JP6726667B2 - バルブステム用シールアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、バルブステム用シールアセンブリに関する。

このようなシールアセンブリは、特に環境に有毒または有害であるプロセス流体の漏れを防止するために使用される。

このタイプのシールアセンブリは、当該技術分野において知られている。たとえば、文献米国特許出願公開第２００４／０２２７３０２号明細書は、シャフトに沿った流体の漏れを防止するための動的シーリング配置を示している。このような配置は、加圧されたバリア流体を保持する複数のシールを備える。一態様によれば、少なくとも３つのシールが、第１および第２のシールの間の加圧されたバリア流体と共にシャフトに沿って配置される。発生する可能性がある漏れを収集するために、第２および第３のシールの間に収集領域が設けられる。収集された漏れがある場合、それらは出力ポートに移される。別の態様によれば、シャフトのための動的シーリング配置を支持し、ピストンチャンバと、２つのシールの間でピストンチャンバとバリアシーラント加圧チャンバを接続するドリル加工通路を画定する一体型シールブロック部材が提供される。

実際、このようなシーリング配置では、ピストンは、プロセス流体に曝されるプロセス表面と、チャンバの内側のバリア流体と接触する内部表面とを有する。ピストンはまた、外部環境に曝されるステムを備える。この配置の結果として、より広く表面に作用するため、プロセス流体からの圧力は、バリア流体をプロセス圧力より高い圧力に加圧するのに十分である（プロセス表面は、内部表面とステムの断面の合計に等しい）。

米国特許出願公開第２００７／１２００８５号明細書

本発明の第１の態様は、バルブステム用シールアセンブリに関する。このようなシールアセンブリは、外部環境に面するバルブステムに配置されるように適合された外部シールを備える。シールアセンブリはまた、プロセス環境に面するバルブステムに配置されるように適合された内部シールを備える。外部シールおよび内部シールは、バリア流体を収容するためのチャンバを互いに協働して画定する。具体的には、このようなチャンバには、バリア流体の供給源と流体連通して配置されるように構成された入口が設けられる。

シールアセンブリはまた、上記チャンバの内側および／またはチャンバと流体連通するリザーバのバリア流体の量の検出器を備える。加圧器装置は、プロセス環境に対して正の圧力をチャンバに提供するように構成される。特に、検出器は、加圧器と関連付けられ、チャンバの内側および／またはリザーバ内側に存在するバリア流体の量を検出するように構成される。加圧器は、バルブステムと同軸に設置されるように構成される。

有利には、この態様は、よりコンパクトであり、従来技術より少ない構成要素を有し、したがってより信頼性が高い。また、従来技術のピストンは、それに基づく作動原理のために、外部雰囲気に部分的に曝されなければならず、したがってピストンと外部環境との間に追加のシールが必要である。このようなシールは、本発明のこの実施形態では存在しない。

本発明の別の態様によれば、加圧器はさらに、チャンバを少なくとも部分的に画定するピストンを備える。ピストンは、プロセス環境と接触するように構成されたプロセス表面を有する。ピストンはまた、バリア流体と接触するように構成された内部表面を有する。検出器は、ピストンのプロセス表面と内部表面との間の圧力差を検出するように構成される。

有利には、バリア流体の残量の正確な測定値を得ることが可能である。実際、このような量は、圧力差から直接導き出すことができるピストンの位置に相関する。

さらなる詳細および具体的な例は、以下の添付図面を参照する。

本発明の第１の例によるバルブに設置されたシールアセンブリの概略側面図である。 本発明の第２の例によるシールアセンブリの断面図である。 本発明の第３の例によるシールアセンブリの断面図である。 本発明の第４の例によるシールアセンブリの断面図である。 図１のシールアセンブリの変形例の詳細断面図である。

以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

「一実施形態」または「実施形態」に対する明細書全体での参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、明細書全体の様々な場所における句「一実施形態では」または「実施形態では」の出現は、必ずしも同一の実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。

