JPH0321793B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁組立体に関し、特に貫流型ゲート弁
並びにその弁座に関する。

ゲート弁組立体は長手方向の流通路を形成する
弁本体と、弁本体に取付けて流通路に直角方向に
可動の弁素子とを有する。貫流型ゲート弁におい
ては弁素子即ちゲートは十分な寸法とした実体の
部材を有し、流通路に一致した時に流通路を閉鎖
する。ゲートを反対方向に動かせば、実体部分は
流通路から横方向に動き、ポートが流通路に一致
して弁を開く。このゲート弁には通常は環状の弁
座を弁本体に流通路に同一軸線としてゲートの両
側に取付け、ゲートに封鎖接触させる。

ある型式のゲート弁組立体では弁座を弁本体に
固着する。この弁組立体のゲートは複数の部品か
ら成り、弁の閉位置では弁座方向に長手方向に膨
張して弁座に対して緊密な封鎖となる。他の弁組
立体では所謂浮動弁座を使用する。弁座は弁本体
に対して限定軸線方向運動可能とし、この動きに
よつてゲートに封鎖係合する。浮動弁座はゲート
がスラブ型即ち簡単な平面の側面とした一体型式
の場合に正しい封鎖を行なうために絶対に必要で
ある。

油井現場用又は現場で多種の摩耗性材料を扱う
場合に貫流型ゲート弁組立体を使用する利点は、
ゲートが開閉位置間に動く時に封鎖面を周期的に
拭う点にあり、更に開位置においても弁座の封鎖
面に接触を保つて弁座を保護する点にある。しか
し、この種の弁には欠点があり、一部の欠点は互
に相反する関係にあるため、ある問題点の解決策
は他の問題点を悪化することになつた。

この種の問題点として、弁を開くに必要とする
力の問題がある。この力はゲートと弁座との間の
滑動摩擦力に比例する。この弁組立体の中で、下
流側弁座のみを封鎖する設計であつても、弁操作
力は下流側弁座の環状封鎖面の外径の関数であ
る。弁が上流側弁座に第２のシールを設ける場合
には操作力は更に大となる。理論的には弁座の封
鎖面の外径を減少すれば問題点はなくなる。しか
し、この直径を減少することは所要支持面積の確
保という他の問題点を大きくする。通常の弁では
封鎖面と支持面とは同じ面であるため、封鎖面積
の減少は支持面積の減少となる。これは高圧弁で
は特に望ましくなく、適用される工業規格では比
較的軟質の金属の使用を要求する。比較的軟質の
金属の場合は高圧力が小さな支持面積に作用すれ
ば傷又は材料の損傷となる。

上述の弁組立体に共通な第３の問題点は、弁本
体がゲートを収容するために流通路に接してスペ
ースを形成する。弁を開いた定常状態では、加圧
流体がこのスペースに流入する。弁が閉位置に動
いた時に、この加圧流体はスペースに入り、弁本
体内に抑留される。特にこの抑留は浮動弁座に生
じ、弁座と弁本体との間のシールの直径が弁座と
ゲートとの間の封鎖面の直径より小さい場合に生
ずる。この直径関係の場合、弁本体のスペース内
の圧力は弁座をゲートに更に押圧する力を生じ、
弁を開くための力を大にする。弁が閉じている時
に弁本体内の抑留流体が爆発することもあり、著
しい危険が生ずる。

本発明によつて、弁座のほぼ軸線方向に向いた
環状接触面即ち使用間ゲートに接触する面に半径
方向内方外方端の中間に環状の溝を設ける。弁座
には更に、環状溝に連通して外方に延長し弁座本
体の半径方向外周端に達する連通装置を設ける。
これによつて接触面の封鎖面積の外径を減少し、
支持面積の減少はほとんどない。更に、溝の内径
を弁座と弁本体との間の有効封鎖面直径より小さ
くすれば、弁が閉となつた時に弁本体のゲートス
ペース内の加圧流体は弁座をゲートから離れる方
向に押圧し、流体が弁本体内に抑留されることが
なくなる。

