(57)【要約】作動流体とガスチャージされたチャンバとの間のハウジング内に可撓性ダイヤフラムが配置され流体中の脈動を減衰させる。ダイヤフラムは、ガスチャンバ内の圧力によって完全に膨れたときに、平坦な多孔円形金属シートに対して位置する平坦な基部を有する。多孔金属シートは、該シートが加圧されたダイヤフラムによって及ぼされる力の下で永久的に変形するのを防止する平坦な支持面から近接して離間されている。支持面内に形成された環状通路は、作動流体を多孔金属シートに接触させる。作動流体中の圧力は、ダイヤフラムを多孔金属シートから離れる方向に移動させる。ガスチャンバ内の平坦な支持壁は、ダイヤフラムが金属シートから移動するのを制限する。作動流体中の圧力の脈動は、支持壁間でダイヤフラムを前向き及び後向きに移動させる。ディスクの孔部を通る流体の前向き及び後ろ向きの流れは、脈動のエネルギを消散させ、脈動減衰効果を生じさせる。
2004537013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体中の圧力脈動を減衰させるための装置であって、
ハウジングと、
脈動が減衰させられる作動流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第１のチャンバと、
加圧されたチャージ流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第２のチャンバと、
上記第１及び第２のチャンバ間に配置された、上記第１及び第２のチャンバ間に圧力分離を形成するための可撓性ダイヤフラムであって、上記第１及び第２のチャンバ間に存在する圧力差に応答して上記第１及び第２のチャンバ内で移動することができるものと、
上記可撓性ダイヤフラムが上記第２のチャンバから離れる方向に移動するのを制限するための、上記第１のチャンバ内の平坦な支持面と、
上記支持面と上記可撓性ダイヤフラムとの間で上記ハウジングの上記第１のチャンバ内に配置され、多数の孔部を有する多孔体とを備えていて、
これにより、上記ダイヤフラムが上記第１及び第２のチャンバ内で移動するのに伴って、上記作動流体が上記多孔体の孔部を流通するようになっている装置。
【請求項２】
上記多孔体が、上記可撓性ダイヤフラムとの係合のための平坦面を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記の平坦な支持面が、上記多孔体が該多孔体の材料の降伏応力を超える量まで上記の平坦な支持面に向かう方向に曲がるのを防止する距離でもって、上記多孔体から離間されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記第１のチャンバが、それぞれ、上記作動流体を上記第１のチャンバに導入及び排出するための入口及び出口を含んでいる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
さらに、上記の平坦な支持面に奥まって形成され、上記入口と上記出口との間を伸びている、上記入口及び上記出口の間で作動流体を連通させるための流路を備えている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
上記可撓性ダイヤフラムに、上記多孔体の上記平坦面との係合のための平坦な基部が設けられている、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
さらに、上記作動流体中の圧力脈動を同時に減衰させるための第２の装置を備えていて、該第２の装置が、上記第２のチャンバ内の流体の圧力とは異なる圧力の加圧された流体を受け入れるための加圧可能なチャンバを有し、これにより、上記作動流体中のより高い平均値の脈動を、より高い減衰比範囲にわたって減衰させることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
作動流体中の圧力脈動を減衰させるためのパルセーションダンパであって、
上記作動流体中の圧力脈動に対応するための第１のアセンブリと、
上記第１のアセンブリと同時に、上記作動流体中の圧力脈動に対応するための第２のアセンブリと、
上記作動流体中の圧力脈動に抵抗するための、上記第１のアセンブリ内の第１のプリセット力と、
上記作動流体中の圧力脈動に抵抗するための、上記第２のアセンブリ内の第２のプリセット力とを備えていて、
上記第１のプリセット力が、上記第２のプリセット力よりも大きいパルセーションダンパ。
【請求項９】
上記第１及び第２のアセンブリが、上記第１及び第２のプリセット力を与えるための、それぞれ第１及び第２のガスチャージ圧を有する第１及び第２のガスチャージされたチャンバを備えている、請求項８に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１０】
さらに、それぞれ上記第１及び第２のガスチャージされたチャンバから上記作動流体を分離するとともに、上記作動流体中の圧力脈動に応答して移動することができる第１及び第２の可撓性ダイヤフラムを備えている、請求項９に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１１】
さらに、上記作動流体中に配置された第１及び第２の多孔ディスクを備えていて、
これにより、上記第１及び第２のダイヤフラムが移動するのに伴って、上記作動流体が上記多孔ディスクを流通する、請求項１０に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１２】
