圧力調節器
流体のための流路（１０８）を画定し、かつ、弁座（１０４）と、弁本体に結合された駆動器筐体（１２２、１２４）と、駆動器筐体内に配置され、開放位置と制御部材が弁座に係合する閉鎖位置の間で移動することによって流路を通る流体の流れを調節するために、弁本体および弁座に対する変位のために適合された、制御部材（１３０）と、制御部材に動作可能に結合され、制御部材を開放位置に向かって付勢する、ばね（１９３）と、を有する弁本体（１０２）を有する調節器（１００）。制御部材は、弁座に面し、陥凹状である表面を含む。陥凹表面は、座ぐり穴（１４８）であってもよく、もしくは、凸形状、円錐形状、または他の適切な陥凹表面を有してもよい。そうした構成によって、取り替えられた調節器は、高い入口圧力、低い出口圧力、高流速の実施において、安定性を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には流体制御装置に関し、より具体的には、流体制御装置のための杯状座部設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体制御装置は、制御弁および調節器を含む、様々な分類の機器を含む。そうした制御装置は、通過する流体の流れを制御するために、化学処理システム、天然ガス供給システム等のような流体プロセス制御システム内部に結合するために適合される。各制御装置は流体流路を画定し、かつ、その流路の寸法を調整するための制御部材を含む。たとえば、図１は、弁本体１２および駆動器１４を含む既知の調節器アセンブリ１０を示す。弁本体１２は流路１６を画定し、かつ、のど部１８を含む。図１において、調節器アセンブリ１０は上昇流構成とされている。駆動器１４は、上部駆動器筐体２０、下部駆動器筐体２２、ダイヤフラム３２を含むダイヤフラムサブアセンブリ３０および制御部材２４を含む。
【０００３】
制御部材２４は、上部駆動器筐体２０および下部駆動器筐体２２の内部に配置され、かつ、ダイヤフラムサブアセンブリ３０の両側の圧力の変化に応じた双方向の変位のために適合される。そのように構成され、制御部２４はのど部１８を通過する流体の流れを制御する。図示するように、および、ほとんどの適用において、制御部材２４の下端に近接する表面は、調節器アセンブリ１０が開放位置にあるときにそこを通って流体流が通過する、概して凸型の表面を有する。さらに、図示するように、調節器アセンブリ１０は、弁本体１２ののど部１８に配置されるシートリング２６を含む。弁本体１２の出口圧力が高い場合、制御部材２４の封止面２８がシートリング２６と封止係合し、のど部１８を閉鎖する場合がある。同様に、駆動器１４にいかなる圧力も存在しない場合、またはダイヤフラム３２が故障した場合、上部駆動器筐体２０の環状空洞部３６内部に配置されたコイルばね３４が、制御部材２４を閉鎖位置へと付勢する。このような調節器は、「故障時閉鎖」調節器として一般に知られている。
【発明の概要】
【０００４】
「故障時開放」調節器は、「故障時閉鎖」調節器と類似して作動するが、ダイヤフラムが故障した場合に、ばねが制御部材を、閉鎖位置ではなく、開放位置へと付勢する。例示的な「故障時開放」調節器は、参照によりその全体が本明細書中に明示的に組み込まれる、Ｒｏｐｅｒらによる、“Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ”と題された、米国特許出願公開第２００８／００７８４６０Ａ１号において例証され、説明される。Ｒｏｐｅｒらにより教示された調節器において、制御部材２４を開放位置に向かって付勢するために、ばねが制御部材２４内部に備えられるか、または他の方法で制御部材２４と結合される場合がある。ダイヤフラムまたは他の制御用構成要素が故障した場合、ばねが調節器アセンブリを開放するので、流体は途切れることなく、かつ、制御されずに、調節器を通過して流れ続ける。したがって、そのような構成の多くは、「故障時開放」調節器が故障した場合に流体流を制御する、監視調節器を含む。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｒｏｐｅｒらによって教示されるような「故障時開放」調節器において、「故障時開放」調節器が高圧力の状況に設置された場合に、運用上の問題が生じる場合があることが観察されてきた。入口圧力が高いと同時に出口圧力が低いとき、弁体に作用する付加的な不安定な力によって、調節器の制御および安定性の問題が生じる可能性がある。いくつかの例において、これらの力は、流体の下流の体積を増大させること（たとえば、下流の導管の直径を大きくすること）、並びに／または駆動器ダイヤフラム室への流れおよび駆動器ダイヤフラム室からの流れを制限することによって、最小化することが可能である。しかしながら、これらの矯正手段が実施された場合でさえ、流速が高いときには、弁体に作用する力の勾配が制御の問題をもたらすことで、制御の問題が時に再発する可能性がある。そのような高流速の用途においては、負の圧力勾配が生じる可能性があり、弁座の両側の圧力降下によって、ばねの力が負の圧力勾配によって生み出された力に打ち勝つまで、弁体がはじめに弁座に向かって引き寄せられ、駆動器が調節器の反応を制御するために動作するにしたがって、弁体は高周波振動のパターンに定着する場合がある。調節器システムの剛性の不足によって、この不安定な出力はそれ自体持続する場合がある。したがって、入口圧力が高く、出口圧力が低く、かつ高流速の設備において安定した出力を維持する、改善された「故障時開放」調節器の必要が存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来の「故障時閉鎖」調節器の側面断面図である。
【図２】本開示の原理に従って構成された「故障時開放」調節器の１つの実施形態の側面断面図である。
【図３】開放位置における、図１の調節器ののど部および取り付けアセンブリの拡大側面断面図である。
【図４】閉鎖位置における、図１の調節器ののど部および取り付けアセンブリの拡大側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図２を参照すると、本開示の原理に従って構成された制御装置の一実施形態は、圧力調節器１００を含む。圧力調節器１００は、一般に、弁本体１０２、シートリング１０４および駆動器１０６を含む。後に検討するように、弁本体１０２は、入口１１０と出口１１２との間に延在し、加えて駆動器１０６内にも延在する、流路１０８を画定する。駆動器１０６は、図２に示すような開放位置と閉鎖位置（図示せず）との間で移動可能な制御アセンブリ１１４を含み、制御アセンブリ１１４はシートリング１０４に係合する。制御アセンブリ１１４の移動は、入口１１０および出口１１２における流体圧力の変動に対応して起こる。したがって、シートリング１０４に対する制御アセンブリ１１４の位置は、圧力調節器１００の流量に影響を及ぼす。
【０００８】
さらに、弁本体１０２は、入口１１０と出口１１２との間にのど部１１６を画定する。のど部１１６は、シートリング１０４を収容し、かつ、支持する段差部１１８を含む。一形態において、シートリング１０４とのど部１１６の段差部１１８との間にＯリングが配置されてもよく、その間に液密封止を提供してもよい。
【０００９】
上述のように、駆動器１０６は、制御アセンブリ１１４を含み、さらに、上部駆動器筐体１２２、下部駆動器筐体１２４および複数のピン１２６を含む。上部駆動器筐体１２２および下部駆動器筐体１２４は、少なくとも１つのねじ付き締結具１１９および対応するナット１２１によって、互いに固定される。上部駆動器筐体１２２は、中央開口１２３、第１制御入口１２５（破線で示す）およびトラベルチャンバ１２７を画定する。トラベルチャンバ１２７は、駆動器１０６内部の制御アセンブリ１１４の位置を指し示す、トラベルインジケータ１３１を含む。下部駆動器筐体１２４は、第２制御入口１２９を画定する。
【００１０】
上部駆動器筐体１２２および下部駆動器筐体１２４は共同して、中空の首部１２８を含む空洞１３５を画定する。中空の首部１２８は、弁本体１０２内の駆動器開口１１５内部に配置される。図２で確認されるように、複数のピン１２６は、中空の首部１２８に固定された第１端部１２６ａおよび中空の首部１２８から離れて位置された第２端部１２６ｂを有する。図示する形態において、第１端部１２６ａは、中空の首部１２８内に形成された内腔にねじ留めされる。第２端部１２６ｂは、シートリング１０４に係合する。したがって、ピン１２６およびのど部１１６の段差部１１８は、弁本体１０２内で、シートリング１０４を挟持し、軸上に位置させ、固定する。調節器１００は、弁本体１０２に関して、シートリング１０４を位置調整する複数のピン１２６を含むものとして説明されてきたが、調節器１００の代替の形態は、シートリング１０４を位置調整するためにのど部１１６内に配置されるケージを含む場合がある。別の形態では、シートリング１０４は弁本体１０２にねじ留めされ、接着され、または他の方法で固定されてもよい。
【００１１】
