(57)【要約】【課題】蝶形弁の追加的な制御能力をもたらすためのシステムを提供する。【解決手段】弁本体と、着座位置と開放位置との間で移動可能な弁ディスクとを有する蝶形弁を利用する制御弁組立体。制御弁組立体は、弁本体の内部に沿って位置し且つ回転可能な弁ディスクの第一外部封止端部と概ね整列するフローインサートを含む。フローインサートは、弁ディスクが弁座から離れて初期的に移動するとき、弁ディスクの第一外部封止縁部と密接な間隔のままである。制御弁組立体は、弁本体の両側上に位置する第一の上流側蝶ケージ及び第二の下流側蝶ケージも含み得る。第一及び第二の蝶ケージは、弁ディスクがその着座位置からその開放位置に移動するときに、弁ディスクを越える流体の流れを制御するのを助ける。【選択図】図２
2007085543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上流面表面からその下流面表面に延在し且つ概ね円筒形の外壁によって定められる開放通路を含む弁本体と、
そこを通じて延在し且つ概ね円筒形の外壁によって定められる開放通路を含む弁本体と、
前記開放通路内に位置し、シャフト軸を有する旋回シャフトについて回転可能であり、且つ、第一外部封止縁部と第二外部封止縁部とを有する弁ディスクと、
前記開放通路内に形成された弁座と、
前記第一外部封止縁部と概ね整列する場所で、前記概ね円筒形の外壁の一部に沿って位置するフローインサートとを含み、
前記弁ディスクの前記第一外部封止縁部及び前記第二外部封止縁部は、前記シャフト軸の両側にあり、
前記弁ディスクは、前記第一外部封止縁部及び前記第二外部封止縁部が前記弁座と接触する着座位置と、前記第一外部封止縁部及び前記第二外部封止縁部が前記弁座と接触しない開放位置との間で選択的に移動可能であり、前記着座位置と前記開放位置との間の前記弁座の運動は、前記弁ディスクが前記開放通路を通じる流体の流れを遮断する度合いを変更し、
前記第一外部封止縁部は、前記弁ディスクが、前記第一外部封止縁部を越える流体の流れを制限するよう、前記着座位置から離れて移動するときに、前記フローインサートに近接近したままである、
制御弁組立体。
【請求項２】
前記弁座は、前記開放通路の前記円筒形の外壁から半径方向に内向きに突出し、前記フローインサートの第一縁部は、前記弁座に隣接して位置し、前記フローインサートの第二縁部は、前記弁本体の前記上流面表面と整列する、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項３】
前記フローインサートの厚さは、前記第一縁部から前記第二縁部へ増大する、請求項２に記載の制御弁組立体。
【請求項４】
前記フローインサートは、前記弁本体と別個であり、且つ、前記弁本体に取り付けられている、請求項３に記載の制御弁組立体。
【請求項５】
前記弁座は、前記第一外部封止縁部を受容するよう位置付けられる傾斜封止表面と、前記第二外部封止縁部を受容するよう位置付けられる平面封止表面とを含む、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項６】
前記弁本体の前記開放通路は、前記弁本体の前記上流面表面と前記下流面表面との間に延在し、前記フローインサートの前記第二縁部は、前記上流面表面と整列する、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項７】
前記第一外部封止縁部は、概ね弓形状を有する第一進行経路に沿って移動し、前記フローインサートは、前記第一縁部と前記第二縁部との間に延在する接触表面を含み、該接触表面は、前記第一進行経路に概ね対応する、請求項２に記載の制御弁組立体。
【請求項８】
前記弁本体の前記上流面表面に取り付けられる第一蝶ケージと、
前記弁本体の前記下流面表面に取り付けられる第二蝶ケージとを含み、
前記第一蝶ケージは、前記弁本体の前記第一外部封止縁部と同一側の前記シャフト軸上に位置する流量制御壁を有し、該流量制御壁は、少なくとも一対のフロー開口を有し、
前記第二蝶ケージは、前記弁本体の前記第二外部封止縁部と同一側の前記シャフト軸上に位置する第二流量制御壁を有し、該第二流量制御壁は、少なくとも１つのフロー開口を有する、
