JP2020524770A - 中心決めされたバタフライ弁 - Google Patents

Abstract

弁は、ボディ（２）と、ボディ（２）の内側で、通路を露呈する開位置から前記通路をカバーする閉位置まで回転する能力を備えて実装された中心決めされたバタフライ（１）と、シートと、閉位置においてシートに対向するバタフライの面と、によって境界決めされるハウジング内に配置されたシール（３）と、を含み、シートおよび面が軸方向に沿って内側に向けて互いに近接する。シール（３）は、ハウジングの内側で自由に動く。

Description

本発明は、バタフライ弁に関する。バタフライ弁は、回路内の上流／下流の耐漏出性を確保するために使用される。それは、配管の一部を形成するボディと、流れに垂直な軸に関して回転するバタフライと、を含み、この通路を流れが通過するのを可能にするかまたはこの通路を封鎖する。この文書では、流れ方向は、軸方向である。

これらの構成要素は、剛性があるので、通常、中間シールが付属され、それは、より柔軟であり、また、これらの表面が互いに対して適合されるのを可能にして、適切なシールレベルを保証する。上記シールは、１つの構成要素の一部を形成する静的な耐漏出性を確保する部分と、バタフライ弁が閉じられたときに第２の構成要素と接触する動的な耐漏出性を確保する部分と、を含む。静的な部分は、ボディにまたはバタフライに固定されることがある。

バタフライ弁は、システムの外部への流体の漏出を防止するための２つの他のシールを、具体的にはシャフト／ボディシールおよびボディ／配管シールを、通常有することもある。

中心決めされたバタフライ弁では、シールは、閉位置のバタフライの正中面に設けられる。この位置では、シールは、（構成に応じてボディまたはバタフライの）動的な接触表面（またはシート）に対して接線方向である。

必要なシールレベルを確保するために、提供するのが必要なのは、シールおよび動的なシート間の接触圧である。この接触圧は、設計段階における径方向のクランプ寸法によって提供される。これは、剛性のある動的なシートに対して平らにされる柔軟なシールによって反映され、接触圧は、シールの弾性に依存する。

このタイプの弁の対称な設計は、それが両方の流れ方向で同等に機能するのを確保する。米国特許第１，９７７，３５１号は、例えば、シールがボディ上に実装される中心決めされたバタフライ弁を説明する。

中心決めされたバタフライ弁は、接触力が流体によって生成される力に対して単に垂直であるという理由で、自己シールではない。これが意味するのは、この力がシールの初期クランプに完全に起因するということである。これは、次の不都合をもたらす：
・ バタフライ弁が回転するたびにシールが動的なシートを擦るという理由で、バタフライを作動させるのに必要なトルク；
・ この摺動摩擦に起因した接触面の早期摩耗、および、
・ 現在の材料の物理的限界であり、その理由は、これが、特に、バタフライの閉じた運動学のせいで、材料の引き裂きを伴わずにシールが高い圧縮レベルを受けるのを可能にしないからであり；これは、許容動作圧への制限をもたらす。

中心決めされたバタフライ弁の別の不都合は、シール面（閉位置のバタフライ弁の正中面）が駆動シャフト（回転の軸）も含むことである。これは、このシャフトを両側でバイパスするためにシールシステムを作成するのを必要とさせ、それは個々の部品をより複雑にさせる。

米国特許出願公開第２０１４／２０３２０１号は、弁を説明しており、ボディ１０２およびバタフライ１０４間に配置されたシール１０６が、リテーナ１２０とボディ１０２の表面１１８との間のハウジング内にクランプされる。同様に、米国特許第４，２０１，２３９号、米国特許第４，３３５，７４８号、英国特許第１５６６４５６号、英国特許第１００６３７７号、ドイツ実用新案第８２３３７８５号では、シールは、クランプされ、ロックされ、形式適合するやり方またはアンダーカットで実装され、あるいは、硫化によってボディに組み込まれて、ハウジングの内側でそれの全体について移動するのが防止される。

