JP2886988B2 - 多重媒体安全弁 - Google Patents

多重媒体安全弁

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JP2886988B2
JP2886988B2 JP7529713A JP52971395A JP2886988B2 JP 2886988 B2 JP2886988 B2 JP 2886988B2 JP 7529713 A JP7529713 A JP 7529713A JP 52971395 A JP52971395 A JP 52971395A JP 2886988 B2 JP2886988 B2 JP 2886988B2
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disc holder
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デイル ダンジー，ロジャー
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DORETSUSAA IND Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は装置の損傷と個人の傷害を回避するために流
体装置内の超過圧力を逃すための安全弁に関する。さら
に詳しく言えば、本発明はある最新の安全弁の設計にお
いて弁の性能を改良するための弁の構成部材に関する。
圧力逃し装置すなわち安全弁は、液体、蒸気またはガ
ス状態のいずれかの状態の流体を利用する作動装置を超
過圧力から保護するために使用されている。このような
安全弁のうちの典型的な安全弁は、多年の間市販されて
きた集合室（huddling chamber）型式の弁である。この
ような弁は流体を圧力容器から弁の中に流入させるため
のノズルを含む。弁座が弁の主本体の室内のノズルの吐
出側端部に形成されている。このノズルは、一般に「弁
ディスク」と呼ばれている弁部材により流体の漏出を阻
止するために閉ざされている。弁ディスクは、ノズルの
弁座に対して可動であり、かつ圧縮ばねにより弁座上の
閉鎖位置に付勢されている。圧力容器内の流体圧力が所
定値を超えると、弁ディスクがノズルの弁座から押しつ
けられ、圧力容器からの流体を弁室の中に流入させ、弁
室からの流体を弁室と連通している出口を通じて流出さ
せる。圧力容器内の圧力が所定レベルまで低下すると、
圧縮ばねが弁ディスクをノズルの弁座に押し戻して、安
全弁を閉じる。弁が開く圧力と弁が再び閉じる圧力との
差は、しばしば、「吹出し」（blowdown）と呼ばれてい
る。
本発明の一般的な型式の弁は1977年７月19日にジェー
ムス ダブリュー．ダッシュナー氏により発行された吹
出し安全弁に対する以下の米国特許第4036250号明細書
に例示され、かつ記載されている。さらに詳しく言え
ば、本発明の型式の弁は、ドレッサー インダストリー
ズ社の産業用弁事業部（Operation）のドレッサー弁制
御室部門により製造されかつ市販され、かつ「安全弁の
寸法と選択（1991年秋）SRV−１」と題する1991年に発
行されたドレッサーインダストリーズ社のカタログに記
載されかつ例示された1900SVR′ｓおよび1990SRV′ｓで
ある。
発明の要約 本発明の主な目的は、超過流体圧力を逃すための新し
く且つ改良された安全弁を提供することにある。
本発明のさらにその他の目的は、弁の性能を改良する
弁ディスクホルダと調節リングとを含む安全弁に提供す
ることにある。
本発明の別の目的は、弁のチャター（安全弁の円板と
弁座との接触部分に加えられた圧力によって生ずる、部
材の不規則な交互運動）を減少しまたはなくすために構
成された安全弁を提供することにある。
本発明の別の目的は、安全弁が開く圧力の10％未満の
値の吹出しでサービス（圧力容器内の超過圧力を逃が
す）を供給する、改良された構成部材を有する安全弁を
提供することにある。
本発明の別の目的は、ガス、蒸気および液体媒体供給
用に使用することができる安全弁を提供することにあ
る。
図面の簡単な説明 第１図は本発明が適用される型式の従来の安全弁を断
面且つ立面で示した長手方向側面図である。
第２図は本発明による安全弁の弁ディスク、弁ディス
クホルダ、吹出しリングおよびノズルを断面且つ立面で
示した長手方向部分略図である。
第３図は第２図に例示した調節可能な吹出しリングの
部分底面図である。
第４図は静的な閉ざされた状態の弁を例示した第２図
