JPH10513244A - 改善された自動再循環バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本体部分（１２）、該本体部分（１２）と一体となった中央のハブ（６０）および入口（１６）、主出口（１８）および再循環出口（２０）を有する自動再循環バルブ（１０）。該入口（１６）から該主出口（１８）への間の流れに応答する主バルブ要素（２８）は、中を再循環流が流れるバイパスバルブ部材（３２）を構成している中空の心棒（４２）を含んでいる。該バルブの心棒（４２）を取り囲むシャフトの案内のブッシュ（５６）およびバイパス出口（２０）の中にあるバイパスアダプター（５８）によって循環流の経路がつくられ、再循環出口（２０）を出て行く再循環流に渦巻き運動が賦与され、バルブの本体（１２）および下流にある配管の破損を防いでいる。

Description

【発明の詳細な説明】 改善された自動再循環バルブ 本発明の背景 本発明は自動再循環バルブ、特に遠心ポンプ系の再循環バイパス流を調節する 目的をもった再循環バルブに関する。 再循環バルブはしばしば遠心ポンプ系に適用されポンプの過熱を防ぎ、水圧の 安定性を維持するのに使用される。ポンプの過熱はポンプによって生じた熱エネ ルギーがその中を通る流体に伝達されるために起こる。適切な設計をもった系に おける通常の操作条件（圧送される流体に対する下流の需要量が通常の場合）で は、伝達された熱を吸収しこれを運び去るのに十分な量の流体がポンプの中を流 れ、従って過熱は防がれる。しかし流れに対する需要量が少ない場合には、流体 はゆっくりと流れ、ある場合には澱むことさえあり、ポンプの中に滞在する間に 遥かに多量の熱を吸収し、ポンプの中で流体の温度を実質的に上昇させる原因と なる。ポンプの内部で流体の温度が上昇すると、その蒸気圧が上昇してキャビテ ーションを生じ、それによってポンプのインペラおよびハウジングが破損する可 能性が生じる。 流速が低い条件では、さらに従来から内部再循環として知られている現象が現 れることがある。流速が低い条件では、ポンプの内部で水圧的な異常が生じる。 これらの異常は、流速が低い場合にポンプの内部の幾何学的形状が最適でない場 合における流体の応答であり、一般にポンプのハウジングの出口の近傍で流体が インペラから流れ出る区域で始まる。 内部再循環として知られているこの現象はキャビテーションを生じ、これによっ てポンプのインペラが破損する可能性がある。 再循環バルブはポンプの過熱を防止し、下流において流れに対する需要量が少 ない場合、ポンプが十分に流体の流れを維持できるような第２の経路を与えるこ とによって水圧の安定性を保持する。再循環バルブの普通使用される種類の一つ は、米国特許４，０９５，６１１号、同４，９４１，５０２号および同５，３３ ３，６３８号記載のような変調流体バルブである。これらの特許には入口、主出 口、再循環出口、主流要素、および溝孔状のオリフィスが付いたバイパス要素を もつバルブが記載されている。このようなバルブはポンプの下流に配置される。 流体は入口を通ってポンプからバルブに入り、主出口を通ってバルブから出て行 き、下流の需要を満足させる。再循環出口は、主出口において流量の要求が少な い場合流体を流す低圧の貯蔵器またはポンプの入口のような第２の流体の経路に 連結されている。 主バルブ要素はバルブの入口と主出口との間の流速を感知する。下流の需要量 が通常の場合には、主バルブ要素を横切る圧力差によりバルブ要素が開いて流体 が主出口へと流れ、同時にバイパスバルブ要素を閉じ流体が再循環出口へと流れ るのを防ぐ。逆に下流の需要量が少ない場合には、主バルブ要素は閉じた（締め られた）位置に戻り、それによってバイパス要素が開かれ流体は再循環出口を通 って第２の経路へと流れるようにする。さらに主バルブ要素は、締められている 場合、ポンプを停めた際のポンプのインペラの逆回転を防ぐチェック・バルブと しての役目もする。 改善された遠心ポンプの設計では、再循環流を増加させることが次第 に必要になって来た。再循環流の流速を増加させる要求が増えて来ると、再循環 バルブおよび再循環の配管を、キャビテーションおよび速い撹乱流によって生じ 得る他の損傷から保護することが必要になる。 従って本発明の目的は改善された再循環バルブを提供することである。 本発明の他の目的は円滑に作動する再循環バルブを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、バイパスを通る流体、またはバイパスまたは再循 環の配管の中へ入って来る流体をコントロールし、信頼性の高い動作をさせ且つ バイパスのバルブおよび配管が破損しないように保護し得るような再循環バルブ を提供することである。 