JP6283025B2 - 回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリ - Google Patents

Description

本特許は、概して、シールアセンブリに関し、より具体的には、回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリに関する。

プロセス制御プラントまたはシステムは、プロセス流体の流動を制御するために、ボール弁、バタフライ弁、偏心ディスク弁、偏心プラグ弁等の回転弁を利用する。回転弁は、典型的に、弁の流動制御開孔内の、かつシャフトを介して弁の本体に回転可能に連結される流体流動制御部材（例えば、ディスク、ボール等）を含む。いくつかの回転弁を通って流体の流動を制御するために、流体流動制御部材の位置は、流体流動制御部材が流動制御開孔を囲むシールと密封係合している閉鎖位置から流体流動制御部材がシールから離間される全開または最大流速位置まで様々であってもよい。

弁の構造は、特定のプロセス制御環境の必要性に適合させるように変更されてもよい。例えば、バタフライ弁は、ダブルオフセット弁（別名、高性能バタフライ弁）またはトリプルオフセット弁であってもよい。トリプルオフセット弁は、制御部材が弁シールに密封して係合するように偏心成形された周面を有することを除き、ダブルオフセット弁に設計が類似である。トリプルオフセット弁の制御部材の角度を成した幾何学的形状は、閉鎖中に制御部材とシールとの間の接触面積を減少させ、それ故にあらゆる用途（例えば、絞りまたはオンオフ）における摩耗を減少させる。しかしながら、トリプルオフセット弁は、より高価であり、気密遮断を達成する制御部材およびシールに係合するために必要とされる高トルクにより不利であり得る。

シールのために選択される材料は、シールが使用されるプロセス制御環境の要件によって異なり得る。例えば、シールは、金属、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または積層された黒鉛で作製されてもよい。金属シールは、高温および高圧のプロセス用途で使用するのに良く適しているが、一般的に摩耗の影響をより受けやすい。ＰＴＦＥシールは、金属シールと比較して優れた密封性能を提供し、シールからディスクを外すためにより少ないトルクを必要とする。ＰＴＦＥシールはまた、比較的長いシール寿命を提供するが、カ氏４５０度未満の温度を維持するプロセス用途に限定される。黒鉛積層シールは、ＰＴＦＥシールよりはるかに高温に耐え、優れた遮断および多くのサイクル後の気密遮断を維持する能力を提供する。

回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリおよびその製造方法が開示される。一例では、シールリングアセンブリは、回転弁内に固定されるリング状のシールを含み、このシールは、流動制御開孔との制御部材の密封係合を可能にする。このシールは、シールを通って延在し、かつ第１および第２のシールクランプに固定された複数の締結具によって維持される圧縮力によって、第１のシールクランプと第２のシールクランプとの間に圧縮される。

別の例では、シールリングアセンブリは、回転弁内に固定されるように構成されたリング状のシールを含み、このシールは、流動制御開孔との制御部材の密封係合を可能にする。シールリングアセンブリはまた、回転弁内のシールを固定するシールの第１の側に隣接するシールマウントと、第１の側の反対側のシールの第２の側に隣接する環状クランプと、クランプとシールマウントとの間のシール上に圧縮力を維持するように、シールを通って延在し、かつクランプおよびシールマウントに固定される複数の締結具とを含む。

例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 図１の例示的なシールリングアセンブリの一部切欠図である。 代替の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 別の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 図４Ａの弁内の別の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 別の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 別の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 図６の例示的なシールリングアセンブリを実装するために使用され得る代替的なシールリングアセンブリの断面図である。 別の例示的なシールリングアセンブリの断面図である。 最終形状に機械加工する前の図３の例示的なシールリングアセンブリのための例示的なシールリングアセンブリブランクの断面図である。 最終形状に機械加工する前の図１および２の例示的なシールリングアセンブリのための例示的なシールリングアセンブリブランクの断面図である。 本明細書に記載される例示的なシールリングアセンブリを製造するために実施され得る例示的なプロセスを表すフローチャートである。

弁内に黒鉛積層シールを固定することは、２つの表面間のシールを圧縮することによって生じる摩擦および接着力によって達成され得る。例えば、シールは、押さえリングを介して弁体に固定されるシール担体内に圧縮されてもよい。あるいは、シールは、押さえリングを介して弁体の表面に対して直接圧縮されてもよい。別の構成は、弁体よりも弁ディスクにシールを固定することを含む。

シール取り付け具構成にかかわらず、弁が高圧および高流動条件下で開放されると、シールを保持する摩擦および接着力を乗り越える流体力によってシールが緩められるか、または取り出される危険性がある。このような噴出の問題は、遮断能力の損失をもたらす可能性がある。

したがって、本明細書に記載される例は、第１のシールクランプと第２のシールクランプとの間で圧縮された膨張黒鉛で作製され得るリング状のシールを有するシールリングアセンブリを提供する。複数の締結具がシールを通って延在してもよく、シール上に圧縮力を維持するように第１および第２のシールクランプに取り付けられてもよい。いくつかの例では、締結具は、第１および第２のシールクランプに溶接される金属ピンであってもよく、あるいは、ねじ式締結具であってもよい。

