JP5960685B2 - 蛇腹およびｃ字形シールを有するフローティングボールバルブのシール - Google Patents

Description

本発明は、流体制御装置に関し、さらに詳細には、回転式ボール型流体制御バルブに関するものである。

回転式ボールバルブが、流体、ガス、スラリー、その他等のプロセス流体のいくつかのパラメータを制御するために、多数のプロセス制御システム用途において用いられている。プロセス制御システムにおいては、最終的に流体の圧力、レベル、ｐＨ、または他の所望のパラメータを制御するために制御バルブが用いられ得るが、制御バルブは基本的には流体流の流速を制御するものである。

典型的には、回転式ボールバルブは、流体流入口および流体流出口を画成するバルブ本体を備える。ボール要素が、バルブ本体に取り付けられ、固定軸周りに回転して、シール組立体との当接状態に入るかまたは係る当接状態から脱することにより、バルブを通過する流体流の量が制御される。典型的なボルト締めの直列型ボールバルブにおいては、シール組立体は、流体流入口を通ってバルブ本体に挿入され、シール保護リングによりバルブ本体のフランジの近傍に保持される。

バルブ本体、ボール要素、およびシール組立体を含む回転式ボールバルブの構成品は一般に金属製である。これは、高圧用途および／または高温用途に用いられる場合に、特に該当する。しかし、ボール要素およびシール組立体は、バルブの開閉時にボール要素およびシール組立体が反復的に係合するため、摩損が生じ得る。摩損に起因する諸問題は、バルブ構成品の寿命の短縮化、ボール要素とシール組立体との間の摩擦力の増大化、ボール要素とシール組立体との間の、並びにシール組立体とバルブ本体との間の、望ましくない漏出を含むが、これらに限定されない。同様に、摩擦力は、構成品の摩損が大きくなるにつれて、増加する傾向にある。したがって、バルブ内の動的性能および制御特性が悪化し、その結果、バルブにおける効率および正確度が劣化する。これらの諸問題のうちいくつかを軽減するために、いくつかのシール組立体は、閉止位置におけるボールに対するシールの信頼性を改善するために、付勢される。利用されるシール組立体の特定種類に関わらず、従来の回転式ボールバルブの大半は、摩損するかまたは別様に効力を失った場合においてシール組立体を交換するには、ボルトを外して流体プロセス制御システムから取り外すことが必要となる。

第１の態様において、バルブは、流入口と、流出口と、流入口および流出口に流体連通するバルブ内部とを備えてもよい。このバルブは、バルブ本体の頂部分に着脱可能に取り付けられたボンネットも備えてよい。ボール要素がバルブ内部に枢動可能に取り付けられ、このボール要素の外側表面は、球体の一部を画成してもよい。ただし、ボール要素の外側表面上の点の全部が、ボール要素の自然な回転軸から等距離であるとは限らない。シールリングがバルブ内部内に配置され、ボール要素に対して付勢されてもよい。ただし、このシールリングはボール要素に密閉状態で係合するよう調整。加えて、アンカーリングがバルブ内部内に配置され、バルブ本体に固定されてもよい。シール坦持体がバルブ内部においてシールリングとバルブ本体との間に配置されてもよく、このシール坦持体は、シールリング内に配置された複数のボルトによりアンカーリングに着脱可能に取り付けられ、バルブ本体内への挿入および取り外しが可能となるよう構成されてもよい。第１漏出経路がシールリングとシール坦持体との間に存在し、第２漏出経路がシール坦持体とバルブ本体との間に存在し、これら第１漏出経路および第２漏出経路のそれぞれがバルブ内の流体圧力を受けてもよい。蛇腹シールがシールリングとシール坦持体との間に配置され、この蛇腹シールは、流体流が第１漏出経路を通って流れることを妨げ得る。補助シールがシール坦持体とバルブ本体との間に配置され、流体流が第２漏出経路を通って流れることは、この補助シールにより妨げられ得る。

さらなる態様においては、整列間隙がシールリングとシール坦持体との間に形成され、この整列間隙は第１漏出経路の１部分を画成してもよい。この整列間隙は、ボール要素がシールリングに密閉状態で係合するときにシールリングが自動整列するよう、シールリングがシール坦持体に対して径方向に移動できる空間を、シール坦持体とシールリングとの間に提供してもよい。

他の態様においては、蛇腹シールはシール坦持体の１部分およびシールリングの１部分に固定されてもよく、蛇腹シールはシール坦持体の１部分およびシールリングの１部分の両方に溶接されてもよい。

さらなる態様においては、蛇腹シールが蛇腹シュラウドとシール坦持体との間に配置されるよう、蛇腹シュラウドがシール坦持体に固定されてもよい。

さらなる態様においては、シール坦持体とバルブ本体との間に配置された第２補助は、Ｃ字形シールであってもよい。Ｃ字形シールの口状部は、第２漏出経路において流体流の方向に向かって開口してもよい。Ｃ字形シールはシール坦持体に形成された凹陥部に配置されてもよい。Ｃ字形シールは、流体流が第２漏出経路を通ることを防ぐために、バルブ本体の１部分と、シール坦持体に形成された凹陥部の１部分とに密閉状態で係合してもよい。

さらなる態様においては、シール坦持体とバルブ本体との間に配置された第２補助シールは、環状ガスケットであってもよい。

他の態様においては、波形バネがシールリングをボール要素に向かって付勢し、この波形バネはシールリングに形成された凹陥部に配置されてもよい。

さらなる態様においては、シールリングがシール坦持体から離れる軸方向変位は、シール坦持体に連結されたシール保持具により制限されてもよく、このシール保持具は、バルブ内部内に配置された複数のボルトによりシール坦持体に着脱可能に取り付けられてもよい。

他の態様においては、複数のボルトのうちのいくつかは、シール坦持体のフランジ部分に形成された螺刻ボアおよびアンカーリングに形成された螺刻ボアの両方に螺合してもよい。

