JP2013531196A - ２部品の封止ガスケットを有するバルブ - Google Patents

Abstract

本体（１）と閉止部材（２）との間に介在するガスケットを備えるバルブであって、そのガスケットが２つの部品（６）に分かれ、各部品（６）が湾曲部分（１２）を有し、２つの部品が、それら部品の湾曲部分（１２）の凸面を介して接触するように、本体（１）内および閉止部材（２）内に固定されているバルブを提供する。

Description

本発明は、本体と閉止部材との間に介在する、可撓金属板から製作された環状の封止ガスケットを備えるバルブに関する。本発明は、ことさら特に、３重の偏心を有するバタフライバルブ、すなわち、バタフライの面に対するバタフライの作動軸の偏倚、管路の軸に対するバタフライの作動シャフト偏心、ならびに本体および／またはバタフライの機械加工円錐の傾斜を有するバタフライバルブに関する。

３重の偏心を有するこれらバルブは、１００バール迄の作動圧力に達することを可能にし、封止すべき圧力が閉止部材の圧力封止方向に加えられたとき十分に働く。この方向は、一般に、「優先方向」とも呼ばれる。

この構成に見られる漏洩値は、通常、バタフライの直径１ミリメートルにつき１と０．１Ｎｃｍ³／ｍｎとの間の範囲にある。

これら構造では、「非圧力封止方向」とその方向は呼称されるが、圧力が反対方向に加えられたとき、一般に封止性能はより低くなり、漏洩量は、通常、圧力封止方向に見られる漏洩量の２倍程度になる。したがって、これら値は、完全に双方向的ではない。

これは、ガスケット自体とガスケットの支持体との間の静的封止、およびガスケット自体と封止座面との間の動的封止を同時に行う全ての金属ガスケットの場合に特に当て嵌まる。これは、ガスケットが、立体状であっても（たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５参照）、そうではなくて、板状であっても（たとえば特許文献６および特許文献７参照）、当て嵌まる。

作動に於けるこの差の主な理由は、静的封止を得るためにガスケットを強力に固締することにより、動的封止のために座面に対する接触圧力を生じさせるガスケットの自由度が大きく阻害されるためである。

金属板封止ガスケットを使用した場合（たとえば特許文献８、特許文献９、および特許文献１０参照）、静的封止が適切に行われ、ガスケットの可撓性によって、圧力封止方向の動的封止もやはり適切に行われる。しかし、この同じ可撓性が、非圧力封止方向に圧力を掛けた場合、ガスケットの変位のために、封止を大きく阻害する。

従来技術では、動的封止機能から静的封止機能を分離するガスケットが知られている。これは、以下の特許、たとえば特許文献１１、特許文献１２、および特許文献１３に特に明瞭に説明されている。この技術は、完全な静的封止をもたらす利点を有するが、１つの重大な欠点をもち、動的封止において、ガスケット直径の１ミリメートルの直線長さに対して０．１から１Ｎｃｍ³／ｍｎとの保証封止特性は、最大２５バールまでしか当て嵌まらない。さらに、２５バールより高い圧力で発生する力が、巻かれた金属板と座面との間に接触圧力および摩擦係数を誘発し、それらが、外側の金属板の巻きを剥がすに至り、したがって、ガスケットの破壊に至る。

ＦＲ２６７４５９９明細書 ＥＰ０１４５６３２明細書 ＤＥ１０２５０７７４明細書 ＦＲ２６９８１４７明細書 ＤＥ２０５７３０５明細書 ＦＲ２７７３２０２明細書 米国特許第３９４５３９８号明細書 ＧＢ１５３６８３７明細書 ＦＲ２７５１７１６明細書 ＥＰ０１６６６４１明細書 ＦＲ２３９８９４０明細書 ＦＲ２６１５５８０明細書 ＦＲ２４９７９０５明細書

本発明の目的は、閉止部材の直径１ミリメートルにつき０．１Ｎｃｍ³／ｍｎより良好な封止レベルで、最大１００バールまでの作動圧力を封止することが可能であり、前記封止特性が圧力封止方向と非圧力封止方向とで同等であるバルブにある。

本発明によれば、これは、本体と閉止部材との間に介在する、可撓金属板から製作された環状の封止ガスケットを備えるバルブであって、ガスケットは２つの部品に分かれ、各部品は、単体部品であり、固定部分によって、一方は本体に、他方は閉止部材に固定され、各部品は湾曲部分を有し、一方の部品の湾曲部分は右方を向き、他方の部品の湾曲部分は左方を向き、それぞれの部品は、それら部品の湾曲部分の凸面を介して接触するように、本体内および閉止部材内に固定されていることを特徴とするバルブを用いて達成される。

