JPH0448988B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体制御弁に関し、そして更に詳細に
はバタフライ弁即ちデイスク弁の如き旋回可能な
弁閉止要素を有している特定の弁、このような弁
のための改良されたシート即ちシールに関する。

バタフライ弁の如き、旋回可能な閉止要素に使
用する弁は流体移送及び制御のため工業において
広く使用されている。一般的に、このような弁
は、特定的にバタフライ弁は、これ等の弁のシー
トに普通使用される材料は、高温において弁から
の洩れを許容して流れあるいは押出される傾向が
あるので、周囲あるいは中程度の（moderate）
温度及び圧力における種々の流体の流れを制御す
るのに使用された。更に、多くのこのような材
料、例えばある形式のゴム、はある流体による化
学的腐蝕に非常に敏感であり、そしてこのような
流体を扱うのに使用される弁に使用するのに不適
当である。

化学的腐蝕及び劣下に抵抗し、そして、更に高
温に耐え得るという意味において、全く不活性で
ある種々のポリマー材料がある。このようなポリ
マーの中で注目に価するのが過フツ化炭化水素、
即ち、例えばポリテトラフルオルエチレン、例え
ば、テフロンの如きポリマーである。過フツ化炭
化水素ポリマー材料は化学的腐蝕に対する優れた
抵抗性を有しており、且つ高温に耐えることがで
きるが、これ等は伸縮性即ち弾力性が少いかある
いは全くなく、そして一旦繰返し荷重を受けると
「低温流れ（cold flow）」しがちである。このよ
うなポリマーは「復元力（memory）」に欠けて
おり、従つて、圧縮されたとき、しばしばあるい
は長期間に亘り、その最初の形状に戻らない。実
際に、テフロン等の材料で作られた弁シートは、
充分に且つ繰返して応力を受けた後、これ等が効
果的にシールを行なわず、従つて弁の洩れを許容
する点まで低温流れによつてゆがめられる。

シートが化学的腐蝕に対して抵抗性を有してお
り且つある程度、高温に耐えることができ、しか
もなおゴム裏材の弾性により低温流れを受けない
弁を提供するため薄いテフロンコーテイングある
いは類似の材料がゴム裏材に接着されているシー
トを有している回転、即ち旋回可能な弁を提供す
ることが知られている。また低温流れを遅らせる
ためテフロンシートがばねによつて半径方向内方
にバイアスされている回転弁シートを提供するこ
とが知られている。

テフロンシートに復元力を与えるためばねある
いはエラストマー、例えばゴム、を使用するシー
トデザインにおいては、デイスクと弁シートとの
間の干渉はかなり前に始まつており、デイスクは
完全に閉じた位置へ移動されそしてデイスクがそ
の位置へ移動するに従つて増加しつづける。この
デイスク／シートの干渉は、殊にデイスクハブ
（hub）の領域において、即ちシートを通り回転
可能に軸支されているデイスクの直径方向の反対
位置において、加速的な摩耗を生ずる。このよう
な先行技術の弁においては、デイスクが完全に閉
じた位置へ移動する前に大きなトルクに遭遇する
ので、シーテイング（seating）トルク、従つて
作動器の大きさ決定（sizing）が１つのフアクタ
となる。

これ等の問題は、開き位置から閉じた位置まで
のデイスク行程の60度乃至70度までのデイスクと
シートとの間の干渉を防ぐことができる２重オフ
セツトデイスクデザインの使用によつて特に軽減
することができる。しかしながら、行程の最後の
20度乃至30度の間で生ずる干渉はなお局部的なシ
ートの摩耗問題を生ずる。

従つて本発明の目的は回転、即ち旋回可能な弁
閉止要素を使用する弁組立体のための改良された
シートを提供することである。

本発明の他の目的は、化学的に不活性であつ
て、且つ高温に耐えることができるシート材料を
使用する改良された弁組立体を提供することであ
る。

本発明のなお他の目的を繰返し圧縮荷重を受け
たとき低温流れの傾向を有するポリマー材料でシ
ートが作られている改良されたバタフライ弁及び
そのためのシートを提供することである。

