(57)【要約】【課題】弁構成部分の急速な腐食を防止することにある。【解決手段】幾つかの実施形態では、弁は、弁体が弁座ライナに自ずと位置合わせできるように、弁棒の部分に対して回動自在である弁体を具備することができる。このような状況では、この弁は、制御表面に隣接して弁体が緊密に案内され、弁座ライナに対して弁体が揺動するのを低減するように製造可能である。【選択図】図１
2007057085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ制御装置であって、
内部空洞を有する弁本体を備え、
前記内部空洞を通過する流体の流れを制御するための弁体を備え、前記弁体は第１の端部および第２の端部を有し、
前記内部空洞の中に配置された少なくとも１つの弁体案内を備え、前記弁体案内は、前記弁体が第１の動作位置から第２の動作位置まで長手方向に移動可能であるように、前記第１の端部に隣接して前記弁体と滑動自在に係合しており、
前記第２の端部に隣接して前記弁体に結合される部分を有する弁棒を備え、前記弁体は、前記弁棒の前記部分に対して回動自在である、流れ制御装置。
【請求項２】
前記弁体が前記第１の動作位置と前記第２の動作位置との間を前記長手方向に移動するとき、前記弁体が前記弁体案内に自ずと位置合わせするように動作可能であるように、前記弁体が前記弁棒の前記部分に対して回動自在である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弁体は前記第２の端部に隣接する弁体頭部を備え、前記弁体頭部は、前記弁体がボール・アンド・ソケット式の係合によって前記弁棒の前記部分に対して回動するように動作可能であるように、前記弁棒の前記部分と滑動自在に係合するための少なくとも１つの湾曲表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記弁棒の前記部分は、前記弁体頭部を前記弁棒の前記部分の表面に対接して偏倚するためのバネ部材を備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記弁体は、前記第１の端部に隣接する１つまたは複数の制御表面を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記弁体案内は、前記弁体が開放位置にあるときおよび前記弁体が閉鎖位置にあるとき、前記制御表面に隣接して前記弁体と滑動自在に係合する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記弁体案内は、前記制御表面に隣接して前記弁体と滑動自在に係合する弁座ライナを備える、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記制御表面は、前記弁体の外表面の中に形成された複数の溝によって少なくとも一部が画定され、前記溝は実質的に前記長手方向に延びる、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記流体は前記制御表面に沿って流れ、前記弁体は、前記制御表面に沿って実質的に引張り応力が集中することなく動作する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記弁体は、その極限引張り強度よりも大きい極限圧縮強度を有する材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
弁組立体を製造する方法であって、
弁体が弁棒の部分に対して回動自在であるように、前記弁体を前記弁棒の前記部分に結合するステップを含み、前記弁体は、前記弁体の第１の端部に隣接して形成された少なくとも１つの制御表面を有し、
前記弁体を弁本体の内部空洞の中に組み付けるステップを含み、
弁座ライナを前記弁本体の前記内部空洞の中に組み付けるステップを含み、前記弁座ライナは前記第１端部に隣接して前記弁体と滑動自在に係合する、方法。
【請求項１２】
前記弁体が前記弁座ライナと滑動自在に係合するとき、前記弁体は第１の動作位置から第２の動作位置まで長手方向に移動可能である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記弁体が前記第１の動作位置と前記第２の動作位置との間を前記長手方向に移動するとき、前記弁体は、前記弁体を前記弁座ライナに位置合わせするために前記弁棒の前記部分に対して回動するように動作可能である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記弁棒が前記弁本体に対して移動するとき、前記弁体が前記弁座ライナに対して前記長手方向に移動するように、前記弁体を前記弁棒の前記部分に結合するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記弁体を前記弁棒の前記部分に結合するステップは、弁体がボール・アンド・ソケット式の係合によって前記弁棒の前記部分に対して回動するように動作可能であるように、前記弁棒の前記部分と滑動自在に係合するための少なくとも１つの湾曲表面を有する弁体頭部を位置決めするステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記弁体を前記弁棒の前記部分に結合するステップは、前記弁体頭部を前記弁棒の前記部分の表面に対接して偏倚するステップをさらに含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記弁体の前記制御表面は、前記弁体の外表面の中に形成された複数の溝によって少なくとも一部が画定され、前記溝は実質的に長手方向に延びる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、
