JPS622074A - 弁のためのシール装置 - 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】 の 本発明はバタフライ弁に関し、そして更に詳細には、バ
タフライ制御弁のための新規な、改良された高性能の、
漏れのないシールに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点典型的に
、バタフライ弁は、１部分球形の周辺部を有しているデ
ィスクの形のベーンを具備している。このディスクは弁
ハウジングの流路内に回転可能に取付けられており、こ
れによってベーンの周辺部は弁を閉じるためにハウジン
グの内面に係合するように回転されることができる。閉
じた位置にあるとき、漏れのない弁の閉鎖を保証するた
めに弁周辺部と弁ハウジング面との間にシール要素を設
けるのが望ましい。従って、従来の技術はバタフライ弁
のベーンをシールするのに適したシール要素構成に対し
て数多くの提案を含んでいる。典型的に、シール要素は
リングシールの形であり、このりングシールは弁周辺部
が弁閉鎖のとき回転される位置において弁ハウジングの
周りに周辺に延びている。このシールは弁周辺部に係合
し、且つ弁をシールするためにシール上に半径方向の圧
縮を加える。この従来技術は弁の作動中にシール要素に
対して寸法上の安定性を与えるためにガラスを充填した
メンプランを有するシールを含んでいる。更に、バタフ
ライ弁のシールに対する多くの今までの提案は、弁周辺
部のシールによって半径方向の圧縮を与えるように配置
された追加のスプリング要素を使用している。

ヴ　　　するための 本発明の主たる目的は高性能バタフライ制御弁に使用す
る新しい、改良されたシール要素を提供することである
。一般的に、このシール要素は３つの１体の部分を含ん
でおり、所定の断面に形成された環状シール要素を具備
している。中央の部分は上流の流体の流れ方向において
上部第１の部分及び下部第３の部分に対しで延びている
ように配置されており、そして第１の部分のみが、シー
ル拘束チャンバ内に確実に取付けられており、このチャ
ンバはシール要素の所定の断面を全体的に囲んでおり、
且つその断面に一致している。第３の部分はシール拘束
チャンバから、弁ノ１ウジングの流体流路内に延びるよ
うに配置されており、これによって第３の部分は、漏れ
のないシールを提供するために弁閉鎖のとき弁の周辺に
係合することがで終る。

本発明の重要な特徴によれば、流体圧力は、シール要素
の３つの明らかに規定された別々の圧力領域作動段階を
介してシール要素によって保持される。シール要素の別
々の圧力領域作動モードの各々の間、流体圧力は、シー
ルの幾何学的配置、拘束チャンバサポート、応力分布及
び特定の作動モードの圧力範囲に対して最適であるシー
ル偏向を提供するために、シールをシール拘束チャンバ
に対して固有的（ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ）、且つ自動的
に方向づける。この方法では、シール要素への圧力の影
響は、シール要素における摩耗及び引裂きをかなり減少
するために３つの別々の圧力範囲の各々に対して実際に
最小に維持され、これによって本発明のシールの使用寿
命（ｗｏｒｋｌｉｆｅ）を非常に延長する０重要なこと
は、本発明は、寸法安定化のためのグラースを充填した
内部メンプラン又は半径方向の圧縮を与えるための追加
のスプリング要素を必要とすることなく長い使用寿命に
亘って漏れのない弁閉鎖を達成するシール要素を教示し
ている。

本発明の上記及び他の特徴と利点のよりよい理解のため
に、本発明の好ましい実施！！！様の下記の詳細な説明
及び添付図面を参照すべきである。

実施例 図面を参照すると、そして初めに第１図を参照すると、
バタフライ弁が全体的に参照番号１０によって示されて
いる。この弁が、円筒状の弁体１２と、軸１５を回転可
能に支持するために弁体１２と一体の軸支持構造体１３
．１４とを具備している弁ハウジング１１を含んでいる
。第４図に例示された如く、紬１５は構造体１３．１４
によっていづれかの端で支持されており、且つ弁体１２
の内部流れ領域２５を完全に通って延びるように配置さ
れている。更に、輸１５の右端は、作動器に連結するた
めに構造体１４を越えて延びでおり、これによって軸は
、当技術において公知の如く（特に例示しない）、時計
の針の方向又は反時計の針の方向のいづれかに作動スト
ロークを介して回転するように選択的に制御されること
ができる。

