(57)【要約】  バルブアセンブリは、バルブ本体と、バルブシートと、バルブプラグ（１０）とを備える。バルブ本体は、流体のための流路を定める。バルブプラグは、バルブ本体の閉鎖位置と、開放位置との間で変位できるように構成されている。バルブプラグは、クラウン（２６）と、スカート（２８）と、突起（３０）とを備える。クラウンは、バルブプラグが閉鎖位置にあるときにバルブシートに密に係合する。スカートは、バルブプラグが開放位置にあるときに流体を受け入れるための流路を定める。突起は、スカートに実質的に同心に配置されている。スカートまたは突起のそれぞれは、1つ以上の開放位置にあるときにバルブを通過する流体の流れを増進させるための表面処理を有している。
2010502907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブを通過する流体の流れを制御するために閉鎖位置と1つ以上の開放位置との間を選択的に可動であるバルブプラグであって、
バルブのバルブシートに係合するように構成されたクラウン、
バルブシートによってバルブプラグを案内するために前記クラウンの外周から延びており、実質的に円筒形の形状であって、少なくとも内表面および外表面を有しているスカート、
前記クラウンから延び、前記スカートに実質的に同心に配置されている突起、および
前記内表面、前記外表面、または前記突起のうちの少なくとも1つに設けられ、バルブを通過する流体の流れを増進させるように構成されている表面処理
を備えているバルブプラグ。
【請求項２】
前記表面処理が、前記内表面、前記外表面、または前記突起のうちの前記少なくとも1つの直近に、バルブプラグの流体力学的抵抗を実質的に低減すべく流体の乱流の領域をもたらし、該流体力学的抵抗の低減が、バルブの流通容量を増加させるものである請求項1に記載のバルブプラグ。
【請求項３】
前記スカートが、前記クラウンから延びる少なくとも1つのレッグから形成されている請求項1に記載のバルブプラグ。
【請求項４】
前記スカートが、前記クラウンの外周から延びる中空円筒から形成されている請求項1に記載のバルブプラグ。
【請求項５】
前記クラウンが、上面および下面を含んでおり、前記レッグおよび前記突起が、前記下面から延びている請求項3に記載のバルブプラグ。
【請求項６】
前記クラウンが、外周部を含んでおり、前記少なくとも1つのレッグが、前記外周部を巡って周方向に離間した複数のレッグを含んでいる請求項3に記載のバルブプラグ。
【請求項７】
前記複数のレッグが、側面を有しており、該側面が、前記複数のレグの間に位置する複数の窓を定めている請求項6に記載のバルブプラグ。
【請求項８】
前記内表面または前記複数のレッグの側面のうちの少なくとも1つが、前記表面処理を含んでいる請求項7に記載のバルブプラグ。
【請求項９】
前記表面処理が、複数の細長い凹部を含んでいる請求項3に記載のバルブプラグ。
【請求項１０】
前記表面処理が、複数のディンプルを含んでいる請求項1に記載のバルブプラグ。
【請求項１１】
前記複数の細長い凹部が、前記少なくとも1つのレッグに形成されており、互いに実質的に等距離に配置されている請求項9に記載のバルブプラグ。
【請求項１２】
前記突起が、前記表面処理を保持する実質的に円錐台形状の外表面部分を含んでおり、前記表面処理が、少なくとも1つの凹部を含んでいる請求項1に記載のバルブプラグ。
【請求項１３】
前記突起に設けられた前記表面処理が、複数の実質的に同心な凹部を含んでいる請求項12に記載のバルブプラグ。
【請求項１４】
前記突起に設けられた前記少なくとも1つの凹部が、前記円錐台形状の外表面部分を巡って実質的にらせんの構成に形成された少なくとも1つの細長い凹部を含んでいる請求項12に記載のバルブプラグ。
【請求項１５】
バルブを通過する流体の流れを制御するために閉鎖位置と1つ以上の開放位置との間を選択的に可動であるバルブプラグであって、
バルブを通過する流体のための流路を成す複数の窓を定めているスカート、および
前記スカートの内側に配置され、バルブを通過する流体の流れを増進させるために第1のパターンに従って配置された第1の表面処理を有している突起
を備えているバルブプラグ。
【請求項１６】
前記第1のパターンに従って配置された前記第1の表面処理が、複数の実質的に同心な凹部を含んでいる請求項15に記載のバルブプラグ。
【請求項１７】
前記第1のパターンに従って配置された前記第1の表面処理が、複数のディンプルを含んでいる請求項15に記載のバルブプラグ。
【請求項１８】
前記第1のパターンに従って配置された前記第1の表面処理が、コルク栓抜き状の凹部を含んでいる請求項15に記載のバルブプラグ。
