(57)【要約】高圧および低圧シールを有する弁。上記記載の弁は、筐体の中の開口部に対面するシール面を有する弁閉鎖部材がその中に載置される、筐体を有する。低圧シールは、開口部を囲繞して、シール面と接触するように付勢される。高圧シールも、開口部を囲繞する。弁内の圧力は、閉鎖部材を低圧シールに押し付け、それは、閉鎖部材が高圧シールに接触するまで開口部に向かって移動する。第１のシールは、第１のリングを備え、前記第２のシールは、第２のリングを備える。
2012517568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを制御するための弁であって、
入口および出口を有する筐体と、
前記筐体内に位置付けられる、弁閉鎖部材であって、前記入口から前記出口への前記流体の流れを阻止する閉鎖構成と、前記入口から前記出口への前記流体の流れを可能にする開放構成との間で移動可能である、弁閉鎖部材であって、前記閉鎖構成である時に、前記出口と対面関係に位置付けられるシール面を備える、弁閉鎖部材と、
前記出口を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第１のシールと、
前記筐体内に位置付けられる、ばね要素であって、前記第１のシールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、第１の流体圧力まで第１の流体密封シールを生じさせる、ばね要素と、
前記出口を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第２のシールであって、前記弁内の流体圧力が、前記閉鎖部材を前記出口に向かって、かつ前記第２のシールと接触するように移動させる時に、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第１の流体圧力よりも高い第２の流体圧力まで第２の流体密封シールを生じさせる、第２のシールと、
を備える、弁。
【請求項２】
前記第１のシールは、第１のリングを備え、前記第２のシールは、第２のリングを備える、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記第１のリングは、前記第２のリングによって囲繞される、請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記第２のリングは、前記第１のリングによって囲繞される、請求項２に記載の弁。
【請求項５】
前記ばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備える、請求項２に記載の弁。
【請求項６】
前記第２のリングは、
前記第２のリングの周囲で円周方向に延在する、第１および第２のローブを備え、前記第１のローブは、前記第２のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定し、前記ばね要素および前記第１のリングは、前記環状空洞内に位置付けられる、
請求項２に記載の弁。
【請求項７】
前記弁閉鎖部材は、前記筐体内に回転可能に載置されるボールであって、前記閉鎖部材が前記開放構成である時に、前記入口および前記出口と整合可能である、そこを通るダクトを有する、ボールを備える、請求項１に記載の弁。
【請求項８】
前記閉鎖部材が前記閉鎖構成である時に、前記入口と対面関係で位置付けられる、前記弁閉鎖部材の前記シール面と、
前記入口を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第３のシールと、
前記筐体内に位置付けられる、第２のばね要素であって、前記第３のシールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、第３の流体圧力まで第３の流体密封シールを生じさせる、第２のばね要素と、
前記入口を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第４のシールであって、前記弁内の流体圧力が、前記閉鎖部材を前記入口に向かって、かつ前記第４のシールと接触するように移動させる時に、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第３の流体圧力よりも高い第４の流体圧力まで第４の流体密封シールを生じさせる、第４のシールと、
をさらに備える、請求項１に記載の弁。
【請求項９】
前記第３のシールは、第３のリングを備え、前記第４のシールは、第４のリングを備える、請求項８に記載の弁。
【請求項１０】
前記第３のリングは、前記第４のリングによって囲繞される、請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記第４のリングは、前記第３のリングによって囲繞される、請求項９に記載の弁。
【請求項１２】
