JPS608380B2 - 弁封鎖装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁の封鎖装置、特に弁に作用する流体圧力の作
用下において封鎖の有効性を改善した弁封鎖装置に関す
るものである。

従来、封鎖面として球の一部を含む回動可能な弁閉止部
材を有する蝶形弁または玉弁のような弁においては、多
くの異なる形状および材料から成る弁封鎖装置を採用す
るのが普通であった。

ルース（Ｒｏｏｓ）氏の米国特許第３７３４４５７号に
開示された一方法では、弁閉止部材の封鎖面より内径が
小さく且つ半径方向の伸長が弾性金属論により部分的に
抑えられるようにした弁封鎖環が提供され、こうするこ
とによって封鎖装置とディスクとの間に締まりばめが実
現されその結果封鎖装置は圧縮され弾性金属輪はディス
クを閉じると伸長する。またへルマン（Ｈｅｌｍａｎ）
氏らの米国特許第３６０８８６１号およびスワイン（Ｓ
ｗａｉｎ）氏のカナダ国特許第６９５０３７号に開示さ
れたその他の従来方法では、弁体凹所内に保持された封
鎖部材と「 この弁体凹所の下流側に硬直な環状突部と
が提供され、これらは支点として作用して流体圧力の作
用を受けて懐みを限定し封鎖の有効性を改善している。
これらの封鎖装置は重合体のまたは弾性体の要素を含ん
でおり、したがって採用した重合体またはェラストマー
の破壊温度以下の温度範囲に制限される。高温に通した
従来の金属製封鎖装置はドンネリィ（Ｄｏｎｎｅｌｌｙ
）氏の米国特許第３８３４６６３号、バーチス（Ｂｕｍ
ｓ）氏の米国特許第３０７７３３２号および３１５３４
２７号およびスワイン（Ｓｗａｉｎ）氏のスイス国特許
第３８３１０４号に開示されている。

このような封鎖装置は弁閉止部材を閉じた時半径方向に
弾性的に膨脹する特徴があり、封鎖部材に作用する圧力
の作用に依存して作用圧力のある範囲またはすべての範
囲にわたり封鎖の有効性を増大する。螺形弁および玉弁
封鎖装置に対するこれらの方法および関連するその他の
方法にある問題に遭遇してはいるもののいくつかの用途
において有効であることが判っている。特に従来の封鎖
装置の構成を採用している弁は２方向の用途すなわちよ
り高い流体圧力が弁のどちらの側にも加えられることが
ある用途では必ずしも有効であることが証明されていな
い。さらに、このような封鎖装置は多くは限定された作
動圧力範囲内のみで有用であった。本発明の目的はＬ封
鎖面が球の一部である蝶形弁または玉弁のような弁閉止
部材を有する弁の改良した弁封鎖装置を提供するにある
。

本発明の他の目的は、どちらの方向にも弁に作用する流
体圧力差によって有効性が増大される弁封鎖装置を提供
するにある。

本発明の他の目的は、流体圧力差の作用により弁閉止部
材が移動するのを補償するようにした弁封鎖装置を提供
するにある。

また本発明の他の目的は、高温で有効であり「熱膨脹ま
たは熱収縮および摩耗の作用に対して補償できる弁封鎖
装置を提供するにある。

これらの目的および以後明らかになるその他の目的を達
成するために、周縁に収赦する表面を含む閉止部材を有
しこの閉止部材が弁体内に保持され且つ開放位置と閉止
位置との間に回動し得る弁を提供する。