封止バタフライバルブの様々な構想が適用される事例の大多数では、提示される案は、圧力を受ける本体およびバタフライが、抵抗力があるように特性付けられ、変形しないと想定されることを前提として、部品の振る舞いを考える。実際には、状況は完全に異なる。事実は、外力を受けるいかなる部品も変形する。部品が過大寸法になっている場合、この物理現象を無視することを可能にし得るが、前記現象は、封止が関係する限り、克服できない誤作動を生じさせることがあり得る。

この現象は、封止すべき圧力が２５バールより低いときにはほとんど影響ないが、前記圧力が１００バールに達すると、変形が封止目的に対して許容できないか、さもなければ、部品の過大寸法が、噴射口内の流体通路の断面を減少させる極めて厚いバタフライに至らしめ、したがってこのタイプのバルブの場合許容できない圧力損失に至るかのいずれかである。

１６バールの圧力下での、１，０００ミリメートルの直径を有するバタフライの変形は、１ミリメートル未満であるのでそれでも許容できるが、それぞれの外部フランジの変形は、数ミリメートル（４．６７ｍｍ）程度の値に達する。

したがって、これらの状況下では、閉止部材、その封止ガスケット、および座面の間の接触がもはや一様には行われず、バルブの封止を大きく阻害することがより明瞭に理解されよう。

静的封止を達成するために本体または閉止部材のいずれかに固定され、動的封止を達成するためにそれらの他方、すなわち前記閉止部材または前記本体に接触し、それによって、ガスケットの中央部内でその連続性そのもの結果として封止を行う、１部品のガスケットが今まで常に用いられてきたが、本発明は、その設計とは、ガスケットを２つの部品で構成することによって根本的に異なり、すなわち、動的封止を達成するために漏洩防止を行う必要がある間隙を前記２つの部品間に有し、実現すべき静的封止を２倍にすることによって、本体および閉止部材の両方にガスケットを固定する必要があるが、ガスケットの２つの部品間の間隙の閉止は、本体および閉止部材のように、動的封止の機能以外の機能を果たす必要のない２つの部品間で行われるという利点を有する。したがって、２つの部品を、可及的最善な動的封止が達成されるように実現し形成することが可能になる。

金属板が１と４ミリメートルとの間の厚さを有するとき満足な結果が得られている。

湾曲部分の、２つの部品がそこを介して接触する区間が、金属板の厚さの３から５倍に相当する曲率半径を有するように、ガスケットの２つの部品を成形することが可能である。その曲率半径は、５０から６０°の弧に亘り、他方、湾曲部分は２７０°の角度に亘る。

封止に関して特に効果的である一実施形態によれば、湾曲部分同士がそこを介して接触する区間には、固定部分から発する方向に、直線区間を終端とし、金属板の厚さの５から１５倍に相当する弧に亘る区間が続き、かつ、固定部分に向かって進む方向に、金属板の厚さの５から１５倍に相当する曲率半径を有する隣接する区間、金属板の厚さの３から５倍に相当する曲率半径を有する区間、および金属板の厚さの１から２倍に相当する曲率半径を有する区間が先行している。

好ましい実施形態では、バルブは３重の偏心を有するバタフライバルブであり、本体およびバタフライはそれぞれ、ガスケットを固定する部分を固定するためのハウジングと、湾曲部分の終端となる直線区間の端部に対するストッパとを画成する。

完全な閉止が達成される前、１から５°の角度が残っている間に、好ましくは、湾曲部分同士が接触する。この１から５°の残留行程は、バルブが完全に閉じると、ガスケットの２つの部品が相互に対する予負荷を達成することを可能にする。これは、低圧力での封止に有効である。

単に例示的なものとして示されている添付図面において、
パイプシステムに取り付けられた、３重偏心を有するバタフライバルブに属し、そのパイプシステムの軸を通る平面に沿った断面図である。 図１の部分拡大図である。 ガスケットを構成する部品の１つの拡大図である。 バルブの取付けおよび圧力の掛かっていない閉止を示す図である。 図４のバルブが完全に閉じた状態の部品の位置を示す図である。 上流側に高圧力が掛かったときの部品の位置を示す図である。 変形的実施形態の、図２と同様な図である。

図１を参照すると、示されているバタフライバルブは、流体がそれらを通って搬送される入口および出口を有する管形状の本体１を備える。前記本体１は、その本体１に接続される管路と、軸Ｘに沿って、同軸である。

