(57)【要約】流体圧マニホルドがバルブアクチュエータ用のバルブボンネットとアクチュエータシートとして用いられる、小型の燃料制御バルブが提示される。バルブ本体は、燃料入口、燃料出口、および調量プラグ開口を有する。調量プラグ開口内に装着され、流体圧マニホルドに取り付けられる調量プラグガイドは、バルブ本体と流体圧マニホルドの間で熱バリアを形成して、高温ガス状流体からより低温の構成部品を保護する。バルブ調量プラグは、バルブアクチュエータピストンに直接連結されている。流体圧マニホルドは、重複するシールと漏洩流路により流体圧系とガス状燃料との間のバリアを維持する。大気に通じる流体圧マニホルド内の中間ベントは、更に、ガスと流体圧システムの物理的な隔離を維持する。
2005506496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料入口、前記燃料入口と流体連通する燃料出口、およびバルブ調量プラグ開口を有するバルブ本体と；
作動領域を有するアクチュエータシリンダに可動に取り付けられるアクチュエータピストンと；
バルブボンネットおよびアクチュエータシートを形成する流体圧マニホルドとを備え；
前記流体圧マニホルドは、前記アクチュエータピストンと通じる流体圧流路、流体圧シール漏洩流路、およびガスシール漏洩流路を有し、前記アクチュエータシリンダは、前記アクチュエータシートで前記流体圧マニホルドに接続され、前記流体圧マニホルドは、前記バルブ調量プラグ開口内に装着される調量プラグガイドを有し、前記調量プラグガイドは、前記バルブ本体と前記流体圧マニホルドとの間に熱隔離バリアを形成しており；
更に、前記調量プラグガイド内に可動に装着され、前記アクチュエータピストンに直接連結されるバルブ調量プラグを備え；
前記バルブ調量プラグは、閉位置の場合に、前記燃料入口から前記燃料出口を塞ぎ、前記アクチュエータピストンが命令された位置に応答して移動される場合に、可変サイズの開口を提供して、燃料が様々な流量で流れるようにする；
燃料制御バルブ。
【請求項２】
前記流体圧シール漏洩流路は、流体圧ドレイン接続に通じ、前記燃料制御バルブは、更に、作動中の前記作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる二重で冗長の流体圧シールを備える、請求項１の燃料制御バルブ。
【請求項３】
前記ガスシール漏洩流路はベントシステムに通じ、前記燃料制御バルブは、更に、前記バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる二重で冗長のシールを備える請求項１の燃料制御バルブ。
【請求項４】
前記流体圧マニホルドは、大気に通じる中間ベントを含み、前記燃料制御バルブは、更に、前記ガスシール漏洩流路と前記中間ベントとの間に設置されるシールを備える、請求項１の燃料制御バルブ。
【請求項５】
前記流体圧シール漏洩流路は流体圧ドレイン接続に通じ、前記ガスシール漏洩流路はベントシステムに通じ、前記燃料制御バルブは、更に作動中の前記作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる二重で冗長の流体圧シール、および前記バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる二重で冗長のシールを備える、請求項４の燃料制御バルブ。
【請求項６】
前記アクチュエータピストンは、前記バルブ調量プラグを受けるためのピストン孔を有する、請求項５の燃料制御バルブ。
【請求項７】
前記バルブ調量プラグは、アクチュエータピストンストロークに対する線形のガス流を提供するよう曲面が付いている、請求項６の燃料制御バルブ。
【請求項８】
前記ピストン孔はねじが付けられ、前記バルブ調量プラグは前記ピストン孔に取り外し可能にねじ込みされている、請求項７の燃料制御バルブ。
【請求項９】
更に、前記アクチュエータピストンの中心線上で前記アクチュエータピストンに連結される位置フィードバック装置を備える、請求項１の燃料制御バルブ。
【請求項１０】
燃料入口、前記燃料入口と流体連通する燃料出口、およびバルブ調量プラグ開口を有するバルブ本体と；
作動領域を有し、アクチュエータシリンダに可動に取り付けられるアクチュエータピストンと；
バルブボンネットおよびアクチュエータシートを形成する流体圧マニホルドとを備え；
前記流体圧マニホルドは、前記作動領域と流体連通する流体圧流路を有し、前記アクチュエータシリンダが、前記アクチュエータシートで前記流体圧マニホルドに取り付けられ；
更に、前記バルブ調量プラグ開口内に装着され、前記流体圧マニホルドに取り付けられる調量プラグガイドであって、プラグ孔を有する調量プラグガイドと；
前記プラグ孔内に可動に装着され、前記アクチュエータピストンに直接連結されるバルブ調量プラグとを備え；
