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JP2024095863A - Ball seats and ball valves - Google Patents

Ball seats and ball valves Download PDF

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JP2024095863A
JP2024095863A JP2022212825A JP2022212825A JP2024095863A JP 2024095863 A JP2024095863 A JP 2024095863A JP 2022212825 A JP2022212825 A JP 2022212825A JP 2022212825 A JP2022212825 A JP 2022212825A JP 2024095863 A JP2024095863 A JP 2024095863A
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JP
Japan
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seat
ring
ball
tapered surface
ball valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP2022212825A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
正澄 船渡
Masazumi Funato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kitz Corp
Original Assignee
Kitz Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kitz Corp filed Critical Kitz Corp
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Priority to AU2023419583A priority patent/AU2023419583A1/en
Priority to PCT/JP2023/047175 priority patent/WO2024143519A1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/06Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor

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Abstract

To provide a technology which can inhibit shifting and deformation of a seat link even if a ball seat is used in a cryogenic fluid and achieves more stable sealability with the ball seat regardless of a use environment.SOLUTION: A ball seat (1) comprises: an annular seat ring (10); an outer ring (20) at the outer periphery side; and an inner ring (30) at the inner periphery side. A radial cross section of the inner ring (30) is a shape which protrudes to the radial inner side and in which a width of the inner ring (30) gradually reduces.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ボールシートおよびボールバルブに関する。 The present invention relates to a ball seat and a ball valve.

ボールバルブは大流量の流体の流れの制御に適用されることから、様々な技術分野において、流体の制御の用途で使用されている。ボールバルブでは、流体の流路とボール弁体との間をシールするためにボールシートが使用される。ボールシートは、ボール弁体に当接するシートリングを有するが、補強の観点から、その周方向にさらなるリングを伴うことがある。このようなボールシートには、シートリングとその外周側のアウターリングとによって構成されるボールシートが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、上記のボールシートには、シートリングとその外周側のアウターリングとその内周側のバックアップリングとによって構成されるボールシートが知られている(例えば、特許文献2参照)。 Ball valves are used in a variety of technical fields for controlling fluid flow, as they are applied to control the flow of large volumes of fluid. In ball valves, a ball seat is used to seal between the fluid flow path and the ball valve body. The ball seat has a seat ring that contacts the ball valve body, but may be accompanied by an additional ring in the circumferential direction for reinforcement. A known ball seat of this type is one that is composed of a seat ring and an outer ring on its outer periphery (see, for example, Patent Document 1). Another known ball seat is one that is composed of a seat ring, an outer ring on its outer periphery, and a backup ring on its inner periphery (see, for example, Patent Document 2).

国際公開第2021/172457号International Publication No. 2021/172457 実公平7-49146号公報Japanese Utility Model Publication No. 7-49146

ところで、シートリングは通常、樹脂などの変形可能な材料で構成される。また、前述のアウターリングおよびインナーリングは、シートリングの保護の観点から、金属などの、より高い剛性を有する材料で構成される。そのため、シートリングは他のリングに比べて変形しやすく、例えば熱によって膨縮しやすく、また収縮しやすい。ボールバルブを液化水素などの極低温の流体に使用する場合では、ボールシートは極低温環境に晒され、シートリングは特に内径側に縮径するように変形する。 The seat ring is usually made of a deformable material such as resin. The outer ring and inner ring are made of a material with higher rigidity such as metal to protect the seat ring. Therefore, the seat ring is more easily deformed than other rings, and is more likely to expand and contract due to heat, for example. When a ball valve is used for cryogenic fluids such as liquefied hydrogen, the ball seat is exposed to the cryogenic environment, and the seat ring deforms, particularly shrinking toward the inner diameter.

そのため、上述の従来技術では、ボールシートを極低温の流体に適用した場合、シートリングが径方向に収縮し、シートリングにおけるボール弁体またはシートリテーナと当接する部分の位置がずれ、あるいはシートリングの変形のためにバックアップリングが脱落し、所期のシール性が発現されなくなることがある。このように、従来技術では、使用環境に関わらずボールシートに所期のシール性を発現させる観点から検討の余地が残されている。 Therefore, in the above-mentioned conventional technology, when a ball seat is used with a cryogenic fluid, the seat ring shrinks in the radial direction, causing the position of the part of the seat ring that abuts against the ball valve body or the seat retainer to shift, or the backup ring to fall off due to deformation of the seat ring, which can result in the desired sealing performance not being achieved. As such, the conventional technology leaves room for further study in terms of enabling the ball seat to achieve the desired sealing performance regardless of the usage environment.

本発明の一態様は、ボールシートを極低温流体に使用した場合であっても、シートリングのずれおよび変形を抑制でき、使用環境に関わらずボールシートにより安定したシール性を発現可能な技術を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a technology that can suppress misalignment and deformation of the seat ring even when the ball seat is used with cryogenic fluids, and that can provide stable sealing performance with the ball seat regardless of the usage environment.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るボールシートは、ボールバルブにおいてボール弁体と、シートリテーナとに挟まれて両者間をシールする環状のボールシートであって、環状のシートリングと、前記シートリングの外周側で前記シートリングに接する環状のアウターリングと、前記シートリングの内周側で前記シートリングに接する環状のインナーリングと、を有し、前記インナーリングの径方向における断面の形状は、径方向の内側に向けて凸となる形状であって、前記インナーリングの幅が径方向の内側から前記シートリングに向けて漸次拡大する形状である。 In order to solve the above problems, the ball seat according to one aspect of the present invention is an annular ball seat that is sandwiched between a ball valve body and a seat retainer in a ball valve to seal the space between the two, and has an annular seat ring, an annular outer ring that contacts the seat ring on the outer periphery side of the seat ring, and an annular inner ring that contacts the seat ring on the inner periphery side of the seat ring, and the cross-sectional shape of the inner ring in the radial direction is a shape that is convex toward the inside in the radial direction, and the width of the inner ring gradually increases from the inside in the radial direction toward the seat ring.

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るボールバルブは、ボール弁体と、シートリテーナと、それらに挟まれて両者間をシールする環状の上記のボールシートと、を有する。 In order to solve the above problems, a ball valve according to one aspect of the present invention has a ball valve body, a seat retainer, and the above-mentioned annular ball seat that is sandwiched between them to seal the space between them.

本発明の一態様によれば、ボールシートを極低温流体に使用した場合であっても、シートリングのずれおよび変形を抑制でき、使用環境に関わらずボールシートより安定したシール性を発現させることができる。 According to one aspect of the present invention, even when the ball seat is used with cryogenic fluids, it is possible to suppress displacement and deformation of the seat ring, and it is possible to achieve a more stable sealing performance than the ball seat regardless of the usage environment.

本発明の実施形態1に係るボールシートであってその軸方向の一方側から見たボールシートを模式的に示す図である。1 is a diagram showing a ball seat according to a first embodiment of the present invention, as viewed from one side in the axial direction. FIG. 本発明の実施形態1に係るボールシートであってその軸方向の他方側から見たボールシートを模式的に示す図である。3 is a diagram showing a ball seat according to the first embodiment of the present invention, as viewed from the other axial side. FIG. 本発明の実施形態1に係るボールシートの径方向における断面を模式的に示す図である。1 is a diagram showing a schematic radial cross section of a ball seat according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態1に係るボールシートにおけるテーパ面間の関係を説明するための図である。4A to 4C are diagrams for explaining the relationship between tapered surfaces in the ball seat according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施形態1に係るボールバルブの構成を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a ball valve according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図5のA部を拡大して模式的に示す径方向における断面を斜めから見た図である。6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion A in FIG. 5, viewed obliquely in a radial direction. FIG. 図5のA部を拡大して模式的に示す径方向における断面を正面から見た図である。6 is an enlarged schematic front view of a radial cross section of part A in FIG. 5 . FIG. 本発明の実施形態1に係るボールバルブにおいてシートリングが焼失したときの様子を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a state in which a seat ring is burned in the ball valve according to the first embodiment of the present invention. FIG.

〔ボールシート〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態1に係るボールシートであってその軸方向の一方側から見たボールシートを模式的に示す図であり、図2は、本発明の実施形態1に係るボールシートであってその軸方向の他方側から見たボールシートを模式的に示す図である。また、図3は、本発明の実施形態1に係るボールシートの径方向における断面を模式的に示す図である。ボールシート1は、シートリング10、アウターリング20およびインナーリング30を有している。図中のZ方向は、ボールシート1の径方向であり、Y方向はボールシート1の軸方向である。また、ボールシート1の径方向の任意の仮想線L1とある面に沿う直線とがなす角度のうち鋭角の角度を、その面の傾斜角、とも言う。また、ボールシートについての「断面」は、特に説明がない場合には、径方向における断面を意味する。
[Ball seat]
An embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a diagram showing a ball seat according to the first embodiment of the present invention, as viewed from one side in the axial direction, and FIG. 2 is a diagram showing a ball seat according to the first embodiment of the present invention, as viewed from the other side in the axial direction. FIG. 3 is a diagram showing a cross section in the radial direction of the ball seat according to the first embodiment of the present invention. The ball seat 1 has a seat ring 10, an outer ring 20, and an inner ring 30. The Z direction in the figure is the radial direction of the ball seat 1, and the Y direction is the axial direction of the ball seat 1. An acute angle among the angles formed by an arbitrary virtual line L1 in the radial direction of the ball seat 1 and a straight line along a certain surface is also called the inclination angle of the surface. Furthermore, the "cross section" of the ball seat means a cross section in the radial direction unless otherwise specified.

[シートリング]
シートリング10は、例えばグラファイト製の、あるいはポリクロロトリフロエチレン(PCTFE)および超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)などの樹脂製のリングである。シートリング10は、略矩形の断面形状を有する。シートリング10は、軸方向の一方側に第一シートテーパ面11を有し、軸方向の他方側に第二シートテーパ面12を有する。第一シートテーパ面11は、ボールシート1をボールバルブに適用したときにボール弁体に当接させるために設計された面である。第二シートテーパ面12は、ボールシート1をボールバルブに適用したときにシートリテーナに当接させるために設計された面である。第一シートテーパ面11の傾斜角は、第二シートテーパ面12の傾斜角よりも大きい。
[Seat ring]
The seat ring 10 is a ring made of, for example, graphite or resin such as polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE). The seat ring 10 has a substantially rectangular cross-sectional shape. The seat ring 10 has a first seat tapered surface 11 on one side in the axial direction and a second seat tapered surface 12 on the other side in the axial direction. The first seat tapered surface 11 is a surface designed to abut against a ball valve body when the ball seat 1 is applied to a ball valve. The second seat tapered surface 12 is a surface designed to abut against a seat retainer when the ball seat 1 is applied to a ball valve. The inclination angle of the first seat tapered surface 11 is larger than the inclination angle of the second seat tapered surface 12.

また、シートリング10は、径方向外側における一方側に外側切り欠き部13を有し、径方向内側における他方側に内側切り欠き部14を有する。外側切り欠き部13は、径方向に細長な矩形状に切り欠かれている部分である。内側切り欠き部145は、軸方向に細長な矩形状に切り欠かれている部分である。 The seat ring 10 has an outer cutout 13 on one side, on the radially outer side, and an inner cutout 14 on the other side, on the radially inner side. The outer cutout 13 is a portion cut out in a radially elongated rectangular shape. The inner cutout 145 is a portion cut out in an axially elongated rectangular shape.

