JP3653279B2 - 改良された弁座を有するバルブ組立体 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は回転可能な弁体を有するバルブ、特に改良された弁座リング組立体を有するバルブに関する。
従来技術の説明
回転可能な弁体を有するバルブ−例えばバタフライ弁−がよく知られている。ある種のバタフライ弁においては、ディスク弁体と気密に組み合う弁座リングは、一般に弾性体であるバッキング部材により囲まれ、この部材は、ディスクが閉鎖位置にあるときにディスクに対して弁座リングのシール面を押し付け、又は予備負荷を加えるように作用する。かかる弁座デザインの典型が米国特許第3642248号に示される。特に、この特許においては、バタフライ弁に使用できるシール組立体であって、バルブのディスクと気密組合するように使用される摩耗リングを備えたシール組立体が示され、この摩耗リングには環状の半径方向外向きの溝が設けられ、この溝の中に、摩耗リングをディスクと気密組合させるように強制し又は予備負荷を加える弾性体のバッキングリングが配置される。
米国特許第3642248号に示された装置においては、ディスクの周囲と摩耗リングとの間の気密接触がしまり嵌めとして特徴付け得るような大きな面積にわたって生じ、これによりディスクを弁座に着け又は弁座から外すためには比較的大きなトルクを必要とする。
発明の概要
従って、改良された弁座を有するバルブを提供することが本発明の目的である。
本発明の別の目的は、弁座リング及びディスク弁体と組み合うように弁座リングに予備負荷を加える弾性体バッキングリングより構成される改良された弁座組立体を提供することである。
本発明の更に別の目的は、ディスクに作用する流体圧力がないときの弁体と弁座との間の封鎖が実質的に線接触により達成され、これによりディスクを弁座に着け又は弁座から外すために要するトルクの大きさを最小にするバタフライ弁用の弁座を提供することである。
本発明の以上の目的及びその他の目的は、ここに与えられる図面、説明及び特許請求項から明らかになるであろう。
本発明のバルブは、第１の端部、第２の端部、及び流体流路を形成する貫通開口を有する弁箱を備え、この弁箱は流体流路の一部分を囲んでいる壁を有し、流体流路は壁と同軸の第１の軸線を定める。ディスク弁体が弁箱内に回転可能に取り付けられ、弁体は丸みの付けられた環状シール面を有しかつ第１の軸線に直角な第２の軸線まわりに回転可能である。弁座組立体がディスクのシール面と気密組合をするように弁箱内に配置され、この弁座組立体は第２の軸線から弁箱の第１の端部の方に軸方向で変位される。弁座組立体は、弾性的なプラスチック材料で形成されかつディスクが閉鎖位置にあるときにディスクのシール面と気密組合をする環状で半径方向内向きの第１の面を備える。シールリングは半径方向外向きの第２の面に形成された環状で半径方向外向きの溝を備える。弁座組立体はシールリングの溝の中に配置された弾性体のバッキングリングを更に備え、このバッキングリングは円形断面であり、かつバッキングリングの中心を通過する第１の平面により定められかつ第１の軸線に直角な中心線を持つ。ディスクが閉鎖位置にありかつディスク上に作用している流体圧力がないときは、ディスクのシール面とシールリングの第１の面との間の組合は実質的に環状の線接触である。ディスクとシールリングとの間の線接触は、第２の軸線から弁箱の第１の端部に向かう方向に第１の平面から軸方向で変位された第２の平面内にある。バルブは、弁座組立体を弁体内に保持するための保持手段を更に備える。弁体組立体と保持手段とは弁体の第１の端部を通して軸方向の差し込み及び抜き出しが可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のバルブの正面図である。
図２は図１の線２−２に沿って得られた断面図である。
図３は閉鎖位置にあってかつディスクに流体圧力が作用していない場合の弁座とディスクとの間の相互関係を示す部分的に断面とした拡大図である。
図４はディスクが矢印で示された方向で流体圧力を受けることを除いて図３と同様な図面である。
図５は図４とは逆方向で流体圧力を受けることを除いて図３と同様な図面である。
好ましい実施例の説明
本発明は水用のバルブ−例えばバタフライ弁−を特に参照して説明されるが、本発明のバルブは、閉鎖するために弁座と線接触組合のできる円形のシール面を有する回転可能な弁体を有する適宜な1/4回転弁を含むことができる。
