JP5328151B2 - 改善された流れ容量を有するプラグバルブ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、パイプ・システムの流体の流れを制御するために使用し得る偏心プラグバルブ(eccentric plug valves)の分野に関する。

偏心プラグバルブは、時として産業に有用なものであった、そして、通常、入口ポート及び出口ポートを具備する主本体と、シャフトの回りに回転するように装着されたプラグと、を含み、この結果、プラグ面は、バルブシート領域を通じて閉鎖又は開放の何れかをするために、偏心回転される。こうしたバルブは、例えば、汚水、鉱業、淡水及び多くの他の産業及びHVACサービスに使用される。

プラグバルブは、通常、長寿命を有し、自身の信頼性のために知られている。バルブの多くは、汚水、灰、鉱業、及びそこ他の類似用途のようなスラッジ及びスラリーサービスで使用するために販売されている。偏心プラグバルブは、通常、２つのタイプを含む：
回転可能なプラグ及び噛合シートは、円筒状又は球形である。

円筒状プラグは時々は望ましいものであり、かつ密封シート領域の周りで円筒状シートを密封する。バルブが閉鎖するとき、（密封）シールがプラグと通常のニッケル・シートとの間に作られる。しばしば、バルブは、開放されたときに自身の内部流れの抵抗を有する。何故なら、内部形状構成によって、流れ領域は、例えば、バルブが接続される内部パイプ直径流れ領域の約８０％のみとし得るためである。プラグは、通常、流体密閉鎖のために及び摩滅及び腐食抵抗のためにエラストマーで表面を覆われている。バルブは、しばしば、プラグバルブ用US及びISO標準規格に従う標準的な”向かい合わせ”長さで形成されている。

偏心プラグバルブは極めて多用途である。例えば、ほとんどの液体サービスでは、バルブは該バルブの下流位置にあるニッケル・シートと共に設置されることが薦められる。スラリー及びスラッジのような懸濁物質の場合には、バルブはシートが上流にあり及び／又はシャフト軸線が水平な状態で設置されることが時々は勧められる。この結果、プラグは、バルブが開放されたときにパイプのセンターラインより上に上昇される。これは、プラグを維持する支援をし、かつ、バルブ本体の底部に蓄積し得る、定着した塵や埃、微細な他の漂積物から離れるように支持する。

上記のバルブ構成は極めて有用であるが、図１１に示す実例のような入手可能な工業プラグバルブ構成は、通常、例えば、流れ領域が或る構成ではパイプ領域の約８０％であるような、流れ領域形状構成の制限により生じる流体の流れの制限を有する。

これに対する１つの解決策は過大寸法バルブを設置することであり、この結果、ポート領域は、効果的には、パイプ流れ領域の１００％である。しかしながら、これは、過大寸法バルブは重く、高価であり、及び、よりコンパクトなユニットとは対照的に、より高価なものとし得る大きなアクチュエータを要し得る。さらに、過大寸法のバルブはより小さなフランジで作られているが、増大した対面領域を有する。これは、バルブの互換性を減じる。

周知のプラグバルブの不利点は、これらがスラッジ又はスラリーサービスで設置される箇所では、円筒状本体壁の平坦なフランジの点との交差が、時々、上述したようなバルブの上部セクションに沈殿物及び他の漂積物が蓄積するのを許容し得る。

したがって、少なくとも或る程度まで流体の流れを増大させ及び／又は懸濁物質を使用した増強効果を改善する、円筒状台座を具備する改善されたプラグバルブを有することが望ましいであろう。

前述のニーズは、本発明によって、大いにかなえられる。ここで、本発明の一態様では、幾つかの実施形態において、少なくとも或る程度まで流体の流れを向上させ及び／又は懸濁物質を使用する効果を改善し得る、円筒状台座を具備する改良されたプラグバルブを提供する。

一態様では、本発明の幾つかの実施形態は、入口領域と、シート開口を有する出口ポートと、を具備するバルブ本体と、バルブ本体に回転可能に装着され、円筒状湾曲密封面と、湾曲した密封面と反対側にある略平坦な第２面と、を具備するプラグと、を備えるバルブ装置を提供する。

一態様では、本発明の幾つかの実施形態は、入口領域トと、シート開口を有する出口ポートと、を具備するバルブ本体と、バルブ本体に回転可能に装着され、円筒状湾曲密封面を具備するプラグバルブと、を備え、ここで、入口部分は外郭形状の変化を有するが総面積は変わらないバルブ装置を提供する。

一態様では、本発明の幾つかの実施形態は、入口領域トと、シート開口を有する出口ポートと、を具備する収納手段と、収納手段に回転可能に装着され、円筒状湾曲密封面と、湾曲した密封面と反対側にある略平坦な第２面と、を具備する密封手段と、を備えるバルブ装置を提供する。

