(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均衡型の圧力調整器であって、
流体経路によって接続された流体入口および流体出口を有する弁本体と、
前記流体経路内に配置された弁座と、
前記流体経路内に少なくとも部分的に配置された弁体であって、前記弁体は、ボアを含み、前記弁座と相互作用して前記流体経路を選択的に開閉させるように構成される、弁体と、
前記弁体の前記ボア内に部分的に配置されたリテーナであって、前記リテーナは、前記弁体をボール部分を有する弁軸へ動作可能に接続させ、前記リテーナは、前記弁軸の前記ボール部分を受容する凹部を有し、前記リテーナは、ベースと円筒型本体とを含み、前記ベースおよび前記円筒型本体は、前記ベースと前記円筒型本体とを接続する締結具を受容するよう対応する第１の開口および第２の開口を規定し、前記リテーナは、前記ボール部分と前記円筒型本体の前記第２の開口を規定する少なくとも１つの縁との間に形成されるボール接合接続を有し、前記弁体は、前記弁軸の前記ボール部分の周囲を回転して、前記弁体の弁ディスクと前記弁座とが係合するときに前記弁ディスクと前記弁座との間のアライメントおよび密封係合を達成し、前記円筒型本体は、前記ベースの反対側に配置された前記円筒型本体の端部からラジアル方向に延びるフランジを含み、均衡通路が前記流体経路をチャンバと流体接続させる、リテーナと
を含む均衡型の圧力調整器。
【請求項２】
前記円筒型本体と前記弁体との間に前記円筒型本体によって規定される溝に配置されたシールであって、前記円筒型本体と前記弁体との間の前記均衡通路から流体が流れることを防止し、前記フランジと前記弁体との間に固定されたダイヤフラムに前記流体が作用することを防止するシールをさらに含む、請求項１に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項３】
前記弁体は、弁ディスクを受容するように構成された凹部を含み、
前記均衡通路は、前記ベースの外面および前記弁体の近傍に規定されており前記リテーナの長手方向軸から離間した前記均衡通路に前記流体を通過させる
請求項１に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項４】
前記均衡通路は第１の均衡通路であって前記ベースの外面の近傍に配置され、
前記圧力調整器は、前記締結具によって規定される第２の均衡通路をさらに含み、
前記第１の均衡通路と前記第２の均衡通路は接続されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項５】
前記第２の均衡通路の端部は、前記締結具を回転させて前記ベースと前記円筒型本体とを接続させる部材を受容するように構成されている、請求項４に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項６】
前記均衡通路は、第１の均衡通路であり、
前記圧力調整器は、第２の均衡通路と第３の均衡通路をさらに含み、
前記第１の均衡通路は、前記ベースの第１の側に沿って、前記凹部の近傍にある前記円筒型本体を通って延び、
前記第２の均衡通路は、前記締結具を通って延び、
前記第３の均衡通路は、前記ベースの第２の側に沿って、前記凹部の近傍にある前記円筒型本体を通って延び、
前記第１の均衡通路および前記第３の均衡通路は、前記弁軸の長手方向軸から離間した前記第１の均衡通路および前記第３の均衡通路に前記流体を通過させるように構成されており、
前記圧力調整器は、前記弁軸を囲むシールをさらに含み、前記シールは、前記第１の均衡通路と前記第２の均衡通路と前記第３の均衡通路のいずれか１つ以上から流体が負荷バネを収容する空洞に流入することを防止する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項７】
前記円筒型本体は上面を含み、前記フランジは内壁を含み、前記円筒型本体の前記上面と前記凹部を形成する前記内壁とは、前記弁軸の前記ボール部分を受容するように適合され、これにより、前記弁軸を前記弁体へ動作可能に接続させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項８】
前記凹部は、前記弁軸の前記ボール部分を受容するソケットを形成し、
前記圧力調整器は、前記第２の開口内に、前記ボール部分と前記締結具の端部との間に規定される間隙をさらに含む
請求項１〜７のいずれか１項に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項９】
前記ボール接合接続は、前記弁体の長手方向軸を前記弁座の長手方向軸にアライメント可能にする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の均衡型の圧力調整器。
【請求項１０】
均衡型の圧力調整器のための均衡型プラグアセンブリであって、前記均衡型プラグアセンブリは、
