KR20210114443A - 밸브 시일 조립체 - Google Patents

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KR20210114443A
KR20210114443A KR1020217025370A KR20217025370A KR20210114443A KR 20210114443 A KR20210114443 A KR 20210114443A KR 1020217025370 A KR1020217025370 A KR 1020217025370A KR 20217025370 A KR20217025370 A KR 20217025370A KR 20210114443 A KR20210114443 A KR 20210114443A
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케네스 헤이트 3세 매튜스
케빈 루이스 스위스굿
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에머슨 벌칸 홀딩 엘엘씨
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Abstract

밸브용 시일을 제공하기 위한 장치가 본원에 제공되며, 본 장치는 앵커(anchor) 부분, 앵커 부분으로부터 방사상으로 연장되는 연결 부분, 및 연결 부분의 대향 측들로부터 연장되는 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소를 갖는 시트를 포함할 수 있다. 제1 에너자이저(energizer) 및 제2 에너자이저가 연결 부분의 대향 측들 상에 각각 배치될 수 있고, 시트의 상기 앵커 부분과 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소 사이에 각각 위치될 수 있다. 제1 리테이너(retainer) 및 제2 리테이너가 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저와 연결 부분의 대향 측들 상의 시트의 앵커 부분 사이에 각각 위치될 수 있다.

Description

밸브 시일 조립체
밸브 설계는 내부에 다양한 시일(seal) 조립체를 채용할 수 있다. 시일 조립체는 밸브가 폐쇄 위치에 배치될 때 밸브를 통한 흐름을 억제하는 폐쇄기를 지원하도록 구성될 수 있다. 따라서, 밸브 내에서 시일 무결성을 향상시키는 시일 조립체가 필요할 수 있다.
본 개시의 일부 양태에 따르면, 밸브용 시일을 제공하기 위한 장치가 본원에 제공된다. 본 장치는 앵커(anchor) 부분, 앵커 부분으로부터 방사상으로 연장되는 연결 부분, 및 연결 부분의 대향 측들로부터 연장되는 제1 시일링 피처 및 제2 시일링 피처를 갖는 시트를 포함한다. 제1 에너자이저(energizer) 및 제2 에너자이저는 연결 부분의 대향 측들 상에 각각 배치되고, 시트의 앵커 부분과 제1 시일링 피처 및 제2 시일링 피처 사이에 각각 위치된다. 제1 리테이너(retainer) 및 제2 리테이너는 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저와 연결 부분의 대향 측들 상의 시트의 앵커 부분 사이에 각각 위치된다.
본 개시의 일부 양태에 따르면, 밸브용 시일을 제공하기 위한 장치가 제공되고, 본 장치는 앵커 부분, 앵커 부분으로부터 방사상으로 연장되는 연결 부분, 및 연결 부분의 대향 측들로부터 일반적으로 축 방향으로 정렬된 배향으로 연장되는 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소를 갖는 시트를 포함한다. 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저는 연결 부분의 대향 측들 상에 각각 배치된다. 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저의 각각은 또한 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소와 시트의 앵커 부분 사이에 각각 위치되고 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소에 의해 서로에 대해 일반적으로 축 방향 정렬로 각각 지지된다.
본 개시의 일부 양태에 따르면, 캐비티를 규정하는 본체를 포함하는 밸브가 제공된다. 폐쇄기는 본체를 통한 흐름을 선택적으로 억제하기 위해 본체 내에 배치된다. 시트는 앵커 부분, 방사상으로 연장되는 연결 부분 및 캐비티 내에 배치된 연결 부분으로부터 연장되는 시일링 요소를 갖는다. 에너자이저는 시일링 요소와 시트의 앵커 부분 사이에 위치된다. 리테이너는 에너자이저와 시트의 앵커 부분 사이에 위치되고, 리테이너와 시일링 요소는 각각 캐비티의 표면과 접촉한다.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고, 설명과 함께 본 발명의 실시예의 원리를 설명한다.
도 1은 일부 예에 따른 밸브의 등각도이다.
도 2는 일부 예에 따른 리테이닝 링(retaining ring), 시일 조립체, 밸브 본체 및 밸브 폐쇄기를 갖는 밸브의 분해 등각도이다.
도 3은 일부 예에 따른 시일 조립체의 분해 등각도이다.
도 4는 평면 IV-IV를 따라 취한 도 2의 시일 조립체의 단면도이다.
도 5는 평면 V-V를 따라 취한 도 1의 밸브의 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 영역 VI-VI의 상세도이다.
도 7은 일부 예에 따른, 폐쇄기가 제1 위치에 있는 밸브의 등각도이다.
도 8은 일부 예에 따른, 폐쇄기가 제2 위치에 있는 밸브의 등각도이다.
도 9는 일부 예에 따른 밸브의 등각도이다.
도 10은 일부 예에 따른, 폐쇄기와 결합된 시일 조립체를 나타내는 도 9의 라인 X-X를 따라 취한 단면도이다.
도 11은 일부 예에 따른 밸브의 등각도이다.
도 12는 일부 예에 따른 기계 가공을 통해 시일 조립체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 13은 일부 예에 따른, 적층 제조를 통해 시일 조립체 또는 그 일부를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 14는 평면 XIV-XIV를 따라 취한 도 7의 밸브의 대안적인 구성의 단면도이다.
후속되는 논의는 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명의 실시예를 만들고 사용할 수 있도록 제공된다. 예시된 실시예에 대한 다양한 수정은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이며, 본원의 일반적인 원리는 본 발명의 실시예로부터 벗어나지 않고도 다른 실시예 및 어플리케이션에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 나타낸 실시예 및 예에 한정되도록 의도되지 않고, 본원에 개시된 원리 및 피처와 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다. 이하의 상세한 설명은 도면을 참조하여 읽어야 하며, 도면에서 상이한 도면의 유사한 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다. 반드시 축척대로는 아닌 도면은 선택된 실시예 또는 예를 도시하고, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다. 통상의 기술자는 본원에 제공된 예가 많은 유용한 대안을 갖고 본 발명의 실시예의 범위에 속한다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 임의의 실시예가 상세하게 설명되기 전에, 본 발명은 이하의 설명에 제시되거나 첨부된 도면에 예시된 구성 요소의 구성 및 배치의 상세 사항에 대한 어플리케이션에 있어 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 한정적인 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에서 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)"의 사용 및 이들의 변형은 이후에 나열된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다. 마찬가지로, 달리 명시되거나 한정되지 않는 한, "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상" 등의 문구는 A 또는 B 또는 C, 또는 A, B 및/또는 C의 단일 또는 복수의 예를 갖는 조합을 포함하여 A, B 및/또는 C의 임의의 조합을 나타내는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시되거나 한정되지 않는 한, 물리적 연결과 관련하여 사용되는 용어 "장착된", "연결된", "지지된", "고정된" 및 "커플링된" 및 이들의 변형은 광범위하게 사용되고, 직접 및 간접 장착, 연결, 지지 및 커플링을 모두 포함한다. 또한, 달리 명시되거나 한정되지 않는 한, "연결된", "부착된" 또는 "커플링된"은 물리적 또는 기계적 연결, 부착 또는 커플링으로 제한되지 않는다.
본원의 설명을 위해, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "후방", "전면", "수직", "수평" 및 이들의 파생어는 일반적으로 도 1에서와 같이 배향된 본 발명의 실시예와 관련될 것이다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예는 반대로 명시적으로 지정된 경우를 제외하고, 다양한 대안적인 배향을 가정할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 첨부된 도면에 예시되고 이하의 명세서에 설명된 특정 디바이스 및 프로세스는 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 개념의 단순한 예임을 이해해야 한다. 따라서, 청구항이 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 본원에 개시된 예와 관련된 특정 치수 및 다른 물리적 특성은 한정적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
유사하게, 본원의 설명의 목적을 위해, "방사상(radial)" 및 "축 방향(axial)"이라는 용어는 관련 밸브 또는 다른 피처를 통한 흐름 축에 대해 사용된다. 이와 관련하여, 축 방향으로 공통 기준 라인을 따라 일반적으로 배치되는 피처는 "축 방향으로 정렬되는" 것으로 본원에서 설명된다.
