JPS594580B2 - ベン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁構造に関し、特に軸線方向に可動の閉鎖部材
を有する弁の座口と出口の間の新規な流路に関する。

特に、本発明は軸線方向に可動の閉鎖部材を有する弁本
体内の流路に関し、たとえ閉鎖部材がその移動を限定さ
れていて、その結果、その完全開放位置にある際に自由
な流体流れを相当に妨げるとしても、この流路は弁にか
かる圧力降下を最小にするものである。

このため、本発明のいくつかの特徴は軸線方向に可動の
閉鎖要素を使用する通常の弁にも同様に適用できるが、
本発明は特に操作機構を通る、または該機構の周りにお
ける外部流体の漏洩を防止するため金属製ダイヤフラム
やベローズ型シールのような密封要素を含む弁の製造に
特に有用である。

なぜなら、このような弁は通常は閉鎖部材の移動を限定
するからである。

前記のような密封要素を用いる弁は有毒な、または他の
危険な流体および原子力発電所内のホウ酸塩水安全系統
向けの隔離弁または遮断弁として相当に有用である。

通常これらの弁は閉鎖位置において流れ系統から圧力流
体を遮断あるいは隔離するのに使用され、また開放位置
においては圧力流体を流れ系統に供給するのに使用され
る。

弁内で消散する圧力の程度が大きければ大きいほど、弁
の下流に位置した流れ系統の圧力要件を満足すべき上流
の圧力は高い必要があるから、弁にかかる圧力降下は最
小であることが望ましい。

弁にかかる流体の圧力降下は、弁本体を貫通して設けら
れる流路の形状寸法に適用される流体動力の関数であり
、この形状寸法は流体圧力を外にもらさないのに必要な
弁本体の大きさと、完全開放位置まで動かされるときで
も、弁を通る流体の流れに利用できる横断面積を通常あ
る程度制限する閉鎖部材および操作装置の設置によりあ
る程度まで制限される。

弁にかかる圧力降下を減する努力は次の２つの手段の一
方または両方を伝統的に採用して来た。

すなわち、内部の絞りが過度な大きさの流体圧力を熱エ
ネルギの形態で消散させるのに十分な高速度の流体の流
れを生じないように流体の流れ面積を広げること、また
は閉鎖部材内に真直な貫通口を有する対称的な弁の場合
に、たとえば１９７２年２月２２日付のイー・ニー・ベ
ーク（Ｅ−Ａ−Ｂａｋｅ ）の米国特許第３，６４３，
９１４号に記載のように、弁本体の出口に次第に増大す
る横断面積を有する遷移区域を提供することである。

前者の手段は軸線方向に可動で弁座に近づいたり離れた
りする円板型または球型の閉鎖部材を有する隔離弁の構
造に適用されている。

過度の圧力損失を結果として弁に生じさせるような弁を
通る流体流れの過度な絞りを行わないように、通常の球
型隔離弁は弁閉鎖部材を十分に移動可能にしている。

しかしながら、前記に指摘したように、制御室を密封す
るのに金属製ダイヤフラムやベローズを用（・るのが望
ましい場合、これらの密封要素は弁閉鎖部材に限定され
た移動のみしか許容しないので、弁閉鎖部材に通常の移
動量を与えるのは困難である。

軸線方向に可動の円板型または球型の閉鎖部材を採用す
る通常の隔離弁は閉鎖部材を座口の直径の紛４から約し
４の程度の距離だけ動かして閉鎖部材の周囲に相当な面
・積の環状オリフィスを提供するように設計されている
。

不幸にして、同様な操作原理を採用する金属ダイヤフラ
ムまたはベローズで密封された弁においては、座口直径
に対し閉鎖部材の同程度の軸線方向の運動は経済的に不
適当である。

金属ダイヤフラム弁内で閉鎖要素が動くことのできる最
大距離は金属ダイヤフラムの変形またはたわみの軸線方
向の範囲により制限される。

金属ダイヤフラムにより提供される軸線方向の運動の範
囲はダイヤフラムの寸法および物理的特性で定まるが、
この範囲は通常は座口の直径の約Ａの程度であるか、ま
たは同じ大きさの通常の隔離弁にとって好ましい軸線方
向の運動距離の約鴨より小さい。