一態様では、本発明の幾つかの実施形態は、入口領域と、シート開口を有する出口ポートと、を具備する収納手段と、収納本体に回転可能に装着され、円筒状湾曲密封面を具備する密封手段と、を備え、ここで、入口部分は外郭形状の変化を有するが総面積は変わらないバルブ装置を提供する。

一態様では、本発明の幾つかの実施形態は、入口領域と、シート開口を有する出口ポートと、を具備するバルブ本体を収容するバルブ組立体であって、円筒状湾曲密封面と、湾曲した密封面と反対側にある略平坦な第２面と、を具備するバルブ本体に装着されたプラグを回転させる段階を含み、ここで、プラグは開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、この結果、開放位置において、プラグの第２面は入口領域に向かって位置する垂直なコーナ表面と、出口ポートに向かって位置する略垂直なシートエッジと、に整合されるバルブ組立体の流れを改善する方法を提供する。

このように、本発明の詳細な説明をより良く理解し得るために、及び、本発明の当該分野に対する寄与がより良く理解し得るために、本発明の或る実施形態をかなり広く概説してきた。勿論、以下に詳細に説明し、かつ本願明細書に添付された特許請求の範囲の主題を構成する本発明の更なる実施形態もある。

この点で、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する以前に、本発明の用途が本発明の構成の詳細、及び以下の詳細な説明に記載されるか又は図面に例示された構成要素の配置構成に限定されないことを理解すべきである。本発明は、本願明細書に記載された実施形態の他の実施形態を実施することができ、かつ様々な仕方で実施且つ実行することができる。また、本願明細書で用いた表現法及び言葉使い、並びに要約は、説明の目的のためであり、限定としてみなされるべきではない。

このように、当業者は、本発明の開示事項が基づく発明の概念を、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造、方法及びシステムを構築するための基礎として容易に用い得ることを理解する。従って、特許請求の範囲の各請求項は、これらの請求項が本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲でこうした均等物を含むものとしてみなされるべきであることは重要である。

本発明は、幾つかの実施形態で、少なくとも或る程度まで流体の流れを向上させ及び／又は懸濁物質を使用する効果を改善し得る、改良されたプラグバルブ及び流れ制御方法を提供する。ここで、好ましい実施形態を、類似の参照符号が全体を通じて類似の部品を言及している、図面を参照して説明する。

図１は、バルブ本体１２、ボンネット１４，及びバルブプラグ１６を含む、本発明の好ましい実施形態によるプラグバルブ１０を例示する。バルブプラグ１６は、ハウジング１２によって形成されたチャンバ内に回転可能に取り付けられ、後で詳しく述べるように開位置と閉位置との間で移動可能である。図２は、図１に示されている装置の平面図であって、更にハウジング１２、ボンネット１４及びバルブプラグ１６のシャフト部分を更に例示している。

ここで、図３及び図４に戻ると、特に、バルブプラグ１６は、シャフト１８、内側面２２と外側密封面２４を具備するプラグ領域２０、および、上部及び下部連結領域２６及び２８を具備するように例示されている。下部シャフト３０は、バルブ本体１２に対して回転するようにブシュによっても取り付けられ、かつ、シャフト１８は、ボンネット１４に対して回転するようにブシュに取り付けられている。このように、プラグ１６は、シャフト１８及び３０全体を通じて長手方向軸線である回転軸線の回りで回転するように取り付けられている。好ましい実施形態が一体的な頂部及び底部シャフトを具備する単一のプラグを備えて示されている。他の実施形態では、別々の頂部及び／又は底部シャフトが、例えば、プラグにピンで留められるように、シャフトに取り付けられている。回転軸線に対して平行な方向は、本願明細書では、有用な参照座標を供するために”直角(vertical)”として言及されている。しかしながら、バルブは、実際には、回転軸線が重力の方向に対して水平である配向を含む、何れか他の配向に設置し得るものであり、こうした場合に、本願明細書における、垂直に対する基準はこの回転軸線と平行であることに言及し、必ずしも重力の方向ではないことが理解されるべきである。また、図１〜図１０は入口から出口まで一方向の流れを示しているが、幾つかの設置では、バルブの配向は”入口”及び”出口”が逆になされるように逆になされていることが理解される。例えば、図１２に示されているような、このタイプの設置は、通常、スラッジ及び／又は微粒子内で高く設置するように構成されている。