本発明に係る弁は、環状の内部シートによって、軸方向の通路を形成する内部エリアを画定するボディと、ボディの内側で、通路を露呈する開位置から上記通路をカバーする閉位置まで回転する能力を備えて実装された中心決めされたバタフライと、シートと閉位置でシートに対向するバタフライの面とによって境界決めされるハウジング内に配置されたシールと、を含み、シートおよび面が軸方向に沿って内側に向けて互いに近接する。閉位置において、シールは、その全体が、ハウジングの内側で全方向に自由に動く。

シールは、こうして弁のボディやバタフライに静的に連結されず、また、同じようにクランプされたまたは形式適合するやり方で実装されず、２つのエリアが、１つがボディに１つがバタフライに、動的接触して動作するので、開位置における、ストレス、制約、またはプレストレスを受けない、最適な位置が想定される。閉位置では、流体によって制約されるだけであり、こうして、固定やクランプによる制約を何ら経験せず、こうして、それ自体が最適な位置に移動し、その結果、疲労が最小限なものとなる。弁の寿命は、結果として遙かに長くなる。

手段は、好ましくは、動かすだけでシールがハウジングから抜けるのを防止するために、設けられる。シールは、ハウジングから引き離す目的で変形されねばならない。これらの手段は、放出防止リングであることがあり、あるいは、ボディの内側の円周溝に相当するものであることがある。

本発明の１つの実施形態によれば、軸方向のハウジング寸法は、軸方向のシール寸法よりも、軸方向のシール寸法の１〜５０％の間だけ大きい。この寸法は、ハウジングの任意の他の位置よりも内側から最も遠いハウジング上の位置で、軸方向において、より大きい。

軸方向に垂直な径方向のハウジング寸法は、また、径方向のシール寸法よりも、径方向のシール寸法の１〜５０％の間だけ大きいこともある。この寸法は、ハウジングの任意の他の位置よりも内側から最も遠いハウジング上の位置で、径方向において、より大きい。

シートと閉位置でシートに対向するのバタフライの面とは、好ましくは、交差せずに、連続した様式で、肩部やリッジなどの幾何的な不連続性を伴わずに、互いに近接すべきである。

それの最も単純な実施形態では、シールは、Ｏリングである。シールは、また、リップ・シールであり、好ましくは、弾性コアによって付勢されることもある。

Ｏリング・シールは、バタフライの最大外径よりも小さい内径と、ボディのシートの最小内径よりも大きい外径と、を有する。

１つの代替のバージョンでは、弁は、閉位置のバタフライの両側に２つのシールが備え付けられる。

添付の図面は、単に一例として模写されているが、次のことを示している。

本発明に係るバタフライ弁の部分破断を備えた斜視図である。 弁が閉じられているときの上方の部分断面図である。 自由状態の付勢時のリップ・シールの状態を示す図である。 このシールの、それが加圧されるときを示す図である。 円で囲んだ図２の左手側だけの拡大図である。 円で囲んだ図２の左手側だけの拡大図である。

本発明に係るバタフライ弁は、駆動シャフト５の作用を受けて回転する能力を備えた中心決めされたバタフライ１を含み、シート（シール領域）とは反対の面は、傾斜したシール面である。弁は、同じく環状の内部シートを画定するボディ２を含む。バタフライ１は、ボディ２上で中心決めされる。最後に弁は、放出防止リング４によってまたはボディ２の溝内で、ボディ２のシートとシートの反対側のバタフライ１の面との間のハウジング内に確実に保持されたボディ２の一方の側のシール３を含むが、ハウジングの内側でそれの全体について自由に動く。シートおよび面は、軸方向に沿って内側に向けて徐々に互いに近接する。駆動シャフト５／ボディ２のシール８は、弁が開位置にあるときの漏出を防止するために設けられる。