したがって、金属ダイヤフラム密封要素の使用は、閉鎖
部材が弁座から完全開放位置まで動かされる距離に厳重
な制限を与え、したがって通常は閉鎖部材と弁座との間
の流体の流量を制限することにより弁の圧力降下を増大
する。

同様な問題がベローズで密封された弁の場合に存在し、
この弁において閉鎖部材の最大運動は適度な長さのベロ
ーズシールの軸線方向の運動により許容される距離まで
制限される。

したがって、金属ダイヤフラム型またはベローズ型の隔
離弁を通って流れる流体の圧力降下の問題は、これらの
密封装置のいずれかにより閉鎖部材に提供される限定さ
れたリフトのために類似の作動原理を採用した通常の隔
離弁に見られる問題よりも一層深刻である。

座口の直径の約ｈ、またはそれ以下の軸線方向の最大距
離を動かされる軸線方向に可動の閉鎖部材を有するこれ
らおよび他の弁は以下において、「低リフト」弁と呼ぶ
。

ダイヤフラムで密封された低リフト弁は、ダイヤフラム
に可能な運動が限定されて、閉鎖部材を弁座から十分に
引っ込めることができないので、通常は過度の圧力降下
を生じる。

この問題は、制御室が入口および出口の軸線に関して一
定の角度に方向を定められているような弁においては特
に厳しい。

ケーラー（Ｋａｅｈｌｅｒ）の西独国特許第６１１．７
６４号に開示されている弁はダイヤフラム密封型の弁で
はないので、閉鎖部材の十分な運動が閉鎖部材を弁内の
流れから完全に引っ込めさせるので前記の問題を生じな
い。

フォーブス（Ｆｏｒｂｅｓ）の米国特許第２，１４４，
７５４号に開示された弁はダイヤフラム密封型の弁であ
るが、入口と出口が一直線上に並んでいなく、また金属
ダイヤフラムが閉鎖部材の運動を限定するので、非常に
大きい圧力降下を生じる。

ブライアント（Ｂｒｙａｎｔ）の米国特許第２，２９７
，５３５号は、閉鎖部材と弁座との間にあるディフュー
ザ部分を開示している。

しかしながら、この米国特許および前記の他の特許のい
ずれも、入口と出口が共通の軸線に沿って一線に並び、
かつ制御室が前記共通の軸線に対し相当な角度をなして
形成されているような低リフト弁において如何にしてデ
ィフューザ部を有効に、かつ能率的に設けるかを教示す
るものではない。

前記の事項を意中において、本発明の主な目的は弁の座
口と出口との間の新規な流路により、流れる流体の改良
された圧力回復を軸線方向に可動の閉鎖部材を有する弁
に提供することである。

他の目的は完全開放位置にある弁を通って流れる流体の
圧力降下を減らす流路な軸線方向に可動の低リフトの閉
鎖部材を有する隔離弁に提供することである。

前記の従来の弁における過度の圧力降下を減らすために
、本発明による弁はいくらかの圧力回復をもたらすディ
フューザ部分を閉鎖部材と弁座との間に設けている。

すなわち、本発明は軸線方向に可動の閉鎖部材を有する
隔離弁内の座口の周りに閉鎖部材および弁本体のそれぞ
れの対向して配置された表面の間に漸増する横断面積の
環状のディフューザ流路を提供する。

