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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-07
(45)【発行日】2023-02-15
(54)【発明の名称】作動されるバルブの制御および監視のシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F15B 19/00 20060101AFI20230208BHJP
【ＦＩ】
F15B19/00
【請求項の数】
39
(21)【出願番号】P 2020529131
(86)(22)【出願日】2018-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-02-22
(86)【国際出願番号】 US2018066124
(87)【国際公開番号】W WO2019126095
(87)【国際公開日】2019-06-27
【審査請求日】2021-12-01
(31)【優先権主張番号】62/693,009
(32)【優先日】2018-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/608,777
(32)【優先日】2017-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/608,771
(32)【優先日】2017-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518337784
【氏名又は名称】スウェージロック カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】グライム，ウィリアム エイチ．サード
【審査官】所村 陽一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－３５５６０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２２９８０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｂ １９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作動されるバルブ・システムであって、
流れを制御するバルブ要素を含むバルブと、
前記バルブと共に組み立てられたアクチュエータであって、前記アクチュエータは、前記バルブ要素と動作可能に接続され、かつ、前記アクチュエータの入口ポートの与圧に応答して通常位置から作動位置に可動の流体駆動アクチュエータ部材を含む、アクチュエータと、
前記アクチュエータの入口ポートと接続された作動ポート、与圧された流体の供給源との接続のための与圧ポート、および排気ポートを含むバルブ制御モジュールであって、前記バルブ制御モジュールは、前記アクチュエータの入口ポートの与圧のために、前記与圧ポートと前記作動ポートとの間の流れを許し、前記作動ポートと前記排気ポートとの間の流れを阻止する第１の状態と、与圧された流体を前記アクチュエータの入口ポート内に捕らえるために、前記与圧ポートと前記作動ポートとの間の流れを阻止し、前記作動ポートと前記排気ポートとの間の流れを阻止する第２の状態と、前記アクチュエータの入口ポートの通気のために、前記与圧ポートと前記作動ポートとの間の流れを阻止し、前記作動ポートと前記排気ポートとの間の流れを許す第３の状態との間で動作可能なパイロット・バルブ配置体を含む、バルブ制御モジュールと、
前記アクチュエータの入口ポート内の流体状態を測定するために前記アクチュエータの入口ポートと流体連通している第１のセンサと、
前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態への前記パイロット・バルブ配置体の動作のために、前記第１のセンサとおよび前記パイロット・バルブ配置体と回路通信するコントローラであって、前記コントローラは、前記第１のセンサから前記コントローラに通信される測定された流体状態に応答して、前記パイロット・バルブ配置体の動作を自動的に調整するように構成される、コントローラと、
を備える、システムであり、
前記アクチュエータは、前記流体駆動アクチュエータ部材および前記バルブ要素を前記通常位置から前記作動位置に移動するのに必要とされるアクチュエータ圧力が、前記通常位置からのアクチュエータ・ストロークを開始するのに必要とされるアクチュエータ圧力より少なくとも５０％大きいように構成されたばね定数を有するバイアス・スプリング配置体を含む、システム。
【請求項2】
前記第１のセンサは、前記バルブ制御モジュール内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記コントローラは、前記バルブ制御モジュール内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記バイアス・スプリング配置体のばね定数は、前記流体駆動アクチュエータ部材および前記バルブ要素を、前記通常位置から、前記通常位置と前記作動位置との間の中点位置に移動するのに必要とされるアクチュエータ圧力が、前記通常位置からのアクチュエータ・ストロークを開始するのに必要とされるアクチュエータ圧力より少なくとも３０％大きいように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記バイアス・スプリング配置体は、前記バルブ要素が前記通常位置にある時の前記バイアス・スプリング配置体のスプリング力より約５倍大きいばね定数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記パイロット・バルブ配置体は、前記与圧ポートを前記作動ポートと接続する第１のシャットオフ・バルブ、および前記排気ポートを前記作動ポートと接続する第２のシャットオフ・バルブを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記パイロット・バルブ配置体は、前記作動ポートを前記与圧ポートおよび前記排気ポートのそれぞれと接続するスイッチング・バルブを含み、前記スイッチング・バルブは、前記第１の状態と対応する第１の位置と、前記第２の状態と対応する第２の位置と、前記第３の状態と対応する第３の位置との間で可動である、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１のセンサは圧力センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記通常位置から前記作動位置への前記流体駆動アクチュエータ部材の移動は、前記バルブ要素をシャットオフ位置から流体流れ位置に移動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記流体駆動アクチュエータ部材はピストンを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記システムは、前記アクチュエータの入口ポートと接続された第２のセンサをさらに備え、前記第２のセンサは、前記通常位置と前記作動位置との間の前記流体駆動アクチュエータ部材の移動、および前記流体駆動アクチュエータ部材を通る与圧された流体の漏れのうちの少なくとも１つに対応する、前記アクチュエータの入口ポート内の流体流れ状態を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記第１のセンサは流れセンサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項13】
前記パイロット・バルブ配置体は、約２００ｍｓと約１００００ｍｓとの間のサイクル・タイムで、作動サイクルを開始するための約２ｍｓと約１０ｍｓとの間の充填パルス持続時間または与圧パルス持続時間、および約３ｍｓと約１０ｍｓとの間の排気パルス持続時間を提供するように構成され、前記パイロット・バルブ配置体は前記第２の状態に維持され、前記第１のセンサは、パルスの間にアクチュエータ入口圧力を監視する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記コントローラと通信する第３のセンサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項15】
前記第３のセンサは、温度センサ、圧力センサ、および流れセンサのうちの１つを備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項16】
前記与圧ポートと接続された与圧室をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項17】
前記第１のセンサは、前記与圧室と前記アクチュエータの入口ポートとの間の圧力における差を測定するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記作動ポートは、アクチュエータ供給ラインによって前記アクチュエータの入口ポートと接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項19】
前記第１のセンサは、前記アクチュエータ供給ライン内に配置される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項20】
バルブに関する流体駆動アクチュエータのパフォーマンスを監視する方法であって、前記方法は、
第１の時間期間中に、前記アクチュエータを通常位置から作動位置に動作させるために、アクチュエータ供給ラインを介して前記アクチュエータの入口ポートに与圧された流体を供給することと、
前記第１の時間期間中に前記アクチュエータ供給ライン内の流体流れ状態に対応する圧力変化を測定することであって、測定された圧力変化は、前記アクチュエータの前記通常位置から前記作動位置への移動に対応する第１の屈曲点を含むバルブ・サイクル圧力プロファイルを画定することと、
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することと、
識別された非準拠状態を通信する出力を生成することと、
を備える、方法。
【請求項21】
前記アクチュエータ供給ラインを介して前記アクチュエータの入口ポートに前記与圧された流体を供給することは、前記アクチュエータ供給ラインと接続されたパイロット・バルブを動作させることを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記圧力変化は、前記パイロット・バルブの上流で測定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記圧力変化は、前記パイロット・バルブの下流で測定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
前記方法は、前記パイロット・バルブの上流に与圧された流体室を設けることをさらに備え、前記圧力変化は、前記第１の時間期間中の前記与圧された流体室内の圧力変化を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項25】
前記アクチュエータを前記通常位置に戻すために、前記第１の時間期間中に前記アクチュエータ供給ラインから前記与圧された流体を解放することをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項26】
前記第１の時間期間中に前記アクチュエータ供給ラインから前記与圧された流体を解放することは、前記アクチュエータ供給ライン内に非作動流体圧力を保持することを備え、生成されたプロファイルを所定の許容可能なプロファイルと比較することは、前記アクチュエータを通る漏れと一貫する、前記アクチュエータ供給ライン内の圧力における減少を識別することを備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記バルブ・サイクル圧力プロファイルは、前記作動位置から前記通常位置への前記アクチュエータの移動に対応する第２の屈曲点を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項28】
