(57)【要約】  改善された固有の流れ特性、改善されたノイズ特性、及び改善された動的トルク特性を有するバルブが提供される。バルブは、バルブ内部の流体の流れを制御するディスク（10）を備えている。ディスク（10）は、第１のベーン（12）と、該第１のベーン（12）に対して配された第２のベーン（14）とを有している。１つの実施の形態によれば、第２のベーン（14）は、ディスク（10）の回転中心（22）から延びる軸に沿って配置される。そのような実施の形態においては、第１のベーン（12）は、第２のベーン（14）からオフセットして配置される。第１のベーン（12）及び第２のベーン（14）は、実質的に平行であることができる。バルブは、さらに、動的トルク低減のための上流の窪みを備え、また、ディスク（10）の下流側のノイズ及びキャビテーション低減特徴を有するか、及び／又は、流体の流れが逆転した場合の動的トルク低減のための窪みを備える。
2005515375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側及び下流側を有するバルブ内部の流体の流れを制御するディスクであって、
密閉表面を有する第１のベーンと、
該第１のベーンに対して配置された第２のベーンと
を備え、
前記第２のベーンは、部分的開位置ときに、該第２のベーンを横切る流体の流れを強要する流体阻害表面を有するディスク。
【請求項２】
前記第２のベーンは、前記ディスクの回転中心から延びる軸に沿って配置されている請求項１記載のディスク。
【請求項３】
前記第１のベーンは、前記第２のベーンからオフセットして配置されている請求項２記載のディスク。
【請求項４】
前記第１のベーン及び前記第２のベーンは、互いに実質的に平行である請求項１記載のディスク。
【請求項５】
動的トルク低減のために前記ディスクの前記上流側に沿って形成された窪みをさらに備える請求項１記載のディスク。
【請求項６】
前記窪みは、実質的に凹状の曲面、及び縦軸に対して角度が付けられた傾斜面の少なくとも１つを具備する請求項５記載のディスク。
【請求項７】
キャビテーション及び空力的ノイズの少なくとも１つを低減するために前記ディスクの前記下流側に沿って配置された少なくとも１つの開孔をさらに備える請求項１記載のディスク。
【請求項８】
前記第１及び第２のベーンの少なくとも１つの中央断面は、実質的にＬ字形の輪郭を有している請求項１記載のディスク。
【請求項９】
前記ディスクは、その周囲に沿って配置されたキャビティを具備し、該キャビティは、前記第１及び第２のベーンを形成している請求項１記載のディスク。
【請求項１０】
前記ディスク上に配置された第３のベーンをさらに備え、該第３のベーンは、第２の流体阻害表面を有する請求項１記載のディスク。
【請求項１１】
前記ディスクは、バタフライバルブで使用するに好適である請求項１記載のディスク。
【請求項１２】
前記第１のベーンの平面の実質的な部分は、動的トルクの逆転を妨げるために、前記第１のベーンの残りの平面から角度的にオフセットされている請求項１記載のディスク。
【請求項１３】
前記ディスクは、流体の流れ方向が逆転する場合に、動的トルクを低減するために前記下流側に少なくとも１つの凹状の特徴をさらに具備する請求項１記載のディスク。
【請求項１４】
回転可能なディスクと、
該回転可能なディスク上に配置され、密閉表面を有する第１のベーンと、
前記第１のベーンに対して前記回転可能なディスク上に配置された第２のベーンと
を備え、
前記第２のベーンは、部分的開位置ときに、該第２のベーンを横切る流体の流れを強要する流体阻害表面を有するバルブ。
【請求項１５】
前記バルブは、バタフライバルブである請求項１４記載のバルブ。
【請求項１６】
前記第２のベーンは、前記ディスクの回転中心から延びる軸に沿って取り付けられている請求項１４記載のバルブ。
【請求項１７】
バルブハウジングの壁は、前記第１及び第２のベーンが前記壁のすぐ近くで回転することを可能にするように実質的に凹状である請求項１４記載のバルブ。
【請求項１８】
前記第１又は第２のベーンの外周囲と前記壁との間の距離は、所望の流れ特性を提供するために徐々に拡大される前記請求項１４記載のバルブ。
【請求項１９】
前記第１のベーン及び第２のベーンの外周囲は、実質的に平行である請求項１４記載のバルブ。
【請求項２０】
前記第１のベーンは、前記バルブを通過する流体の第１の圧力低下を提供し、前記第２のベーンは、前記バルブを通過する流体の第２の圧力低下を提供する請求項１４記載のバルブ。
