JPS6040882A - コントロ−ルバルブ - 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】 〔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
によって流体の流れにエネルギー損失と高い抵抗とを与
え、これによってキャビテーショ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ャビテーションは、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。制御オリフィスでの圧力が気泡を形成する蒸気圧よ
りも低下するとキャビ、チージョンが生じる。制御オリ
フィ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
や構成要素はキャビテーション損傷を受ける。キャビテ
ーションを除去するには、制御オリフィスでの圧力が蒸
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
下さぜることによシ実施可能である。

キャビテーショ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って三つの基本的なテクニッ
クが用いられている。第一のテクニックは、キャビテー
ションの起シ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。第二のテクニックは、フロー・ツー・
クローズ（ｆｌｏｗ　−ｔｏ　−ｃｌｏｓｅ）にトリム
を膜用することである。即ち、キャビテーションを形成
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。

とれによシパ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ックはキャビテーションの欠点を最
小にして制御することを企図しているが、キャビテーシ
ョンを排除することはできない。当然、これらのテクニ
ックは低い圧力低下の場合、即ちキャビテーションが他
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のテクニックは、一種のキャビテーション排除であ
る。コントロールバルブの出口圧をバックアップするた
めに下流に制限物が用いられる。

このテクニックによると、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３，９７１，４１１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
によっ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３，８１３，０７９号
には、一つ以上のシリンダのスロットによって定義され
た半径方向の流体通路が図示されている。米国特許第３
．’７８０．７６°７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、渦巻チャン
バーを定義する削除部分をもつ複数のプレート全開示し
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ックを備えている。

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。

単一の太き々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、上記複数のケージ部材
は、複数のアパチャーと半径方向に延びた複数のフィン
とを有した第一のケーノ部材、複数の一γパチャーと半
径方向に延びた複数のフィンとを有しだ第二のケージ部
材、及び複数のアパーチャ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パル□ ブはトリム構造を含み、コントロールバルブ内のキャビ
テーションを防止する。

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−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ャーとフィン
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
チャー、フィン及びギヤラリ−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って、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ャビテーションの発生を防止す
るようにされる。

バルブトリムは、バルブプラグが持ち」二げられたとき
、共通のギヤラリ−中に結合フェード領域を連続的に増
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・ぐチャー及びフィンの組み合わせは、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、さラニキャビテーションのお
それを回避する。ケージのアパチャー及びフィンの位置
は、ノクルブプラグの低リフト位置では多（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（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ャー及びフィンによって定
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ャビテーション防止に最
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、流体人口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１４及び出口１
６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１０を接続できるようになっ
ている。バルブ本体１２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ャンバー１８が設けられ
ている。

チャンバー１８は本体に設けた入口側流体通路２０とポ
ート２２とによって入口１４に連通している。流体出口
１６は流体通路２４によってチャンバー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
傷を起すキャビテーションを生じるところの５００　ｐ
、ｓ、ｉと３，０００　ｐ、ｓ、ｉとの間の圧力低下に
基いて機能する。バルブ１０を通って流れる流体は、チ
ャンバー１８内に往復動可能に塔載されたバルブプラグ
３０によって制御される。チャンバー１８の上端ハチキ
ンバー１８内へのバルブプラグ３０の挿入を許すように
オーツ０ニンク又ｔｄ７・９チヤー３２を含む。バルブ
プラグ３０は。

ステム３４によってバルブ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。

チャンバー１８内で往復移動させられる。ここでステム
３４はアパチャー３２を通って延び、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。ビン３
６はステム３４とノぐルブプラグ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ット３８
がねじ付スタッド又は止め金具４０゜４２によって数例
けられている。アパチャー３２の囲りにはガスケット４
４があシ、そのガスケット４４はボンネット３８によっ
て位置を維持され。

ボンネット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、アパチャー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内のキャビテーションを防止するため、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
っ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、締シ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は複数のアパチャー、
フィン及びギヤラリ−領域を含み、これらは、プラグ３
０の可変のリフト位置によっ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１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−
領域１例えば、ケージ５０．５２間の軸流ギヤラリ−領
域６０とグー２５２，５４間に定められた軸流ギヤラリ
−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
はフィン６４を含んでいる。ケージ５２はまた。下部に
設けた複数のフィン又はリブ６６を含んでいる。だがケ
ージ５４はフィンをもたない。

第一のケージ５０を通る半径方向の通路は、・ぐルブゾ
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・ぐチャー又はオープニング６８
によって定義されている。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・やチャー７
０を含み、かつ上部及び下部間には不透水部分７２をも
っている。第三のケージ５４は不透水の下部７４と複数
のアパチャー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、かつビン７８によって半径方向で
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を第一のケージニミ ５０及び第〆のケージ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。