前記バルブ調量プラグは、閉位置の場に、前記燃料入口から前記燃料出口を塞ぎ、前記アクチュエータピストンが命令された位置に応答して移動される場合に、可変サイズの開口を提供して、燃料が様々な流量で流れるようにする；
燃料制御バルブ。
【請求項１１】
前記調量プラグガイドが、前記バルブ本体と前記流体圧マニホルドとの間に熱隔離バリアを形成する、請求項１０の燃料制御バルブ。
【請求項１２】
前記流体圧マニホルドが流体圧ドレイン接続に通じる流体圧シール漏洩流路を有し、前記燃料制御バルブが更に、作動中の前記作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる少なくとも一つの流体圧シールを備える、請求項１１の燃料制御バルブ。
【請求項１３】
前記ガスシール漏洩流路がベントシステムに通じ、前記燃料制御バルブが更に、前記バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる少なくとも一つのガスシールを備える、請求項１０の燃料制御バルブ。
【請求項１４】
前記流体圧マニホルドが大気に通じる中間ベントを含み、前記燃料制御バルブが更に、前記ガスシール漏洩流路と前記中間ベントとの間に設置されるシールを備える、請求項１０の燃料制御バルブ。
【請求項１５】
前記流体圧シール漏洩流路は流体圧ドレイン接続に通じ、前記ガスシール漏洩流路はベントシステムに通じ、前記燃料制御バルブは、更に作動中の前記作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる二重で冗長の流体圧シール、および前記バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる二重で冗長のガスシールを備える、請求項１４の燃料制御バルブ。
【請求項１６】
前記ピストンはねじ付きピストン孔を有し、前記バルブ調量プラグは前記ねじ付ピストン孔に取り外し可能にねじ込みされている、請求項１５の燃料制御バルブ。
【請求項１７】
更に、前記アクチュエータピストンの中心線上で前記アクチュエータピストンに連結される位置フィードバック装置を備える、請求項１５の燃料制御バルブ。
【請求項１８】
前記位置フィードバック装置がＬＶＤＴである、請求項１７の燃料制御バルブ。
【請求項１９】
燃料入口、前記燃料入口と流体連通する燃料出口、およびバルブ調量プラグ開口を有するバルブ本体と；
作動領域を有する、アクチュエータシリンダに可動に取り付けられるアクチュエータピストンと；
バルブボンネットおよびアクチュエータシートを形成する流体圧マニホルドとを備え；
前記流体圧マニホルドは、前記アクチュエータピストンと連通する流体圧流路、流体圧シール漏洩流路、およびガスシール漏洩流路を有し、前記アクチュエータシリンダは、前記アクチュエータシートで前記流体圧マニホルドに接続され、前記流体圧マニホルドは、前記バルブ調量プラグ開口内に装着される調量プラグガイドを有し、前記調量プラグガイドは、前記バルブ本体と前記流体圧マニホルドとの間に熱隔離バリアを形成し；
更に、前記調量プラグガイド内に可動に装着され、前記アクチュエータピストンに直接連結されるバルブ調量プラグを備え；
前記バルブ調量プラグは、閉位置の場合に、前記燃料入口から前記燃料出口を塞ぎ、前記アクチュエータピストンが命令された位置に応答して移動される場合に、可変サイズの開口を提供して、燃料が様々な流量で流れるようにし；
更に、前記アクチュエータピストンの中心線上で前記アクチュエータピストンに連結される位置フィードバック装置を備える；
燃料制御バルブ。
【請求項２０】
前記流体圧マニホルドは大気に通じる中間ベントを含み、前記流体圧シール漏洩流路は流体圧ドレイン接続に通じ、そして前記ガスシール漏洩流路はベントシステムに通じ、前記燃料制御バルブは、更に作動中の前記作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる一対の流体圧シール、前記バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる一対のガスシール、前記ガスシール漏洩流路と前記中間ベントとの間に設置されるガスシール、および前記流体圧シール漏洩流路と前記中間ベントとの間に設置される流体圧シールを備える、請求項１９の燃料制御バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にバルブに関し、より詳細には、流体圧により作動する制御バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御バルブは、多様な用途のために多くの工業的な環境内で用いられている。一つの用途として、工業用（または公共用）ガスタービンの燃焼システムへのガス燃料流の制御があり、そこで用いられるバルブは、臨界ガス流とストロークの関係に高い線形性を要求されるのが普通である。