したがって、番号１を有する添付図面には、本発明の実施形態によるバルブステム用シールアセンブリが示される。

このようなシールアセンブリ１は、バルブ１００上に設置されるように構成され、これもまた簡単に説明する。実際、このようなバルブ１００は、２つのポート１０２を保持する本体１０１を備える。シート１０３は、２つのポート１０２の間に配置される。

より詳細には、ステム１０４が、本体１０１に挿入される。部材１０５は、ステム１０４に取り付けられる。部材１０５は、バルブ１００を開閉するためにシート１０３の内外を移動することができる。

また、動作中にプロセス流体を含むまたはプロセス流体と直接接触するプロセス環境「Ｐ」、および通常プロセス流体から汚染されないように保たなければならない環境である外部環境「Ｅ」を参照する。外部環境「Ｅ」の例は、存在する人間が環境に直接曝される大気圧環境であってもよい。

シールアセンブリ１は、外部環境「Ｅ」に面するステム１０４に配置されるように適合された外部シール２を備える。実際、外部シール２は、バルブ１００の本体１０１とステム１０４との間に配置される。

シールアセンブリ１はまた、プロセス環境「Ｐ」に面するステム１０４に配置されるように同じく適合された内部シール３を備える。内部シール３についてのより詳細な説明を、本開示の以下の部分で行う。

外部シール２および内部シール３は、バリア流体を収容するためのチャンバ４を互いに協働して画定する。チャンバ４は、バリア流体の供給源「Ｓ」と流体連通して配置されるように構成される入口５を有する。このような供給源「Ｓ」は、バリア流体のリザーバ１０であってもよいし、チャンバ４の内側のバリア流体を定期的に補充するために使用されるニップル１１であってもよい。

より詳細には、チャンバ４は、ステム１０４と本体１０１との間に画定される。したがって、チャンバ４は、環状の形状を有し、バルブ１００のステム１０４に対して同軸である。さらに、図１の実施形態では、チャンバ４は固定容積を有することに留意されたい。他方、図２〜図４では、チャンバ４は可変容積を有する。この場合、シールアセンブリ１の内側で利用可能なバリア流体の量は、チャンバ４の容積と直接相関している。

このため、シールアセンブリ１はまた、チャンバが可変容積を有する場合はチャンバ４の内側および／またはチャンバ４の容積が固定される場合はリザーバ１０のバリア流体の量の検出器６を備える。検出器６についてのより詳細な説明を、本開示の以下の部分で行う。

加圧器装置７は、プロセス環境に対して正の圧力をチャンバ４に提供するように構成される。特に、検出器６は、加圧器７と関連付けられる。図１および図５に示す実施形態によれば、検出器６は、リザーバ１０の内側のバリア流体の量を検出するように構成される。一方、図２〜図４の実施形態によれば、検出器６は、チャンバ４の内側のバリア流体の量を検出するように構成される。言い換えれば、チャンバ４が可変容積を有する場合、検出器６。

図２〜図４に示すように、加圧器７は、好ましくは、バルブステム１０４と同軸に設置されるように構成される。一方、原則として加圧器は、たとえば図１に示すように、ステム１０４に対して非同軸的に設置することもできることに留意されたい。この場合、加圧器７は、リザーバ１０の内側に設置される。いずれにしても、加圧器７は、チャンバ４とプロセス環境「Ｐ」との間に正の圧力差を提供する。言い換えれば、通常動作中、チャンバ４の内側のバリア流体の圧力は、チャンバ４に向かうプロセス流体の漏れを防止するために、プロセス環境「Ｐ」の内側のプロセス流体の圧力より高い。

さらなる詳細では、加圧器７は、ピストン８を備える。ピストン８は、バリア流体を十分に高い圧力に保つために、バリア流体に追加の力を加える目的を有する。特に、ピストン８は、プロセス環境「Ｐ」と接触するように構成されたプロセス表面８ａを有する。ピストン８は、バリア流体と接触するように構成される内部表面８ｂを有する。