본 발명에 따른 방법 또는 이러한 방법을 실행하는 시스템의 특정 동작이 도면에 개략적으로 나타내어질 수 있거나, 본원에서 설명된다. 달리 명시되거나 한정되지 않는 한, 특정 순서의 특정 동작의 도면의 표현 또는 본원의 설명은 이러한 동작이 특정 순서로 실행될 것을 요구하도록 의도되지 않는다. 도면에 나타내어지거나 본원에 개시되는 특정 동작은 본 발명의 특정 실시예에 적절하게 상이한 순서로 실행될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 밸브는 다양한 통로를 개방, 폐쇄 또는 부분적으로 방해하는 것과 같이, 매체(기체, 액체, 고체 또는 슬러리)의 흐름을 조절, 지향 또는 제어하기 위해 다양한 산업, 상업 및 다른 어플리케이션에서 사용될 수 있다. 일부 어플리케이션에서, 폐쇄기는 매체의 흐름을 제어하기 위해 복수의 위치에 배치될 수 있고, 시일 조립체는 복수의 위치 중 일부에서 흐름을 추가로 억제하기 위해 폐쇄기와 결합하거나 접촉할 수 있다. 예를 들어, 버터플라이(butterfly) 밸브와 볼(ball) 밸브는 이러한 목적을 위해 다양한 시일 조립체를 포함할 수 있다.
그러나, 이들 밸브에 이용되는 종래의 시일 조립체는 폐쇄기를 위치들 사이에서 이동시킬 때 시일 조립체와 폐쇄기 사이의 마찰을 극복하기 위해 높은 토크 요건을 가질 수 있다. 추가적으로, 폐쇄기가 개방 위치에 있는 동안, 시일 조립체의 부분은 폐쇄기와 접촉하지 않을 수 있다. 높은 유속을 가질 수 있는, 밸브를 통해 이동하는 임의의 매체는 폐쇄기로부터 분리된 시일 조립체를 따라 통과하며, 마모 또는 다른 형태의 시일 성능 저하 또는 변경을 초래할 수 있다.
본원에 제공된 밸브 또는 시일 조립체의 실시예는 이러한 문제 및 다른 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 밸브 또는 시일 조립체의 일부 예는 폐쇄기에서 분리된 상태에서(예를 들어, 관련 밸브가 개방되어 있을 때) 최소한의 마모로 높은 유속을 견딜 수 있는 에너자이징된 시트를 제공할 수 있다. 본원에 개시된 에너자이징된 시일 조립체는 또한 종래의 장치와 비교하여 복수의 위치 사이에서 폐쇄기를 이동시키기 위한 개방 토크 또는 다른 힘을 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 시일 조립체는 작동이 더 쉬울 수 있고 시간이 지남에 따라 마모가 감소될 수 있는 밸브를 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 본원에 설명되는 시일 조립체의 부분은 다양한 탄성 중합체 시일과 비교할 때 증가된 기대 수명 또는 재료 적합성을 제공할 수 있는 온도 및/또는 내식성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
본원에 제공되는 밸브 또는 시일 조립체는 차단 밸브의 다양한 유형 및 구성과 관련하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 상이한 유형 또는 크기의 버터플라이 밸브, 상이한 유형 또는 크기의 볼 밸브, 또는 다른 밸브가 본원에 제공된 피처를 구현할 수 있다. 다른 예에서, 시일 조립체는 관련 밸브 유형, 밸브 크기, 동작 조건(예를 들어, 설정 압력), 또는 다른 요인에 따라 단일 방향 또는 2개의 반대 방향으로 시일링할 수 있다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 버터플라이 밸브(12)와 같은 밸브(10)는 본체(14) 및 디스크와 같은 폐쇄기(16)를 포함한다. 폐쇄기(16)는 도 1에 예시된 예에서의 폐쇄된 제1 위치와 도 8에 예시된 예에서 개방된 제2 위치를 포함하는 복수의 위치 사이에서 이동 가능할 수 있다. 예시된 예에서, 제1 위치 및 제2 위치는 그에 따라 본체(14)에 의해 규정된 캐비티(18)(도 2)를 통한 흐름 축 F를 따라 흐름을 각각 선택적으로 억제 및 허용할 수 있다. 밸브(10)는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 폐쇄기(16)의 회전을 야기하도록 폐쇄기(16)에 커플링된 샤프트(20)를 추가로 포함할 수 있다. 밸브(10)는 유체, 기체 또는 임의의 다른 매체의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있다. 임의의 밸브(10)가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고도 본원에 제공된 피처를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2를 추가로 참조하면, 밸브(10)의 예시된 예는 리테이닝 링(22), 시일 조립체(24), 폐쇄기(16) 및 본체(14)를 포함한다. 또한 아래에서 논의되는 바와 같이, 시일 조립체(24)의 복수의 장치가 최종 사용자(또는 기타)의 선택을 위해 잠재적으로 이용 가능하다. 일부 예에서, 시일 조립체(24)는 리테이닝 링(22)과 밸브 본체(14) 사이에 선택적으로 유지될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시일 조립체(24)는 폐쇄기(16)와 커플링되거나 그 주위에 위치될 수 있고, 폐쇄된 제1 위치와 개방된 제2 위치 사이에서 폐쇄기(16)와 함께 이동할 수 있다. 시일 조립체(24)가 폐쇄기(16)와 커플링되고 함께 이동되는 예에서, 시일 조립체(24)는 본원에서 논의되는 피처 중 임의의 것 또는 전부를 포함할 수 있다. 밸브(10)는 본원에 제공되는 교시로부터 벗어나지 않고도 임의의 수의 시일 조립체(즉, 하나 이상)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 또한 아래에서 논의되는 바와 같이, 본원에서 논의되는 시일 조립체의 예는 다양한 밸브 구성으로 사용하기 위해 설치될 수 있다.
예시된 예에서, 패스너(26)는 리테이닝 링(22)을 본체(14)에 커플링할 수 있다. 예를 들어, 패스너(26)는 나사, 볼트, 클립, 클램프, 임의의 다른 적절한 고정 기구, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 예에서, 리테이닝 링(22)은 복수의 관통-구멍(28)을 규정하고 본체(14)는 본체(14)에 리테이닝 링(22)을 고정하는 것을 용이하게 하도록 배치되는 부착 공극(30)을 규정한다. 그러나, 본원에 제공되는 임의의 구성 요소는 본원에 제공되는 교시로부터 반드시 벗어나지 않고도 임의의 다른 구성 요소와 함께 통합되어 형성될 수 있다. 또한, 본원에 제공되는 임의의 구성 요소는 또한 본 개시의 범위를 반드시 벗어나지 않고도 접착제를 사용하여 또는 다른 방식으로 서로 커플링될 수 있다.
일부 예에서, 시일 조립체는 하나 이상의 에너자이저 및 시트 내에 에너자이저를 고정하도록 구성된 하나 이상의 리테이너를 갖는 시트를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어, 효과적인 시일링을 위해 탄성적으로 반응하는 시트를 제공하는 데 유용할 수 있다. 도 3 및 도 4에 예시된 예를 참조하면, 예를 들어, 시일 조립체(24)는 시트(32), 2개의 에너자이저(34)의 세트 및 2개의 리테이너(36)의 세트를 포함한다. 또한 이하에 논의되는 바와 같이, 이러한 구성은 또한 제조와 관련된 많은 이점을 제공하면서 시일 조립체(24)의 탄성에 의해 시일링을 향상시킬 수 있다.
도 4에 예시된 예 및 다른 유사하게 배향된 예에 있어서, 방사상 내측 및 외측 방향은 도 4의 화살표 46 및 48에 의해 각각 나타내어진다. 유사하게, 축 방향 내측 및 외측 방향은 각각 도 4에서 화살표 50 및 52로 나타내어진다.
특히 도 4에 예시된 것을 포함하여, 일부 예에서, 시트(32)는 앵커 부분(38), 앵커 부분(38)으로부터 방사상 내측으로 연장되는 연결 부분(40), 및 연결 부분(40)으로부터 축 방향으로 멀어지는 시일링 아암으로서 연장되는 하나 이상의 연장된 시일링 요소(42, 44)를 포함한다. 도 4의 예에 예시된 것을 포함하여 일부 경우에, 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소(42, 44)는 양방향 시일링을 돕기 위해 연결 부분(40)으로부터 반대 방향으로 연장될 수 있다. 일부 경우에, 시트(32)는 임의의 실행 가능한 방식으로 (예를 들어, 연결 부분(40)과 유사한) 연결 부분으로부터 연장되는 (예를 들어, 예시된 바와 같이 연장된 시일링 요소(42)와 유사한) 단일 시일링 요소를 포함하도록 수정될 수 있다.
