JPH052878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の流れ状態を不一致かつ分離さ
せることによつて流体の流れにエネルギー損失と
高い抵抗とを与え、これによつてキヤビテーシヨ
ンを防止するようにしたコントロールバルブのた
めの新規な改良されたトリムの構造に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

コントロールバルブ中に生じるキヤビテーシヨ
ンは、内部のバルブ表面からの物質の除去を引き
起す欠点を有する。制御オリフイスでの圧力が気
泡を形成する蒸気圧よりも低下するとキヤビテー
シヨンが生じる。制御オリフイスを過ぎた位置の
圧力が蒸気圧を越えて上昇すると、気泡は崩壊す
る。崩壊する泡の近くでバルブ内の部分や構成要
素はキヤビテーシヨン損傷を受ける。キヤビテー
シヨンを除去するには、制御オリフイスでの圧力
が蒸気圧レベル未満に低下してしまうことを防止
することが必要である。これは、単一のバルブの
圧力低下を複式の圧力低下にし、いずれか一段で
生じる圧力回復の量を低下させることにより実施
可能である。

キヤビテーシヨンによる損傷を制御又は排除す
るためには、バルブの設計者にとつて三つの基本
的なテクニツクが用いられている。第一のテクニ
ツクは、キヤビテーシヨンの起り得る領域におい
てバルブの内表面を硬化させることを含む。第二
のテクニツクは、フロー・ツー・クローズ
（flow−to−close）にトリムを設計することであ
る。即ち、キヤビテーシヨンを形成しようとする
流体の噴流を流れの中間位置で互いに収斂させ、
これによりバルブの精密な内部表面及び構成要素
から離れた位置で気泡の崩壊を起すようにするこ
とである。これらの両方のテクニツクはキヤビテ
ーシヨンの欠点を最小にして制御することを企図
しているが、キヤビテーシヨンを排除することは
できない。当然、これらのテクニツクは低い圧力
低下の場合、即ちキヤビテーシヨンが他の場合と
同様に厳密でない場合に普通に用いられる。

第３のテクニツクは、一種のキヤビテーシヨン
排除である。コントロールバルブの出口圧をバツ
クアツプするために下流に制限物が用いられる。
このテクニツクによると、コントロールバルブの
外部にステージング（Staging）を用いる必要が
あるため、高価かつ大型のバルブになる。

米国特許第3971411号には、流体を軸方向にあ
る流体エネルギーを吸収する通路を通して向ける
ことによつて流体の流れに対し抵抗を与えるトリ
ムアセンブリが開示されている。米国特許第
3813079号には、一つ以上のシリンダのスロツト
によつて定義された半径方向の流体通路が図示さ
れている。米国特許第3780767号には、流れに対
し抵抗を与えるための複式妨害アセンブリが示さ
れており、渦巻チヤンバーを定義する削除部分を
もつ複数のプレートを開示している。上述した特
許にて開示された構造の夫々は、流体の体れを妨
害する単一のテクニツクを備えている。夫々は半
径方向又は軸方向のいずれかの流れの抵抗を用
い、そして騒音の軽減を主たる目的とする。これ
らの装置は、バルブにて制御される流体中に作り
出される蒸気圧泡を回避するため、単一の大きな
バルブ圧力低下を多数の小さな圧力低下ステージ
に分割することはない。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち本発明によれば、流体入口と流体出口とを
もつバルブ本体、上記バルブ本体内の上記流体入
口と上記流体出口との間に位置づけられたバルブ
シートリング、及び上記バルブ本体内に往復動可
能に塔載され、バルブ閉止モードでは上記バルブ
シートリングに係合するバルブプラグを含むバル
ブにおいて、上記バルブ本体内に位置づけられた
複数のケージ部材を含み、上記複数のゲージ部材
は、複数のアパチヤーと半径方向に延びた複数の
フインとを有した第一のケージ部材、複数のアパ
チヤーと半径方向に延びた複数のフインとを有し
た第二のケージ部材、及び複数のアパーチヤーを
有した第三のケージ部材を含み、上記複数のケー
ジ部材は相隣接したケージ部材間に軸方向の流通
路を定義するように上記バルブ本体内に位置づけ
られていることを特徴とするバルブが提供され
る。この新規な改良された流体流れコントロール
バルブはトリム構造を含み、コントロールバルブ
内のキヤビテーシヨンを防止する。

