JPH07139638A - グローブバルブ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧蒸気ドレイン環境において使用するのに
好適であり、バルブステムの熱収縮あるいはストレス弛
緩の際にも確実な封止性能を提供する構造を有するグロ
ーブバルブとその製造方法を提供すること。 【構成】 チャンバー４と、このチャンバー４内に延び
ているバルブステム１６と、このバルブステム１６に取
り付けられているディスク２２と、チャンバー４内に可
動に配置された別体の環状弁座３２と、この環状弁座３
２に隣接してチャンバー４内に配置された弾性リング体
３０と、この弾性リング体３０とは反対側で弁座３２の
一方側でチャンバー４内に固定された保持器５０とを構
成するバルブ本体２を含むグローブバルブとその製造方
法であって、弾性リング体３０がディスク２２方向に弁
座３２を付勢し、弁座３２とディスク２２との係合を促
すグローブバルブとその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グローブバルブ（ｇｌ
ｏｂｅ ｖａｌｖｅ）に関し、特には、改良型弁座（ｓ
ｅａｔ）による封止と長バルブ寿命とを提供する高圧パ
ワープラント（ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ）でのドレイン
（ｄｒａｉｎ）施設に使用されるグローブバルブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パワープラントで使用する高圧ドレイン
バルブは、非常に厳しい条件下で使用されている。蒸気
には水滴や固体粒子が混入しており、しばしば摩耗を発
生させることにより、これらのバルブは高圧蒸気のブロ
ーダウン（ｂｌｏｗｄｏｗｎ）の危険にさらされてい
る。加えて、それらのバルブは普通は非常に高温の流体
媒体（ｍｅｄｉｕｍ）を使用して操業されるが、この温
度は飽和蒸気の場合にはカ氏６６０度程度となり、超高
温蒸気の場合にはカ氏１０２０度にも達するものであ
る。２３００ｐｓｉｇ程度の圧力は普通であり、超臨界
（ｓｕｐｅｒ ｃｒｉｔｉｃａｌ）蒸気パワープラント
においては３８００ｐｓｉｇ以上にも達する。歴史的に
そのようなバルブは鋳造鋼グローブバルブであり、一体
型硬表面処理金属製弁座を有したものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのようなバルブの操
業状況においては、温度の極端な変動はしばしばディス
ク（ｄｉｓｋ）とバルブステム（ｖａｌｖｅ ｓｔｅ
ｍ）を「冷却」してステムを収縮させる。そのような収
縮はしばしばディスクと弁座とを分離し、流体をバルブ
から漏出させる。

【０００４】さらに、高温操業時には、閉鎖型バルブ内
のステムのストレス弛緩（ｓｔｒｅｓｓ−ｒｅｌａｘａ
ｔｉｏｎ）は、ステムの圧縮力の喪失と、弁座を通過す
る前述同様な漏出を引き起こし得る。

【０００５】さらに従来においては、弁座表面が時間の
経過と共に劣化すると、バルブは単に交換されていた。
そのようなバルブの定期的な交換は高圧蒸気パワープラ
ント作業員によって当然なこととして一般的に受け入れ
られてきた。最近になって、交換可能な金属製あるいは
セラミック製のディスク及び弁座を有するグローブバル
ブが出現した。しかし、元来のディスクと弁座のアセン
ブリ体を新品のディスクと弁座のアセンブリ体と交換す
ると、一般的にその封止機能が劣化することが知られて
いる。

【０００６】従って、バルブステムの熱収縮やストレス
弛緩が発生しようとも、バルブのディスクと弁座に確実
な封止を提供する構造を提供するような、高圧蒸気パワ
ープラントドレイン環境において使用するグローブバル
ブの出現が待望されていた。経済的であって、バルブと
は分離しており（別体であり）、さらに硬質で、さらに
耐久性を備えた金属製あるいはセラミックス製であり、
当初の組立時にバルブに組み入れられる改良型ディスク
と弁座とを有するバルブに対する需要も存在していた。
さらには、交換用のディスクと弁座とが装着可能であっ
て、元来のディスクと弁座の場合の性能に劣らない封止
機能を備えたバルブに対する需要も存在していた。

【０００７】従って、本発明の一目的は、高圧蒸気ドレ
イン環境において使用するのに好適であり、バルブステ
ムの熱収縮あるいはストレス弛緩の際にも確実な封止性
能を提供する構造を有するグローブバルブを提供するこ
とである。本発明の別目的は、さらに硬質であって、さ
らに耐久性に優れたディスクと弁座のアセンブリ体が提
供されたグローブバルブを提供することである。

【０００８】本発明の別目的は、従来のディスクと弁座
の封止機能に匹敵する封止機能を備えており、交換可能
なディスクと弁座のアセンブリ体を有するバルブを提供
することである。本発明の別目的は、経済的であって、
硬質表面を有する一体型の金属製弁座を有する従来型バ
ルブよりもさほど高価とはならないグローブバルブを提
供することである。本発明の別目的は、前述の様々な改
良点を備えたグローブバルブの製造方法を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、チャンバーを構成する本体と、このチャ
ンバー内に延びているバルブステムと、このバルブステ
ムに装着されたディスクと、このチャンバー内に可動状
態で配置された別体の環状弁座と、この環状弁座に隣接
してチャンバー内に配置された弾性リング体と、このリ
ング体と反対側の弁座の一方側でチャンバー内に固定さ
れた保持器（ｒｅｔａｉｎｅｒ）とを含んだバルブを提
供することであり、この弾性リング体は弁座に対してデ
ィスク方面に付勢力（ｂｉａｓ）を作用させて弁座をデ
ィスクと係合させるものである。

