JP4636688B2 - 隔離ゲート弁アセンブリ - Google Patents

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。

Claims (11)

1. その内部を通る通路を与える弁本体と、
   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。
2. 前記ピストンが、前記作動後の位置に接近した際に、前記ゲート弁メンバとかみ合うことにより、前記ゲート弁メンバに制御させた、予め設定された減速作用を行う緩衝ユニットが与えられている請求項１に記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
3. 前記緩衝ユニットが、６０〜７０のショアＡ硬度を有する弾性要素である請求項２に記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
4. 前記緩衝ユニットが、そのセルの軸が前記ゲート弁メンバの移動経路と平行関係に配置されたハニカムセル状メンバであり、前記ゲート弁メンバが前記作動後の位置に移動した際に、前記ハニカムセル状メンバが収縮し、前記ゲート弁メンバを減速させる請求項２に記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
5. 前記ガス発生カートリッジユニットが、細長い筒状のカートリッジ本体を含み、前記カートリッジ本体が前記筒状ハウジングと横断関係に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
6. 前記ガス発生カートリッジユニットが、細長いカートリッジ本体を含み、前記カートリッジ本体が前記筒状ハウジングの直線上に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
7. 複数の前記ガス発生カートリッジユニットを含み、前記ガス発生カートリッジユニットが全て前記加圧ガス受け取りチャンバと直接面して、連絡している請求項１〜６のいずれかに記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
8. 前記ガス発生カートリッジユニット用の制御デバイスが与えられており、前記制御デバイスが、前記ガス発生カートリッジユニットと直接関連して前記筒状ハウジングに取り付けられている請求項１〜７のいずれかに記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
9. 前記ゲート弁メンバは、前記弁本体の前記通路を連通する開口部を有する板状メンバであり、前記弁開放位置において前記開口部と前記通路とは一致した状態となり、前記弁閉止位置において前記開口部と前記通路とは一致していない状態となる請求項１〜８のいずれかに記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
10. 前記ゲート弁メンバの前記開口部は、前記通路の断面と同一の大きさである請求項９に記載の隔離ゲート弁アセンブリ。
11. 前記ゲート弁メンバの前記開口部及び前記弁本体の前記通路の断面は、円形である請求項９または１０に記載の隔離ゲート弁アセンブリ。

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