JPH0124953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軸とハウジングとの間のパツキン構
造体に関し、特に、平常の低い作動温度において
も、温度が平常作動温度より高くなつた場合も弁
棒と弁筐との間を密封するためのパツキン構造体
に関する。

石油製品を搬送するパイプラインに使用される
弁は、パイプラインに火災が発生した場合異常に
高い温度にさらされることになる。確実な作動を
維持するためには、弁、特に弁棒と弁筐との間の
シールがそのような異常な作動条件のもとでも漏
れを生じないことが肝要である。もちろん、弁棒
のパツキングは、平常作動温度においても有効に
シールする機能を果すものでなければならない。

高温下で弁棒と弁筐との間をシールするための
手段としては従来からいろいろな構成のものが提
案されている。例えば、米国特許第3788600号は、
過度の圧力増大が生じたときは弁室を大気に通気
させるための手段を開示しており、米国特許第
4082105号は、主弁棒パツキンが熱によつて破壊
された場合副弁棒シールを機能させることを開示
している。この構成では、副弁棒シールが高い温
度で作動され、弁棒に食いこんで強い摩擦抵抗を
課する。

高温下でシール機能を果すためのその他のシー
ル手段は、米国特許第2647721号（1953年８月４
日発行）、第3177887号（1965年４月13日）、第
3630483号（1971年12月28日）、第3990465号
（1976年11月９日）、第4006881号（1977年２月８
日）、第4090719号（1978年５月23日）、第4160551
号（1978年７月10日）、第4214611号（1980年７月
29日）などに記載されている。

更に、米国特許第2883214号（1959年４月21
日）、第3096070号（1963年７月２日）、および第
3907307号（1975年９月23日）には、流体潤滑剤
またはその他の注入可能物質の外部源に露呈され
るランタン・リングによつて分離された２組のパ
ツキンを使用することが開示されている。

しかしながら、従来技術は、本発明の弁棒パツ
キン構造におけるように、パツキン室内でスペー
サリング等によつて相互に分離されており、低温
条件下でも、高温条件下でも協同してシール機能
し、しかも、弁棒に強い摩擦抵抗を課することが
ない低温用シール組立体と高温用シール組立体と
の組合せを使用することを教示していない。

本発明の目的は、低温条件下でも、高温条件下
でも、軸または弁棒に摩擦抵抗を課することな
く、シール機能を果す。軸または弁棒のための
「火災安全性」（火災のときにも安全な）パツキン
構造を提供することである。

本発明の他の目的は、平常作動温度下で弁棒シ
ールの役割を果すための低温用パツキン組立体
と、該低温用パツキン組立体にとつて破壊的な異
常に高い温度下で弁棒シールの役割を果す高温用
パツキン組立体を備えた「火災安全性」パツキン
構造を提供することである。

本発明のパツキン構造体は、弁本体に装着され
たボンネツト組立体によつて画定される弁ハウジ
ング内のパツキン室および内孔を貫通して延長し
た弁棒のための「火災安全性」パツキン構造体で
ある。このパツキン構造体は、いずれもパツキン
室内で弁棒と弁ハウジングとの間に配置されてお
り、平常の低温作動温度においても、異常な高温
状態においても弁棒と弁ハウジングとの間をシー
ルするための低温用パツキン組立体と、高温用パ
ツキン組立体とで構成する。低温用パツキン組立
体は、弁ハウジングの内孔内に形成した内側環状
肩部に座置させる。弁の流路に対して低温用パツ
キン組立体の軸方向外方においてパツキン室内に
スペーサリングを配置し、そのスペーサリングの
一側を低温用パツキン組立体に座置させる。高温
用パツキン組立体も、流路に対してスペーサリン
グの軸方向外方においてパツキン室内で弁棒と弁
ハウジングの間に配置され、スペーサリングの外
側面と、弁ハウジングの内孔内の別の環状肩部に
座着された上側保持バリヤーとの間に挾着される
ようにする。低温用パツキン組立体にとつて破壊
的な異常温度条件下においては、高温用パツキン
組立体が弁棒と弁本体との間に確実なシールを設
定する。