有利には、一連のシーリングリング１６が、流体の漏れ
を防ぐために構造体１４の内部表面と紬１５との間に取
付けられている。シーリングリング１６は、ナツト１８
及びボルト１９の配置によって構造体１４にボルト止め
されているｎ１部キャップ１７によって構造体１４内に
しまい込まれ、且つ圧縮される。追加的なＮ１部キャッ
プ部材２０は、弁ハウジング１１を閉じ、且つ密封する
ために適切なボルト２１によって軸支持構造体１３の開
放端にボルト止めされている。

部分的に球状の外方周辺部２３を含んでいる新規な円形
ベーン（ｖａｎｅ）　２２は、弁体１２内で回転するた
めに軸１５上に固定的に締めつけられている。第２図′
に例示された如く、紬１５はベーン２２を支持しており
、これによってベーン２２の全外方周辺部２３は、弁体
１２の内部円筒状表面２４の部分とシールされた関係に
ある。この位置において、ベーン２２は、弁１０を閉じ
るために弁体１２の流れ領域２５を完全に塞ぐ、従来の
バタフライ弁作動によれば、作動器（特に例示しない）
が袖１５を回転するために作動され、これによっでベー
ン２２の周辺ＷＳ２３は内部表面２４から変位される。

輸１５はｌ／、回転、即ち９０度の回転までベーンを回
転することができる。

９０度の回転において、粕１５に垂直なベーン２２の直
径は、流体の流れの方向２６とほぼ平行に延びている（
第６図参照）。この位置においで、弁１０は全開放位置
にある。しかしながら、弁１０は今や全開位置にあるが
、ベーン２２は、なお弁体１２の流れ領域２５内にあり
、従って流体の流れに対して障害を提供すると理解され
るべきである。このような弁の障害は、バタフライ弁設
計に関して固有の問題であり、そして、明らかである如
く、低角度（ｌｏ＊　　ａｎｇｌｅ）回転流れ制御を達
成しながら、ベーンの流れ障害効果を最小にするベーン
の形状を提供するのが係属出願中の特許出願第６１−９
９５０７号の主たる教示である。係属出願中の特許出願
第６１−９９５０７号は引用により本文に明らかに含ま
れている。

係属出願の本発明によれば、ベーン２２は軸１５上に取
付けられ、これによって軸１５はベーン２２の周辺部分
２３から下流の方向にオフセットされている（第２図で
明らかな如く）、更に、ベーン２２は、各々がベーン２
２の直径方向に対向した約１８０度の部分に亘り延びて
いる非対称な上流及び下流に藍びている半円形の突起２
７．２８を含むように形成される。上流に延びている突
起２７は、ベーン２２の上流面３１の方に徐々に下方に
テーパーがついている３０の平らな、スムースな上流の
最頂部表面２９（第２図で明らかな如く）を含んでいる
全体的に流線形の形状である。

第３図及び第６図によって示された如く、上流に延びて
いる突起２７は、全開ベーン位置に９０度まで下流方向
に回転され、これによって面３１、テーパー付き表面３
０及び突起２７の平らなスムースな表面２９は、流体の
流れに対して、スムースな、流線形の、そして乱流のな
い障害を与える。

ベーン２２の本発明の低角度回転流れ制御特徴によれば
、以下により詳細に記載されている如く、上流に延びて
いる突起は、一連の流体流れ通路３２を備えている。流
れ通路３２の各々は、流体の流れの方向にほぼ平行に延
びるように配列されており（第６図に例示された如く）
そして上流に延びている突起２７のテーパー付き表面３
０上の開口と、部分的に球状のベーン周辺２３部上の周
辺開口とを含んでいる。勿論、全開位置（第６図）にお
いて、流れ通路３２はベーン２２の障害量を減少する働
きをし、そして更に各々の通路３２の上流に向けられた
テーパー付きの表面開口から各々の通路３２の下流に向
けられた周辺開口へ流体の流れを順応することによって
ベーン２２の障害効果を最小にする。

ベーン２２の下流の面３３上において（第２図参照）、
下流に延びている突起２８は、上流に延びている突起２
７のｗｉｔさくｔｅｅｔｈ　　ｏｆ　　ｅｘｔｅｎｓｉ
ｏｎ）よりも比較的大きい延長長さに形成されており、
これによって２つの周辺において間隔をへだてた列の流
れ通路３４が低角度流れ制御のために形成されている。

