(57)【要約】      （修正有）【課題】弁の最大定格圧力と等しい差圧に相当する状況にあっても、ボールの両側に対するシール能力を保証することができるトラニオン搭載ボール弁を提供する。【解決手段】本発明のトラニオン搭載ボール弁においては、弁座リング３６，３８の少なくとも一方の頭部は、長軸Ａに対して径方向に向けられた少なくとも１つの環状溝６６を有する。環状溝６６にはバックアップリング７０が収容されている。バックアップリング７０は、弁座リング３６，３８とバックアップリング７０との間に長軸Ａと平行な弾性力を与えるように設けられた弾性の予負荷素子に結合されている。弾性予負荷素子は、バックアップリング７０の対向する２つの角セクタに対して作用する。角セクタのそれぞれは、回転軸Ｂに直交するバックアップリング７０の直径軸に関して対称である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心体（１４）および対向する２つの管状部分（１６）を備えた弁体（１２）であって、中心体（１４）は空洞（２０）を有し、管状部分（１６）はそれぞれダクト（２２）を備え、ダクト（２２）は、共通の長軸（Ａ）と、空洞（２０）に対向するそれぞれの内側末端とを有することと、
弁体（１２）に回転可能に接続されたトラニオン搭載ボール（２４）であって、前記ボール（２４）は、開位置と閉位置の間において前記長軸（Ａ）に直交する回転軸（Ｂ）の周りで回転可能であり、ボール（２４）は貫通孔（３４）を有し、貫通孔（３４）は、前記開位置においては前記ダクト（２２）に対して整列し、前記閉位置においてはダクト（２２）に対して横切ることと、
第１および第２の弁座リング（３６，３８）であって、各弁座リング（３６，３８）は、前記長軸（Ａ）の方向において各管状部分（１６）と摺動可能に係合する案内部（４４）と、弁座（４０）を有する頭部（４６）とを備え、第１および第２の弁座リング（３６，３８）の弁座（４０）は、前記ボール（２４）の両側に当接することと
からなるトラニオン搭載ボール弁において、
前記弁座リング（３６，３８）の少なくとも一方の頭部（４６）は、前記長軸（Ａ）に対して径方向に向けられた少なくとも１つの環状溝（６６，６８）を有し、環状溝（６６，６８）にはバックアップリング（７０，７２）が収容されており、バックアップリング（７０，７２）は、弁座リング（３６，３８）とバックアップリング（７０，７２）との間に前記長軸（Ａ）と平行な弾性力を与えるように設けられた弾性の予負荷素子（８２）に結合されており、弾性予負荷素子（８２）は、バックアップリング（７２）の対向する２つの角セクタ（α）に対して作用し、前記角セクタ（α）のそれぞれは、前記回転軸（Ｂ）に直交するバックアップリング（７０，７２）の直径軸（Ｄ１）に関して対称であることを特徴とするトラニオン搭載ボール弁。
【請求項２】
前記弁座リング（３６，３８）の少なくとも一方は２つの環状溝（６６，６８）を有し、環状溝（６６，６８）は、前記長軸（Ａ）に対して径方向に向けられており、かつ前記長軸（Ａ）の方向において互いに離間しており、前記環状溝（６６，６８）のそれぞれは開口端および閉鎖端を有し、これら環状溝（６６，６８）の開口端は反対方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項３】
前記環状溝（６６，６８）のそれぞれはバックアップリング（７０，７２）を備えることを特徴とする請求項２に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項４】
前記弾性予負荷素子（８２）は複数の圧縮バネ（８４）を備え、圧縮バネ（８４）は、弁座リング（３６，３８）の頭部（４６）の各穴（８６）に収容されており、圧縮バネ（８４）は、周方向において互いに間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項５】
各圧縮バネ（８４）は、バックアップリング（７０，７２）に直接に当接する第１の端部と、調整ネジ（８８）に当接する第２の端部とを有することを特徴とする請求項４に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項６】
前記弁座リング（３６，３８）は複数の位置決めネジ（９０）を備え、位置決めネジ（９０）は、弁座リング（３６，３８）の頭部（４６）に対する所定の位置にバックアップリング（７０，７２）を固定するためにバックアップリング（７２）と協働することを特徴とする請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項７】
前記角セクタ（α）のそれぞれは６０°〜９０°の角度範囲を有することを特徴とする請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【請求項８】
各弁座リング（３６，３８）は、ボール（２４）との間で金属同士のシール接触を確立することを特徴とする請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプライン用のトラニオン搭載ボール弁（trunnion-mounted ball valve）に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラニオン搭載ボール弁において、ボールは、ボールに作用する流体圧によって発生する側方荷重（side loads）が軸受によって吸収されるように、弁体に回転可能に接続される。２つの独立したフロート弁座リングは、弁の長軸に沿って移動自在である。弁座リングは、弁の二方向の密閉性（bi-directional tightness）を保証するそれぞれの弁座を有している。低圧においては、弁座シール作用は、弁座リングに作用するバネの信頼性によって達成される。圧力が増加するにつれて、流体圧が弁座リングをボールに向けて押圧することになる。
