JP4636688B2 - Isolation gate valve assembly - Google Patents
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Description
【0001】
関連出願
本出願は、各々ガスカートリッジ駆動隔離弁の名称の1998年8月13日に受理された米国特許出願番号09/133,573号の継続出願である1999年7月2日に出願された米国特許出願番号09/133,573号の一部継続出願である。
【0002】
[発明の背景]
発明の分野
本発明は、突発故障を防止するため、素早く弁が起動することが必要となる危険な状況や異常を経験する可能性がある化学プロセス等に関連して商業的に使用される改善されたゲート弁装置である隔離ゲート弁アセンブリに関する。より具体的には、本発明は、ゲート弁メンバを素早くかつ滑らかに移動させるために、亜音速の流速のガス推進力を発生するゲート弁メンバ作動用のアクチュエータが与えられたガスカートリッジ駆動隔離ゲート弁アセンブリに関する。本発明には、ゲート弁メンバに関連してゲート弁メンバを減速する構造物もまた与えられている。
【0003】
[従来の技術]
危険な状況の発生時、反応装置を素早く停止させるために、化学反応装置には隔離型のゲート弁が以前から与えられている。一般に、そのようなゲート弁は、その内部を通る通路を与える弁本体を含み、弁本体内には移動可能で、孔開きのゲート弁メンバが存在し、ゲート弁メンバは、通常、ゲート弁を通る流れを許す弁開放位置に位置している。危険な状況が感知された場合、ゲート弁メンバは流れを遮断する弁閉止位置に移動する。
【0004】
従来のゲート弁に関連するアクチュエータは、例えばモータまたはソレノイドにより作動する機械的リンケージを含む。しかし、いくつかの例においては、従来のアクチュエータが炎の伝播を阻止するのに十分な速さでゲート弁を作動させることができず、ゲートを通して炎が実際に通過し、爆発や他の重大な故障が発生していた。さらに、ある状況において、ゲート弁アセンブリを作動させるモータでの電気スパークの発生の可能性を防止することが望ましい。
【0005】
1967年12月19日の米国特許番号3,358,961号は、流体流動系での圧力放出用の別の種類のゲート弁を提示している。この例においては、弁本体を通常の閉止位置から完全に開放された位置へ著しく加速して移動させるために、超音速の衝撃波を生じる爆発性の装荷燃料によって摺動式の弁を作動させる。シャッタ型の弁は、限られた大きさの弁アセンブリを含む比較的小型のオリフィス用途にのみ有用である。弁本体、関連するシャッタ板、およびピストンアセンブリは、爆発デバイスの起動により発生した衝撃波、または弁閉止時にシャッタ板とハウジングアセンブリが衝突することによる慣性の結果として、弁コンポーネントが損傷しないように十分に小型であることが必要とされる。
【0006】
従って、従来の弁アクチュエータの問題を防止する改善されたゲート弁アセンブリに関する技術、および対応するゲート弁の駆動方法に対する需要が存在する。
【0007】
発明の概要
本発明は、最も有用な、一般に起動時に通路を閉止するように、または通路を開放するように機能する種類の隔離ゲート弁アセンブリである。一般に、ゲートの移動に応じて閉止し、または開放するゲート弁メンバの開口部は、実質的に通路の断面と同一の大きさである。例えば、通路が直径0.203m(8インチ)のパイプで定義されている場合、ゲート弁メンバの開口部の直径もまた0.203m(8インチ)である。
【0008】
本発明は、開口部が直径0.0508m(2インチ)のものから0.610m(24インチ)以上のものまでの幅広い大きさのゲート弁に特に有用な改善された隔離ゲート弁アセンブリを提供する。本発明の隔離ゲート弁アセンブリは直径0.152m(6インチ)以上のパイプを含む、より大きなものへの適用に特に有用である。
【0009】
従来のゲート弁と共通して、本発明の隔離ゲート弁アセンブリは、その内部を通る通路を与える弁本体と、前記通路と近接し、ゲート弁メンバの開口部が弁本体の通路と一致した状態の弁開放位置からゲート弁メンバの開口部と通路が一致していない状態の弁閉止位置へと移動可能な孔開きゲート弁メンバを含んだゲートユニットとを含む。本発明の改善されたアクチュエータは、ゲート弁メンバを予め設定され、制御された加速で位置間、すなわち、弁閉止位置から弁開放位置、または弁開放位置から弁閉止位置へと素早く移動させるように機能し、ゲート弁メンバが弁開放位置または弁閉止位置に近づくと予め設定された方法で、減速するように制御するコンポーネントを有する。必要時にゲート弁を選択的に開放し、または閉止するために加圧ガスによる超音速推進力を発生させるガス発生カートリッジユニットが与えられている。ゲート弁メンバはその移動に関して、より大きなパイプに関する時間がより長くなるような関係で好ましい範囲内で、ゲート弁の大きさに依存して、5.08〜8.38m/sec(0.2〜0.33インチ/msec)の速度でそのような加圧ガスに対して応答する。弁の閉止が著しく速いと、ゲート弁メンバがハウジングと衝突することにより、弁コンポーネントの損傷を引き起こす可能性があり、弁の閉止が遅いと、炎の前線や爆発性ガスの発生が発生源から非防護区域へと伝播するのを防止できない。
【0010】
好ましい形態において、アクチュエータは、筒状ハウジングと、筒状ハウジング内を移動可能であり、細長いピストンロッドを備えるピストンとを含み、ピストンロッドは、ピストンとゲート弁メンバとの間を結合している。ガス発生カートリッジユニットは、ピストンとガス発生カートリッジユニットの間に伸縮可能で加圧されたガス受け取りチャンバを定義する位置で筒状ハウジングと結合している。ガス発生カートリッジユニットは、加圧ガスの超音速の推進力を筒状ハウジング内に、ピストンロッドから離れたピストンの面に向かって導き、それにより筒状ハウジング内でピストンを移動させ、対応するゲート弁メンバを移動させる。
【0011】
好ましいガス発生カートリッジユニットは、開口部を有し、筒状ハウジングと横断関係または直線関係に配置された細長いカートリッジ本体の形状であり、カートリッジ本体は、チャンバ内に流入する約マッハ1を超えない速度の加圧燃焼ガス生成物を発生させるために、制御された割合で着火燃焼させるある量の着火性の固体推進剤を有する。適切な着火装置と電線構造物がチャンバから伸びており、推進剤に着火するため推進剤と機能的に結合している。特定の用途に関する必要により、単一のまたは複数のガス発生カートリッジユニットのいずれかを使用してよい。
【0012】
ゲート弁メンバが弁閉止位置に到達した際に、制御された減速を与えて、それによりゲート弁メンバの衝突を防止し、弁本体自身により弁用ハウジングに導かれる不都合な衝撃波から防護するため、緩衝ユニットが、ゲート弁メンバとかみ合う位置で、弁本体と関連付けられている。直径0.203m(8インチ)以下のパイプで使用することを意図した本発明の隔離ゲート弁アセンブリの場合、緩衝ユニットは予め設定した緩衝特性の弾性メンバでよい。直径0.254m(10インチ)以上のパイプで使用する隔離ゲート弁アセンブリ(ゲート弁装置)では、好ましい緩衝ユニットは、ハニカムセル状の構造物で、構造物にかかった力をセルの軸方向に受け、その力により収縮するように制御されている。
【0013】
本発明による隔離ゲート弁アセンブリは、高価であることなく、安全で、すばやく弁を起動させ、しかも従来技術のアクチュエータのように時に危険な性質であったりすることがないことが明らかになった。
【0014】
好ましい態様の詳細な説明