請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の制御弁組立体。
【請求項９】
上流面表面から下流面表面への開放通路を含む弁本体と、前記開放通路内に位置し且つシャフト軸に沿って旋回シャフトについて回転可能な弁ディスクとを有し、該弁ディスクは、前記シャフト軸の両側上の第一外部封止縁部及び第二外部封止縁部と、前記開放通路内に形成された弁座とを有し、前記弁ディスクは、前記弁ディスクが前記開放通路を通じる前記流体の流れを遮断する度合いを変更するために、前記第一封止縁部及び前記第二封止縁部が前記弁座と接触する着座位置と開放位置との間で選択的に移動可能である、蝶形弁の流量及び制御特性を変更するためのシステムであって、
前記第一外部封止縁部と概ね整列する位置で、前記概ね円筒形の外壁の一部に沿って位置決め可能なフローインサートと、
前記弁本体の前記上流面表面に取り付け可能な第一蝶ケージと、
前記弁本体の前記下流面表面に取り付け可能な第二蝶ケージとを含み、
前記第一外部封止縁部は、前記第一外部封止縁部を越える前記流体の流れを制限するために、前記弁本体が前記着座位置から離れて移動するときに、前記フローインサートに近接近したままであり、
前記第一蝶ケージは、前記弁ディスクの前記第一外部封止縁部と同一側の前記シャフト軸上に位置する流量制御壁を有し、該流量制御壁は、少なくとも一対のフロー開口を有し、
前記第二蝶ケージは、前記弁ディスクの前記第二外部封止縁部と同一側の前記シャフト軸上に位置する第二流量制御壁を有し、該第二流量制御壁は、フロー開口を有する、
システム。
【請求項１０】
前記フローインサートの厚さは、第一縁部から第二縁部へ増大し、前記フローインサートの前記第一縁部は、前記弁座に隣接して位置する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フローインサートは、前記第一縁部と前記第二縁部との間に延在する接触表面を含み、接触表面は、前記第一外部封止縁部の進行経路と対応するよう構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
蝶形弁は、一般的に、様々な流体、即ち、液体又はガス、流れの流量を制御するために用いられる。蝶形弁は、流体流量を絞るため、並びに、オン／オフ用途のために用いられる。この種類の典型的な弁組立体は、そこを通じて延在する通路を有する本体と、本体内に旋回的に取り付けられた蝶形弁羽根とを含む。蝶羽根は特徴的にはディスクの形態にある。
【背景技術】
【０００２】
流体が部分的に開放の蝶形弁を通過するとき、流体は著しい圧力降下を被る。蝶形弁に関する基本的な問題は１つは、この圧力降下が、空洞現象、並びに、その結果としての液体供給における空洞現象誘発損傷及びガス供給における雑音を引き起こしがちなことである。
【０００３】
これらの問題を解決する試みから、ディフューザを利用することが提案された。ディフューザは、弁開口付近の制限を増大し、流体流れを多数の噴流に分ける。これは空洞現象及び雑音問題に対して正の影響を有する。
【０００４】
しかしながら、一般的に、ディフューザは特定の弁に組み込まれるか、或いは、単一の製造業者の弁にのみ適用可能であるよう構成される。例えば、１つのそのようなディフューザは、このディフューザを他の弁において利用することが可能でないよう弁素子に一体的に組み込まれる。加えて、このディフューザは、全開放位置付近での改良された流量制御を提供する弁素子の能力に対して殆ど或いは全く影響を有さない。
【０００５】
加えて、蝶形弁は、一般的に、弁の閉塞又は全開放位置付近では不良な制御弁である。具体的には、閉塞位置付近で、弁ディスクの角度における小さな変化は、流れにおける比較的大きな変化を招き、ほぼ全開放位置では、流れにおける比較的小さな変化を生むためにさえ、弁の角度の比較的大きな変化が求められる。
【０００６】
