム中央保持部材にドリル穿孔によって負荷／アク チエータ式制御器にバランスボートを形成し、それにより、平衡弁体隔膜型バル ブを提供することができる。したがって、弾性ダイアフラム組立物を備えた本発 明の圧力制御器は、高容量であり、コンパクトな構造を持ち、インラインメンテ ナンスが可能な、負荷式および無負荷式の制御バルブとなりうる。 本発明の好ましい実施例においては、絞り弁のような流体制御バルブは、流体 入口、流体出口、および該流体入口と流体出口との間の流体通路を有する弁箱を 備えている。ケージ部材は、流体を一方のケージ端部から受け入れるケージ内部 、および、他方のケージ端部において該ケージ内部と連通するキャップ開口を有 するキャップ部を備えている。このケージ部材は、流体を上記流体入口から上記 ケージ内部を通して上記キャップ開口を連続的に通過せしめて上記流体出口に至 らしめる流体通路の内部に組み込まれている。フレキシブルなダイアフラムが、 キャップ開口の近接位置からキャップ開口を離れた位置に柔軟に動いて流体入口 と流体出口との間の流体流れを制御するように、上記弁箱内に組み込まれている 。流れそらせ手段が上記ケージ内部に組み込まれており、上記ケージ頂端部およ びキャップ開口を通過する流体の剥離を低減し、ケージ頂端部から出てキャップ 開口に入って上記流体出口に向かう流体の流れ回復の所要範囲を低減する。 一の実施例においては、上記流れそらせ手段に、流体が連続してケージの頂端 部に流れる方向に見て、ケージ底部のケージ入口からケージ出口にかけて容積が 減少するケージ内部容積減少部分と、そこから連続するケージ内部容積実質的コ ンスタント部分とが形成されている。このケージ内部容積実質的コンスタント部 分の前のケージ内部容積減少部分は、剥離を最小限に抑えて流体流れをケージ頂 端部の付近に曲げる傾向にあり、それにより、流体がキャップ開口に入る前に通 常必要とされる流 れ回復領域の大きさを減少させる。他の実施例においては、流れそらせ手段は、 ケージ底部からケージ頂端部に流体が進むにつれて内部容積が減少するケージ内 部容積減少部分と、それに続く、ケージ頂端部に連続する突出部が形成されるよ うにケージ内部の内方へ突出した段部とを有している。段および突出部は鋭利で あっても丸みを帯びていてもよい。いずれの場合にも、この流れそらせ手段は流 体がケージ頂端部から出てキャップ開口に入るときに流体流れの剥離を減少させ る。ケージの頂端部に連続するケージ内部容積実質的コンスタント部分を上記段 部に含ませることもできる。 隆起弁座が、ケージのキャップ部の上における、流体がケージから出る部分で あるケージ頂端部とキャップ開口との間に形成されている。上記隆起弁座は、緩 慢流における低乱流且つ低流速となっているところに位置するのが好ましい。そ うすることにより、全ての流れ条件下で隆起弁座に対するダイアフラムの信頼性 の高いシールが可能となる。上記全ての流れ条件には、従来の制御バルブでは流 体のシールに関する問題が生じるような条件も含む。さらに、流れそらせ手段が 絞り部分の付近で流れの剥離を減少させるので、上記弁座を、従来の装置に要求 される流量キャパシティーの損失を避けるように効果的に配置することができる 。加えて、流れそらせ手段は、望ましい隆起した鋭利弁座つまりナイフエッジ弁 座を、弁座上の異物の蓄積を大幅に低減しうるようにケージキャップ上の範囲に 位置させることができる。 上記ケージを弁箱内に取り付けるための保持リングが上記キャップ部に配設さ れている。この保持リングは、全流量が通過しうる中空リング構造とすることが でき、また、制御器の流量キャパシティーを所望に減少させるために上記キャッ プ開口に 適合する流れ閉止指部を内部に有する構造とすることもできる。この構造によれ ば、単に指部のない保持リングや所望本数の指部を有する保持リングに取り替え るだけで、幾通りの容量条件に対しても一個のケージの使用で済む。または、こ の保持リングを単一の鋳造によってケージと一体化することも可能である。 ダイアフラム中央支持部材がダイアフラムの中央部に取り付けられており、こ のダイアフラム中央支持部材は、両者でダイアフラムの中央部を挟む弁体形状の 下部ダイアフラムヘッドと平坦上部ダイアフラム板とを有している。ダイアフラ ムの一方側にある負荷室と他方側とを連通する吸引通路が、上記ダイアフラム中 央支持部材を貫通して延びている。 他の実施例においては、前述の制御バルブ内に騒音低減器を備えている。この 騒音低減器は、流体中の騒音を減衰するように、流体の流れ方向に見たキャップ 開口と流体出口との間であってケージの周囲に配置された有孔部材を有している 。必要な減衰レベルに応じて、乱流によって生じる騒音が低減するように流れを 拡散する一個以上の有孔部材をケージの周囲に組み込むことも可能である。 