JP5457838B2 - チューブ端バタフライ流量調節及び閉止バルブ - Google Patents

Description

本発明は概してバルブに関し、特にバタフライバルブに関する。

従来のバタフライバルブはパイプ部を通して流れる流体の流量を管理するのに用いられる一種の流量制御装置である。典型的なバタフライバルブは、中空円筒形のハウジング、平坦で円形のバルブ板及び回転可能な軸を含む。そのバルブ板は、円筒形のハウジングの長さ方向の中間点においてハウジング内に配設され、回転可能な軸の下部に固定されている。回転可能な軸の上部は、アクチュエータに結合されている。操作中に、アクチュエータの動きがバルブ板に伝達される。アクチュエータが動くにつれて、バルブ板はハウジング内でバルブを通して流れる流体の流れ方向に垂直から平行まで如何なる回転方向にも位置決めされる。バルブ板が流体の流れ方向に垂直であるときは、バルブは閉であり、流体はバルブを通して流れないように制限される。対照的に、バルブ板が流体の流れ方向に平行であるときは、バルブは全開であり、バルブを通る流体の流れは最高値にある。バルブ板を垂直位置と平行位置との間で動かすことにより、バルブは部分的に開とすることができ調節された流体流れを提供することができる。

従来のバタフライバルブは、結果的に漏れ流量は多くなるが、バルブ板と流路との間を隙間嵌合として摩耗を避けるか、又はバルブ板と流路との間を接触させる。バルブ板とハウジングの両方とも半径方向の剛性は高いので、隙間が小さすぎる嵌合のバタフライバルブは高い作動力を要し、どの接触点においても高摩耗率及び／又はかじりの危険性を高める（本明細書中で「及び／又は」というときは、少なくとも一方を意味する）。接触面の高摩耗率は、バルブが閉の位置で望ましくない漏れという結果をもたらす。摩耗したバルブ板を交換し、さらなる漏れを防ぐために、バルブ軸をはずしてバルブ板にアクセスする。バルブ軸をはずすということは、しばしば骨の折れる時間のかかる仕事であり、それ故に摩耗したバルブ板の交換作業は困難な冗長なプロセスとなり得る。

ほとんどのバタフライバルブは、特に定格作動圧が高いバタフライバルブは、例えばボールバルブなどと比較して幾分低流量（即ちC_v レート）（Ｃｖは流量係数）のものとしても知られている。それは、流路がバルブ板と軸により幾分ふさがれるからである。流量（単位時間当たり流量）が低くても、所与の応用に対して比較的大きなバルブを要することがしばしばあるが、それはコスト、利用できる空間、及び利用できる作動トルクから見て実用的ではないかもしれない。

さらに標準のバタフライバルブはバルブ板を特に閉位置から開位置に動かすのに高作動トルクを要することがある。そのような高作動トルクは、例えばバルブ閉位置の高い着座力、バルブ板とハウジングの間の金属かじり、アクチュエータの動力が無くなったとき閉位置にバルブを付勢するに必要な高いバネ予負荷、流れに誘引される高トルク等によるものである。高い作動トルクを要する結果として、バルブの開閉により大きな又よりコストのかかるアクチュエータを使わなければならない。

標準のバタフライバルブはバルブ板を越えて両側に延在する流路を有する。それ故に、流れ誘引トルクを減じるためにバルブ板と軸組立体に対する幾何学的な変更をしようとすると、それはバルブがいかなる位置にあるときも、流路の直径の内側の位置に限定される。これらの変更は、流れ誘引トルクの最小限の減少をもたらすだけであり、全開状態のバルブの流れ面積を減少させ得る。

よって、摩耗と漏洩に抗し、前方向と逆方向の両流れ方向においてサイズと寸法に対して模範的な流量（単位時間当たりの流量）を提供し、開位置と閉位置との間で動くのに低作動トルクを要するだけのバタフライバルブが望まれているのが分かる。本発明はそのようなバタフライバルブを提供する。本発明の利点は、発明の付加的な特徴と共に、ここに提供する発明の詳細な説明から明らかとなろう。

一つの態様では、バタフライバルブは流路を有するバルブ本体と、バルブ軸組立体と、バルブ板と、チューブとを有する。バルブ軸組立体は、空間をあけて対向する位置関係にある第一の軸部と第二の軸部と、第一の軸部と第二の軸部の間の中間部と、バルブ軸組立体に固定された支持板を備える。第一の軸部と第二の軸部は、バルブ軸組立体をバルブ本体に回転可能に結合する。中間部材は、流路と流体的に連通するチャンバーを形成する。支持板は、バルブ閉位置において流路を通る流体流れの方向にほぼ垂直になるようにチャンバー内に配設される。バルブ板は、支持板に固定される。バルブ板は、平坦な内部部分と、当該内部部分の半径方向外側のフランジとを有する。フランジは、支持板から離れる方向に向いている。チューブは流路内に配設され、バルブ軸から離れた位置のバルブ流路の一端においてハウジングに付着物して始まり、バルブ軸の中心線に近い位置まで延在する。その中心線に近い位置でチューブはバルブ板フランジの一部をおおって摩擦適合又は隙間適合状態にある。