일부 예에서, 시일 조립체(24)는 시일링 요소(42)의 연장 방향에 반대 방향으로 자체-릴리빙(relieving)될 수 있다. 이러한 기능은 열 팽창으로 인한 것일 수 있는 바와 같이, 수용 불가능한 레벨로 상승된 시트(32) 내에 트래핑된 유체 또는 압력에 의해 야기될 수 있는 과도한 압력의 경우에 릴리프(relief)를 제공하는 데 유용할 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 시일링 요소(42, 44)(또는 다른 유사한 시일링 요소)는 과도한 압력으로 인해 앵커 부분(38)으로부터 멀어지게 구부러진 다음 예시된 배향으로 탄성적으로 복귀하도록 구성될 수 있다.
도 4에 예시된 예에서, 시트(32)의 연결 부분(40)은 연장 축(54)을 따라 앵커 부분(38)으로부터 방사상 내측으로 연장된다. 그러나, 일부 예에서, 연결 부분은 본 개시의 범위를 반드시 벗어나지 않고도 임의의 선형 또는 비선형 방식으로 연장될 수 있다. 시트(32)의 연결 부분(40)은 도 4에 예시된 바와 같이 시트(32)와 일체로 형성될 수 있거나, 이와 달리 연결 부분(40)의 방사상 외측 단부에서와 같이 이에 커플링될 수 있다.
유사하게, 예시된 예에서, 앵커 부분(38)은 제1 축 방향 두께 t1을 갖고 연결 부분(40)은 제1 축 방향 두께 t1보다 작은 제2 축 방향 두께 t2를 갖는다. 그러나, 일부 경우에, 제1 축 방향 두께 t1은 제2 축 방향 두께 t2 이하일 수 있다.
또한 위에서 언급한 바와 같이, 도 4에 예시된 예에서, 시일링 요소(42, 44)는 연결 부분(40)의 방사상 내측 단부(56)로부터 대향하는 제1 및 제2 축 방향으로 연장된다. 또한, 각각의 에너자이저(34)를 수용하고 유지하기 위해, 각각의 시일링 요소(42, 44)는 립(lip)(58)으로 종단된다. 따라서, 제1 시일링 요소(42)의 방사상 외측 표면, 제1 시일링 요소(42)의 립(58) 및 시트(32)의 연결 부분(40)에 의해 경계화된 트렌치(66)가 규정될 수 있다. 유사하게, 제2 시일링 요소(44)의 방사상 외측 표면, 제2 시일링 요소(44)의 립(58) 및 시트(32)의 연결 부분(40)에 의해 경계화된 트렌치(66)가 규정될 수 있다.
예시된 예에서, 립(58)은 시트(32)의 앵커 부분(38)을 향하여 방사상 외측으로 연장된다. 그러나, 립(58)이 본원에 제공된 교시로부터 반드시 벗어나지 않고도 다른 방향으로 연장될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대응하여, 일부 예에서, 트렌치는 립의 내부 표면 또는 다른 구조에 의해 반드시 규정되지 않을 수 있다.
일부 예에서, 시일 조립체의 방사상 외측 프로파일은 시일링 요소와의 적절하게 신뢰할 수 있고 탄성적인 시일링 결합을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 4를 추가로 참조하면, 예를 들어, 제1 시일링 요소(42)는 제1 거리 d1로 방사상 내측으로 연장되는 제1 돌출부(60)를 규정하고, 제2 시일링 요소(44)는 더 작은 제2 거리 d2로 방사상 내측으로 연장되는 제2 돌출부(62)를 규정한다. 다른 예에서, 제1 및 제2 돌출부(60, 62)는 본 개시의 범위를 반드시 벗어나지 않고도, 임의의 방식으로 크기가 변하거나 동일한 크기일 수 있다.
또한, 도 4의 예에 예시된 바와 같이, 제1 시일링 요소(42)는 제1 돌출부(60)와 제1 시일링 요소(42)의 립(58) 사이에서 연장되는 제1 챔퍼링된(chamfered) 표면(64)을 규정한다. 유사하게, 제2 시일링 요소(44)는 제2 돌출부(62)로부터 립(58)으로 연장되는 표면(68)을 규정한다. 시트(32)의 방사상 내측 표면(70)은 제1 및 제2 돌출부(60, 62) 사이에서, 그리고 그 방사상 외측으로 연장된다.
일부 경우에, 도 4에 예시된 예시적인 구성은 관련 밸브의 상대적으로 낮은 토크 작동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(60, 62) 중 하나 이상이 시트(32)의 방사상 내측 전체 표면 또는 가능하게는 그 중심 부분이 아니라 폐쇄기(16)(도 1 참조)와 접촉할 수 있기 때문에, 상이한 위치들 사이에서 폐쇄기(16)를 회전시키는 데 필요한 토크의 양이 일부 종래의 시일 조립체와 비교할 때 감소될 수 있다. 또한, 아래에서 논의되는 바와 같이, 돌출부(60, 62)의 축 방향 내측으로, 그리고 돌출부(60, 62)와 연결 부분(40) 사이의 감소된 두께 굴곡 섹션(96)(도 6 참조)의 위치가 또한 이와 관련하여 지원될 수 있다.
일부 예에서, 시트(32) 또는 그 다양한 부분은 금속 재료, 중합체 재료, 탄성 중합체 재료, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)를 포함하는 시트(32)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱과 같은 다른 중합체 재료를 적어도 부분적으로 함유하는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료는 고중량 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리에테르 에테르 케톤, 또는 임의의 다른 실시 가능한 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)를 포함하는 시트(32)는 40 내지 80 로크웰(Rockwell)의 경도, 50 내지 70 로크웰의 경도, 또는 50 내지 60 로크웰의 경도를 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 구성은 시트(32)가 적절하게 내구성을 가질 수 있게 하면서도 밸브(10)의 동작 동안 폐쇄기(16)를 결합 및 결합 해제하기에 충분히 가요성을 유지할 수 있게 할 수 있다.
일부 경우에, 본 발명에 따른 시트는 사출 몰딩 프로세스를 실시 불가능하거나 사용할 수 없게 만드는 특정 경도를 가질 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 시트의 전처리된 형태가 제공될 수 있고, 시트의 추가 기계 가공은 절삭 제조를 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 밀링 또는 기타 기계 가공을 사용하여 에너자이저 및 리테이너가 유지될 수 있는 시트에 캐비티를 형성할 수 있다.
시트(32)와 관련하여, 예를 들어, 밀링 또는 다른 기계 가공을 사용하여 하나의 각각의 축 방향 측을 따라 개방되고 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44), 연결 부분(40) 및 앵커 부분(38)에 의해 각각 추가로 규정되는 하나 이상의 시트 캐비티(94)를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 에너자이저(34)와 제1 및 제2 리테이너(36)는 그 후 시트 캐비티(94) 내에 수용 및 유지될 수 있다. 일부 예에서, 도 6에 예시된 바와 같이, 시트(32)가 동작을 위해 설치될 때, 시트 캐비티(94)는 본체(14)의 표면 및 리테이닝 링(22)의 표면에 의해 각각 추가로 경계화될 수 있다.
일부 예에서, 리테이너(예를 들어, 리테이너(36))의 사용은 절삭 제조로 형성된 시트에 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 알려진 기계 도구의 크기 및 동작-공간 요건은 에너자이저만을 유지하는 데 적절할 수 있는 것보다 다소 크게 형성되는 캐비티(예를 들어, 시트 캐비티(94))를 필요로 할 수 있다. 따라서, 종래의 설계를 사용하여, 관련 밸브의 동작 동안 시트에 가해지는 힘은 에너자이저를 시트 내의 적절한 배치에서 벗어나게 하는 경향이 있을 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 리테이너는 연관된 에너자이저가 시트 캐비티 밖으로 밀려나는 것을 방지하는 것을 돕기 위해 절삭 제조를 허용하는 데 필요할 수 있는 시트 캐비티의 공간을 채울 수 있다.