図２〜図４に示す本発明の実施形態によれば、ピストン８は、チャンバ４を少なくとも部分的に画定する。したがって、この場合、ピストン８の内部表面８ｂもまた、チャンバ４を部分的に画定する。それに応じて、内部シール３は、ピストン８とステム１０４との間に配置された第１の内部シール３ａを備える。また、内部シール３は、ピストン８とバルブ１００の本体１０１との間に第２の内部シール３ｂを備える。

図１の実施形態では、ピストン８、はリザーバ１０の内側に挿入され、チャンバ４の内側のバリア流体を押し出す。

さらなる詳細では、図１〜図３に示す実施形態では、加圧器７は、ピストン８に作用するばね９を備える。ばね９は、プロセス圧力に加わるピストン８に力を提供するように構成される。具体的には、図１ではばね９は、ピストン８のプロセス表面８ａに、好ましくは、リザーバ１０の壁に適用される。リザーバ１０がバリア流体で満たされると、ばね９は圧縮され、それによりバリア流体自体の方向にピストン８に弾性力が適切に加えられることになる。

図２および図３の実施形態では、ばね９は、チャンバ４の内側に配置される。特に、ばね９は、ステム１０４に対して同軸に配置される。これらの場合、ばね９は、その弾性力をピストン８の内部表面８ｂに加える。ばねはまた、バルブ１００の本体１０１の一部であるチャンバ４の外側表面に接続される。

次に図２の実施形態を具体的に参照すると、ばね９は、チャンバ４がバリア流体で満たされると予圧がかけられることに留意されたい。言い換えれば、チャンバ４の内側のバリア流体の流入は、ピストン８をプロセス環境「Ｐ」に向かって押し出し、それによりばね９を予め延ばす。この予圧の結果により、上述のようにピストン８上に弾性力が加えられる。

図３の実施形態に関して、加圧器７は、ピストン８に取り付けられたフランジ１２を備える。フランジ１２は、ピストン８の内部表面８ｂに面するように配置される。さらなる詳細では、加圧器７は、チャンバ４に挿入され、フランジ１２とピストン８の両方に取り付けられる離間要素１３を備える。その結果、フランジ１２、ピストン８および離間要素１３は、バルブ１００の内側で単一のブロックとして移動する。さらに、さらなるフランジ１４が本体１０１に取り付けられ、それ自体はさらなる離間要素１５に取り付けられる。さらなるフランジ１４はまた、チャンバ４に、具体的にはピストン８とフランジ１２との間に挿入される。この場合、ばね９は、フランジ１２とさらなるフランジ１４との間に挿入される。

動作中、チャンバ４がバリア流体で満たされると、ピストン８が膨張し、フランジ１２およびさらなるフランジ１４が互いに接近して押し付けられ、したがってばね９が圧縮される。次に、ばね９は、固定されたさらなるフランジ１４上に押し戻されることによって、その弾性力をフランジ１２に加える。その結果、ばね９からの弾性力は、フランジ１２に加えられる。

図１〜図３に示す実施形態によれば、検出器６は、ピストン８のプロセス表面８ａと内部表面８ｂとの間の圧力差を検出するように構成される。実際、これらの実施形態の圧力差はばね９によって提供されるので、圧力差をシールアセンブリ１の内側に残っているバリア流体の量に相関させることが可能である。したがって、この圧力差がゼロに近づくにつれて、シールアセンブリ１をバリア流体で再度満たすことが必要になる。

具体的には、図１の実施形態では、圧力差はピストン８の位置に、したがってリザーバ１０に依然として存在するバリア流体の量に相関する。同様に、図２〜図３に示す実施形態では、圧力差はピストン８の位置に再び関係するが、この場合、圧力差はチャンバ４の容積に正比例する。

他の実施形態では、検出器６は、ピストン８の位置を直接検出することができる。これを行う１つの可能な方法が、図４に示されている。この場合、ばねはなく、圧力差はピストン８に取り付けられたキャップ１６を外部環境に曝すことによって与えられる。変位を検出することができるセンサ１７が、キャップ１６に配置される。センサ１７自体は、当業者に知られている任意のタイプのものでよい。

