JP2014528563A

JP2014528563A - バルブシール

Info

Publication number: JP2014528563A
Application number: JP2014535811A
Authority: JP
Inventors: ウェイド，ジョナソンヘルファー，
Original assignee: フィッシャーコントロールズインターナショナルリミテッドライアビリティーカンパニー
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-10-27
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: JP6110390B2; CN103047433B; CA2851277A1; EP2766645A1; BR112014008855A2; US20130092859A1; CN103047433A; RU2014116456A; US20140319399A1; CN203082237U; RU2626873C2; WO2013055769A1; US9568110B2; MX353927B; US8814138B2; MX2014004397A; AR088457A1

Abstract

バルブで使用するためのシールが説明される。シール例（１０２）は、リング状のカートリッジ（２００）を含む。カートリッジは、第１の部分（２０６）と、第２の部分（２０８）とを有する。第１および第２の部分は、シール部（２１０）を保持し、また第１および第２の部分は、シール部のシール面に隣接したそれぞれの第１（３１０）および第２（３１２）の湾曲面を有する。湾曲面の曲率半径は、流量制御部材（１１０）とカートリッジとの間の初期接点が、流量制御部材が閉位置に移動する場合、シール面上となるのを可能にする。【選択図】図３

Description

本開示は、概して、バルブに関し、具体的には、バルブで使用するためのシールに関する。

バルブは、しばしば、産業プロセスにおいて流体を制御するのに使われる。一般に、温度および圧力などのプロセス条件によって、バルブにおいて使用され得るシールのタイプが規定される。高温条件では金属シールがしばしば用いられるが、それは、より軟質の非金属シール（例えば、ポリテトラフルオロエチレン製シール）が、カ氏４５０℃を超える温度に曝されると、昇華または燃焼することがあるためである。しがしながら、金属シールは一般にしっかりとした遮断（例えば、ＡＮＳＩクラスＶＩの遮断）を達成することができない。三重偏心設計のバルブは、グラファイルト積層材を含むシールを用いることによって、高温に曝される場合にしっかりとした遮断を達成し得るが、三重偏心バルブは、バルブ内で流量制御部材（例えば、ディスク）を駆動するのに高額な大型のアクチュエータを要する。

バルブで使用するためのシール例は、第１の部分と第２の部分とを有するリング状のカートリッジを含む。圧縮性シール部は、第１および第２の部分の間に捕捉される。第１および第２の部分は、圧縮性シール部のシール面に隣接したそれぞれの第１および第２の湾曲面を有する。湾曲面は、流量制御部材が閉位置に移動する場合、流量制御部材が、湾曲面に接触する前にシール部を圧縮するのを可能にする。

バルブで使用するための別のシール例は、第１の部分と第２の部分とを有するリング状のカートリッジを含む。第１および第２の部分は、シール部を保持し、また第１および第２の部分は、シール部のシール面に隣接したそれぞれの第１および第２の湾曲面を有する。湾曲面の曲率半径は、流量制御部材が閉位置に移動する場合、流量制御部材とカートリッジとの間の初期接点がシール面上となるのを可能にする。

バルブで使用するための別のシール例は、シール手段の保持手段を含む。保持手段は、流量制御部材が、保持手段に接触する前に、シール手段に接触するのを可能にする第１および第２の手段を有する。

シール例を含むバタフライバルブの部分分解図である。図１のバタフライバルブの一部分の断面図である。図１のシール例とともに使用されるカートリッジ例の拡大断面図である。流量制御部材とシール例との間の初期接点を示す、図１のシール例の拡大断面図である。

以下のシール例は、バタフライバルブとともに説明されるが、シール例はまた、任意のその他のロータリーバルブ（例えば、ボールバルブ、Ｆｉｓｈｅｒ（登録商標）Ｖｅｅ−Ｂａｌｌ（商標）ロータリーコントロールバルブなど）に使用されてもよい。石油およびガスの供給システムや化学処理プラントなどの産業プロセスでは、流体は、しばしば、バルブ（例えば、バタフライバルブ、ボールバルブなど）を用いて制御される。一般に、バルブの遮断能力は、産業プロセスの性能および動作に影響を与える。概して、バルブは、軟質（例えば、エラストマーの）シールなしでは、しっかりとした遮断（例えば、ＡＮＳＩクラスＶＩ遮断）を達成できない。しかしながら、一般に、プロセス条件によって、バルブにおいて使用され得るシールのタイプが規定される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ）製シールは、バルブにしっかりとした遮断を達成可能とし得るのだが、カ氏４５０℃を超える温度に曝されると、燃焼し、または昇華し、あるいはその両方を行い得る。したがって、ＰＦＴＥシールは、一般に、高温用途には適さない。他方、金属シールは、通常、高温に耐え得るため、金属シールが、高温に曝されるバルブで従来使われている。しがしながら、金属シールは一般にしっかりとした遮断を達成することができない。さらに、金属シールのシール性能は、一般に、シールが高温から常温に冷却されると低下する。結果として、高い運転温度に曝された金属シールを有するバルブは、バルブが常温に冷却されたときに、過剰に漏洩することがあり、それによって、産業プロセスの性能および動作に影響を与え、バルブの日常保守を妨げる。

