JP3242428B2 - 流体弁 - Google Patents

流体弁

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JP3242428B2
JP3242428B2 JP26450791A JP26450791A JP3242428B2 JP 3242428 B2 JP3242428 B2 JP 3242428B2 JP 26450791 A JP26450791 A JP 26450791A JP 26450791 A JP26450791 A JP 26450791A JP 3242428 B2 JP3242428 B2 JP 3242428B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体を有するハウジン
グの作動部材をシールするパッキン閉塞物に関するもの
であり、特に、高温および高圧でのパッキン押し出しを
防止するパッキン閉塞物組立体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】パッキン材料は主に流体を有するハウジ
ング内の作動部材例えば、流体制御弁又は往復ポンプ部
材における回転軸又は摺動ステムの周りからの流体の漏
れを防止するのに使用される。通常このようなパッキン
は弾性材料により形成され、作動部材の周りのパッキン
箱内の所定位置にボルト締めすることによって静的負荷
を加える。他の場合では、パッキンに、動的負荷形態と
して知られているばね負荷を加える。動的負荷パッキン
は特に、好ましくない流体が環境に漏れ出るのを防止し
ょうとする際に有用である。更に、パッキン材料はポリ
フルオロエチレン(PTFE)で形成すると、作動部材に対す
る低摩擦で衝合するため好適である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般的にこのような材
料の弾性は低いため、パッキンを定着し、作動部材およ
びハウジングに対する信頼性の高い緊密な流体シールを
維持できるようにするためには、閉塞物組立体における
PTFEパッキンには連続的に負荷を加える必要があること
が分かっている。しかし、極めて高温および高圧の条件
で動的負荷パッキン形態でPTFEパッキンを使用する試み
においては、PTFEパッキンは、変形し、冷間流動し、実
質的にシール領域から押し出されてしまう傾向がある。
PTFEパッキンの押し出しは、流体漏れを生じ、摩耗を増
大し、作動部材およびパッキンに損傷を与える可能性が
ある。
【０００４】例えば、流体制御弁は、作動圧力が約1000
psi(6895kPa)以下で、流体温度が約200 °F(94℃) 以下
の環境で動作する。しかし、流体弁の用途によっては、
1000psi(6895kPa)以上および約450 °F(232 ℃)もの高
圧高温作動環境で使用することが必要になる。例えば、
発電プラントのボイラー供給水を制御する際には、約72
00psi(49644kPa) および約450 °F(232 ℃) の温度範囲
で信頼性高く作動する流体弁が必要とされる。
【０００５】通常、このような圧力および温度で作動す
る弁はグラファイトパッキン材料を使用する。（例え
ば、米国特許第4,364,542 号には約250 °F(107 ℃) で
グラファイトパッキン材料を使用することを示唆してい
る。）しかし、グラファイトパッキンの使用は、パッキ
ン部分にわたり弁ステムが通過するとき弁ステムの摩擦
が増加し、弁動作に大きな制限を生じ、パッキン材料に
摩耗を増大させることにもなる。
【０００６】高い圧力および温度範囲でPTFEパッキンを
使用する従来の試みは、一般的に奨励されず、特に上述
のように動的負荷パッキン条件の下では不可能であっ
た。このような試みにおいては、高温および作動部材例
えば、弁ステムの移動によりPTFEパッキン材料が押し出
され、パッキンから材料が長いひも状の押し出し物とし
てはみ出る傾向がある。実際、パッキンから材料が連続
的に排除され、押し出されると、パッインのシール能力
が失われ、パッイン材料や作動部材自体も早期に交換し
なければならなくなる。
【０００７】本願人に譲渡された米国特許第4,886,241
号には、約7200psi(49644kPa) および約450 °F(232