流れ通路３４の各々は、ベーン２２の部分的球形の周辺
ｉ！’５２３上の開口と、突起２８の反対の表面３５上
の開口とを含んでいる。

再び第６図を参照すると、−ベーンが全開位置にあると
き、突起２８は上流方向に回転され、これによってベー
ン２２の面３３の周りの流体の流れは初めに突起２８の
周辺端に遭遇する。２列の流れ通路３４はそこを通る流
体の流れに順応することによって突起２８の障害量を減
少する働きをする。

更に、係属出願中の特許出Ｎ第６１−９９５０７号の特
定の特徴によれば、流れ通路３４は、流体の流れ２６の
方向に対して僅かに上向き角度に延びるように配置され
ており、これによって全開位置において通路を通る流れ
は、オフセット軸１５の周りの乱流を最少にするように
上方に導かれる。

ベーン２２の面３３はまた、紬１５の周りに更に乱流の
ない層流を与えるために輸１５のいづれの側からもテー
パーがつけられている。本発明の更に他の特徴によれば
、突起２８は、弁２２が全開位置にあるとき（第６図参
照）、乱流を最少にし、且つ全開位置にあるときベーン
２２の面３３を横切るスムースな流体の流れを促進する
ために、追加的な手段として、軸１５の下方にオフセッ
トされてしする。

従って、ベーン２２の全開障害及び乱流の影響は、重要
な（ｓｉｇｎｉｆ　１ｃａｎｔ）低角度回転流体制御（
ｌｏｗ　　ａｎｇｌｅ　　ｒｏｔａｔｉｏｎ　　ｆｌｕ
ｉｄ　　ｃｏｎｔｒｏｌ）のために周辺の流れ通路３２
．３４を提供しながら最低の実施可能な限界まで減少さ
れる。次に第３図を参照すると、紬１５がベーン２２を
時計の針の開放方向に回転するために作動されるに従っ
て、周辺部２３は弁体１２の部分２４に対して動かされ
る６周辺部２３を部分２４とのシール関係から変位する
前に、突起２７．２８の流れ通路３２．３４は徐々に流
体の流れに露出される。ベーン２２は、流れ通路３２．
３４のいくらかが流体の流れに露出される前に約５度乃
至６度回転される。約５度乃至６度の回転において、通
路３２のすべて及び通路３４の第１の列がほぼ同時に流
体の流れに露出され始める。全流体の渡れは、約１１度
の回転まで、約５度乃至６度の回転により通路３２及び
第１の流れ通路３４を通過する。更に、流体の流れの容
積は、通路３２及び通路３４の第１列がベーン２２の回
転によって全流体の流れに徐々に露出されるに従って、
徐々に、且つ制御可能に増加する。約１１度の回転にお
いて、突起２７の周りの周辺部２３は、丁度弁体１２の
部分２４を通過し、そして通路３４の第２列が流体の流
れに露出され始める。

その後、ベーン２２の更にそれ以上の回転は、完全に露
出された通路３２及び通路３４の第１列を通る存在する
流れと、通路３４の第２列の徐々の露出と、突起２７の
周りの変位され、下流に回転された周辺部２３の周りの
増加する流れとによって更にそれ以上の徐々の、且つ制
御された流体の流れの増加となる。上述の如（、突起２
７に隣接する周辺部２３は、弁ハウシング１２の内壁３
６にきわめて接近している（約０．０６１インチ（約１
　、５５　ｍｍ））、更に、通路３２を通る流体の流れ
は、その周辺の開口において通路３２を出て、そして密
接した内部壁３６の方に流れる。壁３６と周辺ｉ２’３
との開の近接は、通路３２からの周辺の流体の出口と一
緒に、固有の流れ制御となり、これによって突起２７の
周りの固有の制御及び流体の流れに対する流れ通路３４
の第２の列の徐々の露出は、ベーン２２の約１１度の回
（から約１７度へ更にそれ以上の低角度流れ制御を提供
する。

約１７度の回転において、突起２８の周りの周辺部２３
は、表面２４を通過し、そしてベーン２２の９０度の回
転まで更にそれ以上の流体の流れの増加は、ベーン２２
の周辺部２３の上流に回転された部分と下方に回転され
た部分の双方の周りの増加した流れに起因する。しかし
ながら、約１７度の回転及びそれ以上において、臨界流
量（ｃｒｉｔｉｃａｌ　　ｆｌｏｗ）要件に順応するの
に十分な直線性が回転度と流量増加との間にある。ｗ＆
７図に例示された如く、流れ通路３２．３４の複合効果
及び突起２７の周りの周辺［２３と内壁３６との間の近
接による固有の流れ制御並びに周辺流体の出口は、流体
の流量増加と回転度との間に高度な直線関係を生ずる。

