JPH083782Y2 - バルブシート - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、集塵装置における捕集塵切出し用ダンパ
ー、あるいはその他の粉粒状物排出用ダンパー等に使用
されるバルブシートに関するものである。

〈従来の技術〉 前述したダンパーの一例として火力発電所の集塵機に
設けられる灰処理用ダンパーがある。第２図はこのダン
パーの一例を示す断面構造図である。集塵機（図示はし
ていない）で集塵された灰21はホッパー22内に一旦貯留
される。このホッパー22の下端部にはダンパー11が設け
られており、このダンパー11を開くことによりホッパー
22に貯留された灰21は外部へ切り出される。第２図
（ａ）はダンパー11を閉とした状態を示し、第２図
（ｂ）はダンパー11を開とした状態を示すものであり、
本例におけるダンパー11はシリンダー23を駆動すること
により開閉される。ダンパー11はバルブシート12とバル
ブプレート13から構成され、バルブプレート13はシリン
ダーロッド23aを介して前記シリンダー23に連結されて
いる。バルブシート12は、従来炭素鋼やステンレス鋼な
どの金属で構成され、その上端に一体的に設けられたフ
ランジ12aをホッパー22に設けられたフランジ22aに周知
のボルト等によって固定することが一般的であった。

ところで前述した火力発電所におけるダンパー11の開
閉は、年間１万回以上に達するものも多く、このため、
バルブシート12の先端面12bはバルブプレート13により
繰返し叩かれ、またホッパー内と外気との気圧差等によ
り激しいガスカットを受けるなど極めて過酷な使用条件
下に曝されている。

〈考案が解決しようとする課題〉 前述した使用条件下に曝されるバルブシートの先端面
は短期間で、著しく損耗し、通常２千〜４千回のダンパ
ーの開閉で交換が必要となる。火力発電所におけるダン
パーの設置数は多く、このためバルブシートの製作、交
換作業等には、多くの時間と労力を要し、その維持費用
は極めて高価なものとなっていた。

このような問題を解決するため最近、バルブシートの
一部にセラミックスを利用して耐摩耗性の向上を図る試
みもなされている。第３図はその一例を示す断面図であ
り、第３図（ａ）は金属製の口金121aの先端部にセラミ
ックスリング122aを無機、有機系接着剤、あるいはろう
付け等により接着固定してバルブシート120aを構成した
ものであり、第３図（ｂ）は前述した金属製の口金121b
の先端部内側に凹溝121b₁を穿設し、この凹溝121b₁にセ
ラミックスリング122bを接着剤又はろう材を介して接着
するか、周知の焼嵌めによって固着してバルブシート12
0bを構成したものである。

ところが第３図（ａ）の構造のバルブシート120aで
は、バルブプレート13による繰返し負荷を受ける先端面
122a₁にセラミックスリング122aを保護する金属部が無
いため、一般的特性として衝撃力の弱いセラミックスリ
ング122aが破壊し易く、また、破壊の問題を解消するた
め高価な耐衝撃性に優れたセラミックスを用いても接着
剤の接合強度が繰返し負荷に耐えられず、接合部で分離
してしまうと言う問題があった。

一方、第３図（ｂ）の構造のバルブシート120bでは、
セラミックスリング122bを口金121bが保護するため、繰
返し負荷からセラミックスリング122bの破壊に対する耐
久性は著しく改善される。しかしながらセラミックスリ
ング122bと金属製の口金121bを接着剤で接合する場合
は、やはり繰返し負荷により接合力を喪失し、セラミッ
クスリング122bの抜け落ちを生ずる結果となる。また焼
嵌めによる方法では、接着剤による方法に比較して繰返
し荷重に対して接合強度の持続性に優れるが、前述した
火力発電所の灰処理は通常操業において200℃以上の温
度になるため、バルブシート自体の温度も200℃以上に
なり、このように高い温度の操業に使用する場合、セラ
ミックスリング122bの線膨張係数が口金121bのそれより
小さいので、焼嵌めの接合力が低下してしまう問題があ
った。

本考案は前述した従来手段における問題点の抜本的な
解決をはかるために創案されたもので、高温環境下で、
しかも高負荷の作用する前述した悪条件のもとでも優れ
た耐久性を発揮するバルブシートを提供し、その交換に
係わる諸費用、労力、時間の大幅な削減を可能ならしめ
ることをその課題とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 前述した課題を解決する本考案の具体的手段を、第１
図に基づいて説明する。