前記第２のばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備える、請求項９に記載の弁。
【請求項１３】
前記第４のリングは、
前記第４のリングの周囲で円周方向に延在する、第３および第４のローブを備え、前記第３のローブは、前記第４のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定し、前記ばね要素および前記第３のリングは、前記第３および前記第４のローブによって画定される前記環状空洞内に位置付けられる、
請求項９に記載の弁。
【請求項１４】
前記弁閉鎖部材は、前記筐体内に回転可能に載置されるボールであって、前記閉鎖部材が前記開放構成である時に、前記入口および前記出口と整合可能である、そこを通るダクトを有する、ボールを備える、請求項８に記載の弁。
【請求項１５】
流体の流れを制御するためのボール弁であって、
第１および第２の開口部を有する筐体と、
前記筐体内に位置付けられる、弁閉鎖部材であって、そこを通るダクトを有するボールを備える、弁閉鎖部材であって、前記ボールは、前記ダクトが前記第１および第２の開口部と流体連通していない、閉鎖構成と、前記ダクトが前記第１および第２の開口部と流体連通している、開放構成との間で回転可能であり、前記ボールは、前記閉鎖構成である時に、前記第１の開口部と対面関係に位置付けられるシール面を有する、弁閉鎖部材と、
前記第１の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第１のリング状シールと、
前記筐体内に位置付けられる、ばね要素であって、前記第１のリング状シールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、第１の流体圧力まで第１の流体密封シールを生じさせる、ばね要素と、
前記第１の開口部を囲繞し、前記筐体内に位置付けられる第２のリング状シールであって、前記弁内の流体圧力が、前記ボールを前記第１の開口部に向かって、かつ前記第２のリング状シールと接触するように移動させる時に、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第１の流体圧力よりも高い第２の流体圧力まで第２の流体密封シールを生じさせる、第２のリング状シールと、
を備える、ボール弁。
【請求項１６】
前記第１のリング状シールは、前記第２のリング状シールによって囲繞される、請求項１５に記載のボール弁。
【請求項１７】
前記第２のリング状シールは、前記第１のリング状シールによって囲繞される、請求項１５に記載のボール弁。
【請求項１８】
前記ばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備える、請求項１５に記載のボール弁。
【請求項１９】
前記第２のリング状シールは、
前記第２のリング状シールの周囲で円周方向に延在する、第１および第２のローブを備え、前記第１のローブは、前記第２のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定し、前記ばね要素および前記第１のリング状シールは、前記環状空洞内に位置付けられる、
請求項１５に記載のボール弁。
【請求項２０】
前記ボールが前記閉鎖構成である時に、前記第２の開口部と対面関係で位置付けられる、前記ボールの前記シール面と、
前記第２の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第３のリング状シールと、
前記筐体内に位置付けられる、第２のばね要素であって、前記第３のリング状シールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、第３の流体圧力まで第３の流体密封シールを生じさせる、第２のばね要素と、
前記第２の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第４のシールであって、前記弁内の流体圧力が、前記ボールを前記第２の開口部に向かって、かつ前記第４のシールと接触するように移動させる時に、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第３の流体圧力よりも高い第４の流体圧力まで第４の流体密封シールを生じさせる、第４のシールと、
をさらに備える、請求項１５に記載のボール弁。
【請求項２１】
前記第３のリング状シールは、前記第４のリング状シールによって囲繞される、請求項２０に記載のボール弁。
【請求項２２】
前記第４のリング状シールは、前記第３のリング状シールによって囲繞される、請求項２０に記載のボール弁。
【請求項２３】
前記第２のばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備える、請求項２０に記載のボール弁。
【請求項２４】
前記第４のリング状シールは、
