内部アクチュエータを有する軸流制御弁
本明細書において、軸流制御弁について記載する。本明細書に記載される軸流制御弁例は、入口と出口との間に通路を画定する弁本体を含み、この通路は、弁本体の入口および出口における流体流路に対して実質的に平行である。制御弁例は、弁本体に着脱可能に結合され、かつ弁本体の入口と出口との間の通路内に配置されるカートリッジアセンブリを含む。このカートリッジアセンブリは、通路の実質的に軸方向に整合され、入口と出口との間の流体の流動を阻止する第１の位置と、入口と出口との間の流体の流動を可能にする第２の位置との間で軸流制御弁を作動させるためのモータを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して軸流弁に関し、より具体的には、インライン型の内部アクチュエータを有する軸流制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス流体の流動を制御するために、制御弁（例えば、スライドステム弁、回転弁、軸流弁等）が、プロセス制御システムで通常使用される。制御弁は、典型的に、制御弁の動作を自動化するアクチュエータ（例えば、空気圧式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等）を含む。典型的なアクチュエータは、制御弁の、弁本体の外面（例えば、弁帽）に結合される。サイズのより大きいスライドステム弁または回転弁は、弁の流量制御部材を作動するためにロングストロークアクチュエータをしばしば必要とするため、いくつかの応用は、特に、より大きな直径のスライドステム弁または回転弁を有するプロセス制御システムでは、その性能に制限を有する場合がある。そのようなロングストロークアクチュエータは、制御弁アセンブリの重さおよび外囲の寸法を増加させる。したがって、いくつかの応用では、大きなサイズのスライドステム弁または回転弁は、実用的ではない場合がある。
【０００３】
軸流制御弁またはインライン流量制御弁は、スライドステム弁および回転弁の代替である。軸流弁は、弁本体を通る乱流を最小限にするために、流体流路に対して実質的に平行である流路または通路を有する。軸流制御弁は、典型的に、弁本体の外面に設置されるアクチュエータを含み、アクチュエータは流体流路に対して実質的に垂直に方向づけられる。このアクチュエータは、弁の流量制御部材に動作可能に結合され、開位置と閉位置との間で流量制御部材を移動させて、弁を通る流体の流動を可能に、または阻止する。いくつかの知られている軸流制御弁は、弁本体を通る流体の流動を制御するために、弁座環に関して弁本体内で流量制御部材を作動させる、外部に設置されたラックオンラック（すなわち、ラックアンドピニオンと対照的な）アクチュエータを含む。米国テキサス州ヒューストンのＭｏｋｖｅｌｄ Ｖａｌｖｅｓ ＢＶは、そのような知られている軸流制御弁を提供する。
【０００４】
しかしながら、外部に設置されたアクチュエータは、弁本体を通る、望ましくない漏れを起こしやすい場合がある。より具体的には、そのような外部に設置されるアクチュエータの構成は、弁本体の外側に延在してアクチュエータに結合する弁軸またはシャフトに対してパッキンを使用して密封することを必要とする。そのようなパッキンは、（例えば、摩耗によって）破損して弁本体の外側および弁を取り囲んでいる環境内に流体が漏れ、弁にさらなる費用が追加され、かつ／またはさらなる整備の必要性および費用が追加されるという結果をもたらす可能性がある。そのような配置では、アクチュエータが流体の流路に対して実質的に垂直であるため、アクチュエータを外部に設置する構成は、追加の空間を必要とする場合があるが、現実面では、多くの場合空間は非常に限られている。
【０００５】
さらに、外部に設置されたアクチュエータを有する軸流制御弁、特に、サイズのより大きい軸流制御弁は、弁本体とアクチュエータとの間の、望ましくない漏れを防ぐために、より精密な整合を必要とする。そのような精密な整合と、正確かつ高い精度は、典型的に、より精密な製造および機械加工を要する。したがって、そのような知られている制御弁は複雑であり、従ってそれらは追加の機械加工を要し、さらには追加の整備を要する場合もあるため、製造に、より費用がかかる。
【発明の概要】
【０００６】
１つの例では、軸流制御弁は、入口と出口との間に通路を画定する弁本体を含み、この通路は、弁本体の入口および出口における流体流路に対して実質的に平行である。制御弁例は、弁本体に着脱可能に接続され、かつ弁本体の入口と出口との間の通路内に配置されるカートリッジアセンブリを含む。カートリッジアセンブリは、実質的に通路の軸方向に整合され、入口と出口との間の流体の流動を阻止する第１の位置と、入口と出口との間の流体の流動を可能にする第２の位置との間で軸流制御弁を作動させるための、インライン型の内部アクチュエータを含む。
【０００７】
別の例では、本明細書に記載される制御弁は、入口と出口との間に通路を有する弁本体を含む。流量制御部材は、筐体に摺動可能に結合される。流量制御部材および筐体は、弁本体の通路内に配置される。インライン型の内部アクチュエータは、筐体に結合され、かつ弁本体の内側に設置される。インライン型の内部アクチュエータおよび流量制御部材は、入口と出口との間の流路の実質的に軸方向に整合される。インライン型の内部アクチュエータは、流量制御部材を弁座に向かって駆動して、弁本体を通る流体の流動を阻止し、弁座から離すように駆動して、弁本体を通る流体の流動を可能にする。
【０００８】
さらに別の例では、軸流弁に使用するための弁トリム装置は、ケージを含み、ケージは、第１の端部で弁座に結合され、第２の端部で弁帽に結合され、それにより、弁帽およびケージは空洞を形成する。流量制御部材は、空洞内に摺動可能に配置され、弁座に係合するための第１の位置および弁座から離間する第２の位置へ駆動される。モータは、流量制御部材を、第１の位置と第２の位置との間で駆動する。弁軸は、第１の端部でモータに動作可能に結合され、第２の端部で流量制御部材に結合される。弁トリムアセンブリは、弁本体を通る流体流路に対して実質的に平行に、弁本体の内側に設置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に記載される軸流制御弁例の、分解断面図である。
【図２】図１の軸流制御弁例に使用する駆動部材例を示す図である。
【図３】第１の制御位置における、図１の軸流制御弁例の、組立断面図である。
【図４】第２の制御位置における、図１および図３の軸流制御弁例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される軸流制御弁例は、有利にも、製造コストおよび整備を低減し、軸方向に整合された通路を提供して流体の乱流を低減して、流量の能力を向上し、アクチュエータおよび弁本体の不整合による、望ましくない漏れに対する感受性を実質的に排除し、弁本体およびアクチュエータアセンブリの全体的な寸法または外囲を低減する。概して、本明細書に記載される制御弁例は、インライン型の内部アクチュエータ（例えば、歯車装置または動力伝達装置を有する内部モータアセンブリ）と、弁本体の流体流動通路の実質的に軸方向に（すなわち、流体流動通路に対して実質的に平行に）整合された、弁本体に着脱可能に結合される流量制御部材とを含む。
【００１１】
具体的には、本明細書に記載される軸流制御弁例は、流量制御部材、ケージ、弁帽、弁座、内部モータアセンブリ、および弁軸を含む、カートリッジアセンブリ（例えば、弁トリム構成部品）を有する。カートリッジアセンブリは、弁本体内に着脱可能に結合され、弁を通る流体流動通路の実質的に軸方向に整合される。本明細書に記載される着脱可能なカートリッジアセンブリ例は、有利にも、弁トリム構成部品と弁本体との間の不整合を排除または実質的に低減する。これは、カートリッジアセンブリは、弁本体内に配置、または弁本体の内側に設置され、弁本体を通る流体流路の軸方向に整合されるからである。さらに、フランジ付きカートリッジの概念は、弁トリムを支持するために典型的に必要とされる、内部構造または弁本体内にウェブを付ける必要性を排除する。
【００１２】
より具体的には、本明細書に記載される軸流制御弁例において、内部モータアセンブリは、弁本体の内側に設置され、弁を通る流体流路の軸方向に、実質的に、すなわち流体流路に対して平行に、整合される。また、着脱可能なカートリッジアセンブリ例は、弁トリム構成部品の整備を単純に、または容易にする。さらに、本明細書に記載される軸流制御弁例は、パッキンの破損により起こる、望ましくない漏れに起因する環境汚染を低減する。これは、内部モータアセンブリは、弁本体内に配置される、または弁本体の内側に設置されることにより、破損して弁軸を通って流体が漏れる可能性のあるパッキンを介して弁軸を弁本体に貫通させる必要が排除されるからである。さらに、カートリッジアセンブリ例は、弁本体の内側または弁本体内に配置され、かつ弁本体を通る流動通路または流路の軸方向に整合されるため、製造および機械加工の必要条件が大幅に簡素化され、それにより、製造にかかる費用が減少する。本明細書に記載される弁の例の、内部に設置され、軸方向に整合されるモータはまた、より小型の弁を提供し、より小型の弁が必要とするのは、低減された設置面積および低減された寸法の外囲であり、したがって、必要とする空間は、実質的により小さい空間となる。加えて、本明細書に記載される弁の例の、軸方向に整合される通路は、弁を通る流量の制限を低減する。
