JP2011526990A - ユニバーサルトリム制御弁およびこのような制御弁を形成する方法 - Google Patents

ユニバーサルトリム制御弁およびこのような制御弁を形成する方法 Download PDF

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Abstract

ユニバーサル制御弁は、ねじ込み弁座(22a)または固定弁座(22b)を含む2つの異なる形状の弁座を用いることができる。弁は、弁箱(12)、2つの異なる形状の弁ケージ(22)を収容できる大きさであり、ボンネット(28)によって閉鎖されるケージ取付スペース(29)、および弁座取付位置(24)を含む。弁座取付位置(24)は、環状肩部(32)、放射状突起(42)、およびねじ込み部(60)を含む。ねじ込み部(64)がねじ込み弁座を収容し、放射状突起がシールを形成し、そして、肩部が、固定弁座の取付フランジを支持し、シールを形成する。それ故、弁座取付位置は、2つの異なる形状の弁座のうちの選択された1つを収容できる。
【選択図】図2

Description

本開示は、玉形弁等のプロセス制御弁、より具体的には、同一の玉形弁または玉形弁の弁箱が、ねじ込み弁座または固定弁座のいずれかを収容可能なユニバーサルトリム弁に関する。
製造業者は、通常、ねじ込み弁座または固定弁座となり得る特定の形状の弁座を収容する従来型の玉形制御弁を設計し、組み立てる。弁を通って流れる流体を制御する弁体といった、弁を制御する構成部材と共に作用するこれらの弁座は、通常、弁箱内に形成された円筒空洞内に挿入される。弁座は、通常、弁箱の他の部分から分離し、交換可能である。
各形状の弁座は、それぞれ一定の利点および不都合を有する傾向がある。例えば、固定弁座は、流体の漏出を防止または最小にするために、通常、弁座の下方において分離するガスケットを必要とする。他方で、ねじ込み弁座は、特定の配置およびシールの問題を生じ得て、弁箱内および弁座それ自体上におけるねじ山を機械加工する場合に、厳密な公差を維持することが重視される。
ねじ込み弁座と固定弁座との取り付けにおける構成および方法が互いに顕著に異なるため、製造業者は、選択した形状の弁座のみに対応する弁箱を設計および構成する。弁箱の2つの形状間の相違は、一方の形状の弁箱が他方の形状の弁座を収容することを必然的に妨げる。弁箱の構成におけるこれらの根本的な相違は、製造業者が余分な生産ラインを維持する必要があり、かつ、ねじ込み弁座用の弁箱の在庫と固定弁座用の弁箱の在庫とを維持する卸業者を必要とする。
玉形弁アセンブリは、流体入口、流体出口、および流体入口と流体出口とを接続する流路を有する弁箱を含む。可動弁体は、流路に配置される。弁トリムと連動する可動弁体、および流路に配置された弁座は、弁アセンブリを通って流れる流体を制御および特徴づける。弁座は、弁座取付位置において弁箱に取り付けられる。弁座取付位置は、第1の肩部、第2の肩部、およびねじ込み部を含む。第1の肩部および第2の肩部は、ねじ込み部と弁トリムとの間に配置される。取付位置は、ねじ込み弁座または固定弁座のいずれかを収容可能に適応する。
本開示の教示に従って構成された玉形弁を示す断面図である。図1の左側にねじ込み弁座、および図1の右側に固定弁座を示す。 拡大された断片的な弁座取付位置を示す断面図である。図の左側に弁座取付位置に配置されたねじ込み弁座、および図の右側に弁座取付位置に配置された固定弁座を示す。 図1の左側に示した玉形弁のねじ込み弁座を詳細に示す断面図である。 図1の右側に示した玉形弁の固定弁座を詳細に示す断面図である。 接合シールを含む代替的なハングケージを詳細に示す断面図である。 図6の左側のねじ込み弁座における代替的な実施形態、および図6の右側の固定弁座における代替的な実施形態を詳細に示す断面図である。 図7の左側のねじ込み弁座における別の代替的な実施形態、および図7の右側の固定弁座における別の代替的な実施形態を詳細に示す断面図である。
本開示が、種々の変形例および代替的な構成を受け入れる一方で、ユニバーサルトリムにおける特定の例示的な実施形態が図に示され、下記に詳細に記述される。しかしながら、本開示が、開示された特定の形態に制限されずに、むしろ、添付の請求項によって定義されるような、本開示の精神および範囲内に含まれる全ての変形例、代替的な構成、および均等物を含むことを意図することが理解される。
