JPH0210313B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0210313B2
JPH0210313B2 JP57134635A JP13463582A JPH0210313B2 JP H0210313 B2 JPH0210313 B2 JP H0210313B2 JP 57134635 A JP57134635 A JP 57134635A JP 13463582 A JP13463582 A JP 13463582A JP H0210313 B2 JPH0210313 B2 JP H0210313B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ring
stem
seal
sealing device
packing box
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57134635A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5828082A (en
Inventor
Pii Haado Debitsudo
Ii Gibuson Deyuein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smith International Inc
Original Assignee
Smith International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smith International Inc filed Critical Smith International Inc
Publication of JPS5828082A publication Critical patent/JPS5828082A/en
Publication of JPH0210313B2 publication Critical patent/JPH0210313B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K41/00Spindle sealings
    • F16K41/02Spindle sealings with stuffing-box ; Sealing rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
    • F16J15/182Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings with lubricating, cooling or draining means
    • F16J15/183Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings with lubricating, cooling or draining means using a lantern ring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Valves (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Sealing With Elastic Sealing Lips (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明のステムシール装置を使用したバルブ
は、高圧、高温、つりあい上昇式ステムゲートバ
ルブであり、次に示す米国特許出願に開示された
発明と類似するものである。すなわち、1977年9
月15日にデビツド・ピー・ハードによつて出願さ
れた特許第833684号の「積層状にして予め負荷を
かけた固体潤滑性のステムシールを有する温度耐
性が高く化学的に安定な高圧ゲートバルブ」およ
び1976年6月16日にチヤールズ・デイー・モリル
によつて出願された特許第697084号の「高い負荷
をかけて予め積層状に装填した固体潤滑性の金属
相互のステムシールを有する高温、高圧、つりあ
い上昇ステムゲートバルブ」である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A valve using the stem seal device of the present invention is a high pressure, high temperature, balanced rise stem gate valve similar to the invention disclosed in the following US patent application: i.e. September 1977
Patent No. 833,684 filed by David Pea. ” and Patent No. 697,084, filed by Charles Day Morrill on June 16, 1976, “High-temperature, high-load, preloaded, solid-lubricating, metal-to-metal interstem seals with preloaded laminates; High pressure, balanced rising stem gate valve.

この発明のステムシール装置は、前記米国特許
第697084号に開示されたステムシール装置に関連
がある。
The stem seal device of this invention is related to the stem seal device disclosed in the aforementioned US Pat. No. 697,084.

前記出願は、この発明の出願人に譲渡され、そ
れらの開示内容は、この発明中におい参照され、
この発明の技術中に生かされている。
Said applications are assigned to the applicant of this invention and their disclosures are incorporated herein by reference.
This technique is utilized in this invention.

石油、ガス業界においては、さく井時穴が深く
なるにつれて圧力および温度は徐々に高まり、ま
た、サワーガス田においては、井戸から流出する
流体に比較的高い割合で硫化水素(H2S)を含有
する。油田を使用するバルブやウエルヘツド用の
シールが最近開発されているが、これらのシール
が高圧、高温の交互作用による劣化が比較的少な
く、しかもH2S等の腐食性の流体に対しても比較
的耐性を有する。
In the oil and gas industry, pressure and temperature gradually increase as the hole gets deeper during drilling, and in sour gas fields, the fluid exiting the well contains a relatively high proportion of hydrogen sulfide ( H2S ). . Seals for valves and wellheads used in oil fields have recently been developed, but these seals are relatively resistant to deterioration due to the interaction of high pressure and high temperature, and are also less susceptible to corrosive fluids such as H 2 S. It is resistant to

1977年11月1日に登録されたモリルの特許第
4056272号、これは出願番号第697084号と同一出
願人によるもので、この発明の権利者に譲渡され
ているが、その開示内容はこの発明においても採
用してある。すなわち、ウエルヘツドとパイプハ
ンガーとの間の静的シールである。このシールは
一対の円錐形の金属リングガスケツトより成り、
その断面形状はほぼ長方形である。この金属リン
グガスケツトは固定螺子および圧縮リングによつ
て押し付けられ、このガスケツトの端部が塑性変
形して、ウエルヘツドおよびパイプハンガーの平
行な円筒壁と係合して、金属同士のシールが行な
われるまで締め付けられる。このような静的シー
ルにおいて使用される変形可能なリングの最初の
断面形状は台形で、テフロン、ポリ、ウレタン、
ゴム等で形成される。このリングは金属リングガ
スケツトの間に配設され、金属リングガスケツト
を押し付けてその断面形状を長方形にし、ウエル
ヘツドおよびパイプハンガーの壁面と係合させら
れる。この静的シールに使われる変形可能なリン
グは、金属リングガスケツトによるシールが不完
全な場合、例えば、ウエルヘツドやパイプハンガ
ーにかき傷や機械痕がある場合に、この金属リン
グガスケツトのバツクアツプシールとして作用す
る。この変形可能なリングは、こうしたかき傷や
機械痕に侵入してシールする。
Morrill patent number registered on November 1, 1977
No. 4056272, which is filed by the same applicant as Application No. 697084 and assigned to the right holder of this invention, the disclosure content of which is also adopted in this invention. That is, a static seal between the wellhead and the pipe hanger. This seal consists of a pair of conical metal ring gaskets,
Its cross-sectional shape is approximately rectangular. The metal ring gasket is compressed by a locking screw and a compression ring, and the ends of the gasket are plastically deformed and engage the parallel cylindrical walls of the well head and pipe hanger to create a metal-to-metal seal. It can be tightened up to. The initial cross-sectional shape of the deformable ring used in such static seals is trapezoidal, and is made of Teflon, poly, urethane,
Made of rubber, etc. The ring is disposed between the metal ring gaskets and is pressed against the metal ring gaskets to create a rectangular cross-sectional shape and engage the walls of the well head and pipe hanger. The deformable ring used in this static seal can be used to back up the metal ring gasket if the seal is imperfect, for example if there are scratches or machine marks on the well head or pipe hanger. Acts as a seal. This deformable ring penetrates and seals these scratches and machine marks.

バルブのステムとバルブ本体すなわちボンネツ
トの間の動的または静的シールに使われるシール
には、伸縮性の円錐台形の金属リングガスケツト
が使われ、その断面形状は長方形である。この金
属リングガスケツトはステム周囲に設けたパツキ
ン箱内に配設され、その間にはさらに変形し易い
材質のリングを挾んである。金属リングガスケツ
トは、ばね用鋼ではなく軟材で形成されている
が、ベルビル(Belleville)ばねに類似した伸縮
性をもたせてある理由は2つある。第1は、この
ガスケツトを押し付けていない場合に、ガスケツ
トの内径を大きくするとともに外径を小さくして
おき、バルブのステムやパツキン箱と過度に摩擦
させずに、シールユニツトをパツキン箱に対して
容易に着脱できるようにするためである。第2
は、バルブ使用時に、温度や圧力が変化すると、
パツキンリテナを締着した場合に最初に生じたガ
スケツトの変形や歪が多少変化し、バルブの寸法
が多少変化しても、このガスケツトとステムやパ
ツキン箱との間の圧縮係合を保つためである。換
言すれば、このガスケツトは予め加えた負荷を保
つために伸縮性でなくてはならない。
The seal used for dynamic or static sealing between the valve stem and the valve body or bonnet is a retractable frustoconical metal ring gasket with a rectangular cross-sectional shape. This metal ring gasket is disposed within a packing box provided around the stem, and a ring made of a more easily deformable material is sandwiched between the gaskets. Although the metal ring gasket is made of soft wood rather than spring steel, it has a similar elasticity to Belleville springs for two reasons. First, when the gasket is not pressed, the inner diameter of the gasket should be made larger and the outer diameter smaller, so that the seal unit can be held against the packing box without causing excessive friction with the valve stem or packing box. This is to allow easy attachment and detachment. Second
When using a valve, if the temperature or pressure changes,
This is to maintain the compressive engagement between the gasket and the stem or packing box even if the gasket initially becomes deformed or distorted when the packing retainer is tightened, and even if the dimensions of the valve change somewhat. . In other words, the gasket must be stretchable to sustain the pre-applied load.

前記バルブステムシールは、前記出願第697084
号および、シー・デイー・モリル、シー・ダブリ
ユー・メイヤのASME論文「高圧・高温下で使
用できるバルブステムおよびウエルヘツド用のシ
ール」に開示される。後者は1976年9月19日ない
し24日に、メキシコのメキシコシテイーでの学会
発表用に作成されたもので、その内容はこの発明
においても採用してある。この発明において開示
されるシールには、金属リングガスケツトを押し
付けて平らにするために、螺子付のパツキンリテ
ナが締着される。この場合、金属リングガスケツ
トの内周縁および外周縁は変形して、バルブステ
ムの外面およびパツキン箱の壁面と接触係合し
て、金属同士のシールが行なわれる。金属リング
ガスケツト間に挾み込んだ挾着リングもシールに
対して圧縮することによつて変形し、金属リング
ガスケツトの形状に従い、ステムおよびパツキン
箱と係合する。金属リングガスケツト間に挾んだ
リングはある程度伸縮性を有するものでなくては
ならない。初期の変形によつて、前記挾着リング
は通常定位置に設置されるが、その場合、幾分伸
縮性を保持している。このようなシールにおける
挾着リングを形成するための材料は、弗素樹脂、
例えば、四弗化エチレンポリマやグラフアイトで
ある。このような材料には、また最高約15%の二
硫化モリブデンを含有する四弗化エチレンポリマ
もある。
Said valve stem seal is disclosed in said Application No. 697084.
and in the ASME paper "Seals for Valve Stems and Wellheads for Use at High Pressures and Temperatures" by C.D. Morrill and C.D. Mayer. The latter was prepared for presentation at an academic conference in Mexico City, Mexico, from September 19th to 24th, 1976, and its contents are also used in this invention. A threaded retainer is fastened to the seal disclosed in this invention to compress and flatten the metal ring gasket. In this case, the inner and outer edges of the metal ring gasket are deformed and come into contact and engagement with the outer surface of the valve stem and the wall of the packing box to provide a metal-to-metal seal. The clamping ring sandwiched between the metal ring gaskets is also deformed by compression against the seal and engages the stem and packing box according to the shape of the metal ring gasket. The ring sandwiched between the metal ring gaskets must have some elasticity. Due to initial deformation, the snapping ring is usually set in place while retaining some elasticity. Materials for forming the clamping ring in such seals include fluororesin,
For example, tetrafluoroethylene polymer and graphite. Such materials also include tetrafluoroethylene polymers containing up to about 15% molybdenum disulfide.

