JPH0351940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバタフライ弁に関し、そして更に詳細
には新しい、且つ改良された、高圧、高性能バタ
フライ制御弁に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 典型的に、バタフライ弁は、１部分球形の周辺
部を有しているデイスクの形のベーンを具備して
いる。このデイスクは、弁ハウジングの流路内に
回転可能に取付けられており、これによつてベー
ンの周辺部は、弁を閉じるためにハウジングの内
面に係合するように回転されることができる。弁
を開くために、ベーンの周辺部がその周辺部の周
りに流体の流れを許容するためにハウジング表面
から変位されるように、ベーンが軸によつて軸線
の周りに回転される。ベーンの回転の開始中、初
期の流体の流れは、２つの三日月形の流れであ
り、１方は下流に回転したベーンの周辺部の周り
であり、そして他方は上流に回転したベーンの周
辺部である。

各々の三目月形の流体の流れの特性は、回転に
よるベーン位置の小さい角度変化が流れ領域の比
較的大きな変化となることである。従つて、特に
ベーン回転の低い角度領域中、流体の流れ特性を
正確に制御することはかなり難かしい。流体制御
の不足は多くの低圧力バタフライ弁用に対して重
要ではないが、それはいかなる高圧力及び／又は
高性能流体制御にも使用する場合には重要であ
る。この理由のために、従来のバタフライ弁設計
では、一般的に高圧力及び重大な、高性能環境に
使用するために考えられてこなかつた。

バタフライ弁ベーンの低角度回転中、流体の流
れ制御を改良する１つの従来の提案の例が米国特
許第3677297号に見い出される。米国特許第
3677297号の開示によれば、１対の凹部が２つの
対称的な、直径方向に対向した半円形の突起を規
定するためにベーン内に形成されており、１方は
上流の回転方向に延びており、そして他方は下流
の回転方向に延びている。複数の流体制御の流れ
通路は、各々の突起内にベーンの外方周辺部から
相補的な凹部に延びている各々の制御通路を備え
ている。弁の作動において、ベーンは従来のバタ
フライ弁の設計における如く回転される。しかし
ながら、ハウジング表面からのベーン周辺部の変
位前に、突起の流体制御の流れ通路は流体の流れ
に露出される。従つて、ベーンの第１の所定の回
転角度中、バタフライ弁を通る初期の流体の流れ
は、複数の流体制御の流れ通路のいくつか又はす
べてを完全に通る。最初の所定の角度回転後、周
辺部において形成された突起の外縁は、弁ハウジ
ング表面を通りすぎ、そして更に流体の流れ特性
は、従来のバタフライ設計の広い角度作動におけ
ると同様である。

問題点を解決するための手段 本発明の主たる目的は、重大な、高性能及び／
又は高圧力用に使用するのに適した新しい、且つ
改良された高性能バタフライ弁を提供することで
ある。一般的に、本発明は、下流のオフセツト軸
と、低角度作動中、すぐれた流体制御によつて全
開弁の流体の流れを最大にするための非対称の上
流及び下流の突起とを含んでいる新規なベーン形
状を具備している。オフセツト軸はベーン周辺部
と弁体の内壁との間の非常に有効な漏れのないシ
ールを容易にする。軸がベーンから下流であると
き、軸によつて発生されたトルクは、より安定な
弁制御を提供するために弁開放中、均等な割合で
増加する。更に、軸のオフセツト配置方向は、ベ
ーンが全開位置にあるとき、明らかな如く、流体
の流れに対して最低の障害を与えるために下流に
延びている突起と協働する。

本発明の重要な特徴によれば、ベーンは２つ
の、直径方向に対向した、全体的に半円の突起を
含むように形成されており、１方は流体の流れの
上流方向に延び、そして他方は流体の流れの下流
方向に延びる。２つの突起は相互に対して非対称
であり、且つ各々に複数の流体の流れ通路が設け
られている。流体の流れ通路は各々、ベーン外方
周辺部から相補的な（complementary）突起の
内径まで延びるように配置されている。この方法
では、ベーンの第１の所定の回転角度中、弁を通
る初期の流体の流れは、単に通路を通るのみであ
る。このような配置は、非常に減少した弁ノイズ
及びキヤビテーシヨンにより低角度作動中最大の
流体の流れ制御を容易にする。

