JP6093442B2 - 弁座洗浄機能を備えた複座弁 - Google Patents

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Description

本発明は、互いに対して移動可能である2つの直列配置された閉鎖要素を有する複座弁であって、閉鎖要素が、複座弁の閉鎖位置において弁ハウジングの弁ハウジング部分から別のハウジング部分に流体が溢出することを防止し、閉鎖および開放の両方の位置において互いの間に、排出孔を介して複座弁の周囲に連結される漏出中空空間を画定し、排出孔は、弁ハウジングの外に誘導される、第1の閉鎖要素上に設計された管シャフトによって画定され、それと共に請求項1のプリアンブルによる他の特徴を備えた、複座弁に関する。
最初に特定されたタイプの弁座洗浄機能を備えた複座弁が、それぞれのパテントファミリに属する、特許国際公開第2007/054 131 A1号パンフレットまたは国際公開第2007/054 134 A1 号パンフレットおよび米国特許出願公開第2009/0 008 594 A1号明細書または米国特許出願公開第2009/0 044 874 A1号明細書から知られている。
最初にあげられたパテントファミリの複座弁では、垂直の正常位置に関連して独立的に駆動される、以下では第1の閉鎖要素と呼ばれる下側閉鎖要素が、その開放移動の過程において、従属的に駆動される、以下では第2の閉鎖要素と呼ばれる上側閉鎖要素上に、この2つの閉鎖要素間に作用する中間シールを介して載置し、また、さらなる開放移動中、後者(第2の閉鎖要素)を開放位置に移送する。
2番目にあげられたパテントファミリの複座弁では、第2の閉鎖要素は、第1の閉鎖要素を向くその端部上に、円筒状の円周壁を備えた開口部を有し、円筒状の円周壁は、第1の閉鎖要素に対応付けられた第1の円筒状座部と同一平面にあり、この開口部は、開放移動中、第2の閉鎖要素が開く前に、第1の閉鎖要素の第1の端部セクションおよび径方向の第1のシールを密封式に受け入れるように寸法設定される。
それぞれのパテントファミリの複座弁では、第1の閉鎖要素は、常に、径方向に作用する第1のシールを備えた押し込みピストンとして設計される。第2の閉鎖要素は、径方向に作用する第2のシールを備えた押し込みピストンとして、または軸方向/径方向に作用するシールを備えた円錐弁座プレートとして、または軸方向に作用する第2のシールを備えた軸方向の弁座プレートとして設計される。
知られている複座弁は、とりわけ、それぞれの弁座洗浄中、洗浄剤量を限定する。これらの洗浄剤量を複座弁の周囲に方向転換させることもしなければならないその漏出出口は、通常、「3−A Sanitary Standards for Double−Seat Mixproof Valves, Number 85−02 [1]」における、米国食品医薬品局(USFDA)の要求事項または法規を満たすように寸法がとられ、これらの法規は、とりわけ、漏出出口の最小通路断面が、少なくとも、複座弁に連結され得る最大配管の通路断面に対応するように寸法がとられることを要求するものである(要求事項D14.2)。さらに、弁座洗浄に関連して、[1]による追加の要求事項が満たされ、この要求事項は、それぞれ閉鎖された弁座領域に、それぞれ生成された弁座洗浄弁座洗浄流れ流が直接的にあたらず、またはこの領域に上昇圧力が供給されないこと(D14.5.2.1)、および漏出中空空間を向く閉鎖された弁座領域内の圧力が、周囲圧力に等しい、またはこれより小さくなければならない(D14.5.2.2)ことを示している。
したがって、知られている複座弁はまた、[1]による前述した基準の別の潜在的な要求事項も満たし、すなわち、これは、欠陥部がより大きい場合、または2つの弁座シールの1つが、他方の閉鎖要素の弁座洗浄中の過程において失われる場合であっても、洗浄剤がそれぞれのシール欠陥部または弁座シールを有さない弁領域を介して通過してはならないというものである。これらの状態下では、知られている複座弁は、洗浄剤量の限界設定および弁座洗浄の過程における弁座領域上の直接的作用の回避の要求事項を満たすだけでなく、それぞれ閉鎖された弁座領域に直接的にあたらず、またはこの領域に上昇圧力を供給せずに、弁座洗浄流をできる限り乱流無しで最初に漏出中空空間に、そしてそこから周囲に除去するという要求事項も満たす。
直接的作用は、弁座領域を画定する壁において垂直に向けられたそれぞれの弁座洗浄流からの任意の速度成分として理解される。すなわち、任意の関連した直接的作用は、運動流れエネルギーを静圧力に変換することが示されている。壁または本体表面にあたる方向の流れの衝撃角度に応じて、いわゆる「分岐流ライン」を有する分岐流が結果として生じ、後者(分岐流ライン)は、流れを半分に分割する。分岐流ライン自体は、いわゆる「よどみ点」において蓄積し、それにより、速度は、この地点ではゼロに等しくなる。速度のこの低速化の結果としての圧力上昇は、「よどみ圧力」とも呼ばれる。上記で示した圧力上昇機構は、有効である場合、それぞれの制限空隙および欠陥のまたはもはや存在しない弁座シールの上方に漏出流を生成する。
国際公開第2007/054 131 A1号パンフレットもしくは国際公開第2007/054 134 A1号パンフレットまたは米国出願公開第2009/0 008 594 A1号明細書もしくは米国出願公開第2009/0 044 874 A1号明細書による複座弁は、流れ機械的手段および漏出中空空間を境界付ける複座弁の構成要素上の作用形態だけで[1]による基準の要求事項を満たすが、独国特許第10 2007 038 124 A1 号明細書またはその後登録された米国特許出願公開第2009/0 065 077 A1号明細書は、複座弁の両方の閉鎖要素間に配置され、その両方に対して移動可能であり、いわゆる流れバリア要素である、別個の第3の要素によって[1]による基準の前記要求事項を満たすことを提案している。この流れバリア要素は、1つの閉鎖要素の通気中および漏出中空空間の洗浄剤による加圧中、閉鎖位置にある、他方の閉鎖要素の少なくとも1つのシール要素および/または閉鎖要素弁座を、漏出中空空間に入った洗浄剤を通る直接な流れから遮蔽する。前述の文献の説明によれば、「遮蔽」は、閉鎖位置に位置するそれぞれの閉鎖要素の密封要素が、直接的に、したがって洗浄剤による高い流れ速度によって加圧されないことであると理解されるものであり、この場合、洗浄剤は、主に減圧され低い流れ速度を有して、閉鎖位置に位置する閉鎖要素の閉鎖要素弁座または密封要素の領域内に進み、それにより、よどみ圧力がここでは高まる恐れがないことが可能にされる。この説明によれば、流れバリア要素は、ハウジング側において完全に密封される必要はなく、それよりも、好ましくは、ハウジングから小さい空隙だけ離間される。さらに、独国特許第10 2007 038 124 A1号明細書または米国特許出願公開第2009/0 065 077 A1号明細書の図1、4、および7、ならびに12から15において、漏出中空空間が、D14.2による[1]による基準の要求事項を満たし、すなわち、漏出出口の最小通路断面が、複座弁に連結され得る最大配管の通路断面に少なくとも等しいことを満たすことを見ることができる。
弁座洗浄機能を備えた複座弁の2つの閉鎖要素に対して移動可能であり、第1の閉鎖要素の円筒状座部内で密封式に誘導される独立した第3の要素は、パテントファミリに属する国際公開第98/41 786 A1号パンフレット(11頁24行から12頁9行)または米国特許第6,178,986 B1号明細書(6段落58行から7段落11行)ではすでに説明されているが、特許請求されていない。この知られている実施形態は、主に第3の要素、つまり流れバリア要素と、第1の閉鎖要素の関連する円筒状座部間の相互作用という点で、その後公開された独国特許第 10 2007 038 124 A1号明細書または米国特許出願公開第2009/0 065 077 A1号明細書の目的とは異なる。古い解決策は、摺動係合式に径方向に作用するシールを用いることによるシールをここでは提供しているが、新規の解決策の第3の要素は、ハウジング側で完全にシールされる必要はなく、それよりも好ましくは、ハウジングから小さい径方向空隙だけ離間される。
ハウジング側においてシールされる必要がない実施形態、または国際公開第98/41 786 A1 号明細書または米国特許出願公開第6,178,986 B1号明細書によるシールされた実施形態における「遮蔽」効果を通して、独国特許第10 2007 038 124 A1 号明細書または米国特許出願公開第2009/0 065 077 A1号明細書による流れバリア要素が、前述した要求事項 D14.5.2.1、および漏出出口の対応する寸法設定の場合は、[1]による要求事項D14.2も満たすかどうかは未だ不明である。要求事項D14.5.2.2が満たされていないことは明白であり、その理由は、流れバリア要素は、この時点では、http://www.suedmo.de/resources/images/790において2011年、11月(2011年11月)に公開された、企業出版物であるPentair Suedmo Operating Instructions、BAA D 365it Complete PMO, Version 1.01, Double−seat valve type D 365it Complete PMO type D620[2]において公開された大きく改変された実施形態において、対象の弁座洗浄機能を備えた複座弁内に存在するためである。
環状体として設計された、知られている流れバリア要素の拡張された機能は、企業出版物[2]後に公開された、独国特許第10 2010 046 137 A1号明細書において説明される。これによる閉鎖要素の少なくとも1つの通気位置では、環状体は、漏出空間を第1の漏出空間セクションおよび第2の漏出空間セクションに分割する。環状体は、特に、それぞれの弁座洗浄位置に生成される洗浄剤が、第1の漏出空間セクションから第2の漏出空間セクションまで環状体を通過することができるように設計される。この通過は、第2の漏出空間セクション内の圧力が、第1の漏出空間セクション内の圧力に対して低減され、洗浄剤が、第2の漏出空間セクションから漏出出口に進むように起こる。閉鎖位置に位置する閉鎖要素のシールまたは洗浄部材座部の遮蔽の機能以外に、環状体は、こうしてここでもまた、それぞれの弁座洗浄流の制限の機能を担う。しかし、この制限は、環状体が、常に、ハウジング側で十分にシールされ、必要なやり方で、通気された閉鎖要素に対して密封されるやり方で当接する場合にのみ可能であり、十分となる。
