JP2012017826A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】シートリングを弁体に接離させるタイプのボールバルブを粉粒体の空気輸送に用いたときに懸念されるシートリングと弁体間の隙間からの粉粒体の洩れ出しを防止し、洩れた粉粒体が弁体の摺動隙間などに噛み込む現象をなくすることを課題としている。
【解決手段】弁体４に押し付けて弁体外周の摺動隙間を封鎖するシートリング５を有し、そのシートリング５を弁体４から離反させて弁部の開閉操作を行なうボールバルブに、弁体４とその弁体から離反させたシートリング５との間に生じる隙間の外周を取り巻いて外部から供給された空気を前記隙間に向けて噴射するパージ環８を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、弁体に押し付けたシートリングを弁部の開閉時に弁体から離反させてバルブの操作トルクを低減させる所謂無摺動式のボールバルブ、詳しくは、粉粒体の空気輸送路（パイプライン）の切り換え用としての適正を高めたボールバルブに関する。

弁室に挿入された弁体（ボール）にシートリングを押し付けて弁体外周の摺動隙間を封鎖し、弁室とポートの前記摺動隙間を介した連通を遮断するボールバルブ（メタルタッチボールバルブと称されている）の中に、弁部を開閉するときにシートリングを弁体から離反させてバルブの操作トルクを低減させるものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されたボールバルブは、シートリングをピストン構造にして弁体への押しつけと弁体からの引き離しを流体圧で行うようにしている。シートリングに対して相反する向きに流体圧を加える２つの圧力室をシートリングの外周に形成しており、片方の圧力室に流体圧が導入されたときにシートリングが弁体に押し付けられ、他方の圧力室に流体圧が導入されるとシートリングが弁体から離反する。

なお、シートリングを弁体から離反させても弁体が支持された部分での摺動は起こる。従って、上記構造のボールバルブは、厳密に言えば無摺動バルブとは言えないが、ここでは説明の便宜上これを無摺動バルブと称する。

実公平７−１０１３９号公報

上記構造の無摺動ボールバルブは、開閉操作がなされるときにシートリングが弁体から離反する。メタルタッチボールバルブは、粉粒体の空気輸送設備に多用されているが、粉粒体の空気輸送においては、シートリングが弁体から離反すると両者の間に生じる隙間から輸送中の粉粒体が洩れ出して摺動隙間などに噛み込むことが懸念され、そのために、粉粒体の空気輸送では無摺動式ボールバルブの使用が躊躇されていた。

この発明は、シートリングを弁体に接離させるタイプのボールバルブを粉粒体の空気輸送に用いたときに懸念されるシートリングと弁体間の隙間からの粉粒体の洩れ出しを防止して、洩れた粉粒体が弁体の摺動隙間などに噛み込む現象をなくすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明は、弁室内の弁体に押し付けて弁体外周の摺動隙間を封鎖するシートリングを有し、そのシートリングを前記弁体から離反させて弁部の開閉操作を行なうボールバルブに、弁体とその弁体から離反させた前記シートリングとの間に生じる隙間の外周を取り巻いて外部から供給された空気を前記隙間に向けて噴射するパージ環を設けた。
弁室はバルブボディの内部に設けられ、その弁室に前記パージ環を弁体の動きを妨げないように配置する。

かかるボールバルブは、具体的な形態として以下に列挙するものが考えられる。
（１）弁室と入口側のポートとの間にのみ前記シートリングを備え、そのシートリングが弁体に突き合わされる位置の外周に前記パージ環を設置したもの。
（２）弁室と入口側のポートとの間及び弁室と出口側のポート（その数をｎとする。ｎは１を含む整数）との間にそれぞれ前記シートリングを備え、各シートリングが前記弁体に突き合わされる位置の外周にそれぞれ前記パージ環を設置したもの。
（３）前記シートリングとバルブボディとの間に前記シートリングに対して流体圧を作用させる圧力室を有し、その圧力室に導入される流体の圧力を受けて前記シートリングが少なくとも弁体から離反する方向に推進するようにしたもの。
（４）ポートを３つ以上備える多方弁として構成したもの。ここで言う多方弁は、接続の切り換えがなされるポートが３つ以上ある３方弁や４方弁などである。