【００１０】本発明の別特徴により上記のバルブが提供
される。その別体の環状弁座はバルブに流入する流体に
露出している表面を含み、この弁座にはディスク方面に
流体圧力によって付勢力が作用しており、弁座をディス
クと係合させる。

【００１１】本発明の別特徴によりグローブバルブの製
造方法が提供される。この方法は、インレット導路と、
棚状表面を有するバルブチャンバーと、アウトレット導
路とを有するバルブ本体を提供するステップと、この棚
状表面に弾性リング体を配置するステップと、硬質で抗
腐食材料製の別体の環状バルブ弁座を提供するステップ
と、その弾性リング体の上流側と下流側両方でチャンバ
ーの内部壁と接触するように、上流側から下流側にかけ
て外側に向かって傾斜している環状錐形表面を有する環
状弁座を弾性リング体に配置するステップと、弁座、即
ち弾性リング体に負荷を適用し、弁座をチャンバーの上
流側に移動させて弾性リング体を圧縮するステップと、
弁座からの距離が、弁座が保持器との係合状態となる前
に弾性リング体がその非圧縮状態の実質的部分を復帰さ
せるに充分な距離であるように保持器をチャンバー内で
弁座の下流側に固定するステップと、チャンバーの開放
端部を通過させ、チャンバー内に弁座の環状錐形表面と
係合可能な環状錐形表面を有するディスクとバルブステ
ムを挿入するステップと、チャンバーの開放端部を封鎖
するステップとを含んでいる。

【００１２】このような多様な新規構成と部材の新規組
合せを含む本発明の前述及び他の特徴は、添付の図面を
利用した以下の好適実施例の説明において詳細に解説さ
れている。本発明の実施例に使用される特定の装置及び
方法は本発明を限定する目的ではなく、あくまでも本発
明の説明のみを目的としている。本発明の特徴は、請求
の範囲に定義された技術範囲から逸脱せず、多数の別実
施形態においても応用可能であろう。

【００１３】具体的には、請求項１に記載の発明は、
「チャンバーを構成するバルブ本体と、前記チャンバー
内に延びているバルブステムと、前記チャンバー内の前
記バルブステムの１端部にて該バルブステムに取り付け
られたディスクと、前記チャンバー内に可動状態にて配
置された別体の環状弁座（discrete annular seat）
と、前記環状弁座に隣接して前記チャンバー内に配置さ
れた圧縮弾性リング体と、前記チャンバー内に固定さ
れ、該チャンバーの内壁から内側へ延びており、前記弾
性リング体とは反対側の前記弁座の一方側に配置された
剛体金属製保持器（rigid metal retainer）と、を含
み、前記弾性リング体はその非圧縮状態に復帰しようと
して前記弁座に対して前記ディスク方面に付勢力を付与
し、該弁座を該ディスクと係合させるグローブバル
ブ。」である。

【００１４】請求項２に記載の本発明は、「前記環状弁
座は、前記バルブへと流れる流体に露出している表面を
含んでおり、該弁座には前記流体の圧力によって前記デ
ィスク方面へ付勢力が作用している請求項１記載のグロ
ーブバルブ。」である。請求項３に記載の本発明は、
「前記ディスクは、前記バルブを閉鎖するために前記弁
座と係合し、該バルブを開放するために該弁座との係合
状態から外れるように作用することが可能であり、バル
ブ開放方向のディスクの移動の際に、該ディスクの移動
は前記弁座の移動を伴い、該弁座が保持器と係合するま
で前記バルブを閉鎖状態に保ち、該弁座の前記移動は少
なくとも部分的には前記弾性リング体によって発生する
ものである請求項１記載のグローブバルブ。」である。

【００１５】請求項４に記載の本発明は、「前記ディス
クは、錐台形状部（frusto-conically shaped portio
n） を含み、該錐台形状部の表面は該ディスクの軸方向
であって、前記チャンバー内の該ディスクの端部方向に
内側に傾斜しており、前記環状弁座は、前記ディスクの
錐台形状部を受け入れるように傾斜した内面部を有して
おり、前記ディスクと前記弁座との係合に伴って、該デ
ィスクにより該弁座に作用する力は該弁座から前記バル
ブ本体に伝達される請求項３記載のグローブバルブ。」
である。

【００１６】請求項５に記載の本発明は、「前記弾性リ
ング体は、フレキシブルなグラファイト製である請求項
３記載のグローブバルブ。」である。請求項６に記載の
本発明は、「前記ディスク表面部と前記弁座表面部は、
前記ディスクの軸から約６０度のきょう角（included a
ngle）で該弁座を介して前記バルブ本体に前記力を伝達
するように配設されている請求項４記載のグローブバル
ブ。」である。請求項７に記載の本発明は、「前記保持
器は、チャンバーの前記内壁に固定された保持リング体
を含んでおり、該保持リング体は前記弁座と係合する位
置に配置され、該弁座の移動を停止する請求項５記載の
グローブバルブ。」である。

【００１７】請求項８に記載の本発明は、「前記保持リ
ング体は、溶接手段によって前記チャンバー内に固定保
持され、該保持リング体の移動を防止させている請求項
７記載のグローブバルブ。」である。請求項９に記載の
本発明は、「前記保持リング体は、前記チャンバーの前
記内壁の環状溝内に配置され、該溝から該チャンバーの
内側方向に延びている請求項７記載のグローブバル
ブ。」である。

【００１８】請求項１０に記載の本発明は、「前記保持
器は、前記チャンバーの前記内壁上にネジ込まれて固定
されたカラー（collar）部材を含む請求項７記載のグロ
ーブバルブ。」である。請求項１１に記載の本発明は、
「前記環状弁座表面は、前記流体に対して略垂直である
請求項２記載のグローブバルブ。」である。請求項１２
に記載の本発明は、「前記弁座は、ステライト＃３とセ
ラミックス材料の選択されたものから成る請求項５記載
のグローブバルブ。」である。

