JPH07501602A - 流体の安定流量を維持するための圧力調節器 - 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】 流体の安定流量を維持するための圧力調節器この発明は、流路内で流体の安定流 量を維持するための流れ調節器に関する。

この流れ調節器は、流体流れの圧力低下の作用下で移動し得る流れ作動要素と、 上記要素の作用下で流体流れを調節するための絞り弁とを備えている。

このような調節器の典型的な利用分野は、例えばタンカーの油等の貨物タンクの 中身を取り出すための流体ポンプに関連している。ポンプは非常な高圧下、より 明確には約３００バール（３００００キロパスカル）で作動液体を運ぶ環状の導 管に連結されて駆動される。ここに、極めて大きい電力、メガワット程度のポン プの問題がある。各ポンプの前部には、貯槽を空にして空気を吸い始めた際に「 流れ暴走（ｒｕｎｎｉｎｇ　ｒｉｏｔ）　Ｊを防止するために、ポンプの作動の ための安定的な液体供給を確保するための流れ調節器が用いられなければならな い。ポンプのこのような速度超過の状態は、結果的に極めて短時間にポンプにダ メージを与える。

種々のタイプの調節器がこの目的のために開発されてきており、調節器は、必ず 、ポンプ・モータへの流路内で液体供給を増加させる傾向を持つ動作状態変化が 起こると直ちに、作動液体の供給を制限し又は絞るように制御する。しかし、公 知のタイプの流れ調節器の型は、複雑であるという問題と、通常の動作状態（即 ち液流の少量の絞り）においてかなりの量のエネルギーを吸収するという問題を 負っている。これは、処理量を安定させるために使用される力を生成するために 、これら公知の調節器を横切ってかなりの圧力低下が設定されなけばならないと いう事実の結果である。約３００バールの圧力導管では、例えば、各調節器につ き約１０バールの圧力低下の問題となる。これは現実には３０キロワット程度の エネルギー損失を伴い、結果的に油の多大な加熱を招き、今度は人工的な冷却を 必要とする。これは、装置の構造がより複雑になると同時に、経済的に都合が悪 いことが明らかである。

そこで、本発明の目的は、公知の調節器と比較して、実質的に減少された流路内 の圧力低下でもって作動し得る流れ調節器を提供することにある。

さらなる目的は、短い反応時間と、従来技術による調節器で達成されるよりもよ り円滑な反応とで、感度の良い調節を与える流れ調節器を提供することにある。

上記目的は、この発明に従って、流れ作動要素が絞り弁内の弁体に連結された駆 動手段の移動を制御するためのパイロット弁を有するサーボ手段のための制御要 素を構成し、上記サーボ手段によって、上記駆動手段は流体流れ内の突然の変化 と独立して円滑な状態で移動すべく配置され、上記制御要素は流量が予め選択さ れた量を越えた場合のみ流れ方向に移動すべく配置されていることを特徴とする 上述のタイプの流れ調節器で達成される。

本発明による流れ調節器では、流れ作動要素は絞り弁のサーボ制御の制御要素と して働く。この技術によって、調節器を横切る極めて適度な圧力低下でもって流 体流れの効果的な安定が達成される。圧力低下は略１バール、即ち従来技術によ る調節器に必要とされる圧力低下の１０分の１に減少すると概算される。サーボ 制御は、幾らかのエネルギーを吸収するが、これは、既存の解決手段でのエネル ギー損失に比して全（問題にならない。

本発明による流れ調節器は、通常の動作状態で僅かのエネルギー需要であること 、また、例え動作状態で突然の変化が起こったとしても安定的な流量を維持する ことにおいて抜きん出ている。特に、絞り弁の弁体に作用する圧力で十分な釣合 が得られるような絞り弁を設計することによって、流れ制御はサーボの極めて適 度な使用でうま（機能する。この有用な技術によって、極めて「円滑」で正確な 流れ調節が３００バールまでの流体圧力で達成される。