下記の説明を目的とした、「内側に」、「外側に」、「内側に放射状に」、または「外側に放射状に」等のタームは、弁棒の中心軸Aに対する相対位置を指すように用いられる。同様に、「上部の」、「下部の」、「上方に」、または「下方に」等のタームは、制御弁が図に示された位置に存在する場合における相対方向を指すように用いられる。
次に、本発明の開示された実施例の教示に従って組み立てられたユニバーサル制御弁10を図1に示す。ユニバーサル制御弁10は、弁箱12、流体入口14、流体出口16、および流体入口14と流体出口16とを接続する流路18を有する。示す例では、ユニバーサル制御弁10は玉形弁である。しかしながら、本開示の教示は、他の形状の制御弁にも適用できる。第1の形状の弁体20aまたは第2の形状の弁体20bのいずれかとなり得る弁体20は、弁箱12内に可動に取り付けられ、そして、閉位置(図1に示す)、または開位置(不図示)間を移動可能である。図1の左側に、非平衡状態の弁体として第1の形状の弁体20aを示し、一方、図1の右側に、平衡状態の弁体として第2の形状の弁体20bを示す。弁10は、ねじ込み弁座22a(図1の左側に示す)、または固定弁座22b(図1の右側に示す)のいずれかとなり得る弁座22を含む。第1の形状の弁体と第2の形状の弁体とは交換可能である。例えば、非平衡状態の弁体20a(左側)は、固定弁座22b(右側)と共に用いられ得、逆もまた可能である。図1に示すように、弁箱12は、弁座取付位置24において、ねじ込み弁座22aまたは固定弁座22bのいずれかを収容できる。弁は、弁体20に連結されており、ボンネット28を貫いて延伸する弁棒26をさらに含む。弁棒26は、軸Aに沿って延伸し、弁アクチュエータ(不図示)に接続される。そして、弁棒26は、弁体20が弁座22に接触するように示した閉位置と開位置との間において弁体20を移動させる。閉位置では、流体が流路18を通って流れることが遮断されると共に、弁体20が弁座22から間隔を開けて離れた開位置においては、流体が流路18を通って流れることが可能とされる。
弁箱12の内部に、弁ケージ30を収容可能な大きさである弁ケージ取付スペース29が形成される。弁ケージ30は、第1の形状の弁ケージ30a(図1の左側に示す)または第2の形状の弁ケージ30b(図1の右側に示す)を含む、少なくとも2つの使用可能な形状の弁ケージのいずれかとなり得る。示す例では、第1の形状の弁ケージ30aは、一体型のハングケージ形状であり、一方、第2の形状の弁ケージ30bは、2つの部分から成る固定ケージ形状である。図1の左側に示すように、弁体20aの外側部19は、オムニシール等のシール39を収容可能な大きさであるチャネル21を含み得る。
図1の右側を参照すると、固定ケージ形状30bは、通常、上部31aおよび下部31bを含む。ケージ30bは、内壁37に形成されており、この場合もオムニシールとなり得るシール39を収容可能な大きさであるチャネル35を含む。
ケージ取付スペース29は、ボンネット28と弁箱12との間に固定されたケージ形状30aの上部において、図1の左側に示す一体型のケージ形状30aを収容可能な大きさに形成される。同様に、さらにケージ取付スペース29は、ボンネット28と弁箱12との間に固定されたケージ形状30bの上部において、図1の右側に示すケージ形状30bを収容可能な大きさに形成される。ケージテープ30bの下部は、固定弁座22bを押圧する。ケージ形状30bが2つの部分から成るケージである場合には、ケージ部品31aとケージ部品31bとは、異なる熱膨張率を有する材質により形成されてもよい。これにより、制御弁10を通って流れる流体の温度に関係なく、一定または比較的一定の圧力が、弁内のガスケットおよび/またはシールに維持され得る。
ここで図2を参照し、弁座取付位置24を顕著に詳細に示す。弁座取付位置24は、流路18に沿って弁箱12に形成された、通常、円形のオリフィスまたは孔の周囲に形成される。弁座取付位置24は、内側部34および外側部36を含み、そして、通常平坦な上部接面38を有する第1の環状肩部32を含む。第1の肩部32の外側部36は、弁箱12の包囲内壁40にまで至る。第1の肩部32の内側部34は、環状突起42にまで至るか、またはその内部にまで移動する。示す例では、突起42は放射状である。