【請求項２１】
動的トルク低減のためのディスクの上流側に沿った窪みをさらに備える請求項１４記載のバルブ。
【請求項２２】
前記窪みは、実質的に凹状の窪み、及び縦軸に対して角度が付けられた傾斜路の少なくとも１つを具備している請求項１４記載のバルブ。
【請求項２３】
キャビテーション及び空力的ノイズの少なくとも１つを低減するために前記ディスクの下流側に沿って配置された少なくとも１つの開孔をさらに備える請求項１４記載のバルブ。
【請求項２４】
前記第１及び第２のベーンの少なくとも１つは、実質的にＬ字形の輪郭を有している請求項１４記載のバルブ。
【請求項２５】
前記ディスクは、その周囲に沿って配置されたキャビティを具備し、該キャビティは、前記第１及び第２のベーンを形成している請求項１４記載のバルブ。
【請求項２６】
前記第１及び第２のベーンに対してディスク上に配置された第３のベーンをさらに備え、該第３のベーンは、第２の流体阻害表面を有する請求項１４記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブに関し、そして、特に、段階式の回転するベーンを有する修正されたバタフライバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバタフライバルブは、管内のディスクの位置を決めることにより作動し、管を通じた流体の流れを制御する。ディスクは、管内に取り付けられた軸によって規定された回転中心又は回転軸回りに回転する。軸に加えられたトルクに起因するディスクの回転は、管を通じて流れる流体の開口を生成又は縮小する。流体の流れは、管内のディスクの回転の角度を調節することによって制御されることができる。
【０００３】
バタフライバルブを利用する多くの用途においては、各用途のために予め設定された流れ特性を有する特定のバタフライバルブを選択する場合に、いくつかの因子が考慮される。１つの因子は、改善された固有の流れ特性のための要望であり、それは、流れ係数（Cv）とディスクの回転角度の移動との間の比率である。流れ係数Cvは、バルブの圧力低下又は流れ能力を表わしている。バルブのメーカは、しばしば、特定のバルブに対して予測流れに対する圧力低下の数式と共に、流れ係数を公表している。流れ係数は、液体とガスとでは異なることが可能である。
【０００４】
多くの用途において重要になり得る第２の要因は、低減されたノイズに対する要望である。これは、より低い空力的ノイズ効率と組み合わせて、初期のキャビテーションのより高い係数を提供することにより達成される。言い換えれば、キャビテーションをあまり経験しないであろうバルブは、低減されたノイズ特性を有するであろう。キャビテーションは、液体がバルブを通じて流れることから生じる。キャビテーションは、液体の気化及び凝縮の２段階プロセスである。液体の気化は、液体が沸騰し始めるときに生じる。これも堰止めとして知られている。バルブにおいては、この気化は、液体の圧力が温度の増加に代わって低下するときに生じる。流体がディスク領域のバルブ下流を通過するときには、圧力又は位置エネルギの実質的な減少を伴った速度又は運動エネルギの増加がある。この領域の圧力がバルブを通じて流れる流体の蒸気圧よりも落ちる場合に、気化が生じる。その後、蒸気泡は引き続き下流へ流れ、そこで、流体の速度は遅くなり始め、流体の圧力は回復する。その後、蒸気泡は崩壊する。キャビテーションは、流量に影響し得、また、バルブ及び配管に機械的な損害をもたらし得る。初期のキャビテーションは、キャビテーションの初期の段階に関係している。初期の段階においては、泡は小さく、そして、シューという種類のノイズがある。キャビテーションの特性及び結果に関するさらに詳しい情報は、「バタフライバルブにおけるキャビテーションの防止（Preventing Cavitation in Butterfly Valves）」、化学工学（CHEMICAL ENGINEERING）、１９８５年３月１８日、１４９−１５３ページで見付けることができる。
【０００５】
第３の因子は、改善された動的トルク特性に対する要望に関し、それは、バルブを通じた流体の流れを制御するのに必要なトルクの量を低減することである。流体がバルブを通じて流れるときに、力がディスクに抗して生成され、それが流体の流れを妨げる。バルブを開閉するためにディスクを回転させるのに必要なトルクの量は、流体の流れ特性、並びにディスクの形状及び向きに依存して変化するであろう。
