(57)【要約】【課題】  制御弁がそのフェイルセーフの位置に移動することができる機構を備えた制御バルブシステムの提供。【解決手段】  このシステムはレギュレータ（４２）から加圧流体を受け入れるバルブアクチエータ（２８）を含んでいる。上記レギュレータは逆圧排出弁（７６）を備えている。この逆圧排出弁（７６）とは、もしバルブアクチエータ内の圧力が低下する場合には、バルブがそのフェイルセーフの位置に至るとき、この弁（７６）が開弁作動し、それによってレギュレータの出口内の超過圧力がそこを通って放出される通路を迅速且つ正確に提供する弁である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力レギュレータであって、
ハウジングと、
第一圧力に減圧された流体を受け入れる、上記ハウジング内の入口と、
第二圧力に加圧された流体を排出する、上記ハウジング内の出口と、
上記入口と出口とを連通する通路と、
上記ハウジング内に可動に組み込まれ、且つ、上記通路に配置されたプラグであって、通路を閉止する第一位置と通路を全開にする第二位置との間の範囲に移動可能にされてなるプラグと、
上記ハウジング内部において出口と入口との間に延設された逆圧排出弁であって、通常は閉弁しており、出口の圧力が入口の圧力を所定量上回ると開作動する逆圧排出弁と
を備えてなる圧力レギュレータ。
【請求項２】
上記プラグを全開位置に向けて付勢するための、上記ハウジング内のバネをさらに含んでなる請求項１記載の圧力レギュレータ。
【請求項３】
上記バネによる上記付勢の程度を変更するための機構をさらに含んでなる請求項２記載の圧力レギュレータ。
【請求項４】
上記入口と出口との間に配置されたフィルタをさらに含んでなる請求項１記載の圧力レギュレータ。
【請求項５】
上記入口と出口との間に配置された湿分トラップをさらに含んでなる請求項１記載の圧力レギュレータ。
【請求項６】
上記逆圧排出弁が一方向チェック弁であり、この一方向チェック弁が、ハウジング内の入口と出口との間に配置された弁座および可動のプラグと該プラグを上記弁座に向けて付勢するバネとを有している請求項１記載の圧力レギュレータ。
【請求項７】
上記バネのサイズが上記所定量を決定し、該所定量が約４１．３４ｋＰａである請求項１記載の圧力レギュレータ。
【請求項８】
バルブシステムであって、
プロセス流体の流れを調整する制御弁と、
該制御弁に連結され、加圧流体によって駆動されるバルブアクチエータと、
該バルブアクチエータと動作的に組み合わされたレギュレータであって、特定圧力の流体を上記バルブアクチエータに供給し、入口、出口およびこれらの間の可動要素を含んでおり、さらに、出口内の圧力が入口内の圧力を所定量上回ったときに出口と入口とを連通するようにされた逆圧排出弁を含んでいるレギュレータと
を備えてなるバルブシステム。
【請求項９】
制御信号を受け取り、該制御信号に基づいてレギュレータからバルブアクチエータへ加圧流体を差し向けるポジショナをさらに含んでなる請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１０】
上記逆圧排出弁が一方向チェック弁であり、
該チェック弁が、入口、出口、出入口間に配置された弁座、および、バネによって該弁座に押圧される可動の弁要素を有するハウジングを含んでなる請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１１】
上記バネが上記弁要素を上記制御弁の出口に向けて付勢してなる請求項１０記載のバルブシステム。
【請求項１２】
上記所定量が約４１．３４ｋＰａの差圧である請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１３】
上記レギュレータが、レギュレータの可動要素を開位置に付勢するバネをさらに含んでなる請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１４】
上記レギュレータが、出入口間に配置されたフィルタをさらに含んでなる請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１５】
上記レギュレータが、出入口間に配置された湿分トラップをさらに含んでなる請求項８記載のバルブシステム。
【請求項１６】
制御バルブシステムを運転する方法であって
バルブアクチエータの位置を変更するために、加圧流体をレギュレータからバルブアクチエータに送るステップと、