この実施形態により、たとえば企業出版物[2]の14および25頁、ならびに第1の閉鎖要素およびこれに連結された管シャフトを有すると想定された独国特許第10 2010 046 137 A1号明細書の図1において示されるように、独国出願公開第10 2007 038 124 A1 号明細書または米国特許出願第2009/0 065 077 A1号明細書の主題に関して、したがって、[1]による基準の法規D14.2とは異なって、管シャフト内に設計された漏出出口を大きく低減することが可能である。複座弁のこの逸脱設計は、[1]による基準の免責項D14.2.1.1によって可能であり、ここでは、D14.2に対して低減された漏出出口は、複座弁の弁座部間の最大圧力が、[1]による基準では「ブロックおよびブリード」配置と呼ばれる、匹敵する配置のシャットオフ弁とシャトル弁の間に低減されていない漏出出口が設けられた連結ライン内の最大圧力より小さい、またはこれに等しいことを証明するデータが利用できる場合に許容されることを記載している。
企業出版物[2]または独国特許出願公開10 2010 046 137 A1号明細書による複座弁は、弁ハウジングが、断面において低減されない漏出出口を備えた設計より1または2公称幅分小さく、したがってこれよりも大幅にコスト効果の高いやり方で設計され得るという価値のある利点を有し、その理由は、管シャフトが弁ハウジング部分間の連結開口部を貫通する複座弁の開放位置において、弁ハウジングに連結され得る最大配管の通路断面に対応しなければならない、管シャフトと連結開口部の間の環状空隙の通路断面が、上記の公称幅の増大を有さずに実現され得るためである。
企業出版物[2]または独国特許出願公開10 2010 046 137 A1号明細書による複座弁は、1つには、ハウジング側においてシールされた流れバリア要素の形状の第3の部材が、その漏出中空空間内の配置および閉鎖要素構成内の組み込みという他の特性に関連して、複雑な、したがって故障しやすい構造の複座弁の構造体を生じさせるという大きな欠点を有する。追加的に必要なシール手段、コーナ、およびデッドスペースによる漏出中空空間内のこうした追加の組み入れ部分もまた、通常、流れ内で洗浄することが難しく、したがって、適正な適用範囲では衛生的観点から疑問がある。それぞれの弁座洗浄流の十分な制限は、この弁座洗浄流が、流れバリア要素内の組織的に設けられた制限点を通過し、後者(流れバリア要素)と弁座洗浄位置に位置する閉鎖要素との間の型嵌合連結におけるバイパス内を事実上無制限では通過しない場合にのみに確実にされる。
専門家は、免責項D14.2.1.1および[1]による基準の法規D14.5.2.2を、最初にあげたタイプの弁座洗浄機能を備えた複座弁の漏出中空空間内の追加の組み入れ部分を有することなく、すなわち、単なる流れ機械的手段、およびこれまで利用可能な、漏出中空空間を境界付ける構成要素上の作用形態によって実現する解決策を求めている。
本発明の目的は、汎用タイプの弁座洗浄機能を備えた複座弁であって、それにより、弁座洗浄流が、できるだけ乱流無で漏出中空空間内におよびその外へと導かれ、排出孔の断面積が、複座弁に連結され得る最大配管のものより小さい場合であっても、弁座領域上の圧力上昇の直接的作用が確実に防止されることが確実にされる、複座弁をさらに開発することである。
本目的は、請求項1の特徴を備えた弁座洗浄機能を備えた複座弁によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項において説明される。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁は、国際公開第2007/054 131 A1号パンフレットによる、知られている複座弁にあるような基本的な第1の閉鎖要素構成に、または国際公開第2007/054 134 A1号パンフレットに知られているような基本的な第2の閉鎖要素構成に基づく。両方の知られている複座弁では、それぞれの制限空隙の形成のための円筒状付属体が、常に、対応付けられたシールに関連するそれぞれの閉鎖要素上の漏出中空空間側に配置される。本発明は、この限定を無しで済まし、また、漏出中空空間から外方を向くシールの側にそれぞれの制限空隙を配置することも可能にする。さらに、本発明は、これらの円筒状付属体の直径相違の半分を使用し、それによって、弁ハウジングの弁ハウジン部分同士を相互連結する連結開口部の直径相違セクション間に移行表面を形成することを可能にし、この場合、このセクションは、円筒状付属体に対応付けられる。さらに、閉鎖要素は、その座部を洗い流す目的で、弁座洗浄位置になるようにそれぞれ空隙幅だけ部分的にリフトすることによって互いから独立して移送され得る。それぞれの弁座洗浄位置において生成された弁座洗浄流は、閉鎖要素間に配置された漏出中空空間に入る前に、関連する閉鎖要素上に配置された制限空隙内で必要とされる制限を受ける。最終的に、2つの知られている複座弁の場合、第2の閉鎖要素内の開口部内に形成された回転対称の偏向表面上に第1の閉鎖要素によって生成された第1の弁座洗浄流は、排出孔内に向けられる衝撃無しの偏向を受け、この場合、排出孔は、弁ハウジングの外に導かれる第1の閉鎖要素上に設計された管シャフトによって画定される。
国際公開第2007/054 131 A1号パンフレットおよび国際公開第2007/054 134 A1号パンフレットにおける弁座洗浄機能を有する複座弁の実施形態が、本発明においてさらに開発される。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁は、以下の、通常知られている特徴、すなわち:
・これが、互いに対して移動可能である2つの直列配置された閉鎖要素であって、複座弁の閉鎖位置において、弁ハウジングの1つの弁ハウジング部から別の弁ハウジング内に流体が溢出することを防止し、閉鎖および開放の両方の位置において互いの間に、排出孔を介して複座弁の周囲に連結される漏出中空空間を画定し、排出孔は、弁ハウジングの外に導かれる第1の閉鎖要素上に設計された管シャフトによって画定される、閉鎖要素を備え、
・閉鎖位置では、押し込みピストンとして設計された第1の閉鎖要素は、弁ハウジング部同士を相互連結し、円筒状の第1の座部を形成する連結開口部内に密封式に受け入れられ、その開放移動の過程において、第1の閉鎖要素は、第2の座部に対応付けられた第2の閉鎖要素上にまたはその中に密封式に載置し、また、さらなる開放移動中、後者(第2の閉鎖要素)を開放位置に移送し、
・閉鎖要素は、その座部を洗い流す目的で、弁座洗浄位置になるようにそれぞれ空隙幅だけ部分的にリフトすることによって互いから独立して移送され、
・第2の閉鎖要素は、開放移動によって調節された第2の部分的リフトによってそのそれぞれの弁座洗浄位置に移送可能であり、第1の閉要素は、開放移動とは反対の第1の部分的リフトによってそれぞれの弁座洗浄位置になるように移送可能であり、
・第1の閉鎖要素は、その第1の端部セクション上に、円筒状の第1の座部に対して径方向に密閉する第1のシールを有し、
・第2の閉鎖要素は、第1の閉鎖要素を向くその第2の端部セクション上に、複座弁の閉鎖位置において、円筒状の第1の座部に径方向外側でその直径と同一平面に連結する回転対象の開口部を有し、
・開口部は、偏向表面によって少なくとも断面において画定され、その輪郭は、経線切断図で見て、屈曲が無い連続部を有し、
・偏向表面の径方向の外側端部は、第2の端部セクションの端面の画定表面内で直接的にまたは間接的に終端し、
・各々の端部セクションは、対応付けられた弁座洗浄位置において径方向外側で、対応付けられた連結開口部と共に環状制限空隙を形成し、
第1の座部は、連結開口部内の第2の閉鎖要素に対応付けられた環状開口部の直径より小さい直径を有し、移行表面が、第1の座部と環状開口部の間に設けられ、
・第2の閉鎖要素は、その閉鎖位置において、第2の端部セクションの端部表面上に配置された停止表面を移行表面に押し付けて、すなわち第1の座部に直接的に隣接して位置することを特徴とする。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁は、前述した2つの基本的な閉鎖要素構成において実現され得る。第1の閉鎖要素構成では、第1の閉鎖要素は、開放移動の過程において、閉鎖要素間に作用する中間シールを介して第2の閉鎖要素上に密封式に載置する。第2の閉鎖要素構成では、第1の閉鎖要素は、第2の閉鎖要素内に移動し、第2の閉鎖要素内の進入の過程において密封式に載置する。これは、開口部が、第2の端部セクションから径方向に外側の出口点上に円筒状の第1の座部と同一平面である主要な円筒状円周壁を有し、この場合この円筒状円周壁は、偏向表面内に移行し、開口部は、開放移動中、第2の閉鎖要素が開く前に、第1の閉鎖要素の第1の端部セクションおよび径方向の第1のシールを密封式に受け入れるように寸法設定されることで、達成される。
本発明の基礎となる目的を解決するために、基本的な発明の着想は、第1の弁座洗浄流が、開口部の外側に位置する第2の閉鎖要素の端面および径方向に内側の端部上の第2の閉鎖要素の出口まで、径方向に内方向にかつ軸方向に偏向表面から第1の閉鎖要素へと押し出されることにある。これは、径方向外側端部から外方を向く延長部の領域を備えた偏向表面が、開口部の残りの領域を全体的に画定し、第1の閉鎖要素を向く第2の閉鎖要素の端面および径方向に内側の端部において後者(その残りの領域)から自由に流れるようにすることで成功する。このとき、第2の閉鎖要素の端面および径方向に内側の端部が、停止表面を通過する平面によって端面側に画定された想像上の空間内に位置し、またはこの平面内に配置されることを提案する。そして、複座弁の長手方向軸に見て、第2の閉鎖要素の端面および径方向に内側の端部が、停止表面を通過する平面によって端面側に画定された想像上の空間上に突起することを提供する。