示す例では、突起42は、第1の肩部32に対して内側に放射状に配置される。環状壁44は、突起42の下方に形成され、突起42内に移動する上部46、および第2の環状肩部50内に移動する下部48を含む。第2の肩部50は、略平坦な上部接面52、およびねじ込み部56内に移動する内側端部54を含む。示す例では、第1の肩部32は、第2の肩部50の上方に配置され、突起42は、第1の肩部32に対して内側に放射状に、かつ、第2の肩部50に対して外側に放射状に配置される。開示する例では、第1の肩部32は、第2の肩部50よりも幅が広く、そして、肩部32および肩部50の両方は、略平坦または平面である。下記に顕著に詳細に説明するように、弁座22aが弁座取付位置24に取り付けられると、突起42は、弁座22aと共に環状シール面43を形成する。同様に、弁座22bが弁座取付位置24に取り付けられると、第1の肩部32は、弁座22bと共に環状台座面33を形成する。
次に、図2の左側および図3を参照すると、弁座22aの下部58は、弁座取付位置24のねじ込み部56に係合する大きさに形成される環状ねじ込み部60を含む。これにより、弁座22aが、弁座取付位置24において弁箱12に取り付けられることが可能になる。弁座22aの内側部62は、弁体20aが閉位置に存在する場合にシールを形成するように、弁体20a(図2の左側に一部が示される)に係合する大きさに形成された環状弁座64を画定する環状スラスト軸受リムを形成する。弁座22aの外側部66は、環状シール面43を形成するように、突起42に隣接する下部接面68を含む。開示する例に従って、表面68は、角度を付けられるか、傾斜する。図2の例では、環状壁44と弁座22aの第1の外壁72との間にギャップ70が形成され、包囲壁40と弁座22aの第2の外壁76との間にギャップ74が形成される。
弁座22aは、弁座22aの挿入および除去中に、所定の位置内に弁座22aを回転させるために用いられる作用点を提供可能な取っ手23を含み得る。代替的に、弁座22aの挿入および除去中に、追加的な作用を提供するために、ツールが取っ手23と相互に面し得る。開示する例では、角度を付けられたまたは傾斜した表面68と突起42とは、弁座22aと弁箱12との間のシールを形成するために共に作用する。さらに、開示する例では、表面68は、弁座取付位置24内への弁座22aの挿入中に、弁座22aを所定の位置に導く。
次に図2の右側を参照すると、弁座22bは、開示する例では、外側方向に放射状に延伸する取付フランジ78を含む。弁座22bの上部80には、弁体20bが閉位置に存在する場合に、流体が流れることを防止するために、弁体20bに係合する大きさに形成された環状弁座82が形成される。開示する例に従えば、上部80は傾斜する。取付フランジ78は、第1の肩部32全体を含んで延伸する大きさに形成された下部接面84を含む。これにより、開示する例では、第1の肩部32が取付フランジ78を支持し、そしてそれ故、弁座22bを支持する。開示する例に従って、表面84が略平坦または平面であるように、取付フランジ78は、軸Aに対して垂直に延伸する。弁座22bの上部86は、第2の弁ケージ22bに隣接する。開示する例では、弁座22bは、第2の肩部50に接触または支持し得るまたはし得ない下方依存部88を含む。シールまたはガスケット90は、弁箱12と弁座22bとの間にシールを提供するために、取付フランジ78と第1の肩部32との間のギャップ92に収容可能な大きさに形成される。
次に、図4を参照し、参照番号122bにより固定弁座の別の実施形態を示す。弁座122bは、上述した弁座22bと実質的に同類となり得るが、弁座122bは、弁箱12に隣接したねじ込み部56と分離されるか、さもなければ間隙を介した突出部152を含む。結果的に、突出部152は、弁箱12のねじ込み部56の少なくとも一部の上に重なり、開示する例に従えば、突出部152は、弁10を通って流れる流体を原因とする衝突摩耗から、ねじ込み部56の少なくとも一部を保護および防御する。その結果、固定弁座122bを必要に応じて除去した場合、ねじ込み部56は、実質的に変化せずに良好な状態を維持し、ねじ込み弁座22aを収容可能である。他の全ての点において、弁座122bは、図2に関連して上述した弁座22bと実質的に同類となり得る。