【００１９】請求項１３に記載の本発明は、「前記保持
器と前記弁座との間の距離は、前記弾性リング体を充分
に非圧縮状態に膨張させるに充分な前記弁座の移動に必
要な距離よりも短い請求項７記載のグローブバルブ。」
である。請求項１４に記載の本発明は、「前記ディスク
の錐台形状部の傾斜表面と、前記環状弁座の傾斜表面部
は補完的関係にある請求項４記載のグローブバルブ。」
である。請求項１５に記載の本発明は、「前記環状弁座
は、部分的に錐形であり、横断面において部分的に円筒
形状であり、同心状の内部錐形表面と外部錐形表面とを
有している請求項４記載のグローブバルブ。」である。

【００２０】請求項１６に記載の本発明は、「前記環状
弁座は同心状の内部錐形表面及び外部錐形表面と、前記
弾性リング体のそれぞれ上流と下流で外側に面する円筒
状表面とを含む請求項１記載のグローブバルブ。」であ
る。請求項１７に記載の本発明は、「前記弾性リング体
は、その幅に対して約１．７３倍の高さであるところの
高さと幅とを有している請求項１５記載のグローブバル
ブ。」である。

【００２１】請求項１８に記載の本発明は、「前記弾性
リング体は、高さＨと厚みＴとを有しており、前記ディ
スク錐台形状部は仮定的に延長されたときにきょう角α
（アルファ）を形成し、 Ｈ／Ｔ＝１／ｔａｎ（α／２） の関係となる請求項１５記載のグローブバルブ。」であ
る。請求項１９に記載の本発明は、「幅Ｗ１は前記弁座
の同心状の錐形表面によって構成され、前記ディスク錐
台部は接触幅Ｃにより前記弁座の錐形表面の内側と係合
し、Ｗ１はＣを越えないものである請求項１８記載のグ
ローブバルブ。」である。請求項２０に記載の本発明
は、「Ｗ１はＣより少ない請求項１９記載のグローブバ
ルブ。」である。

【００２２】請求項２１に記載の本発明は、「グローブ
バルブの製造方法であって、インレット導路と、棚状表
面を備えたバルブチャンバーと、アウトレット導路と、
を有するバルブ本体を提供するステップと、棚状表面上
に弾性リング体を配置するステップと、硬質抗腐食材料
製の別体の環状バルブ弁座を提供するステップと、上流
から下流にかけて外側に傾斜している環状錐形表面を有
し、前記インレット導路に露出した表面を有する前記弁
座を、前記弾性リング体の上流と下流の両方で前記チャ
ンバーの内壁に接触させて前記環状弁座を前記弾性リン
グ体上に配置するステップと、前記弁座上、よって前記
弾性リング体上に負荷を適用し、該弁座を前記チャンバ
ー内の上流に移動させ、弾性リング体を圧縮するステッ
プと、前記弁座の下流側で前記チャンバー内に保持器を
固定するステップであって、前記弁座からのその距離
は、該弁座が前記保持器と係合する前に前記弾性リング
体がその非圧縮状態のほとんどを復帰させるに充分なも
のであるようにするステップと、前記チャンバーの開放
端部を通過させて、前記弁座の環状錐形表面と係合可能
な環状錐形表面を有するディスクとバルブステムを前記
チャンバー内に挿入するステップと、前記チャンバーの
開放端部を閉鎖するステップと、を含むグローブバルブ
の製造方法。」である。

【００２３】請求項２２に記載の本発明は、「前記弾性
リング体は、フレキシブルなグラファイト製である請求
項２１記載のグローブバルブの製造方法。」である。請
求項２３に記載の本発明は、「前記弁座の環状錐形表面
と前記ディスクの環状錐形表面は補完的関係にある請求
項２１記載のグローブバルブの製造方法。」である。請
求項２４に記載の本発明は、「前記環状弁座は部分的に
錐形であって、横断面にて部分的に円筒形状であり、同
心状の内部錐形表面及び外部錐形表面と、前記弾性リン
グ体のそれぞれ上流と下流で前記チャンバー内壁と接触
する前記弁座の外側に面する円筒状表面とを有している
請求項２１記載のグローブバルブの製造方法。」であ
る。

【００２４】

【作用】上記請求項１に記載の構成により、チャンバー
内に配置されて保持器によって保持された弁座が弾性リ
ング体によってディスクと係合する方向に付勢されてい
るため、弁座とディスクとの強固な密着状態が常に維持
される。又、請求項２に記載の構成により、弁座とディ
スクとの強固な密着状態は、流体の圧力によっても高め
られる。請求項３に記載の構成により、弁座とディスク
との係合状態は、弾性リング体によっても図られる。請
求項４に記載の構成により、弁座とディスクとの係合
は、ディスクの錐台形状部と弁座の傾斜した内面部によ
り確実に行われる。

【００２５】請求項５に記載の構成により、弾性リング
体は、長期に渡って腐食することなく適度な弾性を維持
し、弁座とディスクとの係合を確実に維持する。請求項
６に記載の構成により、弁座とディスクとの係合は、バ
ランスよく達成される。請求項７に記載の構成により、
保持器の保持リング体により、弁座の移動を制限し、請
求項８に記載の構成によっては、保持リング体がチャン
バー内に簡単かつ確実に固定される。