本発明のさらに他の目的、利点、および新規特徴は、下記の説明にその一部が 記載されているが、また当業界の専門家にとってはその一部は下記の説明を考察 することにより明らかになるか、或いは本発明を実施することによって学びとる ことができるであろう。本発明の目的および利点は添付請求の範囲に特に指摘さ れた手段および組み合わせによって実現し達成することができる。 本発明の概要 本発明によれば、過熱または水圧による流体の不安定性に起因する破損から遠 心ポンプを保護するための改善された自動再循環バルブが提供される。本発明は 入口、主出口、再循環出口、入口と主出口との間の流体の流れに応答する主バル ブ要素、および入口と再循環出口との間の流体の流れを調節するために主バルブ 要素に応答するバイパス要素を有するバルブから成っている。バイパス要素はバ イパスのブッシュおよび中を通って再循環流体が流れるバイパスアダプターを含 んでいる。該ブッ シュは再循環バルブの内部が破損するのを防ぐような設計がなされており、バイ パスアダプターは再循環流体の流れを再循環用の配管の方へ向かわせ、且つ再循 環流に渦巻き運動を賦与してキャビテーションによる配管の破損を防ぎ、このよ うにして改善された再循環バルブが得られる。 図面の簡単な説明 上記概要および下記の詳細な説明は、添付図面と組み合わせて読めばさらに良 く理解されるであろう。本発明を例示する目的で添付図面には好適な具体化例が 示されているが、本発明は図示の正確な配置および手段に限定されるものではな いことを了解された。 図１は本発明の再循環バルブの断面図であり、主バルブ部材が閉じた位置にあ り、バイパス要素が完全に開いた位置にある場合を示している。 図２は本発明の変形した形をもつバイパスアダプターの横方向の断面図である 。 図３はバイパスアダプターの平面図であって、該バイパスアダプターに取り付 けられた渦巻き形の羽根を示す。 詳細な説明 本明細書に記載された自動再循環バルブは本出願人による従来の米国特許５， ３３３，６３８号に記載され、特許請求が行われた自動再循環バルブの変形であ る。該米国特許は参考のために本明細書に添付されている。 添付図面を参照すれば、図１には本体１２、および該本体１２に取り付けられ たボンネット部材１４から成る本発明の変調再循環コントロールバルブ装置１０ が示されている。該ボンネット部材１４はネジ止め、ネジ締め、またはボルト止 めによる連結を含む任意の適当な方法で本体 １２に取り付けられていることができる。この再循環バルブ装置１０は圧送され た流体を受取るために遠心ポンプの下流側に連結された入り口１６、流体が下流 にあるポンプへの需要に対する供給源へと流れ出る主出口１８、および下流のポ ンプに対する需要量が少ない場合圧送された流体を低圧の貯蔵器の方へ流すかま たはポンプの入口へと戻す再循環出口２０を有している。この１個の入り口およ び２個の出口に対してはフランジによる連結が示されているが、任意の適当なパ イプによる連結装置を使用することもできる。 入口１６と主出口１８との間には、下記に説明するように主バルブ要素２８に よって分割された下方の主流路２４と上方の主流路２６から成る主流路２２が延 びている。バイパス通路３０は下方の主流路２４から延びて再循環出口２０へと 至り、下記に示すようにバイパスバルブ要素３２によって下方の主流路２４から 分離されている。 再循環流の調節は流路２２の内部にありその中を通る流体の流れに応答して動 く主バルブ要素２８、および下方の主流路２４と再循環流路３０との間で主バル ブ要素２８の運動に応答して流体の流れをコントロールするように位置したバイ パス要素３２を含む内部バルブ要素によって行われる。 主バルブ要素２８は、それが完全に閉じた位置にある場合、弁座４０に対して 主バルブ要素２８を密封するための下方の密封面をもった円形のバルブの円板３ ４を含んでいる。弁座４０は図示の場合にはバルブの本体１２の一部として作ら れているが、別になった交換可能な弁座要素を用いることもできる。 バイパスバルブ要素３２は、円筒形のシャフト４２を含み、主バルブ 要素２８にそれと一緒に動くように取り付けられている。シャフト４２はバルブ 装置１０の垂直の中心に沿って下方の主流路２４の内部に挿入されている。シャ フト４２は二つの中空の室、即ち壁５０によって分離され相対する端の所で密封 された下方のシャフト室４６および上方のシャフト室４８を含んでいる。下方の シャフト室４６は溝孔状のオリフィス５２ａを通じて主流路２４と、また円形の 孔５２ｂを通じて再循環通路３０と連絡している。同様に、逆の関係になっては いるが、上方のシャフト室４８は円形の孔５４ｂを通じて主流路２４と、また溝 孔状のオリフィス５４ａを通じて再循環通路と連絡している。 