JP5514933B2 - プロセス制御バルブ用の可撓シール - Google Patents

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関連出願

本出願は、2005年12月21日付の「Flexible Seals for Process Control Valves」という名称の米国特許出願第11/313,364号の一部継続出願である。

本発明は、一般にシールに関し、さらに詳しくは、プロセス制御バルブにおいて使用するための可撓シールに関する。

典型的には、油およびガスのパイプライン流通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、プロセス制御流体を制御することが必要である。いくつかの産業プロセスにおいては、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。一般に、圧力の状態、動作温度、およびプロセス流体などといった産業プロセスの諸条件が、使用可能なバタフライバルブのシールの種類など、バルブ部品の種類を決定付ける。

公知のバタフライバルブ50の一部分が、図1に示されている。バタフライバルブ50は、例えばミズーリ州セントルイスのEmerson Process Management社の一部門であるFisher（登録商標）製の8510というバルブであってよいが、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）製のシールを使用している。典型的なPTFEシールにおいては、PTFEシールリング52が、バルブ本体54に固定される。PTFEシールリング52は、バルブ50が閉じられたときにディスク56に接触し、両者の間にシールが形成される。図1に示したPTFEシールなどのPTFEシールは、金属シールに比べて優秀なシール性能を提供し、シールの寿命も比較的長い。また、PTFEシールは、ディスク（例えば、ディスク56）をシール（例えば、シールリング52）から離すために必要とされるトルクを小さくするが、シールが華氏450度以下の温度に曝されることがないプロセス用途に限定される。

図2のバタフライバルブ60において使用されるシール62など、グラファイト積層シールも、公知である。図2のグラファイト積層シール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ている。従来からの二重偏心バルブに比べ、三重偏心バルブは、典型的には、バルブシャフト（図示せず）の回転の中心とディスク64の回転の中心との間に、より大きな偏心を有している。偏心ゆえに、ディスク64が座66へと移動し、座66から離れるように移動するときに、ディスク64およびシール62が偏心経路に沿って移動するため、結果として、閉鎖時の膨張グラファイト積層シール62および座66の接触領域が、大幅に小さくなる。二重偏心バルブからのさらなる相違として、三重偏心バルブ60のディスク64の断面は、典型的には、閉鎖の付近でのシール62と座66との間の接触面積をさらに小さくするために、円形ではなく、楕円形である。公知のとおり、三重偏心バルブ60は、ディスク64およびシール62が着座していないとき（すなわち、開閉時に座66の付近で動作しているとき）のシール62と座66との間の接触または係合の面積を少なくすることによって、あらゆる用途（例えば、絞りまたはオン−オフ）において摩耗を少なくするように構成されている。

一般に、シール62は、ディスク64へと堅固に取り付けられ、座66は、バルブ本体68と一体である。図2に示した三重偏心バルブなどの三重偏心バルブは、しっかりとした遮断を保証するために、ディスク64およびシール62を座66へと駆動し、座66から離れるように駆動するために、大きなトルクが必要であるがゆえに不利になりうる。さらに、この形式のシールは、保守が困難である。例えば、バルブ本体68と一体である座66に損傷が存在する場合、バルブ本体68も、補修または交換する必要がある。

金属シールも、バタフライバルブにおいて古くから使用されている。そのような金属シールの1つが、図3に示したバルブ70の一部分に示されているが、やはりミズーリ州セントルイスのEmerson Process Management社の一部門であるFisher（登録商標）製の8510Bというバルブにおいて使用されている金属シールである。図3に示されているシールにおいては、片持ち梁形式の金属シールリング72がディスク74に接触し、両者の間にシールを形成している。金属シールは、高温および高圧のプロセス用途における使用によく適しているが、通常は、摩耗の影響をより受けやすく、したがって保守がより必要であり、コストの増加を招く。

上述した公知のシールの種類のうちの少なくとも2つの種類の特徴を組み合わせるべく、幾多の試みが行われてきている。そのような試みの1つが、オハイオ州シンシナティのXomox（登録商標）による耐火シールを備えるバルブ80の一部分を示している図4に示されている。図4に示されている耐火シールは、PTFEシールおよび金属シールの構成要素を組み合わせている。図4に示されているとおり、主PTFEシール82が、副金属シール86の収容溝84に保持されている。この耐火シールが、シールリング保持具90によってバルブ本体88に保持され、バルブ本体88に保持されたときに、耐火シールのあらかじめの負荷によって金属シール86に皿ワッシャに類似した曲げまたは湾曲部92が生じるように構成されている。このあらかじめの負荷が、ディスク94がシールに接したときに、耐火シールをディスク94との接触へと駆動して、PTFEシール部品82とディスク94との間に流体シールを形成するようなばね力を生じさせる。動作時、主PTFEシール部品82が、犠牲的となる。例えば、PTFEシール部品82の周囲の温度が華氏450度を超える火災の場合に、PTFEシール部品82は消滅（すなわち、昇華または燃焼）するかもしれないが、湾曲部92によってもたらされるばね力が、金属シール86をディスク94に接触させて、両者の間に流体シールを維持する。しかしながら、図4に示した形式の耐火シールは、湾曲部92において疲労破壊を生じやすい。

