JPH05502283A - 絞り弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 絞り弁 発明の分野 本発明は、一般に、弁表面の劣化を防止する絞り弁の改良設計に関する。具体的 には、本発明は、液体の突然の蒸発と気泡の続く内破によって生じる侵食とキャ ビテーションの防止に向けられる。

発明の背景 絞り弁は、連続ブローダウンサンプリング、高圧力排気、タービンドレイン及び ボイラー送りポンプバイパス逃がしを含む多様な高圧力降下応用のために化学、 石油及びユーティリティ産業において使用される。

臨界使用条件での高デニーテイ弁のために非常に多数の応用がある。損傷条件は 、通常、永久的ではない。それらは、典型的に、過渡動作中、毎日又は毎週多数 回行われる。典型的に、そのような弁は、高及び低圧力ドレイン及び予熱弁、再 熱器応用、再熱器及び過熱器ドレイン応用、蒸気タービン、止め及び絞り弁ドレ イン、及び排気応用として使用されてきた。

絞り弁は、常に、重要部品における侵食、キャビテーション損傷及び絞り作用に より急速な劣化を受けてきた。キャビテーションは、急速に移動する液体内の蒸 気ポケットの突然の発生と崩壊である。そのような劣化を最小にする絞り弁の１ 形式では、耐食性材料で被覆されたステライト円板と円筒座が使用される。円板 と座の間の環帯を通って流れる流体は、円板の鈍い端部に達するまで滑らかに加 速する。この時、流れ面積は、流路の中心において増大し、モして流路のコアに おける結果の圧方陣下は、座の壁に沿って連続的に流れる非蒸気流体の層内で円 筒座において蒸発を生じさせる。

そのような絞り弁に頻繁に見られる問題は、弁内に生じた圧力降下が、弁の出口 を通過する時、液体媒体の蒸発とキャビテーションを生じさせることである。キ ャビテーションは、しばしば絞り弁の表面に沿った位置において発生し、そして それらの表面を劣化させる、円板と座の設計のために、円板の鈍い端部に発生す るキャビテーションにさらされた弁表面は、耐摩耗性物質で被覆されなければな らない。耐摩耗材で表面を被覆する費用は、高価である。

キャビテーションによって生じる損傷を最小にするために、弁ハウジングの内面 と部材とから液体を追放する絞り弁を設けることが望ましい。

弁表面の内壁から材料流を追放する特別な指数方程式によって規定された輪郭プ ラグを絞り弁に設けることが、さらに望ましい。

このため、弁表面からの液体媒体の蒸発と続くキャビテーションの位置を制限す る、厳しい使用のために特別に設計された絞り弁を設けることが、本発明の目的 である。

本発明の別の目的は、小断面積の通路の液体媒体の流れを大断面積の通路に加速 し、その結果蒸発とキャビテーションが、弁表面から除去された規定位置におい て弁表面から発生する絞り弁を設けることである。

本発明のさらに他の目的は、耐摩耗被覆で処理された少数の弁表面しか必要とせ ず、これにより弁製造の費用を縮小する絞り弁を設けることである。

座とプラグを侵食して損傷を与えることなしに、ガス、液体、水と蒸気の混合物 又は液体と研磨剤のスラリーを取り扱う多目的弁を設けることが、本発明の別の 目的である。

キャビテーション用及び洗浄液体、懸濁固形物を含む液体、及び２相流を収容す る絞り弁を設けることが、本発明のさらに別の目的である。

発明の要約 本発明により、弁表面の劣化を防止する絞り弁が開示される。弁は、ケーシング を具備し、ガス又は液体媒体を弁に導入するための入口導管と、ガス又は液体を ケーシングから排出する出口導管と、弁部材を支持するための弁開口とを有する 。環状密封部材は、入口及び出口ポートの間のハウジング内に位置する。弁は、 さらに、入口及び出口導管の間の流体流を開閉するために弁内に滑り収容された 引込み可能な弁部材を含み、弁部材は、該密封手段と滑りかん合する複合指数方 程式によって規定された輪郭ノーズを有し、該ノーズ輪郭は、該出口導管の中心 の方に出口流を向かわせる。本発明の弁は、直線と角度構成の２つの構成を有す る。直線構成は、除去される出口部分において硬被覆保護板を組み込む。

図面の簡単な説明 前述の説明は、次の詳細な説明とともに、添付の図面に関連して読む時最良に理 解されるであろう。発明を例示する目的のために、現在好ましい実施態様が図面 において示されるが、発明は示された正確な配置と装置に限定されない。

