JP2006194448A

JP2006194448A - 弁

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Publication number: JP2006194448A
Application number: JP2006038142A
Authority: JP
Inventors: Melvin L Buls; ローレンスブルズメルヴィン; Randy L Hall; ジェロルドホールランディ
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: CA2097391A1; JPH0681967A; EP0573399B1; US5236014A; FI932476A0; DE69300392T2; DE69300392D1; JP3803729B2; EP0573399A1; FI932476A; JP4454592B2

Abstract

【課題】閉じた時の漏洩量が著しく少なく、弁に作用する不平衡力が少なく、高温でも作動し得る弁を提供する。
【解決手段】弁本体４１と、この弁本体に貫通する弁ステム５６と、この弁に流れる流体の流れを制御するトリム装置４５とを具える。弁ステムによって動かされ通路６６を設けた弁プラグ４７と、弁ケージ４８と、下部弁座４６とをトリム装置は有する。弁ケージ４８の第１ケージ周囲部５８と第２ケージ周囲部５９との段差によりケージ棚部６０を形成し、弁プラグ４７の第１プラグ周囲部６１と第２プラグ周囲部６２との段差により上部弁座６５を形成する。弁を閉じた時、弁プラグ４７を下部弁座４６に着座させ、同時にケージ棚部６０と上部弁座６５との間に配置したＣ字状環のシール装置６３を圧縮するが、弁プラグ４７と弁ケージ４８との間に漏洩した流体の一部はＣ字状環内に入りそのシール作用を増強する。
【選択図】図３

Description

本発明は導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御する弁、また特に、弁が約２３２℃（４５０°Ｆ）以上の高温を受けても米国国家規格による漏洩等級V 以上に漏洩を遮断防止し得るトリム装置を有する弁に関するものである。

弁を閉じた時、流体の流れを遮断する弁の能力に従って、制御弁の漏洩等級を定めた規格がある。これ等の規格は、閉じた状態の弁を通じて流体が流れる量を特定している。通常、この流れの量は、評価される弁の導入口ポート及び送出口ポートの両側に特定の差圧を加えた時、その弁の遮断能力をパーセントで測定している。例えばANSI(American National Standard Institute 米国国家規格協会) 規格によれば、漏洩等級IIとは、遮断した状態での評価される弁からの最大漏洩が０．５％を越えないことを意味する。同様に、漏洩等級III及びIVとは、遮断した状態での評価される弁からの最大漏洩がそれぞれ０．１％及び０．０１％を越えないことを意味する。

特定の弁が漏洩等級II、III及びIVの要件を満たしているか否かを決定するためには、弁を閉塞した状態で、この弁について空気、又は水の漏洩テストを行っている。通常は、閉塞した弁の導入口ポートに空気、又は水の供給管を連結し、弁を通じて漏洩する量を測定することによって、この空気、又は水の漏洩テストを実施している。一方、漏洩等級Vについては、水の供給管を弁の導入口ポートに連結し、閉塞位置にある弁を通って流れる水の量を測定する水漏洩テストを使用して、漏洩等級Vの要件を満たす弁を試験している。漏洩等級Vによれば、弁を通ずる最大漏洩量は、導入口ポートと送出口ポートとの両側の単位差圧（ポンド／平方インチ）当たり、ポートの単位直径（インチ）当たり、毎分水の量0.0005ミリリットルに過ぎない。一例として、弁のポートの直径が50.8mm(2インチ) であり、導入口ポートに連結した水の供給源が送出口ポートにおける圧力に対し相対圧力が7.0kg/cm²(100ポンド／平方インチ) である場合、弁の閉塞状態で、弁を通る水の流れが毎分０．１ミリリットルまで許容される。この量を超過すれば、この弁はANSIの漏洩等級Vの要件を満たさない。

希望するANSI漏洩等級の要件を満たすことの他に、圧力が平衡した弁プラグを弁が有することが有利である。圧力が平衡した弁プラグとは、その弁の内圧が作用する弁プラグの両側の面積が等しく、従ってその内圧によって弁プラグに作用する正味の力が最小になるような弁プラグである。この正味の力を最小にすることによって、これ等の正味の力に打ち勝って弁プラグを移動させるのに必要なアクチュエータの寸法も小さくなる。

図１に示すような従来の２ポート弁は、弁プラグに作用する正味の力を平衡させ、弁プラグを位置決めするのに必要なアクチュエータを最小にするため使用されることが多い。図１に示す２ポート弁は２個のランド１２、１３を支持する弁プラグ１１を有する。上部のポートにおいてランド１２は弁座環１４に協働し、下部のポートにおいてランド１３は弁座環１５に協働し、導入口１６から送出口１７への流体の流れを制御している。ランド１２、１３の表面積は正確に等しい面積にすることができない。これは、弁の組立中、弁プラグ１１を弁の頂部から挿入する時、弁座環１４を通過できるよう十分にランド１３を小さくしなければならないからであり、一方、ランド１２は、弁座環１４を通過しないでその上に着座するようランド１３より大きくしなければならないからである。