上記バルブアクチエータの位置の変化に基づいて制御弁の位置を変更するステップと、
上記制御弁をフェイルセーフによって所定位置に至らせたいときにバルブアクチエータから超過圧力を逃がすステップであって、上記超過圧力がレギュレータ内に配設された逆圧排出弁を通して逃がされるステップと
を含んでなる運転方法。
【請求項１７】
上記レギュレータの出口内の圧力がレギュレータの入口内の圧力より所定量上回ったときに上記超過圧力が排出されてなる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
上記所定量が約４１．３４ｋＰａである請求項１７記載のバルブシステム。
【請求項１９】
上記逆圧排出弁がバネに付勢された要素を含んでおり、レギュレータの出口内の圧力がレギュレータの入口内の圧力より高く、その差圧がバネの付勢力に打ち勝つに十分な力を発生させたときに、超過圧力が排出されてなる請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
加圧流体がポジショナによってレギュレータからバルブアクチエータに送られる請求項１６記載のバルブシステム。
【請求項２１】
要求された制御弁の位置を表す信号を上記ポジショナに受信させるステップをさらに含んでなる請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
上記バルブアクチエータ内の差圧を調節することによってバルブアクチエータの位置が変更される請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は圧力制御装置に関し、さらに詳しくは、所定レベルに加圧された加圧流体を提供するレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのプロセス制御の環境においては、プロセス流体の流れは一またはそれ以上の制御弁によって調整される。この制御弁自体は、その入口と出口との間の変化する開口を調節するための、摺動弁棒、バタフライ弁体、回転ボールの形態を持った制御要素を使用する数多くの異なる構成をとることが可能である。制御弁は、上記制御要素と機械的に連結されたバルブアクチエータによって制御される。バルブアクチエータもまた、ハウジングの内部であって上部圧力チャンバと下部圧力チャンバとの間にその側部を保持されたダイアフラムを採用した形態を含み、数多くの構成が採用されうる。第一のチャンバと第二のチャンバとの間の差圧を制御することにより、上記ダイアフラムは制御弁に対して上方または下方に動かされ、このダイアフラムと一体となっている弁棒および制御要素が移動する。
【０００３】
したがって、上記バルブアクチエータに圧力値の分かっている流体を供給することが重要であることが理解できる。上記ダイアフラム式アクチエータの場合、普通は加圧空気が流体として用いられ、レギュレータによって供給される。このレギュレータは入口および出口を有するハウジングを含んでいる。この入口には、上記レギュレータが設置されたプラントのコンプレッサのような加圧空気源が接続されている。そのようなプラントは、精錬所、化学処理プラント、食料品処理プラントなど、流体の圧力や流れの調整が重要な位置を占めるプロセス制御環境の形態をとっている。上記レギュレータのハウジングはバルブアクチエータに接続されるべき出口をさらに含んでおり、ハウジング内の入口と出口との間に配置されたプラグを含んでいる。出入口を連通する通路内に配置されたプラグの位置により、レギュレータから供給される圧力は、バルブアクチエータへの精確な供給されるために所定（または知られた）の値まで昇圧または減圧させられ得る。
【０００４】
レギュレータからバルブアクチエータへ送られる上記加圧流体の流れを制御するために、それらの間にポジショナ（ときおり制御装置または計器ともいう）が配設される。このポジショナは、上記プラントまたは設備のプロセッサから信号を受信することができる。この信号は要求されているプロセス流体の流れを表している。受信した信号に基づいて、ポジショナが要求されるバルブ位置を決定し、正しいバルブ位置および最終的には要求されたプロセス流体の流れを提供するためにふさわしいように、加圧流体をレギュレータからバルブアクチエータへ通過させる。
【０００５】