前記バルブステムシールに使用する挾着リング
は動的シールであり、金属リングガスケツトがス
テムの滑り動作によつて不調になつた場合、金属
リングガスケツトとステムの間を動的にシールす
る作用を有するものである。このような挾着リン
グは、また、ステムとの接触によつてある程度摩
耗し、ステムと金属リングガスケツトの接触域を
潤滑する傾向を有し、ステムと金属リングガスケ
ツトの間の摩擦を減少させる。この挾着リング
は、さらに、ステムと挾着リングの間および挾着
リングと金属リングガスケツト間を潤滑させて、
摩擦を減少させる。挾着リングは金属リングガス
ケツトのバツクアツプシールとしても作用する。
これは、前記米国特許第4056272号のウエルヘツ
ドとパイプハンガー間をシールするための、変形
可能なリングによるバツクアツプシールと同様の
もので、ステムに生じたかき傷や機械痕に侵入し
てシールするものである。
The clamping ring used in the valve stem seal is a dynamic seal, which acts to dynamically seal between the metal ring gasket and the stem if the metal ring gasket becomes malfunctioning due to the sliding movement of the stem. It has the following. Such clamping rings also tend to wear to some extent through contact with the stem and lubricate the area of contact between the stem and the metal ring gasket, reducing the friction between the stem and the metal ring gasket. let The clamping ring further provides lubrication between the stem and the clamping ring and between the clamping ring and the metal ring gasket.
Reduce friction. The clamping ring also acts as a backup seal for the metal ring gasket.
This is similar to the back-up seal using a deformable ring for sealing between the well head and pipe hanger in US Pat. No. 4,056,272, and seals by penetrating scratches and mechanical marks on the stem. It is.

この発明は、前記のバルブステムシールの改良
に関するものである。
The present invention relates to an improvement of the above-mentioned valve stem seal.

前記のステムシールは、3つの金属リングガス
ケツトを有し、それらの間に2つの挾着リングを
配設したものである。これは、SMT型シールと
して知られている。このSMT型シールは、動作
圧力が最高25000psi(1750Kg/cm2)、使用温度−20
〓ないし300〓(−29〜149℃)のバルブに対し
て、十分なステムシールを与えるために構成した
ものである。
The stem seal has three metal ring gaskets with two clamping rings disposed between them. This is known as an SMT type seal. This SMT type seal has an operating pressure of up to 25000 psi (1750 Kg/cm 2 ) and an operating temperature of -20
It is designed to provide a sufficient stem seal for valves with temperatures between 0 and 300 degrees Celsius (-29 to 149 degrees Celsius).

しかしながら、動作圧力が30000psi(2100Kg/
cm2)以上のバルブに対しては、SMT型シールで
は十分なバルブステムシールを常時提供すること
ができない。例えば、グラフアイトのみから成る
材料は、動作圧力が30000psi(2100Kg/cm2)クラ
スのバルブに対するSMT型ステムシール用には
不向きである。というのは、グラフアイト材は、
ガスケツトを押し付けて平らにしてシールする場
合に、金属リングガスケツトを越えて押し出され
る傾向があるためである。つまり、ガスケツトが
十分に平らになつてバルブステムとパツキン箱と
の間をシールする以前に、グラフアイトが押し出
されてしまうためである。さらに、グラフアイト
はバルブステムの動作によつて摩耗したり侵食さ
れたりして消耗する傾向があるが、これはグラフ
アイトがステム上に沈積し、ステムによつてガス
ケツトを越えてパツキン箱の外側に運びさられる
からである。動作圧力30000psi(2100Kg/cm2)で
使用した場合、グラフアイトが前記の理由によつ
て押し出されたり摩耗したりするため、シール部
分から流体が漏出し、グラフアイト製の挾着リン
グを取り替える必要が生じる。
However, the operating pressure is 30000psi (2100Kg/
cm 2 ) and above, SMT-type seals cannot always provide sufficient valve stem sealing. For example, a material consisting solely of graphite is unsuitable for SMT-type stem seals for valves with operating pressures of 30,000 psi (2,100 Kg/cm 2 ). This is because graphite material is
This is because when the gasket is pressed flat and sealed, it tends to be pushed past the metal ring gasket. This is because the graphite is forced out before the gasket is sufficiently flat to form a seal between the valve stem and the packing box. In addition, graphite tends to be worn away or eroded by the operation of the valve stem, which causes the graphite to be deposited on the stem and carried by the stem past the gasket and outside the packing box. This is because they are carried away. When used at operating pressures of 30,000 psi (2,100 Kg/cm 2 ), the graphite is extruded and worn due to the reasons mentioned above, causing fluid to leak from the seal and requiring replacement of the graphite clamping ring. occurs.

同様に、四弗化エチレンポリマ(TFE)のみ
の材料、あるいは四弗化エチレンポリマにM0S2
を添加した材料も、動作圧力30000psi(2100Kg/
cm2)の高圧で使用するバルブのSMT型ステムシ
ールには適さない。なぜなら、バルブに温度サイ
クルを加えた場合、このような材料では前記のよ
うな高圧に対して常時耐密シールを保つことがで
きないからである。油田で使用するバルブには、
深い井戸から流出する高圧の流体が流されるた
め、バルブはこの流体によつて約300〓(149℃)
にまで過熱される。井戸の閉止等によつて、バル
ブに流される流体の流れが止まると、バルブの温
度は常温、すなわち約70〓(21℃)まで冷却され
るが、井戸が再開されると、流体は再び流れ始
め、バルブの温度は再び300〓(149℃)まで上昇
する。従つて、バルブ温度は約70〓ないし約300
〓(21〜149℃)の間で変化する。バルブが使用
される温度内においては、いかなる温度でも、ま
たどのように温度サイクルが加えられても、バル
ブのステムシールは常時耐密性を保つことができ
る必要がある。TFEリングやM0S2を添加した
TFEリングを使用したSMT型シールは、約
30000psi(2100Kg/cm2)の動作圧において、約70
〓(21℃)の常温および300〓(149℃)の高温に
おいては、流体に対してシール効果を有するが、
常温から300〓(149℃)に温度を上げ、さらに常
温に戻すといつた温度サイクルをバルブに加えた
場合、SMT型シールでは常時耐密性を保つこと
ができない。また、バルブステムの動作時や静止
時に、シール部からわずかな漏出を生じることも
ある。パツキンリテナを締め直せば漏出を止める
ことができるが、温度サイクルを加えると再び漏
出を生じる。
Similarly, a material consisting only of tetrafluoroethylene polymer (TFE) or M 0 S 2
Materials with added
cm 2 ) is not suitable for SMT type stem seals of valves used at high pressures. This is because such materials cannot maintain a constant hermetic seal against such high pressures when the valve is subjected to temperature cycling. Valves used in oil fields include
Because high-pressure fluid flows out from a deep well, the valve is heated to approximately 300㎓ (149℃) by this fluid.
It is overheated to the point of When the flow of fluid to the valve stops, such as by shutting down a well, the temperature of the valve cools down to room temperature, approximately 70°C (21°C), but when the well is restarted, the fluid starts flowing again. Initially, the temperature of the bulb rises to 300〓 (149℃) again. Therefore, the valve temperature is about 70〓 to about 300℃.
〓Varies between 21 and 149℃. Within the temperature range at which the valve will be used, the valve stem seal must be able to remain airtight at all times and no matter how temperature cycled. Added TFE ring or M 0 S 2
SMT type seals using TFE rings are approximately
At an operating pressure of 30000psi (2100Kg/cm 2 ), approximately 70
It has a sealing effect against fluids at room temperature (21℃) and high temperature of 300℃ (149℃), but
When a valve is subjected to a temperature cycle in which the temperature is raised from room temperature to 300㎓ (149℃) and then returned to room temperature, the SMT type seal cannot maintain airtightness at all times. Additionally, a small amount of leakage may occur from the seal when the valve stem is in motion or at rest. Retightening the pack retainer can stop the leak, but temperature cycling causes it to leak again.

この発明の目的は、動作圧力30000psi(2100
Kg/cm2)オーダーまたはそれ以上で使用し、−20
〓ないし300〓(−29〜149℃)の温度範囲で温度
サイクルを加えられるバルブに適した、信頼性の
高いバルブステムシールを提供することによつ
て、前記問題を解決することにある。この発明の
別の目的は、30000psi(2100Kg/cm2)またはそれ
以上の圧力を有する流体を適用した場合、あるい
はバルブに常温から約300〓(149℃)さらに常温
に戻すといつた温度サイクルを加えた場合に、パ
ツキンリテナを締め直さなくても、耐密性を有す
るとともに、耐漏性のシールを提供することにあ
る。この発明のさらに別の目的は、簡便、小型、
安価で、しかも製造、取り付けおよび取り扱いが
容易なシールを提供することである。この発明の
さらに別の目的は、耐摩耗性が高く、丈夫で、高
温や温度変化および高圧に起因する劣化が比較的
小さく、適用される流体に対して化学的に安定し
たシールを提供することにある。
The purpose of this invention is to operate at an operating pressure of 30000 psi (2100 psi).
Kg/cm 2 ) used in order or more, -20
The object of the present invention is to solve this problem by providing a reliable valve stem seal suitable for valves that are subjected to temperature cycling in the temperature range from -29 to 149°C. Another object of this invention is that when a fluid having a pressure of 30,000 psi (2100 Kg/cm 2 ) or more is applied, or the valve is subjected to temperature cycles such as from room temperature to about 300㎓ (149°C) and back to room temperature. The object of the present invention is to provide a seal that is airtight and leak-proof without having to retighten the seal retainer. Still another object of the invention is to provide a simple, compact,
To provide a seal that is inexpensive and easy to manufacture, install, and handle. Still another object of the invention is to provide a seal that is highly wear resistant, durable, relatively resistant to degradation due to high temperatures, temperature changes and high pressures, and chemically stable to the fluids to which it is applied. It is in.