第７図は係属出願中の特許出願路６１−９９５０７号の
発明によって作られた６インチ（約１５２．４ｍｍ）部
類の１５０／３゜。弁試作品に関する実験的テスト結果
を含み、モしてベーンの回転度対Ｃｖをプロットしてい
る。

Ｃｖは標準弁工業測定の流量であり、そして下記の式に
より計算される。

この’ｈ　合：Ｑ　＝　ｇｐ＋＊（１分間当りのがロン
）Δｐ＝ｐ上流−Ｐ下流−（弁パつグ を通る圧力降下） ｇ＝定数（比重、室Ｔにおける水に対 して１） 第７図に示された試験結果において明らかに示された如
く、低角度の、高度に重要な初期の流体の流れ段階の弁
作動においても、高角度（ｈｉｇｈ　　ａｎｇｌｅ）作
動においても、ベーン回転によってかなりの程度の直線
性、従って流量増加に関する制御がある。その後、弁２
２が全開９０度の方位の方に回転されるに従って、流線
形の突起２７及び突起２８と紬１５との間の幾何学的オ
フセット関係、並びに通路３２．３４の通路を通る流体
の流れは、最少の乱流であって最大の全流量を供給する
ベーン形状を提供する。

再び第２図を参照すると、ベーン２２が閉じた位置にあ
るとき、漏れのないシールが周辺部２３と壁部分２４と
の間に維持されることが重要である。シールの完全性を
保証するために、本発明によって作られた環状シール要
素３７は、ベーン周辺９２３が実際のシールを形成する
ために部分２４に最も接近している位置において、弁壁
３６の部分２４の周りに周辺に取付けられている。シー
ル要素３７は、以下により詳細に記載されている如（、
所定の横断面に形成されており、且つ弁体１２内に形成
された四部３８と、環状保持要素３９との間に取付けら
れており、この環状保持要素３９は、ねじボルト（図示
せず）の如き任意の公知の適切な手段によって弁体１２
に締め付けられている。第５図の詳細図に明らかに例示
されている如く、保持要素３９及びｃ！Ｊ部３８は、シ
ール要素３７の所定の横断面に全体的に一致しているシ
ール封じ込めチャンバを規定している。シール要素自身
は、３つの１体な部分Ｉ、　ＩＩ、■に関して記載され
ることができ、これ等の３つの部分１１■、■は、相互
に対して、且つベーン周辺ｇ３３に対して有効なシール
を提供するために、［！１部３８及び保持要素３９によ
って規定されたチャンバに対して寸法が定められている
。同時に、シール要素３７の所定の横断面は、圧力の有
害な影響が最少にされ、これによってシールの作用寿命
を大きく増加するように流体圧力の広範囲に亘って漏れ
ないシールを提供する。

シール要素３７において具体化された本発明の構想によ
れば、流体圧力は、要素３７の３つの明らかに規定され
た、別々の圧力範囲の作動段階を通じてシール要素３７
によって保持される。好ましい実施態様において、シー
ル要素３７は、それぞれ保持要素３９と凹部３８内に形
成された鋸歯状の緑４１，４２に一致する第１の部分Ｉ
の表面４０を備えたＥＰＴテア０ン材料（いかなる補助
的なスプリング部材又はプラスを充填した内部メンプラ
ンもない）を具備しており、これによって要素３７は封
じ込めチャンバー内に確実に取付けられる。表面４０及
び鋸歯状の緑４１，４２はまた、弁体１２の外側への漏
れに対する有効なシールを提供する。第１の部分Ｉは、
第２の部分■と一体であり、この第２の部分■は、第１
の部分Ｉ及び第３の部分に関して、上流の流体の流れ方
向に延びている。第３の部分■は第２の部分の下部端と
一体であり、且っベーン２２の周辺部２３とシーリング
接触するために流れ領域２５内に下方に延ゾている。理
解される如く、部分■の下部端は、２１点から２２点に
要素３７と周辺部２３との間に有効なシールを提供する
ために周辺部２３の部分的球状輪郭に一致されている。

更に、部分■は、漏れないシールを形成するために周辺
部２３上に半径方向の圧縮を与えるのに十分な量だけ流
れ領域２５内に延びている。

上記の如く、及び第５図に例示された如く、かみ合い面
４０、及び鋸歯状の縁４１，４２は、Ａ点からＰｌ、α
と２２点との間のシーリング表面に外方に向いたシール
要素３７を不動に支持する。