加えて、本明細書に記載される例示的なシールリングアセンブリの断面輪郭は、弁内の凹部内に適合させるように異なる形状または幾何学的形状を有してもよい。例えば、一例では、シールリングアセンブリは、弁のＴスロット内に適合させるように実質的にＴ字形の断面を有してもよい。このようなＴスロットは、ある特定の高性能バタフライ弁に利用される。別の例示的なシールリングアセンブリは、弁の矩形スロットに適合させる矩形の断面を有する。このような矩形スロットは、いくつかの高性能バタフライ弁に使用される。

本明細書に記載されるさらに別の例示的なシールリングアセンブリは、シールクランプと弁体の表面との間で圧縮されたリング状のシールを有し、この圧縮力は、シールを通って、かつ弁体の中に延在するねじ式締結具を介して維持される。

本明細書に記載されるさらなる例示的なシールリングアセンブリは、弁体に接続されたアンカーリングに固定されるシール担体に固定される。この例は、ボール弁または分割されたボール弁内の弁座として機能することができる。この例では、固定された弁座設計が利用されてもよく、あるいは、シール担体上に可撓性の湾曲したアームを有する可撓性弁座設計が利用されてもよい。

図１は、バタフライ弁１００内の例示的なシールリングアセンブリ１０８の断面図である。図１に示されるバタフライ弁１００は、例えば、広い温度範囲にわたって天然ガス、石油、水などのプロセス流体を制御するために使用され得る。図１に示されるように、バタフライ弁１００は、比較的高い圧力流体が示され得るディスク１０２（例えば、可動流動制御部材）を含む。バタフライ弁１００はまた、弁体１０４と、弁体１０４に連結された押さえリング１０６とを含む。押さえリング１０６は、シールリングアセンブリ１０８を保持する。

ディスク１０２は、弁シャフト（図示されないが、ディスク１０２の右側に位置する）を介して弁１００内に取り付けられる。弁１００を通るプロセス流体の流動を制御するために、制御弁計器（図示せず）が弁１００に動作可能に連結され、概して、プロセスコントローラからの制御信号に応答して弁アクチュエータ（図示せず）に空気圧信号を提供し、これは、分散制御システム（どちらも図示せず）の一部であってもよい。弁アクチュエータは、弁シャフトに連結され、空気圧信号が弁アクチュエータを刺激すると、弁シャフトおよびそれに取り付けられたディスク１０２は、ディスク１０２の輪郭形成縁部１１０が閉鎖位置にあるときにシール１１２に密封して係合するか、または制御信号に比例した角度で開放位置にあるときに流体流動を可能にするかのいずれかであるようにシールリングアセンブリ１０８のシール１１２に対して位置付けられるように回転する。

シール１１２は、第１のシールクランプ１１４と第２のシールクランプ１１６との間で圧縮される。第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６は、金属で作製され、シール１１２は、少なくとも部分的に積層黒鉛からなる。より具体的には、シール１１２は、膨張黒鉛（例えば、Ｇｒａｆｏｉｌ（登録商標））で作製され、これは、その元の厚さの約４０〜４５％に繰り返し圧縮された後、約１２％回復する。プロセス制御システム用途に応じて、様々なより薄い材料が黒鉛材料の層間に積層され得る。例えば、シール１１２はまた、金属からポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）および／または様々なポリオレフィン材料に及ぶ材料を含んでもよい。難燃性材料に使用されるポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）繊維もまた、黒鉛で積層されてもよい。

第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６によって提供されたシール１１２上の圧縮力は、シール１１２を通って延在し、かつ第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６にしっかりと固定された締結具１１８によって維持される。締結具１１８は、溶接（例えば、隅肉溶接、レーザー溶接、摩擦撹拌点溶接など）によってシールクランプ１１４および１１６に固定された金属ピンであってもよい。この溶接は、締結具１１８と第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６との間のしっかりした接続を確実にするために第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６を完全に貫通してもよい。あるいは、締結具１１８は、シールクランプ１１４および１１６に固定されたねじ式締結具（例えば、ソケット頭ねじ、平頭ねじなど）であってもよい。

図１に示されるように、第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６は、シールリングアセンブリ１０８の断面輪郭が実質的にＴ字形であるように形成される。Ｔ字形の断面は、シールリングアセンブリ１０８が押さえリング１０６と弁体１０４との間に形成されたバタフライ弁１００のＴスロット１２０内にしっかりと保持されることを可能にする。起伏または傾斜表面１２２が、Ｔ字形のシールリングアセンブリ１０８を弁体１０４および押さえリング１０６のＴスロット１２０に挿入することを容易にする空間またはさらなる隙間を提供するように、第２のシールクランプ１１６の縁部１２４に沿って形成される。

シールリングアセンブリ１０８の断面は、実質的にＴ字形であるが、図１は、シール１１２がシールクランプ１１４および１１６の上下に突出することを示す。シールリングアセンブリ１０８の内径１２８上のシール１１２の突出１２６は、ディスク１０２がディスクとシールとの接合部分に沿って流体シールを形成するようにシール１１２に係合することを可能にする。さらに、シールクランプ１１４および１１６は、シール１１２の積層された層１３０がＴスロット１２０の裏面１３２ならびにディスク１０２の輪郭形成縁部１１０の接点１３４に垂直であるように、シール１１２を保持するように成形される。