このようにランド１２の面積はランド１３の面積より広いから、遮断状態、又はそれに近い状態にある弁の導入口１６からの流体圧力はランド１３側よりも一層大きな力をランド１２に作用させる。その結果生ずる正味の力は、弁を閉じるのに抵抗する方向に作用する。従って、弁を閉じるためには、アクチュエータによってこの力に打ち勝つ必要がある。しかし、ランド１２の表面積と、ランド１３の表面積とはほぼ等しいから、弁プラグ１１に作用する正味の力は僅かである。しかしながら、弁を遮断した時に漏洩を防止し、熱膨張による相異を最小に維持するのに必要な程度に厳密な公差にランドと弁座環とを機械加工することは非常に困難であるから、特に高温作動温度で最高漏洩防止のための漏洩等級Vの要件を満たすようにこの２ポート弁を製作することは非常に困難である。

弁のアクチュエータの寸法を最小にし、漏洩等級Vの要件を満たす設計に成る従来の二重弁座付き弁を図２に示す。図２に示す弁は、通常のボンネット２３と弁パッキング２４とに貫通する弁ステム２２によって位置決めした弁プラグ２１を有する。この弁プラグ２１は２個の部分から成る構造であり、パイロットプラグ２５と１次プラグ２６とを有する。１次プラグ２６はケージ２８の通路２７と、弁座環３１の形の下部弁座とに協働して、弁ポート２９、３０の間の流体の流れを制御する。パイロットプラグ２５の端部にナット３３によって取り付けた座金３２により、１次プラグ２６が弁座環３１から離れて動くことができるが、また、図面には２個のみを示した複数個のばね３７、３８によって１次プラグ２６は弁座環３１に向け動かされる。パイロットプラグ２５には通路３５、３６があるから、パイロットプラグ２５の上方の流体圧力と、下方の流体圧力とが等しくなる。従って、弁を開く必要がある時、パイロットプラグ２５の両側の流体圧力によってこのパイロットプラグ２５に作用する力は比較的平衡している。１次プラグ２６に形成した上部弁座３４から離してパイロットプラグ２５を弁ステム２２によって持ち上げ、１次プラグ２６の通路３９を通じて、この１次プラグ２６の両側の圧力を等しくする。

弁を閉じる必要がある時、弁ステム２２によって、弁座環３１に着座する方向に１次プラグ２６を駆動する。ばね３７、３８によってパイロットプラグ２５と１次プラグ２６との間に力を作用させ、パイロットプラグ２５と上部弁座３４との間のポートを開いた状態に保持し、このようにして１次プラグ２６が下部弁座３１に着座してしまうまで、１次プラグ２６の両側の圧力を平衡させて維持する。１次プラグ２６が下部弁座３１に着座した時、弁ステム２２によってパイロットプラグ２５を上部弁座３４に着座させ、弁の閉塞を完了する。このようにして、１次プラグ２６を弁座環３１に対し接近、及び離間するよう動かすのに必要な力を最小にし、図２に示す弁を開閉するのに必要なアクチュエータの寸法を最小にすることができる。この二重弁座の構成によって、遮断時の漏洩等級Vを達成することができる。しかし、図２に示す弁の構造は複雑であり、複数個のばねが必要であり、緊密な機械加工公差を必要とする多数の部片を包含する欠点がある。

本発明の目的は、遮断時の最大漏洩がANSIの漏洩等級V以上を達成できる程、漏洩を防止し、弁に作用する不平衡力を減らすことができるトリム装置を設けた弁を得るにある。本発明の他の目的は、約２３２℃（４５０°Ｆ）及びそれ以上の高温に耐えるトリム装置を具え、遮断時の漏洩等級V が必要な高温用途に使用し得る弁を得るにある。

従って、本発明の一態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するため弁の内部に設けたトリム装置とを具える。このトリム装置は、弁ステムに取り付けた弁プラグと、弁座とを有する。弁ステムによって弁プラグを弁座に位置させた時、この弁プラグによって導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを防止する。一方、弁ステムによって弁プラグを弁座から離間するよう位置させた時、導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに連続した通路を貫通する。このトリム装置には、弁プラグの周りのシール装置を更に設ける。このシール装置を設けることによって、この弁からの流体の漏洩をANSIの漏洩等級Vより少ない値まで防止する。