Ａ点はまた初期のピボット点であり、その周りにシーリ
ング表面（Ｐｉ−Ｐ２）は旋回し、且つ自由に、有効的
にベーン周辺部２３に接触することができる。１段階（
ｓｔａｇｅ　　ｏｎｅ）作動モードは、０ＰＳＩＧから
約１００　ＰＳＩＧ（約０から約６゜８　ｋｇ／　ａｍ
２）までの流体圧力範囲の間第５図に示された如きシー
ルの配置方向を意図している。シール要素３７に対する
唯一の接触位置は、かみ合い表面４０．４１．４２であ
り、２１点と２２点との間のベーン周辺部２３を備えて
いる。シール要素３７は、周辺部分２３の半径方向の圧
縮が低圧力状態にあるシール流体に十分であるように、
寸法を合わされる。

低圧力段階１の作動モードにおけるシール３７上の応力
（ｓｔｒｅｓｓ）及び歪み（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は
、ウイルリアム　グリ７エル（Ｗｉｌｌｉａｍ　　Ｇｒ
ｉｆｆｅｌ）による応力・歪公式のハンドブックにュー
ヨーク：７レデリツク　７ン〃（Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ　
　Ｕｎｇａｒ）出版社、１９６６年、引用によって明ら
かに本発明に含まれる）の第１７３頁乃至第１７４頁に
述べられている平板式の表面における垂直な歪み及び単
位応力を適用することによって概算されることができる
。シール要素３７の段階１のモードに適用するとき公式
に従って計算に使用される定数は、表１（第１７５頁）
の荷重６の場合から決定される（同心の穴を有する円板
−外部縁固定及び支持、全実表面上に均等荷重）。

本発明による試作シール要素は、前述の６インチ試作弁
に関連して使用するために構成された。

試作シール要素は、引張り強さ４０００ｐｓｉ（約２７
２１ｕｒ／ｃ論２）、１０×１０４に等しい引張り弾性
率、及び４００％に等しい引張り伸び率（ｔｅｎｓｉｌ
ｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を有するＥＰＴテフロンから
作られた。更に、試作シール要素は、厚さ０．１５８イ
ンチ（約４Ｉ−）、５．６４３インチ（約１４３＋ｕａ
）に等しい内径（Ｐｌ乃至Ｐ２に対し）そして６．３８
８インチ（約１６２ｍｍ）に等しい外径（固定点Ａに対
し）を有している。表１の６の場合（ｃａｓｅ６　）に
従ってグリ７工ル公式（Ｇｒｉｆｆｅｌ　　ｆｏｒ＋ｍ
ｕｌａｓ）を適用することによって、上記のシールの値
及び寸法を用い、圧力１００ｐｓｉ（約６　、８　ｋｇ
／　ｃｍ’　）の下で作動したとき、試作シールの最大
垂直歪みは０゜００９５インチ（約０．２４ＬＩＩ１１
）そしてシールの外縁における最大応力は１８８９ｐｓ
ｉ（約１２９　ｋｇ／Ｃ■２）であることが決定された
。

弁の作動環境が１００　ｐｓｉ（約６゜８　ｋｇ／　ｃ
＋ａ２）と５００　ｐｓｉ（約３４ｋｇ／ａｍ２）との
間の圧力取合せ（ａｒｒａｎｇｅ〜ｅｎｔ）以内にある
ように変化されるとき、流体圧力は、シール要素３７を
Ｂ点において支持表面４０と接触するように押す。従っ
て、シール要素３７は、もはやＡ点から２１点乃至２２
点まで支持されないのではなく、Ｂ点において加えられ
た支持表面４０からのいくらかの支持を有している。Ｂ
点に導入された支持は高い流体の圧力環境によってＡ点
における応力の増加を妨げる傾向にある。シール要素３
７が支持表面４０と接触するとき（即ち、ｆｏＯｐｓｉ
ｇから５００ｐｓｉｇの圧力範囲）、それは本発明の構
想によってもくろまれたステージ２の作動モードにある
。

