JP5498464B2 - プロセス制御バルブに使用するフレキシブルシール - Google Patents

Description

本発明は、一般的にはシールに関し、より詳細にはプロセス制御バルブとともに使用するフレキシブルシールに関する。

概して、オイルやガスのパイプライン配給システムや化学処理プラントなどの産業プロセスにおいては、プロセス制御流体を制御することが必要である。産業プロセスよっては、プロセス流体の流れを制御するためにバタフライバルブが使用される場合がある。一般に、圧力状況、運用温度、およびプロセス流体などの産業プロセスの状況によって、バルブ（使用されるバタフライバルブシールの種類も含む）が選択される。

図１に既に知られている一部のバタフライバルブ５０を示す。このバタフライバルブ５０は、例えば、エマージョンプロセスマネージメント社（ミズーリ州セントルイス）の一事業部であるフィッシャー（登録商標）製の８５１０バルブであって、ポリテトラフルオロチレン（ＰＴＦＥ）からなるシールである。典型的なＰＴＦＥシールでは、ＰＴＦＥシールリング５２がバルブ本体５４内に確保されている。バルブ５０がシールを形成すように閉じると、ＰＴＦＥシールリング５２はディスク５６と接触する。図１に示すようなＰＴＦＥシールは、金属シールに比べ高いシール能力を発揮し、シール寿命も比較的長い。ＰＴＦＥシールは、ディスク（例えばディスク５６）がシール（例えばシールリング５２）にシートしなくなるときのトルク値を小さくすることができるが、これは華氏４５０度以下におけるプロセスでの使用に限定される。

図２に示すバタフライバルブ６０に使用されるシール６２のような、グラファイトラミネートシールも公知である。図２に示すグラファイトラミネートシール６２は、一般に、三重偏心バルブとして知られるバタフライバルブに使用される。従来の二重偏心バルブに比べ、三重偏心バルブは、一般的にバルブ軸（図示せず）の回転中心とディスク６４の回転中心の間に大きなオフセットを有する。このオフセットによって、ディスク６４がシート６６に近づいたり離れたりするとき、ディスク６４およびシール６２が偏心軌道に沿って移動することになる。これによって、閉状態において、実質的に膨張グラファイトラミネートシール６２とシート６６の接触領域が小さくなることになる。さらなる二重偏心バルブとの違いとして、三重偏心バルブのディスク６４の断面は、閉状態近くにおいて、シール６２とシート６６の接触領域を小さくするために、一般的に、円よりも楕円の形状を有している。周知のように、三重偏心バルブ６０は、いかなる状態においても（例えば、オン・オフのスロットリングにおいても）、ディスク６４とシール６２がシールされていないとき（つまり、シート６６の開閉前後の作動）、シール６２とシート６６の接触領域を小さくすることで摩耗が少なくなるように構成されている。

一般に、シール６２は強固にディスク６４に取り付けられ、また、シート６６はバルブ本体６８にとって不可欠なものである。図２に示された三重偏心の設計では、シート６６に近づけたり離したりしてディスク６４およびシール６２を動かす際、タイトな遮断を確保するには高いトルクが必要になることから、不利になる場合がある。加えて、このタイプのシールは、状態を維持するのが難しい。例えば、本体６８に不可欠であるシート６６に損傷があれば、バルブ本体６８も修理又は交換が必要となる。

従来、バタフライバルブには金属シールが使用されてきた。そのような金属シールの１つ（図３に示すバルブ７０の一部として示されている）は、エマージョンプロセスマネージメント社（ミズーリ州セントルイス）の一事業部であるフィッシャー（登録商標）製の８５１０Ｂバルブの金属シールである。図３に示すシールにおいて、片持ち金属シールリング７２は、ディスク７４との間でシールを形成するよう接触する。金属シールは、高温で高圧力のプロセスの使用に適しているが、一般に摩耗の影響を受けやすいことから、こまめな管理が必要でコストも高くなってしまう。