この有利な実施形態により、第1の弁座洗浄流を排出孔の入口内へと強制誘導することが維持される。第1の弁座洗浄流のこの特定の長い、さらにはより遠くに到達する偏向および強制誘導は、「1」による基準の要求事項のさらにいっそう向上した実行を導く。さらに、第1の弁座洗浄のこの処理により、汎用複座弁とは対照的に、第2の弁座洗浄流もまた、初めて、排出孔内に向けられた偏向を受ける。第1の弁座洗浄流が、偏向され排出孔内へとさらに遠くに強制される場合、第2の弁座洗浄流もまた、上記の偏向以外に、排出孔の入口内への強制誘導を追加的に受ける。
最初から第2の弁座洗浄流のものより厳しく、より問題である漏出中空空間の処理である第1の弁座洗浄流は、このとき、偏向され、径方向に内方向に、それと同時に軸方向に第1の閉鎖要素へと非常に遠くまで強制され、これは、もはや、第2の閉鎖要素内の開口部の端部表面からは自由に流れずようにはせず、そうではなく、開口部の外側に位置する第2の閉鎖要素自体の端部表面から自由に流れるようにする。したがって、偏向および強制誘導が、径方向にかつ軸方向に遠くに、すなわち第2の閉鎖要素を画定する最も外側の端部まで到達するやり方で起こる場合、有利である。本発明に基づく、2つの前述した知られている複座弁では、第1の弁座洗浄流は、偏向され、第2の閉鎖要素内の開口部の端部表面の外の偏向表面の出口まで、すなわち比較的短い流路で強制されるだけであった。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁によって実行可能な第1の弁座洗浄流の処理は、その十分な制限に関連して、本発明の基礎となる目的が、特に低減された漏出出口という条件の下で完全に解決されるという驚くべき効果を有する。管シャフト内の排出孔のいくつかのセクションの連続によって形成され得る漏出出口内の第1の弁座洗浄流の堆積は、これらのセクションのいずれにおいても起こらず、そうではなく、排出孔のそれぞれの通路断面は、大気圧が漏出中空空間内で到達できるようにいずれの地点においても完全には充填されない。大気圧に関する過圧の容認できない形成は、したがって、漏出中空空間内には起こり得ない。同じことが、漏出中空空間内のよりいっそう効果的な噴出効果により、最初から、第1の弁座洗浄流より管理が容易である第2の弁座洗浄流にも言える。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁は、漏出出口が、複座弁に連結され得る最大配管の通路断面に対して低減されない、上記説明したタイプの知られている複座弁の場合はなおいっそう、本出願による課題を解決することができる。
第2の閉鎖要素の端部位置の画定は、移行表面の領域内の停止表面において生じ、したがって、現在まで現況技術において第2の閉鎖要素の弁座領域または他所においてこれまで必要であった、固定された(金属製の)停止表面は省略されるため、知られている解決策に関して、第2の閉鎖要素のシールジオメトリおよびこの弁座領域内の関連する作用形態の設計においてより多くの自由度を得る。基本的には、径方向だけに、径方向/軸方向に、さらに軸方向だけにも作用する第2のシールが、この領域内に設けられ得る。
これに関連して、本発明は、第1の設計により、第2の座部が、円筒状に設計され、環状開口部によって形成されること、および第2の閉鎖要素が、第2の座部に対して摺動係合式に径方向に密閉する第2のシールを有することを提供する。
第2の座部に関する第2の設計は、第2の座部が、円錐式に設計され、移行表面によって、または移行表面の反対側で、すなわち垂直な正常位置の場合は上方向に環状開口部に連結する表面によって形成されること、および第2の閉鎖要素が、第2の座部に対して、摺動/加圧係合式に軸方向/径方向に密閉する第2のシールを有することを提供する。
第3の設計によれば、第2の座部が、複座弁の長手方向軸に対して垂直に配置され、移行表面によって、または移行表面の反対側で、すなわち垂直な正常位置の場合は上方向に環状開口部に連結する表面によって形成されること、および第2の閉鎖要素が、第2の座部に対して加圧係合式に軸方向に密閉する第2のシールを有することが提案される。
しかし、軸方向/径方向または径方向にだけ作用するシールおよび対応して設計された弁座プレートの利点を備えた2つの最後にあげた解決策は、それぞれのシールが、延性式に設けられ、それにより、停止表面による第2の閉鎖要素の固定された、適用可能な場合は金属による配置が、すべての条件下で、移行表面において単独で確実にされる場合にのみ可能である。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁は、好ましい実施形態では、弁ハウジング部が、後者(弁ハウジング部)に連結され得る配管の最大の公称通路断面にしたがって設計され、内側に連結開口部を形成する弁座リングを介して相互連結されることを確実にする。内側に排出孔のセクションを形成する管シャフトの連結要素は、複座弁の全開ストローク中、少なくとも連結開口部を貫通し、その径方向の外側において、その最も狭小の地点にある連結開口部が、少なくとも前述した最大の公称通路断面に対応する、環状空間の通路断面を有する環状空間を形成するように寸法設定される。この測定規則は、環状空間の通路断面が、いずれの地点にも、連結可能な配管の公称通路断面に対して狭小部を形成しないことを必然的に確実にする。弁ハウジング部の公称幅は、連結される配管によって決定され、したがって、最初から1または2公称幅分によって過大サイズにはされず、連結要素の外径、したがって排出孔の径方向に内側のセクションが、環状空間通路断面が所望のサイズで実現されるように寸法がとられ低減されるものとする。
有利なやり方では、断面的に低減し、したがって全体的に望ましくない流れ抵抗効果を発生させることを伴う、必要な線形寸法に制限されたままである連結要素は、排出孔が、入口じょうご部内の第1の閉鎖要素の漏出中空空間側の端部から、円錐式に、そして連続的に連結要素まで先細りになり、後者(連結要素)では、画定された長さ上に、最少の、好ましくは不変の排出断面を有するように設計される。
排出孔の流れ抵抗を低減するために、別の提案によれば、これは、第1の圧力補償ピストンとして設計された管シャフトのセクション内の連結要素の後で拡張され、この場合、圧力補償ピストンは、円筒状の第1の座部の直径に対応する、または両方の側に対して僅かに異なる外径を有する。
排出孔、つまり連結要素の最も狭小の通路断面の正面における弁座洗浄流の計画外の蓄積を回避するために、適用可能な場合、その中に蓄積する液体の体積を有する入口じょうご部が、充填レベルを形成し、その静水圧が、それぞれの弁座洗浄位置内に生成された液体の体積流を、重力方向に見て、充填レベルに連結する、連結要素の最小排出断面を少なくとも通して運ぶのに十分であることが提供される。
排出孔の問題無くサイズ設定された通路断面を有する、知られているタイプの弁座洗浄機能を備えた複座弁の場合、弁座洗浄流の十分な制限が、それがどのようなやり方であっても、必要とされ知られている。排出孔の、少なくとも断面において明確に低減された通路断面を備えた、本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁の場合、十分な制限がなおいっそう必須であり、特別な未知の対策を必要とする。排出孔の最も狭小の通路断面内の座部洗浄流の蓄積の上記で説明された無計画のシナリオが起こらないように、弁座洗浄流によって生成された液体のそれぞれの体積流は、排出孔内で逆流することなく、後者(排出孔)を通って複座弁の周囲内に流れるように制限される。
2つの閉鎖要素のシールの異なる作動要件および閉鎖要素の異なる装着および誘導条件は、1つの提案において提供されるように、第2の制限空隙の径方向の第2の空隙幅が、第1の制限空隙の径方向の第1の空隙幅より小さく設計されることを可能にする。これは、制限空隙によって生成された体積流のサイズ設定された整合に正の影響を与えるが、その理由は、より小さい空隙長さが、第1の制限空隙上より第2の制限空隙上に構造的に利用可能であるためであり、この場合、知られているように、空隙長さは、線形にのみ制限に影響を与え、径方空隙幅は、指数関数的にこれに影響を与える。第1および第2の制限空隙の相対的な径方向空隙幅が、2:1に近いままである場合、有利であり生産的であることが証明されており、この場合、相対的な径方向空隙幅は、制限空隙が配置される、絶対的な径方向空隙幅と平均直径の間の比として理解されるものである。
排出孔内の弁座洗浄流の同じ排出条件に関して、径方向空隙幅および関連する長さを備えた環状制限空隙が、部分的リフトによるそれぞれの弁座洗浄流位置において、関連する弁座洗浄流によって生成された体積流が、等しくなるように設計される場合、有利である。
それぞれの弁座洗浄流の液体の体積流は、上記で提案された対策によって制限されおよび/または偏向され、そして誘導され、それにより、それぞれの弁座洗浄流の噴出効果の結果、閉鎖位置のままであるそれぞれの他の閉鎖要素の座部の漏出中空空間側セクションにおける圧力が、複座弁の周囲圧力、つまり大気圧に等しく、またはこれより小さくなる。対象の圧力が同一であることを除き、これは、それぞれに閉鎖した弁座が、洗浄液体の製品内への移送が、弁座シールがひどく損傷される、または完全に失われる場合であっても排除されるように吸引されることを意味する。第1の弁座洗浄流の体積流は、それによって、提案された制限に対して可変の限定であり、その理由は、第1の弁座洗浄流は、最も問題であり、最も取り扱いが難しいからである。これは、第1の弁座洗浄流が、閉鎖位置に位置する第2の閉鎖要素と弁ハウジング上の関連する停止表面との間の覆い空隙にわたって、直接的に、およびこの覆い空隙に対角に流れ、それにより、全体的に負圧を生成する第1の弁座洗浄流の噴出効果のこの領域において、過剰圧力を生成するよどみ圧力が覆う恐れがあるという不変の事実の結果によるものである。負圧を生成する第2の弁座洗浄流の噴出効果は、これとは対照的に、主に、よどみ圧力を形成する覆いを有さない。