本発明の好適な実施例によつて、弁座本体を弁
本体取付用スリーブ状部と、スリーブ状部の端部
から半径方向外方に延長するフランジとを有し、
接触面はスリーブ状部の端面と隣接するフランジ
面とによつて形成される。上述の連通装置の実施
例として、接触面に形成した複数の連通溝とす
る。環状溝と接触面の半径方向内方端との間の接
触面は金属対金属封鎖面を形成し、接触面の支持
面積より著しく小さい面積となる。他の実施例に
おいて、変形可能の封鎖リングを弁座本体の接触
面の環状金属封鎖面及び環状溝に接して取付け
る。この場合、環状溝は変形可能封鎖リングの半
径方向外方に形成した凹みとする。

本発明の手目的は新らしい弁座を提供すること
である。

本発明の他の目的は少なくとも１個の浮動型弁
座を有するゲート弁組立体を提供する。

本発明の別の目的は上述の弁組立体及び又は弁
座を提供し、弁座接触面の内方外方端の中間に環
状溝を設け、弁座に環状溝に連通して弁座本体を
外方に延長する連通装置を設ける。

本発明の他の目的は弁座及び又は弁組立体を提
供し、弁座の接触面の封鎖面積を弁座の支持面積
よりも著しく小さくする。

本発明の別の目的は上述の弁組立体及び又は弁
座を提供し、弁座のゲートに対する封鎖面の外径
を弁座と弁本体との間の封鎖直径よりも小さくす
る。

本発明の他の目的は上述の弁組立体及び又は弁
座を提供し、接触面の環状溝に接して変形可能の
封鎖リングを取付ける。

本発明の目的と利点とを明らかにするための例
示とした実施例並びに図面について説明する。

第１図は既知のゲート弁組立体を示す。第１図
は既知の何れかの弁の正確な写しではないが、標
準的な既知の弁の主構成部分と問題点とを含む。
第１図に示す弁組立体の弁本体１０には貫通流通
路１２を有する。本明細書では長手方向、円周方
向、半径方向は流通路１２及び弁座の孔に関して
示す。更に、上方、下方とは図の上下に関して示
す。組立体の実際取付方向は図の方向とは限らな
いため、上下は実際には無関係である。弁本体１
０の両側即ち流通路１２の両端は図示しないが配
管等の導管に接続可能とする。弁本体１０は流通
路１２から上方に延長する中空突出部１４を有す
る。突出部１４の形成するスペース１６は流通路
１２と交わる。突出部１４の上端のフランジ１４
ａにボンネツト１８をボルト２０によつて取付
け、ボンネツト１８がスペース１６を閉スペース
とする。金属シール２２を突出部１４とボンネツ
ト１８との介面の内径部に取付ける。閉鎖した突
出部２４は下方にほヾ突出部１４の反対方向に延
長し、流通路１２に交わるスペース２６を形成す
る。

弁素子はスラブ型ゲート２８とし、弁本体１０
内に取付ける。ゲート２８は流通路１２に直角方
向であり、弁本体１０内を流通路１２に対して直
角方向に、即ち図の垂直方向に可動とする。弁ス
テム３０をゲート２８の上端に、弁ステム３０の
下端のキー型３２とゲート２８の上端のスロツト
３４との係合によつて取付ける。ステム３０はボ
ンネツト１８の垂直孔３６を通つて上方に延長す
る。孔３６はパツキン箱の役割とし、パツキン３
８によつて孔３６とステム３０との間を封鎖す
る。弁ステム３０の図示しない上端は所要のアク
チユエータに連結して弁ステム３０、ゲート２８
を上下に動かす。

ゲート２８の下部２８ａは実体部とし、ゲート
２８が図示の上端位置いある時は実体部２８ａが
流通路１２を横切り、弁を閉鎖する。この位置で
はスペース１６はゲート２８の上部２８ｂを収容
可能とする。ゲート２８の上部２８ｂには貫通ポ
ート４０を流通路１２に平行に形成する。ゲート
２８が下方に動けば、ポート４０は流通路１２と
一致して弁を開く。スペース２６はゲート２８の
下部２８ａを収容して弁の上下の動きを可能にす
る。