この発明を、図面を参照して、模範的な実施例に関してさらに以下に説明する。

図面において、 図１は、この発明による流れ調節器の長手方向の断面を示し、図２と図３は、二 つの異なる操作位置にある図１のパイロット弁を有するサーボ手段の拡大断面を 示している。

以下に、この発明による流れ調節器を液流調節に関連して記載するが、解決手段 は任意の流体に対して適合されることを強調してお（。

図１から明らかなように、図示の流れ調節器の実施例は、流路２を有する本体１ を備えており、この本体には流路に近接して図示されているように調節要素が組 込まれている。流路２には、調節器の流れ作動要素を作動させ又はそれに作用す る流れ依存力の生成のためのオリフィス３の形式を持つ圧力低下生成手段が設け られている。図示の実施例では、この流れ作動要素はピストン４であり、このピ ストンによって第１室５と第２室６に分けられた円筒形のキャビティ内を移動す る。上記第１室５はオリフィス３の上流側の出入ロアを通して流路２に連通され 、上記第２室６はオリフィス３の下流側の出入口８を通して流路２に連通されて いる。そして、上記室６の圧力は、上記室５の圧力と比較して、上記オリフィス ３を横切って生成され、その代わりに上記流路２の流量（流れレベル）に依存す る圧力低下相当分だけ減少する。そして、上記ピストン４には、流れ方向にピス トンを動かすべ（働（力が作用する。しかし、上記ピストン４には、ピストン４ への最初に述べた力と釣り合うように前以て適切に応力が付与されたｌくネ９も 作用するので、ピストン４が流れ方向に動くまでには液流は所定量を越えなけれ ばいけない。上記バネ９に関する構造は後に詳細に説明する。

上記調節器は、上記ピストン４の作用下で流路２の液流を調節するための絞り弁 １０を備えている。上記ピストンは、上記絞り弁を作動させるための駆動手段１ ２の移動を制御するためのサーボ手段１１のための制御要素を構成している。

図１に示すように、上記駆動手段１２は第２室６に配置されると共に、上記本体 １に固定して取付けられたピストンハウジング１３と、駆動ピストン１４とを備 えている。この駆動ピストンは、ピストソハウジングとともに上記絞り弁１０か ら離れた方の側に第３室１５を形成している。上記ピストソハウジング１３は、 絞り弁１０に面している駆動ピストン１４の側で外へ向かって開いたカップ状の 本体から形成されているので、ピストンにはこちら側で第２室６の圧力が作用す る。上記ピストン１４の反対側には前以て適切に応力が付与された駆動バネ１６ からの力と、サーボ手段１１のパイロット弁１７によって第３室１５に供給され る液体からの圧力とが作用する。上記ピストン１４は、ピストンロッド１８を介 して上記絞り弁１０内の弁体１９に固定して連結されている。

上記サーボ手段１１のパイロット弁１７は、制御要素ピストン４に配置され、こ のピストンの両側に伸びる一対の部材２１．２２からなる中心軸２ｏと、上記中 心軸のために配置され、上記駆動ピストン１４に連結されると共に、ピストン４ に向かって第３室１５の外側へ伸びる案内スリーブ２３とを備えている。上記中 心軸の表面には幾つかの長手方向に伸びる流路２４が設けられている。この流路 は、一端で、案内スリーブ２３の壁体を貫通する第１出入口２５を通して第２室 ６に連通し、他端で、案内スリーブの壁体の第２出入口２６を通して第３室１５ との連通に導かれ得る。さらに、上記中心軸２ｏは横方向の通路２７を備えてい る。この通路は、第２出入口が上記流路２４から遮断された場合に、案内スリー ブ２３の第２出入口２６との連通に導がれることかでき、また、長手方向に中心 軸２０を貫通する通路２８に通じ、第３室１５がらの液体の逃がし用の流出口２ ９に通じている。この流出口は１気圧の外部雰囲気圧力へ流出し得る。