第１図は、開及び閉位置において好ましい実施態様の絞り弁の時間経過断面図で ある。

第２図と第２Ａ図は、好ましい実施態様の弁プラグのノーズ部分のプロフィルの グラフである。

第３図は、好ましい実施態様のプラグに対する指数公式を示す。

第４図は、発明の第２実施態様の断面図である。

好ましい実施態様の説明 好ましい実施態様が、添付の図面を参照して開示され記載される。この場合同一 番号が、適用可能な場合に使用される。第１図を参照すると、本発明による絞り 弁１０の断面正面図が、開及び閉位置において示される。本発明の絞り弁１０は 、鍛造又は鋳造耐熱性炭素−から作製された弁体１２を有する。弁構成は、角度 形状設計であり、そして特定産業の必要性により製造される。弁体１２は、液体 媒体を弁に対して導入及び導出するために入口導管１３と垂直配置の出口導管１ ５とを有する。弁体１２は、さらに、止めナツト１７によって圧力シール部材に 対して配設されたふた１４を含む。止めナツトは、ポルト１７ａによって保持し である。ふた１４は、耐熱性低合金炭素鋼から作製され、そしてプラグの無振動 案内を設ける硬化案内リング１１を下方端部において有する。

ふた１４の軸方向部分は、弁ステム１８を保持するポア１６を含む。ボア１６の 上方部分とステム１８の間の空間は、ねじ付きパツキンナツト２１によって移動 される硬化パツキン押え２２によって圧縮されるパツキン２０でバックされる。

案内ブツシュ２３は、弁ステムを支持している。ふたは、セグメントリング２７ と支持リング２５によって位置に保持しである。

ふた１４は、上げられた時、プラグ２６の本体が延びていく円筒形空洞２４を含 む。入口導管１３は、本体１２の側壁から延びており、そして弁に侵入する液体 媒体又はスラリー源に連結しである。水と蒸気の混合物又は液体と研磨剤のスラ リーを含む多様な形式の物質が、弁を通して伝達される。

出口導管１５は弁ハウジングの下方端部において設けてあり、蒸気液体が放出さ れる。出口導管１５は、円すい状に膨張する部分として成型しである。円すい状 に膨張する出口導管１５は、ステライト表面硬化によって二次キャビテーション 効果と摩耗に対して保護しである。

弁ハウジングは、入口及び出口導管の間に位置する環状シール３２を含む。シー ルは、外側環状座３４内に挿入された内側環状座３２を具備する。環状座３２． ３４は、プラグ２６が閉位置にある時シールとして機能し、そしてプラグが開位 置に引込められる時、液体媒体が下流方向において絶えず加速される通路として 機能する。外側環状座３４は、出口導管に隣接した位置において弁体１２内で溶 接しである。内側環状座３２は、一方の端部から上流方向において外側に延びて いる内面３６と、下流方向において外側に延びている第２内面３８とを有する。

内側環状座３２は外側環状座３４内で除去可能に変位されるために、ギャップ４ ０が、２つのそれぞれの座の間に形成しである。ギャップ４０は、高熱液体媒体 又はガス（華氏５００−１０００度）が弁１０を通って内側環状座３２上を通過 する時、内側環状座３２の熱膨張又は弁体１２のひずみを許容する。さらに、外 側環状座３４が弁体１２内で溶接される時、極高温によって生じた熱膨張を受け る。内面３６．３８のみが、炭化タングステン、炭化クロム又はステライトの如 く高耐摩耗性物質で被覆される。製造中、２つの座部品が一緒に溶接され、機械 加工され、それから弁体１２内に挿入かつ溶接される。

好ましい実施態様の弁プラグ２６が、以下に記載される。弁プラグ２６は、液体 媒体流を内側環状座３２の下流の特定位置に向ける。本発明において、弁プラグ ２６は、上方端部において弁ステム１８に連結した一般円筒形本体を具備し、ノ ーズ部分４２が下方端部にある。弁プラグは、弁ステムによってふた空洞に滑動 する。ノーズ部分４２は、弁体１２の中心軸に関して曲率が減少する正確に輪郭 付けられた弓状壁を具備する。弁ノーズの輪郭は、第２図に示されたグラフと、 第３図に示された次の方程式によって規定される。