流通路１２に座くり部１２ａ，１２ｂをスペー
ス１６，２６の交合部に設ける。弁座本体４２，
４４を有する環状の弁座をゲート２８の両側で弁
本体１０に取付ける。上流側弁座本体４２にはス
リーブ状、即ち円筒状のスリーブ４２ａと、スリ
ーブ部４２ａの一端から半径方向外方に延長する
環状フランジ４２ｂとを有する。スリーブ部４２
ａの反対方向端部は座くり部１２ａ内に取付け
る。弁座本体４２のフランジ４２ｂの軸線方向内
方端面とスリーブ部４２ａの連続端面とは環状接
触面４２ｃを形成してゲート２８に接触する。接
触面４２ｃは内径部の小さな斜面部を除いて弁座
本体の全半径範囲を覆う。面４２ｃは平面であ
り、ゲート２８の平面の側面に滑動接触し、弁座
本体４２のゲート２８に対する支持面積を形成す
ると共に金属対金属の封鎖面積を形成する。

弁座本体４２のスリーブ部４２ａのフランジ４
２ｂの反対側端部に外面環状溝４６を設ける。Ｏ
リング４８を溝４６に収容し、Ｏリングの外径は
弁本体１０の座くり孔１２ａに封鎖係合する環状
封鎖面を形成する。Ｏリング４８は弁座本体４２
の軸線方向端部に沿つて露出し、弁を組立てた時
に流通路１２と座くり部１２ａとの間の肩部に圧
縮されるため、ゲート２８に向う弁座本体４２の
ばね弾性押圧部材を形成し、弁本体の限定軸線方
向の動き即ち浮動作用を可能にする。

下流側弁座は上流側弁座と対称形であるため簡
単に説明する。弁座本体４４に円筒形スリーブ部
４４ａ、半径方向フランジ４４ｂ、接触面４４
ｃ、Ｏリング５０を上流側の部分４２ａ，４２
ｂ，４２ｃ，４８と同様に設ける。Ｏリング５０
は弁本体に対する弁座の封鎖と弾性押圧部材とを
形成する。

弁が図示の閉位置にある時は、上流側圧力は矢
印Ｐの方向に作用してゲート２８を圧力に比例す
る力で下流側弁座の接触面４２ｃに押圧する。こ
のため、ゲートと下流側弁座との間の摩擦力を増
大する。この摩擦力はゲート２８に金属対金属封
鎖面を形成する接触面４４ｃの外径の正比例関数
である。図示の例では浮動弁座本体４２による上
流側封鎖部のため、弁を開く力は更に増加する。
しかし、封鎖面積を減少するために接触面４２ｃ
の外径を減少し、操作力を減少すれば、弁座本体
４４がゲート２８に接触する支持面積が減少す
る。高圧使用の場合には大きな力が小面積に作用
するため、弁用材料規格で要求される比較的軟質
材料の場合には望ましくない。即ち、材料の傷又
は損傷を生ずる。

既知の弁、例えば第１図に示す弁は弁本体内に
液圧を抑留する問題がある。例えば、図示しない
第２の弁組立体を第１図の組立体の下流に設置
し、両弁共に開であり、加圧流体が流通路を流れ
ると仮定する。更に、下流側の弁を第１に閉じ、
次に第１図の弁を閉じたと仮定する。流通路内圧
力が上流下流共に低下しても、加圧流体がスペー
ス１６，２６内に抑留される。この加圧流体は弁
座を通つて漏洩することはない。例えば上流側弁
座においては面４２ｃとＯリング４８によるシー
ルが作用する。上流側弁座のシール面４２ｃの外
径とＯリング４８の外径との間の環状面が環状ピ
ストンとして流体圧が作用する。軸線方向外方の
シール４８の外径は軸線方向内方のシール面４２
ｃの外径より小さいため、抑留された圧力は弁座
本体４２を更に強くゲート２８に押圧し、スペー
ス１６，２６内の流体は抑留され、漏洩しない。
このため、弁を再び開くに必要とする力が増加す
るだけでなく、危険な状態を生ずる。

第２図は本発明の第１の実施例による弁組立体
を示す。弁座以外の部分は第１図の弁組立体と同
様として示し、同じ符号は同様の部分又は部品を
示す。従つて、第２図の弁本体１０、ボンネツト
１８、ゲート２８については詳述しない。

