JPS61274188A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は弁箱内の弁体を外部に貫通している弁棒により
操作する弁に関し、特にそのステムシール機構に関する
。

〔従来の技術〕

従来の弁は、弁体作動のための弁棒回りの流体封鎖を行
うパツキン材が、人造ゴム又は樹脂等で製作されている
のが一般的であり、火災などの異常な高温に遭遇した時
にシール不能となることを避けるために、弁棒回りの洩
れを金属対金属の接触によって防止するよう熱可溶性の
環状円板を備えた弁がいくつか提案されている。

そのｌは第３図及び第４図示の米国特許第４，２１４．
６００号で、弁箱１の弁室２内で弁体３を摺動させるた
めの弁棒４が弁蓋５を貫通する弁棒通路の弁室２側端部
に環状座部７を設け、これに対応して金属対金属シール
を形成する環状肩部６を弁棒４に設ける。弁棒４を回転
可能に保持する軸受組立体の上部に熱可溶性の環状円板
８を設け、前記環状肩部６と前記環状座部７とが接触し
ないように僅かの距離を保つように弁棒４の軸方向の位
置を保持している。火災時には第４図示のように環状円
板８が溶解してドレン孔９より流出してしまうと、弁棒
４に設けられた環状肩部６が弁棒４の横断面積に加わる
流体圧力によって弁蓋５に設けられた環状座部７に押圧
され、金属対金属のシールが形成される機構となってい
る。

その２は第５図及び第６図示の特開昭５８−７４９７１
号で、全体の構造は前記その１の例と類似であるが、弁
棒と弁体の結合部が改良されたものである。

なお両図とも弁体の位置は右半分は閉鎖状態、左半分は
開放状態を示したものである。弁体ｉｆ）と弁棒４の下
端のネジ部４−１　との結合は環状リブ１１を介して行
われている。弁棒４に設けた環状肩部６と弁蓋５に設け
た環状座部７とは前記その１の例と同様で、環状円板８
により僅かの距離を保つように弁棒４の軸方向の位置が
保持されている。

前記弁体ｌＯと環状リブ１１とは回転方向には固定され
ており、軸方向には前記環状肩部６と環状座部７との間
の僅かの距離より大きな距離の軸方向隙間１２を設けて
取付けられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記何れの例でも火災等異常高温にさらされた場合、熱
可溶性の環状円板８が溶け、弁体４は弁室２内の流体圧
力により押上げられて前記環状肩部６が環状座部７に押
し付けられ、金属対金属のシールが形成されるのである
。

しかし前記その１の例では弁が閉止時には弁体３は流路
方向下流側に押し付けられているので、この摩擦に抗し
て弁棒４を押し上げるためには、弁棒４は弁体操作に必
要な太さよりはるかに太いものにする必要がある。

また前記その２の例では弁を閉止した直後には前記軸方
向隙間１２は環状リブ１１の上側にあるので、弁棒４は
容易に押し上げられるが、この軸方向隙間１２も振動や
誤操作などで軸方向隙間１２に相当するだけ弁棒４に取
り付けられたハンドルが開方向に戻された状態ではその
効果は無くなってしまう。

また上述の何れの例の場合でも火災時に金属対金属のシ
ールを形成する手段は弁棒４を押し上げるものであるの
で、正常動作時には非上昇弁棒を有する弁においてのみ
有効であり、弁棒の上昇する弁には応用出来ないという
問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来の弁における上述のような問題点に着目
してなされたものであり、弁棒回りの流体封鎖を行う従
来のパツキンの外方に火災時にのみ作動する耐熱圧縮パ
ツキンを併用することにより上述の問題点を解消した。

すなわちパツキン部の弁棒径を必要以上に大きくするこ
となく、弁棒の上昇する構造の弁にも適用可能な、改良
された弁とステムシール機構を提供することを第１の目
的とする。

耐熱圧縮パツキンは、流体圧力以上の圧力で強く押し付
けることで封鎖が行われるのが一般的であるが、石油掘
削業界で使われる弁は原則として外部よりのパツキン締
付機構を持たないので、本発明もパツキン締付を外部よ
りおこなうのではなく内部で流体圧を利用して行うこと
を第２の目的としている。