上述した少なくとも２つの公知であるシールタイプの特性を結合しようとする試みが多くあった。そのような試みの１つが図４に示されている。図４はＸｏｍｏｘ（登録商標；オハイオ州コネチカット）製の耐火シールを有するバルブ８０の一部を図示している。図４に記載された耐火シールは、ＰＴＦＥシールと金属シールの要素を結合したものである。図４に示すように、第一のＰＴＦＥシール８２は、第２の金属シール８６にある受け溝８４に保持される。耐火シールは、シールリング固定部９０によってバルブ本体８８に保持され、バルブ本体８８に保持されている状態で、耐火シールの先行荷重によってベルビルワッシャに似た金属シール８６において曲げ又は屈曲部９２が生じるように構成されている。この先行荷重はスプリング力を生成し、ディスク９４がシールと接触するときスプリング力は耐火シールをディスク９４に接触するように動かす。これにより、ＰＴＦＥシール部材８２とディスク９４の間に流体シールが形成される。運用する際には、第一のＰＴＦＥシール部材８２は使い捨てとなる。例えば、ＰＴＦＥシール部材８２の周辺温度が華氏４５０度を超える炎の状態において、ＰＴＦＥ部材８２は破損する（すなわち、昇華するか焼ける）が、屈曲部９２を介して供給されたスプリング力によって、金属シール８６はディスク９４に接触し、それらの間に流体シールが維持される。しかしながら、図４に示すタイプの耐火シールは、屈曲部９２において疲労故障を受けやすい。

一の例によれば、バタフライバルブに使用するシールは、環状の実質弾性シール部材を備えている。この環状の実質弾性シール部材は、バタフライバルブの本体部分に固定されるように、かつ、そこのバルブ本体を囲むように構成されている。前記のシールは、さらに、流量制御弁を通過する流体の流れを制御する流量制御部材に固定されるように構成されたシールリングを備えている。前記のシールリングは、前記環状の実質弾性シール部材とシールするよう接触するように構成された外周表面を有するラミネート構造である。

さらに、他の例によれば、シールとして使用される複数層の材料は、第１金属層、第１金属層に固定される第１膨張グラファイト層、及び、第１膨張グラファイト層に固定されたポリマー層を有している。

図１は、公知のＰＴＦＥバタフライバルブシートの断面である。 図２は、三重偏心バタフライバルブに使用する公知のグラファイトラミネートシールの一部断面である。 図３は、バタフライバルブに使用する公知の金属シールの一部断面である。 図４は、金属シールとＰＴＦＥシールの要素を結合した公知のバタフライバルブシールの一部断面である。 図５は、弾性シールキャリアに固定される剛性シールリングを有する実施形態に係るシールを含むバタフライバルブの一部断面図である。 図６は、実施形態に係る図５のシールリングおよびシールキャリアの拡大断面図である。 図７は、実施形態に係る図５のシールに使用される代替のシール構造の拡大断面図である。 図８は、実施形態に係る図５のシールに使用される他の代替のシール構造の拡大断面図である 図９は、シールリングと弾性シールキャリアを結合するカートリッジを含むバタフライバルブの一部断面図である。 図１０は、シールリングと弾性シールキャリアを結合する代替のカートリッジを表わした図９のバタフライバルブの一部断面図である。 図１１は、実施形態に係るディスク上のグラファイトラミネートシールリングを含むバタフライバルブの一部断面図である。 図１２は、実施形態に係る図１１のシールリングの拡大図である。 図１３は、さらに実施形態に係るシール補強部材を含む実施形態に係る図１１のバタフライバルブの一部断面図である。 図１４は、実施形態に係る図１３に示された補強部材の平面図である。 図１５は、他の代替シールリングカートリッジおよびバタフライバルブに使用されるよう構成された弾性キャリアの断面図である。

図５は、実施形態に係るバタフライバルブ１００の一部断面図である。図５に示すバタフライバルブ１００は、例えば、天然ガス、オイル、水など、広い温度範囲において、プロセス流体を制御するために使用される。図５に示すように、バタフライバルブ１００は、比較的高い圧力の流体が存在する個所に使用されるディスク１０２（例えば、可動流量制御部材）を有している。バタフライバルブ１００は、さらにバルブ本体１０４およびバルブ本体１０４と結合する保持（保護）リング１０６を有している。保護リング１０６は、ディスク１０２とシール１１０の間に流体シールが形成できるようシール１００を保持する。