この弁体の壁の環状凹所内に金属弁封鎖部材が保持され
、この金属弁封鎖部材に、半径方向内方の環状封鎖部を
設け、この環状封鎖部を断面でほぼＵ字状溝形にし、閉
止部材を弁閉止位置に回動した時閉止部材の周縁に封鎖
係合するようこのＵ字状溝形の最内面の直径を閉止部材
の接触点における直径より僅かに小さくし、この封鎖部
から外方に突出する弾性ウェブ部をこのＵ字状溝形に設
ける。このウェブ部を半径方向に延びるフランジ部によ
って包囲し、封鎖部材の外周縁の周りに流体が流れるの
を防止するためこのフランジ部を弁体に係合させる。ウ
ェブ部とフランジ部との接合点にまたはその付近に可榛
点の環状位置があり、閉止部材を閉止位置に回転し流体
圧力差が弁素子に作用した時、この可榛点の環状位置の
周りにウェブを軸線方向に偏向させる。この可榛点の環
状位置は閉止部材と封鎖部材の封鎖部との間の接触点の
環状位置から閉止部材の表面の収数方向に変位される。
作動に当り「弁閉止部村を閉止位置に回動したとき「
この弁閉止部材の周綾上の収赦表面は封鎖部材の内側封
鎖部に係合し、この封鎖部材を強制的に膨脹させる。

弁の両端に圧力差がない場合には、封鎖部村の封鎖部は
半径方向に伸長され、一方ウェブ部は封鎖部材の軸線方
向の偏向と半径方向の膨脹とをして閉止部村を収容させ
るのに必要な山形ばねとして作用し、この封鎖装置のウ
ェブ部は半径方向に圧縮されて置かれる。弁閉止部材の
収数表面に対向する弁の側から加えられる圧力差の作用
を受けて、閉止部材は収歓の方向に動かされ、その収数
表面を下流方向に封鎖部材に割込ませて封鎖部材と閉止
部村との間の封鎖力を増大させる。圧力差が閉止部材の
周緑の収赦の方向から加えられるとき、閉止部材は収鍬
の方向から離れる方向に動かされ、一方閉止部村の最初
の閉止によって生ずる封鎖部材の封鎖部内の円周方向の
たが応力は弾性ゥェブ部によって与えられ且つ封鎖装置
に作用する圧力差の作用によって一層強められる軸線方
向の力に協働しち封鎖部材と閉止部材との間の封鎖係合
を保持する。図面を参照して本発明を説明する。

第１図〜第５図の実施例では、弁体１０を有する蝶形弁
を示し、この弁体１０内で閉止部材１４を弁ステム１２
上に取付ける。

この弁ステムの−端１６を弁体１０の外に突出し、この
一端１６を任意普通の弁作動装置（図示せず）に枢着す
る。適当なステムパッキン１８を設けてこの弁内から流
体が漏洩するのを防止する。ここではピン２０によって
例示した任意適当な手段によって弁ステム１２に閉止部
村１４を敬付ける。この閉止部材に周縁が収鰍する封鎖
面１５を設ける。この封鎖面１５は球の断面であるのが
よい。環状封鎖保持器２２と弁体１０との間に環状単一
の弁封鎖部村２４を保持する。

環状封鎖保持器２２と弁体１０との間で弁封鎖部村２４
の外周緑フランジを１組のねじ２８によってクランプす
ることにより環状封鎖保持器２２と、弁封鎖部材２４の
外周緑フランジ２６と、弁体１０との間を流体密に封鎖
する。この弁を流れる流体に対し化学的および物理的に
抵抗性のあるたとえば青銅または不銭鋼のような可榛・
性の弾性金属で弁封鎖部材２４を構成する。弁が開いて
いるときの弁封鎖部材２４の位置を示している第２図に
一層明示するように、半径方向内方の封鎖部３０と、こ
の封鎖部から外方に突出する弾性可操性の皿形のウェブ
３２とを弁封鎖部材２４に設ける。

閉止部材１４との接触点における封鎖部３０の直径を封
鎖面１５の直径より僅かに４・さくし「閉止部材１４を
閉止位置に回動した時閉止部材と、封鎖部３０とが相互
に鉄着するようにする。この図面では閉止部村１４を破
線で示し、弁が閉じた時の閉止部材１４の位置を示す。
ほぼＵ字状の横断面を有する環状溝形部材として封鎖部
３０を形成し、このＵ字状の一方の脚をウェブ部３２へ
の連結部とし、他方の脚の端部を唇部３６にし、この唇
部３６によって封鎖部３川こ強度を与えるようにする。
弁体１０と環状封鎖保持器２２との対向面によって第１
側壁３８と第２側壁４０とを有する環状弁体凹所を構成
する。