ガス燃料流制御に用いられるプロセス制御バルブの典型的な実施の形態は、工業用流体圧アクチュエータに結合される突出シャフトを持つボンネット型バルブにより構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的な設計では、流体圧シリンダに結合された内蔵型プロセスバルブを持つ工業用標準ハードウエアを用いる。これらの設計は２つの問題を抱えている。第１の問題は、支持のない長い制御面がある設計になり、サイズと重量の点で大規模になってしまうということである。その結果、設計は振動により引き起こされる故障を起こしやすくなる。第２の問題は、バルブピストンの位置制御に用いるフィードバック装置が、バルブ他端で、バルブ／アクチュエータアセンブリの中心線の外側で結合されるということである。アクチュエータアセンブリの一端から他端までの温度差と相まって、長さが長いことと、フィードバック装置が中心線からずれていることは、あらゆる運転条件におけるフィードバック精度を低下させることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、バルブボンネットとバルブアクチュエータ用アクチュエータシートとして流体圧マニホルドを用いる小型の燃料制御バルブを提供する。これは燃料制御バルブの構造を十分支持しつつ、機能性を維持するのに要求される部品の点数を減少させる。バルブ本体は、燃料入口、燃料出口、およびバルブ調量プラグ開口を有する。調量プラグガイドはバルブ調量プラグ開口内に装着され、流体圧マニホルドに取り付けられ、バルブ本体と流体圧マニホルドの間で熱バリアを形成して、低温の構成部品を高温ガス流体から保護する。調量プラグガイドは、アクチュエータピストンに直接連結されるバルブ調量プラグを受ける孔を有している。連結は流体圧流体内で行われ、連結部に引き起こされる振動を流体圧により制動する。
【０００５】
流体圧マニホルドは、流体圧とガス状燃料との間のバリアを維持する。二重で冗長の流体圧シールが、調量プラグに沿って作動領域と流体圧シール漏洩流路との間にあり、運転中の作動領域からの流体圧流体の漏洩を減少させる。バルブ本体からの燃料漏洩を減少させる二重で冗長のガスシールは、調量プラグに沿って、バルブ本体とガスシール漏洩流路との間に配置される。流体圧マニホルド内の流体圧シール漏洩流路は流体圧ドレイン結合に通じ、ガスシール漏洩流路はベントシステムに通じる。大気に通じる流体圧マニホルド内の中間ベントは、ガスと流体圧システムの物理的な隔離を更に維持する。
【０００６】
上記およびその他の本発明の利点は、追加の発明性の特長とともに、本明細書中で提供される本発明の説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を特定の好適な実施の形態に関連して説明するが、これら実施の形態に限定する意図はない。逆に、その意図は、全ての代替、改変および同等物を、添付の請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲内に含まれるものとして網羅することにある。
【０００８】
本発明は、工業用または公共用ガスタービン、または他の連続燃焼システムのための燃料流を制御する小型パッケージの燃料制御バルブを提供する。類似の参照符号は類似の要素を参照している図面を見ると、本発明による燃料制御バルブ２０の例示としての実施の形態を図１に示す。以下の説明から分かるように、燃料制御バルブ２０は、流体と流体の隔離バリアを持つ電気流体圧式アクチュエータをコンパクトな設計で統合しているバルブである。
【０００９】
ここで図１〜図３を参照すると、バルブ本体２２は、燃料入口２４、燃料出口２６、およびバルブ調量プラグガイド３０用のバルブ調量プラグ開口２８を有する。流体圧マニホルド３２が、バルブ調量プラグガイド３０に装着され、マニホルドボルト３４によりバルブ本体２２に保持されている。バルブ調量プラグガイド３０は、薄型熱バリアを提供して、低温の構成部品をバルブ本体２２を通って流れる高温のガス状燃料から保護する。流体圧マニホルド３２は、バルブ本体２２のためのバルブボンネットとして用いられ、アクチュエータ４０の段付端部３８を受けるためのバルブシート３６を有している。
【００１０】
アクチュエータ４０は、作動領域４６を有するアクチュエータピストン４４を収納するアクチュエータシリンダ４２を有する。流体圧シール４８は、アクチュエータピストン４４と大気との間のダイナミックシールを提供する。ピストンベアリング５０は、アクチュエータシリンダ４２内のアクチュエータピストンの配置を支持する。一実施の形態では、アクチュエータピストン４４は、バルブ調量プラグ５６を受けるためのねじ孔５４を有する。代替としては、バルブ調量プラグ５６がねじ孔を有し、アクチュエータピストンがその孔にねじ込まれる。アクチュエータ４０は、フェールセーフ操作のためのシングル動作バネ負荷設計である。バネ５２は、アクチュエータシリンダ４２内に設置され、故障が起きた場合にアクチュエータピストン４４を閉位置まで移動させるのに十分な閉じ力を提供するサイズとされる。バネ５２は、アクチュエータピストン４４の段付端部５３ａにより所定位置に保持される。代替として、バネ５２は、別体の段付部品５３ｂ（図３参照）によって所定位置に保持されてもよい。