このために、蝶形弁は、主としてオン／オフ目的のために或いは光制御目的のために現在用いられている。蝶形弁はそれらの作動範囲の端部で悪名高く制御し得ないので、蝶形弁は正確な制御が必要な状況では使用されない。正確な制御を必要とする状況においては、玉形弁又は分割ボール制御弁が典型的に用いられる。しかしながら、玉形弁及び分割ボール制御弁は、典型的には、蝶形弁よりもずっと大きく一層高価である。よって、玉形弁又は分割ボール制御弁のいずれかの代わりに蝶形弁を使用する能力が特に望ましい。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２，８１７，４８９号
【特許文献２】米国特許第３，９３１，９５５号
【特許文献３】米国特許第３，９６０，１７７号
【特許文献４】米国特許第４，２９５，６３２号
【特許文献５】米国特許第４，５２７，７７１号
【特許文献６】米国特許第４，６９１，８９４号
【特許文献７】米国特許第５，１０２，０９７号
【特許文献８】米国特許第５，１８０，１３９号
【特許文献９】米国特許第５，３３３，８３８号
【特許文献１０】米国特許第５，３７４，０３１号
【特許文献１１】米国特許第５，４６５，７５６号
【特許文献１２】米国特許第５，４８０，１２３号
【特許文献１３】米国特許第５，４８２，２４９号
【特許文献１４】米国特許第５，５８８，６３５号
【特許文献１５】米国特許第５，７４１，００６号
【特許文献１６】米国特許第６，７９３，１９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ある種類の一体型ディフューザ、又は、入口若しくは出口の一方若しくは双方に位置付けられる別体のディフューザ素子を含む蝶形弁は、如何なる種類の一体型ディフューザ又は別体のディフューザ素子（複数のディフューザ素子）をも備えない蝶形弁よりも良好な流量制御特性を有する蝶形弁をもたらすが、蝶形弁の追加的な制御能力をもたらすためのシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、弁ディスクの初期開放中に強化された蝶形弁の流れ特性をもたらす制御弁組立体に関する。蝶形弁のための流れ特性の可制御性の増大は、玉形弁と同様に、蝶形弁がより正確且つ制御可能な弁として機能することを可能にする。
【００１０】
制御弁組立体は、上流面表面と下流面表面との間に延在する開放通路を有する弁本体を含む。流れ通路は、円筒形の外壁によって概ね定められる。
【００１１】
弁本体は、開放通路内に形成され且つ弁本体を通じる開口を定める円筒形の外壁から僅かに突出する弁座を含む。弁ディスクは、開放通路に亘って回転可能に支持され、着座位置と開放位置との間で回転され得る。弁ディスクが着座位置にあるとき、第一外部封止縁部及び第二外部封止縁部の双方が弁座と係合して、弁ディスクを越える流体の流れを防止する。弁ディスクは、着座位置から開放位置に選択的に回転可能である。弁ディスクが着座位置から開放位置へ回転すると、流体は第一外部封止縁部及び第二外部封止縁部の双方を越えて流れる。
【００１２】
制御弁組立体は、弁本体を通じる開放通路を定める概ね円筒形の外壁の一部に沿って位置するフローインサートを含む。好ましくは、弁ディスクが着座位置から離れて移動するとき、第一外部封止縁部が弁ディスクの回転時にフローインサートに近接近したままであるよう、フローインサートは、旋回シャフト軸の１つの側に位置し、弁ディスクの第一外部封止縁部と概ね整列する。フローインサートは、着座位置からの弁ディスク初期運動の間、第一外部封止縁部を越える流体の流れを制限する。同時に、流体は第二外部封止縁部を越えて流れ、それは蝶形弁を通じる流れのより良好な制御を可能にする。
【００１３】
フローインサートは、第一縁部から第二縁部に延在し、その場合には、第一縁部は弁座に概ね隣接して位置する。フローインサートの第二縁部は、弁本体の上流面表面に隣接して位置する。フローインサートは、第一縁部と第二縁部との間に延在する接触表面を含み、その場合には、接触表面は、弁ディスクの第一外部封止縁部の運動経路と概ね対応する。
【００１４】
必要とはされないが、蝶形弁の可制御性を強化するために、制御弁組立体は、上流側蝶ケージと、下流側蝶ケージとを含み得る。上流側蝶ケージは、流体が蝶番ケージを通じて流れ且つ移動する弁ディスクと接触することを許容する少なくとも一対の開口を含む。同様に、下流側蝶ケージは、弁ディスクが着座位置から離れて移動するときに、流体が下流側蝶ケージを通じて流れることを許容する開口を含む。好ましくは、上流側蝶ケージ及び下流側蝶ケージのそれぞれは、弁組立体の全流量流体を強化する中央クロスバーを含む。