バルブアクチエータに対して精確に調整されたレベルの加圧流体を提供することに加えて、そのようなシステムは、制御弁をフェイルセーフによって安全位置に至らしめる機構を提供しなければならない。前述したように、このような制御弁は、バルブがフェイルセーフによって安全位置に至る必要がある化学プロセスプラントや精錬所においてしばしば用いられる。この安全位置は、制御弁がフェイルセーフによって全開位置または全閉位置に至ることを意味しうる。いずれの事態においても、制御弁がそのような位置に到達するために、制御弁を制御するバルブアクチエータの内部の加圧流体は完全に消費されるかシステムから完全に排出されなければならない。しかし、バルブアクチエータはレギュレータから加圧流体を受け取るので、レギュレータはバルブアクチエータからの超過圧力を逃がす何らかの機構を備えている必要がある。レギュレータの出口圧力の恒常的な放出を改良するための方法は、放出オリフィスの固定された内外径を含むが、これには限定されない。しかし、そのような設計はレギュレータの出口圧力がコンスタントに大気へ放出されることを要求する。それにより、放出される空気から音が発生し、プラントのコンプレッサシステムに対して高い要求が生じ、機械的損傷や欠陥の誤った表示を与える。
【０００６】
したがって、改良されたレギュレータの設計にとって必要なことは、要求されたときにレギュレータ出口の超過圧力が迅速で且つ信頼性をもって放出されることであることがわかる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によれば、ハウジング、入口、出口、通路、プラグおよび排出弁を備えた圧力レギュレータが示される。第一圧力にまで加圧された流体を受け入れて第二圧力まで減圧された流体を調整する入口および出口はハウジングに形成されていてもよい。上記通路は入口と出口とを連通しており、可動のプラグが上記通路内に位置するようにハウジング内に組み込まれている。上記プラグは通路を閉止する第一位置と通路を全開にする第二位置との間の範囲に移動可能にされている。排出弁は出口と入口との間に延設され、通常は閉弁しており、出口の圧力が入口の圧力を所定量上回ると開作動する。
【０００８】
本開示の他の態様によれば、制御弁と、バルブアクチエータと、レギュレータとを備えたバルブシステムが示される。制御弁はプロセス流体の流れを調整することができ、バルブアクチエータは制御弁に連結され、加圧流体によって駆動される。レギュレータはバルブアクチエータに動作的に組み合わされ、特定圧力の流体を上記バルブアクチエータに供給するように構成されてもよい。上記バルブアクチエータは、入口、出口およびこれらの間の可動要素を含んでおり、レギュレータは、出口内の圧力が入口内の圧力を所定量上回ったときに出口と入口とを連通するようにされた逆圧排出弁をさらに含んでいてもよい。
【０００９】
本開示のさらに他の態様によれば、制御バルブシステムを運転する方法が示されている。この方法は、バルブアクチエータの位置を変更するために、加圧流体をレギュレータからバルブアクチエータに送り、上記バルブアクチエータの位置の変化に基づいて制御弁の位置を変更し、上記制御弁を所定位置に移動させたいときにバルブアクチエータから超過圧力を逃がす。上記超過圧力は、レギュレータ内に配設された逆圧排出弁を通して排出される。
【００１０】
本開示の、前述した態様および特徴並びに他の態様および特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ読むとより明確になる。
【００１１】
以下の詳細な説明は、多くの変形や代替構成を述べるが、それらのある実施形態は図面に示され、また、以下に説明される。しかしながら、本開示をここに示されている特定の形態に限定する趣旨ではなく、それどころか、全ての変形、代替構成、および、添付のクレームに記載の発明の範疇および精神の範囲にある均等物のすべてを網羅する趣旨である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、ここでの開示によってなされる教示に従って構成されたバルブシステムは、通常は符号２０によって示されている。このバルブシステムは、精錬所、化学処理プラント、食料品処理プラントなどを含むがこれらに限定されない様々な異なる設備に採用することができる。各設備において、上記バルブシステム２０はプロセス流体の流れを望まれる圧力、流量、体積に調整するために採用することができる。
【００１３】
再び図１を参照すると、バルブシステム２０は制御弁２２を含んだ形態で示されており、この制御弁２２はその入口２４と出口２６との間でプロセス流体の流れを制御または調整するようにされている。前述したような作用を発揮するために、制御弁２２は、摺動弁棒、バタフライ弁体、回転ボールを含むがこれらに限定されない数多くの異なる構成をとることが可能である。