上記ダイアフラムをキャップ開口に向けてまたそこから離れるように動かすた めの弁棒がダイアフラムの中央部に連結されており、弁箱内の通路がこの弁棒を 収容し、その移動を案内している。この案内された弁棒構造はダイアフラムを安 定させる。また、この弁棒の案内に代えて、弁箱内に案内されるスカート部を上 記ダイアフラム組立物に備えてもよい。目盛りを有するストローク指示器が弁箱 側に取り付けられており、弁棒に配設された指針と協働して弁棒の位置を示し、 それによってバルブの開度を示すようにされている。 本発明のさらなる実施例においては、上記ダイアフラム駆動の弁棒が、負荷パ イロット弁を通して駆動力が供給される従来型のアクチエータに取り付けられて いる。このような、本発明による制御器とアクチエータとの組合せは、低差圧条 件下で信頼性を持って使用されうる。自駆動式のアクチエータ／制御器組み合わ せ体においては、負荷パイロットを通しての駆動力供給に代えて、制御された圧 力を下流側の圧力から得ることが出きる。 本発明は、弾性ダイアフラムと絞りケージ要素とを有する従来の制御器におい て生じる多くの問題を解消することができる。さらに、本発明は以下の事項を含 む多くの重要な利点を提供することができる。 Ａ．「弁体状」弾性制御器 ａ．ダイアフラム取付弁体が流体の入口に硬質表面を提供することにより、 粒子衝突の高エネルギに対処してエロージョンを防止する。 ｂ．本発明の改良された弁座に沿う上記ダイアフラム弁体によって長寿命化 する。ケージの弁座が鋭利な弁座面を有している。このケージの弁座は、圧力降 下が絞りケージ内部の他の部位で生じるで、圧力降下ではなく閉止状態を提供す る。それによって弁座は保護される。ダイアフラム弁体と協働する上記改良され た弁座はその寿命が延長される。 ｃ．上記案内された弁棒を備えたダイアフラム弁体は、最小差圧を低下せし め且つヒステリシスの不具合を減少させるように、より軽量なダイアフラムの使 用を可能にする。このようにして広いレンジにわたる減圧制御を向上させる。 ｄ．上記案内された弁棒を備えたダイアフラム弁体は、圧力範囲にわたって 向上した制御安定性を提供する。 ｅ．上記ダイアフラム取付組立物は、ばね補助による流体の閉止をも可能に する。 ｆ．ダイアフラム取付組立物は、平坦シート状からカップ状にすることを可 能にし、それによってダイアフラムのコストを低減するとともにダイアフラムの 選択の自由度を与える。 ｇ．ダイアフラム取付組立物と案内された弁棒とは、弾性要素装置における 実際の弁体位置を示すための、実際のストローク支持器および／またはリミット スイッチなどの使用を可能にする。 Ｂ．絞りケージ ａ．この絞りケージは、制御バルブを制御器または弾性制御バルブへ転換す るために上記制御バルブの弁箱に直接挿入するようにされている。 ｂ．このケージ内の流れそらせ構造は、安定性のためおよび圧力降下領域を 隆起弁座の位置から他の部位に移動させて弁座の寿命を延長するためのいわば「 流れのダム」を提供する。 ｃ．弾性要素式の制御器における好ましく鋭利にされたつまりナイフエッジ 状にされた上記弁座は、上記ダイアフラム弁体に有利に組み合わせられる。 ｄ．上記ケージ保持部材はまたダイアフラム保持部材としても機能する。さ らに、このケージ保持部材は流量キャパシティーを選択的に減少させるためにも 使用することができる。 ｅ．この絞りケージは一体型の弁座を備えている。さらに、絞りケージは騒 音減衰手段と組み合わせることができ、所望により、一次／二次弁座構造と組み 合わせることができる。 Ｃ．弾性ダイアフラム ａ．平坦ダイアフラムを、上記ダイアフラム取付組立物を使用してカップ状 に形成することもできる。 ｂ．平坦ダイアフラムは製造が容易であり、たとえば、バイトンやカルボキ シル化されたニトリルなどの特別な材料、および他の万能の材料からも製造する ことができる。 さらに、本発明の流体制御バルブは、（１）気体および液体に使用でき、（２ ）逃がし弁、背圧弁、減圧弁または（パイロット弁における差圧を介して）パイ ロットの単純な変化を用いた流量制御バルブとして使用でき、（３）適当な接続 具を付けた弁棒を用いて遠隔制御が可能であり、（４）マイクロプロセッサ制御 のパイロット弁と組み合わせることができ、（５）合成閉止構造を組み合わせる ことができる。 図面の簡単な説明 新規であると確信する本発明の特徴は、付属のクレームにおける特徴とともに 以下に説明される。この発明は添付の図面とともに以下の記述を参考にすること により最もよく理解できる。