JP2024512084A - メータリングバルブ - Google Patents

Abstract

流体メータリングバルブ（１０）は、入口開口部（１１０）及び出口開口部（１２０）を含むバルブ本体（１００）を備える。シールリング（３０）は、バルブ本体内に設置されており、入口開口部及び出口開口部に連通する開口部を画定する。バルブアセンブリ（３００）は、バルブ本体内に少なくとも部分的に配置されており、バルブステム（６０）及び少なくとも１の自由度でバルブステムに移動可能に装着されたピストン（４０）を含む。ピストンは、シールリング内の開口部を介した入口開口部と出口開口部との間の流体の流れを選択的に可能にするために、ステムによってシールリングにシーリング接触するように及びシーリング接触しないように移動可能である。【選択図】図５

Description

本開示は、バルブの分野、より具体的には、流体メータリングバルブに関する。

流体の流れを選択的に制御するためのメータリングバルブは、多くの業界にわたって広く使用されている。重要なバルブ特性には、望ましくない漏れを起こすことなく、バルブ内で流体を制御下におき続けるための、信頼性の高い内部シーリングが含まれる。バルブの寿命もまた非常に重要であり、したがって、バルブの寿命にわたって信頼性が高く一貫した性能を提供するために、バルブの重要な構成要素の摩耗を最小限に抑えるバルブを有することが望ましい。より更に、バルブによって流体の流れを制御することができる精度は、用途に応じて非常に重要であり得る。

したがって、改善された流体制御バルブ、より具体的には、費用対効果を維持しながらこれらの重要な性能領域を改善する流体メータリングバルブの必要性が存在する。

本開示の一実施形態によれば、流体メータリングバルブは、入口開口部及び出口開口部を含むバルブ本体を備える。シールリングは、バルブ本体内に設置されており、入口開口部及び出口開口部に連通する開口部を画定する。バルブアセンブリは、バルブ本体内に少なくとも部分的に配置されており、バルブステム及び少なくとも１の自由度でバルブステムに移動可能に装着されたピストンを含む。バルブステム及びピストンは、シールリング内の開口部を介した入口開口部と出口開口部との間の流体の流れを選択的に可能にするために、シールリングにシーリング接触するように及びシーリング接触しないように移動可能である。

これらは、その後明らかになるであろう他の目的及び利点とともに、より完全に以下に説明及び特許請求されるように、構成及び動作の詳細内に存在し、全体を通して同様の数字が同様の部品を指す、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する必要がある。

本開示によるメータリングバルブの前面斜視図である。

本開示による図１のメータバルブの右側面図である。

本開示による前述の図のメータリングバルブの正面図である。

本開示による前述の図のメータリングバルブの上面図である。

本開示による、閉位置にある前述の図のメータリングバルブの右側断面図である。

本開示による、部分的閉位置にある前述の図のメータリングバルブの右側断面図である。

本開示による、開位置にある前述の図のメータリングバルブの右側断面図である。

本開示による前述の図のメータリングバルブの上面断面図である。

本開示による前述の図のメータリングバルブの正面断面図である。

本開示による前述の図のメータリングバルブのバルブアセンブリの分解図である。

本開示の一実施形態によるパッキンリングアセンブリの分解図である。

図１１のパッキンリングアセンブリの断面図である。

本明細書に記載される実施形態は単に例示の目的で開示されることを理解されたい。本開示は、その範囲が以下の説明に記載される、又は図面に示される構成要素の構成及び配置の詳細に限定されることを意図するものではない。また、好ましい実施形態を説明する際には、明確化のために特定の術語が用いられる。各特定の用語は、同様の目的を達成するために同様の様式で動作する全ての技術的均等物を含むことを理解されたい。

