JPH10505651A - 改良された弁座を有するバルブ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１の端部、第２の端部、及び流体流路を形成する貫通開口、並びに前記流体流路の一部分を囲んでいる壁を有する弁箱を備え、流体流路が壁と同軸の軸線を定めるバルブである。弁体は弁箱内に回転可能に取り付けられ、弁体は丸みの付けられた環状のシール面を有しかつ流体流路を通過する第１の軸線に直角な第２の軸線まわりに回転可能である。弁座組立体が弁体の前記シール面と気密組合をするように弁箱内に配置され、弁座組立体は第２の軸線から弁箱の第１の端部に向かって軸方向に配置され、弁座組立体は、弾性的なプラスチック材料のシールリングを備え、このシールリングは、弁体のシール面との気密組合のための環状の半径方向内向きの第１の面及び環状で半径方向外向きの第２の面を有し、この第２の面には環状で半径方向外向きの溝が形成される。弾性的なバッキングリングが前記溝の中に配置され、このバッキングリングは円形断面でありかつ第１の軸線に直角にバッキングリングの中心を通過する第１の平面により定められた中心線を持ち、弁体が閉鎖位置にあってかつ弁体に作用している流体圧力がないときの、弁体のシール面とシールリングの第１の面との間の組合は実質的に環状の線接触であり、この線接触の組合は第２の軸線から離れて弁体の第１の端部に向かう方向で第１の面から軸方向で変位された第２の平面内にある。弁座組立体を弁箱内に保持するための保持手段も設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された弁座を有するバルブ組立体発明の背景 本発明は回転可能な弁体を有するバルブ、特に改良された弁座リング組立体を 有するバルブに関する。従来技術の説明 回転可能な弁体を有するバルブ−例えばバタフライ弁−がよく知られている。 ある種のバタフライ弁においては、ディスク弁体と気密に組み合う弁座リングは 、一般に弾性体であるバッキング部材により囲まれ、この部材は、ディスクが閉 鎖位置にあるときにディスクに対して弁座リングのシール面を押し付け、又は予 備負荷を加えるように作用する。かかる弁座デザインの典型が米国特許第３６４ ２２４８号に示される。特に、この特許においては、バタフライ弁に使用できる シール組立体であって、バルブのディスクと気密組合するように使用される摩耗 リングを備えたシール組立体が示され、この摩耗リングには環状の半径方向外向 きの溝が設けられ、この溝の中に、摩耗リングをディスクと気密組合させるよう に強制し又は予備負荷を加える弾性体のバッキングリングが配置される。 米国特許第３６４２２４８号に示された装置においては、ディスクの周囲と摩 耗リングとの間の気密接触がしまり嵌めとして特徴付け得るような大きな面積に わたって生じ、これによりディスクを弁座に着け又は弁座から外すためには比較 的大きなトルクを必要とする。発明の概要 従って、改良された弁座を有するバルブを提供することが本発明の目 的である。 本発明の別の目的は、弁座リング及びディスク弁体と組み合うように弁座リン グに予備負荷を加える弾性体バッキングリングより構成される改良された弁座組 立体を提供することである。 本発明の更に別の目的は、ディスクに作用する流体圧力がないときの弁体と弁 座との間の封鎖が実質的に線接触により達成され、これによりディスクを弁座に 着け又は弁座から外すために要するトルクの大きさを最小にするバタフライ弁用 の弁座を提供することである。 本発明の以上の目的及びその他の目的は、ここに与えられる図面、説明及び特 許請求項から明らかになるであろう。 本発明のバルブは、第１の端部、第２の端部、及び流体流路を形成する貫通開 口を有する弁箱を備え、この弁箱は流体流路の一部分を囲んでいる壁を有し、流 体流路は壁と同軸の第１の軸線を定める。ディスク弁体が弁箱内に回転可能に取 り付けられ、弁体は丸みの付けられた環状シール面を有しかつ第１の軸線に直角 な第２の軸線まわりに回転可能である。弁座組立体がディスクのシール面と気密 組合をするように弁箱内に配置され、この弁座組立体は第２の軸線から弁箱の第 １の端部の方に軸方向で変位される。