다시 도 4를 참조하면. 예시된 예에서, 제1 및 제2 에너자이저(34)는 시트 캐비티(94) 내의 트렌치(66) 내에 각각 안착된다. 특히, 에너자이저(34)는 각각 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)와 시트(32)의 앵커 부분(38) 사이에서 연결 부분(40)의 대향 측 상에 안착된다.
복수의 에너자이저를 갖는 다른 예에서, 에너자이저는 축 방향 정렬(예를 들어, 도 4에서와 같이) 또는 다른 것을 포함하여 서로에 대해 상이한 방식으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 예에서, 제1 및 제2 에너자이저(34)의 방사상 외측 단부는 앵커 부분(38)의 방사상 외측 표면(72)으로부터 실질적으로 공통의 방사상 거리에 배치되어, 에너자이저(34)는 연결 부분(40)의 연장 축(54)에 수직인 평면을 따라 축 방향으로 정렬된다. 이와 관련하여, 예시된 예에서, 적어도 각각의 트렌치(66)를 따른 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)는 또한 일반적으로 축 방향으로 정렬된 배향으로 위치된다. 다른 예에서, 다른 구성이 가능하다. 추가로, 또한 위에서 언급한 바와 같이, 일부 예는 단일 시일링 요소(예를 들어, 연장된 시일링 요소(42)와 유사)만을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 단일 에너자이저만이 사용될 수 있다.
일부 예에서, 제1 및 제2 에너자이저(34)와 같은 에너자이저는 스프링, 와이어, O-링, 또는 탄성 변형 또는 포텐셜 에너지의 다른 저장이 가능한 임의의 다른 디바이스로서 구성될 수 있다. 스프링을 이용하는 예에서, 스프링은 압축 코일 스프링으로서 구성될 수 있다. 그러나, 에너자이저(34)(또는 다른 것) 중 하나 또는 둘 모두는 추가로 또는 대안적으로 얇은 벽의 후핑된(hooped) 스프링, 기계 가공된 스프링, 캔티드-코일(canted-coil) 스프링, 가터(garter) 스프링, 적절한 재료로 튜닝된 튜빙의 코일 단편, 단면 직경, 및 벽 두께, 또는 본원에 제공된 교시를 벗어나지 않는 임의의 다른 유형의 스프링으로서 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 각각의 에너자이저(34)는 각각의 에너자이저 압축 축(74)(또는 다른 것)을 따라 압축될 수 있고 탄성적으로 반응할 수 있다. 일부 예에서, 에너자이저 압축 축(74)은 코일의 래핑(wrapping) 축(76)에 수직일 수 있다.
일부 예에서, 또한 위에서 언급한 바와 같이, 리테이너는 시트가 관련 폐쇄기에 의해 압축되었을 때를 포함하여 특정 시트 내에 에너자이저를 유지하는 것을 돕도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 추가로 참조하면, 제1 및 제2 리테이너(36)는 제1 및 제2 에너자이저(34)와 연결 부분(40)의 대향 측 상의 시트(32)의 앵커 부분(38) 사이에 각각 위치된다. 이렇게 배치된 리테이너(36)는 그에 따라 시트 캐비티(94)(도 4 참조) 내의 사전 규정된 위치에서의 에너자이저(34)의 유지를 지원할 수 있다. 일부 경우에, 사전 규정된 위치는 각각의 트렌치(66)(도 4 참조) 내에 안착되는 각각의 에너자이저(34)에 대응할 수 있으므로, 에너자이저(34)는 에너자이저(34)는 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)에 의해 부분적으로 둘러싸이고, 립(58)은 에너자이저(34)를 적절하게 유지하는 것을 돕기 위해 리테이너(36)와 협력한다.
일부 예에서, 리테이너는 에너자이저와 시트의 대향 부분(예를 들어, 앵커 부분) 사이의 거리에 걸쳐 원하는 배향으로부터 에너자이저의 이동을 기계적으로 방해할 수 있다. 도 4의 예에 예시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 리테이너(36)의 제1 단부(78)는 에너자이저(34) 각각에 근접하여 접촉하고 있다. 또한, 각각의 리테이너(36)의 제2 단부(80)는 각각의 시트 캐비티(94) 내에서, 앵커 부분(38)의 각각의 방사상 내측 표면에 근접하여 접촉하고 있다.
일부 예에서, 리테이너는 적절한 배향으로 에너자이저를 유지하는 것을 추가로 지원하기 위해 에너자이저의 하나 이상의 측과 방사상으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 예에 대해 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 리테이너(36) 각각은 제1 및 제2 에너자이저(34) 각각의 축 방향으로 대향하는 2개의 측 상에서 제1 및 제2 에너자이저(34)와 각각 방사상으로 중첩되도록 방사상으로 내측으로 연장된다. 그 결과, 예를 들어, 리테이너(36)는 에너자이저(34)의 방사상 이동에 일반적으로 저항할 수 있을 뿐만 아니라, 밸브(10)의 특정 동작에 의해 유도될 수 있는 것과 같이, 에너자이저(34)의 축 방향 이동을 기계적으로 차단할 수도 있다(예를 들어, 도 5 참조). 일부 경우에, 에너자이저는 리테이너 내에 더 완전히 배치될 수 있거나, 이와 일체로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 리테이너는 에너자이저의 단지 하나의 축 방향 측 상에서만 에너자이저와 방사상 중첩될 수 있다.
일부 예에서, 리테이너는 밸브 시트 상의 대응하는 피처와 결합하는 유지 피처를 포함할 수 있다. 여전히 도 4를 참조하면, 예를 들어, 리테이너(36)는 제1 및 제2 리테이너(36)의 단부(80)를 따라 각각 규정된 유지 피처(82)를 포함한다. 특히, 예시된 예에서, 유지 피처(82)는 리테이너(36)의 본체로부터 돌출되어 시트(32)에 의해 규정된 대응하는 제1 및 제2 오목한 유지 구조체(84)와 상호 작용하도록 구성된다. 또한, 예시된 예에서, 시트(32)의 유지 구조체(84)는 앵커 부분(38)의 방사상 내측 표면과 일체로 형성된다. 그러나, 일부 예에서 시트(32)의 다른 부분이 유지 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 일부 예에서, 유지 구조체는 본 개시의 범위를 반드시 벗어나지 않고도 시트(32)와 일체로 형성될 수 있거나 추후 이에 부착될 수 있다. 예를 들어, 리테이너는 대응하는 에너자이저를 각각 수용하고 유지하기 위해 시트의 캐비티로부터 그리고 시트의 캐비티로 피벗되도록 시트에 유연하게 부착되도록 형성될 수 있다(예를 들어, 앵커 부분에 일체로 형성됨).
일부 예에서, 조립 동안, 에너자이저(34)는 시트(32) 내에 배치될 수 있고, 그 후 리테이너(36)는 유지 피처(82)와 유지 구조체(84)의 상호 작용을 통해 제자리에 "스냅(snap)"될 수 있으며, 이는 시트(32)의 적절한 배향을 보장할 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 제1 또는 제2 리테이너(36)의 방사상 외측 표면은 볼록한 표면을 규정할 수 있고, 제1 또는 제2 리테이너(36)의 방사상 내측 표면은 오목한 표면을 규정할 수 있다. 다른 예에서, 다른 대응하는(예를 들어, 상보적인) 기하 형태가 가능하다. 유사하게, 일부 실시예에서, 에너자이저, 리테이너, 또는 다른 피처는 나사, 용접, 접착, 스웨이징(swaging) 등과 같은 다른 기술을 사용하여 적절하게 고정될 수 있다.
일부 예에서, 리테이너는 시트 내에 관련 에너자이저를 단단히 유지하는 데 리테이너를 도울 수 있으므로 시트보다 더 단단한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 예시된 예에 대하여, 시일링 요소(42, 44) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 제1 재료로 형성될 수 있고 리테이너(36) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 로크웰 경도 시험 방법에 의해 또는 본 기술 분야에 알려진 임의의 다른 경도 시험 방법을 통해 측정된 더 단단한 제2 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 시트(32) 또는 시일링 요소(42, 44)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 유사한 재료로 형성될 수 있는 반면, 리테이너(36)는 고압 및 고온의 어플리케이션을 수용할 수 있는 강화된 테트라플루오로에틸렌(RTFE) 또는 다른 적절하게 강한 내마모성의 재료를 함유하는 재료로 형성된다. 일부 예에서, 이러한 장치는 또한 (예를 들어, 밸브가 폐쇄될 때) 폐쇄기에 의해 부과된 힘에 대한 에너자이저의 반응에서 적절한 탄성에 기여할 수 있다. 일부 예에서, 리테이너는 금속, 유리, 세라믹, 탄소 섬유, 고무 등을 포함하는 다른 재료로 형성될 수 있다.