【００１５】
図面は、本発明の実施について現在考えられる最良の形態を例証している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、従来的な三重オフセット蝶形弁１０を例証している。蝶形弁１０は、上流面表面１４から下流面表面１６に延在する弁本体１２を含み、ステンレス鋼のような金属材料から形成されるのが好ましい。弁本体１２は、流体が弁本体を通じて上流表面１４から下流表面１６に流れることを許容する開放通路１８を定める。開放通路１８は、概ね円筒形の外壁２０によって定められれている。弁本体１２は、外壁２０から放射状内向きに延在し且つ内部肩部２４によって定められる弁座２２を定める。図１に例証されるように、弁座２２は、平面封止表面２６と、傾斜封止表面２８とを含む。一般的には、平面封止表面２６及び傾斜封止表面２８は、弁座の円周に沿って相互に移行する。具体的には、傾斜封止表面２８は弁座の円周の周りに延在するので、封止表面の角度は、平面封止表面２６によって示されるよう、封止表面が平面になるまで減少する。同様に、平面封止表面は、弁座２２の下方部分から弁座の中間部に向かって角度付きで延在し始め、最終的には傾斜封止表面２８に移行している。平面封止表面２６から傾斜封止表２８への移行は、弁ディスク３０のための封止表面をもたらしている。
【００１７】
蝶形弁１０は、旋回シャフト３２によって開放通路１８内に回転可能に位置付けられた弁ディスク３０を含む。旋回シャフト３２は、シャフト軸３４を含み、弁ディスク３０はシャフト軸について図１に示される封止位置と開放位置（図７）との間で回転可能である。図１に例証される蝶形弁１０を三重オフセット蝶形弁と呼ぶ。第一オフセットは矢印３６によって示され、シャフト軸３４から弁座２２の中止までのオフセット距離である。第二オフセット３８は、シャフト軸３４と開放通路１８の中心線４０との間のオフセットである。第三オフセットは、円錐アクセス４４が円錐封止表面をもたらすために弁座２２の中心線からオフセットする量である。
【００１８】
弁ディスク３０は、弁が図１に示されるように位置付けられるときに、シャフト軸３４の概ね上方で傾斜封止表面２８と接触する第一外部封止縁部４６を含む。第一外部封止縁部４６は、例証されるように傾斜封止表面２８と係合するシール４８を含む。図１に例証されるように、第一外部封止縁部４６は、シャフト軸３４の第一側の上に位置付けられ、弁ディスクが弁座から離れて回転するときに上流に移動する。
【００１９】
弁ディスク３０は、平面封止表面２６と係合するシール５２を有する第二外部封止縁部５０も含む。第二外部封止縁部５０は、第一外部封止縁部４６から見てシャフト軸３４と反対側の上に位置付けられている。弁ディスクが弁座から離れて回転するときに、第二封止縁部４６は下流に移動する。
【００２０】
前に議論されたように、図１に示される蝶形弁１０は、完全に着座した閉塞位置にある。蝶形弁１０が初期的に開放されるとき、弁ディスク３０は、第一外部封止縁部４６が矢印５４によって指し示される方向に移動し、且つ、第二外部封止縁部５０が矢印５６によって示される方向に移動するよう回転する。弁ディスク３０が封止位置から離れて回転するとき、液体は、弁ディスク３０と傾斜封止表面２８及び平面封止表面２６との間の弁ディスク３０の外周の周りを流れ始める。
【００２１】
図１１中に線５８によって例証されるように、蝶形弁のための流量係数は、初期弁開放中、むしろ劇的に増大する。よって、図１に示される蝶形弁１０は、低い百分率の弁開放で流体の流れを制御するのに効果的ではない。線５８によって示される蝶形弁と比べ、玉形弁は図１１中に線６０によって示されている。図１１において明瞭に理解されるように、玉形弁は、弁が５０％未満の開放しているときの流れの制御により一層効果的である。明らかに、玉形弁は低い百分率の弁開放でより制御可能である。よって、具体的には、弁ディスクの低い百分率の開放で、蝶形弁が玉形弁の流れ特性とより緊密に近似するよう、蝶形弁の流れ特性を修正することが望ましい。
【００２２】