前記本体１の内部に取り付けられているのは、２つのハブ７をもつ円盤の形態の閉止部材２であり、そのハブには、上側作動シャフト８および下側枢動軸８’が配置されている。閉止部材２は、シャフト８によって軸Ｙの周りに回転運動させられる。軸Ｘと軸Ｙとの距離は偏心ＥＸを定める。他方、シャフト８および軸８’は、直交軸Ｚに沿って封止接触面Ｐから値Ｄだけ偏倚されている。この距離は「オフセット（ｏｆｆｓｅｔ）」と呼ばれる。

これら２つの値ＥＸおよびＤは、摩擦、したがって封止面の摩耗を最大限に抑えるために、バルブが開かれるとき、封止面間の接触が素早く離れることを可能にするように設定される。

図２に示されるように、閉止部材２は、冠形状内の平坦な円形部分１１および湾曲部分１２から構成されたプロフィールに従って成形された金属板から形成された封止ガスケット６を組み付けることを可能にするハウジングを備える。平坦部分１１は、締結スクリュー１３によって対向フランジ４とバタフライ２との間に締結され、静的封止を行う。湾曲部分１２は、本体１に配置された封止ガスケット５と合わさり、動的封止を行う。閉止部材２に設けられた肩部１４は、金属板ガスケット６の変形を制限することを可能にする。

図３は、湾曲部分１２に於けるガスケット６の断面を示す。可撓金属板製から製作され、バタフライに配置されるガスケット６は、１と４ミリメートルとの間の厚さｅｐを有する円形冠形状のプロフィールにされた金属板から形成される。このガスケットのプロフィールが、断面で見て、図３に示されている。

このガスケットのプロフィールは、前記ガスケットを受け入れることになっているバタフライ２のハウジングの外径に対応する内径φ１によって特徴付けられる。この内径を始点として、プロフィールは、直線区間Ｌ１を経由してバタフライの外側に向かって延在し、直線部分Ｌ１は、バタフライ２と対向フランジ４との間で静的封止を行うために、冠形状内に平坦な面を形成することを目的とする。

この区間の長さは、金属板の厚さｅｐの５から１０倍に相当する。

この直線区間に接線方向に連結されているのは、一連の弧α、β、γ、δ、およびεであり、それらの角度およびそれぞれの半径Ｒ５、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４が以下に示される。

直線部分Ｌ１に対して垂直であり、金属板の厚さｅｐの２から５倍に相当する直線部分Ｌ２が、弧εの端部から接線方向に延出する。

外径φ２は、バタフライ２に設けられた肩部１４によって決定される。

半径Ｒ５は、金属板の厚さｅｐの値の１から２倍に相当する。前記半径Ｒ５は、折曲げの最小半径であり、その半径は、厚さｅｐおよび金属板の材料、ならびにプロフィールを達成する方法に基づいて定められる。

半径Ｒ１とＲ３は、実質的に等しく、金属板の厚さｅｐの３から５倍に相当する。

半径Ｒ２とＲ４もまた実質的に等しく、金属板の厚さｅｐの５から１５倍に相当する。

弧αは、約９０°の角度を形成する。

直線部分Ｌ１とＬ２とが完全に直交位置を取るように、弧α、β、γ、δ、およびεの角度の合計が２７０°に等しくなるような形で、弧β、δ、およびεの角度値は実質的に等しく、５０と６０°との間の角度に相当し、弧γの角度は２から１０°に相当する。

本体に配置されるガスケットの部品も、バタフライに配置されるガスケットの部品と同じように形成される。

図４を参照すると、提示されたバルブの構造は、封止ガスケット５および６の製造が、閉止部材２がその完全閉止位置に達する前にすでに前記両ガスケットが互いに点Ｃ１で接触し、閉止部材が完全閉止に達する前に１と５°との間の角度ａが残るように、湾曲部分の寸法を整えることを意図することが分かるであろう。

この１から５°の残留行程は、閉止位置が完了すると、両ガスケットの相互に対する予負荷を達成することを可能にする。図５は、閉止部材２が完全閉止の位置にあるときのバルブを示す。両湾曲部分１２が、前記２つの部品間の接触Ｃ５の結果として、矢印値Ｆ１およびＦ２だけ変形していることが認められるであろう。この位置では、本体に属する封止ガスケット５は、本体の肩部１５との間隙Ｊ２を有し、閉止部材に属するガスケット６は、閉止部材１４の肩部１４との間隙Ｊ１を有する。