第１図において３は炭素鋼、ステンレス鋼等の金属に
より構成された口金であり、２はアルミナ，炭化珪素，
窒化珪素，ジルコニア等のセラミックスからなるシート
リングである。４は後述する機能を有する一方向性形状
記憶合金からなる締結リングであり、前記口金３の先端
にシートリング２を当接した状態でそれらの外周に嵌着
されている。この締結リング４が嵌着されるシートリン
グ２と口金３の先端部30の外周は、ほぼ同一の外径で、
かつ平滑な面に形成されており、この平滑面に締結リン
グ４を嵌着することによりシートリング２は口金３に一
体固着されてバルブシート１を構成する。この締結リン
グ４はその先端面4aと、シートリング２の先端面2aが同
一レベル、つまり同一平面2a₀を形成するように嵌着さ
れている。

〈作用〉 本考案のバルブシート１は、前述したように口金３の
先端にシートリング２を当接せしめ、この状態で締結リ
ング４を嵌着し、この締結リング４を介して一体固着さ
れて構成される。締結リング４とシートリング２の先端
面4a,2aは同一平面2a₀を形成するよう構成されており、
シートリング２の外周は締結リング４で完全に囲撓され
ている。このため耐摩耗性には優れるが衝撃力に弱いセ
ラミックス製シートリング２の欠点を、耐衝撃性に優れ
た形状記憶合金製の締結リング４で補強することにより
バルブシート１の耐久性を飛躍的に向上させることが可
能となる。締結リング４に適用できる形状記憶合金は、
所定温度に加熱することによって前記平滑な面に形成さ
れたシートリング２と口金先端部30の外径（以下これを
総称して平滑面外径と言う）より小さい径となるような
一方向の形状が付与されたもの、例えばNi-Ti系,Cu系,F
e系のものを用いることができる。特にFe系のものは形
状回復温度が120〜320℃と高いことから使用環境温度が
高い場合でも高い固着強度を有し、本考案に要求される
機能を効果的に発揮させることができる。

第４図は本考案に基づくバルブシート１の製作手段の
一例を説明するための分解図である。シートリング２の
外径Dcと口金３の先端部30の外径Dm、即ち締結リング４
が嵌着される平滑面の外径DcとDmは同一の外径で、しか
も平滑な面に形成されている。この平滑面は機械加工に
おいて、|Dc−Dm|≦0.1（mm）程度の精度を確保するこ
とが望ましい。またシートリング２の内径dcと口金３の
内径dmも、段差を生じ排出される粉粒物等が滞ることが
ないようほぼ同じ径とすることが好ましい。

一方締結リング４は、加熱することにより径が縮小す
るような形状を予め記憶させておき、しかる後平滑面外
径より若干大きい内径まで拡径しておく。この拡径後の
内径dsは、前述したシートリング２の外径Dcと口金先端
部30の外径Dmの何れか大きい方の値Doとの差が下記
（１）式を満足する範囲となるようにすることが好まし
い。

０＜ds−Do≦ｋ・ε・ds……… （１） （１）式においてεは形状回復ひずみであり、形状回
復のための加熱による締結リング４の内径変化量は、形
状回復ひずみεと締結リング４の内径dsの積（ε・ds）
で与えられる。ｋは１以下の係数で、小さい程固着強度
は高くなり、経験的に0.8程度であれば大きな接合力が
得られることが判明している。またεはFe系形状記憶合
金の場合、約0.02であり、この値は120〜320℃まで加熱
することにより得られる。

以上のようにバルブシート１のバルブプレート13に接
する面2a₀はシートリング２と締結リング４の複合化に
より破壊靱性と耐摩耗性を確保できる。而してバルブプ
レート13が閉じた時に、バルブプレート13がシートリン
グ２と締結リング４に同時に接触するよう締結リング先
端面4aとシートリング先端面2aとが同一平面2a₀を形成
することにより前記効果を一層効果的に発揮できる。す
なわち、口金３の前記平滑面30の長さlmとシートリング
２の長さlcの和が締結リング４の長さlsと等しくなるよ
うにすればよい。

