JP2008519943A - 流体圧力制御デバイスのためのシール組立体 - Google Patents

Abstract

流体圧力制御デバイスのシール組立体は、シール面と第一の案内面とを有した案内部材を備えている。スロットル部材組立体は、流体流路内に位置づけ可能なスロットル部材を備えている。このスロットル部材組立体には、案内部材のシール面と一緒に密封状態を形成するように構成された合わせ面と、案内部材の第一の案内面と摺動可能に係合するサイズに形成された第二の案内面とが形成されている。逃がし孔は、解き放たれた固体材料を受け入れてシール面と合わせ面との間に形成されているシールの崩壊を防ぐために、第一の案内面および第二の案内面の隣に位置する案内部材およびスロットル部材組立体のうちの少なくとも１つに形成される。

Description

本発明は、一般的に流体圧力制御デバイスに関するものであり、さらに詳細には流体圧力制御デバイスに用いられる相互に摺動する部品間をシール（密封）するための組立体に関するものである。

流体の流れ特性を制御するために、制御弁およびレギュレータの如き流体圧力制御デバイスが一般的に用いられている。典型的なデバイスは、流入口と、流出口と、流入口と流出口との間で延びている流体流路が形成された弁箱とを備えている。弁座には、弁箱に連結されているとともに、流路が通過しているオリフィスが形成されている。弁体の如きスロットル部材が、弁座に対して移動可能となっていることにより、オリフィスを通って流れている流体の流れを制御するようになっている。スライディングステム型の流体制御デバイスでは、スロットル部材が、弁箱の外側に延びている弁棒に連結され、弁棒が、アクチュエータに連結され、弁座に対してスロットル部材の位置決めを行うようになっている。

スライディングステム型の流体制御デバイスは、弁座からスロットル部材組立体を導くための構成部品を必要とすることが多い。具体的にいえば、スロットル部材組立体が、弁箱に連結されているボンネット、パッキング孔、ケージ、弁座リングまたは他の構成部品に対して同心上に並ぶように、スロットル部材組立体を真っ直ぐに移動させるように案内することが望ましい。また、弁棒および／または弁体の先端を厳密に案内することにより、横方向の安定性が最大限に維持され、振動および疲労破壊に抗するようになる。したがって、スロットル部材の移動を案内する構成部品は、相互に摺動する案内面を備えていることが多い。

流体制御デバイス内において案内部品が擦り合いおよび摺動すると、摩耗（ｗｅａｒ）、擦り剥け（ｇａｌｌｉｎｇ）または他の原因によって弁部品から材料が削り取られる場合がある。一部の用途に用いられている非腐蝕性物質の場合には、とくに擦り剥ける恐れがある。擦り剥け現象および他の摩耗現象により、構成部品を形成する材料が接触経路に沿って移動させられたり移送させられたりする。この遊離された材料は、限定するわけではないがたとえばスロットル部材と弁座との間の第一のシール、スロットル部材とケージとの間の第二のシール、または弁棒とパッキン組立体との間の弁棒−パッキン間シールの如き、流体制御デバイス内における密封状態を形成した係合（ｓｅａｌｅｄ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）を劣化または崩壊させることがある。

擦り剥けを減少させるための従来の方法では、通常、相互に接触する構成部品のための材料として異なるものが用いられている。このようにすると、材料および組立体のコストが高くなり、一部の用途においてデバイスの使用が制限される場合がある。

デバイス内において密封状態を形成して接触した領域に対する擦り剥けまたは他の摩耗に起因する損傷による害を削減させるべく逃がし孔を備えた流体制御デバイス用のシール組立体が開示されている。逃がし孔は、接触した構成部品からの材料、とくに金属材料が集積しうる空間を提供することにより、その材料が、密封状態を形成して接触した領域に進入することを防止するようになっている。たとえば、逃がし孔は、弁体と弁座との間、弁体とケージとの間または弁棒とパッキン組立体との間の密封状態を形成して接触した領域の隣に設けられうる。以下においてこれらの例示的な実施形態がさらに詳細に記載されるが、いうまでもなく、本明細書において教示されている効果を挙げうる流体制御デバイス内の他の領域に、逃がし孔が設けられてもよい。

図１および図２には、単一ポートを有したスライディングステム式のアンバランス弁体型制御弁１０が示されており、この弁１０は、流入口１４と流出口１６とが形成されている弁箱１２を備え、流入口１４から流出口１６までの流体の流れを制御するようになっている。弁座１８は、弁箱１２に連結され、流路が貫通しているオリフィス２０が形成されている。図示されている実施形態では、弁座１８はネジ接続により弁箱１２に連結されているが、他の公知の結合方法が用いられてもよい。弁座１８の上部にはシール面２２が形成されており、当該シール面は、例示的な実施形態では、円錐台形状を有している。弁座１８の下部には円筒形状の内面２４が形成されている。