図１～図４を概して参照すると、本開示の一実施形態による可変流メータリングバルブ１０は、主本体１００を含み、主本体１００は、主本体を介して概して互いに同軸に配置された第１の又は入口端部１１０及び第２の又は出口端部１２０を有する。入口端部１１０は、加圧流体源に取り付けられるように構成されている。流体は、バルブアセンブリ３００によって提供される可変流制御の下で、出口端部１２０に選択的に提供される。入口端部１１０は、図５～図７に示すように、ユニオンガスケット２０と、ねじ山付きテールピース２１と、入口端部１１０上に形成されたねじ山に取り付けられた入口ユニオンナット２２と、を含むユニオンアセンブリを備え得る。同様に、出口端部１２０は、同様のユニオンアセンブリを含み得るか、又は一般に、導管の相補的なねじ山付き端部に接するためのねじ山付き部分１２２（例えば、ＮＰＴねじ）のみを備え得る。主本体１００は、バルブ１０を物体に固定するための、かつ／又はバルブ１０の動作を制御するためにバルブアセンブリ３００に関連付けられた回転アクチュエータなどの関連付けられた作動構成要素を装着するための、側方フランジ１０２などの１つ以上の装着特徴を更に画定し得る。

主本体１００は、バルブ開口部１３０を更に画定する。例示的な実施形態では、バルブ開口部１３０の中心軸は、入口端部１１０及び出口端部１２０によって共有された中心軸に対して略垂直に、本体１００を通って形成されている。バルブアセンブリ３００は、バルブ開口部１３０内に、出口端部１２０に提供される流体の流量を調整するために、入口端部１１０と出口端部１２０との略間に配置されている。より具体的には、図５～図１０を参照し、バルブ開口部１３０はその中にバルブアセンブリ３００を受容し、バルブアセンブリ３００は、バルブ開口部１３０の略中空の内部を通って、内部入口流体通路１１１と内部出口流体通路１２１との間に画定されたシーリング空間１４０内に延在する。シーリング空間１４０内では、バルブアセンブリ３００の少なくとも一部分の軸方向の位置は、バルブ１０を通る流体の流れ、具体的には、通路１１１と１２１との間の流体の流れを決定する。

更に図５～図１０を参照すると、バルブアセンブリ３００は、Ｏリングシール５０などの環状シールによってシールされた様式でシーリング空間１４０内に着座したシールリング３０を含む。シールリング３０は、バルブアセンブリ３００の可動ピストン４０の対応する外側テーパ状シーリング面４１を選択的に受容し、それに係合するための内側テーパ状シーリング面３１を画定する。ピストン４０は、バルブステム６０の可動端部に取り付けられている。より具体的には、一実施形態では、ピストン４０は、半径方向にピストンの幅の少なくとも半分にかけて形成されたスロット開口部４２を備え、バルブステム６０の対応する突出した自由端部６１を捕捉するように構成されている。より具体的には、自由端部又はヘッド６１は、それに直接隣接するステム６０の一部分と比較して拡張された半径を含む。ピストン４０のスロット開口部４２は、バルブステム６０の突出した自由端部６１を受容するために部分的にピストン４０を通って延在する細長い、反転した「Ｔ」字形のスロット開口部を画定し、一般にステムの自由端部上でピストンを捕捉する。

例示的な実施形態では、スロット開口部４２は、バルブステム６０の自由端部６１がその中に完全に挿入された状態で、ピストン４０の中心軸がステムの中心軸と整列するようにサイズ設定されている。スロット開口部４２及び／又は突出した端部６１は、バルブステム６０に対するピストン４０の少なくとも１の移動自由度が、装着された又は取り付けられた状態で提供されるようにサイズ設定されている。一実施形態では、バルブステム６０に装着された状態にあるとき、ピストン４０は、スロット開口部４２内でステムの中心軸に対して複数の半径方向に移動可能又は浮揚可能である。このようにして、シールリング３０に対するピストン４０の正確な位置決め又は自動センタリングが可能になり、固有の整列不良又は許容誤差ミスマッチに対抗する。スロット開口部４２及び／又はバルブステム６０は、一般に軸方向に固定されているが、１つ以上の半径方向に加えて、ステムの軸方向にピストン４０のある程度の浮揚を可能にするようにサイズ設定されてもよい。その結果、フローティング接続により、全体的なシーリング性能が向上し、構成要素の摩耗が最小限に抑えられる。