本発明の重要な教示によれば、非対称の突起
は、上流に延びている突起が、スムースな、ほぼ
平らな上流の殆んどの表面を有する流線形状に形
成されており（ベーンが全閉位置にあるとき）そ
して下流に延びている突起が、上流に延びている
突起に比べて延長部の長さにおいてより大きいよ
うに配置される。弁の作動中、ベーンは、上流に
延びている突起が下流の方向に回転され、そして
この逆も同じように回転される。従つて、ベーン
の周辺部が内部弁体壁に対して回転されるに従つ
て、下流に延びている突起の流体通路は、流体の
流れが各々の通路のベーン周辺部開口から各々の
通路の突起内径開口に存在するようになつてい
て、壁からベーン周辺部の変位前に流体の流れに
露出される。逆に、壁からベーン周辺部の変位前
に、上流に延びている突起の流体通路は、流体の
流れが各々の流れ通路の内径開口から各々の通路
の周辺部開口に存在するようになつていて、流体
の流路に露出されている。

下流に延びている突起のより大きな比較的長い
延長部によつて、多数の流体の流れ通路がそこを
通り形成されることができる。例えば、２つの周
辺で間隔をへだてた列の通路は、ベーンの上流に
回転される、部分的に球形部分の部分的球形な周
辺部に形成されることができる。従つて、全流体
の流れは、重要な低角度流体の流れ制御を提供す
るために、ベーンの十分な全所定の回転角度範囲
に対して下流に延びている突起の通路を通り流れ
ることができる。弁作動の反対の終りにおいて、
即ち、ベーンが全開位置にあるときに、下流に延
びている突起は、流体の流れに対して最小の流線
障害（streamline obstruction）を与えるために
下流のオフセツト軸の幾分下方に引つ込んでお
り、これによつて流体の流れの全開率（full
open rate）を最大にする。

ベーンの反対側において、上流に延びている突
起は下流の方向に回転され、そして上流に延びて
いる突起の通路を通る流体の流れは、弁ハウジン
グ壁からベーン周辺部の変位前に、通路の周辺部
開口からの流体出口となる。本発明の好ましい実
施態様の以下の詳細な説明で明らかな如く、ベー
ン周辺部及び上流に延びている突起の周辺部開口
は、ベーンの低角度回転中、弁ハウジング壁の内
面にきわめて接近するように配置されている。ベ
ーン周辺部と弁ハウジング壁表面との間の接近は
固有の流体の周辺の出口と共に、ベーンの下流に
回転される部分を通る低角度流体の流れの制御に
貢献することが発見された。その結果、上流に延
びている突起は、上述の如く、下流に延びている
突起の延長長さよりもかなり少い延長長さを有す
る流線形状に形成される。ベーンの下流に回転さ
れる周辺部は、相補的な突起の流線形状により上
流に回転される周辺部の変位の十分前に弁ハウジ
ング壁から変位される。

従つて、前述の第１の所定の回転角度後、上流
に回転される周辺部を通る流れのみが、第２の所
定の回転角度に対して（即ち、上流の周辺部が弁
ハウジング壁から変位されるまで）単に流れ通路
を通る。にもかかわらず、弁ハウジング壁及び密
接する周辺部による流れ制御の発見された貢献
は、下流に延びている突起の比較的長い延長長
さ、又はそこを通り形成される余分な流体通路を
必要とせずにベーンの下流に回転される部分の周
りの重要な低角度流体の流れ制御となる。この発
見は上流に延びている突起の流線形状及び平らな
表面に有効に利用され、これによつて、全開ベー
ン位置において、流線形の突起は流体の流れに対
して最小の障害を提供する。

従つて、本発明によつて教示された新規なベー
ン構造体は、高圧力及び高性能用に適した重要な
改良されたバタフライ弁作動を提供する。下流に
オフセツトした軸及び非対称な突起は、全開位置
にあるとき流体の流れに対して最小の障害である
ベーン形状を提供しながら、確実な低角度流体制
御を与える。流線形の、上流に延びている突起
は、第１の所定のベーン回転角度中、流体の流れ
を制御するために流体制御通路に利用し、そして
その後第２の所定のベーン回転角度中、適切な流
れ制御を維持するために弁ハウジング壁、密接し
たベーン周辺部及び周辺の流体出口の流れ制御効
果を追加的に利用している。ベーンの反対側にお
いて、下流に延びている突起の比較的長い長さの
延長部及び付加的な流れ通路が全第１及び第２の
所定のベーン回転角度中、適切な流れ制御を提供
する。流線形の突起及び軸と下流に延びている突
起との間の有利なオフセツトした幾何学的配列を
含むベーンの全体形状は、弁の全流体の流れ容量
を最大にし、そしてベーンの周りの乱流の如き望
ましくない効果を最小にするために流体の流れに
対して全体的に流線形の全開ベーンを提供する。