일부 예에서, 시트는 본체 또는 밸브의 다른 구조체에 의해 형성된 공극 내에 유지될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 예를 들어, 시트(32)의 앵커 부분(38)은 밸브(10)의 조립 시에 본체(14) 및 리테이닝 링(22)에 의해 규정된 공극(86)(도 6 참조) 내에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 공극(86)은 본체(14)를 리테이닝 링(22)에 커플링함으로써 형성될 수 있다. 다른 경우에, 유사한 공극이 다른 방식으로 형성될 수 있다.
시트를 제자리에 고정하는 데 도움이 되도록 다른 구조체가 또한 제공될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 본체(14) 및 리테이닝 링(22)은 채널(88)을 추가로 규정하고, 앵커 부분(38)의 축 방향으로 외측 표면(90)은 채널(88)과 함께 위치될 수 있다. 일부 예에서, 채널(88) 내의 앵커 부분(38)의 위치 설정은 공극(86) 내에서 시트(32)를 유지하는 것을 도울 수 있다. 일부 구현에서, 본체(14) 또는 리테이닝 링(22)은 시트(32)의 앵커 부분(38)과 접촉하고 이에 의해 시트(32)의 앵커 부분(38)을 사전 규정된 위치에 배치 및 유지하는 것을 돕는 하나 이상의 릿지(ridge)(92)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 채널(88)은 또한 앵커 부분(38) 상의 대응하는 돌출부가 연장될 수 있는 다양한 릿지(92)에 의해 분리된 복수의 서브-채널로 분할된다.
일부 예에서, 시일의 립은 밸브 본체의 일부 또는 리테이닝 링의 일부와 중첩되도록 구성될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44)의 립(58)의 자유 단부는 제1 및 제2 돌출부(60, 62)의 축 방향 외측으로 연장된다. 또한, 립(58)의 자유 단부는 또한 방사상 외측으로 연장되어, 공극(86)의 방사상 내측 에지에서 본체(14) 및 리테이닝 링(22)과 방사상 중첩되고 이에 의해 시트 캐비티(94)를 완전히 폐쇄한다. 일부 예에서, 시트 상의 피처는 본체 또는 리테이닝 링과 유사하게 결합하지 않을 수 있어, 대응하는 시트 캐비티(94)는 부분적으로 개방되어 유지될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시일링 요소 상의 립은 밸브 본체 또는 리테이닝 링에 의해 규정된 공극의 방사상 내측 에지와 중첩되도록 반드시 연장되지 않을 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 설치 시 관련 시트 캐비티가 완전히 폐쇄되는 구성을 포함하는 일부 예에서, 시트의 립(예를 들어, 립(58))은 과압을 완화하도록 충분히 탄성적으로 유연하도록 구성될 수 있다. 여전히 도 6을 참조하면, 예를 들어, 일부 경우에, 시트 캐비티(94) 내의 압력은 본체 캐비티(18) 내의 압력으로부터 변할 수 있다. 립(58) 중 하나 또는 둘 모두의 적절한 구성으로, 압력의 변화는 제1 또는 제2 시일링 요소(42, 44)의 립(58)으로 하여금 관련 굴곡 섹션(96)에서 방사상 내측으로 굴곡되도록(예를 들어, 회전) 할 수 있으며, 이에 의해 관련 시트 캐비티(94)와 본체 캐비티(18) 사이의 압력의 균형을 지원한다(예를 들어, 도 2 참조). 이러한 경우에, 시일링 요소(42, 44)의 립(58)은 그 원래 위치(예를 들어, 리테이닝 링(22)의 방사상 내측 표면(98) 또는 본체(14)의 원주 방향 표면(100)의 방사상 외측)로 실질적으로 그리고 탄성적으로 복귀할 수 있다.
이와 관련하여, 예를 들어, 시트(32)의 다른 부분에 대한 굴곡 섹션(96)의 두께는 예를 들어, 돌출부(60, 62)의 크라운(crown) 부분(104)보다 더 얇은 양태를 나타내는 것을 포함하여 신중하게 선택될 수 있다. 두께의 적절한 균형은 또한 예를 들어, 폐쇄기(16)에 대한 적절한 반응을 얻는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 적절하게 박형화된 굴곡 섹션(96)으로, 폐쇄기(16)가 회전되어 폐쇄될 때 시일링 요소(42, 44)는 폐쇄기(16)와 접촉하는 것에 응답하여 적절하게 휘도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 에너자이저 압축 축은 폐쇄기(예를 들어, 버터플라이 디스크 또는 볼 밸브의 볼)와 시트 사이의 결합의 힘 방향에 의해 규정된 결합 압축 축으로부터 각도를 이루거나 그렇지 않으면 오프셋될 수 있다. 도 6을 추가로 참조하면, 예를 들어, 에너자이저 압축 축(74)은 시트(32)의 연결 부분(40)의 연장 축(54)에 실질적으로 평행하다. 또한, 에너자이저 압축 축(74)은 제1 및 제2 돌출부(60, 62)(도 4 참조) 각각의 크라운 부분(104)과 폐쇄기(16) 사이의 접촉에 의해 규정되고 크라운 부분(104)으로부터 폐쇄기(16)의 사전 규정된 위치(예를 들어, 중심 부분)를 향해 지향되는 시일링 요소 결합 축(102)으로부터 축 방향으로 그리고 각도로 오프셋된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 또는 제2 돌출부(60, 62)의 크라운 부분(104)은 방사상 내측으로 가장 멀리 연장되는 각각의 돌출부(60, 62)의 부분으로서 규정될 수 있다. 일부 예에서, 크라운 부분(104)은 폐쇄기(16)가 일부 예에 따라 도 4에 예시된 제1 위치로부터 일부 예에 따라 도 6에 예시된 제2 위치로 시일링 요소(42, 44) 중 하나 이상과 접촉할 때 압축될 수 있다. 일부 예에서, 결합 축(102)은 폐쇄기(16)의 표면에 수직일 수 있다(예를 들어, 폐쇄기(16)의 중심점으로부터 방사상으로 연장됨).
다른 예에서, 에너자이저의 압축 축은 시트와 폐쇄기의 결합에 의해 규정된 바와 같이 특정 위치에서 교차할 수 있다. 예를 들어, 일부 예에서, 이러한 축은 폐쇄기 내의 위치 또는 밸브 시트 내의 위치에서 교차할 수 있다. 복수의 에너자이저 및 대응하는 시트 돌출부를 갖는 일부 예에서, 하나의 에너자이저 및 대응하는 시트 돌출부에 대한 축은 다른 에너자이저 및 대응하는 시트 부분에 대한 축과 상이한 상대 위치에서 교차할 수 있다(예를 들어, 폐쇄기 내 대 시트 내).