また、シートリング10は、外周面に溝15を有する。溝15は、径方向に細長な矩形状の断面形状を有する。 The seat ring 10 also has a groove 15 on its outer circumferential surface. The groove 15 has a rectangular cross-sectional shape that is elongated in the radial direction.

[アウターリング]
アウターリング20は、シートリング10の外周側で前記シートリングに接する環状の部材である。アウターリング20は、例えばステンレス鋼などの金属製である。アウターリング20は、インナーリングに比べて軸方向に細長な略矩形の断面形状を有している。
[Outer ring]
The outer ring 20 is an annular member that contacts the seat ring 10 on the outer circumferential side of the seat ring 10. The outer ring 20 is made of a metal such as stainless steel. The outer ring 20 has a generally rectangular cross-sectional shape that is elongated in the axial direction compared to the inner ring.

アウターリング20は、その断面における一方側に径方向の内側へ突出するアウター突出部21を有している。アウター突出部21は、軸方向に細長な略矩形状の部分である。 The outer ring 20 has an outer protrusion 21 that protrudes radially inward on one side of the cross section. The outer protrusion 21 is a generally rectangular part that is elongated in the axial direction.

また、アウターリング20は、軸方向の一方側の内側に第一アウターテーパ面22を有し、軸方向の他方側の内側に第二アウターテーパ面23を有している。第一アウターテーパ面22の傾斜角は、第二アウターテーパ面23の傾斜角よりも大きい。 The outer ring 20 has a first outer tapered surface 22 on the inside of one axial side, and a second outer tapered surface 23 on the inside of the other axial side. The inclination angle of the first outer tapered surface 22 is greater than the inclination angle of the second outer tapered surface 23.

また、アウターリング20は、内周面に溝24を有する。溝24は、シートリングの溝15に対向しており、軸方向に細長な矩形状の断面形状を有する。すなわち、溝24は、溝15よりも浅い。 The outer ring 20 also has a groove 24 on its inner circumferential surface. The groove 24 faces the groove 15 of the seat ring and has a rectangular cross-sectional shape that is elongated in the axial direction. In other words, the groove 24 is shallower than the groove 15.

また、アウターリング20における外周面と両側面との角のそれぞれが面取りされている。 In addition, the corners of the outer peripheral surface and both side surfaces of the outer ring 20 are chamfered.

[インナーリング]
インナーリング30は、シートリング10の内周側でシートリング10に接する環状の部材である。インナーリング30は、例えばステンレス鋼などの金属製である。インナーリング30は、径方向の内側に向けて凸となる形状であって、インナーリング30の幅が径方向の内側からシートリング10に向けて漸次拡大する断面形状を有する。たとえば、インナーリング30は、径方向の外側に向けて広がる略三角形状の断面形状を有している。
[Inner ring]
The inner ring 30 is an annular member that contacts the seat ring 10 on the inner circumferential side of the seat ring 10. The inner ring 30 is made of a metal such as stainless steel. The inner ring 30 has a cross-sectional shape that is convex toward the inside in the radial direction, and the width of the inner ring 30 gradually increases from the inside in the radial direction toward the seat ring 10. For example, the inner ring 30 has a substantially triangular cross-sectional shape that increases toward the outside in the radial direction.

インナーリング30は、軸方向の一方側に第一インナーテーパ面31と、軸方向の他方側に第二インナーテーパ面32と、を有している。軸方向における両テーパ面間の距離は径方向の外側に向けて漸次拡大している。第一インナーテーパ面31の傾斜角は、第二インナーテーパ面32の傾斜角に比べて大きい。 The inner ring 30 has a first inner tapered surface 31 on one axial side and a second inner tapered surface 32 on the other axial side. The distance between the two tapered surfaces in the axial direction gradually increases radially outward. The inclination angle of the first inner tapered surface 31 is larger than the inclination angle of the second inner tapered surface 32.

また、インナーリング30は、その断面における他方側に径方向の外側へ突出するインナー突出部33を有している。インナー突出部33は、矩形の断面形状を有している。 The inner ring 30 also has an inner protrusion 33 that protrudes radially outward on the other side of the cross section. The inner protrusion 33 has a rectangular cross-sectional shape.

[リング間の係合]
シートリング10の溝15はアウターリング20の溝24に対向し、両溝に跨ってCリング40が配置されている。Cリング40は、例えば金属製である。Cリング40は、周方向の一部を欠く略円環状の部材であり、矩形の断面形状を有している。シートリング10とアウターリング20とは、両者の対向面に設けた溝15、24にCリング40を嵌め込むことで、互いに固定されている。Cリング40は、切り欠き部分がわずかに余分に拡開されており、溝15、24に収容されている状態において、その全体が径方向の外側へ向けて付勢される。そのため、Cリング40は、アウターリング20に向けて付勢されて、その外周面が溝24の底面に接し、その内周面と溝15の底面との間には隙間が形成され得る。インナーリング30とシートリング10とは、このようなCリングによる連結構造とはなっていないが、シートリング10内にインナーリング30がしっかりとはめ込まれた状態である。したがって、両者が容易に離脱やずれを生じることはない。
[Engagement between rings]
The groove 15 of the seat ring 10 faces the groove 24 of the outer ring 20, and a C-ring 40 is disposed across both grooves. The C-ring 40 is made of, for example, metal. The C-ring 40 is a substantially annular member with a portion missing in the circumferential direction, and has a rectangular cross-sectional shape. The seat ring 10 and the outer ring 20 are fixed to each other by fitting the C-ring 40 into the grooves 15, 24 provided on the opposing surfaces of the two. The cutout portion of the C-ring 40 is slightly expanded, and when housed in the grooves 15, 24, the entire ring is biased toward the outside in the radial direction. Therefore, the C-ring 40 is biased toward the outer ring 20, and its outer peripheral surface comes into contact with the bottom surface of the groove 24, and a gap may be formed between the inner peripheral surface of the C-ring 40 and the bottom surface of the groove 15. The inner ring 30 and the seat ring 10 are not connected by such a C-ring, but the inner ring 30 is firmly fitted into the seat ring 10. Therefore, the two will not easily become detached or misaligned.

また、アウターリング20のアウター突出部21は、シートリング10の外側切り欠き部13と係合している。また、インナーリング30のインナー突出部33は、シートリングの内側切り欠き部14と係合している。このようにアウターリング20は、外周側における軸方向の一方側でシートリング10と係合し、インナーリング30は、内周側における軸方向の他方側でシートリング10と係合している。 The outer protrusion 21 of the outer ring 20 engages with the outer cutout 13 of the seat ring 10. The inner protrusion 33 of the inner ring 30 engages with the inner cutout 14 of the seat ring. In this way, the outer ring 20 engages with the seat ring 10 on one side in the axial direction on the outer circumferential side, and the inner ring 30 engages with the seat ring 10 on the other side in the axial direction on the inner circumferential side.

[シートリングのテーパ面に対する位置関係]
可燃性の流体を扱うボールバルブにボールシート1を適用する場合では、流路で火災などが生じた場合に、ボールシート1からシートリング10のみが焼失することがある。この場合でもボールシート1がボール弁体に対するシール性を発現すること(ファイアセーフ機能)は、火災によるボールバルブからの流体漏れなどによる被害の拡大を抑制する観点から好適である。このような観点から、ボールシート1は、シートリング10が焼失した場合に、インナーリング30が、ボールバルブにおいてボール弁体およびシートリテーナの両方に接するように構成されている。
[Positional relationship of seat ring to tapered surface]
When the ball seat 1 is applied to a ball valve that handles flammable fluid, if a fire or the like occurs in the flow path, only the seat ring 10 may be burned away from the ball seat 1. Even in this case, the fact that the ball seat 1 exhibits sealing properties against the ball valve body (fire-safe function) is preferable from the viewpoint of suppressing the spread of damage caused by fluid leakage from the ball valve due to a fire. From this viewpoint, the ball seat 1 is configured so that, if the seat ring 10 is burned away, the inner ring 30 contacts both the ball valve body and the seat retainer in the ball valve.

前述したように、シートリング10の第一シートテーパ面11は、ボール弁体への当たり面であり、シートリング10の第二シートテーパ面12は、シートリテーナへの当たり面である。上記の観点から、ボールシート1の断面におけるこれらの面の延長線とアウターリング20との軸方向における最短距離は、当該延長線とインナーリング30との軸方向における最短距離よりも大きい。図を参照してより詳しく説明する。 As described above, the first seat tapered surface 11 of the seat ring 10 is the contact surface for the ball valve body, and the second seat tapered surface 12 of the seat ring 10 is the contact surface for the seat retainer. From the above perspective, the shortest distance in the axial direction between the extension lines of these surfaces in the cross section of the ball seat 1 and the outer ring 20 is greater than the shortest distance in the axial direction between the extension lines and the inner ring 30. This will be explained in more detail with reference to the drawings.

図4は、本発明の実施形態1に係るボールシートにおけるテーパ面間の関係を説明するための図である。ボールシート1の断面において、第一シートテーパ面11の延長線L2は、アウターリングおよび20インナーリング30のいずれとも交差せず、離れている。同様に、第二シートテーパ面12の延長線L3も、アウターリング20およびインナーリング30のいずれとも交差せず、離れている。 Figure 4 is a diagram for explaining the relationship between the tapered surfaces in the ball seat according to the first embodiment of the present invention. In the cross section of the ball seat 1, the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 does not intersect with either the outer ring 20 or the inner ring 30, and is separated from them. Similarly, the extension line L3 of the second seat tapered surface 12 does not intersect with either the outer ring 20 or the inner ring 30, and is separated from them.

図示の通り、同断面において、インナーリング30の第一インナーテーパ面31は、第一シートテーパ面11の延長線L2よりも内側にあり、インナーリング30の第二インナーテーパ面32は、第二シートテーパ面12の延長線L3よりも内側にある。そして、第一インナーテーパ面31は、シートリング10に近いほど第一シートテーパ面11の延長線L2に近づくように傾斜し、第二インナーテーパ面32は、シートリング10に近いほど第二シートテーパ面12の延長線L3に近づくように傾斜している。つまり、第一インナーテーパ面31および第二インナーテーパ面32は、それぞれ第一シートテーパ面11の延長線L2および第二シートテーパ面12の延長線L3よりも傾斜角が大きくなっている。このように、第一インナーテーパ面31と第二インナーテーパ面32との距離は、シートリング10に最も近い位置がもっとも広くなっており、インナーリング30は、この最も広がった面でシートリング10をその内径側で支えている。 As shown in the figure, in the same cross section, the first inner tapered surface 31 of the inner ring 30 is located inside the extension line L2 of the first seat tapered surface 11, and the second inner tapered surface 32 of the inner ring 30 is located inside the extension line L3 of the second seat tapered surface 12. The first inner tapered surface 31 is inclined so as to approach the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 as it approaches the seat ring 10, and the second inner tapered surface 32 is inclined so as to approach the extension line L3 of the second seat tapered surface 12 as it approaches the seat ring 10. In other words, the first inner tapered surface 31 and the second inner tapered surface 32 have a larger inclination angle than the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 and the extension line L3 of the second seat tapered surface 12, respectively. In this way, the distance between the first inner tapered surface 31 and the second inner tapered surface 32 is widest at the position closest to the seat ring 10, and the inner ring 30 supports the seat ring 10 on its inner diameter side with this widest surface.