続けて図２を参照すると、制御アセンブリ１１４は、中空スリーブ１３０、取り付けサブアセンブリ１３２、ダイヤフラムサブアセンブリ１３３および位置調整装置アセンブリ１３８のような制御部材を含む。スリーブ１３０は概して管状であり、概して円筒状の内部表面１４３および概して円筒状の外部表面１４７を画定する。内部表面１４３は、スリーブ１３０を通る中央内腔を画定する。さらに、スリーブ１３０は、上端１３０ａと下端１３０ｂとを含む。上端１３０ａは空洞１３５内部に配置され、下端１３０ｂは下部駆動器筐体１２４の中空首部１２８内部に配置される。スリーブ１３０の上端１３０ａは開放されており、かつ、外部表面１４７上に形成された円周フランジ１４０を含む。さらに、スリーブ１３０の上部１３０ａは、内部表面１４３上にねじ部１４１を含む。スリーブ１３０の下端１３０ｂは開放されており、かつ、取り付けサブアセンブリ１３２を収容する。
【００１２】
図３および図４に最もよく示されるように、取り付けサブアセンブリ１３２は、取り付け部材またはスリーブアダプタ１４２、ディスクホルダー１４４および環状封止ディスクまたは成形座部１４６を含む。開示する形態において、スリーブアダプタ１４２は、スリーブ１３０の開放下端１３０ｂにねじ留めされた概して円筒状の本体を含み、座ぐり穴１４８を画定する。座ぐり穴１４８は、スリーブ１３０の陥凹底部表面を形成する。座ぐり穴１４８は、スリーブアダプタ１４２ののど部側に配置される大直径部１４８ａ、および中空スリーブ１３０の内側に開口する小直径部１４８ｂと共に、スリーブ１３０と概して軸方向に整列する。ディスクホルダー１４４は、１つまたは複数の締結具１４９によってスリーブアダプタ１４２に固定された、概して円筒状の本体を含み、かつ、その間に、封止装置を形成するためのＯリング１５０を含んでもよい。図示された形態において、留め具１４９はねじ付き締結具を含む。ディスクホルダー１４４は、スリーブアダプタ１４２内の座ぐり穴１４８の大直径部１４８ａの直径とほぼ等しい直径を有する貫通孔１５１を画定し、この貫通孔と共に軸方向に整列する。
【００１３】
図示するように、ディスクホルダー１４４は、中空スリーブ１３０の第２端部１３０ｂおよび／またはＯリング１５０と係合する上面を有する、外側に延在するフランジ１５２をさらに含む場合がある。ディスクホルダー１４４の底面に、または、フランジ１５２が備えられる場合はその底面に、環状溝１５４が画定および配置され、かつ、その中に成形座部１４６を受容する。成形座部１４６は、弾性材料で作られ、ディスクホルダー１４４の溝１５４に固定される、概して輪状のディスクである。一形態において、成形座部１４６は、接着剤によってディスクホルダー１４４の溝１５４に固定される。制御アセンブリ１１４が図４に示すような閉鎖位置にあるとき、成形座部１４６がシートリング１０４に対して圧迫されるように、成形座部１４６および溝１５４はシートリング１０４の形状に対応するように構成される。
【００１４】
次に、図２に示す調節器１００の上部を参照すると、ダイヤフラムサブアセンブリ１３３は、ダイヤフラム１３４、上部ダイヤフラムプレート１３６ａおよび下部ダイヤフラムプレート１３６ｂを含む。上部ダイヤフラムプレート１３６ａおよび下部ダイヤフラムプレート１３６ｂは、スリーブ１３０の円周フランジ１４０上で締め付けられる。ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂは、締結具１５６を介して互いに固定され、それにより、スリーブ１３０とダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂを互いに固定する。さらに、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂは、ダイヤフラム１３４の半径方向内側部分を挟持する。ダイヤフラム１３４の半径方向外側部分は、上部駆動器筐体１２２と下部駆動器筐体１２４の間に固定される。
【００１５】
位置調整装置アセンブリ１３８は、最初にスリーブ１３０内部に配置され、スリーブ１３０を図２に示す開放位置へと付勢する。位置調整装置アセンブリ１３８は、一般に、中央ロッド１８６、第１ばね座１８８、第２ばね座１９０、ばね１９３のような付勢部材および保持プレート１９２を備える。中央ロッド１８６は、第１ねじ端部１８６ａおよび第２ねじ端部１８６ｂを含む。第１ねじ端部１８６ａは、上部駆動器筐体１２２の中央開口１２３を貫通して延在する。外部ナット１９４は第１ねじ端部１８６ａ上にねじ留めされ、図２に示す調節器１００の配向に対して下方向の、中央ロッド１８６の軸方向変位を限定する。中間ナット１９６は、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａ上に外部ナット１９４を越えてねじ留めされ、図２に示す調節器１００の配向に対して上方向の、中央ロッド１８６の軸方向変位を限定する。したがって、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａは、上部駆動器筐体１２２に対する軸方向変位に対して効果的に固定され、第２ねじ端部１８６ｂは駆動器１０６内に延在する。
【００１６】
したがって、図示するように、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂはスリーブ１３０内に延在し、スリーブ１３０の第２端部１３０ｂに隣接して配置される。一対の保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂ上にねじ留めされる。保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、第１ばね座１８８、ばね１９３および第２ばね座１９２を中央ロッド１８６上に支持する。以下でより詳細に検討するように、第１ばね座１８８は、スリーブ１３０内部に摺動可能に配置される。より具体的には、第１ばね座１８８は、保持ナット１９８ａ、１９８ｂと係合関係にある、概して円筒状のプレートを備える。したがって、ばね１９３は、保持プレート１９２に対して、およびスリーブ１３０に対して、第２ばね座１９０を固定する。さらに、第１ばね座１８８は中央ロッド１８６に対して固定され、中央開口１８８ａおよび複数の開口部１８８ｂを画定する。中央開口１８８ａは、保持ナット１９８ａ、１９８ｂと直接隣接して、中央ロッド１８６の第２端部１８６ｂを受容する。複数の開口部１８８ｂは、取り付けサブアセンブリ１３２の座ぐり穴１４８および貫通孔１５１と流体連通し、そしてそれ故に流路１０８と流体連通する。
【００１７】
同様に、第２ばね座１９０は、中央開口１９０ａおよび複数の開口部１９０ｂを画定する、概して円筒状のプレートを備える。第２ばね座１９０の中央開口１９０ａは、第１ねじ端部１８６ａ付近で中央ロッド１８６を受容する。複数の開口部１９０ｂは、第１ばね座１８８の複数の開口部１８８ｂと流体連通し、そしてそれ故に流路１０８と流体連通する。したがって、図示するように、ばね１９３は、軸方向に第１ばね座１８８と第２ばね座１９０の間に、これらと係合して配置される。保持ナット１９８によって中央ロッド１８６に対する下方向の変位に対して固定された第１ばね座１８８は、ばね１９３を支持する。したがって、ばね１９３は第２ばね座１９０を支持する。
【００１８】
さらに、保持プレート１９２は、中央開口１９２ａ、複数の開口部１９２ｂおよびねじ部１９５を画定する概して円筒状のプレートを備える。保持プレート１９２のねじ部１９５は、スリーブ１３０の内部表面１４３上のねじ部１４１との螺合によって固定される。したがって、保持プレート１９２およびスリーブ１３０は、単一構造として振る舞う。
【００１９】
組み立て中は、上部駆動器筐体１２２は下部駆動器筐体１２４から取り外され、スリーブ１３０はダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂの間から取り外されて、保持プレート１９２がスリーブ１３０のねじ部１４１にねじ留めされる。続いて、中間ナット１９６が中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａにねじ留めされる。次いで、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂが保持プレート１９２の中央開口１９２ａを貫通して配置される。次に、中央ロッドが所定の位置に配置された状態で、第２ばね座１９０、ばね１９３および第１ばね座１８８が、この順序で、スリーブ１３０の下部１３０ｂ内の開口を通って、中央ロッド１８６上に摺動して入れられる。次いで、図示するように、保持ナット１９８ａ、１９８ｂが中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂ上にねじ留めされる。
【００２０】
この時点で、技術者またはエンジニアは、保持プレート１９２に隣接して配置された中間ナット１９６、または、第１ばね座１８８に隣接して配置された保持ナット１９８ａ、１９８ｂのいずれか一方を締め付けることで、位置調整装置アセンブリ１３８に予め負荷を加えうる。たとえば、中間ナット１９６を締め付けると、第２ばね座１９０および保持プレート１９２を通して中央ロッド１８６が引き寄せられる。これにより、保持ナット１９８ａ、１９８ｂが、第１ばね座１８８に対して軸方向の力を加え、第１ばね座１８８を第２ばね座１９０に向かって変位させる。中間ナット１９６の締め付けを継続すると、ばね１９３は、第１ばね座１８８と第２ばね座１９０との間で圧縮される。
