(57)【要約】回転制御バルブ用の制御要素（５４）が、少なくとも１つの耳（７６）によって回転シャフト（５６）に取り付けられている。制御要素（５４）には少なくとも２つの表面が含まれており、その第１表面（６０）は流れリング（６４）に対してほぼ密閉可能である。第２表面（６２）は、第１表面を越えてバルブを通る流体の流れを促進してその表面におけるスケーリングすなわち異物堆積を阻止するために、第１表面から概ね退避している。
2006521524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御シャフトに取り付けることのできる少なくとも１つの耳と、
前記耳に取り付けられ、第１表面および第２表面を有し、第１表面がバルブ座面と略密閉可能であり、第２表面が第１表面から略退避している面と、を備える
回転制御バルブ用制御要素。
【請求項２】
前記第２表面が略球状であり、かつ、前記第１表面と略同心である、請求項１に記載の制御要素。
【請求項３】
前記第２表面が略単一面内にある、請求項１に記載の制御要素。
【請求項４】
前記耳および前記面が単一片から形成されている、請求項１に記載の制御要素。
【請求項５】
前記面が前記耳に取り外し可能に取り付けられている、請求項１に記載の制御要素。
【請求項６】
前記第１表面がポリマーである、請求項１に記載の制御要素。
【請求項７】
前記シャフトの軸に対して回転可能な第２の耳をさらに備える、請求項１に記載の制御要素。
【請求項８】
前記耳の端面が前記シャフトの軸に対して実質的に垂直である、請求項６に記載の制御要素。
【請求項９】
前記第１表面から略退避する第３表面を含み、前記第２表面の直径が前記第１表面の直径よりも小さく、かつ、該第３表面の直径がバルブ座面と略密閉可能な隆起環状表面を形成している前記第１表面の直径よりも大きい、請求項１に記載の制御要素。
【請求項１０】
面に取り付けられた一対の耳と、
回転制御バルブ内部に密閉可能表面を形成す前記面の周縁周りの環状表面と、
制御要素が開放位置にあるときに、前記環状表面を越える流体の流れを促進するための前記面上にある退避面と、
を備えてなる回転制御バルブ用制御要素。
【請求項１１】
前記退避面が前記面上に凸状部を有するくぼみである、請求項１０に記載の制御要素。
【請求項１２】
前記退避面が、略単一面内にある請求項１０に記載の制御要素。
【請求項１３】
第２退避面を含み、前記第１退避面の直径が前記環状表面の直径よりも小さく、かつ、第２退避面の直径が隆起密閉可能表面を形成している前記環状表面の直径よりも大きい、請求項１０に記載の制御要素。
【請求項１４】
バルブ本体と、
前記バルブ本体を通る流体の流れを制御するためにバルブ本体の内部で回転可能であり、バルブ本体と略密閉可能であってバルブ本体を通る流体の流れを略阻止する第１表面、および、前記第１表面から略退避し、バルブ本体を通る二次流路を作り出す第２表面を有している制御要素と、
を備えてなる回転制御バルブ。
【請求項１５】
前記二次流路が前記制御要素の輪郭に略一致している、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【請求項１６】
流体は、前記制御要素が約５度を越えて回転されたときに、二次流路に沿って流れる、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【請求項１７】
前記第２表面が略球状である、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【請求項１８】
前記第２表面が略単一面内にある、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【請求項１９】
二次流路が前記第２表面に略一致している、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【請求項２０】
前記第１表面から略退避した第３表面を含み、前記第２表面の直径が第１表面の直径よりも小さく、かつ、第３表面の直径がバルブ座面と略密閉可能な隆起環状表面を形成している前記第１表面の直径よりも大きい、請求項１４に記載の回転制御バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の抗スケーリング制御要素は、一般に回転制御バルブに関するものであり、さらに詳しくは、スケール形成を抑制するボールバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールバルブは一般に、管の中における流体の流れを制御するために広く使用されている。これらのバルブは、鉱業に見られるような腐食性スラリーの流れを制御するために特に好都合なものである。バタフライバルブや偏心プラグバルブとは異なり、ボールバルブによれば、管の中における流れに実質的に平行である流体流路が可能になる。平行な流れはバルブ要素および下流管の衝撃腐食を減少させる。