スリーブと、
前記スリーブ内に配置された弁体、均衡通路およびボアを含む前記弁体と、
前記弁体の前記ボア内に部分的に配置されたリテーナであって、前記リテーナは、開口と凹部とを有し、前記開口は、ボール部分を有する弁軸へ動作可能に前記弁体を接続する締結具を受容し、前記開口および前記凹部は、前記弁軸の前記ボール部分の少なくとも一部を受容する、リテーナと
を含み、
前記弁体の弁ディスクが弁座の一部と接触すると、前記弁体および前記リテーナは、前記弁軸に対して回転して前記弁ディスクと前記弁座との間のアライメントおよび密封係合を増加させ、
前記リテーナは、ベースと、前記ベースへ前記締結具を介して取り付けられた円筒型本
体とを含み、前記円筒型本体は、前記ベースの反対側に配置された前記円筒型本体の端部からラジアル方向に延びるフランジを含む、
均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１１】
前記均衡通路は、前記リテーナと前記弁体との交差部分に隣接するように規定され、
前記均衡型プラグアセンブリは、前記弁体と前記リテーナとの間に配置されるシールであって、前記シールは、前記円筒型本体と前記弁体との前記交差部分において、流体が前記均衡通路から流れることを防止する、シールをさらに含む、
請求項１０に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１２】
前記均衡通路は、前記リテーナの外面の近傍に延びる第１の均衡通路であり、
前記均衡型プラグアセンブリは、前記締結具によって規定される第２の均衡通路をさらに含み、
前記第１の均衡通路と前記第２の均衡通路は接続されており、
前記第１の均衡通路と前記第２の均衡通路の接続は、前記締結具の端部および前記交差部分から離間した位置にある
請求項１１に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１３】
前記弁体は、前記弁体の弁ディスクと前記弁座との間のアライメントおよび密封係合が達成されるまで、時計回りまたは反時計回り方向のうちの１つにおいて前記弁軸の長手方向軸に対して回転し、前記弁軸の前記長手方向軸の長さに沿った軸方向において移動するように構成される、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１４】
前記フランジは内壁を含み、前記円筒型本体の上面および前記内壁は、前記弁軸の前記ボール部分を受容するように適合された前記凹部を形成して、前記弁軸を前記弁体へ動作可能に接続させ、
前記フランジは、前記リテーナと前記弁体との間のダイヤフラムを係止し、
前記シールは、前記弁体と前記リテーナとの間に配置され、前記均衡通路を通って流れる流体が前記ダイヤフラムに作用することを防止する、
請求項１１または１２に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１５】
ボール接合接続は、前記弁軸の前記ボール部分と前記凹部との間に形成され、前記凹部は、前記弁軸の前記ボール部分を受容するソケットを形成する、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１６】
前記弁軸の前記ボール部分は、前記リテーナの前記円筒型本体の上面の少なくとも１つの縁と接触して前記ボール接合接続を形成して、前記弁体の長手方向軸が前記弁座の長手方向軸とアライメントされることを可能にし、
前記締結具の端部は前記ボール部分から離間されて前記開口内に配置されることで、前記ボール部分が前記締結具に対して移動することを可能にする
請求項１５に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１７】
前記弁体は、弁ディスクを受容するように適合された円周凹部を含む、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【請求項１８】
前記均衡通路は、前記弁軸の長手方向軸から離間されていることで、前記均衡通路を流れる流体が、前記ボール部分と前記開口を規定する面との間の係合または接続に作用することを防止する、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の均衡型プラグアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、均衡型の圧力調整器に関し、より詳細には、均衡型の圧力調整器のための自動調心弁体に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力調整弁は、流体の下流圧力の制御のために、多数の産業用途および住居用途において用いられている。例えば、化学処理工場または製油所において、圧力調整弁は、需要がありまたは他の負荷変動の増減を補償して、流体圧力が調整された状態を保持するように流動流体を操作するために、用いられる。同様に、圧力調整弁は、需要（例えば、シャワーまたは蛇口の抗熱湯弁）の変動に合わせて自動的に調節する所定の流体圧力を維持するための衛生器具において用いられ得る。下流圧力の制御により、圧力調整弁は、下流需要の変動を補償する。例えば、下流需要が増加した場合、圧力調整弁が開口して、圧力調整弁中を通過する流体量を増加させることにより、下流圧力を比較的一定に維持する。一方、下流需要が低下した場合、圧力調整弁が閉鎖して、圧力調整弁中を通過する流体量を低下させることにより、同様に下流圧力を比較的に一定に維持する。