【００１３】
図１は、本明細書に記載される、軸流制御弁１００例の分解図である。軸流制御弁１００は、カートリッジアセンブリ１０４を受容するための、弁本体１０２を含む。弁本体１０２は、通路１０６を画定し、弁本体１０２が流体プロセスシステム（例えば、分配配管システム）に取り付けられたとき、通路１０６は、入口１０８と出口１１０との間の流体流路に対して、実質的に平行である。弁本体１０２は、弁本体１０２を上流パイプライン３０２に結合するための、第１のフランジ１１２を入口１０８において含み（図３および図４）、弁本体１０２を下流パイプライン３０４に結合するための、第２のフランジ１１４を出口１１０において含む（図３および図４）。
【００１４】
弁本体１０２は、出口１１０に隣接する凹部１１６を含み、カートリッジアセンブリ１０４を弁本体１０２に着脱可能に結合するための、締結具１２０（例えば、ボルト）を受容する、開口部１１８を有する。別の例において、カートリッジアセンブリ１０４は、任意の、他の適切な締結機構（複数可）で弁本体１０２に着脱可能に結合されてもよい。いくつかの例では、第２のフランジ１１４と下流パイプライン３０４との間に、短い長さを有する管（図示せず）が配置されてもよい。このようにして、整備中に、カートリッジアセンブリ１０４へのアクセスを容易にするために、より短い長さの管を取り外してもよい。
【００１５】
カートリッジアセンブリ１０４は、その縦軸１２１が、通路１０６および通路１０６を流れる流体の縦軸１２３の実質的に軸方向に整合されるように、すなわち縦軸１２３に対して実質的に平行になるように、弁本体１０２の通路１０６内に配置、または通路１０６の内側に設置される。図に示される例では、カートリッジアセンブリ１０４は、インライン型の一体型アクチュエータ２００を備え、流量制御部材１２２は、筐体１２４に摺動可能に結合される。例に示されるように、筐体１２４は、ケージ１３０の第１の端部１２８に結合される弁座１２６と、ケージ１３０の第２の端部１３４に結合される弁帽１３２とを含む。いくつかの例において、弁座１２６は、実質的に単一の部品または構造として、ケージ１３０と一体的に形成されてもよい。
【００１６】
弁座１２６は、出口１１０に隣接して配置され、カートリッジアセンブリ１０４が弁本体１０２に結合されるときに、弁本体１０２の凹部１１６に係合するフランジ部１３６を含む。しっかりとした密封を提供して、第２のフランジ１１４を通した望ましくない漏れを防ぐために、弁本体１０２の第２のフランジ１１４と、下流配管３０４との間にフランジ密封１３８（例えば、フランジガスケット）を配置してもよい。さらに、弁座１２６のフランジ部１３６と、弁本体１０２の表面１４２との間に密封部材１４０（例えば、フランジガスケット）を配置してもよい。
【００１７】
ケージ１３０は、流量制御部材１２２を摺動可能に受容し、例えば、騒音の低減、弁本体１０２を通る流体の流動によって発生するキャビテーションの低減等の、ある特定の諸流体流量特性を提供する開口部１４４を含む。ケージ１３０は、特定の制御の用途の要求を満たす、任意の適切な、望ましい諸流量特性を提供するために、任意の適切な構成、設計、および／または形状を使用して実装されてもよい。
【００１８】
一体型アクチュエータ２００は、モータ１７２および筐体１２４に結合される動力伝達装置１７１を含み、ここで、筐体１２４は、流量制御部材１２２の少なくとも一部を褶動可能に受容するための空洞１４８を有する円筒形の本体１４６を有する弁帽１３２を含む。円筒形の本体１４６の端部１５０は、弁帽１３２をケージ１３０に結合するための、ケージ１３０の第２の端部１３４に係合するねじ部１５２を含む。段差部１５２は、ケージ１３０の端部１５６に係合する肩部１５４を形成し、かつケージ１３０および弁帽１３２の係合および整合を容易にするための、ケージ１３０の第２の端部１３４の表面１６０に対して相補的である、ねじ面１５８を有する。別の例では、弁帽１３２は、締結具および／または任意の、他の適切な締結機構（複数可）で、ケージ１３０に結合されてもよい。しっかりとした密封を提供して、弁帽１３２と弁体１２２との間の、望ましくない漏れを防ぐために、例えば、Ｃ形シールのような、密封部材１６２を表面５００と表面５０１との間に配置してもよい。弁帽１３２は、弁軸１６８を褶動可能に受容するための開口部１６６を有する突出部材１６４を、さらに含む。さらに、弁帽１３２は、弁軸１６８に沿った、または弁軸１６８を経由した、望ましくない漏れを防ぐために、パッキンシステム１７０を含んでもよい。
【００１９】
流量制御部材１２２は、ケージ１３０内に、密接して納められるように寸法設定され、それにより、流量制御部材１２２は、ケージ１３０内および弁帽１３２内で褶動可能になる。流量制御部材１２２は、例えば、平衡の弁体、非平衡の弁体等のような、任意の、適切な流量制御部材であってよい。作動中、流量制御部材１２２は、弁本体１０２を通る流体の流動を制限または阻止するために、弁座１２６に向かう第１の方向へ駆動され、弁本体１０２を通る流体の流動を可能に、または増加させるために、弁座１２６から離れる第２の方向へ駆動される。
【００２０】
流量制御部材１２２を、第１の方向と第２の方向との間で駆動させるために、一体型アクチュエータ２００は、弁軸１６８を介して流量制御部材１２２に動作可能に結合される。弁軸１６８は、第１の端部１７４で、（例えば、締結具を介して）流量制御部材１２２に結合され、第２の端部１７６で、モータ１７２に動作可能に結合される。この例では、弁軸１６８の第２の端部１７６の少なくとも一部は、動力伝達装置１７１に螺合するねじを含み、それにより、第１の方向と第２の方向との間で流量制御部材１２２を駆動する。
【００２１】
モータ１７２は、筐体１７８を含み、筐体１７８は、例えば、締結具１８２または任意の、他の適切な締結機構（複数可）を介して弁帽１３２の表面１８０に結合される。密封部材１８４（例えば、ガスケット）を、弁帽１３２の表面１８０と筐体１７８との間に配置してもよい。筐体１７８は、カートリッジアセンブリ１０４が弁本体１０２内に結合、または弁本体１０２の内側に設置されるときに、弁本体１０２の内側に形成される肩部１８８に係合するための、肩部１８６を含んでもよい。弁本体１０２の肩部１８８は、例えば、給気ホース、油圧ホース、電線管等のうちの１つまたは複数のような、モータ１７２に動力を供給するための手段を受容するポート１９０を含んでもよい。別の例では、上流の流圧は、モータ１７２に動力を供給するための手段を提供するために、モータ１７２に流体的に結合されてもよい。例えば、上流の流体圧は、流体圧が所定の圧力に達したときに、モータ１７２を作動または駆動し、その後、モータ１７２の作動後、下流の流体へ排出してもよい。
【００２２】
図３に、より明らかに示されるように、弁本体１０２の肩部１８８は、カートリッジアセンブリ１０４が通路１０６内に配置、または通路１０６の内側に設置されるとき、カートリッジアセンブリ１０４を支持する。図２に戻り、保護部材１９２は、入口１０８を通って流れてくる流体からモータ１７２および弁軸１６８の第２の端部１７６を保護するために、モータ１７２の入口１０８側に結合されてもよい。保護部材１９２は、先細面１９４を有する円錐として示されており、先細面１９４は、入口１０８からの流体を、モータ１７２から離れ、かつ出口１１０に向かうように、導く、または転向させる。
【００２３】
図に示される例では、モータ１７２は、空気圧モータとして示されている。空気圧モータは、例えば、天然ガスのような揮発性のプロセス流体に使用する場合、有利となる場合がある。とはいえ、別の例では、モータ１７２は、例えば、交流（ＡＣ）モータ、直流（ＤＣ）モータ、可変周波数モータ、ステッパモータ、サーボモータ、油圧モータ、アクチュエータ（例えば、油圧式、空気圧式等）等の、任意のモータ、または任意の他の適切なモータまたは駆動部であってもよい。
【００２４】