トリムは、バルブプラグを囲むバルブシート上
に取外可能に位置づけられた複数の同心的な締り
ばめ状態のケージを含む。同心の複数ケージは、
隣接ケージ間に軸流ギヤラリーを定義するよう
に、互いにわずかな間隔をおかれている。

バルブケージの適当な位置に設けたアパチヤー
とフインは、特別なステージ領域をもつ高抵抗の
流通路を与え、流体圧が流体蒸気圧未満に低下す
るのを防止する。アパチヤー、フイン及びギヤラ
リー領域は次のように寸法を決められる。即ち、
可変プラグのリフト位置によつて、連続的に変化
する流通路が圧力低下を適当に配分し、流体の流
れの最終段階と同様に中間段階でのキヤビテーシ
ヨンの発生を防止するようにされる。

バルブトリムは、バルブプラグが持ち上げられ
たとき、共通のギヤラリー中に結合フエード領域
をを連続的に増量させる。これは流通路構成及び
圧力低下配分を、他のほとんどの半径方向に設計
されたトリムアセンブリに比べて、一定に変化さ
せる。

半径方向のアパチヤー及びフインの組み合わせ
は、半径方向及び軸方向の両方において流体の流
れを連続的に不一致にさせるとともにその後に分
離させ、付加的な高いエネルギー損失を与え、さ
らにキヤビテーシヨンのおそれを回避する。ケー
ジのアパチヤー及びフインの位置は、バルブプラ
グの低リフト位置では多くのステージングに備
え、圧力低下が少ない高リフト位置では圧力低下
は最大であり、容量を高めかつステージングを少
なくする。低リフト位置には半径方向及び軸方向
の両方の流通路が備えられ、高リフト位置には半
径方向の通路のみが備えられる。

同心の複数のケージのアパチヤー及びフインに
よつて定義されるステージ領域は、流れの領域を
漸次増大させるために同心のケージの入口から出
口に向けて圧力低下を連続的に減少させる。これ
は外側のケージでの最後のステージが最も低い圧
力低下を起すことを保証する。この最後のステー
ジで圧力低下がキヤビテーシヨン防止に最適な蒸
気圧レベルになるので、これは有益である。

〔実施例〕

先ず第１図を参照して、参照符号１０で全体を
示されたコントロールバルブが図示されている。
バルブ１０は、流体入口１４と流体出口１６とを
もつ本体１２を含んでいる。本体１２には入口１
４及び出口１６の近くにフランジ１５，１７がそ
れぞれ塔載され、流体システムの導管にバルブ１
０を接続できるようになつている。バルブ本体１
２の内部には、入口１４及び出口１６間の中央に
バルブプラグチヤンバー１８が設けられている。
チヤンバー１８は本体に設けた入口側流体通路２
０とポート２２とによつて入口１４に連通してい
る。流体出口１６は流体通路２４によつてチヤン
バー１８に連通している。

バルブ１０は使用時には、バルブ本体１２の内
表面に損傷を起すキヤビテーシヨンを生じるとこ
ろの500p.s.iと3000p.s.iとの間の圧力低下に基い
て機能する。バルブ１０を通つて流れる流体は、
チヤンバー１８内に往復動可能に塔載されたバル
ブプラグ３０によつて制御される。チヤンバー１
８の上端はチヤンバー１８内へのバルブプラグ３
０の挿入を許すようにオープニング又はアパチヤ
ー３２を含む。バルブプラグ３０は、ステム３４
によつてバルブ３０に機械的に接続された外部の
バルブコントローラ（図示せず）にて、チヤンバ
ー１８内で往復移動させられる。ここでステム３
４はアパチヤー３２を通つて延び、そしてバルブ
プラグ３０にピン３６にて取付けられたものであ
る。ピン３６はステム３４とバルブプラグ３０と
の間を切離し可能にし、バルブプラグ３０を交換
や修理のために簡単に取外せるようにしている。