中心軸２０の長手方向の通路２８は、図示されているように、中心軸に貫通して 伸びると共に、その両端で流出する。この結果、通路は軸方向の圧力釣合が保た れている。

上記パイロット弁の制御機能は、上記駆動ピストン１４が、常に、制御要素ピス トン４の移動と上記中心軸２ｏとの移動に従うべく強制されるというような方式 で、第３室１５への液体または第３室１５がらの液体を制御することにある。

分かるように、駆動バネ１６に起因するカと第３室１５の液体圧力が、第２室６ の圧力によって駆動ピストン１４に作用するカを越えるか又はそれ未満になる場 合、駆動ピストン１４は一方向または他方向に動がされる。。

たとえ急激な圧力変化が流路２の液流に生じ、その結果流れ作動ピストン４の急 激な移動が起こったとしても、サーボ手段によって、駆動ピストンが円滑な状態 で動かされることが達成される。駆動ピストン１４は、上記室１５がピストン１ ４を横切って必要な差圧に達するに十分な液体で満たされるが又は空にされたと きにのみ移動される。

上記パイロット弁の動作原理は図２と３にさらに示されており、図示の矢印はサ ーボ装置内の液流を示している。図２は、ピストン４と中心軸２ｏが下方へ動か され、上記室１５が液体で充満した結果、駆動ピストン１４がそれに応じて下方 へ動かされたときの液流を示している。また、図３は、ピストン４が上方へ動か され、上記室１５が液体を出して空にされた結果、駆動ピストン１４も同様に上 方へ動かされたときの液流を示している。

図１に示すように、流出口２９にある中心軸２０の上方部分２２は、密閉体３１ 内のキャビティ３０の中へ差し込まれている。この密閉体は、図示しない仕方で 、上記本体１内の中心軸の長手方向に調節可能である。キャビティ３ｏは出口開 口３２を有している。この出口開口は、ピストン４方向へ向けられると共に、中 心軸の周囲に環状のシート３４と協働すべく配置されているっば３３によって形 成されている。これによって、以下に説明するように、流出口２９は絞り弁１０ の遮断に関連して閉じられ得る。

調節器を通る流量の予備調節用の上記記載の前以て応力が付与されたバネ９は、 図示されているように、密閉体３１の出口端部と中心軸２ｏの一端の支持部材３ ５との間で拘束されているので、バネ９の前以て付与された応力は上記シート３ ４に向かう方向への密閉体３１の移動によって減少する。

調節器の絞り弁１０は、円筒状のキャビティ３７を有するハウジング３６を備え ており、ハウジング内には弁体１９がスライド可能にシール式に配置されている 。図示の実施例では、シールリング３８が弁体１９と、隣接するハウジング壁体 との間に配置されている。しかし、このシールリングは精密な調整とスライド面 の研磨で省略され得る。キャビティ３７は、調節器の出口開口３９に合流してい る。このキャビティの下流端は、ハウジング３６の周壁に対称的に配置された多 数の放射状の入口４０を通して、また、ハウジング３６の回りの本体１内に配置 された環状のスペース４１を通して流路２に通じている。

図示されているように、弁体１９には、弁体の端面間の圧力の相違を等しくする ために、貫通する軸方向の流路４２が設けられている。弁体の軸方向移動によっ て、放射状に配置された出入口４０を横切る有効な流れについての無段階であま り大きな力を要求しない変化が達成される。流れ調節器が完全に閉じられると、 弁体１９の下端は弁ハウジング３６のシート４３に対して押圧される。このシー トは、弁体１９が液流についてのかなりの絞りをもたらす場合、圧力効果を最小 限にするために出入口４０から一定の距離に置かれている。