本発明の上記及び他の特徴と利点のよりよい理
解のために、本発明の好ましい実施態様の下記の
詳細な説明及び添付図面を参照すべきである。

実施例 図面を参照すると、そして初めに第１図を参照
すると、バタフライ弁が全体的に参照番号１０に
よつて示されている。この弁が、円筒状の弁体１
２と、軸１５を回転可能に支持するために弁体１
２と一体の軸支持構造体１３，１４とを具備して
いる弁ハウジング１１を含んでいる。第４図に例
示された如く、軸１５は構造体１３，１４によつ
ていづれかの端で支持されており、且つ弁体１２
の内部流れ領域２５を完全に通つて延びるように
配置されている。更に、軸１５の右端は、作動器
に連結するために構造体１４を越えて延びてお
り、これによつて軸は、当技術において公知の如
く（特に例示しない）、時計の針の方向又は反時
計の針の方向のいづれかに作動ストロークを介し
て回転するように選択的に制御されることができ
る。

有利には、一連のシーリングリング１６が、流
体の漏れを防ぐために構造体１４の内部表面と軸
１５との間に取付けられている。シーリングリン
グ１６は、ナツト１８及びボルト１９の配置によ
つて構造体１４にボルト止めされている端部キヤ
ツプ１７によつて構造体１４内にしまい込まれ、
且つ圧縮される。追加的な端部キヤツプ部材２０
は、弁ハウジング１１を閉じ、且つ密封するため
に適切なボルト２１によつて軸支持構造体１３の
開放端にボルト止めされている。

本発明によれば、部分的に球状の外方周辺部２
３を含んでいる新規な円形ベーン（vane）２２
は、弁体１２内で回転するために軸１５上に固定
的に締めつけられている。第２図に例示された如
く、軸１５はベーン２２を支持しており、これに
よつてベーン２２の全外方周辺部２３は、弁体１
２の内部円筒状表面２４の部分とシールされた関
係にある。この位置において、ベーン２２は、弁
１０を閉じるために弁体１２の流れ領域２５を完
全に塞ぐ。従来のバタフライ弁作動によれば、作
動器（特に例示しない）が軸１５を回転するため
に作動され、これによつてベーン２２の周辺部２
３は内部表面２４から変位される。軸１５は1/4
回転、即ち90度の回転までベーンを回転すること
ができる。

90度の回転において、軸１５に垂直なベーン２
２の直径は、流体の流れ方向２６とほぼ平行に延
びている（第６図参照）。この位置において、弁
１０は全開放位置にある。しかしながら、弁１０
は今や全開位置にあるが、ベーン２２は、なお弁
体１２の流れ領域２５内にあり、従つて流体の流
れに対して障害を提供すると理解されるべきであ
る。このような弁の障害は、バタフライ弁設計に
関して固有の問題であり、そして、明らかである
如く、低角度（low angle）回転流れ制御を達成
しながら、ベーンの流れ障害効果を最小にするベ
ーンの形状を提供するのが本発明の主たる教示で
ある。

本発明によれば、ベーン２２は軸１５上に取付
けられ、これによつて軸１５はベーン２２の周辺
部分２３から下流の方向にオフセツトされている
（第２図で明らかな如く）。更に、ベーン２２は、
各々がベーン２２の直径方向に対向した約180度
の部分に亘り延びている非対称な上流及び下流に
延びている半円形の突起２７，２８を含むように
形成される。上流に延びている突起２７は、ベー
ン２２の上流面３１の方に徐々に下方にテーパー
がついている３０の平らな、スムースな上流の最
頂部表面２９（第２図で明らかな如く）を含んで
いる全体的に流線形の形状である。第３図及び第
６図によつて示された如く、上流に延びている突
起２７は、全開ベーン位置に90度まで下流方向に
回転され、これによつて面３１、テーパー付き表
面３０及び突起２７の平らなスムースな表面２９
は、流体の流れに対して、スムースな、流線形
の、そして乱流のない障害を与える。