ディスク１０２は、バルブシャフト（図示せず）を介してバルブ１００に取り付けられている。バルブ１００を通過するプロセス流体の流れを制御するために、制御バルブ装置（図示せず）が動作可能にバルブ１００と結合している。一般に、プロセス制御装置からの制御信号に応えて空圧信号がバルブ作動装置（図示せず）に供給される。プロセス制御装置は、分散型制御システム（いずれも図示せず）の一部である。バルブ動作装置はバルブシャフトに連結され、空圧信号がバルブ動作装置を動かすとき、バルブシャフトとそれに取り付けられたディスク１０２が回転し、ディスクの外縁１１１は、制御信号に比例する角度で、シール１１０に対して位置決めされる（例えば、開位置に位置決めされる）。ディスク１０２は、流体シールを形成するように（例えば、ディスク１０２の外縁１１１がシール１１０に接触するように）、閉位置にも回転する。換言すれば、ディスク１０２が閉位置へと回転してシール１１０に接したとき、ディスク１０２とシール１１０の間に流体シールが形成される。シール１１０は、ディスク１０２の平均直径と干渉はめ合いを形成する内径を有するように構成される。

加えて、保護リング１０６は、交換の際にシール１１０に簡単にアクセスできるように、かつ、シール１１０がプロセス流体に直接さらされないように構成されている。図５に示す実施形態に係る固定設計では、保護リング１０６とバルブ本体１０４に密な接触を生じさせることで、それらの間におけるプロセス流体の流れ（すなわち、ディスク１０２を通過する漏れ）を実質的に妨げ、保護リング１０６、バルブ本体１０４、およびシール１１０の間に有利にシールを提供する。加えて、シール性能を向上させるため、ガスケット（図示せず）が各部材、保護リング１０６、バルブ本体１０４、およびシール１１０に隣接して提供される。

図６は、実施形態に係る図５のシール１１０の一部拡大図である。実施形態に係るシール１１０は、実質弾性キャリア１１２を有している。弾性キャリア１１２は、例えば、弾性を提供する湾曲した外形またはその他の外形を有している。実施形態に係るシール１１０は、実質剛性シールリング１１４を備えている。実質剛性シールリング１１４は、弾性キャリア１１２と接する外周表面１１３と、ディスク１０２（図５）と接するとともにシールできるよう結合するように構成された内周表面１１５と、を有している。弾性キャリア１１２によって、実質剛性シールリング１１４がバルブ１００の閉鎖近くにあるディスク１０２の動きに十分追随できるようになっている。これにより、ディスク１０２が大きな圧力低下およびディスク１０２の偏位又は移動に従って、シール状態の接触を維持したままシール１１０がディスク１０２とともに動くことができる。弾性キャリア１１２は、シール１１０周辺に漏れが生じないように、保護リング１０６とバルブ本体１０４の間に固定シールを提供する。公知の変動設計とは対照に、実施形態に係るシール１１０はキャリア１１２の弾性とリング１１４の剛性が独立して制御される固定設計である。

図６に示すように、実施形態に係るシールリング１１４は多重構造となっている。図６の実施形態では、外部層１１６は、金属のような実質的又は比較的堅い材料から構成されている。特定の実施形態の１つは、外部層１１６がステンレス鋼から作られている。ただしこれに代えて、これとは他のおよび／又はこれに加えた材料を使用することもできる。外部層１１６は、ディスク（例えばディスク１０２）がシールリング１１４にシールするように結合したとき、ディスク１０２に対してシールに作用するシール力が生成できるようにシールリング１１４に剛性を提供する。シールの剛性に対応するように、外部層１１６の断面（例えば、厚さ又は断面積）を変化させても良い。

比較的薄い膨張グラファイト１１８の層が各外部層１１６に隣接している。この膨張グラファイト１１８は、強化カーボンファイバー材料を用いて構成することができる。膨張グラファイト１１８は、主に膨張グラファイト層１１８の間に配置された中央層１２０をシール１１０に拘束又は取り付けるために使用される。中央層１２０は第１のシールを提供しており、例えばＰＴＦＥEのようなポリマーから製造してもよい。