図２は、蝶形弁１０がシステム搭載状態で玉形弁の流れ特性とより密接に近似するよう、蝶形弁１０の流れ特性を修正するシステムを例証している。図２に示されるように、蝶形弁１０は流入パイプ６２と流出パイプ６４との間に位置付けられ、流入パイプ及び流出パイプはそれぞれ取付フランジ６６を含む。例証されている本発明の実施態様では、弁ディスク３０を通じて延びるシャフト軸が水平であるよう、弁本体１２は水平向きに取り付けられた状態で示されている。
【００２３】
蝶形弁１０に加えて、制御弁組立体６８は、第一蝶ケージ７０と、第二蝶ケージ７２とを含む。第一蝶ケージ７０は、第一蝶ケージが流入パイプ６２の取付フランジ６６と弁本体１２の上流面表面１４との間に取り付けられるのを可能にする外部取付リング７４を含む。同様に、第二蝶ケージ７２も、第二蝶ケージ７２が流出パイプ６４の取付フランジ６６と弁本体１２の下流面表面１６との間に取り付けられるのを可能にする類似の取付リング７４を含む。
【００２４】
第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２に加え、制御弁組立体６８は、フローインサート７６を含む。フローインサートは、弁本体１２を通じる開放通路を定める外壁２０に取り付けられている。好ましくは、フローインサート７６は、弁ディスク３０の第一外部封止縁部４６を受容する外壁２０の概ね上方半分に沿って取り付けられている。図２に例証されるように、フローインサート７６は、第一縁部７８から第二縁部８０に延在する幅を有する。フローインサート７６は、第一端部８２から第二端部８４に延在する概ね湾曲した弓形状を有する。
【００２５】
図３に例証されているように、制御弁組立体６８の全体は、第一蝶ケージ７０、弁本体１２、及び、第二蝶ケージ７２を流入パイプ６２と流出パイプ６４との間に捕捉する一連のコネクタ８６によって組み立てられている。弁ディスク３０の旋回シャフト３２は、弁本体１２に形成されたアクセス孔８８によって受容されている。
【００２６】
図３に例証されているように、弁座２２の傾斜封止表面２８の内縁部９０が、さもなければ滑らかな外壁２０の上に延在している。前に議論されたように、傾斜封止表面２８は、弁本体１２の半分の周りに概ね延在している。図３に例証される実施態様において、傾斜封止表面２８は、シャフト軸３４の上の弁本体１２の部分の周りに位置付けられている。
【００２７】
図４及び５に例証されるように、フローインサート７６は、弁座２２の直ぐ近傍で外壁２０に取り付けられている。図５に示されるように、フローインサート７６の第一縁部７８は、傾斜封止表面２８の内縁部９０の直ぐ近傍に位置付けられている。フローインサート７６の第二縁部８０は、弁本体１２の上流面表面１４と概ね整列している。フローインサート７６は、第一縁部７８と第二縁部８０との間に延在する滑らかな接触面９２を含む。接触表面９２は、弁ディスク３０の第一外側封止縁部４６に形成されたシール４８の動作経路に概ね対応する湾曲した弓形を有する。弁ディスク３０が図５に示される封止位置から移動して開放し始めると、シール４８はフローインサート７６に形成された接触表面９２と近接近したままである。よって、弁ディスク３０が封止位置から離れて回転すると、第一外部封止縁部４６上のシール４８と接触表面９２との間の密接な物理的位置決めは、流体の流れを第一外部封止縁部４６と弁座２２との間に制限する。
【００２８】
図４及び５に示されるフローインサート７６は、弁本体の上流面表面１４と概ね整列する第二端部８０を含むが、フローインサート７６の第二縁部８０が流入パイプ６２内に延びるよう、フローインサート７６の長さを増大し得る。第一蝶ケージ７０が流入パイプ６２と弁本体１２との間に装着されていないとき、そのような実施態様を利用し得る。そのような実施態様は、弁ディスク３０が封止位置から離れて開放位置に回転するときに、さらなる流れ特性を提供する。
【００２９】