この発明の高圧、つりあい上昇ステムゲートバ
ルブは、バルブ本体のボンネツトとバルブの動作
ステムとの間、およびバルブ本体の室とバランス
ステムとの間のシールを、伸縮性の材料を使つた
金属相互のステムシール装置である。各シール装
置は、円錐台形で伸縮性を有する1対の金属リン
グガスケツトより成る少なくともひとつのシール
セツトを有し、各金属リングガスケツトの間に
は、四弗化エチレンポリマ等の、潤滑性が高くて
丈夫な伸縮性のある材料で形成した2つの組立リ
ングが配設され、そのうち一方の組立リングは一
方の金属リングガスケツトに接触し、他方の組立
リングはもう一方の金属リングガスケツトに接触
する。この2つの組立リングの間にはコアリング
が配設される。このコアリングの加熱による体膨
張率は、緻密なグラフアイト等で形成された組立
リングの膨張率より小さい。コアリングの内径は
組立リングの内径よりも大きい。コアリングとバ
ルブの動作ステムまたはバランスステムとの間に
は、コアリングの内周縁にそつて軸受リングが配
設される。この軸受リングは、組立リングと同種
の材料、例えば四弗化エチレンポリマで形成され
る。各シールセツトは環状のパツキン箱内に配設
される。このパツキン箱はバルブ本体に隣接し、
ステムの回りに延出して設けられている。各パツ
キン箱はその内部に螺合した環状のパツキンリテ
ナによつて閉じられ、円錐台形の金属リングガス
ケツトを押し付けている。このため、各金属リン
グガスケツトの内周縁および外周縁はそれぞれス
テムおよびパツキン箱と係合する。この場合、金
属リングガスケツトの凹側内周縁および凸側外周
縁は十分な圧力を加えられて塑性変形する。組立
リングの間に配設されたコアリングおよび軸受リ
ングより成る挾着層は変形して、押し付けられた
金属リングガスケツトの間に形成される空間の形
状に従い、ほぼその空間全体を満たす。コアリン
グの体積は挾着層全体の体積の約1/3である。バ
ルブが動作して、温度サイクルが加えられても、
パツキンリテナを締め直さずに、耐密性を保ち、
予圧を加えた状態を保持できる。この発明のバル
ブのステムシールセツトは、また固定螺子を完全
にパツクする場合にも使用でき、温度サイクルを
加えた場合でも、可動部は動作時および動作後に
シールされている。
The high pressure, balanced rise stem gate valve of the present invention provides a seal between the valve body bonnet and the valve operating stem, and between the valve body chamber and the balance stem using a metal-to-metal interconnect using a stretchable material. It is a stem seal device. Each sealing device has at least one seal set consisting of a pair of frustoconical, stretchable metal ring gaskets, with a lubricating material such as tetrafluoroethylene polymer between each metal ring gasket. Two assembly rings made of a tall, strong, stretchable material are provided, one assembly ring contacting one metal ring gasket and the other assembly ring contacting the other metal ring gasket. Contact. A core ring is arranged between these two assembly rings. The coefficient of body expansion of this core ring due to heating is smaller than the coefficient of expansion of an assembly ring formed of dense graphite or the like. The inner diameter of the core ring is larger than the inner diameter of the assembly ring. A bearing ring is disposed along the inner circumference of the core ring between the core ring and the operating or balance stem of the valve. The bearing ring is made of the same type of material as the assembly ring, such as tetrafluoroethylene polymer. Each seal set is disposed within an annular packing box. This packing box is adjacent to the valve body,
It is provided to extend around the stem. Each packing box is closed by an annular packing retainer threaded into its interior, pressing against a frustoconical metal ring gasket. Thus, the inner and outer edges of each metal ring gasket engage the stem and packing box, respectively. In this case, sufficient pressure is applied to the concave inner circumferential edge and convex outer circumferential edge of the metal ring gasket, causing plastic deformation. The clamping layer consisting of the core ring and the bearing ring arranged between the assembly rings deforms to conform to the shape of the space formed between the pressed metal ring gaskets and fills substantially the entire space. The volume of the core ring is approximately 1/3 of the volume of the entire clamping layer. Even if the valve is operated and temperature cycles are applied,
Maintains tightness without retightening the retainer.
A preloaded state can be maintained. The valve stem seal set of the present invention can also be used to completely pack the locking screw so that the moving parts are sealed during and after operation, even when subjected to temperature cycling.

次に、この発明の一実施例を図面に従つて説明
する。第1図にはバルブが示してあるが、このバ
ルブは中空体を有し、この中空体には室21およ
びボンネツト23が植込ボルト25とナツト27
とによつて固定される。ボンネツト23と室21
との間は、適当な圧力保持用のガスケツト29で
シールされる。通路35,37の内側端部に取り
付けられた台座31,33が、一対の開閉ゲート
39,41と協働して、バルブを通過する水、オ
イルあるいはガス等の流体の流量を調節する。シ
ール剤は貯蔵部43,45内に貯蔵され、シール
剤分配用の通路47,49を介して、開閉ゲート
39,41と台座31,33の界面および台座3
1,33の首部とバルブ本体の界面に対して自動
的に供給され、これらの界面をシールする。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a valve having a hollow body in which a chamber 21 and a bonnet 23 are connected to a stud 25 and a nut 27.
It is fixed by Bonnet 23 and chamber 21
A gasket 29 for maintaining appropriate pressure is used to seal the gap between the two. Pedestals 31, 33 attached to the inner ends of the passages 35, 37 cooperate with a pair of opening/closing gates 39, 41 to adjust the flow rate of fluid such as water, oil or gas passing through the valves. The sealant is stored in the storage parts 43, 45, and is delivered to the interface between the opening/closing gates 39, 41 and the pedestals 31, 33 and the pedestal 3 through the passages 47, 49 for distributing the sealant.
1 and 33 and is automatically supplied to the interface between the neck and the valve body to seal these interfaces.

開閉ゲート39,41は、ほぼ円筒状をした動
作ステム51によつて、閉位置と開位置の間を往
復運動する。第1図には閉位置を示してあるが、
この位置では流体は通路35,37を流れること
ができない。一方、開位置ではゲートポート5
3,55が台座31,33内のポート57,59
と一致し、流体は通路35,37を流れる。動作
ステム51の上端は室21から外側に延出し、ボ
ンネツト23内に形成したポート61に通され
る。この発明のシール部材63は動作ステム51
と、ボンネツト23内に形成したほぼ円筒形のパ
ツキン箱65との間をシールする。このシール部
材63はパツキンリテナ67によつてパツキン箱
65内に圧入されている。このパツキンリテナ6
7は、ボンネツト23の上部に形成された内部に
螺子を有するネツク69に螺合される。ブリーダ
ーポート71は、動作ステム51が後方に着座し
た後、動作ステム51とポート61との間の流体
の漏れをチエツクするために使用される。
The opening/closing gates 39, 41 are reciprocated between a closed position and an open position by a substantially cylindrical operating stem 51. Although the closed position is shown in Figure 1,
In this position, fluid cannot flow through passages 35,37. On the other hand, in the open position, gate port 5
3, 55 are ports 57, 59 in the pedestals 31, 33
, the fluid flows through passages 35, 37. The upper end of the operating stem 51 extends outwardly from the chamber 21 and passes through a port 61 formed in the bonnet 23. The sealing member 63 of this invention is attached to the operating stem 51.
and a substantially cylindrical packing box 65 formed inside the bonnet 23. This sealing member 63 is press-fitted into the packing box 65 by a packing retainer 67. This Patsukin retainer 6
7 is screwed into a neck 69 formed in the upper part of the bonnet 23 and having an internal thread. Bleeder port 71 is used to check for fluid leakage between working stem 51 and port 61 after working stem 51 is seated rearward.

ボンネツト23のネツク69の外部にも螺子が
刻んであり、この螺子に軸受押え73を螺合する
ことができる。動作ステム51の螺子付上部77
には動作ナツト75が螺合される。この動作ナツ
ト75にはフランジ79が形成してあり、その上
下にスラスト軸受81,83が同軸配置される。
フランジ79の下方に配設されたスラスト軸受8
3は、パツキンリテナ67の上部に配設されたワ
ツシヤ85の上部と係合する。フランジ79の上
方に配設されたスラスト軸受81は軸受押え73
の上端内側と係合する。ハンドホイール87には
非円形孔89が形成してあり、この非円形孔89
は、これと対応するように動作ナツト75に形成
した非円形部91と整合する。ハンドホイール8
7は、動作ナツト75の上端に螺合したリテナー
ナツト93によつて定位置に保持される。ブリー
ダーポート95は、動作ステム51の螺子付上部
と動作ナツト75の間から流体を逃がすためのも
のである。
A screw is also cut on the outside of the neck 69 of the bonnet 23, and the bearing retainer 73 can be screwed into this screw. Threaded upper part 77 of operating stem 51
An operating nut 75 is screwed into the. A flange 79 is formed on the operating nut 75, and thrust bearings 81 and 83 are coaxially disposed above and below the flange 79.
Thrust bearing 8 disposed below flange 79
3 engages with the upper part of the washer 85 disposed on the upper part of the seal retainer 67. The thrust bearing 81 disposed above the flange 79 is attached to the bearing retainer 73.
engages with the inside of the upper end. A non-circular hole 89 is formed in the handwheel 87.
is aligned with a corresponding non-circular portion 91 formed on the operating nut 75. hand wheel 8
7 is held in place by a retainer nut 93 threaded onto the upper end of operating nut 75. The bleeder port 95 is for allowing fluid to escape between the threaded top of the operating stem 51 and the operating nut 75.

ほぼ円筒状をしたバランスステム97が開閉ゲ
ート39,41の下端に連結され、ポート99を
通つてバルブの室21の外側に延出する。このバ
ランスステム97と、バルブ本体内に形成したほ
ぼ円筒状のパツキン箱103との間は、この発明
のシール部材101によつてシールされる。この
シール部材101は下方に設けたパツキンリテナ
105によつてパツキン箱内に圧入されている。
このパツキンリテナ105は、ポート99および
パツキン箱103と同軸的に形成された螺子付の
ソケツト107に螺合される。バランスステム9
7の上端の拡大部が、バルブ本体のポート99の
回りに形成された環状の台座に確実に着座してい
る場合、このバランスステム97とポート99と
の間の流体の漏れは、ブリーダーポート109に
よつてチエツクされる。バルブ本体には、キヤツ
プ111が螺子113によつて固定され、このキ
ヤツプ111によつて、パツキンリテナ105、
すなわちバランスステム97の下端が覆われる。
A substantially cylindrical balance stem 97 is connected to the lower ends of the opening/closing gates 39 and 41 and extends to the outside of the valve chamber 21 through the port 99. A seal member 101 of the present invention provides a seal between the balance stem 97 and a substantially cylindrical packing box 103 formed within the valve body. This sealing member 101 is press-fitted into the packing box by a packing retainer 105 provided below.
This packing retainer 105 is screwed into a threaded socket 107 formed coaxially with the port 99 and the packing box 103. balance stem 9
7 is securely seated in the annular pedestal formed around port 99 in the valve body, any fluid leakage between this balance stem 97 and port 99 will occur at bleeder port 109. Checked by. A cap 111 is fixed to the valve body with a screw 113, and the cap 111 allows the seal retainer 105,
That is, the lower end of the balance stem 97 is covered.