【０００３】
典型的なボールバルブには、開放位置と閉鎖位置との間で可動であるほぼ半球状あるいはボール形状の制御要素が含まれている。閉鎖位置では制御要素の湾曲表面が密閉表面に係合して、バルブ本体を通る流体の流れを阻止するかあるいは調整する。開放位置では、流体は、初めは制御要素の内側の密閉表面を流れ、次いで流れリングを通過する。しかしながら、バルブあるいは制御要素の内側形状によって、バルブのいくつかの領域を通る流れの速度が減少することがある。例えば、多くのボールバルブにおける低速流のある領域は、バルブが開放位置にあるときには、ボールの外面と流れリングとの間に位置している。
【０００４】
いくつかの腐食性スラリーでは、速度の減少した流れあるいはよどみの領域におけるバルブ構成要素にスケールが形成されることがある。スケールによって、バルブの作動が結局は阻害されて、高価で時間のかかる保守を生じるか、あるいは人的に危険な作業状態さえ生じるおそれがある。場合によっては、スラリーにより、極端に硬いスケールが形成されて、著しく大きいダウンタイムあるいはバルブ交換さえもが引き起こされることがある。もし、作動しないバルブの保守や交換のために処理が中断されると、何千ドルもが失われることになる。
従って、スケール形成を助長しがちである低速流の領域が作られないボールバルブが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の制御要素の１実施形態によれば、回転制御バルブが少なくとも１つの耳で回転シャフトに取り付けられている。この制御要素には、第１表面と第２表面とが含まれており、第１表面は一般に流れリングとでもって密閉することができる。第２表面は、第１表面から一般に退避しており、第１表面を越えてバルブを通る流体の流れを促進して、第２表面におけるスケーリングすなわち異物の堆積を防止する。
【０００６】
この発明の制御要素の別の実施形態では、回転制御バルブには、バルブ本体と、このバルブ本体の内部で回転してバルブ本体を通る流体の流れを制御する制御要素とが備わっている。この制御要素には、バルブ本体の流れリングに着座し流体がバルブ本体を通るのを防止する表面領域がある。この制御要素は、第１表面に対して概ね退避しており、バルブ本体を通り、かつ、第１表面を横切る第２流路を作り出し、バルブが開放位置にあるとき、第１表面に沿うスケールすなわち物質の堆積を防止する第２表面を備える。
【０００７】
この発明の制御要素の特徴構成は、新規なものと確信されており、また、特に添付される特許請求の範囲とともに記載される。この発明の制御要素は、添付図面に関連した以下の説明を参照することによって最もよく理解することができ、添付図面での同一の参照符号はいくつかの図において同一の要素を特定している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明の制御要素のさまざまな実施形態の構造および使用は以下に詳しく論じられるが、この発明の制御要素によれば、広範囲の特定状況において具体化することのできる多くの適用可能な発明概念がもたらされる、ということを認識すべきである。この明細書で論じられた特定の実施形態は、この制御要素を構成しかつ使用する特定の方法を単に例示するものであって、この制御要素の範囲を制限するものではない。
【０００９】
さて、図１によれば、従来技術による流体制御バルブ１０が描かれている。バルブ本体１２には、制御シャフト１６の軸の周りに回転することのできる制御要素１４が内蔵されている。制御要素１４の前面１８は、流れリング２２を用いて形成することのできる環状の座面２０に摩擦係合あるいは密接係合している。流体制御バルブ１０が開放位置にあるときには、流体は、上流側オリフィス２６から流れリング２２を通って下流側オリフィス２８の中へ、矢印２４で表示された方向に流れることができる。しかしながら、低速流あるいはよどみが領域３０において発生することがある。その結果、制御要素１４が開放位置にあるときには、領域３０の中に置かれた制御要素１４の前面１８にスケール３２が形成されやすい。スケール３２は、流れリング２２の環状座面２０にわたる制御要素１４の前面１８の動きを阻害して、流体制御バルブ１０を作動不能にするおそれがある。作動不能な流体制御バルブ１０には、その流体制御バルブ１０が補修されるかあるいは交換される間、停止される処理が必要である。予定外の保守管理のために処理を停止すると、大きい経済的損失が引き起こされるであろう。場合によっては、作動不能な流体制御バルブ１０は、危険なあるいはまさに命にかかわる処理状態を引き起こすことがある。