【非特許文献１】「バタフライバルブにおけるキャビテーションの防止（Preventing Cavitation in Butterfly Valves）」、化学工学（CHEMICAL ENGINEERING）、１９８５年３月１８日、１４９−１５３ページ
【発明の開示】
【０００６】
改善された固有の流れ特性、改善されたノイズ特性、及び改善された動的トルク特性を有するバタフライバルブのための技術の必要性がある。本発明は、この必要性に対するさらなる解決策に指向している。
【０００７】
本発明の１つの例の実施の形態によれば、バルブは、バルブ内部の流体の流れを制御するディスクを備えている。ディスクは、第１のベーンに対して配置された第１のベーン及び第２のベーンを具備している。第１のベーンは、密閉表面を形成し、そして、第２のベーンは、流体阻害表面を形成している。本発明の１つの実施の形態によれば、第２のベーンは、ディスクの回転中心から延びる軸に沿って配置される。そのような実施の形態においては、第１のベーンは、第２のベーンからオフセットして配置されている。第１のベーン及び第２のベーンは、互いに実質的に平行であることができる。
【０００８】
本発明の別の実施の形態によれば、ディスクは、該ディスクの上流側に沿った窪みを具備し、動的トルクの低減に好適である。窪みは、実質的に凹状の曲面、あるいは窪みの形態を取ることができる。これに代えて、窪みは、縦軸に対して角度が付けられた傾斜面から形成されることができる。
【０００９】
本発明の１つの観点によれば、少なくとも１つの開孔又はスロットは、キャビテーション及び／又は空力的ノイズの低減のために、ディスクの下流側に沿って配置される。
【００１０】
本発明のさらなる観点によれば、第１及び第２のベーンの少なくとも１つは、実質的にＬ字形の輪郭を有することができる。さらに、第１及び第２のベーンは、ディスクの周囲に沿って配置されたキャビティから形成されることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の観点によれば、第３のベーンは、第１及び第２のベーンに対してディスク上に配置されることができる。第３のベーンは、第２の流体阻害表面を有することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の観点によれば、バルブは、回転可能なディスクを有して提供される。第１のベーンは、回転可能なディスク上に配置され、そして、第２のベーンは、回転可能なディスク上の第１のベーンに対して配置される。第１のベーンは、密閉表面を有し、そして、第２のベーンは、流体阻害表面を有している。バルブは、バタフライバルブであることができる。
【００１３】
本発明の教示によれば、バルブは、ディスクの回転中心から延びる軸に沿った第２のベーンを位置決めすることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の観点によれば、バルブハウジングの壁は、第１及び第２のベーンが該壁のすぐ近くで回転することを可能にするように実質的に凹状であることが可能である。第１又は第２のベーンの外周囲と壁との間の距離は、所望の流れ特性を提供するために徐々に拡大されることができる。
【００１５】
本発明のさらに別の観点によれば、第１のベーンは、バルブを通過する流体の第１の圧力低下を提供することができ、そして、第２のベーンは、バルブを通過する流体の第２の圧力低下を提供することができる。
【００１６】
本発明のさらなる観点によれば、窪みは、動的トルクの低減のためのディスクの上流側に沿って設けられることができる。窪みは、実質的に凹状のカーブ、あるいは縦軸に対して角度が付けられた傾斜路の形態を取ることができる。少なくとも１つの開孔は、キャビテーション及び空力的ノイズの少なくとも１つを低減するために、ディスクの下流側に沿って配置されることができる。さらに、少なくとも１つの窪みは、流体力学トルクを低減するために、第２のベーンの下流側に沿って配置されることができる。
【００１７】
第１及び第２のベーンの少なくとも１つは、実質的にＬ字形の輪郭を有することができる。加えて、第１及び第２のベーンは、ディスクの周囲に沿って配置されたキャビティから形成されることができる。第３のベーンは、第１及び第２のベーンに対してディスク上に配置されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