【００１４】
上記制御弁２２にはバルブアクチエータ２８が接続されている。このバルブアクチエータ２８は、弁棒３０によって制御弁２２の制御要素に連結されている。したがって、バルブアクチエータ２８の動きは制御弁２２の制御要素の位置を制御することによってバルブシステム２０を通過する流体の流れを制御する。このために、バルブアクチエータ２８は、空気圧や他の流体圧によるバルブアクチエータを含む多くの形態が採用される。このバルブアクチエータの例としては、ハウジングの内部であって上部チャンバ３２と下部チャンバ３３との間に配設されたダイアフラム３１を採用したものがある。上部および下部のチャンバに圧力が全く異なる流体を充満させることにより、ダイアフラムの両側にわたって差圧が生じ、この差圧によってダイアフラムが変位する。ダイアフラム３１の変位は弁棒３０の移動を生じさせ、この移動が上記制御要素を移動させ、その結果制御弁２２の位置が変化する。
【００１５】
加圧流体をバルブアクチエータ２８に供給するために、位置決め器（ポジショナ）３４がバルブアクチエータ２８に接続されている。より詳細には、ポジショナ３４は加圧流体をバルブアクチエータ２８の上部チャンバ３２および／または下部チャンバ３３に供給してダイアフラム３１の位置を制御する。ポジショナ３４は、プラントプロセッサ３６から制御信号３５を受信した後で上記のようにしてもよい。このプラントプロセッサ３６は、バルブシステムが採用されたプラントや設備の全ての制御計画の一部を占めるものであってもよい。制御信号３５は前もって決定されてもよく、フィードバックループ３８から受信する信号に依ってもよい。図１に示すように、フィードバックループ３８は、上記出口２６からのプロセス流体を計測する流量計４０のようなものを採用してもよい。したがって、流量計４０の計測値が要求に沿うものでない場合、プラントプロセッサ３６は制御弁２２を動作させるための適切な制御信号３５を発信することができ、プロセス流体の流れを要求レベルに至らしめることができる。
【００１６】
ポジショナ３４は、前述のとおり、制御信号３５に基づいてバルブアクチエータ２８に加圧流体を供給する。しかし、ポジショナ３４自身は調整器（レギュレータ）４２から加圧流体を受け取る。レギュレータ４２は、第一レベルに昇圧された空気源４４から加圧流体を受け取り、ポジショナ３４に受け入れられる第二レベルに昇圧された加圧流体４６を発生させる。空気源４４は、たとえばプラントや設備の主エアコンプレッサによって供給される圧縮空気であってもよく、その圧力レベルを１平方インチ当たり何百ポンド（この単位はｐｓｉであり、１ｐｓｉは約６．８９ｋＰａ）とすることができる。しかし、このポジショナ３４はより低い圧力レベルの流体を受け取るようにすることも可能である。したがって、レギュレータ４２は減圧式のレギュレータであってもよい。減圧式のレギュレータは、プラントの比較的高圧の加圧流体を受け取り、これをポジショナ３４で使用し得る程度のより低いレベルに圧力降下させるものである。
【００１７】
図２にはレギュレータ４２がより詳細に示されている。そこに示されるように、レギュレータ４２はハウジング４８を含んでおり、ハウジング４８は入口５０および出口５２並びにこれら５０、５２の間に位置する流路５４を有している。流路５４の断面積を制御することにより、レギュレータ４２を通過する流体の圧力が調節される。これは、流路５４内に配設された可動弁体（プラグ）５６の位置を制御することによってなされる。この動作は多くの異なる機構によって実現可能であるが、可動プラグ５６がプレート５８に取り付けられ、このプレート５８がバネ６０によって流路５４に向けて移動可能に付勢されていることが図２からわかる。プレート５８とプラグ５６とが流路５４に向けて付勢される度合いは、バネ６０を適当にサイジングすることにより、または、バネ６０に加重を加えるボルト６２の位置を調節することにより調節可能である。図示のごとく、ボルト６２は多くのネジ６４を含み、ロックナット６６も装着されている。したがって、ボルト６２を回せば、頂部プレート６８に対して加わる力が増減し、この頂部プレート６８がバネ６０の圧縮量すなわち初期たわみを調節する。
【００１８】
