JPH09512329A - 自己の媒体によって作動するバルブ - Google Patents
自己の媒体によって作動するバルブInfo
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Abstract
(57)【要約】
バルブはバルブ本体を備え、同バルブ本体は、第1の圧力チャンバ(2)、流出チャンバ(6)並びに第1のバルブシート(12)及びバルブ本体によって区画されている第2の圧力チャンバ(13)と協働する。バルブ本体(8)は、第2のバルブシート(26)と協働し、かつ閉鎖位置及び開放位置の間にて移動可能な制御ピストン(22)を備えている。制御ピストン(22)は、バルブチャンバ(17)中において、第2のバルブシート(26)から離間して対向し、第1の圧力チャンバ(2)に連通する第1のサブチャンバ、第2のバルブシート(26)に対向し、流出チャンバ(6)に連通する第2のサブチャンバ及び制御ピストンの円筒面に囲まれ第2の圧力チャンバ(13)と連通する中間のサブチャンバにより境界を定められている。制御ピストン(22)は、閉鎖位置において第1及び中間のサブチャンバの間の移動通路を形成し、開放位置において第2及び中間のサブチャンバの間の移動通路を形成する。釣合のとれたピストンとしてデザインされたバルブ本体(8)は、制御可能なポジショナー(19)によって駆動される制御ピストン(22)に対して従動ピストンのように常に自身で調節可能であり、それにより第1のバルブシート(12)及び種々の開放位置との間にて調節可能に変位可能である。
Description
【発明の詳細な説明】
自己の媒体によって作動するバルブ
本発明は、請求項1の前提部分に従って自己の媒体によって作動するように予
め制御されたバルブに関するものである。
この種のバルブは欧州特許出願公開第0195206号に開示されている。こ
のバルブは、安全システムの制御にしばしば使用され、たとえば、開閉に関する
動作、特に制御信号に対応するスピードが非常に重要となる蒸気発生器に使用さ
れる。この公知のバルブのバルブ本体は、開放位置及び閉鎖位置の間で電磁石に
て変位可能である。しかしながらこの公知の技術は、バルブ本体の開放及び閉鎖
制御には適さない。
本発明の目的は、特にこの点に関して改良された上記のバルブを提供すること
にあり、簡略化された実施形態において、バルブ本体の開閉動作の望ましい影響
を可能にし、それによりそのようなバルブを例えば蒸気もしくは水のような圧力
媒体が高圧から低圧に解放されることにより制御バルブとして使用可能にするこ
とである。
この目的は、本発明に従って請求項1の特徴づけられた内容によって達成され
る。
本発明に従うバルブにおいて、釣合いのとれたピストンとして設計されたバル
ブ本体は、その閉止位置及び最大開放位置の間にてサーボ制御による案内部材に
て変位可能であり、かつそのリフト領域内の所望の中間位置にて設定することも
可能である。バルブ本体は、バルブチャンバの中間サブチャンバが第1のサブチ
ャンバ及び第2のサブチャンバに対してほぼ閉じられ、それにより第1の圧力チ
ャンバ及び第2の圧力チャンバの間の連通が遮断され、制御ピストンに対する従
動ピストンが常に釣合のとれた位置になることによって、いかなる中間の位置に
おいても維持される。特に第2の圧力チャンバ内に生ずる簡略化された圧力の調
整はこの実施形態において達成され、これは第1のバルブシートがら離間して対
向するバルブ本体の端部に作用しかつバルブ本体の中間部分に影響を与える圧力
であり、制御ピストンの変位する際に、制御ピストンに対するバルブ本体の対応
する相対的な移動によって、自動的に圧力及び媒体の流れによる力の平衡に関し
てバルブ本体に影響を及ぼすものである。本発明における実施形態では、バルブ
本体の変位には比較的小さく、安価でしかも広く適用可能な作動装置によって生
ずるより小さな変位力のみ要求されるという利点を有する。
本発明の実施形態は従属クレームに開示されている。
更なる特徴および詳細については図面にて模式的に示された本発明の実施形態
によって以下に示す詳細な説明にて明らかにされる。
