JPS622073A - 高性能バタフライ制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ィスクの形のベーンを具備している。このディスクは、
弁ハウゾングの流路内に回転可能に取付けられており、
これによってベーンの周辺部は、弁を閉じるためにハワ
ノ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ワソング表面から変位
されるように、ベーンが紬によって結線の周りに回転さ
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。

各々の三日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。従って、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）王カバタフライ
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
えられてこなかった。

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３，６７７
．２９７号に見い出される。米国特許第３，６７７，２
９７号の開示によれば、ＩＮの四部が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四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・り
７ライ弁の設計における如く回転される。しかしながら
、ハウノ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。従っ
て、ベーンの第１の所定の回転度数中、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。最初の所定の度数を
通り回転後、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、下流のオフセット紬と、低角度作動中、すぐれた
流体制御によっ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６オ７セツト紬はベーン周辺部
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。紬がベーンから下流であるとき、紬によっ
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６更に、軸のオフ
セット配置方向は・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１、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（ｃｏｍｐｌｅ＋ｍｅｎｔａｒ
ｙ）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の所定の回転度数中、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ャビテー
ショ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、は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。従って、ベーンの周辺部
が内部弁体壁に対して回転されるに従って、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
るようになっていて、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っていて、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
よって、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
って、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（ｓｔｒｅａｍｌｉｎ
ｅ　　ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を与えるために下流の
オフセット輪の幾分下方に引っ込んでおり、これによっ
て流体の流れの全開率（ｒｕｔ！　　ｏｐｅｎ　　ｒａ
ｔｅ）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、弁ハウゾ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。

従って、前述の第１の所定の回転度数後、上流に回転さ
れる周辺部を通る流れのみが、第２の所定の回転度数に
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１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、
これによって、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。

従って、本発明によって教示された新規なベーン構遺体
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。下流にオフセットした軸及び
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、＄１の所定のベーン回転度数中、流体の流れを
制御するために流体制御通路に利用し、そしてその復温
２の所定のベーン回転度数中、適切な流れ制御を維持す
るために弁ハウノング壁、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６
ベーンの反対側において、下流に延１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金弟１及び
第２の所定の　　゛ベーン回転度数中、適切な流れ制御
を提供する。

流線形の突起及び紬と下流に延びている突起との間の有
利なオフセッ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、セしてベーン
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によって示されて
いる。この弁が、円筒状の弁体１２と、軸１５を回転可
能に支持するために弁体１２と一体の軸支持構造体１３
，１．４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、紬１５は構造体１３．１
４によっていづれかの端で支持されており、且つ弁体１
２の内部流れ領域２５を完全に通っ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、これによって軸
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の配置によって構造体１４にボルト止め
されている１８部キャップ１７によって構造体１４内に
しまい込まれ、且つ圧縮される。追加的な端部キャップ
部材２０は、弁ハウジング１１を閉じ、且つ密封するた
めに適切なポルト２１によって軸支持構造体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２３を含ん
でいる新規な円形ベーン（ｗａｎｅ）２２は、弁体１２
内で回転するために紬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、これによってベーン２２の全外方周辺部
２３は、弁体１２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
によってベーン２２の周辺部２３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２２の直
径は、流体の流れの方向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
、従っ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　　ａｎｇＩｅ）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は紬１５上に取付けられ、
これによって紬１５はベーン２２の周辺部分２＆から下
流の方向にオフセットされている（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度の部分に亘す延びている非対称
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図によって示された
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、これによって面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、全開位置く第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３２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ってベーン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２
７のｗｉｔさくｌｅｎｇｔｈ　　ｏｆ　　ｅｘｔｅｎｓ
ｉｏｎ）よりも比較的大きい延長氏さに形成されており
、これによって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Ｖ第６図を参照すると、ベーンが
全開位置にあると慇、突起２８は上流方向に回転され、
これによってベーン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３
４はそこを通る流体の流れに順応することによって突起
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、これによって全開位置におい
て通路を通る流れは、オフセット軸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、紬１５の周りに更に６Ｌ流のない層流を与える
ために紬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）、８Ｌ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、紬１５の下方にオフセットされている。

従って、本発明のベーン形状の教示によれば、ベーン２
２の全開障害及び乱流の影響は、重要な（ｓｉｇｎｉｆ
　１ｃａｎｔ）低角度回転流体制御（ｌｏｗ　　ａｎｇ
ｌｅｒｏｔａｔｉｏｎ　　ｆｌｕｉｄ　　ｃｏｎｔｒｏ
ｌ）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、紬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って、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１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の回転によって全流体の流れに徐々に露出される
に従って、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８１Ｓ２３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っ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２
７に隣接する周辺部２３は、弁ハウゾング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８１１ｓ壁３６の方に流れる。璧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、これによって突起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（ｃｒ　１ｔｉｃａｌ　　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２７の周りの周辺部２３と内壁３６との開の近
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図は本発明によって作られた６インチ（約１５２．
４ｍｍ）部類の１５　Ｑ　／　コ□ｏ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
をプロットしている。