【０００３】
トラニオン搭載ボール弁の設計および製造における主たる問題の１つは、弁が差圧にさらされたとき、両方の弁座のシール能力を保証することである。最も重大な状況は、弁の最大定格圧力と等しい差圧に弁がさらされる場合である。この状況においてボールは、加圧側に加わる圧力で変形をし、ボールの変形のせいで非加圧側の弁座がシール能力を失う傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許出願公開第２１０５０１０号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０１２０５５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を克服するトラニオン搭載ボール弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載のトラニオン搭載ボール弁によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係るトラニオン搭載ボール弁の分解斜視図。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図。
【図３】図２中の矢印ＩＩＩによって示される詳細の拡大図。
【図４】図２中の矢印ＩＶによって示される弁座リングの部分断面斜視図。
【図５】図４中の矢印Ｖによって示される方向における正面図。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図。
【図７】図６中の矢印ＶＩＩによって示される詳細の拡大図。
【図８】図６中の矢印ＶＩＩＩによって示される詳細の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を純粋に非限定的な例として与えられる添付の図面を参照して説明する。
図１および図２を参照すると、本発明のトラニオン搭載ボール弁は、参照符号１０によって示されている。弁１０は、中心体１４および２つの管状部分１６を有する弁体１２を備えており、管状部分１６は、中心体１４の両側に設置されてボルト１８により中心体１４に固定されている。中心体１４は空洞２０を有している。管状部分１６はそれぞれダクト２２を備えており、ダクト２２は、共通の長軸Ａと、空洞２０に対向するそれぞれの内側末端とを有している。
【０００９】
ボール２４は、中心体１４の空洞２０内に収容されている。ボール２４は２つの一体型トラニオン２６を有しており、トラニオン２６は、弁体１２に固定されているそれぞれの支持体２８と回転可能に係合している。ボール２４は、長軸Ａに直交する回転軸Ｂの周りで弁体１２に対して回転可能である。ステム３０は、中心体１４の穴３２を通って回転軸Ｂと同軸状に延びており、一方のトラニオン２６に固定されている。ボール２４は、ダクト２２の直径とほぼ等しい直径の貫通孔３４を有している。ボール２４は、貫通孔３４がダクト２２に対して整列する開位置と、貫通孔３４がダクト２２に対して横切る閉位置との間において、回転軸Ｂの周りで回転可能である。
【００１０】
弁１０は、ダクト２２の直径以上の内径をそれぞれ有する第１の弁座リング３６および第２の弁座リング３８を備えている。弁座リング３６，３８は、長軸Ａに沿って移動自在であり、ボール２４の両側に当接する弁座４０がそれぞれに設けられている。
【００１１】
図３および図４を参照すると、第１の弁座リング３６は、案内部４４および頭部４６を備えた金属材料からなる一体物である。案内部４４は、各管状部分１６の対応する案内面と摺動可能に係合する円筒状の案内面４８を有している。
【００１２】
弁座リング３６の円筒状の外面５２にはシール要素５０が取り付けられている。シール要素５０は、弁座リング３６の円筒状の外面５２および管状部分１６の円筒状の内面５６に対してシール接触を確立する２つのＯリング５４を担持している。弁座リング３６の径方向面６２，６４と管状部分１６の間には、第１の組の圧縮バネ５８および第２の組の圧縮バネ６０が設けられている。圧縮バネ５８，６０は、弁座リング３６をボール２４に向けて付勢し、弁座４０をボール２４の球面に接触させた状態に保つ。ダクト２２内の流体圧は、弁座リング３６をボール２４に向けて付勢する力を増大させる。
【００１３】
弁座４０は、頭部４６の表面に一体的に形成されている。したがって、弁座リング３６とボール２４の間のシール接触は金属同士のものとなる。
弁座リング３６の頭部４６は第１の環状溝６６および第２の環状溝６８を有しており、環状溝６６，６８は、長軸Ａに対して径方向に向けられており、かつ長軸Ａの方向において互いに離間している。各環状溝６６，６８は、閉鎖端および開口端を有している。環状溝６６，６８の開口端はそれぞれ反対方向を向いている。図示した実施形態においては、第１の環状溝６６（弁座４０に近い方のもの）は、その径方向内側末端において開口しており、第２の環状溝６８（弁座４０から遠い方のもの）は、その径方向外側末端において開口している。
【００１４】