上記第１及び第２の多孔ディスクが、第１及び第２の平坦な支持面によって近接して支持され、これにより上記支持の実行がそれぞれ上記第１及び第２のディスクの移動を制限する、請求項１１に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１３】
上記第１及び第２のダイヤフラムが、それぞれ、第１及び第２の平坦な底部を有し、それぞれ上記第１及び第２の多孔ディスクと係合できるようになっている、請求項１２に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１４】
上記第１及び第２のダイヤフラムが、それぞれ、上記第１及び第２のダイヤフラムをそれぞれ上記第１及び第２のアセンブリに接続する第１及び第２の環状壁を有していて、
上記第１及び第２の環状壁が、それぞれ上記第１及び第２の平坦な底部に接続され、それぞれ上記第１及び第２のガスチャージされたチャンバを形成している、請求項１３に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１５】
上記第１及び第２の平坦な底部が上記第１及び第２の環状壁よりも厚くなっている、請求項１４に記載のパルセーションダンパ。
【請求項１６】
作動流体中の脈動を減衰させるための装置であって、
中心軸に沿って伸びるハウジングと、
上記中心軸に沿って伸びる、作動流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第１のチャンバと、
上記中心軸に沿って伸びる、加圧されたチャージ流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第２のチャンバと、
上記第１及び第２のチャンバ間で上記中心軸に沿って伸びる、上記第１及び第２のチャンバ間に圧力分離を形成するためのカップ形の可撓性ダイヤフラムであって、上記第１及び第２のチャンバ間に存在する圧力差に応答して上記第１及び第２のチャンバ間で移動することができ、さらに軸方向の壁の高さまで軸方向に伸びる環状壁に接続されている基部と、上記基部と反対側で上記環状壁の端部に位置する環状取付縁部とを有するものと、
上記可撓性ダイヤフラムの移動を制限するための、上記第１のチャンバ内の支持面及び上記第２のチャンバ内の支持壁と、
上記支持面と上記可撓性ダイヤフラムとの間で上記ハウジングの上記第１のチャンバ内に配置され、多数の孔部を有する多孔体とを備えていて、
これにより、上記ダイヤフラムが上記第１及び第２のチャンバ内で移動するのに伴って、上記作動流体が上記多孔体の孔部を流通するようになっている装置。
【請求項１７】
上記多孔体が、上記可撓性ダイヤフラムと対向する平坦な平坦面を備えている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
上記支持面が、上記多孔体の曲がりがその降伏曲げ半径を超えるのを防止するのに十分な距離だけ上記多孔体から離間している、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
上記ダイヤフラムの上記環状壁が、上記ダイヤフラムの上記基部より薄くなっている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
さらに、上記作動流体中の圧力脈動を同時に減衰させるための第２のパルセーションダンパを備えていて、
上記第２のパルセーションダンパが、上記第２のチャンバ内の流体の圧力とは異なる圧力の加圧された流体を受け入れるための加圧されたチャンバを有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
作動流体中の脈動を減衰させるための装置であって、
中心軸に沿って伸びるハウジングと、
上記中心軸に沿って伸びる、脈動が減衰させられる作動流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第１のチャンバと、
上記中心軸に沿って伸びる、加圧されたチャージ流体を受け入れるための、上記ハウジング内の第２のチャンバと、
上記第１及び第２のチャンバ間で上記中心軸に沿って伸びる、上記第１及び第２のチャンバ間に圧力分離を形成するためのカップ形の可撓性ダイヤフラムであって、上記第１及び第２のチャンバ間に存在する圧力差に応答して上記第１及び第２のチャンバ間で移動することができ、さらに基部と、該基部の厚さよりも厚さが薄く軸方向の壁の高さまで軸方向に伸びる環状壁と、上記環状壁の端部に位置する環状取付縁部とを有し、上記取付縁部で上記ハウジングに固定されているものと、
上記中心軸に沿う上記可撓性ダイヤフラムの移動を制限するための、上記第１のチャンバ内の支持面及び上記第２のチャンバ内の支持壁と、
上記支持面と上記可撓性ダイヤフラムとの間で上記ハウジングの上記第１のチャンバ内に配置され、多数の孔部を有する多孔体とを備えていて、
これにより、上記ダイヤフラムが上記第１及び第２のチャンバ内で移動するのに伴って、上記作動流体が上記多孔体の孔部を流通するようになっている装置。
【請求項２２】
上記可撓性ダイヤフラムの上記基部が平坦であり、かつ上記多孔体が、上記可撓性ダイヤフラムの上記基部との係合のための平坦な多孔面を備えている、請求項２１に記載の脈動を減衰させるための装置。
【請求項２３】
上記支持面が、上記多孔体が上記支持面に向かって移動したときに上記多孔体の永久的な曲がりを防止するのに十分な距離でもって、上記多孔体に近接して離間している平坦面を備えている、請求項２２に記載の脈動を減衰させるための装置。
【請求項２４】
上記ダイヤフラムが、上記支持面及び上記支持壁の一方又は他方と隣り合う上記取付縁部に固定され、