別の態様においては、バタフライバルブはバルブ本体と、バルブボンネットと、バルブ軸組立体と、バルブ板とチューブを備える。バルブ本体は流路と、バルブボンネット孔と凹所を形成する。バルブボンネット孔は、流路を横断する方向に形成され、凹所とは空間をあけて対向する位置関係にある。バルブボンネットはバルブボンネット孔内に配設され、バルブ軸孔を含む。バルブ軸孔は凹所と同芯である（軸方向に整合する軸線を有する）。バルブ軸組立体は、第一の軸部と第二の軸部とを、空間をあけて対向する位置関係で含み、中間部材と支持板とを含む。第一の軸部は、軸孔中に回転可能に延在し、第二の軸部は凹所内に回転可能に位置づけられている。中間部材は、第一と第二の軸部の間に配設され、それを貫通するチャンバーを有する。支持板は、バルブ閉位置において流路を通る流体流れの方向にほぼ垂直になるようにチャンバー内に配設される。バルブ板は支持板に固定される。バルブ板は、平坦な内部部分と、当該内部部分の半径方向外側のフランジとを有する。フランジは、支持板から離れる方向に向いている。チューブは、流路内に配設され、流路と摩擦嵌合されあるいは流路にしっかり留められており、フランジの少なくとも一部をおおって摩擦適合をしている。そのように、支持板の丸められた部分（丸み部分）とバルブ板の対応部分はバルブを開位置に置くようにチューブ内に向かって回転可能であり、またバルブを閉位置に置くようにチューブから外に向かって回転可能である。

さらに他の態様では、バタフライバルブ軸組立体は、ボールバルブハウジングと共に使用するように提供される。バタフライバルブ軸組立体は、第一の軸部と、第二の軸部と、中間部材と、支持板と、バルブ板とを備える。第二の軸部は、第一の軸部とは空間をあけて対向する位置関係にある。中間部材は、第一と第二の軸部の間にあり、それを貫通するチャンバーを有する。支持板は、バルブ閉位置において流路を通る流体流れの方向にほぼ垂直になるようにチャンバー内に配設される。バルブ板は、支持板に固定される。バルブ板は、平坦な内部部分と、当該内部部分の半径方向外側のフランジとを有する。フランジは、支持板から離れる方向に向いている。

本発明の他の態様、目的および利点は、添付図面を併せ参照することにより後続の詳細な説明からさらに明らかになるだろう。

明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図は、本発明のいくつかの態様を説明し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに使われる。

本発明の教示に従って構成されたバタフライバルブの代表的な実施の形態の側面斜視部分断面図である。 図１のバタフライバルブの他の側面斜視部分断面図であり、閉位置にあるバタフライバルブを示す図である。 図１のバタフライバルブに使用するように構成されたバルブ軸組立体とバルブ板の分解図である。 図１のバタフライバルブの一部断面図であり、図３に示したバルブ板上のフランジ付きチューブの係合関係に注目した図である。 図１のバタフライバルブの背面斜視部分断面図であり、開位置にあるバタフライバルブを示す図である。 図３のバルブ軸組立体とバルブ板の側面立面図であり、本発明の教示に従って、楔又はステップがバルブ板と係合しており、バルブ軸組立体に固定されている状態を示す図である。 図６のバルブ軸組立体の平面断面図であり、７−７線に沿って断面され、楔又はステップの方向を軸組立体とバルブ板に関して相対的に示す図である。 図１のバタフライバルブの背面斜視部分断面図であり、中実のバルブ板と楔又はステップの流れゲイン機能を助けるために付加された付加材を有する場合を示す図である。 図８のバルブ軸組立体の側面断面図である。 図９の反対側の図８のバルブ軸組立体の側面断面図である。 図８のバルブ軸組立体の正面断面図である。 図８のバルブ軸組立体の背面図である。

本発明は、ある好ましい実施の形態と関連付けて説明されるが、それら実施の形態に限定する意図はない。反対に、意図するところは、全ての代替物、変形、均等物を、特許請求の範囲に定義されているように本発明の精神と範囲内に含まれるものとして、カバーすることである。

ここで説明するバタフライバルブは、摩耗と漏洩に抗することができ、前方向と逆方向の両流れ方向においてサイズと寸法に対して模範的な流量を提供し、開位置と閉位置との間で動くのに要する作動トルクが低い。

図１と図２を参照して説明すれば、バタフライバルブ１０はバルブ本体１２と、バルブ軸組立体１４と、バルブ板１６と、チューブ１８を備える。バルブ本体１２は、好ましくは、高強度で概して流体不浸透性の材料、例えばステンレス鋼、合金鋼、アルミニューム、プラスチック、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成する。種々の実施の形態では、バルブ本体１２は、ウエハハウジング、ラグハウジング、フランジ付きハウジング及び二重フランジ付きハウジングのうちの一つである。

図１に示すように、バルブ本体１２は、バタフライバルブ１０の第一の端部２０にパイプ結合部材２０を、そして第二の端部２４に他のパイプ結合部材２０を含む。パイプ結合部材２０は、概して、バタフライバルブ１０のバルブ本体１２が、パイプ（不図示）に固定され及び／又はそれと整合して配置されることを可能にする。図示のように、パイプ結合部材２０は周方向に間隔を空けて全周に配置された、半径方向フランジ２８を貫通して形成された複数の孔２６を含む。パイプ結合部材２０は、好ましくは、バルブ本体１２と一体的に形成される。当業者は、バルブ本体１２をパイプに取り付ける各種の他の手段と方法が用いられ得ることを認識するであろう。