本発明の低角度回転流れ制御特徴によれば、以
下により詳細に記載されている如く、上流に延び
ている突起は、一連の流体流れ通路３２を備えて
いる。流れ通路３２の各々は、流体の流れの方向
にほぼ平行に延びるように配列されており（第６
図に例示された如く）そして上流に延びている突
起２７のテーパー付き表面３０上の開口と、部分
的に球状のベーン周辺２３部上の周辺開口とを含
んでいる。勿論、全開位置（第６図）において、
流れ通路３２はベーン２２の障害量を減少する働
きをし、そして更に各々の通路３２の上流に向け
られたテーパー付きの表面開口から各々の通路３
２の下流に向けられた周辺開口へ流体の流れを順
応することによつてベーン２２の障害効果を最小
にする。

ベーン２２の下流の面３３上において（第２図
参照）、下流に延びている突起２８は、上流に延
びている突起２７の延長長さ（length of
extension）よりも比較的大きい延長長さに形成
されており、これによつて２つの周辺において間
隔をへだてた列の流れ通路３４が低角度流れ制御
のために形成されている。流れ通路３４の各々
は、ベーン２２の部分的球形の周辺部２３上の開
口と、突起２８の反対の表面３５上の開口とを含
んでいる。再び第６図を参照すると、ベーンが全
開位置にあるとき、突起２８は上流方向に回転さ
れ、これによつてベーン２２の面３３の周りの流
体の流れは初めに突起２８の周辺端に遭遇する。
２列の流れ通路３４はそこを通る流体の流れに順
応することによつて突起２８の障害量を減少する
働きをする。更に、本発明の特定の特徴によれ
ば、流れ通路３４は、流体の流れ２６の方向に対
して僅かに上向き角度に延びるように配置されて
おり、これによつて全開位置において通路を通る
流れは、オフセツト軸１５の周りの乱流を最少に
するように上方に導かれる。ベーン２２の面３３
はまた、軸１５の周りに更に乱流のない層流を与
えるために軸１５のいづれの側からもテーパーが
つけられている。本発明の更に他の特徴によれ
ば、突起２８は、弁２２が全開位置にあるとき
（第６図参照）、乱流を最少にし、且つ全開位置に
あるときベーン２２の面３３を横切るスムースな
流体の流れを促進するために、追加的な手段とし
て、軸１５の下方にオフセツトされている。

従つて、本発明のベーン形状の教示によれば、
ベーン２２の全開障害及び乱流の影響は、重要な
（significant）低角度回転流体制御（low
anglerotation fluid control）のために周辺の流
れ通路３２，３４を提供しながら最低の実施可能
な限界まで減少される。次に第３図を参照する
と、軸１５がベーン２２を時計の針の開放方向に
回転するために作動されるに従つて、周辺部２３
は弁体１２の部分２４に対して動かされる。周辺
部２３を部分２４とのシール関係から変位する前
に、突起２７，２８の流れ通路３２，３４は徐々
に流体の流れに露出される。本発明の好ましい実
施態様では、ベーン２２は、流れ通路３２，３４
のいくらかが流体の流れに露出される前に約５度
乃至６度回転される。約５度乃至６度の回転にお
いて、通路３２のすべて及び通路３４の第１の列
がほぼ同時に流体の流れに露出され始める。全流
体の流れは、約11度の回転まで、約５度乃至６度
の回転により通路３２及び第１の流れ通路３４を
通過する。更に、流体の流れの容積は、通路３２
及び通路３４の第１列がベーン２２の回転によつ
て全流体の流れに徐々に露出されるに従つて、
徐々に、且つ制御可能に増加する。約11度の回転
において、突起２７の周りの周辺部２３は、丁度
弁体１２の部分２４を通過し、そして通路３４の
第２列が流体の流れに露出され始める。

その後、ベーン２２の更にそれ以上の回転は、
完全に露出された通路３２及び通路３４の第１列
を通る存在する流れと、通路３４の第２列の徐々
の露出と、突起２７の周りの変位され、下流に回
転された周辺部２３の周りの増加する流れとによ
つて更にそれ以上の徐々の、且つ制御された流体
の流れの増加となる。上述の如く、突起２７に隣
接する周辺部２３は、弁ハウジング１２の内壁３
６にきわめて接近している（約0.061インチ（約
1.55mm））。更に、通路３２を通る流体の流れは、
その周辺の開口において通路３２を出て、そして
密接した内部壁３６の方に流れる。壁３６と周辺
部２３との間の近接は、通路３２からの周辺の流
体の出口と一緒に、固有の流れ制御となり、これ
によつて突起２７の周りの固有の制御及び流体の
流れに対する流れ通路３４の第２の列の徐々の露
出は、ベーン２２の約11度の回転から約17度へ更
にそれ以上の低角度流れ制御を提供する。