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Ｗ、される。

Ｃｖ　＝　Ｑ この場合：Ｑ　＝ｇｐ＋ｍ（１４分間当りの〃ロン）ｐ
＝Ｐ　　　−Ｐ　　　　（弁ハウジング上流　　下流 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、ベーン回転によってかなりの程度の直線
性、従って流量増加に関する制甑がある。その後、弁２
２が全開９０度の方位の方に回転されるに従って、流線
形の突起２７及び突起２８と軸１５との間の幾何学的オ
フセット関係、並びに通路３２．３４の通路を通る流体
の流れは、最少の６Ｌ流であっ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、
引用により本発明に明らかに含まれている日出願の関連
出Ｉ！第　　　　　号の主題を形成している６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テオリ、且つ弁体Ｊ２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って弁体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
込めチャ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Ｌ　　ＩＴ、■に関して記載されることが
でき、これ等の３つノ部分■、■、■は、相互に対して
、且っベーン周辺部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によって規定され
たチャ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、これによっ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っ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
によって保持される。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ｋｋ４１．４２に一致する第１の部分
Ｉ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プ
ランもない）を具備しており、これによって要素３７は
封じ込めチャンバー内に確実に取付けられる。表面４０
及び鋸歯状の１＆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Ｖ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、且っベーン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、２１点から２２
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、Ａ５ヴから２１点
と２２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ット点であり、その周りにシーリ
ング表面（Ｐｉ−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１００　　ＰＳＩＧ（約ｏがら約６゜８　ｋｇ／　０
ｍ２）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に討す
る唯一の接触位置は、かみ合い表面４０，４１，４２で
あり、２１点と２２点との間のベーン周辺ｉ２３を備え
ている。シール要素３７は、周辺部分２３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
＜５ｔｒｅｓｓ）及び歪み（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は
、ウイルリアム　グリ７エル（Ｗｉｌｌｉａｍ　　Ｇｒ
ｉｆｆｅｌ）による応力・歪公式のハンドブックにュー
ヨーク：７レデリック　アンプ（Ｆ　ｒｅｃｌｅｒｉｃ
ｋ　　Ｕ　ｎｇａｒ）出版社、１９６６年、引用によっ
て明らかに本発明に含まれる）の＠１７３頁乃至第１７
４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っ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
き公式に従って計算に使用される定数は、表１（ＭＳ１
７５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
に関連しで使用するだめに構成された。

試作シール要素は、引張り強さ４０００ｐｓｉ（約２７
２　ｋｇ／　ａｍ２）、１０ＸＩ　Ｏ’に等しい引張り
弾性率、及び４００％に等しい引張り伸び率（ｔｅｎｓ
ｉｌｅｅｌｏＢａｔｉｏｎ）を有するＥＰＴテア０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１４３ａ＋
ｍ）に等しい内径（ＰＭ乃至Ｐ２に対し）そして６．３
８８インチ（約１６２ｍｍ）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
従ってグリ７工ル公式（Ｇ　ｒｉｆｆｅｌ　　ｆｏｒｍ
ｕｌａｓ）を適用することによって、上記のシールの値
及び寸法を用い、圧力１００ｐｓｉ（約６　、　８　ｋ
ｇ／　０ｍ２）の下で作動したとき、試作シールの最大
垂直歪みは０゜００９５インチ（約０．２４ｍＩ！＋）
そしてシールの外縁における最大応力は１８８９ｐｓｉ
（約１２９ｋｇ／Ｃ１１２）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３４　ｋｇ／　ａｍ２）との開の圧
力取合せ（ａｒｒａｎｇｅｓｅｎｔ）以内にあるように
変化されるとさ、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。従って、シ
ール要素３７は、もはやＡ点から２１点乃至２２点まで
支持されないのではなく、Ｂ、αにおいて加えられた支
持表面４０が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って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４ｏと接触するとき（Ｊｌｏち・　１１００ｐ
ｓｉから５００　ｐｓｉｇの圧力範囲）、それは本発明
の構想によってもくろまれだステーク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っ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。５００　ｐｓｉｇ
（約３４ｋｇ／ａｍ２）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１５２．４ＩＩｌｌ
）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の場合に従って一定である））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９４２　ｐｓｉ（約６４　、　１　ｋｇ／　
０ｍ２）そして１３の場合最大歪み０．００６５インチ
（約０゜１６５Ｉ１ｍ）及び最大応力１３４５ｐｓｉ（
９１，５ｋｇ／ｃｍ２Ｈ外縁において）を示した。