【０００３】
圧力調整弁は、均衡型または不均衡型に分類することができる。不均衡型弁は典型的には、弁体一方側上の圧力入口流体が高く、弁体の他方側上の圧力出口流体が低くなっている。不均衡型弁の場合、入口特性低下として知られる望ましくない影響を被る。入口特性低下とは、上流圧力の低下と共に不均衡型弁において下流圧力が不意に増加する現象である。ほとんどの圧力調整弁は下流圧力を一定に維持しようとするため、この影響は望ましくない。入口特性低下の原因として、弁体を閉位置へ移動させようとする弁体の高圧力側上の流体力がある。その結果、弁体上のこの流体力に対向するための何らかの機構が弁に必要になる。流体力に対向する機構は典型的には設定点を有する場合が多いため、このような機構によって生成される力は一定である一方、弁体の入口側上の流体力は（例えば、入口流体の供給低下または弁上流の圧力変動に起因して）変化し得る。入口特性低下は、圧縮流体源が限定されている用途（例えば、ガスボンベ、チューブトレーラーまたはハイドリル）においてとくに重要である。なぜならば、このような用途においては、入口流体供給が限られているため、入口流体供給の低下と共に、入口流体圧力が低下するからである。
【０００４】
また、不均衡型弁の場合、弁座に損傷も発生する。入口圧力が高い不均衡型弁の場合、流体圧力が大型の弁オリフィスに作用すると、弁座が破壊され得る。そのため、不均衡型弁は、高圧力の大型オリフィス用途には理想的ではない。
【０００５】
流れの速い用途における入口特性低下に対処するため、均衡型の圧力調整器が開発された。均衡型の圧力調整器においては、上流圧力の一部を転換させて、弁体の下流部分に作用させる。弁体は「均衡型」であるため、同一の流体圧力が弁体の上流部分および下流部分双方に作用する。このようにして、入口特性低下が無くなる（かまたは大幅に低減する）。なぜならば、弁座の上流および下流双方において、（弁体を強制的に閉位置へ移動させるような）弁体表面に作用する流体力の差はないからである。換言すれば、弁体そのものからは、流体圧力に起因する開口／閉鎖力はほとんど、またはまったく発生しない。
【０００６】
ダイヤフラム型の圧力調整器において、弁体の上流または入口側からの高圧流体を弁体を通じてダイヤフラムの反対側へ通気させることにより、上記した均衡型調整器と同様に、弁体上への力を均衡させることができる。典型的には、このような流体力の均衡は、１つまたは複数の通気通路またはポートを弁体を通じて入口側からダイヤフラムのアクチュ
エータ側へ延ばすことにより、達成される。
【０００７】
典型的なダイヤフラム型（均衡型）圧力調整器弁を図１に示す。より詳細には、図１は、アクチュエータ１２および均衡型の圧力調整器弁１４を含む１つの従来のガス調整器１０を示す。調整器弁１４は、例えばガス分配システムからガスを受容する入口１６と、ガスをエンドユーザ施設（例えば、工場、レストラン、アパート建物）へ送達するための出口１８とを規定する。出口１８は、例えば１つまたは複数の装置を有する。さらに、調整器弁１４は、入口１６と出口１８との間に配置された弁座２２を含む。ガスを弁座２２を通じて移動させて、調整器弁１４の入口１６と出口１８との間を移動させる必要がある。
【０００８】
調整器弁１４の出口１８における圧力（すなわち、出口圧力）が所望の出口または制御圧に従うように、アクチュエータ１２が調整器弁１４へ接続される。そのため、アクチュエータ１２は、弁口３４およびアクチュエータ口２０を介して調整器弁１４と流体連通する。アクチュエータ１２は、感知された出口圧力に基づいて調整器弁１４の出口圧力を調整する制御アセンブリ２２を含む。詳細には、制御アセンブリ２２は、ダイヤフラム２４と、ピストン３２と、弁体２８を弁ディスク３１と共に備える制御アーム２６とを含む。ダイヤフラム２４は、調整器弁１４の出口圧力を感知し、応答を提供して弁体２８を移動させて、調整器弁１４を開閉させる。制御アセンブリ２２は、制御バネ３０をさらに含む。この制御バネ３０は、制御アセンブリ２２の上側と係合して、ダイヤフラム２４によって感知された出口圧力をオフセットさせる。よって、所望の出口圧力（制御圧とも呼ばれる）は、制御バネ３０の選択によって設定される。
【０００９】