図５に戻ると、バルブプラグ１６及びバルブ本体１２の更なる特徴が示されている。図５は、バルブプラグ１６の内側面２２が図示するような実質的に平ら又は平坦なプロファイルを有する一方で、外側密封面２４が円筒状プロファイル形状を有することを示している。バルブ本体１２は入口フランジ３０及び出口フランジ３２を含む。入口フランジ３０は流れ領域３４に通じており、その流れ領域は円形開口３６から後部エッジ４０に通じる僅かに狭い湾曲した領域まで遷移した領域、及びその反対側に配置された、円形開口３６から比較的直線状の垂直な後部垂直エッジ４２を具備するテーパが付けられた側壁４１によって形成されている。

バルブ１０が図５に示す開放位置にあるときに、バルブプラグ１６の内側面２２のエッジは、流れの方向において後部垂直エッジ４２に実質的に整合される。以下に更に詳述するように、バルブ１０が閉じた位置にあるときに、バルブプラグ１６の外側密封面２４が係合する円筒状矩形バルブシート領域がバルブシート４４に対して形成されている。バルブシート４４の背後では、流れ経路が、出口フランジ３２に通じる外側に拡大するテーパが付された面である遷移領域４６によって全体的に拡大する。

バルブ１０は、図６には開位置で示されている。バルブ本体１２は、前部フランジ３０と、後部側エッジ４０に通じる湾曲した側壁を備えた入口領域３８と、を含む。その他の後部垂直側エッジ４２は図示されており、かつプラグ１６の内側面２２のエッジと流れの方向において略整合した状態にある。プラグ１６の外側密封面２４及び全バルブシート４４、並びに外側に拡大するテーパが付けられた面である遷移領域４６も示されている。

バルブシート４４の全体的に円筒状矩形の外郭は垂直なシートエッジ４５を備え、それはプラグ１６の垂直な内側面２２によって形成された平面のエッジと流れの方向において略整合され、かつ該平面を越えて突出することがないことが理解される。かくして、図６は、後部垂直エッジ４２、垂直なシートエッジ４５、及びプラグ２８の内側面２２の間の略平坦な関係を例示している。

以下により詳細に検討するように、これは、図６の装置の流れ領域の左側に示されている平面に沿って滑らか且つ連続した流れ境界を与えることが理解される。さらに、図６の右側までの領域には、相対的に真っ直ぐな垂直エッジ４０と、円筒状の徐々に入口領域３８におけるその滑らかな遷移輪郭と、は、かなり真っ直ぐ且つ幅広い流れ経路を与える。

図７は、閉じた状態のバルブ１０を示している。バルブプラグ１６の外側密封面２４は流体の意図した遮断を遂行するためにバルブシート４４と接触している。

図８及び図９は、バルブ本体１２の斜視図及び横断面図である。図８では、入口フランジ３０の内側には、後部垂直エッジ４２、並びに、徐々に遷移する入口領域３８によって画定されるより丸められて延在する入口エッジ４０を見ることができる。外側フランジ３２の近くには、バルブシート４４及び遷移領域４６の垂直なエッジを見ることができる。

図９の横断面図は、入口側、バルブシート４４の矩形の円筒状外郭及びその左エッジ４５、並びに遷移領域４６を更に示している。

図１０は、本発明の種々の実施形態の種々の態様によって達成される幾つかの利点を例示する簡素化した概略の流れを示す図である。例えば、バルブプラグ１６の平坦な内側面２２と、該内側面２２の後部垂直エッジ４２との整合と、バルブシート４４の垂直なエッジ４５と、は、バルブ１０を通じての滑らかな流体の流れを供する。さらに、相対的に真っ直ぐで垂直なエッジ４０及び滑らかな入口領域３８はこの領域において連続した滑らかな流体の流れを可能にもする。

図１０の横断面図から、フランジ３０の前部入口面における容積式流れ領域は、垂直エッジ４０で切断した容積式流れ領域よりも大きいことは明らかであり得るが、前部開口３６から、垂直エッジ４０までの遷移の間に、流れ横断面領域の垂直高さの変化も生じ得るため、これは該当しない。従って、前面エッジ３６及び垂直エッジ４０における２次元の流れ領域は、互いに対して同じになし得るものであり、かつ、所望により、バルブが連結されるパイプの内側直径領域に１００％更になし得る。また、バルブシート４４における２次元流れはパイプの内側直径領域に等しくなし得る。

図１０は、図１１に示す従来技術の装置と本発明によるこの特定の実施形態との対比も示している。例示されている幾つかの差異は、例えば、図１１に示されている狭窄楔領域７０が、滑らかな入口領域３８を代わりに示す図１０には存在しないことである。図１１にも示されているのは、図１０のこの実施形態の平坦な内側面２２に比較して自由流れ領域を望ましくないように制限し得る。

図１２は、流れ方向が逆向きであり、かつ水平位置にあるバルブ１０を示す。この設置は、例えば、スラッジ及び／又は微粒子が大きい用途に対して好ましいものとし得る。滑らかな入口領域３８は沈殿物を運び出すことを可能としており、図１３に示されている従来技術の位置９９において生じるであろうダムを形成しない（ここで、図１１のバルブは逆さま且つ後向きに設置されている）。

