JP3477362B2 - 調圧弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、高圧流体を使用目
的に合った低圧の調圧された流体に変換するための調圧
弁に係り、特に、調圧された流体の圧力をフィードバッ
ク量にしてダイヤフラムを作動させ、このダイヤフラム
で弁体を駆動して調圧を行うようにした調圧弁に係り、
ロケットの打ち上げ時、ロケット射点系設備よりロケッ
ト機体内部に一定圧力で供給されるヘリウムガスの調圧
に好適な調圧弁に関する。 【０００２】 【従来の技術】移送効率をあげるため高圧にされた流体
を、当該流体の使用目的にあった、好適な調圧された圧
力にするために、調圧弁を使用して高圧流体の圧力を低
減して、低圧流体に調圧することが従来からおこなわれ
ている。 【０００３】図２は、ロケットの打ち上げ時に、ロケッ
ト射点系設備に貯蔵された高圧のヘリウムガスをロケッ
ト機体内部に供給するために行う調圧に、従来から使用
されている調圧弁を示す断面図である。図に示すよう
に、調圧弁０１の内部には、高圧流体である高圧ヘリウ
ムガスＨＧを導入する一次側流路０２、ロケット機体内
部に供給される圧力にまで調圧された低圧流体である低
圧ヘリウムガスＬＧを流出させる二次側流路０３が設け
られている。 【０００４】また、一次側流路０２と二次側流路０３と
の間には、メインシール０５が付設された弁座０４が設
けられており、このメインシール０５にその上端面を当
接させるように配設された、弁体としてのポペット０６
の作動により、弁座０４部分に形成される流路面積を変
えて、一次側流路０２から導入される高圧ヘリウムガス
ＨＧの圧力を低減して、調圧された低圧ヘリウムガスＬ
Ｇに変換するようにしている。このポペット０６の作動
は、ポペットロッド０７によってポペット０６の上端に
底面が連結されたダイヤフラム０９の作動によって、そ
の作動量が制御される。 【０００５】次に、このポペット０６の作動について説
明すると、上述した調圧弁０１の内部に形成された一次
側流路０２と二次側流路０３の上方には、作動区画０８
が設けられており、ダイヤフラム０９が、この作動区画
０８内を上、下区画に仕切るようにして収容されてい
る。また、このダイヤフラム０９で仕切られた作動区画
０８の上方区画には、作動区画０８上方の調圧弁０１の
内部に形成されたドーム０１１から制御流体が導入さ
れ、ダイヤフラム０９の上面側である一側を負荷すると
ともに、作動区画０８の下方区画は、二次圧導入孔０１
０を介して二次側流路０３と連通されており、二次側流
路０３内を流れる調圧された低圧ヘリウムガスＬＧが流
入し、ダイヤフラム０９の下面側である他側を負荷する
ようにしている。 【０００６】すなわち、ダイヤフラム０９は、低圧ヘリ
ウムガスＬＧの圧力をフィードバック量として使用し、
調圧のために選択された制御流体の圧力と低圧ヘリウム
ガスＬＧの圧力との差圧によって、上、下動させるよう
にしている。このダイヤフラム０９の上、下動は、前述
したように、ポペットロッド０７によってポペット０６
に伝達され、ポペット０６はダイヤフラム０９の上、下
動の大きさに対応した上、下動を行う作動をする。この
ポペット０６の作動により、ポペット０６の上端とメイ
ンシール０５との間に形成される流路面積を変えて、こ
の流路を通過する高圧ヘリウムガスＨＧの圧力を制御流
体の圧力によって、調整された低い圧力の低圧ヘリウム
ガスＬＧに変換するようにしている。 【０００７】このように、従来の調圧弁は調圧機能のみ
に着目し、調圧された低圧ヘリウムガスＬＧを二次圧導
入孔０１０を介して、フィードバックとしてダイヤフラ
ム０９の他側に導入し、これと一側に導入された制御流
体の圧力との差圧によってのみ、高圧ヘリウムガスＨＧ
を調圧された低圧ヘリウムガスＬＧにするだけのもので