【００２６】請求項９に記載の構成により、環状溝から
突出する保持リング体が弁座の移動を制限する。請求項
１０に記載の構成により、保持器のカラー部材はチャン
バーの内壁に簡単かつ確実にネジ込まれ、取り外しによ
る交換も容易である。請求項１１に記載の構成により、
弁座は流体による圧力を均等に受け、傾いたりすること
はない。請求項１２に記載の構成により、弁座は腐食す
ることなく長期に渡って強度を維持し、流体を確実に封
止する。請求項１３に記載の構成により、弾性リング体
は常に僅かに圧縮された状態にあり、弁座とディスクと
の係合がより確実に行われる。

【００２７】請求項１４から２０に記載の構成により、
弁座とディスクとの強固な密着状態が達成される。請求
項２１に記載の構成により、チャンバー内に配置されて
保持器によって保持された弁座が弾性リング体によって
ディスクと係合する方向に付勢され、弁座とディスクと
の強固な密着状態を常に維持することができるグローブ
バルブを簡単に精度よく製造することができる。

【００２８】請求項２２に記載の構成により、弾性リン
グ体が長期に渡って腐食することなく適度な弾性を維持
し、弁座とディスクとの係合を確実に維持することがで
きるグローブバルブを製造することができる。請求項２
３に記載の構成により、弁座とディスクとの強固な密着
状態を達成するグローブバルブを製造することができ、
請求項２４に記載の構成においては、弁座とチャンバー
内壁との密着状態が達成される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明によるバルブの実施例について
説明する。図１には本発明によるバルブの１実施例が図
示されている。このバルブはチャンバー４を有するバル
ブ本体２を含む。チャンバー４の内壁６はネジ溝８を有
しており、チャンバー４の開放端部を閉鎖するための図
示しないボンネット（ｂｏｎｎｅｔ）を受け入れる。本
体２はインレット導路１０とアウトレット導路１２とを
さらに有しており、チャンバー４とはそれぞれ流体的に
通じている。

【００３０】バルブステム１６はバルブ本体２の外側か
らチャンバー４内へ延びている。チャンバー４内に配置
されたバルブステム１６の端部に上方ディスク部材１４
を搭載し、ネジ溝を有する下方ディスク部材２０を受け
入れて保持するネジ溝１８を提供することも可能であ
る。別実施例では、ディスク部材１４とディスク部材２
０は一体型ユニット体として成型することも可能であ
り、総称して「ディスク」と呼ぶことにする。従って、
本明細書においては以後ディスク部材１４とディスク部
材２０は「ディスク」と呼称することにし、符号２２で
示す。ディスク２２の先端部２４は、図１に示すように
下方で内側に傾斜した環状錐形表面（annular conical
surface）２６を有している。

【００３１】チャンバー４の内部で棚状表面（shelf-li
ke surface）２８上には弾性リング体３０が配置されて
おり、好適にはフレキシブルなグラファイト製である。
グラファイトは容積的に圧縮が可能であり、圧縮すると
元の非圧縮状態に戻ろうとする性質を有している。その
ような弾性は弾性リング体３０に対してバネのような特
性を付与している。「フレキシブルなグラファイト」は
また「膨張した（expanded）グラファイト」及び「剥離
した（exfoliated）グラファイト」としても呼称されて
いる。このようなグラファイトはユニオンカーバイド社
によって製造され、「グラフォイル（Ｇｒａｆｏｉ
ｌ）」の商標名で販売されている。その製造過程におい
て、実質的に純粋な天然グラファイトは膨張（剥離）処
理され、さらに処理を施して相当な体積圧縮率を有する
固体に変換される。グラファイトの固体は小さく圧縮す
ることが可能であり、「反発」して元の体積に戻ろうと
する。さらに、そのグラファイト材料はグラファイト独
特の優れた熱的安定性と化学的安定性とを併せ有してお
り、バルブにて使用するのに好適である。「弾性」であ
ると考えられる他の多くの材料とは異なり、フレキシブ
ルなグラファイトは、例えばエラストマー製のＯリング
のようにその形状の変形からはその弾性を得ないが、体
積の圧縮からその弾性を得る。

【００３２】チャンバー４内の弾性リング体３０に対し
て少なくとも部分的に環状弁座３２が配置されている。
図１と図２に示す実施例において、弁座３２は一般的に
円筒状であり、外側に広がるフランジ３４が提供されて
おり、フランジ３４は弾性リング体３０と係合する。圧
縮されるとリング体３０は図１と図２に示すようにフラ
ンジ３４に対して上方への付勢力（bias）を発生させ、
弁座３２に対して付勢力を発生させる。

【００３３】弁座３２にはチャンバーインレット導路１
０内の流体に露出した環状表面３５が提供されており、
その流体は、図１と図２に示すように、弁座に対して上
方の付勢力を発生させている。図３と図４において、図
３から図５にかけて示されるようにその垂直断面が部分
的に円筒形状で、部分的に錐形状のリング体を含んでい
る弁座の別実施形状が示されており、錐形内壁３６と外
壁３８とは円筒状部分４０と４２に接合している。錐形
外壁３８は弾性リング体３０と隣接しており、圧力を受
けると図３から図５に示すように上方に向けて付勢力を
発生させ、さらに内側に向けて放射状に、さらにそれら
の中間の方向にも付勢力を発生させる。図１と図２にお
いて示す実施例のように、図３と図４の実施例において
は、環状弁座３２は表面３５がインレット導路１０の流
体と接触するようにアレンジされる。従って、弁座３２
は環状表面３５に作用する上流流体圧力による付勢力に
よってバルブディスク２２との係合方面に押し付けられ
る。

【００３４】弁座３２の錐形内壁（conical inner wal
l）３６はディスク軸Ａと弁座の先端部４６方向に向け
て内側に傾斜する錐形表面４４を提供する。この錐形表
面４４はディスク２２の環状錐形表面２６と補完的関係
にあり、それと係合する構造となっている。