まず図１及び２を参照すれば、本発明のバルブは弁箱10を備え、この弁箱には、図示のように、弁箱10の周囲のまわりに配置され横方向外向きに突き出ていてかつバルブをパイプのフランジに連結するためのボルトの通るボルト穴14を有する耳12が設けられる。弁箱10は中央の円筒状部分16を備え、ここから首部分18と底部ボス部分20とが突き出し、首部分18と底部ボス部分20とは互いに反対方向に配置される。円筒状部分16はバルブを通過する流体流路を形成する貫通開口22を定め、貫通開口22には同軸の円筒状の壁24と26とが形成され、図示のように円筒状の壁26は円筒状の壁24よりも大きな直径のものである。丸みの付けられた環状シール面29を有するディスク弁体28が貫通開口22内に配置され、弁体28は貫通開口22により定められた流体流路を通る流体の流量を制御するように作用する。下側の軸30がボス20の穴32を通って伸びる。下側軸30は、穴32の深座繰り穴36内に受け入れられるブシュ34の手段により穴32内に回転可能に支持される。端部キャップ38がボルト40によりボス20に固定され、ガスケット37がシールを形成する。
上側の軸42が首部分18の穴44を通って伸びる。穴44の深座繰り穴48内に受け入れられたパッキングリング46のスタックが、首部分18と上側の軸42との間の液体封鎖を与えるように作用する。パッキンググランド50も深座繰り穴48内に受け入れられる。パッキンググランド50は上側の軸42のまわりを封鎖するＯリング52を持つ。中央ディンプル56を有するグランド圧迫用ブリッジ54が、穴58の貫通する板材54の手段により軸42上に受け入れられる。首部分18から半径方向外向きに突き出ているフランジ64及びブリッジ54の揃っている穴を通ってボルト60が伸びる。ボルト60にナット66がネジ止めされ締められて、明らかなように、ディンプル56とパッキンググランド50とを組み合わせて、パッキングリング46のスタックを圧縮して首18と軸42との間の液体封鎖を確保する。
下側の軸30は、ディスク28の第１の突き出たドッグ70内に受け入れられるピン68の手段によりディスク28に固定される。上側の軸42は、技術者によく知られた方法でディスク28の第２の突き出たドッグ74を通って伸びているピン72の手段によりディスク28に固定される。従って、ディスク28は、弁箱10の貫通開口22内に回転可能に支持され、かつバルブを通過する流体の流量を制御するためにアクチュエーターの手段により手動で90゜まわすことができる。このために、上側の軸42にはレンチ用の平坦部76が設けられる。
ディスク28の周囲をシールするために、一般に78で示されかつ後でより詳細に説明されるような環状の弁座組立体が設けられる。弁座組立体78は弁座保持器組立体の手段により弁箱10内に保持される。
図３−５を参照すれば、壁26が環状の半径方向内向きの面を定め、この面が環状の半径方向内向きの溝86を有することが見られるであろう。溝86は弁箱10に軸方向に鑽孔された穴88（図１参照）と交差し、穴88と溝86との交差が溝86の底に開口を形成する。保持器組立体84は保持リング92を備え、このリングの周囲の面94は、リング92が弁箱10内に受け入れられたときに周囲面94が壁26の定める半径方向内向きの面と密に適合するような形状及び寸法にされる。リング92は環状に伸びている半径方向外向きの溝96も有し、これは、リング92が弁箱10内に受け入れられたとき溝86と揃い、これにより溝86と96とが環状に伸びている通路を形成する。リング92の第１の側面95には、カスマー出願に、より詳細に説明された方法で溝96と交差するノッチ93が設けられ、そしてワイヤー部材98が溝86と96とで形成された環状の通路内に受け入れられ、弁箱10内のリング92の軸方向運動を効果的に防止する。ワイヤー部材98は第１の端部106を有し、その脚部分は、一般にワイヤー部材98の長手方向軸線を横切る方向、好ましくは90゜の方向に伸びる。弁箱10にリング92を設置するために、リング部材92は、ノッチ93が溝86の底に形成された開口と揃うように弁箱10内に置かれる。次いで、ワイヤー部材98の端部106の脚部分をノッチ93を通して接近させ、溝86のポケット内に配置する。これが、ワイヤー部材98の第１の端部106を環状の溝86内に効果的に固定する。次いで、リング92は、これを（図１を参照して）反時計方向−即ち、ワイヤー部材98の長さに沿って第１の端部106から離れる方向−にまわすことができる。これにより、ワイヤー部材98は、溝86と96とにより形成された通路内に引き込まれるであろう。ノッチ95が溝86のポケットと再び揃った場所にリング92がまわされたとき、ワイヤー部材98は、揃った溝86と96とにより形成された通路内に完全に配置されるであろう。従って、保持リング92は弁箱10内に効果的に捕捉されて軸方向のいかなる運動も防止し、これにより弁座組立体78が管路圧力により外されないようにする。