一例によれば、バタフライバルブにおいて使用するためのシールが、バタフライバルブの内部に取り付けられ、流量制御開口を内側に囲むように構成されている実質的に可撓なリング状のキャリアを備えている。さらにシールは、前記リング状のキャリアの内径へと接続されるリング状のカートリッジを備えている。このカートリッジが、第１部位と、シールリングを保持するための周状の開口を定めるように前記第１部位へと接続された第２部位とを備えている。

別の例によれば、バタフライバルブにおいて使用するためのシールが、第１リング状部位と、開口を定めるように前記第１リング状部位へと接続された第２リング状部位とを有するカートリッジを備えている。さらに、実質的に剛なリング状のシールが、前記開口に保持されている。

公知のPTFEバタフライバルブ用シールの一部分の断面図である。

三重偏心バタフライバルブにおいて使用するための公知のグラファイト積層シールの一部分の断面図である。

バタフライバルブにおいて使用するための公知の金属シールの一部分の断面図である。

金属シールおよびPTFEシールの特徴を組み合わせてなる公知のバタフライバルブ用シールの一部分の断面図である。

可撓なシールキャリアへ取り付けられた剛なシールリングを有している典型的なシールを備えるバタフライバルブの一部分の断面図である。

図5の典型的な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5の典型的なシールを実現するために使用可能な別のシール構成の拡大断面図である。

図5の典型的なシールを実現するために使用可能な別の代案のシール構成の拡大断面図である。

シールリングを可撓なシールキャリアへと接続するためのカートリッジを備えているバタフライバルブの一部分の断面図である。

図9のバタフライバルブの一部分の断面図であり、シールリングをフレキシブルなシールキャリアへと接続するための別のカートリッジを示している。

典型的なグラファイト積層シールリングをディスク上に備えているバタフライバルブの一部分の断面図である。

図11の典型的なシールリングの拡大図である。

典型的なシール補強具をさらに備えている図11の典型的なバタフライバルブの一部分の断面図である。

図13に示した典型的なシール補強具の平面図である。

バタフライバルブにおいて使用可能な別の代案のシールリング用カートリッジおよび可撓キャリアの構成の断面図である。

バタフライバルブにおいて使用可能な別の代案のシールリング用カートリッジおよび可撓キャリアの構成の断面図である。

図16の典型的なカートリッジを実現するために使用可能な典型的なラジアル溶接部を示している。

図16の典型的なカートリッジを実現するために使用可能な典型的なアキシャル溶接部を示している。

本明細書に記載される典型的なシールを実現するために使用可能な別の典型的なカートリッジの構成の断面図である。

本明細書に記載される典型的なシールを実現するために使用可能なさらに別の典型的なカートリッジの構成の断面図である。

図5が、典型的なバタフライバルブ100の一部分の断面図である。図5に示したバタフライバルブ100は、幅広い温度範囲にわたって、例えば、天然ガス、油、水などといったプロセス流体を制御するために使用可能である。図5に示されているとおり、バタフライバルブ100は、比較的高い圧力の流体を加えることが可能なディスク102（例えば、可動の流量制御部材）を備えている。また、バタフライバルブ100は、バルブ本体104と、バルブ本体104へと接続された保持または保護リング106とを備えている。保護リング106が、シール110を保持し、ディスク102とシール110との間に流体シールを形成する。

ディスク102は、バルブシャフト（図示せず）によってバルブ100内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、バルブ制御機器（図示せず）が、バルブ100へと作用可能に接続され、通常は、分散制御システムの一部であってよいプロセスコントローラ（いずれも図示せず）からの制御信号に応答して、バルブアクチュエータ（図示せず）へ空気圧信号をもたらす。バルブアクチュエータが、バルブシャフトと接続されており、空気圧信号によってバルブアクチュエータが動かされると、バルブシャフトおよびバルブシャフトと取り付けられたディスク102が回転し、ディスク102の外縁111が、制御信号に比例した角度でシール110に対して位置する（例えば、開位置に位置する）。ディスク102を、流体シールを形成すべく閉位置へと回転させてもよい（例えば、ディスク102の外縁111をシール110に当接させてもよい）。換言すると、ディスク102が閉位置へと回転させられてシール110に接触するとき、ディスク102とシール110との間に流体シールが形成される。シール110を、ディスク102の平均径との締まり嵌めを形成するための内径を有するように構成してよい。