図1は、ポジショナーを備えた本発明に従うバルブの長手方向の断面図。
図2は、図1に示したバルブの要部拡大断面図。
図2a及び2bは、図2に示したバルブを別の動作位置にて示す。
図3及び4は、修正された実施形態に従うバルブの更なる詳細を示す。
圧力媒体としての蒸気によって作動する図1のバルブは、第1の圧力チャンバ
2を備えたハウジング1及びハウジング1の肩部にボルト4にて固定された蓋部
3から構成されている。圧力チャンバ2は、ほぼ水平の流入ポート5及び流入パ
イプ(図示しない)を介して連通し、流出チャンバ6及び垂直な流出ポートによ
って流出パイプ(図示しない)に連通している。ハウジング1内には、圧力チャ
ンバ2を貫通してスリーブ7が上下に延びている。スリーブ7内には、バルブ本
体8が案内リング10及びピストンリング11にて流出ポートと同軸上を摺動す
るように案内される。第1の圧力チャンバ2と流出チャンバ6との間の境界領域
に、バルブ本体8と協働する環状の第1のバルブシート12が形成されている。
バルブ本体8は、バルブシート12にて閉鎖位置が、蓋部3によって最大開放位
置がそれぞれ決定され、両位置の間で変位可能である。バルブシート12から離
間する、即ち蓋部3に対向する端部8aは、突起状のストッパエレメント9(図
中のネジ山)を介して蓋部3と協働し、その末端面にて蓋部3及びスリーブ7の
壁とともに第2の圧力チャンバ13との境界が決定されている。バルブ本体8は
良好なバランスを備えたピストンとして形成され、端部8aは、バルブシート1
2に対向する端部8bより広いピストン面を有する。
スリーブ7には、バルブシート12に隣接して上方へ指向し、かつ長手方向へ
延びる複数の圧力媒体通路が形成されている。圧力媒体はスロット14にて周囲
に分配され、これらの流路はバルブシート12と協働するバルブ本体8の端部8
bのリフト領域を超えて延びている。このため、バルブの横断面において圧力媒
体の流路が境界を決定し、この境界の連続的もしくは段階的な変化がバルブのリ
フト動作の度毎に得られる。スリーブ7の長手方向における中央部には、その周
囲に圧力媒体分配する更なる通路が形成されている。より詳述すると、スリーブ
7は環状の通路16を有している。この環状の通路16は、バルブ本体8の全周
にわたって、スリーブ7にて取り囲まれて延びている。環状通路16はバルブ本
体8のリフト動作の度毎にボア15に連通し、これによって第1の圧力チャンバ
2と連通する。環状通路16は、流出チャンバ6に対して下方の環状面16aに
よって境界を定められ、圧力チャンバ13に対して上方の環状面16bによって
境界を定められている。上方環状面16bは、下方環状面16aよりも面積が大
きく、即ち受圧量が大きく、従って上向きの圧力がバルブ本体8に作用する。
バルブ本体8にはバルブチャンバ17が設けられている。バルブチャンバ17
はバルブ本体8中において下方の端部8bに開口している長尺状のボア18を介
してハウジング1の流出チャンバ6に連通している。バルブチャンバ17内には
案内部材20が進入し、同案内部材20はバルブ本体8に対して同一軸線上を変
位可能であり、かつその上端部に作動装置19に連結し得るピストンロッド21
を有している。ピストンロッド21には、制御ピストン22及び同制御ピストン
22から離間して配置され、かつバルブチャンバ17を第2の圧力チャンバ13
に対してシール可能なシーリングピストン23が設けられている。特に図2、2
a及び2bから明らかなように、制御ピストン22はバルブチャンバ17及びボ
ア18の間に位置する第2のバルブシート26と協働する。ピストン22は、バ
ルブチャンバ17中において制御ピストン22の第1のピストン面22a、第2
のピストン面22b並びに制御ピストン22の円筒面22cを有する。バルブチ
ャンバ17の中央部には、部分的に広い環状のサブチャンバ17cが設けられて
いる。第1のサブチャンバ17aは、第1の連結路24を介して第1の圧力チャ
ンバ2に連通する環状路16に連通され、第2のサブチャンバ17bは、ボア1
8を経てハウジング1の流出チャンバ6と連通されている。一方、中間のサブチ