図６に示す実施形態では、例えばフェノール接着剤などの接着剤を用いて、外部層１１６と膨張グラファイト層１１８の間に固定接合部が形成されている。中央層１２０は、熱圧縮加工を用いて、膨張グラファイト層１１８に接着されている。熱圧縮加工は、機械的結合を形成する高い圧縮加重とともに、高温を加え、中央層１２０が隣接する表面（例えばグラファイト層１１８）の隙間に流れ込むようにする加工である。各層１１６、１１８、１２０が結合された後、膨張グラファイト層１１８を圧縮するために、追加加重がシールリング１１４に供給される。一の実施形態では、実施形態に係るグラファイト層１１８は、例えばもとの厚さの４７％に圧縮される。膨張グラファイト層１１８の圧縮は最初のガスケットシールに加重を供給し、運用中における膨張グラファイト層１１８を介する漏れ又は浸潤を防ぐ。一の実施形態では、膨張グラファイト層１１８を圧縮するのに１平方インチあたりおよそ５０００ポンドの加重が用いられる。

各層１１６、１１８、１２０が接着され、膨張グラファイト層１１８を圧縮するため加重が供給された後、シールリング１１４の外周表面１１３がシールキャリア１１２の平面側１２２に結合される。シールリング１１４を、例えば外部層１１６のそれぞれをレーザー溶接することで、平面側１２２に結合してもよい。ただし、溶接に代えて又は溶接に加えて、他の機械的、冶金的、および／又は化学的結合技術を用いてもよい。

図７は、シール１１０（図６）に代替可能な他の実施形態に係るラミネート状の膨張グラファイトシール１５０を示している。わずかに異なるところはあるが、シール１５０の多くの特徴はシール１１０と類似している。シール１５０は弾性リャリア１５２からなるものの、例えば、湾曲形状や平面側１５４を有する点でシール１１０と類似する。実施形態に係るシール１５０は、剛性シールリング１５６を備えている。剛性シールリング１５６は、弾性キャリア１５２と接する外周表面１５５と、ディスク（例えば図５のディスク１０２）と接するように構成された内周表面１５７を有している。シールリングはさらに多重層から構成されている。外部層１５８は、例えばステンレス鋼などの金属から製造することができる。実施形態に係るシール１１０（図６）のように、ディスクとシールするように結合するときに、必要なシール力が向上するよう、外部層１５８はシールリング１５６に剛性を与える。外部層１５８の厚さは、シールリング１５６の剛性を調整するように変形することができる。

外部層１５８の間には、金属又ポリマー（例えば、ステンレス鋼又はＰＴＦＥE）のうちのいずれか２つの層１６２と互いに接するようにして、３つの膨張グラファイト１６０（強化カーボンファイバーが用いられる）の層が存在している。金属又はポリマー層１６２は、膨張グラファイト層１６０のグラファイト部材が、ディスク（例えば、ディスク１０２）または他の流量制御部材と接着および／または移動するの防ぐ。層１６２がポリマー製であるとき、その層１６２は潤滑を供給し、膨張グラファイト層１６０からディスク１０２への物質の移動を妨げる。層１６２が金属製であるとき、その層１６２は、実質的に膨張グラファイト層１６０とディスクまたは他の流量制御部材との物質接着を減らして、スクラップ行為を妨げる。

各層１５８、１６０、１６２の付着方法は、層１６２に依存する。シール１５０の層１６２がポリマー層であれば、それらは、上述したシール１１０の層１１６、１１８、１２０での方法と類似の方法で接合される。シール１５０の層１６２がステンレス鋼のような金属層であれば、全ての層は、フェノール性接着剤のような接着剤を用いて接合される。加えて、シールリング１５６は、図６を用いて説明したリング１１４をキャリア１１２に結合したときの方法と同じ方法で弾性キャリア１５２と結合される。