さらに、保護リング106が、交換のためにシール110への容易な保守のアクセスを提供するように構成されるとともに、シール110のプロセス流体への直接的な暴露を防止している。図5に示した典型的な締め付けの設計は、保護リング106、バルブ本体104、およびシール110を密に接触させることによって、これらの間のシールを好都合に提供し、保護リング106とバルブ本体104との間の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）を実質的に防止する。さらに、ガスケット（図示せず）を、保護リング106、バルブ本体104、およびシール110に隣接して設け、シール性能を向上させてもよい。

図6は、図5の典型的なシール110の一部分の拡大図である。この典型的なシール110は、実質的に可撓なキャリア112を備えている。可撓キャリア112は、湾曲した外形または可撓キャリア112に柔軟性を付与することができる他の任意の外形を有している。さらに、典型的なシール110は、可撓キャリア112に接する外周面113と、ディスク102（図5）に接触して密に係合するように構成された内周面115とを有する実質的に剛なシールリング114を備えている。可撓キャリア112によって、実質的に剛なシールリング114は、バルブ100の閉鎖の付近においてディスク102の動きに実質的に従うことができる。したがって、ディスク102に大きな圧力低下が加わり、ディスク102の撓みまたは移動が生じる場合に、シール110がディスク102と一緒に動いて、密な接触を維持することができる。さらに、可撓キャリア112は、シール110の周囲の漏れを防止するために、保護リング106とバルブ本体104との間に固定シールをもたらす。いくつかの公知の浮動の設計と対照的に、この典型的なシール110は、キャリア112の可撓性とリング114の剛性とを別個独立に制御することが可能な固定式の設計である。

図6に示されているように、典型的なシールリング114は、積層構造を有している。図6の例では、外側層116が、金属などの実質的に剛または比較的剛な材料を含んでいる。或る特定の例では、外側層116が、ステンレス鋼で製作される。しかしながら、代わりに、他の材料および／または追加の材料を使用してよい。外側層116が、シールリング114に剛性をもたらし、ディスク（例えば、ディスク102）がシールリング114に密に係合するときに、ディスク102に対するシールを達成するために必要なシール力を生成できるようにしている。外側層116の断面（例えば、厚さまたは断面積）を、シールリング114の剛性を調節するために変更してよい。

強化炭素繊維材料を使用して実現可能な膨張グラファイト118の比較的薄い層が、それぞれの外側層116に隣接して位置している。膨張グラファイト118は、主として、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へと拘束し、あるいは取り付けるために使用される。中央層120が、主たるシールをもたらし、例えばPTFEなどのポリマーで製作可能である。

図6に示した例では、例えばフェノール系接着剤などの接着剤を使用して、外側層116と膨張グラファイト層118との間に、確実な結合が形成される。中央層120は、高温によって中央層120を隣接する表面（例えば、グラファイト層118）のすき間へと流入できるようにして、大きな圧縮荷重によって機械的な結合を形成する熱−圧縮プロセスを使用して、膨張グラファイト層118へと接合される。層116、118、および120の接合後に、膨張グラファイト層118を圧縮すべく、さらなる荷重がシールリング114へと加えられる。一例においては、膨張グラファイト層118が、例えば元の厚さの約47％へと圧縮される。膨張グラファイト層118を圧縮することで、動作時に膨張グラファイト層118を通って漏れまたは浸出が生じることがないようするための初期のガスケット着座荷重がもたらされる。一例においては、1平方インチあたり約5,000ポンドの荷重を、膨張グラファイト層118を圧縮するために使用してよい。

層116、118、および120を接合し、膨張グラファイト層118を圧縮すべく荷重を加えた後で、シールリング114の外周面113が、シールキャリア112の平坦面122へと接続される。シールリング114を、例えばそれぞれの外側層116におけるレーザ溶接によって、平坦面122へと接続してよい。しかしながら、他の任意の機械的、冶金的、および／または化学的な固定方法を、溶接に代え、あるいは溶接に加えて、使用してよい。