以下本発明の実施例を示す第１図及び第２図に基づき詳
細に説明する。

図において弁体２３が弁箱１３内の流路（貫通ボア１４
）を横切る弁室１５内に取り付けられて、流路を開閉す
る弁体２３を摺動させるための弁棒２５が弁蓋１６の弁
棒通路２６内を経由して外部に貫通している弁において
、前記弁棒通路２６の中間に急激な第１の半径拡大部３
３を形成する上向肩部３４と、この第１の半径拡大部３
３の上端に上方に広くなるテーパー状の第２の半径拡大
部３５を形成する上向テーパー肩部３６と、前記上向肩
部３４を底とする第１の半径拡大部３３内に設けた環状
の軟質パツキン３７と、この軟質パツキン３７を保持す
るように前記弁棒２５に嵌通し弁体２３方向に管状部を
有して上部外周には上向きに細くなるテーパー面を有し
たパツキン押え３８と、底面は上方に広くなるテーパー
面の特、殊摩擦面を有して前記上向テーパー肩部３６に
接し、内周は上向きに細くなるテーパー面を有して前記
パツキン押え３８のテーパー面に接し、外周は円筒状で
上面は平面の特殊摩擦面を有した環状リングでかつ円筒
上で数箇所分割されたクサビ３９と、環状のフランジ部
を有して上方に管状の突起を有したパツキン受け４０と
、このパツキン受け４０のフランジ部の上面に接して、
熱可溶性材料で作られた環状円板４１と、前記クサビ３
９の外周面の外側に分割されたクサビ３９の外径を拡大
可能にしかつ高温によって溶解した時の前記環状円板４
１の逃げ場所となるための逃し空間４２と、前記環状円
板４１に接した底面を有し、内面の弁棒通路の中間から
下側に急激な第３の半径拡大部４４を形成し、前記上向
テーパー肩部３６を底とする弁棒回りの環状空間内の上
方にネジ結合された環状のパツキン箱４３とこのパツキ
ン箱４３の前記第３の半径拡大部４４内に前記パツキン
受け４０の管状突起に接して設けた複数個の耐熱圧縮パ
ツキン４６と、前記パツキン箱４３と弁ＩＦ１６間の流
体封鎖を行う環状のメタルパツキン４８とを備えていて
、前記環状円板４１の溶解温度を前記軟質パツキン３７
の高温側シール限界温度より僅かに低い温度とし、パツ
キン箱４３を弁蓋１６にネジ結合した時、クサビ３９の
分割部の隙間が最小でかつ耐熱圧縮パツキン４６を軸方
向に強く押し付けない位置関係にしたものである。

また前記クサビ３９の上面とテーパー状底面の特殊摩擦
面はクサビ３９を半径拡大方向に滑りやすく、半径縮小
方向に滑りに＜＜シた鋸歯状の微小のバイト目を設けた
ものである。

〔作　用〕

上述のような構造の弁は通常の使用状態では環。

状円板４１が軸方向力を支持し、パツキン受け４０が耐
熱圧縮パツキン４６を押し付けない位置を保持し、火災
の如き異常高温に遭遇すると環状円板４１が溶解し、逃
し空間４２に流出して支持力を失い、軟質パツキン３７
の横断面積に加わった流体圧力による軸方向力はパツキ
ン押え３８を軸方向に押し上げ、クサビ３９を半径方向
に拡大しながら上方向に押し上げ、パツキン受け４０を
介して耐熱圧縮パツキン４６を押し付け、弁棒回りの流
体封鎖を耐熱圧縮パツキン４６に受け持たすとともに、
弁蓋１６とパッキン箱４３間に設けたメタルパツキン４
８とによって軟質パツキン３７のシール限界温度を越え
た時も弁棒回りの洩れを封鎖するものである。

なお前記クサビ３９の上面とテーパー面の特殊摩擦面に
より、一旦耐熱圧縮パッキン４６を押し付けた後はこの
押し付け力を保持しやすくしたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図は同じくステ
ム部の断面図である。

