JP5270734B2

JP5270734B2 - エキスパンディング仕切弁の逆座構造

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Publication number: JP5270734B2
Application number: JP2011196655A
Authority: JP
Inventors: 正宏横見
Original assignee: TIX-IKS Corporation
Current assignee: TIX-IKS Corporation
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102996837A; CN102996837B; US20130062548A1; JP2013057378A

Description

本発明はエキスパンディング仕切弁に係り、特にエキスパンディング仕切弁の逆座構造に関する。

エキスパンディング仕切弁（拡張仕切弁）は、バルブのハウジング内に収納された弁体としてのゲート及びセグメントからなる組立品（ゲート／セグメント組立品）が、流路に対し直角に動作して、流路の開閉を行う弁である。弁の全閉位置及び全開位置において、ゲート及びセグメントからなる組立品（ゲート／セグメント組立品）の幅が拡張し、流路に設けられた弁座に押し付けられてハウジング内の空洞部と流路が隔離される。弁の全閉位置又は全開位置への移動中は、ゲート／セグメント組立品の幅が縮小して移動が容易となる。

ゲート及びセグメントの下方にはそれぞれポートが形成されている。
弁の全閉位置から、ゲートに連結された弁棒（ステム）を上昇させると、ゲート／セグメント組立品が上昇し、セグメントが弁蓋に接触するとセグメントはその動きを停止する。その後、弁棒が更に上昇するとゲートのみが上昇し、ゲート／セグメント組立品の幅が拡張して全開位置に至る。この全開位置において、ゲート及びセグメントのそれぞれのポート及び流路が水平方向に整列して流路の上流側と下流側が連通する。

このようなエキスパンディング仕切弁において、ハウジング内の空洞部と弁外部を密封隔離するために逆座が設けられている。この逆座の構造は、例えば、弁棒を上昇させて全開位置へ移動することによって弁棒に形成されたシール面とハウジングの弁蓋に形成されたシール面とが密着し、ハウジング内の空洞部と弁の外部を密封隔離しようとするものである。

しかしながら、エキスパンディング仕切弁において逆座の機能を持たせるには、全開位置においてゲート／セグメント組立品が拡張し、該組立品が十分な力で弁座に押し付けられた時の弁棒の位置と弁棒のシール面が弁蓋のシール面に密着する時の弁棒の位置とが正確に一致しなければならない。エキスパンディング仕切弁をこのように製作することは不可能である。

特開平０８−１７８０８９号には、弁棒の周りの摺動可能なシール部材と、ゲートから離れるようシール部材を付勢するコイルバネとを設け、ゲート及びセグメントが弁の全開位置へ移動すると、セグメントは弁蓋と係合するため、それ以上移動しないが、弁棒及びゲートは、シール部材が弁棒とハウジングとの間でシールするようハウジングの環状シートと係合しながら移動し続けるように構成したエキスパンディング仕切弁用の逆座組立体が開示されている。シール部材は環状シートと係合し、このシール部材はコイルバネによって予め付勢されている。

特開平０８−１７８０８９号

しかしながら、上記特開平０８−１７８０８９号における逆座組立体は、コイルバネを使用してゲートをセグメントに対して相対的に移動させる構造である。コイルスプリングでは力が弱く、流路と弁のハウジング内の空洞部の流体を完全に隔離することは出来ない。

本発明の目的は、全開位置においてゲート／セグメント組立品が拡張し、該組立品が十分な力で弁座に押し付けられた時の弁棒の位置と弁棒のシール面が弁蓋のシール面に密着する時の弁棒の位置との不一致があっても正常に機能するエキスパンディング仕切弁の逆座構造を提供することにある。

また、本発明の目的は、全開位置において、流路とハウジング内空洞部を完全に隔離するに十分な力で、セグメントとゲートを相対的に移動させることができるエキスパンディング仕切弁の逆座構造を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、逆座としてメタルシールを採用することにより、シール部材を不要とすることができるエキスパンディング仕切弁の逆座構造を提供することにある。