図7は、シール110（図6）として使用することができる別の典型的な積層膨張グラファイトシール150を示している。シール150の特徴の多くは、シール110と同様であるが、いくつかの差異はある。シール110と同様に、シール150も、例えば湾曲した外形および平坦面154を有する可撓キャリア152を備えている。この典型的なシール150が、可撓キャリア152に接する外周面155と、ディスク（例えば、図5のディスク102）に接するように構成された内周面157とを有する剛なシールリング156を備えている。シールリング156も、複数の層を備えている。外側層158を、例えばステンレス鋼などの金属で製作してよい。例示したシール110（図6）と同様に、外側層158が、シールリング156に剛性をもたらし、ディスクと密に係合するときに必要なシール力を生成できるようにしている。外側層158の厚さを、シールリング156の剛性を制御するために変更することができる。

外側層158の間に、強化炭素繊維を使用して実現可能な膨張グラファイトの3つの層160が、例えばステンレス鋼またはPTFEなどの金属またはポリマーの2つの層162と交互の関係で位置している。金属またはポリマー層162が、膨張グラファイト層160のグラファイト材料のディスク（例えば、ディスク102）または他の任意の流量制御部材への付着および／または移動を防止することが可能である。層162がポリマー製である場合、層162は、膨張グラファイト層160からディスク102への材料の移動を防止するための潤滑をもたらすことが可能である。層162が金属製である場合、層162は、ディスクまたは他の流量制御部材への膨張グラファイト層160の材料の付着を大幅に減らすべく、掻き落とし作用をもたらすことが可能である。

層158、160、および162の取り付け方法は、層162に応じて決まる。シール150の層162がポリマー層である場合、上述のとおり、シール110の層116、118、および120と同様の様式で接合が行われる。シール150の層162がステンレス鋼などの金属層である場合、すべての層が、フェノール系接着剤などの接着剤を使用して接合される。さらに、シールリング156が、図6に関して上述したように、リング114をキャリア112へと接続する様式と同様の様式で、可撓キャリア152へと接続される。

図8は、典型的なシール110と同様の様式で図5の典型的なバルブ100において使用することができる典型的な金属シール180である。典型的なシール180が、例えば湾曲した外形またはたわみをもたらすために適した他の任意の外形を有する可撓なシールキャリア182と、内周面186および外周面188を有する剛なシールリング184とを備えている。外周面188が、シールキャリア182の平坦面190へと接続される。典型的なシールリング184は、例えばステンレス鋼などの金属で製作される。シールリング184の剛性は、シールリング184の断面積の関数である。具体的には、シールリング184の断面積が大きいほど、シールリング184がより剛になる。典型的な金属シール180は、例えばニッケル−クロム合金または他の耐食材料など、シールリング184およびキャリア182にさまざまな材料の使用を可能にする。さらに、シールリング184とキャリア182とに非類似の金属を使用することで、キャリア182にS31600 SSTなどの耐疲労性の材料を使用し、シールリング184にAlloy 6などの耐摩耗性の材料を使用することが可能になる。典型的なシール110および150と同様に、典型的な金属シール180は、キャリア182の可撓性とリング184の剛性とを別個独立に制御することができる固定式の設計である。

図6〜図8の典型的なシール110、150、および180においては、ディスク−シールの係合によってもたらされるフープ応力が、閉鎖の付近においてディスクが運動する際に、典型的なシール110、150、および180をディスク102の形状に従わせ、動的なシールを維持することが可能である。ディスク102および／またはシールリング114、156、および184は、円形および／または楕円形の形状を有してよい。楕円形のディスクまたはシールリングにおいては、ディスク102とシール110、150、および180との間の干渉が、バルブシャフトをまたぐ領域またはバルブシャフトの付近の領域において、実質的にゼロであってよい。

楕円形の形状を上述したが、ディスク102とシール110、150、および180との間の接触を回転の最後の数度に限定するため、形状を真の楕円からわずかに変更することが可能である。さらに、ディスク102の形状を特定の用途の必要性に適するように最適化するために、ディスク102ならびに／あるいはシール110、150、および180について、他の形状を使用することも可能である。

ディスク102の外周を、ディスク102の回転軸の付近においてはシール110、150、および180との干渉を有さず、シャフトに対して90°である軸および中間のすべての点においてシール110、150、および180との所望の量の干渉を有するように、設計することができる。また、ディスク102の外形を、ディスク102が閉じられたときにディスク102の外周の両側において干渉が実質的に同じであるように、設計することも可能である。これらの設計の選択肢は、ディスク102とシール110、150、および180との間の干渉が、閉鎖の最後の数度においてのみ生じるようにすることができ、結果として、ディスク102の回転軸の付近の領域の摩耗をなくすことができ、あるいは最小限にすることができる。回転の最後の数度においてもたらされるフープ応力が、回転軸の付近の領域においてシールを得るために必要な荷重をもたらす。

