JP4841340B2

JP4841340B2 - 極低温用小口径止め弁

Info

Publication number: JP4841340B2
Application number: JP2006189532A
Authority: JP
Inventors: 浩司吉田; 純今飯田; 久美子大和; 徹橋本
Original assignee: Starlite Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: JP2008019883A

Description

本発明は、高圧・極低温流体の活ラインに使用される配管において、流体を制御する口径５０ｍｍ以下の小口径用止め弁の改良に関する。

従来、高圧・極低温流体（例えば、ＬＮＧ）を取り扱うパイプラインには、流体を制御するために用途に応じてそれぞれ所定個所に仕切弁や玉形弁などの止め弁を取付けて使用している。

特に、口径５０ｍｍ以下の小口径用止め弁に使用される弁体は、全体が極低温（−１５０℃以下）に耐えうる金属素材、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼材などにより形成してあり、弁座と弁体とが圧接する部分には、金属摩耗に対する耐久性と耐摩耗性を有する合金材、例えば、コバルト・タングステン合金からなるステライトを溶着して形成し、前記ステライトの表面は、弁座との気密性を維持するため超仕上げによる鏡面加工が施されている。

前記弁体の内、仕切弁用として使用される止め弁の弁体１００は、図１１、１２、１３に示すごとく、左右両端にガイド溝１０１を設け、上部には図１に示す弁棒２０の接続部２１を挿通する係止溝部１０２を形成し、弁座５と当たる弁座面１０３の中央に凹部１０５を設け、該弁座面で前記弁座５と当接する位置にステライト１１０を溶着してある。さらに弁座面１０３の両側には凹み機械加工によってそれぞれ凹部１０５、１０５を設けてあり、さらに、流入側の片面と底面との間にガス抜孔１０６を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２６９７２１号公報

また、玉形弁用として使用される止め弁の弁体１２０は、図１４、１５に示すごとく、全体を円柱状に形成し、上部には図６に示す弁棒６８の接続部６９を挿通するＵ字型をした係止溝１２１を設け、該係止溝の上方に幅狭に形成した係止段部１２２を形成し、下面には弁座５４と当接する弁座部１２５を設け、該弁座部に前記弁座５４と当接する位置にステライト１２６を溶着して形成したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２７０７０７号公報

前記止め弁の弁体１００、１２０は、それぞれ極低温領域において強靭性と弾性を有する金属材により成形するため製造が困難であると共に、高価なステライト１１０、１２６を溶着して形成するため製造コストが高く大変不経済であった。また、前記弁体１００、１２０は長期間の使用により弁座面に溶着したステライト１１０、１２６が、弁座５との金属摩擦による摩耗や損傷が発生し易く、弁座５、５４の部分から極低温流体が漏洩するおそれがあった。さらに、漏洩した極低温流体が少量の場合には、回転ハンドル３３、８５を増し締めすることにより気密性を維持することができる。しかし、増し締めで漏洩が止まらない場合には、流路を遮断して止め弁を分解し、ステライト１１０、１２６の表面をすり合わせによる補修を行なうなど修理作業が大掛かりになって非能率的であった。さらに、前記補修が困難な場合には、弁体の交換作業を行なうためメンテナンスが大変であるなど多くの問題点を有していた。

そこで、本発明は、高圧・極低温流体を取り扱うパイプラインにおいて使用される止め弁の弁体を極低温領域において、金属弁体と変わらぬ強靭性と弾性を有する硬質合成樹脂材で形成することにより、弁体の耐久性の向上とコストの軽減を図ると共に、弁体と弁座との接触面の損傷を極力防止し、さらに、回転ハンドルに前記弁体の締め過ぎによる変形を防止することによって補修などのメンテナンスを不要にすることを目的とする。