本発明によれば、弁蓋と、管状部を備え、内部に空洞部と流路を形成するハウジングと、ゲート及びセグメントから成るゲート／セグメント組立品と、ゲートに連結されて該ゲート共に上下動する弁棒と、を有するエキスパンディング仕切弁用の逆座構造において、弁蓋の、セグメントの先端部と対向する位置に設けられた弾性力のあるストッパと、弁蓋に形成されたシール面と、弁棒に形成され、弁蓋に形成されたシール面と係合するシール面とを備え、エキスパンディング仕切弁の全開位置において、弁蓋及び弁棒にそれぞれ形成されたシール面の間にメタルシートを形成すると共に、セグメントは弾性力のあるストッパによってゲートに対して下方に付勢される、エキスパンディング仕切弁用の逆座構造が提供される。

弾性力のあるストッパは、好ましくは板バネである。
エキスパンディング仕切弁の全開位置における板バネの撓みは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施例のエキスパンディング仕切弁の逆座構造によれば、逆座の構造として、弁蓋の、前記セグメントの先端部と対向する位置に、弾性力のあるストッパを取り付けたことにより、ゲート／セグメント組立品が拡張し、該組立品が十分な力で弁座に押し付けられる時の弁棒の位置と、弁棒のシール面が弁蓋のシール面に密着する時の弁棒の位置とが正確に一致せずに若干のずれがあっても、ストッパの弾性力によりそのずれを吸収することが出来る。従って、逆座の機能を確実に発揮することが出来る。

また、本発明のエキスパンディング仕切弁の逆座構造によれば、弁蓋の、セグメントの先端部と対向する位置に弾性力のあるストッパ（板バネ）を設けた。コイルバネとは異なり、ストッパの弾性力を十分大きなものとすることができるので、流路とハウジング内の空洞部を完全に隔離するために十分な力を得ることができる。

さらに、本発明によるエキスパンディング仕切弁の逆座構造においては、弁棒自体に逆座用のシール面を形成しているので、シール部材を必要としない。このため、弁棒とゲート間にメタルシールを形成することが出来る。特に、高温でシール部材の使用できない地熱用のエキスパンディング仕切弁に最適である。

本発明の実施例によるエキスパンディング仕切弁を示す縦断面図である。図１の実施例によるエキスパンディング仕切弁の一部を拡大して示す縦断面図である。図１の実施例によるエキスパンディング仕切弁のストッパ（板バネ）の横断面図である。図１の実施例によるエキスパンディング仕切弁のストッパ（板バネ）の縦断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
本実施例のエキスパンディング仕切弁は、弁蓋４及び管状部６を有するハウジング８と、該ハウジング８内に収納された弁体としてのゲート１０及びセグメント１２からなる組立品（ゲート／セグメント組立品）と、ゲート１０に連結された弁棒（ステム）１４とを有し、ハウジング８の管状部６は流路１６を形成する。このエキスパンディング仕切弁は更に、ハウジング８内の流路１６に設けられた対向する弁座１８，２０を備える。弁蓋４にはゲート１０が上下動するための貫通孔２２が設けられている。

ゲート／セグメント組立品は、流路１６に対し直角（上下方向）に動作して、流路１６の開閉を行う。ゲート１０は上下２つの傾斜面２４、２６を有し、セグメント１２はゲート１０の２つの傾斜面２４、２６と係合する２つの傾斜面２８、３０を有する。

弁の全閉位置及び全開位置において、ゲート／セグメント組立品の幅が拡張し、管状部６の弁座１８、２０に押し付けられる。弁の全閉位置又は全開位置への移動中は、ゲート／セグメント組立品の幅が縮小して移動が容易となる。

ゲート１０及びセグメント１２の下方にはそれぞれポート１１、１３が形成され、仕切弁が全開位置にあるとき、これらのポート１１、１３及び流路１６が水平方向に整列することにより、流路１６の上流側と下流側が連通する。