弁体に対するシートリングの押し付けも、流体圧をシートリングに作用させて行うことができる。この場合には、シートリング１個当たりに２つの圧力室を設け、それぞれの圧力室に導入される流体圧の導入状況を切り換えて相反する方向への推力をシートリングに選択的に生じさせるようにしておく。

弁体に対するシートリングの押し付けは、弾性体の力で行うこともできる。シートリングを圧力室に導入される流体圧で推進させて弁体から離反させるときに弾性体が圧縮されるようにしておけば、圧力室が除圧されたときの弾性体の弾性復元力でシートリングを弁体に押し付けることができる。

この発明のボールバルブは、弁室内に空気を噴き出すパージ環を備えており、シートリングが弁体を離反させたときに弁体とシートリングとの間に生じる隙間に向けて空気を噴射することができる。

その空気が前記隙間からバルブ内の通路に流入し、その気流によって前記隙間から輸送用の空気とともに漏れ出そうとする通路内の粉粒体が通路に押し戻される。そのために、輸送中の粉粒体の前記隙間からの洩れが防止され、洩れ出た粉粒体が摺動隙間などに噛み込む事態が起こり難くなる。これにより、本出願が改善の対象にしている無摺動式ボールバルブを粉粒体の空気輸送設備に使用することが可能になる。

なお、具体的形態として上に列挙したボールバルブの作用、効果などは、後に説明する。

この発明のボールバルブの一例を、ポートの軸心と平行、かつ、弁体の軸心にも平行な面に沿って切断して示す断面図 図１のボールバルブの部分破断左側面図 図１のIII−III線に沿った位置の断面図 パージ環を図３のIV−IV線に沿って見た図 この発明のボールバルブの他の例を、ポートの軸心と平行、かつ、弁体の軸心にも平行な面に沿って切断して示す断面図 この発明のボールバルブのさらに他の例を、ポートの軸心と平行、かつ、弁体の軸心と直角な面に沿って切断して示す断面図

以下、添付図面の図１〜図６に基づいてこの発明のボールバルブの実施の形態を説明する。図１〜図４は第１形態を表している。この第１形態のボールバルブ１は、２方弁として構成されたものであって、バルブボディ２、ボンネット３、弁体（ボール）４、シートリング５、シート受け６、トルクアクチュエータ７及びこの発明を特徴づけるパージ環８を組み合わせている。

バルブボディ２は、弁室９とその弁室を間にして同一軸線上に設けられた２つのポート１０_−１，１０_−２を有しており、弁室９に弁体４が挿入されている。

弁体４は、ポート１０_−１、１０_−２を連通させる弁孔１１と、その弁孔の軸心と直交した線上かつ、弁孔の中心を基準にして１８０°ずれた位置に配置される２つの支軸１２_−１，１２_−２を有している。

支軸１２_−１は、ボンネット３に組み付けた軸受１３_−１よって、支軸１２_−２は、バルブボディ２に組み付けた軸受１３_−２によって、それぞれ支持され、支軸１２_−１の延長部が入力部としてボンネット３の外部に引き出され、そこに、トルクアクチュエータ７の出力軸が連結されている。図１の１４_−１,１４_−２は、スラスト軸受である。

シートリング５は、ポート１０_−１側に組み込まれている。このシートリング５は、弁室
９を臨む側を小径、反対側を大径にしたピストン兼用のリングとして構成され、ポート１０_−１に摺動自在に挿入されている。

ポート１０_−１の開口部にはシート受け６がねじ込まれており、このシート受け６によってシートリング５がポート１０_−１内に保持される。

なお、シートリング５は、小径部と大径部の外周がそれぞれＯリングでシールされ、さらに、大径部の内周と大径部の内側に挿入されたシート受け６の先端の小径部との間の界面もＯリングでシールされている。これにより、シートリング５の外周の段差面が臨む位置とシートリング５の大径側の端面が臨む位置に、それぞれ気密に封止された圧力室１５_−１と１５_−２が作り出されている。