上記図面においてはいくらかの図の中の同じ要素に は同じ番号が付されており、そして、その図面について、 図１は、本発明にかかる流体圧制御器および弾性ダイアフラム組立物の断面図 であり、便宜のために中心線の両側に各動作位置を示している； 図２は、ケージ頂端部とダイアフラム要素によってシールされたケージ出口と を示す、図１の制御器のケージの平面図である； 図３は、本発明の他の流体圧制御器および弾性ダイアフラム組立物の断面図で ある； 図４は、ケージ頂端部を示すためにボンネットを取り外した状態の図３の制御 器の平面図である； 図５は、本発明の好ましい実施例にかかる流体圧制御器および弾性ダイアフラ ム組立物の断面図であり、便宜のために中心線の両側に各動作位置を示している ； 図６は、ケージのキャップ開口に対する隆起鋭利弁座の位置を示す、図５にお けるケージの平面図である； 図７は、流れそらせ構造および隆起鋭利弁座を示す、図５におけるケージの頂 端部の部分拡大図である； 図８は、流れそらせ構造の他の実施例を示す部分断面図である； 図９は、図６のケージのキャップ開口に嵌入する流量キャパシティー指部を備 えたケージ保持リングを示す平面図である； 図１０は、図９の１０−１０線断面図である； 図１１は、騒音減衰のためにケージを取り巻く有孔流れ拡散部材と負荷室の圧 力を吸引する通路を有する他のダイアフラム取付組立物とを備えた、本発明にか かる制御器の部分断面図である； 図１２は、便宜のためにケージを取り除いて示す図１１の１２−１２線断面図 である； 図１３は、案内された弁棒とこの弁棒の位置を示すストローク指示器を備えた 、本発明にかかる制御器の部分断面図である 図１４は、バルブアクチエータに連結された案内された弁棒を備え、パイロッ ト制御弁によって駆動されている、本発明にかかる制御器を示す部分断面図であ る； 図１５は、第一閉止弁座と二次閉止ダイアフラムとを備えた他の実施例にかか る制御器の部分断面図である。 詳細な説明 図１および図２は、流体圧制御器に新規な弾性ダイアフラムを組み込んだ本発 明の一実施例を示している。ここで図示されているのは無負荷制御式の流体圧制 御器ではあるが、上記弾性ダイアフラムは負荷制御式の流体圧制御器にも適用す ることができるものである。 図１および図２には、流体入口１４と、流体出口１６と、流体入口１４から制 御器本体１２を通して流体出口１６に流体を通すための内部通路１８とを有する 制御器本体１２を備えた流体圧制御器１０が示されている。発明の説明を容易に するために、図１における制御器１０の左半分はその閉状態を示し、右半分は開 状態を示している。 制御器本体１２内の上記通路１８の内部において、開口２４を取り囲む環状支 持棚２２にその底部が取り付けられた延設ケージ２０が設けられ、上記開口２４ は流体入口１４と上記ケージ２０の出口２７に通じる中空ケージ内部２６とを連 通している。ケージ２０の頂部には、整列したスロット開口３０を有するキャッ プ部つまり端壁２８が形成されており、上記開口３０は、端壁２８の一方側であ る中空ケージ内部２６の流体および端壁２８の他方側である通路１８内の出口の 流体の通路を形成している。 ケージの端壁２８の外周縁３２は、通路１８内における制御器本体１２の内周 面３４に間隙を残して配置されている。この間隙は当該部品の垂直方向の組み入 れのためのものである。上記スロット開口３０により、流体がケージ出口２７を 通って通路１８から最終的に制御器の出口１６に流れうるように連通される。 制御器オリフィスを通過して流れる流体を制御するためのダ イアフラム組立物３６が配設されており、このダイアフラム組立物３６は弾力的 なダイアフラム３８を有しており、このダイアフラム３８はその一方側を支持す るダイアフラムヘッド４２と他方側を支持するダイアフラム板４４との間に実質 的に挟まれた中央部４０を有している。ダイアフラムヘッド４２の垂直ねじ部に ナット４６が螺着されており、それによって弾性ダイアフラム３８が定位置に保 持され、ダイアフラム組立物３６がしっかりと保持される。上記ダイアフラム板 ４４はばね座としても機能し、且つ、ケージ出口２７より大きくされて制御器の 閉止時に上記出口２７の閉止シールとしても機能する。 図１によれば、便宜のためにその縦中心線４８の左側に、ケージ端壁２８の弁 座２９に着座してケージ出口２７を閉止したときのダイアフラム組立物３６の位 置を示している。スロット開口３０を有する端壁２８の部分は上記ダイアフラム ３８を支持している。 図１の縦中心線４８の右側には、制御器がそのオリフィスを開いて作動してい るあいだのダイアフラム組立物３６の位置を示している。この状態では、制御器 入口１４からの流体の流れは上記開口２４を通過し、中空ケージ内部２６および ケージ出口２７を通過してダイアフラム室５０に至り、そしてスロット開口３０ を通過して通路１８に入り込み、最終的に流体出口１６に至る。 上記弾性ダイアフラム３８はニトリルから、平坦な中央部４０、環状の尾根部 ５２、および中央部４０と尾根部５２とを繋ぐ凹状周部５４が形成されたものが 好ましい。外周取付環部５６が配設されており、この外周取付環部５６はダイア フラム組立物３６をダイアフラム取付ケージ保持リング５８と制御器ボンネット ６２のダイアフラム取付フランジ６０との間に組み付 けるためのものである。