JPS63106470A - 弁組立体 - 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、弁に係り、更に詳細には動的流体制御の用途
に於てシール及び保護作用を行なうケージ構造体を有す
る回動式弁組立体に係わる。本明細書に於ては、本発明
は弁が絞り及び遮断の両方の目的で効率的に機能するこ
とを可能にする独立に回動可能なケージ構造体を有する
改良されたプラグ弁との関連で開示される。

従来の技術 工業的な流体流れ系の設計に於ては、動的流体制御の目
的ではなく遮断の目的で種々の型式の弁を選択すること
が一般に行なわれている。流体遮断弁は流体の漏洩を最
少限に抑えるべく漏洩を防止するシール特性について選
定される。これに対し流体制御弁は流体流れ系を流れる
流量や圧力の如き動的流体流れ特性を正確に、制御し得
る能力の点で選定される。しかし流体遮断及び動的流体
制御に要求される要件は互いに相反することが多い。

従ってシール特性及び動的流体制御特性の一方を改善す
ることは通常他方を犠牲にしてのみ可能である。従って
正確な制御及び漏洩のない遮断の両方が必要とされる場
合には、一般に二つの互いに独立した弁が使用される。

例えば非常に腐食性の高いプロセス流体の制御を行なう
よう設計された系に於ては、絞りの目的で玉形弁を使用
し、遮断の目的でプラグ弁を使用することが一般に行な
われている。これらの互いに異なる二種類の弁は構造の
点で互いに異なっている。

絞りの如き動的流体流れ制御の目的で使用される玉形弁
は作動中にも完全に閉弁されることのない全て金属の構
造体であることが多い。典型的な玉形弁は、テーパ状を
成す閉弁部材を含み、該閉弁部材はそれと弁座との間の
空間の開度を変化させるべく着座位置へ向けて、また着
座位置より離れる方向へ軸線方向に駆動されるようにな
っている。制御されるプロセス流体の流量及び圧力は、
弁座に対する閉弁部材の軸線方向位置を変化させること
によって変化される。かかる弁構造体は優れた制御能力
を有してはいるが、効率的なシールの機能は果さない。

全てのシール面は腐食及び流体の直接衝突に曝されるの
で、長期間に亙り泡の漏洩を防止するシール機能を果す
に必要なプラスチックスの如き柔軟な弁座材料を使用す
ることが困難である。従って玉形弁には腐食性流体の用
途に於ては柔軟な弁座が使用されておらず、玉形弁は漏
洩のない遮断を果すに必要なシール要件を満していない
。

これに対しプラグ弁は優れた遮断能力を存している。典
型的なプラグ弁は弁本体を貫通して延在する流体流路内
に回動可能に配置されたプラグ部材を含んでいる。プラ
グ部材も内部に貫通流体通路を有しており、この通路は
プラグ部材が回動されると弁本体の流路と整合され、ま
た該流路との整合より解除されるようになっている。プ
ラグ部材は全開位置と全開位置との間に９０″の範囲に
亙り回動されるようになっている。弁本体とプラグ部材
との間に於ける流体の漏洩を防止すべく、スリーブの形
態をなすシール部材がプラグの周りにて弁本体内に装着
されている。典型的にはポリテトラフルオロエチレンの
如く比較的柔軟で化学的に不活性のプラスチック材料に
て形成されるスリーブは、プラグ部材が全開位置にある
時には、プラグ部材に対応して孔が連通するようになっ
ている。プラグの弁座を構成するスリーブは、弁が全開
位置にあろうと全開位置にあろうと、プラグ部材により
プロセス流体が直接衝突することより保護されるように
なっている。

プラグ部材を全開位置と全閉位置との間の中間位置に位
置決めし、遮断及び動的流体制御の両方の目的で従来の
プラグ弁を使用することも可能である。しかしかくして
従来のプラグ弁を使用することには重大な制限及び欠点
がある。まず第一にプラグ部材はシール機能を果すスリ
ーブと密に嵌合した関係にある。このことによりプラグ
部材とスリーブとの間に高い摩擦が生じ、プラグ部材を
回動させるために使用されるアクチュエータに高いトル
ク要件が課せられる。またプラグ部材は比較的ゆっくり
と且不正確にしか回動しない。