次に、図5を参照し、参照数字222bによりハングケージの別の実施形態を示す。示す実施形態では、弁座222bの外壁225は、チャネル227、およびチャネル227内に適合するシール229を含む。シール229は、環状壁44に隣接し、環状壁44と弁座222bとの間にシールを形成する。他の全ての点において、固定弁座222bは、先に開示した実施形態に関連して上述した固定弁座と同一または類似したものとなり得る。第1の肩部32と第2の肩部50との相対寸法は、選択された弁座の関連する面と一致するように、さもなければ特定の形状の弁座を収容可能に、必要に応じて調節され得ることが理解される。
次に、図6を参照し、参照番号124により弁座取付位置に関する別の実施形態を概略的に示す。示された実施形態では、弁座取付位置124は、第2の肩部50を実質的に除去するように、上述した弁座取付位置と比較してわずかに変形される。結果的に、弁座取付位置124は、肩部132、突起142、および傾斜面144を含む。この場合も、突起142は放射状となり得る。傾斜面144は、ねじ込み部156内に移動する。
図6の左側に示すように、ねじ込み弁座322aは、ねじ込み部156に係合する大きさに形成されたねじ込み部160を含む。弁座322aは、傾斜面144に係合する隅部または突起162を含み、シールを形成する。他の全ての点において、弁座322aは、上述した1つ以上のねじ込み弁座と同類となり得る。
次に、図6の右側を参照し、下面184を有する外側取付フランジ178を含む固定弁座322bを示す。取付フランジ178は、取付フランジ178と肩部132との間におけるガスケットまたはシールの配置を可能にする大きさにその構成部材が形成されることが好ましいが、肩部132に支持され得る大きさに形成される。他の全ての点において、弁座322bは、上述した1つ以上の固定弁座と同類となり得る。
次に、図7を参照し、ねじ込み弁座422aにおける別の実施形態を図の左側に示し、一方、固定弁座422bにおける別の実施形態を図の右側に示す。この場合も、第1の肩部232と第2の肩部250との相対寸法は、選択された弁座の関連する面と一致するように、さもなければ選択された特定の形状の弁座を収容可能に、必要に応じて調節され得ることが理解される。示した実施形態では、第1の肩部232が第2の肩部250よりも幅が狭く、これにより、上述した実施形態と比較して、突起242がさらに外側に放射状に配置される。弁座422aは、突起242に隣接して配置される傾斜面268を含み、シールを形成する。図の右側に示すように、弁座422bの取付フランジ278は、第2の肩部250上に配置される。この場合では、第2の肩部250は、取付フランジ278を支持し、第1の肩部232に対して内側に放射状に配置される。この場合も、ガスケットまたはシールが備えられ得て、弁座だけでなく肩部における相対寸法が、必須の表面と一致するように必要に応じて調節され得ることが当業者に理解される。
1つ以上の開示する例に従って、同一の弁箱12を用いた、少なくとも2つの異なる弁トリムの1つをユーザが選択可能なユニバーサル制御弁システムが提供される。上記に開示した1つ以上の例の教示に従った弁箱12を構成することによって、ユーザは、上述したねじ込み弁座の任意の1つおよび補足的な形状の弁ケージと連動する弁体20a、または上述した固定弁座の任意の1つおよび補足的な形状の弁ケージと連動する弁体20bを用いた弁10を組み立て得る。さらに、ユーザは、ある形状の弁トリムを用いた弁10を組み立て、後に、他の形状の弁トリム用に、弁を分解してから組み立て直すことができる。ユーザは、弁10を組み立てる際に、どの弁トリムを所望するかを単に決定し、次に、適切な弁座における適切な形状の弁ケージ、適切な弁体を選択する。
上述した詳細な記述は、理解を明白にするためのみに提供され、このことから、当業者に明白となる変形例等において不必要な限定がされないことが理解される。

Claims (19)

  1. 2つの異なる形状の弁座と共に用いるためのユニバーサル制御弁であって、
