JPH09178037A - ベローズシール弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間にわたる使用においてもベローズ４０
に亀裂等が生じないようにして完全密封機能を維持す
る。 【解決手段】 弁棒２３が弁蓋１７を貫通する箇所にお
ける流体の漏れを防止するように、伸縮自在なベローズ
４０がその一端を弁棒２３に密着し他端を弁蓋１７に密
着して設けられたベローズシール弁において、ベローズ
４０は弁開状態において自然状態長さになるように形成
して着設した。また、ベローズ４０の横方向の変位を防
止するようにこのベローズ４０の途中に弁箱延長筒部１
５の内周面に滑接して案内するガイド４２を有する。ま
た、ベローズ４０はインコネル合金のオメガベローズで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば原子力発
電プラントなどに用いられ弁であって、外部への漏れが
絶対にないことが要求されるベローズシール弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図２はベローズシール弁の一例を示し、
（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は要部縦断面図である。図
２に示すベローズシール弁は、流体通路１１と弁座１３
が形成された弁箱１０の上部に弁箱延長筒部（延長ボン
ネット）１５が固着され、その上端に弁蓋１７が固着さ
れ、その上方に支持部材６１を介して駆動部３０が設け
られ、その出力部３１に連結して弁棒２３及び弁体２１
が設けられている。図２（Ａ）に示すように、弁棒２３
が弁蓋１７を貫通する箇所にはグランドパッキン１９が
充填されているが、弁棒２３が昇降を繰り返したときで
も漏れを完全に止めることは難しいので、図２（Ｂ）に
示すように、伸縮自在なベローズ４０が、上部リテーナ
４５を介して弁蓋１７に密着させ、下部リテーナ４６を
介して弁棒２３に密着させて設けられて、漏れが完全に
ないようにされている。

【０００３】図３は従来のベローズシール弁のベローズ
及びその付近を示し、（Ａ）は自然状態にあるベローズ
の縦断面図、（Ｂ）は弁閉止状態の縦断面図、（Ｃ）は
弁開放状態の縦断面図である。図３に示すように、ベロ
ーズ４０の上端及び下端にはそれぞれ上部リテーナ４５
及び下部リテーナ４６が気密に取り付けられており、上
部リテーナ４５は弁蓋１７に下部リテーナ４６は弁棒２
３に気密に取り付けられている。図３（Ａ）に示すよう
に、従来のベローズ４０の自然状態長さＬf は図３
（Ｂ）に示す閉鎖状態長さＬc に等しい長さに製作され
ている。弁開放状態ではベローズ４０は圧縮されて図３
（Ｃ）に示す弁開放状態長さＬo となる。

【０００４】図２及び図３において、駆動部３０により
出力部３１及び弁棒２３を介して弁体２１を昇降駆動し
て、弁体２１を弁座１３に離・接させれば、流体通路１
１は開・閉される。ベローズ４０の上部リテーナ４５は
弁蓋１７に密着固定され、下部リテーナ４６は弁棒２３
に密着固定されているので、弁棒２３が昇降運動をして
も、ベローズ４０が伸縮して、上部リテーナ４５と弁蓋
１７との間及び下部リテーナ４６と弁棒２３との間は密
着固定状態を完全に維持するので、流体の漏れを完全に
阻止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のベローズシール
弁は上記のようであり、例えば原子力発電プラントにお
ける高温高圧の一次冷却材等の流体であって外部への漏
れが絶対にないことが要求される箇所に適用され、ベロ
ーズ４０は繰り返し応力による亀裂や流体接触による腐
食などが生じないように高耐久性の材質で作られるが、
長年の運転使用中に繰り返し応力と腐食性の流体接触と
が重畳して負荷したときに、いわゆる応力腐食割れが生
じるおそれがあり、これを防止して長期間にわたって完
全密封機能を維持しなければならないというような課題
があった。

【０００６】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、長期間の運転使用を経ても、ベローズ４０
に亀裂等が生じないようにして、完全密封機能を維持す
ることができるベローズシール弁を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るベローズ
シール弁は、ベローズが弁開状態において自然状態長さ
になるように形成されて着設されたものである。また、
前記ベローズが横方向に変位することを防止するように
このベローズの途中に弁箱延長筒部の内周面に滑接して
案内するガイドを有するものである。また、前記ベロー
ズはインコネル合金のオメガベローズとしたものであ
る。