本発明の上記及び他の目的は、図面、本文に記
載された説明及び添付の特許請求の範囲から明ら
かとなるであろう。

１つの実施態様において、本発明は弁シートに
密封係合する旋回可能な弁要素を有する弁に使用
するための弁シート即ちシールに関し、弁シート
は環状ポリマー部材と、弁閉止要素のシーリング
面に密封係合するための全体的に半径方向内方
に、円周方向に延びているシーテイング面を有す
る環状部材と、前記環状部材に対して囲んでいる
関係にある多数の円周方向のより索材料の巻線と
を具備しており、前記より索は前記弁要素が閉じ
た位置にあるとき前記環状部材を付勢する。閉じ
る位置へ閉止要素即ちデイスクが移行する途中の
ある点において、閉止要素即ちデイスクがシート
及び巻線を半径方向外方へ拡張するように作用
し、これにより、巻線内に引張応力が生ずるよう
に、より索を、弾性及び引張強さ特性を備えた適
切な金属で形成する。更に、このような応力は、
シートの拡張に抵抗する半径方向内方の力を生じ
せしめ、そして、シートに対してデイスクを気密
状態にシールせしめる。前記の力は内圧力を受け
る薄い圧力容器におけるフープ応力（hoop
stress）に非常によく似ている。

シート付勢（seat energization）のこの手段
の重要な利点は、巻線が閉じた位置においてデイ
スクと殆んど完全に整合するまでシートの半径方
向の変位に対して抵抗を生ずる能力を僅かしか有
していないか、あるいは全く有していないことで
ある。従つて、デイスクがその閉じる位置へ近づ
くときデイスクとシートとの間の接触はばねある
いはエラストマーで付勢されたシートにおいて遭
遇する干渉度（the degree of inter−ference）
を生じない。更に、これは実質的にシートの摩耗
及び所要トルクを減少する。

また、シートを囲むように、単一の細長いより
索を所望の回数だけ巻回することにより、シート
を付勢するものであるので、従来のシート付勢手
段のように、シートあるいはデイスクに適合する
ように、その寸法を正確に規定する必要がない。

本発明はまた旋回可能な弁閉止要素及び上述の
如き弁シート即ちシールを有する弁組立体を意図
している。

本発明は図面と関連して、下記の好ましい実施
態様の説明を参照することにより完全に理解され
るであろう。

本発明は特定的にバタフライ弁即ちデイスク弁
に関して記載されているが、それに限定されない
と理解されるべきである。本明細書に記載された
弁シートは、例えば球形弁、プラグ弁等の如き回
転可能な弁閉止要素を有するいかなる弁組立体に
も使用されることができる。

最初に第１図を参照して説明すると、そこを通
る流体流路１４と共に、全体的に環状体１２を有
しているバタフライ弁１０が示されている。弁体
１２は典型的に対向するパイプフランジ（図示せ
ず）の間に位置づけされるようになつている。弁
体１２と一体に形成されている円筒形ネツク１６
が弁体１２から上方へ延びている。ネツク１６に
形成されたフランジ１８は作動器（図示せず）を
弁１０へ固定するための手段を備えている。ネツ
ク１６の直径方向の反対側に弁体１２から突出し
ているボス２０がある。

周辺シーリング面２３を有していて、表面２３
がアールがつけられている（rediused）流体制御
デイスク２２が流体流路１４内に旋回可能に支持
されている。デイスク２２はネツク１６のボア２
６内に位置づけされた第１弁棒２４及びボス２０
のボア内に位置づけされた第２弁棒２８によつて
支持されている。弁棒２４はピン３４及び３６に
よつてデイスクへキー止めされている。同様に、
弁棒２８はピン４０によつてデイスク２２にキー
止めされている。

