JPS5833435B2 - 流量制御装置用鎮静化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量制御装置に関し、更に詳しくいえば流量制
御装置用の鎮静化装置に関する。

多種多様な実際的用途においては、雑音や震動を生じる
ことなしに、流体の流量を変化させる構造体が必要な場
合がある。

「絞る」という用語は、ある流量範囲内で流量を調節す
る機能に適合されるのが普通である。

この機能を実行する各種の装置は一般に「絞り弁」と呼
ばれ、流体の流路を段階的に開閉する機能を持つ構造体
と区別している。

開閉弁が瞬間的に開放または閉じられない範囲で、開放
または閉成時に絞り騒音と震動が生ずる範囲までは、そ
のような弁も「絞り弁」に含まれるから本発明はそのよ
うな弁にも同様に適用できる。

高圧流体の流れを取扱うための典型的な制御弁は、流体
路の横断面積を変えられる構造を用いている。

この種の構造は全体としてかなりの騒音と震動を生じ、
キャビテーションのために損傷を受ける。

しかしこの種の構造は一般に安価であるからよく用いら
れる。

ここで特に興味のあるのがスプール弁を静しゆくにする
ための構造である。

一般に、オリフィス弁で発生される騒音と震動は、開口
部を通る流体の動きを伴うベンチュリ効果に起りがち・
なものである。

オリフィスが絞られてその横断面積が小さくされると、
流速は遅くなり、その圧力エネルギも小さくなる。

エネルギ差により乱流が生じ、この乱流は流体の内部温
度上昇と、流体を通じて伝えられる騒音の形の音響エネ
ルギと、周囲の構造体の震動の形の音響エネルギとに変
えられる。

これらの音響エネルギのあるものは可聴周波数で起る。

極端な場合には、オリフィスの絞り部の下流側に、蒸発
スペースすなわちポケットを形成するのに十分な程度の
、局部的な圧力低下が乱流により発生する。

これらのスペースに生ずる蒸気の泡が周囲の媒質の圧力
によりつぶされると、蒸気は液体中に戻される。

この現象はキャビテーションと呼ばれ、キャビテーショ
ンの結果、音響が発生されるとともに弁構造体のキャビ
テーションに隣接する表面が浸される。

スプール弁の動作中に騒音とキャビテーション効果の両
方を十分に減少させたいという希望が多くの用途にある
ことがわかるであろう。

キャビテーションの結果発生された騒音の周波数の大き
さが、周囲の構造体に容易には到達しなかったり、また
はそれらの構造体を通じて容易には伝えられなかったり
する場合に、同様に有用な効果が発生される。

高圧系統中の弁を動作させた結果生ずる騒音、震動を処
理しようとして多くの構造が工夫されている。

それらのほとんどは流れを小さな流れに分割するように
各種のやり方で動作する、何らかの形状のそらせ装置を
含んでいる。

そのような装置の一例は、微細網状物質の連続層からな
り、これらは各部の機械的な震動が発生するのを防ぐた
めにしっかりと密着して配置され、好ましくは半田付け
されている。

ある程度使用されている別の種類の構造は、焼結金属製
の調節板またはスリーブを含む。

これら２つの装置は、それらによる静しゆく化の程度が
不十分であり、焼結素子の場合には構造が完全に設計し
た通りにできていないので結果を完全に予測できない、
等の理由で厳しい用途には適さないことがわかっている
。

従来使用されている別の種類の構造は、隣接する表面上
にエツチングされた曲りくねった通路を有する円板スタ
ックより成り、それによりスタックを横切る流れを摩擦
で禁する手段として多数の曲りを有する。

非常に多くの個別流路を与える。

この装置では騒音の発生は非常に少なくなるが、この装
置は本質的に摩擦損に頼っているから、温度とともに変
化する粘性により性能が変化する欠点がある。

本発明は上記欠点に鑑み、高圧系の弁を動作させた結果
生ずる騒音および震動を鎮静化し、温度の変化にもとづ
く粘性の変化が全体の流量特性にほとんど影響を及ぼさ
ないようにすることを目的とし、この目的達成のために
本発明の構成は、積み重ねられた環状の平らな絞り要素
群からなるかたい構造体とその両側に配置されかつ貫通
孔を有しない壁体とにより閉じられかつ全体として半径
方向に指向するいくつかの蛇行した流れ通路を構成した
鎮静化装置を流量制御装置に適用し、前記絞り要素群は
、前記かたい構造体の両側に設けられて半径方向におい
て互いにずれかつ部分的に重なり合う多数のチャンバと
、このチャンバよりも小さな断面積を持ちかつ半径方向
に整夕１ルた小穴群とを有し、この小穴群の各小穴の一
端は半径方向でかつ一面に、また他端は半径方向でかつ
他面に設けられたチャンバとそれぞれ連通し、前記チャ
ンバと前記小穴群とにより蛇行した流れ通路を形成した
ものである。

