JP5377490B2 - 複合材弁 - Google Patents

Description

本発明は一般に弁に関する。より詳細には、本発明は複合材二分割筺体を利用するバタフライ弁に関する。この弁は、腐食および非腐食環境に適応可能な金属弁箱およびプラスチック弁に対して低コスト、高強度、軽量な代替品を提供する。

プロセス弁は管路を通る媒体の流れを妨げるおよび／または可能にするさまざまなタイプの用途で使用されている。これらの弁は管路内に据え付けられ、固定される、そうでない場合、一対の管フランジの間に設置される。従来の弁は通常金属弁箱で作られる。弁（弁体および弁座）の仕上げは、特定のタイプの用途のための温度および圧力条件によって決まる。金属弁は行程耐用期間が長く信頼性がある一方で、比較的重く、管路構造内に追加の物理的支持が必要な場合もある。比較的高重量であることは、道路および貨物コンテナにおける用途と同様に、手を伸ばし難い設置場所にとっては欠点として認識することができる。金属弁箱弁はまた、海上環境に取り付けられるとき、限られた外部耐食性しか有さない。または、金属弁に対して軽量、低コストの代替品を提供するために、低温および低圧力環境ではプラスチック弁が使用されてきた。典型的なプラスチック弁の材料には、たとえば、ＰＶＣ、ＰＶＣ−Ｕ、ＰＰ、ＡＢＳなどが含まれる。しかし、プラスチック弁は高温では制限的な圧力定格を有する。

複合材弁が金属およびプラスチック弁両方に対する代替品を提供するために導入された。しかし、さまざまなタイプの複合材の熱膨張特性は時々そのバルブに関連した封止特性を損なう。さらに、弁箱内の弁シールの位置決めは、プロセス管路内のこれらの弁の開閉に関連する力に耐えるようには設定されていない。

上記の欠点およびその他の欠点は、詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲を参照して、本明細書で説明する本発明により克服される。
本発明の実施形態は複合材二分割筺体および筺体内に配置された封止構成を利用する弁を対象にする。この弁には、第１の弁箱半体が第２の弁箱半体と結合されたことにより画定される弁箱が含まれる。弁体組立体は第１と第２の弁箱半体の間に配置される。この弁体組立体には、弁体、弁棒および弁シールが含まれる。弁体が弁棒の周りを回転するとき弁が開閉するように、弁棒は弁体の中心軸に沿って弁体内に配置される。弁シールには、弁体の外面と係合する第１および第２の弁箱半体により形成される内面を覆う一次部分が含まれる。シールにはまた、第１と第２の弁箱半体の内部および間に配置される二次部分も含まれる。一次および二次シール部分は、筺体内の位置、および弁体との封止係合状態を保持するように構成される。

本発明の実施形態による閉位置での複合材弁の例示的実施形態の正面図である。 本発明の実施形態による複合材弁の斜視分解図である。 本発明の実施形態による複合材弁の側面分解図である。 図４Ａは本発明の実施形態による弁シールの切り取り断面図である。図４Ｂは本発明の実施形態による弁筺体および弁シールの横断面上面図である。

次に本発明を、好ましい実施形態が示された添付図面を参照してこれ以降さらに十分に説明する。しかし、本発明は多くの異なった形態で実施してもよく、本明細書に説明する実施形態に制限されるものではない。もっと正確に言えば、これらの実施形態が実現されることで、この開示が完全になり完成し、当業者に本発明の範囲を十分に示唆することになるであろう。図面においては、同じ番号は全体を通して同じ部品を示している。