弁棒２４はブツシング４２によつてボア２６内
に軸支されている。流体は、パツキンググランド
４６によつて所定位置に保たれているパツキンリ
ング４４によつてボア２６を介して弁１０から漏
洩するのを防止されている。弁棒２４の上方端２
５は円形フランジ１８の上方に突出しており、そ
して対向する平面４８を備えており、作動器によ
つて弁１０を開閉するためデイスク２２を回転す
るためのハンドルホイール、レンチあるいは他の
装置を固定するための手段を設けるようになつて
いる。

弁棒２８はブツシング５０によつてボア３０内
に軸支されている。弁棒２８はまたその下方から
突出していて、ねじが切られており、そして位置
設定スリーブ５６内のねじ穴５４内に収容されて
いる一体の短軸（stub shaft）５２を有してい
る。位置設定スリーブ５６はボア３０内で位置設
定スリーブの移動を防ぐためボス２０の端に係合
するフランジ５８を有している。位置設定スリー
ブ５６は弁棒２４及び弁棒２８の軸線に沿つて正
しい位置にデイスク２２を維持する。位置設定ス
リーブ５６は所定の位置に保たれ、そしてボア３
０はカバープレート６２によつて流体の漏れに対
してシールされており、カバープレート６２はボ
ルト８０を介してボス２０へ固定されており、そ
してフランジ５８を収容するため端ぐりされてお
り、ガスケツト６３がカバープレート６２とボス
２０との間に配置されている。

流体流路１４の周辺の周りのデイスク２２と弁
体１２との間のシーリングは全体的に６０で示さ
れている環状シートによつて与えられており、そ
してこれについては以下により詳細に説明する。

シート６０は弁体１２の一方の面の端ぐり７０
内に位置づけされており、環状の肩部７１を有す
る端ぐり７０は（第３図乃至第６図参照）肩部７
１から軸線方向外方に突出している環状に延びて
いる鋸歯状部１００を備えている。シート６０が
弁１０内に位置づけされそして弁１０が適切なパ
イプフランジの間に固定されると、シート６０は
弁体１２の表面内の端ぐり７４内に収容された環
状シート保持プレート７２によつて鋸歯状部１０
０に対して圧縮される。シート保持プレート７２
は同じように環状に延びている鋸歯状部７３を備
えていることが判るであろう。

第３図乃至第６図を参照して更に詳細に説明す
ると、シート６０は環状に延びているフランジ６
８ａ及び６８ｂを形成している半径方向外方に開
口している環状溝６８を有している全体的にＵ形
状の形態であることが判るであろう。シート保持
リング６６が溝６８内に位置づけされており、こ
れは、実際に、割りリング形態（第２図参照）に
作られており，そそしてその両側の、軸線方向の
側に鋸歯状部１０１ａ及び１０１ｂを備えてい
る。好ましい実施態様では、弁シート６０及びシ
ート保持リング６６はフランジ６８ａ，６８ｂと
保持リング６６の軸線方向の幅の合計が肩部７１
上の鋸歯状部１００と保持プレート７２上の鋸歯
状部７３との間の間隔よりも大きいように大きさ
を定められている。従つて、シート６０はポリマ
ー材料で作られているので、プレート７２が弁体
１２上に収容され、そして弁１０がパイプフラン
ジの間に固定されたとき、鋸歯状部１００，１０
１ｂ，１０１ａ及び７３はフランジ６８ａ及び６
８ｂ内に食い込み、シート保持を提供し、シート
６０及び弁体１２の外方周辺部分間の漏れをシー
ルし、そしてポリマー材料で作られたシートが遭
遇する共通の問題である、弁１０が高い圧力を受
けたときにシートの「破裂（blow out）」を防止
する。