図9は、シールリング202をカートリッジ204を介して可撓なシールキャリア210へと接続して有しているバタフライバルブ200の一部分の断面図を示している。バルブ200は上述のバルブ100と実質的に同様の様式で動作する。典型的なカートリッジ204は、上部206および下部208で作られている。シールリング202が、上部206および下部208の間に挿入され、上部206および下部208が、すき間のない集合体となるまで圧入される。カートリッジ204は、例えばレーザ溶接によって、キャリア210へと接続されている。しかしながら、溶接に代え、あるいは溶接に加えて、他の任意の機械的、冶金的、および／または化学的な固定を、使用してよい。図9の例では、構成部品206、208、および210を接続するために、ただ1つのレーザ溶接部が使用されている。この例におけるキャリア210の片持ち梁状の外形が、キャリア210の可撓性を高めている。この典型的なキャリア210は、フランジ212の下方のカートリッジ204の上部の付近で、カートリッジ204へと接続されているが、キャリア210を、別の場所でカートリッジ204へと接続してよい。キャリア210およびカートリッジ204が別の場所（すなわち、図9に示されている場所とは異なる場所）で接続される場合には、上部206および下部208の形状を、構成部品206、208、および210を1つの溶接部を用いて接続できるように、変更することが可能である。

カートリッジ204の上部206および下部208を、例えばステンレス鋼などの金属で製作してよい。シールリング202は、上述した積層構造のいずれかに類似する積層構造である。さらに、シールリング202も、例えば膨張グラファイトからなる中実片など、中実の構造であってよい。

シールリング202をキャリア210へと接続するためにカートリッジ206を使用することで、シールリング202の支持が大幅に強化される。特に、カートリッジ206によってもたらされる金属塊の増大が、シールリング202の各層を一体に保持するうえで役に立つ。カートリッジ204によってもたらされる支持が、シールが漏れを生じることなく耐えることができる荷重を、大きくする。

図10が、別のカートリッジ252およびキャリア254を有する図9の典型的なバルブ200の断面図を示している。この例のカートリッジ252も、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が、図9の典型的なカートリッジ204の上部206および下部208とは異なる形状に形作られている。上部256および下部258は、キャリア254が実質的に平坦であって、カートリッジ252上のより低い位置でカートリッジ252へと接続されるため、図9に示した上部および下部とは異なる形状に形作られている。結果として、もはや上部256のフランジは不要である。また、キャリア254が平たい外形であることで、湾曲した外形であるがゆえに金型を必要とするキャリア210に比べて、製造に関する工具のコストが削減される。図9および図10の例のいずれかに示したバルブ200の構成部品の形状を、上述のようなバルブ100の構成部品と実質的に同様に設計および製造することができる。

図11が、上述のバルブ100および200と同様であってよい典型的なバタフライバルブ300の一部分の断面図を示している。図3に示されているように、バタフライバルブ300は、比較的高い圧力の流体を加えることが可能なディスク302（例えば、可動の流量制御部材）を備えている。また、バタフライバルブ300は、バルブ本体304と、バルブ本体304へと接続された保護リング306とを備えている。保護リング306が、可撓シール310を保持し、ディスク302と可撓シール310との間に流体シールを形成する。可撓シール310は、上述したキャリア112、152、182および210と同様のプレスによる金属部品であってよい。しかしながら、可撓シール310は、この例においてはシールリングを支持しておらず、むしろディスク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が、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、例えばボルトなどの機械的な固定具316または他の任意の機械的な固定具によって接続または固定されている。固定されたとき、上部312および下部314が一体にはまり合い、外縁318を形成する。シールリング320が、外縁318に沿って、ディスク302の上部312と下部314との間に配置されている。

シールリング320が、図12に拡大されて示されている。図12に示されるとおり、シールリング320は、上述した積層構造のいずれかに類似した積層構造である。例えば、外側層322が、金属などの実質的または比較的に剛な材料を含むことが可能である。或る特定の例では、外側層322が、ステンレス鋼で製作される。しかしながら、代わりに、他の材料および／またはさらなる材料も使用可能である。

強化炭素繊維材料を使用して実現可能な膨張グラファイトの比較的薄い層324が、それぞれの外側層322に隣接して位置している。中央層326が、グラファイト層324の間に配置されている。中央層326を、膨張グラファイト層324から可撓シール310などへのグラファイト材料の移動を防止するための潤滑をもたらすために、例えばPTFEなどのポリマーで製作することが可能である。図11および図12の典型的なリングにおいては、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が示されているが、これに代えて、層322、324、および326について、任意の数および／または組み合わせを使用することが可能である。

