JP6609859B2 - ガバナ駆動装置及びガバナ - Google Patents

Description

本発明は、ガバナ駆動装置及びこれを備えるガバナに関するものである。

ガバナは、都市ガスのパイプラインなどの流体導管に装備され、ガバナに対して上流側のパイプラインにおける流体圧（一次圧）を、設定圧力（二次圧）に減圧して、ガバナに対して下流側のパイプラインに供給するものである。

ガバナは、上流側パイプラインの負荷変動や下流側パイプラインの需要変動に対して、下流側パイプラインの二次圧が設定された圧力になるように圧力調整するものであり、比較的小流量のパイプラインに装備される簡易な構造のものとして、直動式ガバナがあり、比較的大流量のパイプラインに装備されるものとして、パイロット式ガバナがある（例えば、下記特許文献１参照）。

図１（ａ）は、従来のパイロット式ガバナの構成例を示している。パイロット式ガバナＧ１は、上流側パイプラインＬ１と下流側パイプラインＬ２の間に装備されるメインバルブ１０、パイロット流路１１、パイロットバルブ１２を備えている。パイロット流路１１は、パイロットバルブ１２を介して上流側パイプラインＬ１と下流側パイプラインＬ２とを連通する流路であって、上流側パイプラインＬ１における一次圧を減圧してメインバルブ１０を駆動する駆動圧を得る抵抗部１１Ａを有する。パイロットバルブ１２は、二次圧検知流路１３を介して検知された二次圧に応じて開閉して、パイロット流路１１を流れる流体の通過流量を調整するものである。メインバルブ１０は、パイロット流路１１から分岐した駆動圧供給流路１４によって駆動圧がメインバルブ１０の駆動部１０Ａに供給され、パイロットバルブ１２によって調整される駆動圧でメインバルブ１０が開閉制御される。

特開２００３−２８８１２４号公報

従来のガバナは、下流側パイプラインの二次圧を検知して、メインバルブの駆動部が制御される。直動式ガバナの場合には、メインバルブの駆動部は、二次圧検知流路によって下流側パイプラインと連通しており、二次圧の変化によって直接駆動部が制御される。図１（ａ）に示すようなパイロット式ガバナＧ１の場合には、二次圧の変化によってパイロットバルブ１２が開閉し、その開閉によってパイロット流路１２の通過流量を調整し、その通過流量の調整で抵抗部１１Ａでの圧力損失を変化させて、パイロット流路１２から分岐した駆動圧供給流路１４によって駆動部１０Ａに供給される駆動圧を制御している。

このような従来のガバナは、下流側パイプラインＬ２の二次圧の変化に応じてメインバルブ１０の駆動部１０Ａを制御していることで、二次圧の変動に機械振動や音響振動など、高周波数の圧力振動が重畳すると、その圧力振動が直接又はパイロットバルブ１２を経由してメインバルブ１０の駆動に悪影響を及ぼすことになり、駆動ノイズやビビリ駆動が発生したり、二次圧を安定制御できない場合がある。これに対しては、図１（ａ）に示すように、二次圧検知流路１３にオリフィス１３Ａを設けて、二次圧の変動に重畳する高い周波数の圧力振動を抑制することが行われている。

しかしながら、オリフィス１３Ａの差圧−流量特性は、図１（ｂ）に示すように、差圧が小さいときには差圧に対する流量の変化が大きく、差圧が大きくなると、差圧に対する流量の変化が小さくなる特性を有しているので、圧力の微小振動（振幅が小さい振動）に対しては、流量の変化が大きく反応してしまい、微小振動に対しては良好な振動抑制効果が得られない。これに対して、図１（ｂ）の矢印で示すように流量をより絞れば、小さい差圧での流量変化が少しなだらかになって微小振動の抑制効果は高まることにはなるが、これによって、大きな圧力変動に対しての応答性が悪化することになるので、制御すべき大きな二次圧の変動に対して応答性のよい制御ができなくなる。このため従来技術では、二次圧の大きな変動を適正に制御しながら、それに重畳する高周波数の微小圧力振動を効果的に除去することができない問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、二次圧の圧力変動に重畳する高周波数の微小圧力振動の影響を効果的に除去して、駆動部の安定した動作と二次圧の良好な制御を可能にすること、などが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
上流側パイプラインの一次圧を減圧して設定した二次圧の流体を下流側パイプラインに供給するガバナの駆動装置であって、上流側パイプラインと下流側パイプラインとを連通するパイロット流路と、該パイロット流路から分岐して、上流側パイプラインと下流側パイプラインの間に装備されるメインバルブを駆動する駆動部に駆動圧を供給する駆動圧供給流路と、前記パイロット流路に設けられ、当該パイロット流路の通過流量を変化させるパイロットバルブと、前記下流側パイプラインの二次圧を検知して前記パイロットバルブに直接供給する二次圧検知流路とを備え、前記二次圧検知流路に、差圧に対しての流量変化が直線的に変化する圧力振動抑制部を設けたことを特徴とするガバナ駆動装置。