それ等の圧力室１５_−１,１５_−２には、電磁弁（図示せず）経由で空気圧などの流体圧が導入される。弁体４が閉弁姿勢になっているときに圧力室１５_−２に流体圧を導入するとシートリング５が前進して弁体４に押し付けられ、弁体４とシートリング５間の摺動隙間が無くなってポート１０_−１、１０_−２の前記摺動隙間を介した連通が断たれる。

また、圧力室１５_−２を除圧して圧力室１５_−１に流体圧を導入すると、シートリング５が弁体４から離反し、低トルクでの弁体４の回転操作が可能になる。

図示のトルクアクチュエータ７は、空気圧で駆動される。空気の導入状態を切り換えることで駆動の方向が反転し、弁体４を開弁位置から閉弁位置に、あるいはそれとは逆に回転させる。

パージ環８は、中空パイプの内周側に、小さな噴射孔（図示せず）を適当な間隔をあけて多数設けたものになっている。噴射孔は、周方向に連続したスリットや周方向に間欠的に配置されるスリットなどであってもよく、小孔に限定されない。

このパージ環８は、弁室９内に、弁体４とその弁体から離反させたシートリング５との間に生じる隙間ｇ（図３参照）の外周を取り巻くように設置される。バルブボディ２には、空気導入口１６を設けてあり、外部から供給される空気がその導入口１６からパージ環８に流入し、パージ環８の噴射孔から前記隙間ｇに向けて噴射される。

以上のように構成された図１のボールバルブ１は、粉粒体の空気輸送設備に含まれるパイプライン（図示せず）の中の、粉粒体が輸送用の空気と一緒に上から下に向けて流される部分（起立配管部や傾斜配管部など）に、ポート１０_−１が上（入口）、ポート１０_−２が下（出口）となる向きに組み込まれる。

このボールバルブ１は、シートリング５を弁体４から離反させて開閉状態を切り換える。そのときに、弁体４とシートリング５間に図４に示した隙間ｇができる。粉粒体を空気流に載せて輸送しているときにその隙間ｇができると粉粒体が輸送用の空気とともに隙間から洩れ出ようとする。そこで、パージ環８から空気を噴き出させて隙間ｇからの洩れを防止する。

図１のボールバルブ１は、ポート１０_−１を上、ポート１０_−２を下にし、ポート１０_−１からポート１０_−２に向けて粉粒体を通過させるので、シートリング５とパージ環８は入口側にのみ設けており、出口側にはそのシートリングとパージ環が存在しない。

粉粒体を上から下に向けて輸送するときには、図１のように、出口となる側にはシートリングやパージ環が無い方がむしろ都合が良い。出口となる側にシートリングやパージ環が無ければ弁室の内部に粉粒体を滞留させる空間ができないので、弁体とシートリング間に生じた隙間から粉粒体が万一洩れ出ても、洩れた粉粒体は出口に流れるからである。

図５は、第２形態のボールバルブであって、出口となるポート１０_−２側にも、ポート１０_−１側に設けたものと同様のシートリング５とシート受け６とパージ環８とシートリング５に推力を付与する圧力室１５_−１,１５_−２を設けている。

この第２形態のボールバルブ１は、組み付けの方向性がなく、ポート１０_−１、１０_−２のどちらを入口に設定しても同じ機能が発揮されるため、誤組み付けが起こらない。

この第２形態のボールバルブ１は、パイプラインに組み付けるときの姿勢が制限されないため、パイプラインの起立配管部、傾斜配管部、水平配管部のどこにでも組み付けることができる。また、粉粒体が下から上に向って輸送される箇所にも設置することができる。

図６は、３方弁として構成された第３形態のボールバルブである。この第３形態のボールバルブ１は、バルブボディ２にポートが３つ設けられている。そのポート１０_−１〜１０_−３のうち、ポート１０_−１が入口、ポート１０_−２,１０_−３が分岐出口として使用される。