ダイヤフラム２４は制御アーム２６へ動作可能に接続されるため、弁体２８は、感知された出口圧力に基づいて、ピストン３２を介して調整器弁１４の開口を制御する。例えば、エンドユーザが例えば調整器１０の下流のガス分配システム上の需要を必要とする装置（例えば、炉）を操作した場合、出口圧力が低下する。その結果、ダイヤフラム２４はこの出口圧力低下を感知する。その結果、制御バネ３０は伸張して、ピストン３２および制御アーム２６の右側を図１の方向に相対して下方に移動させる。このように制御アーム２６が変位すると、弁体２８は弁座２２から離隔方向に移動して調整器弁１４を開口させ、これにより、出口流れを増加させて装置からの需要増加を満たし、出口圧力を制御圧へ再度増加させる。このような構成により、装置は、弁座２２を通じてそして調整器弁１４の出口１８を通じてガスを引き込むことができる。
【００１０】
ここで図２を参照して、図１の均衡型調整器弁１４の拡大断面図が示される。本例において、均衡型調整器弁１４は、通路２１を有する本体１９をさらに含む。通路２１により、流体入口１６が流体出口１８へ流体接続される。通路２１は、弁座２２を含む喉部２３を含む。負荷バネ２５が弁軸２７へ接続される。弁軸２７は、弁体２８へ動作可能に取り付けられる。記載のように、弁体２８の弁ディスク１３１は、弁座２２と相互作用して、弁本体１９内を入口１６から出口１８へ流れる流体を制御する。加えて、弁体２８は、円周凹部２９を含む。円周凹部２９内には、典型的にはゴムである弁ディスク３１が配置される。弁体２８の弁ディスク３１は、弁座２２と接触して、アライメントおよび密封係合を弁体２８と弁座２２との間に達成する。
【００１１】
ダイヤフラム３３は、弁体２８およびプラグハウジングまたはスリーブ３５へ接続される。ダイヤフラム３３は、負荷バネ２５を含むスリーブ３５内の空洞３７から通路２１を分離させる。ダイヤフラム３３は、通路２１と空洞３７との間の圧力差に応答する。
【００１２】
リテーナ３９が、弁軸２７へ動作可能に取り付けられ得、弁体２８を弁軸２７上に保持する。リテーナ３９は、１つまたは複数の締結具３９ａ（例えば、ナット）を含み得る。これら１つまたは複数の締結具３９ａは、弁軸２７へ取り付けられる。１つまたは複数の
均衡通路または通路４１は、通路２１と、弁体２８と空洞３７との間に配置されたチャンバ４３とを流体接続させる。弁体２８上の流体力は、均衡通路４１内を通過する流体によって均衡される。
【００１３】
均衡型の圧力調整器（例えば、図１に示す均衡型調整器１４）における１つの問題として、弁体２８の弁ディスク３１と弁座２２との間の接触シールがディスク３１と弁座２２との間の方向および製造公差によって影響される点がある。このような方向および製造公差に起因して、シールを構成するために必要な圧力量が増加する場合が多く、その結果ロックアップが増加する。例えば、図３Ａに示すように、通常の部分公差およびアセンブリ方法に起因して、例えば弁体２８の弁ディスク３１は、弁座２２に非平行的に近づくことが多い。このような非平行なアプローチが発生した場合、弁体２８のディスク３１と弁座２２との間のシールは、図３Ｂに示すように弁座２２の一方側（例えば、左側）のみにおいて得られる。弁座２２の他方側（例えば、右側）は未シールのままとなる。図３Ｃに示すように、完全なシールが最終的に達成されると、弁座２２と初期に接触した弁ディスク１３１の一方側の圧痕がより深くなり、その結果、ロックアップまたは出口圧力が所望のレベルを超えて増大し、調整器の効率が低下する。
【発明の概要】
【００１４】
第１の例示的態様によれば、均衡型の圧力調整器は、流体経路によって接続された流体入口および流体出口を有する弁本体と、流体経路内に配置された弁座と、流体経路内に少なくとも部分的に配置された自動調心弁体とを含む。自動調心弁体は、ボアを含み、弁座と相互作用して、選択的に流体経路を開閉させる。リテーナは、自動調心弁体のボア内に部分的に配置され、自動調心弁体をボール部分を有する弁軸へ動作可能に接続させ、リテーナは、軸のボール部分を受容する凹部を有する。均衡型の圧力調整器は、チャンバを流体経路から分離させるダイヤフラムと、流体経路をチャンバへ流体接続させる均衡通路とをさらに含む。自動調心弁体は、自動的に弁軸のボール部分の周囲を回転して、自動調心弁体の弁ディスクと弁座との間にアライメントおよび密封係合を達成する。
【００１５】
第２の例示的態様によれば、均衡型の圧力調整器のための均衡型プラグアセンブリは、スリーブと、スリーブ内に配置された自動調心弁体と、均衡通路およびボアを含む自動調心弁体と、自動調心弁体のボア内に部分的に配置されたリテーナとを含む。リテーナは、自動調心弁体を弁軸へ動作可能に接続させ、弁軸のボール部分を受容するように適合された凹部を含む。弁座の一部が自動調心弁体の弁ディスクと接触すると、自動調心弁体およびその内部に部分的に配置されたリテーナは、弁ディスクと弁座との間のアライメントおよび密封係合が発生するまで、弁軸の長手方向軸または弁軸の長手方向軸に対して垂直な軸のうち１つまたは複数の周囲に自動的に回転する。
