JP5638391B2 - 流体調整器の組立体 - Google Patents

Description

本開示は、一般的に、流体調整器の組立体、より具体的には、直列型の調節可能な流体調整器の組立体に関する。

工程制御システムは、様々な現場用装置を利用して工程パラメータを制御する。流体調整器は一般的に、工程制御システム全体にわたって配置されて、様々な流体（例えば、液体、気体など）の圧力を制御する。流体調整器は、流体の圧力を実質的に一定値に調整するために一般的に用いられる。具体的には、流体調整器は、変化または変動し得る比較的圧力の高い供給流体を一般的に受け入れる注入口を有し、排出口にて比較的より低いかつ実質的に一定の圧力を与える。例えば、一つの装置に関連付けられたガス流量調整器は、ガス分配源から比較的高い圧力を有するガスを受け入れることができ、当該設備による安全で効果的な使用に適切な、より低く、実質的に一定の圧力を有するように当該ガスを調整できる。

流体調整器は一般的に、付勢バネを通じてその側面のうち１つにかかる設定圧力または制御圧力を有するダイヤフラムまたはピストンを用いて、流体の流量および圧力を制御する。当該ダイヤフラムも、当該調整器の注入口をその排出口に流動的に連結する基底部のオリフィスに対して動かされるバルブ部品に、直接または連結部を通じて動作可能なように連結される。当該ダイヤフラムまたはピストンは、当該排出圧力、および設定圧力または制御圧力の間の相違に応じて当該バルブ部品を動かし、当該調整器を通じて流量制限を変動し、実質的に一定の排出圧力を実現し、当該ダイヤフラムまたはピストンの他面に、当該設定圧力または制御圧力に等しいか釣り合う平衡力を与える。

流体調整器は一定の（例えば、現場において調節可能ではない）調整された排出圧力を提供することができ、一方で、その他の種類の流体調整器は、当該排出圧力を調節可能に設定または変化させるための１つ以上の調節を可能にすることができる。一般的に、調節可能な流体調整器は、その調整される排出圧力を設定する所定の強さで圧縮されたバネを備える。いくつかの調整器において、当該バネにかかる圧縮の強さは、当該調整器の調整される排出圧力の現場における調節を可能にするように変化させるまたは調節することができる。一般的に、このような現場において調節可能な流体調整器は、一つ又はそれ以上の介在部品を通じて、当該バネの圧縮を変化させ、それによって当該調整器の調整される排出圧力を変化させるネジ棒をつかんで回転するように回すことができるツマミなどを提供する。しかしながら、多くのこれら調節可能な調整器は設置面を必要とし、かつ／または、比較的広大な場所を使用するが、制御キャビネットの内部で、および当該調整器が一般的に工程制御システム全体にわたって設置されるその他の場所の内部で、不足または欠如するかもしれない。

記載されている一つの実施例では、調節可能な流体調整器は、流体注入口および流体排出口を有する本体、ならびに第１流体調整器を備える。当該第１流体調整器は、当該注入口から当該排出口への流体流を制御するバルブ、および軸部を通じて当該バルブと連結されるピストンを備え、当該ピストンは、当該排出口に関連付けられた圧力を受けるためのものである。加えて、当該第１流体調整器は、当該軸部の縦軸に沿って可動なバネ板、当該ピストンおよび当該バネ板の間に配置されたバネ、ならびに、当該バネの圧縮、および当該流体調整器の調整された排出圧力を変化させるように当該バネ板を動かす本体と係合した調節器を備える。

既知の直列型の１段階の流体調整器の断面図を示す図である。 直列型の１段階の調節可能な流体調整器の一例の断面図を示す図である。 直列型の２段階の調節可能な流体調整器の一例の断面図を示す図である。

本明細書に記載されている流体調整器の実施例は、優れた調整特性を有する１段階または２段階の構成を提供し、これは出力圧力または排出圧力に対する注入圧力の変化の影響を最小化する。加えて、本明細書に記載されている流体調整器の実施例は、調節可能な（例えば、現場において調節可能な）出力圧力を有する小型の構成を提供する。既知の流体調整器と対比して比較的小型の構成は、制御キャビネットの内部、ならびに他の、場所に制約のある工程制御環境における、本明細書に記載されている流体調整器の実施例の使用を容易にする。また、本明細書に記載されている流体調整器の実施例は、ピストンおよびバルブの間の圧縮固定部として用いることができ、当該固定部は、当該バルブが漏れることがある場合に、連続的な追加の力を加え、気密シールを作り出すことができる。さらに、本明細書に記載されている流体調整器の実施例は、例えば、汚染された流体、激しい温度変化、高い注入圧力（例えば、１０，０００ｐｓｉｇ）などに関連するような、比較的過酷な稼働環境にて用いることができる。