図面、特に図1〜図4を参照すると、本発明による隔離ゲート弁アセンブリの一形態が、これら図面において数字10で示されている。隔離ゲート弁アセンブリ(以下、単に弁アセンブリともいう)10は、その内部を通る流れの通路14を与える弁本体12と、弁本体12のハウジング内のゲートユニット16を広く含み、ゲートユニット16は、移動可能な、孔開きの板状ゲート弁メンバ18を有する。アクチュエータ20も、また、弁アセンブリ10の一部を形成しており、ガス発生カートリッジまたはユニット(以下、単に、カートリッジともいう)22を含む。
【0015】
より詳細には、弁本体12は、各々比較的大きな円形の開口部29を有し、協同して垂直の内部チャンバ28を定義する1組の間隔を置いて配置された垂直の長方形のスタッド干渉板24、26を含む。スタッド干渉板24、26は、各々その内側面に固定された鋼製ライナ30、32(好ましくは、10ゲージ鋼(厚さが、約3.43mm(0.135インチ)の鋼、約3.51mm(0.138インチ)亜鉛めっき鋼、または約3.56mm(0.140インチ)のステンレス鋼)を有する。スタッド干渉板24、26は側壁37へと伸びる辺縁結合器34を用いて互いに結合されている。加えて、側壁37、上部板36および底部板38は、接続具40を介してスタッド干渉板24、26の上部および下部エンドないし側壁37に取り付けられている。1組の環状フランジ42、44は図3、4の破線で示した配管フランジ42a、44aと一致するように考案されている。ねじ切りスタッド46が、各々の側で弁本体12にフランジ42、42a、44、44aを接続するために作用する。環状フランジ42、44は、各々、最も内側に円形のシールリング48、50が与えられている(図3、図4参照)。
【0016】
ゲートユニット16は、内部チャンバ28内に位置し、内部チャンバ28内を上下に移動するように設計された細長い、垂直の金属製のゲート弁メンバ18を含む。図示するように、ゲート弁メンバ18は、そこを貫通しているスタッド干渉板24、26の開口部29および通路14と同一の大きさの円形の開口部52を有する。当業者にとって、ゲート弁メンバ18は、開口部52が通路14と一致している弁開放位置(図3参照)とゲート弁メンバ18が通路28内を下方に移動し、開口部52が通路14と全く一致せず、それにより通路への流れが遮断される弁閉止位置(図4参照)の間を移動可能であるのが適当である。
【0017】
アクチュエータ20は、垂直の穴59を持つ基台58および環状の上部固定具60を備える垂直の筒状のピストンシリンダ56を含む。基台58はねじ62を介して上部板36に固定されており、ピストンシリンダ56の上部エンドの上にある上部固定具60は、長いシャンク接続具64を用いて基台58に取り付けられている。基台58には、穴59と連絡している1組の従来のガス抜きマフラ66がねじ止めされている。上部固定具60は、カートリッジ22を受けるように考案されたねじ切り穴(以下、単にねじ穴という)68を有している。ピストンシリンダ56、基台58および上部固定具60が協同して内部のピストンチャンバ70を定義している。細長いピストンロッド71は、ゲート弁メンバ18の上部エンドに固定され、穴59内をピストンチャンバ70へと伸びている。環状のピストン72は、図示するように、ピストンロッド71の最上部エンドに固定され、ピストンチャンバ70内で摺動可能である。
【0018】
ガス発生カートリッジまたはユニット22は、上部固定具60のねじ穴68にねじ止めされており、図2に詳細に示されている。特に、カートリッジ22はねじ穴68に受けられるために外側にねじ山が与えられた筒状の出口部分74を有し、および、内部ねじ山75、環状のねじ山を有する中間部品76、中間の環状本体部品78および最後部の末端部品80を有する。図示するように、中間部品76は、出口部分74の後方エンドにねじ止めされており、ショルダ82を与える。本体部品78の前部エンドは、ショルダ82に隣接する相補ショルダ84を有している。ねじ山を有する環状クランプ86は、中間部品76の近くで本体部品78を固定するように作用する。中間部品78の後方エンドは図示するようにねじ山を有し、末端部品80の前部エンドを受ける。そのようにして、要素74〜80が協同して、内部チャンバ88を定める細長い筒型のカートリッジ状のカートリッジ本体を定義していることがわかる。
【0019】
外部にねじ山を有する細長い筒状の延長部分92を持った筒状の推進剤本体90は、チャンバ88内に受けられ、出口部分74の内部ねじ75で固定されている。推進剤本体90は、好ましくは顆粒状の無煙火薬である固形推進剤94を含む。都合よく、無煙火薬は、過塩素酸カリウム、ニトログリセリン、ニトロセルロースおよびチオシアン酸鉛の混合物よりなる従来の組成で、最低自己点火温度が約163°C(325°F)で、米国運輸省(DOT)の分類が1.4sであり、国連(UN)の分類が0323である。無煙火薬は、以下に述べる弁アセンブリ10を稼動させるための燃焼ガス生成物を発生するのに適切である。延長部分92の前部エンドは、市販の封止板96に取り付けられている。封止板96は好ましくは、カートリッジ22の支給時および貯蔵時に、無煙火薬装荷燃料が大気に晒されるのを防止するため、薄い環状のプラスチックまたは樹脂要素よりなる。
【0020】
着火板98は、固体推進剤94に接触して推進剤本体90の内部に位置する。着火板98は、好ましくは、主に塩素酸カリウムよりなる着火組成物で構成されている。2組の着火用電線100、102は、着火板98と機能的に接続されており、図示するように、カートリッジ本体から後方に伸びている。内部ライナ106を有する筒状の電線ガイド104は、推進剤本体90の後部エンドにねじ止めされている。組になった着火用電線は各々、着火板98の後部面と接続する2つの金属製のブリッジ電線要素よりなる。この好ましい態様は、改修部品用のデザインである。なお、新規設置用のデザインはわずかに異なっていてもよい。
【0021】
図面の図1、3および4を参照すると、広義の緩衝ユニット99は、摺動可能なゲート弁メンバ18と直接直線上に配置され、ゲート弁メンバ18の下部端と直接かみ合うような配置で、底部板38に保持されている。図1に示し、図11および図12により詳細に示す緩衝ユニット99の態様は、多数の六角形セル103の縦軸がゲート弁メンバ18の摺動運動の経路と並行関係に伸びるように配列されたハニカムセル状要素101よりなる。好ましい態様において、六角形セル103は、厚さ0.000254m(0.010インチ)のステンレス鋼304で形成されている。個々のセル103の1つの辺から対向する辺までの距離は約0.00318m(1/8インチ)である。ハニカムセル状要素101の高さおよび幅は、好ましくは各々0.0254m(1インチ)であり、長さは、特定の大きさのゲート弁装置のゲート弁メンバの横断幅に依存する。緩衝ユニット99は、直径0.254m(10インチ)以上の配管用の弁アセンブリに好ましく使用される。
【0022】
別の緩衝ユニット299を図面の図10に示した。緩衝ユニット299は、高さおよび幅が各々約0.0254m(1インチ)であることが望ましく、長さが特定の弁アセンブリのゲート弁メンバ18の横断寸法に等しいエラストマーのストリップを含む弾性要素301よりなる。好ましい弾性要素301は、約60〜70のショアA硬度を有するネオプレン製である。
【0023】
好ましい種類のガス発生カートリッジまたはユニットの詳細は、引用することにより本明細書の一部をなす米国特許番号5,718,294号に示されている。
【0024】