約17度の回転において、突起２８の周りの周辺
部２３は、表面２４を通過し、そしてベーン２２
の90度の回転まで更にそれ以上の流体の流れの増
加は、ベーン２２の周辺部２３の上流に回転され
た部分と下方に回転された部分の双方の周りの増
加した流れに起因する。しかしながら、約17度の
回転及びそれ以上において、臨界流量（critical
flow）要件に順応するのに十分な直線性が回転
度と流量増加との間にある。第７図に例示された
如く、流れ通路３２，３４の複合効果及び突起２
７の周りの周辺部２３と内壁３６との間の近接に
よる固有の流れ制御並びに周辺流体の出口は、流
体の流量増加と回転度との間に高度な直線関係を
生ずる。第７図は本発明によつて作られた６イン
チ（約152.4mm）部類の150／300弁試作品に関す
る実験的テスト結果を含み、そしてベーンの回転
度対Cvをプロツトしている。

Cvは標準弁工業測定の流量であり、そして下
記の式により計算される。

Cv＝Ｑ この場合：Ｑ＝gpm（14分間当りのガロン） ｐ＝Ｐ 上流−Ｐ 下流^-（弁ハウジング を通る圧力降下） ｇ＝定数（比重、室Ｔにおける水に対して１） 第７図に示された試験結果において明らかに示
された如く、低角度の、高度に重要な初期の流体
の流れ段階の弁作動においても、高角度（high
angle）作動においても、ベーン回転によつてか
なりの程度の直線性、従つて流量増加に関する制
御がある。その後、弁２２が全開90度の方位の方
に回転されるに従つて、流線形の突起２７及び突
起２８と軸１５との間の幾何学的オフセツト関
係、並びに通路３２，３４の通路を通る流体の流
れは、最少の乱流であつて最大の全流量を供給す
るベーン形状を提供する。

再び第２図を参照すると、ベーン２２が閉じた
位置にあるとき、漏れのないシールが周辺部２３
と壁部分２４との間に維持されることが重要であ
る。シールの完全性を保証するために、本発明の
環状シール要素３７は、ベーン周辺部２３が実際
のシールを形成するために部分２４に最も接近し
ている位置において、弁壁３６の部分２４の周り
に周辺に取付けられている。シール要素３７は、
以下により詳細に記載されている如く、所定の横
断面に形成されており、且つ弁体１２内に形成さ
れた凹部３８と、環状保持要素３９との間に取付
けられており、この環状保持要素３９は、ねじボ
ルト（図示せず）の如き任意の公知の適切な手段
によつて弁体１２に締め付けられている。第５図
の詳細図に明らかに例示されている如く、保持要
素３９及び凹部３８は、シール要素３７の所定の
横断面に全体的に一致しているシール封じ込めチ
ヤンバを規定している。シール要素自身は、３つ
の１体な部分、、に関して記載されること
ができ、これ等の３つの部分、、は、相互
に対して、且つベーン周辺部３３に対して有効な
シールを提供するために、凹部３８及び保持要素
３９によつて規定されたチヤンバに対して寸法が
定められている。同時に、シール要素３７の所定
の横断面は、圧力の有害な影響が最少にされ、こ
れによつてシールの作用寿命を大きく増加するよ
うに流体圧力の広範囲に亘つて漏れないシールを
提供する。

シール要素３７において具体化された本発明の
構想によれば、流体圧力は、要素３７の３つの明
らかに規定された、別々の圧力範囲の作動段階を
通じてシール要素３７によつて保持される。好ま
しい実施態様において、シール要素３７は、それ
ぞれ保持要素３９と凹部３８内に形成された鋸歯
状の縁４１，４２に一致する第１の部分の表面
４０を備えたEPTテフロン材料（いかなる補助
的なスプリング部材又はガラスを充填した内部メ
ンブランもない）を具備しており、これによつて
要素３７は封じ込めチヤンバー内に確実に取付け
られる。表面４０及び鋸歯状の縁４１，４２はま
た、弁体１２の外側への漏れに対する有効なシー
ルを提供する。第１の部分は、第２の部分と
一体であり、この第２の部分は、第１の部分
及び第３の部分に関して、上流の流体の流れ方向
に延びている。第３の部分は第２の部分の下部
端と一体であり、且つベーン２２の周辺部２３と
シーリング接触するために流れ領域２５内に下方
に延びている。理解される如く、部分の下部端
は、P1点からP2点に要素３７と周辺部２３との
間に有効なシールを提供するために周辺部２３の
部分的球状輪郭に一致されている。更に、部分
は、漏れないシールを形成するために周辺部２３
上に半径方向の圧縮を与えるのに十分な量だけ流
れ領域２５内に延びている。