に示した破線３内で取った断面で示した拡大部分側面図
である。
第５図は弁の上昇が開始するときの最初の開放位置に
おける弁を示した第４図と同様に断面で示した部分側面
図である。
第６図は全開した弁を例示した第４図および第５図と
同様に断面で示した部分側面図である。
発明の好ましい実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、本発明が適用される典型的な従
来技術の安全弁10は、フランジ付き入口連結部12とフラ
ンジ付き出口連結部13とを有する弁本体11を含む。入口
流路15を備えているノズル（圧力容器の中に連結するた
めの吐出ノズルを構成する流れ導管）14が入口連結部12
内に取り付けられている。ノズル14の内方端部は、弁座
20を規定する環状端面を備えている。調節可能な吹出し
リング21がノズル14の上端部上にねじこまれている。リ
ング21は制御ノブ24を有する調節可能なリングピン23と
係合可能な該吹出しリングと外接する複数の外側の長手
方向錠止溝（locking slot）22を有する。リングシール
25が弁本体から調節リングノブのまわりに外向きに流体
が漏洩することを阻止するために弁本体と調節リングノ
ブ24との間を密封している。弁ディスク（弁円板部材）
30が、ノズル上の弁座20に対して移動して弁を開閉する
ためにディスクホルダ（円板保持部材）31によって支持
されている。弁ディスクの首部のまわりのディスクリテ
ーナリング（円板保持リング）32が弁ディスク30をディ
スクホルダの下端部に錠止している。弁ディスクの下端
面には弁を開閉するためにノズル上の弁座20に対て係合
可能でありかつ弁座20に対して移動可能である環状の弁
座を有する。弁ディスクホルダ（弁円板保持部材）31
は、弁本体11に固定された案内フランジ34を有する案内
スリーブ33内に滑動可能に取り付けられている。弁ディ
スクホルダ31は、リテーナリング（保持リング）40によ
りスピンドル35と連結されている。スピンドル35はナッ
ト43により固定された植込みボルト42上の弁本体11の基
部に取り付けられたボンネット41内で作用する。ガスケ
ット39がボンネット41と弁本体11の基部との間に取り付
けられている。別のガスケット36がディスク案内フラン
ジ（円板案内フランジ）34と弁本体11の基部との間に取
り付けられている。放射管37がフランジ付き出口13内の
弁出口通路の中に延在する案内フランジ34を貫通して連
結されている。スピンドル35のまわりのコイルばね44が
上側ばね座金45と下側ばね座金50との間に圧縮されてい
る。下側ばね座金50はスピンドル35の拡大下端部により
支持されている。スピンドル35の上端部はボンネット41
の上端部52を貫通してねじ込み係合した管状の調節ねじ
であるスリーブ51内に軸支されている。調節ねじナット
53がボンネットの頭部の上端部に対して調節ねじ51にね
じ込まれている。キャップ54がスピンドル35の上端部お
よびスピンドル調節ねじ51の上端部をおおってボンネッ
トの上端部52に取り付けられている。
運転中、従来技術の安全弁10は図示していない圧力容
器内に発生することがある過大な流体圧力を逃すために
圧力容器に取り付けられている。圧力容器内の流体圧力
は弁のノズル14内の流路15を通じて安全弁と連通してい
る。安全弁は圧縮ばね44により閉ざされた状態に保持さ
れている。ばね44は弁ディスク30をノズル14上の弁座20
と密封係合するように付勢している。圧力容器内の圧力
が安全弁10の設定圧力に達するにつれて、安全弁10内の
圧力は、該安全弁10が設定圧力において十分に全開する
以前に流体の漏洩をし始める値に達する。弁の漏洩が始
めるこの圧力レベルは、開放圧力に対して「弁座の液密
性」（seat tightness）として知られている値を規定す
る。弁の漏洩が始めると、弁ディスク30が流体圧力によ
り弁座20から持ち上げられ、弁座20の内部の弁ディスク
のまわりの流路15からの流れが安全弁の出口16の中に流
入することが可能になる。圧力容器内の流体圧力が安全
弁による圧力の放出のために低下すると、圧力が弁の再
着座圧力に達し、弁ディスク30が再び弁座20と係合し
て、弁を再び閉ざす。弁の設定圧力と再着座圧力との差
が吹出し差（blowdown differential）と呼ばれ、また
は、さらに簡単には、弁の吹出し（blowdown）と呼ばれ
ている。
本発明によれば、第１図に示した従来技術の安全弁10
の変型構成部分の好ましい実施例を第２図から第６図ま