バルブ本体１２には取外し可能なバルブボンネ
ツト３８がねじ付スタツド又は止め金具４０，４
２によつて取付けられている。アパチヤー３２の
囲りにはガスケツト４４があり、そのガスケツト
４４はボンネツト３８によつて位置を維持され、
ボンネツト３８とバルブ本体１２との間をシール
する。閉止状態（第１図）にあるバルブにおい
て、バルブプラグ３０は、アパチヤー２２に取外
し可能に位置づけられたバルブシートリング４６
に密着係合している。

バルブ１０内のキヤビテーシヨンを防止するた
め、参照符号４８で全体を示されたバルブケージ
アセンブリによつて高抵抗の流体通路が備えられ
ている。バルブケージアセンブリ４８は、締りば
め状態の複数の同心のケージを含んでいる。図示
した好ましい実施例においては、三つの円筒状ケ
ージ５０，５２，５４が用いられているが、設計
の都合で他の数に変更されてもよい。円筒状のケ
ージ５０，５２，５４は複数のアパチヤー、フイ
ン及びギヤラリー領域を含み、これらは、プラグ
３０の可変のリフト位置によつて連続的に変化す
る流通路が、キヤビテーシヨンを防止するために
所望の圧力低下を配分するように、間隔および寸
法を決められている。

ケージ５０，５２はそれぞれ、スペース又はギ
ヤラリー領域、例えば、ケージ５０，５２間の軸
流ギヤラリー領域６０とケージ５２，５４間に定
められた軸流ギヤラリー領域６２とを定めるフラ
ンジ５６，５８を含んでいる。ケージ５０はさら
に、下部に設けられた複数のリブ又はフイン６４
を含んでいる。ケージ５２はまた、下部に設けた
複数のフイン又はリブ６６を含んでいる。だがケ
ージ５４はフインをもたない。

第一のケージ５０を通る半径方向の通路は、バ
ルブプラグ３０のリフト位置の全範囲に対応する
ケージ５０の全長における複数のアパチヤー又は
オープニング６８によつて定義されている。第二
のケージ５２はその上部及び下部に半径方向のオ
ープニング又はアパチヤー７０を含み、かつ上部
及び下部間には不透水部分７２をもつている。第
三のケージ５４は不透水の下部７４と複数のアパ
チヤー７６を有する上部とを含んでいる。

ケージ５０，５２，５４は、バルブ本体１２内
に取外し可能に位置づけられ、かつピン７８によ
つて半径方向で保持されている。ピン７８を取外
すと、中間即ち第二のケージ５２を第一のケージ
５０及び第三のケージ５４に対し回動させること
ができるようになる。ケージ５２を回動させる
と、アパチヤー７０がケージ５０の下部のアパチ
ヤー６８に対し不一致になる（第３図）。このよ
うな不一致が生じると、流体はアパチヤー７０を
通つて流れるために向きを変えつつ曲りくねつた
流路を通して流れなければならない。下部リフト
位置（第２図，第３図）流体の流れは軸方向のギ
ヤラリー領域６２内のフイン６４に触れて向きを
定められる。流れはケージ５０の下部位置のアパ
チヤー６８を通過すると、ギヤラリー領域６０に
入る。流れはケージ５２の下部位置のアパチヤー
７０を通過すると、ギヤラリー領域６２に入り、
フイン６６を通過して上向きに流れ、その後、ア
パチヤー７６を通つてチヤンバー１８に流出す
る。この構成はアンチ・キヤビテーシヨンを促進
する多くのステージを備えている。これは、低い
リフト位置では圧力低下がキヤビテーシヨンにと
つて最大の可能性をもつ最高値である故に好まし
い。