弁アセンブリ10の使用時、ゲート弁メンバ18は通常、ゲート弁メンバ18が上昇した位置、すなわち開口部52が通路14と一致し、ピストン72が上部固定具60のわずかに下方の最上部にある状態の図3に示す弁開放位置になっている。そのような配置時、シールリング48、50は流体が弁本体12の内部チャンバ28を通過するのを防止する。センサ(図示していない)により危険が検知された場合、着火板98を起動するため、着火用電線100、102に適切な電流が導かれる。これにより推進剤94に素早く着火し、高温の燃焼生成物が発生する。これは最初ピストン72上方の上部固定具60内に圧力を生じさせる。その結果、ピストン72は図4に示すように、ピストンシリンダ56内を素早く下方に駆動され、ゲート弁メンバ18は開口部52と通路14との連絡が完全に外れるまで同様に下方に移動し、それにより通路14が閉鎖され、さらなる流体の流入が防止される。
【0025】
カートリッジまたはユニット22は、その組成、燃焼速度および量がゲート弁メンバ18をその閉止位置方向に5.08〜8.38m/sec(0.2〜0.33インチ/msec)の速度で移動させるのに十分な体積の亜音速ガスを生成する関係にあるガス発生推進剤を有する。別の方法で述べると、推進剤装荷量は、移動時のゲート弁メンバの大きさ寸法当たりの速度プロフィールが、ゲート弁メンバが完全開放位置から完全閉止位置まで弁アセンブリが取り付けられた配管のインチ直径当たり約3〜5msecの速度で移動するという基準に適合するような特性を有する。そのようにして、例えば、弁アセンブリが直径0.254m(10インチ)の配管での使用を意図された場合、ゲート弁メンバ18の閉止時間は30msec以上50msec未満である。
【0026】
開放時のゲート弁メンバ18の制御された加速は、ゲート弁メンバ18が弁本体12内のハウジング内の要素に損傷を引き起こすのに十分な力で衝突することを防止し、弁本体12の開口部29を再び開放し得る程度に跳ね返ることを防止する。本発明の弁アセンブリが爆発隔離設備で使用される例において、ゲート弁メンバ18の再開放の防止は特に重要である。弁アセンブリが取り付けられた配管が爆発が発生し得る区域に通じている場合、回避する必要がある有害事象は、弁が十分な速さで閉じなかったため、弁が閉止する前に炎や燃焼生成物が弁を通って進行すること、および弁がある程度再開放したために、完全閉止すべき弁を通じて炎や燃焼生成物の漏洩が起こることを含む。
【0027】
装置が取り付けられた配管の直径に依存した特定の大きさの弁アセンブリの緩衝ユニット99または299は、ゲート弁メンバ18が完全閉止位置に到達した際に、弁アセンブリのハウジングに有害な衝突力が分配されることを防止するのに寄与する。緩衝ユニット99または299とゲート弁メンバ18のかみ合いは、予め設定された、制御された方法でゲート弁メンバ18の移動を減速し、それにより、閉止時にゲート弁メンバ18からハウジングに損傷を生じる衝撃力が移行するのを防止し、また、開口部29を再開放し得る程度にゲート弁メンバ18がはねかえることを防止する。
【0028】
弾性を有する緩衝ユニット299の場合、この緩衝ユニット299はゲートメンバ18の減速を完全かつ素早く達成する特性を有しているが、緩衝ユニット299がそれほど弾性が大きくないものであると、ゲート弁メンバ18が1度または数回繰り返して跳ね返り、完全閉止位置から離れてしまう傾向がある。緩衝ユニット299の製造に使用する好ましいネオプレン材料は、約60〜70のショアA硬度を有し、ゲート弁メンバ18が閉止位置の方向に移動した際に、滑らかかつ実質的に跳ね返りのない緩衝を与えることが明らかとなった。
【0029】
直径10インチ以上の配管での使用に設計されたゲート弁装置または弁アセンブリ10は、図1、11および12に示すハニカムセル状構造101が好ましく作用する。ハニカムセル状構造101では、個々のセル103の軸が、閉止する際のゲート弁メンバ18の移動経路と平行関係に配置されている。ゲート弁メンバ18とハニカム構造の隣接する面とのかみ合いは、セル103を制御された方法で積極的に収縮させ、それによりゲート弁メンバ18の制御された積極的な減速を与える。
【0030】
図5は、上部固定具60aが、カートリッジ22aを受け、カートリッジ22aをピストンロッド71aおよびその下にあるゲート弁メンバ(図示していない)と実質的に直線軸上に垂直配置する点以外は弁アセンブリ10と同一である改善された弁アセンブリ10aを示す。そのように、上部固定具60aは、ピストンシリンダ56a上にねじ山を有する最下部プラグ部分104を含む。プラグ部分104は、カートリッジ22aのねじ山を持った延長部分92aを受ける内側にねじ山を持った穴106を有する。金属製のカップ状のカバー108は、プラグ部分104に固定されており、上部壁面に着火用電線100a、102aの通路用の小さな開口部110を有する。容易に理解できるように、弁アセンブリ10aの動作は、全ての点において、弁アセンブリ10について記載したのと同一である。
【0031】
図6は、別の態様の弁アセンブリ10bを示す。この場合では、筒状の上部固定具112はピストンシリンダ56bの上部エンドに機能的に取り付けられている。外側にねじ山を持つ筒状の取り付け部分116を有するヨーク結合器114は、上部固定具112のねじ山を有する穴118の内部に受けられる。ヨーク結合器114は、上記説明したように、各々上記の出口部分74に相当する1組の分岐した筒状のアーム120、122を含む。カートリッジ本体の残りの要素は、各々アーム120、122に機能的に固定されており、言い換えると、切り替え部品76b、中間部品78b、末端部品80bは各々推進剤を受けるチャンバ88bを形成する。同一の推進剤本体90bは個々のチャンバ88b内部に置かれ、その延長部分92bはアーム120、122の穴内部にねじ止めされている。
【0032】
アセンブリ10bの使用時、個々の本体90b内部の推進剤装荷燃料は、同時に着火し、それによりこれら装荷燃料からの燃焼ガス生成物を、ヨーク結合器114を通じて下方に通過させ、ピストン72bをピストンシリンダ56b内で下方に駆動する。述べたように、これによってもちろん関連するゲート弁メンバも移動する。
【0033】
図7は、図1に示したものと多くの点で類似する本発明の別の態様の弁アセンブリ124を示す。すなわち、弁124は、上記の弁本体12およびゲートユニット16と同一の弁本体126およびゲートユニット128を含む。この場合において、アクチュエータ130は、アクチュエータ20と類似しているが、ゲートユニット128と直線軸上に配置されている。加えて、アクチュエータ130は、対応するねじ山を有するボスの内部で受けられる外部にねじ山を有するアダプタ132が取り付けられている。細長い筒状のねじ山を有する延長部分136は、図示するようにアダプタ132の内部で受けられ、筒状の固定具140、142を有する中空の金属製ハウジング138を保持している。アクチュエータ130に関連する着火用電線144は、アダプタ132および延長部分136を通過してハウジング138の閉じ込め部分へと伸びている。これらの電線はその後、要求させるセンサーおよび電源に適切に接続するため、固定具140、142を通過して伸びている。図7の研究から容易に明らかになるように、アクチュエータ130の残りの構造物、および全体の弁アセンブリ124は図1の対応する構造と同一であり、弁の動作もまた実質的に同一である。しかし、ハウジング138の設備および関連する保持構造物は、環境的汚染および/または劣化の防止のために、着火用電線144が容器内に入れられており、弁の動作に安全上の方策が加えられている。
【0034】