でに概略例示してある。第２図から第４図までを参照す
ると、第１図に例示された弁ディスク30が変型弁ディス
クホルダ31A内に取り付けられている。弁ディスクホル
ダ31Aは、従来技術の弁10のノズル14に取り付けられた
内側リング21Bと外側リング21Cにより形成された調節可
能な吹出しリング21Aと協働する。
第４図は本発明の安全弁を提供するために従来技術の
弁10の吹出しリング21と弁ディスクホルダ31の代替であ
る変型吹出しリング21Aと変型弁ディスクホルダ31Aの特
徴を拡大して詳細に示している。特に第４図を参照する
と、吹出しリングの内側リング21Bの上端部は、その外
側に環状の上向きかつ内向きに傾斜したテーパーが付け
られた偏向外面21Dを備えている。吹出しリングの外側
リング21Cの上端部は、上方に開口した円周方向に離隔
した半楕円形の吐出口21Eを有する。外側リング21Cの内
面とディスクホルダの外面は、第４図と第５図の弁位置
においてディスクホルダと外側リング21Cの間に円筒形
環状空間を画定する離隔された円筒形表面である。外側
リング21Cはまた、円周方向に離隔された長手方向外側
錠止溝21Fを備えている。第３図参照。錠止溝21Fは、吹
出しリングをノズル上の所望の位置に錠止するためにピ
ン制御ノブ24と連結された錠止ピン23を受け入れる。弁
ディスクホルダ31Aの下端部は、内側に、環状の下向き
かつ外向きに傾斜した偏向面31Bを備えている。偏向面3
1Bは、ディスクホルダ31Aの環状の下方に延在するスカ
ート31Cの内部に形成されている。スカート31Cは、第４
図の場合のように弁の閉鎖位置における吹出しリングの
内側リング21Bの上端部に入れ子式に嵌合する。このよ
うな位置においては、ディスクホルダ偏向面31Bと吹出
しリングの偏向面21Dが実質的に平行な関係に離隔さ
れ、偏向面間に下向き外向きにフレアがついた環状の円
錐形の吐出空間を画成している。従って、第１図の弁10
の対応構成部材として吹出しリング21Aとディスクホル
ダ31Aを代用することにより、本発明の特徴を含む安全
弁が提供される。
安全弁10Aの作動は第１図に示した従来技術の弁10に
ついて記載した作動と本質的に同じであり、本発明の特
徴による弁10Aの改良された性能を有する。弁10Aは、第
２図から第４図までに例示したよに、ノズル14の流路15
内で弁ディスク30の下面に作用する流体圧力により閉ざ
される。この流体圧力は弁ディスク30を下方に保持する
ディスクホルダ31Aをノズルの座面20上に押圧するばね4
4の力による抵抗を受ける。圧力容器内の圧力が増大す
ると、弁ディスクに作用する上向きの力がばねの力と等
しくなる傾向を生じ、弁ディスクに作用する正味の力が
ゼロ（０）に近づく。蒸気またはガス用装置において
は、弁が「急に動いて」（“pop"）全開する前に、「微
振動」（simmer）することがある。圧力容器内の圧力が
設定圧力よりも１〜２パーセント低い圧力範囲内即ち設
定圧力の98〜99パーセントの値まで増大すると、圧力容
器内の流体圧力が弁ディスク30およびディスクホルダ31
Aをばね44に抗して上方に押し、流体がノズルの弁座お
よび弁ディスク上の着座面を越えて弁座面の間の室部分
Ｂ内空間中に可聴状態で移動する（第５図参照）。ディ
スクホルダのテーパー面31Bと内側の吹出しリング上の
テーパ面21Dの間に画成された二次環状オリフィスが室
領域Ｂ内に圧力上昇をひき起こし、弁ディスクとディス
クホルダに付加的な上向きの力を与えて、ばねの力に打
ち勝って、弁を全開する。ノズル14上のリングを回転す
ることによる吹出しリング21Aの調節により、環状テー
パ面31Bと環状テーパ面21Dとの間の空間を変更し、該テ
ーパ面の間の制限を変更して室Ｂ内の圧力上昇を制御す
る。吹出しリングはノズル14の上端部にねじ込まれたリ
ングを回転することにより調節される。吹出しリング21
Aは、適正な位置に調節されたときに、吹出しリングの
それ以上の回転を阻止するために、ノブ24を回転して錠
止ピン23の内方端部を吹出しリングの溝21Fのうちの１
つの溝中に挿入することにより錠止される。室Ｂ内の制
御された圧力上昇により、ばねの力に打ち勝つために弁
ディスク30とディスクホルダ31Aの下端部に十分な上向
きの力が作用し、弁ディスクをノズルの弁座から離すよ
うに持ち上げ、弁が「急に動いて」開く。弁がいったん
開かれると、付加的な圧力上昇が第６図に示す空間Ｃ内
に起きる。空間Ｃは、ディスクホルダ31Aの下端部の環
状テーパ面31Bの下方にかつ吹出しリングの上端部のテ