その極限引張り強度よりも大きい極限圧縮強度を有する材料製の実質的に円筒形の基部品から前記弁体を形成するステップと、
その周囲表面の部分の中に溝をフライス切削するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、その極限引張り強度よりも大きい極限圧縮強度を有する材料製の管状の基部品から弁座ライナを形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、熱収縮による圧縮嵌めを用いて前記弁座ライナを担持体と結合するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、流体制御弁装置（ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）およびこのような装置の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの流体システムが弁を使用して流体の流れを制御する。これらの流体制御弁は、流体入口と流体出口との間の弁ハウジング（ｖａｌｖｅ  ｈｏｕｓｉｎｇ）内部で着座する弁体（ｐｌｕｇ）を具備し得る。この弁体は、弁ハウジング内部で弁を通過する流体の流れを調整するように移動する。例えば、弁体の下端が弁座ライナに向かって変位すると、流体の流れを制限または閉鎖することができる。弁体の下端が弁座ライナから離れるように変位すると、流体の流れが開放される。流体には、本明細書で使用するように、気体、液体、固体粒子、またはそれらの任意の組合せが含まれ得る。
【０００３】
幾つかの要因が流体制御弁の設計および製造に影響を与える。例えば、弁体案内の位置が制御弁の設計および製造に影響を与え得る。典型的には、弁体の上部が弁棒に装着され、この弁棒は厳密な間隙公差を有する案内ブッシュに滑動自在に係合する。したがって、弁体の往復動は実質的に上端のみから案内され、そのために制御表面が流体の流れを制限する弁体下端で多少の揺動を許容する。弁体の下端が弁座ライナから離れるように変位し、弁を通過する流体の流れが開放されるとき、弁体に対する流体の力が、弁体の下端を横方向に揺動させて弁座ライナに衝突させる。このような衝突は、振動作用を引き起こして弁組立体のライナ、弁体、および他の部分を損傷する可能性がある。
【０００４】
流体の種類が、制御弁構成部分（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ  ｃｐｍｐｏｎｅｎｔｓ）の設計に影響を与えるもう１つの要因である。例えば、幾つかのガソリン精製の応用例では、弁が、原油および腐食性粒子（汚れおよび／または幾つかの触媒剤など）を含む高温流体の流れを制御する必要がある。このような腐食性流体が弁を通過するとき、構成部品は、約２６０℃（５００°Ｆ）を超え、幾つかの場合では約５３８℃（１０００°Ｆ）を超える温度と、弁の制御表面での高い流体速度をもたらす約２１１ｋｇｆ／ｃｍ２（３０００ｐｓｉ）を超える弁両端間の圧力差とに曝され得る。このような場合には、弁両端間の圧力降下は、弁体および弁座ライナに掛かるすさまじい力を引き起こし、その力は、大きな振動騒音を発生させかつ弁体と弁座ライナとの間で損傷衝撃を引き起こす恐れがある。
【０００５】
弁体および弁座ライナなどの弁トリム構成部品（ｖａｌｖｅ  ｔｒｉｍ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の材料選択が、流体制御弁の設計上のもう１つの要因である。高温および高圧の流体による弁構成部品の腐食は深刻な問題につながり得る。例えば、幾つかのガソリン精製の応用例では、腐食性粒子を含有する高温の原油には、延性金属から作製された弁体を約６カ月毎に交換する必要がある。たとえ延性金属が、弁組立体両端間の圧力差と弁座ライナに対する弁体の移動によって生じる衝撃エネルギーに耐えることができても、腐食性流体は、制御表面を一貫して摩耗させ得るので、そのために弁構成部品を交換する必要がある。弁構成部品の急速な腐食によってかなりの維持費および交換費用が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
弁構成部分の急速な腐食を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
流体制御弁の幾つかの実施形態が、弁座ライナに対する弁体の揺動を低減し、それによって弁体と弁座ライナとの間の衝突により生じる振動作用および構成部品の損傷を低減できるように、流体制御狭窄部に隣接して案内される弁体を具備することができる。弁体が弁座ライナに自ずと位置合わせできるように、弁体は弁棒に対して回動自在であり得る。このような構成によって、制御弁の製造された構成部品間の寸法公差の積重なりの影響が低減する。したがって、流体制御弁は、制御表面に隣接して弁体を緊密に案内するように構成可能であり、しかも弁構成部品間の実現不可能な寸法公差を有することなく製造可能である。
【０００８】