ハンドホイール87を回すと、動作ナツト75
が回され、動作ステム51が作動する。この動作
ステム51が作動すると、ハブ115によつて動
作ステム51に連結された開閉ゲート39,41
が上下動する。この開閉ゲート39,41の上下
動に伴い、ハブ117によつて開閉ゲート39,
41に連結されたバランスステム97が上下動す
る。従つて、動作ステム51とバランスステム9
7は、それぞれの対応するシール部材63,10
1に対して、軸方向に動作する。この場合、シー
ル部材63,101は、各ステム51,97の軸
方向への動作時およびその前後において確実に保
持される必要がある。
When the handwheel 87 is turned, the operating nut 75
is rotated, and the operating stem 51 is operated. When the operating stem 51 operates, the opening/closing gates 39 and 41 connected to the operating stem 51 through the hub 115
moves up and down. As the opening/closing gates 39, 41 move up and down, the opening/closing gates 39, 41 are moved by the hub 117.
A balance stem 97 connected to 41 moves up and down. Therefore, the operating stem 51 and the balance stem 9
7 are respective corresponding seal members 63, 10
1, it moves in the axial direction. In this case, the seal members 63, 101 need to be reliably held during and before and after the movement of each stem 51, 97 in the axial direction.

シール部材63,101は同一のものであるた
め、その一方について詳細に説明すれば足りる。
第2A図および第2B図を参照すると、シール部
材63は上部シールセツト119と下部シールセ
ツト121とから成る。下部適合リング123
は、環状のパツキン箱65の底部に配設され、下
部シールセツトの下方に位置する。下部適合リン
グ123の下面は、パツキン箱65の底面と面を
接し、両者は互いに相補関係にある。従適合リン
グ125は、パツキンリテナ67の底面127と
上部シールセツト119の間に配設される。従適
合リング125の上端面はパツキンリテナ67の
底面127と面を接し、相関関係を有する。上部
シールセツト119と下部シールセツト121と
の間には、中間適合リング129が配設される。
下部適合リング123の上面、従適合リング12
5の下面および中間適合リング129の上下両面
の形状はいずれも円錐台形であり、その円錐の角
度は、最終的組立位置において上下シールセツト
119,121の形状に合致するように設定され
る。この点に関して説明すると、第2B図はこの
発明のシール部材をバルブ内に取り付けた図であ
るが、パツキンリテナ67を締着して、前記シー
ル部材を保持する前の図である。一方、第2A図
はパツキンリテナ67を螺子付きのネツク69に
締着させ、シール部材を保持して、各シールセツ
ト119,121および各適合リング123,1
25,129を最終組付位置にした場合の図であ
る。以下に詳述するが、各シールセツト119,
121の金属リングガスケツト131は、前記各
適合リングの面より鋭い円錐形をしている。すな
わち、金属リングガスケツト131の円錐の角度
は、第2A図の最終的締着位置に比べ、第2B図
の締着前の状態では小さい。場合によつては、下
部適合リング123、従適合リング125のうち
いずれか一方または両方を省略してもよいが、こ
の場合、パツキン箱65の底面またはパツキンリ
テナ67の下面を所定の角度および所定の面を有
する円錐台形にする必要がある。適合リング12
3,125,129を使用する場合には、これら
4140鋼等のかなり硬い材料で形成する必要がある
が、バルブ本体およびボンネツト23は、従来の
高圧バルブ用の鋼で形成すれば十分である。
Since the seal members 63 and 101 are the same, it is sufficient to explain only one of them in detail.
Referring to FIGS. 2A and 2B, seal member 63 consists of an upper seal set 119 and a lower seal set 121. Lower matching ring 123
is disposed at the bottom of the annular packing box 65 and located below the lower seal set. The lower surface of the lower matching ring 123 is in contact with the bottom surface of the packing box 65, and the two are complementary to each other. A compliant ring 125 is disposed between the bottom surface 127 of the packing retainer 67 and the upper seal set 119. The upper end surface of the secondary conforming ring 125 is in contact with the bottom surface 127 of the packing retainer 67, and has a correlation. An intermediate matching ring 129 is disposed between the upper seal set 119 and the lower seal set 121.
Upper surface of lower matching ring 123, secondary matching ring 12
5 and both upper and lower surfaces of the intermediate fitting ring 129 are truncated conical shapes, and the angle of the cone is set to match the shape of the upper and lower seal sets 119, 121 in the final assembly position. To explain this point, FIG. 2B shows the seal member of the present invention installed in the valve, but before the seal retainer 67 is tightened to hold the seal member. On the other hand, in FIG. 2A, the seal retainer 67 is fastened to the threaded neck 69 to hold the seal member, and each seal set 119, 121 and each matching ring 123, 1 are attached.
25 and 129 are in the final assembly position. As detailed below, each seal set 119,
The metal ring gasket 131 of 121 has a conical shape that is sharper than the surface of each matching ring. That is, the angle of the cone of the metal ring gasket 131 is smaller in the untightened state of FIG. 2B than in the final fastened position of FIG. 2A. In some cases, either one or both of the lower matching ring 123 and the secondary matching ring 125 may be omitted, but in this case, the bottom surface of the packing box 65 or the bottom surface of the packing retainer 67 is held at a predetermined angle and at a predetermined angle. It needs to be in the shape of a truncated cone with a face. Compatible ring 12
When using 3,125,129, these
It is sufficient that the valve body and bonnet 23 be made of conventional high pressure valve steel, although they must be made of a fairly hard material such as 4140 steel.

上下シールセツト119,121は同一のもの
であるため、その一方について詳述すれば十分で
ある。シールセツト119の構成は、1対の円錐
台形の金属リングガスケツト131の間に、2つ
の同一の組立リング133を配設したものであ
る。この組立リング133は丈夫で、柔軟性があ
り、しかも金属リングガスケツト131に比べて
弾性係数が小さい固体潤滑性の材料で形成され
る。組立リング133のうちの一方は、金属リン
グガスケツト131のうちの一方と隣接して配設
され、もう一方の組立リング133は他方の金属
リングガスケツト131と隣接して配設される。
Since the upper and lower seal sets 119 and 121 are the same, it is sufficient to describe only one of them in detail. The construction of the seal set 119 is such that two identical assembly rings 133 are disposed between a pair of frustoconical metal ring gaskets 131. The assembly ring 133 is made of a solid lubricant material that is strong, flexible, and has a lower elastic modulus than the metal ring gasket 131. One of the assembly rings 133 is disposed adjacent to one of the metal ring gaskets 131 and the other assembly ring 133 is disposed adjacent to the other metal ring gasket 131.

コアリング135が組立リング133の間に配
設される。コアリング135の熱による体積膨張
率は組立リング133の体積膨張率に比べて小さ
い。コアリング135の内径は、組立リング13
3の内径よりも大きい。コアリング135と動作
ステム51の間において、コアリング135の内
周にわたつて軸受リング137が配設される。こ
の軸受リング137は、組立リング133の形成
に使用される材質と同様に、丈夫で、柔軟性があ
る固体潤滑性の材料で形成される。軸受リング1
37はコアリング135に形成された孔内に滑合
する。
A core ring 135 is disposed between assembly rings 133. The coefficient of thermal expansion of the core ring 135 is smaller than that of the assembly ring 133. The inner diameter of the core ring 135 is the same as that of the assembly ring 13.
It is larger than the inner diameter of 3. A bearing ring 137 is disposed between the core ring 135 and the operating stem 51 and extends around the inner circumference of the core ring 135 . The bearing ring 137 is made of a strong, flexible, solid lubricant material similar to the material used to form the assembly ring 133. bearing ring 1
37 slips into a hole formed in core ring 135.