当該技術分野において一般的に既知であるように、シール１１２等の積層シールは、互いにすべて平行な平面にある積層された層で製造される。しかしながら、図１に示されるように、シール１１２の積層された層１３０は、平らな平行面内にないが、内径１２８が１つの側に斜めになった円錐曲線の表面を画定する。積層黒鉛で作製されるシール１１２の可撓性の性質により、シール１１２を円錐状の形状の中に押し込むことは、図１に示されるように、シール１１２に損傷を与えないことが理解されるべきである。シール１１２の斜めになった配向は、シール１１２が最初にシールクランプ１１４とシールクランプ１１６との間で圧縮されるとき、シールリングアセンブリ１０８のシールクランプ１１４および１１６の形状の結果として達成される。シール１１２の所望の配向を達成することは、図９Ａおよび９Ｂと関連して以下により詳細に説明される。

Ｔスロット１２０およびディスク１０２に対するシール１１２の配向は、気密シールを達成するために必要とされる力に影響を及ぼす。閉鎖位置内のディスク１０２との係合によって生じたシール１１２の内径１２８上の部分１２６上の力は、シールリングアセンブリ１０８の外径１３８におけるシールリングアセンブリ１０８の外径１３８上のシール１１２の部分１３６がＴスロット１２０の裏面１３２に対して押し込まれ、それによってシールリングアセンブリ１０８の周囲のプロセス流体の流動（例えば、ディスク１０２を超えた漏れ）を実質的に防ぐようにシールリングアセンブリ１０８を付勢する。しかしながら、気密シールを得ることは、バタフライ弁１００の全周囲に沿ってＴスロット１２０の裏面１３２に係合するシールリング１１２を必要とする。結果として、ディスク１０２は、半径方向にシールリングアセンブリ１０８を膨張させるようにシールリングアセンブリ１０８の内径１２８に十分な力を加えるために必要とされてもよい。第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６の硬直性により、これは、ディスク１０２を回転させる弁シャフト（図示せず）への相当なトルク入力を必要としてもよい。シールリングアセンブリ１０８を膨張させるために必要とされるトルクを減少させるために、第１のシールクランプ１１４および第２のシールクランプ１１６は分割されてもよい。この分割は、シール１１２がより容易に膨張することを可能にし、それによって例示的なバタフライ弁１００の気密遮断を達成するために必要とされるトルクを減少させる。しかしながら、シールクランプ１１４および１１６を完全に分割することは、密封係合が弁１００内にもはや必要とされないとき、シール１１２が反発するか、または収縮することを可能にするようにシール１１２内に不十分な張力をもたらすことができる。したがって、１つ以上のばねワイヤ（そのうちの１つが参照番号１４０で示される）は、所望のばね張力をもたらすようにシールクランプ１１４および／または１１６のうちの１つまたは両方の周囲に伸長されてもよい。シールクランプ１１４および１１６を分割すること、ならびにシールリングアセンブリ１０８内にさらなるばね荷重をもたらすことは、図２と関連してより詳細に後述される。

図２は、図１の例示的なシールリングアセンブリ１０８の一部切欠図である。気密遮断を達成するために、図１の例示的なバタフライ弁１００と関連して上述されるように、ディスク１０２からシールリングアセンブリ１０８に加えられた力は、ディスク１０２とシール１１２との間、ならびにシール１１２とＴスロット１２０の裏面１３２との間の密封接触を生じさせる。Ｔスロット１２０の裏面１３２上の気密シールを形成するために、シールリングアセンブリ１０８は、半径方向に膨張する。いくつかの例では、十分な密封力を達成するのを支援するために、シールクランプ１１４および１１６は、対応するシールクランプ１１４および１１６の外面２０６および２０８からシール１１２に向かって通す締結具１１８間に位置する逃げ切欠２０４によって分離された複数の区分２０２を有することができる。図２に示されるように、例示的な逃げ切欠２０４は、シールクランプ１１４および１１６を通って外面２０６および２０８からシール１１２に通過して、区分２０２を完全に分離する。このように、気密遮断は、従来の高性能バタフライ弁および／またはトリプルオフセット弁に別の方法で必要とされるより低いトルクで維持され得る。

図２に示されるように、第１のシールクランプ１１４内の切欠２０４は、第２のシールクランプ１１６内の切欠２０４と周囲にて揃えられない。切欠２０４を交互に配列すること、またはオフセットすることは、シール１１２がシールリングアセンブリ１０８の周囲に沿って至る所にシールクランプ１１４および１１６のうちの少なくとも１つによって支持されることを確実にすることによってシールリングアセンブリ１０８上に故障点を生じることを避けることに役立つ。

加えて、上述されるように半径方向にシール１１２が反発するか、または収縮することを可能にするそのシールに作用するように、シールリングアセンブリ１０８内にさらなるばね力をもたらすことが望ましいであろう。したがって、いくつかの例では、逃げ切欠２０４は、区分２０２がシールリングアセンブリ１０８上にばね荷重をさらに課しながら、シールリングアセンブリ１０８内に所望の可撓性を可能にするようにシール１１２に隣接するシールクランプ１１４および１１６の比較的薄い部分を介して接続されるように、シールクランプ１１４および１１６を実質的な方法のみを通すことができる。他の例では、薄い金属シムは、逃げ切欠２０４がシールクランプ１１２および１１６を完全に通過するときであっても、所望の支持およびばね張力をもたらすシールクランプ間のシール１１２の両側に隣接して（図９Ａ〜１０と関連して後述されるような組み立て中に）配置されてもよい。さらに他の例では、シール１１２は、所望の支持を提供するように黒鉛層に加えて金属積層体層を含むことができる。上記に加えて、またはその代わりに、シールリングアセンブリ１０８に作用するばね力は、図１に記載されるように第１のシールクランプ１１４の外径の周囲に伸長されたばねワイヤ１４０を提供されてもよい。ばねワイヤ１４０は、ばねワイヤ１４０が位置させるシールクランプ１１４の外径の周囲に延在する対応する溝によって適所に固着されてもよい。