さらに図１を参照すれば分かるように、バルブ本体１２は流路３０を画成し（define）、流路３０を含む。図示の実施の形態では、流路３０は、バルブ本体１２を通って貫通しバタフライバルブ１０の第一の端部２２から第二の端部２４まで延在する、概して円筒形状の流路である。流路３０は、それを通して流体の流れを収容するように形成される。バタフライバルブ１０の特別の応用次第で、流体はガス、液体、それらの混合物であり得る。そのようなガスや液体は、例えば、ガス状の燃料、液体状の燃料、水あるいはそのようなものを含み得る。

バルブ本体１２は、凹所３２とバルブボンネット孔３４も含む。凹所３２は概して、バルブ本体１２に形成された円筒形の空洞である。凹所３２とバルブボンネット孔３４は、概して流路３０を横切るように形成されており、互いに空間をあけて対向する位置関係にある。バルブボンネット孔３４は、バルブ本体１２を貫通しており、結果として、概してバルブボンネット３６によって占拠され、及び／又は、バルブボンネット３６で埋められている。バルブボンネット３６は、バルブボンネット孔３４内に、例えばネジ付き部材を用いて、しっかりと固定できる。バルブボンネット３６はバルブ軸孔３８を含み、バルブ軸孔３８は概して流路３０を横切るように形成され、凹所３２と同芯である。

図３に最もよく示されているように、バルブ軸組立体は第一の軸部４０と、第二の軸部４２と、中間部材４４と支持板４６とを含んで構成される。第一と第二の軸部４０、４２は、空間をあけて対向する位置関係にあり、概して、互いに同芯である。図１と図２に戻って説明する。第一の軸部４０はバルブボンネット３６の軸孔３８に入り込んで延在し、第二の軸部４２は凹所３２内に置かれる。肉薄で、中空で、円筒形のスリーブ軸受（不図示）が典型的には 第一と第二の軸部４０、４２の一方又は両方にかぶせて嵌めこまれており、その軸受は軸部とバルブ本体１２との間に挿入された状態になっている。第一と第二の軸部４０、４２は、軸孔３８と凹所３２のそれぞれに作動可能に係合しており、バルブ軸組立体１４がバルブ本体１２と流路３０とに対して相対的に回転できるようになっている。その点で、第一の軸部４０は、アクチュエータ４８に作動可能に結合することができる。アクチュエータ４８は、例えばハンドル、電動機駆動アクチュエータ、ニューマティックアクチュエータ、及びその同類のものとすることができる。

中間部材４４は、概して、第一と第二の軸部４０、４２の間に挿入され、それらを合わせて結合する半球状の材料片、即ちアルファベットのＣの形状の材料片である。図１に示されるように、中間部材４４は、典型的なボールバルブに見出されるボールに類似の（しかし同じではない）ボールの一部に似ている。中間部材４４は、好ましくは、第一と第二の軸部４０、４２と一体に形成される。中間部材４４は、第一と第二の軸部４０、４２の回転に伴ってバルブ本体１２の中で回転する。図３に示されるように、中間部材４４は、軸組立体１４の中のチャンバー５０を形成する。チャンバー５０は、概して、流路３０と流体的に連通している。

さらに図３を参照して分かるように、支持板４６は中間部材４４のチャンバー５０内にしっくりと抱かれて示されている。そのような構成において、支持板４６は、概して、第一と第二の軸部４０，４２の間に位置づけられている。支持板４６は、好ましくは、第一と第二の軸部４０、４２に近接して中間部材４４に結合されている。一つの実施の形態では、支持板４６は、一以上の支持ウエブ（支持梁）５２により支持されている。支持ウエブ５２は、支持板４６の裏側５４と中間部材４４の前側面５６との間に延在して構造的な支持を提供する。好ましくは、支持板４６と支持ウエブ５２は、それぞれ中間部材４４と一体に形成される。

図３に最もよく示されているように、支持板４６は、不規則な形状すなわち多角形の部分（多角形部分）５８及び丸みをおびた部分（丸み部分）６０の両方を有する概して平坦な部材である。図示のように、多角形部分５８は、第一と第二の軸部４０、４２の方向に向かって、丸み部分６０よりもさらに垂直に延在している。言いかえれば、丸み部分６０は多角形部分５８に比べて幾分切り詰められて、バルブ軸組立体１４の中でスロット領域６２を形成している。支持板４６は、前側６６に形成された複数の凹所６４を含む。凹所６４は、ネジ付き部材（例えば、ボルト、ネジ等）を受容し、保持することができるように、好ましくはネジが切られている。

バルブ板１６は、概して円形の部材である。図４に最もよく示されているように、バルブ板１６は平坦な内部部分６８と、平坦な内部部分の半径方向外側にあるテーパ付きの厚さ部７０、及びテーパ付きの厚さ部の半径方向外側にあるフランジ７２を有する。図示のように、フランジ７２は、支持板４６から概して離れる方向に向いている。フランジ７２は、支持板４６に向かう方向に向いていてもよい。テーパ付き厚さ部７０とフランジ７２は、合わさって凹面のキャビティー７４を形成する。一つの実施の形態では、フランジ７２は突出部７６を含み、突出部７６は、フランジから半径方向外側方向に延在し、フランジ回りの周方向に延在し、第一と第二の軸部４０、４２の中心線と概して同一平面にある。一つの実施の形態では、突出部７６は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）或いはエラストマーのようななじみやすい（柔軟な）材料で作られる。フランジ７２は、好ましくは、半径方向内側と半径方向外側の両方向に偏向可能である。これらのオフセット寸法は、全閉位置にあるバルブ１０を横切る圧力差により誘引されるトルクを変えるのに使うことができる。