このシール装置をＣ字状環、Ｖ字状環、又はＳ字状環にすることができる。この弁内に弁ケージを設けることができ、この弁ケージの第１ケージ周囲部と第２ケージ周囲部とによってケージ棚部を形成する。リテーナによってこのシール装置をケージ棚部に保持する。代案として、弁プラグに第１プラグ周囲部と第２プラグ周囲部とを設けてプラグ棚部を形成してもよく、リテーナによってシール装置をこのプラグ棚部に保持する。更に、代案として、弁プラグに第１プラグ周囲部と、第２プラグ周囲部と、第３プラグ周囲部とを設けて凹所を形成し、この凹所内にシール装置を設置する。更に、代案として、間にシール装置をクランプする２個のプラグ部で弁プラグを構成してもよい。

本発明の他の態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを具える。このトリム装置は、通路を有する弁ケージと、下部弁座と、弁ステムに取り付けた弁プラグとを有する。弁ステムによって弁プラグを弁座に位置させた時、この弁プラグによって導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを防止し、一方、弁ステムによって弁プラグを弁座から離間するよう位置させた時、導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに連続した通路を貫通する。また、このトリム装置には、弁プラグ、又は弁ケージによって形成した上部弁座と、弁プラグの周りのシール装置とを設ける。このシール装置を上部弁座に協働させることによって、弁を閉じた時、最大漏洩をANSIの漏洩等級V より少ない値まで防止する。

約２３２℃（４５０°Ｆ）、又はそれ以上の温度に抵抗できる金属のような材料で、このシール装置を含むトリム装置を造ることができる。高温に耐えるシール装置をＣ字状環、Ｖ字状環、又はＳ字状環にすることができる。これ等の形式のシール装置の機械的ばね力によって、機械加工の公差と、温度変化による寸法変化とを補正する。

本発明の更に他の態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを具える。このトリム装置は、通路と内面区域とを有する弁ケージを有する。上部弁座を形成する傾斜部をこの内面区域に設ける。更に、このトリム装置には、下部弁座と、弁ステムに取り付けた弁プラグとを設ける。弁ステムによって弁プラグを下部弁座に位置させた時、弁ケージの通路を通ずる導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを弁ステムによって防止し、一方、弁ステムによって弁プラグを下部弁座から離間するよう位置させた時、弁ケージの通路を通じて導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに連続した通路を貫通する。更に、トリム装置には、弁プラグを包囲するシール装置を設け、弁を閉塞している時、このシール装置を上部弁座に協働させることによって、この弁からの流体の漏洩を防止する。このシール装置を環状にすることができ、この環状のシール装置の開口を弁ステムと弁プラグとの移動方向に向ける。リテーナを設けて、このシール装置を弁プラグに保持することができる。

図３Ａに示すように、弁４０はポート４２、４３を有する弁本体４１を具えるが、この弁に流れる流体の方向に応じて、このポートの一方が導入口であれば他方が送出口である。図３Ａに矢印４４で示す方向に流体が流れている場合には、ポート４２が導入口であり、ポート４３が送出口である。トリム装置４５によって、ポート４２、４３間の流体の流れを制御する。このトリム装置４５は、弁プラグ４７と、弁ケージ４８と、弁座環４６の形状の下部弁座とを有する。弁座環４６は開口４９を有し、弁ケージ４８は複数個の通路５０を有し、この弁が開放位置にある時、この通路５０を通じて流体を流すことができる。

ボルト５２、ナット５３のような適当な手段によって、ボンネット５１を弁本体４１に固着する。ガスケット５４を弁本体４１と弁座環４６との間に設置し、ガスケット５５をボンネット５１と弁ケージ４８及び弁本体４１との間に設置する。ボンネット５１を弁本体４１に固着した時、ボンネット５１によってガスケット５５をボンネット５１と弁本体及び弁ケージ４８との間に圧縮し、同時にガスケット５４を弁座環４６と弁本体４１との間に圧縮し、弁本体４１内の流体を保持する。また、ボンネット５１は弁ケージ４８を弁座環４６に押し付けて弁座環４６を弁本体４１内に保持する。

弁ステム５６をボンネット５１に貫通して弁本体４１内に入れる。通常の弁パッキングシール（図示せず）を弁ステム５６の周りに設けることができる。適当なねじによって、弁ステム５６に弁プラグ４７を固着し、この弁４０に通る流体の流れを制御するため、この弁プラグ４７を弁座環４６に協働させる。ポート４２からポート４３までの流体の流れを遮断するため、図３Ａに示すように、弁プラグ４７を閉じた時、弁プラグ４７は弁座環４６、即ち下部弁座に着座し、弁ケージ４８に形成した通路５０を覆って閉じ、同時に弁プラグ４７はＣ字状環６３（次に説明する）上でも閉じる。弁プラグ４７を開いた時、弁ステム５６によって弁プラグ４７は弁座環４６から後退し、流体はポート４２から弁ケージ４８の通路５０と、弁座環４６の開口４９とを通じてポート４３まで流れる。弁プラグ４７によって弁４０に通る流れを抑止する時、即ち弁４０を閉じている時、弁ケージ４８と弁プラグ４７との間の漏洩を最少にするため、弁プラグ４７に通常のピストンリング５７を設ける。