モータ１７２は、モータ１７２を第１の方向に回転させるための、加圧された流体（例えば、空気、油圧油等）を第１のポート１９６（例えば、ホース）を介して受容する第１の入口と、モータ１７２を第１の方向と反対の第２の方向に回転させるための、加圧された流体を第２のポート１９８（例えば、ホース）を介して受容する第２の入口とを含む。モータ１７２の回転は、第１のポート１９６または第２のポート１９８を介して受容される、加圧された流体に応じて、それぞれ第１の方向または第２の方向に、動力伝達装置１７１を介して弁軸１６８を直線的に移動させる。動力伝達装置１７１は、モータ１７２と弁軸１６８の第２の端部１７６とに動作可能に結合される。図示はされていないが、モータ１７２は、弁軸１６８がモータ１７２を通って動力伝達装置１７１まで届くようにするための、開口部を有する。動力伝達装置１７１は、モータ１７２の回転の動きを、弁軸１６８の直線的な変位に転換するための、例えば、アクメねじシステム、歯車装置システム、ボールねじシステム、親ねじシステム、および／または任意の、他の適切な動力伝達システムであってもよい。さらなる別の例において、モータ１７２は、弁軸１６８の第２の端部１７６に直接結合されてもよい。そのような直結駆動構成では、モータ１７２は、動力伝達装置等のような、他の装置またはデバイスを介在させずに弁シャフト１６８を直接駆動する。
【００２５】
弁本体１０２例は、例えば、鋳鉄、炭素鋼、例えば、ステンレス鋼、高ニッケル鋼等の耐食材料等の任意の適切な材料、および／または任意の、他の適切な材料（複数可）、またはこれらの組み合わせで作られてもよい。同様に、カートリッジアセンブリ１０４は、例えば、鋳鉄、炭素鋼、例えば、ステンレス鋼、高ニッケル鋼等の耐食材料等の任意の適切な材料、および／または任意の、他の適切な材料（複数可）、またはこれらの組み合わせで作られてもよい。
【００２６】
図２を参照すると、動力伝達装置１７１は、モータ１７２に動作可能に結合される歯車箱２０２を含む。具体的には、歯車箱２０２は、遊星歯車構成２０４を含む。モータ１７２は、第１の歯車である、太陽歯車２０６に係合する。そして、太陽歯車２０６は、固定された輪歯車２１０と太陽歯車２０６との間に配置される複数の遊星歯車２０８に結合される。以下でさらに詳しく記載されるように、モータ１７２によって太陽歯車２０６が軸２１４を中心として回転されると、遊星歯車２０８のそれぞれは、軸２１２を中心として回転し、軸２１４に対して放射状に変位される。
【００２７】
この例では、輪歯車２１０は、歯車箱２０２の筐体２１６と一体的に形成され、かつ筐体２１６から軸２１４に向かって放射状に突出する歯２１８を含む。遊星歯車２０８は、アーム部材２２０を介して動作可能に結合され、それにより、遊星歯車２０８の放射状の変位または移動は、アーム部材２２０を軸２１４に対して回転させる。アーム部材２２０は、弁軸１６８の第２の端部１７６のねじ部に螺合するための、ねじ開口部２２２を含み、それにより、軸２１４を中心として回転するアーム部材２２０の回転は、弁軸１６８を軸２１４に沿って直線的に変位させる。第１のスラスト軸受２２４は、太陽歯車２０６とアーム部材２２０との間に配置されてもよく、第２のスラスト軸受２２６は、アーム部材２２０と筐体２１６との間に配置されてもよい。スラスト軸受２２４およびスラスト軸受２２６は、太陽歯車２０６および／またはアーム部材２２０の、軸２１４に沿った軸方向の移動を防ぎ、軸流制御弁１００の作動中に、軸２１４に沿って発生する軸推力を吸収する。
【００２８】
歯車箱２０２は、有利にも、モータ１７２によって生成される回転力を増幅させ、増幅された回転力を伝達して弁軸１６８を駆動する。弁軸１６８に伝達される、増幅された回転力によって、流量制御部材１２２は、より強い力で弁座１２６に係合することができ、したがって、弁本体１０２を通した流体の流動を防ぐための、弁座１２６との、よりしっかりとした密封係合が提供される。さらに、流量制御部材１２２を駆動するために、より小さいサイズのモータ１７２を使用してもよく、これは、歯車箱２０２は、モータ１７２によって生成される回転力を増幅させるからである。この例では、歯車箱２０２によって提供される回転力の増幅の量は、歯車２０６および歯車２０８の寸法（例えば、直径、歯の数等）に基づいて変化することができる。
【００２９】
軸流制御弁１００の第１の位置である、閉位置３００を図３に示し、軸流制御弁１００の第２の位置である、開位置４００を図４に示す。図１、図２、図３、および図４を参照すると、軸流制御弁１００は、上流管３０２を介する上流供給源と、下流管３０４を介する下流供給源との間の流体流路内に挿入される。プロセス流体は、例えば、天然ガスのような、任意のプロセス流体を含んでよい。作動中、カートリッジアセンブリ１０４は、図３に示される、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を阻止する、第１の位置３００（例えば、閉位置）と、図４に示される、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を可能にする、第２の位置４００（例えば、開位置）との間で作動する。
【００３０】
作動中、軸流制御弁１００を、図３に示される第１の位置３００に移動するために、モータ１７２は、第１のポート１９６を介して制御流体（例えば、加圧された空気）を受容する。制御流体は、モータ１７２を第１の方向（例えば、反時計回りの方向）に軸２１４を中心として回転させて、回転力を生成させる。モータ１７２によって生成される回転力は、モータ１７２に対する制御流体の圧力を増加または減少させることによって変化する場合がある。具体的には、モータ１７２は、太陽歯車２０６を軸２１４を中心として回転させるために、回転力を伝達し、それにより、遊星歯車２０８のそれぞれは、それぞれの軸２１４を中心として回転する。太陽歯車２０６が軸２１４に対して回転すると、太陽歯車２０６の歯は、遊星歯車２０８の歯に係合する。したがって、太陽歯車２０６の、軸２１４を中心とした、第１の方向（例えば、反時計回りの方向）の回転は、遊星歯車２０８のそれぞれを、第１の方向（例えば、時計回りの方向）に、軸２１２を中心として回転させ、太陽歯車２０６の、第１の方向と反対の第２の方向（例えば、反時計回りの方向）の回転は、遊星歯車２０８のそれぞれを、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に、それぞれの軸２１２を中心として回転させる。
【００３１】
遊星歯車２０８の歯もまた、静止している輪歯車２１０の歯２１８に係合する。輪歯車２１０と太陽歯車２０６との両方が軸２１４に対して横方向に、拘束または固定されるため、遊星歯車２０８のそれぞれが、それぞれの軸２１２を中心として回転しながら、輪歯車２１０および太陽歯車２０６に対して、軸２１４を中心として放射状の経路で移動する。そのような遊星歯車２０８の軸２１４に対しての放射状の変位または移動は、アーム部材２２０を軸２１４を中心として回転させる。これは、アーム部材２２０は、遊星歯車２０８に結合されるからである。軸２１４を中心とする、アーム部材２２０の回転は、アーム部材２２０のねじ２２２を、弁軸１６８の第２の端部１７６のねじ部を中心として回転させる。アーム部材２２０、太陽歯車２０６、遊星歯車２０８、および輪歯車２１０は、軸２１４に対して、放射状に、横方向に拘束されるため、アーム部材２２０の第１の方向の回転は、太陽歯車２０６が軸２１４を中心として第１の方向（例えば、反時計回りの方向）に回転するとき、弁軸１６８を軸２１４に沿って第１の直線的な方向に駆動する。そして、弁軸１６８は、流量制御部材１２２を弁座１２６に向かって、第１の位置３００まで駆動して、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を低減または阻止する。
【００３２】
逆に、図４に示される第２の位置４００に軸流制御弁１００を移動させるために、モータ１７２は、第２のポート１９８を介して制御流体（例えば、加圧された空気）を受容する。制御流体は、モータ１７２を、第１の方向と反対の、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に回転させて、回転力を生成し、モータ１７２によって生成される回転力は、太陽歯車２０６を、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に駆動する。太陽歯車２０６が軸２１４に対して回転すると、太陽歯車２０６の歯は、遊星歯車２０８の歯に係合し、遊星歯車２０８のそれぞれを、それぞれの軸２１２を中心として第２の方向（例えば、時計回りの方向）に回転させる。上述のとおり、輪歯車２１０および太陽歯車２０６は軸２１４に対して放射状に固定されるため、遊星歯車２０８のそれぞれが、それぞれの軸２１２を中心として回転するとき、遊星歯車２０８は、軸２１４に対して放射状に移動する。遊星歯車２０８の、軸２１４を中心とした、第２の方向への放射状の変位によって、アーム部材２２０もまた、軸２１４に対して第２の方向に回転する。アーム部材２２０の第２の方向の回転は、太陽歯車２０６が、軸２１４を中心として第２の方向（例えば、反時計回りの方向）に回転するとき、弁軸１６８を、軸２１４に沿って、第１の方向と反対の、第２の直線的な方向に、駆動する。そして、弁軸１６８の、軸２１４に沿った第２の方向への直線的な変位は、流量制御部材１２２を弁座１２６から離れるように、第２の位置４００まで移動させて、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を可能に、または増加させる。