これにより、上記ダイヤフラムの軸方向の移動が、上記軸方向の壁の高さと等しい距離に制限されている、請求項２１に記載の脈動を減衰させるための装置。
【請求項２５】
作動流体中の圧力脈動を減衰させるための方法であって、
作動流体を、該作動流体内の圧力脈動に対する第１の応答性を有する第１のパルセーションダンパに供給し、
同時に、上記第１のパルセーションダンパに供給された上記作動流体を、該作動流体内の圧力脈動に対する第２の応答性を有する第２のパルセーションダンパに供給し、
これにより、単一のパルセーションダンパを用いて得られる減衰比に比べて、より広い範囲の圧力比に対して高い減衰比が得られるようになっている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体システムにおける圧力脈動の減衰に関するものである。より詳しくは、本発明は、動力システム、変速システム又は制御システムにおける圧力脈動を減衰させるためのガスチャージされた脈動減衰アセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力システム、変速システム及び制御システムで用いられる作動流体は、周期的かつ急激な圧力の増加及び減少にみまわれる。ここで用いられている「作動流体」との語句は、モニタ、動力機械又は制御機械に用いられる、流動し又は静止している液体又は気体、あるいはパイプラインを通って移動している流体、又は静的システム又は動的システムにおける有効又は活動的な流体であるその他の流体を意味するものである。
【０００３】
作動流体におけるこれらの圧力変動は、一般に「脈動」と呼ばれているが、システムの動作を妨害し及びダメージを与えるであろう。圧力の脈動は、システムに連結された容積移送式ポンプによって頻繁に惹起される。このような脈動を減衰させる多種多様の装置が開発されてきた。脈動を減衰させる一般的な技術は、作動流体の圧力が脈動の振幅を縮小させる傾向があるエネルギ吸収装置に対して影響を及ぼすことを可能にする。
【０００４】
流れている流体の脈動を減衰させるのに用いられる一般的な「管状（tubular）」の設計仕様（design）は、主としてシステム流体のフローライン（flow line）の断面内に収容されている環状のガスで加圧されたダイヤフラムを介して伸びている多孔管部を用いている。１つのこのような設計仕様が、特許文献１に示されている。多孔管を流通している作動流体（一般に液体）中の脈動は、ダイヤフラムを半径方向で外向きに膨らませることにより減衰させられる。この作用により、管内の作動流体を、管内の孔部を通って半径方向に強制的に流し、これにより流れのシステム損失又は作動流体の圧力低下を生じさせることなく、脈動エネルギの一部を消散させることができる。
【０００５】
上記従来技術にかかる設計仕様を用いる脈動減衰システムは、一般に、ダイヤフラムが実質的に応力を受けない比較的狭い圧力範囲内で操作することが予定されている。もし、このシステムがその最適な圧力範囲外で操作されれば、加圧ガス及び作動流体中の脈動によって惹起された圧力の急上昇が、弾性的なダイヤフラムを伸張させてこれに応力を生じさせるであろう。このような設計仕様により、これらの従来技術にかかる脈動減衰システムは、比較的大型であり、このようなシステムの性能及び効率は、ダイヤフラムに作用するガス圧力チャージに応じて変化する。１つの従来技術にかかる上記の「管状」の設計仕様の脈動減衰装置は、ガスチャージ（作動流体の圧力のパーセンテージとして決定される）が作動流体の操作圧力に向かって増加するのに伴って、減衰比の大幅な減少を示す。
【０００６】
これらの「管状」の脈動減衰システムは、膨らむことが可能なダイヤフラムを載せて支持している多孔管部の製作を必要とする。このようなシステムのうち、あるものは、多孔管が加圧されたダイヤフラムによって及ぼされる圧縮力のもとで崩壊するのを防止するために、付加の構造支持材料を必要とする。これらの多孔管及び結合された構造支持部材は、大型化し、とくに新開発の金属及び合金及びその他の耐腐食性の又はとくに強度が高められた材料を用いることが必要な場合、製作費が高くなる。
【０００７】
もう１つの従来技術にかかる脈動減衰の設計仕様は、脈動が減衰させられる作動流体と連通するサージチャンバ内に配置された蛇腹（bellows）又はピストン−シリンダ装置（piston-cylinder arrangement）を用いている。特許文献２は、この種のパルセーションダンパを開示している。サージチャンバ内の作動流体の圧力が脈動時に上昇するのに伴って、蛇腹が圧縮され、あるいはピストンがシリンダ内に挿入駆動される。流体の脈動により及ぼされる圧縮力に耐えるために、圧縮されたガス又は機械式ばねが用いられる。管状の脈動減衰システムと同様に、蛇腹及びピストン−シリンダ装置の脈動減衰効率は、圧力応答要素に対して及ぼされるばね力又は内部ガスチャージの範囲で変化する。これらの従来技術にかかるシステムの蛇腹及びピストン−シリンダ部材は、比較的大きな部品を必要とし、製作費も高くなる。
【０００８】
従来技術はまた、パルセーションダンパの設計仕様は、ダイヤフラムにチャージされるガス圧が作動流体の圧力より十分に大きいときには、ドーム状の多孔支持体に対して置かれている比較的厚い可撓性ダイヤフラムを用いるということを示している。作動流体の圧力とガスチャージ圧との間に大きな圧力差が存在する場合、この設計仕様は、ダイヤフラムが破裂するのを防止（保護）する。このような設計仕様の一例が、特許文献３に示されている。この設計仕様は、ガスが供給されたダイヤフラムを支持するためのカップ又は皿の形状を有する多孔板を用いている。このダイヤフラムは、その極端に加圧された位置と加圧されていない位置との間で、ダイヤフラムを引き伸ばし又は応力を生じさせることなく、大きなチャンバ内で移動することができる。ダイヤフラムが、その中央の取付点からいずれかの方向にその全長にわたって移動することができるので、上記特許文献に記載された脈動吸収装置は、ダイヤフラムの応力がかかっていない軸方向の移動高さの実質的に２倍のチャンバを必要とする。カップ又は皿の形状は、上記特許文献中には、アーチとして機能し、孔部のための大きな面積を与える平坦な多孔板が好ましいと記載されている。