【００３５】保持リング体５０（図１）は、例えばネジ
溝５４によってチャンバー４内に固定され、環状弁座３
２と係合し、ディスク２２との係合方向への環状弁座の
移動を制限するように作用する。図１に示すように、保
持リング体５０は一般的に円筒状の環状リング体５０ａ
であってもよい。保持リング体５０ａには環状表面５６
が提供されており、それに環状弁座３２の表面５８を隣
接させて弁座３２の移動を停止させることも可能であ
る。

【００３６】別実施例では、バルブ本体チャンバー４
は、ネジ山が形成された保持リング体５０ｂ（図２）を
ネジ込んで受け入れる。リング体５０ｂは図１のように
弁座表面５８と係合するか、又は図２に示すように弁座
フランジ３４の表面６０と係合することも可能である。
図４に示す別実施例では、保持リング体５０ｄをチャン
バー４の内壁６の溝６４内に保持することも可能であ
る。このリング体５０ｄはチャンバー４の内方に溝６４
から延びている。弁座３２の交換が不用ならば、図３に
示す保持リング体５０ｃはスポット溶接６２によってそ
の場に固定されてもよい。前記全実施例において、保持
リング体５０は、弁座３２がディスクと係合する方向へ
移動するのを制限するように作用する。

【００３７】従って、上流圧力（upstream pressure）
によって付勢され、さらにリング体３０の弾力性によっ
てバルブディスク２２との係合方向に付勢される弁座が
提供される。この弁座は、熱収縮又はステムストレス弛
緩によるステムの負荷に多少のロスが存在しようとも、
ディスクとの封止負荷（ｓｅａｌｉｎｇ ｌｏａｄ）を
維持するであろう。実際には、環状弁座表面３５に作用
する上流圧力は、過激な負荷等によりリング体３０の弾
力性が喪失した場合にも良好な弁座封止機能を提供する
ことが発見されている。

【００３８】弾性リング体３０によって「スプリング負
荷」されることに加え、弁座３２はバルブ本体とは別個
に製造されることで、バルブ本体と一体となった弁座に
使用される材料よりもさらに硬質で、さらに優れた腐食
抵抗力を備えた材料にて製造することが可能である。例
えば、バルブ本体とは独立して形成された別体の弁座挿
入体をステライト＃３で成型することが可能である。こ
のステライト＃３はステライト＃２１よりもずっと硬質
であり、典型的には一体型弁座に使用される。このさら
に硬質な材料は一層脆く、一体型弁座として使用するに
は実用的ではない。普通の場合、本体と一体的な弁座の
成型には溶接が用いられるが、ステライト＃３のような
硬質で、脆い材料は溶接の際にひび割れを生じる傾向が
ある。

【００３９】図３から図５にかけて図示されている弁座
の実施例は、相対的に薄い壁の弁座挿入体３２を特徴と
し、改良された放射状（radial）フレキシビリティを提
供する。図４に示すごとくの本実施例において、グラフ
ァイト製弾性リング体３０はディスクの軸Ａから６０度
の角度の中央に位置している。この配置によって、弁座
表面４４に対してディスク表面２６により創出される弁
座負荷を、弁座３２と弾性リング体３０を介してバルブ
本体２へ移動させることが可能となる。図３と図４に示
す弁座は薄い構造を有しており（図５のＷ３）、図１と
図２に示される弁座よりも、そこを通過する流体に対し
て障害度がさらに低くなり、バルブインレットの内径を
相当程度減少させる。

【００４０】弁座３２は、実質的に「圧力の中立」状態
であり、バルブが閉じられているとき、弁座表面４４の
ディスク表面２６に作用する力Ｆ（図５）は弁座表面３
８のリング体３０に作用する力Ｇと実質的に等しくな
る。弁座３２とリング体３０の好適形状は放射状圧力と
負荷の近似バランスを提供することが発見されている。
即ち、図５において示すように、弁座３２のディスク２
２に作用する負荷と、圧縮されたフレキシブルなグラフ
ァイト製リング体３０からの反発圧力負荷とを近似的に
バランスさせる。弁座３２の錐形部分において、内部錐
形壁３６と外部錐形壁３８とは同心状であり、それらの
間に幅Ｗ１を構成する。

【００４１】弁座３２の円筒状部分４０は弁座表面３５
によって相互接続され、それらの間に幅Ｗ３を構成して
いる同心状の内壁７０と外壁７２とを含み、円筒状部分
４２は円筒状表面７８によって相互接続され、幅Ｗ２を
構成している上方壁７４と下方壁７６（図５）とを含
む。ディスクの環状表面２６の仮定的な連続部は角アル
ファを構成する。バルブが閉じられたとき、ディスク表
面２６は弁座接触幅Ｃを通じて弁座表面４４と係合して
いる。

【００４２】前記の好適形状において、リング体３０の
厚みＴで割ったリング体３０の高さＨは、１／ｔａｎ
（α／２）と等しくなる。即ち、 Ｈ／Ｔ＝１／ｔａｎ（α／２） α＝６０度、Ｈ／Ｔ＝１．７３のときとなる。Ｗ１、Ｗ
２、及びＷ３の各々はＣを越えないことがさらに望まし
い。即ち、弁座３２の各幅寸法がシート接触幅Ｃ以下で
あることがさらに望ましい。