Ｙ　＝Ａ　十（Ｖ　ｌ、　）　／　Ｕ　（ｖｌｌ／ｖ−Ａｌ　ｘ　（Ｕ　Ｘ　） 　Ｌ＃ｖ／Ｖ−＾）ここでＡ＝Ｄ／２、Ｄは先端におけるプラグの直径である。

Ｖ＝ＳＸＣ，、Ｕ＝ＳＸＣ。

ここで０１は、０．　１〜５０の値の定数であり、Ｃ２は、０．　５〜５０の値 の定数である。Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距離で ある。

Ｗ＝Ｃ，、ここでＣ３は、０．１〜２．０の値である。

Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公称サイズに等しい。

プラグ２６の弓状壁は、液体媒体流をプラグ表面から下流方向に向かわせ、これ により劣化を防止する。プラグ２６は、セラミック材料製であり、そして輪郭は 、高耐摩耗性炭化タングステン又はクロム４１の非常に薄い滑らかな層で被覆さ れる。座流路は、５ｔｅｌｌｉｔｅ６又はＨｙｎｅｓ２５の如（材料で表面硬化 される。結果の液体流速度ベクトルは、プラグ輪郭から指向される。プラグ２６ は、開始において非常に小さな不感帯を線形制御特性に設ける。線形特性は、座 のサイズの縮小と、このためギャップ漏れ率の低下となる。応用で指数特性が必 要とされるならば、ポジショナ−のカムにより、あるいは電子的に獲得される。

絞り弁１０は、さらに、円すい的に外側に膨張する出口導管１５を含み、そして 内側環状座３２よりも大きな断面領域を有する。この領域は、蒸発と続くキャビ テーションが行われる位置を設ける。出口導管１５は、主要壁４３を有し、出口 導管１５に向かう方向において内側環状座３２から外側に延びており、かつ弁ハ ウジングの中心軸に平行に延びている二次壁４４に連結されている。出口導管１ ５の壁は、第１内面３２に類似する高耐摩耗性物質で被覆しである。内側環状座 ３２（及び表面３６．３８）と出口導管１５の間の断面領域における差のために 、内側環状座３２がら空洞１５に移動する液体媒体は、速度の減少を伴う大きな 急激な圧力降下を受ける。これは、飽和点又はその近傍において液体媒体を蒸発 及びキャビテーション化させる。この現象は、上記の如く、液体媒体が内側環状 座３２で加速されるという事実によって促進される。結果として、キャビテーシ ョンは、劣化を防止するために特別に処理された座部性ではなく、プラグ２６の 下流の弁ハウジング１２内の特定位置において発生する。

第４図を参照すると、本発明の代替的なＹ形状インラインの実施態様が開示され る。この実施態様において、入口及び出口ポートは、実質的に平行であり、そし てプラグ及び座組立品が、入口及び出口導管を横断して延びている。弁体１２° は、型鍛造又は鋳造耐熱性低合金炭素鋼から作製される。ふた組立品１４°は、 第１実施態様と同一である。この実施態様は、出口部分において硬被覆侵食保護 板５８を含む。板は、リングによって保持され、そしてポルト１７ａによってロ ックしである。

動作 本発明の動作が、添付の図面を参照して以下に記載される。本発明の絞り弁は、 高圧力及び温度の下で、ガス、液体、水と蒸気の混合物、及び液体と研磨剤のス ラリーを使用して厳しいサービスに対して制御弁として作用する。絞り弁は、侵 食と摩耗によって生じた劣化から弁表面を保護するように設計しである。

源から発出する液体媒体は、源入力及び導管ポート１３を通して絞り弁１０に侵 入する。十分な閉位置において、プラグ２６のノーズ部分は、液体が弁１０を通 過するのを防止するシールを形成する内側環状座３２と係合する。

従来の作動装置は、開位置の方への弁ステム１８の縦上方移動を行わせ、これに より内側環状座３２からプラグ２６を解放し、液体を弁１０を通って流動させる 。プラグは、ふた１４の空洞に引っ込む。

入力ポート１３を通って流れる液体は、プラグのノーズによって内側環状座３２ を下方に向けられ、その輪郭は次の指数方程式によって規定される。

Ｙ＝Ａ十（Ｖ−Ａ）／Ｕ”””’ｘ　（Ｕ−Ｘ）””’−＾）ここでＡ＝Ｄ／２ 、Ｄは先端におけるプラグの直径である。

ｖ＝＝ｓｘｃｌ；Ｕ＝ＳＸＣｚ ここでＣ７は、０．１〜５．　０の値の定数であり、Ｃ２は、０．　５〜５゜０ の値の定数である。Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距 離である。