前述の特徴及び利点、並びに、本発明のその他の特徴及び観点は、次の記述及び添付の図面に関して一層よく理解されるようになるであろう。
【００１９】
本発明の実例となる実施の形態は、段階式のベーンを有する流れ制御ディスク（直列に２つ以上のベーンを有するディスクである）を収容するバルブに関する。第２のベーンは、ディスクがおよそ４５度まで回転する典型的な単一のベーン配置に対しておよそ２倍の通常の流体抵抗を提供する。さらに、バルブハウジングは、第１のベーンと直列に所望の流れ面積を得るように第２のベーンと協働する縮径区域を有している。結果として生じるバルブは、より徐々の開き特性を有しており、等しいパーセンテージの流れ特性を得る。等しいパーセンテージの流れ特性は、ベーンがバルブハウジングのシールにさもなければはりつく、停止ポイントに近い流れ制御の必要がまったくないバルブによって特徴付けられる。これは、典型的には０度と１０度との間の回転である。
【００２０】
図１乃至図６は、本発明にかかる段階式のバタフライバルブの一例の実施の形態を示しており、ここでは、類似の部分は、全体に亘って類似の参照符号によって指定されている。本発明は、図面において示される例の実施の形態に関して記述されるが、多くの代替の形態が本発明を具現化できることが理解されるべきである。さらに、当業者は、本発明の精神及び範疇に依然として一致した方法で、サイズ、形状、あるいは要素又は材料の種類のように、開示された実施の形態のパラメータを変更する異なる方法を理解するであろう。
【００２１】
図１は、本発明の１つの実施の形態に従ってそこに取り付けられたディスク10を有するバルブ11を示している。ディスク10は、バルブ11を通じた流体の流れの阻害として作用し、ディスク10の移動は、バルブ11を通じた流体の流れを増加させるか、減少させるか、又は保留させることができる。
【００２２】
バルブ11は、バルブハウジング16を具備している。ディスク10は、バルブハウジング16の壁の間に延びる第１のベーン12を有している。加えて、シール18及び20は、バルブハウジング16の内側部分内に取り付けられている。シール18及び20は、バルブ11を密閉して流体の流れを防止するために、ディスク10の第１のベーン12に押し付けられる。バルブ11が閉位置で示されていることを注記しておく。
【００２３】
第２のベーン14は、第１のベーン12と実質的に平行にディスク10上に配置されている。第２のベーン14は、ディスク10の回転中心22を通過する縦軸に実質的に沿って位置している。さらに、第２のベーン14は、バルブハウジング16まで延びているが、しかしながら、第２のベーン14は、バルブハウジング16と接触はしない。代わりに、第２のベーン14は、バルブハウジング16の壁と周縁クリアランス28を維持している。この周縁クリアランス28は、流体阻害表面として作用するが、しかしながら、シールは、流体の流れに対して１００パーセントの抵抗を必ずしも提供しない。もっと正確に言えば、流体阻害表面の周縁クリアランス28は、流体の流れに対して少なくとも１つの実質的な抵抗を提供する。
【００２４】
第２のベーン14によって形成された周縁クリアランス28の包含は、バルブがおよそ４５度まで開く典型的な単一のベーンバルブに対しておよそ２倍の通常の流体抵抗を有していることにつながる。０度から４５度のバルブの開きは、バルブ11を通じて流れる流体によって経験される最も大きい圧力低下を呈する。増加した流体抵抗は、より徐々の開き特性を有するバルブ11に結び付き、等しいパーセンテージの流れ特性を得る。再び、等しいパーセンテージの流れ特性は、ベーンがバルブハウジングのシール18又は20にさもなければ貼り付く、停止ポイントに近い流れ制御の必要がまったくないバルブによって特徴付けられる。等しいパーセンテージの流れ特性は、移動の各インクリメントに対して、一定の圧力低下で、流れの等しいインクリメントを提供する。これは、典型的には０度と１０度との間の回転である。
【００２５】