金属リングガスケツト131の断面形状は、締
着される前においては、ほぼ長方形であり、水平
面に対して約30゜の角度で傾斜している。従つて、
締着される前においては、この金属リングガスケ
ツト131の円錐の角度は約120゜となつている。
また、金属リングガスケツト131が締着される
前においては、動作ステム51およびパツキン箱
65と、この金属リングガスケツト131の周縁
部との間には隙間が形成されるため、バルブ内に
この金属リングガスケツト131を取り付ける際
に、動作ステム51やパツキン箱65が損傷を受
けることはない。金属リングガスケツト131
は、落し込むだけで定位置に設定できる。パツキ
ンリテナ67を締めてシール部材を締着すると、
各金属リングガスケツト131は押し付けられ
て、それらの内径は十分に減少し、一方外径は十
分に増大する。このため、各金属リングガスケツ
ト131の凹側の内周縁および凸側の外周縁は変
形する。すなわち、各金属リングガスケツト13
1は塑性変形し、それぞれ動作ステム51および
パツキン箱65と係合して、金属同士でシールが
行なわれる。動作ステム51が摩耗したり損傷し
たりすることがないように、金属リングガスケツ
ト131は動作ステム51に比べて、軟かい金属
で形成する必要がある。例えば、動作ステムはK
モネル(K Monel)合金が使用できるが、これ
に匹適する鋼でもよい。動作ステム51の表面に
は、炭化タングステン等の硬質のコーテイングを
3ないし5ミル(7.6×10-3ないし12.7×10-3cm)
の厚さで施し、この動作ステム51の表面の硬度
を増し、その耐久性を増大させることが望まし
い。このようなコーテイングを施すことによつ
て、動作ステム51の硬化は、ロツクウエル硬度
で約30ないし約60高くなる。金属リングガスケツ
ト131は十分な可塑性を有するため、高い応力
をかけて周縁部を変形させることによつて、金属
同士でシールすることができるとともに、十分な
強度を有するため、加えられた高い予圧および井
戸から流出する流体圧に耐えることができる。例
えば、この金属リングガスケツト131は、No.
316ステンレス鋼等の焼鈍ステンレス鋼(オース
テナイト系ステンレス鋼)、または炭素鋼、合金
鋼等の他の金属で形成される。動作ステム51の
摩耗や損傷をさらに少なくするためには、各金属
リングガスケツトの凹側の内周縁に丸味を付ける
場合に、その半径が金属リングガスケツト131
の厚さの約半分になるようにするのが望ましい。
例えば、金属リングガスケツト131の厚さが
0.04インチ(1.0mm)であれば、内周縁を0.02イン
チ(0.5mm)の半径で丸めるとよい。金属リング
ガスケツト131は、締着された状態において
は、水平に対して約15゜の角度をなすため、その
円錐角は約150゜となる。一方、適合リング12
3,125,129の円錐台面も水平に対して約
15゜の角度で配設される。従つて、各金属リング
ガスケツト131は、各適合リング123,12
5,129の円錐台面に適合する。ところで、金
属リングガスケツト131は好ましい円錐台形に
してあるが、別の角度の円錐台形にしてもよいこ
とはいうまでもないことである。
The cross-sectional shape of the metal ring gasket 131 is approximately rectangular before being tightened, and is inclined at an angle of about 30° with respect to the horizontal plane. Therefore,
Before being tightened, the conical angle of the metal ring gasket 131 is approximately 120°.
In addition, before the metal ring gasket 131 is tightened, a gap is formed between the operating stem 51 and the packing box 65 and the peripheral edge of the metal ring gasket 131, so there is a gap inside the valve. When installing the metal ring gasket 131, the operating stem 51 and the packing box 65 will not be damaged. Metal ring gasket 131
can be set in place by simply dropping it. When the seal retainer 67 is tightened and the seal member is tightened,
Each metal ring gasket 131 is pressed so that their inner diameter is significantly reduced while their outer diameter is significantly increased. Therefore, the concave inner peripheral edge and the convex outer peripheral edge of each metal ring gasket 131 are deformed. That is, each metal ring gasket 13
1 is plastically deformed and engages with the operating stem 51 and the packing box 65, respectively, thereby creating a metal-to-metal seal. The metal ring gasket 131 should be made of a softer metal than the working stem 51 so that the working stem 51 does not become worn or damaged. For example, the operating stem is K
K Monel alloy can be used, but any suitable steel may also be used. The surface of the operating stem 51 is coated with 3 to 5 mils (7.6×10 -3 to 12.7×10 -3 cm) of hard coating such as tungsten carbide.
It is desirable to increase the hardness of the surface of the operating stem 51 and increase its durability. By applying such a coating, the hardness of the working stem 51 is increased by about 30 to about 60 Rockwell hardness. Since the metal ring gasket 131 has sufficient plasticity, it can be sealed between metals by applying high stress and deforming the peripheral edge, and has sufficient strength, so it can withstand high preload applied. and can withstand the fluid pressure flowing out of the well. For example, this metal ring gasket 131 is No.
Made of annealed stainless steel (austenitic stainless steel) such as 316 stainless steel, or other metals such as carbon steel or alloy steel. In order to further reduce wear and damage to the operating stem 51, when rounding the concave inner circumferential edge of each metal ring gasket, the radius of the concave inner edge of each metal ring gasket 131
It is desirable that the thickness be approximately half of the thickness of the
For example, if the thickness of the metal ring gasket 131 is
If it is 0.04 inch (1.0 mm), it is best to round the inner edge to a radius of 0.02 inch (0.5 mm). Since the metal ring gasket 131 forms an angle of about 15° with respect to the horizontal in the tightened state, its cone angle is about 150°. On the other hand, the compatible ring 12
The truncated cone surface of 3,125,129 is also approximately
It is placed at an angle of 15°. Therefore, each metal ring gasket 131 is connected to each matching ring 123, 12.
Compatible with 5,129 truncated conical surfaces. By the way, although the metal ring gasket 131 is preferably shaped like a truncated cone, it goes without saying that it may be shaped like a truncated cone at a different angle.

組立リング133および軸受リング137用の
材料は摩擦係数が小さくなくてはならない。すな
わち、潤滑性の高い材質であることを必要とす
る。組立リング133および軸受リング137用
の材料には、高圧下において完全性を保つに足る
強度および耐久性も要求され、しかも、バルブに
よつて制御される流体に対しても化学的に安定で
あるとともに、バルブ操作時に予想される温度、
例えば300〓〜−20〓(149〜−29℃)に対しても
耐えられることが要求される。このような材料は
十分な伸縮性あるいは塑性を有し、微細な隙間に
侵入し得るものでなくてはならない。ここにいう
隙間は、金属リングガスケツト131、動作ステ
ム51およびパツキン箱65との間に形成される
隙間であり、動作ステム51とパツキン箱65に
形成されるかき傷や機械痕に起因するもの、また
は、動作ステム51の動作時および動作後におい
て、金属リングガスケツト131と動作ステム5
1の新たな面とが隣接することによつて生じる隙
間である。後者のような隙間は、例えば動作ステ
ム51の動作時および動作後においては、各金属
リングガスケツト131の内周縁は同時にしかも
常時塑性変形して、新たに隣接する動作ステム面
に適合するわけではないために生じるものであ
る。組立リング133および軸受リング137
は、前記のような微細な隙間に侵入してシール効
果を発揮する。従つて、この組立リング133お
よび軸受リング137はシールリングとみなすこ
とができる。組立リング133および軸受リング
137用の材料としては、「テフロン(Teflon)」
あるいは「モリテフロン(Moly−Teflon)」と
いう商品名で市販されているような四弗化エチレ
ンポリマが適している。ここで、モリテフロンは
テフロンと類似しているが、最高15%の二硫化モ
リブデン(M0S2)を含有するものであり、その
中でも、重量パーセントで5%のM0S2と95%の
四弗化エチレン(TFE)より成るものが最適で
あり、これはアリド・ケミカル・カンパニ
(Allied Chemical Company)から「No.2021」
として販売されている。
The materials for assembly ring 133 and bearing ring 137 must have a low coefficient of friction. In other words, the material needs to have high lubricity. The materials for assembly ring 133 and bearing ring 137 must also be strong and durable enough to maintain integrity under high pressure, yet be chemically stable to the fluid controlled by the valve. together with the expected temperature during valve operation,
For example, it is required to withstand temperatures of 300°C to -20°C (149°C to -29°C). Such materials must have sufficient elasticity or plasticity and must be able to penetrate into minute gaps. The gap referred to here is a gap formed between the metal ring gasket 131, the operating stem 51, and the packing box 65, and is caused by scratches or mechanical marks formed on the operating stem 51 and the packing box 65. , or during and after operation of the operating stem 51, the metal ring gasket 131 and the operating stem 5
This is a gap created when the new surface of 1 and 1 are adjacent to each other. The latter gap is caused by the fact that, for example, during and after the operation of the operating stem 51, the inner peripheral edge of each metal ring gasket 131 is simultaneously and constantly plastically deformed and does not fit into the newly adjacent operating stem surface. This occurs because there is no such thing. Assembly ring 133 and bearing ring 137
penetrates into the minute gaps mentioned above and exerts a sealing effect. Therefore, this assembly ring 133 and bearing ring 137 can be considered as a seal ring. The material for the assembly ring 133 and the bearing ring 137 is "Teflon".
Alternatively, a tetrafluoroethylene polymer such as that commercially available under the trade name "Moly-Teflon" is suitable. Here, Molyteflon is similar to Teflon but contains up to 15% molybdenum disulfide (M 0 S 2 ), among which 5% M 0 S 2 and 95% by weight. 2021 from Allied Chemical Company is the most suitable.
It is sold as.

コアリング135用の材料は、組立リング13
3および軸受リング137の場合と同様、シール
するために必要な高い予圧に耐え得る強度が要求
されるとともに、このコアリング135によつて
シールされる流体に対して化学的に安定であり、
かつ、バルブ操作時に予想される温度、例えば、
300〓〜−75〓(149〜−59℃)に対しても耐え得
ることを要求される。
The material for the core ring 135 is the assembly ring 13.
3 and the bearing ring 137, it is required to have strength that can withstand the high preload required for sealing, and is chemically stable to the fluid sealed by this core ring 135.
and the temperature expected during valve operation, e.g.
It is required to be able to withstand temperatures of 300° to -75° (149 to -59°C).

コアリング135の別の特徴は、SMT型のシ
ールを高圧下で激しい温度変化を加えて使用した
場合の漏出の原因と考えられる出願人の発見した
事実によつて明らかになる。とはいえ、ここに開
示したシールは漏出の問題を理論的に解明したも
のではないことは理解できよう。
Another feature of the core ring 135 is revealed by applicants' findings that may cause leakage when SMT type seals are used under high pressure and severe temperature changes. However, it should be understood that the seal disclosed here is not a theoretical solution to the problem of leakage.