第2の閉鎖要素の通気によって生成された第2の弁座洗浄流の流れ誘導の場合、これが、規定されたやり方で、移行表面および第1の座部によって形成された第1の円周縁において分離し、漏出中空空間の領域内で第1の閉鎖要素を境界付ける表面において確実に接線方向におよび径方向に内方向に通ることが重要である。この目的のために、漏出中空空間を向く第1の閉鎖要素の端面側画定部は、移行表面からの軸方向に安全距離を有し、これは、すべての可能性のある生産指向条件下での関連する生産指向影響を防止し、また、第1の閉鎖要素の弁座領域内での第2の弁座洗浄流の最適な噴出効果も確実にする。また、あらゆるよどみ圧力形成の回避に関して、第1の円周縁が、最小限の第1のコーナ曲線を備えて曲線化される場合有益であることも証明されている。理想的には、鋭敏な縁設計がここで提供されるが、これは、生成指向性および実用面の理由で(第1のシールに対する危険性)許容されない。
別の提案によれば、ハウジング内の環状開口部は、移行表面と共に垂直の偏向角度(90度)を形成し、それによって、第2の弁座洗浄流による、第1の閉鎖要素のほぼ確実な、衝突のない溢出を確実にする。開口部と移行表面の間の移行は、それによって有利には、コーナ半径を備えて曲線化される。これもまた提供されるように、鈍角の偏向角度(>90度)もまた設計可能であり、この場合、これは、第2の弁座洗浄流をより的を絞ったやり方で排出孔内に向けるが、第1の弁座洗浄流に対してよどみ圧力形成効果を有する可能性があり、その理由は、第1の弁座洗浄流の流れ方向が、このとき、移行表面の方向成分に合致するためである。
第1の弁座洗浄流の第2の閉鎖要素内の偏向表面内への流入中によどみ圧力を形成することを回避するために、別の提案は、停止表面を備えた円周壁が、最小限の第2のコーナ曲線を備えて曲線化された、第2の円周縁を形成することを提供する。この領域内の鋭敏な縁の移行は、生産指向性および実用的な理由で許容されないが、これとは対照的に、比較的大きいコーナ半径は反生産性であり、よどみ圧力の望ましくない形成をもたらす。
第1の弁座洗浄流の最適な流れ誘導に関して、偏向表面の輪郭は、一連の湾曲セクションからなり、これらの湾曲セクションは、それぞれ、その移行点において共通接線を有する。
複座弁の前述した座部の領域内だけでない乱流およびよどみ圧力形成を回避するために、残りの漏出中空空間内のすべての内蔵部品および障害物が、構造的に可能である場合に無しで済まされる場合、有利である。したがって、この点において、1つの提案は、第1の閉鎖要素に連結された第1の調整ロッドが、第2の閉鎖要素に連結され、中空ロッドとして設計された第2の調整ロッドを同軸に貫通し、排出孔を通って片持ち式に続き、第1の閉鎖要素に、第2の閉鎖要素から外方を向く第1の閉鎖要素の端部上の主に径方向に配向された少なくとも1つの横断部を介して永久的に連結されることを提供する。漏出中空空間の領域内で別の形で通常であるブレースおよび他の連結手段は、それによって回避され、漏出中空空間から比較的遠くに位置する端部の方向に変位され、ここでは、これらは、もはや流れ誘導に破壊的な影響を与えることはできない。
排出孔内の特に断面的に低減された領域内の流れ抵抗を低減するために、別の提案は、第1の調整ロッドが、少なくとも、連結要素の延長部の軸方向領域内でその断面が低減され、すなわち断面的に低減された弁ロッド領域に低減されることを提供する。
弁座洗浄流の十分な制限は、本出願による目的を解決するための必要な前提である。径方向の空隙幅および長さに対する寸法設定対策で到達可能な寸法を超えた制限空隙の制限効果を拡大するために、または、より大きい径方向空隙幅および/またはより短い空隙長さで同じ制限効果を達成するために、別の提案は、乱流の流れがそれぞれの制限空隙内に想定される場合、円筒状付属体が、関連する制限空隙を画定する円周表面上に、その流れ機械的効果が一般的に知られているラビリンスシールの形態で設計されることを提供する。これは、ラビリンスシールが、いくつかの円周溝の形態で設計されることで達成され得る。別の実施形態は、ラビリンスシールが、円筒状付属体の円周表面にわたって分散されたいくつかの開口部の形態で設計され、この開口部は、その形成のそれぞれの場所において画定され、相互連結されないことを提供する。
本発明のより詳細な描写は、以下の説明および含められた図面ならびに特許請求の範囲から得られる。本発明は、弁座洗浄機能を備えた複座弁の2つの主に異なる閉鎖要素構成の複数の実施形態において実現されるが、これらの2つの閉鎖要素構成の3つの好ましい実施形態が、図に基づいて説明される。
文字「B」で標識された領域外側の、ドライブを有さない本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁の基本的な構造の経線切断図であり、複座弁の閉鎖位置が示され、2つの基本的な異なる閉鎖要素構成が、領域Bにおいて概略のみ示される。 2つの閉鎖要素間の中間シールを備えた、図1による複座弁の長手方向軸の左に位置する領域Bを示す図であり、第1の閉鎖要素は、開放移動の過程において、中間シールを介して第2の閉鎖要素上に密封式に載置する。 図1による複座弁の長方向軸の右に位置する領域Bを示す図であり、第2の閉鎖要素は、第1の閉鎖要素を向く第2の端部セクション上に、円筒状の第1の座部と同一平面にある円筒状の円周壁を備えた回転対称の開口部を有し、開口部は、開放移動中、第2の閉鎖要素が開く前に、第1の閉鎖要素を密封式に受け入れるように寸法設定される。 中間シールを備えた、図1aに示される第1の閉鎖要素構成の概略的に表す、考えられ得る実施形態の図であり、それぞれの図は、図1a内の文字「X」で標識された選択領域に限定される。 第2の閉鎖要素内の開口部を備えた、図1bに示される第2の閉鎖要素構成を概略的に示す、考えられ得る実施形態の図であり、それぞれの図は、図1b内の文字「Y」で標識された選択領域に限定される。 図1cによる、長手方向軸の左の複座弁の弁座領域の経線切断図であり、複座弁の閉鎖位置が示され、環状開口部が、弁ハウジングの連結開口部内の移行領域と共に垂直の偏向角度を形成する。 図1fによる、長手方向軸の左の複座弁の弁座領域の経線切断図であり、複座弁の閉鎖位置が示され、弁ハウジングの連結開口部内の環状開口部が、移行表面と共に垂直の偏向角度を形成し、移行表面が、第2の閉鎖要素の座部としての役割を果たす。 図1jによる、長手方向軸の右の複座弁の弁座領域の経線切断図であり、複座弁の閉鎖位置が示され、弁ハウジングの連結開口部内の環状開口部が、移行表面と共に垂直の偏向角度を形成し、移行表面は、第2の閉鎖要素の座部としての役割を果たす。 複座弁の開放位置が示された、図2による複座弁の経線切断図である。 図2による複座弁の経線切断図であり、押し込みピストンとして設計された第1の閉鎖要素が、その弁座洗浄位置に位置し、第1の弁座洗浄流の進行が示される。 図2による複座弁の経線切断図であり、これもまた押し込みピストンとして設計された第2の閉鎖要素が、その弁座洗浄位置に位置し、第2の弁座洗浄流の進行が示される。
本発明による弁座洗浄機能を備えた複座弁1(図1、1aから1k)は、主に、第1および第2の弁ハウジング部1aまたは1bを備えた弁ハウジング10と、それぞれ関連付けられた調整ロッド3aまたは4aを備えた、2つの独立的に移動可能な閉鎖要素3および4と、内側の連結開口部2cを介して弁ハウジング部1a、1b間に連結を確立する弁座リング2とからなる。
押し込みピストンとして設計された(独立的に駆動される、能動式閉鎖要素の)第1の閉鎖要素3は、複座弁1の閉鎖位置において、円筒状座部として設計された、連結開口部2cによって形成された第2の座部2a内に密封式に受け入れられる(図1、1aから1k、2から4、7)。このために、第1のシール6が、押し込みピストン3内に設けられ、この第1のシール6は、専ら径方向のプリテンション方式によって第1の座部2aと共に作用する(摺動係合の径方向シール)。(従属的に駆動される、受動式閉鎖要素の)第2の閉鎖要素4は、複座弁1の閉鎖位置において第2の座部2bと共に密封式に一緒に働き(図1、1a、1b)、この第2の座部2bは、円筒状に(図1c、2、6)、円錐状に(図1d、1e、1h、1i)または複座弁1の長手方向軸に対して垂直に(図1f、1g、1j、1k、3、4)設計され得る。
弁座部の円筒状設計では、第2の座部2bは、連結開口部2c内の主に円筒状の環状開口部2dによって形成される。密封作用は第2のシール7を介して起こり、この第2のシール7は、専ら径方向のプリテンション作用によって第2の座部2bと共に働く(摺動係合の径方向シール)。
弁座部の円錐設計では、第2の座部2bは、移行表面2eによって(図1e、1i)または円筒状環状開口部2dに上方向に連結する表面によって(図1d、1h)形成される。密封作用は第2のシール7を介して起こり、この第2のシール7は、第2の座部2bに対して軸方向/径方向に摺動/加圧係合式に密閉する。
複座弁1の長手方向軸に垂直な弁座部の設計では、第2の座部2bは、移行表面2eによって(図1f、1j、3、4)または円筒状環状開口部2dに上方向に連結する表面によって(図1g、1k)形成される。第2のシール7は、第2の座部2bに対して軸方向に加圧係合式に密閉する。この解決策は、そのため、軸方向に作用する第2のシール7が、第2の閉鎖要素4の停止位置が、第1の座部2aの領域内に退出する領域内の、弁ハウジング側の移行表面2e上で確保され続けるように十分な延性を有する場合に実現可能である。