上記の如く、及び第５図に例示された如く、か
み合い面４０、及び鋸歯状の縁４１，４２は、Ａ
点からP1点とP2点との間のシーリング表面に外
方に向いたシール要素３７を不動に支持する。Ａ
点はまた初期のピボツト点であり、その周りにシ
ーリング表面（P1−P2）は旋回し、且つ自由に、
有効的にベーン周辺部２３に接触することができ
る。１段階（stage one）作動モードは、0PSIG
から約100PSIG（約０から約6.8Kg／cm²）までの流
体圧力範囲の間第５図に示された如きシールの配
置方向を意図している。シール要素３７に対する
唯一の接触位置は、かみ合い表面４０，４１，４
２であり、P1点とP2点との間のベーン周辺部２
３を備えている。シール要素３７は、周辺部分２
３の半径方向の圧縮が低圧力状態にあるシール流
体に十分であるように、寸法を合わされる。

低圧力段階１の作動モードにおけるシール３７
上の応力（stress）及び歪み（deflection）は、
ウイルリアム グリフエル（William Griffel）
による応力・歪公式のハンドブツク（ニユーヨー
ク：フレデリツク アンガ（Frederick Ungar）
出版社、1966年、引用によつて明らかに本発明に
含まれる）の第173頁乃至第174頁に述べられてい
る平板式の表面における垂直な歪み及び単位応力
を適用することによつて概算されることができ
る。シール要素３７の段階１のモードに適用する
とき公式に従つて計算に使用される定数は、表１
（第175頁）の荷重６の場合から決定される（同心
の穴を有する円板−外部縁固定及び支持、全実表
面上に均等荷重）。

本発明による試作シール要素は、前述の６イン
チ試作弁に関連して使用するために構成された。
試作シール要素は、引張り強さ4000psi（約272
Kg／cm²）、10×10⁴に等しい引張り弾性率、及び
400％に等しい引張り伸び率（tensile
elongation）を有するEPTテフロンから作られ
た。更に、試作シール要素は、厚さ0.156インチ
（約４mm）、5.643インチ（約143mm）に等しい内径
（P1乃至P2に対し）そして6.388インチ（約162
mm）に等しい外径（固定点Ａに対し）を有してい
る。表１の６の場合（case6）に従つてグリフエ
ル公式（Griffel formulas）を適用することによ
つて、上記のシールの値及び寸法を用い、圧力
100psi（約6.8Kg／cm²）の下で作動したとき、試作
シールの最大垂直歪は0.0095インチ（約0.24mm）
そしてシールの外縁における最大応力は1889psi
（約129Kg／cm²）であることが決定された。

弁の作動環境が100psi（約6.8Kg／cm²）と500psi
（約34Kg／cm²）との間の圧力取合せ
（arrangement）以内にあるように変化されると
き、流体圧力は、シール要素３７をＢ点において
支持表面４０と接触するように押す。従つて、シ
ール要素３７は、もはやＡ点からP1点乃至P2点
まで支持されないのではなく、Ｂ点において加え
られた支持表面４０からのいくらかの支持を有し
ている。Ｂ点に導入された支持は高い流体の圧力
環境によつてＡ点における応力の増加を妨げる傾
向にある。シール要素３７が支持表面４０と接触
するとき（即ち、100psigから500psigの圧力範
囲）、それは本発明の構想によつてもくろまれた
ステージ２の作動モードにある。

第２のモードの作動中、シール要素３７上の真
の作用応力の合理的な近似値は、表１の６の場合
及び13の場合（両縁固定、平衡荷重（ピストン））
の各々から計算した応力の平均をとることによつ
て見い出されることができる。このような近似値
は、堅固に固定されることと、自由に支持される
こととの部分路（part way）となる点Ｂと考え
ることができる。500psig（約34Kg／cm²）で作動さ
れた試作シールに対する６の場合及び13の場合の
計算は（シールに対するすべての弁及び寸法は、
６インチ（約152.4mm）であると考えられる外径
（Ｂ点に対し）を除き段階１におけると同じであ
り、そして公式は表１の６の場合及び13の場合に
従つて一定である））６の場合に最大歪み0.0116
インチ（約0.3mm）及び外縁における最大応力
942psi（約64.1Kg／cm²）そして13の場合最大歪み
0.0065インチ（約0.165mm）及び最大応力1345psi
（91.5Kg／cm²）（外縁において）を示した。