ーパ面21Dの上方に画成されている。この付加的な圧力
上昇は突然の流れの増大と、ディスクホルダの下端縁と
外側吹出しリング21Cの上向き内側端縁の間に画成され
た環状オリフィスを通じての流れを制限することに起因
している。弁ディスクおよび吹出しリングの下端面の下
方のさらなる圧力上昇により発生した付加的な力が、第
６図から理解されるように、弁ディスクとディスクホル
ダを全開位置まで持ち上げる。流体が第６図に矢印で示
すように弁ディスクとディスクホルダと吹出しリングと
の間を半径方向外向きに流れ、吹出しリングの半楕円形
吐出口21Eを通じて流れ、ノズルの流路内の圧力上昇に
依存する漸進的な速度で弁ディスクおよびディスクホル
ダの上昇をひき起こす。吹出しリングとディスクホルダ
との間の環状空間は、漏出する流体をディスクホルダの
周囲に平行に吐出させる。この吐出する流体は、弁ディ
スクとディスクホルダに作用する流体の圧力により発生
する力と反対方向の力をディスクホルダに作用する。圧
力容器からの圧力流体の漏出により、弁ディスクに作用
する圧力が弁を再び閉じる設定圧力よりも低い値まで低
下するまで圧力を低下させる。「吹出し」の定義は、弁
が開く圧力と弁が再び閉じる圧力との差である。吹出し
は、弁ディスクの下面に作用する圧力が設定圧力よりも
低い値に低下するまで、ばねの力が領域Ｂ、Ｃ内の圧力
にさらされる弁ディスクの下面とディスクホルダの面に
より画定された領域に作用する流体圧力により生ずる力
の合計に打ち勝つことができない結果によりひき起こさ
れる。
吹出しリングの半楕円形吐出口を含む弁ディスクと吹
出しリングの設計は、制御されるすべての圧力媒体に対
して安全弁が開く圧力の10％未満の値の吹出しによりチ
ャターのない運転を生ずる現在の米国機会学会の規格に
合致したガス、蒸気および液体媒体に対して作用する安
全弁を提供する。ディスクホルダの内部の流れを制限す
る従来技術の弁と対照的にディスクホルダの外部の流れ
を制限することにより、ディスクホルダと弁ディスクの
組合わせによる内部領域の媒体により生ずる力を部分的
に抹消することが判明した。
本発明の好ましい実施例を説明しかつ図面に例示した
が、本発明の全範囲が添付した請求の範囲により規定さ
れることを理解すべきである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16K 17/02 - 17/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧力容器内の流体圧力が所定の最大値に達
    したときに該圧力容器内の流体圧力を逃すための安全弁
    において、 前記圧力容器の中に連結するための吐出ノズルを構成
    し、該吐出ノズルを貫通する吐出流路のまわりの弁座を
    含む流れ導管と、 前記吐出ノズルの弁座と係合する閉鎖位置と、該吐出ノ
    ズルの弁座から離隔された開放位置との間で移動可能で
    あり、その上に弁座を有する弁ディスクと、 前記閉鎖位置と前記開放位置の間で移動する前記弁ディ
    スクのまわりに取り付けられかつ該弁ディスクを支持す
    る環状の弁ディスクホルダと、 前記吐出ノズル上の調節可能な吹出しリングとを有する
    とともに、 前記弁ディスクホルダは前記弁ディスクの弁座から半径
    方向外向きに離隔されかつ該弁ディスクの弁座を越えて
    その端部方向に延在する円周方向の偏向リムを含み、前
    記偏向リムの外面は円筒形の表面であり、および前記偏
    向リムの内面は前記弁ディスクの弁座から外向きに傾斜
    したテーパが付された面であり、 前記吹出しリングは前記弁ディスクの閉鎖位置、および
    前記安全弁が開き始める時に該安全弁が最初に流体を漏
    洩し始めるブリード位置において、前記弁ディスクホル
    ダの偏向リムの中に突出しかつ該偏向リムから内向きに
    離隔された、前記吐出ノズルの弁座のまわりの環状の内
    側突出部分と、前記弁ディスクホルダと前記弁ディスク
    の、閉鎖位置および前記ブリード位置において、前記吹
    出しリングと前記偏向リムの間に環状流路を画成する、
    前記内側突出部分および前記弁ディスクホルダの偏向リ
    ムから離隔された、前記内側突出部分と同心な関係にあ
    る環状外側リムとを含み、前記吹出しリングの内側突出
    部分の外面は該吹出しリングの外側リムの内面に向かっ
    て前記吐出ノズルの弁座から離れる方向にテーパが付さ
    れ、前記弁ディスクホルダの偏向リムは前記吐出ノズル