【００１６】
第３の例示的態様によれば、流体調整装置と共に用いられる弁体を自動的に調節する方法において、流体調整装置は、入口と、出口と、入口と出口との間に配置された弁座とを含む。弁体は、弁座に対して変位するように適合され、これにより、調整器弁内に配置された入口および出口間の流体の流れを制御する。方法は、リテーナを弁体のボア内に部分的に配置すること、リテーナを介して弁体を可撓性部分を有する弁軸へ接続することとを含む。リテーナは、弁軸の可撓性部分を受容する凹部を有し、弁軸の可撓性部分を弁体の周囲において自動的に調節して、アライメントおよび密封係合を自動調心弁体の弁ディスクと弁座との間において達成する。
【００１７】
さらに、上記の第１の態様、第２の態様および第３の態様のうち１つまたは複数のうちいずれかによれば、均衡型の圧力調整器および／または均衡型プラグアセンブリおよび／または方法は、以下の好適な形態のうちのいずれか１つまたは複数をさらに含み得る。
【００１８】
いくつかの好適な形態において、自動調心弁体内に部分的に配置されたリテーナは、弁軸のボール部分の周囲を回転して、自動調心弁体の弁ディスクと弁座との間のアライメントを達成する。加えて、自動調心弁体は、弁ディスクを受容するように適合された円周凹部を含み得る。自動調心弁体はまた、自動調心弁体の弁ディスクと弁座との間にアライメントおよび密封係合が達成されるまで、時計回りまたは反時計回り方向のうち１つにおいて、弁軸の長手方向軸または弁軸の長手方向軸に対して垂直な軸のうち１つまたは複数に対して回転し得る。さらに、弁座の一部と接触すると、自動調心弁体は、自動的に第１の位置から第２の位置へ移動し得る。第１の位置において、弁体の長手方向軸は、弁座の長手方向軸に対して平行ではなくかつ弁座の長手方向軸から角度をもって配置される。第２の位置において、弁体の長手方向軸は、弁座の長手方向軸に対して平行であるかまたは弁座の長手方向軸とアライメントされる。リテーナは、ベースと、ベースへ締結具を介して取り付けられた円筒型本体とを含み得る。円筒型本体は、ベースの反対側に配置された円筒型本体の端部からラジアル方向に延びるフランジを含み得る。さらに、円筒型本体は上面を含み得、フランジは内壁を含み、これにより、円筒型本体の上面および内壁により、凹部が形成される。凹部は、弁軸を自動調心弁体へ動作可能に接続させるように、弁軸のボール部分を受容するように適合される。また、弁軸のボール部分と凹部との間にボール接合接続を形成し得、凹部は、軸のボール部分を受容するソケットを形成する。別の例において、弁軸のボール部分は、少なくともリテーナの円筒型本体の上面の一縁と接触してボール接合接続を形成して、自動調心弁体の長手方向軸を弁座の長手方向軸とアライメントさせる。
【００１９】
他の好適な形態において、リテーナの円筒型本体のフランジと自動調心弁体との間に隙間を配置し、付勢部材が隙間内に配置される。
【００２０】
好適な方法形態において、弁体を自動的に調節することは、リテーナを弁軸の可撓性部分の周囲において回転させて、アライメントおよび密封係合を弁体の弁ディスクと弁座との間に達成して、ロックアップ達成に必要な力を低下させることを含み得る。別の例において、弁体を自動的に調節することは、弁体を時計回りまたは反時計回り方向のうち１つにおいて弁軸の長手方向軸に対して垂直な軸に対して回転させることと、弁体の弁ディスクと弁座との間のアライメントおよび密封係合が達成されるまで、弁体を軸方向において弁軸の長手方向軸の長さに沿って移動させることとを含み得る。さらに別の例において、弁体を自動的に調節することは、弁座の一部との接触後、弁体を自動的に第１の位置から第２の位置へ移動させることを含み得る。第１の位置において、弁体の長手方向軸は、弁座の長手方向軸に対して平行ではなくかつ弁座の長手方向軸から角度をもって配置される。第２の位置において、弁体の長手方向軸は、弁座の長手方向軸に対して平行であるかまたは弁座の長手方向軸とアライメントされる。
【００２１】
他の好適な方法形態において、弁体のボア内にリテーナを部分的に配置することは、ラジアル方向に延びるフランジを有する円筒型本体を弁体のボアの端部内に部分的に配置することと、円筒型本体が部分的に配置された端部と反対側のボアの別の端部内にリテーナベースを配置することとを含み得る。加えて、弁体のボア内にリテーナを部分的に配置することは、リテーナベースを締結具を介して円筒型本体へ取り付けることをさらに含み得る。
【００２２】
加えて、弁軸の可撓性部分はボール部分を含み得、方法は、弁軸のボール部分とリテーナの凹部との間にボール接合接続を形成することをさらに含み得る。凹部は、軸のボール部分を受容するソケットを形成する。さらに、方法は、弁座の一部との接触後、弁体およびリテーナを弁軸のボール部分または弁軸の長手方向軸の周囲において同時に回転させることを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】均衡型の圧力調整器を有する従来のガス調整器の垂直断面図である。