    流路を通じて流動的に接続される流入口および流出口を有する弁箱と、
    前記弁箱内に画定されており、前記弁箱に配置されたボンネットにより閉鎖されたケージ取付スペースであって、第1の形状の弁ケージおよび第2の形状の弁ケージを含む2つの異なる形状の弁ケージを収容可能に配置されたケージ取付スペースと、
    前記弁箱内に画定されており、前記流路に配置された弁座取付位置であって、
    第1の環状肩部、
    前記第1の肩部の内側に放射状に配置される環状突起、および
    ねじ込み部を含み、
    前記弁座位置の前記ねじ込み部が、第1の弁座を収容可能に配置されており、前記放射状の突起が、前記第1の弁座の一部に隣接して配置された第1のシール面を形成し、かつ、
    前記第1の肩部が、第2の弁座の取付フランジを支持するように配置されており、前記第1の肩部が、第2の台座の一部に隣接して配置された第2のシール面を形成するようにしてなる弁座取付位置と、を備えており、
    前記弁座取付位置が、前記第1の弁座または第2の弁座のうちの選択された1つを収容可能に適応する、制御弁。
  2. 前記弁座位置が、前記第1の環状肩部の内側に放射状に配置される第2の環状肩部を含む、請求項1に記載のユニバーサル制御弁。
  3. 前記第2の環状肩部が、前記ねじ込み部の上方において、前記ねじ込み部の外側に放射状に配置される、請求項2に記載のユニバーサル制御弁。
  4. 前記第2の環状肩部が、前記第1の環状肩部の幅よりも狭い幅を有する、請求項3に記載のユニバーサル制御弁。
  5. 前記第2のシール面が、前記第1のシール面に対して外側に放射状に配置される、請求項1に記載のユニバーサル制御弁。
  6. 前記第2の弁座が、前記弁箱と前記ケージとの間に固定される固定弁座である、請求項1に記載のユニバーサル制御弁。
  7. ユニバーサル制御弁システムであって、
    流路を通じて流動的に接続される流入口および流出口を有する弁箱と、
    前記弁箱内に画定されたケージ取付スペースと、
    前記弁箱に取り付けられており、前記ケージ取付スペースを閉鎖するボンネットと、を備え、
    ここで、前記ケージ取付スペースが、第1の形状の弁ケージおよび第2の形状の弁ケージを含む異なる形状の弁ケージを収容可能な大きさに形成されており、前記第1の形状の弁ケージが、第1の弁体を収容可能な大きさに形成されており、前記第2の形状の弁ケージが、第2の弁体を収容可能な大きさに形成されており、前記弁体各々が、閉位置と開位置との間を移動できるようにしてなり、
    前記第1の弁体が前記閉位置に存在する場合に、前記流路を閉鎖するように前記第1の弁体に係合する大きさに形成されたねじ込み弁座であって、ねじ込み部および外側シール面を含むねじ込み弁座と、
    前記第2の弁体が前記閉位置に存在する場合に、前記流路を閉鎖するように前記第2の弁体に係合する大きさに形成された固定弁座であって、取付フランジおよび外側シール面を含む固定弁座と、
    前記弁箱内に画定され、かつ、前記流路に配置されており、前記ねじ込み弁座または前記固定弁座のうちの選択された1つを収容可能な大きさに形成された弁座取付位置であって、
    第1の環状肩部、
    前記第1の肩部に対して放射状にオフセットする環状突起、および
    ねじ込み部を含み、
    前記ねじ込み弁座が前記弁座取付位置に配置された場合に、シールを形成するように、前記弁座取付位置の前記ねじ込み部が、前記ねじ込み弁座の前記外側シール面と共に作用する前記環状突起と共に、前記ねじ込み弁座の前記ねじ込み部を収容可能に適応するようにしてなる弁座取付位置と、をさらに備えており、
    前記固定弁座が前記弁座取付位置に配置された場合に、シールを形成するように、前記弁座取付位置の前記第1の環状肩部が、前記第1の環状肩部および前記固定弁座の前記外側シール面と共に作用する前記取付フランジと共に、前記固定弁座の前記取付フランジを支持するように適応する、ユニバーサル制御弁システム。