シールリング320の層322、324、および326は、上述した積層構造と同様の様式で接合される。層322、324、および326を接合し、膨張グラファイト層324を圧縮すべく荷重を加えた後で、シールリング320が、ディスク302の上部312と下部314との間に配置される。次いで、ディスク302の部位312および314が、シールリング320をディスク302へと固定または拘束すべく、固定具316によって一体に固定される。上部312および下部314が、図9および図10のカートリッジ204および252がそれぞれのシールを支持する様式と同様の様式で、リング320を支持する。ディスク302および可撓シール310が、上述したディスク102およびシール110と同様の様式で機能し、シールを生み出す。

図13が、逆流方向Bの剛性が高められているバタフライバルブ300の一部分の断面図を示している。図13に示されているとおり、シール構造305は、バタフライバルブ300の保護リング306と、可撓シール310に隣接する補強部材350とを備えている。実質的に可撓でありながら、補強部材350は、逆流方向Bの可撓シール310の剛性を高める（すなわち、シール補強具として機能する）ように構成され、流れの順方向Aへの可撓シール310の動きを妨げない（例えば、可撓シール310の剛性が、流れの順方向Aについては補強部材350によって影響されることがない）ようにさらに構成されている。図13に示されるとおり、典型的な補強部材またはシール補強具350は、保護リング306と可撓シール310との間に配置される。いくつかの例では、シール補強具350を、保護リング306および／または可撓シール310へと固定しなくてもよい。例えば、シール補強具350を、可撓シール310と保護リング306との間に捕まえ、あるいは締め付けることができるが、可撓シール310および保護リング306へと恒久的に固定する必要はない。結果として、補強部材350は、流れの順方向Aに或る剛性を有し、逆流の方向Bに別の剛性または異なる剛性を有するように構成される。

当業者であれば、シール補強具350を実現するために、種々さまざまな材料を使用可能であることを、理解できるであろう。例えば、シール補強具350を、可撓シール310を形成するために使用される材料と同様の材料で構成し、さらには／あるいは可撓シール310よりも比較的優れた耐摩耗性および／または耐食性を有する材料で製作してよい。また、シール補強具350を、可撓シール310よりも耐摩耗性が低い材料で構成してよい。なぜならば、シール補強具350は、可撓シール310と異なり、シールリング320との摺動接触を維持することがないからである。

図14に示されているように、シール補強具350は、可撓シール310の内径に実質的に等しい内径352を有するワッシャ状の形状を有してよい。シール補強具350は、シール補強具350が締め付け部（例えば、保護リング306）と可撓シール310との間にしっかりと捕捉されるように、充分に大きい外径354を有することが可能である。シール補強具350は、実質的に平坦であってよく、あるいは起伏のある外形を有してよい。起伏のある外形を、曲げ356および358によって形成することが可能である。さらに、シール補強具350を、摩耗性の媒体の可撓シール310への接触を妨げるように構成し、摩耗性の媒体から可撓シール310を保護するためのシールドとして機能させることができる。

あるいは、シール補強具350が、複数の可撓な片持ち梁形式の部材を有してよい。そのような部材のそれぞれが、可撓シール310と保護リング306との間に捕まえられる1つの端部と、少なくとも可撓シール310の先端部360まで延びるもう1つの端部とを有することが可能である。複数の片持ち梁形式の部材を、可撓シール310の円周を巡って一様な間隔にて配置してよく、さらには／あるいは複数の片持ち梁形式の部材によって逆流方向Bの可撓シール310の全体の剛性が実質的に均一に高められるように、可撓シール310の円周を巡って任意の所望の構成にて間隔を空けて配置してよい。

図13に戻ると、逆流方向Bの流体の圧力が閉鎖位置にあるディスク302に加わると、可撓シール310が、先端部360がシール補強具350に当接または接触するまで、逆流方向Bに曲げられる。このように、シール補強具350が、可撓シール310の先端部360のための可撓な支持部として機能する。結果として、シール補強具350が、可撓シール310の過剰なたわみを防止すべく、逆流方向Bの可撓シール310の剛性を高め、したがってディスク302の外縁318と可撓シール310との間の流体シールが、損なわれたり、破られたりすることがない。シール補強具350と同様の部品を、本明細書に記載される他の例のいずれにも追加することが可能である。

図11および図13の典型的なバルブ300においては、可撓シール310とシールリング320との間の動的なシールが、図5に関して上述したシールリング320およびディスク302ならびに／あるいは可撓シール310の形状によって可撓シール310に生じるフープ応力を、利用することが可能である。さらに、シールリング320を、図6〜図8のリング114、156、および184に関して上述した様式と実質的に同様の様式で、設計および製造することが可能である。