TFEまたはM0S2を加えたTFEで形成したリン
グを使用して、温度サイク後、30000psi(2100
Kg/cm2)の範囲の圧力を加えた場合、SMT型ス
テムシールに見られる漏出は、シールに加えられ
る予圧の部分的損失に起因することは明らかであ
る。前記のASME論文において開示された純粋
なエラストマーパツキンに加えられる予圧の損失
と比較すればよくわかる。SMT型シールを構成
する場合、パツキンリテナを締着することによつ
てシール部に機械的圧力が加えられるが、この圧
力は、高圧流体によつて加えられる圧力より大き
い。SMT型ステムシールを有するバルブを常温
から300〓(149℃)まで加熱すると、TFEで形
成したリングは膨張するが、大きな範囲にわたつ
て膨張するわけではない。というのは、これらの
リングは金属によつてほぼあらゆる方向を囲まれ
ており、その金属の膨張速度がこれらのリングに
比べて遅いからである。このため、シールに加わ
る予圧力は、元の圧力すなわち加熱前の圧力に比
べて高くなる。バルブが常温まで冷却されると、
予圧は、バルブの加熱によつて高くなつた圧力よ
り減少するのみならず、元の圧力よりも小さくな
る。これは、次に示す効果のうち一方または両方
に起因する。バルブが約300〓(149℃)まで加熱
されると、TFEで形成したリングが熱膨張し、
シールおよび周囲を囲む金属に加えられる圧力が
上昇して予圧が高くなり、この周囲を囲む金属の
変形すなわち降状が起るため、シール部が再び常
温まで冷却されると、シールが占める体積が増大
し、シールに加わる圧力が元の予圧より小さくな
る。また、バルブを300〓(149℃)まで加熱する
ことによつて熱膨張が起り、TFEで形成したリ
ングに加わる圧力が上昇すると、TFEのリング
は予圧に起因する変形より大きい永久変形、すな
わち、さらに大きな圧縮変形を受けることにな
る。この変形はバルブが常温まで冷却されても元
に戻らないので、TFEのリングに加わる圧力は
減少し、パツキンリテナによつてシールに加わる
圧力がいくぶん相殺される。従つて、温度サイク
ルにかけた後において、適当な予圧を得るために
は、パツキンリテナを締め直す必要がある。この
締め直しをしなければ、このバルブを30000psi
(2100Kg/cm2)オーダーの圧力に対して使用する
とシール部に漏れを生じる。
Rings formed from TFE or TFE with M 0 S 2 were temperature cycled to 30000 psi (2100 psi).
When applying pressures in the range of Kg/cm 2 ), it is clear that the leakage observed in SMT type stem seals is due to a partial loss of the preload applied to the seal. A comparison can be made with the loss of preload applied to pure elastomer packings disclosed in the ASME paper cited above. When constructing an SMT type seal, tightening the packing retainer applies mechanical pressure to the seal, which is greater than the pressure exerted by the high pressure fluid. When a valve with an SMT-type stem seal is heated from room temperature to 300°C (149°C), the TFE ring expands, but not to a large extent. This is because these rings are surrounded on almost all sides by metal, which has a slower expansion rate than these rings. Therefore, the preload force applied to the seal becomes higher than the original pressure, that is, the pressure before heating. Once the valve has cooled down to room temperature,
The prepressure not only decreases from the pressure raised by the heating of the valve, but also becomes less than the original pressure. This is due to one or both of the following effects. When the bulb is heated to approximately 300℃ (149℃), the ring formed of TFE expands thermally.
The pressure applied to the seal and the surrounding metal increases, creating a higher preload and causing deformation or sagging of the surrounding metal, so that when the seal cools back to room temperature, the volume occupied by the seal increases. The pressure on the seal is now less than the original preload. In addition, when thermal expansion occurs by heating the valve to 300 °C (149 °C) and the pressure applied to the TFE ring increases, the TFE ring undergoes a permanent deformation that is larger than the deformation caused by the preload. It will undergo even greater compression deformation. This deformation does not reverse even when the valve cools to room temperature, so the pressure on the TFE ring is reduced and the seal retainer offsets the pressure to some extent. Therefore, after being subjected to temperature cycling, it is necessary to retighten the packing retainer to obtain the appropriate preload. If this retightening is not done, this valve will not exceed 30,000 psi.
(2100Kg/cm 2 ) When used at pressures on the order of 2100Kg/cm 2 , leakage occurs at the seal.

この発明においては、SMT型のステムシール
の金属リングガスケツトの間に挾着するTFEや
M0S2を添加したTFEの代りに、加熱した場合
に、TFEやM0S2を添加したTFEに比べて膨張率
の小さい材料が使用される。この発明の好ましい
実施例においては、このような膨張率の小さい材
料はコアリング135に使用され、このコアリン
グ135の3面は、組立リング133および軸受
リング137を介して、金属リングガスケツト1
31および動作ステム51に隣接している。従つ
て、コアリング135の熱膨張率は組立リング1
33および軸受リング137の熱膨張率より低く
なくてはならない。コアリング135用の適当な
材料としては、緻密なグラフアイトがあげられる
が、これは「グラフオイル(Grafoil)」という商
品名で市販されている。これについては米国特許
第3404061号が参照できる。正確な数値について
は不明であるが、例えば、TFEの熱膨張率はグ
ラフオイルの熱膨張率に比べて数倍大きいといわ
れている。しかし、正式なデータによれば、伸縮
性のある薄い層状のシートまたはリボンとして製
造されたグラフオイルの線膨張率はグラフアイト
の層と平行方向、すなわちシートにおいては長さ
方向、リボンにおいては幅方向に関しては、70〓
ないし2000〓(21〜1093℃)の範囲で約−0.02×
10-5in/in〓(−0.04×10-5cm/cm℃)であり、
層と垂直な方向、すなわちシートおよびリボンの
厚さ方向に関しては、70〓ないし4000〓(21〜
2204℃)の範囲で約1.5×10-5in/in〓(2.7×
10-5cm/cm℃)である。TFEの線膨張率は、78
〓ないし500〓(26〜260℃)の範囲で約7.0〜
10.0×10-5in/in〓(12.6〜18.0×10-5cm/cm℃)
である。固体の場合、体膨張率は線膨張率の約3
倍である。これについては、ザ・ハンドブツク・
オブ・ケミストリー・アンド・フイジツクス
(The Handbook of Chemistry and Physics)
48版、F−90ページ(ケミカル・ラバー・カンパ
ニ、1967)を参照できる。さて、グラフオイルの
体膨張率が前記線膨張率の3倍の大きさであると
仮定しても、その体膨張率は、約78〓ないし300
〓(26〜149℃)の温度範囲での、TFEの体膨張
率の1/4以下である。
In this invention, TFE and
Instead of TFE added with M 0 S 2 , a material with a smaller expansion coefficient when heated than TFE or TFE added with M 0 S 2 is used. In a preferred embodiment of the invention, such a material with a low expansion coefficient is used for the core ring 135, and three sides of the core ring 135 are connected to the metal ring gasket 1 through the assembly ring 133 and the bearing ring 137.
31 and adjacent to the operating stem 51. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the core ring 135 is equal to that of the assembled ring 1.
33 and bearing ring 137. A suitable material for the core ring 135 is dense graphite, which is commercially available under the trade name "Grafoil." Reference may be made in this regard to US Pat. No. 3,404,061. Although the exact numerical value is unknown, for example, the thermal expansion coefficient of TFE is said to be several times larger than that of graph oil. However, official data shows that the coefficient of linear expansion of graphite produced as a thin stretchable layered sheet or ribbon is parallel to the graphite layer, i.e. in the longitudinal direction for sheets and in the width direction for ribbons. Regarding the direction, 70〓
Approximately -0.02× in the range of 2000 to 2000〓 (21 to 1093℃)
10 -5 in/in〓(−0.04×10 -5 cm/cm℃),
70〓 to 4000〓 (21 to
1.5×10 -5 in/in〓(2.7×
10 -5 cm/cm℃). The coefficient of linear expansion of TFE is 78
7.0 to 500 (26 to 260℃)
10.0×10 -5 in/in〓 (12.6 to 18.0×10 -5 cm/cm℃)
It is. In the case of a solid, the coefficient of body expansion is approximately 3 times the coefficient of linear expansion.
It's double. For more on this, see The Handbook.
The Handbook of Chemistry and Physics
48th edition, page F-90 (Chemical Rubber Company, 1967). Now, even if we assume that the coefficient of thermal expansion of graph oil is three times as large as the coefficient of linear expansion, its coefficient of thermal expansion is approximately 78〓 to 300〓.
It is less than 1/4 of the coefficient of expansion of TFE in the temperature range of 〓(26~149℃).

金属リングガスケツトの間に挾着されたリング
の層(以下、挾着層という)は、コアリング13
5と、コアリング135の内周にそつて配設され
た軸受リング137と、コアリング135および
軸受リング137の上下面に隣接して配設された
組立リング133とから成り、金属リングガスケ
ツト131を押し付けて保持した場合に、金属リ
ングガスケツト131の間に形成される空間の形
に従つて変形し、その空間のほぼ全体を満す。挾
着層のリングの元の断面形状は長方形であるが、
バルブ内に取り付ける前に変形させて、第2図の
右側に示す円錐台形に合せてもよい。その形状は
適合リング123,125,129の円錐台形表
面に対応する形状であり、前記適合リング12
3,125,129には金属リングガスケツト1
31が押し付けられる。また、挾着層のリングの
取り付け時の元の断面形状は長方形であり、シー
ルを形成することによつて円錐台形に変形され
る。
The layer of rings clamped between the metal ring gaskets (hereinafter referred to as the clamping layer) is the core ring 13.
5, a bearing ring 137 disposed along the inner circumference of the core ring 135, and an assembly ring 133 disposed adjacent to the upper and lower surfaces of the core ring 135 and the bearing ring 137, and a metal ring gasket. When the metal ring gasket 131 is pressed and held, it deforms according to the shape of the space formed between the metal ring gaskets 131, filling almost the entire space. The original cross-sectional shape of the ring of the clamping layer is rectangular, but
It may be deformed to fit the truncated conical shape shown on the right side of FIG. 2 before being installed in the bulb. Its shape corresponds to the truncated conical surface of the matching rings 123, 125, 129, and the matching ring 12
3,125,129 has metal ring gasket 1
31 is pressed. Further, the original cross-sectional shape of the clamping layer ring upon installation is rectangular, and is transformed into a truncated conical shape by forming the seal.

圧力緩和用のコアリング135の形成用の材料
は、剛性を有し継ぎ目のないリングにしつかりと
圧縮して巻いたグラフオイルリボンである。この
ようなリボンは、ユニオン・カーバイド・コーポ
レーシヨン(Union Carbide Corporation)か
ら、グラフオイル・リボン・パツクという名称で
市販されているもので、ユニオン・カーバイド・
コーポレーシヨンの技術報告書No.524−204に述べ
られており、そのコピーがこの商品に付録とし
て添付されている。グラフオイル・リボン・パツ
クをしつかりと巻いたリングは、これをパツキン
箱内の動作ステムの周囲、すなわち動作ステムと
パツキン箱の方向に設置した場合、半径方向に高
い熱膨張率を示す。また、コアリング135は、
グラフオイルのシートを切断して形成してもよい
し、シートを重ね合せて形成してもよい。市販の
グラフオイルは約70%まで圧縮して緻密にしてあ
るが、100%すなわち完全に圧縮するのは、前記
のように取り付け前でもよいし、バルブ内に設置
してからシールを形成することによつて圧縮して
もよい。
The material for forming the pressure relief core ring 135 is a graphoil ribbon that is tightly compressed and wound into a rigid, seamless ring. Such ribbons are commercially available from Union Carbide Corporation under the name Graphoil Ribbon Pack, and are manufactured by Union Carbide Corporation.
It is described in Corporation Technical Report No. 524-204, a copy of which is attached as an appendix to this product. A tightly wrapped ring of Graphoil ribbon pack exhibits a high coefficient of thermal expansion in the radial direction when placed around the working stem in the packing box, ie, in the direction of the working stem and the packing box. In addition, the core ring 135 is
It may be formed by cutting sheets of graph oil, or it may be formed by stacking sheets. Commercially available graph oil is compressed to about 70% to make it dense, but 100% or complete compression can be done before installation as mentioned above, or it can be installed inside the valve and then form a seal. It may be compressed by