そして蛇行した流れ通路に流体が流れた場合、小穴群を
横切って流体が流れる時に生じる圧力降下の総和が実質
的に流量制御装置における圧力降下となっている。

本発明はこのように構成することにより、大きな圧力降
下にもかかわらず小穴群を流れる流速は騒音、震動が生
じない程度におさえることができる効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に全体的に示す流量制御弁１０の目的は、それに
かかる圧力の変化とは無関係に希望する流量を与えるこ
とである。

流体源からの流体は入口通路１２に供給され、弁部材１
０からの流れは出口導管１４を通じて外部利用装置に与
えられる。

弁１０の大きな内部チャンバ１６内には静止した全体と
して筒形の部材１８が固定される。

この部材の中心には穴２０が貫通する。

部材１８の側壁には人口通路１２に連通ずる、半径方向
と軸心方向に配置される多数の小孔２２が設けられる。

これらの小孔２２は中心穴２０に連通するとともに、チ
ャンバ１６を介して通路２４にも連通ずる。

チャンバ１６内の流体は通路２６を介して環２８と、チ
ャンバ３０と、穴２０により部分的に形成されるチャン
バ３４に通ずる通路３２とに供給される。

穴２０の中で往復動できるスプール弁３６はスプール部
材３８，４０，４２を含む。

スプール部材３８にはばね４４が接触し、このばねはス
プール弁３６を左方へ押す。

スプール部材４２には制御弁部材４６が接触する。

この部材４６は穴２０の中に位置づけられ、外部に露出
されかつロックナツト５０により希望する位置に保持さ
れるシャフト４８を回転させることにより第１図の矢印
方向に手動で動かすことができる。

入口通路１２内の液体圧は通路５２を通って環５４に伝
えられる。

この環から複数の半径方向通路５６に液体圧が伝えられ
る。

通路５６は軸心方向通路５８を介してチャンバ６０に連
結される。

チャンバ６０内の流体圧はばね４４の力に抗してスプー
ル４２の端部に加えられる。

手動操作できるシャフト４８が回されると、円周部の一
部が切り欠かれている部材４６は、オリフィス２２を希
望する数だけ連続的に覆いあるいは覆われているのを外
したりされる。

部材４６が希望する位置まで回転されて所要数のオリフ
ィス２２が覆われると、ロックナツト５０が締めつげら
れて部材４６は希望する半径方向位置に保持される。

弁１０の中を流れる流体は入口通路１２と、オリフィス
２２および通路２４を通ってチャンバ１６の中に流れ込
む。

チャンバ１６からは、図ではワッシャ状の部材６２によ
り表わしている多数の細かに分割されている通路を通っ
て、穴２０の中でスプール素子３Ｂと４０の間に形成さ
れているチャンバに流れ込む。

このチャンバは導管６４を介して出口通路１４に通じて
いる。

オリフィス２２により流体圧は制御的に降下させられる
。

この圧力降下は通路１２とチャンバ３４との間における
唯一の圧力降下である。

通路５２．５６，５８はチャンバ６０に連通しているだ
けであって、スプール弁３６の過渡的な動きの間を除い
て流速は生じない。

本質的には入力部の圧力を保っている流体はチャンバ６
０に加えられ、この流体圧によりスプール弁３６はばね
４４０力に抗して右へ押される。

スプール弁３８の反動側の端部に加えられる圧力は本質
的に同じ面積にかかるから、スプール弁３６は両者間の
流体圧力差がばね４４の力により釣合う位置まで動くこ
とがわかる。

図示のように、スプール弁３６は最も左側に寄った位置
にある。

出口通路１４の下流側に十分な圧力降下がある場合には
、この低い圧力はチャンバ３４に伝えられ、チャンバ６
０内の圧力によりスプール弁３６は右側へ動かされる。

弁３６が右側へ動くと、それによりスプール部材４０は
、円板６２からチャンバのスプール部材４０と３８の間
に、流体を放出している細かに分割されているオリフィ
スをますます覆うようにさせられる。