側壁３８と４０とを十分に分離するのが好適であり、こ
のようにして閉じた時閉止部材１４の作用を受けまたは
流体の圧力差の作用を受けて弁封鎖部材２４が鞠線方向
に動し・た時弁封鎖部材２４の封鎖部３０とウェブ部３
２とがこれ等側壁に酸蝕しないようにする。第３図では
閉止部材１４を閉止位置に回動した状態で弁を示し、封
鎖面１５は弁封鎖部材２４の内側の封鎖部３０１こ掛合
している。

この状態において、封鎖部材の封鎖部３０を弾性的に拡
開し閉止部材の封鎖面１５を収容する。皿状のウェブ部
３２はこのゥェブ部３２とフランジ部２６との接合部に
ある可榛点３４の位置すなわち濠状枢着点の周りに封鎖
面１５の収数方向に軸線方向に弾性的に操む。この図面
では破線で開放位置にある弁封鎖部材２４の位置を示す
。さらに弁封鎖部材２４によって閉止部材１４に作用す
る軸線方向の力によって閉止部材１４と弁ステム１２と
の間の間隙および弁ステム１２とその支持軸受との間の
間隙を除去する。第１図の弁の前後に加わる流体圧力差
の作用を受けて、閉止部村の封鎖面１５が収鍬している
この閉止部村の側面から一層高い圧力が加わっているか
ら（第４図の矢印参照）、弁封鎖部材２４と閉止部材１
４とは第４図に示した位置に押圧される。

弁が開いている時の弁封鎖部材２亀の位置および圧力差
が無くて弁が閉じている時の閉止部村１４の位置を第４
図に破線にて示す。封鎖面１５の収飲する方向とは反対
方向に流体圧力によって閉止部材１４を押圧する。弁封
鎖部村２４に作用するこの圧力は閉止部材１４の最初の
閉止に応敷して弁封鎖部材２４の皿状のゥェブ部３２に
よって加わる軸線方向のばね力と、封鎖部３川こよって
生ずるたが応力すなわち周囲から内方に向け抵抗する巻
絞め応力とに共働して弁封鎖部材２４を閉止部村の封鎖
面１５に流体密に係合保持する。第５図においては、こ
の実施例の弁封鎖部材２４と閉止部材１４とを封鎖面１
５の収歓の方向に向け作用する圧力差の作用を受けてい
る状態に示し、弁が開いている時の弁封鎖部材２４の位
置と、流体圧力がなく弁が閉じている時の閉止部材１４
の位置を破線にて示す。この状態では、流体圧力の作用
を受けて封鎖面】５の収歓の方向に閉止部材１４を押圧
し、弁封鎖部材２４の内側の封鎖部３Ｍこ封鎖面量５を
封鎖係合するよう一層緊密にはさみ込んでいる。弁封鎖
部材の弾性のウェブ部３２によって生ずる軸線方向のは
ね力によって封鎖部３０が軸線方向に移動するのを眼定
する。本発明による金属封鎖装置は封鎖部材が第２図に
示す位置にある時、封鎖部材２４の枢着部すなわち可榛
点３４と、Ｕ字状の内側の封鎖部３０の曲率の中心とを
通って引いた仮想線が、閉止位置にある時の封鎖部村と
閉止部材１４との交差点における閉止部材１４の封鎖面
１５にほぼ直角であるように形成するのが好適である。

言いかえれば、第２図の封鎖部３０の曲率の中心を通り
点３４から引いた線が閉止部村の封鎖面１５の閉止位置
を示す破線にほぼ直角に交差するのが望ましい。ここに
「ほぼ直角」という語は直角から約１０度以内にあるこ
とを意味する。このような仮想線が閉止位置にある封鎖
面１５に直角からかなり離れた角度に交差するよう本発
明封鎖装置が構成されていたとしても、この角度が直角
から約１０度以内にあれば封鎖の有効性と、閉止部材を
閉止位置に回転するのに必要なトルクとの間の有利なバ
ランスを大部分の用途に対して達成し得ることを確かめ
た。封鎖面１５と封鎖部材２４との間の第２図に示す相
互隊着と共にこのような相互関係によって、閉止部材を
第３図の閉止位置に回転した時、この封鎖部村によって
閉止部村１４の封鎖面１５に鞄線方向予荷重力および半
径方向予荷重力を確実に加えることになる。第３図の説
明に関連して前に述べたように、ゥェブ部３２とフラン
ジ部２６との接合部にある可接点３４の位置の周りに本
発明のゥェブ部３２は鯛方向に可榛・性であり、可接点
３４のこの位置は閉止部材の封鎖面ｉ５の収数の方向に
封鎖部材２４の内側の封鎖部３０と封鎖面１５との接触
区域から軸線方向にずれている。