三重偏心設計のバルブは、グラファイルト積層材から作られるシールを用いることによって、高温用途においてしっかりとした遮断を達成し得る。一般に、三重偏心バルブにおけるシールは、流量制御部材に連結され、シートが、バルブ本体に一体となっている。しっかりとした遮断を達成するために、流量制御部材は、その他のバルブ設計で用いられるアクチュエータよりも、一般に大型かつ高価なアクチュエータを用いてバルブ本体内へ駆動される。

シール例は、高温で、シール例の全寿命にわたって、しっかりとした遮断（例えば、クラスＶＩ遮断）を提供し得る。さらに、シール例は、バルブが高温から常温に冷却される際に、しっかりとした遮断を維持し得る。シール例は、第１の部分と、第１の部分の反対側にある第２の部分とを有するリング状のカートリッジを含む。第１の部分および第２の部分は、シール部を保持している。第１および第２の部分は、シール部のシール面に隣接したそれぞれの第１および第２の湾曲面を有する。第１および第２の湾曲面は、流量制御部材が閉位置に移動する場合、流量制御部材とカートリッジとの間の初期接点がシール面上となるのを可能にする。湾曲面の曲率半径は、流量制御部材が最初にシール面に接触する際、流量制御部材と第１の部分との間の第１の隙間と、流量制御部材と第２の部分との間の第２の隙間とを提供する。

シール部は、圧縮性であってもよい。圧縮性シール部を有するシール例では、第１および第２の湾曲面は、流量制御部材が閉位置に移動する場合、流量制御部材が、第１の湾曲面または第２の湾曲面に接触する前にシール部を圧縮するのを可能にする。流量制御部材が閉位置にある場合、シール部は、シール部と、湾曲面のうちの少なくとも１つとが、流量制御部材を封止状態で係合するように圧縮する。シール例の寿命の間、シール部は、摩耗状態に摩耗する。シール部が摩耗状態にある場合、流量制御部材は、依然として、第１の湾曲面または第２の湾曲面に接触する前に、シール面に接触する。しかしながら、流量制御部材が閉位置にある場合、第１の湾曲面、シール面、および第２の湾曲面は、流量制御部材を封止状態で係合する。

図１は、シール例１０２を含むバタフライバルブ１００の部分分解図である。図１に示されるバタフライバルブ１００は、プロセス流体を制御する間、広範囲の温度および圧力に曝されてもよい。バルブ１００は、入口および出口を有する流体流路１０６を画定するバルブ本体１０４を含む。リング状の保持具１０８は、バルブ本体１０４に連結されて、シール例１０２を保持する。流量制御部材１１０（例えば、ディスク、ボールなど）は、流体流路１０６内に配置される。流量制御部材１１０は、流量制御部材１１０を第１の位置（例えば、開位置）から第２の位置（例えば、閉位置）に回転する、駆動軸１１２に動作可能に連結される。図１に示される流量制御部材１１０は、実質的に閉位置にあって、流量制御部材１１０とシール例１０２との間に流体シールを形成している。

図２は、シール例１０２を含むバタフライバルブ１００の断面図である。本明細書に説明されるシール例１０２は、実質的に可撓性のリング状のキャリア２０４の内周面２０２に連結される（例えば、レーザ溶接される、あるいは機械的、または冶金的、または化学的、またはこれらの組み合わせで固定される）リング状のカートリッジ２００を含む。流量制御部材１１０が閉位置に移動する場合、流量制御部材１１０は、カートリッジ２００に接触し、これにより、キャリア２０４が曲がる。カートリッジ２００は、キャリア２０４の内周面２０２上に載置されて、キャリア２０４が動作中に曲がる場合、カートリッジ２００が、シール保持具１０８またはバルブ本体１０４に接触しないようにする。カートリッジ２００は、第１の部分２０６と、第１の部分２０６の反対側にある第２の部分２０８とを含む。第１の部分２０６および第２の部分２０８は、リング状のシール部２１０を保持している。第１の部分２０６は、第２の部分２０８に（例えば、溶接、接着剤、または任意の適切な固定手段により）連結されて、シール部２１０を受ける空洞を画定してもよい。図１および図２に示されるシール例１０２では、シール部２１０は、第１および第２の部分２０６および２０８の間に捕捉される。以下に詳述するように、流量制御部材１１０が閉位置に移動する場合、流量制御部材１１０とカートリッジ２００との間の初期接点４００（図４）は、シール部２１０のシール面２１２上にある。