図８は、図５のシール１１０と同様の方法でバルブ１００に使用可能な金属シール１８０である。実施形態に係る１８０は、弾性シールキャリア１８２および剛性シールリング１８４を備えている。弾性シールキャリア１８２は、例えば、湾曲形状または弾性を供給するのに適したその他の形状を有している。剛性シールリング１８４は、内周表面１８６と外周表面１８８を有している。外周表面１８８は、シールキャリア１８２の平面側１９０に連結されている。実施形態に係るシールリング１８４は、例えばステンレス鋼などの金属から形成されている。シールリング１８４の剛性は、シールリング１８４の断面積に関係する。特に、シールリング１８４の断面積が大きくなれば、シールリング１８４の剛性が高くなる。実施形態に係る金属シール１８０は、シールリング１８４およびキャリア１８４について様々な材料（例えば、ニッケルクロム合金または他の耐食金属）を使用してもよい。加えて、シールリング１８４およびキャリア１８２への異なる金属の使用として、キャリア１８２についてはＳ３１６００ ＳＳＴのような耐疲労性材料を使用し、シールリング１８４についてはアロイ６のような耐水性材料を使用することもできる。実施形態に係るシール１１０、１５０と同様に、実施形態に係る金属シール１８０は、キャリア１８２の弾性とリング１８４の剛性が独立して制御される固定設計である。

図６〜８の実施形態に係るシール１１０、１５０、１８０において、ディスクとシールの結合によってもたらされる周方向応力が、閉状態の近くでディスクが動作する際にシール１１０、１５０、１８０をディスク１０２の形状に一致させ、動的シールを維持する。ディスク１０２および／またはシールリング１１４、１５６、１８４は、環状のおよび／または楕円状の形状を有している。楕円形のディスクまたはシールによって、ディスク１０２とシール１１０、１５０、１８０の間の干渉は、バルブシャフトを越えたまたは付近の領域において実質的にゼロとなる。

楕円形状は上述したとおりであるが、ディスク１０２とシール１１０、１５０、１８０の間の接触を回転の最後の数度に制限するように、楕円形状は修正される。これに加え、各用途の要求に合うようにディスク１０２の形状に最適化できるようにディスク１０２および／またはシール１１０、１５０、１８０のいずれかが、利用可能である他の形状を有していても良い。

ディスク１０２の周辺は、ディスク１０２の回転軸の付近においてシール１１０、１５０、１８０と干渉しないように、かつ、シャフトの軸が９０度のとき、およびその間の全ての点において、シール１１０、１５０、１８０との望ましい量で干渉するように設計する。ディスク１０２が閉じられたとき、ディスク１０２周辺の両側の干渉が実質的に同じになるように、ディスク１０２の形状を設計するようにしてもよい。これらの設計を選択することにより、閉じる最後の数度にのみディスク１０２とシール１１０、１５０、１８０の間に干渉させることができ、これにより、ディスク１０２の回転軸の近くの領域における摩耗の除去または最小化できる。回転の最後の数度で上昇する周方向の圧力は、回転軸付近の領域におけるシールを得るために必要な荷重を供給する。

図９は、カートリッジ２０４を介して弾性シールキャリア２１０に連結されるシールリング２０２を有するバタフライバルブ２００の一部断面を示している。バルブ２００は、上述のバルブ１００と実質的に同様の方法で作動する。実施形態に係るカートリッジ２０４は、上部２０６と下部２０８によって形成されている。シールリング２０２は、上部２０６と下部２０８の間に挿入されている。カートリッジ２０４は、例えばレーザー溶接によって、リャリア２１０に連結されている。ただし、溶接に代えてまたは溶接に加えて、他の機械的、冶金的、および／または化学的結合が用いられても良い。図９の実施形態において、部材２０６、２０８、２１０を結合するためにレーザー溶接のみ使用されている。本実施形態におけるキャリア２１０の片持ち外形は、キャリア２１０の弾性を増加させることができる。実施形態に係るキャリア２１０は、フランジ２１２の下でカートリッジ２０４の上部付近でカートリッジ２０４に連結されているが、キャリア２１０は、異なる点においてカートリッジ２０４に連結されてもよい。キャリア２１０およびカートリッジ２０４が異なる点（すなわち、図９で示したものとは異なる）で連結される場合、上部２０６および下部２０８の形状は変形され、部材２０６、２０８、２１０は一の溶接を用いて連結されるようにしてもよい。

カートリッジ２０４の上部２０６および下部２０８は、例えば、ステンレス鋼などの金属によって形成される。シールリング２０２は、上述した多重構造と同様に多重構造である。加えて、シールリング２０２は、例えば、膨張グラファイトの剛性片のような剛性の構造である。