【特許文献１】
米国特許第４,７５９,３８７号明細書
【特許文献２】
米国特許第５,２０５,３２６号明細書
【特許文献３】
米国特許第２,５６３,２５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
管状のダイヤフラム及び蛇腹又はピストン−シリンダ装置を用いている前記の脈動減衰システムと同様に、ドーム状のカップ又は皿の形状の設計仕様は、比較的大きく、とくに合金又はその他の特殊な強度が高められた材料で構成されなければならない場合、製作費が高くなる。このシステムの脈動減衰効率はまた、作動流体中の圧力変動の範囲にわたって幅広く変化することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
作動流体（working fluid）とガスチャージされたチャンバとの間に可撓性ダイヤフラムが配置されてパルセーションダンパを形成している。ダイヤフラムは、ガスチャンバ内の圧力によって完全に膨れさせられたときに、平坦な多孔円形金属シートに対して位置する平坦な基部を有している。多孔金属シートは、該シートが加圧されたダイヤフラムによって及ぼされる力の下で永久的に変形するのを防止する平坦な背面ないしは支持面（planer backing surface）から近接して離間されている。支持面内に形成された環状通路（annular channel）は、作動流体を多孔金属シートに接触させ、多孔シートが平坦な支持面と係合しているときに流体がアセンブリを流通するのを許容する。作動流体中の圧力脈動は、ダイヤフラムを多孔金属シートから離れる方向に移動させる。ガスチャンバ内の平坦な支持壁（flat retaining wall）はダイヤフラムが金属シートから離れて移動するのを制限する。ガスチャンバ内のガスの圧縮及び孔部を通る脈動している作動流体の前向き及び後ろ向きの流れは、脈動のエネルギを消散させ、脈動減衰効果を生じさせる。
【００１１】
ダイヤフラムは、平坦な金属シートと平坦な支持壁との間での移動時に応力がかからない状態に維持される。ダイヤフラムは、ダンパアセンブリの本体内の取付部から一方向にだけ移動し、これはダイヤフラムの摩耗を減少させ、脈動減衰アセンブリの全高の低減に貢献する。カップ型のダイヤフラムの横壁は、ダイヤフラムの基部に比べて比較的薄くなっている。この薄い壁の構成は、作動流体中の圧力変動に対するダイヤフラムの応答を促進し、他方厚い基部はダイヤフラムが多孔ディスクとの係合及び移動によって惹起される損傷ないしはダメージ（damage）を防止する。
【００１２】
ダイヤフラムの応力がかからない操作の制限された移動と結合された本発明の部品の使用は、その脈動減衰比と、作動流体の圧力のパーセンテージで表されるガスチャンバのチャージとの間の関係を、作動流体の圧力が１００％に近いパーセンテージであっても、線形ないしはリニア（linear）にすることができる、低コストで寿命の長いアセンブリを生成する。
【００１３】
本発明にかかるパルセーションダンパの部品は、容易に入手することができる材料から容易にかつ安価に製造することができる。多孔金属シートに対して平坦面を用いると、該シートの背面の支持面及びガスチャンバ内の支持壁は、支持部材及び適合するダイヤフラムの両方の製造コストを低減する。多孔金属シートの背面の平坦な支持面は、容易に機械加工又は圧延加工され、該シートと密接して維持される所望の流体進路を形成する。このシステムの設計仕様と組み合わされた、該システムの全操作範囲にわたる、ダイヤフラムの制限された移動及びストレスの不存在は、作動流体の設計動作圧力に近いガス圧力チャージにおいても、長寿命の効率的な操作を可能にする。
【００１４】
本発明にかかる圧力ダンパの設計仕様はまた、圧力制御システム（pressure regulating system）における制御要素（control element）に容易に結合することができる比較的小さいアセンブリの製作を許容する。
【００１５】
本発明にかかる圧力減衰アセンブリの小寸法及び改善された操作効率は、感圧性の制御システム及びパイロット操作圧力リリーフバルブ（pilot operated pressure relief valve）などのその他の感圧性装置での使用の適合性を高める。パイロット操作圧力リリーフバルブは、過剰のシステム圧力を解放することにより操作圧力レベルを維持することが必要とされるときに、自動的に開閉される。リリーフバルブの「設定圧力（set pressure）」は、典型的には、配管及びリリーフバルブに結合された装置の最大許容動作圧力よりいくらか低いパーセンテージの値に設定される。
【００１６】