前記第４のリング状シールの周囲で円周方向に延在する、第３および第４のローブを備え、前記第３のローブは、前記第４のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定し、前記第２のばね要素および前記第３のリング状シールは、前記第３および第４のローブによって画定される前記環状空洞内に位置付けられる、
請求項２０に記載のボール弁。
【請求項２５】
流体の流れを制御するための弁であって、
第１および第２の開口部を有する筐体と、
前記筐体内に位置付けられる、弁閉鎖部材であって、前記第１および前記第２の開口部の間の前記流体の流れを阻止する閉鎖構成と、前記第１および前記第２の開口部の間の前記流体の流れを可能にする開放構成との間で移動可能である、弁閉鎖部材であって、前記閉鎖構成である時に、前記第１の開口部と対面関係に位置付けられるシール面を備える、弁閉鎖部材と、
前記筐体内に位置付けられる、複数のシールであって、少なくとも、
前記第１の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第１のシールであって、前記シール面と接触して、前記弁内で、第１の流体圧力まで第１の流体密封シールを生じさせる、第１のシールと、
前記第１の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第２のシールであって、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第１の流体圧力よりも高い第２の流体圧力まで第２の流体密封シールを生じさせる、第２のシールと、
を備える、複数のシールと、
を備える、弁。
【請求項２６】
前記第１のシールは、第１のリングを備え、前記第２のシールは、第２のリングを備える、請求項２５に記載の弁。
【請求項２７】
前記第１のリングは、前記第２のリングによって囲繞される、請求項２６に記載の弁。
【請求項２８】
前記第２のリングは、前記第１のリングによって囲繞される、請求項２６に記載の弁。
【請求項２９】
前記筐体内に位置付けられる、第１のばね要素であって、前記第１のシールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、前記第１の流体圧力まで前記第１の流体密封シールを生じさせる、第１のばね要素をさらに備える、請求項２５に記載の弁。
【請求項３０】
前記筐体内に位置付けられる、第２のばね要素であって、前記第２のシールを前記シール面に向かって付勢する、第２のばね要素をさらに備える、請求項２９に記載の弁。
【請求項３１】
前記筐体内に位置付けられる、ばね要素であって、前記第２のシールを前記シール面に向かって付勢する、ばね要素をさらに備える、請求項２５に記載の弁。
【請求項３２】
前記弁閉鎖部材は、前記筐体内に回転可能に載置されるボールであって、前記閉鎖部材が前記開放構成である時に、前記第１および前記第２の開口部と整合可能である、そこを通るダクトを有する、ボールを備える、請求項２５に記載の弁。
【請求項３３】
前記閉鎖部材が前記閉鎖構成である時に、前記第２の開口部と対面関係で位置付けられる、前記弁閉鎖部材の前記シール面と、
前記第２の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第３のシールであって、前記シール面と接触して、前記弁内で、第３の流体圧力まで第３の流体密封シールを生じさせる、第３のシールと、
前記第２の開口部を囲繞する、前記筐体内に位置付けられる第４のシールであって、前記シール面に接触して、前記弁内で、前記第３の流体圧力よりも高い第４の流体圧力まで第４の流体液密封シールを生じさせる、第４のシールと、
をさらに備える、請求項２５に記載の弁。
【請求項３４】
前記第３のシールは、第３のリングを備え、前記第４のシールは、第４のリングを備える、請求項３３に記載の弁。
【請求項３５】
前記第３のリングは、前記第４のリングによって囲繞される、請求項３４に記載の弁。
【請求項３６】
前記第４のリングは、前記第３のリングによって囲繞される、請求項３４に記載の弁。
【請求項３７】
前記筐体内に位置付けられる、第１のばね要素であって、前記第３のシールを前記シール面と接触するように付勢して、前記弁内で、前記第３の流体圧力まで前記第３の流体密封シールを生じさせる、第１のばね要素をさらに備える、請求項３３に記載の弁。
【請求項３８】
前記筐体内に位置付けられる、第２のばね要素であって、前記第４のシールを前記シール面に向かって付勢する、第２のばね要素をさらに備える、請求項３７に記載の弁。
【請求項３９】
前記筐体内に位置付けられる、ばね要素であって、前記第４のシールを前記シール面に向かって付勢する、ばね要素をさらに備える、請求項３３に記載の弁。
【請求項４０】