請求項１の発明は、極低温領域において強靭性と弾性を有するポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂材に、９μｍ以上の径を有するピッチ系炭素繊維を充填した硬質合成樹脂材で形成した弁体６０と、垂直方向に開口した弁座５４を開閉する断面円柱状に形成した本体６１の上部に、前記弁棒６８の下部に小径部７０を介して設けた接続部６９を挿通させるＵ字型に形成した軸受溝部６２を設け、該軸受溝部の上部に小径で一端に軸受部６４を有したＵ字型の係止段部６３を一体に形成し、前記本体６１の下部に前記弁座５４と当接する下面が平坦な弁座面６５を設け、前記弁座５４を内部に設けた弁箱５２の上部垂直方向に取付けた前記弁棒６８を保護するフタの耐圧さや管７５の上部に取付けたヨーク部７７に設けた軸受部７８に前記弁棒６８のねじ部７１を螺合し、該ねじ部（７１）の上部に設けた連結部７２に嵌合したスリーブ８２に回転ハンドル８５を回動可能に嵌合し、上部に前記弁体６０を操作する回転ハンドル８５を取付けた弁棒６８とで構成してなる止め弁５１であって、前記回転ハンドル８５と前記弁棒６８との間に、回転ハンドルの回動操作により弁体６０の締め過ぎを防止するトルク制御手段８０を設け、前記スリーブ８２の鍔部８３に一定間隔に複数のボール受部８４を設け、前記スリーブ８２に回転可能に取付けた回転ハンドル８５のボス部８６に、前記ボール受部８４と合致する位置にそれぞれ設けた孔８９内に収容したボール９１をばね９３と調節ねじ９４とでトルク調整可能に取付けてなり、前記弁座５４を前記弁体６０で閉口すると、回転ハンドル８５とスリーブ８２とが一体に回転し、回転ハンドル８５の締着力が設定トルクを超えると、ばね９３の弾性力に抗して前記ボール９１がボール受部８４から離脱し、回転ハンドル８５を空転させて前記弁体６０の締め過ぎを防止することを特徴とする。

したがって、極低温領域において強靭性と弾性を有する硬質合成樹脂材に炭素繊維を充填して圧縮弾性の高い弁体６０を取付けたことにより金属弁体と変わらぬ気密性、復元性に優れ、耐久性を向上させることによりメンテナンスを不要にし、且つ、回転ハンドルにトルク制御手段８０を取付けたことにより、止め弁５１の弁体６０による締め過ぎによる変形や破損を防止することができる。

（削除）

垂直方向の流路５３と弁座５４を有する第２の止め弁５１である玉形弁体６０を、強靭性と弾性を有する硬質合成樹脂材に炭素繊維を充填して形成したことにより、弁体６０の圧縮弾性は高く、金属弁体と変わらぬ気密性と復元性に優れることにより弁体６０の耐久性を向上させたことによりメンテナンスを不要にし、且つ、弁体６０の軸受溝部６２の係止段部６３に軸受部６４を一体に形成して強度をもたせて、弁体６０の昇降動をスムースに行なうことができる。さらに、スリーブ８２と回転ハンドル８５との間に介在させたボール９１を、ばね９３と該ばねを押圧する調節ねじ９４とで形成したトルク制御手段８０により、回転ハンドル８５による弁体６０の締め過ぎによる変形や破損を防止する作用を有する。

本発明にかかる実施の形態を図面により説明すると、図１は本発明にかかる仕切弁用の第１の止め弁の一部破断した正面図、図２は仕切弁に取付けたトルク制御手段の要部拡大断面図、図３は弁棒に装着した仕切弁体の平面図、図４は図３のＢ―Ｂ断面図、図５は図３のＡ―Ａ断面図、図６は本発明にかかる玉形弁用の第２の止め弁の一部破断した正面図、図７は玉形弁に取付けた第２のトルク制御手段の要部拡大断面図、図８は玉形弁体の平面図、図９は同正面図、図１０は図９のＣ―Ｃ断面図である。