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することは、前記第２の屈曲点を、前記作動位置から前記通常位置への前記アクチュエータの予想される移動に対応する所定の屈曲点と比較することを備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することは、前記アクチュエータを通る漏れと一貫する、前記アクチュエータ供給ライン内の圧力における減少を識別することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項30】
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することは、作動に対する増加された抵抗と一貫する、前記アクチュエータが作動される、通常より高い圧力を識別することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項31】
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することは、作動に対する減少された抵抗と一貫する、前記アクチュエータが作動される、通常より低い圧力を識別することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項32】
前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析することは、前記第１の屈曲点の、前記通常位置から前記作動位置への前記アクチュエータの予想される移動に対応する所定の屈曲点からの逸脱を識別することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項33】
作動されるバルブ・システムであって、
流れを制御するバルブ要素を含むバルブと、
前記バルブと共に組み立てられたアクチュエータであって、前記アクチュエータは、前記バルブ要素と動作可能に接続され、かつ、前記アクチュエータの入口ポートの与圧に応答して通常位置から作動位置に可動の流体駆動アクチュエータ部材を含む、アクチュエータと、
アクチュエータ供給ラインによって前記アクチュエータの入口ポートと接続されたパイロット・バルブであって、前記パイロット・バルブは、第１の位置で前記アクチュエータ供給ラインに予圧された流体を供給し、第２の位置で前記アクチュエータ供給ラインから前記予圧された流体を排気するように動作可能である、パイロット・バルブと、
前記アクチュエータ供給ラインと接続されたセンサであって、前記センサは、第１の時間期間中に前記アクチュエータ供給ライン内の流体流状態に対応する圧力変化を測定するように構成され、測定された圧力変化は、前記アクチュエータの前記通常位置から前記作動位置への移動に対応する第１の屈曲点を含むバルブ・サイクル圧力プロファイルを画定する、センサと、
前記センサと回路通信するコントローラであって、前記コントローラは、前記バルブおよび前記アクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために、前記バルブ・サイクル圧力プロファイルを分析し、識別された非準拠状態を通信する出力を生成するように構成される、コントローラと、
を備える、システム。
【請求項34】
前記センサは、前記パイロット・バルブから下流の圧力変化を測定するように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項35】
圧力包含デバイスが与圧室を備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項36】
前記与圧室は、与圧された流体供給源との接続のための供給ポートを含み、前記供給ポートは、前記パイロット・バルブの前記第１の位置への移動の際に前記与圧室の再与圧を遅延させるように構成された流れ制限部を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項37】
圧力包含デバイスが、前記パイロット・バルブが前記第２の位置にある時に、前記アクチュエータ供給ライン内の非作動正圧を保持するように構成された背圧デバイスを備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項38】
前記非作動正圧は約１０ｐｓｉ未満である、請求項３７に記載のシステム。
【請求項39】
前記パイロット・バルブ、圧力包含デバイス、および前記センサのうちの少なくとも２つは、単一のモジュールに一体化される、請求項３３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、それぞれの開示全体が参照によって本明細書に組み込まれている、２０１７年１２月２１日に出願した米国特許仮出願第６２／６０８７７１号、名称「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥＳ」、２０１７年１２月２１日に出願した米国特許仮出願第６２／６０８７７７号、名称「ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＲＥＴＵＲＮ ＦＯＲＣＥ」、および２０１８年７月２日に出願した米国特許仮出願第６２／６９３００９号、名称「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＯＦ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥＳ」の優先権およびすべての利益を主張するものである。
本願は、それぞれの開示全体が参照によって本明細書に組み込まれている、２０１７年１２月２１日に出願した米国特許仮出願第６２／６０８７７１号、名称「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥＳ」、２０１７年１２月２１日に出願した米国特許仮出願第６２／６０８７７７号、名称「ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＲＥＴＵＲＮ ＦＯＲＣＥ」、および２０１８年７月２日に出願した米国特許仮出願第６２／６９３００９号、名称「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＯＦ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥＳ」の優先権およびすべての利益を主張するものである。
【背景技術】
【0002】
アクチュエータは、しばしば、バルブおよび他の流体システム構成要素を制御するのに使用される。アクチュエータは、空気圧、油圧、電気などを含む任意の個数の異なる設計のアクチュエータとすることができる。流体駆動アクチュエータは、バルブを通過するシステム流体の制御（たとえば、シャットオフ、計量、方向制御）のためにバルブ要素（たとえば、ロータリ・バルブ・ステム、プラグ、ダイアフラム、および／またはベローズ）を移動させるために、１つまたは複数の流体駆動アクチュエータ部材（たとえば、ピストン、ダイアフラム、ベローズなど）を移動させるのに空気などの予圧された流体を使用する。
【0003】
従来の作動されるバルブ・アセンブリは、バイアスするスプリングに打ち勝ち、アクチュエータ・ピストンおよび接続されたバルブ部材を移動させるためにアクチュエータ入口ポートの予圧に応答する作動位置と、アクチュエータ入口圧力の通気ならびにアクチュエータ・ピストンおよびバルブ部材のスプリング移動に応答する通常位置または戻り位置との間でのバルブの２位置動作に、スプリングによってバイアスされた空気圧アクチュエータを使用する。
【0004】
ピストンスタイル・アクチュエータによって作動されるバルブのサイクル寿命は、頻繁なサイクル移動（および対応する摩耗）、極端な温度、および厳しい大気状態を受ける可能性があるアクチュエータ・ピストン・シール（たとえば、Ｏリングまたはガスケット）によってしばしば制限される。これらの状態の結果として、ピストン・シール摩耗または潤滑油の消失が、アクチュエータ・シールを通る漏れおよび／またはアクチュエータ・ハウジング内のピストンの増加した摩擦につながる可能性がある。経時的に、この増加する漏れまたは摩擦は、不完全なまたは妨げられたバルブ作動および最終的なバルブ故障をもたらし、不完全な流体供給、スケジューリングされないシステム・ダウンタイム、および修理コストをもたらす可能性がある。
【0005】
他の応用例では、バルブの望ましくない状態（たとえば、増加した摩擦、シート損傷、システム汚染）は、潜在的なバルブ漏れおよび／または流体システム汚染に加えて、作動されるバルブの妨げられた状態またはスタック状態をもたらす可能性がある、バルブ内での作動に対する増加した抵抗をもたらす可能性がある。さらなる他の応用例では、バルブの望ましくない状態（たとえば、パッキン荷重の消失、破砕されたアクチュエータ・スプリングまたはバルブ要素）は、バルブ内での作動に対する減らされた抵抗をもたらす可能性があり、これが、バルブ漏れをもたらす可能性がある。
【0006】
さらなる他の応用例では、アクチュエータ予圧力および／またはスプリング戻りストローク力が、バルブ部材とバルブ・シートとの間の過剰な閉じる力（シート／シール摩耗、変形、および／または粒子生成をもたらす可能性がある）または所望より高速もしくは低速のバルブ作動を含む望ましくない状態を生じる可能性がある。シャットオフ状態のバルブ要素に対して適当なシールを提供するために、バルブは、しばしば、バルブが閉じられる時にバルブ要素がシールする柔らかい（たとえば、プラスティック、エラストマ）バルブ・シートを備える。高いサイクル頻度、高いアクチュエータ圧力（「ノーマリ・オープン」流体駆動アクチュエータの場合）、および／または高温、大量の流れ、もしくは化学反応性などのバルブ・シートを歪ませる状態を伴う応用例では、バルブ要素とバルブ・シートとの間の閉じる力が、摩耗粒子を生成する可能性があり、この摩耗粒子が、流体システムを汚染し、かつ／またはバルブ・シート漏れをもたらす場合がある。
【発明の概要】
【0007】
本開示の例示的実施形態では、バルブに関する流体駆動アクチュエータのパフォーマンスを監視する方法が企図される。例示的な方法では、予圧された流体が、第１の時間期間中に、アクチュエータを動作させるために、アクチュエータ供給ラインを介してアクチュエータの入口ポートに供給される。アクチュエータ供給ライン内の流体流れ状態に対応する変化が、第１の時間期間中に測定され、測定された変化はバルブおよびアクチュエータのうちの少なくとも１つでの非準拠状態を識別するために分析される。その後、識別された非準拠状態を通信する出力が生成される。
【0008】
本開示の別の例示的実施形態では、作動されるバルブ・システムは、流れを制御するバルブ要素を含むバルブと、バルブと共に組み立てられたアクチュエータであって、バルブ要素に動作可能に接続され、アクチュエータの入口ポートの予圧に応答して通常位置から作動位置に可動の、流体駆動アクチュエータ部材を含む、アクチュエータとを含む。パイロット・バルブが、アクチュエータ供給ラインによってアクチュエータ入口ポートに接続され、パイロット・バルブは、第１の位置でアクチュエータ供給ラインに予圧された流体を供給し、第２の位置でアクチュエータ供給ラインから予圧された流体を排気するように動作可能である。圧力包含デバイスが、パイロット・バルブが第１の位置および第２の位置のうちの少なくとも１つにある時に、アクチュエータ供給ライン内のセットされた圧力を維持するために、アクチュエータ供給ラインに接続される。センサが、アクチュエータ供給ラインに接続され、センサは、通常位置と作動位置との間でのアクチュエータ部材の移動と、アクチュエータ部材を通る予圧された流体の漏れとのうちの少なくとも１つに対応するアクチュエータ供給ライン内の流体流れ状態を測定するように構成される。
【0009】