バルブハウジング16の縮径区域26は、ディスク10の回転の間、第２のベーン14とバルブハウジング16との間の周縁クリアランス28を維持する。示されるように、流体は、典型的には、図１中の矢印Aの方向に流れる。したがって、ディスク10は、開くために矢印Bの方向に、そして、閉じるために矢印Cの方向に回転する。当業者は、バルブ11を通じた流体の流れの方向、及びバルブ11内のディスク10の向きが変わることができることを認識するであろう。ディスク10は、例えば軸によって形成された回転中心22回りに回転又は旋回する。ディスク10が回転すると、第１のベーン12及び第２のベーン14は、バルブハウジング16の縮径区域26に沿って追従する。
【００２６】
縮径区域26の曲率半径は、ディスク10が回転中心22回りに回転するときに、周縁クリアランス28のサイズを決定する。ディスク10が回転すると、縮径区域26の曲率半径は増加することができ、それによって、周縁クリアランス28を増加させ、そして、より多くの流体の流れ、あるいは、より小さい流体の流れ抵抗を許容する。当業者は、縮径区域26の形状が所望の流れ特性に依存して変わることができることを認識するであろう。
【００２７】
図２は、本発明の教示に従った第２の実施の形態の断面図である。バルブ31は、回転中心22回りの回転可能にそこに取り付けられたディスク30を有して提供されている。ディスク30は、示されるような閉位置にあるときに、バルブハウジング16の壁部分に沿ってシール18及び20で密閉するように延びる第１のベーン32を有している。第２のベーン34は、回転中心22からの縦軸に沿って延びている。第２のベーン34は、バルブハウジング16の壁と共に周縁クリアランス37を維持している。図１の実施の形態におけるように、周縁クリアランス37は、バルブ31のための流体阻害表面として作用する。
【００２８】
第２のベーン34の下側部分では、Ｌ字形のベーン区域36が、縦軸からのほぼ直角に延びている。Ｌ字形のベーン区域36の外縁は、Ｌ字形のベーン区域36とバルブハウジング16の壁との間に周縁クリアランス39を形成するように、縮径区域26の壁と実質的に同じ曲率半径でわずかに曲がっている。以前のように、バルブハウジング16は、ディスク30が回転中心22回りに回転するとＬ字形のベーン区域36が追従する縮径区域26を維持している。Ｌ字形のベーン区域36の曲率半径は、望まれるように、異なる周縁クリアランス39及び異なる流れ特性を達成するために、変更することができ、かつ、縮径区域26の曲率半径とは異なることができる。
【００２９】
Ｌ字形のベーン区域36に加えて、複数のスロット38が、Ｌ字形のベーン区域36におけるディスク30の後ろ側部分に沿って延びている。Ｌ字形のベーン区域36及びスロット38は、キャビテーション、あるいは高ガス絞り速度によって引き起こされるノイズを低減するように作用する。言い換えれば、Ｌ字形のベーン区域36及びスロット38は、初期のキャビテーションのより高い係数及びより低い空力的ノイズ効率を提供する。流体がバルブ31を通じて流れると、ディスク30の上流側は、流れを妨げる。流体は、ディスク30を通じて、第２のベーン34に沿って、そして、周縁クリアランス37及び39を通じて、ディスク30の下流側へ流れる。流体は、それがディスクを通じて、そしてＬ字形のベーン区域36及びスロット38に亘って流れるときに、より徐々に減圧する。Ｌ字形のベーン区域36及びスロットのサイズ、寸法、及び形状は、キャビテーションを阻害し、全体的な流量低減を追加する。これは、キャビテーション効果及び結果として生じるノイズを低減する。これらの特性は、さらに、ディスク30の小さい角度変位でより大きな流れ低減を得る。
【００３０】
図３は、本発明の教示に従ったさらに別の実施の形態を示している。バルブ41は、例えば、回転中心22の軸上に回転可能に取り付けられるディスク40を支持している。第１のベーン42は、回転中心22を通過する縦軸からオフセットされ、バルブハウジング16の壁に取り付けられたシール18及び20に接触するように延びている。バルブ41が閉位置にあるときには、第１のベーン42は、実質的に流体の流れを阻害又は止めるようにシール18及び20に対して押し付ける。
【００３１】
ディスク40の周囲の近くに配置された溝43は、第１のベーン42と第２のベーン44との間の分割を形成している。溝43は、ベーン間のその他の実施の形態において形成されたキャビティよりも比較的浅くなっている。バルブハウジング16の方へ延びるような第２のベーン44の長さ、また、縮径区域26もまた、その他の実施の形態の第２のベーンよりも比較的短くなっている。したがって、低減された流体の流れは、ディスク40が部分的に回転されるときに溝43を通過することが可能である。
【００３２】