図１は、開かれた場合には管路内の流入通路および流出通路を提供するプロセス管路に沿って取り付けられた複合材弁１０の、閉位置での例示的実施形態を示している。弁の閉位置では、弁１０はプロセス媒体が管路内の上流または下流への流れを阻止する。弁１０には、弁筺体すなわち弁箱２０内に配置された弁体３０が含まれる。弁棒４０は弁体３０の中心軸内に配置され、筺体２０の上下にある距離だけ延びる。弁棒４０は、その上端４１で、弁体３０を開位置および閉位置に回転させる装置（駆動器、取っ手等）を支えるように構成される。弁体３０の直径は、たとえば、５０ｍｍから３００ｍｍであり、特定の用途のためには他の寸法が設計される場合もある。弁体３０は短繊維複合材料の内核および耐久性が高い長繊維複合材料の外層を有して、強度を提供する場合もある。筺体３０には弁１０の周縁に間隔を置いて配置された複数のクランプ５０が含まれて、以下詳細に説明するように筺体に締め付け装置を提供する。Ｏリング５５が筺体２０の外側の周りに延びるくぼみ内に配置され、弁１０と弁１０が取り付けられるプロセス管路の間の封止を形成する。筺体２０のために利用した複合材には、水吸収を防ぎかつ寸法の安定性を提供する無機充填材が６０％まで含まれる。弁１０のこの実施形態は１０ｂａｒ（バール）までの圧力下で−４０℃から１２０℃の温度範囲で使用してもよい。さらに、弁１０は高速かつ真空用途における腐食環境で使用してもよい。

図２は第１の弁箱半体２１０および第２の弁箱半体２２０により画定される筺体２０と弁体組立体２０１とを示す、弁１０の斜視分解図である。第１の弁箱半体２１０はクランプ５０を介して第２の弁箱半体２２０に接続される。弁体組立体２０１には、弁体３０、弁棒４０および円形の弁座２５０が含まれる。第１の弁箱半体２１０には、上部２１１、下部２１２および円形部２１３が含まれる。第２の弁箱半体２２０には、上部２２１、下部２２２および円形部２２３が含まれる。上部２１１および下部２１２は、弁棒４０の端部を支えるようになっており、円形部２１３は弁体３０の一部を支えるようになっている。同様に、上部２２１および下部２２２は弁棒４０の端部を支えるようになっており、円形部２１３は弁体３０の一部を支えるようになっている。特に、弁箱半体２１０の上部２１１および弁箱半体２２０の上部２２１は、弁棒４０の端部３１を支える。弁箱半体２１０の下部２１２および弁箱半体２２０の下部２２２は、弁棒４０の下部４３（図３に記載）を支える。それぞれの弁箱半体２１０，２２０はそれぞれの弁箱半体内に点在した複数の空洞２３１で成形され、筺体２０に剛性および強度を提供する。

弁体組立体２１０は第１の弁箱半体２１０と第２の弁箱半体２２０の間に配置される。弁座２５０は弁体３０の周縁を取り囲み、それらの間に耐密封止を生み出す。特に、弁体３０の外側周縁は封止を弁座２５０と共に生み出し、弁１０が閉位置にあるとき、弁１０を通過するプロセス流れを十分に阻止できる。開位置では、弁１０を通してプロセス流れを可能にするのに十分に弁体３０が弁棒４０の周りに回転するので、弁座２５０と弁体３０の間の封止は破られる。弁体３０は耐食性および力学的性質を備えたエクステンデッドグレード（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｇｒａｄｅ）の複合材料で製造されている。弁座２５０はエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などのエラストマーであってもよく、以下で説明するように一次シールおよび二次弁箱分割シールを形成する。弁体３０は弁棒４０に固定して接続され、弁棒４０に関する実質的な中心軸の周囲を回転する。弁体３０は射出成型法を使用して製造されてもよく、弁棒４０は弁操作時のさまざまな力に耐えるようにステンレス鋼であることが好ましい。

上記のように、円形部２１３の外面はＯリング５５を支えて、フランジシールに接続された管路を提供する。同様に、円形部２２３もＯリング５５を支えて、フランジシールに接続された管路を提供する。２つのＯリング５５は同様に構成され、追加のフランジシールを必要としないで、差し込みフランジおよびｂｕｒｄｅｌフランジを含む広い範囲のフランジ接続を可能にする。

