JP2006234169A - 弁座への圧力が制御されたバタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力がどの方向で加わっても両方向で等しい性能を有し漏れないオフセットバタフライ弁を提供する。
【解決手段】この偏芯オフセットバタフライ弁のバタフライ２に弁座５を設けた場合では、弁座５の内側直径が偏芯オフセットバタフライ弁のバタフライ２の縁部に形成された溝６の底の直径より小さく設定し、弁座５を弁体１に設けた場合には、弁座５の外側直径が偏芯オフセットバタフライ弁の弁体１の縁部に形成された溝６の底の直径より大きく設定した。弁座５は容易に取り付けることができ、両方向において等しい性能を持つ。
【選択図】図７

Description

本発明は、「オフセットバタフライ（ｏｆｆｓｅｔ ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）」タイプの弁に関する。

オフセットバタフライ弁では、ディスク形状のバタフライの回転軸が、バタフライの面に対してずれ、かつこの面と平行になっている。この回転軸はまた、配管の軸に対して偏心している。

このずれと偏心の組み合わせにより、弁が開閉されるときの弁座（シール）とシール支持面の間の摩擦が制限される。したがって弁は、非常に多くの回数動作した後もその封止特性を保ち、こうした特性は、最高の規格および仕様を満たし続ける。このような理由で、多数のオフセットバタフライ弁が高圧力の分野、ならびに水に関する（給水）分野で使用されている。

オフセットバタフライ弁は、プラストマー、エラストマー、または複合材料で製造できる弁座を備える。この弁座により、弁の閉鎖時に封止機能を上流／下流で実現することが可能になる。弁座は、弁が閉じているときに弁の漏れ止めを実現するように、反対側の構成要素に配置されているシール支持面と協働する。この機能は、輸送される流体の圧力より高い、弁座／シール支持面接触圧力を加えることによって得られる。弁座は、弁体またはバタフライと一体に製造することができる。

このタイプの弁は好ましくは直径の大きい配管に使用され、したがって操作者は、弁を設備から取り外さずにその場で弁座を取り外すことができる。シールは、クランプで締結されたフランジ、またはねじで取り付けられたフランジを用いて、概ね固定される。他の実施形態によれば、弁座は、硬化性樹脂の射出によって封止されることがある。

この弁座またはシールを取り付けるためには重い構成部品を取り扱う必要があり、これを取替えなければならないときに、その場での保守作業が困難で非常に骨が折れるものとなる。これは、シールを壊して、新しい弁座を再び取り付けることができる位置へと構成部品を戻すことが必要となる事態が発生した場合も同様である。

さらに、閉鎖位置において、シールが圧力の影響を受けて間隙内へと押し出されないようにするために、弁体とバタフライの間の間隙をシールの下流（圧力の反対側）で小さくすることが重要である。シールは、バタフライの平面に平行な溝の内部に配置されるため、バタフライの縁部と、弁体上の対向して置かれる部分との界面形状が、弁座自体の対称面に対して非対称となる。したがって、弁座の封止挙動および性能が、加圧方向によって異なることになる。

米国特許第６４９４４６６号明細書 米国特許第３２８２５５８号明細書 米国特許第３９８６６９９号明細書

特許文献１には、これらの問題をバタフライの溝にスナップ止めされる弁座によって改善することが提案されている。経験ではこの種類の弁は漏れがあることが明らかとなっている。

特許文献２および特許文献３には、２つまたは３つの部分で作られる弁座で、開いた溝に係合する弁座を有した弁が開示されている。これは取付け操作が複雑で、弁座への圧力がその取り付け方の影響を受けるものである。

本発明は、弁座がはめ込まれ、従って、それを従来のものよりより簡単に取り替えることができ、その弁座の位置が最適化されることにより、圧力が作用する方向がどの方向でもあっても両方向において等しい性能を持ち、しかも漏れのない弁によって上記の問題を緩和するものである。

したがって、本発明の主題は、円筒形の管状弁体と、ディスク形状のバタフライであって、前記バタフライの平面に対してずれ、かつその平面と平行な軸（３）に対して回転するように取り付けられたバタフライ（２）と、リング形状の単一片である弁座（５）であって、該弁座（５）が前記弁体（１）の内面および前記バタフライ（２）の縁部のいずれか一方上にある閉じた環状の溝（６）に挿入され、それらのうち他方が、前記弁の閉位置でシール支持面（１０）によって前記弁座（５）と接触し、また、開位置でそれから離れる弁座（５）と、を備え、
弁座（５）の外側直径と内側直径との差は溝（６）の深さより大きく、また、溝（６）がバタフライ（２）の縁部に形成されているとき、弁座（５）の内側直径は溝（６）の底の直径より小さく、さらに、溝（６）が弁体の内面に形成されているとき弁座（５）の外側直径は溝（６）の底の直径より大きいことを特徴とする弁である。