溝６８は、その半径方向の最も内方部分におい
て、環状に延びている、アールのついた（radi−
used）表面６９によつて規定されている。多数
の巻線１０２が表面６９の周りを包んでおり、巻
線１０２はデイスク２２が閉じた位置にあるとき
シート部材にフープ（hoop）応力を誘引し即ち
加えるためその長さに沿つて充分弾性的に伸張性
のある材料で作られており、その結果、巻線１０
２はシート６０及びデイスク２２が互に密封係合
するとき円周方向に伸ばされる。

巻線１０２は環状表面６９の周りに多数回巻か
れた単一より索（strand）材料より構成されるか
あるいは、他の方法として、表面６９の周りに巻
かれた多数の個々のより索より構成することがで
きる。巻線１０２は、好ましい実施例では、デイ
スク２２が殆んど完全に閉じられるまで、シート
６０が付勢されないように（energized）、即ちシ
ート６０とデイスク２２の間の半径方向の干渉力
が無視されるように表面６９の周りに巻かれる。
しかしながら、完全に閉じるかあるいは殆んど完
全に閉じる前にデイスクシート界面（inter−
face）圧力が望まれるときは、即ちデイスク２２
が完全にシート６０と完全に密封係合するとき、
巻線１０２はシート６０の弛緩した状態
（relaxedcondition）と言われる、即ちデイスク
２２がそれと密封係合しないときシート６０をプ
レストレス（pre−stress）するように巻かれる
ことができる。

巻線１０２はステンレススチールのより索、又
はフイラメント等の如き金属材料から形成される
のが好ましい。しかしながら巻線１０２はまた、
例えばナイロンフイラメントあるいは他の合成ポ
リマー材料、熱可塑性物あるいは天然熱硬化性物
の如き他の材料から作られることができ、これ等
は弁閉止要素及びシートが係合し、そしてこれに
より、弁閉止要素及びシートが密封係合し、そし
てこれによりより索が張力を受けるとき、即ち弁
が閉じた位置にあるとき、弁シート上へ半径方向
内方の力を誘起し、即ち加えることができるよう
な弾力性及び引張り強さの必要な性質を提供す
る。例えば、ナイロン、ポリエステル等のフイラ
メントが使用される。巻線１０２を形成するため
の材料の選択において第１に考慮すべきことは、
半径方向の力の誘起に関して上述した如く、それ
が必要な特性を有していること、及びそれが弁が
受ける温度に抵抗できることである。従つて、例
えば、弁が高温、高圧力環境内で使用される場合
においては、金属材料の巻線が好ましい。本明細
書で使用されている用語「より索（strand）」は
フイラメントあるいはフアイバー、例えばモノフ
イラメントを含むのみならず、編んだあるいは同
様の形態を含み、この場合にはフアイバーの個々
のフイラメントがより索を形成するのに使用され
ていて、より索はモノフイラメントではなく多数
のフイラメントで形成されている。巻線１０２の
形成に使用する適切な多重−フイラメントより索
の例は米国、カリフオルニア州ロングビーチケー
ブルストランドコーポレーシヨン（Cable
Strand Corporation）により製造されたアクロ
ン（ACCULON）＃AN27として知られている
材料である。アクロン＃AN27はナイロンコーテ
イング内に編み込まれそして収められた直径５ミ
ル（mil）の302ステンレス・スチールの７本の
より索より成つている。典型的な例では、上述の
如きシートを有していて、そして10巻きのアクロ
ン＃AN27シートで包まれたバタフライ弁がすぐ
れた高温、高圧力特性を示した。