調節器の処理量は、バネ９の前以て付与された応力を設定することによって、所 望の量に調節され得る。バネの前以て付与された応力は、この明細書において「 制御シリンダ」とも呼ばれる密閉体３１の位置に依存する。密閉体は、公知の技 術に従って手動制御または空気制御によって配置され得る。図１では、制御シリ ンダが最高位置まで上げられることによって調節器は最大処理量に調節されてい る。さらに、装置を通過する液流は設定レベルに一致すると考えられ得る。ピス トン４を下方へ押そうとする力は、バネ９の張力と比較して、大きさは等しく、 逆向きである。この状態において、絞り用弁体１９は、絞り弁１０の出入口４０ を介して最大処理量または最大流通量を許容する位置に維持される。

外部状態が変化し、液流が増加し始めると、ピストン４は直ちに下方へ押され、 ピストンは、絞り弁１０が運転を開始し、これによって流量を維持すべく制御す る。図示の実施例の重要な特性は、ピストン４が液体調節の不安定を引き起こす 可能性のある力によって影響されないことである。重要なのは、中心軸への望ま しくない圧力効果を釣り合わせることにあるものと考えられる。したがって、す べての出入口は対称的に置かれると共に、上述したように、中心軸の貫通路は、 望ましくない軸方向の力を削除するのに備える。

制御シリンダ３１が最低位置に置かれると、つば３３は密封するようにシート３ ４に載置される結果、流出口２９は閉じられる。この状態で、液体は室１５から 流出され得す、バネ１６が絞り用弁体１９をシート４３に対して下方へ押しつけ るまで、室１５は液体で除々に満たされ、この結果、絞り弁は閉じられる。

図示の実施例では、弁体１９は弁ハウジング３６内の出入口４０の内側に配置さ れている。変形実施例（図示せず）では、弁体を出入口の外側に配置してもよい が、これは可動部分の望ましくない寸法増大を伴う。流路の液流に流れ作動ピス トン４を置くことも考えられ、これによって特別な圧力低下生成手段３を避は得 る。しかし、これはやや安定性に乏しいことが見い出されている。