前記弁閉鎖部材は、前記筐体内に回転可能に載置されるボールであって、前記閉鎖部材が前記開放構成である時に、前記入口および前記出口と整合可能である、そこを通るダクトを有する、ボールを備える、請求項３３に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年２月７日に出願された米国仮出願第６１／１５０７４０号に基づき、その優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、流体の流れを制御するための弁に関し、より具体的には、整備間の延長した時間を伴う、広い圧力範囲にわたって動作することが可能なボール弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
ボール弁には、多数の不利な点がある。ボール弁のシール能力は、ボールとシールとの間の前負荷に大きく依存する。ボールは、通常、金属でできており、また、シールは、通常、ボールと接触する弁の筐体内に位置付けられる、非常に軟らかい弾性リングである。弁内の圧力が大きくなるにつれて、弁に流体密封シールを生じさせるように、この前負荷を大きくしなければならない。大きい前負荷は、シールの中に大きい応力を誘発する。さらに、閉じた時に弁が高圧を受ける場合、ボールは、圧力に応答して、限られた運動範囲を自由に移動するので、シールには、付加的な応力が作用する。したがって、ボールは、シールに対してより密に押し付けられる。そのような持続的な応力の下では、シールは、クリープしてその弾性を失い、それによって、その前負荷を失い、それとともに、弁が露出する高圧よりも低い圧力の下で密閉する能力を失う。
【０００４】
別の不利な点は、弁を動作させるために必要とされるトルクに関する。大きい前負荷は、弁の開閉を生じさせる、比例的に大きいトルクを必要とする。さらに、弁が長期間にわたって動作しない場合、シールがボールに固着する傾向がある。シールとボールとの間に接合が形成されてしまった弁を動作させるには、非常に大きなトルクが必要である。この状態を有する弁に対する初期動作トルクは、通常の動作トルクの３〜４倍になり得る。歯車付アクチュエータを伴わない大型手動弁の場合、弁の構成部品に損傷を与えることなく弁を動作させることは不可能であり得る。
【０００５】
高い前負荷の下での移動部品間の顕著な摩耗と結び付けられるこれらの問題は、比較的に短い弁の寿命をもたらし、漏出を回避するために頻繁に整備しなければならない。明確に、上述の不利な点を回避する、ボール弁に対する、ならびに他のタイプの弁に対する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流体の流れを制御するための弁に関する。弁は、入口および出口を有する筐体を備える。弁閉鎖部材は、筐体内に位置付けられる。弁閉鎖部材は、入口から出口への流体の流れを阻止する閉鎖構成と、入口から出口への流体の流れを可能にする開放構成との間で移動可能である。弁閉鎖部材は、閉鎖構成である時に、出口と対面関係に位置付けられるシール面を備える。第１のシールは、出口を囲繞する、筐体内に位置付けられる。ばね要素は、筐体内に位置付けられる。ばね要素は、第１のシールをシール面と接触するように付勢して、弁内で、第１の流体圧力まで第１の流体密封シールを生じさせる。ばね要素は、弁閉鎖部材に対する弁内の流体圧力に応答して、第１のシールが出口に向かって移動するのを可能にする。第２のシールは、出口を囲繞する、筐体内に位置付けられる。第２のシールは、弁内の流体圧力が、閉鎖部材を出口に向かって、かつ第２のシールと接触するように移動させる時に、シール面に接触して、弁内で、第２の流体圧力まで第２の流体密封シールを生じさせる。第２の流体圧力は、第１の流体圧力よりも高い。
【０００７】
一実施形態において、第１のシールは、第１のリングを備え、第２のシールは、第２のリングを備える。第１のリングは、第２のリングによって囲繞されてもよく、または第２のリングが、第１のリングによって囲繞されてもよい。ばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備えてもよい。別の実施形態において、第２のリングは、第２のリングの周囲で円周方向に延在する、第１および第２のローブを備える。第１のローブは、第２のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定する。この実施形態において、ばね要素および第１のリングは、環状空洞内に位置付けられる。
【０００８】
弁閉鎖部材は、筐体内に回転可能に載置されるボールを備えてもよい。ボールは、閉鎖部材が開放構成である時に、入口および出口と整合可能である、そこを通るダクトを有する。
【０００９】
加えて、弁閉鎖部材のシール面はまた、閉鎖部材が閉鎖構成である時に、入口と対面関係で位置付けられる。第３のシールは、入口を囲繞する、筐体内に位置付けられてもよく、第２のばね要素は、筐体内に位置付けられる。第２のばね要素は、第３のシールをシール面と接触するように付勢して、弁内で、第３の流体圧力まで第３の流体密封シールを生じさせる。第２のばね要素は、弁閉鎖部材に対する弁内の流体圧力に応答して、第３のシールが入口に向かって移動するのを可能にする。第４のシールも、入口を囲繞する、筐体内に位置付けられてもよい。第４のシールは、弁内の流体圧力が、閉鎖部材を入口に向かって、かつ第４のシールと接触するように移動させる時に、シール面に接触して、弁内で、第４の流体圧力まで第４の流体密封シールを生じさせる。