図３に示すように、バルブ板１６の平坦な内部部分６８は、複数の孔７８を含む。 孔７８は好ましくは支持板４６の凹所６４と同芯とする。そのようにして、ネジ付き部材８０は孔７８を貫通することができ、凹所６４に螺合して、支持板４６にバルブ板１６を固定することができる。このようにして固定するとき、バルブ板１６は概して支持板４６と共通の軸線を有する。一つの実施の形態では、支持板４６の丸み部は概して、バルブ板１６の半径よりも小さい半径を有する（即ち、バルブ板１６の外周８２は支持板４６の丸み部の外周８４よりも半径方向外側に延在している）。一つの実施の形態では、バルブ板１６と支持板４６（またはバルブ軸組立体１４の他の構成部品）は互いに一体で形成することもできる。

図１と図２に戻って説明する。チューブ１８はバルブ本体１２の流路３０内に配設される。チューブ１８は概して中空の薄肉の円筒である。図示のように、チューブ１８は軸組立体１４の中心線近傍から始まり、バルブ本体１２の第一の端部２２に向かって、バルブ板１６と支持板４６から遠ざかる方向に向かって延在している。チューブ１８は、流路３０に摩擦嵌合（即ち締り嵌合、圧力嵌合等）しており、及び／又は、流路にしっかりと保持されている（例えば、バルブ本体１２と一体形成されていてもよい）。一つの実施の形態では、チューブ１８は、バルブ軸組立体１４とは反対側の端部においてチューブに一体となった外側に向いたフランジを、流路の外径にねじ込まれた中空のリングを使って保持することによって流路３０に据え付けられる。このようにして、チューブ１８はバルブ本体１２の流路３０内に固定される。チューブ１８は、フランジ７２の少なくとも一部及び／又は突起７６の上に摩擦適合、あるいは隙間適合してもよい。一つの実施の形態では、フランジ７２の少なくとも一部及び／又は突起７６の上に適合する端部において、チューブの内径は面取り又は丸み１００（図４参照）が付加されており、フランジ７２及び／又は突起７６がチューブの端部を損傷することなく通りすぎて動くのを可能にしている。

チューブ１８（又はフランジ７２に近接したチューブの少なくとも一部）は、好ましくは、バルブ１０が図５に示されるような開位置に、又は図１に示されるような閉位置にあるとき、半径方向内側及び半径方向外側の両方向に偏向可能（即ち、なじみやすい）である。それ故、開位置にあるバルブ１０で、チューブ１８は流路を通る流体流れの方向を横切る断面が長円形（例えば楕円形）になるように偏向可能であり、それによって、フランジ７２及び／又は突起７６とチューブ１８との間の接触力を低減する。ここで流体の流れ方向は図１において矢印８６で示されている。さらに、閉位置のバルブ１０では、チューブ１８とフランジ７２及び／又は突起７６の両方とも、バルブを横切る前後の差圧力に応じて半径方向に偏向する。好ましい実施の形態では、チューブ１の半径方向の柔軟性は、フランジ７２の半径方向の柔軟性と同等及び／又は釣り合っている（ほぼ等しい）。そのようにして、二つの構成部品は、バタフライバルブ１０前後の差圧力が変化したときでも、シール接触圧力の一定性を促進し、又低いアクチュエータトルクで済むようにすることができる。

チューブ１８は偏向性を有するので、種々の状況である利点を実現できる。例えば、チューブ１８が丸く作られ、バルブ１０が部分開あるいは全開のとき、チューブ１８とバルブ板１６のフランジ７２は長円形に変形し、接触圧を低減し、それ故、摩耗率を低減することができる。さらなる実例として、チューブ１８は、わずかに楕円形すなわち長円形に製作して、バルブ１０が開のときチューブ１８がバルブ板１６に接触しないようにすることもできる。しかしながら、バルブ１０が閉のとき、チューブ１８は強制的に円形にされて、円形のバルブ板１６に係合して、バルブ１０は円形のチューブが使われたときと同様にシールされる。

バルブ板１６とチューブ１８の各々は、耐侵食性の及び／又は耐腐食性の材料或いは化合物、例えば火炎スプレーのカーバイドコーティング、硬質クロムメッキ、及び同類の材料で、コーティングすることができる。そのような、耐侵食性の及び／又は耐腐食性の物質は、バルブ板１６及び／又はチューブ１８に適用するときは、部品の使用寿命を延ばす。結果として、バルブ板１６及びチューブ１８は、処理しないバルブ板やチューブほど頻繁に交換する必要がない。