図１は、既知の直列型の１段階の流体調整器１００の断面図を示す。既知の流体調整器１００は一般的に、円柱形の本体、つまり筐体、つまり外枠部１０２を備え、当該外枠部１０２は下方外枠部、つまり第１部位１０４および上方外枠部、つまり蓋部、つまり第２の部分１０６を備える。第１部位１０４および第２部位１０６は、それぞれの接合ネジ山１０８およびネジ山１１０を通じて、ネジ留めされて係合している。第１部位１０４は、パイプまたはその他流体を運ぶ導管を係合する雌ネジ１１４を備える注入口１１２を備える。加えて、濾過器、つまり遮蔽器１１６は、汚物および／またはその他残骸が当該調整器を汚染し、その稼動を損なうことを防止するために、注入口１１２内に備えられる。第１部位１０４も、バルブ組立部１１８を保持および誘導する。バルブ組立部１１８は、調整器１００への流体流を制御するために注入口１１２に流動的に連結される通路１２４の開口部、つまりオリフィス１２２に対して動く流体流制御の部材、つまり栓部１２０を備える。流体流制御の部材、つまり栓部１２０は、第１筐体部１０４内のボア１２８と摺動自在に係合する軸部１２６に固定される。Ｏ−リング１３０は、ボア１２８および軸部１２６の壁の間に円周シールを形成する。軸部１２６は、上方外枠部、つまり第２外枠部１０６の内部で摺動自在に係合するピストン１３２と一体となって形成される。Ｏ−リング１３４は、上方外枠部、つまり第２外枠部１０６の内壁１３６に接するシールを形成する。ピストン１３２の上方面１３８は、パイプまたはその他流体の導管を受けるための雌ネジ１４２を備える排出圧力口１４０に流動的に連結される。

図１において明白に見られるように、ボア１２８は、通路１４４および通路１４６を通じて排出口１４０に流動的に連結される。従って、栓部１２０がオリフィス１２２と間隔をおく場合、流体は注入口１１２から排出口１４０へ流れ、排出口１４０での圧力を増加させることができる。圧縮バネ１４８は、第１の外枠部、つまり下方の外枠部１０４のピストン１３２および基底部１５０の間に配置される。ピストン１３２および基底部１５０の間のチャンバ１５２は、開口部１５４を通じて大気中へ排気が行われ、それによって、調整器１００の稼動中に大気圧に保たれる。

稼動時において、バネ１４８はピストン１３２を付勢または推進し、それによって、バルブ１１８が正常に開いた構成を実現するように、栓部１２０をオリフィス１２２から遠ざける。従って、排出口１４０において大気圧より大きい圧力が存在しない状況下で、バルブ１１８は完全に開いた状態にある。さらに、注入口１１２が圧縮流体を排出口１４０へ通す時、排出口１４０における圧力が増加し、ピストン１３２の面１３８上の圧力が増加して、オリフィス１２２に向かって栓部１２０を押動させ、それによって、注入口１１２から排出口１４０への流体流を制限する。排出口１４０における圧力が十分に高い場合、力平衡状態（すなわち、当該バネによって働いた圧力が、排出口１４０における圧力に対して平衡を保っている）は、排出口１４０における圧力が、注入口１１２における圧力より低い実質的に一定の圧力であるように達成される。このような流体調整器の力平衡に基づく稼動は十分に知られており、従って、その更なる詳細は本明細書では割愛する。