組立リング133はコアリング135および軸
受リング137よりも薄い。この組立リング13
3はコアリング135が十分に圧縮されている場
合には、ほぼ同じ厚さであるが、半径方向の幅は
コアリング135、軸受リング137のいずれよ
りも広い。コアリング135の半径方向の幅と軸
受リング137の半径方向の幅を加えたものは、
組立リング133の半径方向の幅にほぼ等しい。
バルブ内に挾着層を設置した場合、組立リング1
33と軸受リング137とによつて、スライド可
能なしまりばめが形成される。この挾着層がシー
ルの形成によつて押し付けられると、組立リング
133と軸受リング137の内周縁は、動作ステ
ム51に対して押し付けられ、組立リング133
とコアリング135の外周縁はパツキン箱65の
壁面と耐密係合させられる。
Assembly ring 133 is thinner than core ring 135 and bearing ring 137. This assembly ring 13
3 has approximately the same thickness when the core ring 135 is sufficiently compressed, but its radial width is wider than either the core ring 135 or the bearing ring 137. The radial width of the core ring 135 plus the radial width of the bearing ring 137 is:
It is approximately equal to the radial width of the assembly ring 133.
If a clamping layer is installed inside the valve, assembly ring 1
33 and bearing ring 137 form a slidable interference fit. When this clamping layer is pressed by forming a seal, the inner circumferential edges of the assembly ring 133 and the bearing ring 137 are pressed against the operating stem 51 and the assembly ring 133
The outer peripheral edge of the core ring 135 is tightly engaged with the wall surface of the packing box 65.

2つのシールセツト119,121が図示して
あるが、この発明の出願人の考えでは、1つのシ
ールセツトを使用するだけで十分なシール効果が
得られる。すなわち、2つ目のシールセツトは、
シールすべき流体からできるだけ離して設置し、
1つ目のシールセツトが損傷を受けた場合の非常
用すなわちバツクアツプ用である。非常用すなわ
ちバツクアツプ用シールの別の特徴として、通路
139がボンネツト23に形成してある。この通
路139は、シールが形成された時に、中間適合
リング129に形成された通路141と一致して
流路が形成される。通路139は、またボンネツ
ト23の外部に設置した螺子付ソケツトに配設さ
れた噴射フイツテイング140と連通している。
通路139と連通する環状溝143は、パツキン
箱65の壁面に形成され、通路141と連通する
環状溝145は中間適合リング129の内側端部
に形成される。シールセツト119,121が損
壊すると、シール材は噴射フイツテイング140
および通路139,141を経て、環状溝14
3,145へと噴射され、パツキン箱65および
動作ステムの回りで、それぞれ非常シールすなわ
ちバツクアツプシールが形成される。
Although two seal sets 119, 121 are shown, it is the applicant's belief that a single seal set may be sufficient to provide a sufficient sealing effect. In other words, the second seal set is
Install it as far away as possible from the fluid to be sealed.
This is for emergency or backup use in case the first seal set is damaged. Another feature of the emergency or backup seal is that a passageway 139 is formed in the bonnet 23. This passageway 139 coincides with the passageway 141 formed in the intermediate matching ring 129 to form a flow path when the seal is formed. Passage 139 also communicates with an injection fitting 140 located in a threaded socket located on the exterior of bonnet 23.
An annular groove 143 communicating with the passage 139 is formed in the wall of the packing box 65, and an annular groove 145 communicating with the passage 141 is formed in the inner end of the intermediate fitting ring 129. If the seal sets 119, 121 are damaged, the seal material will be removed from the injection fitting 140.
and the annular groove 14 through the passages 139 and 141.
3 and 145 to form an emergency or backup seal around the packing box 65 and the operating stem, respectively.

この発明のシール装置は、パツキンリテナ67
を締め付けることによつて、予圧を加えてある。
この場合の圧力は、バルブを作動させた場合に流
体によつて加えられる圧力よりも大きい。第1図
に示したバルブ、すなわち、定格動作圧30000psi
(2100Kg/cm2)のバルブのステムシールに加えら
れる予圧は、ほぼ37500psi(2625Kg/cm2)である。
The sealing device of this invention has a packing retainer 67.
A preload is applied by tightening.
The pressure in this case is greater than the pressure exerted by the fluid when the valve is actuated. The valve shown in Figure 1, i.e. rated operating pressure 30000psi
(2100 Kg/ cm2 ) The prestress applied to the valve stem seal is approximately 37500 psi (2625 Kg/ cm2 ).

この発明のステムシール装置を有するバルブ
が、バルブに流体を流すこと等によつて、70〓
(21℃)程度の常温から約300〓(149℃)まで加
熱され、次いで再び常温まで冷却されても、パツ
キンリテナを締め直す必要はない。従つて、温度
サイクルを行なつても、バルブに最初に加えた予
圧は保持される。これは、次のような事実に起因
する。すなわち、金属リングガスケツト131の
間の挾着層の熱膨張によつて生じる圧力、すなわ
ち最初に加えられる圧力は、バルブ内のシールに
隣接した金属に囲まれた部分を永久変形させるに
は不十分であることによるが、これはコアリング
135の熱膨張率が組立リング133および軸受
リング137に比べて小さいからである。同様の
理由により、加熱によつて付加される圧力は低い
ため、組立リング133および軸受リング137
がさらに永久変形、すなわち圧縮歪みを受けるこ
とはないとともに、リング133,137が冷却
されることによつて緩んでも、予圧は損失されな
い。
The valve having the stem seal device of the present invention can be used for 70〓
There is no need to retighten the Patsukin retainer even if it is heated from room temperature (about 21 degrees Celsius) to about 300 degrees Celsius (149 degrees Celsius) and then cooled down to room temperature again. Therefore, the initial preload applied to the valve is maintained during temperature cycling. This is due to the following facts. That is, the pressure created by thermal expansion of the clamping layer between the metal ring gaskets 131, i.e., the initially applied pressure, is not sufficient to permanently deform the metal-enclosed portion of the valve adjacent to the seal. This is because the coefficient of thermal expansion of the core ring 135 is smaller than that of the assembly ring 133 and the bearing ring 137. For similar reasons, the pressure applied by heating is low, so assembly ring 133 and bearing ring 137
does not undergo any further permanent deformation, ie compressive strain, and the preload is not lost even if the rings 133, 137 loosen due to cooling.

出願人によれば、この発明のステムシール装置
は、−20〓ないし300〓(−29〜149℃)の温度サ
イクルを加えて、30000psi(2100Kg/cm2)の流体
に適用しても、パツキンリテナを締め直さずに十
分使用に耐えるとのことである。この場合、組立
リング133および軸受リング137はM0S2
5%添加したTFEで形成し、コアリング135
はグラフオイルで形成し、かつコアリング135
の体積を挾着層全体の体積の約1/3としてある。
従つて、この好ましい実施例においては組立リン
グ133と軸受リング137の合計体積はコアリ
ング135の体積の約2倍である。組立リング1
33を形成する材料は、シールの形成によつて金
属リングガスケツト131から押し出されること
はなく、シール形成時にこの組立リング133の
間に配設されたグラフオイル製のコアリング13
5を取り囲んで、金属リングガスケツト131と
動作ステム51およびパツキン箱65の間に金属
同士のシールが形成される前に、コアリング13
5が金属リングガスケツト131を越えて押し出
されないようにするものである。また、グラフオ
イル製のコアリング135の内周にそつて配設さ
れるM0S2を5%含有するTFE製の軸受リング1
37は、動作ステム51とステムシール装置との
間の摩擦を緩和するとともに、コアリング135
の過度の摩耗を防ぐ。従つて、グラフオイル製の
コアリング135は熱膨張率が小さく、その3面
はM0S2を5%含有するTFE製の組立リング13
3および軸受リング137を介して動作ステム5
1および金属リングガスケツト131とが接して
いる。この場合、この発明の挾着層において、コ
アリング135の体積は組立リング133と軸受
リング137の合計体積の約1/2にすることが望
ましい。もちろん、この挾着層のリングの体積比
を変えてもよく、またリングの材料を変更しても
よい。
According to the applicant, the stem seal device of the present invention can be applied to a fluid of 30,000 psi (2,100 Kg/cm 2 ) with a temperature cycle of -20 to 300 degrees (-29 to 149 degrees Celsius) and the seal retainer remains intact. It is said that it can withstand use without having to be retightened. In this case, the assembly ring 133 and the bearing ring 137 are made of TFE with 5% M 0 S 2 added, and the core ring 135
is made of graph oil, and the core ring 135
The volume is approximately 1/3 of the volume of the entire clamping layer.
Therefore, in this preferred embodiment, the combined volume of assembly ring 133 and bearing ring 137 is approximately twice the volume of core ring 135. Assembly ring 1
The material forming the Graphoil core ring 13 is not forced out of the metal ring gasket 131 by the formation of the seal, but rather the material forming the Graphoil core ring 13 is disposed between the assembled rings 133 during the formation of the seal.
5, the core ring 13
5 is prevented from being pushed out beyond the metal ring gasket 131. In addition, a bearing ring 1 made of TFE containing 5% M 0 S 2 is arranged along the inner circumference of a core ring 135 made of Graph Oil.
37 relieves friction between the operating stem 51 and the stem seal device, and the core ring 135
prevent excessive wear. Therefore, the core ring 135 made of graph oil has a small coefficient of thermal expansion, and its three sides are the assembled ring 13 made of TFE containing 5% M 0 S 2 .
3 and the operating stem 5 through the bearing ring 137
1 and metal ring gasket 131 are in contact with each other. In this case, in the clamping layer of the present invention, it is desirable that the volume of the core ring 135 be approximately 1/2 of the total volume of the assembly ring 133 and the bearing ring 137. Of course, the volume ratio of the ring of this clamping layer may be changed, and the material of the ring may also be changed.