도 4 및 도 6에 예시된 예에서, 제1 및 제2 돌출부(60, 62)(도 4 참조)의 크라운 부분(104)은 에너자이저 압축 축(74)의 축 방향 외측에 위치되고 폐쇄기(16)에 의해 실질적으로 압축 가능하다. 따라서, 예를 들어, 에너자이저 압축 축(74)의 각각은 제1 및 제2 돌출부(60, 62)의 방사상 내측 또는 방사상 정렬된 각각의 위치(미도시)에서 대응하는 시일링 요소 결합 축(102)과 초기에 교차할 수 있다. 그러나, 크라운 부분(104)이 추가로 압축됨에 따라, 결합 축(102) 중 하나 또는 둘 모두가 시트(32)에 대해 시프트할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 시트(32)가 폐쇄기(16)에 의해 완전히 결합된 상태에서, 각각의 결합 축(102)은 시트(32) 내측 그리고 에너자이저(34)의 방사상 외측에서(예를 들어, 도 6의 교차점 I에서) 각각의 압축 축(74)과 교차할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 압축 축과 결합 축의 상대적인 정렬은 다양한 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 시트(32)가 압축 축(74)을 따라 압축될 때, 에너자이저(34)에 대한 결과적인 힘은 축(74)을 따라 에너자이저(34)를 압축하는 것에 추가하여 에너자이저(34)를 연결 부분(40)으로부터 멀어지게 하는 것이 아니라 이를 향해 가압하는 경향이 있을 수 있다. 따라서, 종래의 장치와 비교하여, 시트(32)의 압축은 에너자이저(34)를 제 위치로부터 또는 심지어 캐비티(94)로부터 가압하는 경향이 적을 수 있다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이, 해당 구성의 이러한 유지 양태는 리테이너(36)의 위치 및 구성에 의해 추가로 향상될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 폐쇄기(16)가 도 6 및 도 7에 예시된 폐쇄된 제1 위치와 도 8에 예시된 개방된 제2 위치 사이에서 이동될 때, 각각의 시일링 요소(42, 44)는 또한 각각의 시일링 요소(42, 44)의 립(58)과 연결 부분(40) 사이에 배치된 각각의 시일링 요소 굴곡 섹션(96)에서 굴곡(예를 들어, 회전)될 수 있다. 이는 예를 들어, 폐쇄기(16)가 과도한 토크를 요구하지 않고도 시트(32)와의 시일링 접촉에 들어가거나 해제되도록 허용할 수 있다. 또한, 리테이너(36) 및 시트(32)와 함께 에너자이저(34)는 일반적으로 밸브의 적절한 시일링을 보장하기 위해 이와 관련하여 시일링 요소(42, 44)에 대한 지지를 제공할 수 있다. 특히, 회전 샤프트용 시일과 대조적으로, 언급된 제1 위치와 제2 위치 사이에서 폐쇄기(16)의 이동 동안, 시일링 요소(42, 44)의 적어도 일부(예를 들어, 실질적으로 모두)는 폐쇄기(16)와 접촉하거나 접촉 해제된다.
일부 경우에, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 폐쇄기(16)를 이동시키는 복수의 사이클 후에, 시일링 요소(42, 44)와 같은 시트(32) 또는 그 일부는 교체가 적절할 수 있을 정도로 충분히 마모될 수 있다. 일부 경우에, 예시된 예에서 시트(32)로부터 각각 분리될 수 있는 에너자이저(34) 또는 리테이너(36)의 제거 가능한 양태는 이러한 구성 요소가 교체 시트(32)와 함께 재사용되는 것을 허용할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 일부 예에서, 밸브 시트의 제1 시일링 요소는 밸브 시트의 제2 시일링 요소로부터 방사상으로 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 특히 도 10에 예시된 바와 같이, 예시된 실시예의 제1 시일링 요소(42)의 방사상 최외측 부분은 제2 시일링 요소(44)의 방사상 최외측 부분보다 앵커 부분(38)으로부터 방사상으로 더 멀게 배치될 수 있다. 유사하게, 제1 시일링 요소(42)의 트렌치 내의 에너자이저(34)를 위한 안착된 위치는 제2 시일링 요소(44)의 트렌치 내의 에너자이저(34)를 위한 시트보다 앵커 부분(38)으로부터 방사상으로 더 멀게 배치될 수 있다. 실제로, 예시된 실시예에서, 제1 시일링 요소(42) 내의 에너자이저(34)를 위한 시트는 또한 제2 시일링 요소(44)의 방사상 최외측 부분보다 앵커 부분(38)으로부터 방사상으로 더 멀게 배치된다. 이들 및 다른 오프셋 배향이 폐쇄기의 특정 구성의 특정 곡률 또는 다른 기하 형태 또는 폐쇄기(16)의 다양한 가능한 이동 패턴을 유익하게 설명할 수 있다.
도 9 및 도 10에 예시된 예에서, 제2 시일링 요소(44)의 상류에 배치된 제1 시일링 요소(42)는 제2 시일링 요소(44)의 방사상 외측에 있다. 그러나, 제2 시일링 요소(44)가 본 개시의 범위를 반드시 벗어나지 않고도 일부 구현에서 제1 시일링 요소(42)의 방사상 외측에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 구현에서, 제1 또는 제2 리테이너(36)는 제1 또는 제2 시일링 요소(42, 44)의 폭 wf가 리테이너(36)의 폭 wr보다 작을 수 있도록 각각의 제1 및/또는 제2 시일링 요소(42, 44)의 립(58)의 축 방향 외측에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 제1 또는 제2 시일링 요소(42, 44)의 폭 wf는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고도 리테이너(36)의 폭 wr보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 예에서, 도 10에 예시된 바와 같이, 시트(32)의 앵커 부분(38)은 제1 및 제2 리테이너(36) 중 적어도 하나 또는 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44) 중 적어도 하나의 축 방향 외측으로 연장될 수 있다. 유사하게, 일부 예에서, 제1 또는 제2 리테이너(36)의 적어도 일부는 제1 또는 제2 시일링 요소(42, 44)의 축 방향 외측으로 또는 시트(32)의 일부의 축 방향 외측으로 배치될 수 있다. 일부 예에서, 리테이너는 도 10의 시일링 요소(44)와 정렬된 리테이너(36) 상의 립(36a)과 같은 연장된 립을 포함할 수 있다. 립(36a)은 예를 들어, 시일링 요소(44)의 립(58)의 축 방향 외측으로 연장되고 이와 방사상으로 중첩될 수 있으며, 이는 과압 이벤트에 대한 적절한 반응을 여전히 허용하면서 에너자이저(34)를 추가로 유지하는 데 유용할 수 있다.
도 11을 참조하면, 일부 예에서, 밸브(10)는 볼 밸브(106)로서 구성될 수 있다. 예시된 예에서, 폐쇄기(16)는 그 일부를 통해 배치된 도관(108)을 규정하는 일반적으로 구형 형상으로 형성된다. 폐쇄기(16)로부터 외측으로 연장되는 제어 샤프트(20)는 폐쇄기(16)를 폐쇄된 제1 위치와 개방된 제2 위치 사이에서 이동시키도록 구성될 수 있다. 밸브(10)의 본체(14)는 폐쇄기(16) 주위에 배치될 수 있고, 입구(110) 및 출구(112)를 규정할 수 있다.
밸브(10)의 시일링을 지원하기 위해, 시일 조립체(24)의 예시적인 구성은 입구(110)와 출구(112)와 폐쇄기(16) 사이의 위치에서 본체(14) 주위에 원주 방향으로 배치될 수 있거나, 그렇지 않으면 밸브(10) 내에 배치될 수 있다. 본원에 제공된 바와 같이, 시일 조립체(24)는 시일링 요소(42, 44)의 예, 시일링 요소(42, 44)의 방사상으로 외측에 배치된 에너자이저(34)의 예 및 시일링 요소(42, 44)로부터 에너자이저(34)의 대향 측 상의 리테이너(36)의 예를 갖는 도 4에 예시된 것과 유사한 시트(32)의 예를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 폐쇄기(16)가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동될 때, 시일 조립체(24)는 일부 원주 방향 위치에서 폐쇄기(16)와 접촉하거나 그렇지 않으면 결합될 수 있고 다른 원주 방향 부분에서 폐쇄기(16)로부터 분리될 수 있다. 일부 예에서, 또한 위에서 언급한 바와 같이, 단일 시일링 요소, 에너자이저 및 리테이너만을 갖는 구성, 또는 도 11(또는 다른 도면)의 예에 예시된 것과 다소 다르게 구성되는 리테이너, 에너자이저, 시일링 요소 또는 다른 피처를 갖는 구성을 포함하는 다른 구성이 가능하다.