弁箱１３は流路を形成するために長手方向の貫通ボア１
４を有し、貫通ボア１４の両端の中間には流路に直交し
て上部に開口した弁室１５が設けられている。弁箱１３
の上部には弁蓋１６が一連のボルト１７゜ナツト１８に
よって取付けられ、環状のメタルパツキン１９によって
弁箱上部の開口部の閉鎖部材を形成し、閉鎖した弁室１
５を形成する。貫通ボア１４と弁室１５の交差位置に弁
座２０および２０’を配設してガイド２１および２１′
によって支持し、弁座２０および２０’相互を平行とし
、パツキン２２および２２′によって弁座２０および２
０’と弁箱１３間の流体を封鎖する。弁体２３を弁座２
０および２０′の中間に設は弁室１５内を上下方向に滑
動させ、弁の開位置においては開口２４を貫通ボア１４
と一致させ、弁の閉位置においては弁体２３の開口２４
の無い部分が弁座２０に押圧せしめられて貫通ボア１４
を通る流体の流れを阻止する。弁棒２５は弁Ｍ１６の弁
棒通路２６内を貫通して弁蓋１６外に突出している。

弁体２３上部には、内側にネジを付された駆動ナツト２
７が弁棒２５の軸方向に非可動で非回転状態に配設され
、弁棒２５の下端部のネジ２８に螺合されている。弁蓋
１６下端には弁室１５の延長としての環状空間２９が設
けられており、環状空間２９と弁棒通路２６との接合部
に同軸的に形成した円錐台形の環状座部３０がある。

弁棒２５のネジ部２８の上方には同軸的に形成された肩
３１があり、その肩３１の上端には環状座部３０に対応
したシール面３２が環状座部３０と僅かな軸方向隙間を
有して設けられている。

環状座部３０の上方に少し離れて、急激な第１の半径拡
大部３３があって上向き肩部３４を形成し、さらに上方
には上方↓こ広くなるテーパー状たとえば弁棒２５の軸
方向に対して６０°の上向きテーパー肩部３６があって
、第２の半径拡大部３５を形成している。

前記上向き肩部３４を底とする弁棒２５回りの環帯内に
従来の軟質パツキン３７が設けられている。軟質パツキ
ン３７の上方にこれと係合するよう下向きに延びた管状
部分を有して上部外周には上向きに細くなる、たとえば
弁棒２５の軸方向に対して３０゜の同軸のテーパー面を
有したパツキン押え３８が設けられている。また、底面
に上方に広くなるテーパー面を有して上向きテーパー肩
部３６に接し、内面に上向きに細くなるテーパー面を有
してパツキン押え３８の上部外周テーパー面に接し、外
周は円筒状で上面は平面を有した環状のクサビ３９が設
けられている。このクサビ３９はさらに円周上で４〜８
分割され、上面とテーパー状底面には、それと接する相
手面との摩擦係数をコントロールするための鋸歯状の微
小のバイト目が半径拡大方向に滑りやすく、半径縮小方
向に滑りにくいような方向性を持って加工されている非
可逆摩擦面が形成されている。このクサビ３９の上側に
環状のフランジ部を存して上方に管状の突起を有したパ
ツキン受け４０が、底面をクサビ３９の上面に接して設
けられている。パツキン受け４０のフランジ部ρ上面に
接して、熱可溶性材料で作られた環状円板４１が設けら
れている。クサビ３９の外周面の外側に分割されたクサ
ビ３９の外径を拡大ならしめるためと火災によって溶解
した時の環状円板の逃げ場所となる逃し空間４２が設け
られている。環状のパツキン箱４３が上向テーパー肩部
３６を底とする弁棒回りの環帯内上方にネジ結合され、
パツキン箱４３の内面の弁棒通路には、中間から下側に
急激な第３の半径拡大部４４があって、この第３の半径
拡大部４４と弁棒２５で囲まれた環帯内に上部より第２
のアダプタ４５と耐熱圧縮パツキン４６たとえば炭素や
黒鉛やアスベスト等の繊維質主体の角線圧縮成形パツキ
ン（実施例では３個）と下部に第１のアダプタ４７を設
け、パツキン箱４３の下面と上向テーパー肩部３６の間
に、分割部の隙間を最小にしたクサビ３９とパツキン受
け４０と環状円板４１を保持すると共に、パツキン受け
４０の管状突起が第１のアダプタ４７に接して、耐熱圧
縮パツキン４６が軽く弁棒２５に接する程度にしである
。メタルパツキン４８をパツキン箱４３と弁蓋１６間の
流体封鎖を行うように設けである。