図１０を今や参照すると、そこに示されているのは、フローインサート７６の斜視図である。図１０に例証されるように、第二縁部８０におけるフローインサート７６の厚さは、第一端部８２及び第二端部８４の双方に向けて減少している。フローインサート７６が装着されると、第一端部８２及び第二端部８４は、旋回シャフト３２に近接して位置付けられる。第一端部８２及び第二端部８４付近の厚さの減少は、フローインサートを越える弁ディスクの自由運動を許容する。さらに、接触表面９２は、弁ディスクの動作経路と概ね対応する構造を有する。よって、接触表面９２のための構造は、弁ディスクの動作経路に依存し、よって、フローインサート７６が用いられるそれぞれの異なる種類の弁によって変化する。
【００３０】
フローインサート７６の接触表面９２は、滑らかな表面を定めるものとして図１０に示されているが、フローインサート７６及び接触表面９２は、弁閉塞位置付近の絞りを改良する手段又は方法としてノッチ、溝、又は、他の種類のオリフィスを備えて創成され得ることが予想される。フローインサート７６の一部としてノッチ、溝、及び、オリフィスを含めることは、弁のための所望の流れ特性に依存する設計の問題である。
【００３１】
図４及び５に例証される本発明の実施態様において、フローインサート７６は、弁本体１２の外壁２０に取り付けられる別体の成形された構成素子として示されている。好ましくは、インサート７６は、接着剤、ボルト、又は、溶接のような他の種類の機械的接続のような如何なる種類の従来的な取付機構をも通じて外壁２０に接着し得る金属材料から成る。金属はインサート７６のための好適な材料と予期されるが、外壁２０に取り付け得るプラスチック、セラミック、又は、他の種類の耐久材料からもインサートを形成し得る。本発明の範囲内で動作すると同時に、フローインサート７６が弁本体１２と一体的に形成されることも本発明者によって予期される。そのような実施態様では、フローインサート７６は、弁本体１２を形成するのに用いられるのと同じ種類の材料で形成される。フローインサート７６と弁本体１２との一体的な形成は、別個の構成素子が製造後に接着されるのと同様に機能するが、蝶形弁の最も柔軟な使用をもたらすために、並びに、レトロフィット用途を促進するために、別個のフローインサート７６の創成が好ましいことが本発明者によって予期される。
【００３２】
図５に示されるように、弁ディスク３０が着座位置から離れて回転するとき、第二外部封止縁部５０上に形成されたシール５２は、下流方向に平面封止表面２６から離れて移動する。シール５２が平面封止表面２６から離れて移動するとき、流体は第二外部封止縁部５０と弁座２２との間に創成される間隙を通じて流れることが許容される。よって、フローインサート７６が弁本体２０内に装着されるとき、弁を通じて流れる殆ど全ての流体は、第二外部封止縁部５０と弁座２２との間にあり、それによって、弁ディスク３０の初期回転中の流体の流れを制限する。
【００３３】
図４乃至７の検討において理解され得るように、蝶形弁は、流体流れを２つの明確な領域に分離し、且つ、弁ディスク３０と外壁２０との間の開口のサイズを管理することによって、弁を通じる流体の流れを制限する。弁ディスク３０が着座位置から移動すると、第二外部封止縁部５０を越える流体流れの部分は制御されるのに対し、第一外部封止縁部４６が傾斜封止表面２８から離れて移動すると、第一外部封止縁部４６を越える流体の流れは制御不能になる。弁本体内に位置するフローインサート７６は、第一外部封止縁部４６を越える流れの量を最小限化し、それは可制御性の全体的な向上に大きく寄与する。同時に、流体の流れと平行な方向から見られるとき、フローインサートは最小プロファイルのみを加える。よって、フローインサート７６は、最大の全開放流量係数における最小の減少のみを引き起こす。
【００３４】
図１１を参照すると、そこに示されているのは、蝶形弁のみ５８及び玉形弁６０と比較されたときの、フローインサート、参照番号９４、を含む蝶形弁の流れ特性９４である。グラフが例証するように、インサート９４を備える蝶形弁のための流量係数は、蝶形弁のみ５８に比べると、より低い百分率の弁開放に亘ってより一層ゆっくりと増大する。インサート９４付き蝶形弁は、より緊密に玉形弁６０と近似し、よって、蝶形弁の可制御性を所望に増大する。
【００３５】
