JP2009103242A - Ball valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ボールバルブに関し、特に、フローティング型ボールバルブにおけるシール構造に関するものである。 The present invention relates to a ball valve, and more particularly to a seal structure in a floating ball valve.
ボールバルブは、各種粉体、流体等の管路の開閉作用を行うバルブとして従来から知られている。特に、金属製のボール形弁体を支持するシートリングが金属製のものは耐久性に優れており、メタルタッチ型として従来から知られて称される(特許文献1)。 A ball valve is conventionally known as a valve for opening and closing pipelines for various powders and fluids. Particularly, a metal seat ring that supports a metal ball-shaped valve body is excellent in durability, and is conventionally known as a metal touch type (Patent Document 1).
従来のメタルタッチ型のボールバルブの基本的な構造は、一次側及び二次側開口部との間に弁室を設けたケーシングと、前記弁室を閉鎖するボンネットと、前記ボンネットによって回転自在に支持され前記弁室内に収められたボール形の弁体と、前記一次側及び二次側開口部にそれぞれシール部材を介在して挿入された一次側及び二次側シートリングと、前記各シートリングをそれぞれ前記弁体の一次側及び二次側ポートに押圧する押圧手段を備えた構成である。 The basic structure of a conventional metal touch type ball valve consists of a casing provided with a valve chamber between a primary side and a secondary side opening, a bonnet that closes the valve chamber, and a bonnet that is rotatable. A ball-shaped valve body supported and housed in the valve chamber, primary and secondary seat rings inserted through seal members in the primary and secondary openings, respectively, and each seat ring Are respectively provided with pressing means for pressing the valve body against the primary side and secondary side ports.
前記シートリングのシール部材は自封性あるシール部材であるOリングにより形成され、そのOリングがシートリングの外径面に周方向に形成されたシール溝に装着される。そのOリングをケーシングの開口部内径面にそれ自体の弾性によって押圧させることによりシートリングのシールを図るようにしている。 The seal member of the seat ring is formed by an O-ring which is a self-sealing seal member, and the O-ring is mounted in a seal groove formed in the circumferential direction on the outer diameter surface of the seat ring. The O-ring is pressed against the inner diameter surface of the opening of the casing by its own elasticity to seal the seat ring.
前記のボールバルブにおける弁体の支持構造としては、弁軸と対称位置に突設された支持軸を弁室内底面の軸穴に挿入支持させることによって弁軸と支持軸の2箇所で支持した構造のトラニオン型と、支持軸を省略し弁体を弁軸のみで支持したフローティング型とがある。 As the support structure of the valve body in the ball valve, a support shaft projecting at a position symmetrical to the valve shaft is inserted and supported in a shaft hole on the bottom surface of the valve chamber to support the valve shaft and the support shaft at two locations. Trunnion type and floating type in which the support shaft is omitted and the valve body is supported only by the valve shaft.
フローティング型の場合は、例えば、一次側の流体圧が相対的に高い場合は弁体が二次側に変位し、二次側シートリングに押圧される。このとき一次側のシートリングは、その後端部の押圧手段で押され二次側に変位する弁体に追従して移動する。反対に、二次側の流体圧が相対的に高い場合は、弁体が一次側に変位して一次側シートリングに押圧され、二次側シートリングが弁体に追従する。トラニオン型は支持軸によってケーシングに拘束されるので、流体圧によって前記のような変位は生じ得ない。 In the case of the floating type, for example, when the fluid pressure on the primary side is relatively high, the valve body is displaced to the secondary side and is pressed against the secondary side seat ring. At this time, the seat ring on the primary side moves following the valve body that is pushed by the pushing means at the rear end and is displaced to the secondary side. On the other hand, when the fluid pressure on the secondary side is relatively high, the valve body is displaced to the primary side and pressed by the primary side seat ring, and the secondary side seat ring follows the valve body. Since the trunnion type is constrained to the casing by the support shaft, the above displacement cannot occur due to the fluid pressure.