本発明に従えば、シャフトの案内のブッシュ５６およびバイパスアダプター５ ８は、それぞれバイパスバルブを通る流体の流れをコントロールし、この流れを 再循環導管（図示せず）へと向けて流す。この導管はバイパスアダプター５８の バイパス出口２０の直径と実質的に等しいかそれよりも大きな内径をもっており 、且つ該バイパス出口と同心をなしている。 図１に示すように、シャフトの案内のブッシュ５６はバルブの本体と一体をな して作られた中央のハブ６０の内部に固定されている。このシャフトの案内のブ ッシュは一般的な円筒形の形をしており、バイパスバルブのシャフト４２を取り 囲む中央のバイパス流体室６２およびバイパス出口２０に面した出口開口部６４ を有している。上方および下方のブッシュの面６６および６８はそれぞれバイパ スバルブのシャフト４２をぴったりと取り囲み、主バルブおよびバイパスバルブ の運動を規定している。保持用の環７０およびバネのワッシャー７２はシャフト の案内のブッシュ５６をハブ６０に固定している。 バイパスアダプター５８は保持用のネジ７４によってバイパス出口の内部に固 定されている。このアダプター５８も中空の円筒形の形をしており、その内壁は バイパス通路３０の一部をなしている。アダプター５８の内側の端は案内のブッ シュの出口６４に対しぴったりとそれを取り囲み密封するような輪郭をもってい る。アダプターの前方の端の所には一連の螺旋形の羽根７６が備えられ、バイパ ス出口を出て行くバイパス流に対し渦巻き運動を与える。流体のこの渦巻き運動 は、捕捉された気泡が下流の配管の内面に衝突して破裂することを防ぐことによ り、下流の配管をキャビテーションおよび腐食から守っている。好ましくはシャ フトの案内のブッシュ５６およびバイパスアダプター５８はそれぞれＡＳＴＭ Ａ５６４ ６３０型およびＡＳＴＭ Ａ２７６ ３１６型のようなステンレス鋼 からつくられ、再循環流体流による破損に対して抵抗性がもたされている。 図２および図３は変形した形のバイパスアダプター５８ａを示す。このアダプ ターの端はバルブ本体の中でブッシュのインサート５６から離れた所にあり、再 循環流体を受け取るためにその入口５８ｂは広がっている。羽根７６ａは別のイ ンサートとしてつくられている。図示の具体化例においては、インサートは４個 の羽根をもち、その各々はブッシュのインサートの直径を横切ってインサートの 内側および外側の端の両方の所に達している。各羽根は螺旋形であり、インサー トの出口の所の羽根の縁はインサートの入り口の所の羽根の縁に対し角度的に９ ０°前進している。これによって羽根の上を通る再循環流体に迅速な渦巻き運動 が与えられる。羽根は例えば各羽根の前進端および後尾端においてタック熔接に よりインサートの内部に固定されている。 バイパス要素３２の垂直の運動はバイパス要素３２が取り付けられた主バルブ 要素２８の運動によってコントロールされる。主バルブ要素２８は、密封面が弁 座４０に対して接触した完全に閉じた位置と、上方の主流路２６の中に挿入され ボンネット部材１４に取り付けられているボンネットのハブ７８に上面３６が近 接するかまたは接触している完全に開いた位置との間を動くことができる。図示 のように、ボンネットのハブ７６はボンネット部材１４の一部として作られてい る。 一端がボンネットのハブ７６に、また他端が主バルブ要素２０に連結された螺 旋状のバネ８０は、圧縮されて主バルブ要素２８を完全に閉じた位置へと圧し付 けている。 各用途における特定の要求に応えるために、バルブ装置１０の特性および動作 を変更することができる。環状のバルブインサート（図示せず）を付加し、バル ブの円板３４とバルブの本体１２の内壁との間の流体を流す空間を変えることが できる。これによってバルブ要素２８を通過する流体の流速に関しバルブ要素の 運動がコントロールされる。インサートは特定の要求に応じた形をとることがで き、またシート状の金属のような任意の適当な材料からつくることができる。ま たバルブ装置１０は、バイパスアダプター５６の出口の直径を変えることにより 、再循環通路３０の中の特定の流体の圧力および／または流速に応じて適切な大 きさをもつようにすることができる。 以上本発明の特定の具体化例を説明したが、このような説明は本発明を限定す るものではなく、下記の請求範囲の範囲内において多くの変更および改変を行い 、それを実現できるものとする。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】１９９６年６月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．