2つの閉鎖要素3、4は、いずれも、それぞれ表された閉鎖(図1から4、6、7)および開放(図1cからの図5)の両方の位置において、とりわけ、漏出中空空間5を形成し、この漏出中空空間5は、排出孔3dを介して複座弁1の周囲に連結され、この排出孔3dは、第1の閉鎖要素3上に形成され、第1の弁ハウジング部1aから複座弁1の周囲に導かれた管シャフトによって画定される(特に図1、2を参照されたい)。排出孔3dは、漏出中空空間5から始まり、入口じょうご部3f、その後の連結要素3bおよび後者(連結要素3b)に続く圧力補償ピストン3cによって径方向外側に全体的に画定され、この場合、後者(圧力補償要素3c)は、好ましくは、第1の座部2aに対応するまたはほぼ対応する外径を有する。排出孔3dは、管シャフトを好ましくは同軸に貫通し、入口じょうご部3f内の第1の閉鎖要素3の漏出中空空間側端部から、円錐式に、そして連続的に連結要素3bまで先細になり、後者(連結要素3b)では、画定された長さl上に、不変の最小排出断面aを有する。
弁ハウジング部1a、1bは、弁ハウジング10(図1)に連結され得る配管の最大公称通路断面Aにしたがって設計され、内側に連結開口部2cを形成する弁座リング2を介して相互連結される。内側に排出孔3dのセクションを形成する、管シャフトの連結要素3bは、複座弁1の全開ストロークH中(図5、1)、少なくとも連結開口部2cを貫通し、そこで径方向外側において、連結開口部2cが、その最も狭小の地点において、少なくとも公称通路断面Aに対応する、環状空間通路断面Aを有する環状空間を形成するように寸法設定されるA(A≧A)。
第1の閉鎖要素3に連結された第1の連結ロッド3aは、第2の調整ロッド4aを同軸に貫通し、この調整ロッド4aは、第2の閉鎖要素4に連結され、中空ロッドとして設計され、第2の弁ハウジング部1bを有する貫通領域内では、第2の圧力補償ピストン4gとして設計され(図1)、第1の連結ロッド3aは、排出孔3dを通って片持ち式に続き、リング3gとして設計された第1の閉鎖要素に、第2の閉鎖要素4を向く第1の閉鎖要素3の端部上の少なくとも1つの主に径方向に配向された横断部3eを介して永久的に連結される。排出孔3d内の流れ抵抗を低減するために、第1の調整ロッド3aは、好ましくは、少なくとも連結要素3bの延長部の軸方向領域内でその断面において低減され、すなわち断面的に低減された弁ロッド領域3hまで低減される。この好ましい実施形態では、入口じょうご部3fは、漏出中空空間5から遠くに配置された横断部3eにより、流れバリアを有さないままであり、漏出中空空間5内の流れ状態および流れパターンに対する悪影響が、それによって回避される。
各々の閉鎖要素3、4は、端部セクション3または4上に、円筒状付属体3**または4**を有し(図2、3、4)、この場合、弁座リング2内の連結開口部2cの関連付けられた部分をそれぞれ備えた後者(円筒状付属体)は、円筒状の第1の座部2aを有する下側領域および環状開口部2dを有する上側領域内において、環状の第1の制限空隙D1または環状の第2の制限空隙D2を形成する(図1cから1k、2、3、4、6、7)。
図1cから1gは、(図1cによる)図2および(図1fによる)3の関連する詳細図に関連して、第2の閉鎖要素4内の、2つの閉鎖要素3、4の間の配置された中間シール8、または第1の閉鎖要素3内の中間シール8(図2)を備えた基本的な第1の閉鎖要素構成の詳細を明確にする。中間シール8、8は、その開放および閉鎖移動において、かつ開放位置において閉鎖要素3、4を密閉する(図5)。
図1hから1kは、(図1jによる)図4の関連する詳細図に関連して、基本的な第2の閉鎖要素構成の詳細を示す。これは、第2の閉鎖要素4が、第1の閉鎖要素3を向くその端部上に、円筒状の第1の座部2aと同一平面である主に円筒状の円周壁4cを備えた開口部4bを有する点において特徴付けられる。この円周壁4cは、それによって、これが、開放移動中、第2の閉鎖要素4が開く前に、第1の閉鎖要素3の第1の端部セクション3および径方向の第1のシール6を密封式に受け入れるように寸法設定される。
図2から7は、基本的な第1および第2の閉鎖要素構成における複座弁1の弁座領域の詳細を示す。第1の閉鎖要素構成の場合、好ましい実施形態では、第1の閉鎖要素3は、第1の閉鎖要素直径d1iを有する円筒状の第1の付属体3**(図6、図1cからの2)、および第1の弁座直径d1aを有する、連結開口部2cの関連する第1の座部2aと共に、第1の制限空隙D1を形成する。径方向の第1の空隙幅s1が、第1の制限空隙長さl1上の、2つの直径d1aとd1iの間に形成される。第2の閉鎖要素4は、第2の閉鎖要素直径d2iを有する円筒状の第2の付属体4**(図7、2)、および第2の弁座直径d2aを有する円筒状の第2の座部2bを同時に形成する、連結開口部2c内の円筒状の環状開口部2dと共に、同じやり方で第2の制限空隙D2を形成する。径方向の第2の空隙幅s2は、第2の制限空隙長さl2上の、2つの直径d2aとd2iの間に形成される。
上記とは対照的に、(図1fから)図3による基本的な第1の閉鎖要素構成の別の実施形態は、複座弁1の長手方向軸に対して垂直に配向された移行表面2eが、第2の座部2bとして機能し、環状開口部2dは、第2の制限空隙D2を形成する役割のみを果たし、この第2の制限空隙D2は、第2のシール7に関連して、漏出中空空間5から外方を向くこの第2のシール7の側に配置される点において特徴付けられる。
(図1jからの)図4による基本的な第2の閉鎖要素構成の1つの実施形態は、中間シール8、8が、第2の閉鎖要素4または第1の閉鎖要素3内では省かれ、第1の閉鎖要素3を向く端部上の第2の閉鎖要素4は、第1の座部2aと同一平面である主に円筒状の円周壁4cを備えた開口部4bを有し、この場合、後者(円筒状の円周壁4c)が、偏向表面4dに移行する点において、図3による実施形態とは異なる。この円周壁4cは、それによって、開放移動中、第2の閉鎖要素4が開く前に、第1の閉鎖要素3の第1の端部セクション3および径方向の第1のシール6を密封式に受け入れるように寸法設定される。
第2の座部2bに同時になることができる環状開口部2d(図3、4、7)と、第1の座部2aとの間の直径相違の半分が、延長部の径方向領域を形成する Δr =(d2a − d1a)/2(図7)。後者では、移行表面2eが、第1の座部2aと環状開口部2dの間に設けられ、この場合、第1の座部2a内で終端する移行表面2eの少なくとも端部セクションは、好ましくは環状開口部2d、したがってさらに円筒状の第1の座部2aの円筒状の円周表面と共に垂直の偏向角度α(α=90度)を形成する(図5)。連結開口部2c内の環状開口部2dまたは第2の座部2bは、それによって、有利には、コーナ半径を備えて設計された移行表面2eへの曲線化された移行を有し、この場合、コーナ半径は、延長部の径方向領域Δrより小さく設計される。延長部の径方向領域Δrは、第2の閉鎖要素4の弁座洗浄位置において、第2の制限空隙D2から漏出中空空間5内に退出する第2の弁座洗浄流R2(図7)が、移行表面2eにおいて方向転換され、漏出中空空間5の中心に向かい、第1の閉鎖要素3を確実に通り過ぎるように十分大きく設計される。第2の弁座洗浄流R2が、第1の閉鎖要素3の方向に永久的に方向転換されないことを確実にするために、移行表面2eおよび第1の座部2aによって形成された第1の円周縁U1は、最小限の第1のコーナ曲線r1を備えて曲線化され、それによって画成された流れ破壊点が、この地点に作り出される(図5、7)。
移行表面2e自体およびその特別な設計により、第2の制限空隙D2から退出する第2の弁座洗浄流R2が、第1のシール6の弁座領域方向に向けられないことがさらに確実にされる。さらに、移行表面2eの延長部の径方向領域Δrはまた、第2の閉鎖要素4のための弁ハウジング側の停止表面(図2から7)の実現も確実にしなければならず、それにより、漏出中空空間5のすぐ近傍の第2の閉鎖要素4の固定された(該当する場合金属製の)停止部が、弁座リング2上に実現され得る。円筒状の第1の座部2aを直接的に境界付ける、移行表面2eの弁ハウジング側停止表面または対応するセクションは、円筒状の第2の付属体4**の端面側上に設けられた停止表面4fに対応する。弁ハウジング側停止表面として機能する移行表面2eのセクションおよび閉鎖要素側停止表面4fは、好ましくは、それぞれ直線状に、好ましくは複座弁1の長手方向軸に対して直角である、または鈍角でもある偏向角度αにしたがって設計される(α≧90度)。
基本的な第1の閉鎖要素構成の場合(図1cから1g)、第2の閉鎖要素4は、第1の閉鎖要素3を向く第2の端部セクション4上に、回転対称の開口部4bを有し(図1cからの図2、図1fからの図3)、この回転対称の開口部4bは、複座弁1の閉鎖位置において、径方向外側で、直径と同一平面になるやり方で円筒状の第1の座部2aと連結する。開口部4bは、それによって、経線切断図で見て、屈曲が無い連続部を有する輪郭Kの偏向表面4dによって画定され、この場合、偏向表面4dの径方向の外側端部は、第2の端部セクション4の端面側画定表面内、すなわち停止表面4f内で直接的に終端する。径方向の外側端部から外方を向く延長部の領域では、偏向表面4dは、開口部4bの残りの領域を全体的に画定し、これは、第1の閉鎖要素3を向く第2の閉鎖要素4の端面および径方向に内側の端部4eにおいて第2の閉鎖要素から自由に流れるようにする。それによって、偏向表面4dが、径方向に内方向に、および軸方向に第1の閉鎖要素3に向かって非常に遠くまで誘導され、すなわち、第2の閉鎖要素4を画定する構造的に可能な限り外側の端部まで誘導される場合、特に有利である。
開口部4bの上記の空間形成定義に関して、この画定領域として考えてはならない、端面および径方向に内側の端部4eの位置決めに関して、以下の2つの実施形態が提案される。図には示されない第1の実施形態は、端面および径方向に内側の端部4aが、停止表面4fを通過する平面Eによって端面側に画定された想像上の空間内に位置し、または、この平面E内に配置されることを提供する。端部4eは、それによって、停止表面4fまたは平面Eによって軸方向に与えられた画定部の上方に突起しない。図示する第2の実施形態(図2から7)の場合では、第2の閉鎖要素4の端面および径方向に内側の端部4eは、複座弁1の長手方向軸に見たとき、停止表面4fを通過する平面Eによって端面側に画定された想像上の空間を超えて突起する。図示する例示的な実施形態では、偏向表面4dは、排出孔3dの入口内に係合する。