一連の押さえボルト６４が、ダイアフラム組立物３６を そこに挟み込むようにボンネット６２を制御器本体１２に固定するために螺着さ れている。ケージ保持リング５８はケージ２０を所定位置に配置するために配設 されており、それにより、ダイアフラムの必要な伸縮ストロークが得られるよう なダイアフラムの屈曲部が形成され、また、ボルト加重によるダイアフラムの圧 砕を防止するための金属同士の接触を実現している。本図に示されるようなダイ アフラム３８は、ケージ保持リング５８の形状を図９および図１０を参照しつつ 後述するように変更することにより、制限された流量キャパシティーが提供され るので、必要に応じて他の制御器に適用することもできる。図示のごとく、ケー ジ２０の底部と支持棚２２との間およびケージ保持リング５８と制御器本体１２ との間には好適なＯリングが配設されている。 その一端が上記ボンネット内面に当接し、他端がダイアフラム板４４に当接し たばね６６が配設されている。このばね６６はダイアフラム板４４およびケージ ２０の鋭利なコーナーとなった弁座２９に着座荷重を負荷している。典型的に、 無負荷制御器においては上記ばね６６はばね設定圧力に設定されており、それに より、出口１６における出口圧力が上記ばね設定圧力を下回ったときには、ダイ アフラム組立物３６は図中の中心線４８の左側に示すようにダイアフラム３８が ケージ端壁２８のコーナー弁座２９に着座し、制御器のオリフィスは閉止される 。前述の先行技術から公知のとおり、ボンネット６２を通してダイアフラム組立 物３６の対向側の負荷室６８と連通しているパイロット制御器（図示せず）が出 口１６における出口圧力を検知し、それによってこのパイロット制御器が負荷室 ６８に負荷圧力を吐出させることができ、それによりばね６６に抗して 制御器のオリフィスを開く。その結果、入口１４における入口圧力が制御器の流 体出口１６に通じ、出口圧力の制御が維持されることの助けとなる。 入口圧力が制御器のオリフィスを開いたとき、すなわち、図１における中心線 ４８の左側に示される閉止状態から図１の右半分に示す全開状態へ移ったとき、 制御器を通して大容量の流体が流れることが要求される。図１の右半分に示す制 御器１０において、弾性ダイアフラムリング３８はケージの端壁２８から離れて 外方に柔軟に動いて大きなダイアフラム室５０が生じる全開位置に向かう。この ダイアフラム室５０は流体の大流量を可能にし、それにより、本制御器を従来の 装置より広いレンジの流れに適応させることができる。とくに、上記弾性ダイア フラム３８は成型された屈曲部を有しており、その屈曲部の周部には凹所５４が 形成されており、上記バルブが開弁したときにこの凹所５４は図１の右半分に示 すように凸状となることに注目すべきである。これにより、実質的に、遮られて いない流体通路を確保するための制御器オリフィスの全開は、最小限の直径を有 する弾性ダイアフラム要素によって達成される。 上記ダイアフラム取付リング５８は、図１の中心線４８の左側に示すように、 弾性ダイアフラムリング３８の凹所５４および環状の尾根部５２の輪郭に相補す る内周面７０を有している。また、制御器ボンネット６２は、図１の中心線４８ の右側に示す制御器オリフィスが開弁した状態において、上記凹所５４が凸状に 切り替わったときの弾性ダイアフラムリング３８の形状に相補する内周面７２を 有している。 本発明における弾性ダイアフラム組立物は負荷式制御器に対しても使用でき、 そこでは、図１４を参照して後述するように、要求された流れに対応する位置に ダイアフラムを位置させる ために弾性ダイアフラム３８を移動させる目的で、アクチエータをダイアフラム 組立物に取り付けることができる。 図３および図４には、流体入口７８、流体出口８０および内部通路８２を備え た制御器本体７６を有する他の流体圧制御器７４が示されている。 図３および図４に示す制御器は図１および図２に示す制御器におけると同様の 構成部品を有している。すなわちこの構成部品とは、弁箱、この弁箱に組み込ま れたケージ、弾性ダイアフラムおよび弁体である。しかし、ダイアフラム要素の 屈曲部は異なった形状にされている。 キャップ開口８６を有するケージ８４が弁箱内に組み込まれている。弾性ダイ アフラム８８は、ケージ９４と弁箱に組み込まれたボンネット９２との間に保持 される周縁保持部９０を有している。そして、押し縁シール８４がダイアフラム を弁箱内に保持し、且つ、通路８２を大気からシールしている。 ダイアフラム８８は周縁保持部９０と中央ダイアフラム部９８との間に隆起し た環状尾根部９６を備えている。この環状尾根部９６は、ダイアフラムが図１の 凹／凸ダイアフラムと同じようにケージの頂部から離れてボンネット９２の内面 １００に近接した全開位置に曲がったときには真っ直ぐに延ばされる。 この制御器７４は、上記中央ダイアフラム部９８を挟む下部ダイアフラムヘッ ド１０２と上部ダイアフラム板１０４とを有するダイアフラム組立物を備えてい る。