図15が、バタフライバルブにおいて使用可能な別の代案のシールリング用カートリッジおよび可撓キャリアの構成400の断面図である。全体的には、図15の構成400は、図9に示した構成に類似している。図15に示されているように、上部404および下部406を有するカートリッジ402が、溶接部（例えば、レーザ溶接）410によって可撓キャリア408へと取り付けられている。シールリング412が、上部404と下部406との間に捕まえられている。シールリング412を、本明細書に記載の積層シール構造のいずれかを使用して実現可能である。図9に示したシール／キャリアの構成と対照的に、カートリッジ402が、シールリング114、156、および184がそれぞれのキャリア112、152、および182へと固定される様式と同様にして、可撓キャリア408の平坦面414へと取り付けられている。

図16が、バタフライバルブにおいて使用可能な別の代案のシールまたはシールリング用カートリッジならびに可撓キャリアの構成500の断面図である。図5に示されているように、典型的なシール500が、バタフライバルブ（例えば、図5の典型的なバルブ100）の内部に取り付けられて流量制御穴を囲むように構成された実質的に可撓なリング状のキャリア502を備えている。さらに、この典型的なシール500は、リング状のカートリッジ504を、リング状のキャリア502の内径面506へと接続して備えている。典型的なカートリッジ504は、第1の部位508と、シールリング514を把持または保持するための周状の開口512を定めるために第1の部位508へと接続される第2の部位510とを備えている。リング状の可撓キャリア502およびシールリング514を、図5〜図15に関して上述した可撓キャリアおよびシールリングと同様または同一の様式で、実現することが可能である。しかしながら、さらに詳しく後述されるとおり、典型的なカートリッジ504は、いくつかの点で、図9、図10、および図15に関して上述したカートリッジから相違している。

図16に示した典型的なカートリッジ504を詳しく眺めると、第1の部位508が、第1の内向き表面516を有しており、第2の部位510が、第1の内向き表面516に係合するように第2の内向き表面518を有している。内向き表面516および518は、半径方向に広がる部位またはラジアル表面520および522をそれぞれ備えている。半径方向に広がる部位またはラジアル表面520および522は、リング状のシール500の長手軸におおむね垂直または実質的に垂直な平面に位置している。本明細書において使用されるとき、「ラジアル表面」という表現は、リング状の部材（例えば、シール500）の長手軸に対して少なくともほぼ垂直である表面を含む。さらに、内向き表面516および518は、軸方向に延びる部位またはアキシャル表面524および526を含んでおり、軸方向に延びる部位またはアキシャル表面524および526は、典型的なシール500の長手軸におおむね平行または実質的に平行な平面に位置している。本明細書において使用されるとき、「アキシャル表面」という表現は、典型的なシール500の長手軸に少なくともほぼ平行な表面を含む。

第1および第2の部位508および510を、例えば内向き表面516および518の少なくとも一部分を融合させる溶接部（例えば、レーザ溶接）を使用して、内向き表面516および518の少なくとも一部分を介してつなぎ合わせることができる。典型的なラジアル溶接部550が、図17に示されており、典型的なアキシャル溶接部552が、図18に示されている。溶接部550および552は、リング状のカートリッジ504を連続的かつ完全に巡っても、あるいはリング状のカートリッジ504を巡って間隔を空けて位置する複数の不連続な溶接部であってもよい。図17および図18に示されるとおり、溶接部550および552が、開口512を定めるアキシャル壁554に実質的に隣接している内向き表面516および518の少なくとも一部分を融合させる。溶接部を表面516および518をアキシャル壁554に実質的に隣接して融合させる位置に使用することで、カートリッジ504は、シールリング514へと所望の保持荷重を印加および維持することができる。特に、図16、図17、および図18に示したカートリッジ504ならびに溶接部550および552は、第1および第2の部位508および510が、これらの部位508および510の間に捕らえられているシールリング514の膨張力（例えば、反作用の荷重）によって離間または分離してしまう可能性を最小にし、あるいは実質的に取り除く。換言すると、溶接され、あるいは融合している部位508および510へとシールリング514によってもたらされる反作用の荷重のトルクまたは力が、アキシャル壁554に近接または実質的に隣接する溶接位置、したがってシールリング514（すなわち、トルクを生じさせる反作用の力の源）に近接または実質的に隣接する溶接位置においては、大幅に小さくなり、あるいは最小になる。

典型的なカートリッジ402と同様に、典型的なカートリッジ504を、1つ以上の溶接部または他の任意の適切な方法によって、実質的に可撓なキャリア502へと接続または取り付けすることが可能である。しかしながら、典型的なカートリッジ402と対照的に、ラジアル表面520および522が、アキシャル表面524および526よりも大きな係合の表面積を有している。図17および図18において最も明確に見ることができるとおり、内向き表面516および518のラジアル部分520および522の間に比較的大きな係合面積を有することで、壁554に実質的に隣接する位置での部位508および510の融合または接合が可能化または容易化され、部位508および510の内向き表面516および518の間に、図9および図15の典型的なカートリッジ204および402に関してそれぞれ説明したような締まり嵌めを使用する必要がなくなる。