図１に示されるように、チューブ１８とバルブ板１６の両方は、バルブ本体１２の第一の端部２２を介してアクセスすることができる。それ故、チューブ１８及び／又はバルブ板１６が交換を要するならば、バルブボンネット３６をバルブ本体から取り外すことなく、それらはバルブ本体１２から容易に取り出すことができる。例えば、第一の端部２２に近接したパイプ結合部２０は、チューブ１８とバルブ板１６を露出するために、パイプ（不図示）から取り外すことができる。カバーされていないチューブ１８は、チューブをその場所に保持する摩擦嵌合よりも強い力を加え及び／又は取り付け部品を除くことにより、流路３０から抜き出すことができる。その後、バルブ板１６を支持板４６に固定しているネジ付き部材８０外に抜き取り、二つの部品の係合を解くことができる。それから、結合を解かれたバルブ板１６は流路３０から抜き出すこともできる。摩耗した部品を取り除いて、新しいバルブ板１６を、ネジ付き部材８０により支持板４６に固定することがでる。また、必要であれば、新しいチューブ１８を流路３０中に、またフランジ７２及び／又は突起７６にかぶせて、嵌合することができる。

操作中には、図１に示すようにバタフライバルブ１０が閉位置にあるとき、方向矢印８６によって示されているような流れ方向に対してバルブ板が垂直となるように、概してバルブ板１６は流路３０中で方向付けられている。加うるに、突部７６がチューブの内側にあり且つチューブと係合するように、フランジ７２は好ましくはチューブ１８の中に突出し延在している。この配置で、突部７６はチューブ１８に着座しており、シールを促進する。閉位置では、流体は流路３０を通して流れることを防止され及び／又は制限される。

アクチュエータ４８を用いて、バタフライバルブ１０は閉位置と開位置との間を移行することができる。開位置は図５に示す通りである。第一の軸部４０と結合したアクチュエータ４８は、全開と全閉位置との間で、好ましくは９０度と等しいかわずかに小さい角度だけ回転する。またアクチュエータ４８がハンドルであるときは、該ハンドルの位置はバルブの状態を示す。例えば、ハンドルがバルブ本体１２に平行であるとき、バタフライバルブ１０が開位置にあり、ハンドルがバルブ本体に直角であるとき、バタフライバルブは閉位置にあるように、ハンドルをセットすることができる。

バルブを全開の位置に置くために、支持板４６の丸み部分６０とバルブ板１６の対応部分は、アクチュエータ４８を使ってチューブ１８の中に回転して入り込む。同時に、中間部材４４は、回転して流路３０から外に出る。結果として、流体は流路３０を通って、前方に或いは逆方向に流れることができる。またバルブ板１６、支持板４６及び支持ウエブ５２は、概して、流路に平行に方向づけられる。そのときその流路には、バタフライバルブ１０が全開位置にある際に流路を塞ぐ断面積が小さいわずかな数の部品の肉厚があるだけである。そうであるから、流路を通る圧力低下は最小限であり、バタフライバルブの流路面積は高く維持できる。さらには、高い流路面積が前方向（第一の端部２２から第二の端部２４への方向）と逆方向（第二の端部から第一の端部への方向）の両方向に存在する。一つの実施の形態では、前方向と逆方向の流れはほぼ等しい。

バタフライバルブ１０が全開位置（又は部分開位置）にある際、流体が流路３０を流れると、チューブ１８とフランジ７２の各々は、バタフライバルブ１０内にある種々の圧力や力に応答して、半径方向内側や半径方向外側に偏向することができる。 既に説明したように、チューブ１８が円形に作られて、バルブ１０が部分開又は全開であると、チューブ１８とバルブ板１６のフランジ７２は長円形に偏向して、接触圧力を低減し、それ故に摩耗率を低減することができる。同様に、チューブ１８が僅かに楕円形すなわち長円形に作られ、バルブ１０が開であると、チューブ１８はバルブ板１６に接触せず、バルブ１０が閉であると、チューブ１８は強制的に円形にされ、円形状のバルブ板１６と係合する。それ故に、バルブ１０は円形のチューブが用いられたときと同様にシールできる。このことは、結果的に、バタフライバルブ１０がさらに効率的に流体を調節する（meter）のを可能にする。

一つの実施の形態では、バルブ軸組立体１４の第一の軸部４０は、偏向部材８８に駆動可能に結合している。偏向部材８８は、図２に単純化した形態で示されている。 図２ではバルブボンネット３６上に示されているが、偏向部材８８は、バルブ軸組立体１４に沿って、またそれと一体的に形成され、いかようにも位置決めできる。偏向部材８８は、バルブ軸組立体１４に偏向力を与えて、バタフライバルブ１０が特別の状況下で閉位置に向かって駆動されるようにする装置である。一つの実施の形態では、偏向部材８８（例えば、バネ）は、あらかじめ負荷がかけられ、バタフライバルブ１０のフェイルセーフの安全装置として作動する。もしアクチュエータ４８の動力が喪失したとき、偏向部材８８は、バタフライバルブ１０に閉方位置に向かう力を加えて流路３０を通る流体の流れを制限する。代わりに、偏向部材８８は、バタフライバルブ１０を全開位置に向けて駆動してもよい。