シールリング組立体を設置する方法は、流入口と、流出口と、流入口および流出口に流体連通するバルブ内部とを備えるボールバルブを提供することを含んでもよい。ボンネット開口部がバルブ本体の頂部分の近傍に設けられてもよい。ボール要素がバルブ内部に枢動可能に取り付けられ、このボール要素の外側表面は、球体の一部を画成してもよく、ボール要素の外側表面上の点の全部が、ボール要素の自然な回転軸から等距離であるとは限らない。シール坦持体サブ組立体が、バルブ内部内以外の位置において組み立てられてもよい。このシール坦持体サブ組立体は、内側凹陥部を有するシール坦持体と、内側凹陥部内に配置されたシールリングとを備えてもよく、このシールリングはボール要素に密閉状態で係合するよう適応される。シール坦持体サブ組立体は、シールリングおよびシール坦持体の両方に固定された蛇腹シールをさらに備え、補助シールがシール坦持体に結合されてもよい。シール坦持体サブ組立体は、シール坦持体サブ組立体がバルブ内部内に配置されるよう、ボンネット開口部に挿入されてもよい。 加えて、シール坦持体サブ組立体は、流体流がシールリングとシール坦持体との間に存在する第１漏出経路を通って流れることが蛇腹シールにより妨げられよう、および、流体流がシール坦持体とバルブ本体との間に存在する第２漏出経路を通って流れることが補助シールにより妨げられるよう、バルブ本体に固定されてもよい。ボンネットをバルブ本体に固定することにより、開口部がカバーされてもよい。

他の態様においては、シール坦持体サブ組立体をバルブ本体に固定することは、複数のボルトを、シール坦持体に形成された複数の対応する螺刻ボアに通して挿入することを含んでもよい。なお、ボルトのそれぞれは、アンカーリングに形成された対応する螺刻ボアと螺合する。アンカーリングは、バルブ内部内においてバルブ本体に固定されてもよい。

さらなる態様においては、整列間隙がシールリングとシール坦持体との間に提供され、この整列間隙は第１漏出経路の１部分を画成してもよい。この整列間隙は、ボール要素がシールリングに密閉状態で係合するときにシールリングが自動整列するよう、シールリングがシール坦持体に対して径方向に移動できる空間を、シール坦持体とシールリングとの間に提供してもよい。

さらなる態様においては、シールリングがシール坦持体から離れる軸方向変位は、シール坦持体に連結されたシール保持具により制限されてもよい。加えて、補助シールは、シール坦持体の外側凹陥部に配置されたＣ字形シールおよびシール坦持体の底壁部に固定されたガスケットのうちの１つである。

本開示の原理にしたがって構築された回転式ボールバルブの断面図である。 回転式ボールバルブが開放位置にある状態の回転式ボールバルブのシール組立体の１つの実施形態を示す、図１のサークルＩＩの部分の部分拡大断面図である。 閉止位置にある回転式ボールバルブを示す、図２と同様の別の部分拡大断面図である。 図２と同様であるが、本発明の別の開示例に係る教示にしたがって組み立てられたシール組立体を示す、別の部分拡大断面図である。

図１は、本開示の原理にしたがって構築され、一般にバルブ本体１２と、ボンネット１４と、制御組立体１６と、シール組立体２４とを備える、回転式ボールバルブ１０を示す。バルブ本体１２は、略円筒形状を有し、流入口部分１８と、流出口部分２０と、第１流路２２と、バルブ本体１２の頂部分の近傍に配置されたボンネット開口部２５とを備える。矢印により示されるように、第１流路２２は、流入口部分１８から流出口部分２０まで、長手方向軸Ａに略平行な方向に延長する。流入口部分１８は流入口フランジ２６により包囲される。流出口部分２０は流出口フランジ２８により包囲される。流入口フランジ２６および流出口フランジ２８は、ボルト、溶接、クランプ、または他の任意の既知の手段等により、ボールバルブ１０をプロセス制御管路に連結するよう適応される。

ボンネット１４は、複数のボンネットボルト２７を用いてバルブ本体１２のボンネット開口部２５にボルト締めされた略円筒形構造体を備える。ボンネット１４は、一般に知られる制御組立体１６の様々な構成品を支持する貫通ボア２９を画成する。制御組立体１６は、ボール要素３０と、駆動軸３２と、支持軸３４とを備える。駆動軸３２はボンネット１４の貫通ボア２９を通して配置され、既知の方法で回転式アクチュエータに連結されるよう適応される。支持軸３４は、ボンネット開口部２５の反対側のバルブ本体１２の壁部に形成された盲ボア３６内に配置される。ボンネット１４の貫通ボア２９およびバルブ本体１２の盲ボア３６は、当該技術分野において周知のベアリングを備え、それにより、ボールバルブ１０の作動中において、軸３２および軸３４は、したがってボール要素３０は、一貫して、負荷のない状態で、回転変位することが可能となる。

ボール要素３０は、典型的には、図１に示す閉止位置にあるときにシール組立体２４との反復的シールを支援するために、当該技術分野において周知のカム式のボール要素を含む。さらに詳細には、ボール要素３０の外側表面は球体の１部分を画成してもよい。ただし、ボール要素の外側表面上の点の全部が、軸３２および軸３４のそれぞれの回転軸等の、ボール要素の自然な回転軸から等距離であるとは限らない。

示した例において、シール組立体２４は、流入口部分１８から下流側であり且つボンネット開口部２５に略近接する内部位置において、バルブ本体１２に取り付けられる。このように構成されるため、シール組立体２４の交換が必要となったときは、ボンネット１４および制御組立体１６をバルブ本体１２から取り外すことが可能であり、シール組立体２４はボンネット開口部２５を通して装着される。このことにより、シール組立体２４を交換するにあたり、バルブ１０が取り付けられた管路からバルブ１０の全体を取り外す必要はない。この点は、バルブ１０が突き合わせ溶接されている場合に大いに有利である。

シール組立体２４を収容するために、バルブ本体１２の開示された実施形態は、バルブ本体１２の流入口部分１８から完全に下流側に配置された内部凹陥部４２を画成する。すなわち、内部凹陥部４２は、バルブ本体１２の流入口部分１８と、制御組立体１６のボール要素３０との間に配置される。開示された実施形態の凹陥部４２は、形状において略環状であり、第１円筒形表面３８ａおよび第２円筒形表面３８ｂと第１横断表面４０ａおよび第２横断表面４０ｂとを含むバルブ本体１２の内部表面により画成される段付プロファイルを有する。