【００２１】
代替的に、第１ばね座１８８に隣接して配置された保持ナット１９８ａ、１９８ｂを締め付けると、第１ばね座１８８を、第２ばね座１９０に向かって押し付けて、ばね１９３を圧縮する。図示する実施形態において、保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、第１ばね座１８８に直接隣接して配置された第１保持ナット１９８ａと、第１ばね座１８８とは反対の側の第１保持ナット１９８ａに直接隣接して配置された第２保持ナット１９８ｂとを備えることを理解されるべきである。したがって、上述の予め負荷を加える操作において、技術者またはエンジニアは、はじめに、第１保持ナット１９８ａを締め付けて第１ばね座１８８を変位させて、ばね１９３を圧縮するであろう。続いて、技術者またはエンジニアは、第２保持ナット１９８ｂを締め付けて、第１保持ナット１９８ａに係合させ、中央ロッド１８６の所定の位置に第１保持ナット１９８ａを効果的に固定するであろう。
【００２２】
さらに、本明細書で開示する位置調整装置アセンブリ１３８の一実施形態において、中央ロッド１８６は、上述のいずれかの予め負荷を与える操作を実行する技術者またはエンジニアが、中央ロッド１８６の既定の位置まで中間ナット１９６または保持ナット１９８ａ、１９８ｂを締め付け、それにより既定量の負荷をばね１９３に予め加えてもよいように、少なくとも１つのねじ部１８６ａ、１８６ｂの長さに沿った目印を備える場合があることが理解されるべきである。
【００２３】
位置調整装置アセンブリ１３８に予め適切な負荷を加えてから、スリーブ１３０の円周フランジ１４０はダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂと結合され、かつ、スリーブ１３０の下部１３０ｂは下部駆動器筐体１２４の首部１２８内部に配置される。次いで、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａが中央開口１２３を通り抜けて配置されるように、上部駆動器筐体１２２が下部駆動器筐体１２４上に配置される。次いで、技術者またはエンジニアは、締結用ねじ１１９によって、上部駆動器筐体１２２を下部駆動器筐体１２４に固定することができる。最後に、技術者またはエンジニアは、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａ上に外部ナット１９４を締め付ける。外部ナット１９４を締め付けることで、中央ロッド１８６が、そしてそれ故に中間ナット１９６および第１ばね座１８８が、図２に示す調節器１００の配置に対して上方に引き寄せられる。図示するように、外部ナット１９４および中間ナット１９６は、上部駆動器筐体１２２を挟持する。そうした構成によって、外部ナット１９４および中間ナット１９６は、上部駆動器筐体１２２に対する軸方向変位に対して中央ロッド１８６を固定する。さらに、保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、図２に示す調節器１００の配向に対する下方向の軸方向変位に対して第１ばね座１８８を固定する。
【００２４】
一般に、調節器アセンブリ１００が流体プロセス制御または流体供給システム内部に設置される場合、制御アセンブリ１１４は、弁本体１０２の入口１１０および出口１１２における流圧に基づいて、駆動器１０６の空洞１３５および中空首部１２８内部で往復動的に変位することが可能である。具体的には、流体は入口１１０からのど部１１６を通って流れる。流体がのど部１１６を通過すると、それぞれ、流体の大部分は出口１１２へと流れ、残りの部分はディスクホルダー１４４およびスリーブアダプタ１４２内の貫通孔１５１および座ぐり穴１４８を通って流れる。この流体部分は、制御アセンブリ１１４の平衡を保つために、第１ばね座１８８、第２ばね座１９０、および保持プレート１９２内のそれぞれの開口部１８８ｂ、１９０ｂ、１９２ｂを通って、スリーブ１３０を通り抜けて流れ続ける。開示する実施形態において、第２ばね座１９０内の開口部１９０ｂは、保持プレート１９２内の開口部１９２ｂと実質的に整列される。これにより、調節器１００を通って移動する加圧流体が、制御アセンブリ１１４の平衡を妨げることなく、開口部１９０ｂ、１９２ｂを通過可能であることを確実にする。一実施形態において、第２ばね座１９０および保持プレート１９２の一方は、その軸方向に配置された表面上に、窪みを含んでもよい。第２ばね座１９０および保持プレート１９２のもう一方は、その窪みを受容するための凹部を含んでもよい。図示するように、開口部１９０ｂと開口部１９２ｂとの間の流体連通を可能にするために、第２ばね座１９０および保持プレート１９２が適切に整列されている場合、凹部は窪みのみを受容しうる。あるいは、別の実施形態において、第２ばね座１９０および保持プレート１９２は、それによって特定の配設の必要を軽減する、単一部材を含む場合がある。さらなる別の代替の実施形態においては、開口部１９０ｂおよび１９２ｂは、ばね座１９０および保持プレート１９２の周囲に、少なくとも部分的に、円周上に延在する伸長開口部を含む場合がある。そうした構成によって、第２ばね座１９０および保持プレート１９２は、複数の相対位置に配置されてもよく、依然として開口部１９０ｂと開口部１９２ｂとの間の必要な流体連通を提供する。
【００２５】
弁本体１０２を通って出口１１２へと流れる流体部分は、流体プロセス制御または流体供給システム内へと還流する。具体的には、一形態において、出口１１２における流体圧力は、別の流体ライン（図示せず）内へと流出され、下部駆動器筐体１２４内の第２制御入口１２９へと向けられる。したがって、弁本体１０２の出口１１２における圧力は、第２制御入口１２９における圧力と等しく、この圧力は最終的に下部ダイヤフラムプレート１３６ｂに加えられる。他の実施形態において、出口１１２からの流体を受容し、負荷圧力を第２制御入口１２９へと出力する、供給圧力調節器（図示せず）が備えられてもよい。さらに、一形態において、入口１１０における圧力は、パイロット弁（図示せず）への別の流体ラインへと流出され、パイロット弁は今度は、パイロット供給圧力を上部駆動器筐体１２２内の第１入口１２５へと出力し、いくつかの実施形態においては、供給圧力調節器へと出力する。
【００２６】
第１制御入口１２５および第２制御入口１２９における圧力入力源にかかわらず、第１制御入口１２５における圧力は、ダイヤフラムアセンブリ１３３に作用して、圧力調節器１００を閉鎖位置に向かって付勢し、第２制御入口１２９における圧力およびばね１９３の力は、ダイヤフラムアセンブリに作用して、圧力調節器１００を閉鎖位置に向かって付勢する。結果として、第１制御入口１２５における圧力が上部ダイヤフラムプレート１３６ａに対して力を加え、その力が位置調整装置アセンブリ１３８、より具体的には位置調整装置アセンブリ１３８のばね１９３と組み合わされた第２制御入口１２９における圧力によって加えられる力よりも大きい場合、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂおよび制御スリーブ１３０は、ばね１３８の付勢に逆らって、下方向に変位する。より具体的には、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂおよびスリーブ１３０、ならびに位置調整装置アセンブリ１３８の保持プレート１９２および第２ばね座１９０が、下方向に変位する。この下方向の変位は、ばね１９３を第１ばね座１８８に向かって圧縮する。したがって、スリーブ１３０は摺動可能に下方向に変位するので、中央ロッド１８６および第１ばね座１８８は図２に示す位置に留まり、一方で、スリーブ１３０、保持プレート１９２および第２ばね座１９０は下方向に変位して、図４に示すように、成形座部１４６をシートリング１０４と係合させることが理解されるべきである。
【００２７】
あるいは、ばね１９３と組み合わされた第２制御入口１２９における圧力が制御アセンブリ１１４に対して力を加え、その力が第１制御入口１２５における圧力よりも大きい場合、制御アセンブリ１１４は、図２および図３に示す開放位置に向かって上方向に変位する。ダイヤフラム１３４に作用する上向きの力の和は、第１制御入口１２５における圧力による抵抗を受け、この圧力は、制御圧力として、下流側の需要を満たすために要求された流れに従って、スリーブ１３０を含む制御アセンブリ１１４の位置調整を行うように働く。さらに、たとえば、ダイヤフラム材料の断裂のためにダイヤフラム１３４が故障した場合、ばね１９３が第２ばね座１９０に力を加え、この力によって、制御アセンブリ１１４は図２に示す開放位置へと動かされる。
【００２８】