環状のディフューザ流路は閉鎖部材と座口との間の環状
オリフィスを通って流れる高速度の流体が迅速に拡がっ
て流れ生成圧力を消散しないようにする作用を行う。

このようなディフューザ部分、すなわちディフューザ流
路の利点は前記従来例には開示されていない次のような
構成上の特徴を有する弁において実現可能である。

第１に、制御室と共軸の円形通路が制御室の底部に設け
られている。

第２に、閉鎖部材の円錐状表面が弁座の円錐状表面と同
じ広がりを有し、限定された空間内に最大の圧力回復を
もたらす。

第３に、ディフューザ流部の一部が円形流路と出口との
間に直行的に延在して、入口と出口との間にそれらの共
通の軸線に沿って真直な直線状の連通を提供している。

本発明の一実施例において、環状のディフューザ流路が
閉鎖部材および弁本体にそれぞれ設けられて対向して配
置された１対の切頭円錐状表面の間に設けられる。

対向して配置された表面は平行であるか、または僅かに
張り開いて環状のディフューザ流路の効果をさらに高め
てもよい。

好ましくは、ディフューザ流路は流体の流れの一部分を
出口へ直接送り出すように配設され、また一実施例にお
いては、ディフューザ流路は弁の入口と出口との間に視
線開口を提供する。

本発明はまた閉鎖部材上の凸状の突起、閉鎖部材の周囲
および後部表面を覆って設けられた環状流れ空間および
弁制御室と出口の交差個所に設けられた斜め表面を提供
し、これらの全ての要素は環状ディフューザ流路と組み
合わせて設けられた場合に弁にかかる圧力損失をさらに
減らすのに寄与する。

本発明の前記目的、特徴およびそれにより提供される利
点は添付図面および本発明の一実施例の以下の説明から
理解されよう。

添付図面、特に第１図と第２図を参照すると、本発明は
入口１１と出口１２を備えた弁本体１０を有する金属ダ
イヤフラム弁に実施されているのが示され、これらの入
口と出口は本体空所１４の下端に設けられたほぼ円筒状
の制御室１５とそれぞれの内端において連通している。

本体空所１４、制御室１５および入口１１の延長部１６
は多数の連続した中（小）作業により提供される。

延長部１６は入口１１と制御室１５との交差部に円形の
座口な提供する。

好ましくは切頭円錐状の表面形状を有する象眼硬化した
弁座１８が座口１６の周囲に設けられている。

相当な斜面高さがあって、外方に張り開（切頭円錐状の
本体表面１９が弁座１８に対し隣接して取り囲む関係に
設けられている。

一体の円板枠２１を有する円板２０は軸線方向に運動す
るように設げられて制御室１５内の弁座１８に近づいた
り離れたりする。

弁座１８に面した円板２００表面は環状の着座表面２２
および外方に張り開く切頭円錐状表面２４を備え、この
切頭円錐状表面２４は切頭円錐状本体表面１９に対向し
て配置されている。

環状の着座表面２２は、好ましくは前記円板表面にはめ
込まれた硬化金属で作られ、前記円板が第２図に示す閉
鎖位置まで動かされた際に弁座１８と密封係合するよう
にされている。

円板枠２１は制御カートリッジ２６の開口２５内に摺動
自在に受は入れられている。

制御カートリッジ２６の内部において、カラー２７は円
板枠２１にすえ込まれている。

両端をカラー２７および開口２５の周りの制御カートリ
ッジ２６の内面に係合させたばね２８は弁を開放して流
体を第１図の矢印で示す方向に流れさせるように円板２
０を弁座１８から離隔した位置まで動かす押圧力を提供
する。

本体空所１４の上端はボンネット状ふた３０を受は入れ
るために雌ねじ２９を切られ、このボンネット状ふたは
弁操作棒３１を含み、かつ弁操作棒３１に軸線方向の運
動を付与するように配設されたヨーク組立体３２とバン
ドル車３４のような操作機構を取り付けている。

円形の金属ダイヤフラム３６は垂下した円周ボンネット
７ランジ３８と環状のリング３９０間に配置されてボン
ネット組立体を通る漏洩を防止し、該リングは制御カー
トリッジ２６のフランジ２３の上表面に着座している。

ダイヤフラムの故障の場合に弁操作棒３１の周りの漏洩
を密封するパツキン３５が弁操作棒３１とボンネット状
ふたの孔との間に設けられている。

ボンネット状ふた３０が本体空所１４にきつくねじ込ま
れて制御カートリッジのフランジ２３を本体の肩部１７
に確実に着座させた後に、本体空所の開口１４のまわり
に設げられた唇状部４１とボンネット状ふた３０との間
か周方向に個所１４において溶接されて流体の漏洩を密
封する。