このように可接点３４の位置が藤線方向にずれることは
望ましいことであり、これは可視点３４と封鎖部３０の
曲率の中心とを通って引いた仮想線が上述したように第
２図の閉止部材１４の封鎖面１５とほぼ直角に交差して
いるからである。点と平面との間の最短距離はその点を
通りその平面に直角な直線に沿って測った距離であるこ
とは当業者には明らかなことである。従って第３図に示
す閉止位置に弁の閉止部材１亀を回転した時「封鎖部３
０とウェブ部３２とは閉止部材の封鎖面１５の収欽方向
に向け動き、可孫点３４から封鎖面竃５への最も近い距
離にある区域または連続点内で封鎖部材２４の封鎖部３
０が封鎖面５０に接触する。封鎖部３０と封鎖面１５と
の接触点から封鎖面１５の収畝方向に可接点２４が軸線
方向にずれることにより、また封鎖部村の封鎖部３０が
その麹線方向の偏向と共に円周方向に伸長することによ
って封鎖部材のウェブ部３２は同時に圧縮状態になる。
この伸長と偏向とによって封鎖部村と閉止部村との間の
接触区域を可接点３４の位置に一層近〈押圧する。第４
および第５図を参照すれば一層明らかなように、閉止部
村１４のいずれかの側に加わった流体圧力差の作用を受
けて閉止部材と封鎖部材とが移動する時、ゥェブ部３２
は圧縮状態のままに留まる。これは封鎖部村２４の位置
は封鎖面１５の収数の方向とは反対方向にその破線の位
置すなわち「自由位置」より一層遠く移動しないからで
ある。ウェブ部３２がこのように圧縮されることによっ
て、閉止部材の封鎖面１５の収欲の方向から封鎖部材２
１と閉止部材１４とに加わり封鎖部３０を封鎖面１５上
に外方に強制的に押圧する傾向がある圧力差の作用は、
封鎖部３０の封鎖面１５との接触点が可接点３４に一層
近づくよう動く時ウェブ部３２をさらに外方に押圧する
のに抵抗するゥェブ部３２内の力と封鎖部が強制的に拡
開作用を受ける時封鎖部材の封鎖部３０内のたが応力す
なわち周囲から内方に向く巻き絞め応力とによって反対
作用を受ける。封鎖面１４の収敷の方向とは反対方向に
弁の側部から封鎖部材２４と閉止部材１４とに加わる圧
力は、閉止部材１４が封鎖部材２４に割込む傾向がある
から、ウェブ部３２内の外方への圧縮力と封鎖部３０内
のたが応力すなわち周囲から抵抗する巻絞め応力とによ
って反対作用を受ける。ゥェブ部３２の圧縮負荷と封鎖
部３０のフープ伸長作用との相互作用によってゥェブ部
３２によって封鎖部３０を支持し、弾性限界を越えて封
鎖部が伸長する危険を最小すると共に、封鎖部に十分な
可榛性を与えて閉止部材に合致させ弁を閉じた時緊密な
遮断を行なうことができる。封鎖部材２４のほぼＵ字状
の封鎖部３０上の唇部３６は３個の作用がある。

すなわち第１に封鎖部材２４に聡線方向の付加的岡山さ
を与えるようウェブ部３２と共働する付加的な山形ばね
素子として作用する。第２に封鎖面１５の収歓の方向か
ら作用して封鎖部を展開させると共に封鎖部材を下流方
向に強制的に押圧して漏洩を生ぜしめる圧力差の傾向に
対応し得るよう唇部３６によって封鎖部３０１こ半径方
向の強度を与える。第３に、唇部３６を設けることによ
って、封鎖部３０の封鎖面１５との接触点が封鎖部材の
端緑にならないようにし、これにより封鎖部の応力によ
る割れおよび機械的侵食の危険を最少にする。第６図に
本発明の第２実施例を示し、環状ウェブ部１３２を設け
、単一金属弁封鎖部材１２４の外側周縁フランジ部１２
６と内側環状封鎖部１３０とを連結させる。