このような特徴を有する本発明のガバナ駆動装置は、メインバルブの駆動部を制御する二次圧検知流路に、差圧に対しての流量変化が直線的に変化する圧力振動抑制部を設けたので、二次圧の圧力変動に重畳する高周波数の微小圧力振動の影響を効果的に除去して、駆動部の安定した動作と二次圧の良好な制御を行うことができる。

従来技術の説明図である（（ａ）が従来のパイロット式ガバナの構成例を示しており、（ｂ）がオリフィスの差圧−流量特性を示している。）。 本発明の実施形態に係るガバナ駆動装置及びガバナ（アキシャルフロー型パイロット式ガバナ）を示す説明図である。 本発明の実施形態で用いられる圧力振動抑制部の差圧−流量特性を示した説明図（グラフ）である。 本発明の実施形態に用いられる圧力振動抑制部の構成例を示した説明図（（ａ）が側断部分面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。）。 本発明の他の実施形態に係るガバナ駆動装置及びガバナ（パイロット流路と二次圧検知流路の一体型パイロット式ガバナ）を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るガバナ駆動装置及びガバナ（ローディング型パイロット式ガバナ）を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るガバナ駆動装置及びガバナ（直動式ガバナ）を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図２は、本発明の実施形態に係るガバナ及びガバナ駆動装置を示している。従来技術と共通部位には同一符号を付している。ガバナ１は、メインバルブ１０とメインバルブ１０の駆動部１０Ａを駆動するガバナ駆動装置２０を備えている。メインバルブ１０は、上流側パイプラインＬ１と下流側パイプラインＬ２の間に装備され、上流側パイプラインＬ１の一次圧Ｐ１を減圧して下流側パイプラインＬ２に二次圧Ｐ２を供給する。

図示の例では、メインバルブ１０として、アキシャルフロー型バルブを用いている。このメインバルブ１０は、周囲に多数のスリットを有する一対のクロージャ１０Ｘと、クロージャ１０Ｘのスリットを段階的に塞ぐゴム製のスリーブ１０Ｙと、これらを収容するバルブボディ１０Ｚとを備えており、スリーブ１０Ｙとバルブボディ１０Ｚとの空間に駆動圧Ｐｃが加わる駆動部１０Ａが形成されている。メインバルブ１０の形態は、このようなアキシャルフロー型に限定されるものでない。

ガバナ駆動装置２０は、メインバルブ１０の駆動部１０Ａに供給する駆動圧Ｐｃを制御するものであり、図示の例では、上流側パイプラインＬ１と下流側パイプラインＬ２とを連通するパイロット流路１１が設けられ、パイロット流路１１におけるパイロットバルブ１２の上流側流路１１Ｘから駆動圧供給流路１４が分岐され、パイロット流路１１におけるパイロットバルブ１２の下流側流路１１Ｙが下流側パイプラインＬ２に連通している。

パイロットバルブ１２は、内部に複数のダイヤフラム１２Ａ，１２Ｂが設けられ、そのダイヤフラム１２Ａ，１２Ｂによって複数の圧力室１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚが区画されている。大気連通された圧力室１２Ｘには、開閉圧を設定するパイロットスプリング１２Ｓが設けられ、ダイヤフラム１２Ａ，１２Ｂの間の圧力室１２Ｙには、前述した上流側流路１１Ｘの開閉端部１２Ｖと前述した下流側流路１１Ｙの端部が連通しており、圧力室１２Ｚには、二次圧検知流路１３が連通している。

そして、このガバナ駆動装置２０においては、駆動圧供給流路１４と二次圧検知流路１３に、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）を設けている。図示の例では、駆動圧供給流路１４と二次圧検知流路１３の両方に圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）を設けているが、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、駆動圧供給流路１４と二次圧検知流路１３のいずれか一方に設けても所望の効果を得ることができる。