図４から判るように、上部ダイアフラム板１０４はボンネット９２のガイド 面１０８に案内されて動く環状のスカート部１０６を有しており、それによって ダイアフラムの動きも案内される。図示の制御ばね１１０は図１の制御ばね６６ と同様に作用する。また、上記ケージ８４は、入口７８から出口８０への流体の 流れをダイアフラ ム９８と協働して閉止するコーナー弁座１１２を有している。 図５〜７には、本発明における弾性ダイアフラム要素を備えた流体制御弁の好 ましい実施例が示されている。図示の制御弁１１４は、流体入口１１８、流体出 口１２０および内部通路１２２を有する制御器本体１１６を備えている。上記内 部通路には延設ケージ１２４が挿入されており、このケージ１２４は、図５に示 すようにケージ頂端部におけるケージ出口頂端部１２８に通じる中空ケージ内部 １２６を有している。このケージの頂部におけるキャップ部１３０は、そこを貫 通する整列したスロット状のキャップ開口１３２を有しており、このキャップ開 口１３２は入口１１８から中空ケージ内部１２６を通る流体流れをケージ出口頂 端部１２８から出て流体出口１２０に通じる通路１２２に至らしめる。 このケージ１２４はまたそのキャップ部１３０に隆起した環状の弁座１３４を 有している。図７に示すように、この隆起した環状の弁座１３４は鋭利な弁座面 を提供するためにナイフエッジ状にされ、そして、キャップ部１３０におけるケ ージ出口頂端部１２８とキャップ開口１３２との中間部に形成されている。図５ 〜７に示す実施例には、弁座１３４が、低乱流または低速度の流れ、すなわち基 本的に緩慢な流れの部分であるキャップ部１３０に位置するように、流れそらせ 形状が含まれている。 とくに、図５〜７において、ケージ１２４が、符号１３８で示すケージ底部か らケージ内部１４０にかけて内径が減少する下部内側部分１３６を含んでいるこ とは注目すべき点である。続く上部内側部分１４２、すなわち上記ケージ内部１ ４０からケージ出口頂端部１２８に至る部分はコンスタントな内径を有している 。かかる形状においては、下部内側部分１３６と上部 内側部分１４２とが、ケージ内部からケージ出口頂端部１２８の周囲を通過して キャップ開口１３２に至る流体流れの剥離を低減する傾向にある。したがって、 この流れそらせ構造は、ケージ頂端部を出てキャップ開口１３２に入る前の流体 流れを効果的に回復させることができ、それにより、とくに低流速状態において 良好な制御器安定性が得られる。さらに、この流れそらせ構造では、隆起した鋭 利な弁座１３４が低流速且つ低乱流の領域に位置することになるので、弁座への 異物の蓄積やエロージョンを大幅に低減する。加えて、流れの回復のために従来 の制御器に要求されていたような、流量を低下せしめる長い回復空間を設ける必 要がない。 図５および図７に示すように、ケージ１２４のキャップ部１３０の頂面は円錐 台形を呈している。したがって、ケージ出口の全開状態を得るためにダイアフラ ムに成型屈曲部を設けることに代えて、平坦状のダイアフラム要素１４４が配設 される。平坦なダイアフラム１４４は、図１に関して説明したのと同様な手法に より、弁体形状の下部ダイアフラムヘッド１４６と上部ダイアフラム板１４８と の間に組み込まれている。図５の中心線１５０の左側に閉状態として示すように 、上部ダイアフラム板１４８の周縁部は隆起した鋭利な弁座１３４に対応したサ イズにされており、それにより、ダイアフラム１４４に対し、これを鋭利弁座１ ３４上にしっかりと着座させうる信頼性ある着座力が加わる。図示のばね１５２ は図１の説明において前述したばね６６と同様な作用を奏する。弁体形状のダイ アフラムヘッド１４６は、流体中の粒子の望ましくないダイアフラム１４４への 衝突を防止し、図１〜４の実施例におけると同様に流れをダイアフラムからそら せることができる。 図８は他の流れそらせ構造を有するケージ１５４を示してい る。ケージ内部１５８には内方に突出するように突出段部１５６が形成されてい る。ケージ下部内側部分１６０はその内径が流体の流れ方向に向かって減少して いっている。ケージ上部内側部分１６２は、上記突出段部１５６からケージ頂端 部１６４にかけて実質的にコンスタントな内径を有している。この流れそらせ形 状はまた、ケージ内部１５８からケージ出口頂端部１６４を通過してキャップ開 口１６６に向かう流体の剥離を減少させる傾向にあり、図５〜７に関して前述し た優れた効果を生むこととなる。このケージ部分は、コンスタントな内径の部分 １５６を無くして、段部１５６からケージ出口頂端部１６４へ湾曲させることも できる。さらに、直角の段部１５６に代えてより丸くした段部を採用することに より、頂端部１６４上の流体剥離を低減するための望ましい流れそらせ部を提供 することも可能である。 ケージ１２４を所定位置にしっかりと保持するためのケージリング１６７が弁 箱の内部の段部内に配設されている。