弁ケージ４８には、ケージ棚部６０を形成する第１ケージ周囲部５８と、第２ケージ周囲部５９とを設ける。弁プラグ４７には、第１ケージ周囲部５８にほぼ対応する第１プラグ周囲部６１と、第２ケージ周囲部５９にほぼ対応する第２プラグ周囲部６２とを設ける。第１プラグ周囲部６１と第２プラグ周囲部６２との間の段差によりプラグ棚部、又は上部弁座６５を形成する。従って、弁４０を閉じるためには、弁プラグ４７の下部を弁座環４６の形の下部弁座に着座させ、更にシール装置であるＣ字状環６３を上部弁座６５とケージ棚部６０とに押し付け、弁４０に通る流体の流れを遮断する。リテーナ６４によってＣ字状環６３をケージ棚部６０に保持する。リテーナ６４をワイヤスナップリングで形成することができる。弁プラグ４７を弁ステム５６によって動かす際、このリテーナ６４によってＣ字状環６３をケージ棚部６０に対し固定保持する。従って、弁プラグ４７が移動しても、Ｃ字状環６３は、実質上静止している。Ｃ字状環６３は弁プラグ４７がその閉止位置にある時だけ、圧縮された状態にあることに注意すべきである。その結果、このＣ字状環６３と上部弁座６５とに生ずる摩耗は最小に済むか、完全に防止される。

図３Ａに示すＣ字状環６３の配置方向はポート４２からポート４３に向け弁４０を通る流体の流れに適合するものである。弁プラグ４７が弁座環４６に位置している時には、Ｃ字状環６３によって弁プラグ４７と弁ケージ４８との間をほぼ流体密にシールしている。即ち、弁４０が閉じていて弁プラグ４７が弁座環４６に位置している時、Ｃ字状環６３は、弁４０内で弁プラグ４７と弁ケージ４８との間に生じる漏洩をシールする。弁プラグ４７と弁ケージ４８との間で弁４０内に漏洩しようとする流体の一部はＣ字状環６３の開口内に入り、このＣ字状環を上部弁座６５とケージ棚部６０とに一層緊密に押し付けて弁プラグ４７と弁ケージ４８との間のシールを増強する。Ｃ字状環６３は機械的なばね力があるから、機械的な公差と、温度変化による寸法変化とがあっても、ばね力によってそれを補正する。弁プラグ４７に通路６６を設け、弁プラグの両側の圧力をバランスさせる。従って、この通路６６があるから、弁プラグ４７の上方の空間６７内の圧力と、弁プラグ４７の下方の空間６８内の圧力とは等しく、その結果、弁プラグ４７の不平衡区域を除いて、大きさが等しく方向が反対の内部流体力が弁プラグ４７に加わる。この不平衡区域を図３Ｂに明示する。

図３Ｂはトリム装置４５の一部の拡大断面図で、この部分にはＣ字状環６３、上部弁座６５、及び弁座環４６によって設けた下部弁座を含む。簡明のため、図３Ｂの寸法は誇張して示している。この図面に示すように、弁４０を閉じた時、弁プラグ４７の下部は弁座環４６に着座し、Ｃ字状環６３は上部弁座６５に押圧される。しかし、弁プラグ４７には通路６６があるから、弁プラグ４７の上側と下側との両側に送出側の圧力が加わる。これ等上側と下側との面積は弁ステムの部分を除きほぼ等しい。この弁ステムの部分は最小にできるが必ず存在するものである。空間６７内の圧力と、空間６８内の圧力とは等しくて、ほぼ等しい面積に作用しているから、これ等の圧力はほぼ等しい大きさであり、方向が反対に弁プラグ４７に作用する。従って方向反対で大きさが等しいこれ等の力は互いに打ち消し合う。異なる圧力に露出している弁プラグ４７の区域が存在しており、そのため打ち消し合わない力が弁プラグ４７に加わる。この区域は不平衡区域６９であり、図３Ｃに明示するように環状である。