戻って図３を参照すると、弁組立体６８は第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２の双方を含むように示されているが、弁組立体６８をフローインサート７６のみと用い得ることが理解されるべきである。そのような実施態様において、インサート７６を備える蝶形弁の流れ特性は、図１１に示される流れ特性曲線９４を生み出す。図１１に示される流れ特性曲線９４は、蝶形弁のみに対する改良であり、玉形弁の性能特性と緊密に近似する。蝶形弁を、第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２なしで、フローインサート７６のみで実施し得るが、第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２の使用は、以下により詳細に議論されるように、蝶形弁が玉形弁の流れ特性とより緊密に近似することを可能にする。
【００３６】
図３及び８は、弁本体３と流入パイプ６２との間に取り付けられる第一蝶ケージ７０のための構造を例証している。第一蝶ケージ７０は、取付フランジ７４から底縁部９８に延在する球面形状の外壁９６を含む。図８に示されるように、底縁部９８は、旋回シャフト３２の中心と概ね整列している。図８に最良に示されるように、外壁９６は、流体が外壁９６を通じて流れることを許容する第一フロー開口１００及び第二フロー開口１０２を含む。例証されている本発明の実施態様において、第一フロー開口１００及び第二フロー開口１０２は、中央通路１０４によって結合された概ね円形の開口である。中央通路１０４は、上方突起１０６と下方突起１０８との間に位置付けられている。第一蝶ケージ７０は、旋回シャフト３２より下の流体の自由な流れを許容する開放下方区画１１０をさらに定める。
【００３７】
図６を今や参照すると、第一蝶ケージ７０の外壁９６は、第一外部封止縁部４６上に形成されたシール４８の運動経路と概ね対応する滑らかな内部表面１１２を含む。弁ディスク３０が弁本体１２の上流面表面１４を越えて回転するとき、第一外部封止縁部４６は、内部表面１１２に近接近するよう移動する。第一外部封止縁部４６と内部表面１１２との間の緊密な相互作用は、第一外部封止縁部４６を越える流体の流れをさらに制限する。
【００３８】
図８に示されるように、第一フロー開口１００及び第二フロー開口１０２のそれぞれは、流入パイプ６２の内部表面１１４まで延びている。よって、第一外部封止縁部４６が上流面表面１４を越えて移動するとき、限定的な量の流体が、第一外部封止縁部４６を越えて第一フロー開口１００及び第二フロー開口１０２によって定められる領域に流れ得る。図６において理解され得るように、第一蝶ケージ７０の開放の下方区画１１０は、流体の自由流れが弁ディスク３０の第二外部封止縁部５０と接触することを許容する。よって、第一蝶ケージ７０は、旋回シャフト３２より下の流体の流れに対して如何なる効果も有しない。
【００３９】
図８に例証されるように、第一蝶ケージ７０は、底縁部９８を含むクロスバー１１６を含む。クロスバー１１６は下方突起１１６を含み、弁ディスクの全開放直後に蝶形弁の流れ特性を向上することが分かった。図７に示されるように、弁ディスク３０がその全開放位置にあるとき、第一外部封止縁部４６はクロスバー１１６の背後に位置し、よって、開放通路１８を通じる流体の流れに影響を及ぼさない。
【００４０】
図３及び９は、第二蝶ケージ７２の好適実施態様を例証している。第二蝶ケージ７２は、上縁部１２０から取付リング７４まで延在する概ね円筒形の外壁１１８を含む。図９に例証されるように、外壁は、第二蝶ケージ７２の全幅に亘って伸びるクロスバー１２４の下に延在するフロー開口１２２を含む。クロスバー１２４は、旋回シャフト３２と概ね整列している。例証されている実施態様において、フロー開口１２２は、第一ローブ１２８及び第二ローブ１３０を定める下方突起１２６を定める。第一ローブ１２８及び第二ローブ１３０は、図６に例証されるように、第二外部封止縁部５０が弁座２２から離れて移動するや否や、流体の自由流れを可能にする。戻って図９を参照すると、第二蝶ケージ７２は、開放の上方区画１３２を含み、上方区画は、図６に示されるように、流体が第一外部封止縁部４６を越えるや否や、流体の自由流れを可能にする。
【００４１】