【００１１】
位置フィードバック装置５８は、アクチュエータシリンダ４２内に設置され、バネ５２の内径の内側で、アクチュエータ４０の中心線上においてアクチュエータピストン４４と連結されている。位置フィードバック装置５８は、アクチュエータピストンの位置情報を制御システム（不図示）に提供する。中心線上の連結は、あらゆる運転条件における位置フィードバック装置５８の精度と再現性に関する熱膨張の影響を軽減する。位置フィードバック装置５８はＬＶＤＴ（線形可変作動変圧器）である。一実施の形態では、ＬＶＤＴは、２個のコイル、２個のロッドを有する装置である（すなわち、二重装置である）。代替として、ＬＶＤＴは、単式装置であってもよい。位置フィードバック装置５８は、アクチュエータピストン４４に直接連結されてもよく、あるいは位置フィードバック装置５８を隔離するベアリングに装着されてもよい。
【００１２】
バルブ調量プラグ５６は、バルブ調量プラグガイド３０の孔部６０内に装着される。バルブ調量プラグ５６は、一定の上流圧力において、アクチュエータストローク（つまり、位置）に対して線形のガス流を提供するような形状をした曲面６２を有する。
【００１３】
燃料制御バルブ２０は、最後の機会の流体濾過を行うための流体圧フィルタ６４を含んで、アクチュエータおよびサーボバルブ６６の長期間の動作を保証する。サーボバルブ６６は、流体圧流体を流体圧マニホルド３２により適切なキャビティに送って、アクチュエータピストン４４を位置決めする。サーボバルブ６６は、単式の、重複の、または三重のコイル設計でもよい。
【００１４】
バルブ調量プラグガイド３０および流体圧マニホルド３２は、幾つかの対策（つまり、バリア）を含んで、流体と流体の隔離を保つ。これらバリアは、流体圧システムを、高温、高圧のガス状燃料の侵入から保護し、ガス燃料システムを流体圧圧力からの潜在的侵入から保護する。先に示したように、バルブ調量プラグガイド３０は、バルブ本体２２と流体圧マニホルド３２との間の熱バリアとして働く。ここで図４を参照すると、バリアは小さな範囲内に設けられ、漏洩流路、ベント、およびシールから成っている。ガス燃料システムは、作動領域４６からの流体圧流体の漏洩を低減する二重で冗長のシールを形成する一対の流体圧シール６８により流体圧システムから保護される。流体圧シール６８を介して漏れ出す流体圧流体は、流体圧漏洩流路７２を経由して流体圧ドレイン接続７０へと戻される。流体圧ドレイン接続７０は、説明のために燃料入口の近傍に示している。当該技術に精通する者にとって明らかなように、ドレイン接続７０は、流体圧マニホルド３２に沿っていればどこに設置されてもよい。流体圧シール７４を用いて、流体圧流体がガス燃料システムへ漏れ出すのを防ぐ。流体圧シール７４を越えて漏れ出すいずれの流体圧流体も、中間ベント７６を経て大気中に放出される。
【００１５】
流体圧システムは、バルブ本体２２からのガス状燃料の漏洩を減少させる二重で冗長のシールを形成する一対のガスシール７８により、ガス燃料システムから保護される。ガスシール７８を通過して漏れるいかなる燃料も、ガスシール漏洩流路８０を経て需要者ベントシステムに送られる。ガスシール８２は、ガス状燃料が流体圧システムに進入することを防ぐために用いられる。ガスシール８２を越えて流れるいかなるガス状燃料も、中間ベント７６を経て大気中に放出される。
【００１６】
作動中は、外部コントローラがサーボバルブ６６に命令して、流体圧マニホルド３２内の流路を経て作動領域４６へ、または作動領域の外へ、流体を送ってアクチュエータピストン４４を上下動することにより、アクチュエータピストン４４の位置を調節し、それによって、バルブ調量プラグ５６を所望のガス状燃料流量に対して要求される位置へ移動させる。位置フィードバック装置５８の出力信号は、コントローラの位置制御ループで用いるために外部コントローラへ送られる。
【００１７】
小型のガス燃料制御バルブを説明してきた。アクチュエータ４０、流体圧マニホルド３２、およびバルブ本体２２を小型パッケージに統合したため、全体の大きさと重量は、市販の標準バルブよりおよそ５０％小さい。そのパッケージは、制御バルブ２０の自由振動数を、工業用または公共用ガスタービンが動作する周波数を越える十分なレベルにまで上昇させるので、振動による故障の発生度を大幅に減少させる。別体のバルブボンネットとアクチュエータシリンダキャップの消去は、ガス燃料制御バルブの構成部品点数を減らす。構成部品の減少は、同等またはそれ以上の機能性を保つ一方で、システムの信頼性を向上させ、システムのコストを低減する。