仮に、シートリング10が焼失される場合では、アウターリング20およびインナーリング30ともに、ボール弁体側またはシートリテーナ側の部分であってシートリング10に最も近い部分が、ボール弁体またはシートリテーナに当たると考えられる。すなわち、アウターリング20であれば、シートリング10焼失時には、第一アウターテーパ面22の径方向内側の端がボール弁体と、第二アウターテーパ面23の径方向内側の端がシートリテーナと、それぞれ当接し得る。インナーリング30であれば、シートリング10の焼失時には、第一インナーテーパ面31の径方向外側の端がボール弁体と、第二インナーテーパ面32の径方向外側の端がシートリテーナと、それぞれ当接し得る。 If the seat ring 10 were to burn, the portions of the outer ring 20 and the inner ring 30 that are closest to the seat ring 10 on the ball valve body side or the seat retainer side would likely come into contact with the ball valve body or the seat retainer. That is, in the case of the outer ring 20, when the seat ring 10 burns, the radially inner end of the first outer tapered surface 22 may come into contact with the ball valve body, and the radially inner end of the second outer tapered surface 23 may come into contact with the seat retainer. In the case of the inner ring 30, when the seat ring 10 burns, the radially outer end of the first inner tapered surface 31 may come into contact with the ball valve body, and the radially outer end of the second inner tapered surface 32 may come into contact with the seat retainer.

したがって、第一アウターテーパ面22の径方向内側の端と延長線L2との距離G21と、第二アウターテーパ面23の径方向内側の端と延長線L3との距離G22との和が、断面における当たり面の延長線とアウターリング20との軸方向における最短距離d20となる。また、第一インナーテーパ面31の径方向外側の端と延長線L2との距離G31と、第二インナーテーパ面32の径方向外側の端と延長線L3との距離G32との和が、断面における当たり面の延長線とインナーリング30との軸方向における最短距離d30となる。ボールシート1では、最短距離d30は、最短距離d20よりも小さくなるように設計されている。このように、ボールシート1の断面において、インナーリング30におけるテーパ面の最もシートリング10側の部分と第一シートテーパ面11の延長線L2および第二シートテーパ面12の延長線L3との隙間は、アウターリング20における最もシートリング10側の部分と延長線L2および延長線L3との隙間よりも小さくなっている。 Therefore, the sum of the distance G21 between the radially inner end of the first outer tapered surface 22 and the extension line L2 and the distance G22 between the radially inner end of the second outer tapered surface 23 and the extension line L3 is the shortest distance d20 in the axial direction between the extension line of the contact surface in the cross section and the outer ring 20. In addition, the sum of the distance G31 between the radially outer end of the first inner tapered surface 31 and the extension line L2 and the distance G32 between the radially outer end of the second inner tapered surface 32 and the extension line L3 is the shortest distance d30 in the axial direction between the extension line of the contact surface in the cross section and the inner ring 30. In the ball seat 1, the shortest distance d30 is designed to be smaller than the shortest distance d20. Thus, in the cross section of the ball seat 1, the gap between the part of the tapered surface of the inner ring 30 closest to the seat ring 10 and the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 and the extension line L3 of the second seat tapered surface 12 is smaller than the gap between the part of the outer ring 20 closest to the seat ring 10 and the extension line L2 and extension line L3.

このようにして、全体として、外周側から内周側に向けて軸方向の長さ(幅)が漸次減少する断面形状を有するボールシート1が構成されている。ボールシート1の断面においても、各リングにおける前述のテーパ面と同様に、軸方向の一方側の輪郭が他方側の輪郭に比べてより大きく傾いている。 In this way, the ball seat 1 is constructed with a cross-sectional shape in which the axial length (width) gradually decreases from the outer periphery to the inner periphery. In the cross section of the ball seat 1, as with the tapered surfaces of each ring described above, the contour on one side in the axial direction is more inclined than the contour on the other side.

〔ボールバルブ〕
ボールシート1は、ボールバルブに適用される。図5は、本発明の実施形態1に係るボールバルブの構成を模式的に示す断面図である。図6は、図5のA部を拡大して模式的に示す断面を斜めから見た図であり、図7は、図5のA部を拡大して模式的に示す断面を正面から見た図である。
〔Ball valve〕
The ball seat 1 is applied to a ball valve. Fig. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a ball valve according to a first embodiment of the present invention. Fig. 6 is a cross-sectional view showing a schematic enlargement of a portion A in Fig. 5 as viewed obliquely, and Fig. 7 is a cross-sectional view showing a schematic enlargement of a portion A in Fig. 5 as viewed from the front.

ボールバルブ100は、ボール弁体140と、シートリテーナ130と、それらに挟まれて両者間をシールする環状のボールシート1とを有している。以下、ボールバルブ100の構成をさらに説明する。 The ball valve 100 has a ball valve body 140, a seat retainer 130, and an annular ball seat 1 that is sandwiched between them to seal the space between them. The structure of the ball valve 100 will be further described below.

ボールバルブ100は、ボデー110、中蓋部150、ボール弁体140、ステム160およびボンネット170を有している。 The ball valve 100 has a body 110, a lid portion 150, a ball valve body 140, a stem 160, and a bonnet 170.

ボデー110は、下から、弁室部111と、その上に連設される寸胴部112とを有する。弁室部111は、互いに対向する位置に開口する二つの流路開口部120、120を有する。弁室部111には、ボール弁体140が流路開口部120、120同士を連通、遮断するように回転可能に配置されている。また、弁室部111には、各流路開口部側からボール弁体140に密着する環状のボールシート1、1と、各流路開口部側からボールシート1、1に当接し、かつボール弁体140に向けて付勢されているシートリテーナ130、130が収容されている。シートリテーナ130は、その外周側に周設されているシール材130aを有している。シール材130aは、流路開口部120の内周壁面に当接しており、シートリテーナ130と当該内周壁面との間をシールしている。シール材130aは、火災などの発生時にも消失しないよう、耐火性のある材料、例えばグラファイトなどによって形成されている。 The body 110 has a valve chamber 111 and a cylindrical portion 112 connected thereto from below. The valve chamber 111 has two flow passage openings 120, 120 that open at positions facing each other. In the valve chamber 111, a ball valve body 140 is rotatably arranged so as to communicate and block the flow passage openings 120, 120. In addition, the valve chamber 111 contains annular ball seats 1, 1 that are in close contact with the ball valve body 140 from each flow passage opening side, and seat retainers 130, 130 that are in contact with the ball seats 1, 1 from each flow passage opening side and are biased toward the ball valve body 140. The seat retainer 130 has a seal material 130a that is provided around its outer periphery. The seal material 130a is in contact with the inner peripheral wall surface of the flow passage opening 120, and seals between the seat retainer 130 and the inner peripheral wall surface. The sealant 130a is made of a fire-resistant material, such as graphite, so that it will not disappear in the event of a fire.

寸胴部112は、鉛直方向(Z方向)に管軸を有する円管状の構造体である。寸胴部112は、その一端(図中の下端)側において、開口部を介して弁室部111に連設されている。 The cylindrical portion 112 is a cylindrical structure having a tube axis in the vertical direction (Z direction). One end of the cylindrical portion 112 (the lower end in the figure) is connected to the valve chamber portion 111 via an opening.

中蓋部150は、弁室部111における寸胴部112側の開口部を塞いで弁室部111を寸胴部112と区切っている。 The inner lid portion 150 closes the opening of the valve chamber portion 111 on the cylindrical portion 112 side, separating the valve chamber portion 111 from the cylindrical portion 112.

ステム160は、中蓋部150を貫通してボール弁体140に連結する略円柱状の構造物である。ステム160は、図中のZ方向に延在する弁軸を構成する。ステム160は、ボデー110の上端よりも上方に突出している。 The stem 160 is a generally cylindrical structure that penetrates the inner lid portion 150 and connects to the ball valve body 140. The stem 160 constitutes a valve shaft that extends in the Z direction in the figure. The stem 160 protrudes upward from the upper end of the body 110.

ボンネット170は、寸胴部112の他端(図中の上端)側の開口を密閉する。ステム160は、ボンネット170を貫通しており、かつボンネット170に対して回転可能に配置される。ボンネット170は、ボデー110の上端部にボルトなどによって着脱可能に連結している。 The bonnet 170 seals the opening at the other end (the upper end in the figure) of the cylindrical portion 112. The stem 160 passes through the bonnet 170 and is arranged so as to be rotatable relative to the bonnet 170. The bonnet 170 is detachably connected to the upper end of the body 110 by a bolt or the like.

なお、中蓋部150とステム160との間には、軸シール部が介在している、また、中蓋部150の外縁部とそれに対向するボデー110の内周壁部との間には、プレッシャーシール構造を有する外周シール部が介在している。また、ボンネット170上には、不図示の操作部が固定される。当該操作部に設置されるハンドルを回転させることによって、ステム160およびボール弁体140が回転し、弁室部111における流体の流路が開閉する。 A shaft seal is interposed between the inner lid portion 150 and the stem 160, and an outer circumferential seal having a pressure seal structure is interposed between the outer edge of the inner lid portion 150 and the opposing inner circumferential wall portion of the body 110. An operating unit (not shown) is fixed onto the bonnet 170. By rotating a handle installed on the operating unit, the stem 160 and the ball valve body 140 rotate, and the fluid flow path in the valve chamber portion 111 opens and closes.

ボールバルブ100において、ボールシート1は、第一シートテーパ面11でボール弁体140に当接しており、第二シートテーパ面12でシートリテーナ130と当接している。アウターリング20の外周面は中蓋部150に当接している。上記の状態において、アウターリング20およびインナーリング30は、いずれも、ボール弁体140およびシートリテーナ130とは離れており、接触しない。 In the ball valve 100, the ball seat 1 abuts against the ball valve body 140 at the first seat tapered surface 11, and against the seat retainer 130 at the second seat tapered surface 12. The outer peripheral surface of the outer ring 20 abuts against the inner lid portion 150. In the above state, the outer ring 20 and the inner ring 30 are both separated from the ball valve body 140 and the seat retainer 130 and do not come into contact with each other.

アウターリング20とインナーリング30とを比べたときに、インナーリング30は、径方向におけるより内側に位置し、ボール弁体140の表面およびシートリテーナ130との間隔がより狭い。 When comparing the outer ring 20 and the inner ring 30, the inner ring 30 is positioned further inward in the radial direction, and the distance between the surface of the ball valve body 140 and the seat retainer 130 is narrower.