例えば化学プラントなどで見出すことができる多くの商業システムにおいては、配管及び結合された装置の安全操作レベル内で可能な限り高い圧力で「プロセス（process）」を操作するのが望ましい。高圧での操作は、プロセスの効率を高めて収率を高めることを許容する。パイロット操作圧力リリーフバルブは、一旦パイロットの「セットポイント（set point）」を超過したときに、システム内の過剰の圧力を解放することにより配管及び取り付けられた装置を保護する。脈動減衰がなければ、作動流体中の圧力の脈動のピークは、典型的には、パイロット及び圧力リリーフバルブを作動させ、及び／又は、パイロットの過度な摩耗を惹起するのに十分な高さである。リリーフバルブの動作及びパイロットの寿命の低下を防止するために、プラントは、プロセス圧力を低減し、効率及び収率を低下させなければならない。本発明にかかるパルセーションダンパを付加することは、プロセス動作圧力がリリーフバルブの設定圧力に近接するまで上昇させることを可能にする。本発明にかかるパルセーションダンパは、プロセス動作圧力の１００％に近づくガスチャージ圧力での高度の脈動減衰効率を実現する。
【００１７】
本発明にかかる方法においては、複数のパルセーションダンパが、同時に作動流体に露出（expose）される。これらのパルセーションダンパは、作動流体のより広い圧力範囲で脈動をより効率的に減衰させるために、異なるガスチャージが行われる。
【００１８】
前記の説明によれば、本発明の重要な目的は、比較的小さな寸法であり、容易に入手可能な材料から安価に製造される有効なパルセーションダンパを提供することであるということが理解されるであろう。
【００１９】
本発明の重要な目的は、作動流体中の圧力の脈動を減衰させるための小型のパルセーションダンパを提供することである。ここで、パルセーションダンパは、ダンパ内のガスチャージ圧が脈動減衰される流体の圧力に近づくのに伴ってより高い減衰比を示すものである。
【００２０】
本発明の目的は、ダンパ内のガスチャージが監視（monitor）されている流体の圧力に近づくのに伴って、アセンブリの減衰比がリニアに増加する、監視されている流体中の脈動を減衰させるアセンブリを提供することである。
【００２１】
本発明の関連する目的は、監視されている流体中の圧力の脈動を減衰させるための装置を提供することである。ここで、この装置の減衰比は、モニタされている流体圧力の９０％のガスチャージを超えるガスチャージの範囲でリニアに増加するものである。
【００２２】
本発明のさらにもう１つの目的は、感圧性のシステムで用いられることができる小型で安価に製造される脈動減衰装置を提供して感圧性のシステムの操作を最適化することである。
【００２３】
本発明の特別の目的は、圧力リリーフバルブによって保護されているプロセスシステムの効率及び収率の改善を可能にする、パイロット操作圧力リリーフバルブとともに用いることができる小型で安価に製造することができる有効な脈動減衰装置を提供することである。
【００２４】
本発明の前記の目的特徴及び利点は、以下の図面、明細書及び前記の請求項を参照することにより、よく理解され、より十分に把握されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明にかかるパルセーションダンパアセンブリ（pulsation dampening assembly）は、図１中に包括的に１０で示されている。脈動が減衰させられる作動流体は、入口ポート１５を介してアセンブリに入り、出口ポート１７を介して出る。これらのポートは、円柱形のスチール製のカップリング２０内に形成され、圧力システムに接続されねじが形成された接続具との接続のために、それぞれ、内側にねじが形成された容器部ないしはレセプタクル（receptacle）１５ａ及び１７ａを備えている。
【００２６】
図１、図２及び図３を組み合わせて参照すれば最もよく分かるように、カップリング２０は、平坦で奥まった軸方向の端面２２（flat recessed axial end surface）を有する軸方向に伸びる円柱体（cylindrical body）である。平坦な端面２２内に形成された環状溝２３は、ポート１５及び１７に接続され、入口ポート１５と出口ポート１７との間での流体の連通を許容する。
【００２７】
多数の孔部２７を有する円形金属ディスク２５が、スチール製のカップリング２０の平坦で奥まった空間部２２の周りに形成された環状縁部２９（annular ridge）の上に取り付けられている。縁部２９へのディスク２５の取り付けは、ディスク２５と奥まった表面２２との間の軸方向及び半径方向に伸びる空間部３０を形成し、パルセーションダンパの動作時にこれを通って作動流体が流れる。さらに説明すると、空間部３０内の流体は、強制的に、空間部３０と、ディスク２５の反対側に形成された第２の軸方向及び半径方向に伸びる空間部３１との間の孔部２７を通って、前向き及び後ろ向きに流通させられる。
【００２８】
底が平坦な可撓性のダイヤフラム３３は、金属ディスク２５と係合可能な平坦な底部を備えて配置されている。ダイヤフラム３３は、該ダイヤフラム３３の開口部の拡大された環状取付縁部３７と、比較的厚い平坦な底部３４との間を延びる厚さの薄い環状壁部３６を有している。厚さが薄い環状壁部３６は、カップリング２０の縁部２９の上に配置された環状のスチールリング４０に対して保持されている。リング４０と縁部２９の間に配置された環状のエラストマ製のＯリングシール４１は、２つの部品間の圧力シールを維持する。
【００２９】
テフロン（商標：ポリテトラフルオロエチレン「ＰＴＦＥ」）の薄い平坦なリング４５が、スチールリング４０と金属ディスク２５の間にクランプされ、ダイヤフラム３３が多孔ディスク２５をカップリング２０内の環状溝２３内に押し込むのに伴って移動させるために、ダイヤフラム３３のための滑らかで摩擦の低い表面を形成し、ダイヤフラム３３が孔部２７の中に押し出されたり、孔部のエッジで切断されたりするのを防止する。
【００３０】
