(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通って移動するボアを備えた、入口および出口を有するバルブ筐体であって、前記ボアは前記バルブ筐体を通って延在しかつ第１流路を画定するバルブ筐体と、
前記バルブ筐体内に組み込まれ、前記入口を前記出口から分離する閉鎖位置から、前記入口および前記出口を連結する開放位置の間を移動可能なボール要素と、
付勢した主シールおよびシール筐体を含み、第２流路が前記シール筐体および前記付勢した主シールの間に形成され、前記付勢した主シールが前記第１流路の内部に配置され且つ前記バルブの開閉の間に前記ボール要素と係合するように適応されており、前記付勢した主シールおよび前記シール筐体の間に配置されたＣ−シールをさらに含むシール組立部であって、前記Ｃ−シールは前記主シール上に位置する環状肩部と、前記シール筐体上に形成された環状棚部との間に封入され、前記Ｃ−シールの底部は前記環状肩部の直ぐ隣に位置し、前記Ｃ−シールは前記第２流路を通じて流体流を妨げる、前記バルブ筐体内に配置されたシール組立部とを含み、
前記Ｃ−シールは１つの、耐熱性で柔軟な材料から形成されているボールバルブ。
【請求項２】
前記Ｃ−シールの開口部が、前記開口から流入する流体の方に向かうように配置される、請求項１に記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記Ｃ−シールの開口部が、前記ボール要素の反対側に向いている、請求項２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
閉鎖位置にある場合、前記主シールが弾性部材によって付勢されて前記ボールと係合する、請求項３に記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記弾性部材が波状スプリングである、請求項４に記載のボールバルブ。
【請求項６】
前記Ｃ−シールが前記主シールを前記ボール要素と整列させる、請求項５に記載のボールバルブ。
【請求項７】
前記第２流路内に配置されたもう１つのＣ−シールを含む、請求項６に記載のボールバルブ。
【請求項８】
前記２つのＣ−シールが直列に配列されている、請求項７に記載のボールバルブ。
【請求項９】
前記２つのＣ−シールの開口部が互いに反対向きに配列されている、請求項８に記載のボールバルブ。
【請求項１０】
一方の開口部が前記入口に向かって配列され、他方の開口部が前記出口に向かって配列されている、請求項９記載のボールバルブ。
【請求項１１】
前記２つのＣ−シールが一体化して形成される、請求項９に記載のボールバルブ。
【請求項１２】
前記Ｃ−シールは、前記バルブが５５０°Ｆより高温の稼動温度でクラスＩＶの遮断を実現することを可能にする、請求項１のボールバルブ。
【請求項１３】
第１流路を形成する入口および出口を有するバルブ体を提供するステップと、
前記入口および前記出口の間に、前記バルブ体に対してボール要素を組み込むステップと、
シール組立部を付勢するステップであって、前記シール組立部は主シール、シール筐体およびＣ−シールを含み、前記主シールが、前記バルブの開閉の間に前記第１流路を通る流体流を妨げるように前記ボール要素と係合し、前記Ｃ−シールが、前記シール筐体および前記主シールの間に形成される第２流路を通る流体流を妨げるようにシール組立部を付勢するステップであって、前記Ｃ−シールは前記主シール上に位置する環状肩部と、前記シール筐体上に形成された環状棚部との間に封入され、前記Ｃ−シールの底部は前記環状肩部の直ぐ隣に位置し、前記Ｃ−シールは１つの、耐熱性で柔軟な材料から形成されているステップと、
を含む、ボールバルブを製造する方法。
【請求項１４】
前記Ｃ−シールの開口部が、前記開口から流入する流体の方に向かうように配置される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｃ−シールの開口部が、前記ボール要素の反対側に向いている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２流路内にもう１つのＣ−シールを準備するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｃ−シールが、前記ボールバルブが５５０°Ｆより高温の稼動温度でクラスＩＶの遮断を実現することを可能にする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体バルブに関し、より具体的には、高温ボール型流体バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールバルブは、工程流体（これは、液体、気体、スラリーなどであり得る）のいくつかのパラメータを制御するために、幅広い多くの工程制御システムの用途において用いられる。当該工程制御システムは制御バルブを用い、流体の圧力、レベル、ｐＨ、またはその他所望のパラメータを最終的に制御できるものの、当該制御バルブは基本的に流体流の速度を制御するものである。