より一層重要なことには、プラグ弁はスリーブがプラグ
弁内を流れるプロセス流体の流れより保護される全開位
置又は全開位置に於てのみ作動するよう設計されている
。プラグ部材が全開位置と全開位置との間の中間位置へ
回動されると、スリーブ（即ち弁座）はプロセス流体の
直接的な衝突に曝される。かかるプロセス流体の直接的
な衝突によりスリーブが浸食されて劣化し、その結果ス
リーブのシール性能が低下してしまう。またスリーブは
従来のプラグ弁の作動に於てはプロセス流体の流れに曝
されるが、かかるプロセス流体に曝されることは全開位
置と全閉位置との間の短い遷移運動期間中に於てのみ生
じる。浸食は絞りの用途の如く長期間に亙りプロセス流
体に曝される期間中に於て顕著である。浸食の問題はプ
ロセス流体が研摩粒子を含む高圧スラリーである場合に
特に顕著である。

遮断及び動的流体制御の両方にプラグ弁を使用せんとす
る場合の比較的有効な一つの手段はケージを存するプラ
グ弁である。従来のケージををするプラグ弁に於ては、
金属製のケージ組立体がプラグ部材内に配置され、弁本
体に対し固定された状態に維持される。この金属製のケ
ージ組立体は、弁のボートに於て柔軟な弁座をそれに流
体が直接衝突することより遮蔽することによって絞りの
用途に於てスリーブを浸食より保護する作用をなす。

またケージ組立体は弁を貫通するより直接的で所定の形
状に形成された流路を与えることにより、乱流を低減し
、高速の液体、スラリー、及びガス状蒸気の切削作用を
低減する作用をなす。かかる型式のケージを有するプラ
グ弁は従来の弁に優る利点を有してはいるが、欠点を有
していないわけではない。従来の他のプラグ弁と同様、
上述の如きケージを有するプラグ弁は比較的高いトルク
を要し、また位置決め能力の点で比較的不正確である。

更にケージを有するプラグ弁に於ては、弁座がプロセス
流体の乱流やプロセス流体のキャビティションに曝され
る。勿論このことにより弁座が浸食され、弁の漏洩のな
い遮断シール性能が損なわれる。

発明の概要 従って本発明の主要な目的は、漏洩のない遮断及び動的
流体制御の両方を行なうことのできる回転式弁組立体を
提供することである。

本発明の他の一つの目的は、動的流体流れの用途に於け
るシール要素の保護作用が改善されたケージを有する弁
組立体を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、泡の漏洩を防止するシ
ール機能を果すことのできる弁組立体にトルクが小さく
精度の高い流体制御部材を設けることである。

本発明の更に他の一つの目的は、絞り部材の位置決め制
御に於けるバックラッシュの問題のない弁を提供するこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的は、製造公差及び組立公差
により生じるケージの制御されない回動が生じないケー
ジを有する弁を提供することである。

上述の如き目的を達成すべく、本発明によれば、オン−
オフ流体制御部材（プラグ）とは独立に回転し得る動的
流体制御部材（ケージ部材）を有する回動式弁組立体が
得られる。本発明の弁組立体は入口と、出口と、入口と
出口との間に延在する内部流体流路とを有する弁本体を
含んでいる。弁本体内には動的流体制御部材が回動可能
に装着されている。この動的流体制御部材は開弁位置と
閉弁位置との間に運動可能であり、これにより動的流体
制御部材の相対的角方向位置に応じて前記内部流体れ流
路を流れる流体の流量を選択的に制御するようになって
いる。弁本体内にはオン−オフ流体制御部材が配置され
ており、該制御部材は動的流体制御部材とは独立に回動
可能である。オン−オフ流体制御部材は弁の主要なシー
ルを構成している。遮断以外の全ての位置に於ては、オ
ン−オフ流体制御部材は静止状態に留まり、絞り度合は
動的流体制御部材により制御される。

本発明の他の一つの局面によれば、オン−オフ流体制御
部材は前記内部流体流路内を流れるプロセス流体が直接
衝突することよりシール部材を保護するよう作用する。

本発明の更に他の一つの局面によれば、動的流体制御部
材はオン−オフ流体制御部材内に配置され、動的流体制
御部材及びオン−オフ流体制御部材は共通の軸線の周り
に回動可能である。

本発明の更に他の一つの局面によれば、動的流体制御部
材とオン−オフ流体制御部材との間には軸受部材が配置
される。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、軸受部材はフッ化
炭化水素ポリマーにて形成される。

本発明の更に他の一つの局面によれば、動的流体制御部
材にトルクを与えてこれを運動させる手段が設けられる
。また弁本体に対する動的流体制御部材の相対的角方向
位置を示す位置制御手段が設、けられる。この位置制御
手段は前記トルクを与える手段との連結状態より機械的
に解除されるようになっている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例 添付の図に於て、第１図は本発明の原理に従って構成さ
れた回転式弁組立体１ｏを示している。