１つの例示的な実施形態では、流れ制御装置が、内部空洞を有する弁本体と、内部空洞を通過する流体の流れを制御する弁体とを具備することができる。弁体は第１の端部および第２の端部を有することができる。本装置はまた、内部空洞の中に配置された少なくとも１つの弁体案内を具備することができる。弁体案内は、弁体が第１の動作位置から第２の動作位置まで長手方向に移動可能であるように、第１の端部に隣接して弁体と滑動自在に係合することができる。本装置は、第２の端部に隣接して弁体に結合される部分を有する弁棒をさらに具備することができる。弁体は、このような弁棒の部分に対して回動自在であり得る。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、弁組立体を製造する方法が、弁体が弁棒の部分に対して回動自在であるように弁体を弁棒の部分に結合するステップを含むことができる。弁体は、この弁体の第１の端部に隣接して形成された少なくとも１つの制御表面を有することができる。本方法は、弁体を弁本体の内部空洞の中に組み付けるステップも含むことができる。本方法は、少なくとも１つの弁体案内を弁本体の内部空洞の中に組み付けるステップをさらに含むことができる。弁体案内は、第１端部に隣接して弁体と滑動自在に係合する案内表面を有することができる。
【００１０】
これらおよび他の実施形態は、以下の利点の１つまたは複数の利点を提供するように構成可能である。第１に、弁体が、開放位置（ｏｐｅｎ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と閉鎖位置（ｃｌｏｓｅｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）との間を長手方向に移動する間、弁座ライナの案内表面に自ずと位置合わせがなされるように、弁体は弁棒の部分に対して回動自在であり得る。このような状況では、流体制御弁は、制御表面に隣接して弁体を緊密に案内するように製造可能であり、しかも機械加工された構成部品からの寸法公差の積重なりによって実質的に制約を受けることなく製造可能である。第２に、弁体の制御表面および弁座ライナの案内表面は、振動衝突によって引き起こされる構成部品の損傷の恐れを増大させることなく、望ましい流れ速度狭窄（ｆｌｏｗ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を有するように構成可能である。第３に、弁体は、圧縮力のみが弁体に加わるように他の構成部品に結合可能である。このような設計上の特徴は、弁体がセラミック材料、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）（登録商標）（および他のこのような特殊設計の合金）、または一般に延性であるよりも脆性である（例えば、その極限圧縮強度がその極限引張り強度よりも実質的に大きい）他の材料を含む実施形態で特に有用である。第４に、弁体は流体制御狭窄部に隣接して緊密に案内され得るので、弁棒案内（何らかの弁棒案内が利用される場合には）の小型化および費用削減が可能である。また、弁棒案内は、弁体の制御表面からより遠くに離隔して位置決め可能であり、それによって腐食性媒体が弁棒案内に進入する恐れが低下する。第５に、弁体および他の弁トリム構成部品は、弁体を回動自在に連結することによって、弁構成部品の機械加工された形状構成および間隙の位置合わせを緩和できるので、既に現場で使用中の弁装置により容易に組み込み可能である。第６に、弁体と弁棒との間の連結は、弁体の熱膨張が弁棒の熱膨張よりも遙かに小さい状況であっても適切に係合するようにバネ押し式であり得る。第７に、流体の流れを閉鎖するのに大きな着座負荷（ｓｅａｔｉｎｇ  ｌｏａｄ）および衝撃が不可避である幾つかの高圧力の実施形態では、弁装置は、弁体および弁座ライナが流体媒体の腐食作用に耐性がある非金属材料を含むことが可能であっても、金属対金属の着座接触（ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ  ｓｅａｔ  ｃｏｎｔａｃｔ）を含むように設計可能である。これらおよび他の利点の１つまたは複数の利点が本明細書に説明される装置によって提供可能である。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を添付の図面および以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的、および利点は、このような説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明白になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
様々な図面中の同様の符号は同様の要素を示す。
【００１３】
図１〜２を参照すると、弁装置１００が１つまたは複数の本体部分から組立可能な弁本体（ｖａｌｖｅ  ｂｏｄｙ）１２０を具備する。図１に示す実施形態では、弁本体１２０は上部本体部分１２２と、互いに嵌め合うように構成されている下部本体部分１２４とを備える。両部分１２２および１２４は、高温流体の流れに耐え得る高強度の金属材料を含むことができる。この実施形態では、上部本体部分１２２および下部本体部分１２４は、雄型延長部１２３が相補的な差込み溝１２５と係合するとき、相互に嵌め合うように構成される。このような構成によって、上部および下部本体部分１２２および１２４が適切に位置合わせされる。弁本体１２０の実施形態は、図１に示した構成に限定されるものではなく、弁本体１２０を他の構成で組み立て、本体部分を適切に位置合わせすることも可能である。
【００１４】