Ｗ＝Ｃ３、ここでＣ８は、０．１〜２．０の値である。

Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公称サイズに等しい。

液体が内側環状座３２の第１内面３６上を流れる時、内面３６における断面積が 連続的に減少するために連続的に加速される。液体媒体の速度は、内側環状座３ ２の第２内面３８の開始に達する時最大である。第２内面３８での断面積は、出 口導管１５につながるために、突然に増大する。第１及び第２内面３６．３８の 間の断面積における突然の変化のために、急激な圧力降下が発生し、飽和点又は その近傍において液体媒体の蒸発と続くキャビテーションを引き起こす。ノーズ 部分４２の輪郭形状は、液体流と結果のキャビテーションをノーズ４２の表面か ら下方に空洞４６に向かわせる。

キャビテーションの結果として形成される気泡は、空洞４６内で内破し、その壁 は被覆され劣化を防いでいる。液体及びガス混合物は、それから出力ポートを通 って放出される。

本実施態様において、フランジ５４と５６が、第１図において示された如く、入 口導管１３と出口導管１５において設けてあり、絞り弁を連結するのに役立って いる。しかし、弁が使用されるシステムにより、適切な取り付は手段を使用して も良いことがわかるであろう。

プラグ及び座組立品は、代替的な実施態様において同様な方法において動作する 。しかし、耐摩耗取り付は板５８が、弁体をキャビテーション液体から保護いて いる。

広い発明の概念を逸脱することなしに、変更が発明の上記の実施態様に為される ことが、技術における当業者は認識するであろう。このため、この発明は、開示 された特定の実施態様に限定されず、添付の特許請求の範囲によって規定された 如（、発明の範囲と精神内にあるすべての修正を包含することが意図される。