【０００８】この発明におけるベローズシール弁のベロ
ーズは、弁開状態において自然状態長さになるように形
成されて着設されているので、弁開状態で悪い環境の流
体に接触しているときは自然状態で応力がない状態であ
り、弁閉状態で応力が生じたときは悪い環境の流体に接
触しない。したがって、応力と流体接触とを同時に受け
たとき発生する応力腐食の条件が揃わないため、亀裂等
の発生の可能性が従来に比べて著しく軽減される。な
お、一般に、応力疲労又は腐食の個別の原因によって発
生する損傷に比べて、応力腐食による損傷はきわめて重
大な損傷となることが知られている。また、このベロー
ズの途中に弁箱延長筒部の内壁面に滑接して案内するガ
イドがあれば、ベローズが横方向に変位することが防止
されて二次的応力の発生が防止され、二次的応力の加重
による応力の増加が避けられ、疲労が軽減される。ま
た、このベローズをインコネル合金のオメガベローズと
すれば、その優れた耐蝕性と強靱さにより長期間の使用
でも損傷等が生じ難い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図について説明するが、先ず、ベローズシール弁の概略
を説明する。図２はベローズシール弁の一例を示し、
（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は要部縦断面図である。図
２に示すベローズシール弁は、内部に流体通路１１と弁
座１３が形成された弁箱１０の上部に弁箱延長筒部（延
長ボンネット）１５が固着され、その上端に弁蓋１７が
固着され、その上方に支持部材６１を介して駆動部３０
が設けられている。なお、弁箱１０の図の左右の開口は
図示しない絶対に外部に漏れてはならないような流体が
流れる配管に連結され、流体通路１１にはその流体が流
れる。弁体２１に連結されている弁棒２３は、弁箱延長
筒部１５内を上方に延長して弁蓋１７を貫通して上方へ
延びて駆動部３０の出力部３１に連結されている。図２
（Ａ）に示すように、弁棒２３が弁蓋１７を貫通する箇
所には隙間を塞ぐようにグランドパッキン１９を挿入充
填してパッキン押えにより押圧して流体の漏れを阻止す
るようにしている。

【００１０】しかし、図２において、弁棒２３が昇降を
繰り返したとき、グランドパッキン１９で漏れを完全に
止めることは難しいので、漏れを完全に阻止するため
に、弁箱延長筒部１５内の筒状空間に、伸縮自在なベロ
ーズ４０が、図２（Ｂ）に示すように、上部リテーナ４
５を介して弁蓋１７に密着固定させ、下部リテーナ４６
を介して弁棒２３に密着固定させて設けられている。こ
のベローズ４０はインコネル合金（例えば、インコネル
６００：Ｎi ７６％，Ｃr １６％，Ｆe ８％，その他Ｓ
i ，Ｍn ，Ｃ等）で作られたオメガベローズである。ま
た、ベローズ４０の途中には１個又は複数個のガイド４
２が設けられている。弁箱延長筒部１５の内周面は滑ら
かに仕上げられており、ガイド４２の外周面は弁箱延長
筒部１５の滑らかな内周面に滑接するように形成されて
いる。なお、４１は外周部に多数隔設されたシールリン
グである。

【００１１】図１はこの発明によるベローズシール弁の
実施の一形態であるベローズ及びその付近を示し、
（Ａ）は自然状態にあるベローズの縦断面図、（Ｂ）は
弁閉止状態の縦断面図、（Ｃ）は弁開放状態の縦断面図
である。図１（Ａ）に示すように、ベローズ４０の上端
及び下端には、それぞれ上部リテーナ４５及び下部リテ
ーナ４６が全周連続溶接などにより漏れが絶対にないよ
うに強固に取り付けられている。このベローズ４０は、
図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、弁箱延長筒部１５
内において、上部リテーナ４５を弁蓋１７に、また、下
部リテーナ４６を弁棒２３に漏れが絶対にないように密
着固定させて設けられている。図１（Ａ）に示すよう
に、この発明によるベローズ４０の自然状態長さＬf
（全く力を加えずに自由状態であるときの長さ）は、図
１（Ｃ）に示す弁開放状態長さＬo に等しい長さに製作
されている。

【００１２】次に、図１及び図２に示すベローズシール
弁の動作及び作用について説明する。図２において、駆
動部３０により出力部３１及び弁棒２３を介して弁体２
１を昇降駆動して、弁体２１を弁座１３に離・接させれ
ば、流体通路１１は連通・閉止し、この弁を通過する流
体は流通し、また、流れが阻止される。図１において、
ベローズ４０の上部リテーナ４５は弁蓋１７に密着させ
て固定的に取り付けられ、下部リテーナ４６は弁棒２３
に密着させて固定的に取り付けられているので、弁棒２
３が昇降運動をしても、ベローズ４０が伸縮して、上部
リテーナ４５と弁蓋１７との間及び下部リテーナ４６と
弁棒２３との間は密着固定状態を完全に維持するので、
ベローズ４０の外側にある流体はベローズ４０の内側に
入ることが全く不可能であり、弁棒２３と弁蓋１７との
間の隙間に到達することは絶対に不可能であり、流体の
漏れを完全に阻止することができる。

【００１３】ベローズシール弁のベローズ４０は、長年
の運転使用により、ベローズ４０にかかる繰り返し変形
で生じる繰り返し応力による疲労や、例えば１０ＭＰa
を超える高圧、３００℃を超える高温であって硼酸等を
含む流体に接触して生じるおそれがある腐食により、長
期間の使用によりベローズ４０に亀裂等が生じるおそれ
があったので、ベローズ４０を優れた耐蝕合金で作るこ
とにより耐久性を高めていた。しかしながら、従来のベ
ローズシール弁のベローズ４０は、図３（Ａ）に示すよ
うに、自然状態長さＬf が閉鎖状態長さＬc に等しい長
さとなるように製作されていたので、図３（Ｃ）に示す
弁開状態においては、ベローズ４０が圧縮されて応力が
発生しているときに同時に腐食性の流体に曝されるとい
う応力腐食の条件を満たす状態となり、応力腐食割れと
いうような損傷が発生するおそれがあった。