図５に示す実施形態によれば、検出器６は、ピストン８に固定された磁石１８を備える。バルブ１００の本体１０１には、チャンバ４に面し、磁石１８と相互作用するように構成された複数の近接スイッチ１９が設置される。具体的には、近接スイッチ１９は、ピストン８が移動するチャンバ４の一部に配置される。

１ シールアセンブリ
２ 外部シール
３ 内部シール
３ａ 第１の内部シール
３ｂ 第２の内部シール
４ チャンバ
５ 入口
６ 検出器
７ 加圧器装置、加圧器
８ ピストン
８ａ プロセス表面
８ｂ 内部表面
９ ばね
１０ リザーバ
１１ ニップル
１２ フランジ
１３ 離間要素
１４ さらなるフランジ
１５ さらなる離間要素
１６ キャップ
１７ センサ
１８ 磁石
１９ 近接スイッチ
１００ バルブ
１０１ 本体
１０２ ポート
１０３ シート
１０４ バルブステム
１０５ 部材
Ｅ 外部環境
Ｐ プロセス環境

Claims (8)

1. 外部環境（Ｅ）に面するバルブステム（１０４）に配置された外部シール（２）と、
   プロセス環境（Ｐ）に面する前記バルブステム（１０４）に配置された内部シール（３）と、
   バリア流体の供給源（Ｓ）と流体連通して配置されるように構成された入口（５）を有するチャンバ（４）であって、前記外部シール（２）および前記内部シール（３）が互いに協働して前記バリア流体を収容するための空間として画定されたチャンバ（４）と、
   前記チャンバ（４）の内側のバリア流体の量の検出器（６）と、
   前記プロセス環境（Ｐ）に対して正の圧力を前記チャンバ（４）に提供するように構成され、かつ、前記バルブステム（１０４）と同軸に設置されるように構成された、加圧器装置（７）と、
   を備えており、ここに、
   前記加圧器装置（７）は、前記チャンバ（４）を少なくとも部分的に画定するピストン（８）であって、前記プロセス環境（Ｐ）と接触するように構成されたプロセス表面（８ａ）と、前記バリア流体と接触するように構成された内部表面（８ｂ）とを有するピストン（８）を備えると共に、前記ピストン（８）に作用して、前記プロセス圧力と共に前記ピストン（８）に加わる力を提供するように構成されたばね（９）を備えており、かつ
   前記ばね（９）が、前記チャンバ（４）の内側のバリア流体の流入によって延びるように構成されている、
   バルブステム（１０４）用シールアセンブリ（１）。
2. 前記内部シール（３）が、前記ピストン（８）と前記ステム（１０４）との間に配置された第１の内部シール（３ａ）を備えた
   請求項１に記載のシールアセンブリ（１）。
3. 前記力が、前記ピストン（８）の前記内部表面（８ｂ）に加えられるように構成された
   請求項１又は２に記載のシールアセンブリ（１）。
4. 前記加圧器（７）が、前記ピストン（８）に取り付けられて前記内部表面（８ｂ）に面するフランジ（１２）を備え、前記力が、前記フランジ（１２）に作用するように構成された
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載のシールアセンブリ（１）。
5. 前記検出器（６）が、前記ピストン（８）の前記プロセス表面（８ａ）と前記内部表面（８ｂ）との間の圧力差を検出するように構成された
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載のシールアセンブリ（１）。
6. 前記検出器（６）が、前記チャンバ（４）の内側の前記ピストン（８）の位置を直接検出するように構成された
   請求項１から５のうちいずれか１項に記載のシールアセンブリ（１）。
7. 前記検出器（６）が、前記ピストン（８）に固定された磁石（１８）と、前記チャンバ（４）に面し、前記磁石（１８）と相互作用するように構成された複数の近接スイッチ（１９）とを備えた
   請求項６に記載のシールアセンブリ（１）。
8. シート（１０３）と、前記シート（１０３）に挿入されたステム（１０４）と、請求項１から７のうちいずれか１項に記載のシールアセンブリ（１）とを備え、前記シールアセンブリ（１）が、前記ステム（１０４）上に設置された
   バルブ（１００）。