第２円筒形表面３８ｂは、図１に示す流路２２の方向に対して考慮した場合、バルブ本体１２の流入口部分１８と第１円筒形表面３８ａとの間に配置される。同様に、第２軸方向表面４０ｂは、図１に示す流路２２の方向に対して考慮した場合、バルブ本体１２の流入口部分１８と第１軸方向表面４０ａとの間に配置される。

さらに、図示のように、第１円筒形表面３８ａは、第２円筒形表面３８ｂの第２直径Ｄｂよりも大きい第１直径Ｄａを有する。第１直径Ｄａおよび第２直径Ｄｂのそれぞれは、バルブ本体１２の流入口部分１８の流入口直径Ｄｉよりも大きい。

バルブ本体１２がこのように構成されるため、シール組立体２４は、上述のように、ボンネット開口部２５を通してバルブ１０に取り付けられる。その結果、流入口フランジ２６および流出口フランジ２８が、ボルト締め直列型の構成ではなく、直列型突き合わせ溶接が要求される環境において、バルブの使用が可能となる。勿論、この設計はボルト締めのバルブ本体または別様のバルブ本体にも用いられ得る。さらに、開示された実施形態に係るシール組立体２４は、図１に示すようにボール要素３０が閉止されたときにシール組立体２４がボール要素３０とバルブ本体１２の流入口部分１８との間に完全に配置されるよう、内部凹陥部４２に配置される。図１に示すバルブ本体１２の内部凹陥部４２は、２つの内側円筒形表面３８ａおよび３８ｂと２つの横断表面４０ａおよび４０ｂとにより画成される段付プロファイルを含むとものとして説明されるが、一方、本開示の代替的な実施形態は、例えば、シール組立体２４の特定の設計および／または他の考慮に応じて、３つ以上のまたは１つの内側円筒形表面と、２つの横断表面とを有してもよい。

図１のサークルＩＩの詳細図である図２を参照しつつ、本開示の教示にしたがって構築されたシール組立体２４の１つの特定の実施形態について説明する。

シール組立体２４は、バルブ本体１２の内部に配置されたシールリング４４を備える。シールリング４４はボール要素に向かって付勢され、それにより、ボール要素３０に密閉状態で係合する。アンカーリング１３０はバルブ内部内に配置され、バルブ本体１２に固定されてもよい。シール坦持体４６がシールリング４４とバルブ本体１２との間に配置され、このシール坦持体４６は、バルブ本体１２の内部に配置された複数のボルト４８により、アンカーリング１３０に着脱可能に固定される。第１漏出経路５０がシールリング４４とシール坦持体４６との間に存在し、第２漏出経路５２がシール坦持体４６とバルブ本体１２との間に存在する。第１漏出経路および第２漏出経路の両方が、回転式ボールバルブ１０内部の流体圧力を受ける。蛇腹シール５４は、流体流が第１漏出経路５０を通って流れることを妨げるため、シール坦持体４６とシールリング４４との間で延長する。加えて、補助シール５６がシール坦持体４６とバルブ本体１２との間に配置され、流体流が第２漏出経路を通って流れることは、補助シールにより妨げられる。

上述のように、シール組立体２４のシールリング４４は、形状において略環状であり、例えば合金６または合金６で表面硬化したステンレス鋼等の耐摩耗性金属から機械加工されてもよい。図２の断面図に示すように、シールリング４４は、円筒形シール内側壁部５８と円筒形シール外側壁部６０とにより横方向に画成され、シール底壁部６１が、シール外側壁部６０から内側壁部５８まで径方向に延長してもよい。シールリング４４は、さらに、シール外側壁部６０から内側壁部５８に向かって延長するシール頂壁部６２により画成され、シール頂壁部６２は、シール底壁部６１に平行であり、シール底壁部６１から軸方向に偏位してもよい。シールリング突起６４がシール頂壁部６２から延長し、このシールリング突起６４は、シール頂壁部６２から軸方向（すなわち、長手方向軸Ａに平行な方向）に延長し得る円筒形側部突起壁部６６により画成されてもよい。頂部突起壁部６８が、側部突起壁部６６からシール頂壁部６２に平行な方向で内向きに延長してもよい。底部突起壁部７０は、シール内側壁部５８から径方向で内向きに延長してもよく、円筒形内側突起壁部７２が底部突起壁部７０から軸方向に延長してもよい。ボール係合表面７４が頂部突起壁部６８と内側突起壁部７２との間で延長してもよく、このボール係合表面７４は形状において凹状であってもよい。さらに詳細には、ボール係合表面７４は、回転式ボールバルブ１０が閉止位置または着座位置（図３に示す）へと動くとき、シールリング４４のボール係合表面７４がボール要素３０に密閉状態で係合するよう、ボール要素３０の球形外側表面の対応する部分と一致する輪郭を有してもよい。ボール係合表面７４に耐摩耗加工が施されることにより、シールのサイクル寿命が向上し、着座ラインの摩損を防ぐことができる。

シールリング４４は、シール内側壁部５８とシール外側壁部６０との間に配置された環状バネ凹陥部７６も備えてよい。バネ凹陥部７６は、シール底壁部６１からシール頂壁部６２に向かって軸方向に延長してもよく、バネ凹陥部７６は、略方形の断面形状を有してもよい。一方、バネ凹陥部７６は、特定用途に好適である、任意の形状または形状の組み合わせを有してもよい。バネ凹陥部７６は、図２および図３に示す波形バネ７８等の弾性要素を受容するよう適応されてもよい。