フローティング型のシートリングと弁体の接触面には、シートリングを直接押圧する皿バネのバネ力のほかに前記のように流体圧が作用するので、相対的に小さいバネ力で高いシール性が得られる特徴がある。 In addition to the spring force of the disc spring that directly presses the seat ring, the fluid pressure acts on the contact surface between the floating seat ring and the valve body as described above, so a high sealing performance is achieved with a relatively small spring force. There are features to be obtained.
前記のボールバルブにおいて、シートリングをシールする前記のOリングは、シートリングの円滑な変位に支障を来たすことがない点でフローティング型ボールバルブの場合に適したシール部材である。 In the ball valve, the O-ring for sealing the seat ring is a sealing member suitable for a floating ball valve in that it does not hinder the smooth displacement of the seat ring.
また、前記ボールバルブの使用限界温度を決定する一つの要因は、前記Oリングの耐熱性にある。従来のゴム製Oリングの場合は、その耐熱性の点から使用限界温度は200℃程度であった。使用限界温度を上げるためにOリングに代えて耐熱性のある素材、例えば膨張黒鉛製パッキンを使用することが考えられる。 One factor that determines the use limit temperature of the ball valve is the heat resistance of the O-ring. In the case of a conventional rubber O-ring, the use limit temperature was about 200 ° C. from the viewpoint of heat resistance. In order to increase the use limit temperature, it is conceivable to use a heat resistant material such as expanded graphite packing instead of the O-ring.
しかし、膨張黒鉛製パッキンは弾性に乏しく自封性がないため、Oリングのように、弾性的に拡径させてシートリングの外径面に嵌め、さらに縮径させてシール溝に装着させるという構成をとることができない。 However, since the expanded graphite packing has poor elasticity and does not have a self-sealing property, like an O-ring, it is elastically expanded and fitted to the outer diameter surface of the seat ring, and further reduced in diameter and attached to the seal groove. Can not take.
このため、通常考えられるシートリングのシール構造として、図6に示した構成がある。即ち、ケーシング1の開口部2の内径面にシール装着部3を設けた構成である。同図において、4はボール形の弁体、5はシートリングを示している。前記のシール装着部3は、開口部2の内径面に形成された段差面6と大径部7によって構成され、シール部材8(膨張黒鉛製のパッキン)が前記段差面6に接して大径部7に装着される。
For this reason, there is a structure shown in FIG. 6 as a seat ring seal structure that is normally considered. That is, the
前記のシール部材8は自封性がないため、その外端面にシール押さえ部材9を押し当て、そのシール押さえ部材9を開口部2の内径面にねじ込んだ構成が採られる。開口部2の開口端にシート押さえ部材10がねじ込まれ、そのシート押さえ部材10とシートリング5との間に皿バネ11が介在される。シートリング5はこの皿バネ11によって押圧され弁体4に押し当てられる。
Since the sealing
上記のシール構造においては、シール押さえ部材9を操作してシール部材8を強く押し込むことにより、シール部材8を僅かに弾性変形させ、その押圧力を開口部2の内径面とシートリング5の外径面の両方に作用させることによりシートリング5のシールを行う。
ボールバルブの使用温度を上げるために、膨張黒鉛のように自封性がなく、弾性に乏しい素材よりなるシール部材8を用いて前記のようなシール構造を採った場合、シール性能を上げるためにはシール押さえ部材9を介してシール部材8をより強く押圧する必要がある。
In order to increase the use temperature of the ball valve, in order to increase the sealing performance when the sealing structure as described above is used by using the sealing
しかし、シール部材8を押圧するとシール部材8は同時にシートリング5を径方向に強く拘束するため、シールリング5の円滑な移動が妨げられる。このため、フローティング型の場合には一次側及び二次側双方においてシートリング5の弁体4に対する追従性が低下する。これにより、弁体4とシートリング5の間にすき間が発生し、一次側と二次側のシールが不完全になるという問題がある。
However, when the
前記のシールを確実にするため皿バネ11のバネ力を上げると、シートリング5の弁体4に対する押し付け力が強くなり、弁体4の開閉トルクが増大し操作性が低下する不都合が生じる。
When the spring force of the
そこで、この発明は、シール部材が弾性に乏しい場合であっても、シール性が良好であり、操作性に影響をもたらさないボールバルブを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ball valve that has good sealing performance and does not affect operability even when the sealing member has poor elasticity.
