JP2011117601A - ボールバルブの金属シール、および該シールを備えるボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ボール（３０）タイプのバルブ（１０）用の金属シール（５０）を提供する。
【解決手段】金属シール（５０）は、環状体（５１）と、ボール（３０）の表面と相対的に接触するリップ（５２）と、を備え、前記接触するリップ（５２）には、放射状溝（５３）が削設される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボールバルブの金属シール、およびそのようなシールを備えるボールバルブに関する。

パイプ内の流体運搬に関する技術分野では、２つのパイプ断面を連結し、これら断面を通過する流体の流れを通すこと／遮ることが可能なバルブを使用して、これらパイプの遮断を行う必要があることが知られている。

このような連結に特に重要となるのは、ボールバルブ、すなわち、バルブ本体の内側に設置された、パイプとほぼ同じ直径の貫通孔を備えるボールによって流れの貫流／断流を制御するバルブである。このボールは、孔が流れの方向と同軸になる開位置と、孔が流れの方向を横切る閉位置との間で回転操作可能である。このボールバルブにおいて、ボールとパイプの間の封止は、対向する表面間に配置されて相対的な接触をもたらす環状シールによって実現される。

ボール室の封止を実現するために、このバルブは、バルブ本体とボールの間に同軸に配置されるリングを有する。このリングは、封止面とボール自体の間の接触を確実にするために、この部分に対して、弾性手段を介して軸方向に押圧される。上記封止面は、通常様々な形式で作成および／または処理されるリング自体の金属表面で構成され、あるいはリング専用台座の内側に軸方向に付勢される適当な構成のシールで構成される。

これらのシールは、一定の機能を発揮するが、特に高温下および／または高圧下の用途では、金属シールの使用が適切な状況であっても、ボールと台座の働きをするリングとの間の接触面の硬化処理が必要になること、およびボールと２つの封止リングの接触面同士の完璧な嵌合を確実にするための機械加工操作が必要になることの両面から、金属シールのコストが非常に高くなる場合は、これらのシールの用途が事実上制限される欠点がある。

上述の状況に加えて、従来技術に関する図１〜図２ｂにも示すように、実際には以下のような状況も発生する。すなわち、高圧の印加中は、ボールおよびシールが流体の圧力を受けて変形する傾向があるが、これらの変形がボールとシールの両方の領域で不規則なものとなれば、ボールの外面との適合を完璧にすることができず、それによって接触が解除され、したがってバルブの封止が解除される領域が生じ、漏洩が起きることになる。

従来技術の一例として、英国特許第２，２０６，９５２号には、浮動型のバルブ、すなわち、固定された封止リングに接して変位されるボールを移動させることにより封止作用をもたらすバルブが記載されており、この封止リングは、ボールの表面に適合するように、ばねのように撓曲する薄い弾性プレートで構成されることが記載されている。

これに続いて、上記表面が均一でない場合は相対的な接触が厳密にならず、漏洩が起きることが説明されており、更に、ボールと接触するリングの表面を周縁環状リップ４Ａによって形成すること、および封止面と対向する表面上にリングの変形を可能にする切り込み４Ｃを形成することが指摘されている。

従来技術の他の例として、米国特許第４，２４１，８９５号には、固定された封止リングに対して回転する制御ディスクが記載されており、この場合も、封止リングは弾性であり、該ディスクの対応する表面２８に抗する封止面３０ｂはフライス切削領域を有さず、その代わりに、保持リング３６と接触する裏面上にフライス切削領域が形成される。

英国特許第２，２０６，９５２号 米国特許第４，２４１，８９５号

したがって、ここで提示される技術的課題は、ボールとバルブ本体の間に封止室が形成されるタイプのボールバルブ用の金属シールであって、非常に高い温度および／または非常に低い温度、および／または非常に高い動作圧力で使用可能であり、したがって、閉止弁に変形があってもバルブの封止を保証する金属シールを得ることである。

この課題に関連して、このようなバルブを容易且つ低コストに製造し組み立てるとともに、特殊な設計でない既存のバルブにも適用できるようにすることも必要とされている。

これらの目的は、本発明によれば、請求項１に記載した特徴を有する金属シール、および請求項６に記載した特徴を有するシールを備えたバルブによって達成される。

添付図面につき説明する本発明の主題の非限定的な例に関する以下の説明を読めば、更なる詳細が理解されるだろう。

ａは、閉位置における既知のボールバルブの長手方向垂直平面に沿った断面図であり、ｂは、ボールが変形したａのシールを詳細に示す拡大図である。 図１のリングを変形状態にしたボールの斜視図である。 図２ａのボールとリングが接触しない領域を詳細に示す拡大図である。 本発明による封止リングの接触側の斜視図である。 図３のリングの直径面に沿った断面図である。 図２のリングの外側環状端縁を詳細に示す一部断面図である。 図２のリング上の放射状溝を詳細に示す一部拡大図である。 ａは、閉位置における本発明によるボールバルブの長手方向垂直平面に沿った断面図であり、ｂは、ボールが変形したａのシールを詳細に示す拡大図である。 本発明のリングを変形状態にしたボールの斜視図である。 本発明のボールとリングの接触領域を詳細に示す拡大図である。