図３は、バタフライ弁３００内の代替の例示的なシールリングアセンブリ３０２の断面図である。バタフライ弁３００は、弁体１０４と、シャフト（図示されないが、ディスク１０２の右側に位置する）を介して弁３００内に取り付けられたディスク１０２とを含む図１のバタフライ弁１００に共通の構成要素を有する。さらに、図３のバタフライ弁３００は、図１に記載されるＴスロット１２０を形成するように弁体１０４に連結された押さえリング１０６を含む。しかしながら、図３は、黒鉛積層体シール３０６の積層された層３０４がＴスロット１２０の裏面１３２およびディスク１０２の輪郭形成縁部１１０の接点３０８に対して斜角で配向されるように、Ｔスロット１２０内に保持された代替的なシールリングアセンブリ３０２を示す。

シール３０６は、第１のシールクランプ３１０と第２のシールクランプ３１２との間で圧縮される。シール３０６上の圧縮力は、シール３０６を通って延在し、かつシールクランプ３１０および３１２に（例えば、溶接またはねじ式によって）固定された複数の締結具（そのうちの１つが参照番号３１４で示される）によって維持される。図３に示されるように、シールリングアセンブリ３０２は、シールリングアセンブリ３０２がシールクランプ３１０と３１２との間で圧縮されるとき、シール３０６の積層された層３０４が斜めになっていないように成形される。換言すれば、図１と関連して上述されるシール１１２とは異なり、シール３０６の積層された層３０４は、互いに平行かつディスク１０２によって画定された平面に平行な平面に位置付けられ、それによってＴスロット１２０の裏面１３２およびディスク１０２の接点３０８に対して斜角をもたらす。例示的なシールリングアセンブリ１０８および３０２は、シール１１２および３０６の配向のための２つの代替的な設計をそれぞれ実証するが、シール３０６は、バタフライ弁３００がシールクランプ３１０および３１２の断面の形状を変更することによって利用される特定の使用に適切な任意の角度で配向されてもよく、それによってシール３０６が斜めになった度合いを変更する。

シール３０６は、例示的なバタフライ弁３００のディスク１０２に密封して係合するようにシールリングアセンブリ３０２の内径３１６で突出する。同様に、シール３０６は、ディスク１０２が閉鎖位置にあり、かつシール３０６上に押しているとき、Ｔスロット１２０の裏面１３２に対して密封するように、シールリングアセンブリ３０２の外径３１８で突出する。図１および２と関連して上述されるように、気密遮断を達成するために必要とされるトルクを減少させるために、シールクランプ３１０および３１２は、シール３０６が半径方向に膨張し、かつＴスロット１２０の裏面１３２に係合することを可能にするように分割されてもよい。

図４Ａおよび４Ｂは、バタフライ弁４００内のそれぞれの例示的なシールリングアセンブリ４１２および４２８の断面図である。図４Ａでは、シールリングアセンブリ４１２は、シール担体４０４と弁体４０６との間に形成された矩形のスロット４０２内に位置する。シール担体４０４は、弁体４０６に（例えば、ねじ山４１０により）強固に取り付けられる押さえリング４０８で弁体４０６内に固着される。別個の構成要素として示されるが、いくつかの例では、シール担体４０４および押さえリング４０８は、弁４００のアセンブリを簡略化するように単一の構成要素またはシールマウントに組み合わされてもよい。

バタフライ弁４００では、シールリングアセンブリ４１２は、第１のシールクランプ４１６と第２のシールクランプ４１８との間で圧縮された黒鉛積層体シール４１４を含む。シールリング４１４上の圧縮力は、シール４１４を通って延在し、かつシールクランプ４１６および４１８に強固に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号４２０で示される）によって維持される。シールリングアセンブリ４１２の断面輪郭は、シール担体４０４および弁体４０６の矩形のスロット４０２の内側に適合するように実質的に矩形である。しかしながら、シールリングアセンブリ４１２は、シールリングアセンブリ４１２の外径４２２および内径４２４でシールクランプ４１６および４１８を超えて突出するシール４１４で設計される。内径４２４上の突出は、ディスク１０２が閉鎖されるとき、シール４１４とディスク１０２との間に流体シールを達成するようにディスク１０２との締り嵌めに備える。ディスク１０２は、弁シャフトを介して開閉され、これは図示されないが、ディスク１０２の右側に位置する。シールリングアセンブリ４１２の外径４２２上の突出は、シール４１４とシール担体４０４との間に静的シールを生じるようにシール担体４０４の矩形のスロット４０２に圧入される。

図４Ａはまた、例示的なバタフライ弁４００の構造的構成要素の周囲の漏れを減少させる（例えば、最小限にする）ために、シール担体４０４と弁体４０６との間のガスケット４２６を示す。ガスケットは、シールがいかに弁アセンブリに組み込まれるかに応じて、本明細書に記載される例示的な弁のいずれかに含まれてもよく、または含まれなくてもよい。