バルブの開放時に流体がそこを通って流れる表面が、平坦、凸状、さもなければ突出した表面である調節器とは対照的に、本明細書で図示し、説明するように、取り付けアセンブリ１３２によって提供されるような陥凹表面を有する杯状座部は、入口圧力が高く、出口圧力が低い適用において、高流速における高周波振動を経験しない。取り付けアセンブリ１３２に陥凹表面を組み込む変更は、それに応じてのど部１１６を通過して流れる流体の流路を変更し、弁体に作用する圧力勾配を減少させる。弁体の両側にわたる圧力降下は減少し、負の圧力勾配は弁体をシートリング１０４に向かって落下させる傾向を維持する。その結果、圧力調節器１００は、従来の圧力調節器に見られた高周波振動をすることなく、高い流速において、より高い安定性を持って機能する。
【００２９】
当業者は、本明細書で図示し、説明する圧力調節器１００は、杯状または凹状の表面を有する取り付けアセンブリ１３２および／または弁体の代替の構成によって実施されてもよいことを理解するであろう。たとえば、複数構成要素の取り付けアセンブリ１３２は、中空スリーブ１３０の下端１３０ｂにねじ留めまたは他の方法で固定されてもよく、成形座部１４６を受容し保持するための凹部を提供する場合がある、単一構成要素によって置換されてもよい。そのような構成は、スリーブアダプタ１４２およびディスクホルダー１４４の組み合わせによって示された座ぐり穴に類似する座ぐり穴を有してもよく、または凹部が、円錐形、丸められた形状、等のような、弁体の圧力勾配を減少させる場合がある他の形状を有してもよい。さらに、取り付けアセンブリ１３２は、他の構成要素の組み合わせによって形成されてもよく、または中空スリーブ１３０と一体に形成されてもよいが、一方で、陥凹底部表面、中空スリーブ１３０内部との流体連通に入口圧力をかける流路、および成形座部１４６のための付着面を依然として提供する。最後に、本開示は圧力調節器の文脈において提供されたが、制御弁、駆動器、および任意の他の予測可能な装置を含む、他の流体プロセス制御装置内に成功裡に組み込まれる場合があることが理解されるべきである。
【００３０】
上述したことを踏まえて、本開示の説明は本発明の例を提供するに過ぎず、そしてそれ故に、発明の趣旨から逸脱しない変形例が本発明の範囲に含まれることを意図されていると理解されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には流体制御装置に関し、より具体的には、流体制御装置のための杯状座部設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体制御装置は、制御弁および調節器を含む、様々な分類の機器を含む。そうした制御装置は、通過する流体の流れを制御するために、化学処理システム、天然ガス供給システム等のような流体プロセス制御システム内部に結合するために適合される。各制御装置は流体流路を画定し、かつ、その流路の寸法を調整するための制御部材を含む。たとえば、図１は、弁本体１２および駆動器１４を含む既知の調節器アセンブリ１０を示す。弁本体１２は流路１６を画定し、かつ、のど部１８を含む。図１において、調節器アセンブリ１０は上昇流構成とされている。駆動器１４は、上部駆動器筐体２０、下部駆動器筐体２２、ダイヤフラム３２を含むダイヤフラムサブアセンブリ３０および制御部材２４を含む。
【０００３】
制御部材２４は、上部駆動器筐体２０および下部駆動器筐体２２の内部に配置され、かつ、ダイヤフラムサブアセンブリ３０の両側の圧力の変化に応じた双方向の変位のために適合される。そのように構成され、制御部２４はのど部１８を通過する流体の流れを制御する。図示するように、および、ほとんどの適用において、制御部材２４の下端に近接する表面は、調節器アセンブリ１０が開放位置にあるときにそこを通って流体流が通過する、概して凸型の表面を有する。さらに、図示するように、調節器アセンブリ１０は、弁本体１２ののど部１８に配置されるシートリング２６を含む。弁本体１２の出口圧力が高い場合、制御部材２４の封止面２８がシートリング２６と封止係合し、のど部１８を閉鎖する場合がある。同様に、駆動器１４にいかなる圧力も存在しない場合、またはダイヤフラム３２が故障した場合、上部駆動器筐体２０の環状空洞部３６内部に配置されたコイルばね３４が、制御部材２４を閉鎖位置へと付勢する。このような調節器は、「故障時閉鎖」調節器として一般に知られている。
【発明の概要】
【０００４】
「故障時開放」調節器は、「故障時閉鎖」調節器と類似して作動するが、ダイヤフラムが故障した場合に、ばねが制御部材を、閉鎖位置ではなく、開放位置へと付勢する。例示的な「故障時開放」調節器は、参照によりその全体が本明細書中に明示的に組み込まれる、Ｒｏｐｅｒらによる、“Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ”と題された、米国特許出願公開第２００８／００７８４６０Ａ１号において例証され、説明される。Ｒｏｐｅｒらにより教示された調節器において、制御部材２４を開放位置に向かって付勢するために、ばねが制御部材２４内部に備えられるか、または他の方法で制御部材２４と結合される場合がある。ダイヤフラムまたは他の制御用構成要素が故障した場合、ばねが調節器アセンブリを開放するので、流体は途切れることなく、かつ、制御されずに、調節器を通過して流れ続ける。したがって、そのような構成の多くは、「故障時開放」調節器が故障した場合に流体流を制御する、監視調節器を含む。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｒｏｐｅｒらによって教示されるような「故障時開放」調節器において、「故障時開放」調節器が高圧力の状況に設置された場合に、運用上の問題が生じる場合があることが観察されてきた。入口圧力が高いと同時に出口圧力が低いとき、弁体に作用する付加的な不安定な力によって、調節器の制御および安定性の問題が生じる可能性がある。いくつかの例において、これらの力は、流体の下流の体積を増大させること（たとえば、下流の導管の直径を大きくすること）、並びに／または駆動器ダイヤフラム室への流れおよび駆動器ダイヤフラム室からの流れを制限することによって、最小化することが可能である。しかしながら、これらの矯正手段が実施された場合でさえ、流速が高いときには、弁体に作用する力の勾配が制御の問題をもたらすことで、制御の問題が時に再発する可能性がある。そのような高流速の用途においては、負の圧力勾配が生じる可能性があり、弁座の両側の圧力降下によって、ばねの力が負の圧力勾配によって生み出された力に打ち勝つまで、弁体がはじめに弁座に向かって引き寄せられ、駆動器が調節器の反応を制御するために動作するにしたがって、弁体は高周波振動のパターンに定着する場合がある。調節器システムの剛性の不足によって、この不安定な出力はそれ自体持続する場合がある。したがって、入口圧力が高く、出口圧力が低く、かつ高流速の設備において安定した出力を維持する、改善された「故障時開放」調節器の必要が存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来の「故障時閉鎖」調節器の側面断面図である。
【図２】本開示の原理に従って構成された「故障時開放」調節器の１つの実施形態の側面断面図である。
【図３】開放位置における、図１の調節器ののど部および取り付けアセンブリの拡大側面断面図である。
【図４】閉鎖位置における、図１の調節器ののど部および取り付けアセンブリの拡大側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図２を参照すると、本開示の原理に従って構成された制御装置の一実施形態は、圧力調節器１００を含む。圧力調節器１００は、一般に、弁本体１０２、シートリング１０４および駆動器１０６を含む。後に検討するように、弁本体１０２は、入口１１０と出口１１２との間に延在し、加えて駆動器１０６内にも延在する、流路１０８を画定する。駆動器１０６は、図２に示すような開放位置と閉鎖位置（図示せず）との間で移動可能な制御アセンブリ１１４を含み、制御アセンブリ１１４はシートリング１０４に係合する。制御アセンブリ１１４の移動は、入口１１０および出口１１２における流体圧力の変動に対応して起こる。したがって、シートリング１０４に対する制御アセンブリ１１４の位置は、圧力調節器１００の流量に影響を及ぼす。
【０００８】
さらに、弁本体１０２は、入口１１０と出口１１２との間にのど部１１６を画定する。のど部１１６は、シートリング１０４を収容し、かつ、支持する段差部１１８を含む。一形態において、シートリング１０４とのど部１１６の段差部１１８との間にＯリングが配置されてもよく、その間に液密封止を提供してもよい。
【０００９】
上述のように、駆動器１０６は、制御アセンブリ１１４を含み、さらに、上部駆動器筐体１２２、下部駆動器筐体１２４および複数のピン１２６を含む。上部駆動器筐体１２２および下部駆動器筐体１２４は、少なくとも１つのねじ付き締結具１１９および対応するナット１２１によって、互いに固定される。上部駆動器筐体１２２は、中央開口１２３、第１制御入口１２５（破線で示す）およびトラベルチャンバ１２７を画定する。トラベルチャンバ１２７は、駆動器１０６内部の制御アセンブリ１１４の位置を指し示す、トラベルインジケータ１３１を含む。下部駆動器筐体１２４は、第２制御入口１２９を画定する。