バルブ本体および該バルブ本体の内部に存在する一体となった中央のハ ブ、 該バルブ本体の内部にあってその中を再循環流体が通るバイパス通路、 該バルブ本体にある入口、 該バルブ本体にある主出口、 該バルブ本体にある再循環出口、 該入口と該主出口との間で流体の流れに応答する主バルブ要素、 該入口と該再循環出口の間で再循環流体の流れを調節するために該主バルブ要 素の運動に応答するバイパスバルブ要素、 該ハブを貫通しており、中を通って再循環流が該バイパス通路へと流れるバイ パスバルブの心棒、 該中央のハブの内部において該バルブの心棒を取り囲んで固定されているシャ フト案内ブッシュ、 該シャフト案内ブッシュの内部にあり、該バルブの心棒から再循環流が流れ込 み、且つ出口開口部を有する室、及び 第１および第２の開いた端の部分を有し、その間に流体による連絡がなされる 中空の略円筒形のバイパスアダプターを具備し、 該バイパスアダプターは該再循環出口に固定され、該案内ブッシュの出口と密 接しており、該アダプターの第１の端の部分は該シャフト案内ブッシュの出口開 口部およびその第２の端の部分と該再循環出口で流体による連絡がなされ、 さらに該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部には羽根が備えられ、再 循環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与してい ることを特徴とする流体の流れを感知し再循環流体の流れを与える自動再循環バ ルブ。 ２．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項１記載の自動再循環バル ブ。 ３．該シャフト案内ブッシュはそれぞれ該入口および該主出口に面した相対 する端の部分を有し、また 該相対する端の部分の所に壁部材を有し、これによって流体が該相対する端の 部分を通って該シャフト案内ブッシュの室へ流れ込みまたそこから流れ出すのが 防がれていることを特徴とする請求項１記載の自動再循環バルブ。 ４．該相対する壁部材は該バイパスバルブの運動を規定するために該バイパ スバルブのシャフトを取り囲んでいるブッシュ面を備えていることを特徴とする 請求項３記載の自動再循環バルブ。 ５．該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部に羽根が備えられ、再循 環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与することを特徴とする請求 項４記載の自動再循環バルブ。 ６．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項５記載の自動再循環バル ブ。 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年８月２２日 【補正内容】 請求の範囲 １．バルブ本体および該バルブ本体の内部に存在する一体となった中央のハ ブ、 該バルブ本体の内部にあってその中を再循環流体が通るバイパス通路、 該バルブ本体にある入口、 該バルブ本体にある主出口、 該バルブ本体にある再循環出口、 該入口と該主出口との間で流体の流れに応 答する主バルブ要素、 該入口と該再循環出口の間で再循環流体の流れを調節するために該主バルブ要 素の運動に応答するバイパスバルブ要素、 該ハブを貫通しており、中を通って再循環流が該バイパス通路へと流れるバイ パスバルブの心棒、 該中央のハブの内部において該バルブの心棒を取り囲んで固定されているシャ フト案内ブッシュ、 該シャフト案内ブッシュの内部にあり、該バルブの心棒から再循環流が流れ込 み、且つ出口開口部を有する室、及び 第１および第２の開いた端の部分を有し、その間に流体による連絡がなされる 中空の略円筒形のバイパスアダプターを具備し、 該バイパスアダプターは該再循環出口に固定され、該案内ブッシュの出口と密 接しており、該アダプターの第１の端の部分は該シャフト案内ブッシュの出口開 口部およびその第２の端の部分と該再循環出口で流体による連絡がなされ、 さらに該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部には羽根が備えられ、再 循環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与してい ることを特徴とする流体の流れを感知し再循環流体の流れを与える自動再循環バ ルブ。 ２．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項１記載の自動再循環バル ブ。 ３．該シャフト案内ブッシュはそれぞれ該入口および該主出口に面した相対 する端の部分を有し、また 該相対する端の部分の所に壁部材を有し、これによって流体が該相対する端の 部分を通って該シャフト案内ブッシュの室へ流れ込みまたそこから流れ出すのが 防がれていることを特徴とする請求項１記載の自動再循環バルブ。 ４．該相対する壁部材は該バイパスバルブの運動を規定するために該バイパ スバルブのシャフトを取り囲んでいるブッシュ面を備えていることを特徴とする 請求項３記載の自動再循環バルブ。 ５．該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部に羽根が備えられ、再循 環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与することを特徴とする請求 項４記載の自動再循環バルブ。 ６．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項５記載の自動再循環バル ブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘノフアー， ジエイムズ・ジエイ アメリカ合衆国ペンシルベニア州19401ノ リスタウン・ノーマレイン504

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バルブ本体および該バルブ本体の内部に存在する一体となった中央のハ ブ、 該バルブ本体の内部にあってその中を再循環流体が通るバイパス通路、 該バルブ本体の中にある入口、 該バルブ本体の中にある主出口、 該バルブ本体の中に再循環出口、 該入口と該主出口との間で流体の流れに応答する主バルブ要素、 該入口と該再循環出口の間で再循環流を調節するために該主バルブ要素の運動 に応答するバイパスバルブ要素、 該ハブを貫通しており、中を通って再循環流が該バイパス通路へと流れるバイ パスバルブの心棒、 該中央のハブの内部において該バルブの心棒を取り囲んで固定されているシャ フトの案内のブッシュ、 該シャフトの案内のブッシュの内部にあり、該バルブの心棒から再循環流が流 れ込み、且つ出口開口部を有する室、 第１および第２の開いた端の部分を有し、その間に流体による連絡がなされて いる中空の一般的に円筒形のバイパスアダプターから成り、 該バイパスアダプターは該再循環出口に固定され、該アダプターの第１の端の 部分は該シャフトの案内のブッシュの出口開口部およびその第２の端の部分と該 再循環出口の所で流体による連絡がなされていることを特徴とする流体の流れを 感知し再循環流体の流れを与える自動再循環バルブ。 ２．該バイパスアダプターの該第１に端の部分は該案内のブッシュ の出口を取り囲み、それに対して密封されていることを特徴とする請求項１記載 の自動再循環バルブ。 ３．該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部には羽根が備えられ、再 循環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与することを特徴とする請 求項２記載の自動再循環バルブ。 ４．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項３記載の自動再循環バル ブ。 ５．該シャフトの案内のブッシュの室の出口開口部は該再循環出口に面して いることを特徴とする請求項１記載の自動再循環バルブ。 ６．該バイパスアダプターは該シャフトの案内のブッシュの出口から該再循 環出口へと延びていることを特徴とする請求項５記載の自動再循環バルブ。 ７．該シャフトの案内のブッシュはそれぞれ該入口および該主出口に面した 相対する端の部分を有し、また 該相対する端の部分の所に壁部材を有し、これによって流体が該相対する端の 部分を通って該シャフトの案内のブッシュ室へ流れ込みまたそこから流れ出すの が防がれていることを特徴とする請求項５記載の自動再循環バルブ。 ８．該相対する壁部材は該バイパスバルブの運動を規定するために該バイパ スバルブのシャフトを取り囲んでいるブッシュ面を備えていることを特徴とする 請求項７記載の自動再循環バルブ。 ９．該バイパスアダプターの該第１の端の部分は該案内のブッシュの出口を 取り囲み、それに対して密封されていることを特徴とする請求項８記載の自動再 循環バルブ。 １０．該バイパスアダプターの第２の端の部分の内部に羽根が備えられ、再循 環流体が再循環出口を出る際それに渦巻き運動を賦与することを特徴とする請求 項９記載の自動再循環バルブ。 １１．該羽根は螺旋状であることを特徴とする請求項１０記載の自動再循環バ ルブ。