図２および図３に示すように、シール組立体２４は、バルブ本体１２の内部内においてシールリング４４とバルブ本体１２との間に配置された環状シール坦持体４６も備える。シール坦持体４６は、例えばステンレス鋼等の、耐蝕性金属から機械加工されてもよい。シール坦持体４６は、段付内部プロファイルおよび段付外部プロファイルの両方を備えてもよい。特に、シール坦持体４６は、略軸方向に延長する円筒形坦持体外側壁部８０と坦持体外側壁部８０から内側に偏位した円筒形坦持体内側壁部８２とにより横方向に画成されてもよい。円筒形坦持体中間壁部８４が坦持体内側壁部８２から内向きに偏位し、円筒形坦持体下方壁部８６が坦持体中間壁部８４から内向きに偏位してもよい。平面坦持体中間頂壁部８８が、坦持体内側壁部８２から坦持体中間壁部８４まで径方向に延長してもよく、平面坦持体下方頂壁部９０が、坦持体中間壁部８４から坦持体下方壁部８６まで軸方向に延長してもよい。平面坦持体底壁部９２が坦持体下方壁部８６から径方向外向きに延長し、この坦持体底壁部９２は、シール坦持体４６の最底部表面を画成してもよい。坦持体外側凹陥部９４が、坦持体底壁部９２から軸方向に延長する円筒形凹陥部側壁部９６と、坦持体外側壁部８０から凹陥部側壁部９６まで径方向に延長する凹陥部頂壁部９８と、により画成されてもよい。一方、坦持体外側凹陥部９４は、坦持体底壁部９２が坦持体外側壁部８０と交差する凹陥部を提供する、任意個数または任意形状の表面により形成されてもよい。

環状坦持体フランジ１００が坦持体外側壁部８０から略径方向に離れる方向に延長してもよく、この坦持体フランジ１００は、坦持体外側壁部８０から軸方向に離れる方向に延長するフランジ底壁部１０２により画成されてもよい。坦持体フランジ１００はさらに、フランジ底壁部１０２に平行であり且つフランジ底壁部１０２から偏位し得るフランジ頂壁部１０４により画成されてもよい。円筒形フランジ外側壁部１０６がフランジ底壁部１０２とフランジ頂壁部１０４との間で軸方向に延長し、円筒形フランジ内側壁部１０８がフランジ外側壁部１０６から径方向に偏位し、フランジ頂壁部１０４と坦持体頂壁部１０９との間で延長してもよく、坦持体頂壁部１０９は坦持体内側壁部８２まで径方向に延長してもよい。坦持体頂壁部１０９はフランジ内部壁部１０８に対して垂直であるため、シール坦持体４６の坦持体外側凹陥部９４に対して斜め方向に対向する坦持体内側凹陥部１１０が形成されてもよい。複数のフランジボア１１２が、坦持体フランジ１００の周りに対称的に配置されてもよい。フランジボア１１２はフランジ頂壁部１０４からフランジ底壁部１０２まで軸方向に延長してもよい。各フランジボア１１２は螺刻部分を有してもよく、各フランジボア１１２は螺刻係留ボルト４８を受容するよう適応されてもよい。加えて、複数の坦持体盲ボア１１４がシール坦持体４６の周りに対称的に配列されてもよく、各盲ボア１１４はフランジ頂壁部１０４から坦持体底壁部９２に向かって軸方向に延長してもよい。各盲ボア１１４は螺刻部分を有してもよく、各盲ボア１１４は押さえネジ１１６を受容するよう適応されてもよい。

図２および図３に示すように、シール組立体２４は、シールリング４４をシール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０内に固定するよう適応された環状シール保持具１１８も備えてよい。シール保持具１１８は、例えばステンレス鋼等の、耐蝕性金属から機械加工されてもよい。シール保持具１１８は、それぞれが略軸方向に延長する、円筒形保持具内側壁部１２０および円筒形保持具外側壁部１２２により、横方向に画成されてもよい。平面保持具頂壁部１２４、および保持具頂壁部１２４に平行であり且つ保持具頂壁部１２４から軸方向に偏位した平面保持具底壁部１２６は、略径方向に延長してもよく、保持具内側壁部１２０および保持具外側壁部１２２と交差することにより、さらにシール保持具１１８を画成してもよい。複数の保持具ボア１２８がシール保持具１１８の周りに対称的に配列されてもよく、各保持具ボア１２８は、保持具頂壁部１２４と保持具底壁部１２６との間で軸方向に延長してもよい。加えて、各保持具ボア１２８は、対応する坦持体盲ボア１１４と軸方向に整列するよう配置され、押さえネジ１１６は、押さえネジ１１６の螺刻部分が坦持体盲ボア１１４の螺刻部分と螺合するよう、各保持具ボア１２８に挿入されてもよい。それにより、シール保持具１１８は、シール坦持体４６に着脱可能に固定される。

シール保持具１１８の円筒形保持具内側壁部１２０の直径は、シールリング４４の円筒形側部突起壁部６６の直径より大きく、シールリング４４の円筒形シール外側壁部６０の直径より小さくてもよい。したがって、シールリング４４がシール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０内に配置され、シール保持具１１８がシール坦持体４６に固定されると、保持具底壁部１２６は、円筒形保持具内側壁部１２０が、シール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０内におけるシールリング４４の径方向移動の度合いに関わらず、径方向においてシールリング４４の円筒形側部突起壁部６６と円筒形シール外側壁部６０との間に配置されるよう、シール坦持体４６のフランジ内部壁部１０８を越えて径方向内向きに延長する。加えて、上述のように組み立てられると、シール頂壁部６２とシール底壁部６１との間の軸方向距離は、シール保持具１１８の保持具底壁部１２６とシール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９との軸方向距離より小さい。

図２および図３に示すように、シール組立体２４は、バルブ本体１２に固定されるよう適応された環状アンカーリング１３０も備えてよい。アンカーリング１３０は、例えばステンレス鋼等の、耐蝕性金属から機械加工されてもよい。アンカーリング１３０は、それぞれが略軸方向に延長する、円筒形アンカー内側壁部１３２および円筒形アンカー外側壁部１３４により、横方向に画成されてもよい。平面アンカー頂壁部１３６、およびアンカー頂壁部１３６に平行であり且つアンカー頂壁部１３６から軸方向に偏位した平面アンカー底壁部１３８は、略径方向に延長してもよく、アンカー内側壁部１３２およびアンカー外側壁部１３４に交差することにより、さらにアンカーリング１３０を画成してもよい。アンカーリング１３０は、バルブ本体１２の内部凹陥部４２においてバルブ本体１２に固定されてもよい。さらに詳細には、アンカー外側壁部１３４は内部凹陥部４２の第１円筒形表面３８ａに実質的に当接してもよく、アンカー底壁部１３８は、内部凹陥部４２の第１横断表面４０ａに実質的に当接してもよい。この姿勢において、円筒形アンカー内側壁部１３２の直径は、内部凹陥部４２の第２円筒形表面３８ｂの直径よりもわずかに大きくてもよい。アンカーリング１３０をバルブ本体１２に固定するために、アンカー外側壁部１３４の螺刻部分（図示せず）を、バルブ本体１２の第１円筒形表面３８ａの螺刻部分（図示せず）に螺合させてもよい。代替的に、１つまたは複数の溶接箇所（図示せず）がアンカーリング１３０をバルブ本体１２に固定してもよく、またはアンカーリング１３０は、螺合および溶接の組み合わせによりバルブ本体１２に固定されてもよい。