第１〜５図の実施例におけるように、この実施例では、
弁体１０と、封鎖部材の周縁フランジ１２６をクランプ
するための環状封鎖保持部材２２と、収数する封鎖面１
５を有する弁閉止部材１４とを設ける。この図面では弁
が開いている時に占める位置に封鎖部村２４を示し、比
較のため弁が閉じた位置に弁閉止部材１４を破線にて示
す。この実施例の環状ウェブ部１３２は第１〜５図の実
施例とは異なり皿形でなく、封鎖部材１２４のフランジ
部１２６の半径方向の延長部である。

ウェブ１３２に対するフランジ１２６の接合点付近に可
榛点１３４の位置を設け、弁閉止部材１４の封鎖面１５
の収救方向にこの可操点１３４の周り‘こウェブ部１３
２を軸線方向に偏向させる。ゥェブ部１３２のこの軸線
方向の偏向に付随して内側封鎖部１３０が円周上で伸長
し閉止部材の封鎖面１５を収容する。この封鎖面の円周
上の伸長によってこの部分の直径が増大し、この場合で
もウェブ部１３２を半径方向に圧縮状態に置く。閉止部
材の封鎖面１５の収数の方向から加わる流体圧力差の作
用を受けて、ウェブ部１３２のこの半径方向の圧縮力は
封鎖部１３０のたが応力に共働し、第１〜５図の実施と
同様に、封鎖部材と閉止部村との間の接触点から接触面
１５の収数方向に可接点１３４の位置が鞠線方向にずれ
ることによって封鎖部材１２４を閉止部材１４に封鎖係
合して保持する。ここに説明した弁封鎖装置には多くの
変更を加え得ることは当業者には明らかである。