弁１０は非常に高い圧力差（約２８０ ｋｇ／ｃｒｒ＊
）で動作するように作られているから、円板６２のよ
うな静しゆく化装置がないと騒音や震動が生ずる。

円板６２のような静しゆく化装置を使用すると、この種
の弁に附随して構造的に発生される騒音は、１０ＫＨ２
までの周波数で１３０ ｄｂ以上からこの周波数範囲内
で８０ ｄｂ 以上に減少する。

以上説明した弁は本願発明の鎮静化装置の応用のうちの
一例にすぎない。

この鎮静化装置は特許第４８８３７７号および米国特許
第３０９５００２号に開示されているようなサーボ弁に
も使用できる。

第２図は円板６２を通る流路の一部を示す拡大断面図で
ある。

円板群６２は第２図に示すように構成される連続素子群
より成り、素子の周囲を通る迂回路を与える。

各一対のむくの円板６６０間には、細長い穴を有する一
部の円板６８が挿入され、円板６８の間には比較的径の
小さな穴を有する１枚の円板７０が挿入される。

流体の流れはむくの円板６６０間に限定され、円板６８
の穴とむくの円板６６および円板７０とで形成されるチ
ャンバ７２の中を流れる。

そうすると、流体はチャンバ７２から円板７０の小穴７
４を通って、反動側の円板６８内の大きなチャンバ７６
の中に流れ込む。

このようにして、流体はチャンバから穴を通って他の同
様なチャンバへ流れ、それから向きを変えて次の小さな
穴を通って別の大きなチャンバ７６に流れ込み、円板ス
タックの外側から内側、内側から外側へ流れるというこ
の流れのパターンに従って流れる。

第２図に示す構造では、細長いチャンバ７２，７６等内
の摩擦抵抗は非常に小さいから、はとんど全ての圧力降
下は円板７０の小穴で起る。

第１図の流量制御弁１０ではこの第２図に示される円板
群が−ユニットとして複数スタックされて用いられる。

第３図は第２図に示すある種の円板の外縁部を示す図で
、特に円板６８と７０に切れ目をつげて、流体が前記し
た経路を通って流れるように、これらの円板相互間の向
きを正しく定めるため目印をつげた様子を示す。

その他の適当な目印も使用できるが、第３図に示すもの
が製造に適することが見出されている。

第４〜９図は異なった製作工作における円板６６．６Ｂ
、６８ａ、７０の平面図である。

円板６６は第９図に示す円板に類似する平らな円板で、
大きな中心穴を有し、希望の寸法に作ることができる。

第４図は第２，３図に参照番号６８で示した円板に類似
する円板の平面図であるが、穴が多少小さいのでこの円
板には参照番号６８ａをつげである。

円板６８ａには一対の亜鈴形式があけられ、これらの穴
は外側縁部近くから内側縁部近くまで延びている。

第５図は円板６８または６８ａ内に形成されるチャンバ
の間に位置するように配置される複数の小さな穴を含む
。

第６図は細長い穴がまっすぐの側面を有することを除き
、第４図に示す円板に類似する円板の平面図である。

この円板に設けられている孔の列は図示のような小さな
弧を描くよりも、むしろ円板の円周全体に延び。

る。

第４，５，６図に示す円板は、第３図を参照して説明し
たような切込みを縁部に有する。

円板６８または６８ａがスタックに組立てられると、個
々の円板の位置の目印となっている切込みは、第３図に
示すような連続した迂回流れパターンとなる。

円板スタックが希望する長さに組立てられると、それら
の円板はろう付けその他適当な方法で互Ｌ・に固定され
、第７，８，９図に示すように小穴の外端部が露出する
まで、円板の外周と中心穴の周囲を削り取る。

一度この加工を施すと第２図に示すように流体が流れる
ことができる。

第１０，１１．１２図はいくつかの穴を通って流体が平
行に流れ続けるようにした、別の形の円板パターンを示
す。

円板８０はいくつかの穴８２゜８４．８６，８８を有す
る。

これらの穴の大きさは、数個の小穴群にまたがる大きさ
を有する寸法のチャンバを形成するような大きさである
。

円板９０は円板８０の穴に刻して半径方向に変位されて
いる穴９２，９４，９６を含む。

円板１００は円板８０，９０，１００が積み重ねられた
時に流れパターンが、１つのチャンバから他のチャンバ
へ流体を伝えるための図示した穴に刻して付加的な穴が
平行になっていることを除いて、第２図に示す流れパタ
ーンと本質的に同じくなるように、間隔をおいて配置さ
れるいくつかの小穴群を含む。

