JPH0448989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転弁に関し、即ち回転可能な閉止要
素が弁体によつて形成された流路内に取付けられ
ていて、弁体がその開閉位置の間で回転できるよ
うになつている弁に関する。このような弁の例は
バタフライ弁即ちデイスク弁、球形弁、プラグ弁
及び類似のものである。流体流路を形成するこの
ような組立体の弁体は、特定的なバタフライ弁即
ちデイスク弁の場合には、弁が閉じられたとき流
体の漏洩に対してシールするため典型的にデイス
クの周辺に係合可能である環状シート即ちシール
を備えている。いくつかの場合では、この弁シー
トはエラストマーそして／あるいはポリマー材料
で形成されることができるが、例えば弁が使用さ
れるべき化学的そして／あるいは温度環境のた
め、金属シートあるいは金属シールを使用するの
が好ましい。如何なる場合でも、このようなシー
トは弁が開いているとき流路内へ半径方向内方に
僅かに全体的に突出しており、弁が閉じられたと
き、シートはデイスクと共に気密シールを形成す
るようにデイスクによつて半径方向外方へ膨脹す
るようになつていなければならない。更に、且つ
恐らくより重要なことであるが、弁が閉じられた
とき、デイスクは圧力が増加するとき、軸線方向
に移動する傾向があり、そしてシートはまた流体
シールを維持している間この運動に適応すること
が重要である。弁要素及び弁体が異なる速さで熱
膨脹を受けると、シートはこのような膨脹によつ
て生じた相対的運動に適応できなければならな
い。シートはまた弁が再び開かれたときシートは
その最初の位置をとり、次に弁が閉じられたとき
シールが再び気密シールを形成するように「復元
性」を備えていなければならない。

金属弁シートは典型的に前記の復元性を与える
傾向があるいくらかのばね特性を有している。し
かし、殆んどの場合、このシートのこれ等の固有
特性を補足する必要がある。過去においては、ば
ねがこの目的のため使用されていた。例えば、復
元性を与えるため、コイルばねがシートあるいは
そのシーリング部分に対して全体を囲むように配
置された。

このような従来の装置はいくつかの不利益を受
ける。例えば、高温で使用されるとき、従来のば
ねはばねの弾性を失いそして弁シートに対して復
元力を与えるその機能を正しく果さなくなる。な
お従来のばねを使用している間に、これ等の不利
益を克服する試みは更に装置の複雑化及び多大の
出費を生ずる結果となる。

本発明によれば、金属シーリング部分を有する
回転弁シートはシートのシーリング部分を囲む関
係に且つシーリング部分の半径方向外方に多重の
円周方向のより索（strand）材料の巻線を備えて
いる。これ等のより索は、閉止要素即ちデイスク
の閉じる位置への行程におけるいくつかの点にお
いて、デイスクがシートのシーリング部分及び囲
んでいる巻線を半径方向外方へ膨脹せしめるよう
に弾力性及び引張り強さを有する適切な金属で形
成されることができる。更にこのような膨脹は巻
線内に引張り応力を生ずる。この応力はシートの
膨脹を妨げる半径方向内方への力を生じ、そして
漏れのないデイスク対シートのシールを生ずるの
みならず、弁が開かれた時にシートのシーリング
部分をその最初の位置へ戻す。換言すると、上記
の巻線が復元力をシートに対して与える。この力
の分析は内圧力を受ける薄い圧力容器におけるた
が（hoop）応力に必要な力に非常に類似してい
る。

金属対金属シート弁においては、弁が閉じると
きシートの半径方向の膨脹量は非常に小さいこと
は注目に価する。更に金属シート本体が固有の可
撓性の薄い壁構造体で作られている場合、それは
デイスクが殆んど完全に閉じられるまでデイスク
運動に対して大きな抵抗を与えない。しかしなが
ら本発明の高張力巻線はデイスク行程の最後の２
度乃至３度の間に作用し、そしてそれ以上の半径
方向の膨脹量は極めて小さいけれども、その点に
おいて充分なデイスク／シートの中間面圧力を生
ずることができる。