図8は、図7の単一のアクチュエータの代わりに1組の並列のアクチュエータ130が作用する点以外は図7の弁アセンブリ124と同一の弁アセンブリ146を示す。ここでまた、各々アクチュエータ130からの一対の着火用電線144を受ける適当な大きさのハウジング148を保持するために、ボス134、アダプタ132および延長部分136が使用されている。図示するように、ハウジング148は、上記説明したように着火用電線144が接続される筒状の固定具150、152を有する。他の全ての点において、弁アセンブリ146は弁アセンブリ124と一致する。
【0035】
図9、10に示す弁アセンブリの好ましい形態は、数字210で表される。弁アセンブリ210は図1および図5に示す弁アセンブリ10と同一または類似の多くの要素を有する。特に、弁本体212は、図1〜図4の弁アセンブリ10との関連で上記説明した弁本体12の要素と、同一であり、同じく作用し、同じく動作する要素を有する。
【0036】
アクチュエータ220は、ゲート弁メンバとして作用するゲート弁板224に直接接続されたピストンロッド271と結合した往復動可能なピストン272を収納するシリンダ256を形成する筒状のハウジングを含む。ゲート弁メンバ224は、弁本体212の各々フランジ242、244の直線上に配置された通路228、229の直径と同一の直径の円形の開口部214を有する。
【0037】
図10に最も良く示されているように、アクチュエータ216は、シリンダ256の環状の上部端に直接接続する上部取付具260を有する。上部取付具260はシリンダ256の内部と連絡する不均整に形成された通路262を有し、上記説明したカートリッジ22と同一の構成のカートリッジ222が取り付けられている。カートリッジ222の推進剤の組成は、上記説明したように塩素酸カリウム、ニトログリセリン、ニトロセルロースおよびチオシアン酸鉛の組み合わせであり、カートリッジ22に関して上記説明したのと同一の性質および仕様を有する。
【0038】
推進剤の燃焼時、推進剤の構成要素の比率、その量および燃焼速度は相関しており、容積32ccの試験容器に推進剤の燃焼による高温の燃焼生成物を導入した際、測定された圧力は31.0〜37.2MPa(4,500〜5,400psig)である。さらに、カートリッジからハウジング256に導かれた燃焼によるガス生成物の流速が、亜音速、すなわちマッハ1を超えない状態を維持するように、推進剤の組成とその燃焼速度を調節した。適切なガスカートリッジ起動装置は、ミズーリ州ブルースプリングのファイクコーポレーションより番号02−4134として供給されている。
【0039】
図9からは、上部取付具260に最も近接した初期位置のピストン272が、カートリッジ222の放出エンド263に直接面する関係にあることが観察できる。さらに、上部取付具260に面するピストン272の面272a、および上部取付具260の面260aは、協同して加圧ガスを受ける伸張可能なチャンバ280を定義する。
【0040】
電気制御要素用のハウジング282は、好ましくはカートリッジ222の一部を形成する着火装置に電気的に接続された電気的な放出モジュールを含むカートリッジの外側エンドに取り付けられている。ゲート弁板を通路の開放または閉止のいずれかに起動する電気信号を受けると、電気抵抗による起動装置の電線に電流が導かれ、そのようにして起動装置の装荷燃料に着火するのに十分な熱が発生し、続いてカートリッジの推進剤混合物に着火する。
【0041】
本発明の隔離ゲート弁アセンブリの好ましい態様において、ピストンおよびシリンダアセンブリは、筒状ハウジング256およびピストン272を構成し、ピストンは直径0.0508、0.0762、0.102、0.152、0.203および0.254m(2、3、4、6、8および10インチ)の配管で使用する場合、直径0.0762m(3インチ)を有するピストンを用いることが好ましく、一方、直径0.305、0.356、0.406、0.457及び0.610m(12、14、16、18および24インチ)の配管を有する配管系で使用する隔離弁は、直径0.102m(4インチ)のピストンと閉じ込めハウジングを用いることが望ましい。各々メートル単位の同等の直径の配管で使用する弁アセンブリにおいても実質的に同一の関係が保たれる。この点において、弁アセンブリは、ゲート弁メンバ18、224が必要時に、配管系のオリフィスを開放し、または閉止する作用をするのに適切な配置に移動するように製造し、配置するのが適当である。そのように、0.0508m(2インチ)の例では、ゲート弁メンバは最低0.0508m(2インチ)移動することが必要であり、一方0.610m(24インチ)の配管では最低0.610m(24インチ)移動することが必要である。他の配管の大きさに関して、ゲート弁メンバの対応する移動が要求される。
【0042】
例えば、図1および図10を参照すると、本発明の各々の弁アセンブリは、弁アセンブリが使用される配管の直径に関係なく、ピストンの面と、カートリッジ22または222の隣接するガス放出エンドとが間隔を置いて配置されるように製造する。図10に示す本発明の態様では、最低限約0.00635m(1/4インチ)であるこの間隔は、ガス発生カートリッジ22または222の出口オリフィスから放出されたガスが、ピストンの隣接する面上に均一に拡散することを保証し、それによりピストンの移動が開始、結果的にゲート弁メンバまたはゲート弁板18または224が移動する。例えば、ピストン272の初期位置がカートリッジ222の出口オリフィスに直接かみ合っていると、カートリッジから放出された燃焼ガス生成物がピストン272の面上に均一に拡散せず、ゲート弁メンバまたはゲート弁板224の移動が要求されている前進的な制御させた加速とならない。そのため、本発明の全ての態様では、カートリッジ22または222とピストン72または272の間に間隔が与えられているのが確認できる。
【0043】
ピストン72または272の面と関連するカートリッジ22または222の間に与えられた間隔は、ガス発生カートリッジユニット(カートリッジ)から隣接する面に対して放出された加圧ガスを調節し、それによりカートリッジの起動直後ピストンに不都合な初期力がかかるのを防止する作用をする。ゲート弁装置である弁アセンブリの大きさにより、カートリッジとピストンの間隔を変えることで、ピストンおよびそれに接続するゲート弁メンバの動作速度が、上記説明した要求されるパラメータ以内に維持されていることを保証するために、ピストンおよびゲート弁メンバの加速に関して、要求される制御を、密に、かつ好都合に行うことができることが明らかになっている。そのようにして、カートリッジと隣接するピストンの面との間により大きな初期間隔が必要とされる特定の用途においては、より長い全体長のシリンダを与えることに容易に達成でき、ピストンの面とカートリッジの間の間隔を増加するために、非稼動時のピストン位置において、カートリッジからより大きな間隔を置いた関係でピストンを配置することができる。
【0044】
例えば、0.0508m(2インチ)配管用のゲート弁装置の場合、ピストンが0.0508m(2インチ)移動できる長さのシリンダに、上記説明したように直径0.0762m(3インチ)のピストンを使用することが望ましく、ピストンとカートリッジ用ハウジングの初期間隔は約0.102m(4インチ)であり、そのようにしてピストン上に加圧ガス調節区域を与えることが明らかになっている。0.0762、0.102、0.152および0.203m(3、4、6および8インチ)配管用の大きさのガスカートリッジ駆動隔離ゲート弁アセンブリでは、ピストンとカートリッジの間の間隔が最低限の0.00635m(1/4インチ)加えてさらに0.0508m(2インチ)の初期間隔が存在するのが適切であることが明らかになっている。0.254、0.305、0.356および0.406m(10、12、14および16インチ)配管用の大きさのガスカートリッジ駆動隔離ゲート弁アセンブリでは、ピストンとガスカートリッジの間の初期間隔は最低限の0.00635m(1/4インチ)でも十分であることが証明されている。0.508m(20インチ)配管用の弁アセンブリでは、さらに約0.0508m(2インチ)の初期間隔を置くことが適切であると決定された。