特に図９に示すように、ピストン４０は、テーパ環状側壁４１を有する略円錐形のプロファイルと、その後端部から半径方向に延在するフランジ又は段差部分４３と、を備える。例示的な実施形態では、スロット開口部４２は、フランジ又は段差部分４３を通ってピストン４０の後部に近接して形成されている。フランジ４３は、バルブアセンブリ３００の軸方向にシーリングリング３０に対向する表面４４を画定する。更に、テーパ環状側壁４１は、フランジ４３の形成又は半径方向の突起の前に、テーパ環状側壁４１とフランジ４３との間に形成された接合部が直角を含むように、略垂直なセクション４５に移行する。図示のように、シールリング３０は、テーパ状シーリング面３１を含む、ピストン４０のプロファイルに対応する又は相補的な内側のプロファイルを備え、その詳細は、簡潔さを目的として本明細書では省略される。

更に図５～図１０を参照すると、バルブアセンブリ３００はランタン８０を更に含み、ピストン４０は、バルブ１０が組み立てられた状態においてランタン８０を通って受容されている。ランタン８０は、テーパ状ピストン４０を、ランタン８０を通して、所定の向きに又はシールリング３０と同軸整列するように誘導するようにサイズ設定されている。例示的な実施形態では、ランタン８０は、複数の開口部８１を画定する側壁８３によって接続された上部及び下部連続環状端部８６を有する略中空の円筒形本体を含むケージ状構造を画定する。ランタン８０及び開口部８１は、バルブの開放状態におけるランタンを通る流体の別の乱流、より具体的には入口流体通路１１１と出口流体通路１２１との間の流体の流れを安定化又は正規化するように適合されている。

バルブアセンブリ３００は、主本体１００のバルブ開口部１３０内に少なくとも部分的に嵌合されたボンネット７０を更に含む。ボンネット７０は、バルブステム６０に螺合係合するために、その長さに沿って少なくとも部分的にねじ切りされた中央ボアを含む。このようにして、バルブステム６０は、その選択的回転を介してボンネット７０に対して軸方向に並進可能である。これは、例えば、ステム６０の自由端部に嵌合されたハンドル（図示せず）を介して達成され得る。代替の実施形態では、駆動モータ（図示せず）が流量を調整するためにステム６０に適合され得る。ボンネット７０は、バルブ本体１００にボンネット７０の第１の側面上で当接しかつボンネットナット７５に第２の側面上で当接する、装着フランジ７１を更に画定する。ボンネットナット７５及びバルブ開口部１３０は、対応してねじ切りされ得、バルブアセンブリ３００をバルブ本体１００に及び／又はバルブ本体１００内に固設する。ばね９０が、ランタン８０の頂部とボンネット７０の対向するばね座面との間に配置されている。ばね９０は、バルブ本体１００内のシールリング３０及びランタン８０に作用し、効率的な動作のためのそれらの正確な位置決めを保証し、構成要素の移動及び関連する摩耗を最小限に抑える。図５に見えるように、環状ステム停止部８５は、ステム６０の対応する環状チャネル又は溝６２内に嵌合されており、ボンネット７０に対するステム６０の軸方向進行を制限するように機能する。

バルブアセンブリ３００は、パッキンアセンブリを含む。具体的には、ピストン４０の反対側のボンネット７０の端部に配置された保持リング８２が、ボンネット７０の内側に画定された環状段差７３に対向して当接し、パッキンリング９４及びパッキングランド９６を含む、パッキンアセンブリのための機械的停止部を画定する。保持リング８２、パッキンリング９４、及びパッキングランド９６を含むアセンブリは、ねじ接続によってボンネット７０内に保たれている。具体的には、パッキンナット９８が、パッキンアセンブリを所望の量又は所定の量として選択的に圧縮するために、ボンネット７０の端部に又はボンネット７０の上に螺合係合されており、最適なシーリング特性が維持されることを確実にする。パッキンリング９４の使用により、多要素シール（例えば、ＰＴＦＥシール）として具現化され得るパッキンリング９４を介してステム６０に等しい圧力が印加されることが確実になる。具体的には、図１１及び図１２を参照すると、パッキンリング９４は、頂部又は雌リング９４’、中央又はＶリングリング９４’’、及び雄又は底部リング９４’’’を含むアセンブリを備え得る。（図１１及び図１２を参照）