第１図を参照すると、本発明の新規な弁座構造
体を組入れたゲート弁１０が示されている。ゲー
ト弁１０は、内部に本体空洞１４と、該空洞に連
通した入口流路１６および出口流路１８を有する
弁本体１２を備えている。弁本体には、また、弁
を流体管（パイプライン）に接続するためのフラ
ンジ２２，２４がそれぞれ入口流路１８および出
口流路２０に近接して設けられている。

ボンネツト組立体３６は、その下方フランジ３
８を介して複数のボルト４０によつて弁本体１２
に結合されている。ボンネツト組立体３６は、貫
通内孔４２を有しており、その内孔の下端４６
は、ボンネツト空洞４８を画定するように賦形さ
れている。ボンネツト空洞４８と弁本体空洞１４
とが協同して弁室５０を画定する。内孔４２の上
端には雌ねじ５４を備えた拡径部分５２が設けら
れている。内孔４２は、更に、拡径孔部分５２に
隣接し、その軸方向内方に、即ち弁室５０に近い
方に位置する中間径部分５６を有しており、それ
によつて内孔４２内に環状の上向き肩部５８が形
成されている。内孔４２は、更に、中間径孔部分
５６の下端からボンネツト空洞４８に連通するよ
うに環状上向き肩部６２によつて画定された縮径
孔部分６０を有している。ボンネツト組立体３６
の側壁を横方向に貫通して中間径孔部分５６に連
通するねじ付孔６４が穿設されている。この孔
は、潤滑油接続管１０２を取付けるためのもので
ある。

ゲート弁１０の弁室５０内には、流路１８，２
０に対して開放位置と閉鎖位置の間で上下に往復
動しうるようにゲート組立体（弁部材）７０が配
設されている。ゲート組立体７０は、その上端に
連結されてボンネツト組立体３６内を上向きに延
長し、押え９８の開口１００を貫通して突出した
弁棒７２を選択的に廻すことによつて上下動され
る。押え９８は内孔４２の上端に螺着されてい
る。弁棒７２の下端は、ゲート組立体７２のゲー
ト部材７８の上方延長端に設けられたねじ孔に螺
着されており、弁棒の上端には弁棒を廻すための
弁ハンドル９０が取付けられている。弁棒７２
は、内孔４２の拡径孔部分５２内に配設された上
側スラスト軸受９４および下側軸受９６に受容さ
れており、軸受９４と９６の間で弁棒にカラー９
２が装着されている。かくして、弁棒７２を廻す
ことによつてゲート組立体７０が上下動され、弁
棒の回転方向に応じてゲート弁が開閉される。

ゲート組立体７０は、出口通路２０側に配置さ
れたゲート部材７８と、入口通路１８側に配置さ
れたセグメント８０とから成つている。ゲート部
材７８は、Ｖ字形凹部を有しており、セグメント
８０のＶ字形凸面と嵌合するようになされてい
る。１対の湾曲ばね８２（図には一方のばねだけ
が示されている）が、ゲート７８とセグメント８
０の両側にピンによつて装着されており、ゲート
７８とセグメント８０とを常に互いに引き寄せ、
収縮状態に維持しようとするばね偏待力を及ぼし
ている。ハンドル９０が廻されてゲート組立体７
０を上下動させたとき、セグメント８０の上下動
は上方停止体および下方停止体によつて制限され
る。上方停止体は、ボンネツトの内側面であり、
下方停止体は弁室５０の底壁がある。従つて、セ
グメント８０がその上限または下限において停止
された後も引続きゲート部材７８が移動しつづけ
ると、ゲート７８とセグメント８０の係合面の滑
り接触によりカム作用が生じ、その結果、ゲート
組立体がその開放位置（第１図）に置かれたと
き、および閉鎖位置に置かれたときゲート組立体
のゲート７８とセグメント８０とが開張状態にも
たらされる。弁の開放位置においては、ゲート７
８およびセグメント８０に穿設された開口８４が
相互に、かつ、流路１８，２０に整合する。