℃) の高圧高温条件で流体弁を使用するためのパッキン
閉塞物構体について記載している。この米国特許は、パ
ッキン材料の両側に押し出し防止ワイパーリングを設け
てPTFEパッキン材料を使用することを記載している。ワ
イパーリングは高温有機又は無機ファイバ材料とニトリ
ルエラストメリック結合材により形成する。このような
パッキン閉塞物構体は、流体が水又は他の非反応性流体
である場合に上述の高温および高圧で使用するのに好適
であることがわかっている。しかし、押し出し防止ワイ
パーリングにファイバ材料を使用しているため、このパ
ッキン閉塞物構体は、流体が化学的に活性であり、また
厳しい流体制御条件が要求される用途では推奨されな
い。
【０００８】PTFE は不活性特性が優れているため、上
述の米国特許第4,886,241 号に記載のパッキン閉塞物の
形態における押し出し防止ワイパーリングの材料として
は好適である。しかし、既知のPTFEの好ましくない変形
および冷間流動特性は、極限温度および圧力条件でこの
材料を使用することに関して障害となっている。更に、
上述の米国特許第4,886,241 号には、高温高圧条件での
PTFEパッキン材料の使用方法について記載しているが、
ニトリルエラストメリック結合材を有するファイバ材料
即ち、非PTFE材料を押し出し防止ワイパーリングに使用
することのみを記載している。
【０００９】従って、PTFEパッキン材料により高温高圧
例えば、1000psi(6895kPa)以上および約450 °F(232
℃) もの高圧高温作動環境で使用し、PTFEの押し出しを
防止するパッキン閉塞物を得ることが待望されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
高温高圧条件で、特に作動流体が化学的に活性である条
件で、流体を有するハウジングの作動部材例えば、摺動
ステム弁、回転軸弁又は往復ポンプ部材に使用するた
め、押し出し防止対策をしてパッキン閉塞物を得る。パ
ッキン閉塞物は、負荷条件でＶタイプPTFEパッキンリン
グを有する。パッキンリングの両側には、ほぼ不活性の
充填材を充填したPTFEで形成した押し出し防止リングを
設ける。好適な実施例においては、ガラス（シリカ）充
填又は硫酸バリウム(barium sulfate)充填のPTFE押し出
し防止リングを使用する。更に例えば、他の充填PTFE材
料も使用でき、例えば、カーボン又はグラファイト充填
PTFE材料を使用することができる。
【００１１】押し出し防止ワイパーリングの内径は、作
動部材の直径にほぼ等しくし、ワイパーリングと作動部
材との間に締まり嵌めを生ずるようにする。PTFE又は他
の合成樹脂ポリマーに対する他の好適な不活性充填材も
押し出し防止ワイパーリングに使用することができる。
即ち、このような充填材が、不活性で、低摩擦特性、良
潤滑特性、低弾性、およびPTFE単独よりも高い強度を有
する好ましい特性を示すものであれば使用することがで
きる。所要に応じ、単独又はダブルパッキンタイプの形
態にして使用することもできる。
【００１２】
【実施例】次に図面につき本発明の好適な実施例を説明
する。
【００１３】図１は、弁体12を有する流体弁10を示し、
この弁体12に弁ステム14を貫通させる。パッキンナット
16をパッキンスタッド18に螺着し、弁ステムの周りのパ
ッキンの荷重を調整する。
【００１４】本発明によるパッキン閉塞物20は、弁10の
ための二重パッキンの各パッキン形状に合わせて設け
る。単に説明のために摺動ステム弁に関連して本発明を
例示したに過ぎず、本発明の原理は、回転シャフト弁、
ポンプ、および作動部材がハウジング内で移動し、また
作動部材をハウジング内で通過又は閉塞される流体から
シールする他の装置にも適用できる。本発明によるパッ
キン閉塞物20は、特に、弁10のようなハウジングが1000
psi(6895kPa)よりも大きな圧力および約450 °Ｆ(232°
Ｃ) の温度範囲 で動作する流体に使用される場合、ま
た流体がパッキン閉塞物構体に反応する場合に、作動部
材を信頼性高くシールするのに使用することができる。
【００１５】各パッキン閉塞物20は、弁ステム14を包囲
するパッキン22を有し、Ｖ字状パッキンと一般的に称さ
れるタイプの一連のリングにより構成する。パッキン閉