複数のアンカーボア１４０がアンカーリング１３０の周りに対称的に配列されてもよく、各アンカーボア１４０は、アンカー頂壁部１３６からアンカー底壁部１３８に向かって軸方向に延長してもよい。加えて、アンカーリング１３０がバルブ本体１２に固定されると、各アンカーボア１４０は、シール坦持体４６の対応するフランジボア１１２と軸方向に整列するよう、配置されてもよい。このように構成されるため、係留ボルト４８は各フランジボア１１２に挿入され、係留ボルト４８が対応するアンカーボア１４０に向かって進むよう、回転し得る。シール坦持体４６のフランジ底壁部１０２とアンカーリング１３０のアンカー頂壁部１３８との間の間隙を通して延長した後、係留ボルト４８の遠位端は、拡大された直径部分１４２に受容されてから、次いで、アンカーボア１４０の螺刻部分１４４と螺合する。作動中、回転式ボールバルブ１０内の振動のために、１つまたは複数の係留ボルト４８がアンカーボア１４０の螺刻部分１４４から離脱し得る。係る離脱にも関わらず、係留ボルト４８がシール坦持体４６のフランジボア１１２を通って軸方向に変位することは、フランジボア１１２の螺刻部分により妨げられる。それにより、係留ボルト４８がアンカーボア１４０からバルブ本体１２の内部へと脱落することはない。

図２および図３を参照すると、アンカーリング１３０がバルブ本体１２に固定され、シール坦持体４６は複数の係留ボルト４８により、このアンカーリング１３０に固定されてもよい。加えて、シールリング４４はシール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０内に配置され、シールリング４４は、上述の方法により、シール保持具１１８により坦持体内側凹陥部１１０内に固定されてもよい。上述のように、シールリング４４のシール頂壁部６２とシール底壁部６１との軸方向距離は、シール保持具１１８の保持具底壁部１２６とシール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９との間の軸方向距離より小さい。したがって、第１間隙１４５がシールリング４４とシール坦持体４６との間に存在し得る。シールリング４４とシール坦持体４６との間の第１間隙１４５が存在するために、シールリング４４は、回転式ボールバルブ１０が閉止位置へと動くにつれて、流入口部分１８に向かって（および波形バネ７８の付勢力に抗して）ボール要素３０により軸方向に変位され、それにより、シールリング４４はボール要素３０に確実に密閉状態で係合することが可能となる。図２に示すように回転式ボールバルブ１０が開放（すなわちボール要素３０がシールリング４４のボール係合表面７４と接触しない）位置にあるとき、シールリング４４のバネ凹陥部７６内に配置された波形バネ７８は、シールリング４４をボール要素３０に向かって付勢する。シール保持具１１８がシール坦持体４６に固定されるため、シール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９と保持具底壁部１２６との間の軸方向距離が一定となり、それにより、波形バネ７８がシールリング４４をボール要素３０に向かって軸方向変位させることが制限される。

上述の第１間隙１４５に加えて、整列間隙１４６がシール坦持体４６とシールリング４４との間に存在してもよい。さらに詳細には、シールリング４４の円筒形シール外側壁部６０の直径がシール坦持体４６の円筒形フランジ内部壁部１０８の直径より小さいため、整列間隙１４６は、シールリング４４の表面とシール坦持体４６の表面との間に存在し得る。整列間隙１４６が存在するため、シールリング４４は、ボール要素３０により係合されると、シール坦持体４６に対して軸方向に移動し得る。それにより、シールリング４４が径方向および軸方向に自動整列されて、機械加工許容度に起因するボール／シールリング４４間のあらゆる整列不良も補償され、その結果、シールリング４４とボール要素３０との間の密閉状態が改善され得る。

回転式ボールバルブ１０が閉止されたとき、シールリング４４のシール底壁部６１はシール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９と密閉状態で係合しない場合もある。それにより、第１漏出経路５０がシールリング４４とシール坦持体４６との間で第１間隙１４５に沿って作られ得る。流路２２を通って流れるプロセス流体は、流出口部分２０側においてよりも、ボール要素３０の流入口部分１８側において、より高圧である。したがって、プロセス流体は、ボール要素３０の流出口部分２０側に流体連通し得る第１漏出経路５０を通って流れる傾向を有する。プロセス流体がこの第１漏出経路５０を通って流れることを妨げるため、蛇腹シール５４がシールリング４４とシール坦持体４６との間に配置されてもよい。さらに詳細には、蛇腹シール５４の第１端部分１４７がシールリング４４のシール内側壁部５８に固定され、蛇腹シール５４の第２端部分１４８がシール坦持体４６の坦持体中間壁部８４に固定されてもよい。シール坦持体４６の坦持体中間壁部８４はシールリング４４のシール内側壁部５８と軸方向に整列し得るため、蛇腹シール５４は略軸方向に延長し得る。第１端部分１４７および第２端部分１４８は、レーザ溶接等の溶接処理により、シールリング４４およびシール坦持体４６にそれぞれ固定されてもよい。特に、溶接箇所は第１縁部部分１４７および第２縁部部分１４８の縁部全体に沿って円周方向に延長されてもよい。代替的に、溶接箇所は第１縁部部分１４７および第２縁部部分１４８に沿って部分的にのみ延長してもよく、または、第１縁部部分１４７および第２縁部部分１４８に沿う不連続な点が溶接されてもよい。一方、蛇腹シール５４は、溶接ではなく、当該技術分野において一般的である任意の手段により、シールリング４４およびシール坦持体４６に固定されてもよい。蛇腹シール５４は、正弦波蛇腹部分１５０により、径方向に可撓性を有し、軸方向に圧縮可能であるため、蛇腹シール５４は、シール坦持体４６に対して軸方向および径方向に変位するシールリング４４の能力に影響を与えない。