基本的な第1の閉鎖要素構成とは対照的に、基本的な第2の閉鎖要素構成(図1hから1k)の場合、偏向表面4dの径方向に外側の端部は、第2の端部セクション4の端面側画定表面内で間接的に終端する(図1jからの図4)。第2の端部セクション4からのこの径方向に外側の出口点上では、開口部4bは、一定の、すなわち突然の曲がりを有することなく偏向表面4d内に移行する、円筒状の第1の座部2aと同一平面である主に円筒状の円周壁4cを有する。第1の閉鎖要素構成による開口部4bおよびその境界部の残りの特徴は、第2の閉鎖要素構成に制限なく転換可能である。
一方側において偏向表面4d(図5)または円周壁4c(図4)および他方側の停止表面4fによって形成された第2の円周縁U2は、最小限の第2のコーナ曲線r2を備えて曲線化され、第2の閉鎖要素4の閉鎖位置では第1の座部2aに直接隣接する(図2、3、4、6)。経線切断図で見て、偏向表面4dは、屈曲が無い連続部を備えた輪郭Kを有し、この場合、これは、好ましくは、その移行点においてそれぞれ共通接線を有する、一連の湾曲したセクション(たとえば、孤、楕円、放物線、双極線)からなる。端面および径方向に内側の端部4eの領域内の第1の弁座洗浄流R1(図6)の方向から、どの方向ベクトルの下で、偏向表面4dが第2の閉鎖要素4から自由に流れるようにするかが、明白であり、また、本発明によって設計された偏向表面4dでは、第1の弁座洗浄流R1が、非常に的を絞ったやり方で排出孔3d内へと衝撃なく偏向され、第2の閉鎖要素4内の可能な限り長い流路上で強制されることがさらに明白である。第1の弁座洗浄流R1と漏出中空空間5を境界付ける領域との衝突は、いずれの地点においても起こらない。
漏出中空空間5を向く第1の閉鎖要素3の端面側画定部は、後者(第1の閉鎖要素3)の閉位置では、移行表面2e(図7)から軸方向の安全距離xを有し、この場合、この安全距離xは、1つには、第1の閉鎖要素3と第2の弁座洗浄流R2との衝突を回避し、2つ目には、第1の閉鎖要素3の弁座領域において第2の弁座洗浄流R2の十分な噴出効果を確実にする。
本発明による複座弁1の弁座洗浄が、図2による(図1cによる)実施形態に基づいて、図1cから1kによる基本的な第1および第2の閉鎖要素構成のすべての実施形態を表して以下に説明される。第1の閉鎖要素3の弁座洗浄過程において、第1の部分的リフトT1を実行した後、第1の制限空隙D1(図6、2、1)を退出した第1の弁座洗浄流R1は、最初第1の座部2aに沿って流れ、移行表面2eと停止表面4fの間の接触空隙を分離せずに渡し、偏向表面4dを辿り、中間シール8を渡し、それによって中間シール8を、これが第2の閉鎖要素4内に配置され、第1の閉鎖要素3内の中間シール8のようでない場合、流れ技術的なやり方で滑らかに進む。偏向表面4dの別の連続部内では、第1の弁座洗浄流R1は、好ましくは開口部4bの外側に位置する第2の閉鎖要素4の端面および径方向に内側の端部4eにおいて第2の閉鎖要素4を離れ、最終的には、排出孔3dの入口領域内に直接的に進められるまで、径方向に内方向および軸方向に第1の閉鎖要素3に向けて強制される。図2、7に示す第2の制限空隙D2の漏出中空空間端部は、弁ハウジング側停止表面2e上に、第2の閉鎖要素4の停止位置によって主にきつく密封される。第1の弁座洗浄流R1からの洗浄液体は、第2の制限空隙D2に入ること、したがって、第2のシール7の領域内に入ることはできない。第2のシール7が大きく損傷されているまたは全体的に除去された場合であっても、特に、対象の接触空隙は、第1の弁座洗浄流R1の噴出効果によって吸引されるため、洗浄液体用の通路はもはや存在しない。
本発明による弁座洗浄流機能を備えた複座弁1が、基本的な第2の閉鎖要素構成(図1hから1k)の枠組み内で実現される場合、そしてたとえば(図1jからの)図4による実施形態が選択される場合、第1の弁座洗浄流R1は、これが移行表面2eと停止表面4fの間の接触空隙を分離せずに渡した後、円周壁4cを辿り、円筒状の第1の付属体3**のコーナ領域を受け入れる役割を果たす偏向表面4d内の移行領域(未標識の切り込み部)を流れ技術的なやり方で滑らかに進む。前述した移行領域内に形成される小さい乱流の流れは、漏出中空空間5内の流れおよび圧力状態に不利な効果を与えない。前述した移行領域内の図4に示す切り込み部は、適切な曲線化が第1の閉鎖要素3上で実施される場合、容易に無しで済ませることができる。
図7、1によれば、第2の閉鎖要素4は、第2の部分的リフトT2を実行した後にその第2の弁座洗浄位置をとる。第2のシール7は、それによって、入口空隙の形成下で第2の座部2bを退出し、円筒状の第2の付属体4**は、第2の座部2bまたは環状開口部2dと一緒に、第2の制限空隙D2を形成し、この空隙D2を通って、第2の弁座洗浄流R2は、現在溢出可能である露出した第2の座部2bに誘導され、漏出中空空間5内に導入され得る。第2の座部2bは、円筒状に設計され、この場合、これは、環状開口部2dによって直接的に形成される。この実施形態は、閉鎖位置にある第2の閉鎖要素4が、その円筒状の第2の付属体4**の端部表面上に配置された停止表面4f単独で、移行表面2e上に載置することを特別なやり方で確実にする。
第2の弁座洗浄流R2は、第2の制限空隙D2(図7、2)を離れ、最初に環状開口部2dに沿って、移行表面2eを介して漏出中空空間5の中心に向かって偏向される。第1のシール6の弁座領域の直接的噴霧が、それによって確実に防止される。第1の閉鎖要素3は、第2の閉鎖要素4の弁座洗浄中、移行表面2eから軸方向に安全距離xのところに配置され、それにより、第2の弁座洗浄流R2は、第1の閉鎖要素3の上方を妨げられることなく流れることができる。第1の閉鎖要素3のこの流れ誘導および位置決めにより、第1のシール6の弁座領域の吸引が達せられ、それにより、第1のシール6の損失またはこれに対する大きな損傷の場合であっても、洗浄剤は、隣接する第1の弁ハウジング部1aに入ることができない。最小限のコーナ曲線r1を備えた曲線化された、移行表面2eおよび第1の座部2aによって形成された第1の円周縁U1は、第1の円周縁U1において弁座洗浄流R2の分離を容易にし、したがってこの弁座洗浄流R2によってまたはこの部分的な流れによって、第1のシール6に至る環状空隙上のよどみ圧力形成流れを防止する。
図7はまた、第2の弁座洗浄流R2が、好ましくは、排出孔3dの入口内に延びる、偏向表面4dの端面および径方向に内側の端部4eの上方の領域内の偏向表面4dに衝突するときに起こる流れ状態も示している。この場合、第2の弁座洗浄流R2は、少なくとも排出孔3d内に向けられた偏向表面4dによる偏向を受け、衝撃点と端部4eの間に十分な距離がある場合、排出孔3dの入口内までの強制誘導も受ける。上方向に開口部4b内に向けられた部分的流れrは、衝撃点において第2の弁座洗浄流R2から分岐し、これは、そこで、偏向表面4dに沿って流れる乱流Wを形成し、図4による実施形態が選択される場合、円周壁4cと偏向表面4dの間の移行領域の切り込み部内に反対の別の小さい乱流を形成する。第2の弁座洗浄流R2に戻された部分流rは、乱流Wから供給される。乱流W(図7)または両方の乱流(図4)は、よどみ圧力または第1の座部2a上への直接的な流れを形成することなく、開口部4bを境界付ける領域の十分な洗浄を確実にする。
本発明は、特に、それぞれの弁座洗浄流R1、R2の制限に焦点を当てている。弁座洗浄流R1、R2の液体のそれぞれの体積流は、閉位置のままであるそれぞれの他の閉鎖要素4、3の座部2b、2aの漏出中空空間側セクション上の圧力が、複座弁1の周囲圧力または大気圧に等しく、またはこれより小さくなるように制限されおよび/または偏向され、そして誘導される。したがって、弁座洗浄流R1、R2によって生成された液体の体積流れが、同じになるように制限されることに的が絞られる。さらに、前述の制限による体積流れは、これらが、排出孔3d内で逆流することなく、排出孔3dを通って複座弁1の周囲内に流れるように寸法設定される。
しかし、それにもかかわらず、排出孔3dの最小排出断面a内に逆流が起こる場合、排出孔3dは、その入口領域内の充填レベルhを有する貯蔵体積を形成することができ(図2)、その静水圧Δphydr(Δphydr=ρgh;洗浄液体の密度ρ;重力加速g)は、弁座洗浄流R1、R2の液体のそれぞれの体積流を、重力方向に見て、充填レベルhに連結する最少排出断面aを少なくとも通して運ぶのに十分なものである。充填レベルhを備えた貯蔵体積は、好ましくは、入口じょうご部3fの内部によって形成される。
第1の制限空隙D1(図6)は、径方向の第1の空隙幅s1および第1の制限空隙長さl1によって形成され、第2の制限空隙D2(図7)は、径方向の第2の空隙幅s2および第2の制限空隙長さl2によって形成される。制限空隙D1、D2の好ましい設計は、第2の制限空隙D2の第2の径方向の空隙幅s2が、第1の制限空隙D1の径方向の第1の空隙幅s1より小さく設計されることを提供する。関連する量的測定規則が有利であることが証明されており、それにしたがって、以下で規定された制限空隙D1、D2の相対的な径方向の空隙幅は、ほぼ2:1のように挙動する。これに関連して、これは、第1の制限空隙D1(図6)の相対的な径方向空隙幅に対して、公式(1)
(数1)
s1/[(d1i+d1a)/2] (1)
にしたがって、また、第2の制限空隙D2(図7)の相対的な径方向空隙幅に対して、公式(2)
(数2)
s2/[(d2i+d2a)/2] (2)
にしたがって適用され、この場合、制限空隙D1、D2は、好ましくは公式(3)にしたがって設計される。
(3)
環状の制限空隙D1、D2のそれぞれの制限効果は、指数関数的効果を有するその径方向空隙幅s1、s2以外に、それぞれ線形衝撃を有する関連する長さl1、l2によって決定される。これらのパラメータは、前述した条件下で設計および調整可能であり、それにより、部分的リフトT1、T2によるそれぞれの弁座洗浄位置において、関連する弁座洗浄流R1、R2によって生成された液体の体積流は、同じになる。
1 複座弁
10 弁ハウジング
1a 第1の弁ハウジング部
1b 第2の弁ハウジング部