この仕切弁用の第１の止め弁２は、水平方向に開口した流路４と弁座５を有した弁箱３の両側にフランジ８、８を取付け、前記弁箱３内に収容した仕切弁体１０の上部垂直方向に長尺な弁棒２０と、該弁棒を保護するフタの耐圧さや管２６と、該フタの耐圧さや管の上部に取付けたヨーク部２７に回動スリーブ３０を回転可能に取付けて形成してある。

この回動スリーブ３０の内部に形成した送りねじ部３１に、前記弁棒２０の上部に設けたねじ部２３を回動可能に螺合し、前記回動スリーブ３０の送りねじ機構である弁棒２０を昇降動させる前記回動スリーブ３０に嵌合した回転ハンドル３３のボス部３４を、前記ヨーク部２７の上部に押え板４３を介して押えナット４４で取付け、該回動ハンドル３３と前記弁棒２０との間に前記弁体１０の締め過ぎを防止するトルク制御手段３６を設けてある。

前記弁体１０は、図３、４、５に示すごとく、本体１１を硬質合成樹脂材、好ましくは、ポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂材に、繊維素材、例えば、ガラス繊維、炭素繊維若しくはウイスカ繊維など、好ましくは、９μｍ以上の径を有するピッチ系炭素繊維を充填して略断面くさび形に形成し、本体１１の上部に前記弁棒２０の接続部２１が挿通する軸受溝部１３を設け、さらに、該軸受溝部の上部を狭幅に形成した係止段部１４を設け、該係止段部の一端をＵ字型に形成した軸受部１５で閉塞して一体に形成してある。このように従来の金属製弁体１００の係止溝部１０２が、図１１に示すように、Ｉ字型であったものを本発明の仕切弁体１０は、図３に示すように、軸受溝部１３をＵ字型にした（図４）ことにより、構造上強度を向上させる作用を有する。

図４に示すごとく、前記弁体１０の左右両側中央にガイド溝部１２を形成し、前記弁箱３内に設けたガイド部（図示せず）と嵌合して前記弁体１０が昇降動するときのブレを防止している。図３、５に示すごとく、前記弁座面１６の表面は平坦に形成してあるため機械加工を不要にできる作用を有し、さらに、流入ロ側の片面と底面との間にガス抜孔１８を連通して設け、弁座５を閉じた状態で弁箱３の上方に設けた弁室６内で流体が気化したとき、弁室６内で異常昇圧したガス圧を排気できるようにしてある。

図５に示すように、前記弁棒２０は、下部に異径の小径部２２を介して接続部２１を設け、該接続部の両側に前記弁体１０の軸受溝部１３に嵌合する面取部２１ａを形成し、弁棒２０の上部には前記回動スリーブ３０の送りねじ部３１と螺合するねじ部２３を設け、該ねじ部の上部には後記するトルク制御手段３６を取付けるねじ軸部２４を一体に設けてある。

前記トルク制御手段３６は、前記弁棒２０の上部に設けたねじ部２３の上方に突出させたねじ軸部２４に、弁棒２０が上下動するストロークを調節する調節ナット３８と、座金４０と、該調節ナットを締着するロックナット４１とにより構成されている。前記調節ナット３８は、下部に円筒状のはかま部３９を設けてあり、該はかま部の下面と前記回転ハンドル３３に設けたボス部３４の上端、または、ハンドル押えナット４４の上面とを当接可能に形成してある。

トルク制御手段３６のトルク制御は、前記調節ナット３８を緩めた後、回転ハンドル３３を回動操作して下方に位置した仕切弁体１０で弁座５を所定圧力で閉口する。次いで、図２に示すごとく、回転ハンドル３３の回転操作により降下した弁棒２０のねじ軸部２４に螺合した調節ナット３８を降下させ、はかま部３９の下端を押えナット４４の上面に当接する。さらにこの調節ナット３８の上部を座金４０を介してロックナット４１で締着して当該位置を固定している。