この保持リング１６７はダイアフラム１４ ４の下方に折れ曲がった周縁リップ部を収容する（図５）のに好適な溝を有して いる。ボンネットを弁箱に組み付けることにより、ダイアフラム、保持リングお よびケージを所定位置に保持することができる。最初に、ダイアフラムヘッド１ ４６とダイアフラム板１４８との間にダイアフラム１４４を組み込むことにより 、弾性ダイアフラムの周縁リップ部が保持リング内に嵌入される。そして、図５ の中心線の左側に示すように、ダイアフラム１４４は円錐台形のキャップ部１３ ０の上に平坦な状態で載置される。したがって、ダイアフラムは最初は平坦であ り、ケージ上に組み付けられると図５に示すようにキャップ部１３０の円錐台形 に適合することになる。また、ダイアフラムは、キャップ開口から離れ るように動き始めると、上方に曲がり、図５の中心線１５０の右側に示すように ボンネットの内面側の全開位置に至る。 図９および図１０には他のケージ保持リング１６８が示されている。このケー ジ保持リング１６８は環状の基部１７２から内方へ放射状に延びる多数本の指部 １７０を有している。この指部１７０はそれぞれが図６に示すキャップ開口１３ ２に嵌入されている。このように、たとえば全容量制御器１１４が要求される場 合には中央開口を有する前述の保持リング１６７が使用される。制御器１１４に たとえば流量を５０％減少させることが要求される場合には、このケージ保持リ ング１６７は上記ケージ保持リング１６８に取り替えられ、その指部１７０が少 なくとも一部のキャップ開口１３２に嵌入することによって制御器の流量が低下 する。以上の点は、従来の制御器では制御器の流量性能を変える場合には各流量 特性に対応する異なった複数個のケージを用意しておく必要があったことに対し て、有利な特徴である。従来では、所望の流量特性を得るためにもとのケージが 取り外されて新たなケージに取り替えられることになるであろう。 本発明によれば、所望の流量特性を有する新しい一個のケージ保持リングを使 用することが必要である。したがって、ケージ全体について複数個用意する必要 はなく、単に異なる流量特性を有するケージ保持リングを複数個用意すればよい 。また、流量特性を変えるために弁箱からケージを取り外す必要がない。 図１１および図１２には、図５に示す本発明の制御器１１４におけると同じ構 成部品を多く備えている。たとえば、ケージ１２４、ダイアフラム１４４および 弁箱１１６である。加えて、有孔シリンダ部材１７４がキャップ部１３０からケ ージ１２ ４の底部にわたるケージ１２４の周囲を囲むように設けられている。上記シリン ダ部材１７４の孔１７６を通ることによって流体はシリンダ部材１７４を通過す ることができる。したがって、上流側であるケージ内部１２６から流れ出た流体 はキャップ開口１３２および上記孔１７６を通過して通路１２２に入り、下流側 である弁出口１２０に至る。この構造は乱流によって生じる騒音を低減するため の流れ拡散器を提供することになる。必要な減衰レベルに応じて一個以上の有孔 シリンダ部材１７６をケージ１２４の周囲に組み込むことも可能である。 図１１には相互に連通した通路１８０、１８２を備えた弁体形状の下部ダイア フラムヘッド１７８が示されている。図１１に示すように、一方の通路１８２は ダイアフラムヘッド１７８内の縦方向中心線１５０に沿って延び、他方の通路１ ８０は上記通路１８２と交差するようにダイアフラムヘッド１７８内を横方向に 延びている。したがって、ダイアフラム１４４の上方の負荷室１８４は通路１８ ０、１８２を通してケージ内部１２６と連通することになる。それにより、ダイ アフラムが閉位置から開位置に向かって動き始めたとき、負荷室１８４内の負荷 室圧力は通路１８２、１８０を通してケージ内部１２６に吸引されることによっ て除去され、ダイアフラムの迅速な動作およびそれによる制御器の迅速な応答（ 短い応答時間）が得られる。この吸引手法はもちろん本発明の全ての実施例につ いて利用しうる。 図１３には、図５の制御器１１４に取り付けられるストローク指示器１８６が 示されている。制御器１１４はダイアフラム組立物に組み込まれる弁棒１８８を 有している。この弁棒１８８の外側部分はガイド部材１９０の中に摺動自在に保 持されており、このガイド部材１９０はボンネット１６５に螺着されて いる。このようにして弁棒１８８がガイド部材１９０に案内されてダイアフラム １４４が定位置範囲で移動することができる。 弁棒１８８の頂部には指針１９２が配設されている。また、上記ガイド部材１ ９０に取り付けられたスケール部材１９６上には位置目盛り１９４が弁棒上の指 針１９２に近接して明示されている。このようにして、弾性ダイアフラム１４４ の閉位置から開位置までの開度は、スケール部材１９６上の指針１９２の位置を もってストローク指示器１８６によって示される。