【請求項１９】
前記スカートが、外表面、内表面、および該内表面と該外表面との間に配置された複数の中間面を含んでいる実質的に円筒形のスカートである請求項15に記載のバルブプラグ。
【請求項２０】
前記複数の中間面のそれぞれが、前記複数の窓のうちの1つを定めている請求項19に記載のバルブプラグ。
【請求項２１】
前記複数の中間面のそれぞれが、バルブを通過する流体の流れを増進させるために第2のパターンに従って配置された第2の表面処理を含んでいる請求項20に記載のバルブプラグ。
【請求項２２】
前記第2の表面処理が、少なくとも1つの細長い凹部を含んでいる請求項21に記載のバルブプラグ。
【請求項２３】
前記第2の表面処理の前記少なくとも1つの細長い凹部が、実質的に等距離に配置された複数の細長い凹部を含んでいる請求項22に記載のバルブプラグ。
【請求項２４】
流体のための流路を定めているバルブ本体、
前記バルブ本体の内側に配置されたバルブシート、および
前記バルブ本体の内側に配置され、閉鎖位置と1つ以上の開放位置との間を移動するように構成されており、クラウン、スカート、および突起を備えているバルブプラグ
を備えているバルブアセンブリであって、
前記クラウンが、前記バルブプラグが閉鎖位置にあるときに前記バルブシートに密に係合する外周部を有しており、
前記スカートが、先記クラウンの前記外周部から延び、前記バルブプラグが1つ以上の開放位置にあるときに流体を受け入れるための少なくとも1つの窓を定めており、
前記突起が、前記スカートに実質的に同心に配置され、
前記スカートまたは前記突起の少なくとも一方が、1つ以上の開放位置にあるときにバルブを通過する流体の流れを増進させるための表面処理を有しているバルブアセンブリ。
【請求項２５】
前記突起の前記表面処理が、複数の同心の凹部を含んでいる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【請求項２６】
前記突起の前記表面処理が、少なくとも1つのらせん状の凹部を含んでいる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【請求項２７】
前記突起の前記表面処理が、複数のディンプルを含んでいる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【請求項２８】
前記スカートの前記表面処理が、前記少なくとも1つの窓に隣接して前記スカートに形成された少なくとも1つの細長い凹部を含んでいる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【請求項２９】
前記スカートが、内壁、外壁、および該内壁と該外壁との間に配置された少なくとも1つの中間壁を備えており、該少なくとも1つの中間壁が、前記少なくとも1つの窓を定めていて、前記表面処理を含んでいる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【請求項３０】
前記表面処理が、前記バルブプラグの流体力学的抵抗を実質的に低減するために、前記スカートまたは前記突起の少なくとも一方の直近に流体の乱流の領域をもたらし、該流体力学的抵抗の低減が、バルブの流通容量を増加させる請求項24に記載のバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、広くは制御バルブに関し、さらに詳しくは、流通容量の増加を果たすポートガイド式玉型弁に関する。
【背景】
【０００２】
精油所、化学プラント、あるいはパルプおよび製紙プラントなどのプロセスプラントが、さまざまな消費財を生産すべくつなぎ合わせられた多数のプロセス制御ループで構成されていることは、広く知られている。そのようなプロセス制御ループのそれぞれは、圧力、流れ、水位、または温度などといったいくつかの重要なプロセス変数が、最終製品の品質を保証するために必要とされる動作範囲内に保たれるように設計されている。これらのループのそれぞれは、プロセス変数およびプラント内のプロセス制御ループの制御に影響を及ぼす負荷変動を受け、あるいはプラント内部でそのような負荷変動を生じる。これらの負荷変動の影響を少なくするために、プロセス変数がセンサまたはトランスミッタによって検出され、プロセスコントローラへと通信される。プロセスコントローラはこの情報を処理し、負荷変動が生じた後に、プロセス変数をそのあるべき値へ戻すように、プロセスループへと変更または修正をもたらす。修正は、典型的には、制御バルブなどといった或る種の最終制御要素を通過する流れを変化させることによって行われる。制御バルブは、負荷変動を補償して、調節対象のプロセス変数を所望の制御点または設定点の可能な限り近くに維持するために、気体、蒸気、水、または化合物などといった流体の流れを操作する。