前記したごとく、前記弁体１０は、全体を前記した硬質合成樹脂材に炭素繊維材を充填して形成したことにより、−１５０℃以下の極低温において高い強靭性と弾性を保持し、また、引張強度・圧縮強度も常温より高いので弁座５との耐摩耗性に優れ、且つ、弁座５を傷つけることがなく、また、弁座５への密着性も高くて気密性を保持することができるため、前記弁体１０の補修や修理などのメンテナンスが不要となり、ガス漏れの修理に対しては、熟練した技術を必要とせず、前記弁体１０を交換するだけの簡単な作業で終了することができる。

また、前記弁体１０を略断面くさび形に形成したことにより、弁座５への進入・離脱をスムースに行なうことができ、弁座５との摩擦による摩耗や損傷を防止できる。前記弁体１０は前記した硬質合成樹脂材により形成してあるため、金属材の弁体に比べ柔軟性を有しており、弁箱３が低温歪みによって変形した場合でもその歪みに前記弁体１０が追従変形して弁座５を確実に閉塞することができる。

さらにまた、弁棒２０の接続部２１に前記弁体１０の係止段部１４に係止して上昇させるとき、閉口時の前記弁体１０には大きな圧力が加わっているため、係止段部１４に強い荷重が加わる。そのとき係止段部１４の強度が弱いと、接続部２１と係止段部１４とが片当たりしたり変形したりし、スムースに弁体１０を昇降動させることができないので、係止段部１４の一端に軸受部１５を設けて全体をＵ字型に形成して強度不足を補填し、接続部２１の片当たりや係止段部１４の変形を防止して、弁体の昇降動をスムースに行なうことができる。

即ち、金属弁体の弁棒との連結部分である係止溝部１０２がＩ字型（図１１）であったものを、軸受溝部１３をＵ字型（図４）にしたことにより強度を向上させたものである。さらに、図１２、１３に示すように、弁体１００の流入及び流出側に設けた弁座面１０３の中央部にそれぞれ凹部１０５を設ける為に凹み機械加工を必要としていた。しかし、本発明にあっては本体１１の両側の弁座面は平坦であるため、機械加工を不要にできるという作用を有している。

前記トルク制御手段３６は、弁棒２０のねじ軸部２４を調節ナット３８で所定位置に固定したことにより、回転ハンドル３３を回動操作して弁棒２０に取付けた調節ナット３８のはかま部３９が、ハンドル押えナット４４の上面に当接すると降下が阻止されて仕切弁体１０の締め過ぎによる変形や損傷を防止または軽減して長期間使用することができる。

本発明の実施形態である玉形弁用の第２の止め弁５１は、図６に示すご如く、垂直方向の流路５３と弁座５４とを有する弁箱５２の両側にフランジ５７を取付け、前記弁箱５２内に収容した玉形弁体６０の上部垂直方向に長尺な弁棒６８の下端を取付けてある。一方、前記弁箱５２の上部垂直方向に、前記弁棒６８を保護するフタの耐圧さや管７５を取付けてあり、該フタの耐圧さや管の上部に取付けたヨーク部７７に設けた軸受部７８に、前記弁棒６８のねじ部７１を螺合し、該ねじ部の上部に設けた連結部７２にスリーブ８２を嵌合して該スリーブに回転ハンドル８５を回動可能に嵌合してある。

回転ハンドル８５と前記スリーブ８２との間に、回転ハンドル８５による前記弁体６０の締め過ぎを防止するトルク制御手段８０を設け、該トルク制御手段を介して弁棒６８を回転することにより前記弁体６０を昇降動させて閉め過ぎることなく弁座５４を開閉させるものである。

前記弁体６０は、全体を硬質合成樹脂材、好ましくは、ポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂材に、繊維素材、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ウイスカ繊維など、好ましくは、９μｍ以上の径を有するピッチ系炭素繊維を充填して形成し、図８、９、１０に示すごとく、円柱状に形成した本体６１の上部に、前記弁棒６８の接続部６９が挿通するＵ字型の軸受溝部６２を設け、該軸受溝部の上部には前記弁棒６８に小径部７０が挿通する係止段部６３を一体に形成し、該係止段部６３の一端をＵ字型に形成した軸受部６４で閉塞し、前記本体６１の下部には前記弁座５４と圧着する平坦な弁座面６５を一体に設けてある。