【００３３】
本明細書に記載される軸流制御弁例１００は、有利にも、製造コストを低減するとともに、軸流制御弁１００の整備を簡素化し、軸方向に整合される通路を提供して、弁トリム構成部品の不整合による望ましくない漏れを実質的に起こしにくくする。軸流制御弁例１００はまた、弁本体１０２が要するのは最小の機械加工であり、弁本体１０２は、例えば、鋳造によって形成されてもよいため、製造コストをも低減する。さらに、軸流制御弁例１００は、望ましくない漏れを低減する。これは、カートリッジアセンブリ１０４は、弁本体１０２内に配置、または弁本体１０２の内側に設置され、それにより、弁本体１０２と、弁座１２６、流量制御部材１２２、およびケージ１３０との間の整合の問題が排除されるからである。その上、入口１０８と出口１１０との間の、軸方向に整合される通路１０６は、弁本体１０２を通る、最小限に制限される流路を提供する。
【００３４】
特定の例示的な方法および装置が本明細書に記載されたが、本特許の適用範囲は、それらに限定されない。逆に、本特許は、文字通り、または均等論に従ってのいずれかで、添付の特許請求の範囲に適正に含まれる、全ての方法、装置、および製造品を包含する。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して軸流弁に関し、より具体的には、インライン型の内部アクチュエータを有する軸流制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス流体の流動を制御するために、制御弁（例えば、スライドステム弁、回転弁、軸流弁等）が、プロセス制御システムで通常使用される。制御弁は、典型的に、制御弁の動作を自動化するアクチュエータ（例えば、空気圧式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等）を含む。典型的なアクチュエータは、制御弁の、弁本体の外面（例えば、弁帽）に結合される。サイズのより大きいスライドステム弁または回転弁は、弁の流量制御部材を作動するためにロングストロークアクチュエータをしばしば必要とするため、いくつかの応用は、特に、より大きな直径のスライドステム弁または回転弁を有するプロセス制御システムでは、その性能に制限を有する場合がある。そのようなロングストロークアクチュエータは、制御弁アセンブリの重さおよび外囲の寸法を増加させる。したがって、いくつかの応用では、大きなサイズのスライドステム弁または回転弁は、実用的ではない場合がある。
【０００３】
軸流制御弁またはインライン流量制御弁は、スライドステム弁および回転弁の代替である。軸流弁は、弁本体を通る乱流を最小限にするために、流体流路に対して実質的に平行である流路または通路を有する。軸流制御弁は、典型的に、弁本体の外面に設置されるアクチュエータを含み、アクチュエータは流体流路に対して実質的に垂直に方向づけられる。このアクチュエータは、弁の流量制御部材に動作可能に結合され、開位置と閉位置との間で流量制御部材を移動させて、弁を通る流体の流動を可能に、または阻止する。いくつかの知られている軸流制御弁は、弁本体を通る流体の流動を制御するために、弁座環に関して弁本体内で流量制御部材を作動させる、外部に設置されたラックオンラック（すなわち、ラックアンドピニオンと対照的な）アクチュエータを含む。米国テキサス州ヒューストンのＭｏｋｖｅｌｄ Ｖａｌｖｅｓ ＢＶは、そのような知られている軸流制御弁を提供する。
【０００４】
しかしながら、外部に設置されたアクチュエータは、弁本体を通る、望ましくない漏れを起こしやすい場合がある。より具体的には、そのような外部に設置されるアクチュエータの構成は、弁本体の外側に延在してアクチュエータに結合する弁軸またはシャフトに対してパッキンを使用して密封することを必要とする。そのようなパッキンは、（例えば、摩耗によって）破損して弁本体の外側および弁を取り囲んでいる環境内に流体が漏れ、弁にさらなる費用が追加され、かつ／またはさらなる整備の必要性および費用が追加されるという結果をもたらす可能性がある。そのような配置では、アクチュエータが流体の流路に対して実質的に垂直であるため、アクチュエータを外部に設置する構成は、追加の空間を必要とする場合があるが、現実面では、多くの場合空間は非常に限られている。
【０００５】
さらに、外部に設置されたアクチュエータを有する軸流制御弁、特に、サイズのより大きい軸流制御弁は、弁本体とアクチュエータとの間の、望ましくない漏れを防ぐために、より精密な整合を必要とする。そのような精密な整合と、正確かつ高い精度は、典型的に、より精密な製造および機械加工を要する。したがって、そのような知られている制御弁は複雑であり、従ってそれらは追加の機械加工を要し、さらには追加の整備を要する場合もあるため、製造に、より費用がかかる。
【発明の概要】
【０００６】
１つの例では、軸流制御弁は、入口と出口との間に通路を画定する弁本体を含み、この通路は、弁本体の入口および出口における流体流路に対して実質的に平行である。制御弁例は、弁本体に着脱可能に接続され、かつ弁本体の入口と出口との間の通路内に配置されるカートリッジアセンブリを含む。カートリッジアセンブリは、実質的に通路の軸方向に整合され、入口と出口との間の流体の流動を阻止する第１の位置と、入口と出口との間の流体の流動を可能にする第２の位置との間で軸流制御弁を作動させるための、インライン型の内部アクチュエータを含む。
【０００７】
別の例では、本明細書に記載される制御弁は、入口と出口との間に通路を有する弁本体を含む。流量制御部材は、筐体に摺動可能に結合される。流量制御部材および筐体は、弁本体の通路内に配置される。インライン型の内部アクチュエータは、筐体に結合され、かつ弁本体の内側に設置される。インライン型の内部アクチュエータおよび流量制御部材は、入口と出口との間の流路の実質的に軸方向に整合される。インライン型の内部アクチュエータは、流量制御部材を弁座に向かって駆動して、弁本体を通る流体の流動を阻止し、弁座から離すように駆動して、弁本体を通る流体の流動を可能にする。
【０００８】
さらに別の例では、軸流弁に使用するための弁トリム装置は、ケージを含み、ケージは、第１の端部で弁座に結合され、第２の端部で弁帽に結合され、それにより、弁帽およびケージは空洞を形成する。流量制御部材は、空洞内に摺動可能に配置され、弁座に係合するための第１の位置および弁座から離間する第２の位置へ駆動される。モータは、流量制御部材を、第１の位置と第２の位置との間で駆動する。弁軸は、第１の端部でモータに動作可能に結合され、第２の端部で流量制御部材に結合される。弁トリムアセンブリは、弁本体を通る流体流路に対して実質的に平行に、弁本体の内側に設置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に記載される軸流制御弁例の、分解断面図である。
【図２】図１の軸流制御弁例に使用する駆動部材例を示す図である。
【図３】第１の制御位置における、図１の軸流制御弁例の、組立断面図である。
【図４】第２の制御位置における、図１および図３の軸流制御弁例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される軸流制御弁例は、有利にも、製造コストおよび整備を低減し、軸方向に整合された通路を提供して流体の乱流を低減して、流量の能力を向上し、アクチュエータおよび弁本体の不整合による、望ましくない漏れに対する感受性を実質的に排除し、弁本体およびアクチュエータアセンブリの全体的な寸法または外囲を低減する。概して、本明細書に記載される制御弁例は、インライン型の内部アクチュエータ（例えば、歯車装置または動力伝達装置を有する内部モータアセンブリ）と、弁本体の流体流動通路の実質的に軸方向に（すなわち、流体流動通路に対して実質的に平行に）整合された、弁本体に着脱可能に結合される流量制御部材とを含む。
【００１１】
具体的には、本明細書に記載される軸流制御弁例は、流量制御部材、ケージ、弁帽、弁座、内部モータアセンブリ、および弁軸を含む、カートリッジアセンブリ（例えば、弁トリム構成部品）を有する。カートリッジアセンブリは、弁本体内に着脱可能に結合され、弁を通る流体流動通路の実質的に軸方向に整合される。本明細書に記載される着脱可能なカートリッジアセンブリ例は、有利にも、弁トリム構成部品と弁本体との間の不整合を排除または実質的に低減する。これは、カートリッジアセンブリは、弁本体内に配置、または弁本体の内側に設置され、弁本体を通る流体流路の軸方向に整合されるからである。さらに、フランジ付きカートリッジの概念は、弁トリムを支持するために典型的に必要とされる、内部構造または弁本体内にウェブを付ける必要性を排除する。