図示のようなパイロット式ガバナでは、下流側パイプラインＬ２の二次圧が変化すると、二次圧検知流路１３を通してパイロットバルブ１２の圧力室１２Ｚに二次圧の変化が伝わる。これによってパイロットバルブ１２が動作して、パイロットバルブ１２を開閉調整し、パイロット流路１１の通過流量を調整する。パイロット流路１１には、一次圧Ｐ１を減圧して駆動圧Ｐｃを得る抵抗部１１Ａが設けられおり、パイロット流路１１の通過流量が調整されると抵抗部１１Ａでの圧力損失が変化して、パイロット流路１１から分岐する駆動圧供給流路１４によって供給される駆動圧Ｐｃが制御され、これによりメインバルブ１０が開閉制御される。

この際、二次圧の制御すべき負荷変動や需要変動に高い周波数の微小振動が重畳すると、この圧力振動が二次圧検知流路１３を介してパイロットバルブ１２に伝わることになり、パイロットバルブ１２を異常動作させて駆動圧Ｐｃに圧力振動が伝わり、これがメインバルブ１０の駆動部１０Ａに悪影響を及ぼす。圧力振動抑制部２１は、このような望ましくない圧力振動を抑制するためのものであり、二次圧検知流路１３に圧力振動抑制部２１（２１Ｂ）を設けることによって、下流側パイプラインＬ２から二次圧検知流路１３を介してパイロットバルブ１２に至る望ましくない圧力振動を減衰させることができ、駆動圧供給流路１４に圧力振動抑制部２１（２１Ａ）を設けることによって、パイロットバルブ１２の異常動作によって駆動圧Ｐｃに伝わる望ましくない圧力振動を駆動部１０Ａに入る前に減衰させることができる。

ここで用いられる圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、図３に示すように、差圧に対しての流量変化が直線的に変化する差圧−流量特性を有している。図３のグラフには、一般的なオリフィスの差圧−流量特性を一点破線で示し、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）の差圧−流量特性を実線で示している。一般的なオリフィスでは、差圧が小さいところで、急峻に流量が変化しているのに対して、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、このような急峻変化が無く、差圧の大小に拘わらず差圧に対して一定の増減率で流量が変化する。

このような差圧−流量特性を有する圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）を用いると、従来のオリフィスを用いる場合と比較して、微小圧力振動を効果的に減衰させることができると共に、本来制御すべき負荷変動や需要変動による大きな振幅且つ周波数の低い圧力変動はこれを適正に検知して、メインバルブ１０を応答性良く制御することができる。

図３に示すような差圧−流量特性を有する圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）としては、所謂層流絞りを用いることができる。層流絞りとしては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、流路Ｒ内に設定長さＬの細管束Ｆを設けたものを用いることができる。図示の例では、流路Ｒ内に設定長さＬの細管Ｆ１を多数充填することで、連通流路Ｒ内の空間を多数の細管Ｆ１内の空間Ｆａと多数の細管Ｆ１外の空間Ｆｂとに区画している。細管束Ｆの設定長さＬは、抑制する圧力振動の周波数帯域に応じて適宜設定することができる。抑制すべき圧力振動の周波数帯域が複数存在する場合には、設定長さＬが異なる圧力振動抑制部２１を異なる連通流路に設けることで、効果的に周波数帯域が異なる圧力振動を抑制することができる。また、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）のその他の例としては、流路を多孔質材料で埋めた多孔質フィルタを用いることができる。なお、圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、これらに限定されるものではなく、図３に示すような差圧−流量特性を有する絞りであればよい。

図５は、本発明の実施形態に係るガバナ及びガバナ駆動装置の他の例を示している。前述した例と共通部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例では、上流側パイプラインＬ１と下流側パイプラインＬ２を連通するパイロット流路１１にパイロットバルブ１２が設けられ、パイロット流路１１におけるパイロットバルブ１２より下流側の流路（下流側流路１１Ｙ）が二次圧検知流路１３と一体になっている。このような例でも、パイロット流路１１から分岐した駆動圧供給流路１４と二次圧検知流路１３になる下流側流路１１Ｙに、前述した圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）を設けることで、二次圧に重畳する微小圧力振動を効果的に減衰させることができると共に、メインバルブ１０によって本来制御すべき負荷変動や需要変動による大きな振幅且つ周波数の低い圧力変動を適正に制御することができる。