■ 手続補正書 平成４年２月１７日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．弁表面の劣化を防止する絞り弁において、ケーシングであり、液体媒体を該 弁に導入するための入口導管と、液体を該ケーシングから排出するための円すい 状に膨張する出口導管と、引込み可能な弁部材を支持するための弁ポートとを有 するケーシングと、該入口及び出口ポートの間で該ハウジング内に位置する環状 密封部材と、入口吸び出口導管の間の流れを開閉するための引込み可能な弁プラ グであり、該弁は、該密封手段と滑りかん合する輪郭ノーズを有し、該ノーズは 、該出口導管の中心の方に液体流を向かわせるように輪郭付けられ、これにより 該液体の蒸発とキャビテーションは該出口導管の壁から発生する引込み可能な弁 プラグとを具備する絞り弁。
2. ２．該密封手段が、外側環状座と、該外側環状座内に挿入された内側環状座とを 具備する請求の範囲１に記載の絞り弁。
3. ３．該外側環状座が、該ハウジングに溶接される請求の範囲２に記載の絞り弁。
4. ４．該ノーズの輪郭が、指数方程式Ｙ＝Ａ＋（Ｖ−Ａ）／Ｕ（ＷＵ／Ｖ−Ａ）× （Ｕ−Ｘ）（ＷＵ／Ｖ−Ａ）ここでＡ＝Ｄ／２、Ｄは先端におけるプラグの直径 である、Ｖ＝Ｓ×Ｃ１；Ｕ＝Ｓ×Ｃ２ ここでＣ１は、０．１〜５．０の値の定数であり、Ｃ２は、０．５〜５．０の値 の定数である、 Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距離である、Ｗ＝Ｃ３ 、ここでＣ３は、０．１〜２．０の値である、Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公 称サイズに等しい、によって規定される請求の範囲２に記載の絞り弁。
5. ５．該弁プラグが、高耐摩耗物質で被覆される請求の範囲１に記載の絞り弁。
6. ６．該高耐摩耗物質が、炭化タングステン又はクロムである請求の範囲５に記載 の絞り弁。
7. ７．弁表面の劣化を防止する絞り弁において、ケーシングであり、液体媒体を該 弁に導入するための一般円筒形入口導管と、液体を該ケーシングから排出するた めの円すい状に膨張する出口導管と、引込み可能な弁部材を収容かつ保持するた めの弁ポートとを有するケーシングと、 該入口及び出口ポートの間で該ハウジングに取り付けられた環状密封部材と、 該弁ポートを通って延びている引込み可能な弁部材であり、該引込み可能な弁部 材は、該環状密封手段と滑りかん合する輪郭ノーズ部分を有し、該ノーズは、方 程式、 Ｙ＝Ａ＋（Ｖ−Ａ）／Ｕ（ＷＵ／Ｖ−Ａ）×（Ｕ−Ｘ）（ＷＵ／Ｖ−Ａ）ここで Ａ＝Ｄ／２、Ｄは先端におけるプラグの直径である、Ｖ＝Ｓ×Ｃ１；Ｕ＝Ｓ×Ｃ ２ ここでＣ１は、０．１〜５．０の値の定数であり、Ｃ２は、０．５〜５．０の値 の定数である、 Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距離である、Ｗ＝Ｃ３ 、ここでＣ３は、０．１〜２．０の値である、Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公 称サイズに等しい、により該出口ポートの中心の方に流れを向かわせるように輪 郭付けられ、これにより液体の蒸発とキャビテーションは、輪郭ノーズ部分と該 出口導管の円すい状に膨張する壁から発生する絞り弁。
8. ８．弁表面の劣化を防止する絞り弁において、ケーシングであり、液体媒体を該 弁に導入するための入口導管と、該液体媒体を排出するために該入口導管に実質 的に垂直に延びており、円すい状に膨張する内側壁を有する出口導管とを有する ケーシングと、該入口及び出口導管の間にシールを形成するために該入口導管と 該出口導管の間で該ケーシングに取り付けた環状密封手段と、引込み可能な弁プ ラグを保持するための溝を有する該ケーシングに取り付けたふたと、 該ふた内に保持された引込み可能な弁プラグであり、該入口及び出口導管の間の 該液体媒体の流れを開閉するために該密封手段と滑りかん合する輪郭ノーズ部分 を有し、該輪郭ノーズ部分は、該円すい状に膨張する出口導管の中心の方に流体 の流出を向かわせ、これにより該液体の蒸発とキャビテーションは、該円すい状 に膨張する出口導管の壁から発生する引込み可能な弁プラグとを具備する絞り弁 。
9. ９．該輪郭ノーズ部分が、方程式 Ｙ＝Ａ＋（Ｖ−Ａ）／Ｕ（ＷＵ／Ｖ−Ａ）×（Ｕ−Ｘ）（ＷＵ／Ｖ−Ａ）ここで Ａ＝Ｄ／２、Ｄは先端におけるプラグの直径である、Ｖ＝Ｓ×Ｃ１；Ｕ＝Ｓ×Ｃ ２ ここでＣ１は、０．１〜５．０の値の定数であり、Ｃ２は、０．５〜５．０の値 の定数である、 Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距離である、Ｗ＝Ｃ３ 、ここでＣ３は、０．１〜２．０の値である、Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公 称サイズに等しい、によって規定される請求の範囲８に記載の絞り弁。
10. １０．弁表面の劣化を防止する絞り弁において、ケーシングであり、液体媒体を 該弁に導入するための入口導管と、該液体を排出するために該入口導管に実質的 に平行に延びており、円すい状に膨張する内側壁を有する出口導管とを有するケ ーシングと、該入口及び出口導管の間にシールを形成するために該入口導管と該 出口導管と間で該ケーシングに取り付けた環状密封手段と、該ケーシングに取り 付けられたふたであり、該入口及び出口導管を実質的に横断して延びており、引 込み可能な弁プラグを保持するための溝を有するふたと、 該ふた内に保持された引込み可能な弁プラグであり、該入口及び出口導管の間の 該液体媒体の流れを開閉するために該密封手段と滑りかん合する輪郭ノーズ部分 を有し、該輪郭ノーズ部分は、該円すい状に膨張する出口選管の中心の方に流体 流を向かわせ、これにより該液体の蒸発とキャビテーションは、該円すい状に膨 張する出口導管の壁から発生する引込み可能な弁プラグと、 該プラグと該環状密封手段に対向した該出口部分に位置する除去可能な侵食保護 板とを具備する絞り弁。
11. １１．該輪郭ノーズ部分が、方程式 Ｙ＝Ａ＋（Ｖ−Ａ）／Ｕ（ＷＵ／Ｖ−Ａ）×（Ｕ−Ｘ）（ＷＵ／Ｖ−Ａ）ここで Ａ＝Ｄ／２、Ｄは先端におけるプラグの直径である、Ｖ＝ＳｘＣ１；Ｕ＝Ｓ×Ｃ ２ ここでＣ１は、０．１〜５．０の値の定数であり、Ｃ２は、０．５〜５．０の値 の定数である、 Ｓは、最小直径の点における中央プラグ軸と内側座の間の距離である、Ｗ＝Ｃ３ 、ここでＣ３は、０．１〜２．０の値である、Ｘ＝行程、ここで行程は、弁の公 称サイズに等しい、によって規定される請求の範囲１０に記載の絞り弁。