前記の課題を解決するために、この発明に係るボールバルブは、図1(図1は後述の実施例1の図面と共用される。)に示したように、一次側及び二次側開口部21、22との間に弁室23を設けたケーシング24と、前記弁室23を閉鎖するボンネット25と、前記ボンネット25によって回転自在に支持され前記弁室23内に収められた弁体26と、前記一次側及び二次側開口部21、22にそれぞれシール部材27、28を介在して挿入された一次側及び二次側シートリング29、30と、前記各シートリング29、30をそれぞれ前記弁体26の一次側及び二次側ポート31、32に押圧する押圧手段33、34を備えている。弁体26は弁軸44においてのみ回転自在に支持されたフローティング型である。
In order to solve the above-described problems, a ball valve according to the present invention is provided with primary side and secondary side openings as shown in FIG. 1 (FIG. 1 is shared with the drawing of Example 1 described later). A
前記のようなボールバルブにおいて、この発明は、前記一次側及び二次側シートリング29、30の外径面に一次側及び二次側シール装着部35、36が形成され、そのシール装着部35、36に前記のシール部材27、28及び各シール部材27、28の外端面を押すシール押さえ部材37、38が嵌合され、前記押圧手段33、34により該シール押さえ部材37、38が押圧される構成としたものである。
In the ball valve as described above, in the present invention, the primary and secondary side
なお、本発明において「フローティング型」というのは、図1に示したように弁体26が弁軸44のみで支持され流体圧によって弁体26が変位する構造のほかに、トラニオン型であってもその支持軸がケーシングに対してすき間嵌めされ、流体圧によって弁体がある程度変位し得る構造も含まれる。
(作用)
一次側及び二次側シートリング29、30には、それぞれ押圧手段33、34から内向きの押圧力P1(図2の白抜き矢印参照)を受け、これによって弁体26に押し当てられる。同時にその押圧力P1によって各シール部材27、28が圧縮される。
In the present invention, the “floating type” is a trunnion type in addition to a structure in which the
(Function)
The primary side and secondary
いま、一次側の流体圧が相対的に高い場合を想定すると、閉状態になった弁体26は僅かに二次側に変位して二次側シートリング30に押し当てられ、該二次側シートリング30に外向きの押圧力P2を及ぼす。このため、二次側シール部材28には、押圧手段34の押圧力P1と一次側の流体圧による押圧力P2が両側から圧縮方向に作用する。
Assuming that the fluid pressure on the primary side is relatively high, the closed
シール部材28が圧縮されると、シール部材28の内径面がシートリング30に押し当てられるとともに、該シール部材28の外径面がケーシング24の開口部22の内径面に押し当てられ、これらの部分のシール作用を行う。シール部材28はシートリング30と一体に移動するので、シートリング30をシールするシール部材28の押圧力はシートリング30の移動に影響を与えない。
When the
また、シール部材28を圧縮する押圧力には前記のように流体圧による押圧力P2が加わるので、押圧手段34の押圧力P1は比較的小さく設定できる。このため、弁体26の開閉トルクの増大を抑制することができる。
Further, since the pressing force P2 due to the fluid pressure is applied to the pressing force for compressing the
なお、二次側の流体圧が相対的に高い場合は、弁体26は一次側に変位するが、その場合の一次側における作用は前述の場合と同様である。
When the fluid pressure on the secondary side is relatively high, the
以上のように、この発明によるとフローティング型ボールバルブにおいて、自封性のない素材でなるシール部材を用いた場合においても高いシール性能を得ることができる。このため、膨張黒鉛等の自封性がなく耐熱性の高い素材で製作されたシール部材を用いることにより、従来のOリングを用いた場合に比べ高い流体温度における使用が可能となった。 As described above, according to the present invention, in the floating type ball valve, high sealing performance can be obtained even when a sealing member made of a material having no self-sealing property is used. For this reason, use of a sealing member made of a material having high heat resistance and no self-sealing properties such as expanded graphite enables use at a higher fluid temperature than when a conventional O-ring is used.