本開示の別の例示的実施形態では、作動されるバルブ・システムは、流れを制御するバルブ要素を有するバルブと、バルブと共に組み立てられたアクチュエータと、バルブ制御モジュールと、センサと、コントローラとを含む。アクチュエータは、バルブ要素に動作可能に接続され、アクチュエータの入口ポートの予圧に応答して通常位置から作動位置にバルブ要素と共に可動の流体駆動アクチュエータ部材を含む。バルブ制御モジュールは、アクチュエータ入口ポートに接続された作動ポートと、予圧された流体の供給源への接続のための予圧ポートと、排気ポートとを含む。バルブ制御モジュールは、さらに、アクチュエータ入口ポートの予圧のために、予圧ポートと作動ポートとの間の流れを許し、作動ポートと排気ポートとの間の流れを阻止する第１の状態と、予圧された流体をアクチュエータ入口ポート内に捕らえるために予圧ポートと作動ポートとの間の流れを阻止し、作動ポートと排気ポートとの間の流れを阻止する第２の状態と、アクチュエータ入口ポートを排出するための、予圧ポートと作動ポートとの間の流れを阻止し、作動ポートと排気ポートとの間の流れを許す第３の状態との間で動作可能なパイロット・バルブ配置を含む。センサは、アクチュエータ入口ポート内の流体圧力を測定するために、アクチュエータ入口ポートと流体連通している。コントローラは、 第１、第２、および第３の状態へのパイロット・バルブ配置の動作に関してセンサおよびパイロット・バルブ配置と回路通信し、コントローラは、センサからコントローラに通信される測定された流体状態に応答して、パイロット・バルブ配置の動作を自動的に調整するように構成される。
【0010】
本開示の別の例示的実施形態では、作動されるバルブ・システムは、流れを制御するバルブ要素を含むバルブと、バルブと共に組み立てられるアクチュエータとを含む。アクチュエータは、バルブ要素に動作可能に接続され、アクチュエータの入口ポートの予圧に応答してバルブ要素と共に通常位置から作動位置に可動の流体駆動アクチュエータ部材と、予圧されたアクチュエータの通気に応答してアクチュエータ部材およびバルブ要素を作動位置から通常位置に戻すように構成されたバイアス・スプリングとを含む。バイアス・スプリング配置は、アクチュエータ部材およびバルブ要素を通常位置から差同一に移動するのに必要なアクチュエータ圧力が、通常位置からアクチュエータ・ストロークを開始するのに必要なアクチュエータ圧力より少なくとも５０％高くなるように構成されたばね定数を有する。
【0011】
本開示の別の例示的実施形態では、作動されるバルブ・システムは、バルブと、アクチュエータと、パイロット・バルブと、背圧配置とを含む。アクチュエータは、バルブ要素に動作可能に結合された流体駆動アクチュエータ部材と流体連通する入口ポートを含み、少なくとも最小作動圧力までの入口ポートの予圧に応答して通常位置から作動位置まで可動である。アクチュエータは、入口ポートの減圧の際にアクチュエータ部材を通常位置に戻すためにバイアス力を印加するように構成される。パイロット・バルブは、アクチュエータ入口ポートに接続された供給ポートを有し、第１の位置でアクチュエータ入口ポートに予圧された流体を供給し、第２の位置でパイロット・バルブ内の排気ポートを介してアクチュエータ入口ポートから予圧された流体を排気するように動作可能である。背圧配置は、パイロット・バルブが第２の位置に移動される時に、アクチュエータ部材に抗して最小作動圧力より低い正圧を保持するために、アクチュエータ入口ポートと流体連通している。
【0012】
本開示の別の例示的実施形態では、背圧デバイスは、入口ポートから出口ポートに延びる通路を画定する本体と、通路内に配置されたシートと、本体内に配置されたシール部材と、入口ポートと流体連通している人工的漏出経路とを含む。シール部材は、入り口ポートに印加される空気圧でシートとシールする係合にバイアスされ、シール部材は、出口ポートを介して、入口ポートに印加されたセットされた空気圧を超えるすべての過剰な空気圧を解放するために、シートから分離する。人工的漏出経路は、セットされた空気圧と等しい入口圧力で約０．２５ｓｃｃｍと２．５ｓｃｃｍとの間の漏出速度を提供するように構成される
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図2】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図6】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図8】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図10】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図11】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図12】本開示の別の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図12A】本開示の別の例示的実施形態による、パイロット・バルブ配置を示す概略図である。
【図12B】本開示の別の例示的実施形態による、別のパイロット・バルブ配置を示す概略図である。
【図13】本願の例示的実施形態による、作動されるバルブ・システムを示す概略図である。
【図14】本願の別の例示的実施形態による、背圧デバイスを示す概略断面図である。
【図15】本願の別の例示的実施形態による、背圧デバイスを示す概略断面図である。
【図16】本願の別の例示的実施形態による、バルブ・アクチュエータを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の様々な発明的な態様、概念、および特徴が、本明細書では例示的実施形態の組合せにおいて実施されるものとして説明され、図示される場合があるが、これらの様々な態様、概念、および特徴は、個別にまたはその様々な組合せおよび副組合せのいずれであれ、多数の代替実施形態で使用され得る。本明細書で明示的に除外されない限り、すべてのそのような組合せおよび副組合せは、本発明の範囲に含まれることが意図されている。さらに、本発明の様々な態様、概念、および特徴に関する様々な代替実施形態（代替の材料、構造、構成、方法、回路、デバイスおよび構成要素、形態、あてはめ、および機能に関する代替物など）が本明細書で説明される場合があるが、そのような説明は、現在既知であれ今後に開発されるものであれ、使用可能な代替実施形態の完全なリストまたは網羅的リストであることを意図されたものではない。当業者は、そのような実施形態が本明細書で特に開示されない場合であっても、本発明の範囲内で、発明的態様、概念、または特徴のうちの１つまたは複数を追加の実施形態および用途にたやすく適合させることができる。さらに、本発明の特徴、概念、または態様の一部が、好ましい配置または方法として本明細書で説明される場合があるが、そのような説明は、特にそのように述べられない限り、そのような特徴が要求されまたは必要であることを暗示することを意図されたものではない。さらに、例示的なまたは代表的な値および範囲が、本開示の理解を助けるために含まれる場合があるが、そのような値および範囲は、限定的な意味で解釈されてはならず、そのように特に述べられる場合に限って、クリティカルな値または範囲であることが意図されている。「約」指定された値として識別されるパラメータは、そうではないと特に述べられない限り、指定された値と指定された値の１０％以内の値との両方を含むことが意図されている。さらに、本開示に付随する図面は、原寸通りである場合があるが、そうである必要はなく、したがって、図内で明白な様々な比率を教示するものと理解することができる。さらに、様々な態様、特徴、および概念が、発明的または発明の一部を形成するものとして本明細書で特に識別される場合があるが、そのような識別は、排他的であることを意図されたものではなく、むしろ、発明的態様、概念、および特徴または特定の発明の一部として特に識別されない、本明細書で十分に説明される発明的態様、概念、および特徴がある可能性があり、本発明は、添付の特許請求の範囲に示される。例示的な方法またはプロセスの説明は、すべての場合に要求されるものとしてのすべてのステップの包含に限定されず、ステップが提示される順序は、そのように特に述べられない限り、要求されまたは必要と解釈されてはならない。
【0015】
本開示は、流体駆動（たとえば、空気圧）アクチュエータのパフォーマンスの監視および／または制御のシステムおよび方法を企図するものである。たとえば、流体駆動アクチュエータのパフォーマンスは、アクチュエータ破損、バルブ破損、またはアクチュエータ破損もしくはバルブ破損が差し迫っていることを示す状態（たとえば、流体駆動アクチュエータ部材を通る漏れ、要求される作動力の変化）を識別するために監視され得る。本開示の例示的実施形態は、直線作動されるバルブ（たとえば、ダイヤフラム・バルブ）と共に組み立てられるスプリングによってバイアスされた空気圧アクチュエータに関するが、本開示で説明される特徴および態様は、それに加えてまたはその代わりに、他のタイプのアクチュエータ（たとえば、油圧駆動または他の流体駆動のアクチュエータ、スプリング・バイアス式ではないアクチュエータ、複動アクチュエータ）、他のタイプのバルブ（たとえば、ロータリ・バルブ、ゲート・バルブなど）、および他のタイプの予圧された流体応用例に適用され得る。
【0016】
バルブ内に設置されまたはバルブと共に組み立てられるセンサ（たとえば、流量計、電気機械スイッチ）は、バルブ状態およびバルブのパフォーマンス特性を監視することができるが、極端なまたは過酷なシステム流体状態（たとえば、圧力、温度、腐蝕性／腐蝕薬流体）は、使用できるセンサのタイプおよび／またはそのようなセンサのサービス寿命を制限する可能性がある。
【0017】
本開示の例示的態様によれば、バルブおよびアクチュエータのパフォーマンスを、アクチュエータ流体流れ状態を監視することによって監視することができ、このアクチュエータ流体流れ状態は、アクチュエータ流体回路内のバルブ・アクチュエータからリモートの位置、たとえば、アクチュエータの入り口ポートに接続されたアクチュエータ供給ラインに予圧されたアクチュエータ流体を選択的に供給するパイロット・バルブまたはその付近でのそのような状態の測定または感知を提供することができるが、そうである必要はない。このリモート位置では、極端なまたは過酷なシステム流体状態または環境状態からの分離を達成することができる。
【0018】
異なるタイプのセンサが、バルブ・アクチュエータと流体連通して提供され得る。一例として、アクチュエータに直接にまたは間接に接続された流れセンサを使用して、流体圧力またはアクチュエータ・ピストンのスプリングの戻る動きに関連する流れ（たとえば、バルブの作動、作動のタイミング、作動の持続時間、作動に必要な圧力などを確認するために）またはアクチュエータ・ピストンを通る漏れに関連する流れ（たとえば、漸進的なアクチュエータ摩耗または著しい漏れに起因する差し迫ったアクチュエータ破損を識別するために）を検出することができる。別の例として、アクチュエータに直接にまたは間接に接続された圧力センサを使用して、流体圧力またはアクチュエータ・ピストンのスプリングの戻る動きに関連するか（たとえば、バルブの作動、作動のタイミング、作動の持続時間、作動に必要な圧力などを確認するために）、またはアクチュエータ・ピストンを通る漏れに関連する（たとえば、漸進的なアクチュエータ摩耗または著しい漏れに起因する差し迫ったアクチュエータ破損を識別するために）、アクチュエータ供給ライン圧力の変化を検出することもできる。
【0019】
図１は、アクチュエータ供給ライン１２９およびパイロット・バルブ１４０（たとえば、ソレノイド作動スイッチング・バルブ）または他の供給バルブによってアクチュエータ流体供給源１５０に接続されたアクチュエータ・ポート１２１を有する流体作動（たとえば空気圧）アクチュエータ１２０を有する作動されるバルブ１１０を含む作動されるバルブ・システム１００を概略的に示す。アクチュエータ供給ライン１２９は、パイロット・バルブがアクチュエータ・ポートに直接に組み立てられ得るように、別々の導管構成要素（たとえば、管、パイプ、ホース）とアクチュエータおよびパイロット・バルブの一方または両方に一体化されたポーティングまたは通路とを含む、様々な構成要素および配置から形成され得る。
【0020】