【００１０】
上部駆動器筐体１２２および下部駆動器筐体１２４は共同して、中空の首部１２８を含む空洞１３５を画定する。中空の首部１２８は、弁本体１０２内の駆動器開口１１５内部に配置される。図２で確認されるように、複数のピン１２６は、中空の首部１２８に固定された第１端部１２６ａおよび中空の首部１２８から離れて位置された第２端部１２６ｂを有する。図示する形態において、第１端部１２６ａは、中空の首部１２８内に形成された内腔にねじ留めされる。第２端部１２６ｂは、シートリング１０４に係合する。したがって、ピン１２６およびのど部１１６の段差部１１８は、弁本体１０２内で、シートリング１０４を挟持し、軸上に位置させ、固定する。調節器１００は、弁本体１０２に関して、シートリング１０４を位置調整する複数のピン１２６を含むものとして説明されてきたが、調節器１００の代替の形態は、シートリング１０４を位置調整するためにのど部１１６内に配置されるケージを含む場合がある。別の形態では、シートリング１０４は弁本体１０２にねじ留めされ、接着され、または他の方法で固定されてもよい。
【００１１】
続けて図２を参照すると、制御アセンブリ１１４は、中空スリーブ１３０、取り付けサブアセンブリ１３２、ダイヤフラムサブアセンブリ１３３および位置調整装置アセンブリ１３８のような制御部材を含む。スリーブ１３０は概して管状であり、概して円筒状の内部表面１４３および概して円筒状の外部表面１４７を画定する。内部表面１４３は、スリーブ１３０を通る中央内腔を画定する。さらに、スリーブ１３０は、上端１３０ａと下端１３０ｂとを含む。上端１３０ａは空洞１３５内部に配置され、下端１３０ｂは下部駆動器筐体１２４の中空首部１２８内部に配置される。スリーブ１３０の上端１３０ａは開放されており、かつ、外部表面１４７上に形成された円周フランジ１４０を含む。さらに、スリーブ１３０の上部１３０ａは、内部表面１４３上にねじ部１４１を含む。スリーブ１３０の下端１３０ｂは開放されており、かつ、取り付けサブアセンブリ１３２を収容する。
【００１２】
図３および図４に最もよく示されるように、取り付けサブアセンブリ１３２は、取り付け部材またはスリーブアダプタ１４２、ディスクホルダー１４４および環状封止ディスクまたは成形座部１４６を含む。開示する形態において、スリーブアダプタ１４２は、スリーブ１３０の開放下端１３０ｂにねじ留めされた概して円筒状の本体を含み、座ぐり穴１４８を画定する。座ぐり穴１４８は、スリーブ１３０の陥凹底部表面を形成する。座ぐり穴１４８は、スリーブアダプタ１４２ののど部側に配置される大直径部１４８ａ、および中空スリーブ１３０の内側に開口する小直径部１４８ｂと共に、スリーブ１３０と概して軸方向に整列する。ディスクホルダー１４４は、１つまたは複数の締結具１４９によってスリーブアダプタ１４２に固定された、概して円筒状の本体を含み、かつ、その間に、封止装置を形成するためのＯリング１５０を含んでもよい。図示された形態において、留め具１４９はねじ付き締結具を含む。ディスクホルダー１４４は、スリーブアダプタ１４２内の座ぐり穴１４８の大直径部１４８ａの直径とほぼ等しい直径を有する貫通孔１５１を画定し、この貫通孔と共に軸方向に整列する。
【００１３】
図示するように、ディスクホルダー１４４は、中空スリーブ１３０の第２端部１３０ｂおよび／またはＯリング１５０と係合する上面を有する、外側に延在するフランジ１５２をさらに含む場合がある。ディスクホルダー１４４の底面に、または、フランジ１５２が備えられる場合はその底面に、環状溝１５４が画定および配置され、かつ、その中に成形座部１４６を受容する。成形座部１４６は、弾性材料で作られ、ディスクホルダー１４４の溝１５４に固定される、概して輪状のディスクである。一形態において、成形座部１４６は、接着剤によってディスクホルダー１４４の溝１５４に固定される。制御アセンブリ１１４が図４に示すような閉鎖位置にあるとき、成形座部１４６がシートリング１０４に対して圧迫されるように、成形座部１４６および溝１５４はシートリング１０４の形状に対応するように構成される。
【００１４】
次に、図２に示す調節器１００の上部を参照すると、ダイヤフラムサブアセンブリ１３３は、ダイヤフラム１３４、上部ダイヤフラムプレート１３６ａおよび下部ダイヤフラムプレート１３６ｂを含む。上部ダイヤフラムプレート１３６ａおよび下部ダイヤフラムプレート１３６ｂは、スリーブ１３０の円周フランジ１４０上で締め付けられる。ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂは、締結具１５６を介して互いに固定され、それにより、スリーブ１３０とダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂを互いに固定する。さらに、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂは、ダイヤフラム１３４の半径方向内側部分を挟持する。ダイヤフラム１３４の半径方向外側部分は、上部駆動器筐体１２２と下部駆動器筐体１２４の間に固定される。
【００１５】
位置調整装置アセンブリ１３８は、最初にスリーブ１３０内部に配置され、スリーブ１３０を図２に示す開放位置へと付勢する。位置調整装置アセンブリ１３８は、一般に、中央ロッド１８６、第１ばね座１８８、第２ばね座１９０、ばね１９３のような付勢部材および保持プレート１９２を備える。中央ロッド１８６は、第１ねじ端部１８６ａおよび第２ねじ端部１８６ｂを含む。第１ねじ端部１８６ａは、上部駆動器筐体１２２の中央開口１２３を貫通して延在する。外部ナット１９４は第１ねじ端部１８６ａ上にねじ留めされ、図２に示す調節器１００の配向に対して下方向の、中央ロッド１８６の軸方向変位を限定する。中間ナット１９６は、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａ上に外部ナット１９４を越えてねじ留めされ、図２に示す調節器１００の配向に対して上方向の、中央ロッド１８６の軸方向変位を限定する。したがって、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａは、上部駆動器筐体１２２に対する軸方向変位に対して効果的に固定され、第２ねじ端部１８６ｂは駆動器１０６内に延在する。
【００１６】
したがって、図示するように、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂはスリーブ１３０内に延在し、スリーブ１３０の第２端部１３０ｂに隣接して配置される。一対の保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂ上にねじ留めされる。保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、第１ばね座１８８、ばね１９３および第２ばね座１９２を中央ロッド１８６上に支持する。以下でより詳細に検討するように、第１ばね座１８８は、スリーブ１３０内部に摺動可能に配置される。より具体的には、第１ばね座１８８は、保持ナット１９８ａ、１９８ｂと係合関係にある、概して円筒状のプレートを備える。したがって、ばね１９３は、保持プレート１９２に対して、およびスリーブ１３０に対して、第２ばね座１９０を固定する。さらに、第１ばね座１８８は中央ロッド１８６に対して固定され、中央開口１８８ａおよび複数の開口部１８８ｂを画定する。中央開口１８８ａは、保持ナット１９８ａ、１９８ｂと直接隣接して、中央ロッド１８６の第２端部１８６ｂを受容する。複数の開口部１８８ｂは、取り付けサブアセンブリ１３２の座ぐり穴１４８および貫通孔１５１と流体連通し、そしてそれ故に流路１０８と流体連通する。
【００１７】
同様に、第２ばね座１９０は、中央開口１９０ａおよび複数の開口部１９０ｂを画定する、概して円筒状のプレートを備える。第２ばね座１９０の中央開口１９０ａは、第１ねじ端部１８６ａ付近で中央ロッド１８６を受容する。複数の開口部１９０ｂは、第１ばね座１８８の複数の開口部１８８ｂと流体連通し、そしてそれ故に流路１０８と流体連通する。したがって、図示するように、ばね１９３は、軸方向に第１ばね座１８８と第２ばね座１９０の間に、これらと係合して配置される。保持ナット１９８によって中央ロッド１８６に対する下方向の変位に対して固定された第１ばね座１８８は、ばね１９３を支持する。したがって、ばね１９３は第２ばね座１９０を支持する。
【００１８】
さらに、保持プレート１９２は、中央開口１９２ａ、複数の開口部１９２ｂおよびねじ部１９５を画定する概して円筒状のプレートを備える。保持プレート１９２のねじ部１９５は、スリーブ１３０の内部表面１４３上のねじ部１４１との螺合によって固定される。したがって、保持プレート１９２およびスリーブ１３０は、単一構造として振る舞う。
【００１９】