2 弁座リング
2a 第1の座部(円筒状座部)
2b 第2の座部(軸方向、径方向、軸/径方向)
2c 連結開口部
2d 環状開口部
2e 移行表面

3 第1の閉鎖要素(押し込みピストン)
第1の端部セクション
** 第1の円筒状付属体
3a 第1の調整ロッド
3b 連結要素
3c 第1の圧力補償ピストン
3d 排出孔
3e 横断部
3f 入口じょうご部
3g リング
3h 断面的に低減された弁ロッド領域

4 第2の閉鎖要素
第2の端部セクション
** 第2の円筒状付属体
4a 第2の調整ロッド
4b 開口部
4c 円周壁
4d 偏向表面
4e (第2の閉鎖要素の)端面及び径方向に内側の端部
4f 停止表面(閉鎖要素側)
4g 第2の圧力補償ピストン

5 漏出中空空間
6 第1のシール(径方向)
7 第2のシール(軸方向、径方向、軸/径方向)
8 中間シール(第2の閉鎖要素4に配置された)
中間シール(第2の閉鎖要素3に配置された)

a 最小排出断面

1a 第1の弁座直径
1i 第1の閉鎖要素直径
2a 第2の弁座直径
2i 第2の閉鎖要素直径

h 充填レベル

l (最小排出断面の)長さ
l1 第1の制限空隙の長さ
l2 第2の制限空隙の長さ

Δphydr静水圧(Δphydr=ρgh;洗浄液体の密度ρ;重力加速g)

r (第2の弁座洗浄流からの)部分流
Δr 延長部の径方向領域(Δr =d2a−d1a

r1 第1のコーナ曲線(ハウジング側、弁座リング2)
r2 第2のコーナ曲線(第2の閉鎖要素)

s1 径方向の第1の空隙幅(第1の制限空隙D1)
s2 径方向の第2の空隙幅(第2の制限空隙D2)

x 軸方向の安全距離

α 偏向角度

公称通路断面
R 環状空間通路断面

D1 第1の制限空隙
D2 第2の制限空隙

E 平面(停止表面4fの幾何学的位置として)
H 全開ストローク(開放位置)
K 偏向表面4dの輪郭

R1 第1の弁座洗浄流
R2 第2の弁座洗浄流

T1 第1の部分的リフト(第1の部分的開放位置/第1の弁座洗浄位置)
T2 第2の部分的リフト(第2の部分的開放位置/第2の弁座洗浄位置

U1 第1の円周縁
U2 第2の円周縁

W 乱流

Claims (18)