【００１２】
より具体的には、本明細書に記載される軸流制御弁例において、内部モータアセンブリは、弁本体の内側に設置され、弁を通る流体流路の軸方向に、実質的に、すなわち流体流路に対して平行に、整合される。また、着脱可能なカートリッジアセンブリ例は、弁トリム構成部品の整備を単純に、または容易にする。さらに、本明細書に記載される軸流制御弁例は、パッキンの破損により起こる、望ましくない漏れに起因する環境汚染を低減する。これは、内部モータアセンブリは、弁本体内に配置される、または弁本体の内側に設置されることにより、破損して弁軸を通って流体が漏れる可能性のあるパッキンを介して弁軸を弁本体に貫通させる必要が排除されるからである。さらに、カートリッジアセンブリ例は、弁本体の内側または弁本体内に配置され、かつ弁本体を通る流動通路または流路の軸方向に整合されるため、製造および機械加工の必要条件が大幅に簡素化され、それにより、製造にかかる費用が減少する。本明細書に記載される弁の例の、内部に設置され、軸方向に整合されるモータはまた、より小型の弁を提供し、より小型の弁が必要とするのは、低減された設置面積および低減された寸法の外囲であり、したがって、必要とする空間は、実質的により小さい空間となる。加えて、本明細書に記載される弁の例の、軸方向に整合される通路は、弁を通る流量の制限を低減する。
【００１３】
図１は、本明細書に記載される、軸流制御弁１００例の分解図である。軸流制御弁１００は、カートリッジアセンブリ１０４を受容するための、弁本体１０２を含む。弁本体１０２は、通路１０６を画定し、弁本体１０２が流体プロセスシステム（例えば、分配配管システム）に取り付けられたとき、通路１０６は、入口１０８と出口１１０との間の流体流路に対して、実質的に平行である。弁本体１０２は、弁本体１０２を上流パイプライン３０２に結合するための、第１のフランジ１１２を入口１０８において含み（図３および図４）、弁本体１０２を下流パイプライン３０４に結合するための、第２のフランジ１１４を出口１１０において含む（図３および図４）。
【００１４】
弁本体１０２は、出口１１０に隣接する凹部１１６を含み、カートリッジアセンブリ１０４を弁本体１０２に着脱可能に結合するための、締結具１２０（例えば、ボルト）を受容する、開口部１１８を有する。別の例において、カートリッジアセンブリ１０４は、任意の、他の適切な締結機構（複数可）で弁本体１０２に着脱可能に結合されてもよい。いくつかの例では、第２のフランジ１１４と下流パイプライン３０４との間に、短い長さを有する管（図示せず）が配置されてもよい。このようにして、整備中に、カートリッジアセンブリ１０４へのアクセスを容易にするために、より短い長さの管を取り外してもよい。
【００１５】
カートリッジアセンブリ１０４は、その縦軸１２１が、通路１０６および通路１０６を流れる流体の縦軸１２３の実質的に軸方向に整合されるように、すなわち縦軸１２３に対して実質的に平行になるように、弁本体１０２の通路１０６内に配置、または通路１０６の内側に設置される。図に示される例では、カートリッジアセンブリ１０４は、インライン型の一体型アクチュエータ２００を備え、流量制御部材１２２は、筐体１２４に摺動可能に結合される。例に示されるように、筐体１２４は、ケージ１３０の第１の端部１２８に結合される弁座１２６と、ケージ１３０の第２の端部１３４に結合される弁帽１３２とを含む。いくつかの例において、弁座１２６は、実質的に単一の部品または構造として、ケージ１３０と一体的に形成されてもよい。
【００１６】
弁座１２６は、出口１１０に隣接して配置され、カートリッジアセンブリ１０４が弁本体１０２に結合されるときに、弁本体１０２の凹部１１６に係合するフランジ部１３６を含む。しっかりとした密封を提供して、第２のフランジ１１４を通した望ましくない漏れを防ぐために、弁本体１０２の第２のフランジ１１４と、下流配管３０４との間にフランジ密封１３８（例えば、フランジガスケット）を配置してもよい。さらに、弁座１２６のフランジ部１３６と、弁本体１０２の表面１４２との間に密封部材１４０（例えば、フランジガスケット）を配置してもよい。
【００１７】
ケージ１３０は、流量制御部材１２２を摺動可能に受容し、例えば、騒音の低減、弁本体１０２を通る流体の流動によって発生するキャビテーションの低減等の、ある特定の諸流体流量特性を提供する開口部１４４を含む。ケージ１３０は、特定の制御の用途の要求を満たす、任意の適切な、望ましい諸流量特性を提供するために、任意の適切な構成、設計、および／または形状を使用して実装されてもよい。
【００１８】
一体型アクチュエータ２００は、モータ１７２および筐体１２４に結合される動力伝達装置１７１を含み、ここで、筐体１２４は、流量制御部材１２２の少なくとも一部を褶動可能に受容するための空洞１４８を有する円筒形の本体１４６を有する弁帽１３２を含む。円筒形の本体１４６の端部１５０は、弁帽１３２をケージ１３０に結合するための、ケージ１３０の第２の端部１３４に係合するねじ部１５２を含む。段差部１５２は、ケージ１３０の端部１５６に係合する肩部１５４を形成し、かつケージ１３０および弁帽１３２の係合および整合を容易にするための、ケージ１３０の第２の端部１３４の表面１６０に対して相補的である、ねじ面１５８を有する。別の例では、弁帽１３２は、締結具および／または任意の、他の適切な締結機構（複数可）で、ケージ１３０に結合されてもよい。しっかりとした密封を提供して、弁帽１３２と弁体１２２との間の、望ましくない漏れを防ぐために、例えば、Ｃ形シールのような、密封部材１６２を表面５００と表面５０１との間に配置してもよい。弁帽１３２は、弁軸１６８を褶動可能に受容するための開口部１６６を有する突出部材１６４を、さらに含む。さらに、弁帽１３２は、弁軸１６８に沿った、または弁軸１６８を経由した、望ましくない漏れを防ぐために、パッキンシステム１７０を含んでもよい。
【００１９】
流量制御部材１２２は、ケージ１３０内に、密接して納められるように寸法設定され、それにより、流量制御部材１２２は、ケージ１３０内および弁帽１３２内で褶動可能になる。流量制御部材１２２は、例えば、平衡の弁体、非平衡の弁体等のような、任意の、適切な流量制御部材であってよい。作動中、流量制御部材１２２は、弁本体１０２を通る流体の流動を制限または阻止するために、弁座１２６に向かう第１の方向へ駆動され、弁本体１０２を通る流体の流動を可能に、または増加させるために、弁座１２６から離れる第２の方向へ駆動される。
【００２０】
流量制御部材１２２を、第１の方向と第２の方向との間で駆動させるために、一体型アクチュエータ２００は、弁軸１６８を介して流量制御部材１２２に動作可能に結合される。弁軸１６８は、第１の端部１７４で、（例えば、締結具を介して）流量制御部材１２２に結合され、第２の端部１７６で、モータ１７２に動作可能に結合される。この例では、弁軸１６８の第２の端部１７６の少なくとも一部は、動力伝達装置１７１に螺合するねじを含み、それにより、第１の方向と第２の方向との間で流量制御部材１２２を駆動する。
【００２１】
モータ１７２は、筐体１７８を含み、筐体１７８は、例えば、締結具１８２または任意の、他の適切な締結機構（複数可）を介して弁帽１３２の表面１８０に結合される。密封部材１８４（例えば、ガスケット）を、弁帽１３２の表面１８０と筐体１７８との間に配置してもよい。筐体１７８は、カートリッジアセンブリ１０４が弁本体１０２内に結合、または弁本体１０２の内側に設置されるときに、弁本体１０２の内側に形成される肩部１８８に係合するための、肩部１８６を含んでもよい。弁本体１０２の肩部１８８は、例えば、給気ホース、油圧ホース、電線管等のうちの１つまたは複数のような、モータ１７２に動力を供給するための手段を受容するポート１９０を含んでもよい。別の例では、上流の流圧は、モータ１７２に動力を供給するための手段を提供するために、モータ１７２に流体的に結合されてもよい。例えば、上流の流体圧は、流体圧が所定の圧力に達したときに、モータ１７２を作動または駆動し、その後、モータ１７２の作動後、下流の流体へ排出してもよい。
【００２２】
図３に、より明らかに示されるように、弁本体１０２の肩部１８８は、カートリッジアセンブリ１０４が通路１０６内に配置、または通路１０６の内側に設置されるとき、カートリッジアセンブリ１０４を支持する。図２に戻り、保護部材１９２は、入口１０８を通って流れてくる流体からモータ１７２および弁軸１６８の第２の端部１７６を保護するために、モータ１７２の入口１０８側に結合されてもよい。保護部材１９２は、先細面１９４を有する円錐として示されており、先細面１９４は、入口１０８からの流体を、モータ１７２から離れ、かつ出口１１０に向かうように、導く、または転向させる。
【００２３】