【０００３】
さまざまな制御バルブの構成を、特定の用途に合わせて特定的に適用できることが、一般的に知られている。例えば、制御範囲が狭いが迅速に開くバルブが適している場合には、バタフライバルブなどの回転制御バルブを使用することが可能である。あるいは、広い制御範囲にわたって精密な制御が求められる場合には、スライドステム制御バルブを使用することが可能である。このように、プロセスを設計するときに、プロセス技術者は、多数の設計要件および設計上の制約事項を考慮しなければならない。使用されるバルブの様式およびバルブの寸法が、プロセス制御システムにおける制御バルブの性能に大きな影響を有する可能性がある。一般に、バルブは、バルブが特定の開放位置にあるときに、必要とされる流通容量を提供することができなければならない。バルブの流通容量は、バルブの固有の特性を通じてバルブの様式に関係している。
【０００４】
固有の特性は、バルブをまたぐ差圧の低下を一定に保ったときのバルブの流通容量とバルブの変位量との間の関係である。一定の圧力低下という特定の条件のもとで、バルブの流れは、バルブの変位量およびバルブトリムの固有の設計のみの関数となる。これらの特性は、バルブの固有の流通特性と呼ばれる。固有のバルブ特性は、バルブの流路の形状の固有の関数であり、圧力低下が一定に保たれる限りにおいて変化することはない。大部分のスライドステムバルブは、固有の流通特性を変更すべく入れ換えることができるバルブケージまたはプラグの選択肢を有している。固有のバルブ特性を知ることは有用であるが、プロセス最適化の目的のためにさらに重要な特性は、バルブおよびループ内の他のすべての設備を含むプロセス全体の設置後の流通特性である。設置後の流通特性は、バルブが特定のシステムに設置されたときのバルブを通過する流れとバルブアセンブリの入力との間の関係として定義され、バルブをまたぐ圧力低下は、一定に保たれるのではなく、自然に変化しうる。
【０００５】
上記定義のとおりの測定のやり方ゆえ、設置後の流通特性および設置後のゲインは、実際にプロセス全体の設置後のゲインおよび流通特性である。典型的には、制御対象ユニットのゲインは、流れとともに変化する。例えば、圧力容器のゲインは、処理量につれて減少する傾向にある。したがって、バルブが、ここで定義されるとおりのループプロセスの一部であるため、システムの動作範囲にわたって指定のゲイン限界の範囲内にとどまるために充分に線形である設置後の流通特性をもたらすバルブの様式および寸法を選択することが重要である。制御バルブそのものにおいて生じるゲインの変化が大きすぎる場合、コントローラの調節に残される柔軟性が少なくなる。例えば、ゲイン範囲の下端が低すぎる場合、応答性の欠如ゆえに、通常の動作の際にプロセスに過剰な変動性が生じる可能性がある。しかしながら、ゲインを大きくしすぎることにも危険が存在する。ループのゲインが大きくなりすぎると、ループが振動的になり、あるいは不安定になる可能性さえ存在し、したがってバルブの寸法が重要になる。例えば、プロセスの変動性を低減することによってプロセスの性能を最適化しようと試みる場合、バルブを過剰に大きくすることが一般的である。バルブを過剰に大きくすることで、プロセスの変動性が2つのやり方で損なわれる。第1に、過剰に大きいバルブは、大きすぎるゲインをバルブに与え、コントローラの調節に残される柔軟性が少なくなる。最良の性能は、ループのゲインの大部分がコントローラから由来する場合にもたらされる。バルブが過剰に大きく、この領域またはこの領域の付近での動作の可能性が高くされる場合、この大きなゲインが、ループにおける不安定の問題を回避するためにコントローラのゲインを減らす必要があるということを意味する可能性が高い。これは、当然ながら、プロセスの変動性が増すという不利益を意味する。
【０００６】
過剰に大きいバルブは、バルブの変位量の所与の増加について不釣り合いに大きい流れの変化を生じさせるため、この現象が、摩擦に起因する不感帯に関連するプロセスの変動性を大いに増大させる可能性がある。実際の固有のバルブ特性にかかわらず、過剰に大きくされたバルブは、より急激に開くバルブのように振る舞う傾向を有し、結果として、開きの小さい領域において高い設置後のプロセスゲインを生じる。さらに、バルブが過剰に大きい場合、バルブが比較的小さな変位量でシステムの容量に達する傾向にあり、より大きなバルブ変位量において流通曲線が平坦になる。バルブを選択するとき、用途に合わせた可能な限り最大の制御範囲をもたらす固有の特性およびバルブの大きさを考慮することが重要である。適切な流通容量は、単純により大きな制御バルブを選択することによって達成できるが、バルブを過剰に大きくすることは、問題を引き起こす可能性がある。したがって、特定の用途のためのバルブの本体サイズを最小限にすることが、多数の利益をもたらす。