図６によれば、この位置では閉じているバルブは、低圧力で封止を行うのに十分な予負荷を２つのガスケット５と６との間に有し、前記圧力は３と１０バールとの間に相当する。高圧力Ｐ１が上流側に加えられると、ガスケット５および６の可撓性が、本体に属するガスケット５が本体１の肩部１５との接触Ｃ３に至るまで変形し値Ｌ１だけ変位することを許し、そのとき、閉止部材２に属するガスケット６は、対向フランジ４との間隙Ｊ３を有する。この位置では、接触圧力は、少なくとも、３から１０バールに相当する予負荷に高圧力Ｐ１を加えた和に等しい。これは、圧力封止方向での前記バルブの完全な封止を保証する。

バルブのこの作動は、高圧力が、バタフライの下流に、非圧力封止方向に加えられた場合も同様である。

上記の説明は、成形金属板に於ける封止ガスケットの構造を前提とする。バルブの大きさが、直径で１メートルを超えるまで増加すると、成形具が極めて高価になり、実現すべき打抜き手段の容量が法外になる。この欠点を緩和するために、以下の説明による立体状ガスケットの実施形態が提案される。

図７によれば、半円環体断面の立体状リング２０がその上に溶接された金属板の円盤２１からガスケットを製作することが可能である。その場合、バタフライ２は、圧力を受けたときの円盤２１の変形を制限する肩部１４を設けるために、異なる態様で機械加工される。

極低温から熱機関の排気まで全ての温度領域でこのタイプのガスケットを使用することができるようにするために、これらガスケットは、あらゆるタイプの金属材料を組み合わせることができる。

極低温では、成形金属板から製作されるガスケットの場合、−１９６℃まで良好な機械的特性を維持する材料が好ましく、すなわちクロム／ニッケル／コバルトタイプの高合金ステンレス鋼が好ましい。その本来の特性が、金属板の成形加工による高い加工効果と組み合わさって、全ての温度でのその満足な弾性特性に寄与する。

変形形態における立体状ガスケットの場合、金属板の円盤２１は、同じクロム／ニッケル／コバルト合金から製作されるが、半円環体２０は、好ましくは、タイプ３１６または３１６Ｌのオーステナイト系ステンレス鋼など、より可鍛性の合金から製作される。

Claims (8)

1. 本体（１）と閉止部材（２）との間に介在する、可撓金属板から製作された環状の封止ガスケットを備えるバルブであって、
   − 前記ガスケットは２つの部品（５）および（６）に分かれ、
   − 各部品（５）または（６）は、単体部品であり、固定部分（１１）によって、一方は前記本体（１）に、他方は前記閉止部材（２）に固定され、
   − 各部品（５）または（６）は湾曲部分（１２）を有し、一方の前記部品の前記湾曲部分は右方を向き、他方の前記部品の前記湾曲部分は左方を向き、
   − 前記２つの部品（５）と（６）とは、それら前記部品の湾曲部分（１２）の凸面を介して接触するように、前記本体（１）内および前記閉止部材（２）内に固定されている
   ことを特徴とするバルブ。
2. 前記金属板は、１と４ｍｍとの間の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記湾曲部分の、前記２つの部品がそこを介して接触する区間は、前記金属板の厚さの３から５倍に相当する曲率半径を有することを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
4. 前記曲率半径は５０から６０°の弧に亘ることを特徴とする請求項３に記載のバルブ。
5. 前記湾曲部分（１２）は２７０°の角度に亘ることを特徴とする請求項３または４に記載のバルブ。
6. 前記湾曲部分（１２）同士がそこを介して接触する前記区間（δ）には、前記固定部分（１１）から発する方向に、直線区間（４０）を終端とし、前記金属板の厚さの５から１５倍に相当する弧に亘る区間（ε）が続き、かつ、前記固定部分に向かって進む方向に、前記金属板の厚さの５から１５倍に相当する曲率半径を有する隣接する区間（γ）、前記金属板の厚さの３から５倍に相当する曲率半径を有する区間（β）、および前記金属板の厚さの１から２倍に相当する曲率半径を有する区間（α）が先行していることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のバルブ。
7. 前記閉止部材は３重の偏心を有するバタフライバルブであり、前記本体および前記バタフライはそれぞれ、前記ガスケットを固定する前記部分（１１）を固定するためのハウジングと、前記湾曲部分の終端となる前記直線区間（４０）の端部に対するストッパ（１５）とを画成することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のバルブ。
8. 完全な閉止が達成される前、１から５°の角度（ａ）が残っている間に、前記湾曲部分（１２）同士は接触することを特徴とする請求項７に記載のバルブ。

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