ここで、流路内で火災が発生し、火炎が流路を伝播すると、樹脂製であるシートリング10のみが熱によって溶け、あるいは燃焼し得る。しかしながら、アウターリング20とインナーリング30とを比べたときに、インナーリング30は、径方向におけるより内側に位置し、ボール弁体140の表面およびシートリテーナ130との間隔がより狭い。また、アウターリング20は、Cリング40によって外周側に付勢される。さらに、シートリテーナ130は、軸方向に沿ってボールシート1をボール弁体140に向けて押圧している。したがって、シートリング10が焼失されている間に、シートリテーナ130の第一インナーテーパ面31および第二インナーテーパ面32がボール弁体140およびシートリテーナ130に当接する。この状態では、アウターリング20の第一アウターテーパ面および第二アウターテーパ面がボール弁体およびシートリテーナに当接することはない。このように、ボールシート1は、シートリング10の焼失時に、アウターリング20に先立ってインナーリング30がボール弁体140およびシートリテーナ130の両方に接するように構成されている。 Here, if a fire occurs in the flow passage and the flames propagate through the flow passage, only the resin seat ring 10 may melt or burn due to heat. However, when comparing the outer ring 20 and the inner ring 30, the inner ring 30 is located further inward in the radial direction, and the distance between the surface of the ball valve body 140 and the seat retainer 130 is narrower. In addition, the outer ring 20 is biased toward the outer periphery by the C-ring 40. Furthermore, the seat retainer 130 presses the ball seat 1 toward the ball valve body 140 along the axial direction. Therefore, while the seat ring 10 is burned, the first inner tapered surface 31 and the second inner tapered surface 32 of the seat retainer 130 abut against the ball valve body 140 and the seat retainer 130. In this state, the first outer tapered surface and the second outer tapered surface of the outer ring 20 do not abut against the ball valve body and the seat retainer. In this way, the ball seat 1 is configured so that when the seat ring 10 burns down, the inner ring 30 contacts both the ball valve body 140 and the seat retainer 130 before the outer ring 20.

また、ボールバルブ100において、インナーリング30の径方向における最も内側の部分の位置P2は、ボール弁体140およびシートリテーナ130の径方向における内周面の位置P1に比べてより外周側に位置している。 In addition, in the ball valve 100, the position P2 of the radially innermost portion of the inner ring 30 is located further outward than the position P1 of the radially inner circumferential surface of the ball valve body 140 and the seat retainer 130.

ここで、火災などによりシートリングが消失してしまった状態を図8によりさらに説明する。図8は、ボールバルブ100においてシートリング10が焼失したときの様子を説明するための図である。図8は、シートリング10が完全に消失してしまった状態のボールシートおよびその周辺の断面構成を模式的に示している。 Here, the state in which the seat ring has been lost due to a fire or the like will be further explained with reference to Figure 8. Figure 8 is a diagram for explaining the state when the seat ring 10 in the ball valve 100 is burned away. Figure 8 shows a schematic cross-sectional configuration of the ball seat and its surroundings in a state in which the seat ring 10 has been completely lost.

シートリング10が消失してしまった状態では、残りのリング状の部材には、シートリテーナ130がボール弁体140側に押される方向に力が働く。これは、シートリテーナ130には、ボール弁体140と反対側にスプリングなどが配置されており、その付勢力が働くためである。また、これに加えて、シートリテーナ130は、その外径側がシール材130aでシールされる一方、ボール弁体140側ではインナーリング30と接触し、その接触位置がシールポイントとなる。そのため、それらのシール面積の相違に基づく流体による圧力差(自緊力)による力も、シートリテーナ130をボール弁体140側に押す力として発生する。 When the seat ring 10 has disappeared, a force acts on the remaining ring-shaped member in a direction that pushes the seat retainer 130 toward the ball valve body 140. This is because a spring or the like is arranged on the opposite side of the seat retainer 130 from the ball valve body 140, and the spring acts as a biasing force. In addition to this, the seat retainer 130 is sealed on its outer diameter side with a sealing material 130a, while the ball valve body 140 side contacts the inner ring 30, and the contact position becomes the sealing point. Therefore, the force due to the pressure difference (autofrettage force) caused by the fluid based on the difference in the sealing area is also generated as a force that pushes the seat retainer 130 toward the ball valve body 140.

これらの力により、シートリテーナ130が、ボール弁体側に押され、それによってインナーリング30およびアウターリング20のシートリテーナ130側の端面に接触する。この際、シートリテーナ130とインナーリング30との接触位置は、第二インナーテーパ面32の外径側の位置となり、シートリテーナ130とアウターリング20との接触位置は、第二アウターテーパ面23の内径側の位置となる。これらのテーパ面の形成により、それぞれの接触は線状に形成される。よって、シートリング10の消失状態でも、シートリテーナ130とインナーリング30またはアウターリング20とは、互いに高いシール性を発揮することができる。 These forces push the seat retainer 130 towards the ball valve body, which brings it into contact with the end faces of the inner ring 30 and the outer ring 20 on the seat retainer 130 side. At this time, the contact position between the seat retainer 130 and the inner ring 30 is on the outer diameter side of the second inner tapered surface 32, and the contact position between the seat retainer 130 and the outer ring 20 is on the inner diameter side of the second outer tapered surface 23. Due to the formation of these tapered surfaces, the respective contacts are formed linearly. Therefore, even when the seat ring 10 is missing, the seat retainer 130 and the inner ring 30 or the outer ring 20 can provide high sealing performance with each other.

一方、ボール弁体140側においては、シートリテーナ130によってボール弁体140側に押されたインナーリング30が、ボール弁体140と接触する。その接触位置は、第一インナーテーパ面31の外径側の位置となる。この接触も線状に形成されるため、高いシール性を発揮することができる。 On the other hand, on the ball valve body 140 side, the inner ring 30, which is pressed toward the ball valve body 140 by the seat retainer 130, comes into contact with the ball valve body 140. The contact position is on the outer diameter side of the first inner tapered surface 31. This contact is also formed in a line, so high sealing performance can be achieved.

これに対し、アウターリング20は、シートリテーナ130によってボール弁体140側に押されるものの、上述した距離G21、G22、G31およびG32の関係によって、先にインナーリング30とボール弁体140との接触が生じる。そのため、シートリテーナ130およびボール弁体140の両方に接触したインナーリング30がつっかえとなって、アウターリング20とボール弁体140とは接触せず、両者の間には、わずかな隙間cが形成される。 In response to this, the outer ring 20 is pushed toward the ball valve body 140 by the seat retainer 130, but due to the relationship between the distances G21, G22, G31, and G32 described above, the inner ring 30 and the ball valve body 140 come into contact first. Therefore, the inner ring 30, which is in contact with both the seat retainer 130 and the ball valve body 140, becomes a blockage, and the outer ring 20 and the ball valve body 140 do not come into contact, and a small gap c is formed between them.

このように、本実施形態では、万が一火災などによりボールシートが焼失してしまった場合であっても、インナーリング30によるシール性を維持することが可能なファイアセーフ機能を発揮することができる。 In this way, in this embodiment, even if the ball seat is destroyed by fire or the like, a fire-safe function can be achieved that allows the inner ring 30 to maintain its sealing performance.

上記の説明のみによれば、例えば火災などの発生によりシートリング10が失われてしまう状態では、インナーリング30がボール弁体140とシートリテーナ130の両方に接してシール性を発揮するものの、アウターリング20はボール弁体140との隙間があるので、シール性を発揮しないことになる。ただし、実際には、シートリング10が完全に消失することなく一部分が残存したり、また流体圧の影響によりインナーリング30やアウターリング20に傾きが生じたりすることがあるため、インナーリング30によるシールが形成されずに、アウターリング20がボール弁体140とシートリテーナ130に接触してシール性を発揮することもあり得る。 According to the above explanation alone, in a state where the seat ring 10 is lost due to, for example, a fire, the inner ring 30 contacts both the ball valve body 140 and the seat retainer 130 to provide a seal, but the outer ring 20 does not provide a seal because there is a gap between it and the ball valve body 140. However, in reality, the seat ring 10 may not disappear completely and parts of it may remain, or the inner ring 30 or the outer ring 20 may tilt due to the influence of fluid pressure, so it is possible that the inner ring 30 does not form a seal and the outer ring 20 contacts the ball valve body 140 and the seat retainer 130 to provide a seal.

このように、本実施形態のボールバルブ100では、火災などの発生によりシートリング10が失われても、インナーリング30による高いシール性が発揮される。またインナーリング30によるシールがうまく形成されなくてもアウターリング20によるシール性が発揮される。ボールバルブ100ではこのような二重のファイアセーフ機能が発揮され得るため、火災などの発生時にも流体漏れを生じない高い安全性が発現され得る。 In this way, in the ball valve 100 of this embodiment, even if the seat ring 10 is lost due to a fire or the like, the inner ring 30 provides high sealing performance. Also, even if the inner ring 30 does not provide a good seal, the outer ring 20 provides sealing performance. Because the ball valve 100 can provide such a double fire-safe function, it can provide high safety without fluid leakage even in the event of a fire or the like.

ただし、アウターリング20によるシールは、そのシール位置がシートリテーナ130の外径側のシール材130aの径の位置に近いため、上述した自緊力が弱くなり、その分シール性も弱くなってしまう可能性がある。本実施形態では、アウターリングおよびインナーリングの両側のテーパ面について、上述した所定の距離G21,G22、G31、G32を満たすように設計することによって、シートリング10の焼失時にもインナーリング30によるシールが形成されやすくなる。そのため、特に優れたファイアセーフ機能を発揮し得る。 However, the seal provided by the outer ring 20 is close to the radial position of the sealing material 130a on the outer diameter side of the seat retainer 130, so the self-sealing force described above is weak, and this may result in a weaker seal. In this embodiment, the tapered surfaces on both sides of the outer ring and inner ring are designed to satisfy the above-mentioned predetermined distances G21, G22, G31, and G32, making it easier for the inner ring 30 to form a seal even if the seat ring 10 is burned down. This allows for a particularly excellent fire-safe function.

〔主な作用効果〕
ボールシート1は、環状のシートリング10と、シートリング10の外周側でシートリング10を保持する環状のアウターリング20と、シートリング10の内周側でシートリング10を保持する環状のインナーリング30とを有している。そして、インナーリング30は、径方向の内側に向けて凸となる形状であって、前記インナーリングの幅が径方向の外側に向けて漸次拡大する形状である断面形状を有する。
[Major effects]
The ball seat 1 has an annular seat ring 10, an annular outer ring 20 that holds the seat ring 10 on the outer periphery side of the seat ring 10, and an annular inner ring 30 that holds the seat ring 10 on the inner periphery side of the seat ring 10. The inner ring 30 has a cross-sectional shape that is convex toward the inside in the radial direction, and the width of the inner ring gradually increases toward the outside in the radial direction.

本実施形態におけるボールシート1は、ボール弁体140とシートリテーナ130との間に挟まれるだけで弁室部111内に配置されており、ボールバルブ100では、上部が中蓋部150と当接してはいるものの、それ以外にはボールシート1を弁室部111内に固定する構造は無い。つまり、ボールシート1は、基本的には、第一シートテーパ面11でのボール弁体140との当接と、第二シートテーパ面12でのシートリテーナ130との当接によって固定および位置決めがなされている。したがって、ボール弁体140の回転に伴うシール面の摺動、あるいは流路からの流体圧の印加などによって、ボールシート1には、位置ずれおよび変形などをもたらす力が加わりやすい。 In this embodiment, the ball seat 1 is disposed in the valve chamber 111 simply by being sandwiched between the ball valve body 140 and the seat retainer 130. In the ball valve 100, although the upper portion abuts against the inner lid portion 150, there is no other structure for fixing the ball seat 1 in the valve chamber 111. In other words, the ball seat 1 is basically fixed and positioned by the abutment of the ball valve body 140 at the first seat tapered surface 11 and the abutment of the seat retainer 130 at the second seat tapered surface 12. Therefore, the ball seat 1 is susceptible to forces that cause misalignment and deformation due to the sliding of the seal surface accompanying the rotation of the ball valve body 140 or the application of fluid pressure from the flow path.