従って、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って凹
部３８及び保持要素３９によで規定されたシール封じ込
めチャンバに対して勿論具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っ
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７エルの場合の近似値を変化することによって
シール要素３７への応力の影響を有利に変化する。従っ
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ｆｆ１３の作動モードは、作動環境が
５００　ｐｓｉｇ（約３４ｋｇ／ｃ！１１２）以との流
体圧力を含むときに生じる。このような項圧力作動にお
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０点において保持要素３
９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２１点及び２２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。従って、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′Ｃおり、それは、高圧力環境
によっ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、直に対して）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１
３の状！！！（ブリ７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１５
２．４ｍ１ｌ＋）に対立するものとして）、１３の場合
、７５０　ｐｓｉｇ（約５１に８７ｃｍ２＞の圧力作動
において最大歪み０．００６インチ（約０゜１．５ｍａ
ｉ）そして最大応力１２６８　ｐｓｉｇ（約８６．３ｋ
ｇ／ｃｍ２）となる。

従って、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２１点及び２２点によっ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ャ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頁って、比較的低い応力は、シール
の摩損及１コールド７０−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
の安定のためのがう入を詰めた内部メンプラン又は追加
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・従って、比較的低
コストで、簡単な！！を成であり、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７更に、本発明のベーン
は、関連の特許量Ｍ第 号のシール要素と共に作動されるとき、長期間、漏れな
い弁閉鎖を提供する。

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、当業者によっていくつかの
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。従っ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、本発明によっ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、はぼ２−２Ｍに沿って見たときの第１図の弁
の側部分横断面図であり、そして閉じだ位置におけるベ
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の所定の度数を通じて回転後のベー
ンを例示している。 第４図はほぼ４−４線に沿って見たときの第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池の側部横断面
図であり、そして９０度（全開弁位置）を通じて回転後
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　　　コーベスφプルカン 試験者　　ジエイ・ビー・チュリス 試験日　　１９８４年７月 オタワ水研究所 オタワ国立大字財団 ロ〃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・・・弁ハウソング １２・・・弁体 １３．１４・・・軸支持構造体 １５・・・紬 １６・・・シーリングリング １７・・・端部キャップ ２２・・・ベーン ２３・・・周辺部 ２７．２８・・・突起 ３２．３４・・・流れ通路 ３．７・・・シール要素 ３８・・・凹部 ３９・・・保持要素 、１頁の続き ）発　明　者　　チモシイ・イー・カン　　アメリカ合
衆国　ペンクル　　　　　　　　　　ン・メイプルクレ
ストンルベニア州　１６４２６　　マツキードライブ　
８６４８