【０００３】
一般的に、ボールバルブは、固定軸の周りを回転し、シール組立部を当接することによって、それを通る流体流量を制御するボール要素によって分離される、流体入口および流体出口を含み得る。稼働中において、当該工程制御システム、または当該制御バルブを手動で操作している技師は、当該シール組立部の表面に接触している当該ボール要素を回転させ、または当該ボール要素をそこから離れさせ、それによって流路を露出し、当該入口および出口を通じ、その結果、当該ボールバルブを通じて所望の流体流を提供する。
【０００４】
ボールバルブの構成要素は、当該ボール要素および当該シール組立部を含め、一般的に金属で構成されており、高圧および／または高温の用途において用いられる場合は特にそうである。しかしながら、当該ボール要素およびシール組立部は、当該バルブの開閉の間において、当該ボール要素およびシール組立部の度重なる広範囲の係合が原因で損耗を被る。その損耗に起因する問題としては、当該バルブ構成要素の減少した寿命、当該ボール要素および当該シール組立部の間の増加した摩擦力、ならびに当該ボール要素および当該シール組立部の間の望ましくない漏出が挙げられるが、これらに限定されない。同様に、当該構成要素がさらに損耗するにつれて摩擦力が増加する傾向があるため、当該バルブの内部における動的性能および制御特性は悪化し、当該バルブの効率低下および不正確性をもたらす。
【０００５】
過去に、付勢した主シールを当該シール組立部に組み込み、上述の問題を是正するための試みが行われてきた。いくつかの頑丈な構造はTeflon（登録商標）の放射状シールを組み込み、高温下の稼働において封止性能を強化している。Teflon（登録商標）の放射状シールを有するボールバルブは、およそ５５０°Ｆまでの温度で稼働することにおいてクラスＩＶの遮断を実現することが可能である。５５０°Ｆより高温においては、黒鉛のピストンリングが現在用いられるが、その理由は、Teflon（登録商標）がおよそ５５０°Ｆより高温で劣化するからである。黒鉛のピストンリングは、より高い温度に耐えることが可能であるものの、クラスＩＩＩの遮断を実現する能力があるのみである。結果として、およそ５５０°Ｆより高温でクラスＩＶの遮断能力を有するボールバルブは、現在利用可能ではない。
【０００６】
それ故、およそ５５０°Ｆより高温で稼働するシステムのための、クラスＩＶの遮断能力を有する高温ボールバルブの必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に従って、流体入口および流体出口を有するボールバルブが提供される。シール要素は、付勢した主シール、および当該主シールおよびシール筐体の間に配置されたＣ−シールを含み、当該ボールバルブが高温でクラスＩＶの遮断能力を実現することを可能にする。
【０００８】
本開示の別の態様に従って、入口および出口を有するボールバルブを操作する方法が提供される。当該方法は、シール筐体および主シールの間のＣ−シールを、高い稼働温度でクラスＩＶの遮断能力を実現するように方向付けすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の教示に従って構成されたボールバルブの上面図である。
【図２】図１の直線２―２に沿った図１のボールバルブの断面図である。
【図３】一点鎖線で示される、当該バルブが開放位置にある場合の当該ボール要素の位置を伴う、図１の直線３―３に沿った図１のボールバルブの断面図である。
【図４】図３の一部の拡大された部分断面図であり、主シール、Ｃ−シール、スプリング部材、およびシール筐体を含む、閉鎖位置にあるボールバルブを表す。
【図４Ａ】図３の一部の拡大された部分断面図であり、主シール、２つのＣ−シール、スプリング部材、およびシール筐体を含む、閉鎖位置にあるボールバルブを表す。
【００１０】
本開示は様々な修正および代替の構成を受け入れることができるが、それらの特定の実例実施形態は下記の図面にて示されており、下記に詳細に記載される。しかしながら、開示されている特定の形態に本開示を制限する意図はなく、それとは逆に、その意図は、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の趣旨および範囲に含まれる全ての修正、代替の構成、および同等物を含めることであるということを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで下記の図面を参照し、特に図１〜３を参照すると、本開示の教示に従って構成されたボールバルブは、概して参照番号２０で表現される。当該図面に示されるように、ボールバルブ２０は、入口３１および出口３２の間の第１流路３３を有する筐体３０、筐体３０に取り付けられたシール組立部５０、および、筐体３０の内部に配置された回転可能シャフト９０および９１上に組み込まれたボール要素８０を含む。