より索からなる巻線は従来のばね型式の復元装
置に優る多くの利点を有している。これ等は構造
を簡単化し、弁シート自体以外の固定基準点を必
要とせずに、軸線方向の運動を許容し、且つ半径
方向にばねの力を与える。本発明の巻線は、従来
のばねがばねの弾性を失う高温度において復元力
手段として機能しつづける。更に１つの巻線の長
さはシートのシーリング部分の隣接部分の周囲に
等しいことは明らかである。従つて両者がほぼ同
じ速さで膨脹するように両者は類似の熱膨脹係数
の材料により形成されることができ、そして復元
巻線は高温において効果を保つている。ここで注
目すべき重要なことは、この巻線が軸線方向のシ
ート行程に対して抵抗することなく半径方向の力
を与えることである。従つて、増加するライン
（line）圧力はシーリング効果を高めるため可撓
性の薄い金属シートを付勢する（energize）のに
使用することができる。しかもなお巻線は半径方
向支持体を備えており、そしてこのような軸線方
向の運動により生じた半径方向のシートの膨脹の
方へのいかなる傾向をも妨げる。

本発明の他の顕著な特徴は、この巻線を同等の
機械的強度の先行技術のソリツドバツクアツプリ
ング（soled backup ring）と比較することによ
つて最もよく理解される。このようなリングはデ
イスクとシートとの間に点接触を生じ、半径方向
の膨脹は、バツクアツプリングの全能力によつて
接触点において（即ち、厳密に言えば、環状のラ
イン）妨げられる。他方において、本発明の多重
巻線は主要な領域に亘り薄い金属シートの形状に
順応しており、そしてデイスクが閉じた位置に接
近して、益々巻線が活動化される（activated）
と漸進的に増加するデイスク／シート中間面圧力
を提供する。更にこれはソリツドバツクアツプリ
ングに関連した引つ掛りの問題を除去し、そして
また弁閉止位置を確定するとき誤差に対するより
大きな余裕を与える。

本発明はまた、シートリング自身の形状の改良
を含む。弁要素即ちデイスクに接触する上述のシ
ーリング部分以外に、リングは弁体内にリングを
取付けるための半径方向の外方保持部分を含んで
いる。回旋状の半径方向のラン（convoluted
radial run）を含んでいるスペーサーがこれ等の
シーリング部分及び保持部分を相互に連結してい
る。半径方向のランにおける回旋は多くの利点を
提供し、これ等の利点の中には、シートが高圧力
においてつぶれる危険のない、比較的薄い且つ柔
軟に作られるという事実がある。他の利点はデイ
スク及び弁体の不均等な熱膨脹に適応するシート
の能力である。

シートのスペーサー部分はまたシーリング部分
と全体的に同一方向に半径方向のランから遠ざか
つて延びていて、しかも半径方向のランの両端に
軸方向のランを具備している。更に保持部分は２
つの部分の交差部分に旋回点（pivoting point）
を形成している。スペーサー部分の軸線方向のラ
ンから半径方向外方へ延びている。従つて許容さ
れた旋回作用によつてシートはシーリング効果を
失うことなく付加圧力の大きさそして／あるいは
方向の変化に適応して弁要素と共に移動すること
ができる。更にこの効果を高めるため、シートの
シーリング部分は、弁体の適切な形状によつて好
ましくは部分的に抑制しながら、制限された半径
方向の運動及び軸線方向の運動を許容する自由端
を有している。弁体はまた薄い金属弁シートの軸
線方向の運動及び半径方向の運動を更に制限する
ためのストツプ手段を備えることができる。

従つて本発明の主たる目的は回転弁組立体のた
めの改良された金属型シートを提供することであ
る。

本発明の他の目的はこのようなシートを内蔵す
る改良された弁組立体を提供することである。

本発明の更に他の目的はシートのシーリング部
分を囲んでいる関係にあるより索材料の多重の円
周方向の巻線によつて復元力が与えられるこのよ
うな弁組立体そして／あるいはシートを提供する
ことである。

本発明の更に他の目的は回旋状の半径方向のラ
ンを有する一体の、可撓性のシールリングを提供
することである。

本発明の更に他の目的、特徴及び利点は好まし
い実施態様の下記の詳細な説明、図面及び特許請
求の範囲によつて明らかとなるであろう。

本発明は特定的にバタフライ弁即ちデイスク弁
について記述されているが、これに限定しないと
理解されるべきである。本発明に記述された弁座
は、例えば、球形弁、プラグ弁等の如き回転可能
な弁閉止要素を有するいかなる弁組立体にも使用
されることができる。

最初に第１図を参照して説明すると、全体的に
環状体１２を有するバタフライ弁１０がそこを通
過する流体流路と共に示されている。弁体１２は
典型的には対向するパイプフランジ（図示せず）
の間に位置づけするようになつている。弁体１２
と一体に形成された円筒状ネツク１６が弁体１２
から外方へ延びている。ネツク１６上に形成され
たフランジ１８は作動器（図示せず）を弁１０へ
固定するための手段を設けている。ボス２０がネ
ツク１６の直径方向反対側に弁体１２から突出し
ている。