したがって、穴８２の中に入る流れが大群１０２の外側
の列を通って穴９２により形成されるチャンバの中に流
れ込み、大群１０２の内側の列を通って穴８４により形
成されるチャンバの中に流れ込み、それから大群１０４
の外側列を通る、等というようにして流体は流れる。

更に別の実施例を第１３図に示す。

円板１１００両側から延びる直夕ｉルた同心状に配置さ
れる隆起部１１６は、素材の円板６６と組合わされて、
穴１１４により互いに連通する環状チャンバを形成する
。

第１４図は円板１１０と６６を使用する実施例の断面図
で、チャンバが環状であることを除いて第２図の流れパ
ターンに類似する流れパターンを示す。

以上説明した全ての実施例では、その動作理論は本質的
に同じである。

穴の中を流れる流体により発生される騒音はレイノルズ
数の関数であり、類似する装置に問題を引き起したレイ
ノルズ数の要素の１つは、大幅に変化して騒音をおさえ
る性能を可変にする流体の粘性である。

流体が比較的大きなチャンバから小さな穴を通って、別
の比較的大きなチャンバに流れるようにした前述構造に
より、穴を流れる流体の流速は穴の直径と、スタックの
両端間の全圧力降下を選択することにより制御され、摩
擦抵抗にもとづく損失も比較的小さい。

この用途では、レイノルズ数が穴の係数がほとんど変化
しないような範囲に保つよつに動作する。

その結果、粘性の変化の関数としての流量特性の変化も
ほとんどない。

また、本発明により加えられる圧力差が非常に大きく、
粘性の変化が全体の流量特性にほとんど何の影響も及ぼ
さない弁に使用する、鎮静化装置を作ることができる。

粘性の変化が系全体を通じる温度変化のために、取扱わ
れるべき要因であるから、粘性の変化が全体の流れ特性
にほとんど影響を及ぼさないということは非常に有用で
ある。

騒音を希望するレベルまで小さくするために、直列にな
っている穴の数と寸法の計算は、個々の穴を流れる流体
の速さが過大なレイノルズ数とならない値を超えるべき
ではｋい、というこの理解を基にして直線的に行なわれ
るということは当業者には明らかであろう。

第４図に示すような亜鈴形の穴を使用することにより、
円板７０と６８ａに付加的な穴を含ませることができる
から、直列に配置される穴の数は増加される。

レイノルズ数は穴の直径と流体の粘性との関数であるか
ら、この直列穴の流路全体にわたって、流体の粘性の変
化を補償するために穴の直径を調整できることも明らか
である。

こうすることによリ、各穴は希望する騒音レベル内で最
高の圧力降下を行なわせるように調整できるから、絞り
弁内のスペースを最適に使用できる。

単一穴、直列穴および直列または並列の流路に起因する
騒音に刻するレイノルズ数の影響に加えて、高い周波数
の絞り騒音が、任意の流量が部分的にだけ開かれている
場合（短い測定長）のように、開かれている流路の長さ
に幻して、絞っている流体の速さを調整することにより
制御できることが認められている。

したがって、一定インピダダンスの流路が与えられると
、その流路に対する絞り速度はその流量への入口の幅を
？！１＃することにより制御できる。

広く開かれている流路内の静かな流れに加えて絞りを静
かに行うことにより、高周波騒音（約３ＫＨ２以上）も
制御できる。

低周波騒音は非調整弁流路（ｎｏｎ −ｍｅｔｅｒｉｎ
ｇｖａｌｖｅ ｐａｔｈ ） の流速を約４．６〜６
．１ｍ／秒（約１５〜２０フイート／秒）またはそれ以
下の非常に低い値に制御することにより制御できる。

なお、本発明の主な実施の態様を列挙する。

（１）絞り要素群は三つの平らな円板６Ｂ、７０゜６８
ａ；８０，９０，１００で構成され、そのうちの二つの
外側の円板６８，６８ａ、８０゜９０は小穴群７４；１
０２，１０４，１０６を有する中央の円板７０；１００
と連通する多数のチャンバ７２，７６；８２，８４，８
６゜８８．９２，９４，９６を備えていることを特徴と
する特許請求の範囲に記載の鎮静化装置。