【００１２】
一般的には円柱形を有する筐体３０は、そこを通って移動する流体のための第１流路３３を画定する。筐体３０の底部には、図２にて配列されているように、第１流路３３の出口３２があり、出口３２は出口フランジ３８によって包囲されている。筐体３０の中央部には、通り穴４０が筐体３０の右壁を貫通し、止まり穴４１が筐体３０の内部に向かって開いており、穴４０および４１は両方とも互いに同心であり、シャフト９０および９１をそれぞれ受け入れるように適応される。駆動シャフト９０、および筐体３０の外右壁、すなわち「駆動端」の間に配置されているのは、パッキン押さえ４２、一組のパッキン環４４、および軸受部４３ａである。筐体３０の駆動端に設置され、締め具３５と係合しているのは、シャフトフランジ３４である。ここで筐体３０の頂部に向いているのは、さらに図２にて配列されているように、カウンターボア３９であり、第１流路３３の入口３１を作り出し、シール組立部５０を受け入れている。入口３１を包囲しているのは入口フランジ３６であり、入口フランジ３６は、バルブ２０を流入パイプ（図示せず）に対して締め付ける。入口フランジ３６および出口フランジ３８は全体的または部分的に除去できてもよく、入口３１および出口３２の間にある連結は様々な方法で行われてもよいということを、現時点で留意されたい。
【００１３】
シール組立部５０は、図４〜４Ａにて最も良く示されているように、第１封止体、好ましくは主シール６４、および第２封止体、好ましくはシール筐体５２を含む。上述したように、シール組立部５０は筐体３０のカウンターボア３９の内部に配置され、より具体的には、シール筐体５２の外部表面５４はカウンターボア３９の内部に固定して取り付けられる。シール筐体５２の内部表面５３上には、一対の環状肩部５５ａおよび５５ｂがあり、これらはＣ−シール６０、および波状スプリング等の弾性部材７０をそれぞれ受け入れる。Ｃ−シール６０および弾性部材７０は、主シール６４をシール筐体５２に連結する。弾性部材７０は、主シール６４とシール筐体５２との間に配置され、主シール６４にボール要素８０に向かった付勢を作り出し、その付加によって、主シール６４およびシール筐体５２の間に第２流路７２が作り出される。当該Ｃ−シールは、第２流路７２を通じた流体の流れに制限を引き起こす。当該Ｃ−シールは、当該主シール上の環状肩部７４、およびシール筐体５２上の環状棚部７６の間に閉じ込められる。Ｃ−シールの開口部６３は、ボール８０と反対側で、かつ当該流入する流体の方に向いている。
【００１４】
バルブ２０が閉鎖位置にある場合、主シール６４に当接しているのは、ボール要素８０（図４）である。ボール要素８０は、当該バルブが閉鎖位置にある場合、主シール６４と係合する球面８２を含む。直通穴８４ａおよび８４ｂを通じてボール要素８０に取り付けられているのは、それぞれ従動シャフト９１および駆動シャフト９０である。
【００１５】
先述したように、シャフト９０および９１の整列および回転を補助しているのは、軸受部４３ａおよび４３ｂであり、筐体３０と、シャフト９０および９１との間にそれぞれ配置される。もう一度、図２にて配列されているように、従動シャフト９１は、筐体３０の従動側の止まり穴４１の中に配置される。従動シャフト９１と係合し、筐体３０の従動側、およびボール要素８０の間に配置されるのは、軸受部４３ｂであり、筐体３０の駆動側、およびボール要素８０の間に配置されるのは、軸受部４３ａである。その後、駆動シャフト９０は、通り穴４０を介して筐体３０の駆動側を通って貫通し、筐体３０の外側に突き出す前に、パッキン環４４およびパッキン押さえ４２を係合させる。シャフト９０の外側端９２において、シャフト９０は開閉装置と係合するように適応させることができる。
【００１６】
図４において、ボール要素８０は主シール６４に当接するように回転され、それによって、接点６６にて第１流路３３の流量制限を引き起こす。好ましくは、図４にて示されているように、ボール要素８０が主シール６４を圧迫する場合、主シール６４は、弾性部材７０を押し込むことによってシール筐体５２内へ変位することができる。主シール６４の適切な移動および稼動を保証するために、ボール要素８０およびシール筐体５２に対して、主シール６４およびシール筐体５２の間に作られた所定の間隙または計算された間隙７１は、注意深く設定できる。間隙７１は、バルブ２０が閉鎖位置にある場合、主シール６４がボール要素８０と接触することを保証するように注意深く設定できる。バルブ２０の適切な移動および稼動を保証するように間隙７１と組み合わせて動作しているのは、主シール６４および筐体３０の間に作られた間隙７３である。間隙７３は、バルブ２０が開閉する場合、主シール６４が適切な時間に筐体３０と直接接触することを保証する。例えば、間隙７３が非常に大きい場合、主シール６４は、バルブ２０の開閉の間の長期間に当該ボール要素と接触した状態であり続け、それによって、主シール６４およびボール要素８０の間の好ましくなくかつ回避できる量の摩擦および損耗をもたらし得る。同様に、間隙７３が非常に小さい場合、主シール６４は、バルブ２０の開閉の間に当該筐体に非常に早く接触する場合があり、主シール６４がボール要素８０と接触することを効果的に妨げ、それによってバルブ２０内に漏出を引き起こし得る。