この不平衡区域６９の外径はＣ字状環６３が上部弁座６５に接触する点によって画成され、内径は弁プラグ４７の下端が弁座環４６に接触する点によって画成される。（ピストンリング５７と第１ケージ周囲部５８との接触点と、環状の不平衡区域６９との間の弁プラグ４７の環状区域１１１は不平衡区域とはならない。それは弁プラグ４７の上方の圧力は区域１１１に下向きの力を作用させているが、この圧力はピストンリング５７を経てＣ字状環の外側の棚部６０、６５間の区域に達し、弁プラグ４７の環状区域１１１に上向きの力を及ぼし、下向きの力に対抗するからである。）この不平衡区域６９の下側は導入側の圧力に露出するが、これは弁プラグ４７と弁ケージ４８との間に漏洩流体があるからである。この漏洩流体はＣ字状環６３を充填する。弁プラグ４７の頂部のこの不平衡区域の上側は空間６７内の送出口圧力に露出している（通路６６が形成されていることに起因する）。これ等の圧力、即ち不平衡区域の上側と下側との圧力が異なると（このようになることは多いのであるが）、発生する正味の力が弁プラグ４７に加わるから、弁を閉じなければならない時には、弁アクチュエータはこの力に打ち勝つ必要がある。この正味の力は、これ等の圧力間の差に不平衡区域の面積を掛けた値に比例する。図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、この不平衡区域の寸法は小さいから、この不平衡区域のため弁プラグ４７に作用する正味の力も小さく、従って従来の弁に比較し、弁座環４６に弁プラグ４７を閉じるのに必要なアクチュエータを一層小さくすることができる。弁プラグ４７を弁座環４６に位置させた時、このトリム装置により漏洩等級V の遮断を達成することができる。更に、インコネルＸ７５０、又は７１８のような適当な金属材料によりＣ字状環６３を造り、付近の温度が約２３２℃（４５０°Ｆ）及びそれ以上のような高温に弁４０が対抗できるようにすることができる。（弁４０の他の部分の材料も適切に選択する必要があることも、もちろんである。）

図４のトリム装置は、Ｃ字状環の配置方向と保持とが図３Ａのトリム装置と相違するもので図３Ａと同一部分を同一符号にて示す。図４のＣ字状環７０の配置方向は弁４０の矢印の方向に対し反対方向の矢印の方向の流体の流れに適合するものである。図４に示すように、このＣ字状環７０の開口は、図３ＡのＣ字状環６３の開口の方向に対し反対方向に指向している。図４の場合には、弁が閉じている時には、弁４０から漏洩しようとするいかなる流体も空間６７からポート４２まで弁プラグ４７と弁ケージ４８との間を流れようとする（この流れの方向の場合には、ケージ棚部６０は上部弁座となる）。この流体はＣ字状環７０の外側に向く開口を通じてこのＣ字状環７０に充填し、ケージ４８のケージ棚部６０とプラグ棚部６５とにＣ字状環７０を一層緊密に押圧し、弁プラグ４７と弁ケージ４８との間を一層良くシールする。図４のトリム装置の場合には、Ｃ字状環７０が上部弁座（即ち図４に示す流れの方向ではケージ棚部６０）に接触する点と、弁プラグ４７の下部が弁座環４６に接触する点との間の弁プラグ４７の区域として不平衡区域が定義される。このトリム装置も、この弁について高温で漏洩等級Ｖの遮断を達成する。更に、図３Ａでは、リテーナ６４によってＣ字状環６３をケージ棚部６０に保持し、Ｃ字状環６３を弁プラグ４７に対し動かないようにしたが、図４のリテーナ７１はＣ字状環７０を弁プラグ４７に保持する。従って、Ｃ字状環７０は弁プラグ４７と共に動く。

図５のトリム装置は、図４のＣ字状環７０の代わりに、シール装置としてＶ字状環７２を設けたもので、図４と同一部分を同一符号にて示す。リテーナ７３によってＶ字状環７２を弁プラグ４７に保持する。図５に示す装置は、ポート４３からポート４２へ（矢印の方向に）弁４０に流れる流体の流れに適合するが、図５に示すＶ字状環の配置方向を反対にし、Ｖ字状環７２の開口を外側でなく内側に向くようにすることにより、ポート４２からポート４３への流れに適合するようにすることができる。更に、図３Ａ、及び図４に示すＣ字状環の場合のように、Ｖ字状環７２を適当な金属で造り、漏洩等級Vの遮断を達成するよう高温環境内でこの弁４０を作動させることができる。

図６に示すトリム装置は図３Ａのトリム装置に類似しており、同一部分を同一符号にて示す。しかし、図６に示すように、図３のＣ字状環６３の代わりに、シール装置としてＳ字状環７４を使用する。図６の弁プラグ７５は２個の部分から成る構造である。従って、第１プラグ部７６と第２プラグ部７７とを（ねじのような手段で）適切に弁ステム５６に取り付ける。弁プラグ７５の第１プラグ部７６の第１プラグ周囲部７８はケージ４８の第１ケージ周囲部５８に見合うものである。同様に、弁プラグ７５の第２プラグ部７７の第２プラグ周囲部７９は第２ケージ周囲部５９に見合うものである。弁プラグ７５の第１プラグ部７６と第２プラグ部７７との間にＳ字状環７４をクランプし、弁プラグ７５が弁ステム５６によって動かされる時、Ｓ字状環７４は弁プラグ７５と共に移動する。