【００１０】
第３のシールは、第３のリングを備えてもよく、第４のシールは、第４のリングを備えてもよい。第３のリングは、第４のリングによって囲繞されてもよく、または第４のリングが、第３のリングによって囲繞されてもよい。第２のばね要素は、エラストマー材料で形成されるＯリングを備えてもよい。別の実施形態において、第４のリングは、第４のリングの周囲で円周方向に延在する、第３および第４のローブを備えてもよい。第３のローブは、第４のローブに離間関係で取り付けられ、かつそれらの間に環状空洞を画定する。ばね要素および第３のリングは、第３および第４のローブによって画定される環状空洞内に位置付けられる。
【００１１】
弁閉鎖部材は、筐体内に回転可能に載置されるボールを備えてもよい。ボールは、閉鎖部材が開放構成である時に、入口および出口と整合可能である、そこを通るダクトを有する。
【００１２】
本発明はさらに、流体の流れを制御するための弁を包含する。弁は、第１および第２の開口部を有する筐体と、筐体内に位置付けられる弁閉鎖部材とを備える。弁閉鎖部材は、第１および第２の開口部の間の流体の流れを阻止する閉鎖構成と、第１および第２の開口部の間の流体の流れを可能にする開放構成との間で移動可能である。弁閉鎖部材は、閉鎖構成である時に、第１の開口部と対面関係に位置付けられるシール面を備える。複数のシールは、筐体の内に位置付けられる。複数のシールは、少なくとも、第１の開口部を囲繞する、筐体内に位置付けられる第１のシールであって、シール面と接触して、弁内で、第１の流体圧力まで第１の流体密封シールを生じさせる、第１のシールと、第１の開口部を囲繞する、筐体内に位置付けられる第２のシールであって、シール面に接触して、弁内で、第１の流体圧力よりも高い第２の流体圧力まで第２の流体密封シールを生じさせる、第２のシールとを備える。
【００１３】
一実施形態において、第１のシールは、第１のリングを備え、第２のシールは、第２のリングを備える。第１のリングは、第２のリングによって囲繞されてもよく、または第２のリングが、第１のリングによって囲繞されてもよい。ばね要素は、筐体内に位置付けられてもよい。ばね要素は、第１または第２のシールをシール面と接触させるように付勢してもよい。代替的に、２つの別個のばね要素を、筐体内に位置付けて、第１および第２のシールの両方をシール面に向かって付勢してもよい。
【００１４】
弁の実施形態において、弁閉鎖部材のシール面はまた、閉鎖部材が閉鎖構成である時に、第２の開口部と対面関係で位置付けられる。第３のシールは、第２の開口部を囲繞する、筐体内に位置付けられてもよく、第３のシールは、シール面と接触して、弁内で、第３の流体圧力まで第３の流体密封シールを生じさせる。第４のシールは、第２の開口部を囲繞する、筐体内に位置付けられてもよく、第４のシールは、シール面に接触して、弁内で、第３の流体圧力よりも高い第４の流体圧力まで第４の流体液密封シールを生じさせる。
【００１５】
一実施形態において、第３のシールは、第３のリングを備え、第４のシールは、第４のリングを備える。第３のリングは、第４のリングによって囲繞されてもよく、または第４のリングが、第３のリングによって囲繞されてもよい。付加的なばね要素が、筐体内に位置付けられてもよい。ばね要素は、第３または第４のシールのいずれかをシール面と接触するように付勢してもよい。代替的に、２つの別個のばね要素を、筐体内に位置付けて、第３または第４のシールの両方をシール面に向かって付勢してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明による弁の実施形態の縦断面図である。
【図２】図２および３は、図１上の円２を取り出した、弁の一部分を拡大して詳細を示す図である。
【図３】図２および３は、図１上の円２を取り出した、弁の一部分を拡大して詳細を示す図である。
【図４】図４は、図１に示される弁の組立分解等角図である。
【図５】図５は、本発明による弁の別の実施形態の縦断面図である。
【図６】図６および７は、図５上の円６を取り出した、弁の一部分を拡大して詳細を示す図である。
【図７】図６および７は、図５上の円６を取り出した、弁の一部分を拡大して詳細を示す図である。
【図８】図８は、本発明による弁の別の実施形態の縦断面図である。
【図９】図９および１０は、図８上の円９を取り出した、弁の一部を拡大して詳細を示す図である。
【図１０】図９および１０は、図８上の円９を取り出した、弁の一部を拡大して詳細を示す図である。