あり、低圧ヘリウムガスＬＧに生じることのある、渦発
生等による流体振動の外乱を抑制して調圧する構造のも
のにはなっていない。また、作動区画０８内に調圧され
た低下ヘリウムガスＬＧを導入する二次圧導入孔０１０
の口径も、一定口径のストレートのものにされ、口径を
調整できる構造のものにはなっていない。 【０００８】このために、二次側流路０３から流出し、
ロケット機体内部に供給される管路において、低圧ヘリ
ウムガスＬＧに生じる流体振動等の外乱の伝達によっ
て、ダイヤフラム０９が急激に振動することがあった。
このダイヤフラム０９に生じる振動は、ポペットロッド
０７によってポペット０６に伝達され、ポペット０６が
振動を起こし、メインシール０５と激しく衝突し、メイ
ンシール０５を破損させ、調圧弁０１の内部漏洩を発生
させたり、ポペット０６の曲がりを誘発したりする等の
不具合が生じることがあった。 【０００９】特に、上述したロケット射点系設備におい
て使用される調圧弁０１においては、ロケット機体内部
に供給されるヘリウムガスが大流量になり、また高圧ヘ
リウムガスＨＧと低圧ヘリウムガスＬＧとの差圧が大き
くなり、換言すれば、調圧機能の大きさが大きくなり、
調圧弁０１としては非常に過酷な使用条件となり、低圧
ヘリウムガスＬＧに発生する脈動によって生じる調圧弁
０１の不具合の発生が多く生じていた。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、調圧された
低圧ヘリウムガスをフィードバックして使用し、高圧ヘ
リウムガスを調圧して低圧ヘリウムガスにするようにし
た、従来の調圧弁の上述した不具合を解消するため、フ
ィードバックとして導入される低圧ヘリウムガスに生じ
ることのある流体振動を低減して、ダイヤフラムの他側
に供給するようにして、ダイヤフラムに生じる振動を抑
制し、ダイヤフラムで駆動される弁体の振動を低減し
て、内部漏洩が発生することなく、また故障のない信頼
性の高い調圧弁を提供することを課題とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】このため、本発明の調圧
弁では、つぎの手段とした。ロケットの打ち上げ時、ロ
ケット射点系設備よりロケット機体内部に供給されるヘ
リウムガスの調圧に使用され、一側に制御流体を負荷
し、他側に二次側流路を流れる調圧された低圧ヘリウム
ガスを負荷し、これらの差圧で作動するようにしたダイ
ヤフラムの作動区画と二次側流路とを連結し、ダイヤフ
ラムの他側に調圧された低圧ヘリウムガスを流入させる
ようにした二次圧導入孔内に、軸心に沿って導入孔を穿
設したフィードバックオリフィスを着脱自在に装着して
設け、二次側流路を流れる調圧された低圧ヘリウムガス
に発生する外乱による圧力変動のダイヤフラムへの伝達
を抑制し、この流体振動によるダイヤフラムに発生する
振動の発生を抑制して、ダイヤフラムの作動に連動して
作動する弁体の振動を抑制するようにした。 【００１２】 このように、フィードバックオリフィス
は、取りつけ、取り外し自在にされ、その内部を貫通さ
せて設ける導入孔が、調圧された低圧ヘリウムガスに生
じる流体振動等の外乱を効果的に防止できる口径のもの
を選択して二次圧導入孔内に着脱自在に設置し、自在に
変更できるものにすることが好ましい。 【００１３】 本発明の調圧弁は、上述の手段により、
調圧された二次側流路内を流れる低圧ヘリウムガスに外
乱によって急激な流体振動が生じても、二次圧導入孔内
に挿入されたフィードバックオリフィスによって、二次
圧導入孔を通るときに流体振動は効果的に減衰され、ダ
イヤフラムの他側に面する作動区画に伝達されるので、
ダイヤフラムの他側に負荷される低圧ヘリウムガスの流
体振動は低減して、ダイヤフラムに流体振動で発生する
振動は低減し、ダイヤフラムから伝達されて高圧ヘリウ
ムガスを低圧ヘリウムガスに変換する弁体に発生する振