閉じた溝とは、両側が開いた溝または片側が別の構成要素で閉じられた溝ではなく、奥部を有する溝を意味する。

上記構成によって、上記溝がバタフライの縁部に形成されるときの上記弁座の内側面、または上記溝が上記弁体の内面に形成されるときの上記弁座の外側面は、弁座の高さの割合で表される加圧を容易に実現するように常に上記溝の底に当接され、それによって、作用すべき圧力に応じた所要の封止が可能となる。漏れは、弁座が溝の底に当接されず、その結果、それへの加圧が良好に定められないという事実によって生じ得ることがわかる。

好ましくは、上記弁座の内側直径は、前記溝の底の直径と２〜７％異なっており、それによって、弁座をその変形によってより簡単に取り付けることができる。

好ましい実施形態によれば、上記弁座は、互いに対称な２つの横溝を有し、それら横溝の底は上記溝の対応する側壁からわずかに離れている。このように、弁座は、断面積が小さい首部によって合わさる２つの部分からなるものであり、上記断面積は、特に、弁座の他の部分の１／２から２／３の範囲の断面積である。弁を閉じることによって弁座が加圧されるとき、上記横溝に関して溝の底と反対側にある弁座の部分は変形を吸収する。適切な場合には、弁座の材料が上記横溝内へ変形し、一方で溝の底に近い他の部分がより安定した状態を保ち、この平坦化によって受ける圧力がより少なくなる。これは溝における機械的固定に役立つものである。

好ましくは、上記弁座は、横方向に互いに対称な２つの第１リップを有し、上記溝の底と上記リップとの距離は、上記溝の底と上記横溝の底との距離より小さい。それぞれの第１リップは上記溝の側壁と面を介して接し、それによって、弁座が摩擦と圧力による力によって引き離されることを防止できる。

好ましくは、上記弁座は、互いに対称で、上記溝の底と上記第１リップとの間に配され、先細の自由縁部を有した横方向の２つの第２リップを有し、この第２リップは上記溝の底に向かう方向とは逆方向に向けられている。これらの第２リップによって、漏れ止め画保証される。液体はこれらリップの下方に入り込み、排除圧力を形成することができない。

本発明は、また、円筒状内（外）面と環状外（内）面とを有した環状弁座に関するものであり、この弁座は、横方向に互いに対称な２つの第１リップと、互いに対称な２つの横溝とを有し、上記横溝の底と上記円筒状面との距離は上記リップと上記円筒状面との距離より大きいものである。

上記弁座は、プラストマーまたはエラストマー材料で形成される。

好ましくは、上記弁座は、互いに対称で、上記第１リップと上記円筒状面との間に配され、先細の自由縁部を有した横方向の２つの第２リップを有し、これらの第２リップは上記円筒状面に向かう方向とは逆方向に向けられている。

添付の図面は、例として与えられるに過ぎないものである。

図１では、本発明によるオフセットバタフライ弁が、配管の２つのフランジの間に取り付けられている。

弁は基本的に、円筒形の管状弁体１、および、バタフライの平面に対してずれ、かつその平面と平行な軸３に対して回転するように取り付けられたディスク形のバタフライ２を備える。弁のアクチュエータ４によって、バタフライを軸３に対して回転させることが可能になる。この軸３もまた、配管の軸に対して中心がずれている。

弁体１およびバタフライ２の間に、リング形状の弁座５が配置されており、これは図２から図８でよりよく見ることができる。図１の下部（アクチュエータの反対側）には従来の実施形態が示してあり、上部（アクチュエータ側）には本発明による実施形態が示してある。

図２および図３は、軸方向に弁座を固定する要素をそれぞれ弁体上およびバタフライの縁部上に備える、従来の実施形態の詳細を示す。

図４ａおよび図４ｂでは、弁体１内のＴ型断面の溝６内に、Ｔ字形断面の弁座５がスナップ止めされている。弁座５は２つのリップ７、８を備え、これらは溝６のＴ字の横棒を画成する肩９よりも深い状態で溝の壁に押し付けられる。図４ａは、弁座の対称面ＸＸ’がバタフライの支持面１０に対して傾斜する構成を示し、図４ｂは、弁座の対称面ＸＸ’がシール支持面１０に垂直となる最適位置を示している。