保持リング92は第２の側面100を有し、この面には環状に伸びていて軸方向に突き出たフランジ102が設けられる。弁体10は軸方向向きの環状に伸びているフランジ104を備え、フランジ102と104とは互いに向き合う。このようにして、フランジ104により部分的に定められた第１の環状で軸方向向きの凹所106、及びフランジ102により定められる第２の環状で軸方向向きの凹所108がある。見られるように凹所106は凹所108より半径方向の寸法が小さく、凹所106と108とは互いに向き合う。フランジ102及び104は環状に伸びている通路110を定め、この通路は凹所106及び108と交差し、流路22内に開口する。凹所106と108及び通路110は、効果的に一般にＴ字形の環状の弁座空洞部を形成する。
特に図３を参照すれば、バルブは閉鎖位置−即ち、面29がシールリング80の環状のシール面122と気密組合した状態で示される。シールリング80は、通路110内に受け入れられた中央の環状に伸びている本体部分112、本体部分112と一体でありかつ凹所106内に受け入れられた第１の環状フランジ部分114、及び本体部分112と一体でありかつ凹所108内に受け入れられた第２の環状フランジ部分116を備える。見られるように、中央本体部分112、フランジ部分114、及びフランジ部分116は、それぞれ通路110、凹所106、及び凹所108により形成された弁座空洞部内に密に適合するように寸法及び形状が決められる。
図３に示された実施例において−即ち、ディスク28がシールリング80と気密組合をしかつディスク28上に圧力が作用しなていないとき、ディスク28とシールリング80との間の封鎖は実質的に環状の線接触でなされ、この線接触は図３に文字Ａで示される。図３を参照すれば、鎖線Ｂで示された弾性バッキングリング82の中心線は、線Ａからディスク28の回転軸線の方に軸方向で変位させられることを見ることができる。関連して、弾性バッキングリング82の中心線は流体流路22の通過する軸線に直交する平面内にあり−即ち、ディスク28の回転軸線と実質的に平行である。更に、シールリング80は環状に伸びている半径方向外向きの溝120を有し、この溝は、バッキングリング82が溝120にきちんと適合するようにバッキングリング82と相補的な形状にされる。溝120の中心線もバッキングリング82の中心線を通過する平面内にある。バッキングリング82がシールリング80の本体部分112を通る中心線に関して非対称であること−即ち、溝120及びバッキングリング82の両者が軸方向でディスク28の回転軸線の方に変位されていることが明らかであろう。この幾何学的配置が、後でより詳細に説明される特殊な利点を与える。
さて、ディスク28に矢印Ｃで示された方向の力が加えられたときの、ディスク28と弁座組立体78との相互作用を示す図４を参照する。ディスク28が閉鎖位置にある図４に示された位置においては、矢印Ｃの方向に作用している力はディスク28を矢印Ｃの方向に押すであろう。−即ち、周囲のシール面29が干渉するように押され、シールリング80に形成された環状の弁座面122と比較的大きな面積で接触する。更に、流体圧力が弁座空洞部内に入り、シールリング80に力を加え、フランジ116を動かして保持リング92の第２の面100に当て、また本体112をフランジ102に当てる。
図５を参照すれば、矢印Ｄの方向−即ち、ディスク28の回転軸線に向かう方向でディスク28に作用している流体の圧力に関連してディスク28と弁座組立体78との相互作用が示される。ディスク28が再び閉鎖位置にあるこの条件においては、ディスク28は、ディスク28の回転軸線に向かう方向−即ち、矢印Ｄの方向に変位されるであろう。同時に、流体圧力が弁座空洞部内に入りシールリング80をバッキングリング82まわりで回転させるであろう。これの正味の結果は、面29と面122との間の線接触がなお存在する間に環状の線接触が軸方向で動き、Ａで示された線接触を通過する平面であってかつ流路22を通過する軸線に直角な平面−即ち、ディスク28の回転軸線と平行な平面が、バッキングリング82の（Ｂで示された）中心線を通過する平面のごく近くにくるであろうということである。また、バッキングリング82まわりのシールリング80の回転は、図示のように、本体部分112がフランジ104と組み合うようにシールリング80を起こし又は傾けるであろう。しかし、バッキングリング82まわりのシールリング80のこの回転又は揺れのため、フランジ部分114は凹所106の背後と僅かしか、又は全く組み合わないであろう。従って、図５に示された条件下で流体圧力の有効な閉鎖を伴う線接触が維持されるであろうが、かかる線接触のため、ディスク28の開閉に要するトルクの大きさは最小に保たれる。シールリング80の面122は丸みが付けられたとして示されたが、面122が円錐台であってもディスク28の面29に丸みが付けられているので線接触がなお生ずることが明らかであろう。また、比較的柔らかな弾性材料であるバッキングリング82は、シールリング80と弁箱との間の効果的な封鎖を常に維持することも観察すべきである。