組み立て中は、上部駆動器筐体１２２は下部駆動器筐体１２４から取り外され、スリーブ１３０はダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂの間から取り外されて、保持プレート１９２がスリーブ１３０のねじ部１４１にねじ留めされる。続いて、中間ナット１９６が中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａにねじ留めされる。次いで、中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂが保持プレート１９２の中央開口１９２ａを貫通して配置される。次に、中央ロッドが所定の位置に配置された状態で、第２ばね座１９０、ばね１９３および第１ばね座１８８が、この順序で、スリーブ１３０の下部１３０ｂ内の開口を通って、中央ロッド１８６上に摺動して入れられる。次いで、図示するように、保持ナット１９８ａ、１９８ｂが中央ロッド１８６の第２ねじ端部１８６ｂ上にねじ留めされる。
【００２０】
この時点で、技術者またはエンジニアは、保持プレート１９２に隣接して配置された中間ナット１９６、または、第１ばね座１８８に隣接して配置された保持ナット１９８ａ、１９８ｂのいずれか一方を締め付けることで、位置調整装置アセンブリ１３８に予め負荷を加えうる。たとえば、中間ナット１９６を締め付けると、第２ばね座１９０および保持プレート１９２を通して中央ロッド１８６が引き寄せられる。これにより、保持ナット１９８ａ、１９８ｂが、第１ばね座１８８に対して軸方向の力を加え、第１ばね座１８８を第２ばね座１９０に向かって変位させる。中間ナット１９６の締め付けを継続すると、ばね１９３は、第１ばね座１８８と第２ばね座１９０との間で圧縮される。
【００２１】
代替的に、第１ばね座１８８に隣接して配置された保持ナット１９８ａ、１９８ｂを締め付けると、第１ばね座１８８を、第２ばね座１９０に向かって押し付けて、ばね１９３を圧縮する。図示する実施形態において、保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、第１ばね座１８８に直接隣接して配置された第１保持ナット１９８ａと、第１ばね座１８８とは反対の側の第１保持ナット１９８ａに直接隣接して配置された第２保持ナット１９８ｂとを備えることを理解されるべきである。したがって、上述の予め負荷を加える操作において、技術者またはエンジニアは、はじめに、第１保持ナット１９８ａを締め付けて第１ばね座１８８を変位させて、ばね１９３を圧縮するであろう。続いて、技術者またはエンジニアは、第２保持ナット１９８ｂを締め付けて、第１保持ナット１９８ａに係合させ、中央ロッド１８６の所定の位置に第１保持ナット１９８ａを効果的に固定するであろう。
【００２２】
さらに、本明細書で開示する位置調整装置アセンブリ１３８の一実施形態において、中央ロッド１８６は、上述のいずれかの予め負荷を与える操作を実行する技術者またはエンジニアが、中央ロッド１８６の既定の位置まで中間ナット１９６または保持ナット１９８ａ、１９８ｂを締め付け、それにより既定量の負荷をばね１９３に予め加えてもよいように、少なくとも１つのねじ部１８６ａ、１８６ｂの長さに沿った目印を備える場合があることが理解されるべきである。
【００２３】
位置調整装置アセンブリ１３８に予め適切な負荷を加えてから、スリーブ１３０の円周フランジ１４０はダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂと結合され、かつ、スリーブ１３０の下部１３０ｂは下部駆動器筐体１２４の首部１２８内部に配置される。次いで、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａが中央開口１２３を通り抜けて配置されるように、上部駆動器筐体１２２が下部駆動器筐体１２４上に配置される。次いで、技術者またはエンジニアは、締結用ねじ１１９によって、上部駆動器筐体１２２を下部駆動器筐体１２４に固定することができる。最後に、技術者またはエンジニアは、中央ロッド１８６の第１ねじ端部１８６ａ上に外部ナット１９４を締め付ける。外部ナット１９４を締め付けることで、中央ロッド１８６が、そしてそれ故に中間ナット１９６および第１ばね座１８８が、図２に示す調節器１００の配置に対して上方に引き寄せられる。図示するように、外部ナット１９４および中間ナット１９６は、上部駆動器筐体１２２を挟持する。そうした構成によって、外部ナット１９４および中間ナット１９６は、上部駆動器筐体１２２に対する軸方向変位に対して中央ロッド１８６を固定する。さらに、保持ナット１９８ａ、１９８ｂは、図２に示す調節器１００の配向に対する下方向の軸方向変位に対して第１ばね座１８８を固定する。
【００２４】
一般に、調節器アセンブリ１００が流体プロセス制御または流体供給システム内部に設置される場合、制御アセンブリ１１４は、弁本体１０２の入口１１０および出口１１２における流圧に基づいて、駆動器１０６の空洞１３５および中空首部１２８内部で往復動的に変位することが可能である。具体的には、流体は入口１１０からのど部１１６を通って流れる。流体がのど部１１６を通過すると、それぞれ、流体の大部分は出口１１２へと流れ、残りの部分はディスクホルダー１４４およびスリーブアダプタ１４２内の貫通孔１５１および座ぐり穴１４８を通って流れる。この流体部分は、制御アセンブリ１１４の平衡を保つために、第１ばね座１８８、第２ばね座１９０、および保持プレート１９２内のそれぞれの開口部１８８ｂ、１９０ｂ、１９２ｂを通って、スリーブ１３０を通り抜けて流れ続ける。開示する実施形態において、第２ばね座１９０内の開口部１９０ｂは、保持プレート１９２内の開口部１９２ｂと実質的に整列される。これにより、調節器１００を通って移動する加圧流体が、制御アセンブリ１１４の平衡を妨げることなく、開口部１９０ｂ、１９２ｂを通過可能であることを確実にする。一実施形態において、第２ばね座１９０および保持プレート１９２の一方は、その軸方向に配置された表面上に、窪みを含んでもよい。第２ばね座１９０および保持プレート１９２のもう一方は、その窪みを受容するための凹部を含んでもよい。図示するように、開口部１９０ｂと開口部１９２ｂとの間の流体連通を可能にするために、第２ばね座１９０および保持プレート１９２が適切に整列されている場合、凹部は窪みのみを受容しうる。あるいは、別の実施形態において、第２ばね座１９０および保持プレート１９２は、それによって特定の配設の必要を軽減する、単一部材を含む場合がある。さらなる別の代替の実施形態においては、開口部１９０ｂおよび１９２ｂは、ばね座１９０および保持プレート１９２の周囲に、少なくとも部分的に、円周上に延在する伸長開口部を含む場合がある。そうした構成によって、第２ばね座１９０および保持プレート１９２は、複数の相対位置に配置されてもよく、依然として開口部１９０ｂと開口部１９２ｂとの間の必要な流体連通を提供する。
【００２５】
弁本体１０２を通って出口１１２へと流れる流体部分は、流体プロセス制御または流体供給システム内へと還流する。具体的には、一形態において、出口１１２における流体圧力は、別の流体ライン（図示せず）内へと流出され、下部駆動器筐体１２４内の第２制御入口１２９へと向けられる。したがって、弁本体１０２の出口１１２における圧力は、第２制御入口１２９における圧力と等しく、この圧力は最終的に下部ダイヤフラムプレート１３６ｂに加えられる。他の実施形態において、出口１１２からの流体を受容し、負荷圧力を第２制御入口１２９へと出力する、供給圧力調節器（図示せず）が備えられてもよい。さらに、一形態において、入口１１０における圧力は、パイロット弁（図示せず）への別の流体ラインへと流出され、パイロット弁は今度は、パイロット供給圧力を上部駆動器筐体１２２内の第１入口１２５へと出力し、いくつかの実施形態においては、供給圧力調節器へと出力する。
【００２６】
第１制御入口１２５および第２制御入口１２９における圧力入力源にかかわらず、第１制御入口１２５における圧力は、ダイヤフラムアセンブリ１３３に作用して、圧力調節器１００を閉鎖位置に向かって付勢し、第２制御入口１２９における圧力およびばね１９３の力は、ダイヤフラムアセンブリに作用して、圧力調節器１００を閉鎖位置に向かって付勢する。結果として、第１制御入口１２５における圧力が上部ダイヤフラムプレート１３６ａに対して力を加え、その力が位置調整装置アセンブリ１３８、より具体的には位置調整装置アセンブリ１３８のばね１９３と組み合わされた第２制御入口１２９における圧力によって加えられる力よりも大きい場合、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂおよび制御スリーブ１３０は、ばね１３８の付勢に逆らって、下方向に変位する。より具体的には、ダイヤフラムプレート１３６ａ、１３６ｂおよびスリーブ１３０、ならびに位置調整装置アセンブリ１３８の保持プレート１９２および第２ばね座１９０が、下方向に変位する。この下方向の変位は、ばね１９３を第１ばね座１８８に向かって圧縮する。したがって、スリーブ１３０は摺動可能に下方向に変位するので、中央ロッド１８６および第１ばね座１８８は図２に示す位置に留まり、一方で、スリーブ１３０、保持プレート１９２および第２ばね座１９０は下方向に変位して、図４に示すように、成形座部１４６をシートリング１０４と係合させることが理解されるべきである。