図６に示すトリム装置は、図３Ａに示す弁４０のポート４３からポート４２への流れ（矢印の方向）に適合する。弁プラグ７５と弁ケージ４８との間に漏洩しようとするいずれの流体もＳ字状環７４を一層緊密にケージ棚部６０に強制的に押し付け、この漏洩に対するシールを増強する。従って、図６に示す設計も漏洩等級Vの遮断を達成することができる。更に、図３Ａ、図４に示すＣ字状環、及び図５に示すＶ字状環の場合のように、Ｓ字状環７４を適当な金属で造り、弁４０を高温環境で作動できるようにする。弁プラグ７５の第１プラグ部７６に通常のピストンリング８０を設け、弁プラグ７５によってこの弁に通る流れを絞っている時、弁ケージ４８と弁プラグ７５との間の漏洩を最少にする。

図７に示すトリム装置は、図３Ａのトリム装置４５と類似しており、その代わりに使用することができるもので図３Ａと同一部分を同一符号にて示す。しかし、図７に示すように、弁プラグ８１は２個の部分から成るプラグ構造であり、Ｃ字状環８２を内部に保持するための凹所を形成する。従って、弁プラグ８１の第１プラグ部８３の第１プラグ周囲部８４は弁ケージ４８の第１ケージ周囲部５８に見合うものであり、弁プラグ８１の第２プラグ部８５の第２プラグ周囲部８６は第２ケージ周囲部５９に見合うものである。弁プラグ８１の第１プラグ部８３は第３プラグ周囲部８７を有する。この第３プラグ周囲部８７を第１プラグ周囲部８４、又は第２プラグ周囲部８６より小さくし、凹所を形成し、その中にＣ字状環８２を保持する。従って、Ｃ字状環８２を保持するためのワイヤスナップリング、又はその他適当なリテーナを必要としない。

図７に示すトリム装置は、図４のトリム装置と同様、弁４０のポート４３からポート４２へ（矢印の方向の）流れに適合する。Ｃ字状環８２の配置方向を反転することによってポート４２からポート４３への反対方向の流れに適合させることができる。図７に示すように、弁プラグ８１と弁ケージ４８との間で漏洩するいずれの流体もＣ字状環８２をケージ棚部６０とプラグ棚部６５とに一層緊密に押圧し、漏洩に対するシールを強化する。従って、図７に示す設計のものも漏洩等級Vの遮断を達成することができる。更に、図３Ａ及び図４に示すＣ字状環、図５に示すＶ字状環、及び図６のＳ字状環の場合のように、Ｃ字状環８２を適切な金属で造り、弁４０を高温環境で作動できるようにすることができる。弁プラグ８１の第１プラグ部８３に通常のピストンリング８８を設け、弁プラグ８１によってこの弁に通る流れを絞る時、弁ケージ４８と弁プラグ８１との間の漏洩を最少にする。図５、図６、及び図７に示す弁プラグの不平衡区域は、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示した弁プラグ４７の不平衡区域を定義したのと同様に定義することができる。

図８Ａに示すトリム装置は図３Ａに示すトリム装置の代わりに弁４０内に使用することができる。しかし、図８Ａのトリム装置は、弁プラグの不平衡区域を一層減少させている。図８Ａのトリム装置は、弁ケージ９０と、弁プラグ９２と、Ｃ字状環１０１と、シールリテーナ１０２と、弁座環の形状の下部弁座９３とを有する。図８Ａの弁ケージ９０に通路９１を設け、弁プラグ９２を下部弁座９３から後退させた時、弁４０の導入側のポートと送出側のポートとの間に流体が流れるようにする。この弁に通る流体の流れを制御するため、弁ステム９４により下部弁座９３に対し弁プラグ９２を位置させる。ねじのような適切な手段により弁プラグ９２を弁ステム９４に取り付ける。弁プラグ９２の第１プラグ周囲部９５は第１ケージ周囲部９６にほぼ見合うものである。第２プラグ周囲部９７を第１プラグ周囲部９５より小さくすることによって弁プラグ９２と弁ケージ９０との間に溝９８を形成する。