これに対し、ボールシート1では、そのシートリング10が、その外径側をアウターリング20に、また内径側をインナーリング30に挟み込まれた状態となっている。したがって、ボールシート1には、例えばボール弁体140が回転する場合には、第一シートテーパ面11でのボール弁体140との摺動により、ボールシート1にはねじれ方向への力が加わる。しかしながら、アウターリング20とインナーリング30とによってねじれの変形が防がれている。 In contrast, in the ball seat 1, the seat ring 10 is sandwiched between the outer ring 20 on its outer diameter side and the inner ring 30 on its inner diameter side. Therefore, when the ball valve body 140 rotates, for example, a torsional force is applied to the ball seat 1 due to the sliding of the ball valve body 140 against the first seat tapered surface 11. However, the outer ring 20 and the inner ring 30 prevent torsional deformation.

また、ボールシート1には流路側から流体圧が加わる場合には、流体が第一シートテーパ面11とボール弁体140との接触面または第二シートテーパ面12とシートリテーナ130との接触面に流出しようとする力が加わり、ボールシート1をボール弁体140側またはシートリテーナ130側に傾倒させる力が働く。しかしながら、アウターリング20およびインナーリング30による保持によって、そのような力にも抗することができ、ボールシート1の変形は生じ難い。 In addition, when fluid pressure is applied to the ball seat 1 from the flow path side, a force is applied that causes the fluid to flow out to the contact surface between the first seat tapered surface 11 and the ball valve body 140 or the contact surface between the second seat tapered surface 12 and the seat retainer 130, and a force acts to tilt the ball seat 1 toward the ball valve body 140 or the seat retainer 130. However, due to the support provided by the outer ring 20 and the inner ring 30, such forces can be resisted, and deformation of the ball seat 1 is unlikely to occur.

その結果、弁室部111内でのボールシート1の位置の固定が比較的緩いにも関わらず、外部力によってもねじれなどの変形などを生じにくい。そのため、ボールシート1は、高いシール性を発揮することができる。 As a result, even though the ball seat 1 is relatively loosely fixed in position within the valve chamber 111, it is not prone to deformation, such as twisting, even when subjected to external forces. Therefore, the ball seat 1 is able to exhibit high sealing properties.

このように、ボールシート1では、インナーリング30が、シートリング10の径方向内側をシートリング10が変形しないように保持している。そのため、ボールシート1が極低温に晒された場合であっても、シートリング10が縮径するような変形も抑えることができ、ボールシート1のシール位置を適切に維持することができる。 In this way, in the ball seat 1, the inner ring 30 holds the radially inner side of the seat ring 10 so that the seat ring 10 does not deform. Therefore, even if the ball seat 1 is exposed to extremely low temperatures, deformation such as a reduction in diameter of the seat ring 10 can be suppressed, and the sealing position of the ball seat 1 can be properly maintained.

特に、インナーリング30は、径方向外側に向けて幅広となる形状を有し、相対的に幅広な周方向外側の面でシートリング10の内周側の面の大部分と当接し、シートリング10を保持している。そのため、シートリング10がより強固に保持され、シートリング10が収縮しようとする際に、インナーリング30から外れることを防止する観点から有効である。特に、インナーリング30は、外径側に向かって幅広となる肉厚状の断面形状を有しているため、径が収縮する方向の力に対して特に対抗する強度を有しており、極低温流体を流す際のシートリング10の収縮を防止する効果に優れる。 In particular, the inner ring 30 has a shape that widens radially outward, and its relatively wide circumferential outer surface abuts against most of the inner peripheral surface of the seat ring 10, holding the seat ring 10. This is effective in holding the seat ring 10 more firmly and preventing it from coming off the inner ring 30 when the seat ring 10 tries to contract. In particular, the inner ring 30 has a thick cross-sectional shape that widens toward the outer diameter side, so it has strength that is particularly strong against forces in the direction of diameter contraction, and is excellent in preventing the contraction of the seat ring 10 when cryogenic fluid is passed through it.

また、インナーリング30は、単なる薄板からなるリングではなく、このように断面略台形状で、ある程度肉厚を有している。そのため、例えば、その製造時に、第一インナーテーパ面31や第二インナーテーパ面32を切削などにより加工する際に、当該加工に耐え得る強度を有する。さらには、薄板状のものに比して加工の際の治具による固定なども行いやすい。このように、インナーリング30は、製造上の利点も有している。 The inner ring 30 is not simply a ring made of a thin plate, but has a generally trapezoidal cross section and a certain degree of thickness. Therefore, for example, when the first inner tapered surface 31 and the second inner tapered surface 32 are machined by cutting during manufacture, the inner ring 30 has the strength to withstand the machining. Furthermore, compared to a thin plate, it is easier to fix the inner ring 30 with a jig during machining. In this way, the inner ring 30 also has advantages in terms of manufacturing.

また、ボールバルブ100内においては、インナーリング30がこのようにシートリング10の径方向内側にあっても、径方向内側に幅狭となる形状を有するため、中心方向に向かって径が大きくなる形状のボール弁体140に対して接触することがなく、その回転動作にも干渉せず、スムーズな弁体動作を可能とする。 In addition, even though the inner ring 30 is located radially inside the seat ring 10 in this manner, inside the ball valve 100, it has a shape that narrows radially inward, so it does not come into contact with the ball valve body 140, which has a shape that increases in diameter toward the center, and does not interfere with its rotational movement, allowing for smooth valve body operation.

さらに、ボールシート1は、シール性の向上の観点からも優れている。通常、ボールバルブにおけるボールシートは、シートリテーナとボール弁体とに挟まれることによってのみ保持され、ボールシートの径方向においては支持されない。また、ボールバルブにおいてボール弁体を回転させた場合、中間開度ではキャビティ(弁室部111におけるボール弁体140を収容している空間)に流体が流れ込むことがある。この場合、流体は、ボールシートとボール弁体の貫通孔とが形成する隙間など、狭い空間を流れる。そのため流速が速く、ボールシートをキャビティに向けて引き込む力がボールシートに強く作用することがある。また、その逆に、キャビティ内の流体圧が異常昇圧した場合などには、キャビティから弁室部内の流路に向けて、前述の隙間を通って流体が急速に流れ込むことがある。この場合にも、ボールシートを流路に向けて引き込む力がボールシートに強く作用することがある。従来のボールシートでは、上記のような中間開度で生じ得る流体の強い流れによってシートリングが潰れるなど変形し、ボールバルブにおける所定の位置から外れることがある。 Furthermore, the ball seat 1 is also excellent in terms of improving sealing performance. Usually, the ball seat in a ball valve is held only by being sandwiched between the seat retainer and the ball valve body, and is not supported in the radial direction of the ball seat. In addition, when the ball valve body in a ball valve is rotated, fluid may flow into the cavity (the space that houses the ball valve body 140 in the valve chamber 111) at an intermediate opening. In this case, the fluid flows through a narrow space such as the gap formed by the ball seat and the through hole of the ball valve body. Therefore, the flow speed is fast, and the force that draws the ball seat toward the cavity may act strongly on the ball seat. Conversely, when the fluid pressure in the cavity increases abnormally, the fluid may rapidly flow from the cavity through the aforementioned gap toward the flow path in the valve chamber. In this case, the force that draws the ball seat toward the flow path may also act strongly on the ball seat. In the conventional ball seat, the seat ring may be crushed or deformed by the strong flow of fluid that may occur at the intermediate opening as described above, and may come out of its designated position in the ball valve.

これに対して、本実施形態におけるボールシート1において、シートリング10がインナーリング30およびアウターリング20によって径方向において挟まれた状態で固定されている。そのため、上記のような流路外の流体の流れによってもシートリング10が変形しにくく、ボールシート1がボールバルブ100における所定の位置から移動しない。したがって、シート外れなどの不具合が生じにくい。特に、シートリング10の外周側の軸方向における実質的に全幅を覆うようにアウターリング20が配置され、またインナーリング30が外径側に拡径する特定の断面形状を有しているので、シートリング10の内周側の軸方向における実質的に全幅を覆うようにインナーリング30が配置され得る。この場合、ボールシート1においてシートリング10がボール弁体140側またはシートリテーナ130側に傾くような変形も生じがたく、ボールシート1からのシートリング10の脱落がさらに生じにくくなる。 In contrast, in the ball seat 1 of this embodiment, the seat ring 10 is fixed in a state in which it is sandwiched between the inner ring 30 and the outer ring 20 in the radial direction. Therefore, the seat ring 10 is not easily deformed even by the flow of fluid outside the flow path as described above, and the ball seat 1 does not move from its predetermined position in the ball valve 100. Therefore, problems such as seat detachment are unlikely to occur. In particular, the outer ring 20 is arranged so as to cover substantially the entire width in the axial direction of the outer periphery of the seat ring 10, and the inner ring 30 has a specific cross-sectional shape that expands in diameter toward the outer diameter side, so that the inner ring 30 can be arranged so as to cover substantially the entire width in the axial direction of the inner periphery of the seat ring 10. In this case, deformation such as the seat ring 10 being tilted toward the ball valve body 140 side or the seat retainer 130 side is also unlikely to occur in the ball seat 1, and the seat ring 10 is even less likely to fall off the ball seat 1.

また、ボールシート1において、インナーリング30は、軸方向の一方側(ボール弁体140側)に第一インナーテーパ面31と、軸方向の他方側(シートリテーナ130側)に第二インナーテーパ面32とを有し、両テーパ面間の距離は径方向の外側に向けて漸次拡大している。 In addition, in the ball seat 1, the inner ring 30 has a first inner tapered surface 31 on one axial side (the ball valve body 140 side) and a second inner tapered surface 32 on the other axial side (the seat retainer 130 side), and the distance between the two tapered surfaces gradually increases radially outward.

このように、インナーリング30の両側面がそれぞれテーパ面となっている。特に、上述した通り、第一インナーテーパ面31および第二インナーテーパ面32は、それぞれ第一シートテーパ面11の延長線L2および第二シートテーパ面12の延長線L3よりも傾斜角が大きくなっている。そのため、インナーリング30のシートリング10を保持する外径側の面の幅を最大としつつ、インナーリング30の厚みは最小限とすることが可能となる。したがって、シートリング10の保持と、スムーズな弁体動作と、を高いレベルで両立することが可能となる。 In this way, both side surfaces of the inner ring 30 are tapered surfaces. In particular, as described above, the first inner tapered surface 31 and the second inner tapered surface 32 have a larger inclination angle than the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 and the extension line L3 of the second seat tapered surface 12, respectively. This makes it possible to maximize the width of the outer diameter side surface of the inner ring 30 that holds the seat ring 10, while minimizing the thickness of the inner ring 30. This makes it possible to achieve a high level of both holding the seat ring 10 and smooth valve body operation.