  8. 前記突起が放射状であり、前記ねじ込み弁座の前記外側シール面が傾斜面を備えている、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  9. 前記固定弁座の前記取付フランジおよび前記第1の環状肩部が平面である、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  10. 前記固定弁座の前記外側シール面が、前記取付フランジの下部によって画定される、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  11. 前記第1の環状肩部と前記取付フランジとの間にガスケットが配置される、請求項10に記載のユニバーサル制御弁システム。
  12. 前記第1の環状肩部が、前記突起に対して外側に放射状に配置される、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  13. 前記第1の形状の弁ケージが、一体型のハングケージであり、前記第2の形状の弁ケージが、2つの部分から成る固定ケージである、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  14. 前記2つの部分から成る固定ケージが、前記ケージ取付スペースに配置され、かつ、前記固定弁座が、前記弁座取付位置に配置された場合に、前記第1の肩部と前記2つの部分から成る固定ケージとの間に前記固定弁座の前記取付フランジが延伸する、請求項13に記載のユニバーサル制御弁システム。
  15. 前記固定弁座が、前記弁座取付位置に固定された場合に、前記固定弁座が、前記弁座取付位置の前記ねじ込み部の少なくとも一部を覆う突出部を含む、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  16. 前記固定弁座が、環状チャネル、および前記チャネルに配置されたOリングを含む、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  17. 前記第2の形状の弁ケージが、内部チャネル、および前記内部チャネルに配置されたオムニシールを含む、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  18. 前記第1の弁体が、環状チャネル、および前記環状チャネルに配置されたオムニシールを含む、請求項7に記載のユニバーサル制御弁システム。
  19. 2つの非類似形状の弁の弁座と共に用いるための制御弁を構成する方法であって、
    流路を通じて流動的に接続される流入口および流出口を有する弁箱を提供し、
    前記弁箱内にケージ取付スペースを形成し、
    前記弁箱に取付可能であり、前記ケージ取付スペースを閉鎖するボンネットを提供し、
    第1の形状の弁ケージおよび第2の形状の弁ケージを含む2つの非類似形状の弁ケージを収容するためのケージ取付スペースを適した大きさに形成し、
    ねじ込み弁座または固定弁座のうちの選択された1つを収容可能な弁座取付位置であって、第1の環状肩部、環状突起、およびねじ込み部を含む弁座取付位置を前記流路内に形成し、
    前記第1の弁体が閉位置に存在する場合に、前記流路を閉鎖するように前記1つの弁体に係合する大きさに形成された前記ねじ込み弁座であって、ねじ込み部、外側シール面、および内側シール面を含む前記ねじ込み弁座を形成し、
    前記弁体が閉位置に存在する場合に、前記流路を閉鎖するように前記弁体に係合する大きさに形成された固定弁座であって、取付フランジ、外側シール面、および内側シール面を含む大きさに固定弁座を形成し、
    前記ねじ込み弁座が前記弁座取付位置に配置された場合に、シールを形成するように、前記ねじ込み弁座の前記シール面と共に作用する前記突起と共に、前記ねじ込み弁座の前記ねじ込み部を収容可能なように前記弁座取付位置の前記ねじ込み部を適した大きさに形成し、
    前記固定弁座が前記弁座取付位置に配置された場合に、シールを形成するように、前記第1の肩部および前記固定弁座の前記シール面と共に作用する前記取付フランジと共に、前記固定弁座の前記取付フランジを支持するように前記弁座取付位置の前記第1の肩部を適した大きさに形成すること、を含む方法。
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