塞物20にセットした各パッキンは、４個のＶリング即
ち、頂部雌形アダプタリング22ａ、２個の中間リング22
ｂおよび底部雄形アダプタリング22ｃを有する。Ｖタイ
プパッキン22はPTFE（ポリテトラフルオロエチレン- 合
成樹脂ポリマー）により形成し、従って、パッキン22は
市場では「ＶタイプPTFEパッキン」として知られてい
る。
【００１６】他の材料で形成するのが適当な又はPTFEに
類似の特性即ち、ほぼ不活性、低摩擦特性、良潤滑特性
および低弾性特性を有する他の合成樹脂ポリマーのパッ
キンも使用することができる。
【００１７】押し出し防止ワイパーリング24をパッキン
22の各セットの各端部にそれぞれ配置し、このワイパー
リング24の内径は、弁ステム14の直径にほぼ等しくし、
両者間に締まり嵌めを生ずるようにする。ワイパーリン
グはステムを掃過し、パッキンが押し出されるのを禁止
し、パッキン組立体内でパッキンの押し出しを制限す
る。
【００１８】各ワイパーリングは、ガラス（シリカ）を
充填したPTFE材料で形成する。このような材料は、ニュ
ーヨーク州パルミラのガーロックメカニカル パッキン
デビジョン（Garlock Mechanical Packing Division)
社で商標名「Gylon style 3500 fawn 」の下で市販され
ている。ワイパーリング24として好適な他の材料として
は、同社により商標名「Gylon style 3510 off white」
の下で市販されている硫酸バリウムを充填したPTFE材料
がある。
【００１９】カーボン又はグラファイトを充填したPTFE
もワイパーリング24に使用することができる。PTFE又は
他の合成樹脂ポリマーに対する他の好適な不活性充填材
も使用することができる。即ち、このような充填材が、
不活性で、低摩擦特性、良潤滑特性、低弾性、およびPT
FE単独よりも高い強度を有する好ましい特性を示すもの
であれば使用することができる。
【００２０】ランタンリング26を２個のパッキンセット
間で弁ステムの周りに配置する。ランタンリングおよび
弁を普通に使用するときのように、ランタンリング26
は、パッキン孔28に適用し、アクセス孔30および連結チ
ャンネル32を介して弁の外部から連通できるようにす
る。このことにより、潤滑流体をパッキン孔および隣接
の弁ステム14に導入することができ、また弁ステムの周
りに漏れがないかをテストしたり、又はこのような漏れ
を安全な位置に逃がすことができる。
【００２１】弁10は、パッキンフォロワ34を設けた活性
負荷パッキン装置を有し、パッテンフォロワ34の一方の
端部を上方ワイパリング24に隣接させ、他方の端部には
一連のベレビル(Belleville)ディスクばね36を取り付け
る。ベレビルディスクばねは、Ｏリング38によりパッキ
ンフォロワ34の所定位置に維持する。パッキンフランジ
40をベレビルディスクばね36の一方の端部に掛合させ
る。パッキンフランジ40がパッキンスタッドおよびナッ
トの負荷をベレビルディスクばね36に伝達し、ベレビル
ばねが、圧縮しない状態から始まって図１の条件に示す
ように約85％圧縮されるとき最適活性負荷が得られるま
でパッキンナット16を締め込む。最適負荷は、パッキン
フォロワ34の頂端縁が、図１に示すようにパッキンフラ
ンジ40の頂面に一致するとき得られる。パッキンボック
スリング42をパッキン22の第２セットの下方でパッキン
孔28の端部に取り付ける。
【００２２】上述したところは、本発明の好適な実施例
を説明したに過ぎず、請求の範囲において種々の変更を
加えることができること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原理に従って構成した流体弁構体
内のパッキン閉塞物を示す縦断面である。
【符号の説明】
10 流体弁 12 弁体 14 弁ステム 16 パッキンナット 18 パッキンスタッド 20 パッキン閉塞物 22 パッキン 22ａ 頂部雌形アダプタリング 22ｂ 中間リング 22ｃ 底部雄形アダプタリング 24 ワイパーリング 26 ランタンリング 28 パッキン孔 30 アクセス孔 32 連結チャンネル 34 パッキンフォロワ 36 ベレビル(Belleville)ディスクばね 38 Ｏリング 40 パッキンフランジ 42 パッキンボックスリング