バルブ１１０を作動させるために、パイロット・バルブ１４０は、アクチュエータ流体供給源１５０をアクチュエータ・ポート１２１に開き、アクチュエータ・ピストン１２３を移動させるためにアクチュエータ入口ポートに予圧されたアクチュエータ流体を供給し、これによってバルブ要素１１５を移動するために動作させられる。これは、アクチュエータ供給ラインを通る流体流れと、アクチュエータ供給ライン内の圧力の増加とをもたらす。圧力および／または流れを、アクチュエータ供給ライン１２９と流体連通しているセンサ１３５（たとえば、圧力変換器、流量計）によって監視することができる。センサ１３５には、制御回路網１３９を設けることができ、制御回路網１３９は、センサ１３５の付近またはこれからリモートのシステム・コントローラ１６０（たとえば、コンピュータ）に接続され得る（たとえば、有線接続または無線接続によって）。システム・コントローラ１６０は、通常の動作状態を検証しまたは非準拠システム状態を識別するために、流体流れ状態の測定された変化を分析する回路網（たとえば、マイクロプロセッサ）を含むことができる。
【0021】
上で説明された配置では、たとえば作動中の期待される流れ（たとえば、記憶された所定のパラメータまたは以前に生成されたパラメータ）からのアクチュエータ流体流れの逸脱に基づく、作動されるバルブ１１０の破損または他の非準拠状態の検出を使用して、たとえば、システム・シャットダウンおよびバルブ保守またはバルブ交換を促すための、破損状態に関するユーザへの警告（たとえば、システム・コントローラ１６０との通信を介する）を提供することができる。
【0022】
さらに、まだ機能しているバルブの作動されるバルブ・パフォーマンス逸脱の検出を使用して、バルブ破損に進行する可能性が高い状態についてユーザに警告を提供することができる。一例として、アクチュエータ１２０が予圧されているが作動されていない時の、予圧されたアクチュエータ供給ライン内の圧力の測定可能な低下またはアクチュエータ供給ライン１２９を通る測定可能な流れは、流体駆動アクチュエータ部材１２３（たとえば、アクチュエータ・ピストン）を通る漏れを示す可能性がある。高サイクル・バルブでは、アクチュエータ・ピストン・シールの摩耗および／または潤滑油の消失が、バルブ作動を制限するか妨げるのに十分に漏れが深刻になるまで、アクチュエータの寿命にわたる増加するアクチュエータ・ピストン漏れを引き起こす可能性がある。漏れのレベルが作動を妨害するレベルに達する前にアクチュエータ・ピストン漏れを識別することによって、計画された保守を、スケジューリングされたダウンタイム中にアクチュエータに対して実行し、これによって、緊急シャットダウンおよび／または生産ロスを回避することができる。
【0023】
別の例として、作動に対応するアクチュエータ入口圧力の変化または屈曲を測定することまたはアクチュエータ・ピストン移動に対応する入口圧力もしくは流量の変化が発生する時間遅れもしくは持続時間を測定することによる、期待より高いアクチュエータ入口圧力でのバルブ作動の発生の識別は、たとえば、バルブ要素の摩耗もしくは摩損、潤滑の消失、システム汚染、または他の要因に起因する、作動に対するバルブ抵抗の増加を示す可能性がある。これらの潜在的な状態の早期識別は、タイムリーなバルブ保守を可能にすることができる。
【0024】
もう１つの例として、作動に対応するアクチュエータ入口圧力の変化または屈曲を測定することまたはアクチュエータ・ピストン移動に対応する入口圧力もしくは流量の変化が発生する時間遅れまたは持続時間を測定することによる、期待より低いアクチュエータ入口圧力でのバルブ作動の発生の識別は、たとえば、パッキン荷重の消失、ダイアフラム／ベローズ・バイアス力の低下、または他のそのような要因に起因する、作動に対するバルブ抵抗の低下を示す可能性がある。これらの潜在的な状態の早期識別は、タイムリーなバルブ保守を可能にすることができる。
【0025】
問題のあるバルブ・パフォーマンス状態を診断し、対処するようにプログラムされたシステム・コントローラにこれらの測定されたパフォーマンス状態を通信することによって、バルブ保守を、バルブ破損の検出時にまたは差し迫ったバルブ破損を予想してのいずれかで自動的に開始することができる。システム・コントローラは、保守手順を自動的にスケジューリングし、ストックから部品を徴用し、または交換システム構成要素およびアセンブリを注文するようにプログラムされ得る。
【0026】
本開示の例示的実施形態では、作動されるバルブのパフォーマンス状態は、アクチュエータの上流でアクチュエータ流体（たとえば、空気、窒素）の予圧された体積または室の圧力を測定する圧力変換器（または他のそのような圧力センサ）を使用して、バルブ作動の前、作動中、および作動後にピストンスタイル・アクチュエータの圧力プロファイルを測定することによって判定される。圧力包含（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）デバイス（たとえば、予圧されたシリンダもしくは他のそのような室または背圧デバイス）が、セットされた圧力の逸脱がそこから測定され得るアクチュエータ供給ライン内のセットされた圧力を維持するためにアクチュエータ供給ラインに流体連通して接続され得る。図２に概略的に示された例示的な配置では、作動されるバルブ・システム２００は、アクチュエータ供給ライン２２９およびパイロット・バルブ２４０（たとえば、ソレノイド作動スイッチング・バルブ）または他の供給バルブによって、予圧室２３０（たとえば、サンプル・シリンダ）に接続されたアクチュエータ・ポート２２１を備えて空気圧的に作動されるアクチュエータ２２０を有する作動されるバルブ２１０を含み、予圧室２３０は、アクチュエータ流体供給源２５０に接続される。バルブ２１０を作動させるために、パイロット・バルブ２４０は、予圧されたアクチュエータ流体を予圧室２３０からアクチュエータ入口ポートに供給するために、室をアクチュエータ・ポート２２１に開くように動作させられる。これは、室２３０がアクチュエータ流体供給源２５０によって再充填され、圧力が復元されるまで、室内の圧力の一時的な低下をもたらす。室２３０内の圧力は、圧力変換器２３５によって監視され、圧力変換器２３５は、圧力変換器２３５の付近またはこれから離れたシステム・コントローラ２６０（たとえば、コンピュータ）に接続され得る（たとえば、有線接続または無線接続によって）。
【0027】
図３のバルブ・サイクル圧力プロファイルＰに示されているように、図２の概略実施形態を参照すると、時刻ｔ１（パイロット・バルブの開位置への作動に対応する）に、予圧されたアクチュエータ流体が、正しく機能するアクチュエータ２２０に当初に供給される時（たとえば、与圧された体積とアクチュエータとの間のパイロット・バルブを開くことによって）に、圧力変換器によって測定される予圧室２３０内の圧力は、供給される流体圧力が、アクチュエータ・ピストン２２３上でピストンを移動する（たとえば、バイアス・スプリング２２２および／またはバルブ要素２１５の抵抗に反して）のに十分な圧力まで増大するので、セットされた圧力ｐ０から第１の減らされた圧力ｐ１まで低下する。アクチュエータ・ピストン２２３が、作動位置まで移動し、予圧された流体が、ピストンの背後のアクチュエータ内の空洞２２４を充填する時に、室２３０内の圧力は、全般的にセットされた圧力ｐ０から第１の減らされた圧力ｐ１までの圧力変化より浅いまたはよりゆるやかな傾斜で、第１の減らされた圧力ｐ１から第２の減らされた圧力ｐ２までさらに減少する。
【0028】
予圧室２３０内の圧力を復元するために、アクチュエータ流体供給源２５０は、予圧されたアクチュエータ流体を予圧室に供給する。アクチュエータ流体供給源２５０は、予圧室２３０に選択的に開かれ得る（たとえば、ユーザによって開始されまたは供給バルブのプログラムされた開放によって）が、別の実施形態では、アクチュエータ流体供給源と与圧室との間の流れは、バルブ作動から生じる室圧の変化がより簡単に測定され得るように、室２３０内の圧力増加を遅延させるために、縮小されたオリフィスまたは他の流れ制限２５５を使用して制限される。この制限された流れ状態の結果は、第２の減らされた圧力ｐ２と作動後に回復された圧力ｐ３との間の圧力曲線の傾斜において明白であり、この傾斜は、バルブの作動が完了した後の予圧室内の圧力の徐々の増加を示す。
【0029】
図３の通常の圧力プロファイルＰからの逸脱は、バルブまたはアクチュエータの摩耗、損傷、または欠陥の状態の表示を提供することができる。たとえば、バルブ・サイクル圧力プロファイルＰＡに示されているように、期待より低い第１の減らされた圧力ｐ１ａは、たとえば、アクチュエータ・ピストンとハウジングとの間またはバルブ・ステム（または他のバルブ要素）とバルブ・シートとの間の増加した摩擦に起因する、作動に対する増加した抵抗（与圧室によって供給される、より高い流体圧力を要求する）を示す可能性がある。別の例として、バルブ・サイクル圧力プロファイルＰＢに示されているように、期待より高い第１の減らされた圧力ｐ１ｂは、たとえば、バルブ・パッキン荷重もしくはシート・シール荷重の減少、破砕されもしくは弱められたバルブ・ダイヤフラムもしくはベローズ、または破砕されもしくは弱められたアクチュエータ・スプリングに起因する、作動に対する減らされた抵抗（与圧室によって供給される、より低い流体圧力を要求する）を示す可能性がある。
【0030】
さらなる別の例として、図４のバルブ・サイクル圧力プロファイルＰＣに示されているように、期待より高く、かつ／または期待より速い時刻Ｔの（図３の圧力点ｐ２ｂと比較して）第２の減らされた圧力ｐ２ｃは、不完全なアクチュエータ・ストロークを示す可能性があるが、第１の減らされた圧力ｐ１から作動後に回復された圧力ｐ３まで増加する圧力曲線を伴う、バルブ・サイクル圧力プロファイルＰＤに示された、第２の減らされた圧力点の実質的な不在は、スタックしたバルブまたはアクチュエータを示す可能性がある。
【0031】
さらなる別の例として、図５のバルブ・サイクル圧力プロファイルＰＥに示されているように、セットされた圧力ｐ０より低い、作動後に回復された圧力ｐ３ｅは、パイロット・バルブが閉じられるまで予圧室内の圧力の十分な回復を妨げるのに十分なアクチュエータ・ピストンを通る漏れを示す可能性がある。多くの応用例で、たとえば摩耗したピストン・シール、または乾燥しもしくは他の形で失われた潤滑油に起因する、アクチュエータを通る予圧されたアクチュエータ流体の漏れは、バルブのスタックをもたらす（たとえば、スプリングによってバイアスされた閉位置での）完全なアクチュエータ破損（たとえば、著しいアクチュエータ漏れに起因する）の前兆である。したがって、少量の漏れの初期検出は、差し迫った著しい漏れおよびアクチュエータ破損の診断を可能にすることができる。アクチュエータの修理または交換など、スケジューリングされた保守に関して、この初期漏出検出に頼ることができる。
【0032】
システム・コントローラ２６０が、バルブ・サイクル圧力プロファイルの測定された変化を分析し、そのような逸脱する圧力状態を識別する時に、システム・コントローラは、非準拠状態を通信する出力を生成することができ、その出力は、可聴警告、視覚的警告、または警告メッセージ（たとえば、テキストまたは電子メール・メッセージ）の形で提供され得る。
【0033】
図２の実施形態のように、圧力センサがパイロット・バルブの上流に配置される応用例では、パイロット・バルブが閉状態またはアクチュエータ排出状態である時に、バルブ／アクチュエータ・パフォーマンスの特性をセンサによって測定することができない。別の配置では、パイロット・バルブがアクチュエータ予圧状態またはアクチュエータ排出状態のどちらであるのかにかかわりなく、アクチュエータ入口圧力の変化の検出を可能にするために、圧力センサまたは圧力変換器を、パイロット・バルブの下流でアクチュエータの上流に設けることができる。図６に概略的に示された例示的実施形態では、作動されるバルブ・システム３００は、アクチュエータ供給ライン３２９およびパイロット・バルブ３４０（たとえば、ソレノイド作動スイッチング・バルブ）または他の供給バルブによってアクチュエータ流体供給源３５０に接続されたアクチュエータ・ポート３２１を有する空気圧作動アクチュエータ３２０を有するバルブ３１０を含み、圧力変換器３３５または他のそのような圧力センサが、パイロット・バルブ３４０とアクチュエータ・ポート３２１との間でアクチュエータ供給ライン３２９内に配置され、圧力変換器３３５の付近またはこれから離れたシステム・コントローラ３６０（たとえば、コンピュータ）に接続される（たとえば、有線接続または無線接続によって）。
【0034】