第２のモードの作動中、シール要素３７上の真の作用応
力の合理的な近似値は、表１の６の場合及び１３の場合
（両縁固定、平衡荷重（ピストン））の各々から計算し
た応力の平均をとることによって見い出されることがで
終る。このような近似値は、堅固に固定されることと、
自由に支持されることとの部分路（ｐａｒｔ　　ｗａｙ
）となる点Ｂと考えることができる。　５００　ｐｓｉ
Ｈ（約３４ｋｇ／ａｍ２）で作動された試作シールに対
する６の場合及び１３の場合の計算は（シールに対する
すべての弁及び寸法は、６インチ（約１５２．４ｓｕＩ
＋）であると考えられる外径（Ｂ点に対し）を除き段階
１におけると同じであり、そして公式は表１の６の場合
及び１３の場合に従って一定である））６の場合に最大
歪み０．０１１６インチ（約０．３１１ＩＩＩ）及び外
縁における最大応力９４２　ｐｓｉ（約６４　、　１　
ｋｇ／　０ｍ２）そして１３の場合最大歪み０．００６
５インチ（約０゜１６５　ｍｍ＞及び最大応力１３４５
ｐｓｉ（９１、５ｋｇ／ｅ＝＋２）（外縁において）を
示した゛。

従って、段階２の作動モードの高圧力環境はシール要素
３７を支持表面４０と接触して旋回することによって凹
部３８及び保持要素３９によで規定されたシール封じ込
めチャンバに対して勿論具なる幾何学的方位をとらしめ
る。シール要素３７及び堅く固定された追加的な部分、
Ｂ点において導入された部分的に自由に支持されたシー
ル保持の新しい方向づけ（ｒｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
）は、Ａ点からＢ、αへの外径寸法を減少することによ
って、そして６の場合から６の場合と１３の場合との平
均までグリ７エルの場合の近似値を変化することによっ
てシール要素３７への応力の影響を有利に変化する。従
って、シール部材の外縁上の最大応力は、シール要素３
７が新たな方向づけを生じないときに導入される応力以
下のレベルに保持される。

シール要素３７の第３の作動モードは、作動環境が５０
０　ｐｓｉｇ（約３４ｋｇ／ａｍ２）以上の流体圧力を
含むときに生じる。このような項圧力作動において、流
体圧力はシール要素３７を更に、シール要素３７の上流
に延びている部分■が０点において保持要素３９に接触
するまで更に歪める。この方向において、シール要素３
７は２１点及び２２点において、且っり、αにおいて（
第５図参照）堅く保持されると考えることができる。従
って、シール要素３７はこのとき有効な外縁直径（Ｄ点
に対して）を有しており、それは、高圧力環境によって
生じたシールへの減少した応力効果となる段階１の作動
モー１′（Ａ点に対して）の外縁直径よりもかなり小さ
い。更に、Ｄ点における不動の支持並びにＢ点において
シールに加えられる連続保持は、純粋な場合１３の状！
！！！（プリ７エルハンドブツクの第１表）としてシー
ル上に応力分布を与える。

上記の試作シールでは、！＠３の作動モードにおけるシ
ール要素３７は、５，９２５インチ（約１５０．５ｍｍ
）の外径（Ｄ、貞に対して）有しており（段階１（Ａ点
に対し）のとき６，３８８インチ（約１６２．２ｍｍ）
そして段階２（Ｂ点に対し）のとき６゜０インチ（約１
５２．４ｍｍ）に対立するものとして）、１３の場合、
７５０　ｐｓｉｇ（約”ｋｇ／ａｍ’）の圧力作動にお
いて最大歪み０．００６インチ（約０゜１５ｍｍ）そし
て最大応力１２６８　ｐｓｉｇ（約８６．３ｋｇ／ａｍ
２）となる。

従って、シール要素３７で具体化された本発明によれば
、３つの別々の圧力範囲の作動モードは、固有的に、且
つ自動的に２１点及び２２点によって規定されたシーリ
ング表面の方に内側にシール保持点（外径）を動かすた
めにシール封じ込めチャンバに対してシールを方向づけ
する。これは、流体の圧力及びシールへの応力の影響を
実際に最小範囲に制限しながら、ベーンの外部周辺の周
りに漏れないシールを形成する結果となる。シール作動
の種々の圧力範囲に亘って、比較的低い応力は、シール
の摩損及びコールド７０−を最小にして、長い、有効な
シールの使用寿命を達成する０重要なことは、シール要
素３７は、ベーンに半径方向の圧縮を与えるために寸法
の安定のためのガラスを詰めた内部メンプラン又は追加
的なスプリング要素を使用することなく作動可能である
。