さらに、万が一、ボールシート1が焼失した場合など、シートリング10のみが消失した場合に、ボール弁体140の表面に第一インナーテーパ面31が接し、シートリテーナ130に対しては第二インナーテーパ面32が接し得る。したがって、シートリング10が焼失した場合にも、インナーリング30によってボール弁体140およびシートリテーナ130との間のシール性が維持される。このように、上記のボールシート1では、ファイアセーフ機能がさらに発現され得る。特に、両テーパ面がボール弁体140またはシートリテーナ130と接する際には、シールに有利な線状の接触を形成し得るため、ファイアセーフ時にも高いシール性が発揮され得る。 Furthermore, in the unlikely event that the ball seat 1 is burned or the seat ring 10 is lost, the first inner tapered surface 31 may contact the surface of the ball valve body 140, and the second inner tapered surface 32 may contact the seat retainer 130. Therefore, even if the seat ring 10 is burned, the inner ring 30 maintains the sealing between the ball valve body 140 and the seat retainer 130. In this way, the above-mentioned ball seat 1 can further exhibit a fire-safe function. In particular, when both tapered surfaces contact the ball valve body 140 or the seat retainer 130, a linear contact that is advantageous for sealing can be formed, so that high sealing properties can be exhibited even during fire-safe.

また、ボールシート1では、第一インナーテーパ面31の径方向に対する傾斜角が第二インナーテーパ面32のそれよりも大きい。 In addition, in the ball seat 1, the inclination angle of the first inner tapered surface 31 relative to the radial direction is greater than that of the second inner tapered surface 32.

ボール弁体140は球状の表面を有し、シートリテーナ130は径方向内側が軸方向においてボール弁体140表面との距離が漸次減少するテーパ面を有する。このようなシートリテーナ130におけるボール弁体140側のテーパ面は、ボールシート1をボール弁体140側に押すために、ボール弁体140の球面よりも「立った」面となる。前述のインナーリング30の両側面も、このような軸方向において隣り合う構成要素の表面形状と同様の傾向を有し得る。これにより、上述したファイアセーフ時の線シールがより一層良好に形成され得る。 The ball valve body 140 has a spherical surface, and the seat retainer 130 has a tapered surface on the radially inner side where the distance from the ball valve body 140 surface gradually decreases in the axial direction. The tapered surface on the ball valve body 140 side of the seat retainer 130 is more "upright" than the spherical surface of the ball valve body 140 in order to press the ball seat 1 toward the ball valve body 140. The both side surfaces of the inner ring 30 described above may also have a tendency similar to the surface shape of the adjacent components in the axial direction. This allows the line seal during the fire-safe state described above to be formed even better.

また、ボールバルブ100はトップエントリー型のボールバルブである。そのため、ボールバルブ100の組み立て時には、ボールシート1は、ボール弁体140とともに、シートリテーナ130が予め設置されている弁室部111に、寸胴部112を通って挿入される。したがって、インナーリング30の両側のテーパ面がシートリテーナ130およびボール弁体140に対する良好なガイドの機能も果たす。よって、上記の構造は、ボールバルブ100にボールシート1をより容易に配置する観点からも有利である。 The ball valve 100 is a top-entry type ball valve. Therefore, when assembling the ball valve 100, the ball seat 1 is inserted together with the ball valve body 140 through the cylindrical portion 112 into the valve chamber portion 111 in which the seat retainer 130 is pre-installed. Therefore, the tapered surfaces on both sides of the inner ring 30 also function as good guides for the seat retainer 130 and the ball valve body 140. Therefore, the above structure is advantageous from the viewpoint of more easily positioning the ball seat 1 in the ball valve 100.

また、ボールシート1では、シートリングは、軸方向の一方側にボール弁体に当接する第一シートテーパ面と、軸方向の他方側にシートリテーナに当接する第二シートテーパ面と、を有する。そして、ボールシートの断面において、インナーリングにおけるテーパ面の最もシートリング側の部分と第一シートテーパ面の延長線および第二シートテーパ面の延長線との隙間は、アウターリングにおける最もシートリング側の部分と第一シートテーパ面の延長線および第二シートテーパ面の延長線との隙間よりも小さくなっている。このように、シートリング10におけるテーパ面を基準とする、インナーリング30の両側に形成される間隔を、アウターリング20の両側に形成される間隔よりも小さくする構成も、ファイアセーフ機能を発現させる観点から有効である。 In addition, in the ball seat 1, the seat ring has a first seat tapered surface that abuts against the ball valve body on one side in the axial direction, and a second seat tapered surface that abuts against the seat retainer on the other side in the axial direction. In the cross section of the ball seat, the gap between the part of the tapered surface of the inner ring closest to the seat ring and the extension line of the first seat tapered surface and the extension line of the second seat tapered surface is smaller than the gap between the part of the outer ring closest to the seat ring and the extension line of the first seat tapered surface and the extension line of the second seat tapered surface. In this way, a configuration in which the gap formed on both sides of the inner ring 30 based on the tapered surface of the seat ring 10 is smaller than the gap formed on both sides of the outer ring 20 is also effective from the viewpoint of realizing a fire-safe function.

また、ボールシート1では、アウターリング20は、その断面における一方側に径方向の内側へ突出するアウター突出部21を有し、インナーリング30は、その断面における他方側に径方向の外側へ突出するインナー突出部33を有している。そして、シートリング10は、その断面における径方向外側の一方側の外側切り欠き部13でアウター突出部21と係合し、径方向内側の他方側の内側切り欠き部14でインナー突出部33と係合している。 In the ball seat 1, the outer ring 20 has an outer protrusion 21 that protrudes radially inward on one side of the cross section, and the inner ring 30 has an inner protrusion 33 that protrudes radially outward on the other side of the cross section. The seat ring 10 engages with the outer protrusion 21 at the outer cutout 13 on one radially outer side of the cross section, and engages with the inner protrusion 33 at the inner cutout 14 on the other radially inner side.

このように、シートリング10は、ボール弁体側からは径方向外側で、シートリテーナ側からは径方向内側で、それぞれ断面形状の角部が対角方向から囲まれてアウターリング20およびインナーリング30によって保持されている。上述したような流路からキャビティへの流体の流れは、主に、ボールシート1をボール弁体140の方向に拡径させるようにして生じるが、ボールシート1において、この方向にはアウター突出部21が形成されている。そのため、この方向へのボールシート1の抜け出しおよび変形を確実に抑えることができる。 In this way, the seat ring 10 is held by the outer ring 20 and the inner ring 30, with the corners of the cross-sectional shape surrounded diagonally on the radially outer side from the ball valve body side and on the radially inner side from the seat retainer side. The flow of fluid from the flow path to the cavity as described above occurs mainly by expanding the diameter of the ball seat 1 in the direction of the ball valve body 140, but the ball seat 1 has an outer protrusion 21 formed in this direction. Therefore, it is possible to reliably prevent the ball seat 1 from slipping out and deforming in this direction.

また、キャビティの異常昇圧によるキャビティから流路内への流れが発生した場合は、ボールシート1には、弁体から遠ざかる方向に内径側に向かって引き込まれるような力が加わるが、ボールシート1において、この方向にはインナー突出部33が形成されている。そのため、上記の引き込まれる方向の力に抗するのに有利である。このように、アウター突出部21およびインナー突出部33は、前述した流体の流路内外への高速の流れの発生方向にちょうど抗することができる対角位置に設けられている。そのため、当該流れによって引き込まれる力がボールシート1にかかった場合でも、ボールシート1の変形がより一層抑制され得る。また、ボールシート1が極低温に晒される場合でもシートリング10の形状を維持する観点からより有効である。 In addition, if an abnormal pressure rise in the cavity causes a flow from the cavity into the flow path, a force is applied to the ball seat 1 that draws it in toward the inner diameter in a direction away from the valve body, but the inner protrusion 33 is formed in the ball seat 1 in this direction. This is advantageous in resisting the force in the drawing direction. In this way, the outer protrusion 21 and the inner protrusion 33 are provided in diagonal positions that can exactly resist the direction in which the high-speed flow of the fluid into and out of the flow path described above occurs. Therefore, even if the force of the flow that draws in the ball seat 1 is applied to the ball seat 1, deformation of the ball seat 1 can be further suppressed. This is also more effective in terms of maintaining the shape of the seat ring 10 even when the ball seat 1 is exposed to extremely low temperatures.

また、アウターリング20に設けたアウター突出部21およびインナーリング30に設けたインナー突出部33は、それぞれ、シートリング10への装着の際にも効果を発揮する。すなわち、まず、シートリング10に対してアウターリング20を装着する場合は、シートリング10の溝15にCリング40を装着し、その状態でアウターリング20の内周側にシートリング10をはめ込む。この場合、シートリング10に設けた外側切り欠き部13が、アウターリング20のアウター突出部21による段部とちょうど係合するようにはまり込む。このとき両段部同士によりシートリング10とアウターリング20との位置合わせが自然と行われ、両者が正しい位置関係で固定される。インナーリング30とシートリング10も同様に、シートリング10の内周側にインナーリング30をはめ込む際、インナーリング30のインナー突出部33が、シートリング10の内側切り欠き部14にはまり込むように位置合わせされる。したがって、両者が正しい位置関係に固定される。上述したインナーリング30およびアウターリング20によるシートリング10のずれおよび変形の防止効果は、シートリング10とインナーリング30とが、およびシートリング10とアウターリング20とが互いに確実にしっかりと嵌まりあっていることで特に大きく発揮され得る。したがって、これらの段部同士の係合によって、そのような効果がさらに増大し得る。 In addition, the outer protrusion 21 on the outer ring 20 and the inner protrusion 33 on the inner ring 30 are also effective when mounting the outer ring 20 to the seat ring 10. That is, when mounting the outer ring 20 to the seat ring 10, first, mount the C-ring 40 in the groove 15 of the seat ring 10, and then fit the seat ring 10 on the inner periphery of the outer ring 20. In this case, the outer cutout 13 on the seat ring 10 fits in so as to just engage with the step portion of the outer protrusion 21 of the outer ring 20. At this time, the seat ring 10 and the outer ring 20 are naturally aligned by both steps, and the two are fixed in the correct positional relationship. Similarly, when the inner ring 30 is fitted on the inner periphery of the seat ring 10, the inner protrusion 33 of the inner ring 30 is aligned so as to fit into the inner cutout 14 of the seat ring 10. Therefore, the two are fixed in the correct positional relationship. The above-mentioned effect of the inner ring 30 and the outer ring 20 in preventing the seat ring 10 from shifting or deforming can be particularly pronounced when the seat ring 10 and the inner ring 30, and the seat ring 10 and the outer ring 20, are securely fitted together. Therefore, this effect can be further increased by the engagement of these stepped portions.

また、インナーリング30にはインナー突出部33が形成され、アウターリング20にはアウター突出部21が形成されていることで、インナーリング30およびアウターリング20は、いずれも略L字状の断面形状を有している。このような形状は、単なる板状のリングに比べて、ねじれおよび折れ曲がりに対する高い強度を発揮し得る。このような断面形状を有することによって、インナーリング30およびアウターリング20による上述した補強効果は一層高められている。 In addition, the inner ring 30 is formed with an inner protrusion 33, and the outer ring 20 is formed with an outer protrusion 21, so that the inner ring 30 and the outer ring 20 both have a substantially L-shaped cross-sectional shape. This shape can exhibit high strength against twisting and bending compared to a simple plate-shaped ring. By having such a cross-sectional shape, the reinforcing effect of the inner ring 30 and the outer ring 20 described above is further enhanced.