弁本体１２０は、完全に組み立てられるとき、幾つかの構成部品が中に配置される内部空洞１１０を含む。図１に示す実施形態では、弁棒（ｓｔｅｍ）１３０、弁体（ｐｌｕｇ）１４０、弁座ライナ１６０、および出口ライナ１８０を弁装置１００の内部空洞１１０の中に配置することができる。弁棒１３０の少なくとも上方部分１３２は、駆動装置または他の装置が上部弁棒部分１３２に係合するように弁本体１２０の上部本体部分１２２を貫通して延在し得る。このような状況で、上部弁棒部分１３２は弁棒案内１３３に滑動自在に係合可能である。弁棒案内１３３は、弁棒１３０の長手方向の動きを案内する役割、弁棒穴を封止する役割、または両方の役割を果たすことができる。下部弁棒部分１３４は、弁本体１２０の中に配置可能であり、弁体１４０に係合する１つまたは複数の構成部品を具備することができる。例えば、下部弁棒部分１３４は、弁体１４０に係合する担持体部材１３５（図２〜３）を具備することができる。以下でさらに詳細に説明するように、弁体１４０は弁棒１３０と回動自在に係合可能である。したがって、上部弁棒部分１３２は、弁体１４０を往復動させるかまたは別様に動作させるように駆動可能であり、弁体１４０は、弁座ライナ１６０の案内表面と位置合わせするように弁棒１３０に対して回動自在に調整可能である。このような実施形態では、弁座ライナ１６０は、たとえ弁棒１３０の軸が弁座ライナ１６０の軸と必ずしも完全に位置合わせされていなくても、制御表面に隣接して弁体１４０を緊密に案内することができる。幾つかの実施形態では、弁装置は弁座ライナを具備しなくてもよいが、その場合には、弁座自体が、制御表面１４２に隣接して弁体１４０と滑動自在に係合しかつそれを緊密に案内するように構成され得ることが理解されるべきである。
【００１５】
弁装置１００は、少なくとも１つの入力ポート１０２および少なくとも１つの出力ポート１０４を具備し得る。入力ポート１０２および出力ポート１０４は、隣接する機器と結合するように構成可能である。例えば、入力ポート１０２または出力ポート１０４は、別の機器部分からの管、パイプ、ホース、またはポートに係合するために使用される内部もしくは外部ネジ山、突縁、または他の機械的コネクタを具備し得る。動作に際して、流体が入力ポート１０２を介して内部空洞１１０の内部に連通される。内部空洞１１０中の弁体１４０の位置に応じて、流体は弁体１４０と弁座ライナ１６０との間を通過して出力ポート１０４に達する。別法として、弁体１４０は、流体の流れを閉鎖するように位置決め可能である（図２〜３に関連して以下でさらに詳細に説明する）。図１に示した実施形態に示すように、入力ポート１０２から内部空洞１１０に進入する流体が必ずしも直接弁体１４０に衝突しなくてもよいように、入力ポート１０２を弁棒１３０の中心線からずらすことができる。入力ポート１０２および出力ポート１０４は、図１に示した構成および向きに限定されるものではなく、他の種類および向きのポートを使用して流体を弁本体１２０の内部空洞１１０に流入させ、かつそこから流出させ得ることが理解されるべきである。
【００１６】
弁体１４０、弁座ライナ１６０、または両方は、延性であるよりも脆性であるセラミック材料または他の材料（例えば、その極限圧縮力がその極限引張り力よりも実質的に大きい）を含むことができる。一般に、セラミックおよび他の脆性材料は、引張り応力が亀裂伝搬および破壊を引き起こし得る状況におけるよりも圧縮応力の下でより適切に機能する。また、セラミックおよび他の脆性材料は、流体がセラミック面に対して実質的に平行に流れるとき（セラミック面に対して垂直に高速で流れ、セラミック面に衝突するのではなく）、腐食性流体に対してより大きい耐性を有し得る。この耐腐食特徴は、流体が腐食性粒子を含有する高温、高速の流体であるときにさらに明白となり得る。流体制御弁の幾つかの実施形態は、セラミック材料または他の脆性材料のこれらまたは他の特徴の１つまたは複数の特徴を利用して、動作寿命を延ばしかつ突発的な故障の恐れを低下させる弁装置を提供することができる。
【００１７】
図１〜２を参照すると、弁座ライナ１６０は、内部空洞１１０の中に配置されて下部本体部分１２４のパイロット表面１２６に対接して保持され得る。例えば、弁座ライナ１６０は、周囲表面１６６が下部本体部分の嵌合パイロット表面１２６に対接して位置するように出口ポート１０４を介して内部空洞１１０の中に挿入可能である。出口ポート１０４を介して出口ライナ１８０を挿入しかつ出口ライナ１８０のネジ山１８８を下部本体部分１２４上の噛合いネジ山１２８に噛み合わせることによって、出口ライナ１８０は、弁座ライナ１６０をその動作位置に固定することができる。したがって、出口ライナ１８０は、パイロット表面１２６と組み合わせて、弁座ライナ１６０をその動作位置に向きを定めかつ保持することができる。
【００１８】
流体は、弁体１４０が開放位置に配置されるとき、弁装置１００の入力ポート１０２から出力ポート１０４に流れ得る。このような状況では、流体が内部空洞１００の中にかつ制御表面１４２に沿って流入可能であり、これらの制御表面は、流体の流れ域が狭窄される（例えば、流体速度が実質的に高められる）弁トリムに沿って流れる流体に曝される表面である。図２に示す実施形態では、弁体１４０の弁体制御表面１４２は、弁体１４０の外周表面１４１に形成された１つまたは複数の溝を含むことができる。これらの溝は、相互に実質的に平行であり、長手方向に延在し得る。したがって、弁体１４０が開放位置に変位するとき、溝の中（弁体制御表面１４２と弁座ライナ１６０の内表面１６１との間）の流体の流れは、実質的に長手方向である。したがって、流体は、弁体１４０の制御表面１４２上を制御表面１４２（および弁座ライナ１６０の内表面１６１）に対して実質的に平行な方向に流れる。セラミック材料（および他の脆性材料）は、流体が外表面に対して実質的に平行に流れるとき、腐食耐性がより大きくなり得るので、このような弁体１４０の実施形態は、セラミック材料（または他の脆性材料）の耐腐食特性を利用する一方で、弁装置１００の動作寿命を延ばすことができる。