ポート１０_−１〜１０_−３のそれぞれに、図１のボールバルブのポート１０_−１側に設けたものと同様のシートリング５と、シート受け６と、パージ環８と、シートリング５に推力を付与する圧力室１５_−１,１５_−２を設けている。

図６のボールバルブ１は、分岐角度４５°のバルブとして構成されており、弁体４を図の位置から６７．５°時計回りの方向に回転させるとポート１０_−２,１０_−３がポート１０_−１から切り離され、弁体４をそこからさらに６７．５°（図６の位置から１３５°）時計回りの方向に回転させるとポート１０_−１がポート１０_−３に連通する。

その接続の切り換えを、各シートリング５を弁体４から離反させて行う。また、そのときに、パージ環８から空気を噴出させ粉粒体の洩れを防止する。

なお、この発明は、分岐角度６０°の３方弁や、ポート数がより多い４方弁などにも適用することができる。

また、弁体４に対するシートリング５の押し付けは、弾性体の力で行うこともできる。例えば、図１の圧力室１５_−２を大気室に置き換え、その大気室に皿ばねなどの弾性体を組み込んでその弾性体がシートリング５を流体圧で推進させて弁体４から離反させるときに圧縮されるようにしておけば、圧力室１５_−１が除圧されたときに弾性体の弾性復元力でシートリング５を弁体５に押し付けることができる。

このほか、図示のボールバルブは、シートリング５がいずれも金属で形成されているが、弁体４との接触部がゴムなどの弾性体で形成されたシートリングを備えたボールバルブもこの発明の適用対象になる。

また、図示のボールバルブは、いずれも、バルブボディ２とボンネット３がステンレス鋳鋼で、弁体４、シートリング５、シート受け６、パージ環８がステンレス鋼でそれぞれ形成されているが、これ等の構成要素の材料がステンレスであることは必須の要件ではない。

１ ボールバルブ
２ バルブボディ
３ ボンネット
４ 弁体
５ シートリング
６ シート受け
７ トルクアクチュエータ
８ パージ環
９ 弁室
１０_−１〜１０_−３ ポート
１１ 弁孔
１２_−１，１２_−２ 支軸
１３_−１，１３_−２ 軸受
１２_−１，１２_−２ 支軸
１５_−１，１５_−２ 圧力室
１６ 空気導入口

Claims (5)

1. 弁室（９）内の弁体（４）に押し付けて弁体外周の摺動隙間を封鎖するシートリング（５）を有し、そのシートリング（５）を前記弁体（４）から離反させて弁部の開閉操作を行なうボールバルブにおいて、
   前記弁室（９）に、前記弁体（４）とその弁体から離反させた前記シートリング（５）との間に生じる隙間（ｇ）の外周を取り巻いて外部から供給された空気を前記隙間（ｇ）に向けて噴射するパージ環（８）を設けたことを特徴とするボールバルブ。
2. 前記弁室（９）と入口側のポート（１０_−１）との間にのみ前記シートリング（５）を備え、そのシートリング（５）が前記弁体（４）に突き合わされる位置の外周に前記パージ環（８）を設置した請求項１に記載のボールバルブ。
3. 前記弁室（９）と入口側のポート（１０_−１）との間及び前記弁室（９）と出口側のポート（１０_−２〜１０_−ｎ）との間にそれぞれ前記シートリング（５）を備え、各シートリング（５）が前記弁体（４）に突き合わされる位置の外周にそれぞれ前記パージ環（８）を設置した請求項１に記載のボールバルブ。
4. 前記シートリング（５）とバルブボディ（２）との間に前記シートリング（５）に対して流体圧を作用させる圧力室（１５）を有し、
   その圧力室（１５）に導入される流体の圧力を受けて前記シートリング（５）が少なくとも前記弁体（４）から離反する方向に推進するようにした請求項１〜３のいずれかに記載のボールバルブ。
5. 前記ポート（１０）を３つ以上備える多方弁として構成した請求項１〜４のいずれかに記載のボールバルブ。

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