スロットル部材組立体２６は、弁座のオリフィス２０を通って流れる流体を制御するために、弁箱の上側ポート２８を通って挿入されるようになっている。スロットル部材組立体２６は、弁棒３２に連結された弁体３０の如きスロットル部材を備えている。弁体３０は、弁座のシール面２２に合致するように形成された合わせ面３４を備えており、これにより、合わせ面３４は、図２に示されているように弁体３０が閉弁位置にあるときに主要なシールを形成するために、シール面２２と密封状態を形成すべく係合（ｓｅａｌｉｎｇｌｙ ｅｎｇａｇｅ）するようになっている。また、弁体３０は、弁座の内面２４に摺動可能に係合するためのサイズに形成された円筒形状の外面３６をさらに備えている。この実施形態では、弁座１８の内面２４および弁体３０の外面３６が、第一の案内面および第二の案内面を提供しており、これらの面により、スロットル部材組立体２６が閉弁位置に移動するにつれて、弁体の合わせ面３４が弁座のシール面２２の方向に向けて案内されるようになっている。

図１に示されている実施形態では、弁体３０は、外面３６から下方に向かって延びている流れを特徴付けするための脚部３８をさらに備えている。脚部３８は、それらの間にギャップ４０を形成する形状に形成され、これにより、当該技術分野において周知となっているように、スロットル部材組立体２６が部分的にのみ開いているときに所望の流れ特性が得られるようになっている。いうまでもなく、本発明の技術範囲から逸脱することなく、特徴付けするための脚部３８を有しているまたは有していない他のタイプの弁体が用いられてもよい。

弁棒３２は、弁体３０の上面から、弁箱の上側ポート２８を通って延びている。弁棒３２の自由端４２は、スロットル部材組立体２６に推進力を与えるアクチュエータ（図示せず）に連結されるように構成されている。

ボンネット組立体４３は、上側ポート２８を密閉しかつ弁棒３２と一緒に密封状態を形成するために、弁箱１２に連結されている。ボンネット組立体４３は、弁箱１２に着脱可能に連結されている締結部材の如きボンネット４４を備えている。ボンネット４４は、パッキン室５０と首部５２とが形成されている内孔４８を備えている。以下に図５の実施形態に関連してさらに詳細に記載されているように、首部５２は、移動中のスロットル部材組立体２６を案内するために、弁棒３２と摺動可能に係合しうる。弁棒３２とボンネットの内孔４８との間からの液体の漏洩を防止すべくこれらの間を密封状態にするために、パッキン組立体５４をパッキン室５０の中に挿入しうる。

たとえば擦り剥けにより遊離された材料が主要シール領域に進入する危険性を減らすために、逃がし孔５６が弁座１８に形成されている。図１および図２に示されているように、逃がし孔５６は、弁体の外面３６と弁座の内面２４との間にギャップを形成するおおむね環状の溝として形成されている。逃がし孔５６は、スロットル部材組立体２６の動作中に遊離されうる又は移送されうる、弁体３０、弁座１８または他の構成部品からの材料を受け入れるための十分な容積を有している。

例示的な実施形態では、逃がし孔５６は、シール面２２および合わせ面３４により形成されている主要シール領域と、弁体の外面３６および弁座の内面２４により形成されている案内面との間に設けられている。したがって、通常案内面の領域において発生しうる擦り剥け、摩耗または他の原因により遊離される材料が、逃がし孔５６に集積されることにより、主要シールの崩壊が回避されるようになっている。逃がし孔５６に堆積された材料は、プロセス流体の流れによって取り除かれてもよいし、または、無期限に逃がし孔に留まったままにされてもよい。例示的な実施形態では、主要シールの直ぐ隣に設けられている逃がし孔５６が示されているが、いうまでもなく、逃がし孔５６は、案内面またはシール面の近傍にある限り、他の位置に設けられてもよい。さらに、逃がし孔５６が弁座１８に形成されるものとして示されているが、これに加えてまたはこれに代えて、逃がし孔５６が弁体３０に設けられてもよい。したがって、３１６ステンレススチール、３０４Ｌステンレススチール、ステンレススチール合金２０など如き、同一の又は同等の材料が弁座１８および弁体３０に用いられてもよい。