アパチャー７０がケージ５０の下部のアパチャー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、流体はアパチャー７０を通って流れるために向き
を変えつつ白シくねっ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）の流体の流れ
は軸方向のギヤラリ−領域６２内のフィン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
チャー６８を通過すると、ギヤラリ−領域６ｏに入る。

流れはケージ５２の下部位置のアパチャー７０を通過す
ると、ギヤラリ−領域６２に入シ。

フィン６６を通過して上向きに流れ、その後、アノヤチ
ャ−７６を通ってチャンバー１８に流出する。

この構成はアンチ・キャビテーションを促進する多（の
ステージを備えている。これは、低いリフト位置では圧
力低下がキャビチー／ヨンにとって最大の可能性をもつ
最高値である故に好ましい。

バルブプラグ３０がほぼ半開位置（第４図、第５図）ま
で持ち上げられると、多数のアパチャー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
明したように曲少（ねった通路を通過する。ケージ５０
．５２の中間〆′部分では、アノやチャー７０．６８は
アパチャー７６と不一致でアシ（第５図）、かつ流れは
実質的に半径方向と々る。

比較的大形のバルブにおいては、アパチャー７０．７６
にて決まる流路領域はギヤラリ−６０における流路領域
よシも実質的に大きくてもよく。

そしてケージ５２の下部を通って少しも流れずかつそこ
を横切って少しの圧力低下も生じないであろうこれらの
大形パルプにおいてギヤラリ−６０内で流れを分散させ
るために、ンイン６５が設けられ、ギヤラリ−６０内の
流ｔの一部分をケージ５２０下部のアパチャー７０に導
き、これにょシケーノ５２の全長にわたる合計の圧力低
下をよシ平等に配分する。

全開、即ちプラグ３ｏを最上部まで持ち上げた位置（第
６図）では、アパチャー６８．７０゜７６は全て露出す
るが、大容量の曲如くねった半径方向の流れを許すよう
に不一致とされ、かっ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・やチャー６８．７０．７６を整列一致させたシ。

及び又は一層大容量とするために拡大させたシすること
は任意である。低リフト位置（第２図、第３図）では、
ａ在的なキャビテーションにとって。

太き外圧力低下と多くの分離状態がある。したがって、
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−領域５２には軸方向の流
路のみがある。ギヤラリ−６０内の軸方向の流れは、バ
ルブプラグ３０が最後のフィン６４よ）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。辷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ャビチージョン防止
に最適な蒸気圧レベルになるので有益である。

ギヤラリ−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の外径に沿って
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」二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
端を横切シ、その結果、プラグの先端に多少のキャビテ
ーション損傷を起す。

【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線に沿った断面図、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線に沿った断面図、第６図はバ
ルブプラグが最も高（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線に沿った
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。

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、ｆ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、
   複数のアパチャー（６８）と半径方向に延びた複数のフ
   ィン（６４，６５）とを有し′に第一のケージ部材（５
   ｏ　）ｒ複数のア・やチャー（７０）と半径方向に延び
   た複数のフィン（６６）とを有した第二のケージ部材（
   ５２）、及び複数のアパチャー（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ャンバー
   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徴請求の範
   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って上記
   アパチャーを含み、」二記フィンは上記第一のケージの
   全長よシも少ない位置に設けられていることを特徴とす
   る特Ｗ「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、アパチャーとフィンとをもつ
   第一の領域、ア・やチャーをもつ第二の領域、及び上記
   第−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・やチャ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ャー
   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
   上記フィンは上記第一のケージ部材の上記下部にあシ、
   上記第二のケージ部材は下部、中部及び上部を含み、上
   記第二のケージ部羽の上記アパチャーは上記第二のケー
   ジ部材の上記下部及び上部にあシ、上記中部は不透水で
   アシ、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ャーは上記第三のケー
   ジ部材の上記上部にア）、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シの上記ｉＺ　）レブシート
   には第一の円筒状・ぐルブケージが取外し可能に塔載さ
   れておシ、上記第一の・ぐルブケーソと同心的に第二の
   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−及び第二のバルブケ
   ージ間に第一の軸流ギヤラリ−（６０）を定め、上記第
   一の・くルブケージのフィンは上記第一の軸流ギヤラリ
   −中に延在しておシ、上記第−及び第二のノＺ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
   及び第三のパルプケージ間に第二の軸流ギヤラリ−（６
   ２）を定め、上記第二の・＜／レブケーノのフィンは上
   記第二の軸流ギヤラリ−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／Ｊ
   ルプ。 ９、上記第一のノぐルブケーノのアノクチャ−は上記第
   二のバルブケージのアノＥチャーと不一致な位ｔＫ、！
   ｐ、！ｌ）、上記第二のパルプケージのアパチャーは上
   記第三のパルプケージのアパチャ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、上記第一のパルプケージの上部には伺加フィン（
   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。