【００２７】
あるいは、ばね１９３と組み合わされた第２制御入口１２９における圧力が制御アセンブリ１１４に対して力を加え、その力が第１制御入口１２５における圧力よりも大きい場合、制御アセンブリ１１４は、図２および図３に示す開放位置に向かって上方向に変位する。ダイヤフラム１３４に作用する上向きの力の和は、第１制御入口１２５における圧力による抵抗を受け、この圧力は、制御圧力として、下流側の需要を満たすために要求された流れに従って、スリーブ１３０を含む制御アセンブリ１１４の位置調整を行うように働く。さらに、たとえば、ダイヤフラム材料の断裂のためにダイヤフラム１３４が故障した場合、ばね１９３が第２ばね座１９０に力を加え、この力によって、制御アセンブリ１１４は図２に示す開放位置へと動かされる。
【００２８】
バルブの開放時に流体がそこを通って流れる表面が、平坦、凸状、さもなければ突出した表面である調節器とは対照的に、本明細書で図示し、説明するように、取り付けアセンブリ１３２によって提供されるような陥凹表面を有する杯状座部は、入口圧力が高く、出口圧力が低い適用において、高流速における高周波振動を経験しない。取り付けアセンブリ１３２に陥凹表面を組み込む変更は、それに応じてのど部１１６を通過して流れる流体の流路を変更し、弁体に作用する圧力勾配を減少させる。弁体の両側にわたる圧力降下は減少し、負の圧力勾配は弁体をシートリング１０４に向かって落下させる傾向を維持する。その結果、圧力調節器１００は、従来の圧力調節器に見られた高周波振動をすることなく、高い流速において、より高い安定性を持って機能する。
【００２９】
当業者は、本明細書で図示し、説明する圧力調節器１００は、杯状または凹状の表面を有する取り付けアセンブリ１３２および／または弁体の代替の構成によって実施されてもよいことを理解するであろう。たとえば、複数構成要素の取り付けアセンブリ１３２は、中空スリーブ１３０の下端１３０ｂにねじ留めまたは他の方法で固定されてもよく、成形座部１４６を受容し保持するための凹部を提供する場合がある、単一構成要素によって置換されてもよい。そのような構成は、スリーブアダプタ１４２およびディスクホルダー１４４の組み合わせによって示された座ぐり穴に類似する座ぐり穴を有してもよく、または凹部が、円錐形、丸められた形状、等のような、弁体の圧力勾配を減少させる場合がある他の形状を有してもよい。さらに、取り付けアセンブリ１３２は、他の構成要素の組み合わせによって形成されてもよく、または中空スリーブ１３０と一体に形成されてもよいが、一方で、陥凹底部表面、中空スリーブ１３０内部との流体連通に入口圧力をかける流路、および成形座部１４６のための付着面を依然として提供する。最後に、本開示は圧力調節器の文脈において提供されたが、制御弁、駆動器、および任意の他の予測可能な装置を含む、他の流体プロセス制御装置内に成功裡に組み込まれる場合があることが理解されるべきである。
【００３０】
上述したことを踏まえて、本開示の説明は本発明の例を提供するに過ぎず、そしてそれ故に、発明の趣旨から逸脱しない変形例が本発明の範囲に含まれることを意図されていると理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のための流路を画定し、弁座を有する弁本体と、
前記弁本体に結合された駆動器筐体と、
前記駆動器筐体内部に配置された制御部材であって、前記制御部材が前記弁座から離間する開放位置と、前記制御部材が前記弁座と係合する閉鎖位置との間で移動することにより、前記流路を通過する前記流体の流れを調節するための、前記弁本体および前記弁座に対する変位のために適合された制御部材と、
前記制御部材に動作可能に結合され、前記制御部材を前記開放位置に向かって付勢するばねと、を備え、
前記弁座に面する前記制御部材の底部表面が陥凹表面であり、前記陥凹表面は、前記弁座に近接するより大直径の部分と前記弁座から遠位であるより小直径の部分とを有する座ぐり穴を含む、調節器。
【請求項２】
前記駆動器筐体内部に配置され、前記調節器の出口圧力の変化に応じて前記制御部材を移動させるために前記制御部材と動作可能に結合されたダイヤフラムサブアセンブリを備える、請求項１に記載の調節器。
【請求項３】
前記制御部材の前記陥凹表面は、凹状および円錐形のうちの１つである、請求項１に記載の調節器。
【請求項４】
前記制御部材は、
中空スリーブと、
前記中空スリーブの開放端に前記弁座と近接して取り付けられ、前記陥凹表面を有する取り付けアセンブリとを備える、請求項１に記載の調節器。
【請求項５】
前記取り付けアセンブリは、
前記中空スリーブの前記開放端に接続されたスリーブアダプタと、
前記スリーブアダプタと接続されたディスクホルダーと、を備え、
前記ディスクホルダーおよび前記スリーブアダプタの座ぐり穴を通り抜ける開口によって前記陥凹表面が画定される、請求項４に記載の調節器。
【請求項６】
前記スリーブアダプタの前記座ぐり穴は、前記弁座に近接する前記より大直径の部分と、前記弁座から遠位である前記より小直径の部分とを備え、前記座ぐり穴は前記流体流路を前記中空スリーブの内部と流体連通させる、請求項５に記載の調節器。
【請求項７】
前記ディスクホルダーは、環状溝がその中に画定される底部表面を有し、前記取り付けアセンブリは、前記溝内に配置される環状成形座部を備え、かつ、前記制御部材が前記弁本体を通る流体流を遮るための前記閉鎖位置にあるとき、前記弁座と係合するように構成される、請求項５に記載の調節器。
【請求項８】
流体のための流路を画定する弁本体を有し、弁座と、前記弁本体に結合された駆動器筐体と、前記制御部材に動作可能に結合され前記制御部材を開放位置に向かって付勢する付勢要素と、を有する調節器の制御部材のための取り付けアセンブリであって、前記制御部材は前記駆動器筐体内部に配置され、かつ、前記開放位置および前記制御部材が前記弁座と係合する閉鎖位置との間で移動することによって前記流路を通る前記流体の流れを調節するために、前記弁本体および前記弁座に対して変位可能であり、前記取り付けアセンブリは、
前記取り付けアセンブリを前記弁座に近接する前記制御部材の端部に取り付けるために構成された接続部と、
前記弁座に面する陥凹表面とを備える、取り付けアセンブリ。
【請求項９】
前記制御部材の前記陥凹表面は、凹状および円錐形のいずれかである、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１０】
前記陥凹表面は、前記弁座と近接するより大直径と、前記弁座から遠位であるより小直径とを有する、座ぐり穴を備える、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１１】
前記制御部材は中空スリーブを含み、前記接続部は前記中空スリーブの開放端に前記弁座と近接して取り付けられる、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１２】
前記接続部を有し、かつ、前記中空スリーブの前記開放端に接続されたスリーブアダプタと、
前記スリーブアダプタに接続されたディスクホルダーと、を備え、
前記ディスクホルダーおよび前記スリーブアダプタの座ぐり穴を通り抜ける開口によって前記陥凹表面が画定される、請求項１１に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１３】
前記スリーブアダプタの前記座ぐり穴は、前記弁座と近接するより大直径の部分と、前記弁座から遠位であるより小直径の部分とを備え、前記座ぐり穴は、前記中空スリーブの内部と流体連通する、請求項１２に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１４】
前記ディスクホルダーは、環状溝がその中に画定される底部表面を有し、前記取り付けアセンブリは、前記溝内に配置される環状成形座部を備え、かつ、前記制御部材が前記弁本体を通る流体流を遮るための前記閉鎖位置にあるとき、前記弁座と係合するように構成されている、請求項１２に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１５】
位置調整装置および位置調整装置を備える調節弁を製造する方法であって、
一端部に中空の内部および陥凹表面を有する制御部材を提供することと、
付勢部材を提供することと、
保持プレートを前記制御部材の前記内部に取り付けることと、
中間ナットを中央ロッドの第１ねじ端部にねじ留めすることと、
前記中央ロッドの第２ねじ端部を前記保持プレートの中央開口を通り抜けて位置させることと、
前記付勢部材を前記保持プレートと前記ばね座の間に配置するために、前記中央ロッドを、前記付勢部材を貫通し、かつ、ばね座の開口を貫通して、挿入することと、
第１ねじナットを前記中央ロッドの前記第２ねじ端部に取り付けることと、
前記位置調整装置に予め負荷を加えることと、
前記位置調整装置を調節弁に取り付けることと、を含む、方法。