【００４３】実際の使用には、バルブステムの上端部に
固定されたハンドル、ホイール等はバルブステム１６、
従ってディスク２２の軸方向移動を促すように作動され
る。「開放」位置において、ディスク２２は弁座３２か
ら分離され、インレット導路１０からの流体をチャンバ
ー４を介してアウトレット導路１２へと送らせる。バル
ブを通過する流体を停止させたいときは、前記ハンドル
を作動してステム１６をバルブチャンバー４の軸方向で
内側に移動させ、ディスク表面２６が弁座表面４４と着
実に係合するまで弁座３２方向にディスク２２を移動さ
せる。バルブをさらに閉じるとリング体３０は圧縮され
る。下方へのステム負荷は、弁座上の流体圧力と、非圧
縮状態に戻るように作用する弾性リング体の圧力負荷と
を本質的にバランスさせる。ディスク２２が弁座３２か
ら上方に移動するのに充分なステムの熱収縮が存在すれ
ば、やがてその非圧縮状態方向に膨張しているリング体
３０はディスクと共に弁座３２を移動させ、それとの確
実な接触状態を保ち、バルブには一切流体が流れないよ
うにする。弁座３２は保持器５０と係合するまで可動で
あり、保持器５０は弁座３２のそれ以上の移動を防止す
る。ここで、リング体３０はバルブを閉じる前の形状に
戻っているであろう。

【００４４】弁座３２はその製造条件によって一体型弁
座よりも寿命は長いが、それでもやがては交換が必要に
なる。この場合、バルブ全体を交換するのではなく、ス
テム１６とディスク２２とを含むディスクアセンブリ体
が取り外され、保持器５０、弁座３２及び弾性リング体
３０を含む弁座アセンブリ体が取り外されて交換され
る。新品のアセンブリ体を、交換するアセンブリ体の場
合と全く同じ位置と方向関係に設置するように細心の注
意を払う必要はあるが、多少ずれることは避けられな
い。典型的な交換システムでは、そのような少々のずれ
でも封止機能を減少させる。しかし、本明細書で開示し
た本発明のバルブの場合には、弾性リング体３０の「余
裕のある負荷付与」と、チャンバー４内を移動し、ある
いは「浮動」する弁座３２の性能とは封止要素の交換に
ある程度の余裕を創出し、１インチ（約２．５４セン
チ）の１０００分の２、あるいは１０００分の３程度の
方向的位置のずれがあろうとも、確実で完全な封止状態
が達成可能である。

【００４５】図３の実施例においては交換は考察されて
いないが、バルブチャンバーの溶接部６２を機械で処理
することで可能である。上記バルブは以下のように製造
することが可能である。即ち、インレット導路１０と、
棚状の表面を内部に備えたバルブチャンバー４と、アウ
トレット導路１２とを有するバルブ本体を提供し、この
棚状表面に弾性リング体３０を配置し、この弾性リング
体３０に上流から下流の方向で外側に傾斜した環状錐形
表面と、インレット導路１０に露出した表面を有する環
状弁座３２を配置し、この弁座３２をチャンバー４内の
弾性リング体３０の上流と下流の両方で内壁と接触さ
せ、この弁座３２、即ち弾性リング体３０に負荷を提供
し、弁座３２をチャンバー４の上流に移動させ、弾性リ
ング体３０を圧縮し、保持器５０をチャンバー４内で弁
座３２の下流側に固定し、弁座３２からのその距離を、
弁座３２が保持器５０と係合する前に、弾性リング体３
０がその非圧縮状態の大部分を復活させるのに充分な距
離とし、チャンバー４の開放端部を通過させて弁座３２
の環状錐形表面と係合可能な環状錐形表面を有するディ
スク２２とバルブステム１６をチャンバー４内へ挿入
し、このチャンバー４の開放端部を閉じることで製造す
ることが可能である。

【００４６】バルブの組立てにおいては、弁座３２に負
荷をかけ、弁座３２を上流に移動して弾性リング体３０
を圧縮するステップは、プレ負荷工具（図示せず）で達
成が可能である。これは保持器５０が弁座３２の下流で
チャンバー４内に固定されるときに弁座３２を下方に向
けて保持するだけのものである。弾性リング体３０を充
分に膨張させない位置に保持器５０を配置することで、
弾性リング体３０には常に「バネ力」が存在し、即ち、
弁座３２が弁座３２の移動を制限する保持器５０と接触
した後でさえも下流方向に常に付勢力が作用する。

【００４７】本発明は本明細書に開示され、図面に示さ
れた特定の構造に限定されるものではなく、請求の範囲
に記載された範囲での改良あるいは等価物を含む。又、
本明細書に記載されている「上流」及び「下流」は説明
用の添付図面に関して使用されたものである。ここに開
示されたバルブはどの方向に使用しても構わない。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、高圧蒸
気ドレイン環境において使用するのに好適であり、バル
ブステムの熱収縮あるいはストレス弛緩の際にも確実な
封止性能を提供する構造を有するグローブバルブを提供
することができる。さらに、本発明は、耐久性と強度に
優れたディスクと弁座のアセンブリ体を有するグローブ
バルブを提供することができる。

【００４９】本発明は、従来のディスクと弁座に劣らな
い封止機能を備え、交換可能なディスクと弁座のアセン
ブリ体を有するバルブを簡単に提供することができる。
本発明は、経済的であって、硬質表面を有する一体型の
金属製弁座を有するグローブバルブを提供することがで
きる。本発明は、上記グローブバルブの簡単な製造方法
を提供することができる。

【００５０】さらに、請求項１に記載の発明において
は、チャンバー内に配置されて保持器によって保持され
た弁座が弾性リング体によってディスクと係合する方向
に付勢されているため、弁座とディスクとの強固な密着
状態を常に維持できる。又、請求項２に記載の発明にお
いては、弁座とディスクとの強固な密着状態を流体の圧
力によっても高めることができる。請求項３に記載の発
明においては、弁座とディスクとの係合状態を弾性リン
グ体によっても図ることができる。請求項４に記載の発
明においては、弁座とディスクとの係合をディスクの錐
台形状部と弁座の傾斜した内面部により確実に行うこと
ができる。