シールリング２０２とキャリア２１０とを連結するカートリッジの使用によって、シールリング２０２の支持が大きく補強される。特に、カートリッジ２０６によって加えられた増加金属量は、シールリング２０２の層を共に保持するのを助ける。カートリッジ２０４によって供給された支持は、シールが漏れることなく耐えることができる荷重を増加させる。

図１０は、代替のカートリッジ２５２およびキャリア２５４を有する実施形態に係る図９のバルブ２００の断面を示している。この実施形態に係るカートリッジ２５２は、上部２５６および下部２５８を有しているが、上部２５６および下部２５８は、図９のカートリッジ２０４の上部２０６および下部２０８とは異なるように形成されている。上部２５６および下部２５８は、図９とは異なるように形成されている。なぜならば、キャリア２５４は、実質的に平らで、カートリッジ２５２の上の低い位置においてカートリッジ２５２に結合されているからである。その結果、上部２５６上部のフランジが必要ではなくなっている。また、キャリア２５４は平らな形状を有しているため、湾曲形状を有することで金型が必要となるキャリア２１０と比較して、その加工と関連する工作機器のコストを削減することができる。図９又は図１０に示すバルブ２００の構成の形状は、上述したように、バルブ１００のものと実質的に同じようにされ、加工される。

図１１は、実施形態に係るバタフライバルブ３００の部分断面である。バタフライバルブ３００は、上述したバブル１００および２００に類似している。図３で示すように、バタフライバルブ３００は、比較的高い圧力流体中においてディスク３０２（例えば、可動流量制御部材）を備えている。バタフライバルブ３００は、バルブ本体３０４およびバルブ本体３０４に連結される保護リング３０６を備えている。保護リング３０６は、ディスク３０２と弾性シール３１０の間に流体シールを形成するために弾性シール３１０を保持する。弾性シール３１０は、上述したキャリア１１２、１５２、１８２、２１０と同じような抜き打ちした金属部材である。ただし、弾性シール３１０はこの実施形態ではシールリングを支えていないが、ディスク３０２に対してシールを形成するために使用されている。

ディスク３０２は、上部３１２および下部３１４を備えている。上部３１２および下部３１４は、例えば、ボルトやその他の機械的な固定具などの機械的な留め具３１６を介して結合されまたは固定される。固定されたとき、上部３１２および下部３１４は、接合しあって外縁３１８を形成する。シールリング３２０は、外縁３１８に沿って、かつ、ディスク３０２の上部３１２と下部３１４の間に配置される。

シールリング３２０を拡大したものが、図１２に示されている。図１２に示すように、シールリング３２０は、上述した他の多重構造と同じような多重構造である。例えば、外部層３２２は、金属のような実質的にまたは相対的に剛性の部材からなる。一の実施形態では、外部層３２２はステンレス鋼で形成されている。ただし、他のおよび／または追加の材料を代替として使用してもよい。

各外部層３２２には、比較的薄い膨張グラファイト３２４の層が隣接している。膨張グラファイトは、強化カーボンファイバー材料を使用して形成される。中央層３２６は、グラファイト層３２４の間に配置されている。中央層３２６は、例えばＰＴＦＥのようなポリマーから形成されており、潤滑を供給することで、膨張グラファイト層３２４のグラファイト部材が、弾性シール３１０または同様のものに移動するのを防いでいる。２つの金属層３２２、２つの膨張グラファイト層３２４、および１つのポリマー層３２６が図１１および１２のリングに示されているが、これの代わりに、いかなる数および／または組み合わせの層３２２、３２４、３２６を用いても良い。

シールリング３２０の層３２２、３２４、３２６は、上述した多重構造と同様の方法で接着される。層３２２、３２４、３２６は接着され、膨張グラファイト層３２４を圧縮するために荷重が供給された後、シールリング３２０は、ディスク３０２の上部３１２と下部３１４の間に配置される。ディスク３０２の部分３１２、３１４は、シールリング３２０をディスク３０２に固定または留めるために固定具３１６と一緒に留められる。上部３１２および下部３１４は、図９および１０のカートリッジ２０４、３５２に対応するシールを支えるのと同じような方法で、リング３２０を支持する。ディスク３０２および弾性シール３１０は作動し、上述のディスク１０２およびシール１１０と同じような方法でシールを形成する。