本発明の上記の好ましい実施態様は、本発明の明らかな
教示から逸脱することなく、当業者によっていくつかの
変更ができるので、単に代表的であることを意味してい
る。従って本発明の範囲を決定するとき添付の特許請求
の範囲を参照しなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によって作られた高性能バタフライ制
御弁の正面平面図である。 第２図は、はぼ２−２線に沿って見たときの第１図の弁
の側部分横断面図であり、そして閉じた位置におけるベ
ーンを例示している。 第３図は第２図に示された如き弁の追加の側部横断面図
であり、そして第１の所定の度数を通じて回転後のベー
ンを例示している。 第４図はほぼ４−４線に沿って見たときのｆ！ＩＪ１図
の弁の、部分的断面の底部図である。 第５図は第２図に例示された弁シール要素の分解組立詳
＃Ｉ図である。 第６図は第２図に示された如き弁の更に他の側部横断面
図であり、そして９０度（全開弁位置）を通じて回転後
のベーンを例示している。 第７図は本発明＋’＝よる弁の実験的テスト結果である
。 １０・・・バタフライ弁 １１・◆φ弁ハウジング １２・・・弁体 １３．１４・・・軸支持構造体 １５・・・輸 １６・・・シーリングリング １７・・・端部キャップ ２２トベーン ２３・・・周辺部 ２７．２８・・・突起 ３２．３４・・・流れ通路 ３７・・・シール要素 ３８・・・凹部 ３９・・・保持要素