カップリング２０は、スチール製のメインボディ５０内の、内側にねじが形成された円柱形開口部４７内に受け入れられる。外側にねじが形成されたスチール製の支持リング５１は、円柱形開口部４７内に配置され、カップリング２０をメインボディ５０に強固な係合で保持する。リング５１を回転させるのに用いられるトルクレンチ（図示せず）と係合させるために、リング５１の一端にレンチ凹部５２（wrench recess）が設けられ、リング５１とメインボディ５０との間にねじ結合を形成し、カップリング２０をメインボディ５０の凹部４７内に確実に着座させている。半径方向ないしは放射状の開口部５３（radial opening）は、メインボディ５０の側壁を通って凹部４７内に伸び、ダイヤフラム又はＯリングの故障を容易にかつ目視可能に示す「ウィープホール（weep hole）」として機能する。
【００３１】
円柱形のメインボディ５０には、該メインボディ５０の中心軸から横向きに伸びる平坦な支持壁５５（flat retaining wall）が設けられている。この支持壁５５は、可撓性のダイヤフラム３３と協働し、ガス圧力チャンバ５６を囲む保持面を形成する。ガスチャンバ５６には、ガスチャンバチャージバルブ６０を介してガスチャージ圧力が供給される。乾燥した窒素又はその他の適当なガスが、チャンバ５６をチャージするために用いられることができる。バルブ６０は、従来のものと同様に動作し、高圧のチャージガスが圧力チャンバ５６の閉じ込め領域内への一方的な供給を許容する。丸い頂部を有するポペット弁６１（poppet）が、支持壁５５を通ってチャンバ５６内に伸びる入口ポートを覆い（cover）、監視されている流体の圧力が支持壁５５に対してダイヤフラムを変形ないしは崩壊（collapse）させたときに、ダイヤフラム３４がポート内に移動するのを防止する。ポペット弁６１の曲がった脚部６１ａは、ポペット弁６１をある位置に保持し、チャージガスがバルブ６０からチャンバ５６内に流れるのが可能となるように、ポペット弁の頭部の十分な移動を許容する。
【００３２】
詳細な図３は、平坦な底部２２と多孔ディスク２５との間に形成された軸方向及び半径方向に伸びる空間部３０を示している。パルセーションダンパの動作時には、アセンブリの入口１５から出口１７に、矢印Ａで示された進路に沿って流体が流れる。出口と入口との間の進路とともに、流体は、強制的に、軸方向の空間部３０及び３１間のディスク２５の孔部２７を流通させられる。孔部２７を通る流体の前向き及び後ろ向きの流れと、ダイヤフラム３３の圧縮とが、流体中の圧力脈動を減衰させる。
【００３３】
本発明にかかる脈動減衰装置の動作においては、ダイヤフラム３３のいずれかの側部に設けられた種々の支持表面が、ダイヤフラムと交差する方向に作用する圧力差の方向又は大きさにかかわりなく、ダイヤフラムがダメージを受けるのを防止するのに有効である。脈動減衰アセンブリ１０に最初にチャージバルブ６０を通ってチャージガスが供給されたときに、空間部３０及び３１内の圧力の不存在は、ダイヤフラム３３が環状リング４０、テフロン（商標）リング４５及び多孔ディスク２５に対して完全に膨張することを可能にする。環状ディスク２５は、チャンバ５６内の圧力が十分に高いときには、支持面２２に対して押し付けられる。ダイヤフラムの完全な膨張はまた、動作時にはいつでも生じることができ、チャンバ５６内の圧力は、脈動が減衰させられる流体のそれよりも十分に大きくなる。
【００３４】
アセンブリ１０のこの設計仕様は、ガスチャンバ５６内が比較的高圧である期間に多孔ディスクにダメージを与えるのを防止する。このため、支持面２２とディスク２５との間の小さい間隔が、多孔ディスクの軸方向の移動をディスク材料の降伏応力より低い値に制限し、ディスクが支持面に押し付けられたときに該ディスクが永久的に変形するのを防止する。環状リング４５は、環状溝２３の上に付加の背面支持（backing support）を形成し、ダイヤフラム３３の材料が孔部２７を通って押し出されたり、切断されたりするのを防止する。
【００３５】
作動流体の圧力がガスチャンバ５６内の圧力を十分に超えたとき（これは異常な作動圧のときに起こったり、チャンバ５６内の圧力損失に起因して起こったりするのであるが）、ダイヤフラム３３は、支持壁５５に向かって力を加えられる。支持壁５５は、ダイヤフラム３３の軸方向の移動及び膨らみを制限し、それがダメージを受けるのを防止する。ダイヤフラムに作用する作動流体の圧力がこのように高いときには、頭部が丸いポペット弁６１は、ダイヤフラムの材料がチャージポートに押し出されるのを防止する。
【００３６】
通常の動作条件下では、ガスチャンバ５６は、脈動が減衰させられる作動流体の動作圧力によって決定される圧力にチャージされる。最初のガスチャンバのチャージは、脈動が減衰させられる流体の期待される動作圧力の６０ないし９０％、あるいはこれより多い。通常の動作時には、ダイヤフラム３３は、システムの流体に露出されたときに、多孔ディスク２５から離れて、支持面２２と支持壁５５との間の領域内に移動させられ、これにより脈動が減衰させられる流体の平均圧力及び平均ガスチャージ圧が実質的に等しくなる。
【００３７】
作動流体の圧力の脈動は、ダイヤフラムを、支持壁５５と多孔ディスク２５との間の領域内で前向き及び後ろ向きに移動させ、交互にチャンバ５６内のチャージガスを加圧及び減圧する。この動作は、強制的に、作動流体をディスク２５内の孔部２７を通って前向き及び後ろ向きに流通させ、脈動のエネルギを消散させる（dissipate）。作動流体は、環状溝２３と、多孔ディスクと支持面２２との間の空間部３０内に形成された大きい表面積との組み合わせ作用により、大面積の孔部に露出される。このシステムの設計仕様は、流体が、環状壁部３６の軸方向の高さに相当する長さだけ移動しなければならないダイヤフラム３３により脈動が減衰するのを許容する。ダイヤフラム３３は、メインボディとの取付地点を超えて軸方向に移動することはなく、これによりダイヤフラムの逆の屈曲を防止する。