動を低減させることができる。 【００１４】これにより、弁体が当接するメインシール
が、弁体との急激な衝突によって破損するようなことが
なくなり、また弁体とメインシールとの接触不良が生じ
ることがなくなり、調圧弁に内部漏洩が発生するような
ことがなくなる。さらに、弁体の弁座との接触により、
弁体若しくは弁体とダイヤフラムとを連結する部材に、
曲がり発生を誘発する等の破損発生が防止され、信頼性
の高い調圧弁とすることができる。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の調圧弁の実施の一
形態を図面にもとづき説明する。図１は本発明の調圧弁
の実施の第１形態を示す断面図である。なお、図におい
て図２に示す部材と同一若しくは類似の部材には、同一
符番を付し、詳細説明は省略する。 【００１６】本実施の形態の調圧弁１においては、従来
の調圧弁０１と同様に、調圧弁１の内部に一次側流路０
２、二次側流路０３、作動区画０８、ドーム０１１が画
成されるとともに、一次側流路０２と二次側流路０３と
の間には、メインシール０５を付設した弁座０４が設け
られ、この弁座０４に当接する弁体としてのポペット０
６の上下動により、弁座０４とポペット０６との間に形
成される流路面積を変え、一次側流路０２に導入された
高圧流体としての高圧ヘリウムガスＨＧの圧力を低減さ
せて調圧し、低圧流体としての低圧ヘリウムガスＬＧに
して、二次側流路０３からロケット機体内部等の供給先
へ流出させるようにしている。 【００１７】また、ポペット０６の上下動は、ドーム０
１１に注入され、ダイヤフラム０９の上面側の作動区画
０８に導入され、調圧を行うための圧力にされた制御流
体のダイヤフラム０９の一側への負荷と、二次圧導入孔
０１０を介してダイヤフラム０９の下面側の作動区画０
８に導入された、二次側流路０３を流れる調圧された低
圧ヘリウムガスＬＧのダイヤフラム０９の他側への負荷
とによって行われる。 【００１８】このように、従来の調圧弁０１と同様の構
成において、本実施の形態の調圧弁１では、二次側流路
０３とダイヤフラム０９の下面側の作動区画０８とを連
通する二次圧導入孔０１０の内部に、軸心に沿って導入
孔０３を穿設したフィードバックオリフィス２を着脱自
在に装着するようにした。このフィードバックオリフィ
ス２は、二次側流路０３の下流側で発生する渦発生等に
より生じ、二次側流路０３を流れる低圧ヘリウムガスＬ
Ｇに伝播した流体振動が、ダイヤフラム０９の下面側の
作動区画０８内に伝達されるのを抑制する。すなわち、
二次側流路０３内の低圧ヘリウムガスＬＧに発生する流
体振動が、ダイヤフラム０９に伝達されないため、従
来、この流体振動によって激しく振動することのあっ
た、ダイヤフラム０９の振動発生を抑制することができ
る。 【００１９】また、ダイヤフラム０９の振動が抑制され
ることから、ダイヤフラム０９の下面とポペットロッド
０７で連結され、前述したように、ダイヤフラム０９の
作動により、上、下に駆動され、弁座０４との間に形成
される流路面積を変え、高圧ヘリウムガスＨＧの圧力を
低減させて、調圧を行うようにしたポペット０６の振動
も抑制される。これにより、ポペット０６の振動に起因
して生じるメインシール０５の損傷、又はポペット０６
とメインシール０５との接触不良の発生が防止され、調
圧弁１内部の漏洩が発生するようなことがなくなる。さ
らに、ポペット０６と弁座０４との急激な接触により、
ポペット０６若しくはポペットロッド０７等の曲がり発
生等の損傷を防止することができる。 【００２０】 このように、調圧弁１の二次圧導入孔０
１０の内部に、導入孔３を軸心方向に穿設したフィード
バックオリフィス２を追加して着脱自在に装着するよう
にしたことにより、ダイヤフラム０９の下面側の作動区
画０８内に導入する低圧ヘリウムガスＬＧに、脈動等の