ャンバ17cは、その末端面において第2の連結路25を介して、第2の圧力チ
ャンバ13と常に連通されている。
制御ピストン22はバルブチャンバ17中において、第2のバルブシート26
に対してピストン面22bの装着部29が当接してバルブシート26を閉鎖する
第1の末端位置22’(図2a)と、第2の圧力チャンバ13により近い位置に
おいてストッパ部27にて規制される第2の末端位置22”(図2b)の間にて
変位可能に案内される。更に図2、2a及び2bから明らかなように、制御ピス
トン22は中間のサブチャンバ17cと関連する中間の長手方向の部分を有し、
かつその位置においては第1のサブチャンバ17a及び第2のサブチャンバ17
bの壁面に密閉するように押圧される。制御ピストン22の中間部は、その両端
にて、軸方向に延びる長溝状の移動チャネル28a、28bがそれぞれ設けられ
た末端部分によって境界を定められている。制御ピストン22の中間部は、チャ
ンネル28a、28bと対向することがない下方を遮断した一定の長さの分だけ
、中間のサブチャンバ17cの軸方向の長さHより小さい軸方向の長さLを有す
る(図参照)。また、ピストンの中間部分及び中間のサブチャンバ17cが少な
くともほぼ等しい軸方向の長さL及びHを有するような実施形態も可能である。
制御ピストン22は、図1及び2に示すバルブ本体8の開放位置に対応する上
方リフト位置及び、閉鎖位置(図示略)に対応する最下方のリフト位置の間にて
、作動装置19にて変位される。バルブ本体8の閉鎖位置において、制御ピスト
ン22は、長手方向の溝28aがサブチャンバ17a及び17cの間の移動通路
を
形成する第1の末端位置22’(図2a)にあり、それに対応して第1の圧力チ
ャンバ2から第2の圧力チャンバ13へ圧力媒体が抑制して供給され、第2の圧
力チャンバ13が減圧される。この上方の端部8aに作用する圧力によって、バ
ルブ本体8の下方の端部8bがバルブシート12上に押圧される。
蓋部3にあるストッパ部によってバルブ本体8が最大開放位置に移行されると
、制御ピストン22の溝28aがサブチャンバ17cより外方にある第2の末端
位置22”(図2b)に位置するので、圧力媒体の供給が阻止され、第2のバル
ブシート26は開放される。この場合、移動通路は長溝28bを通じてサブチャ
ンバ17c及び17bの間、ひいては第2の圧力チャンバ13及び流出チャンバ
6の間にて形成される。これにより圧力媒体が第2の圧力チャンバ13から流出
可能となり、バルブ本体8は上方の端部8b及び上方の環状面16bに作用する
圧力媒体の圧力によってほぼ最大開放位置に保持される。
サブチャンバ17cと17a又は17bの間の移動通路は別の方法、例えば設
けられた移動領域において円錐状にテーパされた制御ピストン22の端部(図示
しない)あるいは、末端位置22’もしくは22”が中間のサブチャンバ17c
領域に到達する制御ピストン22中に形成されたボアによっても形成可能である
。
作動装置19は例えば電気的制御信号に基づき作動するコントローラ31を有
する空気圧ポジショナーを備え、同ポジショナーによってピストン22はバルブ
本体8のリフト領域に対応する変位領域内において連続的もしくは段階的に変位
される。同ポジショナーにて、制御ピストン22は変位領域内のいかなる所望の
位置においても停止されるように案内される。ピストン22及びバルブチャンバ
17を上記のように構成したことによって、バルブ本体8は従動ピストンのよう
に予め制御される。上方の圧力チャンバ13における圧力は制御されるので、予
め設定したピストン22の中間の位置において、端部8a、8b及び上方の環状
面16bを通じて上向きに作用する圧力に対応する圧力がバルブ本体8に付与さ
れる。
従って、バルブ本体8の制御ピストン22は図2に示すように、バルブチャン
バ17が両側の末端位置22’及び22”の間に設定される中間の位置にある。
また、サブチャンバ17cは制御ピストン22の中間の部分によってほぼ閉塞さ
れて隣接するサブチャンバ17a及び17bから分離されることにより常に釣合
のとれた位置に保持され、第1の圧力チャンバ2及び第2の上方の圧力チャンバ