周辺シーリング面２３を有していてる流体制御
デイスク２２が流体流路１４内に旋回可能に支持
されており、表面２３はアールがつけられている
（radiused）。デイスク２２はネツク１６のボア２
６内に位置ずけされた第１弁棒２４（stem）及
びボス２０のボア３０内に位置づけされた第２弁
棒２８によつて支持されている。弁棒２４はピン
３４によつてデイスク２２へ連結されている。同
様に、弁棒２８はピン４０によつてデイスク２２
は連結されている。

弁棒２４はボア内にブツシング４２によつて軸
支されている。流体はパツキンリング４４によつ
てボア２６を通り弁１０からの漏れを防止されて
おり、このパツキンリング４４はパツキンググラ
ンド４６によつて所定の位置に保たれている。弁
棒２４の上方端は円形フランジ１８の上方に突出
しており、そして対向する平面４８が設けられて
おり、作動器によつて弁１０を開閉するデイスク
２２を回転するためのハンドルホイール、レンチ
あるいは他の装置を固定するための手段を設けて
いる。

弁棒２８はブツシング５０によつてボア３０内
に軸支されている。弁棒２８はまたその下方端か
ら突出している一体の短軸５２（stub shaft）を
有しており、この短軸はねじがきられていて、そ
して位置設定スリーブ（locator sleeve）５６内
のねじ穴５４に収容されている。位置設定
（locator）スリーブ５６はボス２０とカバープレ
ート５９との間に締めつけられたフランジ５８を
有していて、ボア３０内で位置設定スリーブ５６
の移動を防いでいる。位置設定スリーブ５６は弁
棒２４及び弁棒２８の軸線に沿つて正しい位置に
デイスク２２を維持する。図示の如く、位置設定
スリーブ５６はカバープレート５９により所定の
位置により固定されており、このカバープレート
５９はボルト８０を経てボス２０へ固定され、且
つフランジ５８を収容するため端ぐり（counter
bore）されている。

全体的に６０で示された、環状シートによつて
流体流路１４の周辺の周りに、デイスク２２と弁
体１２との間のシーリングが設けられており、そ
してこれについては以下に更に詳細に説明する。
シート６０は弁体１２の１方の面内の端ぐり穴
（counter・bore）７０内に位置づけされている。
弁本体１２以外に、組立体の弁体手段は、端ぐり
穴７０に対して全体的に対向している弁本体１２
の軸線方向の面へ任意の適切な手段で固定された
環状保持プレート７２を含んでいる。

第３図を参照して説明すると、シート６０及び
弁体手段のこれに関連した部分についてより詳細
に説明する。シートリング６０は回旋状の半径方
向のラン（run）６０ｃ並びに軸線方向のラン６
０ｄを有するスペーサー部分により相互に連結さ
れている、半径方向内方シーリング部分６０ａ及
び半径方向外方保持部分６０ｂを有する比較的薄
い、いくらか可撓性のある。一体の金属リングを
具備している。シーリング部分６０ａはスペーサ
ー部分の半径方向のラン６０ｃの半径方向内方端
から全体的に軸線方向に延びている。軸線方向の
ラン６０ｄはシーリング部分６０ａと同様全体的
に半径方向のラン６０ｃの最外方端から延びてい
る。更に保持部分６０ｂはラン６０ｄの末端から
半径方向外方に延びており、且つ弁体１２とプレ
ート７２の間に形成された保持スロツト７４内へ
延びている。図示の如く、シーリング部分６０ａ
は半径方向外方へ凹面をなしている。その半径方
向外側に形成された凹面内に多重の円周方向巻き
より索（strand）７６がシーリング部分６０ａを
囲んでいる。シート６０に類似の熱膨脹係数を有
する金属ワイヤによつて形成されるのが好ましい
けれども、より索７６は下記に記述する如く、シ
ーリング部分６０ａに復元力を与えるのに充分な
弾力性及び引張り強さを有する任意の適切な材料
で形成されることができる。如何なる場合でも、
この巻線は単一より索材料の多重巻き、あるいは
多重より索材料の単一巻き、あるいはいくつかの
中間組合せ物を含むことができる。如何なる場合
でも、より索あるいは複数のより索の端部は任意
の適切な手段で相互にそして／あるいはシート６
０に対して固定される。シーリング部分６０ａは
プレート７２内に相補的に形成されたノツチ７８
内に配置されるその自由端、即ちラン６０ｃの末
端部を有している。ノツチ７８は部分６０ａの限
定された軸線方向の移動及び半径方向の移動を許
容する。