以下、実施例にもとづいて、この発明の最良の実施の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below based on examples.
図1から図5に示した実施例1のボールバルブは、ケーシング24、ボンネット25、該ボンネット25によって支持され前記ケーシング24の内部に収納されたフローティング型の弁体26を主要な構成部材とする2方弁である。次にこれらの部材について詳細に説明する。
The ball valve of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 includes a
ケーシング24の左右両端部には一次側開口部21、二次側開口部22が設けられ、それぞれの外端部に管路接続用のフランジ40、41が設けられる。前記開口部21、22の内端部相互間に弁室23が設けられる。
A
弁室23は底面が閉塞されているが上面部が開放され、弁室23の内部に弁体26を挿入できるようになっている。弁室23の上部の開放部分にガスケット42を介して前記のボンネット25がボルト43によって取り付けられる。
The valve chamber 23 is closed at the bottom, but the top surface is opened so that the
弁体26の弁軸44はボンネット25を貫通して上方に突き出し、その突き出した先端部にハンドル45が取り付けられる。また、弁軸44の周りにグランドパッキン46が封入され、パッキン押さえ47を介して押さえ輪48により押圧される。
The
弁体26は弁軸44と直交する方向の弁孔49が設けられ、その一端が一次側ポート31、他端が二次側ポート32となっている。
The
前記一次側開口部21と二次側開口部22の内径面にそれぞれ円筒形の一次側シートリング29と二次側シートリング30が挿入され、開弁状態において各シートリング29、30の内端が前記弁体26の一次側及び二次側ポート31、32の周りに密着される。弁体26が90度回転すると各シートリング29、30の先端部が弁体26の閉鎖面に密着され閉弁状態となる。
A cylindrical primary
図2に示したように、前記各シートリング29、30の外径面には、それぞれ直角の段差面51を挟んで軸方向内端側が大径部52、外端側が小径部53となる異径部分が形成される。一次側シートリング29においては、段差面51とこれに連続した小径部53とによって一次側シール装着部35が形成される。同様に、二次側シートリング30においては段差面51とこれに連続した小径部53とによって二次側シール装着部36が形成される。また、各小径部53の外端において更に小径のバネ受け面54が設けられる。
As shown in FIG. 2, the outer diameter surfaces of the seat rings 29 and 30 are different from each other in that the axially inner end side is a large-
前記の各シール装着部35、36にそれぞれ一次側及び二次側シール部材27、28及びこれらに対応した一次側及び二次側シール押さえ部材37、38が装着される。
Primary and
図3に示したように、前記の一次側シール部材27(かっこ付きの符号は二次側シール部材28の場合を示す。図4、図5においても同じ。)は、前記の段差面51に合致する直角の内端面55a、その内端面55aの内径側に連続した内径面55b、外径側に連続した外径面55c、及びこれらの内外径の面55b、55cに対し角度θで傾斜した外端面55dからなる断面形状が台形のものである。シール部材27、28の素材は、使用温度に応じて、ゴム、フッ素樹脂等が使用できるが、比較的高温の場合は、膨張黒鉛を使用することができる。膨張黒鉛の使用温度は−200〜600℃であり、ゴム製Oリングに比べ高温域での使用が可能である。
As shown in FIG. 3, the primary side seal member 27 (the reference numerals with parentheses indicate the case of the secondary
また、前記のシール押さえ部材37(シール押さえ部材38も同様)は、前記シール部材27、28の外端面55dに対向した端面が同じ傾斜角θをもった傾斜面に形成され、その外端面55dに押し当てられる。各シール押さえ部材37、38の外端部は、各シートリング29、30のバネ受け面54上に達する長さに形成される(図2参照)。
Further, the seal pressing member 37 (same as the seal pressing member 38) is formed such that the end surfaces of the
前記の各シール押さえ部材37、38の外端部を押圧する一次側押圧手段33、34は、それぞれリング状の皿バネ56と、押さえリング57とから構成される。皿バネ56は、前記のバネ受け面54の周りに嵌合され、シール押さえ部材37、38と押さえリング57との間に介在される。押さえリング57は、各開口部21、22の外端内径面に形成された雌ネジ部58にネジ結合される。押さえリング57を操作することにより押さえリング57を皿バネ56に押し当て、シール押さえ部材37、38を介して各シール部材27、28に所要の押圧力を及ぼすことができる。