シール３は、バタフライ１の最大外径よりも小さい内径と、ボディ２のシートの最小内径よりも大きい外径と、を有する。

図５に示されたように、シール３は、流体圧がシールに適用されるときにそれが入っている状態にある間断の無い線によって、また、流体圧がシールに適用されていないときに点付けされた線として、示されているが、シール３のハウジングの軸方向寸法ａは、内側により近い別の位置よりも図の更に左側のハウジング位置でのシール３の軸方向寸法ｃの１〜５０％に等しいシール３の動きの軸方向自由度ｂを可能にする。

図６に示されたように、シール３は、流体圧がシールに適用されていない予定位置に示されているが、シール３のハウジングの径方向寸法ｄは、シール３の径方向寸法ｆの１〜５０％に等しいシール３の動きの径方向自由度ｅを可能にする。

２つのシールを備えたバージョンでは、弁は、正中面Ｐに関して対称である（図２）。上流／下流の方向のシール（バタフライのシートの反対側のボディのシート／シール／面）は、流体流れまたはパイプの軸に関して軸対称である。それは、弁が開位置にあるときに、外部への漏出を防止するためのボディ２および配管Ｔ間のシール７と、外部への漏出を防止するためのシャフト５およびボディ２間のシール８と、を含む。シートに対して接線方向の位置にあるときのシール３の正中面とリング４の反対側の面との間の距離は、シール３の断面の直径よりも小さいかまたはそれに等しい。

図３は、バタフライが開位置にあるときの通電されたリップ・シールの位置を示す。シールの弾性コア６は、ボディ２とバタフライ１とにシールを適用しない。図４では、シールの２つのリップは、弾性コア６の復帰力に逆らって作用する流体圧の力によって、バタフライ１とボディ２とにそれぞれ押圧される。

Claims (10)

1. ・環状の内部シートによって、軸方向の通路を形成する内部エリアを画定するボディ（２）と、
   ・前記ボディ（２）の内側で、前記通路を露呈する開位置から前記通路をカバーする閉位置まで回転する能力を備えて実装された中心決めされたバタフライ（１）と、
   ・前記シートと、前記閉位置で前記シートに対向する前記バタフライの面と、によって境界決めされるハウジング内に配置されたシール（３）と、
   を含み、前記シートおよび前記面が前記軸方向に沿って内側に向けて互いに近接する、弁であって、
   前記閉位置において、前記シール（３）は、その全体が、前記ハウジングの内側で全方向に自由に動く、ことを特徴とする弁。
2. 前記シール（３）を変形せずに動けるようにすることのみによって、前記ハウジングから離れるのを防止する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の弁。
3. 前記手段は、放出防止リング（４）であることを特徴とする請求項２に記載の弁。
4. 前記手段は、前記ボディ（２）の内側の円周溝であることを特徴とする請求項２に記載の弁。
5. 前記軸方向のハウジング寸法は、前記軸方向のシール寸法（３）よりも、前記軸方向の前記シール寸法の１〜５０％の間だけ大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の弁。
6. 前記軸方向の最大寸法は、前記ハウジングの任意の他の位置よりも前記内側から最も遠い前記ハウジング上の位置にあることを特徴とする請求項５に記載の弁。
7. 前記軸方向に垂直な径方向のハウジング寸法は、前記径方向のシール寸法（３）よりも、前記径方向の前記シール寸法の１〜５０％の間だけ大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の弁。
8. 前記径方向の最大寸法は、前記ハウジングの任意の他の位置よりも前記内側から最も遠い前記ハウジング上の位置にあることを特徴とする請求項７に記載の弁。
9. 前記シール（３）は、Ｏリングまたはリップ・シールであり、好ましくは、弾性コア（６）によって付勢されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の弁。
10. 前記閉位置の前記バタフライの両側に２つのシール（３）が備え付けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の弁。

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