図４Ｂは、バタフライ弁４００内の代替の例示的なシールリングアセンブリ４２８を示す。この例では、黒鉛積層体シール４３０は、シールクランプ４３４によってシール担体４３２に対して直接圧縮される。シール４３０上の圧縮力は、シール４３０を通って延在し、かつシールクランプ４３４およびシール担体４３２に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号４３６で示される）によって維持される。シール４３０およびシールクランプ４３４がシール担体４３２に固着されると、シールリングアセンブリ４２８は、弁４００の弁体４０６に挿入され、弁体４０６に（例えば、ねじ山４１０によって）固定された押さえリング４０８とともに適所に保持されてもよい。別個の構成要素として図示されるが、いくつかの例では、シール担体４３２および押さえリング４０８は、弁４００のアセンブリを簡略化するように単一の構成要素またはシールマウントに組み合わされてもよい。この設計の結果として、シールクランプ４３２および４３４は、静的シールがシール１１２および３０６のために記載されるようにシール担体４２８を膨張させ、それに係合するようにシール４３０の必要性を取り除くことにより分割されなくてもよい。

シール４３０とシール担体４３２との間の表面接触により、シール４３０の外径は、流体気密シールを達成するためにシールクランプ４３４を超えて突出しなくてもよい。しかしながら、シール４３０の内径は、シール４０３とディスク１０２との間の密封係合を可能にするように寸法決めされる。

図５は、バタフライ弁５００内の別の例示的なシールリングアセンブリ５０２の断面図である。シールリングアセンブリ５０２は、第１のシールクランプ５０６と第２のシールクランプ５０８との間で圧縮された黒鉛積層体シール５０４を含む。シールリング５０４上の圧縮力は、シール５０４を通って延在し、かつシールクランプ５０６および５０８に強固に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号５１０で示される）によって維持される。上述される例とは対照的に、図５のシールリングアセンブリ５０２は、ディスク５１２が閉鎖位置にあるとき、シール５０４の突出端部５１４が弁体５１８の壁５１６に密封して係合するように、弁ディスク５１２の外周に取り付けられる。図示されないが、弁シャフトは、ディスク５１２が開閉することを可能にするようにディスク５１２の右側に位置する。

シールリングアセンブリ５０２は、ねじ５２２がシールリングアセンブリ５０２を適所に保持するように締め付けられるとき、シールリングアセンブリ５０２をディスク５１２に押し付ける押さえリング５２０を介してディスク５１２に固着される。いくつかの例では、第１のシールクランプ５０６および押さえリング５２０は、単一の構成要素またはシールマウントに組み込まれてもよい。このような例では、シール５０４は、反対側の第２のシールクランプ５０８とともにシールマウントに対して直接圧縮され、図４Ｂのシールリングアセンブリ４２８に類似のシールマウントに及ぶ締結具５１０で適所に固着されてもよい。図５はまた、例示的なシールリングアセンブリ５０２の構造的構成要素の周囲の漏れを減少させる（例えば、防ぐ）ために、シールリングアセンブリ５０２と弁ディスク５１２との間のガスケット５２４を示す。

図６は、ボール弁または分割されたボール弁６００内の別のシールリングアセンブリ６０２の断面図である。シールリングアセンブリ６０２は、第１のシールクランプ６０６と第２のシールクランプ６０８との間で圧縮された黒鉛積層体シール６０４を含む。この圧縮力は、シール６０４を通って延在し、かつ第１のシールクランプ６０６および第２のシールクランプ６０８に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号６１０で示される）によって維持される。

第１のシールクランプ６０６は、シール６０４を保持するだけではなく、アンカリングシステム６１４を介して弁体６１２にもしっかりと締結されるようにある輪郭で設計される。アンカリングシステム６１４は、シールリングアセンブリ６０２を適所に固着するように第１のシールクランプ６０６を通って延在する複数のねじ６２０を受容する複数のねじ穴６１８を含む弁体６１２にしっかりと固定されるアンカーリング６１６を含む。加えて、第１のシールクランプ６０６は、シールクランプ６０６がねじ６２０を介して適所に固着されるとき、第１のシールクランプ６０６が弁体６１２と第１のシールクランプ６０６との間に配置されたガスケット６２２と嵌合するようにアンカーリングを超えて適合するように設計され、それによってシールリングアセンブリ６０２の周囲のプロセス流体の流動（例えば、弁ボール６２３を超えた漏れ）を防ぐ。

流体がシールリングアセンブリ６０２の周囲を通過することを防ぐガスケット６２２によって、シールリングアセンブリ６０８のシール６０４は、シール６０４が弁ボール６２３の表面６２６に接触するときに流体シールを生じるようにシールリングアセンブリ６０２の内径６２４でのみ突出する。図示されないが、ボール６２３を回転させる弁シャフトの中心線は、図６の水平方向の上にある。シール６０４が弁ボール６２３の表面６２６に係合する弁ボール６２３上の位置、ならびに図６に示されるように表面６２６に対するシール６０４の配向により、シールリングアセンブリ６０２の内径６２４におけるシール６０４の端部は、弁ボール６２３の表面６２６とより良く嵌合するように積層された層６２８の方向に対して角度を成してもよい。シール６０４の端部で所望の角度を達成するために、シール６０４は、シールリングアセンブリ６０２に圧縮された後に機械加工されてもよく、シールクランプ６０６および６０８は、それらの最終形状に機械加工された（このプロセスは、図９Ａ、９Ｂ、および１０と関連してより完全に後述される）。