特に図示された弁組立体１ｏは弁本体１２を有するプラ
グ弁であり、弁本体はその両端にフランジ１４及び１６
を有している。弁本体１２はそれぞれフランジ１４及び
１６内の中央に設けられた流体入口１８及び流体出口２
０を有している。入口１８と出口２０との間には内部流
体流路２２が弁本体１２を貫通して延在している。

流路２２を流れる流体の流れは特に回転式ケージ部材２
４として図示された動的閉弁部材により制御され、選択
的に絞られるようになっている。

ケージ部材２４は貫通通路２６を有しており、該通路は
ケージ部材２４を弁本体１２に対し相対的に回動させる
ことにより、流路２２と選択的に整合され、また流路２
２との整合状態より解除されるようになっている。かか
るケージ部材の回動は図示の弁に於てはベーン型アクチ
ュエータ２８により行なわれるようになっており、アク
チュエータ２８はカップリング３４により弁駆動軸３２
に連結された出力軸３０を経てトルクを伝達するように
なっている。弁駆動軸３２はケージ部材２４に剛固に接
続されており、これによりケージ部材２４が駆動軸３２
と共に回動するようになっている。

当業者には容易に理解され得る如く、アクチュエータ２
８の出力軸３０は、アクチュエータ２８内に配置された
図には示されていないベーン（パドルと呼ばれることが
ある）の両側に与えられる流体の差圧に応答して回動さ
れる。第１図に示されている如く、ケージ部材２４は全
開位置に配置される。ケージ部材２４を９０＠回動させ
ることにより、ケージ部材の貫通通路２６は内部流体流
路２２と完全に整合した状態にもたらされ、これにより
ケージ部材２４はその全開位置に位置決めされる。

本発明の原理の一つによれば、ケージ部材２４はプラグ
３６内に回動可能に装着されており、プラグ３６は弁組
立体１０のため、の主要なシール部材として作用する。

図示のプラグは、それが第１図、第２図、第３図、及び
第４図に示された位置にあるときには流路２２を経てプ
ロセス流体が障害なく流れ得るよう、流路２２に対応し
て設けられた孔を有する壁を有する実質的に中空の切頭
円錐形をなす構造体である。しかしプラグ３６が回動さ
れると、図に於て孔３８及び４０として示されたこれら
の孔は流路２２との整合状態より解除される方向に駆動
される。第５図の説明より明らかである如く、プラグ３
６は全開位置まで回動して流路２２を流れる流体の流れ
を完全に遮断することができる。しかし以下の説明より
明らかとなる理由から、プラグは典型的には遮断以外の
全ての作動に於ては、第２図乃至第４図の位置に静止状
態に留まる。

第１図に於いて、プラグ３６は流路２２を横切って延在
し弁本体１２とプラグ３６との間にシールを与えるスリ
ーブ４２内に装着されている。このスリーブ４２の孔も
流路２２に対応している。

本発明の好ましい形態に於ては、このスリーブ４２は実
質的に全てのプロセス流体に対し化学的に不活性である
ポリテトラフルオロエチレンの如きフッ化炭化水素材料
にて形成される。しがしががるシールはプロセス流体が
直接衝突することにより浸食されるので、弁の全ての作
動位置に於てスリーブを保護することが重要である。第
２図乃至第４図より、図示のプラグは、ケージ部材２４
の角方向位置が如何なる位置にあろうとも、ケージ部材
の実質的に全ての作動位置に於てスリーブを完全に保護
することが理解されよう。これらのシール（及び後述の
軸受）以外の弁組立体の他の全ての構成要素は、プロセ
ス流体による浸食に耐える金属にて形成されている。

プラグ３６はケージ部材２４の軸線と同一の軸線の周り
に弁本体内にて回動可能である。プラグ３６の回動はケ
ージ部材２４の回動と同様の要領にて行なわれる。アク
チュエータ２８に対し弁本体１２とは反対の側には第二
のベーン型アクチュエータ４６が配置されており、該ア
クチュエータはカップリング５２を経てプラグ３６のた
めの工区動軸５０ヘトルクを伝達する出力軸４８を宜し
ている。駆動軸５０はプラグ３６に剛固に接続されてお
り、これによりプラグは駆動軸５０と共に回動するよう
になっている。アクチュエータ２８と同様、アクチュエ
ータ４６もその内部に回動可能に装着されたベーン（図
示せず）を横切る流体の差圧に応答して回動するように
なっている。