【００１４】このような問題に対して、図１に示すこの
発明におけるベローズシール弁のベローズ４０において
も、長年の運転使用により疲労や腐食が生じるおそれが
ないとは言えないが、図１に示すベローズ４０は、図３
に示すベローズ４０と異なり、図１（Ａ）に示すよう
に、自然状態長さＬf が弁開放状態長さＬo に等しい長
さになるように製作されている。すなわち、弁開状態に
おいて自然状態長さになるように形成されて着設されて
いるので、図１（Ｃ）に示すように弁開状態で悪い環境
の流体にベローズ４０が接触しているときはベローズ４
０は自然状態で応力がない状態であり、図１（Ｂ）に示
すように弁閉状態でベローズ４０に伸長応力が生じたと
きはベローズ４０は悪い環境の流体に接触しないことに
なる。このように、応力と悪環境の流体接触とを同時に
受けたとき発生する応力腐食の条件が揃わないため、応
力腐食割れの現象が発生せず、従来に比べて損傷の発生
が著しく軽減される。なお、一般に、繰り返し応力の疲
労のみによっては亀裂等が発生せず、悪い環境の流体に
接触しただけでは腐食等が発生しない場合でも、繰り返
し応力の疲労と悪環境の流体接触とを同時に受けたとき
は著しい腐食性亀裂が発生することがあるという、いわ
ゆる応力腐食割れ現象が知られている。この発明による
ベローズシール弁のベローズ４０は、この応力腐食割れ
現象が発生する条件が成立することを排除したものであ
り、これにより、ベローズシール弁の耐久性を飛躍的に
向上させることができる。

【００１５】また、図２（Ｂ）に示すように、このベロ
ーズ４０の途中に弁箱延長筒部１５の内壁面に滑接して
案内するガイド４２があれば、ベローズ４０が横方向に
変位することが防止されて、ベローズ４０に二次的応力
が発生することが防止され、二次的応力の加重による応
力の増加が避けられ、長期間の使用による疲労が軽減さ
れ、亀裂などの損傷発生の防止に寄与する。

【００１６】また、このベローズ４０をインコネル合金
のオメガベローズとすれば、その優れた耐蝕性と強靱さ
により長期間の使用を経ても損傷等が生じることなく長
期間にわたって密封機能を確実に発揮する。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ベロ
ーズの自然状態の長さが弁開状態の長さに等しくなるよ
うに形成したので、ベローズが腐食性流体接触と応力と
を同時に受けなくなり、いわゆる応力腐食割れ現象の発
生が防止され、長期間の使用に耐えて密封機能を維持す
る。また、ガイドを設ければベローズの不整変形が防止
される。また、ベローズをインコネル合金のオメガベロ
ーズとすれば優れた耐蝕性と強靱さにより耐久性がさら
に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるベローズシール弁の実施の一形
態であるベローズ及びその付近を示し、（Ａ）は自然状
態にあるベローズの縦断面図、（Ｂ）は弁閉止状態の縦
断面図、（Ｃ）は弁開放状態の縦断面図である。

【図２】ベローズシール弁の一例を示し、（Ａ）は側面
断面図、（Ｂ）は要部縦断面図である。

【図３】従来のベローズシール弁のベローズ及びその付
近を示し、（Ａ）は自然状態にあるベローズの縦断面
図、（Ｂ）は弁閉止状態の縦断面図、（Ｃ）は弁開放状
態の縦断面図である。

【符号の説明】

１０：弁箱、 １１：流体通路、１３：弁座、 １５：
弁箱延長筒部、１７：弁蓋、 １９：グランドパッキ
ン、２１：弁体、 ２３：弁棒、４０：ベローズ、 ４
２：ガイド、４５：上部リテーナ、 ４６：下部リテー
ナ、Ｌf ：自然状態長さ、Ｌc ：閉鎖状態長さ、Ｌo ：
開放状態長さ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体を昇降駆動する弁棒が弁箱延長筒部
   の上端の弁蓋を貫通する箇所における流体の漏れを防止
   するように伸縮自在なベローズがその一端を前記弁棒に
   密着し他端を前記弁蓋に密着して設けられたベローズシ
   ール弁において、前記ベローズは弁開状態において自然
   状態長さになるように形成されて着設されたことを特徴
   とするベローズシール弁。
2. 【請求項２】 伸縮する前記ベローズが横方向に変位す
   ることを防止するようにこのベローズの途中に前記弁箱
   延長筒部の内周面に滑接して案内するガイドを有する請
   求項１に記載のベローズシール弁。
3. 【請求項３】 前記ベローズはインコネル合金のオメガ
   ベローズである請求項１又は請求項２に記載のベローズ
   シール弁。