図５ａおよび図５ｂでも同様であるが、この場合は、弁座５を受けるための溝６がバタフライ２の周縁部上に機械加工され、支持面１０が弁体１上にある。

図６は、配管内に圧力がかからないときのバタフライ２内での弁座５の位置を示し、これに対し、図７では圧力が単一の矢印Ｐ１によって表され、この圧力は、弁座をシール支持面と接触させて弁が閉じられるときに、弁座のリップ７、８に加わり、複数の矢印Ｐ２として表される。溝の底１５を形成する面の直径は弁座の奥側の円筒面１６の直径より大きい。弁座の外側の面は環状体をなす。溝が弁体１に形成されている場合は、円筒面１６は溝の底より大きな直径を有する。図７は圧力によってリップ７、８は、それらが溝６の内壁に対して次第に押し付けられるのに従って、次第に変形し、これにより、自己付着効果を確実にして、弁座と溝の間の漏れ止めを強化する。図８は、弁座の詳細な断面図であり、２つの主な部分を示す。すなわち、
・２つのリップ７、８を有し、溝内の確実なフック締結およびこの同じ溝内の弁座の静的な漏れ止めを保証する、銛形の「静止」部分Ａ。断面図では、リップ７は、（弁座の対称面の進路である）軸ＸＸ’に垂直な面１１を介して直接くびれ部１４に続く。これに軸ＸＸ’とほぼ平行な切頭面１２が続き、軸ＸＸ’に対して傾斜し面１２から軸ＸＸ’へと接近する面１３がそれに続く。リップ８についても同様であるが、リップ８は切頭面をもたない。くびれ部１４の底は溝６の側壁から少し離れている。

・弁の動的な漏れ止めを保証するようにシール支持面と協働する、円環状の「動的」部分Ｂ。および
・部分Ａに対して部分Ｂが独立に径方向に（軸ＸＸ’に沿って）移動できるようにする、２つの主な部分の間にある接続くびれ部１４。

図の上部は本発明により、図の下部は従来技術による、２つの配管フランジの間にある本発明によるオフセットバタフライ弁の断面図である。 従来の実施形態による本体、バタフライ、および弁座の部分断面図である。 従来の実施形態による本体、バタフライ、および弁座の部分断面図である。 弁座が弁体内に固定された、本発明による一実施形態の、図２および図３と類似の図である。 弁座が弁体内に固定された、本発明による一実施形態の、図２および図３と類似の図である。 弁座がバタフライの縁部上に固定された、本発明による一実施形態の、図２および図３と類似の図である。 弁座がバタフライの縁部上に固定された、本発明による一実施形態の、図２および図３と類似の図である。 本発明による一実施形態の自己付着効果を示す拡大図である。 本発明による一実施形態の自己付着効果を示す拡大図である。 狭いくびれ部によって互いに結合された２つの主な部分からなる弁座の構造を示す断面図である。

Claims (5)

1. 円筒形の管状弁体（１）と、ディスク形状のバタフライ（２）であって、前記バタフライ（２）の平面に対してずれ、かつその平面と平行な軸（３）に対して回転するように取り付けられたバタフライ（２）と、リング形状の単一片である弁座（５）であって、該弁座（５）が前記弁体（１）の内面および前記バタフライ（２）の縁部のいずれか一方上にある閉じた環状の溝（６）に挿入され、それらのうち他方が、前記弁の閉位置でシール支持面（１０）によって前記弁座（５）と接触し、また、開位置でそれから離れる弁座（５）と、を備え、
   弁座（５）の外側径と内側径との差は溝（６）の深さより大きく、また、溝（６）がバタフライ（２）の縁部に形成されているとき、弁座（５）の内側径は溝（６）の底の径より小さく、さらに、溝（６）が弁体の内面に形成されているとき弁座（５）の外側径は溝（６）の底の径より大きいことを特徴とする弁。
2. 前記弁座の内側径は、前記溝の底の径と２〜７％異なっていることを特徴とする請求項１に記載の弁。
3. 前記弁座は、互いに対称な２つの横溝（１４）を有し、それら横溝の底は前記溝の対応する側壁からわずかに離れていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁。
4. 前記弁座は、互いに対称な２つの第１リップ（７）を有し、前記溝の底と前記リップとの距離は、前記溝の底と前記横溝の底との距離より小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の弁。
5. 前記弁座は、互いに対称で、前記溝の底と前記第１リップとの間に配され、先細の自由縁部を有した２つの第２リップ（８）を有し、該第２リップは前記溝の底に向かう方向とは逆方向に向けられることを特徴とする請求項４に記載の弁。
   

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