弁座組立体は、弾性的なプラスチック材料 で形成されかつディスクが閉鎖位置にあるときにディスクのシール面と気密組合 をする環状で半径方向内向きの第１の面を備える。シールリングは半径方向外向 きの第２の面に形成された環状で半径方向外向きの溝を備える。弁座組立体はシ ールリングの溝の中に配置された弾性体のバッキングリングを更に備え、このバ ッキングリングは円形断面であり、かつバッキングリングの中心を通過する第１ の平面により定められかつ第１の軸線 に直角な中心線を持つ。ディスクが閉鎖位置にありかつディスク上に作用してい る流体圧力がないときは、ディスクのシール面とシールリングの第１の面との間 の組合は実質的に環状の線接触である。ディスクとシールリングとの間の線接触 は、第２の軸線から弁箱の第１の端部に向かう方向に第１の平面から軸方向で変 位された第２の平面内にある。バルブは、弁座組立体を弁体内に保持するための 保持手段を更に備える。弁座組立体と保持手段とは弁体の第１の端部を通して軸 方向の差し込み及び抜き出しが可能である。図面の簡単な説明 図１は本発明のバルブの正面図である。 図２は図１の線２−２に沿って得られた断面図である。 図３は閉鎖位置にあってかつディスクに流体圧力が作用していない場合の弁座 とディスクとの間の相互関係を示す部分的に断面とした拡大図である。 図４はディスクが矢印で示された方向で流体圧力を受けることを除いて図３と 同様な図面である。 図５は図４とは逆方向で流体圧力を受けることを除いて図３と同様な図面であ る。好ましい実施例の説明 本発明は水用のバルブ−例えばバタフライ弁−を特に参照して説明されるが、 本発明のバルブは、閉鎖するために弁座と線接触組合のできる円形のシール面を 有する回転可能な弁体を有する適宜な１／４回転弁を含むことができる。 まず図１及び２を参照すれば、本発明のバルブは弁箱１０を備え、こ の弁箱には、図示のように、弁箱１０の周囲のまわりに配置され横方向外向きに 突き出ていてかつバルブをパイプのフランジに連結するためのボルトの通るボル ト穴１４を有する耳１２が設けられる。弁箱１０は中央の円筒状部分１６を備え 、ここから首部分１８と底部ボス部分２０とが突き出し、首部分１８と底部ボス 部分２０とは互いに反対方向に配置される。円筒状部分１６はバルブを通過する 流体流路を形成する貫通開口２２を定め、貫通開口２２には同軸の円筒状の壁２ ４と２６とが形成され、図示のように円筒状の壁２６は円筒状の壁２４よりも大 きな直径のものである。丸みの付けられた環状シール面２９を有するディスク弁 体２８が貫通開口２２内に配置され、弁体２８は貫通開口２２により定められた 流体流路を通る流体の流量を制御するように作用する。下側の軸３０がボス２０ の穴３２を通って伸びる。下側軸３０は、穴３２の深座繰り穴３６内に受け入れ られるブシュ３４の手段により穴３２内に回転可能に支持される。端部キャップ ３８がボルト４０によりボス２０に固定され、ガスケット３７がシールを形成す る。 上側の軸４２が首部分１８の穴４４を通って伸びる。穴４４の深座繰り穴４８ 内に受け入れられたパッキングリング４６のスタックが、首部分１８と上側の軸 ４２との間の液体封鎖を与えるように作用する。パッキンググランド５０も深座 繰り穴４８内に受け入れられる。パッキンググランド５０は上側の軸４２のまわ りを封鎖するＯリング５２を持つ。中央ディンプル５６を有するグランド圧迫用 ブリッジ５４が、穴５８の貫通する板材５４の手段により軸４２上に受け入れら れる。首部分１８から半径方向外向きに突き出ているフランジ６４及びブリッジ ５４の揃っている穴を通ってボルト６０が伸びる。ボルト６０にナット６６がネ ジ 止めされ締められて、明らかなように、ディンプル５６とパッキンググランド５ ０とを組み合わせて、パッキングリング４６のスタックを圧縮して首１８と軸４ ２との間の液体封鎖を確保する。 下側の軸３０は、ディスク２８の第１の突き出たドッグ７０内に受け入れられ るピン６８の手段によりディスク２８に固定される。上側の軸４２は、技術者に よく知られた方法でディスク２８の第２の突き出たドッグ７４を通って伸びてい るピン７２の手段によりディスク２８に固定される。