【図１１】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１２】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１３】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１４】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１５】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１６】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１７】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１８】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図１９】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図２０】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図２１】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【図２２】図１１−２２は、本発明による弁の代替の実施形態の実施例の部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明による弁１０の縦断面図を示す。一例として、弁１０は、ボール弁であるが、プラグ弁および偏心蝶形弁等の他の種類の弁も、本明細書で説明されるシール特徴を有し得る。弁１０は、入口１４および出口１６を有する、筐体１２を備える。弁１０はまた、この実施例では筐体１２内に位置付けられるボール２０である、弁閉鎖部材１８を有する。ボール２０は、この実施例ではボールの外面によって形成される、シール面２２を有する。また、ボール２０を通るダクト２４がある。ボールは、シール面２２が出口１６と接触関係である閉鎖構成（図示）と、ダクト２４が入口および出口と整合されて、流体が弁を通して入口１４から出口１６に流れるのを可能にする閉鎖構成との間を、回転して移動可能である。弁の回転は、弁筐体１２上の弁覆い２８を通過する、弁ステム２６によって生じる。ステム２６と弁覆い２８との間のシール３０は、ステムを超えた流体の漏出を阻止する。
【００１８】
２つのシール３２および３４は、出口１６を囲繞する、筐体１２内に位置付けられる。シール３２は、低圧シールであり、ボール２０のシール面２２に接触し、かつ比較的に低い圧力、および弁１０の設計に依存する最低圧力まで流体密封シールを提供するように設計される。シール３４は、高圧シールであり、最低圧力に近いがこれよりも低い圧力でボール２０のシール面２２に接触し、かつ高圧シール３４の材料特性によって決定される最高圧力まで流体密封シールを提供する。例示的な最低圧力範囲は、約２００ｐｓｉゲージから約５００ｐｓｉゲージの間である一方で、例示的な最高圧力範囲は、約８００ｐｓｉゲージから約３０００ｐｓｉゲージの間である。
【００１９】
図２および３は、低圧から最高圧力までの範囲を流体液密封シールに提供するように、低圧シール３２および高圧シール３４がどのように協働するのかを詳細に示す。図２に示されるように、低圧シール３２は、シール３２と筐体１２との間に位置付けられるばね要素３６によって、シール面２２と接触するように付勢される。ばね要素３６の剛性は、低圧シール３２に所定の力を印加して、それを付勢してシール面２２と接触させるように設計され、ばねの付勢力は、実質的に、低圧シールが密閉して流体密封性を確保する、最低圧力を決定する。低圧シールは、シール面２２に対して圧縮されるにつれてごくわずかな変形を有するように設計され、ばね要素３６によって印加されるばね付勢力からのシール能力のほぼ全てを誘導する。実用的な設計において、ばね要素３６は、図４の分解図に示されるように、例えば、Ｏリングであってもよい。他の種類のばね要素には、圧縮ばね、円板ばね、波形ばね、ゴムばね、およびガスケットが挙げられる。図４にさらに示されるように、低圧シール３２は、出口１６を囲繞し、球状シール面２２に接触するように輪郭形成される面４２を有する（図２も参照のこと）、リング４０を備える。低圧シール３２は、エラストマー、プラスチック、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、およびＣＴＦＥ等の材料から作製されてもよい。
【００２０】