【０００７】
バルブの大きさを最小限にすることで、バルブそのもののコストが削減され、バルブを制御するアクチュエータのコストが削減される。さらに、いくつかのプロセス制御の用途は、2つの方向の流れを最大にするバルブを必要としており、「双方向流の用途」と呼ばれることが多い。典型的な双方向のバルブにおいては、流体が上向きに流れる垂直部分が存在する。したがって、一方向の流れが、上向き流と呼ばれることが多く、他方の方向の流れが、下向き流と呼ばれる。大部分の用途において、バルブの選択は、バルブを通過する流れの好ましい方向を前提とする。ポートガイド式玉型弁が、流れの方向にかかわらずに利用できるため、双方向の流れの用途において一般的である。ポートガイド式のプラグが、流れの方向にかかわらず、バルブ本体の環状のバルブシートに沿って案内されて上下にスライドするときにスカートによって支持されている。いくつかの場合には、環状のバルブシートが、プラグのスカートのための支承面およびプラグ上のシール面と対をなすためのシール面として、2つの役割を果たす。とくには、スカートが、流体の力によってプラグに横荷重が加わるときに、バルブ内でバルブプラグを安定させるためのガイドとして機能する。より小さなバルブステムが、バルブステムのパッキンおよびシールからのダイステムへの摩擦が小さくなるためにプラグを移動させるために必要とされる力が最小限になるなど、多数の利益をもたらす。また、より小さなバルブステムは、表面積が小さいゆえにシールに加わる力が小さいため、シールも容易である。さらに、バルブステムの寸法を最小化することで、動作時の摩擦が小さくなるがゆえにバルブプラグを動かすために必要なアクチュエータのサイズが最小化される。また、摩擦が小さくなることで、プラグの反応時間の改善およびより良好なバルブの全体性能がもたらされる。ポートガイド式玉型弁を利用することによる1つの固有の問題は、バルブプラグが、典型的には、バルブシートから完全には取り除かれない点にある。結果として、スカート材料が流路を妨げ、全開状態における流量が少なくなる。流路の直径の減少によって最大流量が減少する他に、スカートによる妨げが、流体力学的抵抗を引き起こす。すなわち、スカートが呈する妨げによって、このバルブは、同じポートサイズを有する他の形式のバルブにおいて見られる最大流通特性を生み出すことができない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一態様は、バルブを通過する流体の流れを制御するために閉鎖位置と1つ以上の開放位置との間を選択的に可動であるバルブプラグを含んでいる。バルブプラグが、クラウン、少なくとも1つのレッグ、突起、および表面処理を含んでいる。クラウンが、バルブのバルブシートに係合するように構成されている。少なくとも1つのレッグが、クラウンから延びている。突起が、クラウンから延び、複数のレッグの間に配置されている。表面処理が、レッグまたは突起の少なくとも一方によって保持されている。表面処理が、バルブを通過する流体の流れを増進させるように構成されている。
【０００９】
別の態様によれば、クラウンが、上面および下面を含んでおり、レッグおよび突起が、下面から延びている。
【００１０】
別の態様によれば、クラウンが、外周部を含んでおり、レッグが、外周部を巡って周方向に離間した複数のレッグを含んでいる。
【００１１】
別の態様によれば、複数のレッグのそれぞれが、内表面および側面を含んでおり、側面が、複数のレッグの間に位置する複数の窓を定めている。
【００１２】
別の態様によれば、複数のレッグの内表面または側面の少なくとも一方が、表面処理を含んでいる。
【００１３】
別の態様によれば、表面処理が、複数の細長い凹部を含んでいる。
【００１４】
別の態様によれば、表面処理が、複数のディンプルを含んでいる。
【００１５】
別の態様によれば、複数の細長い凹部が、少なくとも1つのレッグに形成され、互いに実質的に等距離に配置されている。
【００１６】
別の態様によれば、突起が、表面処理を保持している実質的に円錐台形状の外表面部分を含んでおり、表面処理が、少なくとも1つの凹部を含んでいる。
【００１７】
さらに別の態様によれば、突起に保持された表面処理が、複数の同心の凹部を含んでいる。
【００１８】