従って、ディスク２８は、 弁箱１０の貫通開口２２内に回転可能に支持され、かつバルブを通過する流体の 流量を制御するためにアクチュエーターの手段により手動で９０°まわすことが できる。このために、上側の軸４２にはレンチ用の平坦部７６が設けられる。 ディスク２８の周囲をシールするために、一般に７８で示されかつ後でより詳 細に説明されるような環状の弁座組立体が設けられる。弁座組立体７８は弁座保 持器組立体の手段により弁箱１０内に保持され、この手段はこれと同日付けの同 時係属出願第 号、発明者ダニエル・エフ・カスマー及びロバート・ エー・フレンツの名称「バルブ組立体」により完全に説明される。この発明（カ スマー出願）はすべての目的のためにここに取り入れられる。 図３−５を参照すれば、壁２６が環状の半径方向内向きの面を定め、この面が 環状の半径方向内向きの溝８６を有することが見られるであろう。溝８６は弁箱 １０に軸方向に鑽孔された穴８８（図１参照）と交差し、穴８８と溝８６との交 差が溝８６の底に開口を形成する。保持器組立体８４は保持リング９２を備え、 このリングの周囲の面９４は、リング９２が弁箱１０内に受け入れられたときに 周囲面９４が壁２６の定め る半径方向内向きの面と密に適合するような形状及び寸法にされる。リング９２ は環状に伸びている半径方向外向きの溝９６も有し、これは、リング９２が弁箱 １０内に受け入れられたとき溝８６と揃い、これにより溝８６と９６とが環状に 伸びている通路を形成する。リング９２の第１の側面９５には、カスマー出願に 、より詳細に説明された方法で溝９６と交差するノッチ９３が設けられ、そして ワイヤー部材９８が溝８６と９６とで形成された環状の通路内に受け入れられ、 弁箱１０内のリング９２の軸方向運動を効果的に防止する。ワイヤー部材９８は 第１の端部１０６を有し、その脚部分は、一般にワイヤー部材９８の長手方向軸 線を横切る方向、好ましくは９０°の方向に伸びる。弁箱１０にリング９２を設 置するために、リング部材９２は、ノッチ９３が溝８６の底に形成された開口と 揃うように弁箱１０内に置かれる。次いで、ワイヤー部材９８の端部１０６の脚 部分をノッチ９３を通して接近させ、溝８６のポケット内に配置する。これが、 ワイヤー部材９８の第１の端部１０６を環状の溝８６内に効果的に固定する。次 いで、リング９２は、これを（図１を参照して）反時計方向−即ち、ワイヤー部 材９８の長さに沿って第１の端部１０６から離れる方向−にまわすことができる 。これにより、ワイヤー部材９８は、溝８６と９６とにより形成された通路内に 引き込まれるであろう。ノッチ９５が溝８６のポケットと再び揃った場所にリン グ９２がまわされたとき、ワイヤー部材９８は、揃った溝８６と９６とにより形 成された通路内に完全に配置されるであろう。従って、保持リング９２は弁箱１ ０内に効果的に捕捉されて軸方向のいかなる運動も防止し、これにより弁座組立 体７８が管路圧力により外されないようにする。 保持リング９２は第２の側面１００を有し、この面には環状に伸びていて軸方 向に突き出たフランジ１０２が設けられる。弁体１０は軸方向向きの環状に伸び ているフランジ１０４を備え、フランジ１０２と１０４とは互いに向き合う。こ のようにして、フランジ１０４により部分的に定められた第１の環状で軸方向向 きの凹所１０６、及びフランジ１０２により定められる第２の環状で軸方向向き の凹所１０８がある。見られるように凹所１０６は凹所１０８より半径方向の寸 法が小さく、凹所１０６と１０８とは互いに向き合う。フランジ１０２及び１０ ４は環状に伸びている通路１１０を定め、この通路は凹所１０６及び１０８と交 差し、流路２２内に開口する。凹所１０６と１０８及び通路１１０は、効果的に 一般にＴ字形の環状の弁座空洞部を形成する。 特に図３を参照すれば、バルブは閉鎖位置−即ち、面２９がシールリング８０ の環状のシール面１２２と気密組合した状態で示される。シールリング８０は、 通路１１０内に受け入れられた中央の環状に伸びている本体部分１１２、本体部 分１１２と一体でありかつ凹所１０６内に受け入れられた第１の環状フランジ部 分１１４、及び本体部分１１２と一体でありかつ凹所１０８内に受け入れられた 第２の環状フランジ部分１１６を備える。