周縁クリアランス48は、第２のベーン44の端部と、バルブハウジング16の壁との間に存在している。バルブハウジング16の縮径区域26は、周縁クリアランス48を維持する一方で、第１のベーン42及び第２のベーン44が回転する間にバルブハウジング16を通過することを可能にする。ディスク40の溝43は、第１のベーン42の周囲に沿った流体の流れの上側流れ噴射に急激な阻害を提供するように作用する。周縁クリアランス48は、第２のベーン44の上側及び下側半分の間で異なることができることが注目されるべきである。
【００３３】
ディスク40は、さらに、ディスク40の上流側に沿って延びる傾斜したキャビティ46の形態の窪みを含んでいる。傾斜したキャビティ46は、動的トルクの低減を提供する図１中の窪み24の凹状窪みの代替である。上流の流体の流れが傾斜したキャビティ46と交差すると、ディスク40が約４０度を越えて回転するときに、傾斜路部分は壁の付着を防止し、そして、通常高いトルクを引き起こす結果としての低い静圧を防止する。傾斜したキャビティ46の角度は、異なる量の動的トルクの低減を提供するように変えることができる。
【００３４】
別の実施の形態は、本発明の教示に従って図４中に示されている。バルブ51は、回転中心22回りにそこに回転可能に取り付けられたディスク50を有して提供されている。第１のベーン52は、バルブハウジング16内に取り付けられたシール18及び20に接触するように延びている。これは、流れ制御の一次要因である。第２のベーン54は、回転中心22を通過する縦軸に沿って配置され、第１のベーン52と実質的に平行である。第２のベーン54は、バルブハウジング16の壁まで実質的に延び、それらの間に第１の周縁クリアランス58を残している。第２のベーン54は、流体阻害表面を提供している。第３のベーン56は、回転中心22を通過する縦軸からオフセットされ、かつ、第２のベーン54と実質的に平行に、ディスク50の下流側に配置されている。第３のベーン56は、バルブハウジング16の壁まで実質的に延び、その間に第２の周縁クリアランス60を維持している。第３のベーン56は、第２の流体阻害表面を提供している。
【００３５】
前の実施の形態におけるように、バルブハウジング16は、縮径区域26を維持する。ディスク50がバルブハウジング16内の回転中心22回りに回転すると、第１のベーン52、第２のベーン54、及び第３のベーン56は、縮径区域26の曲率に沿って追従する。したがって、この実施の形態は、第１及び第２の周縁クリアランス58及び60に加えて、シール18及び20での密閉表面を提供し、それらは、第１及び第２流体阻害表面で付加的な密閉能力を提供する。
【００３６】
追加の第３のベーン56は、さらに、バルブ51の固有の流れ特性及びノイズ特性を改善する。第３のベーン56は、第３の流れ経路を提供することによって、流体の流れにさらなる阻害を提供し、バルブの下流側の流体のより徐々の減圧をなす。当業者は、例示の実施の形態において示されるもの以外に、異なる数のベーンがあり得ることを認識するであろう。ベーンのサイズ、形状、及び数は、構築されるバルブに対する特定の用途に応じて決定される。第３のベーン56によって提供されるような複数の圧力低下ステージは、各ベーン52，54，及び56間の与えられたステージについてのより遅い流体速度に帰着する。「回転式の制御バルブのノイズ及びキャビテーション特性（Noise and Cavitation Characteristics of Rotary Control Valves）」、装置産業のための計測器の第４１回年次シンポジウムの予稿集（PROCEEDINGS OF THE 41ST ANNUAL SYMPOSIUM ON INSTRUMENTATION FOR THE PROCESS INDUSTRIES）、テキサスＡ＆Ｍ大学、１９８６年１月２２日の文献中に詳述されているように、空力的ノイズが噴射速度の６．５乗まで変化するので、より遅い速度は、ガス媒体にとって重要である。
【００３７】
別の実施の形態は、本発明の教示に従って図５中に示されている。バルブ81は、回転中心22回りに回転可能にそこに取り付けられたディスク80を有して提供される。第１のベーン82は、バルブハウジング16内に取り付けられたシール18及び20に接触するように延びている。第１のベーン82は、流れ制御の一次要因として作用する。第１のベーン82は、それが不規則に形成され、かつ、ディスク80の上流側の不規則な窪み86を形成する点で、その他の実施の形態と異なっている。不規則な窪み86は、縦軸及び第２のベーン84に対して傾斜又は角度が付けられている第１のベーン82の実質的な部分として具現化される。傾斜又は角度が付けられた部分の角度は、約１０度よりも大きい。不規則な窪み86は、広く開いたバルブ81位置の近くでの動的トルクの逆転を防止するように作用する。