図７は、ボール弁または分割されたボール弁７００内の代替的なシールリングアセンブリ７０２の断面図である。この例では、黒鉛積層体シール７０４は、シール７０４の積層された層７０９が弁ボール６２３の表面６２６に垂直に配向されるように、第１のシールクランプ７０６と第２のシールクランプ７０８との間で圧縮される。図示されないが、ボール６２３を回転させる弁シャフトの中心線は、図７の水平方向の上にある。図１〜３と関連して上述されるように、弁７００内のシール７０４の代替の配向は、シールクランプ７０６とシールクランプ７０８との間で圧縮されるとき、所望の配向でシール７０４を固着するようにシールクランプ７０６および７０８を成形することによって達成される。より具体的には、シール７０４の代替の配向は、フランジ状の表面７１３で第１のシールクランプ７０６内に開口部７１２を形成することによって達成される。シール７０４は、シール７０４を円錐曲線の形状に押し込むようにシール７０４の反対側の第２のシールクランプ７０８で表面７１３に対して直接圧縮されてもよい。この圧縮力は次に、シール７０４を通って延在し、かつ第１のシールクランプ７０６および第２のシールクランプ７０８に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号７１４で示される）によって維持されてもよい。弁ボール６２３の表面６２６に対するシール７０４の積層された層７０９の垂直な配向に加えて、第１のシールクランプ７０６および第２のシールクランプ７０８の断面輪郭を変更することによって任意の数の異なる角度が達成されてもよい。

シールクランプ７０４はまた、図６と関連して上述されるアンカリングシステム６１４を介して弁体６１２に固定されるように設計される。加えて、シール担体は、流体がシールリングアセンブリ７０２の周囲を通過することを防ぐように弁体６１２に対してガスケット６２２に係合する。

図８は、ボール弁または分割されたボール弁８００内の別の例示的なシールリングアセンブリ８０２を示す。シールリングアセンブリ８０２は、第１のシールクランプ８０６と第２のシールクランプ８０８との間で圧縮された黒鉛積層体シール８０４を含む。この圧縮力は、シール８０４を通って延在し、かつ第１のシールクランプ８０６および第２のシールクランプ８０８に固定された締結具（そのうちの１つが参照番号８１０で示される）によって維持される。さらに、第１のシールクランプ８０６は、弁ボール６２３の表面６２６に係合するようにシールリングアセンブリ８０２内に可撓性をもたらすシール担体８１４の可撓性の湾曲したアーム８１２の端部に（例えば、溶接によって）固定される。気密シールを達成するために、シールリングアセンブリ８０２は、シール８０４が弁ボール６２３との締り嵌めを生じる小さい突起８２０を有する内径８１６で第１のシールクランプ８０６および第２のシールクランプ８０８を超えて延在するように設計される。図示されないが、ボール６２３を回転させる弁シャフトの中心線は、図８の水平方向の上にある。

シール担体８１４はまた、図６と関連して上述されるアンカリングシステム６１４を介して弁体６１２に固定されるように設計される。加えて、シール担体は、流体がシールリングアセンブリ８０２の周囲を通過することを防ぐように弁体６１２に対してガスケット６２２に係合する。

図９Ａおよび９Ｂは、例示的なシールリングアセンブリブランク９００および９０１の断面図を示す。シールリングアセンブリブランク９００は、第１のマシンブランク９０４および第２のマシンブランク９０６との間で圧縮されたシール９０２を含み、第２のマシンブランク９０６は、シール９０２を保持する空洞９０７を有する。この圧縮力は、空洞９０７の深さを超える厚さを有するシール９０２を用いることによって生じる。したがって、シール９０２は、第１のマシンブランク９０４および第２のマシンブランク９０６がシールの周囲に互いに接触するとき、完全に圧縮される。この圧縮力は、シール９０２を通って延在し、かつマシンブランク９０４および９０６に（例えば、溶接によって）固定された締結具（そのうちの１つが参照番号９０８で示される）によって維持される。同様に、シールリングアセンブリブランク９０１は、第１のマシンブランク９１０と第２のマシンブランク９１２との間で圧縮されたシール９０２を含み、第２のマシンブランク９１２は、アセンブリブランク９００のようにシール９０２を保持する空洞９１３を有する。同様に、この圧縮力は、シール９０２を通って延在し、かつマシンブランク９１０および９１２に固定された締結具（例えば、締結具９０８）によって維持される。また、シールリングアセンブリブランク９００および９０１から機械加工され得るシールリングアセンブリのそれぞれの例示的な断面輪郭の点線９１４および９１６が図９Ａおよび９Ｂに示される。特に、点線９１４は、図３に示される完成した例示的なシールリングアセンブリ３０２に相当し、点線９１６は、図１および２に示される完成した例示的なシールリングアセンブリ１０８に相当する。図９Ｂに示されるように、シールリングアセンブリ１０８のシール１１２に相当するシール９０２の斜めになった配向は、シール９０２をその意図される配向に押し込むマシンブランク９１０および９１２の形状により達成される。したがって、本明細書に記載される例示的なシールリングアセンブリまたは他のシールリングアセンブリのいずれかは、マシンブランクの形状および／または寸法を変更することによってシールリングアセンブリブランク９００および／または９０１に類似のシールリングアセンブリブランクから機械加工され得る。例えば、マシンブランクの寸法および形状を変更することは、図４Ａ、４Ｂ、および５〜８に示される例示的なシールリングアセンブリのいずれかの断面輪郭およびシール配向が、対応するシールリングアセンブリブランクから同様に機械加工されることを可能にする。