図１に示すように、意味の限定ではなく主として説明の便宜のために、流れの方向に対して平行な長手方向Ｘ‐Ｘ、および横断方向Ｙ‐Ｙの１対の基準軸を仮定する。本発明によるボールバルブは、トラニオン型の３パートバルブの形式で例示的に図示されているが、本質的にバルブ本体１０を備え、バルブ本体１０は、同軸円筒状開口３１を有するボール３０を収容するためのシートハウジングを備え、従来の手段（図示せず）によってバルブ閉位置（図１）からバルブ開位置（図示せず）に回転操作可能である。

このバルブは、ボールの両側でバルブ本体１０に固定されパイプ（図示せず）との連結をもたらすように設計された、対向する２つのフランジ２０も備える。

軸方向金属シール５０は、ボール３０の外面３０ａに接してシールを形成するように各フランジ２０とボール３０との間に配置され、これによってボール室１２が形成される。

従来技術に関する図１ａ〜図２ｂに示すように、従来型の封止バルブ５０は、ボール３０が不規則に変形し、シール５０がこの変形に適合できなくなることにより、シール５０とボール３０自体の間の相対的な接触が失われるため、封止作用を維持することができない。

図３〜図６に示すように、本発明は、軸方向金属シール５０が、長手方向Ｘ‐Ｘの厚さが大きい剛性のリング５１によって形成され、且つボール３０に対する封止を実現するリング５１の端縁５１ａが、環状リップ５２を備え、ボール３０と接触する環状リップ５２の前面５２ａには、半径方向に延在する複数の放射状溝５３が削設（inset）されることを想定する。

好ましい諸実施形態によれば、上記放射状溝５３は、
・規則的な角度間隔で互いに隔置され、
・リップ５２の固体／間隙比を１０％〜７０％の範囲で定義し、
・長さ対幅の寸法比が１より大きくなるように形成される
ことを想定する。

図７ａ〜図８ｂに示すように、本発明によるシールを備えるバルブ１０は、従来のシールが正しく動作せず、その結果漏洩が生じる高い使用圧力および非常に高い温度および／または非常に低い温度でも、漏洩のない動作が可能である。また、本発明によるシールは、ボール３０の不規則な変形に追従することができ、それによって各表面間の相対的な接触を完璧に維持することができる。

これまでの説明から、非常に高い温度および／または非常に低い温度および／または高い圧力下において研磨剤でもよい流体と共に使用するのに特に適した、大径バルブにも適用可能な封止室および軸方向封止面が、本発明によるバルブを用いてどのように実現されるかが理解されるだろう。このことは、放射状溝を削設した封止リップの特定の構成によって実現される。つまり、リップ自体が半径方向だけでなくリングとボールの接触面に対しても弾性的に曲がりやすくなり、それによってリングがボールの不規則な変形に弾性的に適合できるようになり、その結果、当業界で「バブルタイト（bubble tight）」と呼ばれる完璧な封止作用が得られることで、長い動作寿命が保証されるためである。

更に、このシールは、様々な部品を損傷する操作を行う必要なく容易に取り替えることができ、シールが磨耗したときも、シールとボールの両方を取り替える必要なく、シールの交換を行うことができ、したがってバルブの容易且つ迅速な保守が可能となる。また、このシールの取替えは、特殊な技術を要するものではないので、バルブを製造業者に送る必要なくエンドユーザの構内で実施することもできる。

１０ バルブ本体１０
１２ ボール室
２０ フランジ
３０ ボール
３０ａ 外面
５０ 金属シール
５１ リング
５１ａ 端縁
５２ 環状リップ
５２ａ 前面
５３ 放射状溝

Claims (7)

1. ボール（３０）タイプのバルブ（１０）用の金属シール（５０）であって、長手方向Ｘ‐Ｘの厚さが大きい剛性の環状体（５１）と、前記ボール（３０）の表面と相対的に接触する前面（５２ａ）を有する環状リップ（５２）と、を備え、前記相対的に接触する前面（５２ａ）に放射状溝（５３）が削設されることを特徴とする、金属シール（５０）。
2. 請求項１に記載のシールであって、前記放射状溝（５３）は、前記リップの直径が大きい側で放射状に開口されていることを特徴とする、シール。
3. 請求項１に記載のシールであって、前記放射状溝（５３）は、規則的な角度間隔で互いに隔置されていることを特徴とする、シール。
4. 請求項１に記載のシールであって、前記放射状溝（５３）は、前記リップ（５２）の接触面の固体／間隙比を１０％〜７０％の範囲で定義することを特徴とする、シール。
5. 請求項１に記載のシールであって、前記放射状溝（５３）は、長さ対幅の寸法比が１より大きくなるように形成されることを特徴とする、シール。
6. ボールバルブであって、
   同軸貫通口（３１）を有するボール（３０）を収容するためのシートハウジングを備え、バルブ閉位置からバルブ開位置に、およびその逆に回転操作可能であるバルブ本体（１０）と、
   前記バルブの前記本体（１０）と前記ボール（３０）との間に配置され、前記ボール（３０）の外面に対して作用する同軸金属シール（５０）と、
   を備え、
   前記金属シール（５０）は、長手方向Ｘ‐Ｘの厚さが大きい剛性の環状体（５１）と、前記ボール（３０）の表面と相対的に接触する前面（５２ａ）を有する環状リップ（５２）と、を備え、
   前記相対的に接触する前面（５２ａ）に複数の放射状溝（５３）が削設されることを特徴とする、
   ボールバルブ。
7. 請求項６に記載のボールバルブであって、固定されたボール（３０）と、前記長手方向に浮動するシール（５０）と、を有することを特徴とするボールバルブ。

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