それぞれケージ部材２４及びプラグ３６のための駆動軸
３２及び５０は、それぞれ近接孔５４及び５６を貫通し
て弁本体１２の両側より延在している。近接孔５４及び
５６はそれぞれ弁カバー５８及び６０により閉じられて
いる。弁カバー５８は弁本体１２に固定され、近接孔５
４内に装着されており、他方弁カバー６０は近接孔５６
内に固定され装着されいている。弁本体１２とカバー５
８との間には近接孔５６を経てプロセス流体が漏洩する
ことを防止すべくダイヤフラム６２が介装されている。

プロセス流体に対し不活性であるフッ化炭化水素や他の
材料にて形成されていることが好ましいダイヤフラム６
２は中央孔を有しており、該中央孔を貫通して駆動軸３
２が延在している。駆動軸３２にはダイヤフラム６２の
中央孔の周縁の周りに形成されたＶ形溝の内壁が圧縮状
態にて接触している。ケージ部材２４の肩部上にはデル
タリング６４が支持されており、該リングはＶ形溝の内
壁を圧縮によって付勢して軸３２に対しシール関係にて
当接するよう、ダイヤフラム６２のＶ形溝内に配置され
ている。ダイヤフラム６２の外部には金属ダイヤフラム
６６が配置されている。ダイヤフラム６６はダイヤフラ
ム６２よりも大きく、近接孔のカバー５８が締付けられ
る場合にダイヤフラム６２を損傷より保護するよう、弁
本体１２の独立のカウンタボア内に受入れられている。

斜に延在する下面を有するスラストカラー６８がその下
面がＶ形溝の外面と係合した状態にて金属ダイヤフラム
６６上に装着されている。スラストカラー６８はＶ形溝
の外壁に対し半径方向内方へのシール圧を与える作用を
なし、このシール圧は駆動軸３２に対しシール圧を与え
るべくデルタリング６２を経て伝達されるようになって
いる。

スラストは駆動軸３２の周りに於けるシール圧を変化さ
せるべくスラストカラー６８に対し調節可能に与えられ
るようになっている。このことはカバー５８を貫通して
延在する一連の軸線方向に調節可能なボルト（図示せず
）により達成されるようになっている。

プラグ３６のための近接孔５６にも同様の調節可能なシ
ール構造が設けられている。近接孔５６に設けられたプ
ラグ３６のためのシール構造は近接孔５４に設けられた
ケージ部材２４のためのシール構造と実質的に同一であ
るので、このシール構造の詳細な説明については簡略化
の目的で省略する。但し軸５０の周りのシール圧を調節
すべく、調節用のボルト６８がカバー６０を貫通して延
在していることに留意されたい。図示の調節用ボルト６
８はカバー６０を貫通して延在するかかる三つのボルト
のうちの一つである。三つの同様の図には示されていな
い調節用ボルトがカバー５８を貫通して延在している。

本発明の他の一つの局面によれば、ケージ部材２４は三
つの小さい軸受面の周りに於てのみプラグ３６に当接し
ている。これらの軸受面の二つは、通路２６の両側にて
ケージ部材２４の周りに周方向に配置された軸受７０及
び７２により郭定されている。残りの軸受はケージ部材
２４及びプラグ３６の対応する軸線方向端面を分離する
充実のボタン型軸受７４である。スリーブ４２と同様、
軸受７０．７２、及び７４はポリテトラフルオロエチレ
ンの如きフッ化炭化水素ポリマーにて形成されているこ
とが好ましい。従ってプラグ３６は泡の漏洩のない密な
シールを形成するようスリーブ４２に対し密に装着され
た状態に留まるが、ケージ部材２４はケージ部材に対し
比較的摩擦の小さい嵌合状態にて回動される。かくして
比較的摩擦が小さい嵌合状態により、ケージ部材２４は
等価なシール能力を有する従来のプラグ弁のプラグに比
して比較的小さいトルクにて且実質的に高い精度にて回
動される。

ケージ部材２４が回動される場合の精度を更に改善すべ
く、ケージ部材２４のための位置制御機構は弁のトルク
伝達要素より機械的に衝撃が伝達されないようになって
いる。例えば図示の実施例に於ては、ベーン型アクチュ
エータ２８の出力軸３０は中空である。全てのトルクは
出力軸３０よりカップリング３４を経て駆動軸３２へ伝
達される。駆動軸３２は位置制御軸７６に接続されてお
リ、該位置制御軸は出力軸３０に対し同心にて該出力軸
を貫通して延在している。位置制御軸７６はアクチュエ
ータ２８上に装着されたポジショナ７８まで延在してい
る。好ましい実施例のポジショナ７８はフィードバック
制御システムの制御下にてケージ部材２４を位置決めす
る市販のポジショナである。第１図に於て、位置制御軸
７６は駆動軸３２の軸線方向外端に設けられたねじ孔内
にねじ込みにより受入られている。ロックナツト８０が
位置制御軸７６を駆動軸３２に対し固定している。位置
制御軸７６は実質的にトルクを担持しないので、ケージ
部材２４の正確な位置決め制御を行なうためには、位置
制御軸と駆動軸との間に軽量の固定手段が設けられるだ
けで十分である。