【００１９】
さらには、セラミックまたは他の脆性材料を含む弁体１４０の幾つかの実施形態は、相対的に単純明快な機械加工技法を使用して製造可能である。例えば、セラミック弁体１４０は、しばしばセラミック材料の機械加工に必要な費用の掛かる生産設備を備えることなく製造可能である。第１に、最終的に弁体１４０を形成する基部品は、セラミック材料の基本的な円筒または軸でよい。このような相対的に単純な形の基本形状を成形しかつ焼結するのは、より複雑な幾何学形状を有するセラミックの基部品を形成するよりも一般に費用が安い。第２に、セラミック弁体１４０中の溝は、円形鋸刃、研削円盤、または同様のものによる相対的に単純な切削加工を用いて原位置に形成可能であるかまたは切削して基部形状にすることが可能である。制御表面１４２の少なくとも一部を画定する溝の長さおよび深さは、弁装置１００の望ましい流れ特徴にしたがって選択可能である。
【００２０】
弁体１４０および弁座ライナ１６０の構成は、図２に示す実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、弁体１４０および弁座ライナ１６０の大きさは、弁体１４０および弁座ライナに加わる単位負荷を低減するように調整可能である。弁体１４０の外表面１４１および弁座ライナ１６０の内表面１６１の長さを増大させてもよく、それによって案内表面積全体を増大させることができる。幾つかの場合には、このように案内表面積を増大させると、弁体１４０と弁座ライナ１６０との間の振動衝撃による単位負荷応力を低減することができる。また、案内表面を長くすると、制御表面１４２に隣接して弁体１４０をさらに緊密に案内することができる。別の実施例では、望ましい流れ特徴を与えるように、制御表面１４２の少なくとも一部を画定する溝の深さおよび幅を調整することができる。幾つかの実施形態では、弁体１４０と弁座ライナ１６０との間で粒子の塊が凝集する恐れを低下させるために溝の幅を広げることができる。
【００２１】
図２〜３を参照すると、弁体は任意の部分的または全面的な開放位置（例えば、図２参照）と、入力ポート１０２と出力ポート１０４との間の流体経路が封止される閉鎖位置（例えば、図３参照）との間で変位可能である。先に説明したように、弁棒１３０は、この弁棒を内部空洞１１０の中で移動させる駆動装置または他の装置と結合可能である。このように弁棒１３０を駆動すると、弁体１４０を弁座ライナ１６０に対して移動させる。図２〜３に示した実施形態では、弁体１４０は、弁体頭部１４５が弁座ライナ１６０から十分に離隔した距離に変位されるとき（例えば、図２に示したように）開放位置に移動する。幾つかの実施形態では、弁体１４０が開放位置にあるときでも、この弁体は滑動自在に弁座ライナ１６０と係合状態に留まり、それによって弁体１４０が開放位置にある間も制御表面１４２に隣接して弁体１４０を緊密に案内することができる。図２〜３に示した実施形態でも、弁体頭部１４５が弁座ライナ１６０に向かって十分な距離だけ変位するとき（例えば、図３に示す）、弁体が閉鎖位置に移動する。開放位置と閉鎖位置との間で弁体が長手方向に移動する間、弁体１４０が長手経路全体にわたって緊密に案内されるように、弁体１４０は弁座ライナ１６０と滑動自在に係合状態に留まり得る。図３に示した実施形態では、弁体１４０が閉鎖位置に移動するとき、担持体部材１３５または別の構成部品が、封止を形成するように弁座ライナ１６０の嵌合表面１６５を押し付けることができる。担持体部材と嵌合表面１６５との間の封止は、流体が入力ポート１０２と出力ポート１０４との間を通過するのを防止し、それによって弁装置１００を流体の流れから閉鎖する。
【００２２】
弁体１４０は、弁座ライナ１６０の内表面１６１によって制御表面１４２に隣接して案内され得る。弁体１４０の外周表面１４１と弁座ライナ１６０の内表面１６１との間の間隙は十分に小さく、弁体１４０は弁座ライナ１６０によって緊密に案内可能である。動作に際して、弁棒１３０は、弁体１４０を弁座ライナ１６０に対して往復動させるように駆動可能である。弁体１４０の外周表面１４１は、弁体１４０が開放位置と閉鎖位置との間を移動するとき、この弁体を案内するように弁座ライナ表面１６１と滑動自在に係合可能である。幾つかの状況では、弁体の制御狭窄表面に隣接する弁体１４０の厳密な公差は、弁体１４０が横方向に揺動して弁座ライナ１６０に衝突する可能性を制限し、それによって弁装置１００のライナ１６０、弁体１４０、および他の構成部品に対する振動作用ならびに損傷の恐れを低下させ得る。
【００２３】
弁体１４０は弁座ライナ１６０の案内表面１６１に自ずと位置合わせするように弁棒１３０に対して回動可能であるので、たとえ弁棒１３０の案内および位置合わせが厳密でなくても、弁体１４０は制御表面に隣接して緊密に案内され得る。したがって、上部弁棒案内１３３のサイズを小さくすることが可能であり、かつ製造公差も緩和することが可能であり、そのために上部弁棒案内１３３およびその弁装置１００への組付け費用を削減することができる。一実施例では、上部弁棒案内が、上部弁棒部分１３４の案内と払拭封止の両方の役割を果たす緊密に突き固めた黒鉛ロープ材料を含み得る。また、上部弁棒案内１３３は、内部空洞１１０中の流体の流れからさらに遠くに離隔して位置決め可能であり、それによって上部弁棒案内１３３に対する腐食摩耗を低減することができる。
【００２４】