本発明は、天然あるいは合成のいづれかのポリ
マー材料で作られており、弾性を僅かしかあるい
は全く有しておらず、そして繰返し荷重を受けた
ときに「低温流れ」の傾向がある弁シートに特定
的に向けられている。このような材料は「復元力
（memory）」に欠けており、繰返し、あるいは伸
長荷重を受けたとき、これ等の材料はそれ等がこ
のような荷重を受ける前にもつていた形態に戻ら
ない。このようなポリマー材料の典型的なもの
は、ポリテトラフルオルエチレン、一般にテフロ
ンと呼ばれるフルオロカーボン樹脂である。フル
オロカーボン樹脂は、それ等の化学的な不活性及
び高温度安定性によりポリマー材料として本発明
のシートに理想的に適合している。環状シート部
材がそれから構成されるポリマー材料は例えば補
強剤の如き添加剤即ち充填剤を含むことができ、
１あるいはそれ以上のポリマー材料の混合でもよ
く、そして一般的に、弁が受ける使用条件に合わ
せて作られることができる。

特により索が金属である場合、より索１０２が
シート内へ切れて入るのを防止するための手段を
設けることも望ましい。このため、このような金
属より索はナイロンの如き耐摩耗性材料内に収め
られるかあるいは包まれるのがよい。他の方法と
して、表面６９と巻線１０２との中間に自由に動
く遮蔽物（free floating shield）即ち障壁が設
けられる。このような障壁は耐摩耗性の材料でな
ければならない巻線１０２及びシート６０の必要
な運動を妨げるようなものであつてはならない。

第３図を参照して説明すると、これは開いてい
る位置における弁及び弛緩した位置におけるシー
ト６０を示しており、シートが環状の斜角を付し
たシーテイング６１を備えているのが判るであろ
う。シートが矢印Ａの方向へ、即ち閉じた位置
（第４図参照）の方へ移動すると、そして流体の
流れ即ちデイスク２２に作用する圧力がないと仮
定すると、デイスク２２のシーリング面２３及び
シート６０の斜角を付したシーテイング面６１が
係合され、そしてシート６０は１０１における如
く、広げられ、即ち膨らまされ、即ちそれは弁体
１２とプレート７２との間で軸線方向に膨脹す
る。第４図に示された状態では、即ち流れがな
く／圧力がなく、従つてデイスクの偏向のない状
態では、シート６０は半径方向外方へ力が加えら
れ、半径方向外方への膨脹は円周方向に伸ばされ
た巻線１０２によつて生じたデイスク／シート圧
力となり、半径方向内方へ作用する力を誘起し
て、これによりシート６０の斜角を付した面６１
をデイスク２２のシーリング面２３とシーリング
係合せしめる。

次に第５図を参照して説明すると、矢印Ｐ１に
よつて表された方向に弁を通る流れを仮定すれ
ば、弁の偏向を生ずる弁２２上に加えられる圧力
は軸線方向下流へ、即ち矢印Ｐ１の方へ動くシー
ト６０によつて補償される。しかしながら、巻線
１０２によつて誘起された半径方向内方への力は
圧力が比較的高いときでも、シート６０の元のま
まの形及びシールを生ずるのに充分なデイスク対
シートの界面（interface）圧力を維持しつづけ
る。

第６図は矢印Ｐ２の方向に、即ち第５図に示さ
れた流れの方向と反対に力を加えている圧力のと
きのデイスク２２及びシート６０の相対的配置を
示している。図より明らかな如く、任意のデイス
クの偏位はシート保持プレート７２の方へのシー
ト６０の軸線方向の運動によつて補償される。デ
イスク対シートの界面圧力はシート６０の斜角を
付けられた面６１及びデイスク２２のシーリング
面２３をシーリング、相互干渉係合せしめている
巻線１０２によつて誘起される半径方向の力によ
りなお維持される。