弁操作棒はその下端に一体のカラ一部分４４を備え、こ
のカラ一部分はボンネット状ふた３０の内部に位置した
カップ状のプランジャ４６の内部開口４５内に摺動自在
に受は入れられている。

本発明は円板２０が第３図に詳細に示す完全開放位置ま
で動かされる際に座口１６から出口１２までの流路に特
に係る。

弁本体１０と円板２０とにそれぞれ設けられて対向して
配置された切頭円錐状表面１９と２４は弁座１８と円板
２０の環状の着座表面２２どの間の環状の空間、即ちオ
リフィスの周りに横断面積の漸増する環状ディフューザ
流路を提供する。

切頭円錐状表面１９と２４により画定された環状ディフ
ューザ流路は過大な量のエネルギを消費することなく流
体を次第に拡散させる。

流体は環状ディフューザ流路から円板２０の周囲の相当
に大きい容積の区域内へ排出されるが、流体の流れの速
度はディフューザ流路の出口端部において最小限の圧力
損失がある程度まで減少する。

環状ディフューザ流路の漸増する横断面積は環状ディフ
ューザ流路の増大する直径の関数であり、また環状ディ
フューザ流路を画定する切頭円錐状表面の間を次第に張
り拡げることにより一層増大する。

図面に示す実施例において、外方に張り開く切頭円錐状
表面１９は１００度の頂角を有する円錐体の切頭部分と
して提供され、切頭円錐状表面２４は９０度の頂角を有
する円錐体の切頭部分として提供される。

したがって、切頭円錐状表面１９と２４はそれぞれ第３
図に示すように制御室１５の軸線に対し５０度および４
５度の角度で設けられ、したがって環状ディフューザ流
路の流れの長さに沿って５度の発散角を提供する。

拡散効果はまた環状ディフューザ流路の流れの長さによ
り強められ、したがって、弁構造の他のパラメータの範
囲内で可能なかぎり長い斜面高さ「Ｓ」を切頭円錐状表
面１９および２４に与えることが好ましい。

座口１６の直径の約１４の斜面高さが１インチまたは２
インチ（２５ｍｍまたは５０ｍｍ）の座口直径を有する
弁にとって満足であると考えられる。

環状のディフューザ流路を通る流体の一部分を、弁構造
の他のパラメータと適合する最大の流れ横断面積を提供
する開口を通して直接に弁の出口に排出するように、環
状ディフューザ流路の向きを合わせることもまた望まし
い。

弁の流路を種々に変更した流れテストでは、環状ディフ
ューザ流説の下流部分が入口と出口の軸線にほぼ平行に
配量されて流体を出口の最大可能な幅を横切って出しに
排出する場合に最低の圧力降下が達成しうろことが示さ
れている。

図面に示す実施例において、環状ディフューザ流路の下
流部分は第３図と第４図に番号４８で示され、円板２０
の右方にある苦分である。

弁の入口および出口に関する環状デイフユーサ流路の好
ましい配置は、共通の長手方向軸線８士に入口１１と出
口１２の中心を置くことにより、円板２０が第３図に示
す完全開放位置まで動く際に軸線ａが環状ディフューザ
流路の下流部分を通過する状態で制御室１５の軸線すを
軸線ａに対し相当な傾斜角（約５０度）に配置させるこ
とにより達成される。

この配置は第３図と第４図に示すように入口から出口ま
で切頭円錐状表面１９と２４の間に弓形状の視線開口４
８を生じさせる。

弓形状の視線開口４８は最大横断面積の真直な流路を提
供し、また入口から直接に出口まで最小限の乱れで流体
を流れさせる。

また２流れテストは、座口１６を通って流れる流体を着
座表面２２と弁座１８の間に設けられた環状オリフィス
へ導くため切頭円錐状表面２４より小さい傾斜を有する
凸状の突起を円板２０に設げることにより圧力降下を減
らせることを示している。