Ｆ／＆（ Ｆ／（ｙ、２ Ｆ／６．ご

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　流体流れの圧力低下の作用下で移動し得る流れ作動要素（４）と、上記要 素（４）の作用下で流体流れを調節する絞り弁（１０）とを備えた流路（２）内 の流体流れの安定流量を維持するための流れ調節器であって、上記流れ作動要素 （４）は、上記絞り弁（１０）の弁体（１９）に連結された駆動手段（１２）の 移動を制御するためのバイロット弁（１７）を有するサーボ手段（１１）のため の制御要素を構成し、上記駆動手段（１２）は、上記サーボ手段（１１）によっ て、流体流れ内の突然の変化と独立して円滑な状態で移動すべく配置され、上記 制御要素（４）は、流量が予め選択された量を越える場合のみ、流れ方向に移動 すべく配置されていることを特徴とする流れ調節器。 ２．　上記制御要素（４）には、流れ方向と反対方向に働くべく前以て応力が付 与されたバネ（９）が作用し、このバネに前以て付与された応力は、上記予め選 択された量をセットするために調節可能であることを特徴とする請求項１に記載 の流れ調節器。 ３．　上記制御要素（４）は、上記流路内の圧力低下用オリフィス（３）の上流 側の上記流路（２）に連通された第１室（５）と、上記オリフィス（３）の下流 側の上記流路（２）に連通された第２室（６）との間の仕切りを形成するピスト ンであり、 上記駆動手段（１２）は、上記第２室（６）に配置され、ピストンハウジング（ ３）と駆動ピストン（１４）とを備え、上記ピストンハウジングと駆動ピストン はともにこのピストン（１４）の上記絞り弁（１０）から離れた側に第３室（１ ５）を形成し、 上記第３室（１５）は、上記パイロット弁（１７）によって、第２室（６）から の流体で満たされるように、または上記制御要素（４）の移動に依存して流体が 空にされるように配置され、 上記駆動用ピストン（１４）には、上記絞り弁（１０）に面している側に、上記 第２室（６）の圧力が作用し、また反対の側に、上記前以て応力が付与された駆 動バネ（１６）からの力と、上記第３室（１５）へ供給された流体の圧力とが作 用する結果、上記駆動ピストン（１４）は、上記駆動バネ（１６）からの結果と して起こるカおよび上記第３室（１５）の流体圧力が上記第２室（６）からの作 用力を越えるか又はそれ未満になる場合に移動されるようになっていることを特 徴とする請求項１または２に記載の流れ調節器。 ４．　上記パイロット弁（１７）は、上記制御要素ピストン（４）に設けられた 中心軸（２０）と、上記中心軸用に設けられ、上記駆動用ピストン（１４）に連 結されると共に上記第３室（１５）の外側へ伸びる案内スリーブ（２３）とを備 え、 上記中心軸（２０）の表面には、幾つかの長手方向に伸びる流路（２４）が設け られ、この流路は、一端で、上記案内スリーブ（２３）の壁体を貫通する第１出 入口（２５）を通して上記第２室（６）に連通し、他端で、上記案内スリーブ（ ２３）の壁体内の第２出入口（２６）を通して上記第３室（１５）との連通に導 かれることができ、 上記中心軸（２０）は、さらに、第２出入口が上記流路（２４）と遮断された場 合に、上記案内スリーブ（２３）の上記第２出入口（２６）との連通に導かれ得 る横方向の通路（２７）を備え、この通路は、上記中心軸（２０）を長手方向に 貫通すると共に、上記第３室（１５）からの流体逃がし用の流出口（２９）に通 じる通路（２８）に連通していることを特徴とする請求項３に記載の流れ調節器 。 ５．　上記中心軸（２０）の長手方向に伸びる上記通路（２８）は、上記中心軸 （２０）をあまねく貫通すると共に、その両端で流出する結果、上記軸は軸方向 に圧力釣合がとられていることを特徴とする請求項４に記載の流れ調節器。 ６．　上記流出口（２９）にある上記中心軸（２０）の一端は、上記中心軸（２ ０）の長手方向に調節可能な密閉体（３１）内のキャビティ（３０）の中へ挿入 され、 上記キャビティ（３０）は、上記制御要素ピストン（４）へ向けられると共に、 上記絞り弁（１０）を閉じさせる上記流出口（２９）を閉じるためにシート（３ ４）と協働すべく配直されている出口開口（３２）を有していることを特徴とす る請求項４に記載の流れ調節器。 ７．　上記前以て応力が付与された上記バネ（９）は、上記密閉体（３１）の出 口端部と上記中心軸（２０）の端部の支持部材（３５）との間で拘束されている 結果、上記バネ（９）の前以て付与された応力は、上記シート（３４）へ向かっ ての上記密閉体（３１）の移動とともに減少されるようになっていることを特徴 とする請求項２または６に記載の流れ調節器。 ８．　上記駆動手段（１２）の上記駆動ピストン（１４）は、ピストンロッド（ １８）を通して、上記絞り弁（１０）の弁体（１９）に直接連結されていること を特徴とする請求項３及至７のいずれか１つに記載の流れ調節器。 ９．　上記絞り弁（１０）は、上記弁体（１９）がスライ可能に配置されると　 共に、上記調節器の出口開口（３９）と合流する円筒形のキャビティ（３７）を 有するハウジング（３９）を備え、 上記キャビティ（３７）の下流端は、上記ハウジング（３６）の周壁に対称的に 配置された幾つかの放射状の出入口（４０）を通して上記流路（２）に連通して いることを特徴とする請求項１及至８のいずれか１つに記載の流れ調節器。 １０．　上記絞り弁（１０）の弁体（１９）には、この弁体（１９）の端面間の 圧力差を等しくするために軸方向に貫通する流路（４２）が設けられていること を特徴とする請求項１及至９のいずれか１つに記載の流れ調節器。