弁棒２５の上部に、環状ミゾ４９を設けてベアリングリ
テーナ５０を固定しベアリングリテーナ５０の上下にベ
アリング５１　、５２を設け、ベアリングナツト５３は
ベアリング５１　、５２とベアリングリテーナ５ｏを回
転可能に包含し、弁蓋１６にネジ結合され、弁棒２５の
ための軸受組立体を受容する。

弁棒２５の上端部には弁棒２５を回転させるためのハン
ドル５４が結合されている。

なお、上記実施例はゲート弁の場合であるが、ボール弁
の場合は弁棒２５が回動する。この場合でもシール関係
の動作は同じであるので、説明は省略する。

次に作用について示す。第２図において左側は通常の使
用状態での環状円板４１が健全な状態を示し、右側は火
災によって環状円板４１が溶解した状態を示している。

通常の使用状態においては軟質パツキン３７によって弁
棒２５と弁蓋１６間の流体封鎖を行う。軟質パツキン３
７の横断面積に加わった流体圧力による弁棒２５軸方向
力によってパツキン押え３８を押し上げパツキン押え３
８の上部テーパー面がクサビ３９の内面テーパー面に沿
って上昇する結果分割されたクサビ３９の外径が拡大す
るが、クサビ３９の底面のテーパー面が、上向テーパー
肩部３６に接している結果クサビ３９は上昇し、パツキ
ン受け４０を押し上げる力が発生するが、この力は通常
の状態では環状円板４１が受け持ち、耐熱圧縮パツキン
４６に力は伝達されない。環状円板４１の溶解温度は軟
質パツキン３７の高温側シール限界温度より僅かに低い
材料を選定しである。

次に弁が火災の如き異常な高温に遭遇すると、弁の温度
上昇によってまず環状円板４１が溶解し逃し空間４２に
流出するので上述のパツキン受け４０を押し上げる力に
対し対向する支持力が無くなり、該押し上げる力は第１
のアダプタ４７を介して耐熱圧縮パツキン４６を圧縮し
その結果耐熱圧縮パツキン４６が弁棒２５に押し付けら
れて弁棒２５回りの流体封鎖が可能になる。さらに弁の
温度が上昇し軟質パツキン３７のシール限界を越えて耐
熱圧縮パツキン４６とメタルパツキン４８によって弁棒
２５回りの流体封鎖を維持するためには耐熱圧縮パツキ
ン４６を押し付けた力を保持する必要があるが、その保
持力はクサビ３９の上面とテーパー状底面の鋸歯状の微
小のバイト目の特殊摩擦面がパツキン受け４ｏの底面と
上向きテーパー肩部３６面に食い込むことで一旦半径の
拡大したクサビ３９がその位置に保持されることでなさ
れる。又、耐熱圧縮パツキン４６の押し付け力は、軟質
パツキン３７と耐熱圧縮パツキン４６の横断面積比およ
びクサビ３９の内面と底面のテーパー面の角度を選定す
ることで最適な条件に設定可能である。

〔発明の効果〕

上述のような改良された弁とステムシール機構で耐熱圧
縮パツキン４６の締付力を流体圧力を利用して異常高温
時のみ封鎖効果を持たせたもので、通常時は耐熱圧縮パ
ツキン４６は流体にさらされなく、弁棒２５にも強く押
し付けられない位置に配設されているので信鯨性が大き
く、又弁棒２５の径を弁体操作に必要な掻取上に大きく
する必要はない。

前記説明から理解されるように、異常高温時でも封鎖効
果を持たせるために弁棒２５の上下動は全く関係ないの
で、非上昇弁捧を有するゲート弁だけでなく、弁棒の上
昇するゲート弁やボール弁等にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、第２図は要部の詳細図
、第３図及び第４図は従来の一例の断面図、第５図及び
第６図は従来の他の例の断面図である。 ２・・・・・・弁室、３・・・・・・弁体、４・・・・
・・弁棒、６・・・・・・環状肩部、７・・・・・・環
状座部、８・・・・・・環状円板、１゜・・・・・・弁
体、１１・・・・・・環状リブ、１２・・・・・・軸方
向隙間、１３・・・・・・弁箱、１５・・・・・・弁室
、１６・・・・・・弁蓋、２３・・・・・・弁体、２５
・・・・・・弁棒、２６・・・・・・弁棒通路、３３・
・・・・・第１の半径拡大部、３４・・・・・・上向肩
部、３５・・・・・・第２の半径拡大部、３６・・・・
・・上向テーパー肩部、３７・・・・・・軟質パツキン
、３８・・・・・・パツキン押え、３９・・・・・・ク
サビ、４０・・・・・・パツキン受け、４１・・・・・
・環状円板、４２・・・・・・逃し空間、４３・・・・
・・パツキン箱、４４・・・・・・第３の半径拡大部、
４６・・・・・・耐熱圧縮パツキン、４８・・・・・・
メタルパツキン。 才　　２　　凹