図１３は、逆流方向Ｂに対して剛性を強化したバタフライバルブ３００の一部断面を示している。図１３に示すように、シール構造３０５はバタフライバルブ３００の保護リング３０６および弾性シール３１０に隣接する補強部材３５０を備えている。補強部材３５０は、実質弾性であるが、逆流方向Ｂに対して弾性シール３１０の剛性を増加するように構成されている（すなわち、シール補強部材として機能する）。さらに、補強部材３５０は、順流方向Ａに対して弾性シール３１０の動きに干渉しないように構成されている（例えば、順流方向Ａにおいて、補強部材３５０によっては、弾性シール３１０の剛性は影響されない。）。図１３に示すように、実施形態に係る補強部材（シール補強部材）３５０は、保護リング３０６および弾性シール３１０の間に配設される。いくつかの実施形態において、シール補強部材３５０は、保護リング３０６および／または弾性シール３１０と結合していない。例えば、シール補強部材３５０は、弾性シール３１０と保護リング３０６の間に永久的に固定されるわけではないが、取り付けられまたは締付けられる。その結果、補強部材３５０は、順流方向Ａに対して一の剛性を有し、そして、逆流方向Ｂに対して他のまたは異なる剛性を有するように構成される。

この技術分野において通常の知識を有する者が、シール補強部材３５０を構成するのに使用できる様々な異なる材料を使用することができる。例えば、シール補強部材３５０は弾性シール３１０を形成するのに使用された材料に似た材料によって構成されるかもしれないし、および／または、弾性シール３１０のものよりも摩耗および／または腐食抵抗が改良された材料によって構成されるかもしれない。あるいは、シール補強部材３５０は、弾性シール３１０よりも摩耗抵抗が低い材料から構成されるかもしれない。なぜなら、シール補強部材３５０は、弾性シール３１０と摺動接触して、シールリング３２０とは摺動接触しないからである。

図１４に示すように、シール補強部材３５０は、実質弾性シール３１０の内径と等しい内径３５２を有するとともにワッシャのような形状を有する。シール補強部材３５０は、締付け部分（例えば、保護リング３０６）および弾性シール３１０の間に安全に捉えられることができるように十分大きい外径３５４を有している。シール補強部材３５０は、実質的に平らであってもよいし、曲面を有していてもよい。曲面は、ベンド３５６、３５８によって形成されている。加えて、シール補強部材３５０は、弾性シール３１０に接触させる研磨媒体と干渉するように構成してもよい。これにより、研磨媒体から弾性シール３１０を保護するシールドとして機能する。

あるいは、シール補強部材３５０は複数の弾性片持ち部材を有するようにしてもよい。各弾性片持ち部材は、弾性シール３１０と保護リング３０６の間に捕捉された一端と、弾性シール３１０の少なくとも先端部分３６０に伸延する他端を有している。複数の片持ち部材は、弾性シール３１０の外周の周辺に均一に間隔をあけて配置され、および／または、複数の片持ち部材が実質的に均一に、逆流方向Ｂに対して弾性シール３１０の剛性を増加するよう望ましい形態で弾性シール３１０の外周の周辺に間隔をあけて配置される。

図１３に戻って、逆流方向Ｂの流体圧力が閉位置のディスク３０２に伝わるように、先端部分３６０がシール補強部材３５０と隣接するまたは接するまで、弾性シール３１０が逆流方向Ｂに曲げられている。この方法において、シール補強部材３５０は弾性シール３１０のチップ部分３６０について弾性支持としての役割を果たす。その結果、シール補強部材３５０は、逆流方向Ｂにおける弾性シール３１０の剛性を増加させ、極端な曲げから弾性シール３１０を守ることができる。これにより、ディスク３０２の外縁３１８と弾性シール３１０の間の流体シールが傷つけられ、または、破損しないようにしている。シール補強部材３５０と同様の構成は、ここで説明した他の実施形態にも追加することができる。