圧力変動が発生している場合、これらの圧力変動は、フ
ィードバックオリフィス２によって緩和され、ダイヤフ
ラム０９の振動は低減し、ダイヤフラム０９によって作
動させられる調圧弁内のポペット０６の挙動も安定す
る。また、フィードバックオリフィスを着脱式とし、オ
リフィスサイズすなわち、導入孔３の口径を調整するこ
とで、使用条件により発生することのある低圧ヘリウム
ガスの脈動に対する発振対策、及び調圧応答性に臨機応
変に対応できるようになる。 【００２１】次に、調圧弁１にφ１．５ｍｍの着脱式の
フィードバックオリフィス２を装着するようにした場合
の効果について、図３および図４において説明する。図
３は、フィードバックオリフィス２を二次圧導入孔０１
０に装着する前、すなわち、従来の調圧弁０１を使用
し、調圧弁０１の下流側、すなわち二次側流路０３より
も下流側に設けた遮断弁を開／閉させた場合の調圧特性
を示す図である。 【００２２】図３（ａ）で示す遮断弁開タイミング、図
３（ｂ）で示す遮断弁閉タイミングの何れのタイミング
においても、ダイヤフラム０９の下面側の作動区画０８
に導入される二次側流路０３内の圧力（２次圧）Ａに
は、約２ｋｇ／ｃｍ² の圧力変動が見られる。なお、同
図において、Ｂは一次側流路０２内の圧力（１次圧）、
Ｃは調圧弁０１に発生する調圧弁本体加速度で、参考と
して示したものである。 【００２３】これに対し、図４は、フィードバックオリ
フィス２を二次圧導入孔０１０に装着した後、すなわ
ち、上述した本実施の形態の調圧弁１を使用し、調圧弁
１の下流側に設けた遮断弁を開／閉させた場合の調圧特
性を示す図である。 【００２４】図４（ａ）で示す遮断弁開タイミング、図
４（ｂ）で示す遮断弁閉タイミングの何れのタイミング
においても、ダイヤフラム０９の下面側の作動区画０８
に導入される二次側流路０３内の圧力（２次圧）Ａに
は、ほとんど変動はなく、安定したものとなっている。
また、これに伴い調圧弁１に発生する調圧弁本体加速度
Ｃ（振動レベル）も小さく、短時間で収束している。 【００２５】このように、二次圧導入孔０１０にフィー
ドバックオリフィス２を追加して装着することで、二次
側流路０３内で発生する流体振動が作動区画０８内に伝
達され、ダイヤフラム０９を振動させて、ポペット０６
を振動させて、生じることのあった調圧弁１の二次圧の
脈動に起因するメインシール０５損傷による内部漏洩、
またはポペットロッド０７の曲がり等の、不具合が発生
するのを低減させることが期待できる。 【００２６】なお、上述した実施の形態では説明を省略
したが、調圧弁１の二次側流路０３に発生する流体振動
は、調圧弁１の種々の使用条件によって種々の振動数、
振動モードのものが発生するが、これらの流体振動によ
るダイヤフラム０９、およびポペット０６の振動防止対
策としては、種々の使用条件に対してフィードバックオ
リフィス２の導入孔３の大きさ（オリフィスサイズ）を
変更して装着することで、振動の発生を効果的に低減す
ることができる。 【００２７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明の調圧弁によ
れば、ロケットの打ち上げ時、ロケット射点系設備より
ロケット機体内部に供給されるヘリウムガスの調圧に使
用され、一側に制御流体を負荷し、他側に二次側流路を
流れる調圧された低圧ヘリウムガスを負荷し、それらの
差圧で作動するようにしたダイヤフラムの作動区画と二
次側流路とを連結し、ダイヤフラムの他側に調圧された
低圧ヘリウムガスを流入させるようにした二次圧導入孔
内に、軸心に沿って導入孔を穿設したフィードバックオ
リフィスを着脱自在に装着して設ける構成にしたことに
より、二次側流路を流れる調圧された低圧ヘリウムガス
に発生する、外乱による圧力変動のダイヤフラムへの伝
達を抑制し、この流体振動によりダイヤフラムに発生す