バルブ３１０を作動させるために、パイロット・バルブ３４０が、予圧されたアクチュエータ流体をアクチュエータ入口ポートに供給するために、アクチュエータ流体供給源３５０をアクチュエータ・ポート３２１に開くように動作させられる。これは、圧力変換器３３５によって測定される、アクチュエータ供給ライン３２９内の圧力の初期増加をもたらす。アクチュエータ供給ライン内の圧力が、アクチュエータ・スプリング３２２バイアス力とバルブ要素３１５による作動に対する抵抗（たとえば、バルブ・ステム動作トルクまたはダイアフラム／ベローズ・バイアス力）とに打ち勝つのに十分である時には、アクチュエータ・ピストン３２３が、アクチュエータ・スプリング３２２に抗して作動位置まで移動され、アクチュエータ・ピストンの下（その上流）の増加した体積に起因するアクチュエータ入口圧力の短い低下を引き起こす。バルブ３１０を通常（たとえば、バイアスされて閉じられた）位置に戻すために、パイロット・バルブ３４０は、アクチュエータ供給ライン３２９内およびアクチュエータ・ピストン３２３の下の予圧されたアクチュエータ流体を排出しまたは排気するように動作させられる。アクチュエータ供給ライン内の圧力が、圧縮されたアクチュエータ・スプリング３２２がアクチュエータ流体とバルブ要素３１５による作動に対するすべての抵抗（たとえば、バルブ・ステム動作トルクまたはダイアフラム／ベローズ・バイアス力）に抗してアクチュエータ・ピストン３２３を移動することを可能にするのに十分な量だけ減らされた時に、アクチュエータ・ピストン３２３は、スプリングによってバイアスされた位置に移動され、アクチュエータ・ピストンの下（その上流）の減らされた体積に起因するアクチュエータ入口圧力の短時間の増加を引き起こす。
【0035】
図７のバルブ・サイクル圧力プロファイルに示されているように、また、図６の概略実施形態を参照すると、予圧されたアクチュエータ流体が、時刻ｔ１に、正しく機能するバルブ上の正しく機能するアクチュエータ３２０に当初に供給される（たとえば、予圧された体積とアクチュエータとの間のパイロット・バルブを開くことによって）時に、圧力プロファイル内の屈曲または予圧中の圧力増加の速度の短時間の減少（ｐｘでの）は、アクチュエータの動作（アクチュエータ・スプリング・バイアス力およびバルブ要素抵抗力に抗する）がもたらされる入口圧力を示す。この圧力屈曲点ｐｘは、たとえば、バルブ要素摩損、潤滑油の消失、シート・クリッピング（圧力屈曲点ｐｘでの増加によって識別される）、不十分なパッキン・トルク、アクチュエータ・スプリング損傷、または損傷を受けたダイアフラム／ベローズ（圧力屈曲点ｐｘでの減少によって識別される）などの状態を識別するために、アクチュエータ・パフォーマンスおよび／またはバルブ要素抵抗（たとえば、動作トルク）の変化または逸脱を識別することができる。圧力増加の減らされた速度の時間持続時間は、バルブ・サイクル・タイムを示すことができ、このバルブ・サイクル・タイムは、作動問題（たとえば、増加したバルブ作動トルクまたは著しいアクチュエータ漏れに起因する）のさらなる表示を提供することができる。さらに、アクチュエータ予圧中の屈曲点ｐｘの不在は、バルブが作動できなかったことの表示を提供することができる。
【0036】
図７のバルブ・サイクル圧力プロファイルにさらに示されているように、予圧されたアクチュエータ流体が、アクチュエータ供給ライン３２９を介して時刻ｔ２にバルブ・アクチュエータ３２０から排出されまたは排気される（たとえば、パイロット・バルブを排気／排出スイッチング位置に切り替えることによって）時に、圧力プロファイルの屈曲または減圧中の圧力低下の速度の短時間の減少（ｐｙでの）は、通常位置またはバイアスされた位置へのアクチュエータの動作をもたらすための、アクチュエータ・スプリング力が入口圧力と作動に対するバルブ要素抵抗とに打ち勝つ入口圧力を示す。この圧力屈曲点ｐｙは、たとえば、アクチュエータ・スプリング損傷、バルブ要素摩損、潤滑油の消失、シート・クリッピング（圧力屈曲点ｐｙでの減少によって識別される）、不十分なパッキング・トルク、または損傷を受けたダイアフラム／ベローズ（圧力屈曲点ｐｙでの増加によって識別される）などの状態を識別するために、アクチュエータ・パフォーマンスおよび／またはバルブ要素抵抗（たとえば、動作トルク）の変化または逸脱を識別することができる。圧力低下減速の持続時間は、バルブ・サイクル・タイムを示すことができ、このバルブ・サイクル・タイムは、作動問題（たとえば、増加したバルブ作動トルクまたは著しいアクチュエータ漏れに起因する）のさらなる表示を提供することができる。さらに、アクチュエータ減圧中の屈曲点ｐｙの不在は、バルブが作動できなかったことの表示を提供することができる。
【0037】
本開示の別の態様によれば、圧力変換器または他のそのような圧力センサは、パイロット・バルブの上流のアクチュエータ流体の予圧された体積または与圧室と、パイロット・バルブとアクチュエータ入口との間のアクチュエータ供給ラインとの間の圧力差を測定するように構成され得る。図８に概略的に示された例示的な配置では、作動されるバルブ・システム４００は、アクチュエータ供給ライン４２９およびパイロット・バルブ４４０（たとえば、ソレノイド作動スイッチング・バルブ）または他の供給バルブによって与圧室４３０（たとえば、サンプル・シリンダ）に接続されたアクチュエータ・ポート４２１を有する空気圧作動アクチュエータ４２０を有するバルブ４１０を含み、与圧室４３０は、アクチュエータ流体供給源４５０に接続される。アクチュエータ流体供給源４５０と与圧室４３０との間の流れは、バルブ作動から生じる室圧力の変化がより簡単に測定され得るように、室４３０内の圧力増加を遅延させるために、縮小されたオリフィスまたは他の流れ制限４５５を使用して制限され得る。バルブ４１０を動作させるために、パイロット・バルブ４４０は、予圧されたアクチュエータ流体を与圧室４３０からアクチュエータ入口ポートに供給するために、室をアクチュエータ・ポート４２１に開くように動作させられる。これは、室４３０がアクチュエータ流体供給源４５０によって再充填され、圧力が回復するまで、室内の圧力の一時的な低下をもたらす。
【0038】
室圧力Ｐｉｎｌｅｔ、供給ライン圧力Ｐｌｉｎｅ、および室４３０とアクチュエータ供給ライン４２９との間の差圧Ｐｄｉｆｆは、圧力変換器４３５によって監視され、圧力変換器４３５は、圧力変換器４３５の付近またはこれから離れたシステム・コントローラ４６０（たとえば、コンピュータ）に接続される（たとえば、有線接続または無線接続によって）。図９のバルブ・サイクル圧力プロファイルに示されているように、また、図８の概略実施形態を参照すると、予圧されたアクチュエータ流体が、時刻ｔ１に、正しく機能するアクチュエータ４２０に当初に供給される（たとえば、パイロット・バルブ４４０を開くことによって）時に、圧力変換器４３５によって測定される差圧Ｐｄｉｆｆは、供給される流体圧力が、ピストンを移動する（たとえば、バイアス・スプリング４２２および／またはバルブ要素抵抗に抗して）のに十分な圧力までアクチュエータ・ピストン４２３上で増大するので、セットされた圧力差ｐｄ０から第１の減らされた差圧ｐｄ１まで減少する。アクチュエータ・ピストン４２３が、作動位置まで移動し、予圧された流体が、ピストンの背後のアクチュエータ４２０内の空洞４２４を充填する時に、圧力差は、圧力差ｐｄ２が０に接近するまで（アクチュエータ供給ライン圧力は実質的に室圧力と等しくなる）、全般的にセットされた圧力差ｐｄ０から第１の減らされた差圧ｐｄ１への圧力差変化より浅いまたはよりゆるやかな傾斜で、第１の減らされた差圧ｐｄ１から第２の減らされた圧力差ｐｄ２までさらに減少する。与圧室４３０内の圧力を回復させるために、アクチュエータ流体供給源４５０は、たとえば上で図２の実施形態に関して説明したように、予圧されたアクチュエータ流体を与圧室に供給する。
【0039】
パイロット・バルブが、時刻ｔ２に作動位置から通常位置に戻るために閉じられる時に、アクチュエータ４２０およびアクチュエータ供給ライン４２９が、アクチュエータ入口圧力をアクチュエータ・バイアス・スプリング４２０（バルブ要素抵抗と組み合わされた）が打ち勝つのに十分に低い圧力に下げるために、パイロット・バルブ４４０を介して排出されまたは排気されるので、差圧ｐｄは、第２の減らされた圧力差ｐｄ２から第３の減らされた圧力差ｐｄ３に高まる。この第３の圧力差ｐｄ３では、通常位置または戻り位置へのアクチュエータ・ピストン４２３のスプリング・バイアスされた移動は、第４の圧力差ｐｄ４への圧力差のより低速でより徐々の増加を引き起こし、この第４の圧力差ｐｄ４で、ピストンは、その戻りストロークを完了し、アクチュエータ入口圧力の残りが排出され、圧力差ｐｄに、セットされた圧力差ｐｄ０に戻らせる。
【0040】
上の例と同様に、作動に必要なタイミング、持続時間、および圧力に関する情報は、識別された圧力差ｐｄ１、ｐｄ２、ｐｄ３、ｐｄ４に対応する圧力差曲線の屈曲点を識別することによって判定され得る。さらに、代替の差圧プロファイルＰｄｉｆｆ’に示されるように、屈曲点の不在は、アクチュエータ４２０が作動に失敗したことの表示を提供する。さらに、パイロット・バルブ４４０が開かれている時にアクチュエータ・ピストン４２３を通る漏出がある場合には、パイロット・バルブ４４０を閉じることが、上流圧力の増加をもたらす（Ｐｉｎｌｅｔ’に示されている）。パイロット・バルブが閉じられている時にパイロット・バルブを通る漏出がある場合には、セットされた圧力差が減らされる（ｐｄ０’に示されている）。
【0041】
本開示の別の態様によれば、アクチュエータ・バルブは、アクチュエータ入口ポートと背圧デバイスとの間に配置された圧力変換器または他のそのような圧力センサによるアクチュエータを通る漏れの識別を提供するために、アクチュエータが通常（たとえば、スプリング・バイアスされた）位置にある時にアクチュエータ入口での正常な非作動正圧を維持するためにパイロット・バルブの排気ポートに接続された（たとえば、直接にまたは間接にこれと共に組み立てられまたは一体化された）圧力を保持する背圧デバイス（たとえば、チェック・バルブ、リリーフ・バルブ）を有するアクチュエータ流体供給／排出パイロット・バルブを設けられる。
【0042】
図１０に概略的に示された例示的な配置では、作動されるバルブ・システム５００は、アクチュエータ流体供給源５５０から下流のパイロット・バルブ５４０にアクチュエータ供給ライン５２９によって接続されたアクチュエータ・ポート５２１を有する空気圧作動アクチュエータ５２０を有するバルブ５１０を含み、圧力変換器５３５が、アクチュエータ供給ライン５２９に接続され、背圧デバイス５７０が、パイロット・バルブ５４０の排気ポート５４３に接続される（直接にまたは間接にこれと共に組み立てられまたは一体化される）。アクチュエータ供給ライン５２９内およびアクチュエータ・ピストン５２３の下の予圧されたアクチュエータ流体を排出しまたは排気するためにパイロット・バルブ５４０を動作させることによって、作動されるバルブ５１０が通常位置（たとえば、バイアスされた閉位置）に戻される時に、背圧デバイス５７０は、アクチュエータ供給ライン５２９内で、スプリング・バイアスされたアクチュエータ・ピストン５２３に抗して、正常な非作動正圧（たとえば、５～１０ｐｓｉ）を保持する。そのような配置では、アクチュエータ・ピストン５２３を通るアクチュエータ流体の漏れは、パイロット・バルブ５４０が閉位置／排気位置にある間に、背圧デバイス５７０の圧力セッティング未満の、圧力変換器５３５によって測定された、背圧デバイス５７０の圧力セッティング未満の圧力減少によって検出され得る。例示的実施形態では、パイロット・バルブ５４０、圧力変換器５３５、および背圧デバイス５７０は、たとえば設置の簡単さ、システム設置面積の削減などのために、一体化されたアセンブリ５０５として一緒に提供され得る。他のシステム管理構成要素／システム監視構成要素、たとえばサイクル・カウンタ、流量計、プロセッサ／コントローラ、および／または出力ディスプレイ（たとえば、ＬＥＤ、ＬＣＤ）も、一体化されたアセンブリ内で提供され得る。
【0043】
図１０の配置は、さらに、図６の実施形態に関して図示され、上で説明されたように、アクチュエータ５２０の予圧中および減圧中に作動圧力プロファイル内の屈曲点を識別することによって、バルブ・アクチュエータの動作のタイミング、持続時間、および圧力状態の表示を提供することができる。
【0044】