図２および図３に示すように、シール組立体２４は、蛇腹シール５４を保護するために、シール坦持体４６に固定された円筒形蛇腹シュラウド１５２も備えてよい。蛇腹シュラウド１５２は、軸方向内側壁部１５４および外側壁部１５６と、内側壁部１５４と外側壁部１５６との間で径方向に延長する頂壁部１５８および底壁部１６０と、により画成されてもよい。蛇腹シュラウド１５２の底壁部１６０はシール坦持体４６の坦持体底壁部９２と径方向に整列し、外側壁部１５６はシール坦持体４６の坦持体下方壁部８６と軸方向に整列してもよい。加えて、内側壁部１５４はバルブ本体１２の円筒形流入口壁部１６２と軸方向に整列してもよい。蛇腹シュラウド１５２の底壁部１６０の１部分は、レーザ溶接等の溶接処理により、シール坦持体４６の坦持体底壁部９２の１部分に固定されてもよい。代替的に、蛇腹シュラウド１５２は、当該技術分野において一般的である任意の手段により、シール坦持体４６に固定されてもよい。蛇腹シュラウド１５２がシール坦持体４６に固定された場合、シールリング４４のシール底壁部６１がシール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９に近接する最底部位置にあるとき、小さい軸方向間隙が蛇腹シュラウド１５２の頂壁部１５８とシールリング４４の底部突起壁部７０との間に存在し得る。係る構成により、シールシュラウド１５２は、直接的な流れの衝撃から蛇腹シール５４を保護し、シールリング４４付近の流体通路を円滑化する。

図３に示すように、ボール要素３０が閉止位置へと動くと、ボール要素３０は、シールリング４４のボール係合表面７４と接触し、シールリング４４をシール坦持体４６の坦持体頂壁部１０９に向かって変位させる。バルブ１０の流入口側１８における流体圧力が高いため、プロセス流体は、蛇腹シュラウド１５２の頂壁部１５８と底部突起壁部７０との間の間隙に入り得る。しかし、蛇腹シール５４がシールリング４４とシール坦持体４６との間で延長するため、プロセス流体がシールリング４４とシール坦持体４６との間の第１漏出経路５０に入ることは妨げられる。

図２を参照して、シール坦持体４６が前述の方法で複数の係留ボルト４８によりアンカーリング１３０に固定されると、蛇腹シュラウド１５２の円筒形内側壁部１５４は、流入口部分１８を部分的に画成する円筒形流入口壁部１６２と実質的に同一の直径を有し得る。加えて、円筒形坦持体外側壁部８０の直径はアンカー内側壁部１３２より小さくてもよく、それにより、横方向間隙１６４がシール坦持体４６とアンカーリング１３０との間に作られ得る。シール坦持体４６がバルブ本体１２に直接には固定されないため、第２間隙１６６が、バルブ本体１２の内部凹陥部４２の第２横断表面４０ｂとシール坦持体４６の坦持体底壁部９２および蛇腹シュラウド１５２の底壁部１６０の両方との間に存在し得る。第２間隙１６６および横方向間隙１６４の両方は、回転式ボールバルブ１０が閉止位置にあるとき、シールリング４４とボール要素３０との間のシールの、流出口部分２０の側にあるバルブ内部の１部分に流体連通し得る。流路２２を流れるプロセス流体は、流出口部分２０の側においてよりも、ボール要素３０の流入口部分１８の側において、圧力がより高いため、プロセス流体は、回転式ボールバルブ１０が閉止位置にあるとき、第２間隙１６６へと流れ込み、横方向間隙１６４を通って、シールリング４４とボール要素３０との間のシールの流出口部分２０側にあるバルブ内部の１部分へ、と流れる傾向を有する。したがって、第２漏出経路５２がバルブ本体１２とシール坦持体４６との間に存在し得る。

流体流が第２漏出経路５２を通って流れることを妨げるために、図２および図３に示すＣ字形シール１６８等の補助シール５６は、Ｃ字形シール１６８の口状部がバルブ本体１２の第２横断表面４０ｂに対して軸方向上向きに面するよう、シール坦持体４６の坦持体外側凹陥部９４に配置されてもよい。そのため、Ｃ字形シールの口状部は第２漏出経路５２を通る流体流に面する。プロセス流体が第２漏出経路５２の第２間隙１６６に流れ込むと、流体は坦持体外側凹陥部９４および坦持体外側凹陥部９４内に配置されたＣ字形シール１６８の口状部に入る。比較的高圧の流体が口状部を通してＣ字形シール１６８の内部に入るにつれて、Ｃ字形シール１６８は外向きに拡大し、バルブ本体１２の内部凹陥部４２の第２円筒形表面３８ｂに密閉状態で係合することに加えて、坦持体外側凹陥部９４の凹陥部側壁部９６および凹陥部頂壁部９８に密閉状態で係合し、それにより、流体流がシール坦持体４６とＣ字形シール１６８の下流側のバルブ本体１２との間を流れることが妨げられ、第２漏出経路５２がシールされる。Ｃ字形シール１６８がシール坦持体４６およびバルブ本体１２に対して静止状態にあるため、Ｃ字形シール１６８は静止Ｃ字形シールと称されてもよい。