図１１および１３の実施形態に係るバルブ３００において、弾性シール３１０とシールリング３２０の間の動的シールは、シールリング３２０およびディスク３０２、および／または、図５で説明した弾性シール３１０の形状によって生じる弾性シール３１０中の周方向の圧力を利用している。さらに、シールリング３２０は、図６〜８のリング１１４、１５６、１８４について上述したものと実質的に同じような方法で、設計され、製造される。

図１５は、バタフライバルブに使用される、他の代替シールリングカートリッジおよび弾性キャリア構造４００の断面図である。一般的に、図１５の構造４００は、図９に示すものと同様である。図１５で示されているように、上部４０４と下部４０６を有するカートリッジ４０２は、溶接（例えばレーザー溶接）４１０を介して弾性キャリア４０８に固定されている。シールリング４１２は、上部４０４と下部４０６の間に捕捉されている。シールリング４１２は、上述した多重シール構造を利用して形成される。図９に示すシール／キャリアの構造とは対照的に、シールリング１１４、１５６、１８４が対応するキャリア１１２、１５６、１８４に固定されたのと同じような方法で、カートリッジ４０２は弾性キャリア４０８の平面側４１４に取り付けられている。

いくつかの実施形態に係る方法、装置、および製品は上述したとおりであるが、この特許の対象範囲はこれに限定されない。一方、この特許は、添付する特許請求の範囲の文字通りまた均等に含まれるべく全ての方法、装置、および製品にまで及ぶ。

Claims (14)

1. バタフライバルブに使用するシールであって、
   環状の開口内の周囲において前記バタフライバルブの本体部分に取り付けられた環状の実質弾性シール部材と、
   前記環状の開口を通過する流体流れを制御する流量制御部材に固定されたシールリングと、を備え、
   前記シールリングは、前記環状の実質弾性シール部材とシールするよう結合するように構成された外周表面を有するラミネート構造であり、
   前記ラミネート構造は、実質剛性の第１の金属層と、実質剛性の第２の金属層と、前記第１の金属層に結合された第１の膨張グラファイト層と、前記第２の金属層に結合された第２の膨張グラファイト層と、前記第１の膨張グラファイト層および前記第２の膨張グラファイト層に結合されるポリマー層とを備え、前記第１の膨張グラファイト層は、前記第１の金属層に隣接し、前記第２の膨張グラファイト層は、前記第２の金属層に隣接する、シール。
2. 前記金属層はステンレス鋼からなる、請求項１に記載のシール。
3. 前記実質剛性シールリングは、さらなる金属層を前記第１のおよび第２の膨張グラファイト層の間に有する、請求項１に記載のシール。
4. 前記シールリングは前記流量制御部材に取り付けられている、請求項１に記載のシール。
5. 前記環状の弾性キャリアは金属で形成されている、請求項１に記載のシール。
6. 前記環状の実質弾性シール部材に隣接するとともに、複数の流れ方向の１つにおいて、前記環状の実質弾性シール部材の剛性を高めるように構成された実質弾性部材を更に備える、請求項１に記載のシール。
7. 前記複数の流れ方向の１つが逆流方向である、請求項６に記載のシール。
8. 前記実質弾性部材は、前記シール部材を研磨媒体から保護するように構成されている、請求項６に記載のシール。
9. 前記実質弾性部材は、複数の流れ方向の１つにおいて、圧力に応じて前記シール部材と連結するように構成されている、請求項６に記載のシール。
10. 実質剛性の第１の金属層と、実質剛性の第２の金属層と、前記第１の金属層に固定される第１の膨張グラファイト層と、前記第２の金属層に固定される第２の膨張グラファイト層と、前記第１の膨張グラファイト層および前記第２の膨張グラファイト層に固定されるポリマー層とを備え、前記第１の膨張グラファイト層は、前記第１の金属層に隣接し、前記第２の膨張グラファイト層は、前記第２の金属層に隣接する、シールとして使用する多層構造部材。
11. 前記第１の金属層はステンレス鋼で形成されている、請求項１０に記載の多層構造部材。
12. 前記ポリマー層はＰＴＦＥで形成されている、請求項１０に記載の多層構造部材。
13. 前記第１および第２の膨張グラファイト層の間に第３の金属層を更に備える、請求項１０に記載の多層構造部材。
14. 前記第２の金属層はステンレス鋼によって形成されている、請求項１０に記載の多層構造部材。

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