【００３８】
図６は、本発明にかかるパルセーションダンパ及び従来技術にかかるパルセーションダンパの動作効率をグラフで表したものであり、作動流体の圧力のパーセンテージで示すガスチャンバ内のガスチャージと減衰比との間の関係を示している。図６に示すグラフは、１分間に１５０回転の速度で動作するトリプレックスポンプ（triplex pump）と１平方インチ（６４５ｍｍ２）当たり１０００ポンド（４５４ｋｇ）の作動圧（ｐｓｉ）又は「ライン圧」を用いて作成されたものである。縦軸に示されている減衰比は、減衰前と減衰後の作動流体中の脈動の振幅の比である。横軸は、ガスチャンバ内の圧力チャージを、作動ライン圧のパーセンテージで示している。
【００３９】
図６中のグラフ７０は、本発明にかかる脈動減衰アセンブリ１０を用いて得られたものであり、全ての金属部品がステンレススチール３１６で構成されていた。多孔ディスク２５は０.０１５インチ（０.３８１ｍｍ）の厚さを有し、孔は０.０３３インチ（０.８３８ｍｍ）の直径を有している。ダイヤフラム３３及びＯリング４１は、可撓性を有する過フッ化炭化水素材料（fluorocarbon material）であるビトン（Viton：商標）で構成された。ダイヤフラム３３の薄い部分３６は０.０１７インチ（０.４３２ｍｍ）の厚さを有し、厚い基部３４は０.０３３インチ（０.８３８ｍｍ）の厚さを有するものであった。平坦なＰＴＦＥリング４５は、０.０１０インチ（０.２５４ｍｍ）の厚さを有するものであった。２００ｐｓｉ（１.３８ＭＰａ）と９００ｐｓｉ（６.２１ＭＰａ）の間の範囲の圧力の乾燥した窒素がチャンバ５６をチャージするのに用いられた。メインボディ５０の外側直径は３.２５インチ（８２.６ｍｍ）であり、アセンブリの軸方向の長さは、メインボディ５０及びカップリング２０と交差して中心方向に測定して２.７インチ（６８.６ｍｍ）であった。チャージバルブ６０を含む、メインボディ５０と交差する横方向の全寸法は４.９インチ（１２４ｍｍ）であった。この設計仕様で動作する模範的な脈動減衰アセンブリは、該アセンブリ１０に対して与えられた寸法及び構成材料では、６ポンド（２.７２ｋｇ）の重さであり、最大動作圧力は５０００ｐｓｉ（３４.５ＭＰａ）であると評価され、最大温度は華氏４００度（２０４℃）であると評価される。
【００４０】
図６中の曲線７１はビルクス−マクリーン社（Wilkes-McLean, Ltd）によって製造された従来技術にかかる「管状」の脈動吸収装置（サプレッサ（suppressor））を用いて得られたものであった。米国特許第４,７５９,３８７号明細書中に詳細に記載されているような設計仕様を用いたビルクス−マクリーン社のサプレッサは、２００ｐｓｉ（１.３８ＭＰａ）と９００ｐｓｉ（６.２１ＭＰａ）の間の範囲の乾燥窒素ガスチャージ圧力で操作された。この従来技術にかかるサプレッサは、管直径が２.５インチ（６３.５ｍｍ）であり、管長が６.８７５インチ（１７５ｍｍ）であり、管直径とチャージバルブの高さの合計が４.２５インチ（１０８ｍｍ）であった。この装置は、およそ６.５ポンド（２.９５ｋｇ）の重さであった。
【００４１】
脈動減衰アセンブリ１０の重要な特徴は、アセンブリの減衰比が、ガスチャンバ５６内のガスチャージが作動流体を収容している配管ないしはライン（line）の操作圧力に近づくのに伴って、リニアに増加し続けるということである。この特徴は、図６中の直線状のグラフ７０から明らかである。曲線７１を参照すれば分かるように、従来技術にかかる普通の脈動減衰アセンブリでは、アセンブリのガスチャージがライン圧のそれに近づくのに伴って、高圧側の動作領域で減衰比が減少していることを示している。もし希望があれば、本発明にかかる脈動減衰アセンブリ１０は、単純に出口ポートを塞ぐとともに、入口ポート１５に静的な作動流体（static working fluid）を供給することにより、静的な流体システムにおける圧力脈動を減衰させるのに用いてもよい。このようなシステムは、例えば、圧力計内（pressure gauge）の圧力変動を減衰させるのに用いることができるであろう。
【００４２】
図５は、包括的に１００で示されたパイロット操作圧力リリーフバルブのパイロット操作システムに搭載された、本発明にかかる圧力ダンパ１０を示している。制御又は監視されたシステム１０１内の加圧された作動流体は、バルブ１００の入口１０２に供給される。システム１０１内の過剰の圧力は、バルブ１００を介して出口１０５に放出される。
【００４３】
ダンパアセンブリ１０は、付属ブラケット１０７を備えたバルブ１００に固定されている。ダンパアセンブリ１０は、パイロットセンスライン部１０９ａ（pilot sense line section）及び１０９ｂの間で垂直に配置され（plumbed）、これによりバルブ１００の入口１０２における圧力が、ダンパアセンブリ１０を介してパイロットコントロール１１１のセンス入力と連通する。放出圧力ライン１１２は、パイロットコントロール１１１を流通している流体を出口１０５に放出する。パイロットコントロールライン１１５は、パイロット部１１１からリリーフコントロール部１００に伸び、バルブ１００の開閉を制御する。バルブ１００は、パイロットコントロール１１１の方向の下で開かれたときに、システム１０１からの流体を、バルブ１００を介して、出口１０５から流出させるのを許容する。
【００４４】