【００１０】
この発明の制御要素によれば、低速流あるいはよどみによって引き起こされたスケーリングが減少されるかあるいは取り除かれる。さて、図２に描かれたこの発明の制御要素の１実施形態に移ると、流体制御バルブ５０には、制御要素５４が内蔵されているバルブ本体５２が備わっている。制御要素５４は制御シャフト５６の軸の周りに回転することができる。制御要素５４の面５８Ａには、制御要素座面６０と退避面６２とがある。流体制御バルブ５０が閉鎖位置にあるときには、制御要素座面６０は、流れリング６６の環状座面６４に摩擦係合あるいは密接係合しており、流体制御バルブ５０を通る流体の流れが実質的に減少されるかあるいは停止される。流体制御バルブ５０が開放位置にあるときには、流体は、一次流路６８に沿って、上流側オリフィス７０から流れリング６６を通って下流側オリフィス７２の中へ一般に流れることができる。加えて、流体制御バルブ５０が開放位置にあるときには、流体はさらに、二次流路７４を通って、制御要素５４の面５８Ａを越えて流れることもできる。
【００１１】
制御要素５４の面５８Ａを越える流体の流れは、スケール形成を助長する低速流あるいはよどみの領域を減少し、あるいは取り除くことができる。二次流路７４を通る流体の流れは制御要素座面６０および退避面６２におけるスケール形成を効果的に防止し、あるいは減少する。従って、流体制御バルブ５０では、従来のバルブと比較して補修までの時間が増大している。定期的なあるいは必要な補修までの時間が減少すると、処理効率が増大し、結局、操業費用が節約される。流体制御バルブ５０はまた、面５８Ａにおけるスケール形成のために固まったり、捕獲されたりすることがほとんどない。従って、流体制御バルブ５０は、従来のバルブよりも安全であり、またいっそう信頼性が高い。
【００１２】
さて、図３〜図６に移ると、この発明の制御要素の１実施形態に係る制御要素５４が描かれている。制御要素５４は、熱処理鋼、セラミック、ポリマーなどから作ることができる。制御要素５４はまた、当業者に明らかである他の材料から作ることもできる。制御要素５４は、単一の材料片から成型し、機械加工してもよく、あるいは複数の材料から構成してもよい。
【００１３】
図４に描かれているように、面５８Ａは例えば、別に構成しておき、次いで、溶接、ねじ、プレス嵌め、接着などによって制御要素５４に取り付けることができる。面５８Ａは、摩耗しあるいは損傷した流体制御バルブ５０の保守あるいは交換を促進するために、制御要素５４から取り外すことのできるものであってもよい。制御要素５４を通る１つ以上のねじ（図示略）により面５８Ａを制御要素５４に取り付けてもよい。耳７６が窓穴７８を介して制御シャフト５６と界接しており、制御シャフト５６（図２に描かれている）がその軸に関して回転するときに、制御要素５４が開放位置と閉鎖位置との間で動くようになっている。
【００１４】
面５８Ａは、特定の処理あるいは用途により、制御要素５４あるいは流れリング６６とは異なる材料から作ることができる。例えば、制御要素５４は熱処理鋼であってもよく、面５８Ａは、腐食性環境にいっそう耐えるように、流体制御バルブ５０の作動が容易になるように、あるいは流れリング６６の環状座面６４と特定の密閉用界面をもたらすように、ポリマーであってもよい。
【００１５】
制御要素座面６０と流れリング６６（図２に描かれている）の環状座面６４との界面は特定の処理用途の要件に大きく左右される。流体制御バルブ５０を通る流体の流れに粘着性の強いスケールが含まれている強い腐食性あるいは侵食性の流体が含有されているときには、制御要素座面６０と環状座面６４との間は緩い公差が望ましい。特定の用途において流体の流れを完全に停止することが必要なときには、制御要素座面６０と環状座面６４との間のいっそう厳しい公差を指定することができる。
【００１６】
退避面６２によれば、制御要素５４が開放位置へ回転されたときに、流体が制御要素５４の面５８Ａにわたって流れることができる。退避面６２の形状は、特定の処理あるいは用途に応じて変えることができる。退避面６２は、円形として描かれているが、楕円形であってもよく、あるいは制御要素５４の面５８Ａを通って切削された溝であってさえよい。退避面６２は、制御要素座面６０に対して接線状のものであってもよく、あるいは、単一平面のほぼ内部にあってもよい。加えて、退避面６２は、バルブ本体５２の中心線と同軸であってもよく、その中心線からずれていてもよい。退避面６２の他の形状は、流体力学の分野における当業者に明らかであろう。
【００１７】