13が遮断される。制御ピストン22の中間部分においてサブチャンバ17cが
下方から遮断されることによって、サブチャンバ17a、17b及び17cの間
において釣合のとれた位置にて僅かに流れが漏洩する。これにより、バルブ本体
8の変位に基づく圧力衝撃が低減される。
制御ピストン22がリフトされる度毎にバルブ本体8は対応して移動する。バ
ルブシート26に対して制御ピストン22が変位する間に、サブチャンバ17a
及び17cの間、ひいては環状面16及び上方の圧力チャンバ13の間の通路が
形成される。従って、バルブ本体8が制御ピストン22をたどって最終的には互
いに作用する圧力及び圧力媒体の流れに基づく力にて、図2に示す釣合のとれた
位置に達することにより圧力が圧力チャンバ13内に生じ、サブチャンバ17a
及び17cの間の連通が遮断される。制御ピストン22が上方の圧力チャンバ1
3に向って変位する間、サブチャンバ17c及び17bの間、ひいては圧力チャ
ンバ13及び流出チャンバ6の間の通路が形成される。これにより圧力媒体が圧
力チャンバ13から排出され、これに対応してピストン22がリフト移動され、
バルブ本体8は制御ピストン22をたどって最終的には釣合のとれた位置に保持
される。
バルブ本体8の変位は実質的には第2の(下方の)ピストン面22bから制御
ピストン22に導入される軸のリフト力及び蓋部3の密閉配置の部分、すなわち
図中のパッキン箱32にあるピストンロッド21に作用する摩擦力から生ずる僅
かな変位力のみが必要とされる利点を有する。本発明に従って形成されたバルブ
は、内部の圧力からは独立し、かつ例えばバルブシートの直径が100mmから
500mmというような種々の寸法及び種々の適用分野におけるバルブに適応す
るように製造される比較的小さな、安価で、広く入手可能な位置決め装置の使用
を可能にする。
以下に述べる第2の実施の形態において、第1の実施の形態に対応する部材は
同一の番号で表した。図3及び4において、案内部材20は制御ピストン22か
ら離間して配置されている。案内部材20は、バルブチャンバ17から遮断され
た平衡なチャンバ36内においてバルブ本体8中に案内され、第2の圧力チャン
バ13に近接する円形状空間36aを上方に、かつ制御ピストン22に近接する
円形状空間36bを下方に備えている。これら空間36a、36bは、サーボピ
ストン35にて分断されている。図3において、上方の空間36aは、第1のチ
ャネル37に対応する方向に延び、第1の圧力チャンバ2に連通するバルブ本体
17の第1のサブチャンバ17aと連通している。下方の空間36bは、第2の
チャネル38を介して、中間のサブチャンバ17c及び第2の圧力チャンバ13
を接続する第2の連結路25に連通している。制御ピストン22が図で示すよう
に第2の末端位置22”にある場合、上方の空間36aは第1の圧力チャンバ2
に連通する。一方、制御ピストン22が閉鎖位置あるいは中間リフト位置にあり
、バルブ本体8が長時間にわたって停留した後に移動すると、バルブ本体8に対
して圧力チャンバ13側へ働く変位力が作用し、バルブは確実に開放される。
図4の実施形態において、第1の連結路24は中間のサブチャンバ17c、及
びチャネル37’を通じて下方の空間36bに連通し、一方第2の連結路25は
上方のサブチャネル17a、及びチャネル38’を通じて上方の空間36aに連
通する。その結果、図示された制御ピストン22の上方の末端位置22”におい
て、上方の第2の圧力チャンバ13は連結路25を通じて中間のサブチャンバ1
7cに対して閉鎖された上方のサブチャンバ17aに連通する。一方、下方のサ
ブチャンバ17bに連通する中間のサブチャンバ17cは、環状の空間16を通
じて第1の圧力チャンバ2に連通するとともに、ボア18を通じて流出チャンバ
6に連通する。バルブ本体8は、第1の圧力チャンバ2内において下端部8b及
び上方の環状面16bに作用する圧力によって図示されたほぼ最大開放位置に保
持される。閉鎖動作を開始するために制御ピストン22が第2のバルブシート2
6に向かって移動された場合、上方の圧力チャンバ13及び空間36aはサブチ