図６及び図７に示すように、一つの実施の形態では、楔９０がバルブ軸組立体１４に組み込まれている。楔９０は、バルブが全開のときの類似全流量面積に到達するまでの間、低バルブ開度において流れ面積を低減するのに用いられる。図示のように、楔９０はバルブ板１６に対して配設されており、支持板４６に作動可能に固定されている。そのように、バルブ板１６の一部は覆われており、見えていない。楔９０は複数の孔９２を含み、該楔はネジ付き部材８０（図３参照）を収容できる。ネジ付き部材８０が支持板４６の凹所６４にねじ込まれるとき、楔９０はバルブ板１６と強制的に係合され、支持板４６に固定される。図７に最もよく図示されているように、楔９０は、バルブ板１６上のフランジ７２と楔が互いに接触しないようにする切欠き９４を含む。

楔９０は、バタフライバルブ１０に一以上の利点をもたらす。例えば、楔９０は、バタフライバルブ１０を通る流体流れの一層正確な調節を可能とする。なぜなら、該楔は、アクチュエータ４８がバルブを閉め始めるときチューブ１８に急速に入り始めるからである。加えるに、楔９０はバルブ１０がほとんど閉位置にあるとき、流れ利得（即ち、バルブ開度対流れ増加の割合（流れ増加／バルブ開度））を低減する。楔９０はチューブ１８の端部を越えているので、バルブが開のとき流路は楔９０の回りで外側に向かって動き得る点に注目されたい。 バルブ板１６とチューブ１８との関係では、楔９０はバルブ本体１２からバルブボンネット３６を取り外さなくても、現場で交換可能である。

さらなる実施の形態では、バルブ板１６はフランジ７２無しの、また半径方向に剛である固い板を備える。ここで図８〜図１２を参照すると、固い（中実の）板１１０はリップ（唇状材）１１２を有する。リップ１１２は好ましくは、チューブの内側にあり且つチューブと係合するように、チューブ１８中に突出し、延在する。この配置においては、リップ１１２はチューブ１８に対して着座しシールを助ける。閉位置では、流体は流路３０を通って流れるのを妨げられ、及び／又は制限される。一つの実施の形態では、リップ１１２の外側縁の面は、軸組立体の回転中心線１１４と同一平面にあり（図１０参照）、軸組立体の中心線１１４はリップ縁を二分する。チューブの柔軟性故に、軸組立体中心線１１４が、支持板４６の面１１６から非常に小さい距離にあることが可能となる。該オフセットの寸法は、バルブ１０が全閉位置にあるとき、バルブ１０前後の差圧により誘引されるトルクを変えるのに使うことができる。

一つの実施の形態では、楔９０の流れ利得作用は、中間部材４４のチャンバー５０を部分的に満たすために軸組立体に材料を加えることにより、補助され、あるいは実現される。他の実施の形態では、楔の近傍位置で、しかしチューブ１８の直径の外側で、軸組立体に材料を加えることにより、補助され、あるいは実現される。さらなる実施の形態では、流れ誘引トルクは、楔の近傍位置で、しかしチューブ１８の直径の外側で、軸組立体に材料を加えることにより、従来のバタフライバルブを越える大きさのオーダーで低減される。一つの実施の形態における楔の近傍位置の材料は、中間部材４４の外側本体にあるアーチ形状の延長材１２０である。

以上のことから、当業者は、バタフライバルブ１０が公知のバルブに対して重要な利点を有することを認識するであろう。例えば、バタフライバルブ１０ではチューブ１８とバルブ板１６上のフランジ７２の半径方向の柔軟性により着座トルクが低い。チューブ１８とフランジ７２の半径方向の柔軟性は、バルブ１０前後の差圧に対応して釣り合うので、前方向と逆方向の両方向において漏洩が低く維持される。またチューブ１８を偏向可能とすることによって、チューブのバルブ板に対する摩耗が低減する。特にバタフライバルブ１０が部分開あるいは全開の位置で振動するようなときに摩耗が低減する。加えるに、薄い支持ウエブ５２、バルブ板１６及び支持板４６によって形成された小さい障害物断面積が流路中に残るだけなので、バタフライバルブ１０は、他の公知の高圧バタフライバルブよりも、前方向と逆方向の両方向において、大きい流路面積を提供する。

全閉位置にあるバルブ１０において、軸組立体１４上の表面の付加がチューブ１８の外部の位置にあるということは、同様な寸法の公知のバルブを開閉するに要するアクチュエーショントルクに比べて、低いアクチュエーショントルクで済むということを意味する。大きい全開流路面積あるいはＣｖレーティング（Ｃｖは流量係数）により、所与の流量（単位時間当たりの流量）に対して小さいバルブ寸法の使用を可能とし、よって、比較的小さいバルブ寸法となるので比較的小さいアクチュエーショントルクで済む。さらに、チューブ１８とバルブ板１６はバルブボンネット３６を外すことなく現場で容易に交換できるので、このバタフライバルブ１０は、例えば腐食性の又は侵食性の処理流体が絞り調節され減圧されるような、チューブとバルブ板の摩耗率が高い用途に特に適している。好ましくは、チューブ１８とバルブ板１６の両方とも、過度のコストをかけることなく保護材料でコーティングすることができ、低コスト材料で製作され、定期的に交換することができるようにする。チューブ１８の長さは、バタフライバルブ１０がウエハ型ハウジング内に収納することができるように、十分に短くすることができる。