而して本考案のバルブシート１を製造するには、前述
した寸法条件に適合するように形成された口金3,シート
リング2,および締結リング４を用意する。締結リング４
は前述した形状記憶処理を行ったのち、平滑面の外径よ
り若干量大きい内径にまで拡径しておく。しかるのち前
記口金３の先端にシートリング２を当接せしめ、それら
の外周、つまり前記平滑面に締結リング４を嵌装する。
次いで締結リング４を加熱し、予め記憶していた形状ま
で収縮させる。この収縮によって締結リング４は前記平
滑面に嵌着し、口金３とシートリング２を強固に固着す
る。

このような形状記憶合金からなる締結リング４による
固着手段が焼嵌め固着手段より優れるのは、形状記憶合
金の回復ひずみが焼嵌めにおける線膨張ひずみに比べて
非常に大きいからであり、因みに、形状記憶合金の回復
ひずみは２％以上に達する。

尚、前記第１図における実施例では、平滑面を平行
面、即ち直管状とし、かつ締結リング４の外径が口金３
の外径とほぼ同じとなるよう口金３の外周に切込みを設
けたが、バルブシート１外周部の設備的制約がない場合
には第５図に示すように前記切込みを設けることなく締
結リング４を嵌着するよう構成してもよい。また、第６
図に示すように、シートリング2dおよび口金3dの両方あ
るいは一方の平滑面を、シートリング2dと口金3dの当接
面側が厚肉となるように、テーパーθ_１，θ_２を設けて
もよい。

このように、シートリング2dと口金3dの当接面側が厚
肉となるようなテーパーθ_１，θ_２を設けることによ
り、例えば操業時に締結リング4dの接合力を著しく低下
させるほどの高温になるような場合もシートリング2dの
抜け落ちによるトラブル発生を避けることができる。セ
ラミックスの抜け落ち防止のためには直線的なテーパー
でなく、曲線的な形状にすることも差し支えないが、複
雑な形状となるので実際的でない。本考案において同一
平滑面とは、前述した平行面に加えて第６図に示す如き
テーパー面等を総称して言うものであり、いずれの場合
でもシートリング２と口金３の平滑面外径の製作誤差は
0.1mm程度以内とすることが好ましい。

〈実施例〉 本考案に基づくバルブシートを、火力発電所のサイク
ロン型集塵機に装着し、耐久性の調査を行った。本考案
のバルブシートの構造は前記第１図のものとし、比較例
としてバルブシートを総て金属製とした従来品も同時に
装着してその耐久性を比較調査した。バルブシートの諸
元および使用条件は第１表に示す通りである。

このような条件下において従来のバルブシートの寿命
は平均３〜６ヶ月程度であった。これに対し本考案のバ
ルブシートは１年経過時点でもシートリングの脱落、欠
損等のトラブルは全くなく、摩耗も軽微であった。

〈考案の効果〉 本考案のバルブシートの提供によりその寿命を著しく
延長することが可能となった。この結果、バルブシート
の交換に係わる諸費用、労力、時間の大幅な削減が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に基づくバルブシートの一実施例を示す
断面図、第２図は集塵機用ダンパーの一例を示す断面構
造図であり、第２図（ａ）がダンパー閉、第２図（ｂ）
がダンパー開の状態を示す。第３図は従来のバルブシー
トの一例を示す断面図、第４図は本考案に基づくバルブ
シートの製作手段の一例を説明するための分解図、第５
図および第６図は本考案に基づくそれぞれ異なった他の
実施例を示す断面図である。 1:バルブシート、2:シートリング、3:口金、4:締結リン
グ、11:ダンパー、12,120a,120b:バルブシート、12a:フ
ランジ、121a,121b:口金、122a,122b:セラミックスリン
グ、13:バルブプレート、21:灰、22:ホッパー、22a:フ
ランジ、23:シリンダー、23a:シリンダーロッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−146910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−127405（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−8463（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製口金の先端にセラミックス製シート
   リングを固着してなるバルブシートにおいて、前記シー
   トリングと口金の先端部の外径を同一平滑面に形成する
   と共に、該平滑面に一方向性形状記憶合金からなる締結
   リングを、該締結リング先端面と前記シートリングの先
   端面とが同一平面を形成するよう嵌着し、前記シートリ
   ングと口金を一体固着して構成したことを特徴とするバ
   ルブシート。