図２に示すように、レギュレータ４２はその入口５０内にフィルタ組立体７０を有している。このフィルタ組立体７０は、多くの粒子がレギュレータ４２を通過することを防止してポジショナ３４が比較的清浄な流体を受け入れることを保証し、これによりその寿命を延長し且つ精度を向上させることを目的としている。レギュレータ４２はさらに湿分トラップ７２を含んでいる。湿分トラップ７２は、レギュレータ４２を通過する流体から除去されたいかなる液体すなわち凝縮物をも収容する貯蔵器として機能することができる。したがって、そのような液体を除去しうるドレン７４をハウジング４８に形成してもよい。
【００１９】
レギュレータ４２の種々のチャンバが異なる圧力にされている。このレギュレータ４２は主として減圧式レギュレータの形態をとっており、入口５０が出口５２よりも高圧にされているので、流体の流れが概して入口５０から流路５４および出口５２を通ってポジショナ３４に至る。しかし、上述したように、ときには流体を出口５２から、またはポジショナ３４から、またはバルブアクチエータ２８から除去する必要が生じる。たとえば、制御弁２２がフェイルセーフであることが要求されるとき、制御弁の制御要素は全開位置および全閉位置のいずれかに移動するであろう。制御要素の動きはバルブアクチエータ２８によって制御されているので、バルブアクチエータ２８の上部チャンバ３２および／または下部チャンバ３３はダイアフラムが移動しうるように完全に排気される。しかし、加圧流体はポジショナ３４およびレギュレータ４２を通してのみバルブアクチエータ２８から排出されうる。大きな音を発生して超過圧力を定常的に逃がすブリードオリフィスを内部に備えた従来のレギュレータに対抗して、本開示は、レギュレータ４２内の入口５０と出口５２との間に直接収容された内蔵型逆圧排出（ＩＲＰＥ）弁７６を提供する。詳細には、ＩＲＰＥ弁７６は、ハウジングまたはボディ４８の内壁に穿設されたドリル孔７８の中に配設してもよい。ＩＲＰＥ弁７６は種々の形態をとりうるが、図３に示す実施形態では、入口８４、出口８６、およびそれらの間の弁座８８を有するハウジング８２を含んでいる。ボール等のような制御要素９０がバネ９２によって入口８４方向に弁座８８に押圧されている。ＩＲＰＥ弁７６は、その出口８６がレギュレータの入口５０に近接し、その入口８４がレギュレータの出口５２に近接するように配置されている。
【００２０】
したがって、当業者は、このＩＲＰＥ弁７６が出口５２内の超過圧力を軽減することができ、その結果、制御弁２２を要求されたフェイルセーフ位置に至らせる機構を提供するということを理解することができる。これは、レギュレータの出入口５０、５２の差圧が所定レベルに至ったときにはいつでも実現されうる。この所定レベルはバネ９２のサイズによって指定することができる。この実施形態におけるバネ９２は、出口５２内の圧力が入口５０内の圧力より６ｐｓｉ（約４１．３４ｋＰａ）以上高いときはいつでも、圧縮されることによってＩＲＰＥ弁７６を開弁するようにサイジングされている。もちろん、ＩＲＰＥ弁７６は他の差圧によって同様に開弁するようにサイジングすることもできる。
【００２１】
したがって、運転において、このバルブシステム２０は、プロセス流体を入口２４と出口２６との間で精確に調整且つ制御することのできるシステムを提供していることが明らかになる。これは、制御弁２２の位置を制御するためにバルブアクチエータ２８を用いることによって実現される。しかし、制御弁２２がフェイルセーフとして全開位置または全閉位置に至ることが要求されるときは、バルブアクチエータ２８にはその中の超過圧力が瞬時に且つ精確に、ポジショナ３４のみならずレギュレータ４２を通しても除去される機構が備えられることになる。これは、その内部の差圧が所定の閾値を越えたときはいつでも開弁するＩＲＰＥ弁７６がレギュレータ４２内に直接組み込まれることによって実現される。一旦上記差圧に至ったときには、ＩＲＰＥ弁７６は開弁して出口５２内の超過圧力は逃がされ、制御弁２２はそのフェイルセーフ位置に至ることができる。さらに、出口５２内の超過圧力が一旦が除去されるとＩＲＰＥ弁７６は自動的に閉弁し、それによってバルブシステム２０は再び通常運転の位置へ戻る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ここでの開示によってなされる教示に従って構成されたバルブシステムを示すブロック図である。
【図２】ここでの開示によってなされる教示に従って構成されたレギュレータを示す断面図である。
【図３】ここでの開示によってなされる教示に従って構成されたレギュレータ内に配設された逆圧排出弁を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007516489.tif 000006
2007516489.tif 000007