【００３８】
第２のベーン84は、回転中心22を通過する縦軸に沿って配置され、第１のベーン82と実質的に平行である。第２のベーン84は、バルブハウジング16の壁まで実質的に延び、その間に第１の周縁クリアランス88を残している。第２のベーン84は、図３の実施の形態におけるような溝83から形成され、流体阻害表面を提供している。
【００３９】
バルブハウジング16は、縮径区域26を維持している。第１のベーン82及び第２のベーン84は、ディスク80がバルブハウジング16内の回転中心22回りに回転すると、縮径区域26の曲率に沿って追従する。したがって、この実施の形態は、第１及び第２の周縁クリアランス88及び90に加えて、シール18及び20での密閉表面を提供し、それらは、第２のベーン88の流体阻害表面で付加的な密閉能力を提供している。ディスク80は、さらに、後部窪み71を具備している。後部窪み71は、流れ方向が逆転する際に、不規則な窪み86へのものと同様な方法で、動的トルクを低減するのに好適である。
【００４０】
当業者は、例示の実施の形態において示されたもの以外の異なる形状のベーンがあり得ることを認識するであろう。ベーンのサイズ、形状、相対角度、及び数は、構築されるバルブのための特定の用途に応じて決定されるであろう。
【００４１】
図６は、それを通じた流体の流れとして、バルブ内の流れ面積とディスクの回転角度との関係を示すグラフ66である。２組のデータがグラフ66上にプロットされている。第１の組は、ベーン1ライン68に図示されるような従来の単一のベーンを有したバルブを通じて流れる流体の流れ特性を表わしている。データの第２の組は、本発明の教示に従って２つのベーンを有したバルブを通じた流体の流れの流れ特性を表わしている。結果は、ベーン1及び2ライン70に示されている。
【００４２】
０度と５度との回転角度の間で、ベーンの両方の配置は、露出する流れ面積の量に対して比較的同様に作動するように見える。５度とおよそ２０度との回転角度の間で、単一のベーンだけを有したバルブは、約１．８平方インチの流れ面積の増加を経験する。２つのベーンの段階式ディスクを有したバルブは、０から最少量の流れ面積の増加を経験する。ライン68は、２０度と４５度との間の回転角度に対する流れ面積の急速な増加を伴う単一のベーンを有したバルブのために連続している。ライン70は、回転角度が２０度と４５度との間で増加すると、流れ面積のより徐々の増加を継続する。４５度の最大の回転角度では、単一のベーンバルブは、流体の流れが利用可能なおよそ５．７５平方インチの流れ面積を有している一方、２つのベーンを有したバルブは、流体の流れが利用可能なおよそ３．３３平方インチの流れ面積を有している。座部位置の近くのそのような徐々の開きの利益、あるいは、より小さい回転角度は、バルブ停止ポイントに近い流れ制御の必要性が少ないということである。２つ以上のベーンを有するバルブの０度と１０度との間の回転範囲、バルブの閉鎖及び打撃の問題がしばしば存在する範囲は、本発明の教示に従った構成のためにそのような問題を経験することがない。２つのベーン構造は、単一のベーン構造に対するバルブのための全体的な流れ面積を低減する。しかしながら、バルブの全体的なサイズ及び寸法は、より大きな流れ面積が望まれる場合には、増加されることができる。
【００４３】
運転に際して、ディスク10，30，40，及び50が回転中心22回りに回転する、第１のベーン12，32，42，及び52は、ある最小の流体の流れに対してバルブを開くようにシール18を越えて通る。流体が第１のベーン12，32，42，及び52と第２のベーン14，34，44，及び54との間の領域に入るので、この流体の流れは最小であり、この領域では、流体は、周縁クリアランス28，39，48，及び58を通じて、そして、さらに、第２のベーン14，34，44，及び54に沿ってゆっくりと逃げることができる。より多くの量の流体の流れは、第２のベーンにとって下側シール18上を通るのに十分な量で、ディスク10，30，40，及び50が矢印Aの方向に回転するまで生じない。図４の３つのベーンの実施の形態の例示においては、より多くの量の流体の流れは、第３のベーン56が下側シール18上を通るまで生じない。流体の流れの遅くかつ徐々の増加は、本発明のディスクを収容したバルブの固有の流れ特性、ノイズ特性、及び動的トルク特性を改善する。