図に示される例では、モータ１７２は、空気圧モータとして示されている。空気圧モータは、例えば、天然ガスのような揮発性のプロセス流体に使用する場合、有利となる場合がある。とはいえ、別の例では、モータ１７２は、例えば、交流（ＡＣ）モータ、直流（ＤＣ）モータ、可変周波数モータ、ステッパモータ、サーボモータ、油圧モータ、アクチュエータ（例えば、油圧式、空気圧式等）等の、任意のモータ、または任意の他の適切なモータまたは駆動部であってもよい。
【００２４】
モータ１７２は、モータ１７２を第１の方向に回転させるための、加圧された流体（例えば、空気、油圧油等）を第１のポート１９６（例えば、ホース）を介して受容する第１の入口と、モータ１７２を第１の方向と反対の第２の方向に回転させるための、加圧された流体を第２のポート１９８（例えば、ホース）を介して受容する第２の入口とを含む。モータ１７２の回転は、第１のポート１９６または第２のポート１９８を介して受容される、加圧された流体に応じて、それぞれ第１の方向または第２の方向に、動力伝達装置１７１を介して弁軸１６８を直線的に移動させる。動力伝達装置１７１は、モータ１７２と弁軸１６８の第２の端部１７６とに動作可能に結合される。図示はされていないが、モータ１７２は、弁軸１６８がモータ１７２を通って動力伝達装置１７１まで届くようにするための、開口部を有する。動力伝達装置１７１は、モータ１７２の回転の動きを、弁軸１６８の直線的な変位に転換するための、例えば、アクメねじシステム、歯車装置システム、ボールねじシステム、親ねじシステム、および／または任意の、他の適切な動力伝達システムであってもよい。さらなる別の例において、モータ１７２は、弁軸１６８の第２の端部１７６に直接結合されてもよい。そのような直結駆動構成では、モータ１７２は、動力伝達装置等のような、他の装置またはデバイスを介在させずに弁シャフト１６８を直接駆動する。
【００２５】
弁本体１０２例は、例えば、鋳鉄、炭素鋼、例えば、ステンレス鋼、高ニッケル鋼等の耐食材料等の任意の適切な材料、および／または任意の、他の適切な材料（複数可）、またはこれらの組み合わせで作られてもよい。同様に、カートリッジアセンブリ１０４は、例えば、鋳鉄、炭素鋼、例えば、ステンレス鋼、高ニッケル鋼等の耐食材料等の任意の適切な材料、および／または任意の、他の適切な材料（複数可）、またはこれらの組み合わせで作られてもよい。
【００２６】
図２を参照すると、動力伝達装置１７１は、モータ１７２に動作可能に結合される歯車箱２０２を含む。具体的には、歯車箱２０２は、遊星歯車構成２０４を含む。モータ１７２は、第１の歯車である、太陽歯車２０６に係合する。そして、太陽歯車２０６は、固定された輪歯車２１０と太陽歯車２０６との間に配置される複数の遊星歯車２０８に結合される。以下でさらに詳しく記載されるように、モータ１７２によって太陽歯車２０６が軸２１４を中心として回転されると、遊星歯車２０８のそれぞれは、軸２１２を中心として回転し、軸２１４に対して放射状に変位される。
【００２７】
この例では、輪歯車２１０は、歯車箱２０２の筐体２１６と一体的に形成され、かつ筐体２１６から軸２１４に向かって放射状に突出する歯２１８を含む。遊星歯車２０８は、アーム部材２２０を介して動作可能に結合され、それにより、遊星歯車２０８の放射状の変位または移動は、アーム部材２２０を軸２１４に対して回転させる。アーム部材２２０は、弁軸１６８の第２の端部１７６のねじ部に螺合するための、ねじ開口部２２２を含み、それにより、軸２１４を中心として回転するアーム部材２２０の回転は、弁軸１６８を軸２１４に沿って直線的に変位させる。第１のスラスト軸受２２４は、太陽歯車２０６とアーム部材２２０との間に配置されてもよく、第２のスラスト軸受２２６は、アーム部材２２０と筐体２１６との間に配置されてもよい。スラスト軸受２２４およびスラスト軸受２２６は、太陽歯車２０６および／またはアーム部材２２０の、軸２１４に沿った軸方向の移動を防ぎ、軸流制御弁１００の作動中に、軸２１４に沿って発生する軸推力を吸収する。
【００２８】
歯車箱２０２は、有利にも、モータ１７２によって生成される回転力を増幅させ、増幅された回転力を伝達して弁軸１６８を駆動する。弁軸１６８に伝達される、増幅された回転力によって、流量制御部材１２２は、より強い力で弁座１２６に係合することができ、したがって、弁本体１０２を通した流体の流動を防ぐための、弁座１２６との、よりしっかりとした密封係合が提供される。さらに、流量制御部材１２２を駆動するために、より小さいサイズのモータ１７２を使用してもよく、これは、歯車箱２０２は、モータ１７２によって生成される回転力を増幅させるからである。この例では、歯車箱２０２によって提供される回転力の増幅の量は、歯車２０６および歯車２０８の寸法（例えば、直径、歯の数等）に基づいて変化することができる。
【００２９】
軸流制御弁１００の第１の位置である、閉位置３００を図３に示し、軸流制御弁１００の第２の位置である、開位置４００を図４に示す。図１、図２、図３、および図４を参照すると、軸流制御弁１００は、上流管３０２を介する上流供給源と、下流管３０４を介する下流供給源との間の流体流路内に挿入される。プロセス流体は、例えば、天然ガスのような、任意のプロセス流体を含んでよい。作動中、カートリッジアセンブリ１０４は、図３に示される、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を阻止する、第１の位置３００（例えば、閉位置）と、図４に示される、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を可能にする、第２の位置４００（例えば、開位置）との間で作動する。
【００３０】
作動中、軸流制御弁１００を、図３に示される第１の位置３００に移動するために、モータ１７２は、第１のポート１９６を介して制御流体（例えば、加圧された空気）を受容する。制御流体は、モータ１７２を第１の方向（例えば、反時計回りの方向）に軸２１４を中心として回転させて、回転力を生成させる。モータ１７２によって生成される回転力は、モータ１７２に対する制御流体の圧力を増加または減少させることによって変化する場合がある。具体的には、モータ１７２は、太陽歯車２０６を軸２１４を中心として回転させるために、回転力を伝達し、それにより、遊星歯車２０８のそれぞれは、それぞれの軸２１４を中心として回転する。太陽歯車２０６が軸２１４に対して回転すると、太陽歯車２０６の歯は、遊星歯車２０８の歯に係合する。したがって、太陽歯車２０６の、軸２１４を中心とした、第１の方向（例えば、反時計回りの方向）の回転は、遊星歯車２０８のそれぞれを、第１の方向（例えば、時計回りの方向）に、軸２１２を中心として回転させ、太陽歯車２０６の、第１の方向と反対の第２の方向（例えば、反時計回りの方向）の回転は、遊星歯車２０８のそれぞれを、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に、それぞれの軸２１２を中心として回転させる。
【００３１】
遊星歯車２０８の歯もまた、静止している輪歯車２１０の歯２１８に係合する。輪歯車２１０と太陽歯車２０６との両方が軸２１４に対して横方向に、拘束または固定されるため、遊星歯車２０８のそれぞれが、それぞれの軸２１２を中心として回転しながら、輪歯車２１０および太陽歯車２０６に対して、軸２１４を中心として放射状の経路で移動する。そのような遊星歯車２０８の軸２１４に対しての放射状の変位または移動は、アーム部材２２０を軸２１４を中心として回転させる。これは、アーム部材２２０は、遊星歯車２０８に結合されるからである。軸２１４を中心とする、アーム部材２２０の回転は、アーム部材２２０のねじ２２２を、弁軸１６８の第２の端部１７６のねじ部を中心として回転させる。アーム部材２２０、太陽歯車２０６、遊星歯車２０８、および輪歯車２１０は、軸２１４に対して、放射状に、横方向に拘束されるため、アーム部材２２０の第１の方向の回転は、太陽歯車２０６が軸２１４を中心として第１の方向（例えば、反時計回りの方向）に回転するとき、弁軸１６８を軸２１４に沿って第１の直線的な方向に駆動する。そして、弁軸１６８は、流量制御部材１２２を弁座１２６に向かって、第１の位置３００まで駆動して、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を低減または阻止する。
【００３２】