The primary side pressing means 33 and 34 for pressing the outer end portions of the respective
なお、シートリング29、30の外端面と前記の押さえリング57との間には、相互の干渉を防止すべく所要のすき間aが設けられる(図2参照)。 In addition, a required gap a is provided between the outer end surfaces of the seat rings 29 and 30 and the pressing ring 57 (see FIG. 2).
実施例1のボールバルブは以上のような構成であり、次にその作用について説明する。 The ball valve according to the first embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described next.
図1は、一次側、二次側の各シートリング29、30の内端が弁体26の一次側及び二次側ポート31、32に密着した開弁状態を示している。前記皿バネ56の押圧力が、シール押さえ部材37、38及びシール部材27、28を介して各シートリング29、30の弁体26に対する接触部に及ぶ。その接触部において管路の一次側と二次側のシールが行われる。
FIG. 1 shows a valve open state in which the inner ends of the primary and secondary seat rings 29 and 30 are in close contact with the primary side and
また、前記と同時に皿バネ56の押圧力によってシール部材27、28が圧縮され、開口部21、22の内径面、及びシートリング29、30の外径面のシールを行う。
At the same time, the sealing
前記の開弁状態から、ハンドル45の操作により、弁体26が90度回転されると、閉弁状態となり、各シートリング29、30の内端が弁体26の閉塞面に接触する。
When the
前記の閉弁状態においていずれか一方の側、例えば一次側の流体圧が二次側の流体圧より高い場合、フローティング型の弁体26の性状により二次側に変位する。その変位が発生すると、弁体26は二次側シートリング30に押し当てられる。これと同時に一次側シートリング29がその押圧手段33の皿バネ56の押圧力によって弁体26の変位に追従して移動する。このため、一次側シートリング29が弁体26から離れることが防止される。
When the fluid pressure on one side, for example, the primary side is higher than the fluid pressure on the secondary side in the valve closed state, the valve is displaced to the secondary side due to the properties of the floating
前記の場合、流体圧が一定以上に高いときは、流体が一次側シートリング29と弁体26との接触面から弁室23に漏出し、二次側シートリング30のシール部材28の外径面におけるシールを破って外部に漏出するおそれがある。このため、シール部材28には所定のシール圧を発生するように圧縮力を作用させる必要がある。
In the above case, when the fluid pressure is higher than a certain level, the fluid leaks from the contact surface between the primary
この圧縮力は、二次側押圧手段34の皿バネ56による押圧力P1(図2参照)と、これに対向した前記の流体圧に起因する押圧力P2の総和として付与される。同程度の圧縮力を皿バネ56のみで付与しようとすると、皿バネ56の押圧力P1が大きくなるめ、二次側シートリング30の弁体26に対する押圧力が大きくなり、これにより弁体26の開閉トルクが大きくなって操作性を損なう。しかし、この実施例1においては、シール部材28に同じ圧縮力を作用させる場合において、皿バネ56の押圧力P1は、流体圧による押圧力P2の分だけ小さくてよいので、弁体26の開閉トルクに与える影響が小さい。
This compressive force is given as the sum of the pressing force P1 (see FIG. 2) by the
なお、前記の場合とは逆に、二次側流体圧が相対的に高いときは、前記と同様の作用が一次側において行われる。 In contrast to the above case, when the secondary fluid pressure is relatively high, the same action as described above is performed on the primary side.