【００４４】
バルブを閉じるには、ディスク10，30，40，及び50を矢印Bの方向に回転する。
特定のバルブ配置に依存して、第３のベーン56、又は第２のベーン14，34，若しくは44のいずれかが、最初に下側シール18に到達し、シール18上を通る。ベーンがシール上を通ると、流体の流れは妨げられるが、依然として、周縁クリアランス28，39，48，又は60を通じて、そして、第２のベーン14，34，44，及び54に沿って流れる。ディスク10，30，40，又は50の付加的な回転は、付加的なベーン12，32，42，52，又は54に下側シール18上を通させ、上側シール20に徐々に流体の流れを低減させ、かつ、最終的に、バルブ11，31，41，又は51を止めさせる。流体の流れの徐々の低減は、遅い、キャビテーション、そしてトルク特性を改善する。
【００４５】
本発明は、その他の特性に加えて複数のベーンを含めるように修正された回転するディスクを有する、バタフライバルブの形状で示されたバルブを特徴としている。ディスクは、さらに、バルブの動的トルク特性を改善するために、上流側又は下流側で窪みを含むことができる。加えて、一又は複数のベーンは、ノイズ低減のために提供するべきディスクの下流側のスロットに加えて、Ｌ字形のような、代替の形状を有することができる。Ｌ字形のベーンの包含は、さらに、小さい回転角度でも、より大きな流れ低減を得るものである。複数のベーンの間の溝又はキャビティは、流体の流れの上側又は下側流れ噴射に急激な阻害を提供する。さらに、座部の近くの徐々の開き特性は、等しいパーセンテージの流れ特性バルブを提供する。
【００４６】
本発明の多数の修正及び代替の実施の形態は、先の記述を考慮して当業者にとって明白になるであろう。従って、この記述は、例示のみとして構成され、そして、本発明を実施するためのベストモードにおいて当業者に教示する目的のためのものである。構造の詳細は本発明の精神から逸脱することなしに実質的に変わることが可能であり、そして、添付された請求の範囲内にはいるすべての修正の排他的な使用が確保される。添付された請求の範囲及び適用可能な法の支配によって要求された程度までのみ本発明が限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１つの観点にかかるバルブの断面図である。
【図２】本発明の別の観点にかかるバルブの断面図である。
【図３】本発明のさらに別の観点にかかるバルブの断面図である。
【図４】本発明のさらに別の観点にかかるバルブの断面図である。
【図５】本発明のさらに別の観点にかかるバルブの断面図である。
【図６】本発明の１つの観点にかかるバルブディスクの回転角度に対する流れ面積をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
10  ディスク
11  バルブ
12  第１のベーン
14  第２のベーン
16  バルブハウジング
18  下側シール
20  上側シール
22  回転中心
24  窪み
26  縮径区域
28  周縁クリアランス
30  ディスク
31  バルブ
32  第１のベーン
34  第２のベーン
36  Ｌ字形のベーン区域
37  周縁クリアランス
38  スロット
39  周縁クリアランス
40  ディスク
41  バルブ
42  第１のベーン
43  溝
44  第２のベーン
46  キャビティ
48  周縁クリアランス
50  ディスク
51  バルブ
52  第１のベーン
54  第２のベーン
56  第３のベーン
58  第１の周縁クリアランス
60  第２の周縁クリアランス
66  グラフ
68  ライン
70  ライン
71  後部窪み
80  ディスク
81  バルブ
82  第１のベーン
83  溝
84  第２のベーン
86  窪み
88  第１の周縁クリアランス
90  第２の周縁クリアランス
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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