【００５１】請求項５に記載の発明においては、弾性リ
ング体が長期に渡って腐食することなく適度な弾性を維
持し、弁座とディスクとの係合を確実に維持することが
できる。請求項６に記載の発明においては、弁座とディ
スクとの係合をバランスよく達成できる。請求項７に記
載の発明においては、保持器の保持リング体により、弁
座の移動を制限することができる。請求項８に記載の発
明においては、保持リング体をチャンバー内に簡単かつ
確実に固定することができる。

【００５２】請求項９に記載の発明においては、環状溝
から突出する保持リング体が弁座の移動を制限すること
ができる。請求項１０に記載の発明においては、保持器
のカラー部材がチャンバーの内壁に簡単かつ確実にネジ
込まれ、取り外しによる交換を容易にできる。請求項１
１に記載の発明においては、弁座は流体による圧力を均
等に受け、傾いたりすることはない。請求項１２に記載
の発明においては、弁座は腐食することなく長期に渡っ
て強度を維持し、流体を確実に封止することができる。
請求項１３に記載の発明においては、弾性リング体が常
に僅かに圧縮された状態にあり、弁座とディスクとの係
合をより確実に行うことができる。

【００５３】請求項１４から２０に記載の発明において
は、弁座とディスクとの強固な密着状態を達成すること
ができる。請求項２１に記載の発明においては、チャン
バー内に配置されて保持器によって保持された弁座が弾
性リング体によってディスクと係合する方向に付勢さ
れ、弁座とディスクとの強固な密着状態を常に維持する
ことができるグローブバルブを簡単に精度よく製造する
ことができる。

【００５４】請求項２２に記載の発明においては、弾性
リング体が長期に渡って腐食することなく適度な弾性を
維持し、弁座とディスクとの係合を確実に維持すること
ができるグローブバルブを製造することができる。請求
項２３に記載の発明においては、弁座とディスクとの強
固な密着状態を達成するグローブバルブを簡単に製造す
ることができる。請求項２４に記載の発明においては、
弁座とチャンバー内壁との密着状態を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例のバルブの構成要素の側面
を示す断面図。

【図２】 本発明の別実施例を示すバルブの一部を示す
断面図。

【図３】 本発明のさらに別実施例のバルブの一部を示
す断面図。

【図４】 本発明のさらに別実施例のバルブの一部を示
す断面図。

【図５】 図３と図４に示すバルブの一部を示す断面
図。

【符号の説明】

２ バルブ本体 ４ チャンバー ６ 内壁 １０ インレット導路 １２ アウトレット導路 １４ ディスク部材 １６ バルブステム ２０ ディスク部材 ２２ ディスク ２６ 環状錐形表面 ２８ 棚状表面 ３０ 弾性リング体 ３２ 環状弁座 ４４ 弁座表面 ５０ 保持リング体 ５０ａ環状リング体 ５０ｃ保持リング体 ６２ スポット溶接 ７０ 内壁 ７２ 外壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオナード ジェイ． ステファンス アメリカ合衆国 ノース カロライナ州 27615 ラーレイ ヘイマーケット レー ン 7713番地