【００１８】
発明を説明する文脈における名詞及び同様な指示語の使用は（特に前出の特許請求の範囲の文脈において）、本明細書で他に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明しやすくするという意図であるに過ぎず、特に請求項に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。本明細書内の言葉はすべて、本発明の実施に必要な基本的な請求項中の要素を示すものと解釈すべきである。
【００１９】
本発明の多様な実施形態についての前記記述は、図示と説明の目的のために提示された。本発明を開示した精確な実施の形態で論じ尽くすとしたり、開示した精確な実施の形態に限定する意図はない。上記教示に照らして数多くの改変または変形が可能である。検討した実施の形態は、本発明の原理およびその実践的応用を最良に説明するよう選択し、説明され、当該技術に精通する者にとって、本発明を多様な実施の形態で、そして意図した特定使用に適するような多様な改変により利用することが可能である。すべてのかかる改変および変形は、公正に、法的に、そして公平に権利を与えられた外延に基づいて解釈される場合、添付の請求の範囲により決定されるように本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面には、本発明の幾つかの局面を説明し、その説明と併せて本発明の原理の説明に役立てる。
【図１】図１は、本発明による燃料制御バルブの斜視図である。
【図２】図２は、図１の燃料制御バルブの一実施の形態の断面図である。
【図３】図３は、図１の燃料制御バルブの別の実施の形態の断面図である。
【図４】図４は、図１の燃料制御バルブの燃料バリアへの流体の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
２０            燃料制御バルブ
２２            バルブ本体
２４            燃料入口
２６            燃料出口
２８            バルブ調量プラグ開口
３０            バルブ調量プラグガイド
３２            流体圧マニホルド
３４            マニホルドボルト
３６            バルブシート
３８            段付端部
４０            アクチュエータ
４２            アクチュエータシリンダ
４４            アクチュエータピストン
４６            作動領域
４８            流体圧シール
５０            ピストンベアリング
５２            バネ
５３ａ            段付端部
５３ｂ            段付部品
５４            ねじ孔
５６            バルブ調量プラグ
５８            位置フィードバック装置
６０            （バルブ調量プラグガイドの）孔部
６２            曲面
６４            流体圧フィルタ
６６            サーボバルブ
６８            流体圧シール
７０            流体圧ドレイン接続
７２            流体圧漏洩流路
７４            流体圧シール
７６            中間ベント
７８            ガスシール
８０            ガスシール漏洩流路
８２            ガスシール
【国際公開パンフレット】
2005506496.tif 000003
2005506496.tif 000004
2005506496.tif 000005
2005506496.tif 000006
2005506496.tif 000007
2005506496.tif 000008
2005506496.tif 000009
2005506496.tif 000010
2005506496.tif 000011
2005506496.tif 000012
2005506496.tif 000013
2005506496.tif 000014
2005506496.tif 000015
2005506496.tif 000016
2005506496.tif 000017
2005506496.tif 000018
2005506496.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506496.tif 000020
2005506496.tif 000021
【国際調査報告】
2005506496.tif 000022
2005506496.tif 000023