【請求項１６】
前記位置調整装置に予め負荷を加えることは、前記中間ナットおよび前記第１ねじナットのうちの１つを締め付けることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２ねじナットを前記中央ロッドの前記第２ねじ端部に取り付けることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
既定の位置に到達し、かつ、前記中央ロッド上の１つまたは複数の目印によって確認されるまで、前記中間ナットを締め付けることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記位置調整装置を前記調節器に取り付けることは、駆動器筐体内の２枚のダイヤフラムプレートの間の前記制御部材の外部表面上に、円周フランジを結合することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
流体のための流路を画定し、弁座を有する弁本体と、
前記弁本体に結合された駆動器筐体と、
前記駆動器筐体内部に配置された制御部材であって、前記制御部材が前記弁座から離間する開放位置と、前記制御部材が前記弁座と係合する閉鎖位置との間で移動することにより、前記流路を通過する前記流体の流れを調節するための、前記弁本体および前記弁座に対する変位のために適合された制御部材と、
前記制御部材に動作可能に結合され、前記制御部材を前記開放位置に向かって付勢するばねと、を備え、
前記弁座に面する前記制御部材の底部表面が陥凹表面であり、前記陥凹表面は、前記弁座に近接するより大直径の部分と前記弁座から遠位であるより小直径の部分とを有する座ぐり穴を含む、調節器。
【請求項２】
前記駆動器筐体内部に配置され、前記調節器の出口圧力の変化に応じて前記制御部材を移動させるために前記制御部材と動作可能に結合されたダイヤフラムサブアセンブリを備える、請求項１に記載の調節器。
【請求項３】
前記制御部材の前記陥凹表面は、凹状および円錐形のうちの１つである、請求項１に記載の調節器。
【請求項４】
前記制御部材は、
中空スリーブと、
前記中空スリーブの開放端に前記弁座と近接して取り付けられ、前記陥凹表面を有する取り付けアセンブリとを備える、請求項１に記載の調節器。
【請求項５】
前記取り付けアセンブリは、
前記中空スリーブの前記開放端に接続されたスリーブアダプタと、
前記スリーブアダプタと接続されたディスクホルダーと、を備え、
前記ディスクホルダーおよび前記スリーブアダプタの座ぐり穴を通り抜ける開口によって前記陥凹表面が画定される、請求項４に記載の調節器。
【請求項６】
前記スリーブアダプタの前記座ぐり穴は、前記弁座に近接する前記より大直径の部分と、前記弁座から遠位である前記より小直径の部分とを備え、前記座ぐり穴は前記流体流路を前記中空スリーブの内部と流体連通させる、請求項５に記載の調節器。
【請求項７】
前記ディスクホルダーは、環状溝がその中に画定される底部表面を有し、前記取り付けアセンブリは、前記溝内に配置される環状成形座部を備え、かつ、前記制御部材が前記弁本体を通る流体流を遮るための前記閉鎖位置にあるとき、前記弁座と係合するように構成される、請求項５に記載の調節器。
【請求項８】
流体のための流路を画定する弁本体を有し、弁座と、前記弁本体に結合された駆動器筐体と、前記制御部材に動作可能に結合され前記制御部材を開放位置に向かって付勢する付勢要素と、を有する調節器の制御部材のための取り付けアセンブリであって、前記制御部材は前記駆動器筐体内部に配置され、かつ、前記開放位置および前記制御部材が前記弁座と係合する閉鎖位置との間で移動することによって前記流路を通る前記流体の流れを調節するために、前記弁本体および前記弁座に対して変位可能であり、前記取り付けアセンブリは、
前記取り付けアセンブリを前記弁座に近接する前記制御部材の端部に取り付けるために構成された接続部と、
前記弁座に面する陥凹表面とを備える、取り付けアセンブリ。
【請求項９】
前記制御部材の前記陥凹表面は、凹状および円錐形のいずれかである、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１０】
前記陥凹表面は、前記弁座と近接するより大直径と、前記弁座から遠位であるより小直径とを有する、座ぐり穴を備える、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１１】
前記制御部材は中空スリーブを含み、前記接続部は前記中空スリーブの開放端に前記弁座と近接して取り付けられる、請求項８に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１２】
前記接続部を有し、かつ、前記中空スリーブの前記開放端に接続されたスリーブアダプタと、
前記スリーブアダプタに接続されたディスクホルダーと、を備え、
前記ディスクホルダーおよび前記スリーブアダプタの座ぐり穴を通り抜ける開口によって前記陥凹表面が画定される、請求項１１に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１３】
前記スリーブアダプタの前記座ぐり穴は、前記弁座と近接するより大直径の部分と、前記弁座から遠位であるより小直径の部分とを備え、前記座ぐり穴は、前記中空スリーブの内部と流体連通する、請求項１２に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１４】
前記ディスクホルダーは、環状溝がその中に画定される底部表面を有し、前記取り付けアセンブリは、前記溝内に配置される環状成形座部を備え、かつ、前記制御部材が前記弁本体を通る流体流を遮るための前記閉鎖位置にあるとき、前記弁座と係合するように構成されている、請求項１２に記載の取り付けアセンブリ。
【請求項１５】
位置調整装置および位置調整装置を備える調節弁を製造する方法であって、
一端部に中空の内部および陥凹表面を有する制御部材を提供することと、
付勢部材を提供することと、
保持プレートを前記制御部材の前記内部に取り付けることと、
中間ナットを中央ロッドの第１ねじ端部にねじ留めすることと、
前記中央ロッドの第２ねじ端部を前記保持プレートの中央開口を通り抜けて位置させることと、
前記付勢部材を前記保持プレートと前記ばね座の間に配置するために、前記中央ロッドを、前記付勢部材を貫通し、かつ、ばね座の開口を貫通して、挿入することと、
第１ねじナットを前記中央ロッドの前記第２ねじ端部に取り付けることと、
前記位置調整装置に予め負荷を加えることと、
前記位置調整装置を調節弁に取り付けることと、を含む、方法。
【請求項１６】
前記位置調整装置に予め負荷を加えることは、前記中間ナットおよび前記第１ねじナットのうちの１つを締め付けることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２ねじナットを前記中央ロッドの前記第２ねじ端部に取り付けることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
既定の位置に到達し、かつ、前記中央ロッド上の１つまたは複数の目印によって確認されるまで、前記中間ナットを締め付けることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記位置調整装置を前記調節器に取り付けることは、駆動器筐体内の２枚のダイヤフラムプレートの間の前記制御部材の外部表面上に、円周フランジを結合することを含む、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５２５６１６（Ｐ２０１２−５２５６１６Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０７４５９（Ｐ２０１２−５０７４５９）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３２３４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２６８０９
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５１０２７９０３３）エマーソン プロセス マネージメント レギュレーター テクノロジーズ インコーポレイテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３２３４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２６８０９
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５１０２７９０３３）エマーソン プロセス マネージメント レギュレーター テクノロジーズ インコーポレイテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
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