ゲート７８とセグメント８０の外側面は平面状
表面であり、ゲート組立体がどの位置にあるとき
も相互に平行で、流路１８，２０に対して常に垂
直である。弁が開放または閉鎖位置に置かれゲー
ト組立体が開張されるとゲートとセグメントの外
側平面状表面がそれぞれ弁座１１０に密封係合せ
しめられる。弁座１１０は、弁の入口流路１８と
出口流路２０の周りに形成され、本体空洞１４に
向つて開放した環状の弁座ポケツト２６，２８内
にそれぞれ配設されている。本発明の新規なパツ
キン構造体を装着したゲート弁１０に使用するの
に適した１型式の弁座構造が本出願と同時に出願
された本出願人の米国特許願に記載されている。

本発明の「火災安全性」パツキン構造体１０４
は、中間径孔部分５６内に配置し、孔の肩部５８
上に座着させたパツキン押え106から成る上側バ
リヤーと、環状肩部６２によつて構成される下側
バリヤーとの間に挾持させる。

第２および３図に示されるように、弁棒パツキ
ン構造体１０４は、低温用パツキン組立体１１２
と、高温用パツキン組立体１１４と、両者を分離
するスペーサリング１１６とから成る。低温用パ
ツキン組立体１１２は、エラストマー材製の下側
アダプタリング１１８を備えている。アダプタリ
ング１１８は、Ｖ字形の上面１２０と、平坦な下
面１２２を有している。低温用パツキン組立体１
１２は、いずれもエラストマー材で形成された第
1V型シール即ちパツキンリング１２６と、第2V
型シール即ちパツキンリング１３２を備えてい
る。これらのパツキンリングの素材として適した
材料の１つは「ビトン」（アスベストの商標名）
である。第１パツキンリング１２６は、上側Ｖ字
形面１２８と下側Ｖ字形凹部１３０を備えてお
り、下側アダプタリング１１８の軸方向外方に、
即ち、流路１８，２０からアダプタリング１１８
より遠くに配置し、Ｖ字形凹部１３０をアダプタ
リングの上側Ｖ字形面１２０に嵌合させる。第２
パツキンリング１３２は、上側Ｖ字形面１３４お
よび下側Ｖ字形凹部１３６を有しており、第１パ
ツキンリング１２６の軸方向外方に配置して、Ｖ
字形凹部１３６がＶ字形面１２８に嵌合するよう
にする。下側アダプタリング１１８と、第１およ
び第２パツキンリング１２６，１３２とで、低温
用パツキン組立体１１２を構成する。パツキンリ
ング１２６，１３２のようなパツキンリングの数
は、予想される圧力に応じて増減することができ
る。

スペーサリング１１６は、例えば4140鋼合金ま
たはステンレス鋼などの鋼で形成し、上端の上方
拡径リング部分１３８と、下端の下方拡径リング
部分１４０と、両者を連接した中間の縮径リング
部分１４２を備えた形とする。縮径リング部分１
４２は、スペーサリングの外周面に形成した外側
環状凹部１４３によつて形成する。下方リング部
分１４０の下端には、第２パツキンリング１３２
の上側Ｖ字形面１３４に座着する下向きのＶ字形
凹部１４４を形成する。上方リング部分１３８の
上端には、Ｖ字形上面１４８を形成する。中間リ
ング部分１４２には、その外側環状凹部１４３か
ら内側環状凹部１４５にまで半径方向に延長し、
スペーサリングの中央貫通開口に連通する複数の
半径方向の孔１４６を穿設する。孔１４６の１つ
は、潤滑油管接続口６４に整合させ、接続口６４
を弁棒７２に連通させる。

高温用パツキン組立体１１４は、各々、上面に
Ｖ字形面１５４を有し、底面にＶ字形凹部１５６
を有する３個の同一の高温用シール即ちパツキン
リング１５２によつて構成する。パツキンリング
１５２の数は、予想される作動条件に必要な特性
に応じて増減させることができる。これらのパツ
キンリングを重ね合せて積重体を形成し、最下端
のリング１５２のＶ字形凹部１５６をスペーサリ
ング１１６の上方拡径リング部分１３８のＶ字形
面１４８上に座置させる。各高温用パツキンリン
グ１５２は、グラフアイトシートと、金網シート
の積層構造体とする。この積層構造の詳細につい
ては後述する。