第２図の実施例の上流側弁座の中で第１図の既
知の弁座と同様の部分は、弁座本体５２、Ｏリン
グ型シール５４であり、弁座本体５２はスリーブ
部５２ａと、スリーブ部５２ａの一端から半径方
向外方に延長するフランジ５２ｂとを有する。Ｏ
リング５４は第１図の例と同様にスリーブ部５２
ａのフランジ５２ｂとは反対側端部の外側環状溝
５６に係合させる。弁座本体５２の第１図の弁座
本体４２とは異なる部分は、スリーブ部５２ａと
フランジ５２ｂとの右端面に形成する接触面５２
ｃを第２，３図に示す形状とした点にある。即
ち、面５２ｃの半径方向内方外方の中間部に環状
溝５８を形成する。溝５８は断面ほぼＶ型とし、
内径５８ａ、外径５８ｂを有する。更に、接触面
５２ｃに複数の平行の連通溝６０，６２を設け
る。連通溝６０は溝５８に対して半径方向とし、
連通溝６２は溝５８に対して切線方向とする。す
べての溝６０，６２は溝５８に連通し、接触面５
８を横切つて半径方向外方に延長する。溝５８，
６０，６２の加工によつて、溝５８と面５２ｃの
半径方向内方端との間に溝のない環状シール面６
４を形成する。

下流側弁座は上流側弁座と対称であり、弁座本
体６６にスリーブ部６６ａとフランジ６６ｂとを
有し、Ｏリングシール６８をスリーブ部６６ａの
弁本体取付端に支持する。上流側弁座本体の接触
面５２ｃと同様に下流側弁座本体の環状接触面６
６ｃに加工して環状溝７２と複数の連通溝７４と
を設ける。

第２，３図に示す通り、環状溝５８と連通溝６
０，６２とによる連通装置によつて、溝５８の内
径５８ａと面５２ｃの内径との間に形成される溝
のない環状面６４のみがゲート２８の上流側を封
鎖する。同様にして、下流側弁座本体６６の溝７
２と弁座本体の内径との間に溝のない環状シール
面７６を形成し、接触面６６ｃのシール面７６の
みがゲート２８の下流側をシールする。溝５８，
７２の内径は接触面５２ｃ，６６ｃの外径よりも
著しく小さく、環状シール面は第１図の既知の弁
座のシール面より著しく小さい。第１，２図の弁
座は内側外側接触面の直径はほぼ同じである。シ
ール面積を減少させることは、特に下流側弁座本
体６６において、作用圧力及びこれによる弁を開
くために必要とする力を著しく小さくする。しか
し、支持面積の減少は無視し得る程度である。即
ち、接触面５２ｃ，６６ｃの全面積は溝５８，６
０，６２，７２，７４を除いて、ゲート２８に対
する支持負荷を分布させるために利用される。

第２，３図の弁座の他の特性は、弁本体スペー
ス１６，２６内に加圧流体の抑留の問題を解決す
る。上述した通り、ゲート２８と弁座接触面５２
ｃ，６６ｃとの間の封鎖接触面積は接触面の内径
から夫々の環状溝５８，７２の内径との間のみで
ある。環状溝５８，７２の内径は、弁座と弁本体
との間の封鎖接触の環状面となるＯリング５４，
６８の外径よりも小さい。それ故、弁本体内に抑
留されている加圧流体は浮動弁座をゲート２８か
ら離す方向に押圧する。このため、加圧流体はス
ペース１６，２６から漏出して一方又は他方の弁
座本体を通り、スペース内圧力を低下させる。

第４，５図は本発明による弁座の第２の実施例
を示す。弁座の弁座本体７８はスリーブ７８ａ
と、スリーブ部７８ａの一端から半径方向外方に
延長するフランジ７８ｂとを有する。スリーブ部
７８ａの端部フランジ７８ｂの連続した端面とは
環状接触面７８ｃを形成してゲートに接触させ
る。スリーブ部７８ａの他端は弁本体１０の流通
路１２の座くり部１２ａ内に取付け、外側環状溝
８０にＯリング８２を支持して弁本体に対する封
鎖接触、及びゲートに向う弁本体７８を弾性的に
押圧する。