【0045】
直径0.305m(12インチ)以上の配管用の大きさの本発明の弁アセンブリで、例えば図6または図8に示す2つのガス発生カートリッジユニット22、222を用いることにより最良の結果が得られた。
【0046】
0.152m(6インチ)配管系用の例示の隔離ゲート弁アセンブリにおいて、推進剤の装填量は、圧力が約4.14MPa(600psig)から0Pa(0psig)まで比較的に均一に減少しながら、ゲート弁板224を完全に起動された位置まで約18msecで移動するように、直径0.0762m(3インチ)のアクチュエータ220に燃焼ガス生成物が導かれるような組成であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の隔離ゲート弁アセンブリの一形態を示す部分垂直断面図であり、弁開放位置のゲート弁メンバを実線で表し、弁閉止位置のゲート弁メンバを破線で表している。
【図2】 図1の弁アセンブリの一部を形成する好ましいガス発生カートリッジユニットを詳細に示した拡大断面図である。
【図3】 図1の線3−3に沿って切断した垂直断面図であり、弁開放位置のゲート弁メンバを示している。
【図4】 図3と類似の垂直断面図であるが、弁閉止位置のゲート弁メンバを示している。
【図5】 ガス発生カートリッジユニットが、弁アセンブリのゲート弁メンバの軸の直線上配置された本発明の別の態様を示す、部品を取り去った状態の一部断面の切断図である。
【図6】 1組のガス発生カートリッジユニットが用いられている本発明の別の態様を示す、部品を取り去った状態の一部断面の切断図である。
【図7】 ガス発生カートリッジユニット用の着火用電線の近くに配置されたハウジング型の容器を用いた本発明の別の態様を示す一部断面の切断図である。
【図8】 点火用電線の周囲にハウジング型の容器を有する1組のガス発生カートリッジユニットを用いた本発明の別の態様を示す部分断面の切断図である。
【図9】 本発明の隔離ゲート弁アセンブリの好ましい態様の正面図である。
【図10】 図9の線10−10に沿って切り取った断面を矢印の方向から見た垂直断面図である。
【図11】 より大型の隔離ゲート弁アセンブリに利用可能な、収縮可能なセル状緩衝要素を含む緩衝ユニットの1種の側面切断図である。
【図12】 図11に示す緩衝ユニットの水平切断図である。[0001]
Related applications
This application is a U.S. patent filed on Jul. 2, 1999, which is a continuation of U.S. patent application Ser. No. 09 / 133,573, each received a gas cartridge driven isolation valve on Aug. 13, 1998. This is a continuation-in-part of application number 09 / 133,573.
[0002]
[Background of the invention]
Field of Invention
The present invention is an improved gate that is used commercially in connection with chemical processes, etc. that may experience dangerous situations or abnormalities that require the valve to be activated quickly to prevent catastrophic failure. Valve deviceIs an isolation gate valve assemblyAbout. More specifically, the present invention provides:Gate valveA gate valve that generates a gas propulsion force with a subsonic flow velocity to move the chamber quickly and smoothlymemberActuating actuator was givenGas cartridge drive isolationGate valveassemblyAbout.In the present invention, the gateGate valve in relation to valve membermemberA structure that slows down is also provided.
[0003]
[Conventional technology]
In order to quickly shut down the reactor in the event of a dangerous situation, the chemical reactor has been provided with an isolated gate valve. In general,Such a gate valve isIts insideGive a passage throughValve bodyIncludingValve bodyMoveable inside, perforated gatevalveMember exists and gatevalveMembers are,Normal,GateLocated in the valve open position allowing flow through the valve. If a dangerous situation is detected,GateThe valve member moves to a valve closing position that blocks the flow.
[0004]
The actuators associated with conventional gate valves include mechanical linkages that are actuated by, for example, motors or solenoids. However, in some instances, conventional actuators are not able to actuate the gate valve fast enough to prevent the propagation of flames, and the flames actually pass through the gates, causing explosions and other critical A malfunction occurred. Further, in certain situations, it is desirable to prevent the possibility of electrical sparks being generated at the motor that operates the gate valve assembly.