逆に、図４に示される第２の位置４００に軸流制御弁１００を移動させるために、モータ１７２は、第２のポート１９８を介して制御流体（例えば、加圧された空気）を受容する。制御流体は、モータ１７２を、第１の方向と反対の、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に回転させて、回転力を生成し、モータ１７２によって生成される回転力は、太陽歯車２０６を、第２の方向（例えば、時計回りの方向）に駆動する。太陽歯車２０６が軸２１４に対して回転すると、太陽歯車２０６の歯は、遊星歯車２０８の歯に係合し、遊星歯車２０８のそれぞれを、それぞれの軸２１２を中心として第２の方向（例えば、時計回りの方向）に回転させる。上述のとおり、輪歯車２１０および太陽歯車２０６は軸２１４に対して放射状に固定されるため、遊星歯車２０８のそれぞれが、それぞれの軸２１２を中心として回転するとき、遊星歯車２０８は、軸２１４に対して放射状に移動する。遊星歯車２０８の、軸２１４を中心とした、第２の方向への放射状の変位によって、アーム部材２２０もまた、軸２１４に対して第２の方向に回転する。アーム部材２２０の第２の方向の回転は、太陽歯車２０６が、軸２１４を中心として第２の方向（例えば、反時計回りの方向）に回転するとき、弁軸１６８を、軸２１４に沿って、第１の方向と反対の、第２の直線的な方向に、駆動する。そして、弁軸１６８の、軸２１４に沿った第２の方向への直線的な変位は、流量制御部材１２２を弁座１２６から離れるように、第２の位置４００まで移動させて、入口１０８と出口１１０との間の流体の流動を可能に、または増加させる。
【００３３】
本明細書に記載される軸流制御弁例１００は、有利にも、製造コストを低減するとともに、軸流制御弁１００の整備を簡素化し、軸方向に整合される通路を提供して、弁トリム構成部品の不整合による望ましくない漏れを実質的に起こしにくくする。軸流制御弁例１００はまた、弁本体１０２が要するのは最小の機械加工であり、弁本体１０２は、例えば、鋳造によって形成されてもよいため、製造コストをも低減する。さらに、軸流制御弁例１００は、望ましくない漏れを低減する。これは、カートリッジアセンブリ１０４は、弁本体１０２内に配置、または弁本体１０２の内側に設置され、それにより、弁本体１０２と、弁座１２６、流量制御部材１２２、およびケージ１３０との間の整合の問題が排除されるからである。その上、入口１０８と出口１１０との間の、軸方向に整合される通路１０６は、弁本体１０２を通る、最小限に制限される流路を提供する。
【００３４】
特定の例示的な方法および装置が本明細書に記載されたが、本特許の適用範囲は、それらに限定されない。逆に、本特許は、文字通り、または均等論に従ってのいずれかで、添付の特許請求の範囲に適正に含まれる、全ての方法、装置、および製造品を包含する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流制御弁であって、
入口と出口との間に通路を画定する弁本体であって、前記通路は、前記弁本体の前記入口および前記出口における流体流路に対して実質的に平行である、弁本体と、
前記弁本体と着脱可能に結合され、かつ前記弁本体の前記通路内の前記入口と前記出口との間に配置されるカートリッジアセンブリであって、実質的に前記通路と軸方向に整合され、前記入口と前記出口との間の流体の流動を阻止する第１の位置と、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を可能にする第２の位置との間で、前記軸流制御弁を作動させるためのモータを含む、カートリッジアセンブリと、を備える軸流制御弁。
【請求項２】
前記カートリッジアセンブリは、弁軸を介して前記モータに動作可能に結合される弁座と流量制御部材とをさらに備え、前記モータは、前記流量制御部材を前記弁座に向かって移動させて、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を阻止し、前記流量制御部材を前記弁座から離すように移動させて、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を可能にする、請求項１に記載の軸流制御弁。
【請求項３】
前記モータは、伝動システムを介して前記流量制御部材に動作可能に結合される、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項４】
前記弁軸は、第１の端部で前記伝動システムに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される、ねじ部を含む、請求項３に記載の軸流制御弁。
【請求項５】
前記カートリッジアセンブリは、前記弁座に結合され、前記流量制御部材を摺動可能に受容するための、ケージをさらに備える、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項６】
前記ケージおよび前記弁座は、単一構造として一体的に形成される、請求項５に記載の軸流制御弁。
【請求項７】
前記カートリッジアセンブリは、第１の端部で前記モータに結合され、第２の端部で前記ケージに結合される弁帽であって、前記流量制御部材の少なくとも一部を摺動可能に受容するための空洞を含む弁帽、をさらに備える、請求項５に記載の軸流制御弁。
【請求項８】
前記弁座は、前記カートリッジアセンブリを前記弁本体に着脱可能に結合するための締結具を受容する開口部を有するフランジ部を含み、前記弁座は、前記弁本体の前記出口に隣接して配置される、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項９】
制御弁であって、
入口と出口との間に通路を有する弁本体と、
筐体に摺動可能に結合される流量制御部材であって、前記流量制御部材および前記筐体は、前記弁本体内に配置される、流量制御部材と、
前記筐体に結合され、かつ前記弁本体の内側に設置されるモータと、を備え、前記モータおよび前記流量制御部材は、前記入口および前記出口において流路と実質的に軸方向に整合され、前記モータは、前記弁本体を通る流体の流動を阻止するために前記弁座に向かって駆動し、前記弁本体を通る前記流体の流動を可能にするために前記弁座から離れるように前記流量制御部材を駆動する、制御弁。
【請求項１０】
第１の端部で前記モータに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される、弁軸をさらに備える、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１１】
前記通路、前記入口、および前記出口は、実質的に軸方向に整合される、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１２】
前記筐体は、ケージに結合される弁帽を備え、前記弁帽は、前記流量制御部材の一部を部分的に受容するための空洞を含み、前記ケージは、前記流量制御部材を摺動可能に受容するための開口部を含む、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１３】
前記ケージの端部に結合される弁座をさらに備え、前記流量制御部材は、前記弁座に係合して前記弁を通る前記流体の流動を阻止し、前記弁座から離れるように移動して前記弁を通る前記流体の流動を可能にする、請求項１２に記載の制御弁。
【請求項１４】
前記弁座は、前記出口に隣接する、請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１５】
前記流量制御部材および前記モータは、前記筐体を介して前記弁本体の前記通路内で着脱可能に結合し、前記筐体は、締結具を介して前記弁本体に着脱可能に結合される、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１６】
軸流弁に使用するための弁トリムアセンブリであって、
第１の端部で弁座に結合され、第２の端部で弁帽に結合される、ケージであって、前記弁帽および前記ケージは空洞を形成する、ケージと、
前記空洞内に摺動可能に配置され、前記弁座に係合するための第１の位置および前記弁座から離間する第２の位置へ駆動される、流量制御部材と、
前記流量制御部材を、前記第１の位置と前記第２の位置との間で駆動させるための、モータと、
第１の端部で前記モータに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される弁軸と、を備え、前記弁トリムアセンブリは、前記弁本体を通過する流体流路に対して実質的に平行に、弁本体の内側に設置される、弁トリムアセンブリ。
【請求項１７】
前記弁トリムアセンブリは、締結具を介して前記弁本体内に着脱可能に結合される、請求項１６に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項１８】
前記モータに結合される、歯車伝動装置をさらに備える、請求項１６に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項１９】
前記歯車伝動装置は、前記弁軸の前記第１の端部のねじ部を受容するためのねじ開口部を有するアーム部材に結合される、遊星歯車システムを備え、それにより、前記モータの第１の方向への回転は、前記弁軸を、前記流量制御部材を前記第１の位置に移動させる第１の方向に直線的に駆動し、前記モータの、前記第１の方向と反対の第２の方向への回転は、前記弁軸を、前記流量制御部材を前記第２の位置に移動させる第２の方向に直線的に駆動する、請求項１８に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項２０】