図２は、１段階の直列型の調節可能な流体調整器２００の一例の断面図を示す。流体調整器２００の実施例は一般的に、円柱形の本体、筐体、あるいは下方外枠部、つまり第１部位２０４および上方外枠部のボンネット、つまり第２部位２０６を備える外枠部２０２を備える。第１部位２０４および第２部位２０６は、それぞれの接合ネジ山２０８およびネジ山２１０を通じて、ネジ留めされて係合している。第１部位２０４は、パイプまたはその他流体を運ぶ導管を係合する雌ネジ２１４を備える注入口２１２を備える。加えて、濾過器または遮蔽器２１６は、汚物および／またはその他残骸が当該調整器を汚染し、その稼動を損なうことを防止するために、注入口２１２内に備えられる。第１部位２０４も、バルブ組立部２１８を保持および誘導する。バルブ組立部２１８は、調整器２００への流体流を制御するために注入口２１２に流動的に連結される通路２２４の開口部、つまりオリフィス２２２に対して動く流体流制御の部材または栓部２２０を備える。流体流制御の部材、つまり栓部２２０は、第１筐体部２０４内のボア２２８と摺動自在に係合する軸部２２６に固定される。Ｏ−リング２３０は、ボア２２８および軸部２２６の壁の間に円周シールを形成する。軸部２２６は、上方外枠部、つまり第２外枠部２０６の内部で摺動自在に係合するピストン２３２と一体となって形成される。Ｏ−リング２３４は、上方外枠部、つまり第２外枠部２０６の内壁２３６に接するシールを形成する。ピストン２３２の上方面２３８は、パイプまたはその他流体の導管を受けるための雌ネジ２４２を備える排出圧力口２４０に流動的に連結される。

既知の流体調整器と対比すると、例えば、流体調整器２００は圧縮バネ２４８を備え、圧縮バネ２４８はバネ板２５０およびピストン２３２の間に配置される。バネ板２５０は、軸部２２６の縦軸に沿って摺動自在に移動可能である。バネ板２５０の摺動を誘導し容易にするために、バネ板２５０は、当該本体、つまり筐体２０２の開口部、つまり水管２５６の開口部の内部を摺動するツメ部、つまり突出部２５２および２５４を備えても良い。実施例の流体調整器２００の制御圧力の調節を可能にするために、調節リング２５８が備えられる。調節リング２５８は、調節リング２５８の回転がピストン２３２に向かってバネ板２５０を動かし、バネ２４８の圧縮を増加させ、これが流体調整器２００の調整された出力圧力を増加させるように、あるいは、ピストン２３２から離れてバネ板２５０を動かし、バネ２４８の圧縮を減少させ（すなわち、延在を可能にする）、これが流体調整器２００の調整された出力圧力を減少させるように、当該本体、つまり筐体２０２の下方部位、つまり第１部位２０４にネジ２６０およびネジ２６２を通じて、ネジ留めされて係合されても良い。従って、図２で明白に見られるように、実施例の流体調整器２００は、例えば、流体調整器２００の調整された排出圧力または出力圧力の手動現場調節を（例えば、リング２５８を通じて）可能にする調節器を提供する、比較的小型の調節可能な直列型の１段階の流体調整器の構成を実現する。

図３は、２段階の直列型の調節可能な流体調整器３００の参考例の断面図を示す。参考例の流体調整器３００は、一般的に、調節可能な２段階調整器３０４と流動的に直列に連結される、第１の調節可能でない調整器３０２を備える。第１および第２の調整器、つまり段階３０２および３０４は、注入口３０８、ならびに複数の排出口３１０、３１２、および３１４を備える筐体、つまり外枠部３０６の内部で統合される。一つ又はそれ以上の排出口３１０、３１２、および３１４は、様々な用途に適応させるように、必要に応じて用いることができ、排出口３１０、３１２、および３１４のうち任意の未使用のものは、栓をするか、または遮断するか、またはそうでない場合は封止してもよい。図２の調節可能な調整器２００と関連して記載されているように、第２段階３０４は、可動なバネ板３１６および調節リング３１８により調節可能な排出調整圧力を提供する。従って、調節リング３１８は、一方向へのリング３１８の回転がバネ板３１６を排出口３１０、３１２、および３１４に向かって動かし、バネ３２０を圧縮し、排出口３１０、３１２、および３１４における調整された出力圧力を増加させるように、筐体、つまり外枠部３０６とネジ留めされて係合している。同様に、他方向へのリング３１８の回転は、バネ板３１６を排出口３１０、３１２、および３１４から遠ざけ、バネ３２０に対する圧縮を減少させ、排出口３１０、３１２、および３１４における調整された出力圧力を減少させる。