内向き表面516および518が、実質的に半径方向に広がる部位および実質的に軸方向に延びる部位を有するものとして示されているが、代わりに、内向き表面516および518について、他の構成および／または向きも使用可能である。例えば、表面516および518の一部分または全体がシール500の長手軸に垂直でも平行でもないように傾けられるよう、内向き表面516および518に角度を持たせてよい。これに代え、あるいはこれに加えて、内向き表面516および518が、表面516および518が相補的となるような非直線の（例えば、湾曲した）外形を有してよい。

図19は、本明細書に記載の典型的なシールを実現するために使用可能な別の典型的なカートリッジの構成570の断面図である。この典型的なカートリッジ570は、第1の部位572と、シールリング（例えば、図16のシールリング514）を保持する開口576を定めるために第1の部位572へと接続される第2の部位574とを備えている。第2の部位574が、軸方向に突き出した部位またはアキシャル突起580を受け入れるラジアルスロット、溝、またはチャネル578を備えている。第1および第2の部位572および574は、第2の部位574の下面584を貫いてアキシャル突起580へと延びる溶接部582によって連結されている。さらに、この典型的なカートリッジ570は、リング状の可撓キャリア（例えば、図9の典型的なキャリア210と同様）の端部を受け入れるための第2の開口またはチャネル586を提供している。組み立て時、スロット、溝、またはチャネル578が、（例えば、開口576に捕らえられるシールリングからの）グラファイト材料または他の同様の汚染物によって融合または溶接対象の表面が汚されることが実質的にないようにする。

図20は、本明細書に記載の典型的なシールを実現するために使用可能なさらに別の典型的なカートリッジの構成600の断面図である。この典型的なカートリッジ600の特定の構成部品または造作は、図19の典型的なカートリッジ570のものと同様または同一であり、それら同様または同一の構成部品または造作は、同じ参照番号を用いて指し示されている。図19の典型的なカートリッジ570と同様に、典型的なカートリッジ600は、第1の部位572へと接続されたときにシール（例えば、図16の典型的なシール514）を受け入れるための開口604を定める部位602を有している。図19の典型的なカートリッジ570の開口576と対照的に、開口604は、斜めまたは実質的に非平行なラジアル表面または面606および608を有している。斜めまたは実質的に非平行な表面または面606および608が、開口604に保持されるシールに荷重を加えて、部位572および602を曲げる（例えば、お互いから離れるように動かす）ことで、部位572および602が、シールリング又は複数のシールリングとカートリッジにわたって一貫した荷重をもたらすことができる。

いくつかの典型的な方法、装置、および製造物を、本明細書において説明したが、本特許の保護の範囲は、それらに限られない。むしろ、本特許は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲に文言上または均等論のもとで妥当に包含されるすべての方法、装置、および製造物を保護する。

Claims (6)

1. バタフライバルブにおいて使用するためのシールであって、
   第１リング状部位と、第１開口と第２開口を定めるように前記第１リング状部位と連結された第２リング状部位とを有するカートリッジと、
   前記第１開口に保持されたリング状のシールと、
   前記カートリッジを前記バタフライバルブと連結するために前記第２開口に保持されたリング状可撓キャリアと、
   を備えている、シール。
2. 前記第２リング状部位が、ラジアル溝を含んでおり、前記第１リング状部位が、前記ラジアル溝に係合するためのアキシャル突起を含んでいる、請求項１に記載のシール。
3. 前記アキシャル突起が、前記第１リング状部位と前記第２リング状部位の少なくとも一部分が融合した溶接部によって前記ラジアル溝の表面と溶接されている、請求項２に記載のシール。
4. 前記溶接部が前記第２リング状部位の前記ラジアル溝の表面と反対側の表面から前記第２リング状部位を貫いて前記アキシャル突起まで延びている、請求項３に記載のシール。
5. 前記第１開口が内向きに開放したリング状の開口であり、
   前記ラジアル溝の内側の壁が、前記第１開口の外径に実質的に揃っている、請求項２〜４のいずれか一項に記載のシール。
6. 前記第１開口が、前記第１リング状部位によって定められる第１ラジアル表面および第１アキシャル表面と、前記第２リング状部位によって定められる第２ラジアル表面とを含んでおり、前記第１ラジアル表面と前記第２ラジアル表面が実質的に非平行である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシール。

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