図５～図７は、それぞれ閉位置、部分的開位置、及び完全開位置にあるメータリングバルブ１０の断面図を示している。図５に示す閉位置では、流体は、ピストン４０とシールリング３０との間の係合によってシーリング空間１４０を通過することが防止される。より具体的には、ステム６０の（例えば、その端部に取り付けられた機械的又は電気的アクチュエータを介した）選択的な回転は、ピストン４０を軸方向下向きに、かつシールリング３０の内壁と接触係合するように並進させる。図６に示すように、ステム６０の反時計回りの回転は、ピストン４０をシールリング３０との係合から後退させ、流体がシーリング空間１４０に入ることを可能にし、ランタン８０及びその対応する開口部８１を通る入口通路１１１と出口通路１２１との間のある程度の流体連通を可能にする。図７は、完全開位置を示しており、ここではステム６０の完全又はほぼ完全な後退により、ピストン４０がランタン８０内に持ち上げられ、入口通路１１１と出口通路１２１との間及びランタンを通る流体連通の領域が最大化される。

本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得、均等物がその要素の代わりになり得ることが当業者によって理解されるであろう。当業者は、本発明が、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境及び動作要件に特に適合する構造、配置、割合、サイズ、材料、及び構成要素の多くの修正を伴い使用され得、かつ本発明の実施においてその他の方法で使用され得ることを理解するであろう。したがって、本開示の実施形態は、全ての点で例示的であり、限定的ではないとみなされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、前述の説明又は実施形態に限定されない。

Claims (20)