또한 위에서 언급한 바와 같이, 본원에 개시된 시일 조립체의 일부 예는 절삭 제조를 사용하여 형성될 수 있다. 도 12를 참조하면, 일부 예에 따른 시일 조립체(24)를 제조하는 방법(114)은 절단 도구를 사용하여 임의의 형상을 생성하기 위해 사용될 수 있는 절삭 기계 가공을 통해 시트(32)를 형성하는 단계를 포함한다. 예시된 예에서, 본 방법은 초기 제조 프로세스가 압출 및 몰딩 공정을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 실시 가능한 공정을 통해 전처리된 시트(32)를 형성할 수 있는 단계 116에서 개시된다. 다음으로, 단계 118에서, 절단 도구는 시트(32)의 하나 이상의 부분으로부터 재료를 제거하여 시트(32)의 앵커 부분(38)과 시일링 요소(42, 44) 사이에 시트 캐비티(94)를 형성한다. 단계 120에서, 에너자이저(34)는 캐비티 내에 위치된다. 단계 122에서, 리테이너(36)는 에너자이저(34)와 시트(32)의 앵커 부분(38) 사이에 위치된다. 본원에 제공되는 바와 같이, 예를 들어, 리테이너(36)는 리테이너 피처(예를 들어, 리테이너 피처(82)와 유사)를 포함할 수 있고, 앵커 부분(38)은 시트(32) 내에서 리테이너(36)의 적절한 배향을 보장하는 것을 지원하기 위해 서로 상호 작용하는 유지 구조체(예를 들어, 유지 구조체(84)와 유사)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 단계 124에서, 조립된 시일 조립체(24)가 밸브 본체(14) 내에 배치된다.
대조적으로, 일부 예에서, 적층 제조 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 적층 제조 공정(126)은 시일 조립체(24)의 하나 이상의 구성 요소를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시트(32)의 일부 또는 전부는 액체, 분말, 시트 재료 또는 다른 것의 연속적인 층을 층 위의 층 방식으로 피착시킴으로써 단계 128에서 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 적층 제조(예를 들어, 단계 128에서)는 3차원 인쇄, 신속 프로토타이핑(RP: rapid prototyping), 직접 디지털 제조(DDM: direct digital manufacturing), 층화 제조, 적층 제조 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 실시 가능한 제조 공정을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 적층 제조는 시일링 요소(42, 44)와 같은 시트(32)의 제1 부분을 형성하는 데 사용될 수 있다. 다음으로, 단계 130에서, 에너자이저(34)는 시일링 요소(42, 44) 상에 위치될 수 있다. 단계 132에서, 리테이너(36)는 에너자이저(34)에 근접하게 위치될 수 있고/있거나 시트(32)의 다른 부분과 일체로 형성될 수 있다. 마지막으로, 단계 134에서, 시트(32)의 나머지 부분이 형성될 수 있다.
일부 예에서, 본 방법(114) 및 프로세스(126)의 단계는 동시에 실행되는 하나 이상의 단계를 포함하여, 위에서 제시되고 도 12 및 도 13에 예시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있다. 예를 들어, 일부 접근법에서, 시트 내에 리테이너를 위치 설정하는 단계 122는 시트 내에 에너자이저를 위치 설정하는 단계 120 이전에 또는 이와 동시에 구현될 수 있다. 유사하게, 일부 접근법에서, 리테이너와 에너자이저는 함께 조립된 후 시트 내에 동시에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 적층 제조 동안, 리테이너가 시트 내에 위치되는 것과 동시에 또는 그 후에 에너자이저가 시트 내에 위치될 수 있거나, 시트의 일부가 에너자이저를 위치 설정하는 단계와 시트 내에 리테이너를 위치 설정하는 단계 사이에 형성될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 적층 제조의 사용은 에너자이저만 사용될 수 있게 하지만 별도의 리테이너는 사용될 수 없게 할 수 있다(또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다). 마찬가지로, 일부 경우에, 적층 제조는 에너자이저가 시트 또는 리테이너와 일체로 형성되게 할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시의 시일은 누출 검출을 위해 구성될 수 있고, 따라서 시일의 하나 이상의 시일링 요소의 고장을 검출할 수 있는 누출 검출 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14의 실시예에 예시된 바와 같이, 시트(32)는 시트(32)의 방사상 외측 부분으로부터 방사상 내측 부분으로 연장되는 포트(136)를 규정한다. 예시된 실시예에서, 포트(136)는 제1 및 제2 시일링 요소(42, 44) 사이의 연결 부분(40)과 앵커 부분(38)을 통해 연장된다. 다른 예에서, 포트(136)는 다양한 다른 방향으로 또는 시트(32)의 다양한 다른 부분을 통해 연장되어 시트(32)의 일부의 반경상 내측 공간을 시트(32)의 방사상 외측 영역에 유체 커플링할 수 있다.
도 14를 추가로 참조하면, 일반적으로 138로 나타낸 누출 검출 유닛은 포트(136)와 동작 가능하게 커플링되고, 본체(14) 및 리테이닝 링(22)에 의해 규정된 공극(86) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 누출 검출 유닛(138)이 폐쇄 위치에 배치될 수 있어 포트(136)를 통해 화살표 B 방향으로 흐르는 재료가 누출 검출 유닛(138)을 지나 탈출하는 것이 실질적으로 억제되고, 개방 위치에 배치될 수 있어 포트(136)에서의 임의의 유체가 적절한 배출을 통해 누출 검출 유닛(138)을 통해 배출될 수 있다.
포트(136)가 시트(32)를 통해 배치되는 예에서, 폐쇄기(16)가 폐쇄 위치에 배치되고 포트(136)를 통해 누출 검출 유닛(138)으로 누출이 발생할 때 밸브(10) 내에서 누출이 검출될 수 있다. 누출 검출 유닛(138)은 예를 들어, 질량 스펙트로미터를 갖는 중간 농도 검출기 또는 스니핑(sniffing) 시스템일 수 있는 것으로 고려된다. 누출 검출 유닛(138)은 또한 질량 대 시간의 관점에서 포트(136)를 통한 누출 흐름의 레벨을 측정하도록 동작하는 열 마이크로-누출 센서 또는 누출 검출 유닛(138)에서 유체를 감지할 수 있는 임의의 다른 디바이스일 수 있다.
일부 구성에서, 접근 개구(140)가 포트(136)로부터 누출 검출 유닛(138)의 대향 측 상에 배치된다. 접근 개구(140)는 누출 검출 유닛(138)에 대한 접근을 제공할 수 있고 이를 통한 유체의 이동을 허용할 수 있으며, 이는 블리드(bleed) 밸브를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 누출 검출 유닛(138)은 분산형 제어 시스템(DCS: distributed controlled system) 또는 중앙 처리 장치(CPU)와 같은 프로그램 가능한 논리 유닛(142)과 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 논리 유닛(142)은 배선 연결(144)에 의해 누출 검출 유닛(138)과 전기적으로 통신하도록 배치된다. 배선 연결부(144)는 누출 검출 유닛(138)에 의해 생성된 센서 판독이 논리 유닛(142)에 효과적으로 전송되도록 한다. 논리 유닛(142)은 누출 검출 유닛(138)에 의해 생성된 누출 값을 논리 유닛(142) 내에 원래 프로그래밍되어 저장된 설정 기준 값과 비교하도록 구성될 수 있다. 생성된 누출 값이 기준 값보다 클 때 통지가 생성될 수 있다.
일부 예에서, 누출 검출 유닛(138)은 또한 접합제 또는 세정 용액을 포트(136)에 동시에 주입하는 데 사용될 수 있다. 실리콘과 같은 재료일 수 있는 접합제는 시트(32)의 다양한 부분과 접합하여 시일 조립체(24)의 추가 누출을 방지하도록 시일링하거나 지원할 수 있다. 세정 용액은 시일 조립체(24)의 다양한 부분을 세정하기 위해 포트(136)를 통해 주입될 수 있다. 유사하게, 일부 구성에서, 포트(136)는 윤활제 또는 다른 구성 요소를 주입하는 데 사용될 수 있다.
위에서 논의된 예는 관련 폐쇄기와 결합(그리고 이에 대해 시일링)하도록 배치된 시일링 요소로 밸브 본체에 고정되도록 구성된 밸브 시트를 제시한다. 이와 같이, 위의 논의는 폐쇄기를 갖는 시일을 개발하기 위해 방사상으로 내측으로 연장되는 시트를 참조할 수 있다. 일부 실시예에서, 위에서 논의된 것과 유사한 시트가 대신 폐쇄기에 고정될 수 있어, 시트가 폐쇄기와 함께 이동하여 관련 밸브 본체와 선택적으로 결합(그리고 이에 대해 시일링)한다. 따라서, 특정 구성 요소의 상대적인 방사상 배향에 대한 위의 논의는 일부 실시예에서 역전될 수 있음이 이해될 것이다.