【図２】図１の均衡型の圧力調整器の拡大垂直断面図である。
【図３Ａ】図１の従来技術の均衡型調整器の弁体および弁座の模式図であり、弁体が弁座へ近づく際の弁体の第１の位置を示す。
【図３Ｂ】図１の従来技術の均衡型調整器の弁体および弁座の模式図であり、弁体が弁座にさらに近づく際の弁体の第２の位置を示す。
【図３Ｃ】図１の従来技術の均衡型調整器の弁体および弁座の模式図であり、弁体と弁座との間にアライメントおよび密封係合を達成するように弁体が弁座と接触する際の弁体の第３の位置を示す。
【図４】本開示の教示による均衡型の圧力調整器の断面図である。この均衡型の圧力調整器は、図１のアクチュエータと共に用いられ得る。
【図５】本開示の教示に従って構築された図４の均衡型の圧力調整器の自動調心弁体の拡大断面図である。
【図６】均衡型の圧力調整器弁の弁座の一部との初期接触時における、図５の均衡型圧力調整器の弁体の一部のさらなる拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示においては、多様な改変および代替的構造が可能であるが、特定の例示的な実施形態を図面中に示し、またこのような実施形態について以下に詳述する。しかし、本開示を特定の形態の開示に限定することは意図されておらず、むしろ、全ての改変および代替的構造ならびに本発明の意図および範囲内の均等物を網羅することが意図されることが理解されるべきである。
【００２５】
ここで図４〜図５を参照して、均衡型の圧力調整器を、図４中の参照符号１１４によって主に示す。図４および図５の均衡型の圧力調整器が図１〜図２の均衡型の圧力調整器の要素に対応する要素を含む場合、そのような要素を類似の参照符号によって示すが、その場合の両者間の唯一の違いとしては、図４〜図５の参照符号は、１００だけ増加される。例えば、図４および図５の対応する要素を、図１〜図２に示す対応する要素よりも１００だけ多い参照符号によって示す。
【００２６】
ここで図４を参照して、均衡型の圧力調整器弁１１４は、流体入口１１６と、流体出口１１８と、流体入口１１６を流体出口１１８と流体接続させる通路１２１を有する本体１１９とを含む。通路１２１は、弁座１２２を含む喉部１２３を含む。負荷バネ１２５が弁軸１２７へ接続される。弁軸１２７は、自動調心弁体１２８へ動作可能に接続される。自動調心弁体１２８は、弁座１２２と相互作用して、入口１１６と出口１１８との間の流体流れを制御する。より詳細には、自動調心弁体１２８は、円周凹部１２９を含む。円周凹部１２９内には、ゴムディスク１３１が配置される。自動調心弁体１２８のディスク１３１は、弁座１２２と接触して、以下により詳細に述べるように、自動調心弁体１２８と弁座１２２との間にアライメントおよび密封係合を達成する。
【００２７】
均衡型プラグアセンブリ１６０は、スリーブ１３５、自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９を含む。スリーブ１３５は、中空ボアを有する。この中空ボアにより、自動調心弁体１２８が弁本体１１９内において流体流れの制御のために往復移動する際に、自動調心弁体１２８の保持および誘導が支援される。スリーブ１３５は、弁本体１１９内のクリアランスの向上および／または圧力調整器１１４のアセンブリの向上のための角度付きの表面外面１３５ａを持ち得る。
【００２８】
ダイヤフラム１３３が、自動調心弁体１２８およびスリーブ１３５へ接続される。ダイヤフラム１３３は、負荷バネ１２５を収容するハウジング１１９内の空洞１３７から通路
１２１を分離させる。ダイヤフラム１３３は、通路１２１と空洞１３７との間の圧力差に応答する。
【００２９】
リテーナ１３９は、弁軸１２７へ動作可能に取り付けられ、自動調心弁体１２８をスリーブ１３５内に保持する。リテーナ１３９は、締結具１３９ａ（例えば、本例においてはネジ付きボルト）を含む。締結具１３９ａは、以下により詳細に述べるように、弁軸１２７の一部へ動作可能に取り付けられる。１つまたは複数の均衡通路または通路１４１は、通路１２１と、自動調心弁体１２８と空洞１３７との間に配置されたチャンバ１４３とを流体接続させる。自動調心弁体１２８上への流体力は、例えば、均衡通路１４１内をチャンバ４３へ向かって上方に移動している流体によって均衡される。
【００３０】
図４に示すように、自動調心弁体１２８の長手方向軸Ｄは、弁座１２２の長手方向軸Ｃに対して平行に配置され、自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１と弁座との間に完全な密封係合が発生する。
【００３１】