図１０の作動されるバルブ配置では、アクチュエータ５２０を通る漏れに加えて、圧力変換器５３５によって検出される圧力の低下は、それに加えてまたはその代わりに、パイロット・バルブ５４０を通る漏れおよび／または背圧デバイス５７０を通る漏れに対応する可能性がある。別の実施形態では、圧力を保持する背圧デバイスは、パイロット・バルブの供給ポートに接続され（たとえば、直接にまたは間接にこれと共に組み立てられまたは一体化され）、これによって、パイロット・バルブを通るすべての漏れの影響を、変換器圧力検出から除外する。そのような配置では、背圧デバイスは、両方向の流れすなわち２ウェイ・フローすなわち、アクチュエータ予圧（すなわち、パイロット・バルブ開）中のパイロット・バルブからアクチュエータ入口へのアクチュエータ流体の順方向流れと、アクチュエータ減圧（すなわち、パイロット・バルブ閉）中のアクチュエータ供給ラインからパイロット・バルブへの背圧を維持する逆方向の流れとを許すように構成され得る。
【0045】
図１１に概略的に示された実施形態では、作動されるバルブ・システム６００は、アクチュエータ流体供給源６５０から下流のパイロット・バルブ６４０にアクチュエータ供給ライン６２９によって接続されたアクチュエータ・ポート６２１を有する空気圧作動アクチュエータ６２０を有するバルブ６１０を含み、圧力変換器６３５および両方向背圧デバイス６７０が、パイロット・バルブ６４０の供給ポート６４２に接続される（たとえば、直接にまたは間接にこれと共に組み立てられまたは一体化される）。例示的な背圧デバイス６７０は、アクチュエータ供給ライン６２９への順方向流れまたは供給流れを許すが、アクチュエータ供給ラインからの逆方向流れに対してシールする（たとえば、第１のチェック・バルブ６７２を使用して）供給通路６７１と、作動されるバルブ６１０が通常位置（たとえば、バイアスされた閉位置）に戻される時に、アクチュエータ供給ライン６２９からの逆方向／排気流れを許すが、アクチュエータ供給ライン内の、スプリング・バイアスされたアクチュエータ・ピストン６２３に抗する正常な非作動背圧（たとえば、５～１０ｐｓｉ）を維持する（たとえば、第２のチェック・バルブ６７４を使用して）、供給通路６７１と平行の排気通路６７３とを含む。そのような配置では、アクチュエータ・ピストン６２３を通るアクチュエータ流体の漏れは、パイロット・バルブ６４０が閉位置／排気位置にある間に圧力変換器６３５によって測定される、背圧デバイス６７０の圧力セッティング未満の圧力減少によって検出され得る。例示的実施形態では、パイロット・バルブ６４０、圧力変換器６３５、および背圧デバイス６７０のうちの任意の２つ以上が、たとえば設置の簡単さ、システム設置面積の削減などのために、一体化されたアセンブリ６０５として一緒に提供され得る。たとえばサイクル・カウンタ、流量計、プロセッサ／コントローラ、および／または出力ディスプレイ（たとえば、ＬＥＤ、ＬＣＤ）を含む、他のシステム管理構成要素／システム監視構成要素も、一体化されたアセンブリ内で提供され得る。
【0046】
図１１の配置は、さらに、図６の実施形態に関して図示され、上で説明されたように、アクチュエータ４２０の予圧中および減圧中に作動圧力プロファイル内の屈曲点を識別することによって、バルブ・アクチュエータの動作のタイミング、持続時間、および圧力状態の表示を提供することができる。
【0047】
いくつかの作動されるバルブ・システムでは、本明細書で説明するように、背圧デバイスが、追加の機能を実行することができる。たとえば、背圧デバイスは、それに加えてまたはその代わりに、制動力を適用し、したがって正常なばね戻り状態でのアクチュエータ出力力を減らすために、アクチュエータ戻りストローク中にアクチュエータ入口ポートに対する非作動正圧を保持することができる。この減らされた戻り力は、たとえば、正常な閉じられた作動されるバルブのバルブ・シート摩耗を減らすことができる。そのような配置に関して、背圧セッティングは、上で説明した５～１０ｐｓｉ通常セッティングより高くすることができ、戻り力を所望の量まで減らすように選択され得る。しかし、そのような配置は、それでも、バルブ作動中またはその前の圧力変化の感知を容易にするために、アクチュエータ供給ライン内の予圧された流体を保持することによって、上で説明されたセンサ・システムおよび方法と組み合わせて使用され得る。アクチュエータ戻り力を減らす例示的な背圧配置は、その開示全体が参照によって本明細書に組み込まれている、本願と同時に出願された米国特許仮出願、名称「ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＶＡＬＶＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＲＥＴＵＲＮ ＦＯＲＣＥ」に記載されている。
【0048】
本開示の別の態様によれば、作動されるバルブ・システムは、アクチュエータ供給ライン内の圧力を監視しながら、バルブ・アクチュエータに供給し、これから排気するために作動流体を制御するように構成されたバルブ制御モジュールを設けられ得る。図１２に概略的に示された１つのそのような例示的配置では、作動されるバルブ・システム７００は、空気圧アクチュエータ７２０を有するバルブ７１０と、アクチュエータ７２０のアクチュエータ入口ポート７２１に接続された作動ポート７４１、アクチュエータ流体供給源７５０に接続された予圧ポート７４２、および予圧された作動流体を排出する排気ポート７４３を有するバルブ制御モジュール７４０とを含む。バルブ制御モジュール７４０は、予圧ポート７４２および排気ポート７４３に作動ポート７４１を接続するパイロット・バルブ配置７４５と、パイロット・バルブ配置７４５とアクチュエータ入口ポート７２１との間の流体状態（たとえば、圧力）を測定する流体センサ７４８と、第１、第２、および第３の状態へのパイロット・バルブ配置の動作に関してセンサ７４８およびパイロット・バルブ配置７４５と回路通信しているコントローラ７４９とを含む。
【0049】
例示的なパイロット・バルブ配置７４５は、コントローラ７４９の動作によって、第１の状態、第２の状態、および第３の状態の間で動作させられる。第１の状態では、パイロット・バルブ配置７４５は、たとえばアクチュエータ７２０の動作および作動位置（たとえば、開位置）へのバルブ要素７１５の移動のためにアクチュエータ入口ポート７２１を予圧するために、予圧ポート７４２と作動ポート７４１との間の流れを許すが、作動ポートと排気ポート７４３との間の流れを阻止する。第２の状態では、パイロット・バルブ配置７４５は、アクチュエータ入口ポート７２１を通気するために、予圧ポート７４２と作動ポート７４１との間の流れを阻止し、作動ポートと排気ポート７４３との間の流れを許す。アクチュエータ７２０が、単動（たとえば、スプリング・バイアスされた）アクチュエータである場合に、与圧されたアクチュエータ入口ポート７２１のこの排出は、アクチュエータがバルブ要素７１５を戻り位置（たとえば、閉位置）に移動することを可能にする。第３の状態では、パイロット・バルブ配置７４５は、予圧された流体をアクチュエータ入口ポート７２１内に捕らえるために、予圧ポート７４２と作動ポート７４１との間の流れを阻止し、作動ポートと排気ポート７４３との間の流れを阻止する。
【0050】
多数の異なるパイロット・バルブ配置を利用して、上で説明した第１、第２、および第３の状態を提供することができる。図１２Ａに示された１つの例示的実施形態では、パイロット・バルブ配置７４５ａは、作動ポート７４１に予圧ポート７４２を接続する第１のシャットオフ・バルブ７４６ａと、作動ポート７４１に排気ポート７４３を接続する第２のシャットオフ・バルブ７４８ａとを含む。第１の状態では、アクチュエータ入口ポート７２１を予圧するために、第１のシャットオフ・バルブ７４６ａは開かれ、第２のシャットオフ・バルブ７４８ａは閉じられる。第２の状態では、第１のシャットオフ・バルブ７４６ａと第２のシャットオフ・バルブ７４８ａとの両方が、パイロット・バルブ配置７４５ａとアクチュエータ入口ポート７２１との間に予圧された流体を捕らえるために閉じられる。第３の状態では、アクチュエータ入口ポート７２１を通気するために、第１のシャットオフ・バルブ７４６ａは閉じられ、第２のシャットオフ・バルブ７４８ａは開かれる。１つのそのような実施形態では、停電の場合に、第１のシャットオフ・バルブが、閉位置に戻り、第２のシャットオフ・バルブが、開位置に戻り、ノーマリ・クローズド・アクチュエータ７２０がバルブ要素７１５を閉位置に戻すことを可能にするように、第１のシャットオフ・バルブ７４６ａはノーマリ・クローズド・ソレノイド・バルブであり、第２のシャットオフ・バルブ７４８ａは、ノーマリ・オープン・ソレノイド・バルブである。
【0051】
図１２Ｂに示された別の例示的実施形態では、パイロット・バルブ配置７４５ｂは、予圧ポート７４２ｂを作動ポート７４１ｂに開き、排気ポート７４３ｂを阻止する第１の状態に対応する第１のスイッチング位置と、作動ポート７４１ｂと予圧ポート７４２ｂおよび排気ポート７４３ｂの両方との間の流れを阻止する第２の状態に対応するシャットオフ位置と、作動ポート７４１ｂを排気ポート７４３ｂに開き、予圧ポート７４２ｂからの流れを阻止する第３の状態に対応する第２のスイッチング位置と、を有する３位置３ウェイ・スイッチング・バルブ７４７ｂを含む。１つのそのような実施形態では、スイッチング・バルブ７４７ｂは、停電の場合に、ノーマリ・クローズド・アクチュエータ７２０がバルブ要素７１５を閉位置に戻すように、第２のスイッチング位置（図１２Ｂに示された位置）に失敗するように構成される。
【0052】
本発明の一態様によれば、パイロット・バルブ配置７４５は、アクチュエータ入口圧力を高め（第１の状態を使用して）、下げ（第２の状態を使用して）、かつ／または維持する（第３の状態を使用して）ために第１、第２、および第３の状態の間で選択的に動作させられ、センサ７４８が、そのような圧力調整を制御するために圧力をリアル・タイムで監視する。例示的応用例では、パイロット・バルブ（１つまたは複数）は、アクチュエータ入口圧力を増減するために素早く作動されまたはパルス駆動され得、圧力センサ７４８は、アクチュエータ入口圧力のさらなる調整のためにパイロット・バルブ（１つまたは複数）をさらにパルス駆動するためにコントローラ７４９によって使用される瞬間的フィードバックを提供する。１つのそのような例示的実施形態では、パイロット・バルブ配置７４５ａ、７４５ｂは、約２００ｍｓと約１００００ｍｓとの間のサイクル・タイムで、作動サイクルを開始するための約２ｍｓと約１０ｍｓとの間の充填パルス持続時間または予圧パルス持続時間と、約３ｍｓと約１０ｍｓとの間の排気パルス持続時間とを提供するように構成され、パイロット・バルブ配置７４５ａ、７４５ｂは、第３の（圧力を維持する）状態に維持され、圧力センサ７４８は、パルスの間にアクチュエータ入口圧力を監視する。コントローラ７４９へのフィードバック（たとえば、圧力センサ７４８からの）に基づいて、捕らえられた圧力が調整される速度を増減するために、コントローラは、第１の（予圧）状態および第２の（排気）状態のパルス持続時間およびパルス頻度を調整することができる。
【0053】
例示的応用例では、バルブ制御モジュール７４０が、図１０および図１１の実施形態に似た、上でより詳細に説明した背圧デバイスとして機能するように、非作動正圧が、捕らえられ得る。この非作動正圧は、たとえば、上でより詳細に説明したように、アクチュエータを通る漏れを検出し、かつ／または定量化するために、捕らえられた圧力を監視するために、提供され得る。
【0054】
別の例として、非作動正圧は、たとえばバルブの閉じる作動中のバルブ・シートの変形および／または摩耗（および結果の粒子生成）を最小化するために、スプリング・リターン状態でのアクチュエータ出力力を減らすためにアクチュエータ入力ポートに対して制動力を適用するのに使用され得る。この減らされた閉じる力は、反復作動に起因するシール損傷を最小化することによって、バルブのサイクル・パフォーマンスを効果的に延長することができる。頻繁なサイクリングとシャットオフ状態（たとえば、非サイクリング状態）中の高完全性シーリングとの両方を要求する応用例では、制動アクチュエータ入口圧力は、必要に応じて、高められたアクチュエータの閉じる力を提供するために、選択的にまたは自動的に除去されまたは排気され得る。
【0055】
もう１つの例として、非作動正圧は、それに加えてまたはその代わりに、バルブのより素早い順方向ストローク作動を容易にするのに使用され得る。というのは、アクチュエータ入口ポート圧力を大気圧から高めることと比較して、正の非作動アクチュエータ入口ポート圧力が、作動圧力までより素早く高められ得るからである。
【0056】