図７を今や参照すると、弁ディスク３０がその全開放位置まで回転するとき、第二外部封止縁部５０及びシール５２は、クロスバー１２４と概ね整列し、それは第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２の双方を含む弁組立体の全開放流れ特性を強化するのを助ける。
【００４２】
図１２を今や参照すると、そこに示されているのは、図３に示される制御弁組立体の流れ特性のプロットであり、それは第一蝶ケージ７０及び第二蝶ケージ７２の双方を含む。図１２に例証されるように、玉形弁のための流れ特性は線６０によって示され、弁開放の初期４０％の間、玉形弁は流量係数の極めて制御可能な増大を有することを例証している。図１２は、線１３４によって、本発明の蝶形制御弁組立体のための流れ特性も例証している。例証されるように、進行された定格値の同じ初めの４０％の間、蝶形制御弁１３４は、流量係数に対する極めて類似した制御効果を有する。同様に、定格値進行の百分率が増大すると、本発明の流量制御弁も、玉形弁６０の特性と緊密に近似する。よって、フローインサート並びに一対の上流及び下流蝶ケージを利用することによって、本発明の制御弁組立体は玉形弁の流れ特性と密接に対応する。
【００４３】
様々な代替例及び実施態様が、発明と考えられる主題事項を具体的に指摘し且つ明確に請求する請求項の範囲内にあるものとして予期される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】三重オフセット蝶形弁の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に従って用いられるフローインサート及び一対の蝶ケージを含む三重オフセット蝶形弁を示す展開図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取られた展開断面図である。
【図４】フローインサート及び一対の蝶ケージを含む蝶形弁を示す断面図である。
【図５】図４の拡大図である。
【図６】封止位置からの弁ディスクの動作を示す図４に類似する断面図である。
【図７】弁ディスクのさらなる回転を示す図６に類似する部分断面図である。
【図８】図４の線８−８に沿って取られた制御弁を示す正面図である。
【図９】図４の線９−９に沿って取られた制御面を示す背面図である。
【図１０】フローインサートを示す斜視図である。
【図１１】フローインサート及び玉形弁を含む蝶形弁のための流量係数対弁開放率を示すグラフである。
【図１２】蝶ケージと一対の蝶ケージ及びフローインサートを含む蝶形弁とによる流量係数対定格弁移動率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１０    蝶形弁
１２    弁本体
１４    上流面表面
１６    下流面表面
１８    開放通路
２０    外壁
２２    弁座
２４    内部肩部
２６    平面封止面
２８    傾斜封止面
３０    弁ディスク
３２    旋回シャフト
３４    シャフト軸
３６    第一オフセット
３８    第二オフセット
４６    第一外部封止縁部
４８    シール
５０    第二外部封止縁部
５２    シール
５８    弁のみ
６０    玉形弁
６２    流入パイプ
６４    流出パイプ
６６    取付フランジ
６８    制御弁組立体
７０    第一蝶ケージ
７２    第二蝶ケージ
７６    フローインサート
７８    第一縁部
８０    第二縁部
８２    第一端部
８４    第二端部
９０    内縁部
９２    接触表面
９４    フローインサート
９６    外壁
９８    底縁部
１００  第一フロー開口
１０２  第二フロー開口
１０４  中央通路
１０６  上方突起
１０８  下方突起
１１０  下方区画
１１２  内部表面
１１４  内部表面
１１６  クロスバー
１１８  外壁
１２０  上縁部
１２２  フロー開口
１２４  クロスバー
１２８  第一ローブ
１３０  第二ローブ
１３２  上方区画
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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