また、ボールバルブ100では、ボールシート1は、シートリング10を焼失する時に、アウターリング20に先立ってインナーリング30がボール弁体140およびシートリテーナ130の両方に接するように構成されている。このような構成は、シートリング10焼失時にインナーリング30のテーパ面の接触が優先して形成される種々の構成要素、またはそれらの組み合わせによって適宜に構成し得る。こうすれば、火災などによるシートリングの焼失時に、確実にインナーリング30によるシールが形成され得る。 In addition, in the ball valve 100, the ball seat 1 is configured so that, when the seat ring 10 is burned, the inner ring 30 contacts both the ball valve body 140 and the seat retainer 130 before the outer ring 20. This configuration can be appropriately configured using various components or combinations thereof that prioritize contact with the tapered surface of the inner ring 30 when the seat ring 10 is burned. In this way, a seal can be reliably formed by the inner ring 30 when the seat ring is burned due to a fire or the like.

アウターリング20は、その断面形状が軸方向に長い(横長の)形状を有している。そのため、シートリング10が焼失した状態で圧縮方向に圧力が加わると、傾きなどが生じるおそれがある。しかしながら、インナーリング30は、その断面形状がアウターリング20ほど横長の形状ではない。そのため、傾きなどを生じずにボール弁体140とシートリテーナ130との間で両者に接した状態で支持されやすく、より優れたシール性を発揮しやすい。このような構成は、前述のファイアセーフ機能を発現させる観点からより有効である。 The outer ring 20 has a cross-sectional shape that is long (horizontally long) in the axial direction. Therefore, if pressure is applied in the compression direction when the seat ring 10 is burned away, tilting or the like may occur. However, the cross-sectional shape of the inner ring 30 is not as long as that of the outer ring 20. Therefore, it is easier to be supported between the ball valve body 140 and the seat retainer 130 in contact with both without tilting or the like, and it is easier to achieve better sealing performance. This type of configuration is more effective in terms of realizing the fire-safe function described above.

また、ボールバルブ100では、径方向において、ボールシート1のインナーリング30における最も内側の部分が、ボール弁体140における最も内側の部分およびシートリテーナ130における最も内側の部分の一方または両方と同じかそれよりも外側に位置している。このような構成は、インナーリング30ボールバルブ100の所期の流路に干渉せず、ボールバルブ100において流体をスムーズに流す観点から好適である。また、ボール弁体140の動作への干渉を防止する観点からもより効果的である。 In addition, in the ball valve 100, the innermost portion of the inner ring 30 of the ball seat 1 is located radially at the same position as or outside one or both of the innermost portion of the ball valve body 140 and the innermost portion of the seat retainer 130. This configuration is preferable from the viewpoint of allowing the fluid to flow smoothly in the ball valve 100 without interfering with the intended flow path of the inner ring 30 of the ball valve 100. It is also more effective from the viewpoint of preventing interference with the operation of the ball valve body 140.

〔変形例〕
インナーリングの断面形状は、径方向の内側に向けて凸となる形状であり、かつインナーリングの幅が径方向の外側に向けて漸次拡大する形状であれば、前述のテーパ面以外の側面を有していてもよい。
[Modifications]
As long as the cross-sectional shape of the inner ring is a shape that is convex radially inward and the width of the inner ring gradually increases radially outward, the inner ring may have a side surface other than the tapered surface described above.

また、ファイアセーブ機能をもたらす構成には、様々な構成とその組み合わせが考えられる。前述したようなテーパ面、その位置関係、Cリングの採用以外の他の構成をさらに含んでいてもよい。 In addition, various configurations and combinations of configurations that provide a fire-saving function are possible. It may also include configurations other than the tapered surface, its positional relationship, and the use of a C-ring as described above.

また、ボールバルブにおけるインナーリングの内周面の位置は、ボールシートにおけるシートリングの当たり面の位置に対する特定の位置、と規定してもよい。インナーリングの内周面の位置は、少なくとも、第一シートテーパ面11の延長線L2および第二シートテーパ面12の延長線L3を結んでなる交点よりも外径側に位置することが、ボールバルブの動作への干渉を防ぐ観点から望ましい。この内周面の好適な位置は、ボールバルブにおける流体の流れへの干渉を防ぐ観点からは、ボールシートをボールバルブに装着したときのボール弁体およびシートリテーナとの位置関係によって定まることになる。 The position of the inner peripheral surface of the inner ring in the ball valve may be specified as a specific position relative to the position of the seat ring's contact surface on the ball seat. From the viewpoint of preventing interference with the operation of the ball valve, it is desirable for the position of the inner peripheral surface of the inner ring to be located at least on the outer diameter side of the intersection point formed by connecting the extension line L2 of the first seat tapered surface 11 and the extension line L3 of the second seat tapered surface 12. From the viewpoint of preventing interference with the flow of fluid in the ball valve, the suitable position of this inner peripheral surface is determined by the positional relationship with the ball valve body and the seat retainer when the ball seat is attached to the ball valve.

また、ボールシートは、ボールバルブに装着する際のボールシートの装着向きを示す構成をさらに有していてもよい。このような構成の例には、例えば装着されたときのボール弁体の位置を示す矢印、が含まれる。 The ball seat may further have a configuration that indicates the orientation of the ball seat when it is attached to the ball valve. Examples of such configurations include an arrow that indicates the position of the ball valve body when it is attached.

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の第一の態様のボールシート(1)は、ボールバルブ(100)においてボール弁体(140)と、シートリテーナ(130)とに挟まれて両者間をシールする環状のボールシートであって、環状のシートリング(10)と、シートリングの外周側でシートリングに接する環状のアウターリング(20)と、シートリングの内周側でシートリングに接する環状のインナーリング(30)と、を有し、インナーリングの径方向における断面の形状が、径方向の内側に向けて凸となる形状であって、インナーリングの幅が径方向の内側からシートリングに向けて漸次拡大する形状である。第一の態様によれば、使用環境に関わらずボールシートに所期のシール性を発現可能な技術が提供され得る。
〔summary〕
As is clear from the above description, the ball seat (1) of the first aspect of the present invention is an annular ball seat that is sandwiched between a ball valve body (140) and a seat retainer (130) in a ball valve (100) to seal between them, and includes an annular seat ring (10), an annular outer ring (20) that contacts the seat ring on the outer periphery side of the seat ring, and an annular inner ring (30) that contacts the seat ring on the inner periphery side of the seat ring, and the cross-sectional shape of the inner ring in the radial direction is a shape that is convex toward the inside in the radial direction, and the width of the inner ring gradually increases from the inside in the radial direction toward the seat ring. According to the first aspect, a technology can be provided that allows the ball seat to exhibit the desired sealing performance regardless of the usage environment.

本発明の第二の態様のボールシートは、第一の態様において、インナーリングが、軸方向の一方側に第一インナーテーパ面(31)と、軸方向の他方側に第二インナーテーパ面(32)と、を有し、両テーパ面間の距離が径方向の内側からシートリングに向けて漸次拡大する。第二の態様は、ファイアセーフ時におけるシール性を高める観点からより一層効果的である。 In the ball seat of the second aspect of the present invention, in the first aspect, the inner ring has a first inner tapered surface (31) on one axial side and a second inner tapered surface (32) on the other axial side, and the distance between the two tapered surfaces gradually increases from the radial inside toward the seat ring. The second aspect is even more effective in terms of improving sealing performance during fire-safe operation.

本発明の第三の態様のボールシートは、第二の態様において、第一インナーテーパ面の径方向に対する傾斜角が、第二インナーテーパ面の径方向に対する傾斜角に比べて大きい。第三の態様は、ファイアセーフ時におけるシール性を高める観点、および、トップエントリーによるボールシートの装着を容易にする観点、からより一層効果的である。 In the ball seat of the third aspect of the present invention, the inclination angle of the first inner tapered surface relative to the radial direction is larger than the inclination angle of the second inner tapered surface relative to the radial direction in the second aspect. The third aspect is even more effective from the viewpoint of improving the sealing performance during fire-safe operation and from the viewpoint of facilitating installation of the ball seat by top entry.

本発明の第四の態様のボールシートは、第二の態様または第三の態様において、シートリングが、軸方向の一方側にボール弁体に当接する第一シートテーパ面(11)と、軸方向の他方側にシートリテーナに当接する第二シートテーパ面(12)と、を有する。そして、ボールシートの径方向における断面において、第一インナーテーパ面および第二インナーテーパ面は、それぞれ、第一シートテーパ面の延長線(L2)と第二シートテーパ面の延長線(L3)との間に形成されている、さらに、第一インナーテーパ面は、シートリングに近いほど第一シートテーパ面の延長線に近づくように傾斜し、第二インナーテーパ面は、シートリングに近いほど第二シートテーパ面の延長線に近づくように傾斜している。第四の態様は、ファイアセーフ機能を発現させる観点からより一層効果的である。 In the fourth aspect of the ball seat of the present invention, in the second or third aspect, the seat ring has a first seat tapered surface (11) that abuts against the ball valve body on one side in the axial direction, and a second seat tapered surface (12) that abuts against the seat retainer on the other side in the axial direction. In the radial cross section of the ball seat, the first inner tapered surface and the second inner tapered surface are formed between the extension line (L2) of the first seat tapered surface and the extension line (L3) of the second seat tapered surface, respectively. Furthermore, the first inner tapered surface is inclined so as to approach the extension line of the first seat tapered surface as it approaches the seat ring, and the second inner tapered surface is inclined so as to approach the extension line of the second seat tapered surface as it approaches the seat ring. The fourth aspect is even more effective in terms of expressing the fire-safe function.

本発明の第五の態様のボールシートは、第二の態様から第四の態様のいずれかにおいて、シートリングが、軸方向の一方側にボール弁体に当接する第一シートテーパ面と、軸方向の他方側にシートリテーナに当接する第二シートテーパ面と、を有する。そして、ボールシートの径方向における断面において、インナーリングにおけるテーパ面の最もシートリング側の部分と第一シートテーパ面の延長線および第二シートテーパ面の延長線との隙間は、アウターリングにおける最もシートリング側の部分と第一シートテーパ面の延長線および第二シートテーパ面の延長線との隙間よりも小さい。第五の態様は、ファイアセーフ機能を発現させる観点からより一層効果的である。 The ball seat of the fifth aspect of the present invention is any one of the second to fourth aspects, in which the seat ring has a first seat tapered surface that abuts on one axial side of the ball valve body and a second seat tapered surface that abuts on the seat retainer on the other axial side. In addition, in a radial cross section of the ball seat, the gap between the part of the tapered surface of the inner ring closest to the seat ring and the extension line of the first seat tapered surface and the extension line of the second seat tapered surface is smaller than the gap between the part of the outer ring closest to the seat ring and the extension line of the first seat tapered surface and the extension line of the second seat tapered surface. The fifth aspect is even more effective in terms of realizing a fire-safe function.