本発明の特定の実施態様が図示されそして変更
されたが、本発明の範囲及び精神から逸脱するこ
となく僅かな変化及び変更が行なわれ得ることは
これ等の等業者において明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成されたバタフライ弁
の部分的縦断面図である。第２図は第１図のバタ
フライ弁の立面図である。第３図は閉止前の、第
１図のバタフライ弁のデイスク、シート及び本体
の拡大、部分断面図である。第４図は、その完全
に閉じた位置における弁を示している第３図に類
似の図である。第５図は弁の一方の側への圧力の
影響を示している第４図と類似の図である。第６
図は弁の他方の側への圧力の影響を示している第
５図と類似の図である。 １０……バタフライ弁、１２……弁体、１６…
…ネツク、２２……デイスク、２４……弁棒、６
０……シート、６８……溝、７１……肩部、７２
……保持プレート、７３，１００，１０１ａ，１
０１ｂ……鋸歯状部、１０２……巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁を開閉するため旋回可能な弁閉止要素を有
   している流体制御弁に使用するための弁シートに
   して： 該弁が閉じた位置にあるとき該弁閉止要素に密
   封係合するためのシーテイング面を有している環
   状ポリマー部材と；そして 該環状部材を囲むように配置された巻線の環状
   の束を形成する単一の細長いより索とを具備し、 該束を形成するより索の各々は該巻線のほぼ全
   長にわたつて該シーテイング面に対して実質的に
   円周方向に所望の回数巻かれており、該より索の
   両端は相互に固定されており、該巻線は、該弁が
   閉じた位置にあるとき円周方向の伸長により引張
   り応力状態にある ことを特徴とする弁シート。 ２ 該環状部材が該巻線を収容するための全体的
   に半径方向外方に開口している環状溝を備えてい
   る特許請求の範囲第１項記載のシート。 ３ 更に該環状溝内に位置づけされた環状保持手
   段を含んでいる特許請求の範囲第２項記載のシー
   ト。 ４ 該環状保持手段が割りリングを具備している
   特許請求の範囲第３項記載のシート。 ５ 該環状保持手段が該環状部材を把持するため
   の把持手段を備えている特許請求の範囲第３項記
   載のシート。 ６ 該ポリマー部材がフルオロカーボン樹脂を含
   んでいる特許請求の範囲第１項記載のシート。 ７ 該巻線が金属材料を含む特許請求の範囲第１
   項記載のシート。 ８ 弁組立体にして： 流体が通る流路を有している弁体と、 該流路を通る流体の流れを制御するため開閉位
   置の間を該弁体内で旋回可能な弁閉止要素とを具
   備していて、該弁閉止要素がシーリング面を有し
   ており； 更に該弁体内に位置づけされたシーテイング面
   を有する環状のポリマーシート部材を具備してい
   て、該弁閉止要素上の該シーリング面及び該シー
   テイング面は該弁が閉じた位置にあるとき密封係
   合されるようになつており； 更に該環状部材を囲むように配置された巻線の
   環状の束を形成する単一の細長いより索を具備し
   ており、 該束を形成するより索の各々は該巻線のほぼ全
   長にわたつて該シーテイング面に対して実質的に
   円周方向に所望の回数巻かれており、該より索の
   両端は相互に固定されており、該巻線は、該弁が
   閉じた位置にあるとき円周方向の伸長により引張
   り応力状態にある ことを特徴とする弁組立体。 ９ 該環状部材が該巻線を収容するための全体的
   に半径方向外方に開口している環状溝を備えてい
   る特許請求の範囲第８項記載の組立体。 １０ 更に該環状溝内に位置づけされている環状
   保持手段を含んでいる特許請求の範囲第９項記載
   の組立体。 １１ 該環状保持手段が割りリングを具備してい
   る特許請求の範囲第１０項記載の組立体。 １２ 該環状保持手段が該環状部材を把持するた
   めの把持手段を備えている特許請求の範囲第１０
   項記載の組立体。 １３ 該ポリマー部材がフルオロカーボン樹脂を
   含む特許請求の範囲第８項記載の組立体。 １４ 該巻線が金属材料を含む特許請求の範囲第
   ８項記載の組立体。 １５ 該弁組立体がバタフライ弁を含む特許請求
   の範囲第８項記載の組立体。