前記弁軸の軸に沿った前記遊星歯車システムの横方向の移動を制限するための、スラスト軸受をさらに備える、請求項１９に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項１】
軸流制御弁であって、
入口と出口との間に通路を画定する弁本体であって、前記通路は、前記弁本体の前記入口および前記出口における流体流路に対して実質的に平行である、弁本体と、
前記弁本体と着脱可能に結合され、かつ前記弁本体の前記通路内の前記入口と前記出口との間に配置されるカートリッジアセンブリであって、実質的に前記通路と軸方向に整合され、前記入口と前記出口との間の流体の流動を阻止する第１の位置と、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を可能にする第２の位置との間で、前記軸流制御弁を作動させるためのモータを含む、カートリッジアセンブリと、を備える軸流制御弁。
【請求項２】
前記カートリッジアセンブリは、弁軸を介して前記モータに動作可能に結合される弁座と流量制御部材とをさらに備え、前記モータは、前記流量制御部材を前記弁座に向かって移動させて、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を阻止し、前記流量制御部材を前記弁座から離すように移動させて、前記入口と前記出口との間の前記流体の流動を可能にする、請求項１に記載の軸流制御弁。
【請求項３】
前記モータは、伝動システムを介して前記流量制御部材に動作可能に結合される、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項４】
前記弁軸は、第１の端部で前記伝動システムに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される、ねじ部を含む、請求項３に記載の軸流制御弁。
【請求項５】
前記カートリッジアセンブリは、前記弁座に結合され、前記流量制御部材を摺動可能に受容するための、ケージをさらに備える、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項６】
前記ケージおよび前記弁座は、単一構造として一体的に形成される、請求項５に記載の軸流制御弁。
【請求項７】
前記カートリッジアセンブリは、第１の端部で前記モータに結合され、第２の端部で前記ケージに結合される弁帽であって、前記流量制御部材の少なくとも一部を摺動可能に受容するための空洞を含む弁帽、をさらに備える、請求項５に記載の軸流制御弁。
【請求項８】
前記弁座は、前記カートリッジアセンブリを前記弁本体に着脱可能に結合するための締結具を受容する開口部を有するフランジ部を含み、前記弁座は、前記弁本体の前記出口に隣接して配置される、請求項２に記載の軸流制御弁。
【請求項９】
制御弁であって、
入口と出口との間に通路を有する弁本体と、
筐体に摺動可能に結合される流量制御部材であって、前記流量制御部材および前記筐体は、前記弁本体内に配置される、流量制御部材と、
前記筐体に結合され、かつ前記弁本体の内側に設置されるモータと、を備え、前記モータおよび前記流量制御部材は、前記入口および前記出口において流路と実質的に軸方向に整合され、前記モータは、前記弁本体を通る流体の流動を阻止するために前記弁座に向かって駆動し、前記弁本体を通る前記流体の流動を可能にするために前記弁座から離れるように前記流量制御部材を駆動する、制御弁。
【請求項１０】
第１の端部で前記モータに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される、弁軸をさらに備える、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１１】
前記通路、前記入口、および前記出口は、実質的に軸方向に整合される、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１２】
前記筐体は、ケージに結合される弁帽を備え、前記弁帽は、前記流量制御部材の一部を部分的に受容するための空洞を含み、前記ケージは、前記流量制御部材を摺動可能に受容するための開口部を含む、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１３】
前記ケージの端部に結合される弁座をさらに備え、前記流量制御部材は、前記弁座に係合して前記弁を通る前記流体の流動を阻止し、前記弁座から離れるように移動して前記弁を通る前記流体の流動を可能にする、請求項１２に記載の制御弁。
【請求項１４】
前記弁座は、前記出口に隣接する、請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１５】
前記流量制御部材および前記モータは、前記筐体を介して前記弁本体の前記通路内で着脱可能に結合し、前記筐体は、締結具を介して前記弁本体に着脱可能に結合される、請求項９に記載の制御弁。
【請求項１６】
軸流弁に使用するための弁トリムアセンブリであって、
第１の端部で弁座に結合され、第２の端部で弁帽に結合される、ケージであって、前記弁帽および前記ケージは空洞を形成する、ケージと、
前記空洞内に摺動可能に配置され、前記弁座に係合するための第１の位置および前記弁座から離間する第２の位置へ駆動される、流量制御部材と、
前記流量制御部材を、前記第１の位置と前記第２の位置との間で駆動させるための、モータと、
第１の端部で前記モータに動作可能に結合され、第２の端部で前記流量制御部材に結合される弁軸と、を備え、前記弁トリムアセンブリは、前記弁本体を通過する流体流路に対して実質的に平行に、弁本体の内側に設置される、弁トリムアセンブリ。
【請求項１７】
前記弁トリムアセンブリは、締結具を介して前記弁本体内に着脱可能に結合される、請求項１６に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項１８】
前記モータに結合される、歯車伝動装置をさらに備える、請求項１６に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項１９】
前記歯車伝動装置は、前記弁軸の前記第１の端部のねじ部を受容するためのねじ開口部を有するアーム部材に結合される、遊星歯車システムを備え、それにより、前記モータの第１の方向への回転は、前記弁軸を、前記流量制御部材を前記第１の位置に移動させる第１の方向に直線的に駆動し、前記モータの、前記第１の方向と反対の第２の方向への回転は、前記弁軸を、前記流量制御部材を前記第２の位置に移動させる第２の方向に直線的に駆動する、請求項１８に記載の弁トリムアセンブリ。
【請求項２０】
前記弁軸の軸に沿った前記遊星歯車システムの横方向の移動を制限するための、スラスト軸受をさらに備える、請求項１９に記載の弁トリムアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５１６４１９（Ｐ２０１２−５１６４１９Ａ）
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４７９４８（Ｐ２０１１−５４７９４８）
【出願日】平成２１年１２月３０日（２００９．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９７９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８７９３６
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９１０５５４３６）フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー (183)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３０日（２００９．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９７９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８７９３６
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９１０５５４３６）フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー (183)
【Ｆターム（参考）】
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