また別の態様によれば、突起によって保持された複数の凹部が、円錐台形状の外表面部分を巡ってらせんに形成された少なくとも1つの細長い凹部を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理に従って構成されたバルブプラグを備えているポートガイド式玉型弁の側面断面図である。
【図２】本発明の原理に従って構成されたバルブプラグの一形態の斜視図である。
【図３】図2のバルブプラグの端面図である。
【図４】本発明の原理に従って構成されたバルブプラグの別の形態の斜視図である。
【図５】本発明の原理に従って構成されたバルブプラグのさらに別の形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図1は、上向き流の構成に配置されたポートガイド式玉型弁アセンブリ2を示している。一般に、玉型弁アセンブリ2は、バルブ本体4、出口6、入り口8、スカート付きのバルブプラグ10、バルブシート12、およびステム13を備えている。出口6および入り口8は、典型的には、玉型弁2をプロセス制御システムのパイプラインへと取り付けるために、フランジ11などの取り付け機構を有している。出口6および入り口8は、段付き穴16によって一部分が画定されている通路14によって接続されている。スカート付きのバルブプラグ10は、アクチュエータ（図示されていない）によって往復可能に変位させられるように構成されたステム13へと取り付けられている。さらに、バルブプラグ10は、シール面18を備えており、通路14を通過する流体の流れを制御するために、段付き穴16に隣接して可動に取り付けられている。バルブシート12は、段付き穴16の内部に配置された環状の本体を備えており、座面20を有している。バルブプラグ10が閉鎖位置（図示されていない）にあるとき、バルブプラグ10の座面18はバルブシート12の座面20に当接する。ここに開示した形態では、バルブシート12が混合縁22を備えている。さらに、バルブ本体4が、段付き穴16の下部に配置された混合縁24を備えている。ここに開示した形態の混合縁22、24は、玉型弁2の流通容量を最大にすべく層流をもたらすうえで役に立つ。バルブシート12を、任意の公知または所望の様相でバルブ本体4内に保持できることを、理解すべきである。
【００２１】
スカート付きのバルブプラグ10は、大まかには、環状の上部またはクラウン26、スカート28、および突起30（図2に示されている）を備えている。スカート28は、さらに詳しくは後述されるとおり、複数の窓38を定める複数のレッグ36を備えてるおおむね中空の円筒体である。動作時にバルブプラグ10が図1に示した開放位置にあるとき、通路14を通過して流れる流体は、入り口8からバルブシート12へと段付き穴16を上方に通過し、バルブプラグ10の窓38を通って出口6へと通過する。突起30が、バルブプラグ10を通過するときに流体の流れを分離させて攪拌するダイバータ（diverter）として機能する。一方で、バルブプラグ10が閉鎖位置にあるときは、クラウン26のシール面18が、バルブシート12の座面20に当接してシールを形成する。そのように位置したとき、バルブプラグ10が、通路14を通過する流体の流れを阻止する。
【００２２】
次に、図2〜5を参照し、本発明の原理に従って構成されたバルブプラグ10の種々の形態を詳しく説明する。具体的には、図2および3が、上述のとおりクラウン26、スカート28、および突起30を備えているバルブプラグ10の一形態を示している。クラウン26は、上面32、下面34、および外周部26aを有するおおむね平坦な円形板を有している。図示の形態において外周部26aは、上面32および下面34に対してわずかに斜めにされた表面としてシール面18を定めている。ここに開示した形態においてシール面18は、バルブシート12の上縁との間での線シールを最適にするように機能する斜めのシール面または面取りされたシール面を有している。
【００２３】
スカート28は、クラウン26の下面34の外周部26aから延びており、上述のとおり、複数の窓38を形成する複数のレッグ36を有している。図示の形態においてスカート28は、クラウン26の外周部26aを巡って実質的に等間隔で位置する4つのレッグ36を有している。したがって、スカート28は、レッグ36の間に4つの窓38を形成している。しかしながら、バルブプラグ10の別の形態が、4つよりも多数または少数のレッグ36を有していてもよいことを理解すべきである。さらには、バルブプラグ10の別の形態が、等間隔ではない複数のレッグ36を有していてもよいことを理解すべきである。レッグ36に加え、スカート28は、内表面40、外表面42、および複数の中間面44を有している。図1に示されているように、バルブプラグ10は、外表面42がバルブシート12にスライド可能に係合するようにバルブシート12の内側に配置される。図2に示されているように、複数の中間面44が、レッグ36を上部36aおよび下部36bを有するものとして定めている。上部36aは、側面図から見たときにおおむね台形を有している。下部36bは、側面から見たときにおおむね矩形を有している。