退避面６２によれば適切な流れ速度が可能になり、制御要素５４の回転についての約５度〜約８５度の制御範囲でスケーリングを防止しあるいは減少することができる。退避面６２が深すぎると、一次流路６８に逆の流れ状態が生じることがある。退避面６２が浅すぎると、二次流路７４に沿った不十分な流れ速度によってスケール形成が引き起こされることがある。退避面６２の理想的な寸法は、特定の処理あるいは用途についての所望の作動特性によって決定することができる。
【００１８】
例えば、制御要素５４の座面６０には、面５８の中心線と交差する制御シャフト５６の軸における点から、およそ３．０００−（０．００１〜０．００３）インチの球半径があってもよい。図２によれば、制御要素５４が公称球半径３インチの環状座面６４内で作動することを保証するために、寸法公差は最小直径の方へ寄せられている。退避面６２には、面５８Ａの中心線と交差する制御シャフト５６の軸における点から２．８１インチの球半径を有していてもよい。座面６０は、制御シャフト５６の軸を通り、かつ、面５８Ａの中心線に対して垂直である平面から１．７５インチに始まり、その平面から２．３７インチに終わっている。
【００１９】
図５に描かれたように、退避面６３は、ほぼ平坦であって、制御シャフト５６の軸によって画定された平面に対してほぼ平行であり、さらに面５８Ｂの中心線に対して垂直であってもよい。ほぼ平坦な退避面６３によれば、流体は管の中の流れに対して実質的に平行である通路に沿って流れることができ、それによって、バルブ構成要素および下流側の管（図示略）の衝撃侵食が減少する。退避面６３は、第２流路７４に沿った流体の流れが制御要素５４の約５度の小さい回転角になるようなものであるのが好ましい。第２流路７４を開放する回転の量は退避面６３の直径あるいは幅の関数である。退避面６３の直径あるいは幅によって、流れリング６６の環状座面６４に界接する制御要素座面６０の範囲も決定される。従って、退避面６３の直径あるいは幅は、流体制御バルブ５０の必要な密閉特性および作動特性によって変えることができる。
【００２０】
この制御要素５４の別の実施形態では、強く付着するスケールにさらされたときに利点がもたらされる。先に説明したように、制御要素座面８０と流れリング６６（図２に描かれている）の環状座面６４との界面は、特定の処理用途の要件によって変化する。流体制御バルブ５０を通る流体の流れに、強く付着するスケールが含まれているときには、制御要素座面８０と環状座面６４との間は緩やかな公差が好ましい。これに対して、図６に描かれた実施形態では、バルブ構成要素の表面６４，８２，８４における流れのよどみおよびスケールの堆積を抑制する流路を作り出すために、座面８０の両側に配された２つの退避面８２および８４が使用されている。この実施形態によれば、強く付着するスケールの存在下において、制御要素座面８０と環状座面６４との間にいっそう厳しい公差がもたらされている。制御要素５４の座面８０には、面５８Ｃ（図２に定義されたような）の中心線と交差する制御シャフト５６の軸における点から、およそ３．０００−（０．００１〜０．００３）インチの球半径があってもよい。さらに退避面８２および８４には、面５８Ｃ（図２に定義されたような）の中心線と交差する制御シャフト５６の軸における点から２．８１インチの球半径があってもよい。
【００２１】
この発明の制御要素については例示的実施形態を参照して説明してきたが、この説明は限定的な意味に解釈されることを意図するものではない。この発明の例示的実施形態のさまざまな修正および組み合わせは、この発明の制御要素の他の実施形態とともに、説明を参照する当業者にとって明らかであろう。従って、特許請求の範囲は、このような任意の修正あるいは実施形態を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術に係る流体制御バルブの断面図である。
【図２】この発明の制御要素の１実施形態に係る流体制御バルブの断面図である。
【図３】この発明の制御要素の１実施形態に係る流体制御バルブの制御要素の一部断面平面図である。
【図４】この発明の制御要素の１実施形態に係る流体制御バルブの制御要素の断面立面図である。
【図５】この発明の１実施形態に係る流体制御バルブの制御要素の断面立面図である。
【図６】この発明の制御要素の別の実施形態に係る流体制御バルブの制御要素の一部断面平面図である。
【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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2006521524.tif 000010
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