環状溝６６，６８の径方向深さは、長軸Ａに平行で弁座４０を通る線が環状溝６６，６８の両方と交差するようにされている。各環状溝６６，６８は、半円の環状壁によってその閉鎖端において互いに接続された２つの平行で平坦な径方向壁を有している。
【００１５】
図４〜図８を参照すると、弁座リング３６は、各環状溝６６，６８に挿入される第１のバックアップリング７０および第２のバックアップリング７２を備える。特に図７および図８に示すように、径方向においてバックアップリング７０，７２は、実質的に各環状溝６６，６８の深さ全体に延びている。バックアップリング７０，７２の厚みは、各環状溝６６，６８の厚みよりもわずかに小さく、その結果、環状溝６６，６８の径方向面とバックアップリング７０，７２の対応する径方向面との間には長手方向において小さい遊びが存在する。各バックアップリング７０，７２は、各環状溝６６，６８にバックアップリング７０，７２を組み付けることができるようにするために、２つ以上のセクタ（sector）によって形成されている。好ましくは、各環状溝６６，６８の閉鎖端と各バックアップリング７０，７２の内側末端との間には、第１のＯリング７４および第２のＯリング７６が介在されている。第１の環状溝６６の開口端に対応して金属保持リング８０が取り付けられていることが好ましい。
【００１６】
弁座リング３６は、弁座リング３６とバックアップリング７２との間に長軸Ａと平行な弾性力を与えるように設けられた弾性の予負荷（プレロード）素子８２を備えている。弾性予負荷素子８２は複数の圧縮バネ８４を備えており、圧縮バネ８４は、環状溝６８内に開けられて長軸Ａと平行に向けられた各穴８６に挿入されている。穴８６は、周方向に間隔をおいて配置されている。各圧縮バネ８４は好ましくは、バックアップリング７２に直接に当接する第１の端部と、各穴８６のねじ部分と係合するネジ８８に当接する第２の端部とを有するらせんバネによって構成されている。
【００１７】
図５を参照すると、弾性予負荷素子８２は、回転軸Ｂに直交するバックアップリング７２の直径軸Ｄ１に関して対称なバックアップリング７２の対向する２つの角セクタ（angular sector）αに対して主に、好ましくはもっぱらそれのみに対して作用する。２つのセクタαのそれぞれの角度範囲は、好ましくは６０°〜９０°である。圧縮バネ８４は、２つのセクタαの角度方向において等間隔で配置されている。バネ８４によって与えられる弾性力は、各ネジ８８を締めるか緩めることによって調整することができる。
【００１８】
図５および図８を参照すると、弁座リング３６は複数の位置決めネジ９０を備えており、各位置決めネジ９０は、バックアップリング７２の各位置決め穴９４に係合するテーパ状の端部９２を有している。位置決めネジ９０は、回転軸Ｂと平行なバックアップリング７２の直径軸Ｄ２に近接して配置されている。位置決めネジ９０は、長軸Ａと平行に延びる頭部４６の各ネジ穴９６に係合する。
【００１９】
図２を参照すると、第２の弁座リング３８は、弁座リング３６について簡略化した構造を有していてもよい。図２に示す例において、第２の弁座リング３８は、環状溝６６を一つだけしか備えていない。好ましいシールの方向がわからない場合には、第１の弁座リング３６の場合と同様、第２の弁座リング３８にも２つの環状溝を設けてもよい。
【００２０】
それぞれバックアップリング７０，７２を有した２つの環状溝６６，６８を弁座リング３６または３８に設ける場合には、弾性予負荷素子８２を一方または両方のバックアップリング７０，７２に結合させてもよい。
【００２１】
弁が差圧にさらされたときには、より低い圧力にさらされているボールの側部が、圧力の高い側に作用する力の働きで変形する。圧力差が弁の最大定格圧力と等しい場合には、低圧側のボールの変形は相当なものとなる。差圧下におけるボールの変形を分析したところ、回転軸Ｂに直交するボールの直径に関して対称な２つのセクタにボールのより大きな変形が集中することがわかった。本発明に係る弾性予負荷素子８２は、差圧条件下でより大きな変形を受けるボール２４の領域において弁座４０の接触圧を高めるように設計されている。
【００２２】
弁座リング３６の頭部４６に２つの環状溝６６，６８を設けることによって、弁座４０により大きな可撓性が与えられる。したがって、弁座４０は、ボールが差圧条件下において変形した場合に、ボールとのシール接触を維持することができる。弾性予負荷素子８２は、最大に変形するボールの領域における弁座４０の接触を改善するものである。
【００２３】
本発明は、弁の最大定格圧力と等しい差圧に相当する最も重大な状況にあっても、ボール２４の両側に対するシール能力を保証することができるという効果を有する。
【符号の説明】
【００２４】
１２：弁体、１４：中心体、１６：管状部分、２０：空洞、２２：ダクト、２４：ボール、３４：貫通孔、３６，３８：弁座リング、４０：弁座、４４：案内部、４６：頭部、６６，６８：環状溝、７０，７２：バックアップリング、８２：弾性予負荷素子、８４：圧縮バネ、８６：穴、８８：ネジ、９０：位置決めネジ、Ａ：長軸、Ｂ：回転軸、Ｄ１：直径軸、α：角セクタ。
【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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【図７】
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【図８】
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