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弁体が弁箱内の流路を横切る弁室内に取り付けら
   れて、流路を開閉する弁体を摺動または回動させるため
   の弁棒が弁蓋又は弁箱の弁棒通路内を経由して外部に貫
   通している弁において、前記弁棒通路の中間に急激な第
   １の半径拡大部を形成する上向き肩部と、この第１の半
   径拡大部の上端に、上方に広くなるテーパー状の第２の
   半径拡大部を形成する上向きテーパー肩部と、 前記上向き肩部を底とする第１の半径拡大部内に設けた
   環状の軟質パッキンと、 この軟質パッキンを保持するように前記弁棒に嵌通し弁
   体方向に管状部を有して上部外周には上向きに細くなる
   テーパー面を有したパッキン押えと、 底面は上方に広くなるテーパー面の非可逆摩擦面を有し
   て前記上向きテーパー肩部に接し、内周は上向きに細く
   なるテーパー面を有して前記パッキン押えのテーパー面
   に接し、外周は円筒状で上面は平面の特殊摩擦面を有し
   た環状リングで、かつ円周上で数箇所分割されたクサビ
   と、 環状のフランジ部を有して上方に管状の突起を有したパ
   ッキン受けと、このパッキン受けのフランジ部の上面に
   接して、熱可溶性材料で作られた環状円板と、 前記クサビの外周面の外側に分割されたクサビの外径を
   拡大可能にしかつ高温によって溶解した時の前記環状円
   板の逃げ場所となるための逃し空間と、前記環状円板に
   接した底面を有し、内面の弁棒通路の中間から下側に急
   激な第３の半径拡大部を形成し、前記上向テーパー肩部
   を底とする弁棒回りの環状空間内の上方にネジ結合され
   た環状のパッキン箱と、このパッキン箱の下面に開口し
   た前記第３の半径拡大部内に、前記パッキン受けの管状
   突起に接して設けた複数個の耐熱圧縮パッキンと、前記
   パッキン箱と弁蓋間の流体封鎖を行う環状のメタルパッ
   キンと、 を備えていて、 前記環状円板の溶解温度を前記軟質パッキンの高温側シ
   ール限界温度より僅かに低い温度とし、 パッキン箱を弁蓋にネジ結合した時、クサビの分割部の
   隙間が最小でかつ耐熱圧縮パッキンを軸方向に強く押し
   付けない位置関係にして、通常の使用状態では、環状円
   板が軸方向力を支持し、パッキン受けが耐熱圧縮パッキ
   ンを押し付けない位置に保持し、火災の如き異常高温に
   遭遇すると環状円板が溶解し逃し空間に流出して支持力
   を失い軟質パッキンの横断面積に加わった流体圧力によ
   る軸方向力はパッキン押えを軸方向に押し上げ、クサビ
   を半径方向に拡大しながら上方向に押し上げ、パッキン
   受けを介して耐熱圧縮パッキンを押し付け、弁棒回りの
   流体封鎖を耐熱圧縮パッキンに受け持たすとともに、弁
   蓋とパッキン箱間に設けたメタルパッキンとによって、
   軟質パッキンのシール限界温度を越えた時も弁棒回りの
   洩れを封鎖することを特徴とする弁装置。
2. （２）前記クサビの上面とテーパー状底面の特殊摩擦面
   はクサビの半径拡大方向に滑りやすく、半径縮小方向に
   滑りにくくした鋸歯状の微少のバイト目を設け、耐熱圧
   縮パッキンの押し付け力を保持しやすくした面である特
   許請求の範囲第１項記載の弁装置。