第３図に明示されているように、鋼製の上側パ
ツキン押え１０６は、弁棒７２を通す中央孔１６
４を備えた環状本体１６２を有しており、本体１
６２から半径方向外方にフランジ１６６が延長し
ている。フランジ１６６は、頂面１６８と下面１
７０を画定する。本体１６２の底面には環状のＶ
字形凹部１７２を形成する。上側パツキン押え１
０６は、そのフランジの下面１７０がボンネツト
の内孔４２内の環状肩部５８上に座置し、Ｖ字形
凹部１７２が最上部の高温用パツキング１５２の
Ｖ字形面１５４上に座置するように位置づけす
る。

各高温用パツキング１５２は、複数の可撓グラ
フアイトシート１７４と、織成したステンレス鋼
ワイヤから成る１枚の金網シート１７６とから形
成した積層構造体である。金網シート１７６は、
グラフアイトシート１７４の間に挾持され、高温
用パツキンリング１５２を補強し、リングの唇部
（外周面および内周面）に強度を付与する。グラ
フアイトシート１７４の数、および、金網シート
１７６の織方およびワイヤの太さは、必要とされ
る特性（例えば唇部の所要強度）に応じて変える
ことができる。

作動に先立つて、ボンネツトと弁棒７２との間
に適正なシールを設定するために、弁棒パツキン
構造体１０４を付勢しなければならない。従つ
て、注入可能なグラフアイトパツキン材２００を
例えば4000psi（280Kg／cm²）程度の高圧下で接続
管１０２から接続口６４を通してパツキン構造体
１０４内へ注入し、高温用および低温用パツキン
組立体１１４，１１２の両方を付勢する。本発明
のパツキン構造体には、例えば米国特許第
4162078号（1979年７月24日発行）に記載されて
いるような注入可能なグラフアイトパツキンを使
用することができる。付勢されると、第１および
第２エラストマー材製リング１２６，１３２の唇
部および高温用パツキンリング１５２の唇部が半
径方向に膨脹し、弁棒７２およびボンネツトの内
孔の中間径孔部分５６の壁に密封係合する。スペ
ーサリング１１６の内側環状凹部１４５内のグラ
フアイトパツキンは、弁棒７２の周りに環状シー
ルを設定し、外側環状凹部１４３内のグラフアイ
トパツキンは、孔部分５６の壁との間に環状シー
ルを設定する。

約−50〓（−46℃）〜250〓（121℃）の弁本体
にとつて平常の温度範囲内での作動においては、
接続口６４に接続管１０２を接続した状態で、低
温用パツキン組立体１１２と、高温用パツキン組
立体１１４が両方共、弁棒７２とボンネツトの内
孔４２との間にシールを設定する。弁室５０内の
温度が250〓（121℃）を越えると、エラストマー
材製のパツキンリング１２６，１３２が軟化し始
めるので低温用パツキン組立体１１２の密封作用
が低下し、300〓（149℃）を越える温度には耐え
ることができない。しかしながら、高温用パツキ
ンリング１５２を備えた高温用パツキン組立体１
１４は、1000〓（538℃）をはるかに越える極め
て高い温度においてもその密封作用を維持する。
高温用パツキンリング１５２のグラフアイトコン
パウンドは、十分な高温下密封特性を有してお
り、金網シート１７６はパツキンリング１５２の
形を維持するのに十分な剛性を有している。注入
グラフアイトパツキン２００は、平常作動温度に
おいても、高い作動温度においても二次的（補助
的）密封および潤滑特性を発揮する。エラストマ
ー材製のパツキン組立体１１２は、耐久性および
復元性が大きいので、低温用パツキンとしてはパ
ツキン組立体１１４のグラフアイトと金網との積
層構造より適している。