【００２４】
したがって、図2に示されているように、中間面44およびレッグ36が、窓38を、側面から見たときにおおむね上下逆さまの変形V字形またはU字形を有するものとして形成している。具体的には、複数の中間面44のそれぞれが、上部44aおよび対向する1対の下部44bを有している。上部44aは、丸み部44cへとクラウン26に向かって軸方向に収束している。下部44bは、窓38の両側に配置され、互いにおおむね等距離である。上部44aおよび下部44bは、移行部44dにおいて接続されている。したがって、中間面44の上部44aが、それぞれの窓38を、おおむね三角形の上部を有するものとして定めている。さらに、中間面44の下部44bが、それぞれの窓38を、おおむね四角形の下部を有するものとして定めている。
【００２５】
さらに、図3に示されているように、中間面44の下部44bが、それぞれのレッグ36の横壁として機能している。より具体的には、それぞれのレッグ36の下部36bが、スカート28の外表面42からスカート28の内表面40に向かって半径方向に収束している。このように形成されて、それぞれのレッグ36は、図3に示されているように、おおむね断頭のパイ形状または四分円形状の断面を有している。しかしながら、本明細書において明示的には図示しないが、バルブプラグ10の別の形態において、レッグ36がおおむね任意の形状の断面を有してよいことを理解すべきである。さらには、レッグ36を断頭のパイ形状の断面を有するものとして説明したが、バルブプラグ10の別の形態が、真のパイ形状の断面を有するレグ36を定める交差する中間面44を備えてもよいことを理解すべきである。
【００２６】
さらに図2および3を参照すると、突起30が、クラウン26の下面34から延び、おおむねスカート28の内側の中心に位置しているドーム状の本体を含んでいる。より具体的には、突起30が、半球形の部位30bを頂上とする円錐台形状の部位30aを含んでいる。スカート28の中間面44は、複数の細長い凹部46の形態の表面処理を有している。詳しくは、図2および3が、3つの等間隔の細長い凹部46を備えているそれぞれの中間面44を示している。細長い凹部は、それぞれの窓38の一方の側の下部44bから、隣接する移行部44dを通過し、丸み部44cを含む上部44aに沿い、次の移行部44dを通過し、最終的に窓38の反対側の下部44bを通って、おおむね直線的かつ連続的に延びている。さらには、突起30の円錐台形状の部位30aが、複数の同心の凹部48の形態の表面処理を有している。図2および3に示した形態においては、円錐台形状の部位30aが、突起30に沿って軸方向に等間隔で位置した9個の同心の凹部を含んでいる。
【００２７】
上述のように、バルブプラグ10が、図1に示されているような開放位置にあるとき、流体が、入り口8からバルブシート12およびバルブプラグ10の窓38を通過して出口6へと流れる。そのように構成され、この形態によるバルブプラグ10の中間面44に形成された細長い凹部46は、流体の流れに対して実質的に垂直に位置する。したがって、細長い凹部46が、中間面44において流体の流れに乱流を生じさせる。表面処理によって引き起こされる乱流によって、バルブプラグ10の表面に沿った流体の摩擦および抵抗（すなわち、流体力学的抵抗）を少なくすることができ、バルブプラグ10に沿った流体の流れの速度および量、すなわち該当のバルブ2を通過する流体の流れの速度および量を最大化することができる。さらに、同心の凹部48が、バルブプラグ10を通過する流体の流れに対しておおむね等間隔に配置されている。そのように構成され、バルブプラグ10のこの形態による同心の凹部10は、流体の流れをより緩やかにそらすことができ、摩擦および抵抗の大きさをさらにすることができる。
【００２８】