前述のように、シール組立体２４をバルブ本体１２から取り外すことが望まれるとき、バルブ本体１２が取り付けられた管路からバルブ本体１２を取り外す必要はない。代わりに、複数のボンネットボルト２７のそれぞれを緩めて取り外すことにより、バルブボンネット１４をバルブ本体１２から取り外してもよい。ボンネット１４を取り外すと、制御組立体１６およびボール要素３０を、ボンネット開口部２５を通して、バルブ本体１２から取り外してもよい。次いで、シール坦持体４６をアンカーリング１３０から取り外してもよい。特に、レンチまたは他の適切な工具をボンネット開口部２５を通してバルブ内部に挿入し、各係留ボルト４８の螺刻部分がアンカーボア１４０の螺刻部分１４４および螺刻フランジボア１１２から螺合離脱するまで、各係留ボルト４８をレンチにより回してもよい。次いで、シール坦持体４６を、シールリング４４、シール保持具１１８、蛇腹シール５４、および蛇腹シュラウド１５２がシール坦持体４６に依然として取り付けられてシール坦持体４６サブ組立体が形成された状態のまま、バルブ本体１２の内部凹陥部４２から抜き取り、ボンネット開口部２５を通して取り外してもよい。バルブ内部から出した後、シール保持具１１８を、各押さえネジ１１６を取り外すことにより、シール坦持体４６サブ組立体から切り離してもよい。

シール保持具１１８が取り外された状態において、シールリング４４を、シール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０から取り外し、シール坦持体４６から離れるよう変位させ、それにより、シールリング４４から波形バネ７８を取り外しおよび交換することが可能となる。必要に応じて、蛇腹シュラウド１５２をシール坦持体４６から取り外し、次いで、蛇腹シール５４を、シール坦持体４６およびシールリング４４の両方から取り外してもよい。シール保持具１１８が取り外された状態において、シールリング４４をシール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０から取り外してもよい。

シール組立体２４をバルブ本体１２に設置するために、シール組立体２４は、まず、バルブ内部の外部で部分的に組み立てられる。特に、波形バネ７８等の弾性要素が前述の方法でシールリング４４のバネ凹陥部７６に配置される。次いで、蛇腹シール５４によりシール坦持体４６に連結されたシールリング４４がシール坦持体４６の坦持体内側凹陥部１１０に配置され、シール保持具１１８は、各保持具ボア１２８が、シール坦持体４６に形成された対応する坦持体盲ボア１１４と軸方向に整列するよう、シールリング４４の上方に配置される。次いで、複数の押さえネジ１１６のそれぞれが、対応する坦持体盲ボア１１４と螺合するよう回転され、それにより、シール保持具１１８がシール坦持体４６に固定される。次いでＣ字形シール１６８がシール坦持体４６の坦持体外側凹陥部９４内に配置される。次いでシール坦持体４６サブ組立体がボンネット開口部２５を通してバルブ内部に挿入され、シール坦持体４６サブ組立体は、シール坦持体４６のフランジ外側壁部１０６をバルブ本体１２の第１円筒形表面３８ａに整列させることにより、バルブ本体１２の内部凹陥部４２内において中心に置かれる。次いで、シール坦持体４６の各フランジボア１１２がアンカーリング１３０の対応するアンカーボア１４０と軸方向に整列されてもよい。次いで、各係留ボルト４８をバルブ内部内から対応するフランジボア１１２に挿入し、係留ボルト４８の螺刻部分がアンカーリング１３０のアンカーボア１４０の螺刻部分１４４と螺合するまで、各係留ボルト４８を回転させてもよい。組み立てられたとき、最初は、シールリング４４を坦持体内側凹陥部１１０内に配置しても、シールリング４４のボール係合表面７４とボール要素３０の球状外面の１部分との間で適切な密閉状態が確保されない場合もある。しかし、前述したシールリング４４の自動整列特性により、回転式ボールバルブ１０の閉止時にボール要素３０がボール係合表面１３０と接触するにつれて、ボール要素３０はシールリング４４を坦持体内側凹陥部１１０内で軸方向および径方向に変位させるであろう。

図４に示す他の実施形態において、シール組立体２２４は、上述したシール組立体２４と実質的に同等であってもよい。しかし、シール組立体２２４のシール坦持体２４６においては、シール坦持体２４６の円筒形坦持体外側壁部８０が坦持体底壁部９２まで軸方向に延長するため、坦持体外側凹陥部９４は形成されない。したがって、シール組立体２２４の第２補助シール５６は、Ｃ字形シール１５４ではなく、代わって、第２漏出経路５２において坦持体底壁部９２とバルブ本体１２の第２横断表面４０ｂとの間に配置された環状ガスケット１７０である。取り扱いおよび設置を容易にするために、ガスケット１７０は、当該技術分野において一般的な任意の方法で、シール坦持体２４６の坦持体底壁部９２に接着されてもよい。したがって、シール組立体２２４を取り外しまたは設置するプロセスは、上述のプロセスと実質的に同等である。

上述のように、シール組立体２４および２２４を用いることにより、従来のシール組立体において用いられるいくつかの部品が省略される。それにより、バルブのコストが低減されることとなる。さらに、シール坦持体４６等の使用される部品の機械加工が容易および安価であることに加えて、シール坦持体４６サブ組立体をボンネット開口部２５を通してバルブ内部に挿入する際、バルブを管路から取り外す必要がない。さらに、上述のように、シールリング４４はシール坦持体４６に対して軸方向および径方向に移動可能であり、そのため、シールリング４４が自動整列することにより、ボールとシールとの整列不良が補償される。加えて、流体流が第１漏出経路５０を通って流れることは、蛇腹シール５４により完全に妨げられる。それにより、完全な双方向遮断（すなわち、本明細書に説明する、第１流路２２に沿った流れの遮断、および、流出口部分２０から流入口部分１８まで流れる第１流路２２と逆向きの流れに対する遮断）が提供される。さらに、蛇腹シール５４を用いることにより、弾性シールに依存するバルブ上方の有用な温度性能が拡大され得る。

様々な実施形態についてここまで説明してきたが、本開示はこれらの実施形態に限定されることを意図しない。開示された実施形態に対する様々な変化例が、依然として添付の請求項の範囲に含まれ得る。

Claims (20)