弁デイスク２２が第４図に示されたその開き位
置から閉じた位置へ移動するとき、シーリング部
分６０ａは半径方向外方へ膨脹される。この膨脹
はラン６０ｃの回旋部（convolution）の圧縮に
よつて、並びにより索７６の伸長によつて許容さ
れる。後者の伸長はより索７６内に引張り強さを
生じ、このより索７６は更にシーリング部分６０
ａをデイスク２２に対して気密にシールせしめ、
そして弁が開かれたならば第３図の位置へ復帰せ
しめる半径方向内方への力をシーリング部分６０
ａに与える。

第５図を参照して説明すると、矢印Ａの方向に
作用する流体圧力が存在するときの部分の相対的
位置が例示されている。Ａにおける圧力はデイス
ク２２を左へ、即ちシート６０から遠ざかる方へ
偏向しようとしている。デイスク２２のこのよう
な偏向のとき、ラン６０ｃは点ｘの周り、即ち保
持部分６０ｂとスペーサー部分のラン６０ｄとの
交差点の周りに軸線方向に旋回する。従つて、シ
ーリング部分６０ａはデイスク２２の移動に追従
することができ、一方より索７６内に生じた引張
力によつて部分６０ａは軸線方向への偏向を妨げ
ることなく、デイスク２２の周りに対して気密に
シールされた状態を保たれる。ノツチ７８が、部
分６０ａの自由端に対して全体的に整合を保ちな
がら即ち囲われているので、上記の移動を許容し
ていることが判るであろう。従つて、ノツチ７８
はシート６０の過度の半径方向の偏向を防止しつ
づけることができる。シート６０のスペーサー部
分の半径方向のラン６０ｃが軸線方向において図
示の如く左方へ凹面をなしており、そして反対の
軸線方向において凸面をなしている中央回旋部を
有していることに留意しなければならない。これ
は薄い金属構造体に弾力性を与えるのに役立つて
いる。

第６図を参照して説明すると、矢印Ｂの方向へ
流体圧力を加えたときの各部の位置が示されてい
る。デイスク２２はＢの方向に、即ち右方へ偏向
され、そしてシーリング部分６０ａは、またほぼ
点ｘの周りにスペーサー６０ｃ，６０ｄの軸線方
向の旋回によつて、デイスク２２に追従すること
ができる。また、部分６０ａとデイスク２２との
間の気密なシールは張力のかかつたより索７６に
より与えられる半径方向内方への力によつて維持
される。過大な軸線方向の移動はノツチ７８内の
部分６０ａの自由端の底につき当ること
（bottoming）によつて防止された。第６図に例
示された状態、即ちＢにおける圧力がデイスク２
２をシート６０の方へ移動しようとするときが、
極端な条件下でシートのつぶれ（collapse）を最
も生じ易い状態である。このようなつぶれはラン
６０ｃ及び全体的にシート６０の回旋状の形状に
より並びにラン６０ｃの中央回旋部の凸面に対向
しており且つ当接する保持プレート７２上の軸線
方向の突起８２によつて防止される。

既述の如く、より索７６はシート６０と類似の
熱膨脹係数を有することができる高い引張強さの
金属材料で形成されるのが好ましい。しかしなが
ら、より索７６はまた、ナイロン、あるいは他の
合成ポリマー材料、天然熱可塑性材料あるいは熱
硬化物性材料の如きものであつて、それ等が弁シ
ートのシーリング部分６０ａに復元力を与える弾
力性及び引張り強さの必要な品質を有するもので
あれば、他の材料でも作られることができる。本
明細書で使用されている「より索（strand）」の
用語はフイラメントあるいはフアイバー、即ちモ
ノフイラメントを含むのみならず、いくつかのフ
イラメントがより索を形成するのに使用されてい
る編んだ撚つた等の形態を含む。