図面に示す実施例において、このことは切頭円錐状表面
２４の頂角（９０度）よりもかなり大きい１４０度の頂
角を有し、したがってかなり小さい傾斜を有する円錐状
部分４９の形態の突起を円板２０に設けることにより達
成される。

周囲を環状の着座表面２２により画定されている該突起
はその他の形状、たとえば球形部分として設けてもよい
。

流路にその他の変更を施して行われた流れテストは、環
状ディフューザ流路を通って流れる流体を受は入れて該
流体を出口へ運ぶ環状間隙空間を環状ディフューザ流路
の出口端部において円板の周囲に円板の円板枠側にわた
って設けるのが望ましいことも示している。

図面に示す実施例において、このことは円板２０の直径
よりも大きい直径を制御室１５に与えることにより、ま
た流体を収集して出口１２まで運ぶ環状間隙空間を円板
２０の周囲に円板の円板枠側にわたり提供するのに十分
な距離だけ円板２００円板棒側から制御カートリッジ２
６の下表面を離隔することとにより達成される。

また、流れテストは、出口１２と制御室１５の交差表面
により形成された開口における鋭い縁が弁を通って流れ
る流体の圧力降下を相当に増大させ得ることを示してい
る。

したがって、本発明の改良された流路の他の特徴は出口
１２と制御室１５との交差により形成された開口に大き
な面取り、即ち半径を提供して出口における「くびれ」
の形成を防止することである。

第３図に番号５０で全体を示す３／１６から７１６イン
チ（４，８ｍｍないし８ ｍｍ ）の半径が２インチ（
５０，８ｍｍ）の座口直径を有する弁において完全に満
足であると判明している。

前記各々の特徴はこれらの特徴の１つ以上を実施した弁
の流路を通って流れる流体の圧力降下を著しく減らし、
またこれらの特徴の全てが閉鎖部材の限定された軸線方
向の運動により座口を開放する弁の流路に実施された場
合には驚くべき結果をもたらしている。

２インチ（５０，８ｍｍ）の座口直径と、１４インチ（
６，３５ｍｍ）の最大運動に制限された軸線方向に可動
の円板と、本発明を実施した流路とを有する金属ダイヤ
フラム弁は相当に太きいリフトの軸線方向に可動の閉鎖
部材を有する通常の２インチ（５０，８ｍｍ）の隔離弁
の圧力降下に匹敵する流体圧力降下を生じた。

所定温度において、１ ｐ 、 ｓ 、 ｉ 、 （０
，０７ｋｙ／ｆｆｌ ）の流体圧力差で弁を通る流体の
流量を測定することは弁を通って流れる流体の圧力降下
または圧力回復に定量値、すなわちＣｖを指定するのに
受は入れられる方法である。

この方法において、高い流量、あるいは高いＣｖは弁本
体の流路を通って流れる流体における低い圧力降下ある
いは大きい圧力回復を表わしている。

本発明を実施し、１４インチ（６，４ｍｍ）の円板リフ
トを有する２インチ（５０，８ｍｍ）の金属ダイヤフラ
ム弁について行われた流れテストは１３／８インチ（３
５ｍｍ）の円板リフトを有する通常の２インチ（５０，
８ｍｍ）の隔離弁の６０のＣｖに匹敵する５９のＣｖを
提供した。

弁の作動を第１図と第２図を参照して説明する。

第１図において、弁は開放位置にあるのが示され、円板
２０は弁座１８から離隔している。

この位置において、ばね２８はカラー２７および円板枠
２１を上方に押して金属ダイヤフラム３６の下面と係合
させる。

ダイヤフラム３６の反対側はプランジャ４６と接触し、
このプランジャはボンネット状ふた３０に着座してダイ
ヤフラム３６および円板枠２１がさらに上方へ動くのを
阻止する。