たとえばこの封鎖装置を蝶形弁に採用した好適な実施例
を説明したが、このような封鎖装置は球形弁でも同機に
採用してもよいこと明らかである。したがって本発明は
ここに説明したものに限定されない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明封鎖装置を含む煤形弁の部分断面図、第
２図はそれぞれ弁を開いた時の封鎖部材と、弁を閉じた
時の閉止部材との相対寸法および位置を示す第１図の封
鎖装置の拡大詳細断面図、第３図は閉止部村を閉止位置
に示し、この弁の前後に圧力差がない場合の第２図の封
鎖装置の詳細断面図、第４図は閉止部材の周緑の収数側
から圧力が加わった場合の第２図の封鎖装置の詳細断面
図、第５図は第４図の閉止部材に反対側から流体圧力が
加わった場合の第２図の封鎖装置の詳細断面図、第６図
はそれぞれ弁を開いた時の封鎖部材と、弁を閉じた時の
閉止部材との相対寸法および位置を示す本発明の他の実
施例の詳細断面図である。 １０…・・・弁体、１２・・・…弁ステム、１４・・・
・・・閉止部材、１５…・・・封鎖面、１６・…・・一
端、１８・・・．・１ステムパッキン、２０・・・…ピ
ン、２２・・・・・・環状封鎖保持器、２４・・・…弁
封鎖部材、２６・・・…外周縁フランジ「 ３０……封
鎖部、３２……ウェブ部、３４・・・・・・可榛点「
３６・・…サ唇部、３８・・・・・・第１側壁、４０…
…第２側壁、１２４……封鎖部材、１２６・…・・外側
周緑フランジ、１３０・・・・・・内側環状封鎖部、１
３２・・・・・・環状ゥェブ部、１３４．・・・・・可
接点。 オー図 オ２図 才３‘２ 分４ｌ９ グヲ図 ７ら図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面がＵ字状の内側封鎖部とこの内側封鎖部から外
   方に延びる弾性可撓牲ウエブ部とこのウエブ部から外方
   に延びる外側周縁部とを有していて可撓点の位置が前記
   ウエブ部と前記外側周縁部との接合部にある単一金属環
   状封鎖部材と、中心孔と前記封鎖部材の前記外側周縁部
   を前記中心孔の内部において封鎖係合させるための部材
   とを有する弁体と、前記孔内で開放位置と閉止位置との
   間を回動し得る弁閉止部材であって該弁閉止部材には該
   弁閉止部材が閉止位置にあるときに前記封鎖部材の前記
   内側封鎖部と接触区域において締りばめにて封鎖係合さ
   れるための前記弁体の軸線の方に向いて収斂する円周封
   鎖面を有する弁閉止部材とを備え、前記可撓点の位置が
   前記封鎖部材と前記弁閉止部材との間での接触区域から
   は前記弁閉止部材の前記円周封鎖面の収斂方向に向けて
   変位されている弁封鎖装置において、前記封鎖部材のＵ
   字状断面には該断面の曲率中心が定められていて、前記
   弁閉止部材が開放位置にあるときに前記Ｕ字状断面の前
   記曲率中心と前記可撓点の位置とを通つて引かれる仮想
   線は前記弁閉止部材が閉止位置にあるときには前記弁閉
   止部材の円周封鎖面に対して実質的に直角をなして交差
   して、それによつて前記弁閉止部材が前記閉止位置に回
   動されると前記封鎖部材の前記内側封鎖部が半径方向に
   伸長拡開されて前記弁閉止部材を収容し、前記ウエブ部
   が弾性的に軸線方向に偏向させられ且つ外方に向けて圧
   縮された状態に置かれるようにしたことを特徴とする弁
   封鎖装置。 ２ 前記仮想線が前記円周封鎖面に対して直角から１０
   度以内において交差することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の弁封鎖装置。 ３ 前記仮想線が前記円周封鎖面に対して直角に交差す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の弁封
   鎖装置。 ４ 弁体と該弁体を貫通する中心孔と該孔の内部に保持
   された円板とを有している弁であり且つ前記円板を開放
   位置と閉止位置との間で前記孔を横断する軸のまわりに
   回動させることができて前記弁内を通る流体流れを前記
   弁を横切る差圧力の全範囲にわたつて遮断するための弁
   に関する弁封鎖装置であつて、前記孔を取り囲んでいて
   断面がＵ字状をなす弾性内側封鎖部と前記弁体に漏洩を
   防止するように関連させて保持されている外側周縁フラ
   ンジ部と前記内側部および外側部を連結している中間ウ
   エブ部とさらに該ウエブ部と前記外側フランジ部との間
   にある可撓点の位置とを有し前記ウエブ部が前記可撓点
   のまわりで軸方向に弾性的に撓わみうる金属環状封鎖部
   材と、前記円板の周辺に円周方向に配置された収斂面部
   材であって前記円板の一方の端部上で前記中心孔の軸に
   向かって収斂され前記円板が閉止位置にあるときには接
   触区域において前記封鎖部材の内側封鎖部と締りばめに
   て係合される収斂面部材とを備え、前記可撓点の位置が
   前記接触区域からは前記収斂面部材の収斂方向に向けて
   片寄つている弁封鎖装置において、前記円板が開放位置
   にあるときに前記内側封鎖部の前記Ｕ字状断面の曲率中
   心と前記可撓点の位置とを通って引かれる線は前記円板
   が閉止位置にあるときには前記円板の前記収斂面部材に
   対して実質的に直角をなして交差し且つ前記収斂面部材
   が前記封鎖部材の前記内側封鎖部を円周方向に伸長拡開
   させて該収斂面部材を前記内側封鎖部に収容させ、さら
   に前記円板の閉止に際して前記ウエブ部を軸方向に偏向
   させ且つ前記ウエブ部を外方に向けて圧縮された状態に
   置くことを特徴とする弁封鎖装置。 ５ 前記収斂面部材は、前記円板が該円板上にどちらの
   側からでも作用する流体の差圧力によって軸方向に変位
   される際、作用する圧力差の全範囲にわたって前記ウエ
   ブ部に該ウエブ部が外方に向けて圧縮される荷重を装荷
   させることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   弁封鎖装置。