第１の実施例と同様に、環状溝を接触面７８ｃ
の半径方向内方外方端の中間に形成する。第４図
に示す実施例では、環状溝は半径方向内方の深い
部分８４と、半径方向外方の円周方向の浅い部分
８４ａとを有する。変形可能の封鎖リング８６を
溝８４の深い半径方向内方部内に接着等によつて
取付け、接触面７８ｃから僅に突出させてゲート
に封鎖係合させる。溝８４と接触面７８ｃの半径
方向内方端との間の溝のない環状金属面８８は金
属対金属のシール面を形成する。２本の連通溝９
０を接触面７８ｃの浅い溝８４ａから半径方向外
方に弁座本体７８の外方円周部まで延長させて加
工形成する。溝８４，９０は第１の実施例と同様
にゲートに対する有効金属対金属封鎖面積を減少
し、接触面７８ｃの支持面積はほとんど減少しな
い。これによつて、弁操作力は減少し、加圧流体
が弁本体内に抑留されるのを防ぐ。凹み８４ａは
ゲートに圧縮された時のリング８６の変形を可能
にする。

本発明を２種の実施例のみについて説明した
が、本発明は種々の変型が可能である。例えば、
図示の実施例では弁座と弁本体との封鎖係合する
環状封鎖面積は弁座本体に取付けたＯリングによ
つて定まる。しかし、本体封鎖面積は金属弁座本
体自体によつて定めることもでき、例えば弁本体
の内部溝に取付けたＯリングに弁座本体の一部を
対向させる。このシールは弁座本体の長手に沿つ
て何れの位置にも配置することができ、軸線方向
外方端でない場合には浮動弁座本体用の他の弾性
押圧装置を設けることもできる。他の変型例とし
て、シールをゲートの下流側のみに設けることも
でき、弁座を弁本体の座くり部又はポケツト以外
の位置に取付けることもできる。

他の変型例は弁座本体自体の形状に関する。例
えば、接触面に形成する連通溝の数、寸法、配置
は任意に変更し得る。接触面の環状溝に連通する
連通溝は同じ接触面に加圧する他の溝と同形とす
る必要はない。連通装置として、弁座本体内に設
けた１個以上の孔とすることができる。連通装置
は環状溝と弁座本体外周との間にフランジ内又は
スリーブ部内を通つて延長し、シールよりも軸線
方向内方の弁座本体と弁本体との間に開口する必
要があるだけである。更に、図示の例では、弁座
のゲート接触面の半径方向内方の金属対金属封鎖
面は溝がなく、弁座の内径まで延長する。しか
し、金属対金属封鎖を行ない得る環状面は環状溝
と弁座内径との間のある部分に設けることだけが
必要である。従つて、例えば、接触面には連通溝
の半径方向内方の連通部のない環状溝を設けるこ
ともでき、接触面の内径を斜方向とすることもで
きる。