本発明の第六の態様のボールシートは、第一の態様から第五の態様のいずれかにおいて、アウターリングが、その径方向における断面における一方側に径方向の内側へ突出するアウター突出部(21)を有し、インナーリングが、その径方向における断面における他方側に径方向の外側へ突出するインナー突出部(33)を有し、シートリングが、その径方向における断面における径方向外側の一方側にアウター突出部と係合する外側切り欠き部(13)と、径方向内側の他方側にインナー突出部と係合する内側切り欠き部(14)と、を有する。第六の態様は、ボールシートにおけるシートリンクの変形および脱落を防止する観点からより一層効果的である。 The ball seat of the sixth aspect of the present invention is any one of the first to fifth aspects, in which the outer ring has an outer protrusion (21) protruding radially inward on one side of the radial cross section, the inner ring has an inner protrusion (33) protruding radially outward on the other side of the radial cross section, and the seat ring has an outer cutout (13) that engages with the outer protrusion on one radially outer side of the radial cross section, and an inner cutout (14) that engages with the inner protrusion on the other radially inner side. The sixth aspect is even more effective in terms of preventing deformation and detachment of the seat link at the ball seat.

本発明の第七の態様のボールバルブは、ボール弁体と、シートリテーナと、それらに挟まれて両者間をシールする環状のボールシートと、を有し、当該ボールシートが第一の態様から第六の態様のいずれかに記載のボールシートである。第七の態様によれば、使用環境に関わらずボールシートに所期のシール性を発現可能な技術が提供され得る。 The ball valve of the seventh aspect of the present invention has a ball valve body, a seat retainer, and an annular ball seat that is sandwiched between them to seal the space between them, and the ball seat is a ball seat described in any of the first to sixth aspects. According to the seventh aspect, a technology can be provided that allows the ball seat to exhibit the desired sealing properties regardless of the usage environment.

本発明の第八の態様のボールバルブは、第七の態様において、ボールシートが、シートリング焼失時に、アウターリングに先立ってインナーリングがボール弁体およびシートリテーナの両方に接するように構成されている。第八の態様は、ファイアセーフ機能を発現させる観点からより一層効果的である。 The eighth aspect of the ball valve of the present invention is the seventh aspect, but the ball seat is configured such that, in the event of seat ring burning, the inner ring contacts both the ball valve body and the seat retainer before the outer ring. The eighth aspect is even more effective in terms of realizing a fire-safe function.

本発明の第九の態様のボールバルブは、第七の態様または第八の態様において、径方向において、ボールシートのインナーリングにおける最も内側の部分が、ボール弁体における最も内側の部分およびシートリテーナにおける最も内側の部分の一方または両方と同じかそれよりも外側に位置している。第九の態様は、ボールバルブにおける正規の流体の流れおよびボール弁体の動作に対する干渉を抑制する観点からより一層効果的である。 The ninth aspect of the ball valve of the present invention is the seventh or eighth aspect, in which the innermost part of the inner ring of the ball seat is located radially at the same position as or outside one or both of the innermost part of the ball valve body and the innermost part of the seat retainer. The ninth aspect is even more effective in terms of suppressing interference with the normal fluid flow in the ball valve and the operation of the ball valve body.

本発明によれば、極低温環境においても優れたボールシートが得られ、かつ消失時でもシール性を発現し得るファイアセーブ機能をも発現し得る。よって、液体水素の流体用のボールバルブおよびそのためのボールシートに好適である。このような本発明には、水素社会の構築への多大な貢献が期待され、例えば、国連が提唱する持続可能な開発目標(SDGs)の目標7「エネルギーをみんなにそしてクリーンに」などの達成への貢献することが期待される。 According to the present invention, an excellent ball seat can be obtained even in an extremely low temperature environment, and a fire-saving function that can exhibit sealing properties even when the valve is lost can also be exhibited. Therefore, the present invention is suitable for ball valves for liquid hydrogen fluids and ball seats therefor. This invention is expected to make a significant contribution to the creation of a hydrogen society, and is expected to contribute to the achievement of Goal 7 of the Sustainable Development Goals (SDGs) proposed by the United Nations, "Affordable and Clean Energy."

本発明は上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

1 ボールシート
10 シートリング
11 第一シートテーパ面
12 第二シートテーパ面
13 外側切り欠き部
14 内側切り欠き部
15、24 溝
20 アウターリング
21 アウター突出部
22 第一アウターテーパ面
23 第二アウターテーパ面
30 インナーリング
31 第一インナーテーパ面
32 第二インナーテーパ面
33 インナー突出部
40 Cリング
100 ボールバルブ
110 ボデー
111 弁室部
112 寸胴部
120 流路開口部
130 シートリテーナ
130a シール材
140 ボール弁体
150 中蓋部
160 ステム
170 ボンネット
REFERENCE SIGNS LIST 1 ball seat 10 seat ring 11 first seat tapered surface 12 second seat tapered surface 13 outer cutout portion 14 inner cutout portion 15, 24 groove 20 outer ring 21 outer protruding portion 22 first outer tapered surface 23 second outer tapered surface 30 inner ring 31 first inner tapered surface 32 second inner tapered surface 33 inner protruding portion 40 C-ring 100 ball valve 110 body 111 valve chamber portion 112 cylindrical portion 120 flow passage opening portion 130 seat retainer 130a sealing material 140 ball valve body 150 inner lid portion 160 stem 170 bonnet

Claims (9)

ボールバルブにおいてボール弁体と、シートリテーナとに挟まれて両者間をシールする環状のボールシートであって、
環状のシートリングと、
前記シートリングの外周側で前記シートリングに接する環状のアウターリングと、
前記シートリングの内周側で前記シートリングに接する環状のインナーリングと、を有し、
前記インナーリングの径方向における断面の形状は、径方向の内側に向けて凸となる形状であって、前記インナーリングの幅が径方向の内側から前記シートリングに向けて漸次拡大する形状である、
ボールシート。
A ball valve has an annular ball seat that is sandwiched between a ball valve body and a seat retainer to seal the space between them,
An annular seat ring;
an annular outer ring that contacts the seat ring on an outer circumferential side of the seat ring;
an annular inner ring in contact with the seat ring on an inner circumferential side of the seat ring;
The cross-sectional shape of the inner ring in the radial direction is a shape that is convex toward the inside in the radial direction, and the width of the inner ring is gradually increased from the inside in the radial direction toward the seat ring.
Ball seat.
前記インナーリングは、軸方向の一方側に第一インナーテーパ面と、軸方向の他方側に第二インナーテーパ面と、を有し、
両テーパ面間の距離は径方向の内側から前記シートリングに向けて漸次拡大する、請求項1に記載のボールシート。
The inner ring has a first inner tapered surface on one axial side and a second inner tapered surface on the other axial side,
2. The ball seat according to claim 1, wherein the distance between the tapered surfaces gradually increases from the radially inner side toward the seat ring.
前記第一インナーテーパ面の径方向に対する傾斜角は、前記第二インナーテーパ面の径方向に対する傾斜角に比べて大きい、請求項2に記載のボールシート。 The ball seat according to claim 2, wherein the inclination angle of the first inner tapered surface relative to the radial direction is greater than the inclination angle of the second inner tapered surface relative to the radial direction. 前記シートリングは、軸方向の一方側にボール弁体に当接する第一シートテーパ面と、軸方向の他方側にシートリテーナに当接する第二シートテーパ面と、を有し、
前記ボールシートの径方向における断面において、前記第一インナーテーパ面および前記第二インナーテーパ面は、それぞれ、前記第一シートテーパ面の延長線と前記第二シートテーパ面の延長線との間に形成されており、かつ、
前記第一インナーテーパ面は、前記シートリングに近いほど前記第一シートテーパ面の延長線に近づくように傾斜し、前記第二インナーテーパ面は、前記シートリングに近いほど前記第二シートテーパ面の延長線に近づくように傾斜している、請求項2に記載のボールシート。
the seat ring has a first seat tapered surface that contacts the ball valve body on one side in the axial direction and a second seat tapered surface that contacts the seat retainer on the other side in the axial direction,
In a radial cross section of the ball seat, the first inner tapered surface and the second inner tapered surface are respectively formed between an extension line of the first seat tapered surface and an extension line of the second seat tapered surface, and
3. The ball seat of claim 2, wherein the first inner tapered surface is inclined so as to approach an extension of the first seat tapered surface as it approaches the seat ring, and the second inner tapered surface is inclined so as to approach an extension of the second seat tapered surface as it approaches the seat ring.
前記シートリングは、軸方向の一方側にボール弁体に当接する第一シートテーパ面と、軸方向の他方側にシートリテーナに当接する第二シートテーパ面と、を有し、
前記ボールシートの径方向における断面において、前記インナーリングにおける前記のテーパ面の最も前記シートリング側の部分と前記第一シートテーパ面の延長線および前記第二シートテーパ面の延長線との隙間は、前記アウターリングにおける最も前記シートリング側の部分と前記第一シートテーパ面の延長線および前記第二シートテーパ面の延長線との隙間よりも小さい、請求項2に記載のボールシート。
the seat ring has a first seat tapered surface that contacts the ball valve body on one side in the axial direction and a second seat tapered surface that contacts the seat retainer on the other side in the axial direction,
3. The ball seat of claim 2, wherein in a radial cross section of the ball seat, a gap between a portion of the tapered surface of the inner ring closest to the seat ring side and an extension line of the first seat tapered surface and an extension line of the second seat tapered surface is smaller than a gap between a portion of the outer ring closest to the seat ring side and an extension line of the first seat tapered surface and an extension line of the second seat tapered surface.
前記アウターリングは、その径方向における断面における一方側に径方向の内側へ突出するアウター突出部を有し、
前記インナーリングは、その径方向における断面における他方側に径方向の外側へ突出するインナー突出部を有し、
前記シートリングは、その径方向における断面における径方向外側の一方側に前記アウター突出部と係合する外側切り欠き部と、径方向内側の他方側に前記インナー突出部と係合する内側切り欠き部と、を有する、請求項1に記載のボールシート。
the outer ring has an outer protruding portion protruding radially inward on one side in a radial cross section,
the inner ring has an inner protruding portion protruding radially outward on the other side in a cross section in the radial direction,
2. The ball seat according to claim 1, wherein the seat ring has an outer cutout portion on one radially outer side in a radial cross section thereof that engages with the outer protrusion, and an inner cutout portion on the other radially inner side that engages with the inner protrusion.
ボール弁体と、シートリテーナと、それらに挟まれて両者間をシールする環状のボールシートと、を有するボールバルブであって、
前記ボールシートが請求項1~6のいずれか一項に記載のボールシートである、ボールバルブ。
A ball valve having a ball valve body, a seat retainer, and an annular ball seat that is sandwiched between them to seal the space therebetween,
A ball valve, wherein the ball seat is the ball seat according to any one of claims 1 to 6.
前記ボールシートは、前記シートリング焼失時に、前記インナーリングが前記ボール弁体および前記シートリテーナの両方に接するように構成されている、請求項7に記載のボールバルブ。 The ball valve according to claim 7, wherein the ball seat is configured such that the inner ring contacts both the ball valve body and the seat retainer when the seat ring burns down. 径方向において、前記ボールシートの前記インナーリングにおける最も内側の部分は、前記ボール弁体における径方向の最も内側の部分および前記シートリテーナにおける径方向の最も内側の部分の一方または両方と同じかそれよりも外側に位置する、請求項7に記載のボールバルブ。 The ball valve according to claim 7, wherein the radially innermost portion of the inner ring of the ball seat is located at the same position as or outside one or both of the radially innermost portion of the ball valve body and the radially innermost portion of the seat retainer.
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