ここで図５を参照して、図４の均衡型プラグアセンブリ１６０の拡大部分が図示されている。均衡型プラグアセンブリ１６０の自動調心弁体１２８は、自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１と弁座１２２との間にアライメントおよび密封係合を達成するように、自動調心するかあるいは自動的に調節または移動可能なように、設計される。自動調心弁体１２８は、例えば調整器弁１１４の動作時における弁ディスク１３１への圧痕を低下させる。その結果、例えば、調整器１００が長期間使用された場合に所望の出口圧力（ロックアップ）を達成させるために必要な力が一定に維持され、調整器性能が向上する。
【００３２】
そのために、一般的に、自動調心弁体１２８は、弁軸１２７のボール部分１２７ａがリテーナ１３９の凹部内に配置されて、弁軸１２７とリテーナ１３９との間にボール接合が本質的に形成されるように、リテーナ１３９を介して弁軸１２７へ動作可能に接続されるように、構成される。自動調心弁体１２８と、その内部に部分的に配置されたリテーナ１３９とは、適切なアライメントおよび密封係合が自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１と弁座１２２との間に達成されるように、弁の動作時において弁軸１２７のボール部分１２７ａの周囲において回転することができる。換言すれば、自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１が弁座１２２の一部と接触すると、自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９が弁軸１２７のボール部分１２７ａの周囲において回転して、弁座１２２（図４）の長手方向軸Ｃに平行な位置と、弁座１２２とのアライメントおよび密封係合が得られる。
【００３３】
詳細には、リテーナ１３９は、円筒型部分１５３を含む。円筒型部分１５３は、円筒型部分１５３からラジアル方向に延びるフランジ１５５を有し、これにより、円筒型部分１５３およびフランジ１５５により一例において保持ナットが形成される。リテーナ１３９の円筒型部分１５３は、自動調心弁体１２８のボア１５４内に配置される。フランジ１５５は、ダイヤフラムハウジング１５６に隣接する上肩表面１５５ａを含む。フランジ１５５もまた、下肩表面１５５ｂを含む。下肩表面１５５ｂは、自動調心弁体１２８の上肩表面１２８ａとフランジの下肩表面１５５ｂとの間に配置された部分ダイヤフラム１３３に隣接する。リテーナベース１５１は、円筒型部分１５３を含む端部と反対側に配置されたボアの端部内に配置される。リテーナベース１５１により、例えば、自動調心弁体１２８の喉部１２３内への保持が支援され、自動調心弁体１２８が意図に反して軸方向変位してスリーブ１３５から外れる事態が回避される。弁１１４の動作時において入口圧力を受容する中心穴を有する締結具１３９ａにより、リテーナベース１５１がリテーナ１３９の円筒型本体１５３へ接続される。円筒型本体１５３は上面１５７を含み、フランジ１５５は内壁１５９を含み、これにより、凹部１６１が円筒型本体１５３の上面１５７とフランジ１５５の内壁１５９との間に形成される。
【００３４】
図５にさらに示すように、軸１２７は、ボール部分１２７ａを含む。ボール部分１２７ａは、円筒型本体１５３の上面１５７とフランジ１５５の内壁１５９との間に形成される凹部１６１内に適合される。実際は、ボール接合接続が軸１２７のボール部分１２７ａと凹部１６１との間に形成される。凹部１６１は、ボール部分１２７ａを受容するソケットを本質的に形成する。より詳細には、ボール部分１２７ａは、少なくとも円筒型本体１５５の上面１５７の一縁と接触し、リテーナ１３９へ動作可能に固定されて、これにより、弁座１２２の一部との接触したときに自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９がボール部分１２７ａまたは軸１２７の長手方向軸Ｂの周囲に回転することが可能になる。自動調心弁体１２８およびその内部に部分的に配置されたリテーナ１３９は、弁座１２２の長手方向軸Ｃに平行な位置に到達するまで回転し、これにより、アライメントおよび密封係合が達成され、弁ディスク１３１の圧痕が低減する。換言すると、軸１２７のボール部分１２７ａにより、弁ディスク１３１が弁座１２２の一部と接触した際、弁ディスク１３１全体と弁座１２２との間のアライメントおよび密封係合が達成されるまで、リテーナ１３９および自動調心弁体１２８が自動的に自己アライメントまたは自己調節するかあるいは移動および／あるいは回転または旋回することが可能になる。このような自動調心弁体１２８の移動により、ロックアップの達成に必要な力が低減し、調整器１１４の効率が向上する。
【００３５】