本発明の多くの特徴及び利点は本願明細書の詳細な説明から自明であり、かつ、従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に該当する、本発明のこうした特徴及び利点を全て網羅するように意図されている。さらに、多数の変更及び変形は当業者には直ちに見い出すから、本発明を例示し且つ説明した構成及び作用に完全に限定することは望ましくなく、従って、全ての変形及び等価物は、本発明の範囲内に該当するように用い得る。

図２の線１−１で切断した、本発明の好ましい実施形態によるプラグバルブの横断面図である。 本発明の好ましい実施形態によるプラグバルブの平面図である。 図１の実施形態で使用されているバルブプラグの側面図である。 図３の線４−４で切断した横断面図である。 プラグバルブの実施形態の切りそいだ斜視図である。 開放位置で示されている図５のバルブの切りそいだ平面図である。 閉鎖位置で示されている図５のバルブの切りそいだ平面図である。 図１の実施形態で使用されるバルブ本体の斜視図である。 線９−９で切断した図８のバルブ本体の横断面図である。 開放位置にあるバルブを具備する好ましい実施形態による流体の流れ経路を示す対称な横断面図である。 開放位置にあるこのバルブを具備するバルブ装置による流体の流れ経路を示す対称な横断面図である。 図１０に類似するが、逆方向に設置された弁を示す線図である。 図１１に類似するが、逆方向に設置された弁を示す線図である。

符号の説明

１０ プラグバルブ
１２ ハウジング
１４ ボンネット
１６ バルブプラグ
１８ シャフト
２０ プラグ領域
２２ 内側面
２４ 外側密封面
２６ 上部連結領域
２８ 下部連結領域
３０ 下部シャフト
３２ 出口フランジ
３４ 入口領域
３６ 前部エッジ
３８ 入口領域
４０ 後部エッジ
４１ テーパが付けられた側部
４２ 後部垂直エッジ
４４ 外側表面
４５ 左エッジ
４６ 遷移領域

Claims (9)

1. バルブ装置であって、
   入口領域と、シート開口を有する出口ポートと、を具備するバルブ本体と、
   前記バルブ本体に回転可能に装着され、円筒状湾曲密封面と、前記湾曲した密封面と反対側にある略平坦な第２面と、を具備するプラグと、を備え、
   前記バルブ本体は所定の高さを有し、
   前記プラグの回転軸線に直角な前記高さの中間部分で切断した横断面が、１つのテーパが付された側壁と、該テーパが付された側壁に対向するように配置された１つのまっすぐな側壁と、を具備するバルブ装置。
2. 前記入口領域は外郭形状の変化を有するが総面積は変わらない、請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記バルブはパイプ流れ容積領域を有するパイプに連結され、
   前記入口領域の総容積領域は前記パイプ流れ容積領域に略等しい、請求項２に記載のバルブ装置。
4. 前記バルブはパイプ流れ容積領域を有するパイプに連結され、
   前記入口領域の総領域は前記パイプ流れ容積領域に略等しい、請求項３に記載のバルブ装置。
5. バルブ装置であって、
   入口領域と、シート開口を有する出口ポートと、を具備するバルブ本体と、
   円筒状湾曲密封面と、該湾曲した密封面と反対側にある略平坦な第２面と、を具備する前記バルブ本体に回転可能に装着された密封手段と、を備え、
   前記バルブ本体は所定の高さを有し、
   前記プラグの回転軸線に直角な前記高さの中間部分で切断した横断面が、１つのテーパが付された側壁と、該テーパが付された側壁に対向するように配置された１つのまっすぐな側壁と、を具備するバルブ装置。
6. 前記バルブ装置は、
   前記バルブ本体と、
   前記密封手段が回転可能であるチャンバを構成するために前記バルブ本体に着脱自在に装着されたボンネットと、を備える、請求項５に記載のバルブ装置。
7. 前記入口領域は外郭形状の変化を有するが総面積は変わらない、請求項５に記載のバルブ装置。
8. 前記バルブ本体は所定の高さを有し、
   前記プラグの回転軸線に直角な前記高さの中間部分で切断した横断面が、１つのテーパが付された側壁と、該テーパが付された側壁に対向するように配置された１つの真っ直ぐな側壁と、を具備する、請求項５に記載のバルブ装置。
9. 前記密封手段は、開放位置と閉鎖位置の間で移動可能であり、
   前記開放位置では、前記プラグの前記第２面は、前記入口領域に向かって位置する略垂直なコーナ表面と、前記出口ポートに向かって位置する略垂直なシートエッジと、の両方と整合される、請求項５に記載のバルブ装置。

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