より詳細には、弁棒１４が下降中はゲート／セグメント組立品の上側の傾斜面２４、２８が接触する。セグメント１２がそれ以上下降できなくなると、ゲート１０がゲート／セグメント組立品の傾斜面２４、２８に沿って更に下方へ移動し、その結果、ゲート／セグメント組立品の幅が広がってハウジング８の管状部６に設けられた対向する弁座１８、２０に強い力で押し付けられ、流路１６の上流側と下流側を機械的な力で密封・遮断する。

また、弁棒１４が上昇中はゲート／セグメント組立品の下側の傾斜面２６、３０が接触する。セグメント１２が弁蓋４に接触すると、該セグメント１２はその動きを停止する。その後、弁棒１４が更に上昇するとゲート１０のみがゲート／セグメント組立品の互いに係合する傾斜面２６、３０に沿って更に上昇し、ゲート／セグメント組立品の幅が拡張する。全開位置において、ゲート／セグメント組立品はハウジング８の流路１６に設けられた対向する弁座１８、２０に強い力で押し付けられ、ハウジング８内の空洞部３２と流路１６が隔離される。この時、ゲート１０及びセグメント１２にそれぞれ設けられたポート１１、１３及び流路１６が水平方向に整列することにより、流路１６の上流側と下流側が連通する。

次に本実施例による、ハウジング８内の空洞部３２と弁の外部を密封隔離するための逆座構造について説明する。この逆座構造は、弁棒１４を上昇させて全開位置へ移動することによって弁棒１４に形成されたシール面３４と弁蓋４に形成されたシール面３６とが密着し、ハウジング８内の空洞部３２とハウジング８の外部を密封隔離させるものである。

弁棒１４の下方先端部にはテーパ部分を有する拡大部３８が形成されている。また、弁蓋４は、弁棒１４のテーパ部分に対応するテーパ部分を有する。即ち、弁蓋４の貫通孔の下方開口部付近は、その径を拡大され、弁棒１４が全開位置へと上昇したときに弁棒１４の拡大部３８と弁棒１４の下端部とが、それぞれのテーパ部分において係合するように形成されている。

弁蓋４には、全開位置においてセグメント１２の上端部に対向することになる位置に弾性体から成るストッパ４０が取り付けられている。このストッパ４０は板バネである。セグメント１２の上端部には、ストッパ４０との接触面積を大きくするために流路１６の方向に突き出した拡張部４２を設けている。

次に本実施例による逆座構造の作用について説明する。
弁棒１４が上方に移動すると、セグメント１２がストッパ４０に接触する。さらに弁棒１４が上昇すると、弁棒１４の先端部のテーパ部分と該テーパ部分と係合する弁蓋４の下方部分に形成されたテーパ部分とが互いに密着することにより、それぞれシール面３４、３６として作用し、ハウジング８内の空洞部３２とハウジング８の（弁蓋４の）外部とを密封隔離する。弁棒１４及び該弁棒１４に連結されたゲート１０の上下方向の位置は固定される一方、セグメント１２はストッパ４０の弾性力により、ゲート／セグメント組立品の傾斜面２６、３０に沿って、ゲート１０に対して相対的に下方に押され、ゲート／セグメント組立品の幅が広がり、ゲート／セグメント組立品が弁座１８、２０に押し付けられる。これにより、流路１６内の流体はハウジング８空洞部３２と隔離され、密封される。

このとき、ストッパ４０の撓みは、例えば、サイズが１２インチ（３００ｍｍ）のエキスパンディング仕切弁、より詳細には、ＡＰＩ６Ｄ“Specification for Pipeline Valves”12 inch Class600 Gate Valveの場合、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。しかしながら、これには限定されず、全開位置において、流路とハウジング内空洞部を隔離するに十分な力で、セグメントとゲートを相対的に移動させることができるという目的を達成することができるような撓みであればよい。

なお、ストッパ４０は撓みによって材料の許容応力を超えないように設計される。

本実施例のエキスパンディング仕切弁においては、逆座の構造として、弁蓋４の、全開位置においてセグメント１２の上端部に対向することになる位置に、弾性力のあるストッパ４０を取り付けたことにより、ゲート／セグメント組立品が拡張し、該組立品が十分な力で弁座１８、２０に押し付けられる時の弁棒１４の位置と、弁棒１４のシール面３４が弁蓋４のシール面３６に密着する時の弁棒１４の位置とが正確に一致せずに若干のずれがあっても、ストッパ４０の弾性力によりそのずれを吸収することが出来る。従って、逆座の機能を確実に発揮することが出来る。