前記弁棒６８は、下部に異径な小径部７０を介して接続部６９を設け、上部にヨーク部７７と螺合するねじ部７１を形成し、該ねじ部の上部にはスリーブ８２を嵌合する連結部７２を設け、該連結部の上部に回転ハンドル８５を固定するねじ軸部７３を一体に形成してある。

前記トルク制御手段８０は、スリーブ８２の鍔部８３の表面に一定又は任意間隔で周方向に少なくとも１個以上、好ましくは８個所のボール受部８４を設け、前記スリーブ８２に回転可能に嵌合した回転ハンドル８５のボス部８６に、前記ボール受部８４と合致する位置にそれぞれ孔８９を設けてある。この孔８９の下端に設けた小径のボール孔９０内と、前記スリーブ８２のボール受部８４との間にボール９１をそれぞれ係合し、各ボールの上方からボールを押圧するばね９３と押えリング９２と調節ねじ９４とで圧力調整可能に弾発してある。前記ボール受部８４の上端には、前記ボール９１を着座させるテーパー状の凹部８４ａを設けてあり、該凹部のテーパー状傾斜角度の変化と前記ばねの付勢力とによってボール９１のトルクを調整できるようにしてある。尚、内部にボールなどを収容する孔８９とボール受部８４の数は、弁側の制御トルクに応じて増減するのは勿論である。

９５は弁棒６８のねじ軸部７３に螺合する固定ナットで、前記スリーブ８２に回転可能に取付けた回転ハンドル８５に押え板９８を介して締着（ハンドルがスリップする時は回転するので隙間がある）し、該固定ナット９５と前記スリーブ８２との間に固定ナットの弛みを防止する固定ボルト９７を取付けてある。

前記弁体６０は、全体を前記した硬質合成樹脂材に炭素繊維材を充填して形成したことにより、−１５０℃以下の極低温においても高い強靭性と弾性を保持し、また、引張強度・圧縮強度も常温よりも高いので弁座との耐摩耗性に優れ、且つ、弁座を傷つけることなく弁座への密着性も高く気密性を保持することができる。したがって、弁体の補修や修理などのメンテナンスが不要で、ガス漏れの修理に対しては、熟練した技術を必要とせず、弁体を交換するだけの簡単な作業で終了することができる。また、従来の弁体１２０の底面には耐久性を高める為にステライトを溶着させていたが、この弁体６１は合成樹脂材に炭素繊維を充填させて強度を高めると共に、トルクを規制できるようにしたことにより弁体の底面は平坦のままに形成してあるので、機械加工を不要にできるという作用を有する。

さらに、玉形弁体６０の昇降時において、前記弁体６０の軸受溝部６２の裏側に弁棒６８の接続部６９を引っ掛かけて回転させながら上昇するとき、弁体６０の上方から圧力が負荷されている場合には、係止段部６３の裏側に強い荷重が加わり、該係止段部が変形する強度不足を補填するため、前記したごとく、係止段部６３の一端に軸受部６４をＵ字型にして一体に形成して強度を高めたことにより係止段部６３の変形を防止し、前記弁体６０の昇降動をスムースに行なうことができる。

前記弁体６０を開閉する回転ハンドル８５と弁棒６８とのトルク伝達の要否は、トルク制御手段８０であるスリーブ８２のボール受部８４と、回転ハンドル８５の孔８９に設けたボール孔９０内にばねを弾発させて収容したボール９１とによって着脱可能に連結してある。即ち、調整ねじ９４を回動させることによりばね９３の弾性力を調整することができる。