それに加えてまたはその代わりに、パイロット・バルブ配置とアクチュエータ入口ポートとの間の捕らえられた作動圧力（たとえば、バルブを少なくとも部分的に作動させるのに十分な圧力）の制御および／または監視は、様々な応用例で使用され得る。たとえば、捕らえられたアクチュエータ入口ポート圧力のセンサ監視は、上でより詳細に説明したように、バルブ作動のタイミングおよび／もしくは持続時間またはバルブが作動する圧力を識別するのに使用され得る。経時的なアクチュエータ入口圧力プロファイルのこの監視は、要求される作動力の増減（たとえば、ロータリ・バルブの作動トルクまたは軸移動ベローズもしくはダイヤフラム・バルブ要素の変化に対応する）、アクチュエータ漏れ、アクチュエータ貼り付き、または他の状態など、潜在的な問題を識別する可能性がある。コントローラ７４９は、許容可能な範囲内の逸脱を補償し（たとえば、捕らえられたアクチュエータ入口ポート圧力を増減することによって）、かつ／またはバルブ・システム保守が要求されることを測定されたアクチュエータ入力圧力プロファイルが示す時に警告を提供するようにプログラムされ得る。
【0057】
別の例として、捕らえられたアクチュエータ入口圧力は、アクチュエータ流体供給源７５０の全流体圧力未満であるが、バルブを少なくとも部分的に作動させるの十分な所望のアクチュエータ入口圧力をアクチュエータに適用するように制御され得る。たとえば、この下げられた作動圧力は、たとえば、ノーマリ・クローズド・バルブの流れサージに敏感な応用例で開きを制御するか、ノーマリ・オープン・バルブのバルブを閉じる力を減らすために、バルブのより遅い作動（たとえば、「ソフト・スタート」）を提供することができる。別の例として、下げられた作動圧力は、下げられたアクチュエータ入口ポート圧力が、完全に予圧されたアクチュエータ入口ポートより素早く排気する（かつ、スプリング力によってより素早く打ち勝たれる）ので、バルブのより素早い戻りストローク作動をもたらすことができる。さらなる別の例として、アクチュエータ入口圧力は、たとえばバルブを通る流れを制限しまたは調整するために、アクチュエータの不完全なまたは部分的な作動を実現するように正確に制御され得る。
【0058】
本開示の別の態様によれば、アクチュエータは、作動圧力を捕らえることによって、作動されるバルブ・システムの監視および制御を容易にするようにさらに適合され得る。一例として、アクチュエータ７２０は、たとえば、圧力の感知およびフィードバックとパルスの間のコントローラ分析および作動調整とのためのより長い時間を可能にするために、素早い順方向ストローク作動および／もしくは戻りストローク作動ならびに／または減らされた予圧時間および／もしくは減圧／排気時間（たとえば、短縮されたパルス持続時間）を容易にするために、アクチュエータの予圧および／または減圧／排気中の流量を増やすために大流量アクチュエータ・ポーティングを備えることができる。
【0059】
別の例として、スプリング・リターン・アクチュエータ７２０は、１つまたは複数の部分流れ位置が、１つまたは複数の事前に決定された適用されたアクチュエータ入口圧力に予測可能に対応できるように、高められたばね定数を有する（たとえば、より堅いスプリング７２２ならびに／または並列および／もしくは直列の追加のスプリングを提供することによって）バイアス・スプリング配置を設けられ得る。一例として、スプリング・リターン・アクチュエータ７２０は、閉位置でのスプリング力の３倍未満の従来のバルブ・アクチュエータばね定数と比較して、閉位置でスプリング力（たとえば、ポンド）の約５倍を超えるばね定数（たとえば、ポンド／インチ）を与えられ得る。この高められたばね情報は、バルブの通常位置と作動位置（たとえば、開位置）との間の１つまたは複数の増分位置にアクチュエータ・ピストン７２２およびバルブ要素７１５を移動するのに必要なアクチュエータ圧力の大きく測定可能で予測可能な差をもたらすことができる。アクチュエータを閉じたバイアス・スプリングを有する例示的実施形態では、ばね定数は、アクチュエータ・ピストンおよびバルブ要素を閉位置から開位置に移動するのに必要なアクチュエータ圧力が、閉位置からのアクチュエータ・ストロークを開始するのに必要なアクチュエータ圧力（「ベース・アクチュエーション圧力」）より少なくとも５０％多くなるようになっている。したがって、Ｘ（たとえば、５０ｐｓｉ）のベース・アクチュエーション圧力を用いると、全閉バルブ位置と全開バルブ位置との間の増分作動位置は、Ｘ（５０ｐｓｉ）と少なくとも１．５Ｘ（７５ｐｓｉ）との間の作動圧力の範囲で較正され得る。１つのそのような例では、通常位置（閉位置）と作動位置（開位置）との間のバルブ要素の中点位置にアクチュエータ部材およびバルブ要素を移動するのに必要なアクチュエータ圧力は、通常位置からアクチュエータ・ストロークを開始するのに必要なアクチュエータ圧力より少なくとも約３０％高い（たとえば、上の例では少なくとも約６５ｐｓｉ）。高められたばね定数を有するバイアス・スプリング配置を利用する実施形態では、非作動背圧（本明細書で説明される）が、バイアス・スプリング配置がバルブ・シートに過剰な閉じる力を印加するのを防ぐ 戻りストロークを制動するために戻りストローク中にアクチュエータに印加され得る。
【0060】
本開示の例示的態様によれば、作動されるバルブ・システム７００は、バルブ制御モジュール７４０内の単一の圧力センサ７４８を使用して監視され、制御され得る。コントローラ７４９は、複数の既知のシステム・パラメータ（たとえば、作動ストローク、アクチュエータ体積変位、流体圧力、流体温度、ばね定数）を用いてプログラムされ得、コントローラ７４９への圧力センサ７４８フィードバックは、このプログラムされたシステム情報と組み合わされて、作動圧力、作動速度、閉じる力、および他のそのような動作状態を計算するのに、ならびに、所望の流れ制御パフォーマンスを達成するためにパイロット・バルブ配置７４５のパルス駆動または他のそのような動作に対して適当な調整を行うのに、使用され得る。
【0061】
他の実施形態では、追加のシステム・センサが、流れ制御およびシステム・パフォーマンスに対する所望の調整をさらに容易にするために、コントローラに１つまたは複数のシステム・パラメータに関するデータを供給することができる。たとえば、流体温度センサは、高い流体温度状態を識別するためにコントローラ７４９にフィードバックを供給することができ、コントローラは、バルブを閉じる力を減らす（たとえば、上で説明したように、アクチュエータ戻りストロークに抗する背圧を高めることによって）ために、バルブの動作を調整することができる。この配置は、作動されるバルブ・システムをより広い温度範囲にわたって使用することを可能にすることができる。別の例として、流体圧力センサまたは流量計は、流体流れ状態に関するフィードバックをコントローラ７４９に供給することができ、コントローラは、それに応じて流体の流れを増減するためにバルブの動作を調整することができる（たとえば、バルブの部分的に開かれた状態を調整すること、またはその間にバルブが開かれている持続時間を調整することなどによって）。
【0062】
コントローラ７４９は、バルブ制御モジュール７４０の付近またはこれから離れたシステム・コントローラ７６０（たとえば、コンピュータ）に接続され得る（たとえば、有線接続または無線接続によって）。システム・コントローラ７６０は、正常動作状態を検証するか非準拠システム状態を識別し、そのような状態についてユーザに警告する通信（たとえば、電子メール、テキスト・メッセージなど）を生成するために流体流れ状態の測定された変化を分析する回路網（たとえば、マイクロプロセッサ）を含むことができる。
【0063】
アクチュエータ入口圧力が、作動されるバルブの閉じる力を制限するために制御される配置に加えて、本願は、たとえばバルブ要素（たとえば、ダイアフラム、ポペット）とバルブ・シート・シールとの間の閉じる力を減らすために、作動されるバルブ・アセンブリの減らされた力戻りストロークを提供する他のシステムおよび方法をも企図するものである。本願の例示的実施形態は、直線作動バルブ（たとえば、ダイアフラム・バルブ）と共に組み立てられるスプリング・バイアス式の空気圧アクチュエータに関するが、本願で説明される特徴および態様は、それに加えてまたはその代わりに、他のタイプのアクチュエータ（たとえば、油圧駆動または他の流体駆動のアクチュエータ、スプリング・バイアス式ではないアクチュエータ、複動アクチュエータ）、他のタイプのバルブ（たとえば、ロータリ・バルブ、ゲート・バルブなど）、および他のタイプの予圧された流体の応用例に適用され得る。
【0064】
図１３は、流体作動（たとえば空気圧）アクチュエータ８２０に動作可能に接続された流体流れを制御するバルブ要素８１５（たとえば、バルブ・ステム、ダイアフラム）を有するバルブ８１０を含む作動されるバルブ・システム８００を概略的に示し、アクチュエータ・ポート８２１は、アクチュエータ供給ライン８２９およびパイロット・バルブ８４０（たとえば、ソレノイド作動スイッチング・バルブ）または他の供給バルブによってアクチュエータ流体供給源８５０に接続される。他の実施形態では、パイロット・バルブは、別の供給ラインを使用せずに、アクチュエータ・ポートに直接に組み立てられ得る。バルブ要素８１５を移動するために、パイロット・バルブ８４０は、アクチュエータ流体供給源８５０をアクチュエータ・ポート８２１に開くために第１のスイッチング位置に移動される。これは、アクチュエータ供給ラインを通る流体の流れと、アクチュエータ・ポート８２１内の、アクチュエータ内の流体駆動アクチュエータ部材８２３（たとえば、１つまたは複数のピストン）に抗する圧力の増加とをもたらす。最小の作動圧力がアクチュエータ・ポートに供給される時に、アクチュエータ部材８２３に対する結果の作動力は、アクチュエータ内のバイアス部材８２２（たとえば、１つまたは複数のスプリング）によって印加されるバイアス力と、バルブ要素８１５の作動に対するすべての抵抗（たとえば、摩擦、バルブ・パッキン荷重、バルブ流体圧力など）とに打ち勝って、アクチュエータ部材８２３を第１の通常位置または戻り位置から第２の作動位置に移動する。アクチュエータ部材８２３は、バルブ要素を通常位置（たとえば、バルブ閉位置またはシャットオフ位置）から作動位置（たとえば、バルブ開位置または流体流れ位置）に対応して移動するために、バルブ要素８１５に直接にまたは間接に接続される。
【0065】
バルブ要素８１５を通常位置に戻すために、パイロット・バルブ８４０は、アクチュエータ供給ライン８２９内およびアクチュエータ部材８２３の上流の予圧されたアクチュエータ流体を排出しまたは排気するための第２のスイッチング位置に移動される。バイアス部材８２２によってアクチュエータ部材８２３に印加されるバイアス力が、排出するアクチュエータ流体に抗し、バルブ要素８１５による作動に対するすべての抵抗に抗して、アクチュエータ部材８２３を通常位置または戻り位置に移動し、これによって、バルブ要素８１５を対応する通常位置に移動する。
【0066】
本願の例示的態様によれば、アクチュエータ８２０によって印加される戻りストローク力を減らすために、作動されるバルブ・システム８００は、パイロット・バルブ８４０が第２の位置に移動される時にアクチュエータ部材８２３に抗する非作動正圧（すなわち、最小作動圧力より小さい）を保持するために、アクチュエータ入口ポート８２１と流体連通している背圧配置８７０（たとえば、ばね負荷または他の形でバイアスされたチェック・バルブまたはリリーフ・バルブ）を設けられ得る。非作動正圧は、バイアス力より小さいがバルブ要素８１５を作動位置から通常位置に戻すのに十分な正味戻り力を作るために、アクチュエータ部材８２３に反し、バイアス部材のバイアス力に抗する制動力を印加する。非作動正圧および対応する正味戻り力は、たとえば、特定の応用例に関して所望される作動速度および閉じる力を提供するように選択され得る。例示的実施形態では、非作動正圧は、最小作動圧力の約１０％～９０％、約４０％～６０％、または約５０％とすることができ、正味戻り力は、スプリング・バイアス力の約１０％～９０％、約４０％～６０％、または約５０％とすることができる。アクチュエータ部材に抗する基礎の非作動正圧を維持するそのような配置は、さらに、バルブ・アクチュエータのより素早い予圧された作動を提供することができる。というのは、アクチュエータ供給ライン、アクチュエータ入口、およびアクチュエータ・ピストン室内の圧力が、完全に排出された大気圧からではなく、非作動正圧から予圧されるからである。