図１０は、本明細書に開示される例示的なシールアセンブリのいずれかを製造するために例示的なプロセスを表すフローチャート図である。本開示のために、例示的なプロセスは、図９Ａおよび９Ｂと関連して主に記載される。図１０の例示的なプロセスは、図９Ａおよび９Ｂと関連して図１０のフローチャートを参照して記載されるが、図１０の例示的なプロセスを実装する多くの他の方法が利用されてもよい。例えば、ある特定のブロックの実行の順は変更されてもよく、および／または記載されるブロックのうちのいくつかは、変更、除外、細分化、または組み合わせられてもよい。

図１０の例示的なプロセスは、第１のマシンブランク（例えば、例示的な第１のマシンブランク９０４）と第２のマシンブランク（例えば、例示的な第２のマシンブランク９０６）との間の積層された黒鉛シール（例えば、図９Ａの例示的なシール９０２）を圧縮することによってブロック１０００から始まる。圧縮力によって生じる圧力の量は、どれくらいシールが圧縮されるかと相関がある。したがって、シール（例えば、例示的なシール９０２）が圧縮される量を制御することによって所望の圧力が達成されてもよい。約５０００ｐｓｉの単位荷重は、本明細書に開示される例のいくつかに望ましいであろう。このような圧力は、シール（例えば、例示的なシール９０２）が弛緩状態でその厚さの約４３％圧縮されることに相当する。いくつかの例では、この４３％の圧縮は、弛緩または非圧縮状態でシール（例えば、例示的なシール９０２）の厚さの４３％少ない深さを有するマシンブランクのうちの１つの空洞（例えば、例示的な空洞９０７）内にシール（例えば、例示的なシール９０２）を配置することによって制御されてもよい。このように、第１および第２のマシンブランク（例えば、マシンブランク９０４および９０６）が引き寄せられると、シール（例えば、例示的なシール９０２）は、空洞（例えば、例示的な空洞９０７）とほぼ同じ厚さになるまで圧縮する。さらに、この方法は、シール（例えば、例示的なシール９０２）の周囲の第１および第２のマシンブランク（例えば、マシンブランク９０４および９０６）の嵌合表面が圧縮プロセスへの固定された停止として作用することにより、過圧縮の危険性を減少させる。あるいは、シール（例えば、例示的なシール９０２）が圧縮する量は、マシンブランク間のシールを圧縮するために使用される取り付け具によって制御されてもよい。金属シムがシール（例えば、例示的なシール９０２）上にばね荷重をもたらすことを所望される場合、図２と関連して記載されるように、空洞（例えば、例示的な空洞９０７）の深さは、マシンブランク（例えば、例示的なマシンブランク９０４および９０６）間でアセンブリを圧縮する前に、シール（例えば、例示的なシール９０２）下および上に配置されたシムの厚さを占めるように適切に調節されてもよい。

ブロック１００２では、シール（例えば、例示的なシール９０２）と第１および第２のマシンブランク（例えば、例示的な第１および第２のマシンブランク９０４および９０６）との組み合わされたアセンブリを通って穴が開けられる。ブロック１００４では、シール（例えば、例示的なシール９０２）上の圧縮力を維持しながら、締結具（例えば、例示的な締結具９０８）は、穴を通って挿入され、第１および第２のマシンブランク（例えば、例示的な第１および第２のマシンブランク９０４および９０６）に固定される。ピンが締結具として使用される場合、ブロック１００４は、溶接することを含むことができる。あるいは、ねじ式締結具が使用される場合、ブロック１００４は、穴を叩いて、アセンブリをともに締結することを含むことができる。ブロック１００６では、第１および第２のマシンブランクは、完成した第１および第２のシールクランプ（例えば、図１の例示的な第１および第２のシールクランプ１１４および１１６）を形成するように所望の断面形状（例えば、例示的な点線９１４）に機械加工される。この機械加工プロセスは、アセンブリが最終的に形成されるとき、ばねワイヤ（例えば、図２および２の例示的なばねワイヤ１４０）を受容するように完成したシールクランプのうちの１つまたは両方の外径の周囲に溝を機械加工することを含むことができる。機械加工する前のマシンブランク（例えば、例示的なマシンブランク９０４および９０６）は、完成したシールクランプの設計に応じて寸法および／または形状が異なっていてもよい。マシンブランク（例えば、例示的なマシンブランク９０４および９０６）を任意の所望の形状に切り分けるために多くの方法が利用されるが、いくつかの切り分け方法は、積層された黒鉛の性質によりシールを機械加工することが不適切である場合があり、これは、容易に擦り切れるか、または別の方法で明確な課題になる可能性がある。したがって、ブロック１００８では、シール（例えば、例示的なシール９０２）の露出された部分は、例えば、弁に取り付けられると、弁制御部材（例えば、図１の例示的なディスク１０２）または弁壁（例えば、図５の壁５１６）に適切に係合するようにシール（例えば、例示的なシール９０２）の所望の形状を達成するアブレイシブウォータジェット切断等の任意の好適な機械加工プロセスによって必要に応じて機械加工されてもよい。最終的に、ブロック１０１０では、逃げ切欠（例えば、図２の逃げ切欠２０４）は、シールアセンブリが使用される弁および／または環境の設計によって必要に応じて区分（例えば、図２に示される例示的な区分２０２）を形成するように完成したシールクランプに切り分けられてもよい。シールアセンブリ設計が弁との密封係合から取り除かれるときにシールを戻す不十分なばね力があるような設計である場合、ばねワイヤ（例えば、ばねワイヤ１４０）は、溝が追加のばね荷重をもたらすように配置されたシールクランプ（複数可）の周囲に伸長されてもよい。ばねワイヤの端部は、タック溶接等の任意の適切な手段によって適所に固定されてもよい。