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）選択的に、制御された回転のために該弁ハウジン
   グ内に取付けられている全体的にディスク形状のベーン
   とを具備しており、 （ｃ）該ベーンが周辺部を含んでおり、そして第１及び
   第２の直径方向に対向した、非対称の突起を含むように
   形成されていて、該突起の各々が該ベーンの該周辺部か
   ら延びており； （ｄ）該ベーンが１／４回転まで回転可能であって、該
   ベーンの該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、そして該弁は、９０度回転した
   とき該弁ハウジングを通る流体の流れの方向にほぼ平行
   であるようになっており；（ｅ）該第１の突起が下流方
   向に回転された該ベーン周辺部の部分の周りに形成され
   ており；（ｆ）該第１の突起がそこを通り形成されてい
   る複数の第１の流体制御通路を含んでおり、各々の該通
   路が該突起の該ベーン周辺部分から該突起の反対の面に
   延びていて、これによって該ベーン周辺部の下流に回転
   した部分に隣接する流体の流れは、第１の所定のベーン
   回転度数中、単に該第１の流体制御通路だけを通り、そ
   して流体の流れ出口が各々の通路の該周辺部からであり
   ； （ｇ）該第２の突起が上流の方向に回転される該ベーン
   周辺部の部分の周りに形成されており；（ｈ）該第２の
   突起がそこを通り形成された複数の第２の流体制御通路
   を含んでおり、該通路の各々が、該突起の該ベーン周辺
   部分から該突起の反対の面に延びており、これによって
   該ベーン周辺部の上流に回転した部分に隣接した流体の
   流れが第２の所定のベーン回転度数中、単に該第２の流
   体制御通路のみを通り； （ｉ）該第２の所定のベーン回転度数が該第１の所定の
   ベーン回転度数よりも大きく； （ｊ）該下流に回転される周辺部及び該第１の突起の各
   々が少くとも第３の所定のベーン回転度数中、該弁ハウ
   ジングにきわめて接近しており；そして （ｋ）該第１の突起が該第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、且つ全体的に流線形
   の、スムースな輪郭の形状に形成されている 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
   に沿って延びており、そして （ｂ）該第２の流体制御通路が、２つの周辺で間隔をへ
   だてた列に配列されており、該各々の列が該第２の突起
   に沿っ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）該ディ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、下流方向に該ディス
   ク形状のベーンからオフセッ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、該第２の突起の最外方端部分は、該ディスク形状の
   ベーンが９０度回転しているとき、該選択的に回転可能
   な軸の下に引っ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度回転しているとき流体の流れに対して方向づけさ
   れており、これによって該第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上に導かれる特許
   請求の範囲第４項記載の高性能バタフライ制御弁。 ６、高性能バタフライ制御弁において、 （ａ）弁ハウジングと、 （ｂ）外方周辺部を含んでいる全体的にディスク形状の
   ベーンとを具備しており、 （ｃ）該ディスク形状のベーンが選択的に制御された回
   転のために該弁ハウジング内に取付けられており、これ
   によって該外方周辺部の第１の部分が下流の方向に回転
   され、そして該外方周辺部の第２の部分が上流の方向に
   回転され、 （ｄ）該ディスク形状のベーンが１／４回転まで回転可
   能であり、これによって該外方周辺部はゼロ回転におい
   て該弁ハウジングとシールした関係にあり、そして該ベ
   ーンは９０度回転したとき該弁ハウジングを通る流体の
   流れの方向にほぼ平行であり、 （ｅ）該第１の突起が該外方周辺部の第１の部分の周り
   に該ベーンから延びており、 （ｆ）該第１の突起が配列された第１のセットの流体制
   御通路を含んでいて、これによって該外方周辺部の第１
   の部分に隣接する流体の流れが第１の所定のベーン回転
   度数中、単に該第１のセットの流体制御通路のみを通り
   、 （ｇ）該第１のセットの流体制御通路の各々の通路が、
   該ディスク形状のベーンの該外方周辺部の第１の部分に
   配置された流体出口のための開口を含んでおり、 （ｈ）該第１の部分及び該第１の突起の各々が、少くと
   も第２の所定のベーン回転度数中、該弁ハウジングにき
   わめて接近しており、 （ｉ）該第１の突起が全体的に流線形の、スムースな輪
   郭の形状に形成されている ことを特徴とする高性能バタフライ制御弁。 ７、更に、 （ａ）第２の突起が該外方周辺部の第２の部分の周りで
   該ベーンから延びており、 （ｂ）該第２の突起が配列された第２のセットの流体制
   御通路を含んでいて、これによって該外方周辺部の第２
   の部分に隣接する流体の流れが、第３の所定のベーン回
   転度数中、単に該第２のセットの流体制御通路のみを通
   る特許請求の範囲第６項記載の高性能バタフライ制御弁
   。 ８、更に、 （ａ）該第２の突起が、該第１の突起の延長部の長さよ
   りも大きい延長部の長さを有しており、（ｂ）該第３の
   所定のベーン回転度数が該第１の所定のベーン回転度数
   よりも大きい 特許請求の範囲第７項記載の高性能バタフライ制御弁。 ９、更に、該第２のセットの流体制御通路が該外方周辺
   部の該第２の部分を横切って延びている２つの周辺で間
   隔をへだてた列に配列されている特許請求の範囲第７項
   記載の高性能バタフライ制御弁。 １０、高性能バタフライ制御弁において、 （ａ）弁ハウジングと、 （ｂ）外方周辺部を含んでいる、全体的にディスク形状
   のベーンとを具備しており、 （ｃ）該ディスク形状のベーンが、選択的に制御される
   回転のために該弁ハウジング内に取付けられており、こ
   れによって該外方周辺部の第１の位置が下流の方向に回
   転され、そして該外方周辺部の第２の部分が上流の方向
   に回転され、 （ｄ）該ディスク形状のベーンが１／４回転まで回転可
   能であり、これによって該外方周辺部がゼロ回転におい
   て該弁ハウジングとシール関係にあり、そして該ベーン
   が９０度回転したとき該弁ハウジングを通る流体の流れ
   にほぼ平行に延びており、そして （ｅ）突起が該外方周辺部の第１の部分の周りに該ベー
   ンから延びており、 （ｆ）該第１の部分及び該突起の各々が少くとも所定の
   ベーン回転度数中、該弁ハウジングにきわめて接近して
   おり、これによって該接近が固有的に該ベーン回転の所
   定の度数中、該突起及び該第１の部分の周りの流体の流
   れを制御し、 （ｇ）該突起が全体的に流線形の、スムースな輪郭の形
   状に形成されていて、これによって該ベーンが９０度回
   転されたとき流体の流れに対して乱流のない最小の障害
   を与える、 ことを特徴とする高性能バタフライ制御弁。