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 41/04 F16J 15/20 F16J 15/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】1000psi(6895kPa)よりも大きな圧力および
    約450 °Ｆ(232°Ｃ) の温度範囲で動作する流体に使用
    される流体弁において、 弁体と、 前記弁を動作させるため前記弁体内に移動自在に取り付
    けた作動部材と、 前記弁体内で前記作動部材の外径の周りを包囲するパッ
    キン孔と、 前記パッキン孔の両端に設けたパッキン負荷手段と、 前記パッキン孔内に配置し、約450 °Ｆ(232°Ｃ) の温
    度範囲を有する環境での正常な弁動作を可能にし、また
    前記パッキン負荷手段間で前記作動手段の外径を包囲す
    るPTFE材料で形成した１対のパッキン組立体であって、
    それぞれ第１面および反対側の第２面を有し、第１面は
    整合接触するようにし、また反対側の第２面は平面状に
    した少なくとも２個のパッキンリングを有し、パッキン
    組立体の内方部分では前記パッキンリングの第１面を互
    いに対向させて配置し、前記平面状の前記パッキンリン
    グの第２面は前記パッキン組立体の反対側の外方端部に
    指向させたパッキン組立体と、 前記弁体の外部を前記１対のパッキン組立体間にランタ
    ンリングを設けた前記パッキン孔および前記作動部材に
    連通させる通路手段と、 前記パッキン組立体の各々の各外方端部でしかも前記ラ
    ンタンリングと前記パッキン組立体対の各内方端部との
    間で前記弁ステムを包囲し、前記パッキンリングの前記
    平面状の第２面に掛合接触する少なくとも１個の平坦で
    ほぼ平面状の対称形状を有する押し出し防止ワイパーリ
    ングであって、それぞれパッキン部材のPTFE材料よりも
    強度特性が高い充填PTFE材料により形成し、約450 °Ｆ
    (232°Ｃ) の温度範囲を有する環境で正常な動作に適用
    でき、作動部材に締まり嵌めを生ずる内径を有して前記
    作動部材を掃過し、パッキンの押し出しを抑止し、また
    正常な弁動作中に前記１対のパッキン組立体の各外方端
    部に配置した前記押し出し防止ワイパーリング間におい
    てパッキン押し出しを制限するワイパーリングの対とを
    具えたことを特徴とする流体弁。
  2. 【請求項２】前記押し出し防止ワイパーリングの各々は
    シリカ充填PTFE材料により形成した請求項１記載の流体
    弁。
  3. 【請求項３】前記押し出し防止ワイパーリングの各々は
    硫酸バリウムを充填したPTFE材料により形成した請求項
    １記載の流体弁。
JP26450791A 1990-10-12 1991-10-14 流体弁 Expired - Lifetime JP3242428B2 (ja)

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US07/596248 1990-10-12
US07/596,248 US5056757A (en) 1990-10-12 1990-10-12 Packing containment for live loaded fugitive emission seals

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JPH04258588A JPH04258588A (ja) 1992-09-14
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KR (1) KR950008821B1 (ja)
AT (1) ATE137574T1 (ja)
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DE (1) DE69119186T2 (ja)
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