第７図を参照して説明すると、閉じた位置にお
けるデイスク２２を備えた装置の更に拡大された
図が示されている。このような位置では、デイス
ク、シートリング及び巻線は弁体よりもより大き
い割合で熱的に膨脹しようとする。デイスクの最
初の位置が実線２２で示されており、膨脹した位
置が仮想線２２′で示されている。弁体１２，７
２は、それがさらによりゆつくり膨脹するので、
本発明の論述のため、図示の如く一定の実線を保
つていると考えることができる。巻線７６は、例
示を明瞭化するため第７図から削除した。しかし
ながらシート６０並びに巻線７６はデイスク２２
とほぼ同様に熱的に膨脹すると理解されるべきで
ある。従つて、機械的な半径方向の膨脹に抵抗す
る巻線７６の通常の傾向では、巻線自身が膨脹す
るのであるから、デイスクの熱膨脹を不当に妨げ
ることはない。しかしながら、シートリング６０
はデイスク２２及び弁体１２，７２の双方に係合
するので、シーリング６０はデイスク２２の熱膨
脹に適応するためたわみ即ち形態を変化しなけれ
ばならない。シート６０の上述の回旋形態及びノ
ツチ７８によりその自由端に許容された遊びが、
流体シールの損失もなく、仮想線６０′で示され
た如く、このようなたわみを許容する。このよう
なシールはなお対応して膨脹した巻線（図示せ
ず）によつて維持される。第７図はまたシンスト
ツプ材料（shin stop material）ガスケツト８４
を例示しており、これはシートリングの保持部分
６０ｂと弁体の隣接面７４との間に介在されてい
て、部分６０ｂを弁体内にしつかり位置ずけして
いる。

上記は本発明の好ましい実施態様の１つのみを
表わしており、そして数多くの変更はそれ等自
身、これ等の先行技術を示唆していることが理解
されるであろう。従つて、本発明の範囲は特許請
求の範囲によつてのみ制限される意図を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は閉じた位置のときデイスクを示してい
る。本発明によるデイスク弁組立体の長手方向断
面図である。第２図は第１図を直角に向けたとき
の立面図である。第３図はその開き位置と閉じた
位置の中間にあるデイスクを示している。シート
リングを通る拡大詳細断面図である。第４図はそ
の閉じた位置のときのデイスクを示している第３
図と類似の図である。第５図は流体圧力を右方か
ら付加したときの部分の位置を示している第４図
と類似の図である。第６図は流体圧力を左方から
付加したときの部分の位置を示している第４図及
び第５図と類似の図である。第７図は熱膨脹の前
後における部分の相対的位置を示している更に拡
大された図である。 １０……バタフライ弁、１２……弁体、２２…
…デイスク、２４……弁棒、６０……弁リング、
６０ａ……シーリング部分、６０ｂ……半径方向
外方保持部分、６０ｃ……半径方向のラン、６０
ｄ……軸線方向のラン、７２……プレート、７６
……より索、７８……ノツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転弁組立体のためのシートリング装置であ
   つて：弁要素とシーリング係合するための半径方
   向内方の金属シーリング部分と； 弁組立体内に該シートリングを取付けるための
   半径方向外方の保持部分と、 該シートリングの該シーリング部分を囲むよう
   に、該シートリングの半径方向外方にある多重の
   円周方向の巻線とを具備し、 該巻線は、細長いより索からなり、該より索の
   各々は、該巻線のほぼ全長にわたつて該シーリン
   グ部分に対して実質的に円周方向に巻かれている
   ことを特徴とするシートリング装置。 ２ 該シートリングが一体の、可撓性の金属リン
   グを具備する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 該より索が金属である特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ４ 該シートリングの該シーリング部分が半径方
   向外方に凹面をなしており、該巻線が該シーリン
   グ部分により形成された凹部内に配置されている
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 該シーリング部分が軸線方向及び半径方向に
   可動な自由端を形成している特許請求の範囲第４
   項記載の装置。 ６ 該より索が高引張強さを有している金属で形
   成されている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７ 該巻線が単一より索の多重巻きからなる特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ８ 該巻線が多重より索の単一巻きからなる特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ９ 該シーリング部分と該保持部分を相互に連結
   する中間スペーサー部分を含む特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 １０ 該スペーサー部分は回旋状の半径方向のラ
   ンを有している特許請求の範囲第９項記載の装
   置。 １１ 該シーリング部分が該スペーサー部分の該
   回旋状の半径方向のランからほぼ軸方向に延びて
   いる特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 該スペーサー部分が更に該シーリング部分
   と全体的に同一方向に該半径方向のランから延び
   ている軸線方向のランを具備しており、該保持部
   分が該軸線方向のランから該半径方向のランの反
   対側で半径方向外方へ延びている特許請求の範囲
   第１１項記載の装置。 １３ 該スペーサー部分が保持部分と該スペーサ
   ー部分の軸線方向のランの交差部分において全体
   的に軸線方向に旋回可能である特許請求の範囲第
   １２項記載の装置。