本明細書に記載されている調節可能な直列型の例の流体調整器２００および３００は、概して円柱形であるように示されているが、任意のその他の形状を代わりに用いることができる。例えば、用いられる当該外枠部、つまり本体は、多角形（例えば、長方形）の断面を有しても良い。加えて、本明細書に記載されている当該調節リングの仕組みは、直接、手動で調節可能であるように示されているが、任意の種類の伝動装置的調節機構および／または電気機械的な調節機構が、バネ板２５０および３１６の移動を容易にするために、代替的に又は付加的に用いられても良い。例えば、小さい電気モータを、当該リングを回転させ、当該原動機を作動することによってバネ板２５０および３１６の位置を調節するように、（例えば、歯車等を介して）当該調節リングに結合しても良い。またさらに、一つ又はそれ以上のロックリングを、調節リング２５０および３１６に加えて、調節リング２５０および３１６の位置を機械的に適所に固定またはロックできる（例えば、当該調節リングに接して当該締付けリングを反対方向にロックすることによって）ように、用いても良い。加えて、当該調節リングおよび／またはロックリングは、当該調節リングを回させるまたは回転させるような道具（例えば、レンチ、やっとこなど）の使用を容易にする多重平面または他の特徴を有しても良い。

本発明において一定の装置をここで説明したが、この特許の範囲はそれに限定されるものではない。これに対してこの特許は、文字通りに又は均等の原則に従って、添付した各請求項の適正な範囲内の発明が教示するところにより全ての方法、装置、および製造品を対象としている。

Claims (19)

1. 流体注入口、流体排出口、および注入口に流動的に連結される通路、を有し、第１部位が第２部位にネジ留めされて係合している本体と、
   第１流体調整器とを備え、
   前記第１流体調整器は、
   前記本体におけるボアと摺動自在に係合する軸部に固定されており、前記注入口から前記排出口への流量を制御するために、前記第１部位に配置され、前記通路のオリフィスに対して移動可能なバルブの栓部と、
   前記排出口に関連した圧力を受容しており、前記軸部を通じて前記バルブの栓部に連結され、前記本体の前記第２部位内で摺動自在に係合するピストンと、
   前記ピストンと前記バルブの栓部との間に前記軸部に沿って配置され、前記軸部の縦軸に沿って前記ピストンに対して可動なバネ板と、
   前記ピストンと前記バネ板との間に配置されたバネと、
   前記バネの圧縮を変化させ、それにより前記第１流体調整器の調整された排出圧力を変化させるために軸部に沿って前記バネ板を動かす、前記本体の前記第１部位の外側の部分と係合した調節器と、
   を備える、調節可能な流体調整器の組立体。
2. 前記調節器を選択した位置に固定するために配置されたロックリングを備える、請求項１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
3. 前記ピストンに向かって前記バネ板が移動すると、前記調整された排出圧力が増加し、ピストンから離れるように前記バネ板が移動すると、前記調整された排出圧力が減少する、請求項２に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
4. 前記本体は、開口部を含み、前記バネ板は、摺動可能に前記開口部に配置された突出部を含み、前記開口部は、前記バネ板の摺動を誘導する、請求項３に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
5. 当該リングの回転により前記軸部の縦軸に沿って前記バネ板が動くように、前記調節器が前記本体と係合したリングを備える、請求項４に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
6. 前記リングが前記本体とネジ留めされて係合している、請求項５に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
7. 前記第１流体調整器に直列に流動的に連結した第２流体調整器をさらに備え、
   前記第１流体調整器および前記第２流体調整器が直列型の流体調整器を形成する、請求項１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
8. 前記第２流体調整器が、前記注入口と前記第１流体調整器との間に流動的に連結される、請求項７に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
9. 前記第２流体調整器が所定の調節可能でない調整圧力を有する、請求項７に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
10. 前記第１流体調整器および前記第２流体調整器が前記本体の内部で統合される、請求項７に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
11. 前記調節器が回転可能なリングを備え、
    前記リングの回転により前記バネ板を動かし、前記バネを圧縮するかまたは前記バネの延在を可能にする、請求項７に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
12. 前記調節器が前記注入口および前記排出口の間に配置される、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
13. 前記第２流体調整器が、ピストンおよびそのピストンに連結した軸部を備える、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
14. 前記第２流体調整器が、出力調整圧力を設定するバネを備える、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
15. 前記第１流体調整器および第２流体調整器が、実質的に円柱形の前記本体内に配置される、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
16. 前記調節器が前記本体の外面とネジ留めされて係合し、前記本体の縦軸に沿った前記調節器の移動を可能にする、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
17. 前記調節器が手動で調節可能である、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
18. 複数の前記排出口を備える、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。
19. 前記バネの圧縮が所望の出力調整圧力に応じる、請求項１１に記載の調節可能な流体調整器の組立体。

Images