従つて、実施例並びに図面は例示であつて発明
を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知のゲート弁組立体の縦断面図、第
２図は本発明によるゲート弁組立体の縦断面図、
第３図は第２図の３−３線に沿い弁座の接触面の
拡大端面図、第４図は本発明の第２の実施例によ
る弁座の断面図、第５図は第４図の右端面図であ
る。 １０……弁本体、１２……流通路、１８……ボ
ンネツト、１６，２６……スペース、２８……ゲ
ート、３０……弁ステム、４２，４４，６４，６
６，７８……弁座本体、４２ａ，４４ａ，６４
ａ，６６ａ，７８ａ……スリーブ部、４２ｂ，４
４ｂ，６４ｂ，６６ｂ，７８ｂ……フランジ、４
２ｃ，４４ｃ，６４ｃ，６６ｃ，７８ｃ……接触
面、４８，５０，６８，７０，８２……Ｏリン
グ、５８，７２，８４，８４ａ……環状溝、６
０，６２，７４，９０……連通溝、６４，７６，
８８……封鎖面、８６……シールリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゲート弁組立体用の、弁素子に係合するべく
   ほぼ軸線方向を向いた環状接触面を有する弁座本
   体からなる弁座であつて：該接触面がその半径方
   向の内方端と外方端の中間に環状溝を、該接触面
   の環状溝と内方端との間に環状封鎖面を有し、：
   該弁座本体がさらに前記環状溝に連通して環状溝
   から外方に延長して該弁体の半径方向の外周部に
   達する連通溝手段を有する環状弁座。 ２ 該弁座本体の接触面の外周部に、弁本体と封
   鎖係合する弁座本体の封鎖面を画する環状の手段
   を有し、前記環状溝の内径が該弁座本体の直径よ
   り小さい特許請求の範囲第１項に記載の弁座。 ３ 前記封鎖面を画する手段が弁座本体に支持さ
   れたエラストマーのシールである特許請求の範囲
   第２項に記載の弁座。 ４ 前記弁座本体が弁本体に装着されるスリーブ
   状部分と該スリーブ状部分の一端から半径方向外
   方に延長するフランジを有し、前記接触面が該ス
   リーブ状部分の上記一端とフランジの隣接面によ
   つて形成される特許請求の範囲第１項に記載の弁
   座。 ５ 前記接触面が、前記環状溝と連通手段を除い
   て実質的に平面である特許請求の範囲第４項に記
   載の弁座。 ６ 前記連通手段が前記接触面に形成された複数
   の溝によつて構成される特許請求の範囲第１項に
   記載の弁座。 ７ 前記連通溝の少なくとも一部が前記環状溝に
   対して半径方向であり、他のものが環状溝に対し
   て接線方向である特許請求の範囲第６項に記載の
   弁座。 ８ 弁組立体の弁素子に係合する実質的に軸線方
   向を向いた環状接触面を有する弁座本体と、弁座
   本体の弁本体に接触する上記接触面に取付けた変
   形可能の封鎖リングを有し、該接触面がその外周
   に前記封鎖リングを受容する環状溝を有し、前記
   接触面がその環状溝に連通して環状溝から外方に
   延長して弁座本体の半径方向外周面に達する連通
   手段を有する特許請求の範囲第１項に記載の弁
   座。 ９ 前記弁座本体が金属製であり、前記接触面は
   該封鎖リングと該接触面内方端との間で金属対金
   属封鎖面を形成する特許請求の範囲第８項に記載
   の弁座。 １０ 前記連通手段が該接触面に形成された複数
   の連通溝である特許請求の範囲第９項に記載の弁
   座。 １１ 前記弁座本体が弁本体に装架されるスリー
   ブ状部分と、該スリーブ状部分の一端から半径方
   向外方に延長するフランジからなり、前記接触面
   がスリーブ状部分の上記一端とフランジの隣接面
   によつて形成される特許請求の範囲第９項に記載
   の弁座。 １２ 前記弁座本体の前記スリーブ状部分の外周
   に弁本体と封鎖係合する該スリーブの封鎖面を形
   成する手段を含み、該手段が環状溝とリングであ
   り、該溝の内径が封鎖面の直径より小さい特許請
   求の範囲第１１項に記載の弁座。 １３ 前記本体封鎖面を弁座本体に支持したエラ
   ストマーシールによつて形成する特許請求の範囲
   第１２項記載の弁座。 １４ ゲート弁組立体であつて、 長手方向の流通路を形成する弁本体、 弁本体に装架され、流通路を横切つて流通路を
   開く第１位置と流通路を閉じる第２位置の間で可
   動な弁素子、 上記弁本体に装着され、弁本体に関して限定さ
   れた軸方向の浮動運動をする、流通路と実質的に
   同軸的に配置された少なくとも１個の弁座からな
   り、 該弁座は上記弁素子の一側に係合する実質的に
   軸線方向を向いた接触面を有する弁座本体からな
   り、 上記接触面が半径方向の内方端と外方端の中間
   に環状溝を有し、 弁座本体はさらに、上記環状溝と連通し、該環
   状溝から外方へ該弁体の半径方向の外周まで延び
   る連通手段を有する。 ゲート弁組立体。 １５ 前記弁座本体が実質的にスリーブ状の部分
   と、該スリーブ状部分の一端から半径方向外方に
   延長する環状フランジとを有し、前記接触面がス
   リーブ状部分の上記一端とフランジの隣接面によ
   つて形成され、スリーブ状部分の他端が弁本体に
   装着されている特許請求の範囲第１４項に記載の
   ゲート弁組立体。 １６ 前記弁座と弁本体の間の封鎖係合のため
   に、環状溝から軸方向外方に突きでた環状封鎖手
   段を有し、該環状溝の直径が封鎖面の直径より少
   さい特許請求の範囲第１５項に記載のゲート弁組
   立体。