なおも図２〜３を参照すると、弁体１４０が弁座ライナ１６０に自ずと位置合わせできるように、この弁体は弁棒１３０と回動自在に係合することができる。図２〜３に示した実施形態で示すように、下部弁棒部分１３４は担持体部材１３５を含み得るが、この担持体部材１３５は、それによって少なくとも一部が画定される空洞の中で弁体頭部１４５を保持する。担持体部材１３５は、噛合いネジ山によって弁棒に釈放可能に結合され得る。弁棒１３０はまた、弁体頭部１４５の一部に係合しかつ弁体頭部１４５を担持体部材１３５の表面１３７に対接して偏倚するように位置決めされるバネ部材１３６を備える。バネ部材１３６は円盤形状でよく、弁体頭部１４５と担持部材１３５との間で振動または他の不測の動きが生じる恐れを低下させるように、弁体頭部１４５を担持体部材の表面１３７に対接して堅固に偏倚できる金属材料を含み得る。例えば、高温流体が内部空洞１１０を通過している状況では、弁体頭部１４５の熱膨張が担持体部材１３５の熱膨張と異なる可能性がある。このような状況では、バネ部材１３６を使用して弁体頭部１４５を担持体部材１３５の表面１３７に対接して偏倚し続けることによって、これらの構成部品の熱膨張の差に対処することができる。幾つかの実施形態では、バネ部材１３６は、エルジロイ（Ｅｌｇｉｌｏｙ）（登録商標）材料（米国イリノイ州エルジン市（Ｅｌｇｉｎ）のエルジロイ  スペシャルティ  メタルズ社（Ｅｌｇｉｌｏｙ  Ｓｐｅｉａｌｔｙ  Ｍｅｔａｌｓ）によって供給された）または高い動作温度で望ましいバネ力を維持できる別の同様な材料を含み得る。
【００２５】
弁体頭部１４５は、担持体部材１３５の空洞内部で回動するように構成可能である。幾つかの実施形態では、弁体頭部１４５は、バネ部材１３６と滑動自在に係合する球形の頂部表面１４６を含み得る。弁体頭部１４５はまた、担持体部材１３５の少なくとも１つの内壁と滑動自在に係合する湾曲側部表面１４７を含み得る。球形頂部表面１４６および湾曲側部表面１４７は実質的に同じ曲率半径を有することが可能であり、それによってボール・アンド・ソケット式の係合に多少似通う動きで、表面１４６および１４７を滑動自在に調整可能にする。したがって、弁体頭部１４５は担持体部材１３５の空洞内部でスイベル旋回または別様に調整が可能であり、それによって弁体１４０は、弁体１４０が長手方向に移動する間に、弁座ライナの内表面１６１に自ずと位置合わせすることができる。
【００２６】
幾つかの状況では、弁棒１３０を弁座ライナ１６０と必ずしも完全に位置合わせできない場合がある。例えば、弁棒１３０、弁棒案内１３３、上部本体部分１２２、下部本体部分１２４、弁座ライナ１６０、および他の構成部品の製造寸法公差によって、これらの機械加工された構成部品の最終組立体は、かなりの公差を積み重ねることになる。このような寸法公差の積重なりによって、弁装置１００を完全に組み立てた後に、弁棒１３０が弁座ライナ１６０と僅かに位置ずれを起こす可能性がある。しかし、弁体１４０と弁棒１３０との間の回動係合によって、弁体１４０は、たとえ弁棒１３０が弁座ライナ１６０と僅かに位置がずれていても、弁座ライナ１６０（弁体案内の役割をする）に自ずと位置合わせすることができる。例えば、弁棒１３０の中心軸１３８が弁体１４０の中心軸１４８と同心していなくても、弁体１４０が開放位置と閉鎖位置との間で変位するとき、弁体１４０は弁棒１３０に対して回動可能である。弁体が弁棒１３０と回動係合し、かつ弁体が弁座ライナ１６０と滑動自在に係合することによって、全体として弁体１４０を弁座ライナ１６０によって緊密に案内することが可能になる。したがって、弁装置１００は、制御表面１４２に隣接して弁体１４０を緊密に案内するように製造可能であり、しかも機械加工された構成部品の寸法公差の積重なりによって実質的に制約を受けることなく製造可能である。幾つかの実施形態では、弁装置は弁座ライナを具備しなくてもよく、その場合には弁座自体が、制御表面１４２に隣接する弁体案内の役目をするように構成可能であることが理解されるべきである。
【００２７】
さらには、弁体１４０および弁座ライナ１６０などの幾つかの弁構成部品は、弁装置１００が現場で使用中でも交換可能である。幾つかの構成部品のみを交換しかつ弁装置１００を再び組み付けるだけでも、弁棒１３０と弁座ライナ１６０との僅かな位置ずれが生じ得る。先に説明したように、弁体１４０と弁棒１３０との間の回動係合によって、たとえ弁棒１３０が弁座ライナ１６０と僅かな位置ずれを起こしても、弁体１４０は、弁座ライナ１６０に自ずから位置合わせすることができる。したがって、幾つかの実施形態では、弁体１４０と弁棒１３０との間の回動係合によって、使用現場で動作している弁装置１００の維持および再組付けを簡素化することができる。
【００２８】
ここで図４を参照すると、弁装置２００の別の実施形態が同様に弁棒２３０に対して回動自在の弁体２４０を具備することができる。この弁装置２００は、１つまたは複数の部分から組立て可能な弁本体２２０を含む。この実施形態では、弁本体２２０は上部本体部分２２２および下部本体部分２２４を含み、これらは、上部本体部分２２２の実質的に平面的な径方向表面２２３が下部本体部分の相補表面２２５を押し付けるように、相互に嵌合するように構成される。ネジ山付き空洞２２６およびネジ山付き穴２２７の中に挿入される固定具（図４に示さず）を使用すると、上部および下部本体部分２２２および２２４を適切に位置合わせすることができる。
【００２９】