また、図１３に示される案内 された弁棒１８８とともに、ストロークの電気的な検出および表示のために、ふ さわしいリミットスイッチ、マイクロスイッチ、近接スイッチまたは他のマイク ロ検出器を用いることもできる。 図１４は、ボンネット１６５に螺着されたガイド部材２００によって案内され た弁棒１９８を有する図５の制御器１１４を示している。この弁棒１９８にはア クチエータ２０２が機械的に連結されており、弾性ダイアフラム１４４を上記ケ ージキャップ開口１３２に向けてまたそれから離れるように機械的に駆動する。 アクチエータの駆動力はパイロット制御弁２０３からの負荷圧力によってアクチ エータ入口２０６に供給される。このアクチエータシステムは低差圧条件に使用 される。 また上記制御器１１４には、代わりのものとして所望の設定制御圧を得るため の制御はねを用いた自駆動制御型式のアクチエータを取り付けることもできる。 図１５は上記制御器１１４に配設される二次弁座構造を示している。弁体形状 の下部ダイアフラムヘッド１４６には、その溝の内部に適正に組み込まれるＯリ ング２１０のような環状の弾力的なシール部材が配設されている。このＯリング は上記ケ ージ１２４の内径より若干大きい直径を有している。そして、ダイアフラムヘッ ド１４６がケージ１２４の頂部に向けて下がると、Ｏリング２１０はケージの上 部内側部分１６２の環状弁座２１２に係合する。これによって制御器の一次閉止 が提供される。 二次閉止は、既に述べたように弾性ダイアフラム１４４がケージ１２４のキャ ップ部にある隆起した鋭利弁座に着座することによって得られる。この一次閉止 と二次閉止とによって制御器の信頼性のある閉止状態が得られ、また、制御ばね からの必要着座力を低減することができる。ある条件下では、単にＯリング２１ ２による閉止のみでよく、弾性ダイアフラム要素による閉止の必要がない場合が あろう。 平坦な弾性ダイアフラム要素を所望の円錐台形状にするために、下部ダイアフ ラムヘッドおよび上部ダイアフラム板のような二個の輪郭形成保持具の間に保持 して所望の形状に曲がり得るようにすることもできる。この場合、これらのダイ アフラム保持具は平坦なダイアフラムを所望の形状にすることができる。この手 法は特別な成型品をを必要とせず、また、ダイアフラムに使用しうる材料の種類 を拡大しうる。 以上の説明は明確な理解のためのみのものであり、変形は当業者にとって明ら かであろうから、不必要な限定とは解釈されるべきではない。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 流体制御バルブであって、 流体入口、流体出口、および該流体入口と流体出口との間の流体通路を有する 弁箱と、 流体を一方のケージ端部から受け入れるケージ内部、および、他方のケージ端 部において該ケージ内部と連通するキャップ開口を有するキャップ部を備えたケ ージ部材と、 上記弁箱内に組み込まれ、キャップ開口の近接位置からキャップ開口を離れた 位置に柔軟に動いて流体入口と流体出口との間の流体流れを制御する柔軟なダイ アフラムと を備えており、 上記ケージ部材が、流体を上記流体入口から上記ケージ内部を通して上記キャ ップ開口を連続的に通過せしめて上記流体出口に至らしめる流体通路の内部に組 み込まれており、 上記柔軟なダイアフラムがその周縁部に成型された屈曲部を有しており、柔軟 なダイアフラムが上記キャップ開口から離れて、上記バルブの流量キャパシティ ーを増加するように、実質的にドーム状となる全開位置に曲がりつつ動いたとき に上記屈曲部が延ばされるてなる流体制御バルブ。 ２． 上記ケージ部材が上記キャップ部に形成された環状の弁座をさらに有して おり、上記柔軟なダイアフラムがキャップ開口に近接したときに上記弁座をシー ルし、キャップ開口から離れたときにシールが開放されてなる請求項１記載の流 体制御バルブ。 ３． ダイアフラム中央取付部を有しており、上記ダイアフラムが該ダイアフラ ム中央取付部内に取り付けられるダイアフラム中央部を有しており、上記ダイア フラム中央取付部が、ダイアフラム板と上記ダイアフラムを上記環状弁座に着座 させるためにダイアフラム板を付勢するばね手段とを有してなる請求項２記載の 流体制御バルブ。 ４． 上記成型屈曲部が、ダイアフラムを全開位置に曲げるために延び且つ凸状 となりうる成型凹状部を有してなる請求項１記載の流体制御バルブ。 ５． 上記成型屈曲部が、ダイアフラムを全開位置に曲げるために延びる隆起し た屈曲部を有してなる請求項１記載の流体制御バルブ。 ６． 