パルブプラグ３０がほぼ半開位置（第４図，第
５図）まで持ち上げられると、多数のアパチヤー
６８が露出し、そしてケージ５０，５２の下部を
通る流れが、、すでに説明したように曲りくねつ
た通路を通過する。ケージ５０，５２の中間部分
では、アパチヤー７０，６８はアパチヤー７６と
不一致であり（第５図）、かつ流れは実質的に半
径方向となる。

比較的大形のバルブにおいては、アパチヤー７
０，７６にて決まる流路領域はギヤラリー６０に
おける流路領域よりも実質的に大きくてもよく、
そしてケージ５２の下部を通つて少しも流れずか
つそこを横切つて少しの圧力低下も生じないであ
ろうこれらの大形バルブにおいてギヤラリー６０
内で流れを分散させるために、フイン６５が設け
られ、ギヤラリー６０内の流れの一部分をケージ
５２の下部のアパチヤー７０に導き、これにより
ケージ５２の全長にわたる合計の圧力低下をより
平等に配分する。

全開、即ちプラグ３０を最上部まで持ち上げた
位置（第６図）では、アパチヤー６８，７０，７
６は全て露出するが、大容量の曲りくねつた半径
方向の流れを許すように不一致とされ、かつこの
レベルでは圧力低下は少ない故に少ないステージ
ングとされている。これらの高リフト位置で、ア
パチヤー６８，７０，７６を整列一致させたり、
及び又は一層大容量とするために拡大させたりす
ることは任意である。低リフト位置（第２図，第
３図）では、潜在的なキヤビテーシヨンにとつ
て、大きな圧力低下と多くの分離状態がある。し
たがつて、高リフト位置では半径方向の流路のみ
が要求されるのに対し、低リフト位置では半径方
向及び軸方向の両方の流路が備えられる。

低リフト位置では、ギヤラリー領域５２には軸
方向の流路のみがある。ギヤラリー６０内の軸方
向の流れは、バルブプラグ３０が最後のフイン６
４よりも上方の中間リフト位置（第４図，第５
図）まで持ち上げられたときに付加される。この
構成は、外側のケージ５４での最後のステージが
最も低い圧力低下を確実に得るように流れの領域
を漸次増大させる。ここでの最も低い圧力低下
は、この最後のステージで圧力低下がキヤビテー
シヨン防止に最適な蒸気圧レベルになるので有益
である。