図３は、図１に示すように第１の弁箱半体２１０を第２の弁箱半体２２０に接続するのに使用されるクランプ５０を含む構成部品を示す側面分解図である。前述のように、クランプ５０は弁筺体２０の周縁に間隔を置いて配置される。弁の寸法によって、クランプ５０の数量および間隔は変化してもよい。それぞれのクランプ５０は少なくとも２つの部分により画定される。すなわち、第１のクランプ半体５０ａおよび第２のクランプ半体５０ｂである。それぞれのクランプ部分には、弁体３０に向かって曲がる縁曲端５２ａを有する延長腕５１ａまたは弁体３０から離れるように外側に曲がる縁曲端５２ｂを有する延長腕５１ｂが含まれる。それぞれのクランプ半体５０ａ，５０ｂは、クランプ半体５０ａの縁曲端５２ａがクランプ突起部５４ａと、クランプ半体５０ｂの縁曲端５２ｂがクランプ突起部５４ｂと係合するように、結合される。たとえば、第１の弁箱半体２１０が第２の弁箱半体２２０に圧入されるとき、クランプ半体５０ａの延長腕５１ａの縁曲端５２ａは第２のクランプ半体５０ｂのクランプ突起部５４ｂと係合する。同様に、クランプ半体５０ｂの延長腕５１ｂの縁曲端５２ｂはクランプ半体５０ａのクランプ突起部５４ａと係合する。さらに、クランプの縁曲端５２ａと５２ｂの方向は弁箱２０の周縁でそれぞれのクランプ５０ごとに交互になる。特に、延長腕５１ａは弁体３０に向かって曲がる縁曲端５２ａを有する。クランプ半体５０ａと比較すると、隣接するクランプ半体５０ｃには、弁体３０から離れるように曲がる縁曲端５２ｃを有する延長腕５１ｃが含まれる。クランプ半体５０ｂには、弁体３０から離れるように外側に曲がる縁曲端５２ｂを有する延長腕５１ｂが含まれる。逆に、隣接するクランプ半体５０ｄには、弁体３０に向かって内側に曲がる縁曲端５２ｄを有する延長腕５１ｄが含まれる。このように、弁箱半体２１０，２２０の周縁で隣接するクランプは、弁体組立体２０１を弁筺体２０内に留めるクランプ機構を提供する交互に縁曲した延長腕を有する。

図４Ａは、第１の弁箱半体２１０、第２の弁箱半体２２０、および弁体３０と共に封止を生み出すように一体として内部に配置されたシール２５０からなる弁筺体２０の切り取り断面図である。シール２５０は、弁１０が閉位置にあるとき、弁体３０と係合する弁内面４３０を有する。弁座２５０は、一次分割シール部４１０および二次分割シール部４２０により画定される。Ｏリング５５は、弁１０が管路に接続されるとき、フランジの封止結合を提供する筺体円形部２２３の溝４４０内に配置されるように示されている。空洞２３１は弁箱半体２１０，２２０のそれぞれの中でそれぞれに成形された空洞により形成される。

図４Ｂは、一次分割シール部４１０および二次分割シール部４２０の構成をよりよく示す、弁筺体２０の横断面上面図である。特に、一次分割シール部４１０は、切り欠き部４１１を伴い全体で矩形の外形を有する。これらの切り欠き部４１１は、それぞれの弁箱半体２１０，２２０と係合し、シール２５０を適正な位置に固定する保持縁部を提供する。二次分割シール部４２０は実質的に三角形の外形を有し、突起部４１２を画定する。一次分割シール４１０の切り欠き部４１１と同様に、突起部４１２は弁筺体２０内のシール２５０に保持縁部を提供する。シール２５０を一次および二次シール構成両方で弁箱半体２１０，２２０内に配置することで、弁３０が開閉するときにシール２５０に加わる力は吸収される。従来の完全に分離する弁座挟み金におけるのと同様、管路のフランジが弁座の封止能力を弁棒に直接影響を与えない方法で、弁座は２つの弁箱半体の間に留め付けられる。このように第１の弁箱半体２１０と第２の弁箱半体２２０の間にシール２５０を保持することにより、フラッタリングは回避される。さらに、弁１０が真空用途で使用されるとき、シール２５０は接着された弁座のように作用する。したがって、二分割筺体構造を有する複合材弁は、弾性のある封止構成を提供し、腐食および非腐食環境での使用に低コスト、高強度、軽量の弁を提供する。