1. 流入口と、流出口と、前記流入口および前記流出口に流体連通するバルブ内部とを有するバルブ本体、
   前記バルブ本体の頂部分に着脱可能に固定されたボンネット、
   前記バルブ内部に枢動可能に取り付けられたボール要素であって、前記ボール要素の外側表面が球体の１部分を画成し、前記ボール要素の前記外側表面上の点の全部が前記ボール要素の自然な回転軸から必ずしも等距離であるとは限らない、ボール要素、
   前記バルブ内部内に配置され、前記ボール要素に向かって付勢され、前記ボール要素に密閉状態で係合するよう適応された、シールリング、
   前記バルブ内部内に配置され、前記バルブ本体に固定された、アンカーリング、
   前記バルブ内部において前記シールリングと前記バルブ本体との間に配置され、前記バルブ内部内に配置された複数のボルトにより前記アンカーリングに着脱可能に固定され、前記バルブ内部内からの挿入および取り外しを行うことができるよう適応されたシール坦持体であって、第１漏出経路が前記シールリングと前記シール坦持体との間に存在し、第２漏出経路が前記シール坦持体と前記バルブ本体との間に存在し、前記第１漏出経路および前記第２漏出経路はバルブ内の流体圧力を受ける、シール坦持体、
   前記シールリングと前記シール坦持体との間に配置され、流体流が前記第１漏出経路を通って流れることを妨げる、蛇腹シール、および、
   前記シール坦持体と前記バルブ本体との間に配置され、流体流が前記第２漏出経路を通って流れることを妨げる、補助シール、
   を備えるバルブ。
2. 整列間隙が前記シールリングと前記シール坦持体との間に形成され、前記整列間隙は前記第１漏出経路の１部分を画成し、前記整列間隙は、前記ボール要素が前記シールリングに密閉状態で係合するときに前記シールリングが自動整列するよう、前記シールリングが前記シール坦持体に対して径方向に移動することができる空間を、前記シール坦持体と前記シールリングとの間に提供する、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記蛇腹シールは前記シール坦持体の１部分および前記シールリングの１部分に固定される、請求項１に記載のバルブ。
4. 前記蛇腹シールは前記シール坦持体の１部分および前記シールリングの１部分の両方に溶接される、請求項３に記載のバルブ。
5. 蛇腹シュラウドは、前記蛇腹シールが前記蛇腹シュラウドと前記シール坦持体との間に配置されるよう、前記シール坦持体に固定される、請求項１に記載のバルブ。
6. 前記シール坦持体と前記バルブ本体との間に配置された前記補助シールはＣ字形シールである、請求項１に記載のバルブ。
   
7. 前記Ｃ字形シールの口状部は前記第２漏出経路を通過する流体流の方向に面し得る、請求項６に記載のバルブ。
8. 前記Ｃ字形シールは前記シール坦持体に形成された凹陥部に配置される、請求項６に記載のバルブ。
9. 前記Ｃ字形シールは、前記バルブ本体の１部分と、前記シール坦持体に形成された前記凹陥部の１部分とに密閉状態で係合し、それにより、流体流が前記第２漏出経路を通って流れることが妨げられる、請求項８に記載のバルブ。
10. 前記シール坦持体と前記バルブ本体との間に配置された前記補助シールは環状ガスケットである、請求項１に記載のバルブ。
    
11. 波形バネが前記シールリングを前記ボール要素に向かって付勢する、請求項１に記載のバルブ。
12. 前記波形バネは前記シールリングに形成された凹陥部に配置される、請求項１１に記載のバルブ。
13. 前記シールリングが前記シール坦持体から離れる軸方向変位は、前記シール坦持体に連結されたシール保持具により制限される、請求項１に記載のバルブ。
14. 前記シール保持具は前記バルブ内部内に配置された複数のボルトにより前記シール坦持体に着脱可能に固定される、請求項１３に記載のバルブ。
    
15. 前記複数のボルトのそれぞれは、前記シール坦持体のフランジ部分に形成された螺刻ボアおよび前記アンカーリングに形成された螺刻ボアの両方に螺合する、請求項１に記載のバルブ。
16. 流入口と、流出口と、前記流入口および前記流出口に流体連通するバルブ内部とを有するバルブ本体、および前記バルブ本体の頂部分に近接するボンネット開口部を備えるボールバルブを提供することと、
    ボール要素を前記バルブ内部に枢動可能に取り付けることであって、前記ボール要素の外側表面は球体の１部分を画成し、前記ボール要素の前記外側表面上の点の全部が必ずしも前記ボール要素の自然な回転軸から等距離であるとは限らないことと、
    内側凹陥部を有するシール坦持体、
    前記内側凹陥部内に配置され且つ前記ボール要素に密閉状態で係合するよう適応されたシールリング、
    前記シールリングおよび前記シール坦持体の両方に固定された蛇腹シール、および
    前記シール坦持体に連結された補助シール、
    を備えるシール坦持体サブ組立体を、前記バルブ内部以外の位置に組み立てることと、
    前記シール坦持体サブ組立体を、前記シール坦持体サブ組立体が前記バルブ内部内に配置されるよう、前記ボンネット開口部に挿入することと、
    前記シール坦持体サブ組立体を、流体が前記シールリングと前記シール坦持体との間に存在する第１漏出経路を通って流れることが前記蛇腹シールにより妨げられるよう、且つ流体が前記シール坦持体と前記バルブ本体との間に存在する第２漏出経路を通って流れることが前記補助シールにより妨げられるよう、前記バルブ本体に取り付けることと、
    ボンネットを前記バルブ本体に固定することにより、前記ボンネット開口部をカバーすることと、
    を含む、シールリング組立体を設置するための方法。
17. 前記シール坦持体サブ組立体を前記バルブ本体に固定することは、前記シール坦持体に形成された複数の対応する螺刻ボアに複数のボルトを通して挿入することを含み、前記ボルトのそれぞれは、前記バルブ内部内において前記バルブ本体に固定されたアンカーリングに形成された対応する螺刻ボアと螺合する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記シールリングと前記シール坦持体の間に整列間隙を提供することであって、前記整列間隙は前記第１漏出経路の１部分を画成し、前記整列間隙は、前記ボール要素が前記シールリングに密閉状態で係合するときに前記シールリングが自動整列するよう、前記シールリングが前記シール坦持体に対して径方向に移動できる空間を、前記シール坦持体と前記シールリングとの間に提供することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
    
19. 前記シールリングが前記シール坦持体から離れる軸方向変位を、前記シール坦持体に連結されたシール保持具により制限することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記補助シールは、前記シール坦持体の外側凹陥部に配置されたＣ字形シールおよび前記シール坦持体の底壁部に固定されたガスケットのうちの１つである、請求項１６に記載の方法。

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