本発明の弁棒パツキン構造体を適正に作動させ
るには、低温用パツキン組立体を流路１８，２０
に対して高温用パツキン組立体より内方に、即
ち、流路および弁室に近い方に配置することが肝
要である。予想される平常作動温度より高い温度
に達すると低温用パツキン組立体が分解するの
で、弁室からの圧力はスペーサリングに作用し、
それによつて高温用パツキン組立体はその作動位
置に保持される。しかし、仮りに高温用パツキン
組立体を低温用パツキン組立体の軸方向内方に配
置したとすると、低温用パツキン組立体がその分
解温度に達して分解してしまうと、高温用パツキ
ン組立体が弁室からの圧力に対して上からの対抗
支持力を失つた状態にされるので、弁室からの圧
力によつてゆがめられ、有効なシール作用を発揮
することができなくなる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、平
常作動温度においても、火災時のように異常に高
い作動温度においても弁棒と弁ハウジングとの間
を密封するための「火災安全性」パツキン構造体
を提供する。

本発明は、上下動をせず、回転運動だけに限ら
れた弁棒に適用した場合について説明したが、本
発明のパツキン構造体は、弁を開閉するために上
下動するようになされた弁棒にも適用することが
できる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、本発明
の精神および範囲から逸脱することなくいろいろ
な変型が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパツキン構造体を組入れた開
張型ゲート弁の一部断面による側面図、第２図は
第１図のパツキン構造体の拡大断面図、第３図は
第２図のパツキン構造体の分解図である。 図中、１２は弁本体、１６，１８は流路、３６
はボンネツト組立体、４２は内孔、５０は弁室、
５６は中間径孔部分、６２は環状肩部（パツキン
押え）、６４は接続口、７２は弁棒、１０４はパ
ツキン構造体、１０６はパツキン押え、１１２は
低温用パツキン組立体、１１４は高温用パツキン
組立体、１１６はスペーサリング、１１８はアダ
プタリング、１２６はパツキンリング、１３２は
パツキンリング、１４３は外側環状凹部、１４５
は内側環状凹部、１４６は半径方向の孔、１５２
は高温用パツキンリング、１７４はグラフアイト
シート、１７６は金網シート、２００はグラフア
イトパツキン材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれの端部に内側パツキン押えと外側パ
   ツキン押えを備えた弁ハウジング内のパツキン室
   を貫通して延長した弁棒のためのパツキン構造体
   において、 前記パツキン室内に配置され、前記内側パツキ
   ン押え上に座置して前記弁棒を囲繞して該弁棒と
   弁ハウジングの間に介設され、弁ハウジングが平
   常温度状態にあるときは弁棒および弁ハウジング
   に密封係合するようになされた低温用パツキン組
   立体と、 前記低温用パツキン組立体の外方にあつて該パ
   ツキン組立体に係合し前記弁棒を囲繞して前記弁
   室内に配置された剛性のスペーサ部材と、 前記パツキン室内に配置され、該パツキン構造
   体の低圧側で前記スペーサ部材の外方に前記外側
   パツキン押えと該スペーサ部材の間に挾着され前
   記弁棒を囲繞して該弁棒と前記弁ハウジングとの
   間に介設され、弁ハウジングが平常温度状態にあ
   るときも、弁ハウジング前記低温用パツキン組立
   体に対して破壊的な異常に高い温度状態になつた
   ときも弁棒および弁ハウジングに密封係合するよ
   うになされた高温用パツキン組立体とから成るパ
   ツキン構造体。 ２ 前記低温用パツキン組立体は、複数のエラス
   トマー材層から成るものである特許請求の範囲第
   １項記載のパツキン構造体。 ３ 前記高温用パツキン組立体は、相互に積重し
   た複数のパツキンリングから成り、該各パツキン
   リングは、複数のグラフアイトシートと１枚の金
   網シートから形成された積層構造である特許請求
   の範囲第２項記載のパツキン構造体。 ４ 前記低温用パツキン組立体の前記エラストマ
   ー材はほぼ300〓（149℃）の分解温度を有するも
   のである特許請求の範囲第３項記載のパツキン構