より詳細には、弁軸１２７およびボール部分１２７ａが軸方向において弁軸１２７の長手方向軸Ｂに沿って弁座１２２に向かって初期移動すると、弁ディスク１３１は、弁座１２２の一部のみと接触する場合が多い。換言すると、自動調心弁体１２８が弁座１２２に近づくと、自動調心弁体１２８の長手方向軸Ｄは、弁座１２２の長手方向軸Ｃに対して平行ではなくなり得、その結果、弁座１２２の一部のみが弁ディスク１３１と初期接触する。このように、初期力は自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１から弁座１２２の一部のみへ提供されるため、自動調心弁体１２８および自動調心弁体１２８へ接続されたリテーナ１３９は、弁軸１２７の長手方向軸Ｂおよび／または弁軸１２７の長手方向軸Ｂに対して垂直な軸Ｒのうち１つまたは複数の周囲において調節されるかまたは回転する。図５において、軸Ｒを弁軸１２７のヨー軸と呼ぶ場合がある。図５においては、ヨー軸Ｒは直接ページ内へ延びているが、実際にはヨー軸は、弁軸１２７の長手方向軸Ｂに対して垂直に延びる任意の軸として規定される。このような自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９の回転は、自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１と弁座１２２との間のアライメントおよび密封係合が達成されるまで発生する。
【００３６】
言い換えれば、図６に示すように、弁ディスク１３１が弁座１２２の一部（例えば、右側部分）のみと接触すると、自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９は、ヨー軸Ｒの周囲において時計回り方向に回転して、弁座１２２との完全なアライメントおよび密封係合が発生するまで、自動調心弁体１２８の弁ディスク１３１の左側が弁座１２２の左側へ移動する。同様に、弁ディスク１３１が弁座１２２の別の部分（例えば、左側部分）のみと接触すると、自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９がヨー軸の周囲において反時計回り方向に回転して、弁座１２２との完全なアライメントおよび密封係合が発生するまで、自動調心弁体１２７の弁ディスク１３１の右側が弁座１２２の右側へ移動する。双方の例において、自動調心弁体１２８の長手方向軸Ｄは、弁ディスク１３１が弁座１２２の一部のみと接触した後、第１の位置から第２の位置へ移動する。第１の位置は、弁座１２２の長手方向軸Ｃに対して平行ではなくかつ弁座１２２の長手方向軸Ｃから角度αを以て配置される。第２の位置は、弁座１２２の長手方向軸Ｃに対して平行であるかまたは弁座１２２の長手方向軸Ｃとアライメントされる。このような自動的な移動または回転により、弁ディスク１３１への圧痕と、ロックアップ達成に必要な力とが低減する。
【００３７】
図６はまた、例えば、円筒型本体１５３のフランジ１５５と自動調心弁体１２８との間に形成される隙間１６２を示す。さらに図６に示すように、付勢部材１６４をこの隙間内
に配置することにより、自動調心弁体１２８およびリテーナ１３９の弁軸１２７のボール部分１２７ａの周囲における回転移動を支援することができる。図６の付勢部材１６４は例えば１つまたは複数のＯリングを含み得るが、当業者であれば、Ｏリングまたは一対のＯリング以外の他の多様な付勢部材（例えば、波バネ、圧縮コイルバネ、または他の任意の付勢機構）を代替的に用いて、Ｏリング（単数または複数）および付勢部材１６４と同じ機能を一般的に達成することが可能であることを理解する。
【００３８】
本開示の自動調心弁体１２８について、内部にリテーナ１３９が部分的に配置されかつ自動調心弁体１２８をボール部分１２７ａを有する弁軸１２７へ動作可能に接続させるものとして述べているが、本明細書中において明示的に述べていないものの、弁軸１２７は、弁座の一部との接触後に弁体およびリテーナが可撓性部分（または弁軸の長手方向軸）の周囲において同時に回転することを同様に可能にする可撓性部分を含んでもよい。よって、本特許の網羅範囲は、ボール部分を有する弁軸のみに限定されず、同じ機能を達成するボール部分の他の変更例も含む。
【００３９】
上記を鑑みて、本発明により、均衡型自動調心弁体１２８が（調整器弁１１４の弁座１２２の一部に近づきかつ／または初期接触したときに）自己調節することを可能にする有利な手段が提供されることが理解されるべきである。これにより、ロックアップ圧力増加が有利にオフセットされかつ／または回避され、これにより、調整器の動作の効率および精度が向上する。しかし、本明細書中に記載される調整器弁１１４は、本開示の原理を用いた流体制御装置の一例に過ぎない。他の調整器および制御弁を含む他の流体制御装置も、本開示の構造および／または利点の恩恵を受け得る。より一般的には、特定の例示的な装置および方法について本明細書中において述べてきたが、本特許の網羅範囲はこれに限定されない。むしろ、本特許は、文言的にまたは均等論の下で特許請求の範囲内に公正に収まる全ての方法、装置および製造物を網羅する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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