る振動の発生を抑制し、ダイヤフラムの作動に連動して
作動する弁体に生じる振動を抑制することができる。こ
れにより、弁体が当接するメインシールに、弁体の急激
な衝突によって破損が生じるようなことがなくなり、ま
た弁体とメインシールとの接触不良が生じることがなく
なり、調圧弁には内部漏洩が発生するようなことがなく
なる。さらに、弁体の弁座との急激な接触により、弁体
若しくは弁体とダイヤフラムとを連結する部材に、曲が
り等の破損が誘発されることが防止され、信頼性の高い
調圧弁とすることができる。また、種々の使用条件に対
してフィードバックオリフィスの導入孔の大きさ（オリ
フィスサイズ）を変更して装着することで、振動の発生
を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の調圧弁の実施の第１形態を示す断面
図、 【図２】従来の調圧弁の一例を示す断面図、 【図３】図２に示す調圧弁を使用したときの流体振動と
調圧弁本体加速度を示す図で、図３（ａ）は遮断弁開タ
イミング時、図３（ｂ）は遮断弁閉タイミング時をそれ
ぞれ示す図、 【図４】図１に示す調圧弁を使用したときの流体振動と
調圧弁本体加速度を示す図で、図４（ａ）は遮断弁開タ
イミング時、図４（ｂ）は遮断弁閉タイミング時をそれ
ぞれ示す図である。 【符号の説明】 １，０１ 調圧弁 ２ フィードバックオリフィス ３ 導入孔 ０２ 一次側流路 ０３ 二次側流路 ０４ 弁座 ０５ メインシール ０６ 弁体としてのポペット ０７ ポペットロッド ０８ 作動区画 ０９ ダイヤフラム ０１０ 二次圧導入孔 ０１１ ドーム ＨＧ 高圧流体としての高圧ヘリウムガス ＬＧ 低圧流体としての低圧ヘリウムガス Ａ 低圧ヘリウムガス圧（２次圧） Ｂ 高圧ヘリウムガス圧（１次圧） Ｃ 調圧弁本体加速度

フロントページの続き (72)発明者 神谷 卓伸 名古屋市港区大江町10番地 三菱重工業 株式会社名古屋航空宇宙システム製作所 内 (72)発明者 曽我尾 昌彦 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (56)参考文献 特開 平２−187808（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−41309（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−171807（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−199311（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/12 G05D 16/06

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ロケットの打ち上げ時、ロケット射点系
   設備よりロケット機体内部に供給されるヘリウムガスの
   調圧に使用され、一側に負荷される制御流体と、他側に
   負荷される二次側流路を流れる低圧ヘリウムガスとの差
   圧で作動するダイヤフラム、前記ダイヤフラムに連結さ
   れ前記ダイヤフラムの作動に対応して変動して、高圧ヘ
   リウムガスを導入する一次側流路と前記二次側流路との
   間の流路面積を変え、前記高圧ヘリウムガスを前記低圧
   ヘリウムガスに変換する弁体を設けた調圧弁において、
   前記二次側流路から前記ダイヤフラムの他側に前記低圧
   ヘリウムガスを導入する二次圧導入孔内に、軸心に沿っ
   て導入孔を穿設したフィードバックオリフィスを着脱自
   在に装着して設け、前記二次側流路に発生する圧力変動
   が前記ダイヤフラムへ伝達するのを抑制し、前記弁体の
   振動発生を抑制するようにしたことを特徴とする調圧
   弁。