次にストッパ４０の材質、形状等について説明する。
ストッパ４０の材料としては、例えばＪＩＳＧ４３０３ＳＵＳ（１７−４ｐｈ鋼）ＪＩＳＧ４０５３ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を用いることが出来る。

上述のＡＰＩ６Ｄ“Specification for Pipeline Valves”12 inch Class600 Gate Valveのエキスパンディング仕切弁において、本実施例によるストッパ４０でセグメント１２をゲート１０に対して相対的に押し下げ、ゲート／セグメント組立体を弁座１８、２０に密着させて、流路１６内の流体をハウジング８内の空洞部３２と隔離するために必要な力を実験によって求めると、約５０００ｋｇである。

ストッパ４０の撓みδ（ｍｍ）を２ｍｍとすると、
δ＝７Ｌ^３Ｗ／ｂｈ^３Ｅ＝２ｍｍ
ここで、図３及び４に示すように、Ｌはストッパ４０の腕の長さ（ｍｍ）、Ｗはセグメント１２へ加わる下向きの力（ｋｇ）、ｂはストッパ４０の幅（ｍｍ）、ｈはストッパ４０の厚さ（ｍｍ）、Ｅは縦弾性係数である。

Ｌを１４０ｍｍ、Ｗを５０００ｋｇ、ｂを６０ｍｍ、ｈを３２ｍｍ、Ｅを２１０００ｋｇ／ｍｍ^２とすると、ストッパ４０の応力σ（ｋｇ／ｍｍ^２）は
σ＝３ＬＷ／ｂｈ^２
＝３４．２ｋｇ／ｍｍ^２
となる。上記の計算結果は、変位測定及び応力測定を用いた実験により確認されている。

従って、この応力σがストッパ４０の材料の許容応力を超えないようにその材料を選択する必要がある。上述したＪＩＳＧ４３０３ＳＵＳ（１７−４ｐｈ鋼）ＪＩＳＧ４０５３ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）の許容応力は上記３４．２ｋｇ／ｍｍ^２を上回っている。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施例には限定されず、添付の特許請求の範囲に記載された範囲内において当業者にとり本明細書及び添付の図面の記載から自明な変更を加えた実施例をも含む。

４弁蓋
６管状部
８ハウジング
１０ゲート
１２セグメント
１４弁棒
１６流路
１８、２０弁座
２２貫通孔
２４、２６ゲートの傾斜面
２８、３０セグメントの傾斜面
３２空洞部
３４弁棒に形成されたシール面
３６弁蓋に形成されたシール面
３８弁棒の拡大部
４０板バネ（ストッパ）
４２セグメントの拡張部

Claims

弁蓋と、管状部を備え、内部に空洞部と流路を形成するハウジングと、
ゲート及びセグメントから成るゲート／セグメント組立品と、
前記ゲートに連結されて該ゲートと共に上下動する弁棒と、
を有するエキスパンディング仕切弁用の逆座構造において、
前記弁蓋の、前記セグメントの先端部と対向する位置に設けられた弾性力のあるストッパと、
前記弁蓋に形成されたシール面と、
前記弁棒に形成され、前記弁蓋に形成されたシール面と係合するシール面とを備え、
前記エキスパンディング仕切弁の全開位置において、前記弁蓋及び前記弁棒にそれぞれ形成された前記シール面の間にメタルシートを形成すると共に、前記セグメントは前記弾性力のあるストッパによって前記ゲートに対して下方に付勢される、エキスパンディング仕切弁用の逆座構造。
前記ストッパは板バネである、請求項１記載のエキスパンディング仕切弁用の逆座構造。
前記エキスパンディング仕切弁の全開位置における前記ストッパの撓みは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１または２記載のエキスパンディング仕切弁用の逆座構造。