[0005]
U.S. Pat. No. 3,358,961, December 19, 1967, presents another type of gate valve for pressure relief in a fluid flow system. In this example,Valve bodyIn order to move the valve from the normally closed position to the fully opened position, the sliding valve is actuated by an explosive loaded fuel that produces a supersonic shock wave. Shutter-type valves are only useful for relatively small orifice applications, including limited size valve assemblies.Valve bodyThe associated shutter plate and piston assembly are small enough to prevent damage to the valve components as a result of shock waves generated by the activation of the explosive device or inertia due to the collision of the shutter plate and housing assembly when the valve is closed. It is necessary to be.
[0006]
Accordingly, there is a need for an improved gate valve assembly technique that prevents the problems of conventional valve actuators, and a corresponding gate valve drive method.
[0007]
Summary of the Invention
The present invention,The most useful type of generally functioning to close the passage at start-up or to open the passageisolationGate valveassemblyIt is. In general, a gate valve that closes or opens as the gate movesmemberThe opening is substantially the same size as the cross section of the passage. For example, the passage is0.203m in diameter (8 inches)Gate valve if defined in the pipememberThe diameter of the opening of0.203m (8 inches)It is.
[0008]
In the present invention, the opening is0.0508m in diameter (From 2 inches)0.610m (24 inches)Improved especially useful for wide size gate valves up toisolationA gate valve assembly is provided.Of the present inventionisolationGatevalveassemblyIs the diameter0.152m (6 inches)It is particularly useful for larger applications including these pipes.
[0009]
In common with conventional gate valves,isolationThe gate valve assemblyIts insideGive a passage throughValve bodyAnd close to the passage,GateThe opening of the valve memberOf the valve bodyGate from the valve open position in line with the passagevalvePerforated gate that can be moved to the valve closing position where the opening of the member does not match the passagevalveIncluding a gate unit including members. The improved actuator of the present invention comprises a gatevalveThe members are preset and controlled from position to position, ie from the valve closed position.valveFrom open position or valve open positionvalveActs as a quick move to the closed position, gatevalveMember isvalveOpen position orvalveIt has a component that controls to decelerate in a preset manner when approaching the closed position. Gas generating cartridge that generates supersonic thrust by pressurized gas to selectively open or close the gate valve when neededunitIs given. GatevalveDepending on the size of the gate valve, the member is within a preferred range with respect to its movement so that the time for the larger pipe is longer,5.08-8.38m / sec (0.2-0.33 inch / msec)To such a pressurized gas at a rate of If the valve closes significantly faster, the gate valvememberCan cause damage to the valve components due to collisions with the housing, and slow valve closure cannot prevent flame fronts and explosive gas generation from propagating from sources to unprotected areas .