従つて、段階２の作動モードの高圧力環境はシ
ール要素３７を支持表面４０と接触して旋回する
ことによつて凹部３８及び保持要素３９によて規
定されたシール封じ込めチヤンバに対して勿論異
なる幾何学的方位をとらしめる。シール要素３７
及び堅く固定された追加的な部分、Ｂ点において
導入された部分的に自由に支持されたシール保持
の新しい方向づけ（reorientation）は、Ａ点か
らＢ点への外径寸法を減少することによつて、そ
して６の場合から６の場合と13の場合との平均ま
でグリフエルの場合の近似値を変化することによ
つてシール要素３７への応力の影響を有利に変化
する。従つて、シール部材の外縁上の最大応力
は、シール要素３７が新たな方向づけを生じない
ときに導入される応力以下のレベルに保持され
る。

シール要素３７の第３の作動モードは、作動環
境が500psig（約34Kg／cm²）以上の流体圧力を含む
ときに生じる。このような高圧力作動において、
流体圧力はシール要素３７を更に、シール要素３
７の上流に延びている部分がＣ点において保持
要素３９に接触するまで更に歪める。この方向に
おいて、シール要素３７はP1点及びP2点におい
て、且つＤ点において（第５図参照）堅く保持さ
れると考えることができる。従つて、シール要素
３７はこのとき有効な外縁直径（Ｄ点に対して）
を有しており、それは、高圧力環境によつて生じ
たシールへの減少した応力効果となる段階１の作
動モード（Ａ点に対して）の外縁直径よりもかな
り小さい。更に、Ｄ点における不動の支持並びに
Ｂ点においてシールに加えられる連続保持は、純
粋な場合13の状態（ブリフエルハンドブツクの第
１表）としてシール上に応力分布を与える。上記
の試作シールでは、第３の作動モードにおけるシ
ール要素３７は、5.925インチ（約150.5mm）の外
径（Ｄ点に対して）有しており（段階１（Ａ点に
対し）のとき6.388インチ（約162.2mm）そして段
階２（Ｂ点に対し）のとき6.0インチ（約152.4
mm）に対立するものとして）、13の場合、750psig
（約51Kg／cm²）の圧力作動において最大歪み0.006
インチ（約0.15mm）そして最大応力1268psig（約
86.3Kg／cm²）となる。

従つて、シール要素３７で具体化された本発明
によれば、３つの別々の圧力範囲の作動モード
は、固有的に、且つ自動的にP1点及びP2点によ
つて規定されたシーリング表面の方に内側にシー
ル保持点（外径）を動かすためにシール封じ込め
チヤンバに対してシールを方向づけする。これ
は、流体の圧力及びシールへの応力の影響を実際
に最小範囲に制限しながら、ベーンの外部周辺の
周りに漏れないシールを形成する結果となる。シ
ール作動の種々の圧力範囲に亘つて、比較的低い
応力は、シールの摩損及びコールドフローを最小
にして、長い、有効なシールの使用寿命を達成す
る。重要なことは、シール要素３７は、ベーンに
半径方向の圧縮を与えるために寸法の安定のため
のガラスを詰めた内部メンブラン又は追加的なス
プリング要素を使用することなく作動可能であ
る。

本発明は、最小の乱流を有しており、最大の全
開流量で作動可能であり、且つ更に、低角度作動
中高度の流体制御を与える1/4回転弁を提供する。
従つて、比較的低コストで、簡単な構成であり、
そしてバタフライ弁設計において固有の作動の容
易さが、臨界高性能環境において適用され、且つ
利用されることができる。非対称のベーンの突起
は、全開作動中、ベーンの障害の影響を最小にす
るために、流線形のベーン形状を許容しながら、
高度の流体の流れ制御を提供するために、ベーン
の下流に回転される部分に隣接して発見された固
有の低角度流体制御を完全に利用している。