따라서, 본 개시의 실시예는 종래의 설계에 비해 몇몇 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본원에 제공된 시일 조립체의 사용은 일반적으로 보다 견고한 밸브를 생산하기 위해 압력, 온도, 내식성 또는 다른 요건에 쉽게 맞출 수 있다. 또한, 본원에 개시된 시일 조립체는 밸브 본체와 폐쇄기 사이의 공간을 단일 방향 또는 복수의 방향으로 시일링할 수 있다. 폐쇄기 또는 특정 예의 다른 양태와 접촉할 수 있는 시일링 요소의 최소화된 표면적은 또한 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 폐쇄기를 이동시키는 데 필요한 토크를 감소시킬 수 있다. 또한, 시트는 일부 경우에, 현재 차단 밸브에 사용되는 다양한 중합체 및 탄성 중합체 시일과 비교할 때 알려진 기대 수명 및 재료 적합성을 제공하는 내식성을 갖는 금속 재료로 형성될 수 있다. 시일 조립체의 일부는 조립된 시일 조립체의 품질을 추가로 향상시키기 위해 절삭 또는 적층 제조를 통해 형성될 수 있다. 본원에 제공된 시일 조립체는 현재 이용 가능한 다양한 시일 조립체와 비교할 때 감소된 비용으로 제조되거나, 시일 조립체의 다양한 구성 요소의 향상된 내구성 또는 재사용성으로 인해 밸브의 수명 동안 비용이 적게 들게 하면서 본원에 설명된 임의의 이점을 제공할 수 있다.
개시된 실시예의 이전 설명은 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 만들거나 사용할 수 있게 하도록 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이며, 본원에 규정된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 나타낸 실시예로 한정되도록 의도되지 않고, 본원에 개시된 원리 및 새로운 피처와 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다.

Claims (20)

  1. 밸브용 시일을 제공하기 위한 장치로서,
    앵커(anchor) 부분, 상기 앵커 부분으로부터 방사상으로 연장되는 연결 부분, 및 상기 연결 부분의 대향 측들로부터 연장되는 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소를 갖는 시트;
    상기 연결 부분의 대향 측들 상에 각각 배치되고, 상기 시트의 상기 앵커 부분과 상기 제1 시일링 요소 및 상기 제2 시일링 요소 사이에 각각 위치되는 제1 에너자이저(energizer) 및 제2 에너자이저; 및
    상기 시트의 상기 앵커 부분과 상기 연결 부분의 대향 측들 상의 각각의 상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저 사이에 각각 위치된 제1 리테이너(retainer) 및 제2 리테이너를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너 중 적어도 하나는 대응하는 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저의 2개의 대향 측들 상의 대응하는 제1 에너자이저 또는 제2 에너자이저와 방사상 중첩되도록 연장되는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시트는 폐쇄기의 일반적으로 방사상 외측에 배치되고, 상기 폐쇄기는 상기 밸브를 통한 흐름을 억제하기 위해 상기 시트와 선택적으로 결합하도록 구성되며, 상기 연결 부분은 연장 축을 규정하고 상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저 중 적어도 하나는 상기 폐쇄기가 상기 시트와 결합할 때 상기 연결 부분의 상기 연장 축에 실질적으로 평행한 에너자이저 압축 축을 따라 압축되도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소에 의해 규정되고 이로부터 방사상으로 연장되는 제1 돌출부; 및
    상기 제2 시일링 요소에 의해 규정되고 이로부터 방사상으로 연장되는 제2 돌출부를 더 포함하고, 상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저는 각각의 제1 결합 축 및 제2 결합 축을 규정하고 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 각각의 크라운(crown) 부분이 각각의 상기 제1 결합 축 또는 상기 제2 결합 축의 축 방향으로 외측에 위치되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    방사상 단부를 따라 상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너에 의해 각각 규정되고, 상기 시트에 의해 규정된 대응하는 제1 유지(retainment) 구조체 및 제2 유지 구조체와 각각 상호 작용하도록 구성된 제1 돌출 유지 피처(feature) 및 제2 돌출 유지 피처를 더 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 시트 캐비티(cavity)가 상기 제1 시일링 요소, 상기 연결 부분 및 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 규정되고, 제2 시트 캐비티가 상기 제2 시일링 요소, 상기 연결 부분 및 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 규정되고, 상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저와 상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너는 각각 상기 제1 시트 캐비티 및 상기 제2 시트 캐비티 내에 배치되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소는 방사상으로 제1 거리로 연장되는 제1 돌출부를 규정하고, 상기 제2 시일링 요소는 방사상으로 더 작은 제2 거리로 연장되는 제2 돌출부를 규정하고, 추가적으로 상기 제1 시일링 요소 및 상기 제2 시일링 요소의 각각은 밸브 본체의 공극의 에지와 방사상 중첩되도록 구성된 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 축 방향 외측으로 립(lip)을 규정하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소는 제1 재료로 형성되고 상기 제1 리테이너는 상이한 제2 재료로 형성되는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소는 상기 시트의 상기 앵커 부분으로부터 제1 방사상 거리에서 상기 제1 에너자이저를 지지하고, 상기 제2 시일링 요소는 상기 시트의 상기 앵커 부분으로부터 제2 방사상 거리에서 상기 제2 에너자이저를 지지하고, 상기 제2 방사상 거리는 상기 제1 방사상 거리와 실질적으로 동일한, 장치.
  10. 밸브용 시일을 제공하기 위한 장치로서,
    앵커 부분, 상기 앵커 부분으로부터 방사상으로 연장되는 연결 부분, 및 상기 연결 부분의 대향 측들로부터 일반적으로 축 방향으로 정렬된 배향으로 연장되는 제1 시일링 요소 및 제2 시일링 요소를 갖는 시트; 및
    상기 연결 부분의 대향 측들 상에 각각 배치된 제1 에너자이저 및 제2 에너자이저를 포함하고, 상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저의 각각은 상기 제1 시일링 요소 및 상기 제2 시일링 요소와 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 각각 위치되고 서로에 대해 일반적으로 축 방향 정렬로 지지되는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저와 상기 연결 부분의 대향 측들 상의 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 각각 위치된 제1 리테이너 및 제2 리테이너를 더 포함하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 리테이너의 방사상 내측 또는 외측 표면 중 하나는 볼록한 표면을 규정하고, 상기 제1 리테이너의 방사상 내측 또는 외측 표면 중 다른 하나는 오목한 표면을 규정하는, 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소 및 상기 제2 시일링 요소는 중합체 재료로 형성되는, 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 연결 부분은 연장 축을 규정하고, 상기 제1 에너자이저는 상기 연장 축에 실질적으로 평행한 결합 축을 따라 압축되는, 장치.
  15. 밸브로서,
    캐비티를 규정하는 본체;
    상기 본체를 통한 흐름을 선택적으로 억제하기 위해 상기 본체 내에 배치된 폐쇄기;
    앵커 부분, 방사상으로 연장되는 연결 부분 및 상기 캐비티 내에 배치된 상기 연결 부분으로부터 연장되는 제1 시일링 요소를 갖는 시트;
    제1 시일링 요소와 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 위치된 제1 에너자이저; 및
    상기 제1 에너자이저와 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 위치된 제1 리테이너를 포함하고, 상기 제1 리테이너와 상기 제1 시일링 요소는 각각 상기 캐비티의 표면과 접촉하는, 밸브.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 폐쇄기는 제1 위치에서 상기 제1 시일링 요소와 접촉하고, 제2 위치에서 상기 시트로부터 적어도 부분적으로 분리되는, 밸브.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소로부터 반대 방향으로 연장되는 제2 시일링 요소;
    상기 제2 시일링 요소와 상기 앵커 부분 사이에 배치된 제2 에너자이저; 및
    상기 제2 에너자이저와 상기 시트의 상기 앵커 부분 사이에 배치된 제2 리테이너를 더 포함하는, 밸브.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 에너자이저 및 상기 제2 에너자이저는 상기 시트의 상기 앵커 부분으로부터 실질적으로 공통된 방사상 거리에 배치되는, 밸브.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 시일링 요소는 방사상으로 연장되고 상기 본체에 의해 적어도 부분적으로 규정된 공극으로 연장되는 립을 규정하는, 밸브.
  20. 제19항에 있어서,
    시트 캐비티가 상기 제1 시일링 요소, 상기 공극의 측벽 및 상기 앵커 부분에 의해 규정되고, 추가적으로 상기 제1 에너자이저 및 상기 제1 리테이너는 상기 시트 캐비티 내에 배치되는, 밸브.
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