本発明は添付図面に示される本発明の実施形態に関連して説明したが、本発明はこの特定の実施形態に制約されるものではない。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、さまざまな代替、変形および変更がなされてもよいことは、当業者には明白であろう。

Claims (10)

1. 複合材でそれぞれ成形された第１および第２の弁箱半体であって、それぞれが実質的に均一な組成のものであり、二分割の弁箱を形成するように結合平面に沿って共に固定され、前記弁箱が流入通路および流出通路を有した、第１および第２の弁箱半体と、
   前記第１および第２の弁箱半体の間に配置された弁体組立体であって、弁体、および前記第１および第２の弁箱半体の結合平面にある縦軸を有する弁棒を有し、前記弁体が前記弁棒の周りで回転したときに、前記弁体が前記流入通路と前記流出通路との間の流路と交差するように面してその間の液体の通過を可能にする開位置、および前記弁体が流路に沿うように面して前記流入通路と前記流出通路との間の液体の通過を阻止する閉位置の間を前記弁体が移動するように前記弁棒は前記弁体の中心軸に沿った前記弁体内にある、弁体組立体とを含み、
   前記弁体が前記閉位置にあるときに前記結合平面は前記弁体の平面と平行であり、前記弁はさらに、前記弁体の外面と係合するように前記第１および第２の弁箱半体により形成された内面を覆う一次部分を有するシールを備え、前記シールは前記第１および第２の弁箱半体の内部かつ間に配置された二次部分を有し、前記一次および二次封止部分は前記筺体とのそれぞれの位置、および前記弁体との封止係合状態を保持するように構成され、
   前記第１の弁箱半体は、前記第１および第２の弁箱半体の周りに配置された複数のクランプを介して前記第２の弁箱半体と結合され、
   前記クランプのそれぞれは第１および第２の部分で画定され、それぞれの前記部分は延長腕および突起部を有し、前記第１の部分は前記弁体に向かって曲がった湾曲端を備えた延長腕を有し、前記第２の部分は前記弁体から離れるように曲がった湾曲端を備えた延長腕を有し、前記第１および第２の部分の前記湾曲端のそれぞれは前記延長腕が曲がることにより前記第１および第２の部分のそれぞれの突起部と係合するように構成された、複合材バタフライ弁。
2. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記弁棒は、前記弁体を回転させるための機構を受けるようになされた第１の端部を含む、複合材バタフライ弁。
3. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記第１の弁箱半体は、剛性をもたらすために前記弁箱内に点在した複数の空洞を含む、複合材バタフライ弁。
4. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記シールの前記一次部分は、第１および第２の切り欠き部を備えた実質的に矩形の形状を有し、前記第１の切り欠き部は前記第１の弁箱半体内に配置され、前記第２の切り欠き部が前記第２の弁箱半体内に配置された、複合材バタフライ弁。
5. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記シールの前記二次部分は、前記シールの前記一次部分から離れるように延びた実質的に三角形の形状を有した、複合材バタフライ弁。
6. 請求項２に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記弁棒は、前記弁体を通って前記弁箱の下部へ延びる第２の端部を有した、複合材バタフライ弁。
7. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記第１の弁箱半体及び前記第２の弁箱半体のうちの少なくとも１つは、前記弁体を受けるための実質的に円形の部分を含み、前記１つの弁箱半体は、前記円形部分に沿って配置された溝であって、Ｏリングを受けるように設けられた、溝を有し、前記Ｏリングは、接続された管路に関連したフランジ部との封止をもたらす、複合材バタフライ弁。
8. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記弁体は、複合材で形成された、複合材バタフライ弁。
9. 請求項１に記載の複合材バタフライ弁において、
   前記複合材は、無機充填材が最大６０％含まれた、複合材バタフライ弁。
10. 請求項８に記載の複合材バタフライ弁において、
    前記弁体は、短繊維複合材の内核および耐久性の高い長繊維複合材の外層で形成された、複合材バタフライ弁。

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