弁本体２２０は、完全に組み立てられるとき、内部空洞２１０、弁棒２３０、上部弁棒案内２３３、弁体２４０、弁座ライナ２６０、出口ライナ２８０、および他の構成部品を含み得る。先に説明した実施形態と同様に、弁体２４０は、任意の部分的または全面的な開放位置と、入力ポート２０２と出力ポート２０４との間の流体経路が封止される閉鎖位置（図４に示すような）との間で変位可能である。上部弁棒部分２３２は、上部弁棒案内２３３によって案内され、弁棒２３０を内部空洞２１０の内部で移動させる駆動装置または他の装置と結合可能である。このように弁棒２３０を駆動すると、弁体２４０を弁座ライナ２６０に対して移動させる。弁体２４０は弁棒２３０と回動自在に係合可能であり、弁体２４０は弁座ライナ２６０に自ずと位置合わせできるようになっている。このような実施形態では、弁座ライナは、たとえ弁棒２３０の軸が弁座ライナ２６０の軸と必ずしも完全に同心していなくても、制御表面２４２に隣接して弁体２４０が緊密に案内され得るように、弁体案内の役割を果たすことができる。例えば、弁棒２３０の中心軸２３８が弁体２４０の中心軸２４８と同心していなくても、弁体２４０が開放位置と閉鎖位置との間で変位するとき、弁体２４０は弁棒２３０に対して回動可能である。幾つかの実施形態では、弁装置は弁座ライナを具備しなくてもよく、その場合には弁座自体が弁体２４０の制御表面２４２に隣接する弁体案内の役割を果たすように構成可能であることが理解されるべきである。
【００３０】
なおも図４を参照すると、この実施形態では、弁体２４０、弁座ライナ２６０、および出口ライナ２８０が、延性であるよりも脆性であり、かつ実質的に腐食耐性であるセラミック材料または同様の材料を含み得る。弁座ライナ２６０および出口ライナ２８０は、それぞれ関連する担持体２５０および２７０の中に保持可能であり、これらはまた内部空洞２１０の中に配置されている。担持体２５０および２７０は、それぞれ外周表面２５８および２７８を有することが可能であり、これらは弁本体２２０の対応するパイロット表面２２８に係合する。したがって、弁座ライナ２６０および出口ライナ２８０は、弁体２４０が弁座ライナ２６０および出口ライナ２８０を長手方向に通過して移動するように適切に位置合わせ可能である。担持体２５０および２７０は、出口ライナ２８０の弁座ライナ２６０の外周表面に係合する金属材料を含む。このような一実施形態は、それぞれの担持体２５０および２７０がそれぞれに、熱収縮による圧縮嵌め連結によって関連するライナ２６０および２８０と結合可能にする。先に説明したように、ライナ２６０および２８０はセラミック材料を含み得る。セラミック材料は圧縮条件下でより適切に機能可能であるので、それぞれの担持体２５０および２７０とそれぞれに関連するセラミック製ライナ２６０および２８０との間の圧縮嵌め結合は、弁装置２００の組立中にセラミック材料に加わり得る引張り応力の集中をいずれも排除または低減する。
【００３１】
図５を参照すると、弁装置２００は、流体の流れが閉鎖されるとき、金属対金属の着座接触表面を設けることができる。内部空洞２１０中の流体が高圧力にある幾つかの状況では、封止を形成し、かつ流体の流れを閉鎖するのに必要な封止負荷がかなりのものになり得る。このような場合には、金属対金属の着座接触は、かなりの着座負荷に耐えることができる。図５に示すように、弁棒２３０は、担持体２５０の封止表面２５１と嵌合するように構成された封止表面２３１を有する下部弁棒部分２３４を含み得る。下部弁棒部分２３４および担持体２５０は両方とも、弁体２４０が閉鎖位置に移動して封止表面２３１および２５１が相互に接触するとき、衝撃負荷に耐え得る金属材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、下部弁棒部分２３４が、流体の流れを閉鎖するように担持体２５０に接近するとき、弁体２４０中の制御表面２４２の少なくとも一部を画定する溝は、その箇所で浅くなり流体の流れを制限することができる。したがって、弁装置２００を通過する流体の流れは、下部弁棒部分２３４が担持体２５０に接触して流体の流れを閉鎖する直前に実質的に制限され得る。このような実施形態は、金属対金属の封止の質を高めることが可能であり、さらに封止表面２３１および２５１に対する腐食摩耗も低減することが可能である。
【００３２】
先に説明したように、弁体２４０は弁棒２３０に回動自在に係合可能であり、弁体２４０は弁座ライナ２６０に自ずと位置合わせできるようになっている。図５に示す実施形態では、弁棒２３０は下部弁棒部分２３４を含み得るが、この下部弁棒部分２３４は、それによって少なくとも一部が画定される空洞中で弁体頭部２４５を保持する。下部弁棒部分２３４は、噛合いネジ山または他の係合機構によって弁棒本体と釈放自在に結合可能である。弁棒２３０はまた、弁体頭部２４５を下部弁棒部分２３４の表面２３７に対接して偏倚するように位置決めされるバネ部材２３６を具備し得る。幾つかの実施形態では、バネ部材２３６を使用して弁体頭部２４５を下部弁棒部分２３４の表面２３７に対接して偏倚し続けることによって、弁体頭部２４５と下部弁棒部分２３４との間の熱膨張の差に対処することができる。内部空洞２１０中の流体の流れが高温になる一実施例では、バネ部材２３６は、高い動作温度で望ましいバネ力を維持できるエルジロイ（登録商標）材料または別の同様な材料を含むことができる。
【００３３】
なおも図５を参照すると、弁体頭部２４５は、下部弁棒部分２３４によって少なくとも一部が画定される空洞の内部で回動するように構成可能である。幾つかの実施形態では、弁体頭部２４５は頂部表面２４６に隣接する空洞２４９を含み得る。弁棒２３０の球形先端部分２３９が、弁体頭部２４５の空洞２４９の上方に配置されるバネ部材２３６と滑動自在に係合する。弁体頭部２４５はまた、下部弁棒部分２３４の少なくとも１つの内壁に滑動自在に係合する湾曲側部表面２４７を含むことができる。球形先端部分２３９および湾曲側部表面２４７は、実質的に同じ曲率半径を有し得る。したがって、先端部分２３９および側部表面２４７は、ボール・アンド・ソケット式の係合に多少似通う動きで、弁体頭部２４５が下部弁棒部分２３４に対して変位するように滑動自在に調整可能である。したがって、弁体頭部２４５は下部弁棒部分２３４に対してスイベル旋回または別様に調整が可能であり、それによって弁体２４０が長手方向に移動する間に、弁体２４０は弁座ライナの内表面２６１に自ずと位置合わせできるようになっている。