流体制御バルブであって、 流体入口、流体出口、および該流体入口と流体出口との間の流体通路を有する 弁箱と、 流体を一方のケージ端部から受け入れるケージ内部、および、他方のケージ端 部において該ケージ内部と連通するキャップ開口を有するキャップ部を備えたケ ージ部材と、 上記弁箱内に組み込まれ、キャップ開口の近接位置からキャップ開口を離れた 位置に柔軟に動いて流体入口と流体出口との間の流体流れを制御する柔軟なダイ アフラムと、 上記ケージ内部に、上記他方のケージ端部およびキャップ開口を通過する流体 の剥離を低減し、流体が他方のケージ端部から出てキャップ開口に入るときの流 れ回復の所要領域を低減するための流れそらせ手段と を備えており、 上記ケージ部材が、流体を上記流体入口から上記ケージ内部を通して上記キャ ップ開口を連続的に通過せしめて上記流体出口に至らしめる流体通路の内部に組 み込まれてなる流体制御バルブ。 ７． 上記流れそらせ手段が、上記一方のケージ端部から他方のケージ端部にか けてのケージ内部容積減少部分と、上記他方のケージ端部から連続して続くケー ジ内部容積実質的コンスタント部分とを有してなる請求項６記載の流体制御バル ブ。 ８． 上記流れそらせ手段が、上記一方のケージ端部から他方のケージ端部にか けてのケージ内部容積減少部分と、上記他方のケージ端部から連続して続く、ケ ージ内部の内方へ突出した段を有する段部とを有してなる請求項６記載の流体制 御バルブ。 ９． 上記段部がケージ内部容積実質的コンスタント部分を有してなる請求項８ 記載の流体制御バルブ。 １０． 他方のケージ端部とキャップ開口との間のキャップ部上に、流体入口か ら流体出口への流体流れを信頼性を持って阻止するために上記ダイアフラムが流 体をシールするように着座するための隆起弁座を有してなる請求項６記載の流体 制御バルブ。 １１． ダイアフラム中央取付部を有しており、上記ダイアフラムが該ダイアフ ラム中央取付部内に取り付けられるダイアフラム中央部を有しており、上記ダイ アフラム中央取付部が、ダイアフラム板と、ダイアフラムの一方側に配設された 、上記ダイアフラムを上記隆起弁座に着座させるためにダイアフラム板を付勢す るためのばね手段とを有してなる請求項１０記載の流体制御バルブ。 １２． 上記ダイアフラム中央取付部が、上記ダイアフラムの他方側にダイアフ ラムヘッドを有しており、該ダイアフラムヘッドが、上記ケージ内部を通過する 流体をそらせるための突出鼻部を有してなる請求項１１記載の流体制御バルブ。 １３． 上記ケージを弁箱に取り付けるための、上記キャップ部に係止された保 持リングを備えており、該保持リングが、上記キャップ開口と協働して流体制御 バルブの流量キャパシティーを好ましく減少させるための流体阻止指部を有して なる請求項１０記載の流体制御バルブ。 １４． 上記ケージの周囲であり、且つ、キャップ開口から流体出口への流体流 れの中に位置して上記流体流れの騒音を減衰するための有孔部材を備えてなる請 求項１０記載の流体制御バルブ。 １５． 上記ダイアフラムの中央部に連結された、上記ダイアフラムを上記キャ ップ開口に向けてまたそこから離れるように動かすための弁棒と、弁箱内部に配 設された、弁棒の移動を案内するためのガイド手段とを有してなる請求項１０記 載の流体制御バルブ。 １６． 上記弁箱側に取り付けられた、上記弁棒と協働して流体制御バルブの開 度を示すストローク指示器を有してなる請求項１５記載の流体制御バルブ。 １７． 上記弁棒を駆動するために、該弁棒に連結されたアクチエータを備えて なる請求項１５記載の流体制御バルブ。 １８． 上記ダイアフラムの両側を相互に連通する吸引通路を備えてなる請求項 ６記載の流体制御バルブ。 １９． 上記ダイアフラムの一方側に負荷室を画するようにダイアフラムを弁箱 に取り付けるためのダイアフラム取付手段と、上記負荷室をダイアフラムの反対 側に連通する該ダイアフラム取付手段を貫通して延びる吸引通路とを備えてなる 請求項６記載の流体制御バルブ。 ２０． 上記ダイアフラムヘッドに取り付けられた弾力性を有するシール部材を 備えており、該シール部材が、流体入口から流体出口への流体流れを阻止するた めの一次閉止を提供するために上記ケージの他方のケージ端部に係合しうるよう にされてなる請求項１２記載の流体制御バルブ。 ２１． 上記隆起弁座が、上記キャップ部における緩慢流の領域に位置してなる 請求項１０記載の流体制御バルブ。 ２２． 上記隆起弁座が、上記ダイアフラムが着座するための鋭利な着座用端縁 を有してなる請求項２１記載の流体制御バルブ。 ２３． その中を貫通する流体通路が形成された制御器本体と、流体流れの圧力 制御のために上記流体通路内に圧力絞り領域とを有する流体圧制御器であって、 その改良点が、上記圧力絞り領域の付近における流体流れの剥離を減少させる ために、流体通路内における圧力絞り領域の上流側に配設された流れそらせ手段 を備えていることである流体圧制御器。 ２４． 隆起弁座の上の異物の蓄積を低減するために、該隆起弁座が、上記流れ そらせ手段と圧力絞り領域との中間部であって緩慢流の領域内に備えられてなる 請求項２３記載の流体圧制御器。 ２５． 上記隆起弁座が鋭利な弁座端縁に形成されてなる請求項２４記載の流体 圧制御器。