1. 流体メータリングバルブであって、
   入口開口部及び出口開口部を有するバルブ本体と、
   前記バルブ本体内に位置決めされており、前記入口開口部及び前記出口開口部に連通する開口部を画定する、シールリングと、
   前記バルブ本体内に少なくとも部分的に配置されており、バルブステム及び前記バルブステムに移動可能に装着されたピストンを有する、バルブアセンブリであって、前記バルブステム及びピストンが、前記シールリング内の前記開口部を介した前記入口開口部と前記出口開口部との間の流体の流れを選択的に可能にするために、前記シールリングにシーリング接触するように及びシーリング接触しないように移動可能である、バルブアセンブリと、を備える、流体メータリングバルブ。
2. 前記バルブステムと前記ピストンとの間の機械的接続が、前記ピストンが前記バルブステムに装着された状態で前記バルブステムに対する前記ピストンの少なくとも１の移動自由度を可能にする、請求項１に記載の流体メータリングバルブ。
3. 前記ピストンが、前記ステムの対応する部分を受容するために前記ピストン内に形成された半径方向に延在するスロットを画定する、請求項２に記載の流体メータリングバルブ。
4. 前記スロットが、Ｔ字形断面を含む、請求項３に記載の流体メータリングバルブ。
5. 前記ステムの端部が、前記ピストンを前記ステムに装着するために前記スロットに摺動可能に係合するように構成された半径方向突起を画定する、請求項３に記載の流体メータリングバルブ。
6. 前記ステムに装着されたとき、前記ピストンが、前記ステムの中心軸に対して複数の半径方向に前記スロット内で少なくとも部分的に移動可能である、請求項５に記載の流体メータリングバルブ。
7. 前記シールリングの前記開口部及び前記ピストンの外側が、対応するテーパ状シーリング面を備える、請求項１に記載の流体メータリングバルブ。
8. 前記シールリング及び前記ピストンが、前記ステムの軸方向に対向しかつ前記テーパ状シーリング面のそれぞれに隣接して配置された、座面を画定する、請求項１に記載の流体メータリングバルブ。
9. ハウジング内に配置されたランタンを更に備え、前記ランタンが、前記ランタンを通る前記ピストンの移動を誘導するように構成された略中空の本体を画定し、前記本体が、前記入口開口部に選択的に連通し前記本体を通して形成された少なくとも１つの流れ安定化開口部を有する少なくとも１つの側壁によって画定されている、請求項１に記載の流体メータリングバルブ。
10. 前記バルブ本体が、前記バルブアセンブリの少なくとも一部分を受容するバルブ開口部を更に含む、請求項９に記載の流体メータリングバルブ。
11. 前記バルブ開口部内の前記バルブ本体に選択的に取り付けられたボンネットを更に備える、請求項１０に記載の流体メータリングバルブ。
12. 前記バルブ本体内の前記ランタンの位置を前記ステムの軸方向に維持するために、前記ボンネットと前記ランタンとの間に配置された圧縮ばねを更に備える、請求項１１に記載の流体メータリングバルブ。
13. 前記ボンネットと前記ステムとの間に配置された多要素ステムシールを更に備える、請求項１１に記載の流体メータリングバルブ。
14. 前記ボンネットの端部に螺合嵌合されており、かつ開口部を有する、パッキンナットを更に備え、前記開口部は、前記開口部を通して前記ステムを受容するためのものである、請求項１３に記載の流体メータリングバルブ。
15. 前記ステムの上かつ前記パッキンナットと前記ステムシールとの間に配置されたパッキンリングを更に備える、請求項１４に記載の流体メータリングバルブ。
16. 前記ボンネットと前記ステムシールとの間に軸方向に配置された保持リングを更に備え、前記ステムシールが、前記パッキンナットによって前記パッキンリング及び前記保持リングに加えられた圧縮力に応答して、前記パッキンリングと前記保持リングとの間で選択的に圧縮可能である、請求項１５に記載の流体メータリングバルブ。
17. 入口端部が、取り外し可能な入口ナットを含むユニオン端部を含む、請求項１に記載の流体メータリングバルブ。
18. メータリングバルブのためのシーリングアセンブリであって、
    バルブステムと、
    前記バルブステムに取り外し可能に取り付けられたピストンであって、前記ピストン及びステムが、前記ピストンが前記ステムに取り付けられた状態で前記ピストンと前記ステムとの間に少なくとも１の移動自由度を画定する、ピストンと、
    前記メータリングバルブの内側にシールされるように適合されており、かつ前記ピストンのテーパ状シーリング面に対応するテーパ状シーリング座部を画定する、シーリングリングと、を備える、シーリングアセンブリ。
19. 前記ピストンが、前記ステムの対応する部分を受容するために前記ピストン内に形成された半径方向に延在するスロットを画定し、前記ステムに装着されたとき、前記ピストンが、前記ステムの中心軸に対して複数の半径方向に前記スロット内で少なくとも部分的に移動可能である、請求項１８に記載のシーリングアセンブリ。
20. 前記メータリングバルブの本体に選択的に取り付けるためのボンネットと、
    前記ボンネットと前記ステムとの間に配置された多要素ステムシールと、
    前記ボンネットの端部に螺合嵌合されており、かつ開口部を有する、パッキンナットであって、前記開口部は、前記開口部を通して前記ステムを受容するためのものである、パッキンナットと、
    前記ステムの上かつ前記パッキンナットと前記ステムシールとの間に配置されたパッキンリングと、
    前記ボンネットと前記ステムシールとの間に軸方向に配置された保持リングと、を更に備え、前記ステムシールが、前記パッキンナットによって前記パッキンリング及び前記保持リングに加えられた圧縮力に応答して、前記パッキンリングと前記保持リングとの間で選択的に圧縮可能である、請求項１８に記載のシーリングアセンブリ。

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