見られるように、中央本体部分１１２ 、フランジ部分１１４、及びフランジ部分１１６は、それぞれ通路１１０、凹所 １０６、及び凹所１０８により形成された弁座空洞部内に密に適合するように寸 法及び形状が決められる。 図３に示された実施例において−即ち、ディスク２８がシールリング８０と気 密組合をしかつディスク２８上に圧力が作用しなていないとき、ディスク２８と シールリング８０との間の封鎖は実質的に環状の線接触 でなされ、この線接触は図３に文字Ａで示される。図３を参照すれば、鎖線Ｂで 示された弾性バッキングリング８２の中心線は、線Ａからディスク２８の回転軸 線の方に軸方向で変位させられることを見ることができる。関連して、弾性バッ キングリング８２の中心線は流体流路２２の通過する軸線に直交する平面内にあ り−即ち、ディスク２８の回転軸線と実質的に平行である。更に、シールリング ８０は環状に伸びている半径方向外向きの溝１２０を有し、この溝は、バッキン グリング８２が溝１２０にきちんと適合するようにバッキングリング８２と相補 的な形状にされる。溝１２０の中心線もバッキングリング８２の中心線を通過す る平面内にある。バッキングリング８２がシールリング８０の本体部分１１２を 通る中心線に関して非対称であること−即ち、溝１２０及びバッキングリング８ ２の両者が軸方向でディスク２８の回転軸線の方に変位されていることが明らか であろう。この幾何学的配置が、後でより詳細に説明される特殊な利点を与える 。 さて、ディスク２８に矢印Ｃで示された方向の力が加えられたときの、ディス ク２８と弁座組立体７８との相互作用を示す図４を参照する。ディスク２８が閉 鎖位置にある図４に示された位置においては、矢印Ｃの方向に作用している力は ディスク２８を矢印Ｃの方向に押すであろう。−即ち、周囲のシール面２９が干 渉するように押され、シールリング８０に形成された環状の弁座面１２２と比較 的大きな面積で接触する。更に、流体圧力が弁座空洞部内に入り、シールリング ８０に力を加え、フランジ１１６を動かして保持リング９２の第２の面１００に 当て、また本体１１２をフランジ１０２に当てる。 図５を参照すれば、矢印Ｄの方向−即ち、ディスク２８の回転軸線に 向かう方向でディスク２８に作用している流体の圧力に関連してディスク２８と 弁座組立体７８との相互作用が示される。ディスク２８が再び閉鎖位置にあるこ の条件においては、ディスク２８は、ディスク２８の回転軸線に向かう方向−即 ち、矢印Ｄの方向に変位されるであろう。同時に、流体圧力が弁座空洞部内に入 りシールリング８０をバッキングリング８２まわりで回転させるであろう。これ の正味の結果は、面２９と面１２２との間の線接触がなお存在する間に環状の線 接触が軸方向で動き、Ａで示された線接触を通過する平面であってかつ流路２２ を通過する軸線に直角な平面−即ち、ディスク２８の回転軸線と平行な平面が、 バッキングリング８２の（Ｂで示された）中心線を通過する平面のごく近くにく るであろうということである。また、バッキングリング８２まわりのシールリン グ８０の回転は、図示のように、本体部分１１２がフランジ１０４と組み合うよ うにシールリング８０を起こし又は傾けるであろう。しかし、バッキングリング ８２まわりのシールリング８０のこの回転又は揺れのため、フランジ部分１１４ は凹所１０６の背後と僅かしか、又は全く組み合わないであろう。従って、図５ に示された条件下で流体圧力の有効な閉鎖を伴う線接触が維持されるであろうが 、かかる線接触のため、ディスク２８の開閉に要するトルクの大きさは最小に保 たれる。シールリング８０の面１２２は丸みが付けられたとして示されたが、面 １２２が円錐台であってもディスク２８の面２９に丸みが付けられているので線 接触がなお生ずることが明らかであろう。また、比較的柔らかな弾性材料である バッキングリング８２は、シールリング８０と弁箱との間の効果的な封鎖を常に 維持することも観察すべきである。 上述のように、シールリング８０は、例えばある種のゴム、テフロン （商品名）、ナイロンなどのような弾性的なプラスチック材料より作られる。