図２の断面図では、キャリア２０４は、直線的な外形のフランジ部分２１４と、湾曲した外形の可撓部分２１６とを有する。可撓部分２１６の湾曲した外形は、キャリア２０４に可撓性をもたらす。しかしながら、キャリア２０４に可撓性をもたらす、あらゆるその他の外径または形状は、用いられてもよい。キャリア２０４の可撓部分２１６は、流量制御部材１１０に対してばね力を提供し、また、シール例１０２が、大幅な圧力降下などのプロセス条件の変化に起因して閉位置にある流量制御部材１１０が移動または屈曲する場合、流量制御部材１１０に従い、流体シールを維持するのを可能にする。

予圧間隙２１８は、キャリア２０４とバルブ本体１０４との間に存在して、流量制御部材１１０がシール１０２内に駆動される際に、キャリア２０４により提供されるばね力に作用する。例えば、予圧間隙２１８の増加は、キャリア２０４によって提供されるばね力を増加する。キャリア２０４によって流量制御部材１１０に対して提供されるばね力は、流量制御部材１１０が閉位置に移動する場合、流体シールが、シール例１０２と流量制御部材１１０との間に形成されるのを可能にする。２つのガスケット（図示せず）は、固定シールを作成するためにキャリア２０４のフランジ部分２１４に連結されて（例えば、接着されて）、プロセス流体がバルブ本体１０４とバルブ保持具１０８との間から逃げるのを阻止する。

図３は、図１のシール例１０２に含まれるカートリッジ例２００の拡大断面図である。第１の部分２０６および第２の部分２０８は、金属（例えば、ステンレス鋼）から作られて、カートリッジ２００に剛性をもたらす。シール部２１０は、圧縮性材料（例えば、グラファイト積層）から作られる３つの層３００、３０２および３０４を含み、これらは金属（例えば、ステンレス鋼）箔層３０６および３０８によって隔てられており、これは、流量制御部材１１０への圧縮性層３００、３０２および３０４の接着および転移の両方、またはいずれか一方を防止する。以下に詳述するように、流量制御部材１１０は、流量制御部材１１０が閉位置に移動する場合、第１の部分２０６または第２の部分２０８に接触する前に、シール部２１０を圧縮する。

図３の断面図では、第１の部分２０６および第２の部分２０８は、実質的に多角形形状である。第１の部分２０６は、第１の湾曲面３１０を有し、第２の部分２０８は、第２の湾曲面３１２を有する。第１の湾曲面３１０および第２の湾曲面３１２は、流体流路１０６に面するように向けられている。さらに、第１および第２の湾曲面３１０および３１２は、これもまた流体流路１０６に面するように向けられているシール面２１２に隣接し、かつ実質的に連続している。シール部２１０のシール面２１２もまた湾曲している。このようにして、第１の湾曲面３１０、第２の湾曲面３１２、およびシール面２１２は、カートリッジ２００の凸状の内周面３１４を形成し、これは、シール例１０２の内径を画定する。

第１の湾曲面３１０の曲率半径は、第２の湾曲面３１２の曲率半径よりも大きい。図３に示されるカートリッジ例２００の断面図では、第１の湾曲面３１０の曲率半径は、０．２４２インチであり、第２の湾曲面３１２の曲率半径は、０．３０６インチである。第１の湾曲面３１０および第２の湾曲面３１２の曲率中心３１６および３１８は、それぞれ、第１の湾曲面３１０の横方向にある第１の部分２０６の外面３２０から０．０９９インチおよび０．０７５インチにある。第１の湾曲面３１０の中心３１６は、第２の湾曲面３１２の中心３１８よりも、カートリッジ２００の外周面３２２から０．０４８インチだけ遠い。上記寸法は、単に一例に過ぎず、したがって、本開示の範囲から逸脱することなしに、その他の寸法が使用されてもよい。