さらに、当業者が気付くだろうように、バルブ軸組立体１４は標準のボールバルブハウジング中に据え付けることができるように形成されている。言いかえれば、バルブ軸組立体１４とチューブ１８は、ボールバルブハウジングに最小限の変更をするだけで、既存のボールバルブ中に改造取り付けすることができる。好ましくは、バルブ軸組立体１４は従来のバルブと比較するとき高い剛性を有する。そのことは、バタフライバルブ１０が、従来のバルブに比較して、所与の流路面積レーティングに対してより高い圧力において作動することを可能とする。さらには、チューブ１８とバルブ板１６の間の、より低い接触力は、金属かじりや固着無しにより高い温度で作動することを可能とする。 さらに、閉状態のバルブ接触の局所的領域内の、出来上がったチューブ１８とバルブ板１６の表面の遮られることのない直径は、従来のバタフライバルブよりもずっと低い、閉状態のバルブの漏洩量を可能とする。

本発明の説明に関連して（特に以下の請求項に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限らない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。

本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読めば、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。

Claims (28)

1. 流路を有するバルブ本体と；
   空間をあけて対向する位置関係にある第一の軸部と第二の軸部と、前記第一の軸部と第二の軸部との間にある中間部材と、支持板とを有するバルブ軸組立体であって、前記支持板は前記バルブ軸組立体に固定されており、前記第一と第二の軸部は前記バルブ軸組立体を前記バルブ本体に回転可能に結合しており、前記中間部材は前記流路と流体的に連通するチャンバーを形成しており、前記支持板はバルブ閉位置において前記流路を通る流体流れの方向にほぼ直角になるように前記チャンバー内に配設されたバルブ軸組立体と；
   前記支持板に固定されたバルブ板であって、該バルブ板は内部部分と前記内部部分の半径方向外側のフランジとを有し、前記フランジは前記支持板から離れる方向に向いているバルブ板と；
   前記流路内に配設されたチューブとを備え；
   前記中間部材は、バルブをバルブ開位置に置くために、前記バルブ板が前記チューブの中に回転して入り込むとき、同時に回転して前記流路から外に出るように構成された；
   バタフライバルブ。
2. 前記中間部材は、前記第一の軸部と前記第二の軸部の間に挿入され、前記２つの軸部を合わせて結合するアルファベットのＣの形状の材料片である、請求項１に記載のバタフライバルブ。
3. 前記チューブは、前記流路の一方の端部方向で、前記軸に対して空間をあけた位置関係で、ハウジングに付着した部分で始まり、前記チューブは前記バルブ板の一部をおおうように摩擦適合又は隙間適合された、前記軸組立体の中心線の近傍の位置まで延在する、請求項１又は請求項２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記バルブ板は前記内部部分の半径方向外側で前記フランジの半径方向内側のテーパ付き厚さ部を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
5. 前記バルブ板は全閉位置と全開位置との間で約９０度回転可能な、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
6. 前記第一と第二の軸部と、前記中間部材と、前記バルブ軸組立体の前記支持板は、一体的に形成されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
7. 前記バラフライバルブは、開位置にあるとき、前方向と逆方向の両方の流れ方向において等しい流れ面積を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
8. 前記チューブと前記フランジは各々、前方向と逆方向の流体圧力差に関して半径方向に偏向可能に構成され、前記チューブと前記フランジの前記半径方向の偏向は互いにほぼ等しい、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
9. 前記支持板の円形部は前記バルブ板の半径よりも小さい半径を有する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
10. 前記バルブ軸組立体はさらに、前記支持板と前記中間部材の間に挿入配置された、少なくとも一つの支持ウエブを含み、前記少なくとも一つの支持ウエブは前記中間部材と一体的に形成されている、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
11. 前記バルブ板は孔を含み、前記支持板はネジ付き凹所を含み、前記バルブ板は、前記孔を通して前記ネジ付き凹所内にねじ込まれるネジ部材により、前記支持板に固定された、請求項１乃至請求項１０いずれか１項に記載のバタフライバルブ。
12. 前記チューブは、前記流路を通る流体の方向を横切る長円形の断面を有するように、偏向可能な、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
13. 流量低減メカニズムとしての楔が前記バルブ軸組立体に固定されている、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
14. 前記バタフライバルブは、アクチュエータに作動可能に結合され、前記アクチュエータは前記バタフライバルブを開位置と閉位置との間で動かすように適合された、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
15. 前記バタフライバルブは、偏向部材に作動可能に結合され、前記偏向部材は、前記アクチュエータが動力喪失したとき、前記バラフライバルブを前記開位置と前記閉位置との一方に動かすようにあらかじめ負荷がかけられている、請求項１４に記載のバタフライバルブ。