回転ハンドル８５のトルクは、前記弁体６０で弁座５４を閉口したとき、流体が漏れない締着力にトルク調節ねじ９４でばね９３の弾性力を調整して設定してある。弁座５４を閉口した前記弁体６０の締着力が設定トルクを超えると、前記ボール９１はばね９３の弾性力に抗してボール受部８４から離脱し、回転ハンドル８５が空転するので締着力は伝達されない。したがって、前記弁体６０による弁座５４の締め過ぎによる変形や損傷を防止し、弁体６０を長期間使用することができるため極めて経済的である。

本発明にかかる仕切弁用の第１の止め弁の一部破断した正面図である。仕切弁に取付けたトルク制御手段の要部拡大断面図である。弁棒に装着した仕切弁体の平面図である。図３のＢ―Ｂ断面図である。図３のＡ―Ａ断面図である。本発明にかかる玉形弁用の第２の止め弁の一部破断した正面図である。玉形弁に取付けた第２のトルク制御手段の要部拡大断面図である。玉形弁体の平面図である。同正面図である。図９のＣ―Ｃ断面図である。従来の仕切弁体の平面図である。従来の仕切弁体の正面図である。図１２のＤ―Ｄ断面図である。従来の玉形弁体の平面図である。従来の玉形弁体の中央断面図である。

５１止め弁
５２弁箱
５４弁座
６０玉形弁体
６１本体
６２軸受溝部
６３係止段部
６４軸受部
６５弁座面
６８弁棒
６９接続部
７０小径部
７２連結部
７１ねじ部
７５フタの耐圧さや管
７７ヨーク部
７８軸受部
８０トルク制御手段
８２スリーブ
８３鍔部
８４ボール受部
８５回転ハンドル
８６ボス部
８９孔
９１ボール
９３ばね
９４調節ねじ

Claims

極低温領域において強靭性と弾性を有するポリ・エーテル・エーテル・ケトン樹脂材に、９μｍ以上の径を有するピッチ系炭素繊維を充填した硬質合成樹脂材で形成した弁体（６０）と、
垂直方向に開口した弁座（５４）を開閉する断面円柱状に形成した本体（６１）の上部に、前記弁棒（６８）の下部に小径部７０を介して設けた接続部（６９）を挿通させるＵ字型に形成した軸受溝部（６２）を設け、該軸受溝部の上部に小径で一端に軸受部（６４）を有したＵ字型の係止段部（６３）を一体に形成し、前記本体（６１）の下部に前記弁座（５４）と当接する下面が平坦な弁座面（６５）を設け、前記弁座（５４）を内部に設けた弁箱（５２）の上部垂直方向に取付けた前記弁棒（６８）を保護するフタの耐圧さや管（７５）の上部に取付けたヨーク部（７７）に設けた軸受部（７８）に前記弁棒（６８）のねじ部（７１）を螺合し、該ねじ部（７１）の上部に設けた連結部（７２）に嵌合したスリーブ（８２）に回転ハンドル（８５）を回動可能に嵌合し、上部に前記弁体（６０）を操作する回転ハンドル（８５）を取付けた弁棒（６８）とで構成してなる止め弁（５１）であって、
前記回転ハンドル（８５）と前記弁棒（６８）との間に、回転ハンドルの回動操作により弁体（６０）の締め過ぎを防止するトルク制御手段（８０）を設け、
前記スリーブ（８２）の鍔部（８３）に一定間隔に複数のボール受部（８４）を設け、前記スリーブ（８２）に回転可能に取付けた回転ハンドル（８５）のボス部（８６）に、前記ボール受部（８４）と合致する位置にそれぞれ設けた孔（８９）内に収容したボール（９１）をばね（９３）と調節ねじ（９４）とでトルク調整可能に取付けてなり、
前記弁座（５４）を前記弁体（６０）で閉口すると、回転ハンドル（８５）とスリーブ（８２）とが一体に回転し、回転ハンドル（８５）の締着力が設定トルクを超えると、ばね（９３）の弾性力に抗して前記ボール（９１）がボール受部（８４）から離脱し、回転ハンドル（８５）を空転させて前記弁体（６０）の締め過ぎを防止することを特徴とする極低温流体用小口径止め弁。