  1. 複座弁であって、
    ・互いに対して移動可能である2つの直列配置された閉鎖要素(3、4)であって、前記複座弁(1)の閉鎖位置において、弁ハウジング(10)の弁ハウジング部(1a;1b)から別の弁ハウジング(1b;1a)内に流体が溢出することを防止し、閉鎖および開放の両方の位置において互いの間に、排出孔(3d)を介して前記複座弁(1)の周囲に連結される漏出中空空間(5)を画定し、前記排出孔(3d)は、前記弁ハウジング(10)の外に導かれる前記第1の閉鎖要素(3)上に設計された管シャフトによって画定される、閉鎖要素を備え、
    ・閉鎖位置では、押し込みピストンとして設計された前記第1の閉鎖要素(3)が、前記弁ハウジング部(1a、1b)同士を相互連結し、円筒状の第1の座部(2a)を形成する連結開口部(2c)内に密封式に受け入れられ、その開放移動の過程において、前記第2の座部(2b)に対応付けられた第2の閉鎖要素(4)上にまたはその中に密封式に載置し、後者(前記第2の閉鎖要素(4))はまた、さらなる開放移動中、開放位置(H)に移送され、
    ・前記閉鎖要素(3、4)が、その座部(2a、2b)を洗い流す目的で、弁座洗浄位置になるようにそれぞれ空隙幅だけ部分的にリフト(T1、T2)することによって互いから独立して移送可能であり、
    ・前記第2の閉鎖要素(4)が、前記開放移動によって調節された第2の部分的リフト(T2)によってそのそれぞれの弁座洗浄位置になるように移送可能であり、前記第1の閉鎖要素(3)は、前記開放移動の反対の第1の部分的リフト(T1)によってそのそれぞれの弁座洗浄位置に移送可能であり、
    ・前記第1の閉鎖要素(3)が、その第1の端部セクション(3)上に、前記円筒状の第1の座部(2a)に対して径方向に密閉する第1のシール(6)を有し、
    ・前記第2の閉鎖要素(4)が、前記複座弁(1)の閉鎖位置において、前記第1の閉鎖要素(3)を向くその第2の端部セクション(4)上に、前記円筒状の第1の座部(2a)に径方向の外側で直径と同一平面に連結する回転対称の開口部(4b)を有し、
    ・前記開口部(4b)が、径方向の外側部分において偏向表面(4)によって少なくとも断面において画定され、その輪郭(K)は、経線切断図で見て、屈曲が無い連続部を有し、
    ・前記偏向表面(4d)の径方向の外側端部が、前記第2の端部セクション(4)の端面側画定表面内で直接的にまたは間接的に終端し、
    ・各々の端部セクション(3、4)が、径方向外側の対応付けられた弁座洗浄位置内に、対応付けられた連結開口部(2c)と共に環状制限空隙(D1、D2)を形成し、
    ・前記第1の座部(2a)が、前記連結開口部(2c)内の前記第2の閉鎖要素(4)に対応付けられた環状開口部(2d)の直径より小さい直径を有し、このとき移行表面(2e)は、前記第1の座部(2a)と前記環状開口部(2d)の間にあり、
    ・その閉鎖位置にある前記第2の閉鎖要素(4)が、その第2の端部セクション(4)の端面に配置された停止表面(4f)をその前記移行表面(2e)上にして、すなわち前記第1の座部(2a)に直接的に隣接して位置する、複座弁において、
    径方向に外側の端部から外方を向く拡張部の領域を備えた偏向表面(4d)が、前記開口部(4b)の残りの領域を全体的に画定し、前記第1の閉鎖要素(3)を向く前記第2の閉鎖要素(4)の端面および径方向に内側の端部(4e)、つまり前記開口部(4b)の外側に位置する前記第2の閉鎖要素(4)の端部表面において前記第2の閉鎖要素(4)から終端し、
    前記第2の閉鎖要素(4)の前記端面および径方向に内側の端部(4e)が、前記複座弁(1)の長手方向軸に見て、前記停止表面(4f)を通過する平面(E)によって端面側で画定された想像上の空間を超えて突起することを特徴とする複座弁。
  2. 開放移動の過程にある前記第1の閉鎖要素(3)が、前記閉鎖要素(3、4)間に作用する中間シール(8、8 )を介して前記第2の閉鎖要素(4)上に密封式に載置することを特徴とする、請求項1に記載の複座弁。
  3. 前記第2の端部セクション(4 )から径方向に外側の出口点にある前記開口部(4b)が、前記円筒状の第1の座部(2a)と同一平面である主に円筒状の円周壁(4c)を有し、前記円筒状の壁(4c)が、前記偏向表面(4d)内に移行し、前記開口部(4b)が、前記開放移動中、前記第2の閉鎖要素(4)が開く前に、前記第1の閉鎖要素(3)の前記第1の端部セクション(3 )および前記径方向の第1のシール(6)を密封式に受け入れるように寸法設定されることを特徴とする、請求項1に記載の複座弁。
  4. 前記第2の座部(2b)が、円筒状に設計され、前記環状開口部(2d)によって形成され、前記第2の閉鎖要素(4)が、前記第2の座部(2b)に対して摺動係合式に径方向に密封する第2のシール(7)を有することを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の複座弁。
  5. 前記第2の座部(2b)が、円錐状に設計され、前記移行表面(2e)によってまたは前記移行表面(2e)の反対側の前記環状開口部(2d)に連結する表面によって形成され、前記第2の閉鎖要素(4)が、前記第2の座部(2b)に対して摺動/加圧係合式に軸方向/径方向に密封する第2のシール(7)を有することを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の複座弁。
  6. 前記第2の座部(2b)が、前記複座弁(1)の長手方向軸に対して垂直に配置され、前記移行表面(2e)によって、または前記移行表面(2e)の反対側の前記環状開口部(2d)に連結する表面によって形成され、前記第2の閉鎖要素(4)が、前記第2の座部(2b)に対して、加圧係合式に軸方向に密封する第2のシール(7)を有することを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の複座弁。
  7. 前記弁ハウジング部(1a、1b)が、後者(前記弁ハウジング部(1a、1b))に連結され得る配管の最大公称通路断面(A )にしたがって設計され、内側に前記連結開口部(2c)を形成する弁座リング(2)を介して相互連結され、内側に前記排出孔(3d)のセクションを形成する、前記管シャフトの連結要素(3b)が、前記複座弁(1)の全開ストローク(H)中、少なくとも前記連結開口部(2c)を貫通し、そこでは径方向外側において、最も狭小である地点における前記連結開口部(2c)が、少なくとも前記公称通路断面(A )に対応する、環状空間通路断面(A )を有する環状空間を形成する(A ≧A )ように寸法設定されることを特徴とする、請求項1から6の一項に記載の複座弁。
  8. 前記排出孔(3d)が、入口じょうご部(3f)内の前記第1の閉鎖要素(3)の漏出中空空間側端部から、円錐式に、そして連続的に前記連結要素(3b)まで先細になり、後者(前記連結要素(3b))内では、制限された長さ(l)上に、最小排出断面(a)を有することを特徴とする、請求項7に記載の複座弁。
  9. 前記排出孔(3d)が、第1の圧力補償ピストン(3c)として設計された前記管シャフトのセクション内の前記連結要素(3b)の後で拡張され、前記圧力補償ピストン(3c)が、前記第1の座部(2a)に対応する外径を有することを特徴とする、請求項7または8に記載の複座弁。
  10. 中に液体の体積を有する前記入口じょうご部(3f)が、充填レベル(h)を形成し、その静水圧(Δ phydr )が、それぞれの弁座洗浄位置において生成された液体の体積流を、重力方向に見て、前記充填レベル(h)に連結する、前記連結要素(3b)の最小排出断面(a)を少なくとも通して運ぶのに十分であることを特徴とする、請求項8または9に記載の複座弁。
  11. 前記第2の制限空隙(D2)の径方向の第2の空隙幅(s2)が、前記第1の制限空隙(D1)の径方向の第1の空隙幅(s1)より小さく設計されることを特徴とする、請求項1から10の一項に記載の複座弁。
  12. 径方向空隙幅(s1、s2)および関連する長さ(l1、l2)を有する前記環状制限空隙(D1、D2)が、前記部分的リフト(T1、T2)によるそれぞれの弁座洗浄流位置において前記関連する弁座洗浄流(R1、R2)によって生成された液体の体積流が、同じであるように設計されることを特徴とする、請求項11に記載の複座弁。
  13. 前記環状開口部(2d)が、前記移行表面(2e)と共に垂直偏向角度(α)(α=90度)を形成することを特徴とする、請求項1から12の一項に記載の複座弁。
  14. 前記輪郭(K)が、移行点において各々が共通の接線を有する、一続きの湾曲したセクションからなることを特徴とする、請求項1から13の一項に記載の複座弁。
  15. 前記第1の閉鎖要素(3)に連結された第1の連結ロッド(3a)が、その断面において、少なくとも前記連結要素(3b)の延長部の軸方向領域内で、すなわち断面的に低減された弁ロッド領域(3h)まで低減されることを特徴とする、請求項7から14の一項に記載の複座弁。
  16. 前記円筒状付属体(3 ** 、4 ** )が、前記関連する制限空隙(D1、D2)を画定するその円周表面上に、ラビリンスシールの形態で設計されることを特徴とする、請求項1から15の一項に記載の複座弁。
  17. 前記ラビリンスシールが、いくつかの円周溝の形態で設計されることを特徴とする、請求項16に記載の複座弁。
  18. 前記ラビリンスシールが、前記円筒状付属体(3 ** 、4 ** )の前記円周表面にわたって分散されたいくつかの相互連結されない開口部の形態で設計され、それらの形成場所においてそれらの領域内で画定されることを特徴とする、請求項16に記載の複座弁。
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