本発明の上記の好ましい実施態様は、本発明の
明らかな教示から逸脱することなく、当業者によ
つていくつかの変更ができるので、単に代表的で
あることを意味している。従つて本発明の範囲を
決定するとき添付の特許請求の範囲を参照しなけ
ればならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によつて作られた高性能バタ
フライ制御弁の正面平面図である。第２図は、ほ
ぼ２−２線に沿つて見たときの第１図の弁の側部
分横断面図であり、そして閉じた位置におけるベ
ーンを例示している。第３図は第２図に示された
如き弁の追加の側部横断面図であり、そして第１
の所定の角度回転後のベーンを例示している。第
４図はほぼ４−４線に沿つて見たときの第１図の
弁の、部分的断面の底部図である。第５図は第２
図に例示された弁シール要素の分解組立詳細図で
ある。第６図は第２図に示された如き弁の更に他
の側部横断面図であり、そして90度（全開弁位
置）回転後のベーンを例示している。第７図は本
発明による弁の実験的テスト結果で 試験品目 ６インチバタフライ 製作所 コーペス・ブルカン 試験者 ジエイ・ピー・チユリス 試験日 1984年７月 オタワ水研究所 オタワ国立大学財団 ロガン・オタワ8432213 をその細目とする図である。 １０…バタフライ弁、１１…弁ハウジング、１
２…弁体、１３，１４ぷ軸支持構造体、１５…
軸、１６…シーリングリング、１７…端部キヤツ
プ、２２…ベーン、２３…周辺部、２７，２８…
突起、３２，３４…流れ通路、３７…シール要
素、３８…凹部、３９…保持要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高性能バタフライ制御弁において、 (a) 弁ハウジングと、 (b) 該弁ハウジング内に取付けられているデイス
   ク形状のベーンとを具備しており、 (c) 該ベーンは90゜まで回転可能であつて、該ベ
   ーンの円周方向周辺部は回転ゼロのとき、該弁
   ハウジングとシールされた関係にあり、 そして、該ベーンは90゜回転したとき、該弁
   ハウジング内を通る流体の流れの方向にほぼ平
   行となるように構成されており、 (d) 該ベーンが回転ゼロの状態において、ベーン
   回転軸より下方にある該ベーンの上流方向周辺
   部には、上流方向に向けて第１の突起が形成さ
   れており、 一方、該ベーン回転軸より上方にある該ベー
   ンの下流方向周辺部には、下流方向に向けて第
   ２の突起が形成されており、 (e) 該第１の突起は、該第２の突起の延長部の長
   さよりも短い延長部の長さを有しており、且
   つ、流体の流れに対して全体的に流線形のスム
   ースな輪郭の形状に形成されており、 (f) 該第１の突起には、該ベーンが90゜回転した
   とき、流体の流れ方向にほぼ平行に延びるよう
   な複数の第１の流体制御通路が設けられてお
   り、 該第２の突起にも、流体の流れ方向にほぼ平
   行に延びるような複数の第２の流体制御通路が
   設けられており、 (g) 該ベーンは、該第１の突起が下流方向に、ま
   た、第２の突起が上流方向に移動するように選
   択的に制御されながら回転する、 ことを特徴とする高性能バタフライ制御弁。 ２ 更に、 (a) 該第１の流体制御通路が単一の列で該第１の
   突起に沿つて延びており、そして (b) 該第２の流体制御通路が、間隔をへだてて２
   列に配列されており、該各々の列が該第２の突
   起に沿つて延びている特許請求の範囲第１項記
   載の高性能バタフライ制御弁。 ３ 更に、 (a) 該デイスク形状のベーンが選択的に回転可能
   な軸に取付けられており、そして (b) 該選択的に回転可能な軸が、該ベーンの回転
   ゼロの状態において、下流方向に該デイスク形
   状のベーンからオフセツトしている特許請求の
   範囲第１項記載の高性能バタフライ制御弁。 ４ 更に、該第２の突起の最外方端部分は、該デ
   イスク形状のベーンが90度回転した状態におい
   て、該選択的に回転可能な軸より下方に引つ込ま
   されている特許請求の範囲第３項記載の高性能バ
   タフライ制御弁。 ５ 更に、該第２の流体制御通路の各々は、該ベ
   ーンが90度回転した状態において、流体の流れの
   方向に沿つて僅かに上向き角度に延びるように配
   置されており、これによつて該第２の流体制御通
   路を通る流体の流れが、該選択的に回転可能な軸
   の上方に導かれる特許請求の範囲第４項記載の高
   性能バタフライ制御弁。