【００３４】
幾つかの実施形態では、弁装置２００は、腐食性流体の流れを制御するために精製応用例に使用するように構成可能である。例えば、幾つかの精製応用例は、腐食性粒子（例えば、汚れおよび／または触媒剤）を含有する原油を含む腐食性流体を包含する。弁装置２００は、流体が約３１６℃（約６００°Ｆ）から約６４９℃（約１２００°Ｆ）の温度に加熱され、かつ弁装置両端間の圧力降下が約７０ｋｇｆ／ｃｍ２（約１０００ｐｓｉ）から約２４６ｋｇｆ／ｃｍ２（約３５００ｐｓｉ）の範囲内にあり得る条件下で、このような腐食性流体を制御することができる。このような状況では、弁装置２００は、直径が約２．５４ｃｍ（約１インチ）から約２０ｃｍ（約８インチ）の入力ポートの大きさを有することが可能であり、幾つかの実施形態では、入力ポートの直径が約６１ｃｍ（２４インチ）程の大きさであり得る。さらには、弁体２４０の幾つかの実施形態は、約１５ｃｍ（６インチ）を超える長手方向の長さを有することが可能であり、弁本体２２０の内部空洞２１０は、このような弁体２４０を保持するのに十分な大きさにサイズ決めされる。これらの実施形態では、流体は、弁体２４０の制御表面２４２に対して実質的に平行な方向に制御狭窄部を通過して流動可能であり、それによって弁装置２００中のトリム構成部品の動作寿命を延ばすことができる。
【００３５】
幾つかの別法による実施形態では、弁体２４０、弁座ライナ２６０、および出口ライナ２８０は、セラミック材料と同じような特徴を有する別の材料を含み得る。例えば、弁体およびライナは、何らかの工具鋼、またはカナダ国オンタリオ州ベルヴィル市（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）のデロロ  ステライト社（Ｄｅｌｏｒｏ  Ｓｔｅｌｌｉｔｅ  Ｉｎｃ．）によって供給された特殊設計の合金であるステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）（登録商標）を含み得る。セラミック材料と同様に、幾つかの工具鋼およびステライト（登録商標）材料は一般に、延性であるよりも脆性であり（例えば、その極限圧縮強度はその極限引張り強度よりも実質的に大きい）、非常に固く、かつ腐食性流体に十分な耐性を有する。弁体およびライナは実質的に引張り応力が集中することなく動作可能であるので、実質的に脆性で固い材料における亀裂の伝搬または引張り破壊の恐れが低下する。
【００３６】
本発明の幾つかの実施形態を説明してきた。しかし、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解されよう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】弁装置を示す斜視断面図である。
【図２】弁体が開放位置にある、図１の弁装置を示す拡大部分断面図である。
【図３】弁体が閉鎖位置にある、図１の弁装置を示す拡大部分断面図である。
【図４】別の弁装置を示す斜視断面図である。
【図５】図４の弁装置を示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００  弁装置
１１０、２１０  内部空洞
１２０、２２０  弁本体
１３０、２３０  弁棒
１３２、２３２  上部弁棒部分
１３３、２３３  上部弁棒案内
１３４、２３４  下部弁棒部分
１３５、２５０、２７０  担持体部材
１３７、２５８、２７８  担持体部材の外周表面
１３６、２３６  バネ部材
１４０、２４０  弁体
１４１、２４１  弁体外周表面
１４２、２４２  弁体制御表面
１４５、２４５  弁体頭部
１４６、２４６  弁体頭部の球形頂部表面
１４７、２４７  弁体頭部の湾曲側部表面
１６０、２６０  弁座ライナ（弁体案内）
１６１、２６１  弁座ライナの内表面
１６５、２５１  弁座ライナの嵌合表面
１８０、２８０  出口ライナ
【図１】
2007057085.tif 000003
【図２】
2007057085.tif 000004
【図３】
2007057085.tif 000005
【図４】
2007057085.tif 000006
【図５】
2007057085.tif 000007
【外国語明細書】
2007057085.tif 000008
2007057085.tif 000009
2007057085.tif 000010
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2007057085.tif 000024
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2007057085.tif 000026
【図１】
2007057085.tif 000027
【図２】
2007057085.tif 000028
【図３】
2007057085.tif 000029
【図４】
2007057085.tif 000030
【図５】
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