次に、前記シール部材27、28の断面形状について説明する。図2及び図3に示したように、外端面55dが傾斜角θをもった傾斜面に形成されているため、前記の圧縮力P1、P2が作用すると、その傾斜した外端面55dがシール押さえ部材37、38の傾斜面に沿って滑りを生じ、外端面55dの先端部及びその近傍が膨出してシール部59(図3の一点鎖線参照)となり、開口部21、22の内径面に強く押し付けられ効果的なシール作用を行う。
Next, the cross-sectional shape of the sealing
前記のシール部59は、傾斜した外端面55dに沿って斜め外向きに延び出すので、外部から弁室23に向けて流れる流体に対し効果的なシールを行う。
Since the
次に、前記シール部材27、28の変形例を図4、図5に基づいて説明する。
Next, modifications of the
図4(a)に示したシール部材27(28)は、内端面55aが傾斜角θの傾斜面となっており、これに接する段差面51も同じ角度の傾斜面となっている。他の3面55b、55c、55dは相互に直交する面である。シール部59は傾斜面に沿って図3の場合と反対に斜め内向きに延び出す。
In the seal member 27 (28) shown in FIG. 4A, the
図4(b)(c)に示したものは、2本のシール部材27(28)、27(28)の組合せによって構成したものである。図4(b)の場合は、一方のシール部材27(28)の外端面55dとこれに接した他方のシール部材27(28)の内端面55aがそれぞれ傾斜面となっている。段差面51、端面51’は直角形成される。いずれの場合も、傾斜面の先端部分にシール部59が生じる。
4B and 4C are configured by a combination of two seal members 27 (28) and 27 (28). In the case of FIG. 4B, the
図4(c)の場合は、一方のシール部材27(28)の内端面55aが傾斜面となり、他方の外端面55dが傾斜面となっている。これらの傾斜面55a、55dに接する段差面51、シール押さえ部材37(38)の端面51’もそれぞれ傾斜面となっている。
In the case of FIG. 4C, the
図5(a)(b)に示した変形例は、シール部材27(28)をシートリング29(30)の長さ方向に距離をおいて2箇所に設け、両者の間に補助シール押さえ部材39を介在したものである。シール部材27(28)を長さ方向の1箇所に設ける場合に比べ、一層確実なシール作用を行うことができる。 In the modification shown in FIGS. 5A and 5B, the seal member 27 (28) is provided at two positions at a distance in the length direction of the seat ring 29 (30), and the auxiliary seal pressing member is provided between the two. 39 is interposed. As compared with the case where the seal member 27 (28) is provided at one place in the length direction, a more reliable sealing action can be performed.
21 一次側開口部
22 二次側開口部
23 弁室
24 ケーシング
25 ボンネット
26 弁体
27 一次側シール部材
28 二次側シール部材
29 一次側シートリング
30 二次側シートリング
31 一次側ポート
32 二次側ポート
33 一次側押圧手段
34 二次側押圧手段
35 一次側シール装着部
36 二次側シール装着部
37 一次側シール押さえ部材
38 二次側シール押さえ部材
39 補助シール押さえ部材
40、41 フランジ
42 ガスケット
43 ボルト
44 弁軸
45 ハンドル
46 グランドパッキン
47 パッキン押さえ
48 押さえ輪
49 弁孔
51 段差面
51’ 端面
52 大径部
53 小径部
54 バネ受け面
55a 内端面
55b 内径面
55c 外径面
55d 外端面
56 皿バネ
57 押さえリング
58 雌ネジ部
59 シール部
21
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