    に向かって外向きに傾斜した環状の円錐形内面を有し、
    前記吹出しリングは前記弁ディスクホルダの偏向リムの
    傾斜した内面と実質的に平行である、前記弁ディスクか
    ら離れる方向に外向きに傾斜した環状のテーパが付され
    た外面を有し、前記外側リムは複数の円周方向に離隔さ
    れた半楕円形の吐出口を有する、安全弁。
  2. 【請求項２】圧力容器内の流体圧力が所定の最大値に達
    したときに該圧力容器内の流体圧力を逃すための安全弁
    において、 前記圧力容器の中に連結するための吐出ノズルを構成す
    る流れ導管と、 前記吐出ノズルの吐出端部のまわりの吐出流れ室を画成
    する、該吐出ノズルと連結された弁本体と、 前記吐出流れ室内にあり、前記吐出ノズルの弁座に対す
    る閉鎖位置と開放位置との間で該吐出ノズルの弁座に対
    して移動し、実質的に平坦な環状の弁座を有する弁ディ
    スクと、 前記弁ディスクと連結されかつ該弁ディスクを支持する
    弁ディスクホルダと、前記吐出ノズルの端部上の弁座の
    まわりの該吐出ノズルに移動可能に取り付けられた調節
    可能な吹出しリングと、 前記吐出ノズル、前記吹出しリング、前記弁ディスクお
    よび前記弁ディスクホルダの間の流体圧力が所定レベル
    よりも低い値に低下したときに、前記安全弁を閉ざすた
    めに、前記弁ディスクと前記弁ディスクホルダを前記吐
    出ノズルに向けて付勢するために該弁ディスクホルダと
    連結される装置とを有するとともに、 前記吐出ノズルは該吐出ノズルを貫通する吐出流路と、
    該吐出流路のまわりの環状の実質的に平坦な弁座の形態
    の端面とを有し、 前記弁ディスクホルダは前記弁ディスクを包囲する環状
    の偏向リムを有し、かつ前記吐出ノズルの吐出流路か
    ら、該吐出ノズルの弁座と前記弁ディスクの弁座との間
    の前記吐出流れ室の中に外向きに流れる流体を偏向し
    て、前記弁ディスクから離れる流体を前記吐出ノズルか
    ら下向きかつ外向きに偏向するために、前記弁ディスク
    の弁座面を越えかつ該弁座面から離れて傾斜した截頭円
    錐台形の環状の偏向内面を備え、 前記吹出しリングは前記弁ディスクホルダの偏向リムの
    截頭円錐台形面と実質的に平行な、前記吐出ノズルの吐
    出端部から離れて外向きにテーパが付された、截頭円錐
    台形の偏向外面を有する内側リング部分を有し、前記吹
    出しリングは前記内側リング部分を包囲する環状の外側
    リム部分を有し、該外側リム部分は円筒形の内面を有
    し、前記吹出しリングの内側リング部分の截頭円錐台形
    の外面は該吹出しリングの外側リム部分の円筒形の内面
    に収赦し、前記吹出しリングの外側リム部分の円筒形の
    内面は外向きに離隔され、かつ前記弁ディスクおよび前
    記弁ディスクホルダが前記吐出ノズルと前記吹出しリン
    グに対して開放した僅かに振動し得る微振動位置にある
    ときに、前記弁ディスクホルダの外面と前記吹出しリン
    グの外側リム部分の内面との間に環状の円筒形の流路を
    画成する該弁ディスクホルダの円筒形の外面に実質的に
    平行であり、前記吹出しリングの外側リム部分は該吹出
    しリングの円筒形の内面と該吹出しリングの内側リング
    部分の截頭円錐台形の偏向外面との間の空間中の該吹出
    しリング中に開口し、円周方向に離隔されその端部方向
    に開口する半楕円形吐出口を有する、安全弁。
  3. 【請求項３】前記安全弁が開いて前記弁ディスクホルダ
    の周囲に平行な流体の流れの吐出を生じ、前記弁ディス
    クと前記弁ディスクホルダに作用する流体圧力により発
    生した力と反対の方向に該弁ディスクホルダに作用する
    力を発生するときに、前記吹出しリングと前記弁ディス
    クホルダの間に環状空間が画成される請求項２に記載さ
    れた安全装置。
  4. 【請求項４】前記安全弁を通じて流れる全ての流体に対
    して該安全弁が開く圧力の10％未満の値の吹き出しによ
    り、前記吹出しリング、前記弁ディスクおよび前記弁デ
    ィスクホルダがチャターのない該安全弁の閉鎖を行うよ
    うな寸法および形状になされている請求項３に記載され
    た安全弁。
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