【００１７】
ボール要素８０が閉鎖位置に向かって回転する時、ボール要素８０は主シール６４と接触し、それによって、ボール要素８０が完全な閉鎖位置内へとさらに回転する時、間隙７１がより小さくなるようにする。
【００１８】
同様に図４に示されているのは第２流路７２であり、弾性部材７０を設置するために主シール６４およびシール筐体５２の間に作られる。第２流路７２を通じた漏水を防止するためにＣ−シールは、好ましくは主シール６４およびシール筐体５２の間に配置され、より具体的には、シール筐体５２の内部表面５３上にある環状肩部５５ａ、および主シール６４の間に配置される。Ｃ−シール６０は第２流路７２を通じて流体を受容する開口部６３を有し、それによって当該Ｃ−シールの両端を外側へ付勢させて第２流路７２を封止する。多重のＣ−シール６０ａおよび６０ｂも、バルブ２０が当該入口または当該出口の何れかから圧迫される場合、第２流路７２を通じた流体流を防止するために直列に配置できる（図４Ａ）。しかしながら、直列に配列された２つのＣ−シールは、双方向的に第２流路７２を通る流体流を制限する多くの方法の１つであるということを了解されたい。例えば、数ある解決法の中でも、当該Ｃ−シールは平行に配列でき得る。さらに、Ｃ−シール６０はシール筐体５２および主シール６４の間に配置されるため、主シール６４はボール要素８０と適切に整列することが可能である。Ｃ−シール６０は弾性があり、伸縮することが可能である。
【００１９】
Ｃ−シール６０も、主シール６４に対するボール要素８０のアラインメントを補助する。これはバルブ２０の閉鎖の間にボール要素８０が接点６６にて主シール６４と接触する場合、実現される。その時、ボール要素８０は主シール６４上に強圧をかけ、主シール６４をシール筐体５２の内部表面５３に対して変位させようとする。Ｃ−シール６０は、主シール６４が軸方向および半径方向に変位することを可能にし、その間中、ボール要素８０および主シール６４を整列した状態に保ち、それによって第１流路３３の流量制限を作り出す。
【００２０】
ボールバルブ２０が閉鎖位置にある場合、入口３１にて高い圧力が生み出される。圧力の増加は、工程流体に第１流路の制限を迂回させ、第２流路７２を通ることを強制する。流体が第２流路７２を通じて貫通することを防止しているのはＣ−シール６０であり、開口部６３が流入する流体の方に向かうように配置される。同様に、圧力の増加は、流れの方向に向かってシャフト９０および９１を変形または屈曲させ始め得る。シャフト９０および９１が屈曲すると、ボール要素８０は、シール組立部５０に対して垂直の方向に変位し始め得る。ボール要素８０が変位されると、主シール６４をボール要素８０に付勢させることによって、変位されたボール要素８０および主シール６４の間の漏出を防止しているのは、弾性部材７０である。圧力が増加するにつれて、シャフト９０および９１はさらに屈曲することができ、それによってボール要素８０の変位をさらに増加させる。主シール６４は、主シール６４が止められるか、または弾性部材７０が完全に減圧されるまで、ボール要素８０に対して付勢し続ける。しかしながら、前述の通り、第１流路３３を通る流体流方向に依存して、高圧は出口３２にて発生し得る。第１流路３３が逆流する場合、当該流体は、弾性部材７０周辺の第２流路７２の他方から貫通し、これもまた当該開口部が流入する流体に向かうように配置されるＣ−シール６０ｂ（図４Ａ）によってさらなる貫通が制限される。同様に、高圧の流体はシャフト９０および９１を変形または屈曲し、それによって、ボール要素８０を当該シール組立部および主シール６４に向かって変位させ得る。ボール要素８０を主シール６４に接するように付勢させることによって、ボール要素８０および主シール６４の間で流体の漏出を防止しているのは、前述と同様に、弾性部材７０であり得る。圧力が増加し、それによってボール要素８０がシール組立部５０に向かってさらに屈曲するにつれて、主シール６４はシール筐体５２上にて最終的に底に達し、それによって実質的に間隙７１を除去できる。
【００２１】
当該Ｃ−シールは、［発明者からの入力］等の、任意の耐熱性で柔軟な材料から形成できる。
【００２２】
先述の詳細な記述は理解を明白にするためにのみ与えられるものであり、いかなる不必要な限定も存在せず、当業者には修正が明白であることをこの記述から理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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