16. 前記チューブと前記バルブ板との少なくとも一方にコーティングがされている、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
17. 前記フランジは前記支持板から離れる方向に向いているバルブ板に代えて、前記フランジは前記支持板の方向に向いているバルブ板を備える、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
18. 流路と、軸孔と、凹所とが形成されたバルブ本体であって、前記軸孔は前記流路を横切る方向に形成され、前記軸穴は前記凹所と空間をあけて対向する位置関係にあり、且つ同芯である、バルブ本体と；
    空間をあけて対向する位置関係にある第一の軸部と第二の軸部と、中間部材と、支持板とを有するバルブ軸組立体であって、前記第一の軸部は前記軸孔中に回転可能に延在し、前記第二の軸部は前記凹所に回転可能に位置づけられ、前記中間部材は前記第一と第二の軸部の間に配設されて前記流路と流体的に連通するチャンバーを形成しており、前記支持板はバルブ閉位置において前記流路を通る流体流れの方向にほぼ直角に前記チャンバー内に配設されたバルブ軸組立体と；
    前記支持板に固定されたバルブ板であって、前記バルブ板は内部部分と前記内部部分の半径方向外側のフランジとを有し、前記フランジは前記支持板から離れる方向に向いているバルブ板と；
    前記流路内に配設されたチューブであって、前記チューブは前記流路と摩擦嵌合されあるいは流路にしっかり留められており、前記フランジの少なくとも一部をおおって摩擦適合しているチューブとを備え；
    前記支持板の丸み部と前記バルブ板の対応する部分は、回転可能に前記チューブ内にあって前記バルブを開位置に置き、前記チューブの一端の位置に回転可能にあって前記バルブを閉位置におき；
    前記中間部材は、バルブをバルブ開位置に置くために、前記バルブ板が前記チューブの中に回転して入り込むとき、同時に回転して前記流路から外に出るように構成された；
    バタフライバルブ。
19. 前記バルブ本体は、前記軸孔の形成されたバルブボンネットを備え、前記チューブと前記バルブ板は、前記バルブボンネットを前記バルブ本体から外すことなく交換可能に構成された、請求項１８に記載のバタフライバルブ。
20. 前記チューブと前記バルブ板の少なくとも一方は耐侵食性のコーティング及び耐腐食性のコーティングの少なくとも一方を施された、請求項１８又は請求項１９に記載のバタフライバルブ。
21. 前記バルブ板は前記支持板に少なくとも一つのネジ付き部材によって固定され、前記チューブと前記バルブ板は前方への流れ方向において半径方向に均等の偏向が可能であり、且つ逆の流れ方向において半径方向に均等の偏向が可能である、請求項１８乃至請求項２０のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
22. 前記チューブの一端は前記第一と第二の軸部のほぼ中心線で終わっている、請求項１８乃至請求項２１のいずれか１項に記載のバタフライバルブ。
23. ボールバルブハウジングに使用するためのバタフライバルブ軸組立体であって；
    第一の軸部と；
    前記第一の軸部と空間をあけて対向する位置関係にある第二の軸部と；
    前記第一と第二の軸部の間の中間部材であって、それを通るチャンバーを有する中間部材と；
    バルブ閉位置において、流路を通る流体流れの方向にほぼ垂直にチャンバー内に配設された支持板と；
    前記支持板に固定されたバルブ板とを備え；
    前記バルブ板は、内部部分と前記内部部分の半径方向外側にあるフランジとを有し、前記フランジは前記支持板から離れる方向、或いは、前記支持板に向かう方向のいずれか一方に向いており；
    前記フランジは半径方向外側に出っ張った突出部を含み、前記突出部は前記フランジ円周回りに進み、チューブが前記突出部の少なくとも一部をおおうように、摩擦適合と隙間適合の一方で適合しており；
    前記中間部材は、バルブをバルブ開位置に置くために、前記バルブ板が前記チューブの中に回転して入り込むとき、同時に回転して前記流路から外に出るように構成された；
    バタフライバルブ軸組立体。
24. 前記ボールバルブハウジングは、流路を有し、前記バタフライバルブ軸組立体は、さらに前記流路内に配設されるに適したチューブを備え、前記チューブは前記フランジの少なくとも一部をおおうように、摩擦適合又は隙間適合している、請求項２３に記載のバタフライバルブ軸組立体。
25. 前記チューブは円筒形であり、前記支持板と前記バルブ板の少なくとも一方は長円形であり、前記チューブは、前記流路を通る流体流れの方向を横切る長円形の断面を有するように偏向可能である、請求項２４に記載のバタフライバルブ軸組立体。
26. 前記チューブと前記バルブ板の少なくとも一方は、低い閉バルブアクチュエータ力と漏れの無い閉止の少なくとも一方が不要なときに、半径方向に剛である、請求項２４又は請求項２５に記載のバタフライバルブ軸組立体。
27. 前記バルブ板と前記支持板は互いに一体的に形成されている、請求項２３乃至請求項２６のいずれか１項に記載のバタフライバルブ軸組立体。
28. 流路を有するバルブ本体と；
    空間をあけて対向する位置関係にある第一の軸部と第二の軸部と、前記第一の軸部と第二の軸部との間にある中間部材とを有するバルブ軸組立体であって、該バルブ軸組立体に固定された支持板とを有し、前記第一と第二の軸部は前記バルブ軸組立体を前記バルブ本体に回転可能に結合しており、前記中間部材は前記流路と流体的に連通するチャンバーを形成しており、前記支持板はバルブ閉位置において前記流路を通る流体流れの方向にほぼ直角になるように前記チャンバー内に配設されたバルブ軸組立体と；
    前記支持板に固定されたバルブ板であって、該バルブ板は半径方向に剛の部分を有するバルブ板と；
    前記流路内に配設されたチューブであって、前記バルブ板の少なくとも一部をおおうように摩擦適合又は隙間適合をしているチューブとを備え；
    前記中間部材は、バルブをバルブ開位置に置くために、前記バルブ板が前記チューブの中に回転して入り込むとき、同時に回転して前記流路から外に出るように構成された；
    バタフライバルブ。

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