[0010]
In a preferred embodiment, the actuator is a cylinder.ShapeUzing andCylindricalMoveable in the housingWith an elongated piston rodpistonWhenIncludingThe piston rod is connected between the piston and the gate valve member. Gas generation cartridgeunitThe piston andGas generationcartridgeunitAnd is coupled to the cylindrical housing at a position defining a stretchable and pressurized gas receiving chamber. The gas generation cartridge unit provides supersonic propulsion for pressurized gas.TubularIn the housing,pistonLeading towards the surface of the piston away from the rod, therebyTubularMove the piston in the housing and the corresponding gatevalveMove members.
[0011]
A preferred gas generating cartridge unit has an opening,TubularThe shape of an elongated cartridge body arranged in a transverse or linear relationship with the housing, the cartridgeBodyHas an amount of ignitable solid propellant that ignites and burns at a controlled rate to generate a pressurized combustion gas product at a rate not exceeding about Mach 1 flowing into the chamber. Appropriate ignition devices and wire structures extend from the chamber and are functionally associated with the propellant to ignite the propellant. Depending on the needs of a particular application, either a single or multiple gas generating cartridge units may be used.
[0012]
Gate valvememberButvalveWhen reaching the closed position, give a controlled deceleration and therebyGatevalvememberPrevent collisions,Valve bodyIn order to protect against undesired shock waves that are guided by themselves into the valve housing, the buffer unit ismemberAt the position where it engages,Valve bodyAssociated with. diameter0.203m (8 inches)Of the present invention intended for use in the following pipesisolationIn the case of the gate valve assembly, the buffer unit may be an elastic member having a preset buffer characteristic. diameter0.254m (10 inches)Use with more pipesisolationGate valveassembly(Gate valve device)Then, a preferable buffer unit is a honeycomb cell-like structure, and is controlled so that the force applied to the structure is received in the axial direction of the cell and contracted by the force.
[0013]
Isolation gate valve according to the present inventionassemblyWas found to be inexpensive, safe and quick to start the valve, and sometimes not as dangerous as prior art actuators.
[0014]
Detailed Description of the Preferred Embodiment
Drawings, especially FIGS.Figure4, according to the present inventionisolationOne form of gate valve assembly is indicated by the
[0015]
More specifically,Valve body12 includes a pair of spaced apart rectangular rectangular
[0016]
The gate unit 16internalLocated in
[0017]
The
[0018]
The gas generating cartridge or
[0019]
A
[0020]
The
[0021]
Referring to FIGS. 1, 3 and 4 of the drawings, the
[0022]
Another
[0023]
Details of a preferred type of gas generating cartridge or unit are shown in US Pat. No. 5,718,294, which is hereby incorporated by reference.
[0024]
When the
[0025]
The cartridge or
[0026]
The controlled acceleration of the
[0027]
The specific size depends on the diameter of the pipe to which the device is attached.Valve assemblyWhen the
[0028]
In the case of the
[0029]
Gate valve device designed for use in pipes with a diameter of 10 inches or more orvalveIn the
[0030]
In FIG. 5, the upper fixture 60a is shown in FIG.The 22a, cartridge22aThe piston rod 71a and below itGate valveExcept for the fact that the member (not shown) is arranged substantially vertically on the linear axisvalveAn improved valve assembly 10a that is identical to
[0031]
FIG. 6 shows another embodiment of the
[0032]
During use of the
[0033]
7 is another embodiment of the present invention that is similar in many respects to that shown in FIG.Valve assembly124 is shown. That is, the
[0034]
FIG. 8 shows the valve of FIG. 7 except that a set of
[0035]
Shown in FIGS.ValveA preferred form of assembly is represented by
[0036]
[0037]
As best shown in FIG. 10, the
[0038]
During propellant combustion, the proportions of propellant components, their amounts, and the burning rate are correlated, and the pressure measured when high temperature combustion products from propellant combustion are introduced into a 32 cc test vessel. Is31.0-37.2 MPa (4,500-5,400 psig)It is. In addition, the cartridgeDiThe composition of the propellant and its combustion rate were adjusted so that the flow rate of the gas product from the combustion led to the
[0039]
From
[0040]
The
[0041]
Isolation of the present inventionGatevalveassemblyIn a preferred embodiment of the invention, the piston and cylinder assembly comprises a
[0042]
For example, referring to FIGS. 1 and 10, each of the present inventionValve assemblyIsValve assemblyRegardless of the diameter of the piping used, the face of the piston and the adjacent gas discharge end of the
[0043]
The spacing provided between the face of the
[0044]
For example,0.0508m (2 inches)In the case of a gate valve device for piping, the piston is0.0508m (2 inches)As described above, the diameter of the movable cylinder0.0762m (3 inches)And the initial spacing between the piston and the cartridge housing is approximately0.102m (4 inches)And thus has been shown to provide a pressurized gas regulation zone on the piston.0.0762, 0.102, 0.152 and 0.203m (3, 4, 6 and 8 inches)Gas cartridge driven isolation for piping sizeGatevalveassemblyThen, pistonAndThe distance between the cartridges is minimal0.00635m (1/4 inch)In addition0.0508m (2 inches)It has become clear that there is an initial interval of0.254, 0.305, 0.356 and 0.406 m (10, 12, 14 and 16 inches)Gas cartridge driven isolation for piping sizeGatevalveassemblySo the initial spacing between the piston and gas cartridge is minimal0.00635m (1/4 inchButProven to be sufficient.0.508m (20 inches)Valve for pipingassemblyThen about0.0508m (2 inches)It was determined that an initial interval of
[0045]
diameter0.305m (12 inches)The size of the present invention for the above pipesValve assemblyFor example, two gas generating cartridges shown in FIG. 6 or FIG.unitThe best results were obtained using 22 and 222.