弁ケージ９０に第２ケージ周囲部９９を設ける。弁ケージ９０の内面に傾斜部１００を設け、第１ケージ周囲部９６と、それより若干大きい第２ケージ周囲部９９との間が滑らかに繋がるようにする。またこの傾斜部１００によってこの弁のための上部弁座を形成する。シール装置としてＣ字状環１０１を溝９８内に設置し、弁４０に流れる流れの方向に応じてＣ字状環１０１の開口を図８Ａに示すように下方に指向させるか、上方（図示せず）に指向させる。従って、Ｃ字状環１０１の開口の方向は、弁ステム９４の移動の軸線方向にほぼ平行である。流体の流れがポート４２からポート４３の方向であれば、漏洩がないよう流体を緊密にシールするためには、図８Ａに示すように、Ｃ字状環の開口を下方に指向させる。シールリテーナ１０２をねじのような適当な手段により弁ステム９４に取り付けて、弁プラグ９２の溝９８内のＣ字状環１０１を保持する。シールリテーナ１０２のリテーナ周囲部１０３は第２ケージ周囲部９９にほぼ見合うものであり、このシールリテーナ１０２に通常のピストンリング１０４を設ける。流れを遮断する状態に、弁プラグ９２を下部弁座９３に位置させた時、弁プラグ９２と弁ケージ９０との間で弁４０から漏洩する流体の一部はＣ字状環１０１に充填する。この流体により、弁ケージ９０の傾斜部１００によって形成した上部弁座と、第２プラグ周囲部９７との両方に、このＣ字状環１０１を一層緊密に押圧し、弁プラグ９２と弁ケージ９０との間のシールを増強する。また、上述したように、弁プラグ９２がその閉塞位置にある時だけ、Ｃ字状環１０１は圧縮状態にある。その結果、Ｃ字状環１０１と上部弁座１００との摩耗が最少になるか、又は完全に防止される。また、このＣ字状環の機械的なばね力によって、機械加工の公差と、温度変化に起因する寸法変化とが補正される。

弁プラグ９２内に通路１０５を設け、弁プラグ９２の上方の空間１０６内の圧力と、弁プラグ９２の下方の空間１０７内の圧力とを等しくする。従って、この通路１０５があるため、弁プラグ９２の上方の空間１０６内の圧力と、弁プラグ９２の下方の空間１０７内の圧力とが等しくなり、弁プラグ９２を横切る不平衡区域がないとすれば、これ等の圧力は大きさが等しく、方向が反対に弁プラグ９２に加わる。この不平衡区域を図８Ｂに明示する。

図８Ｂは、図８Ａに示すトリム装置の一部の拡大断面図で、この装置はＣ字状環１０１と、傾斜部１００によって形成した上部弁座と、下部弁座９３とを有する。簡明のため、リテーナ１０２を図８Ｂから除去した。また、簡明のため、トリム装置の寸法を誇張して示した。図８Ｂに示すように、弁４０が閉じている時、弁プラグ９２の下部を点１１０において下部弁座９３に着座させ、傾斜部１００によって形成した上部弁座に点１０９においてＣ字状環１０１を押圧する。弁プラグ９２に通る通路１０５があるから、送出口側の圧力は弁プラグ９２とリテーナ１０２との結合体の上側と下側との両方に加わる。従って空間１０６内の圧力と、空間１０７内の圧力は大きさが等しく、方向反対に弁プラグ９２に作用する。従ってこれ等の圧力は互いに打ち消し合う。しかし、弁プラグ９２には環状の不平衡区域１０８があって差圧に露出しているので、打ち消し合わない力が弁プラグ９２に加わる。

弁プラグ９２のこの不平衡区域１０８は環状であり、その外径は傾斜部１００によって形成した上部弁座にＣ字状環１０１が接触する点１０９によって画成され、内径は弁プラグ９２の下部が下部弁座９３に接触する点１１０によって画成される。この不平衡区域１０８の下側は導入口側の圧力に露出するが、これは弁プラグ９２と弁ケージ９０との間の漏洩流体があって、これがＣ字状環１０１を充たしているためである。この不平衡区域の上側（即ちリテーナ１０２の頂部）は空間１０６内の送出口側の圧力に露出する。これ等の圧力が異なると（このようになることが多いのであるが）、発生する正味の力が弁プラグ９２に加わるから、弁を閉じなければならない時には、弁アクチュエータはこの力に打ち勝つ必要がある。傾斜部１００の傾斜を僅かにすることができるから、この不平衡区域１０８は、図３Ａに示したトリム装置の不平衡区域より小さい。従って、図８Ａの弁プラグ９２に加わる正味の力は、図３Ａの弁プラグ４７に加わる力より小さく、弁を閉じるのに必要とするアクチュエータは一層小さいものでよい。更に、図８Ａに示すトリム装置には、図３Ａのトリム装置の場合と相違する流れの方向でも、同一のＣ字状環を使用することができる。（即ち、図８Ａに示す流れの方向が反転しても、Ｃ字状環１０１をその開口が上を向くように単に反転して配置すればよい。）