第1図、第2A図および第2B図においては、
金属リングガスケツト131および挾着層のリン
グの円錐形は、シールされる圧力の向きと反対向
きであるが、シール部の内周縁および外周縁の面
が平行で、係合状態が同一であれば、シール部を
逆にしてもよい。従つて、金属リングガスケツト
131と挾着層の各リングの円錐形は、シールさ
れる流体の圧力の向きと同じ向きにすることがで
きる。また、組立リング133と軸受リング13
7は必ずしも別々に形成する必要がないことも理
解できよう。例えば、円筒状のリングの外周の中
央部にそつて、一体的に溝を形成し、その断面形
状がU字形となるような部材にしてもよい。この
場合、その溝内にコアリングを整合させてから、
バルブ内に設置される。
In Figures 1, 2A and 2B,
The conical shapes of the metal ring gasket 131 and the ring of the clamping layer are in the opposite direction to the direction of sealing pressure, but the surfaces of the inner and outer peripheral edges of the sealing part are parallel and the engagement state is the same. For example, the seal portion may be reversed. Therefore, the conical shape of each ring of the metal ring gasket 131 and the clamping layer can be oriented in the same direction as the pressure of the fluid being sealed. In addition, the assembly ring 133 and the bearing ring 13
It will also be understood that 7 does not necessarily need to be formed separately. For example, a groove may be integrally formed along the center of the outer periphery of a cylindrical ring, and the member may have a U-shaped cross section. In this case, align the core ring within that groove and then
Installed inside the valve.

この発明の好ましい実施例について説明した
が、この発明の精神を逸脱することなく、当業者
によつて、数多くの変形をすることができる。従
つて、ここに開示した内容は、説明を目的とする
ものにすぎず、この発明の範囲を限定するもので
はないことはいうまでもない。発明の範囲は特許
請求の範囲に示される。
Although a preferred embodiment of the invention has been described, numerous modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. Therefore, it goes without saying that what is disclosed herein is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the invention. The scope of the invention is indicated in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明のバルブの縦断面図、第2A
図および第2B図は、円錐台形の金属リングガス
ケツトが、バルブの内側に対してシールされる圧
力とは反対向きになつたこの発明の動作ステムシ
ール装置の一実施例を示す第1図と同じ面につい
ての部分拡大断面図であつて、第2B図はバルブ
内に設置し、パツキンリテナを締着する前におけ
る、この発明のステムシール装置の部分拡大断面
図、第2A図はパツキンリテナを締着した後にお
ける、ステムシール装置の部分拡大断面図であ
る。 51……動作ステム、61……ポート、63,
101……シール部材、65,103……パツキ
ン箱、67,105……パツキンリテナ、131
……金属リングガスケツト、133……組立リン
グ、135……コアリング、137……軸受リン
グ。
Fig. 1 is a longitudinal sectional view of the valve of the present invention, Fig. 2A
Figures 1 and 2B illustrate one embodiment of the operative stem sealing device of the present invention in which the frustoconical metal ring gasket is oriented opposite the pressure being sealed against the inside of the valve. Fig. 2B is a partially enlarged cross-sectional view of the stem seal device of the present invention before the seal retainer is installed in the valve, and Fig. 2A is a partially enlarged cross-sectional view of the stem seal device of the present invention on the same plane. FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the stem seal device after it has been removed. 51...Operating stem, 61...Port, 63,
101... Seal member, 65, 103... Packing box, 67, 105... Packing retainer, 131
...Metal ring gasket, 133... Assembly ring, 135... Core ring, 137... Bearing ring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 パツキン箱の下方にポートを有し、バルブの
軸方向に動作可能な動作ステムが前記ポートを通
つてパツキン箱の外側に延出し、高圧下、温度サ
イクルにかけた状態で使用し、前記動作ステムの
壁面と、この動作ステムの周囲に設置されたパツ
キン箱の間をシールするシール装置であつて、前
記動作ステムの周囲に配設された前記パツキン箱
内に設置した第1および第2の金属リングガスケ
ツトと、前記パツキン箱内において前記金属リン
グガスケツトの間に挾着された変形可能な環状の
シール部材とから成り、前記シール部材が、前記
金属リングガスケツトと隣接する第1および第2
の環状部と、前記環状部の間に設置されたコア部
とを有し、前記環状部は丈夫な変形可能な材料で
形成され、前記コア部は前記環状部を形成する材
料より熱膨張率が小さい材料で形成されることを
特徴とするシール装置。 2 前記第1および第2の環状部を形成する材料
の摩擦係数が小さいことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のシール装置。 3 前記第1および第2の環状部が、四弗化エチ
レンポリマで形成され、前記コア部が緻密なグラ
フアイトで形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第2項記載のシール装置。 4 前記第1および第2の環状部を形成する材料
が、最高約15%の二硫化モリブデンを含有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載のシー
ル装置。 5 前記第1および第2の環状部が、前記動作ス
テムおよび前記パツキン箱と係合してシールする
組立リングより成るとともに、前記コア部が、前
記動作ステムの外径より大きい内径を有するコア
リングより成り、さらに前記コアリングと動作ス
テムの間において、前記コアリングの内周にそつ
て配設され、丈夫な変形可能な材料で形成した軸
受リングを有することを特徴とする特許請求の範
囲第4項記載のシール装置。 6 前記軸受リングが前記組立リングと同一の材
料で形成されることを特徴とする特許請求の範囲
第5項記載のシール装置。 7 前記コアリングと前記軸受リングとが、前記
組立リングの間に軸方向に形成される空間、およ
び前記動作ステムと前記パツキン箱との間に半径
方向に形成される空間のほぼ全てを満すことを特
徴とする特許請求の範囲第6項記載のシール装
置。 8 前記コアリングの体積が組立リングと軸受リ
ングの合計体積の約1/2であることを特徴とする
特許請求の範囲第7項記載のシール装置。 9 前記コア部を形成する材料の熱膨張率が、前
記第1および第2の環状部を形成する材料の熱膨
張率の1/4より小さいことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のシール装置。 10 前記第1および第2の金属リングガスケツ
トを押し付ける部材をさらに有し、この部材によ
つて前記金属リングガスケツトは部分的に平らに
なり、その内周縁および外周縁が変形して、前記
動作ステムおよび前記パツキン箱と係合してシー
ルされるとともに、前記シール部材の第1および
第2の環状部が前記動作ステムおよび前記パツキ
ン箱と係合してシールされることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のシール装置。 11 前記環状のコア部の外周縁が前記パツキン
箱と隣接するとともに、このコア部の内径は前記
ステムの外径より大きく、さらに前記シール部材
が、第3の環状部を有し、この環状部は丈夫で変
形可能な材料で形成され、前記コア部と前記ステ
ムの間に配設されることを特徴とする特許請求の
範囲第10項記載のシール装置。 12 前記第1,第2および第3の環状部が四弗
化エチレンポリマで形成され、前記コア部が緻密
なグラフアイトで形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第11項記載のシール装置。 13 前記第1,第2および第3の環状部が四弗
化エチレンポリマ95%,二硫化モリブデン5%よ
り成る材料で形成され、前記コア部が緻密なグラ
フアイトで形成され、前記金属リングガスケツト
を圧縮した場合、金属リングガスケツト,動作ス
テムおよびパツキン箱の間に形成される空間のほ
ぼ全体が、前記第1,第2および第3の環状部と
コア部によつて占められ、かつ前記コア部の体積
が前記空間の全体積の約1/3であることを特徴と
する特許請求の範囲第11項記載のシール装置。
[Claims] 1. The valve has a port below the packing box, and an operating stem movable in the axial direction of the valve extends through the port to the outside of the packing box, and is operated under high pressure and temperature cycling. A sealing device is used to seal between a wall surface of the operating stem and a packing box installed around the operating stem, the sealing device being a sealing device installed in the packing box installed around the operating stem. The gasket comprises first and second metal ring gaskets, and a deformable annular sealing member clamped between the metal ring gaskets in the packing box, and the sealing member is connected to the metal ring gaskets. Adjacent first and second
and a core portion disposed between the annular portions, the annular portion being formed of a strong, deformable material, and the core portion having a coefficient of thermal expansion greater than that of the material forming the annular portion. A sealing device characterized in that it is formed of a small material. 2. The sealing device according to claim 1, wherein the material forming the first and second annular portions has a small coefficient of friction. 3. The sealing device according to claim 2, wherein the first and second annular portions are made of tetrafluoroethylene polymer, and the core portion is made of dense graphite. 4. The sealing device of claim 3, wherein the material forming the first and second annular portions contains up to about 15% molybdenum disulfide. 5. A core ring in which the first and second annular portions are comprised of assembly rings that engage and seal with the operating stem and the packing box, and the core portion has an inner diameter larger than an outer diameter of the operating stem. further comprising a bearing ring disposed along the inner circumference of the core ring between the core ring and the working stem and formed of a durable deformable material. The sealing device according to item 4. 6. The sealing device according to claim 5, wherein the bearing ring is made of the same material as the assembly ring. 7. The core ring and the bearing ring fill almost all of the space formed in the axial direction between the assembly rings and the space formed in the radial direction between the operating stem and the packing box. 7. A sealing device according to claim 6, characterized in that: 8. The sealing device according to claim 7, wherein the volume of the core ring is approximately 1/2 of the total volume of the assembly ring and the bearing ring. 9. Claim 1, characterized in that the coefficient of thermal expansion of the material forming the core portion is smaller than 1/4 of the coefficient of thermal expansion of the material forming the first and second annular portions. sealing device. 10 The metal ring gasket further includes a member for pressing the first and second metal ring gaskets, whereby the metal ring gasket is partially flattened and its inner and outer peripheral edges are deformed to A patent characterized in that the operating stem and the packing box are engaged and sealed, and the first and second annular portions of the sealing member are engaged and sealed with the operating stem and the packing box. A sealing device according to claim 1. 11. The outer peripheral edge of the annular core portion is adjacent to the packing box, and the inner diameter of the core portion is larger than the outer diameter of the stem, and the sealing member has a third annular portion, and the annular portion 11. The sealing device of claim 10, wherein: is formed of a durable, deformable material and is disposed between the core portion and the stem. 12. The seal according to claim 11, wherein the first, second, and third annular portions are made of tetrafluoroethylene polymer, and the core portion is made of dense graphite. Device. 13 The first, second and third annular portions are formed of a material consisting of 95% tetrafluoroethylene polymer and 5% molybdenum disulfide, the core portion is formed of dense graphite, and the metal ring gas When the gasket is compressed, substantially the entire space formed between the metal ring gasket, the operating stem and the packing box is occupied by the first, second and third annular portions and the core portion, and 12. The sealing device according to claim 11, wherein the volume of the core portion is approximately 1/3 of the total volume of the space.
JP57134635A 1981-07-31 1982-07-30 Sealing device Granted JPS5828082A (en)

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