弁を開放するため、ハンドル車３４が回転して弁棒３１
およびカラー４４に軸線方向の運動を与える。

図面に示す弁において、これは金属製ダイヤフラム３６
を変形して円板枠２１および円板２０を動かして第２図
に示すように弁を閉鎖する下向きの運動となる。

閉鎖位置において、閉鎖部材の環状の着座表面２２は弁
座１８と密封係合して、流体の流れが弁を通るのを阻止
する。

弁を開放したい場合、ハンドル車３４は反対方向に回転
して弁棒３１およびカラー４４を第１図に示す位置まで
持ち上げる。

円板２０はばね２８の押圧力および入口１１における流
体圧力の力を受けて開放位置まで動かされる。

本発明はその精神および本質的特徴から逸脱することな
（他の特定の形態で実施しうる。

前記の実施例はしたがって全ての点で例示的かつ非限定
的なものであると考えるべきであって、本発明の範囲は
以上の説明よりむしろ特許請求の範囲により指示され、
特許請求の範囲の意味と等価の範囲内に入る全ての変更
は特許請求の範囲内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属ダイヤフラム弁を主として断
面で示す倒立面図、第２図は弁が閉鎖位置にある第１図
に類似の図、第３図は第１図に示す弁の閉鎖部材および
流路の詳細を示す拡大破断図、および第４図は第１図に
示す入口の軸線に沿った図である。 １０・・・・・・弁本体、１１・・・・・・入口、１２
・・・・・・出口、１４・・・・・・弁空所、１５・・
・・・・制御室、１６・・・・・・座口、１８・・・・
・・弁座、２０・・・・・・円板、２１・・・・・・円
板枠、１９．２４・・・・・・切頭円錐状表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通の軸線ａに沿って並んだ入口通路１１と出口通
   路１２を有する弁本体、相当な傾斜角で前記共通の軸線
   と交差する軸線を有する該弁本体内の筒状の制御室１５
   、該弁本体内において該制御室の一端に共軸に位置し、
   かつ該入口通路を該制御室へ接続する円形通路１６、前
   記制御室の前記一端にあって、該円形通路から外方へ張
   り開き、かつ一部が前記円形通路と前記出口通路との間
   に直行的に延び、かつ該制御室の軸線と共軸である切頭
   円錐状の弁座１９、前記制御室の他端を密封し、かつ限
   定された軸線方向のたわみ運動を行うダイヤフラム３６
   を含む装置、前記制御室の外部から該ダイヤフラムに限
   定された軸線方向のたわみ運動を付与する装置３１，４
   ４，４６、前記ダイヤフラムの運動に従って前記制御室
   の軸線に沿って運動を行うように設けられた閉鎖部材２
   ０、前記閉鎖部材にあって、前記切頭円錐状の弁座と対
   向し、かつこれと同軸に配置された外方に張り開いた切
   頭円錐状表面２４を含み、前記閉鎖部材の該切頭円錐状
   表面は該弁座と同じ広がりを有しかつ該弁座から一定角
   度だけ張り開いて、弁が開放位置にあるときに前記弁座
   と協同してディフューザ部分４８を形成し、該ディフュ
   ーザ部分の断面積が前記円形通路から離れる方向におい
   て増大し、該ディフューザ部分の一部が前記円形通路と
   前記出口通路との間に直行的に延在して前記共通軸線に
   沿って前記入口通路と前記出口通路との間に直線状の連
   通を提供し、さらに該閉鎖部材にあって、弁が閉鎖して
   いる際に、前記弁座の最小直径の区域において前記弁座
   と密封係合する環状表面を含む低リフト弁。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の弁において、前記デ
   ィフューザ部分が弁の開放位置と閉鎖位置との間におけ
   る前記閉鎖部材の運動の長さの約４倍の長さと、前記円
   形通路の面積より小さい最大流れ断面積を有する低リフ
   ト弁。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の弁において、前記弁
   座と前記閉鎖部材の該切頭円錐状表面との間の角度が約
   ５度である低リフト弁。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の弁において、該閉鎖
   部材が弁の開放位置と閉鎖位置との間において前記共通
   軸線の上下に同じ距離だけ動く低リフト弁。