弁プラグ９２を下部弁座９３に位置させた時、図８Ａのこの構成は漏洩等級Vの遮断を達成することができる。更に、Ｃ字状リング１０１をインコネルＸ７５０、又は７１８のような適切な金属で造ることによって、付近の温度が約２３５℃（４５°Ｆ）及びそれ以上の高温に弁４０が抵抗できるようにすることができる。また、上述したように、弁プラグ９２がその閉塞位置にある時だけＣ字状環１０１が圧縮されることは明らかである。その結果、Ｃ字状環１０１と、傾斜部１００によって形成した上部弁座との摩耗は最少になる。また、このＣ字状環の機械的なばね力によって、機械加工の公差と、温度変化に起因する寸法変化とが補正される。本発明の多数の実施例、及びその変形を図示し説明したが、本発明はこれ以外にも多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、ここに特定して記載した例に限定されず、実施が可能である。

従来の２ポート弁の断面図である。従来の他の２ポート弁の断面図である。Ａは、本発明の一態様のＣ字状環を有するトリム装置と弁との断面図である。Ｂは、図３Ａのトリム装置の一部の拡大断面図である。Ｃは、弁の不平衡区域が環状であることを示す図３Ａ、図３Ｂの弁プラグの平面図である。弁に流れる流体の方向が反対なため図３と配置方向が異なるトリム装置を示す断面図である。Ｃ字状環の代わりにＶ字状環を使用した本発明のトリム装置を示す断面図である。Ｃ字状環の代わりにＳ字状環を使用した本発明のトリム装置を示す断面図である。Ｃ字状環を使用する本発明のトリム装置の変形を示す断面図である。Ａは、Ｃ字状環を使用する本発明のトリム装置の他の変形を示す断面図である。Ｂは、図８Ａのトリム装置の一部の拡大断面図である。

符号の説明

１１弁プラグ
１２、１３ランド
１４、１５弁座環
１６導入口
１７送出口
２１弁プラグ
２２弁ステム
２３ボンネット
２４弁パッキング
２５パイロットプラグ
２６１次プラグ
２７、３５、３６、３９通路
２８ケージ
２９、３０弁ポート
３１弁座環
３７、３８ばね
４０弁
４１弁本体
４２、４３ポート
４５トリム装置
４６弁座環、下部弁座
４７、７５、８１、９２弁プラグ
４８、９０弁ケージ
４９、開口
５０、６６、９１、１０５通路
５１ボンネット
５４、５５ガスケット
５６、９４弁ステム
５７、８０、８８ピストンリング
５８、９６第１ケージ周囲部
５９、９９第２ケージ周囲部
６０ケージ棚部
６１、７８、８４、９５第１プラグ周囲部
６２、７９、８６、９７第２プラグ周囲部
６３、７０、８２、１０１シール装置、Ｃ字状環
６４、７１、７３リテーナ
６５プラグ棚部、上部弁座
６７、６８、１０６、１０７空間
６９、１０８不平衡区域
７２シール装置、Ｖ字状環
７４シール装置、Ｓ字状環
７６、８３第１プラグ部
７７、８５第２プラグ部
８７第３プラグ周囲部
９３下部弁座
９８溝
１００傾斜部
１０２シールリテーナ
１１１環状区域

Claims

導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、（ａ）通路を有する弁ケージと、（ｂ）下部弁座と、（ｃ）前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを具え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記下部弁座に位置している時前記弁ケージの通路を通ずる前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記下部弁座から離れて位置している時前記弁ケージの通路を通じて前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグが前記下部弁座に位置している時この弁プラグの両側の圧力を等しくするための連続した通路をこの弁プラグに貫通して設け、前記トリム装置は更に、（ｄ）前記弁プラグと前記弁ケージとの一方によって形成した上部弁座と、（ｅ）前記弁プラグと前記弁ケージとの間の漏洩を防止するシール装置とを具え、前記弁プラグが前記下部弁座の付近に、又は前記下部弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置したことを特徴とする弁。
約２３２℃（４５０°Ｆ）、又はそれ以上の温度で前記弁が作動し得る材料で前記シール装置を構成した請求項１に記載の弁。
前記材料が金属からなる請求項２に記載の弁。
前記金属がＣ字状開口を有する金属のＣ字状環から成り、前記弁プラグと前記弁ケージとの間に漏洩する流体が前記Ｃ字状開口に進入することによってこの弁からの漏洩を防止する前記シール装置のシール作用を増強する請求項３に記載の弁。
前記金属がＶ字状開口を有するＶ字状環から成り、前記弁プラグと前記弁ケージとの間に漏洩する流体が前記Ｖ字状開口に進入することによってこの弁からの漏洩を防止する前記シール装置のシール作用を増強する請求項３に記載の弁。
前記金属がＳ字状環から成り、前記弁プラグと前記弁ケージとの間に漏洩する流体がこの弁からの漏洩を防止する前記シール装置のシール作用を増強する請求項３に記載の弁。