シール面２１２もまた、湾曲し、第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有し、これらは、それぞれ、第１の湾曲面３１０および第２の湾曲面３１２の中心３１６および３１８と一致する中心を有する。また、シール面２１２の曲率半径は、それぞれ、第１および第２の湾曲面３１０および３１２の半径に実質的に等しい。したがって、第１の曲率半径を有するシール面２１２の一部分は、第１の湾曲面３１０に隣接し、第２の曲率半径を有するシール面２１２の一部分は、第２の湾曲面３１２に隣接する。図３の向きでは、シール面２１２の中点３２４は、シール面２１２の第１および第２の曲率半径の交点に位置して、シール面２１２が流量制御部材１１０の経路に沿って、流量制御部材１１０が、閉位置に移動する際、第１の湾曲面３１０または第２の湾曲面３１２に接触する前に、シール面２１２に接触するようにするのを可能にする。以下に詳述するように、第１および第２の湾曲面３１０および３１２は、流量制御部材１１０が、第１の部分２０６または第２の部分２０８に接触して、しっかりとした遮断（例えば、ＡＮＳＩクラスＶＩ遮断）を形成する流体シールを形成する前に、シール部２１０を圧縮するのを可能にする。

図４は、図１のシール例１０２に接触する流量制御部材１１０の拡大断面図を示す。図４に示されるように、第１および第２の湾曲面３１０および３１２の曲率半径は、流量制御部材１１０が閉位置に移動する場合、流量制御部材１１０とカートリッジ２００との間の初期接点４００がシール面２１２上となるのを可能にする。流量制御部材１１０がシール面２１２に最初に接触する際、第１および第２の湾曲面３１０および３１２の曲率半径は、流量制御部材１１０と第１の部分２０６との間の第１の隙間４０２と、流量制御部材１１０と第２の部分２０８との間の第２の隙間４０４とを提供する。第２の隙間４０４は、第１の隙間４０２の少なくとも２倍の大きさであってもよい。図４に示されるシール例１０２では、第１の隙間４０２は、０．００４インチであり、第２の隙間４０４は、０．００８インチである。しかしながら、本開示の範囲から逸脱することなしに、その他の隙間が使用されてもよい。加えて、第１の湾曲面３１０および第２の湾曲面３１２の曲率半径は、それぞれの第１の部分２０６および第２の部分２０８が、シール部２１０を十分に支持および把持するのを可能にして、シール部２１０が、流体流れに応じて著しく歪むのを防止する。第１および第２の湾曲面３１０および３１２の曲率半径が小さすぎる場合、第１の部分２０６および第２の部分２０８は、シール部２１０を十分に支持および把持して、シール部２１０が、流体流れの方向に著しく歪むのを防止することができないこともある。

流量制御部材１１０がシール面２１２に接触した後、キャリア２０４は、流量制御部材１１０が閉位置に向けて移動し続けるのにともなって曲がる。閉位置に移動してくる流量制御部材１１０の力に相反するキャリア２０４によって提供されるばね力は、シール部２１０を流量制御部材１１０に対して圧縮させ、それによって、シール面２１２と流量制御部材１１０との間に流体シールを形成する。シール部２１０の圧縮は、シール１０２が、シール１０２と流量制御部材１１０との間にしっかりとした遮断（例えば、ＡＮＳＩクラスＶＩ遮断）を達成するのを可能にする。

流量制御部材１１０が閉位置に到達した場合、流量制御部材１１０は、シール面２１２ならびに湾曲面３１０および３１２のうちの少なくとも１つを封止状態で係合する。図４に示されるシール例１０２では、流量制御部材１１０は、シール部２１０を圧縮し、流量制御部材が閉位置にある場合、シール面２１２および第１の湾曲面３１０を封止状態で係合する。

本明細書に説明されるシール例１０２の寿命の間、流量制御部材１１０は、シール面２１２に何万回も離着座し得る。最終的に、シール部２１０は、摩耗状態に摩耗する。その結果、流量制御部材１１０とカートリッジ２００との間の初期接点４００は、カートリッジ２００の内周面３１４に沿って移動する。しかしながら、第１および第２の湾曲面３１０および３１２は、流量制御部材１１０とカートリッジ２００との間の初期接点４００が、シール１０２の全寿命にわたってシール面２１２上に残るのを可能にする。したがって、第１および第２の隙間４０２および４０４は、シール部２１０の摩耗と共に減少し得るが、第１の湾曲面３１０および第２の湾曲面３１２は、流量制御部材１１０が、流量制御部材１１０がシール面２１２を封止状態で係合するまで、第１および第２の部分２０６および２０８に接触しないようにし得る。