   造体。 ５ 前記スペーサ部材は、薄肉部分を形成するよ
   うに前記弁棒に隣接した内側環状凹部と該凹部の
   半径方向外方に設けられた外側環状凹部を備えた
   金属製のランタン型リングであり、該薄肉部分に
   は該内側環状凹部と外側環状凹部とを連通する１
   個またはそれ以上の半径方向の孔が穿設されてお
   り、前記低温用ならびに高温用パツキン組立体を
   付勢ならびに潤滑し、かつ、前記内側環状凹部と
   弁棒との間および前記外側環状凹部と弁ハウジン
   グとの間に二次シールを設定するようにグラフア
   イトパツキン材を注入するために該外側および内
   側環状凹部に連通した接続口が設けられている特
   許請求の範囲第１項記載のパツキン構造体。 ６ 前記低温用パツキン組立体は入れる状態に積
   重ねた複数のＶ字形エラストマー材層から成るも
   のである特許請求の範囲第５項記載のパツキン構
   造体。 ７ 前記高温用パツキン組立体は、入れる状態に
   積重ねた複数のＶ字形パツキンリングから成り、
   該各パツキンリングは、複数のグラフアイトシー
   トと１枚の金網シートから形成された積層構造で
   ある特許請求の範囲第５項記載のパツキン構造
   体。 ８ 前記低温用パツキン組立体は、ほぼ300〓
   （149℃）の分解温度を有するエラストマー材で形
   成されており、該分解温度より低い温度では有効
   なシールを設定するものである特許請求の範囲第
   ７項記載のパツキン構造体。 ９ 内側高圧端および外側低圧端にそれぞれ内側
   パツキン押えおよび外側パツキン押えを備えた弁
   ハウジングの弁棒挿通孔内のパツキン室を貫通し
   て延長した弁棒のためのパツキン構造体におい
   て、 前記パツキン室内に配置され、前記内側パツキ
   ン押えに係合し前記弁棒を囲繞して該弁棒と弁ハ
   ウジングの壁との間に介設された低温用パツキン
   組立体と、 前記低温用パツキン組立体の外方にあつて該パ
   ツキン組立体に係合し前記弁棒を囲繞して前記弁
   室内に配置されており、内周面に内側環状凹部
   を、そして外周面に外側環状凹部を有し、それら
   の両凹部を連通させる少くとも１つの半径方向の
   孔を有する剛性のスペーサリングと、 前記パツキン室内に配置され、前記スペーサリ
   ングの外方に前記外側パツキン押えと該スペーサ
   リングの間に挾着され前記弁棒を囲繞して該弁棒
   と前記パツキン室の壁との間に介設された高温用
   パツキン組立体と、 前記低温用ならびに高温用パツキン組立体を付
   勢ならびに潤滑するようにグラフアイトパツキン
   材を注入するために前記外側および内側環状凹部
   に連通した接続口とから成り、該低温用パツキン
   組立体は該低温用パツキン組立体の分解温度より
   低い平常温度状態では前記弁棒およびパツキン室
   の壁に密封接触した状態に付勢されており、該高
   温用パツキン組立体は前記低温用パツキン組立体
   の密封作用を損うような高い温度状態のもとでも
   弁棒およびパツキン室の壁に接触した状態に付勢
   されていることを特徴とするパツキン構造体。 １０ 前記低温用パツキン組立体は、入れる状態
   に積重された複数のエラストマー材製Ｖ字形リン
   グと、前記内側パツキン押えに係合したエラスト
   マー材製アダプタリングとから成り、該アダプタ
   リングは前記Ｖ字形リングの１つと入れる状態に
   係合するＶ字形表面を有している特許請求の範囲
   第９項記載のパツキン構造体。 １１ 前記高温用パツキン組立体は、入れる状態
   に積重された複数のＶ字形パツキンリングから成
   り、該各パツキンリングはグラフアイト材シート
   と金網シートとの積層構造であり、前記スペーサ
   リングは、前記低温用パツキン組立体のＶ字形表
   面および高温用パツキン組立体のＶ字形表面にそ
   れぞれ入れる状態に係合する環状のＶ字形表面を
   有している特許請求の範囲第１０項記載のパツキ
   ン構造体。 １２ 前記内側パツキン押えは、前記弁棒挿通孔
   内に該孔の拡径部分によつて形成された環状肩部
   であり、前記外側パツキン押えは該弁棒挿通孔内
   に固定した環状の押え部材である特許請求の範囲
   第９項記載のパツキン構造体。