前述の如く、本発明によれば、スリーブ４２の如何なる
部分をも流体の直接的な衝突に曝すことなくプロセス流
体を絞ることができる。ケージ部材２４を中間位置へ回
動させ、これと同時にプラグ３６を全開位置に位置決め
することにより、スリーブ４２の全ての部分を流体の衝
突より完全に保護しつつプロセス流体を更に絞ることが
できる。

またケージ部材２４及びプラグ３６を制御する図示の構
造によれば、従来の構造の適正に制御されない回動を排
除することができる。かかる適正に制御されない回動は
従来の構造に於ては高いトルクが必要であり、またバッ
クラッシュが存在することにより生じていた。

以上要するに、本発明の概念を採用することにより得ら
れる種々の利点が説明された。本発明の弁組立体によれ
ば、泡の漏洩のないシールを達成し得る弁に於て金属面
のみしかプロセス流体に曝されない状態でプロセス流体
を絞ることや他の動的流体制御を行なうことができる。

更に小さいトルクにて本発明の動的流体制御部材を回動
させることができ、これにより動的流体制御部材の高精
度且低パワーにて制御される回動が可能になる。

更にオン−オフ流体制御部材は漏洩のないシールを達成
するために動的流体制御部材とは独立に閉弁される。従
って絞り及び流体遮断の両方の目的で一つの弁を使用す
ることができる。。

本発明の好ましい実施例の以上の説明は、本発明を説明
するためのものであり、本発明を上述の厳密な形態に制
限するものではない。上述の開示に照し種々の修正や変
更が可能であることは明らかである。例えば本発明の原
理はプラグ弁に限定されるものではない。また他の型式
の回転式弁やアクチュエータが使用されてもよい。上述
の実施例は本発明の原理及びその実際的な用途を最も良
好に説明し、これにより当業者が考えられる特定の用途
に適するよう本発明を種々の実施例にて、また種々の修
正が加えられた形態にて最も良好に使用することができ
るようにするために選択され説明されたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って構成された弁組立体を一
部断面にて示す側面図である。 第２図は弁組立体が第１図の位置にある場合に於ける動
的流体制御部材とオン−オフ流体制御部材とシール部材
との間の相対的角度位置を示す解図である。 第３図は動的流体制御部材が第２図の全開位置より全開
位置まで９０″回動された状態を示す第２図と同様の解
図である。 第４図は動的流体制御部材が全開位置と全開位置との間
の中間の絞り位置に回動された状態を示す第２図及び第
３図と同様の解図である。 第５図は閉弁位置へ回動された動的流体制御部材及びオ
ン−オフ流体制御部材を示す第２図乃至第４図と同様の
解図である。 １０・・・弁組立体、１２・・・弁本体、１４．１６・
・・フランジ、１８・・・入口、２０・・・出口、２２
・・・流体流路、２４・・・動的流体制御部材（ケージ
部材）。 ２６・・・貫通通路、２８・・・アクチ・ユエータ、３
０・・・出力軸、３２・・・駆動軸、３４・・・カップ
リング、３６・・・プラグ、３８．４０・・・孔、４２
・・・スリーブ。 ４６・・・アクチュエータ、４８・・・出力軸、５０・
・・駆動軸、５２・・・カップリング、５４．５６・・
・近接孔。 ５８．６０・・・弁カバー、６２・・・ダイヤフラム、
６４・・・デルタリング、６６・・・ダイヤフラム、６
８・・・スラストカラー、７０．７２．７４・・・軸受
、７６・・・位置制御軸、７８・・・ポジショナ、８０
・・・ロックナツト 特許出願人　　　ゾモックス・コーポレイション代　　
理　　人　　　　　弁　　理　　士　　明　　石　　昌
　　毅ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入口と、出口と、前記入口と前記出口との間に延在する
   内部流体流路とを有する弁本体と、前記弁本体内に回動
   可能に装着された動的流体制御部材であって、開位置と
   閉位置との間に運動して前記弁本体に対する前記動的流
   体制御部材の角方向位置に応じて前記内部流体流路を流
   れる流体の流れを選択的に制御する動的流体制御部材と
   、前記弁本体内に配置され、前記動的流体制御部材とは
   独立に前記弁本体に対し相対的に選択的に回転可能であ
   り、開位置と閉位置との間に回動可能なオン−オフ制御
   部材と、 を含む弁組立体。