ギヤラリー領域６０，６２が流れる流体に対し
常に露出させられているので、バルブプラグ３０
の外径に沿つて常に圧力低下の分配がある。対比
において、従来の半径方向の構造は異なるリフト
位置で個々の半径方向の通路中に流れを分離し、
そしてプラグのリフト位置上に圧力低下ステージ
ングはない。こうして、十分な圧力低下はバルブ
プラグの先端を横切り、その結果、プラグの先端
に多少のキヤビテーシヨン損傷を起す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコントロールバルブの一
実施例の縦断面図、第２図は第１図に示したバル
ブにおけるバルブプラグが少し開かれた時の拡大
断面部分図、第３図は第２図の３−３線に沿つた
断面図、第４図はバルブプラグがさらに高く持ち
上げられた位置にあるときの第２図と同様な図、
第５図は第４図の５−５線に沿つた断面図、第６
図はバルブプラグが最も高く持ち上げられた位置
にあるときの第２図と同様な図、第７図は第６図
の７−７線に沿つた断面図である。 １０…バルブ、１２…バルブ本体、１４…流体
入口、１６…流体出口、３０…バルブプラグ、４
６…バルブシートリング、５０…第一のケージ部
材、５２…第２のケージ部材、５４…第三のケー
ジ部材、６４，６５，６６…フイン、６８，７
０，７６…アパチヤー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体入口１４と流体出口１６とをもつバルブ
   本体１２、上記バルブ本体内の上記流体入口と上
   記流体出口との間に位置づけられたバルブシート
   リング４６、及び上記バルブ本体内に往復動可能
   に塔載され、バルブ閉止モードでは上記バルブシ
   ートリングに係合するバルブプラグ３０を含むバ
   ルブ１０において、上記バルブ本体内に位置づけ
   られた複数のケージ部材５０，５２，５４を含
   み、上記複数のケージ部材は、複数のアパチヤー
   ６８と半径方向に延びた複数のフイン６４，６５
   とを有した第一のケージ部材５０、複数のアパチ
   ヤー７０と半径方向に延びた複数のフイン６６と
   を有した第二のケージ部材５２、及び複数のアパ
   チヤー７６を有した第三のケージ部材５４を含
   み、上記複数のケージ部材は相隣接したケージ部
   材間に軸方向の流通路を定義するように上記バル
   ブ本体内に位置づけられていることを特徴とする
   バルブ。 ２ 上記第一、第二及び第三のケージ部材は、相
   対的に回動できるように上記インターナルチヤン
   バー内に可動に位置づけられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のバルブ。 ３ 上記複数のケージ部材は上記バルブプラグの
   まわりに同心的に配されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のバルブ。 ４ 上記第一のケージは、上記バルブプラグのリ
   フト位置の全範囲に対応して上記ケージの長さに
   わたつて上記アパチヤーを含み、上記フインは上
   記第一のケージの全長よりも少ない位置に設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項又は第３項記載のバルブ。 ５ 上記第二のケージは、アパチヤーとフインと
   をもつ第一の領域、アパチヤーをもつ第二の領
   域、及び上記第一及び第二の領域間の不透水領域
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１−４
   項のいずれかに記載のバルブ。 ６ 上記第三のケージは、上記第三のケージの全
   長よりも少ない位置の上記アパチヤを含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１−５項のいずれか
   に記載のバルブ。 ７ 上記ケージ部材の夫々の下端は上記バルブシ
   ートリングに係合し、上記第一のケージ部材の上
   記アパチヤーは上記第一のケージ部材の全長にあ
   り、上記第一のケージ部材は下部及び上部を含
   み、上記第一のケージ部材の上記フインは上記第
   一のケージ部材の上記下部にあり、上記第二のケ
   ージ部材は下部、中部及び上部を含み、上記第二
   のケージ部材の上記アパチヤーは上記第二のケー
   ジ部材の上記下部及び上部にあり、上記中部は不
   透水であり、上記第三のケージ部材は上部及び下
   部を含み、上記第三のケージ部材の上記アパチヤ
   ーは上記第三のケージ部材の上記上部にあり、上
   記第三のケージ部材の上記下部は不透水であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１−６項のいず
   れかに記載のバルブ。 ８ 上記バルブプラグの囲りの上記バルブシート
   には第一の円筒状バルブケージが取外し可能に塔
   載されており、上記第一のバルブケージと同心的
   に第二の円筒状バルブケージが設けられかつ上記
   バルブシート上に取外し可能に塔載され、上記第
   一及び第二のバルブケージ間に第一の軸流ギヤラ
   リー６０を定め、上記第一のバルブケージのフイ
   ンは上記第一の軸流ギヤラリー中に延在してお
   り、上記第一及び第二のバルブケージと同心的に
   第三の円筒状バルブケージが設けられかつ上記バ
   ルブシート上に取外し可能に塔載され、上記第二
   及び第三のバルブケージ間に第二の軸流ギヤラリ
   ー６２を定め、上記第二のバルブケージのフイン
   は上記第二の軸流ギヤラリー中に延在しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１−７項のいず
   れかに記載のバルブ。 ９ 上記第一のバルブケージのアパチヤーは上記
   第二のバルブケージのアパチヤーと不一致な位置
   にあり、上記第二のバルブケージのアパチヤーは
   上記第三のバルブケージのアパチヤーと一致した
   位置にあることを特徴とする特許請求の範囲第１
   −８項のいずれかに記載のバルブ。 １０ 上記第一のバルブケージの上部には付加フ
   イン６５があることを特徴とする特許請求の範囲
   第１−９項のいずれかに記載のバルブ。