【0067】
図１３の図示の実施形態では、背圧配置は、パイロット・バルブ排気ポート８４３と共に組み立てられた背圧デバイス８７０を含む。図１４に示された例示的な背圧デバイス８７０は、第１のポート８７２から第２のポート８７４に延びる通路８７３を有する本体８７１を有するチェック・バルブまたはリリーフ・バルブ・タイプの配置を含み、シート８７５が、通路内に配置される。シール部材８７６（たとえば、ボールまたはプラグ）が、通路８７３内に配置され、シート８７５とのシールする係合にバイアスされる（たとえば、スプリング８７７によって）。シール部材は、セットされた圧力を超えるすべての過剰な圧力を第２のポート８７４を介して解放するために、セットされた入口ポート圧力（または「クラッキング圧力」）でシートから分離し、これによって、アクチュエータ入口ポートでの背圧デバイス８７０の上流の所望の非作動正圧を維持する。
【0068】
他の実施形態では、背圧配置は、たとえば、パイロット・バルブ供給ポート８４２と共に組み立てられる（図１３では８７０ａに概略的に）、アクチュエータ供給ライン８２９内に設置される（概略的に８７０ｂに）、バルブ・アクチュエータ入口ポート８２１と共に組み立てられる（概略的に８７０ｃに）、アクチュエータ８２０と一体化される（概略的に８７０ｄに）、およびパイロット・バルブ８４０と一体化される（概略的に８７０ｅに）を含む、作動されるバルブ・システム８００内の様々な他の位置に設けられ得る。
【0069】
８７０ａ、８７０ｂ、８７０ｃ、および８７０ｄを含むいくつかの配置では、背圧配置は、予圧するアクチュエータ流体（アクチュエータ予圧中）と排出するアクチュエータ流体（アクチュエータ減圧中）との両方を受け取る。そのような配置では、図１５に示された背圧デバイス８７０’は、上で説明したように、アクチュエータ供給ラインへの順方向流れまたは供給流れを許すが、アクチュエータ供給ラインからの逆方向流れに抗してシールする第１の供給通路８８３’と、第１の供給通路８８３’と平行であり、アクチュエータ供給ラインからの逆方向／排気流れを許すと同時に、正常な非作動正圧を保持する第２の排気通路８７３’との両方を含むことができる。多数の異なる構成が利用され得るが、一実施形態では、背圧デバイス８７０’は、供給通路を通る順方向の予圧された流れを許しながら供給通路を通る逆方向流れを阻止するために、第１の供給通路８８３’内に配置され、供給シート８８５’とのシールする係合にバイアスされた（たとえば、スプリング８８７’によって）供給シール部材８８６’（たとえば、ボールまたはプラグ）を有する供給流れチェック／リリーフ・バルブと平行の、図１４に示され上で説明された排気流れチェック／リリーフ・バルブ配置を含むことができる。
【0070】
本願の別の例示的態様によれば、アクチュエータ入口に抗して正の非作動圧力を保持する背圧配置は、アクチュエータの正味戻り力が増えるように、保持される正の非作動圧力を減らしまたは除去するための減圧機構を設けられ得る。「ノーマリ・クローズド」作動されるバルブ実施形態では、そのような配置は、高完全性バルブ・シャットオフが望まれる可能性がある（たとえば、システム・シャットダウン／保守）、延長されたシャットオフ期間中に高められたバルブ・シール力を可能にしながら、高速のまたは頻繁なバルブ・サイクリング中により柔らかいまたはより軽い戻りストローク・バルブ・シャットオフを可能にすることができる。図１３に概略的に示された一実施形態では、背圧配置は、アクチュエータ供給ライン８２９に直接にまたは間接に接続され、アクチュエータ供給ライン内の保持された圧力を解放するように選択的に動作可能であり、これによって、アクチュエータの正味戻り力を高める、通気／パージ・バルブを含むことができる。
【0071】
別の実施形態では、背圧配置は、アクチュエータがバルブ・サイクリング中の標準的なバルブ・サイクル期間より長い時間期間にわたって正常な非作動位置に維持される時に、アクチュエータの正味戻り力が自動的に高まるように、経時的に正圧が逃げまたは低下することを可能にするように構成された制御されたまたは人工的な漏出経路を含むことができる。たとえば、作動されるバルブが、通常は０．５秒から１０秒おきにサイクルされる場合に、人工的漏出経路は、約３０秒～６０秒で非作動正圧を実質的に除去するのに十分な漏出速度をもたらすことができる。例示的実施形態では、人工的漏出経路は、約２５ｐｓｉから４０ｐｓｉの空気圧の下で約０．２５ｓｃｃｍと２．５ｓｃｃｍとの間の漏出速度をもたらすようにサイズを定められまたは構成され得る。
【0072】
人工的漏出経路は、たとえば、パイロット・バルブ、アクチュエータ供給ライン、アクチュエータ、および背圧デバイスのうちの任意の１つまたは複数を含む、作動されるバルブ・システム内の様々な位置に設けられ得る。図１４の例示的な背圧デバイス８７０では、人工的漏出経路は、たとえば、本体８７１（たとえば、８０９ａの、通路８７３と交差するピンホール漏出ポート）、シート８７５（たとえば、８０９ｂの、溝、ノッチまたは他のそのような特徴）、およびシール部材８７６（たとえば、８０９ｃの、溝、ノッチまたは他のそのような特徴）のうちの１つまたは複数内に設けられ得る。図１５の例示的な背圧デバイス８７０ａでは、人工的漏出経路は、たとえば、本体８７１’（たとえば、８０９ａ’の、排気通路８７３’と交差するピンホール漏出ポートまたは８０９ｂ’の、供給通路８８３’と交差するピンホール漏出ポート）、排気バルブ・シート８７５’（たとえば、８０９ｃ’の、溝、ノッチ、または他のそのような特徴）、供給バルブ・シート８８５’（たとえば、８０９ｄ’の、溝、ノッチ、または他のそのような特徴）、排気バルブ・シール部材８７６’（たとえば、８０９ｅ’の、溝、ノッチ、または他のそのような特徴）、および供給バルブ・シール部材８８６’（たとえば、８０９ｆ’の、溝、ノッチ、または他のそのような特徴）のうちの１つまたは複数内に設けられ得る。
【0073】
図１６は、背圧配置がアクチュエータ・アセンブリ９００に一体化される、別の例示的実施形態を示す。アクチュエータ・アセンブリ９００は、入口ポート９１１と、第１および第２の力伝達ピストン９２０、９４０を受ける第１および第２のピストン室９１２、９１４とを画定するハウジング９１０を含む。第２のピストン９４０は、アクチュエータ９００がそれと共に組み立てられるバルブ（図示せず）内のバルブ要素に出力力を印加するための出力シャフト９４５と一体化される。第１のピストン室９１２は、第１および第２のピストン９２０、９４０を下向きに押しやるために第１のピストン９２０と係合するバイアス・スプリング９５０をも保持する。アクチュエータ９００を動作させるために、入口ポート９１１に印加される予圧されたアクチュエータ流体（たとえば、空気）は、ピストン室９１２、９１４の下側部分を予圧し、出力シャフト９４５を上向きに移動するためにバイアス・スプリング９５０に抗してピストンを上向きに押しやるために、第１および第２のピストン９２０、９４０内の通路９２３、９４３を通過する。
【0074】
例示的実施形態では、背圧配置９７０は、第２のピストン９４０に一体化され、第２のピストン通路９４３内に配置されたシート９７５とシール係合してバイアスされた（スプリング９７７によって）シール部材９７６を含む。アクチュエータ入口ポート９１１が予圧される時に、予圧された流体は、第２のピストン室９１４の下側部分への流体の流れおよびその予圧を許すために、スプリング９７７に抗してシール部材９７６を移動する。アクチュエータ９００が減圧される時に、シート９７５とのシール部材９７６のシールする係合は、第２のピストン９４０に抗し、スプリング９７７のバイアス力と反対向きに制動力を印加するために、第２のピストン室９１４内に予圧された流体を保持する。上で議論された人工的漏出経路が、たとえば、アクチュエータ・ハウジング、第２のピストン９４０、シート９７５、およびシール部材９７６のうちの任意の１つまたは複数内に設けられ得、経時的に、第２のピストン室９１４内の流体圧力が、減らされまたは除去され、バイアス・スプリング９７７のすべての戻り力が、第２のピストン９４０に印加されるようになっている。
【0075】
本願の別の例示的態様によれば、作動されるバルブ・システムは、たとえば、「ノーマリ・オープン」バルブ・アクチュエータの閉じる力を制限する（たとえば、バルブ・シート摩耗／損傷を制限するために）ために、バルブ・アクチュエータに印加される圧力および結果の「順方向ストローク」アクチュエータ出力力を制限するように構成された背圧配置を設けられ得る。そのような配置では、背圧デバイスは、背圧デバイスの選択されたシーリング差圧によって、入口圧力または供給源圧力より低い所望の作動圧力に入口圧力を抑えつけるために、パイロット・バルブ入口ポートもしくは供給ポート、アクチュエータ入口ポート、またはアクチュエータ供給ラインと共に組み立てられ得る。複数の適切な背圧デバイスが利用され得るが、一実施形態では、図１４の背圧デバイス８７０は、図１３の実施形態に対して相対的に逆の方位でパイロット・バルブ入口ポートと共に組み立てられ得、アクチュエータ入口ポートでの圧力が、シール部材８７６がシート８７５に対してシールする定格差圧によって定義される選択された圧力に達し、これによって、アクチュエータ部材に抗する減らされた作動圧力を保持するまで、チェック／リリーフ・バルブ配置が、作動されるバルブ・システム圧力供給源からパイロット・バルブへの十分な予圧する流れを許すようになっている。たとえば、８０ｐｓｉの供給源圧力が、３０ｐｓｉの作動シーティング圧力を有する背圧デバイスを含む作動されるバルブ・システムに印加される場合に、パイロット・バルブに印加される圧力は、５０ｐｓｉに抑えつけられ、効果的に、アクチュエータの順方向ストローク力出力を減らす。
【0076】
別の実施形態では、図１５の背圧デバイス８７０’は、図１３の実施形態に対して相対的に逆の方位でパイロット・バルブ供給ポート、アクチュエータ入口ポート、またはアクチュエータ供給ラインと共に組み立てられ得、アクチュエータ入口ポートでの圧力が、シール部材８７６’がシート８７５’に対してシールする定格差圧によって定義される選択された圧力に達し、これによって、アクチュエータ部材に対する減らされた作動圧力を保持するまで、第１の通路８８３’のチェック・バルブ配置が、排出／排気方向での十分な制限されない流れを許すと同時に、第２の通路８７３’のチェック・バルブ配置が、作動されるバルブ・システム圧力供給源からパイロット・バルブへの十分な予圧する流れを許すようになっている。
【0077】
本明細書で説明された作動されるバルブ・システムは、それに加えてまたはその代わりに、他の発明的な特徴および構成要素を設けられ得る。一例として、本明細書で説明された、アクチュエータ８２０に抗して非作動正圧を保持する背圧デバイス８７０を含む作動されるバルブ・システム８００は、アクチュエータ供給ライン８２９と流体連通するセンサ（たとえば、図１３の８３５に概略的に示された流れセンサまたは圧力センサ）を設けられ得、センサ８３５は、通常位置と作動位置との間でのアクチュエータ部材の移動とアクチュエータ部材を通る予圧された流体の漏れとのうちの少なくとも１つに対応する、予圧されたアクチュエータ供給ライン内の流体流れ状態を測定するように構成される。センサ８３５は、圧力変換器８３５の付近またはこれから離れたシステム・コントローラ８６０（たとえば、コンピュータ）に接続され得（たとえば、有線接続または無線接続によって）、上で詳細に説明した図１、図２、図６、図８、および図１０～図１２の実施形態に類似するものとすることができる。そのような配置では、アクチュエータ部材を通るアクチュエータ流体の漏れは、パイロット・バルブが閉位置／排気位置にある間にセンサ（たとえば、圧力変換器）によって測定された背圧デバイスの圧力セッティング未満の圧力低下によって検出され得る。
【0078】
本発明が、ある種の例示的実施形態に関して開示され、説明されたが、本明細書を読む時に、当業者は、ある種の変形形態および修正形態を思い浮かべる可能性がある。そのような変形形態および修正形態のすべてが、添付の特許請求の範囲およびその同等物の定義する限定にかかわりなく、本発明の範囲に含まれる。したがって、本出願人の全般的な発明的概念の趣旨または範囲から逸脱せずに、そのような詳細から新案を作ることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】