上述のように、シールリング80は、例えばある種のゴム、テフロン（商品名）、ナイロンなどのような弾性的なプラスチック材料より作られる。バッキングリング82は、一般にシールリング80の材料より柔らかな弾性材料より作られるであろう。かかる材料には、Ｏリング及び同等品に形成に使用されるある種のゴム及びその他の公知の弾性材料が含まれる。
以上の教示により、本発明の多くの変更及び変化が可能であることが明らかである。従って、本発明は、特許請求の範囲内において、ここに説明された特別もの以外で実施できることを理解すべきである。

Claims (9)

1. 第１の端部、第２の端部、及び流体流路を 形成する貫通開口（22）を有する弁箱（10）であって、 該流体流路の一部分を囲んでいる壁（26）を有し、該流 体流路は該壁（26）と同軸の軸線を定める弁箱（10）、 該弁箱（10）内に回転可能に取り付けられた弁体（28） であって、丸みの付けられた環状のシール面（29）を有 し、且つ該第１の軸線に直角な第２の軸線まわりに回転 可能である弁体（28）、該弁箱（10）内に配置され、且 つ該弁体（28）の該シール面（29）と気密組合をする弁 座組立体（78）であって、該第２の軸線から該第１の端 部に向かって軸方向に配置された弁座組立体（78）、及 び該弁箱（10）内に該弁座組立体を保持するための保持 手段（84）を具備し、該弁座組立体（78）が、弾性的な プラスチック材料で形成され且つ該弁体（28）の該シー ル面（29）との気密組合のための環状の半径方向内向き の第１の面（122）と環状の半径方向外向きの第２の面 と第２の面に形成された環状で半径方向外向きの溝（12 0）とを有するシールリング（80）、及び該溝（120）内 に配置された弾性のバッキングリング（82）を有するバ ルブにおいて、該バッキングリング（82）が、円形断面 であり、該バッキングリング（82）は、該第１の軸線に 直角に該バッキングリング（82）の中心を通過する第１ の平面により定められる中心線を有し、該弁体（28） が、閉鎖位置にあり且つ該弁体（28）上に作用している 流体圧力がないときは、該弁体（28）の該シール面（2 9）と該シールリング（80）の該第１の面（122）との間 の組合は実質的に環状の線接触であり、該線接触の組合 は、該第２の軸線から該弁体（10）の該第１の端部に向 かう方向で該第１の平面から軸方向で変位された第２の 平面内にあることを特徴とするバルブ。
2. 該環状で半径方向外向きの溝（120）が該 バッキングリング（82）の断面形状と相補的な断面形状 を有する請求項１のバルブ。
3. 該弁箱（10）と該保持手段（84）とが共同 作用して弁座組立体（78）を受け入れるための環状に伸 びている弁座空洞部を定める請求項１のバルブ。
4. 該弁座空洞部は、横断方向断面で見たと き、該第１の凹所に面する第１の環状で軸方向向きの凹 所（106）、及び該第１の凹所に面する第２の軸方向向 きの凹所（108）を有し、該弁空洞部は該第１及び第２ の凹所（106,108）と交差しかつ該流路内に開口してい る環状に伸びる通路（110）を更に有する請求項３のバ ルブ。
5. 該第１の凹所（106）が該第２の凹所（10 8）の半径方向寸法よりも小さな半径方向寸法を有する 請求項４のバルブ。
6. 該シールリング（80）は該通路（110）内 に受け入れられる中央本体部分（112）、該本体部分（1 12）と一体でかつ該第１の凹所内（106）に伸びている 第１のフランジ部分（114）、及び該本体部分（112）と 一体でかつ該第２の凹所（108）内に伸びている第２の フランジ部分（116）を有し、該本体部分（112）及び該 第１と第２のフランジ（114,116）は共同作用して該第 ２の面を定める請求項５のバルブ。
7. 該中央本体部分（112）、該第１のフラン ジ部分（114）、及び該第２のフランジ部分（116）が、 それぞれ該通路（110）、該第１の凹所（106）、及び該 第２の凹所（108）と密に適合するような寸法及び形状 にされる請求項５のバルブ。
8. 該第２の面の該外向きの溝（120）は該第 １の平面内にある中心線を有し、そして該第１の平面 は、該第１及び第２の平面と平行な第３の平面内にある 該本体部分（112）の中心線から該第１の軸線に向かい 軸方向で変位させられた請求項７のバルブ。
9. 該シールリング（80）の該第１の面が円形 である請求項１のバルブ。

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