[0046]
0.152m (6 inches)Exemplary isolation for piping systemsGatevalveassemblyIn theFillingThe amount is about the pressure4.14 MPa (600 psig)From0 Pa (0 psig)In order to move the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionisolationIt is a fragmentary vertical sectional view which shows one form of a gate valve assembly, and the gate valve of a valve open positionmemberIs indicated by a solid line, and the gate valve in the valve closing positionmemberIs represented by a broken line.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view detailing a preferred gas generating cartridge unit forming part of the valve assembly of FIG.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.Gate valveIndicates a member.
4 is a vertical sectional view similar to FIG. 3, but in the valve closed position.Gate valveIndicates a member.
FIG. 5 shows a gas generation cartridge unit that has a valve assembly.ofGatevalveFIG. 6 is a partial cross-sectional cutaway view of another embodiment of the present invention arranged on a straight axis of a member with the part removed.
FIG. 6 is a partial cross-sectional cut-away view of another embodiment of the present invention in which a set of gas generating cartridge units is used, with parts removed.
[Figure 7] Gas generation cartridgeJiyuFIG. 6 is a partial cross-sectional cut-away view showing another embodiment of the present invention using a housing-type container disposed near a knit ignition wire.
FIG. 8 is a set of gas generating cartridges having a housing-type container around an ignition wire.unitIt is a cutaway view of a partial cross section showing another embodiment of the present invention using.
FIG. 9 is a front view of a preferred embodiment of the isolation gate valve assembly of the present invention.
10 is a vertical cross-sectional view of a cross section taken along line 10-10 in FIG. 9 as seen from the direction of the arrow.
Fig. 11 LargerisolationGate valveassemblyFIG. 2 is a side cutaway view of one type of shock absorber unit that includes a retractable cellular shock absorber element that can be utilized in
12 is a horizontal cutaway view of the buffer unit shown in FIG.
Claims (11)
前記通路に近接し、前記通路を通る流れを許す弁開放位置と、前記通路に関して流れを遮断する位置である弁閉止位置との間で移動可能なゲート弁メンバを含むゲートユニットと、
前記ゲート弁メンバを前記弁開放位置と弁閉止位置との間で移動させるアクチュエータとを含む隔離ゲート弁アセンブリであって、
前記アクチュエータが、
細長い筒状ハウジングと、
前記筒状ハウジングの縦方向に移動可能なピストンと、
前記ピストンおよび前記ゲート弁メンバを接続し、前記ピストンの移動に応じて前記ゲート弁メンバを前記弁開放位置と前記弁閉止位置の間で移動させるピストンロッドと、
ガス放出エンドを有するガス発生カートリッジユニットと、を有し、
前記ガス発生カートリッジユニットが、前記ピストンと前記ガス発生カートリッジユニットの前記ガス放出エンドとの間で伸長可能な加圧ガス受け取りチャンバを定義する位置で前記筒状ハウジングと接続しており、
前記ガス発生カートリッジユニットには、前記加圧ガス受け取りチャンバに流入する約マッハ1を超えない速度の加圧された燃焼ガス生成物の流れを作るため、制御された割合で着火燃焼を行う着火性ガス発生用火薬が与えられており、
前記ピストンが、前記ガス発生カートリッジユニットから前記加圧ガス受け取りチャンバに導かれたガスで加圧されることにより、前記ガス発生カートリッジユニットの前記ガス放出エンドに近接しているが、間が置かれている初期位置から、作動後の位置に移動して、前記ゲート弁メンバを1の位置から他の位置に移動させるように配置されており、
前記ピストンの前記初期位置が、前記火薬の着火により前記加圧ガス受け取りチャンバに最初に侵入した加圧ガスが、前記ピストン、それに接続する前記ピストンロッドまたは前記ゲート弁メンバに衝撃力を伝えて、それらが損傷するのを防止するのに十分な距離を前記ガス発生カートリッジユニットの前記ガス放出エンドから置いた位置であり、
前記ガスが、前記ピストンを移動することが可能な推進力を生じ、それにより前記ゲート弁メンバが前記ピストンの初期位置から前記作動後の位置まで5.08〜8.38m/sec(0.2〜0.33インチ/msec)の速度で移動させる隔離ゲート弁アセンブリ。A valve body that provides a passage through its interior;
A gate unit including a gate valve member that is movable between a valve open position that is proximate to the passage and allows flow through the passage and a valve closing position that is a position that blocks flow with respect to the passage;
An isolation gate valve assembly including an actuator for moving the gate valve member between the valve open position and the valve closed position;
The actuator is
An elongated cylindrical housing;
A piston movable in the longitudinal direction of the cylindrical housing;
A piston rod that connects the piston and the gate valve member, and moves the gate valve member between the valve open position and the valve closed position in accordance with movement of the piston;
A gas generating cartridge unit having a gas discharge end,
The gas generating cartridge unit is connected to the cylindrical housing at a position defining a pressurized gas receiving chamber that is extendable between the piston and the gas discharge end of the gas generating cartridge unit;
The gas generating cartridge unit ignites with a controlled rate to create a flow of pressurized combustion gas product at a rate not exceeding about Mach 1 flowing into the pressurized gas receiving chamber. Gas explosives are given,
The piston is close to the gas discharge end of the gas generating cartridge unit by being pressurized with the gas introduced from the gas generating cartridge unit into the pressurized gas receiving chamber, but there is a gap. It is arranged to move from the initial position to the position after the operation, and to move the gate valve member from one position to another position,
The pressurized gas that first entered the pressurized gas receiving chamber by ignition of the explosive is transmitted to the piston, the piston rod connected thereto, or the gate valve member. A position at a sufficient distance from the gas discharge end of the gas generating cartridge unit to prevent them from being damaged;
The gas produces a propulsive force capable of moving the piston, so that the gate valve member is between 5.08 and 8.38 m / sec (0.28) from the initial position of the piston to the position after the operation. Isolation gate valve assembly moving at a speed of ~ 0.33 inch / msec).
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