次に、図4を参照し、本発明の原理に従って構成されたバルブプラグ10の別の形態を説明する。図1〜3に関して上述した内容と同じく、図4は、クラウン26、スカート28、および突起30を備えるバルブプラグ10を示している。図4に示したバルブプラグ10の配置および構成は、中間面44および突起30が有する表面処理を除き、上述した内容と同一である。具体的には、中間面44のそれぞれが、複数の細長い凹部50の形態の表面処理を含んでいる。図示の形態において、複数の細長い凹部50は、3つの凹部50を含んでいる。3つの凹部50は、上述の凹部46と同様に、互いに等間隔であって、中間面の全長を延びている。しかしながら、凹部50は、波形を有している。一形態において、凹部50は、正弦波の模様または何らかの他の同様の模様に実質的に類似することができる。図4は、凹部52の形態の表面処理を備える突起30をさらに示している。図4のバルブ本体10の突起30に形成された凹部52は、らせん形に形成されたただ1つの細長い凹部52を備えている。したがって、図示の形態の突起30は、「コルク栓抜き」の構成に実質的に類似している。他の形態において、凹部52は、それぞれがらせんを含んでいて互いに等間隔である複数の凹部52を含むことができ、突起をコルク栓抜きの変種として定めることができる。図2および3に関して上述した形態と同様に、図4に示したバルブプラグ10の形態は、バルブ2を通る流体の流れを最大にする。ここに開示した形態の中間面44の凹部50および突起30の凹部52は、流体の速度および量を最大にしつつ流体の摩擦および抵抗を減らすことができる薄膜乱流をバルブプラグ10の表面に沿って生成するように機能する。
【００２９】
次に、図5を参照し、本発明の原理に従って構成されたバルブプラグ10の別の形態を説明する。図2、3、および4に関して上述した内容と同じく、図5は、クラウン26、スカート28、および突起30を備えるバルブプラグ10を示している。図5に示したバルブプラグ10の配置および構成は、中間面44および突起30が有する表面処理を除き、上述した内容と同一である。具体的には、中間面44ならびに突起30のそれぞれが、複数のディンプル状の凹部54の形態の表面処理を含んでいる。図示の形態においては、ディンプル状の凹部54が、無作為に配置されている。しかしながら、別の形態においては、ディンプル状の凹部54を、1つ以上の所定のパターンまたは構成に従って配置してもよい。別の形態においては、ディンプル54が凹部ではなく、突起であってもよい。図2、3、および4に関して上述した形態と同様に、図5に示したバルブプラグ10の形態は、バルブ2を通る流体の流れを最大にする。ここで開示した中間面44および突起30に配置されたディンプル状の凹部54は、流体の速度および量を最大にしつつ流体の摩擦および抵抗を減らすことができる薄膜乱流をバルブプラグ10の表面に沿って生成するように機能する。
【００３０】
以上に照らし、本出願が、本明細書において提示された開示の形態に限定されず、むしろ特許請求の範囲の技術的範囲によって定められることを、理解すべきである。具体的には、バルブプラグ10を、図2および3に示したような細長い凹部46と同心の凹部48との組み合わせ、図4に示したような細長い波状の凹部50およびらせん状の凹部52、あるいは図5に示したようなディンプル状の凹部54の形態の表面処理を含むものとして説明したが、バルブプラグ10の別の形態は、凹部または突起からなる任意の構成をとる表面処理を含むことができ、あるいはこれらの表面に形成される他の任意の構造を含むことができる。さらに、バルブプラグ10の別の形態は、本明細書に開示した種々の形態の凹部を互いに組み合わせて含んでおり、あるいは他の開示されていない形態と組み合わせて含んでいる表面処理を含むことができる。例えば、表面処理を、すでに述べたディンプル状の配置構成に類似する別の中断のある表面の造作または不連続な表面の造作から形成することができ、あるいは表面処理が、すでに示した向きと反対の向きを有してもよい。さらに、本明細書では、凹部のための主たる場所として中間面44および突起30を示したが、本明細書に開示したバルブプラグ10の別の形態は、スカート28の内表面40、クラウン26の下面34、または流れる流体との接触が予想できるバルブプラグ10の他の任意の表面に、直接的に凹部を備えることができる。あるいは、バルブプラグ10が、突起30および中間面44の一方のみに表面処理を備えてもよい。またさらに、選択肢として、バルブプラグ10が、クラウン26の下面34およびスカート28の内表面40の1つ以上に表面処理を備え、中間面44または突起30には表面処理を備えなくてもよい。
【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５】
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【国際調査報告】
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