バ ッキングリング８２は、一般にシールリング８０の材料より柔らかな弾性材料よ り作られるであろう。かかる材料には、Ｏリング及び同等品に形成に使用される ある種のゴム及びその他の公知の弾性材料が含まれる。 以上の教示により、本発明の多くの変更及び変化が可能であることが明らかで ある。従って、本発明は、特許請求の範囲内において、ここに説明された特別も の以外で実施できることを理解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ル面とシールリングの第１の面との間の組合は実質的に 環状の線接触であり、この線接触の組合は第２の軸線か ら離れて弁体の第１の端部に向かう方向で第１の面から 軸方向で変位された第２の平面内にある。弁座組立体を 弁箱内に保持するための保持手段も設けられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の端部、第２の端部、及び流体流路を形成する貫通開口を有する弁箱 であって、前記流体流路の一部分を囲んでいる壁を有し、前記流体流路は前記壁 と同軸の軸線を定める弁箱； 前記弁箱内に回転可能に取り付けられた弁体であって、丸みの付けられた環状 のシール面を有しかつ前記第１の軸線に直角な第２の軸線まわりに回転可能であ り弁体； 前記弁箱内に配置されかつ前記弁体の前記シール面と気密組合をする弁座組立 体を具備し、前記弁座組立体は前記第２の軸線から前記第１の端部に向かって軸 方向に配置され、前記弁座組立体は 弾性的なプラスチック材料で形成されかつ前記弁体の前記シール面との気密 組合のための環状の半径方向内向きの第１の面及び環状で半径方向外向きの第２ の面を有するシールリングであって、環状で半径方向外向きの溝が前記第２の面 に形成されているシールリング； 前記溝の中に配置された弾性的なバッキングリングであって、前記バッキン グリングは円形断面であり、前記バッキングリングは、前記第１の軸線に直角に 前記バッキングリングの中心を通過する第１の平面により定められる中心線を有 し、前記弁体が閉鎖位置にありかつ前記弁体上に作用している流体圧力がないと きは、前記弁体の前記シール面と前記シールリングの前記第１の面との間の組合 は実質的に環状の線接触であり、前記線接触の組合は前記第２の軸線から前記弁 体の前記第１の端部に向かう方向で前記第１の平面から軸方向で変位された第２ の平面内にあるバッキングリング； を備え、更に 前記弁座組立体を前記弁体内に保持するための保持手段 を備えたバルブ。 ２．前記環状で半径方向外向きの溝が前記バッキングリングの断面形状と相補 的な断面形状を有する請求項１のバルブ。 ３．前記弁箱と前記保持手段とが共同作用して弁座組立体を受け入れるための 環状に伸びている弁座空洞部を定める請求項１のバルブ。 ４．前記弁座空洞部は、横断方向断面で見たとき、前記第１の凹所に面する第 １の環状で軸方向向きの凹所、及び前記第１の凹所に面する第２の軸方向向きの 凹所を有し、そして前記弁空洞部は前記第１及び第２の凹所と交差しかつ前記流 路内に開口している環状に伸びる通路を更に有する請求項３のバルブ。 ５．前記第１の凹所が前記第２の凹所の半径方向寸法よりも小さな半径方向寸 法を有する請求項４のバルブ。 ６．前記シールリングは前記通路内に受け入れられる中央本体部分、前記本体 部分と一体でかつ前記第１の凹所内に伸びている第１のフランジ部分、及び前記 本体部分と一体でかつ前記第２の凹所内に伸びている第２のフランジ部分を有し 、前記本体部分及び前記第１と第２のフランジは共同作用して前記第２の面を定 める請求項５のバルブ。 ７．前記中央本体部分、前記第１のフランジ部分、及び前記第２のフランジ部 分が、それぞれ前記通路、前記第１の凹所、及び前記第２の凹所と密に適合する ような寸法及び形状にされる請求項５のバルブ。 ８．前記第２の面の前記外向きの溝は前記第１の平面内にある中心線を有し、 そして前記第１の平面は、前記第１及び第２の平面と平行な第３の平面内にある 前記本体部分の中心線から前記第１の軸線に向かい軸 方向で変位させられた請求項７のバルブ。 ９．前記シールリングの前記第１の面が円形である請求項１のバルブ。