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グローブバルブであって、 チャンバーを構成するバルブ本体と、 前記チャンバー内に延びているバルブステムと、 前記チャンバー内の前記バルブステムの１端部にて該バ
   ルブステムに取り付けられたディスクと、 前記チャンバー内に可動状態にて配置された別体の環状
   弁座と、 前記環状弁座に隣接して前記チャンバー内に配置された
   圧縮弾性リング体と、 前記チャンバー内に固定され、該チャンバーの内壁から
   内側へ延びており、前記弾性リング体とは反対側の前記
   弁座の一方側に配置された剛体金属製保持器と、を含
   み、 前記弾性リング体はその非圧縮状態に復帰しようとして
   前記弁座に対して前記ディスク方面に付勢力を付与し、
   該弁座を該ディスクと係合させることを特徴とするグロ
   ーブバルブ。
2. 【請求項２】 前記環状弁座は、前記バルブへと流れる
   流体に露出している表面を含んでおり、該弁座には前記
   流体の圧力によって前記ディスク方面へ付勢力が作用し
   ていることを特徴とする請求項１記載のグローブバル
   ブ。
3. 【請求項３】 前記ディスクは、前記バルブを閉鎖する
   ために前記弁座と係合し、該バルブを開放するために該
   弁座との係合状態から外れるように作用することが可能
   であり、バルブ開放方向の前記ディスクの移動の際に、
   該ディスクの移動は前記弁座の移動を伴い、該弁座が前
   記保持器と係合するまで前記バルブを閉鎖状態に保ち、
   該弁座の前記移動は少なくとも部分的には前記弾性リン
   グ体によって発生するものであることを特徴とする請求
   項１記載のグローブバルブ。
4. 【請求項４】 前記ディスクは、錐台形状部を含み、該
   錐台形状部の表面は該ディスクの軸方向であって、前記
   チャンバー内の該ディスクの端部方向に内側に傾斜して
   おり、前記環状弁座は前記ディスクの錐台形状部を受け
   入れるように傾斜した内面部を有しており、前記ディス
   クと前記弁座との係合に伴って、該ディスクにより該弁
   座に作用する力は該弁座から前記バルブ本体に伝達され
   ることを特徴とする請求項３記載のグローブバルブ。
5. 【請求項５】 前記弾性リング体は、フレキシブルなグ
   ラファイト製であることを特徴とする請求項３記載のグ
   ローブバルブ。
6. 【請求項６】 前記ディスク表面部と前記弁座表面部
   は、前記ディスクの軸から約６０度のきょう角（includ
   ed angle）で該弁座を介して前記バルブ本体に前記力を
   伝達するように配設されていることを特徴とする請求項
   ４記載のグローブバルブ。
7. 【請求項７】 前記保持器は、前記チャンバーの前記内
   壁に固定された保持リング体を含んでおり、該保持リン
   グ体は前記弁座と係合する位置に配置され、該弁座の移
   動を停止することを特徴とする請求項５記載のグローブ
   バルブ。
8. 【請求項８】 前記保持リング体は、溶接手段によって
   前記チャンバー内に固定保持され、該保持リング体の移
   動を防止させていることを特徴とする請求項７記載のグ
   ローブバルブ。
9. 【請求項９】 前記保持リング体は、前記チャンバーの
   前記内壁の環状溝内に配置され、該溝から該チャンバー
   の内側方向に延びていることを特徴とする請求項７記載
   のグローブバルブ。
10. 【請求項１０】 前記保持器は、前記チャンバーの前記
    内壁上にネジ込まれて固定されたカラー（collar）部材
    を含むことを特徴とする請求項７記載のグローブバル
    ブ。
11. 【請求項１１】 前記環状弁座表面は、前記流体に対し
    て略垂直であることを特徴とする請求項２記載のグロー
    ブバルブ。
12. 【請求項１２】 前記弁座は、ステライト＃３とセラミ
    ックス材料の選択されたものから成ることを特徴とする
    請求項５記載のグローブバルブ。
13. 【請求項１３】 前記保持器と前記弁座との間の距離
    は、前記弾性リング体を充分に非圧縮状態に膨張させる
    に充分な前記弁座の移動に必要な距離よりも短いことを
    特徴とする請求項７記載のグローブバルブ。
14. 【請求項１４】 前記ディスクの錐台形状部の傾斜表面
    と、環状弁座の傾斜表面部は補完的関係にあることを特
    徴とする請求項４記載のグローブバルブ。
15. 【請求項１５】 前記環状弁座は、部分的に錐形であ
    り、横断面において部分的に円筒形状であり、同心状の
    内部錐形表面と外部錐形表面とを有していることを特徴
    とする請求項４記載のグローブバルブ。
16. 【請求項１６】 前記環状弁座は同心状の内部錐形表面
    及び外部錐形表面と、前記弾性リング体のそれぞれ上流
    と下流で外側に面する円筒状表面とを含むことを特徴と
    する請求項１記載のグローブバルブ。
17. 【請求項１７】 前記弾性リング体は、その幅に対して
    約１．７３倍の高さであるところの高さと幅とを有して
    いることを特徴とする請求項１５記載のグローブバル
    ブ。
18. 【請求項１８】 前記弾性リング体は、高さＨと厚みＴ
    とを有しており、前記ディスク錐台形状部は仮定的に延
    長されたときにきょう角α（アルファ）を形成し、 Ｈ／Ｔ＝１／ｔａｎ（α／２） の関係となることを特徴とする請求項１５記載のグロー
    ブバルブ。
19. 【請求項１９】 幅Ｗ１は前記弁座の同心状の錐形表面
    によって構成され、前記ディスク錐台部は接触幅Ｃによ
    り前記弁座の錐形表面の内側と係合し、Ｗ１はＣを越え
    ないものであることを特徴とする請求項１８記載のグロ
    ーブバルブ。
20. 【請求項２０】 Ｗ１はＣより少ないことを特徴とする
    請求項１９記載のグローブバルブ。
21. 【請求項２１】 グローブバルブの製造方法であって、 インレット導路と、 棚状表面を備えたバルブチャンバーと、 アウトレット導路と、を有するバルブ本体を提供するス
    テップと、 前記棚状表面上に弾性リング体を配置するステップと、 硬質抗腐食材料製の別体の環状バルブ弁座を提供するス
    テップと、 上流から下流にかけて外側に傾斜している環状錐形表面
    を有し、前記インレット導路に露出した表面を有する前
    記弁座を、前記弾性リング体の上流と下流の両方で前記
    チャンバーの内壁に接触させて前記環状弁座を前記弾性
    リング体上に配置するステップと、 前記弁座上、よって前記弾性リング体上に負荷を適用
    し、該弁座を前記チャンバー内の上流に移動させ、前記
    弾性リング体を圧縮するステップと、 前記弁座の下流側で前記チャンバー内に保持器を固定す
    るステップであって、前記弁座からのその距離は、該弁
    座が前記保持器と係合する前に前記弾性リング体がその
    非圧縮状態のほとんどを復帰させるに充分なものである
    ようにするステップと、 前記チャンバーの開放端部を通過させて、前記弁座の環
    状錐形表面と係合可能な環状錐形表面を有するディスク
    とバルブステムを前記チャンバー内に挿入するステップ
    と、 前記チャンバーの開放端部を閉鎖するステップと、を含
    むことを特徴とするグローブバルブの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記弾性リング体は、フレキシブルな
    グラファイト製であることを特徴とする請求項２１記載
    のグローブバルブの製造方法。
23. 【請求項２３】 前記弁座の環状錐形表面と前記ディス
    クの環状錐形表面は、補完的関係にあることを特徴とす
    る請求項２１記載のグローブバルブの製造方法。
24. 【請求項２４】 前記環状弁座は部分的に錐形であっ
    て、横断面にて部分的に円筒形状であり、同心状の内部
    錐形表面及び外部錐形表面と、前記弾性リング体のそれ
    ぞれ上流と下流で前記チャンバー内壁と接触する前記弁
    座の外側に面する円筒状表面とを有していることを特徴
    とする請求項２１記載のグローブバルブの製造方法。