図５中の圧力対時間の図１２０は、システム１０１内に収容されている作動流体中の圧力変動を示している。図５中の同様の図１２５は、パルセーションダンパ１００が流体を処理した後におけるシステム作動流体中の減衰させられた変動を示している。図１２０及び１２５中の圧力の脈動の振幅の差を比較すれば分かるように、センスライン１０９ｂ内の圧力流体中の脈動は実質的に低減されている。脈動の振幅の低減は、システム１０１内の流体の操作圧力が、パイロット操作の圧力リリーフバルブ１００のセットポイント又は開口部の近くまで上昇するのを許容する。
【００４５】
図４中には、本発明にかかる修正されたパルセーションダンパが包括的に１２０で示されている。このシステム２１０は、作動流体の高い脈動減衰の範囲が、より広い圧力比にわたって効果的に伸びることを許容する。パルセーションダンパ２１０は、２つの対称的に配置されたパルセーションダンパ部２１１及び２１２を含み、それぞれがパルセーションダンパ１０と同様に動作する。ダンパ部２１１及び２１２が組み合わされて、ダンパ１０を流通する作動流体中の脈動の減衰効果を効果的に増加させる。システム２１０の重要な特徴は、２つのガスチャージチャンバの各々が、異なるガスチャージ圧がチャージされ、システム１０と比べて、流体の広い圧力範囲にわたって圧力脈動をより効果的に減衰させるのに適しているということである。
【００４６】
対称部２１２と同一の構成であるパルセーションダンパ部２１１は、パルセーションダンパ１０中の対応する部品よりも２００だけ大きい参照番号でもって識別される。２つのダンパ部２１１及び２１２の構成及び動作は同様であるので、ダンパ部２１１についてのみ詳しく説明する。ダンパ部２１２の部品は、ダンパ部２１１中の対応する部品と対称的に一致する
【００４７】
システム２００によって脈動が減衰させられる作動流体は、メインボディ２１０の一端に形成された入口ポート２１５に入る。作動流体は、ダンパ２００を流通し、メインボディ２５０の反対側に形成された出口ポート２１７を介して出る。スチール製の支持リング２５１を備えたメインボディ２５０のある位置（定位置）に保持されたスチール製のカップリング２２０は、ダンパ部２１１内にガスチャージチャンバ２５６ａを形成する。対称的に対応するガスチャンバ２５６ｂは、隣のパルセーションダンパ部２１２内に形成されている。
【００４８】
ガスチャージバルブ２６０を介してチャンバ２５６ａにガスが供給される。ばねで付勢された（spring loaded）ポペット弁２６１が、チャージバルブからチャンバ２５６へのアクセス開口部を覆う（cover）。ポペット弁２６１は、平坦な支持壁２５５と協働し、ダイヤフラム２３３の移動を制限する。ダイヤフラム２３３は、作動流体と連通する空間部２３１からガスチャンバ２５６ａを分離する。空間部２３１内の多孔ディスク２２５は、メインボディ２５０上に形成された平坦な支持面２２２内に機械加工された環状溝２２３と連通する。支持面２２は、ガスチャージが入口２１５における流体の圧力を大きく超えたときに、ダイヤフラム２３３の移動を制限する。アセンブリ１０と同様に、アセンブリ２１０内の作動流体によるガスがチャージされたチャンバ２５６ａの加圧は、ポート２１５に入る流体に、多孔ディスク２２５内の孔部を通しての前向き及び後ろ向きの流れを生じさせ、流体中の圧力脈動を減衰させる。
【００４９】
動作においては、チャンバ２５６ａ及び２５６ｂは、それぞれ異なる圧力でチャージされる。低圧でのチャンバのチャージは、より低い平均圧力の脈動を効果的に減衰させ、他方高いチャージのダンパは、より高い平均圧力の脈動をより効果的に減衰させる。２つのチャンバを備えた設計仕様はまた、チャンバの一方が故障したとしても脈動の減衰を継続させるバックアップ動作を行う。チャージされたチャンバ２１６ａ及び２５６ｂによって得られる脈動減衰効果は、圧力脈動のエネルギを吸収する、ばねで付勢されたピストン−シリンダ力吸収装置又はその他の等価な装置などの等価な装置によっても達成することができるということが理解されるであろう。
【００５０】
ここでは、本発明にかかるパルセーションダンパの好ましい実施の形態が詳細に記載されているが、本発明の異なる形態が、請求項に規定されている本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施されることができるということが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明にかかるパルセーションダンパの立面断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切断された断面図である。
【図３】図１の小領域の拡大断面図であり、本発明にかかる脈動減衰装置の構成の詳細を示している。
【図４】本発明にかかるパルセーションダンパの修正形態を示す立面部分断面図である。
【図５】本発明にかかるパルセーションダンパを備えたパイロット操作圧力バルブの斜視図である。
【図６】本発明にかかるパルセーションダンパの動作効率を、従来技術にかかるパルセーションダンパのそれと比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  脈動減衰アセンブリ、  １５  入口ポート、  １７  出口ポート、  ２０  スチールカップリング、  ２２  端面、  ２３  環状溝、  ２５  金属ディスク、  ２７  孔部、  ２９  縁部、  ３０  空間部、  ３１  空間部、  ３３  ダイヤフラム。
【図５】
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【図６】
2004537013.tif 000004
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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