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）弁ハウジングと、（ｂ）該弁ハウジング内に
   おいて選択的に、制御された回転のために取付けられた
   全体的にディスク形状のベーンとを具備しており、（ｃ
   ）但し、該ベーンは周辺部を含んでいて、且つ１／４回
   転に亘り回転可能であって、該ベーンの周辺部が回転零
   のとき該弁ハウジングにきわめて接近するようになって
   いる、（ｄ）更に該弁ハウジングの部分において該弁ハ
   ウジング内の周辺に延びており、該ベーンが回転零にあ
   るとき該ベーン周辺部にきわめて接近しているシール要
   素を具備しており、（ｅ）但し、該シール要素は漏れの
   ないシールを形成するために該周辺部に係合するように
   配置された最下方部分を有しており、（ｆ）該最下方部
   分は該シール要素の中央部分と一体になっており、該中
   央部分は上流の方向に延びるように配置されており、（
   ｇ）該中央部分はシール要素の最頂部部分と一体である
   、更に（ｈ）該シール要素を収容するために該弁ハウジ
   ング内に形成されたシール拘束チャンバを具備しており
   、（ｉ）但し、該拘束チャンバは該シール要素を支持す
   るために該シール要素の該最頂部部分に物理的に係合し
   ており、該シール要素の断面にほぼ一致していて、且つ
   該断面を囲んでいる断面を有しており、（ｊ）該最下方
   部分が該ベーンの周辺部と該漏れのないシールのために
   該拘束チャンバから延びており、（ｋ）該シール要素が
   その最頂部部分の周りに可撓性であって、且つ全体的に
   旋回可能であり、（ｌ）該シール要素が該拘束チャンバ
   に対して方向づけられているバタフライ制御弁のための
   高性能シール装置において、 該シール要素が （１）第１の所定の圧力範囲において該拘束チャンバに
   対して方向づけられ、これによって該要素の支持係合（
   ｉ）において該頂部部分のみ及び該拘束チャンバが接触
   しており、 （２）第２の所定の圧力範囲において該拘束チャンバに
   対して方向づけられ、これによって上記１の接触が続い
   ており、且つ該要素の支持係合（ｉ）から半径方向内方
   の点において該シール要素上の、且つ該シール要素の下
   流側上の予め選択された点が、弁ハウジングを通る流体
   の流れ方向に垂直に延びている拘束チャンバの表面に接
   触していて、該シール拘束チャンバに１部分しっかりと
   固定されており、部分的に自由に支持された接触を提供
   し、 （３）第３の所定の圧力範囲において該拘束チャンバに
   対して方向づけられ、これによって上記（１）、（２）
   の接触が続いており、該中央部分における予め選択され
   た点が該弁ハウジングを通る流体の流れに平行に延びて
   いる拘束チャンバの表面に接触して、該要素の支持係合
   （ｉ）から半径方向内方に間隔をへだてた該シール要素
   のための更にしっかりした支持を形成する ことを特徴とする高性能シール装置。 ２、更に、該シール要素がＥＰＴテフロン材料を具備し
   ている特許請求の範囲第１項記載の高性能シール装置。 ３、更に、該シール拘束チャンバが該シーリング要素の
   該頂部部分に適合するために配置された鋸歯状の縁を含
   むように形成されていて、これによって該シール要素に
   係合及び該シール要素を支持する特許請求の範囲第１項
   記載の高性能シール装置。 ４、（ａ）弁ハウジングと、（ｂ）弁閉鎖を提供するた
   めに、該弁ハウジングを通る流体の流れを選択的に妨げ
   るように該弁ハウジング内で選択的に可動である手段と
   、（ｃ）該選択的に可動な手段と該弁ハウジングとの間
   に漏れのないシールを形成するために該選択的に可動な
   手段が弁閉鎖にあるとき該選択的に可動な手段と該弁ハ
   ウジングとの間の中間に置かれているシール要素と、（
   ｄ）該シール要素の頂部部分に係合し、且つ該頂部部分
   を支持するために該弁ハウジング内に配置されたシール
   拘束チャンバとを具備しており、（ｅ）該シール拘束チ
   ャンバが該シール要素の断面にほぼ一致しており、且つ
   該断面を囲んでいる断面を有しており、（ｆ）該シール
   要素が該弁ハウジングを通る流体の流れの上流の圧力に
   露出されている高性能シール要素において、 （１）第１の所定の圧力範囲の間、該シール要素の該頂
   部部分のみ及び該拘束チャンバが接触しており、 （２）第２の所定の圧力範囲の間、該上流の圧力は該シ
   ール要素を該シール拘束チャンバの下流表面の部分に１
   部分不動に固定し、部分的に自由に支持された接触で該
   頂部部分の周りに旋回するように作用し、且つ方向づけ
   るのに充分であり、（３）第３の所定の圧力範囲の間、
   該上流の圧力は該シール要素の該係合し、且つ支持され
   た頂部部分から内方の位置に置かれている該シール拘束
   チャンバ内の該シール要素のための不動の支持を提供す
   るために、該シール要素を該シール拘束チャンバの表面
   に追加接触して該頂部部分の周りに更に旋回するように
   該シール要素に作用し、且つ該シール要素を方向づける
   のに十分であることを特徴とする高性能シール装置。 ５、更に、（ａ）該弁はバタフライ制御弁を具備し、（
   ｂ）該選択的に可動な手段は該バルブハウジング内で選
   択的に、制御された回転のために取付けられた全体的に
   ディスク形状のベーンを具備し、（ｃ）該ベーンが周辺
   部を含んでおり、且つ１／４回転に亘り回転可能であっ
   て、該ベーンの周辺部が回転零のとき該弁ハウジングと
   きわめて接近しており、（ｄ）該シール要素が該弁ハウ
   ジングの部分において該弁ハウジング内で周辺に延びて
   いて、該ベーンが回転零にあるとき該ベーン周辺部にき
   わめて接近している特許請求の範囲第４項記載の高性能
   シール装置。 ６、（ａ）弁ハウジングと、（ｂ）弁閉鎖を与えるため
   に該弁ハウジングを通り流体の流れを選択的に妨げるよ
   うに該弁ハウジング内で選択的に可動な手段と、（ｃ）
   該選択的に可動な手段と該弁ハウジングとの間に漏れの
   ないシールを形成するために該選択的に可動な手段が弁
   閉鎖にあるときに該選択的に可動な手段と該弁ハウジン
   グとの間の中間に置かれているシール要素と、（ｄ）該
   シール要素の予め選択された部分に係合し、且つ支持す
   るために該弁ハウジング内に配置されているシール拘束
   チャンバとを具備しており、（ｅ）該シール拘束チャン
   バが該シール要素の断面にほぼ一致しており、且つ該断
   面を囲んでいる断面を有しており、（ｆ）該シール要素
   が該弁ハウジングを通る流体の流れの上流の圧力に露出
   されており、これによって該シール要素は、上流圧力の
   少くとも２つの所定の圧力範囲の関数として該拘束チャ
   ンバの予め選択された部分に接触するように該シール拘
   束チャンバに対して方向づけられ、これによって連続的
   により高い所定の圧力範囲に対して該シール要素のシー
   リング表面の方に内方に該シール要素のシール保持点を
   インクレメンタリイ（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｌｙ）に
   変位して、該少くとも２つの所定の圧力範囲に亘って該
   シール要素に実際的に最小の応力分布及びシール偏向を
   与えることを特徴とする弁のための高性能シール。