ャンバ17aを通じて第1の圧力チャンバ2に連結される。一方、制御ピストン
22は、空間36aを通じて作用するサーボピストン35及び更なる変位力によ
って第2のバルブシート26上に押圧され、それによりバルブは確実に開放され
る。
本発明の詳細な説明は以下のように要約される。
バルブは、第1の圧力チャンバ2、流出チャンバ6、及び第1のバルブシート
12と協働し、かつ釣合のとれたピストンとして設計されたバルブ本体8とから
構成され、第2の圧力チャンバ13もバルブ本体8によって区画される。バルブ
本体8は第2のバルブシート26と協働し、がつ第1の閉鎖位置及び開放位置の
間にて移動可能な制御ピストン22を備えている。制御ピストン22は、バルブ
チャンバ17中において、第2のバルブシート26に対して離間して対向すると
ともに、第1の圧力チャンバ2に連通する第1のサブチャンバと第2のバルブシ
ート26に対向し、かつ流出チャンバ6に連通する第2のサブチャンバ及び制御
ピストン22の円筒面に囲まれ第2の圧力チャンバ13と連通する中間のサブチ
ャンバにより区画されている。制御ピストン22は、閉鎖位置において第1及び
中間のサブチャンバの間の移動通路を形成し、開放位置において第2及び中間の
サブチャンバの間の移動通路を形成する。バルブ本体8は、制御可能なポジショ
ナー19にて駆動される制御ピストン22に対して従動ピストンのように常に自
身で調節可能であり、第1のバルブシート12及び種々の開放位置との間におい
て制御ピストンによって調節可能に変位可能である。
また、図示された空気圧ポジショナー19に代えて液圧もしくは電気機械的ポ
ジショナーを使用することもできる。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
る制御ピストン(22)に対して従動ピストンのように
常に自身で調節可能であり、それにより第1のバルブシ
ート(12)及び種々の開放位置との間にて調節可能に
変位可能である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.圧力媒体が流れるハウジングを備え、自己の媒体によって作動すべく予め制 御されたバルブであって、 前記バルブは第1の圧力チャンバ(2)と、流出チャンバ(6)と、第1のバ ルブシート(12)と、第1のバルブシート(12)と、第1のバルブシート( 12)及びバルブシート(12)から離間して対向するバルブ本体(8)のピス トン面(8a)によって区画された第2の圧力チャンバ(13)と協働するバル ブ本体(8)を有し、 前記バルブ本体(8)は第2のバルブシート(26)を有するバルブチャンバ (17)を備え、かつ第2のバルブシート(26)と協働し、駆動媒体によって 駆動され、閉鎖位置(22’)及び開放位置(22”)との間にて移動可能に案 内される制御ピストン(22)を有し、 バルブ本体(8)が釣合のとれたピストンとして形成され、制御ピストン(2 2)がバルブチャンバ(17)中において第2のバルブシート(26)から離間 して対向し、かつ2個の圧力チャンバ(2,13)のうちの一方と連通している 第1のサブチャンバ(17a)、第2のバルブシート(26)と対向しかつ流出 チャンバ(6)と連通する第2のサブチャンバ(17b)及び制御ピストン(2 2)の円筒面(22c)に囲まれかつ他方の圧力チャンバ(13,2)と連通す る中間のサブチャンバ(17c)を区画し、 制御ピストン(22)の閉鎖位置(22’)において第1のサブチャンバ(1 7a)及び中間のサブチャンバ(17c)の間の移動通路が形成され、開放位置 (22”)において第2のサブチャンバ(17b)及び中間のサブチャンバ(1 7c)の間の移動通路が形成されることを特徴とするバルブ。 2.請求項1に記載のバルブにおいて、 移動通路が制御ピストン(22)上に設けられた移動チャネルによって形成さ れていることを特徴とするバルブ。 3.