ある特定の例示的な方法および装置が本明細書に記載されたが、本特許の対象範囲は、それらに限定されない。このような実施例は、非限定の例示的な実施例であることを意図される。一方、本特許は、文言上または均等論下のいずれかで添付の特許請求の範囲に公平に含まれるすべての方法および装置を網羅する。

Claims (23)

1. 回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリであって、
   前記回転弁内に固定されるリング状のシールであって、前記シールが、弁体の流動制御開孔との制御部材の密封係合を可能にし、前記シールが、圧縮力によって第１のシールクランプと第２のシールクランプとの間で圧縮される、シールと、
   前記シールを通って延在する複数の締結具であって、前記締結具が、前記シール上に前記圧縮力を維持するように前記第１および第２のシールクランプに固定される、締結具と、を備え、
   前記第１のシールクランプと前記第２のシールクランプとは別部材からなり、前記シールリングアセンブリは前記制御部材と前記弁体との間に位置するように構成されている、シールリングアセンブリ。
2. 前記締結具は、ねじ式締結具である、請求項１に記載のシールリングアセンブリ。
3. 前記締結具はピンから成り、前記ピンは溶接によって前記第１および第２のクランプに固定される、請求項１または２のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
4. 前記アセンブリは、矩形の断面を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
5. 前記アセンブリは、矩形スロットの裏面上に静的シールを生じさせるように前記矩形スロットに圧入される、請求項１〜４のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
6. 前記アセンブリは、Ｔ字形の断面を有する、請求項１〜３及び５のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
7. 前記シールは、前記回転弁の凹部の裏面に対して斜めに配向されるように前記凹部内に固定される、請求項１〜６のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
8. 前記シールは、前記回転弁の凹部の裏面に対して垂直になるように前記凹部内に固定される、請求項１〜６のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
9. 前記第１および第２のクランプは、逃げ切欠によって区分に切り分けられる、請求項１〜８のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
10. ばねワイヤが、前記第１または第２のクランプのうちの１つの周囲に伸長される、請求項１〜９のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
11. 前記逃げ切欠は、前記第１および第２のクランプを部分的にのみ分割する、請求項９に記載のシールリングアセンブリ。
12. 前記シールを支持するように前記シールと前記第１および第２のシールクランプとの間に位置付けられた金属シムをさらに備える、請求項１〜１１のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
13. 前記シールは、膨張黒鉛積層体を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
14. 前記シールは、前記膨張黒鉛の間で、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリオレフィン材料、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）繊維、または金属のうちの少なくとも１つで積層される、請求項１３に記載のシールリングアセンブリ。
15. 前記シールは前記回転弁の凹部内に固定され、前記第２のクランプは、前記凹部の裏面に対して斜めに前記シールを配向する開口部を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
16. 前記シールは、前記流動制御開孔を囲む前記弁体に固着される、請求項１〜１５のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
17. 前記シールは、前記制御部材の表面に固着される、請求項１〜１６のいずれかに記載のシールリングアセンブリ。
18. 回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリであって、
    前記回転弁内に固定されるように構成されたリング状のシールであって、前記シールが、弁体の流動制御開孔との制御部材の密封係合を可能にする、シールと、
    前記シールを前記回転弁内に固着するように前記シールの第１の側に隣接するシールマウントと、
    前記第１の側の反対側の前記シールの第２の側に隣接する環状クランプと、
    前記クランプと前記シールマウントとの間の前記シール上に圧縮力を維持するように、前記シールを通って延在し、かつ前記クランプおよび前記シールマウントに固定される、複数の締結具と、を備え、
    前記シールリングアセンブリは前記制御部材と前記弁体との間に位置するように構成されている、シールリングアセンブリ。
19. 前記シールは、膨張黒鉛積層体を含む、請求項１８に記載のシールリングアセンブリ。
20. 回転弁とともに使用するためのシールリングアセンブリを製造する方法であって、
    第１のマシンブランクと第２のマシンブランクとの間でリング状のシールを圧縮することと、
    圧縮された状態で前記シールを保持しながら、
    前記シールならびに前記第１および第２のマシンブランクを通って穴を開けることと、
    前記穴を通って前記第１および第２のマシンブランクに締結具を接続して、前記圧縮された状態で前記シールを維持することと、
    前記第１および第２のマシンブランクを機械加工して、前記シールの少なくとも一部を露出し、前記回転弁に適合させるように前記シールリングアセンブリを成形することと、を含む、方法。
21. 前記シールの前記露出された部分を機械加工することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１および第２のマシンブランクを区分に切り分けることをさらに含む、請求項２０または２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記第１または第２のマシンブランクのいずれかの外径に溝を機械加工することと、
    前記外径の周囲にばねワイヤを伸長して、前記溝内に位置させることと、をさらに含む、請求項２０〜２２のいずれかに記載の方法。

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