図６は、本発明の実施形態に係るガバナ及びガバナ駆動装置の他の例を示している。前述した例と共通部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例は、ローディング型パイロット式ガバナの例であり、パイロット流路１１から分岐して駆動圧供給流路１４を設け、パイロット流路１１における駆動圧供給流路１４の分岐位置より上流側にパイロットバルブ１２を設け、駆動圧供給流路１４の分岐位置より下流側のパイロット流路１１に抵抗部１１Ａを設けて、パイロットバルブ１２に二次圧検知流路１３を連通している。このような例でも、パイロット流路１１から分岐した駆動圧供給流路１４と二次圧検知流路１３に、前述した圧力振動抑制部２１（２１Ａ，２１Ｂ）を設けることで、二次圧に重畳する微小圧力振動を効果的に減衰させることができると共に、メインバルブ１０によって、本来制御すべき負荷変動や需要変動による大きな振幅且つ周波数の低い圧力変動を適正に制御することができる。

図７は、直動式のガバナ１００の例を示している。このガバナ１００は、メインバルブ１１０とそれを駆動する駆動部１２０を備えており、この駆動部１２０に二次圧検知流路１０１が連通することで、メインバルブ１１０の駆動部１２０と下流側パイプラインＬ２とが連通している。

メインバルブ１１０は、駆動軸１１０を介して駆動部１２０内のダイヤフラム１２１に連動している。ダイヤフラム１２１は、駆動部１２０内を二次圧検知流路１０１に連通する駆動圧室１２２と大気連通圧力室１２３に区画しており、大気連通圧力室１２３には、ダイヤフラム１２１に弾性力を付与するスプリング１２４が配置されている。このようなメインバルブ１１０と駆動部１２０を備えるガバナ１００において、駆動部１２０の駆動圧室１２２に連通する二次圧検知流路１０１に前述した圧力振動抑制部２１を設けている。これによっても、二次圧に重畳する微小圧力振動を効果的に減衰させることができると共に、メインバルブ１１０によって、本来制御すべき負荷変動や需要変動による大きな振幅且つ周波数の低い圧力変動を適正に制御することができる。

以上説明したようなガバナ１，１００は、メインバルブ１０，１１０を駆動する駆動部１０Ａ，１２０を制御する二次圧検知流路１３，１０１、或いは駆動部１０Ａに駆動圧Ｐｃを供給する駆動圧供給流路１４に、差圧に対しての流量変化が直線的に変化する圧力振動抑制部２１を設けているので、二次圧の振幅が大きく周波数が低い変動（負荷変動或いは需要変動）に対しては、これを駆動部１０Ａ，１２０に効果的に伝えて、二次圧を応答性良く制御することができる。また、このような二次圧の変動に重畳する周波数の高い微小振動は、これを抑制して駆動部１０Ａ，１２０に不要な脈動が伝わるのを効果的に除去することができる。これによって、本発明の実施形態に係るガバナ１，１００は、駆動部１０Ａ，１２０の駆動ノイズやビビリ振動を抑えて、二次圧を良好に制御することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１，１００，Ｇ１：ガバナ，
１０，１１０：メインバルブ，１０Ａ，１２０：駆動部，
１１：パイロット流路，１１Ａ：抵抗部，
１２：パイロットバルブ，
１３，１０１：二次圧検知流路，
１４：駆動圧供給流路，
２０：ガバナ駆動装置，２１：圧力振動抑制部，
Ｌ１：上流側パイプライン，Ｌ２：下流側パイプライン

Claims (4)

1. 上流側パイプラインの一次圧を減圧して設定した二次圧の流体を下流側パイプラインに供給するガバナの駆動装置であって、
   上流側パイプラインと下流側パイプラインとを連通するパイロット流路と、
   該パイロット流路から分岐して、上流側パイプラインと下流側パイプラインの間に装備されるメインバルブを駆動する駆動部に駆動圧を供給する駆動圧供給流路と、
   前記パイロット流路に設けられ、当該パイロット流路の通過流量を変化させるパイロットバルブと、
   前記下流側パイプラインの二次圧を検知して前記パイロットバルブに直接供給する二次圧検知流路とを備え、
   前記二次圧検知流路に、差圧に対しての流量変化が直線的に変化する圧力振動抑制部を設けたことを特徴とするガバナ駆動装置。
2. 前記圧力振動抑制部は、流路に設定長さの細管束を設けた絞りであることを特徴とする請求項１記載のガバナ駆動装置。
3. 前記圧力振動抑制部は、流路を多孔質材料で埋めた多孔質フィルタであることを特徴とする請求項１記載のガバナ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載されたガバナ駆動装置を備えるガバナ。

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