図２に示されるように、空間４４は、弁筐体１２内に提供され、低圧シール３２が出口に向かって移動するのを可能にし、ばね要素３６の付勢作用だけによって抑制される。図３に示されるように、入口１４側に対する閉鎖した弁１０内の圧力が増大するにつれて、弁閉鎖部材１８（ボール２０）が出口１６の方へ押し付けられ、ばね要素３６を圧縮することによって、低圧シール３２を移動させる。ボール２０は、最終的に高圧シールと接触して３４を移動させる。図４に示されるように、高圧シール３４はまた、ボール２０上のシール面２２に接触するように適合される面４８を有する、リング４６である。図３に示されるように、ボール２０が該リングに対して圧縮されると、高圧シール３４は、低圧シール３２が有効である最低圧力を超える圧力に対する流体密封シールを提供する。より高い圧力時に、高圧シール３４は、流体密封シールを提供するだけでなく、ボール２０からの負荷を担持するのに役立ち、負荷のうちの一部を低圧シール３２から除去し、それによって、クリープによる低圧シール３２の永続的な変形の程度を遅延または低減し、また、負荷を拡散させること、および接触力を低減することによって、ボールがシールに固着する可能性を低減する。実用的な設計において、リング４６は、超高分子量ポリエチレン、Ｄｅｌｒｉｎ  ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、Ｔｏｒｌｏｎ等のプラスチックの他に、３１６および３１６Ｌステンレス鋼、ならびにベリリウム銅等の金属で形成される。
【００２１】
図１に示されるように、高圧シール３４および低圧シール３２の構成はまた、出口１６および入口１４を囲繞して位置付けられてもよい。この構成は、弁１０を流体の流れに対して対称的にし、それによって、流体の流れの方向、または弁が配管網等の流体取扱システムの中に取り付けられる手法を問わない、高圧シールおよび低圧シールの組み合わせという利点を提供する。以下に説明される付加的な実施形態も、図５および８に示されるように、入口および出口の両方を囲繞する、高圧シールおよび低圧シールの組み合わせで構成されてもよい。このような対称的な弁の場合、入口と出口との間の差異は無意味であり、それらは、そこを通って流体が弁を出入りする、筐体１２の中の開口部とみなしてもよい。
【００２２】
図１−４に示される弁の実施形態１０において、リング４０によって形成される低圧シール３２は、高圧シール３４を形成するリング４６内に位置付けられる。図５−７は、本発明による別の弁の実施形態５０を示し、図中、高圧シール３４は、ボール２０のシール面２２に対して低圧シールを付勢するばね要素３６によって容易に特定可能である、低圧シール３２を形成するリング５４内に位置付けられる、リング５２を備える。ここでも、図６に示されるように、低圧シール３２（リング５４）は、ばね要素３６によってボール２０と接触するように付勢され、弁内の圧力が増大するにつれて、リングが出口１６に向かって移動するのを可能にするように、リング５４と筐体１２との間に空間４４が提供される。また、ボール２０と高圧シール３４（リング５２）との間には、圧力によって低圧シール３２が出口１６に向かって押し付けられるにつれて閉鎖する、空隙４７がある。図７に示されるように、高圧下で、ボール２０は、高圧シール３４および低圧シール３２の両方に接触し、それによって、前述の実施形態に対する説明と同じ利点を達成する。
【００２３】
図８−１０は、別の弁の実施形態５６を示し、図中、ばね要素３６、およびリング５８によって形成される低圧シール３２は、この実施例ではリング６２である高圧シール３４によって形成される、環状空洞６０内に位置付けられる。リング６２は、低圧シール３２が位置付けられる環状空洞６０を囲繞し、かつこれを画定するように、離間関係で相互に取り付けられる、外部ローブ６４と、内部ローブ６６とを有する。この実施例は、前述した実施形態に類似した手法で機能し、低圧シール３２（リング５８）は、同じく環状空洞６０内に位置付けられるばね要素３６によってボール２０と接触するように付勢され、ばね要素の剛性によってほぼ決定される最低圧力まで密閉する。ここでも、低圧時に、ボール２０と、高圧シール３４（リング６２）との間には、間隙４７がある。弁５６内の圧力が増大するにつれて、低圧シール３２が、出口１６に向かって移動し、ボール２０が、間隙を閉鎖して、リング６２の外側ローブ６４および内側ローブ６６のうちの１つまたは両方に接触し、最低圧力を超える圧力に対するシール効果を提供する。外側ローブ６４および内側ローブ６６のうちの１つまたは両方は、弁閉鎖部材１８（この実施例では、ボール２０）の表面２２に接触するように適合される、それぞれの面６８および７０を含んでもよい。
【００２４】
低圧シールに付勢するばねは、複数の利点を提供する。低圧シールに対する応力は、シール自体の剛性ではなく、ばね要素の剛性によって制限される。したがって、低圧シールは、高い圧力を受けた時にクリープして弾性を失う可能性が低くなり、繰り返しまたは長期間の高圧条件によって誘発される全応力に耐えなければならないシールよりも長い期間（主に、ばね要素の特徴によって決定される）にわたって、低圧下で効果的に密閉する。したがって、漏出する弁を置換する弁整備の頻度が減少する。低圧シールと弁閉鎖部材との間の接触力は、ばね部材によって制限されるので、低圧シールが弁閉鎖部材に固着する、および固着を解いて弁を自由に閉じるために大きいトルクを必要とする可能性が低くなる。さらに、付勢力が高くなるにつれてより大きいトルクを必要とするので、弁を動作させるために必要なトルクは、概して、ばね要素の剛性の賢明な選択によって、妥当な限度内に保たれ得る。付勢力を、予期される最低圧力に対して必要とされる最小限度に調整することができるのであれば、必要とされるトルクも最小となる。