流量制御部材１１０が閉位置にあり、かつシール部２１０が摩耗状態にある場合、流量制御部材１１０は、シール部２１０を圧縮し、シール面２１２ならびに第１および第２の湾曲面３１０および３１２を封止状態で係合する。このようにして、流量制御部材１１０は、シール部２１０を封止状態で係合し得て、シール例１０２が、高温用途において、シール例１０２の全寿命にわたって、しっかりとした遮断（例えば、クラスＶＩ遮断）を達成するのを可能にする。また、シール例１０２は、補助的なシール面に頼る必要がなく、シール例１０２のどの部分も犠牲的でない。加えて、シール例１０２は、シール例１０２が高温から常温に冷却される際に、しっかりとした遮断を維持し得る。

特定の装置例を本明細書において説明してきたが、本特許の対象の範囲は、それらに限定されない。むしろ、本特許は、本特許の特許請求の範囲内に適正に含まれるすべての装置を包含する。

Claims

バルブで使用するためのシールであって、
リング状のカートリッジを備え、前記カートリッジが、第１の部分および前記第１の部分の反対側にある第２の部分、ならびに前記第１および第２の部分の間に捕捉される圧縮性シール部を有し、前記第１および第２の部分が、前記圧縮性シール部のシール面に隣接したそれぞれの第１および第２の湾曲面を有し、前記湾曲面が、前記流量制御部材が閉位置に移動する場合、前記湾曲面に接触する前に、流量制御部材が前記シール部を圧縮することを可能にする、バルブで使用するためのシール。
前記湾曲面が、前記流量制御部材が最初に前記シール面に接触する際、前記流量制御部材と前記第１の部分との間の第１の隙間と、前記流量制御部材と前記第２の部分との間の第２の隙間とを提供し、前記第１の隙間が、前記第２の隙間よりも小さい、請求項１に記載のシール。
前記第１の湾曲面の曲率半径が、前記第２の湾曲面の曲率半径よりも大きい、請求項１または２に記載のシール。
前記シール面が湾曲している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール。
前記シール面が、第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有し、前記第１の曲率半径が、前記第１の湾曲面の前記曲率半径に実質的に等しく、前記第２の曲率半径が、前記第２の湾曲面の前記曲率半径に実質的に等しい、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシール。
前記カートリッジが、実質的に可撓性のリング状のキャリアに連結される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシール。
前記第１の部分が、前記第２の部分に連結されて、前記シール部を受ける空洞を画定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシール。
バルブで使用するためのシールであって、
リング状のカートリッジを備え、前記カートリッジが、第１の部分および第２の部分を有し、前記第１および第２の部分が、シール部を有し、前記第１および第２の部分が、前記シール部のシール面に隣接するそれぞれの第１および第２の湾曲面を有し、前記湾曲面の曲率半径が、流量制御部材と前記カートリッジとの間の初期接点が、前記流量制御部材が閉位置に移動する場合、前記シール面上となることを可能にする、
バルブで使用するためのシール。
前記湾曲面の前記曲率半径が、前記流量制御部材が最初に前記シール面に接触する際、前記流量制御部材と前記第１の部分との間の第１の隙間と、前記流量制御部材と前記第２の部分との間の第２の隙間とを提供し、前記第１の隙間が、前記第２の隙間よりも小さい、請求項８に記載のシール。
前記第１の湾曲面の前記曲率半径が、前記第２の湾曲面の前記曲率半径よりも大きい、請求項８〜９のいずれか１項に記載のシール。
前記シール面が湾曲している、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のシール。
前記シール面が、第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有し、前記第１の曲率半径が、前記第１の湾曲面の前記曲率半径に実質的に等しく、前記第２の曲率半径が、前記第２の湾曲面の前記曲率半径に実質的に等しい、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のシール。
前記シール部が圧縮性である、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のシール。
前記シール面と、前記湾曲面のうちの少なくとも１つとが、前記流量制御部材が閉位置にある場合、前記流量制御部材を封止状態で係合する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載のシール。
前記シール面、前記第１の湾曲面および前記第２の湾曲面が、前記流量制御部材が閉位置にあり、かつ前記シール部が摩耗状態にある場合、前記流量制御部材を封止状態で係合する、請求項８〜１４のいずれか１項に記載のシール。
前記カートリッジが、実質的に可撓性のリング状のキャリアに連結される、請求項８〜１５のいずれか１項に記載のシール。
前記第１の部分が、前記第２の部分に連結されて、前記シール部を受ける空洞を画定する、請求項８〜１６のいずれか１項に記載のシール。
バルブで使用するためのシールであって、
シール手段の保持手段を備え、前記保持手段が、流量制御部材が前記保持手段に接触する前に前記シール手段に接触することを可能にする第１および第２の手段を有する、バルブで使用するためのシール。
前記保持手段が、前記保持手段をバルブに柔軟に連結する手段を含む、請求項１９に記載のシール。