（２）絞り要素群の１つ１１０は両側面に複数の同心環
状隆起１１６が一体に形成され、しかも両側面にそれぞ
れ形成された環状隆起は互いにずれた関数で配置され、
前記環状隆起間には前記チャンバが構成され、前記環状
隆起間の絞り要素１１０のウェブには小穴群１１４が設
げられていることを特徴とする特許請求の範囲に記載の
鎮静化装置。

（３）貫通孔を有しない壁体６６が平らな円板で構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲および前記各
項に記載の鎮静化装置。

（４）複数の積み重ねられた円板よりなる絞り要素群に
よって構成されているかたい構造体６２は一定のパター
ンに従って配列された細長い穴からなる前記チャンバ７
２，７６．８２，８４゜８６．８８，９２，９４，９６
を含む第１０円板群６８，６８ａ；８０，９０と、これ
ら第１の円板ｉ二つの円板の間に挿入されている小穴群
７４．１０２．１０４．１０６を含む第２の円板群７２
，１００と、前記第１の円板群の二つの円板間に配置さ
れかつ壁体として構成されている貫通孔を有しない第３
の円板群６６とからなっていることを特徴とする前記第
（１）項記載の鎮静化装置。

（５）第１の円板群６８，６８ａｌＯ，９０と第２の円
板群７０，１００には半径方向の位置を正しく定めるた
めに切込みが設けられていることを特徴とする前記第（
４）項記載の鎮静化装置。

（６）第１の円板群のうち円板６８ａに形成された細長
い穴は亜鈴形状であることを特徴とする前記第４項ある
いは第５項に記載の鎮静化装置。

（７）一連の小穴群７４ ；１０２，１０４ ；１０６
１１４の数およびその断面積は、この小穴群のいずれか
一つのレイノズル数が、許容し得る騒音レベルに等しい
ある値以上にならないように選定されることを特徴とす
る前記各項いずれかの記載の鎮静化装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用しているスプール形弁の横断面図
、第２図は第１図に使用される静しゆく化素子の流路を
示す部分断面図、第３図は半径方向の位置合わせを確実
に行うために使用する部材を示す第２図と同様な素子の
断面図、第４図は最終組立および仕上前で細長い通路の
パターンを示す第、１群の静しゆく化素子の平面図、第
５図は最終組立と仕上前で穴のパターンを示す第２群の
静しゆく化素子の平面図、第６図は異なった形の通路を
用いる第４図に類似する素子の平面図、第７図は仕上前
後の第４図の素子の平面図、第８図は仕上後の第５図の
素子の平面図、第９図は仕上後の第６図の素子の平面図
、第１０図は多少異なった穴の構成を有する付加的な実
施例の第１静しゆく化素子群の平面図、第１１図は第１
０図の素子と協動する第２素子群の平面図、第１２図は
別の第２群素子の平面図、第１３図は別の素子の平面図
、第」４図は第１３図に示す素子を用いた実施例の第２
図と同様な図である。 １０・・・・・・弁、２２・・・・・・穴、３６・・・
・・・スプール弁、６２．６６．６８，６８ａ、７０，
８０，９０゜１００．１１０・・・・・・静しゆく用円
板、８２，８４゜８６．８８，９２，９４，９６，１１
４・・・・・・穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 環状でかつ平らな絞り要素群をスタックして一つの
   かたい構造体６２を構成するとともにこの構造体の両側
   に貫通孔を有しない壁体６６を配置して閉じられかつ全
   体として半径方向に指向するいくつかの蛇行した流れ通
   路を持ったユニットを複数個スタットすることにより構
   成した流量制御装置用鎮静化装置において、前記絞り要
   素群は、前記かたい構造体の両側に設けられて半径方向
   において互いにずれかつ部分的に重なり合う多数のチャ
   ンバ７２，７６；８２，８４，８６，８８゜９２．９４
   ，９６と、前記チャンバよりも小さな断面積を持ちかつ
   半径方向に整夕１ルた小穴群７４゜１０２．１０４，１
   ０６；１１４とを有し、前記小穴群の各小穴の一端は半
   径方向でかつ一面に配置された前記チャンバの一つと連
   通し、かつ前記各小穴は半径方向でかつ他面に配置され
   た前記チャンバの一つと連通ずるように構成され、前記
   チャンバと前記小穴群とにより前記蛇行した流れ通路を
   形成したことを特徴とする流量制御装置用鎮静化装置。