請求項2に記載のバルブにおいて、 制御ピストン(22)が第1のサブチャンバ(17a)及び第2のサブチャン バ(17b)と協働するための中間のピストン部分を有し、前記中間部分は両チ ャンバの内壁に対してチャンバを密封するように押圧され、その両端部において 中間のサブチャンバ(17c)と協働するために移動チャネルが形成され、同移 動チャネルがほぼ軸線方向に延びる溝(28a,28b)の形状をなす端部によ って区画されていることを特徴とするバルブ。 4.請求項3に記載のバルブにおいて、 中間のピストン部分は中間のサブチャンバ(17c)にて中間ピストン部分に 対応する軸線方向の長さ(H)より小さい軸方向の長さ(L)を有することを特 徴とするバルブ。 5.上記請求項1〜4のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 バルブ本体(8)は、ハウジングの第1の圧力チャンバ(2)を貫通するスリ ーブ(7)中に案内され、前記スリーブ(7)は第1のバルブシート(12)を 有し、かつ前記バルブシート(12)に隣接しバルブ本体(8)の所定のリフト 領域に対応する長手方向における部分及びバルブ本体(8)に形成されるバルブ チャンバ(17)に連通する、圧力媒体用通路(14,15)を有する環状面( 16)の領域が設けられていることを特徴とするバルブ。 6.上記請求項1〜5のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 制御ピストン(22)はバルブ本体(8)の釣合のとれたチャンバ(36)中 に案内され、バルブチャンバ(17)から遮断され、釣合のとれたチャンバ中に 一方はハウジングの第1の圧力チャンバ(2)に連通し、他方は第2の圧力チャ ンバ(13)に連通する2つの円形状空間(36a,36b)で区画したサーボ ピストン(35)に連結されていることを特徴とするバルブ。 7.請求項6に記載のバルブにおいて、 釣合のとれたチャンバ(36)の各円形状空間(36a,36b)及びバルブ チャンバ(17)の各サブチャンバ(17a,17b)が共通の連結チャネル( 24,25)を通じて関連する圧力チャンバ(2,13)に接続されることを特 徴とするバルブ。 8.上記請求項1〜7のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 バルブ本体(8)の第1のサブチャンバ(17a)が第1の連結チャネル(2 4)を介してハウジングの第1の圧力チャンバ(2)に接続され、かつ中間のサ ブチャンバ(17c)が第2の連結チャネル(25)を介して第2の圧力チャン バ(13)に接続されていることを特徴とするバルブ。 9.請求項1〜7のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 バルブ本体(8)の中間のサブチャンバ(17c)が第1の連結チャネル(2 4)を介してハウジングの第1の圧力チャンバ(2)に接続され、かつ第1のサ ブチャンバ(17a)が第2の連結チャネル(25)を介して第2の圧力チャン バ(13)に接続されていることを特徴とするバルブ。 10.上記請求項1〜9のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 制御可能な作動装置(19)が制御ピストン(22)に対する駆動手段として 備えられ、これに制御ピストン(22)がバルブ本体(8)のリフト領域に対応 する長さの上昇区間中で変位可能となり、さらには制御ピストン(22)は上昇 区間中における少なくとも1つの中間位置に保持されることを特徴とするバルブ 。 11.請求項10に記載のバルブにおいて、 作動装置(19)が空気圧ポジショナーであることを特徴とするバルブ。 12.請求項10もしくは11に記載のバルブにおいて、 作動装置(19)が、電気制御信号を出力するコントローラ(31)に接続さ れて、段階的に変位可能であることを特徴とするバルブ。 13.請求項1〜12のいずれか1項に記載のバルブにおいて、 蒸気及び水のうち少なくとも一方よりなる圧力媒体を高圧から低圧へと解放す るための変位可能な制御バルブであることを特徴とするバルブ。
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