【００２５】
離散ばね要素の使用は、弁が有効である高圧および低圧範囲の決定に関して、弁の中のシールの挙動に対する優れた制御を与える一方で、異なる材料剛性を有するシールを使用することによって、前述した利点を達成することも可能であり、それによって、特定の用途における離散ばね要素の必要性を取り除く。図１１は、そのような実施形態を示し、図中、低圧シール３２および高圧シール３４は、どちらも、異なる弾性率を有する材料で形成される。例えば、低圧シール３２は、同じくエラストマーであってもよい高圧シール３４よりも低いデュロメータを有する、エラストマーであってもよい。低圧シールのより低い剛性は、閉鎖部材１８が圧力を受ける時にそれが変形するのを可能にし、図１２に示されるように、シール３２に対してシール面２２を押し付ける。低圧シール３２の変形は、シール面２２が、高圧シール３４に係合して、弁の高圧範囲にわたる流体密封シールを生じさせるのを可能にする。図１１および１２は、例示的実施形態を示し、図中、高圧シール３４は、同じくリング４０の形態で低圧シール３２を囲繞する、リング４６を備える。このような構成は、例えば、図４に示されるようなボール弁で有用である。離散ばね要素を有さない弁の代替の実施形態を図１３および１４に示し、図中、低圧シール３２は、リング５２として形成される高圧シール３４を囲繞する、リング５４を備える。図１３は、低圧範囲にわたって動作するシールを示す一方で、図１４は、高圧範囲にわたる動作を示し、図中、低圧シール３２は、変形し、シール面２２は、高圧シール３４と接触するように移動している。シールは、異なる剛性を有してもよく、剛性は、シールの材料の選択、ならびにシールの形状によって制御される。
【００２６】
さらに、弁のシール範囲の制御は、高圧シール３４とともに離散ばね要素３６を使用することによって達成され得る。この実施形態の実施例を図１５および１６に示し、図中、ばね要素３６は、筐体１２と高圧シール３４との間の空間４４内に位置付けられる。この実施例において、低圧シール３２（リング４０の形態）は、図１５に示されるように、低圧範囲にわたって流体密封シールを提供するように、閉鎖部材１８のシール面２２に係合する。圧力が増大すると、図１６に示されるように、低圧シールは、変形し、シール面は、この実施例ではリング４６によって表される高圧シール３４に係合する。ばね要素３６は、シールと閉鎖部材の間の接触力を制限かつ等化するのに役立つように、高圧範囲にわたって変形する。図１５および１６は、ばね要素３６によって付勢される高圧シール３４が低圧シール３２を囲繞する、実施形態を示す。図１７および１８に示される別の実施形態において、低圧シール３２は、高圧シール３４を囲繞する。
【００２７】
また、別個の離散ばね要素を使用して、高圧シール３４および低圧シール３２の両方を付勢することも有利であり得る。そのような弁の実施形態の実施例を図１９に示し、図中、例えばリング４０であり得る低圧シール３２は、シールと筐体１２との間の空間４４内に位置付けられるばね要素３６によって、閉鎖部材１８のシール面２２と接触するように付勢される。高圧シール３４は、同じく空間４４内に位置付けられる第２のばね要素３７によって、シール面２２に向かって付勢される。この実施例において、高圧シールは、リング４０を囲繞する、リング４６を備える。図１９は、低圧範囲にわたる弁の動作を示し、図中、低圧シールは、シール面２２に接触し、これに対して密閉し、ばね要素３６は、付勢力を提供する。図２０では、ばね要素３６および３７の両方の変形とともに、シール面２２と高圧シール３４との間の接触によって示される、高圧範囲で動作する弁を示す。代替的に、図２１および２２に示されるように、低圧シール３２は、リング５２によって形成される高圧シール３４を囲繞する、リング５４を備えてもよい。ここでも、高圧シール３４および低圧シール３２の両方を、それぞれ、シール面２２に向かって付勢するように、２つの離散ばね要素３７および３６が使用される。ばね要素３６および３７は、特定の高圧および低圧範囲に対して、必要に応じて、同じまたは異なるばね定数を有してもよい。ばね要素の剛性は、材料および形状の選択によって決定され得る。
【００２８】
前述のように、弁は、従来技術の弁と比較した時に、保守の低減、より低い作動トルク、およびより高い圧力範囲にわたるシールの有効性といった、顕著な利点を実現することが予期される。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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