図３および図４には、ケージ型トリムとバランス弁体とを備えている弁１１０の中に組み入れられているシール組立体にかかる他の実施形態が示されている。弁１１０は、流入口１１４および流出口１１６が形成されている弁箱１１２を備えており、流入口１１４から流出口１１６へ流れる流体の流れを制御するようになっている。弁座１１８は、弁箱１１２に連結され、流路が通り抜けるオリフィス１２０が形成されている。先の場合と同様に、弁座１１８がネジ接続により弁箱１１２に連結されているものとして示されているが、他の公知のタイプの接続部材が用いられてもよい。弁座１１８はシール面１２２を備えている。

スロットル部材組立体１２６およびケージ１６０は、弁座のオリフィス１２０を通って流れる流体の流れを制御するために、弁箱１１２の上側ポート１２８を通って挿入されるようになっている。ケージ１６０は、弁箱の上側ポート１２８に連結され、上側ポート１２８を実質的に密閉するフランジ１６２を備えている。円筒形状の壁１６４は、フランジ１６２から下方に向かって延び、組み立てたときに弁座１１８から間隔をおいて位置することによりその間を流体が流れることを可能とする下縁部１６６を有している。また、円筒形状の壁１６４は、内面１６８を備えている。また、ケージ１６０は、内部に中心孔１７２が形成されているボス１７０を備えている。中心孔１７２は、内面１６８と実質的に同心となっており、パッキン室１５０および首部１５２が形成されている。

スロットル部材組立体１２６は、流体流路内で移動可能なスロットル部材を備えている。弁体１３０の如きスロットル部材は、弁棒１３２に連結されており、当該弁棒１３２は、弁体１３０の上面から、弁箱の上部１２８を通って延びている。弁棒１３２の自由端１４２は、スロットル部材組立体１２６に推進力を与えるアクチュエータ（図示せず）に連結するように構成されている。弁体１３０の下部は、弁座のシール面１２２に合致するような形状に形成された合わせ面１３４を備えており、これにより、合わせ面１３４は、弁体１３０が閉弁位置にあるときに主要シールを形成するために、シール面１２２と密封状態を形成して係合（ｓｅａｌｉｎｇｌｙ ｅｎｇａｇｅ）するようになっている。また、弁体１３０はバランスポート１３３をさらに備えており、当該バランスポート１３３により、ケージ１６０と弁体１３０の上面により形成される上室１３５の中に流体が流れ込むことが可能となっている。

弁体１３０は、ケージの内面１６８と摺動可能に係合するサイズに形成されている外面１３６を形成している案内リング１３７を備えている。この実施形態では、案内リング１３７およびケージの内面１６８は、スロットル部材組立体１２６が閉弁位置に移動するにつれて、弁体の合わせ面１３４を弁座のシール面１２２の方向に向けて案内するように構成されている第一の案内面および第二の案内面を提供している。

また、弁体１３０は、ケージ１６０と弁体１３０との間の第二の流路からの流体の漏洩を防止するためのシールリング１３９をさらに備えている。また、シールリング１３９は、おおむね円筒形状を有し、ケージの内面１６８と摺動可能に係合しかつそれと一緒に密封状態を形成するサイズに形成された第二の合わせ面１４１が形成されている。シールリング１３９は、ケージの内面１６８に沿って摺動することを可能とすると同時に金属ケージ材料と一緒に適切に密閉状態を形成する材料から構成されうる。使用可能な材料には、デュポン社により販売されているＴＥＦＬＯＮ（登録商標）製品の如きフッ素系ポリマー樹脂、グラファイト材料またはニトリルゴムが含まれる。

シールリング１３９とケージの内面１６８との間で接触している第二のシール面に遊離材料が進入する危険性を減らすために、第一の逃がし孔１５６が弁体１３０に形成されている。図４に最も分かり易く示されているように、逃がし孔１５６は、弁体１３０の中間凹部１５８により形成されている。中間凹部１５８は、おおむね環状の溝を形成し、当該環状の溝は、スロットル部材組立体１２６の動作中に遊離されうる又は移送されうる、弁体１３０、ケージ１６０または他の弁構成部品からの材料を受け入れるための十分な容積を有している。図示されている実施形態では、第一の逃がし孔１５６が案内リングとシールリングとの間に位置づけされているが、図１および図２の実施形態に関連して先に記載されている他の部位が用いられてもよい。

さらにシールリング１３９とケージの内面１６８との間において密封状態が形成されている接触領域をさらに保護するために、第二の逃がし孔１９０がさらに設けられてもよい。図３および図４に示されているように、第二の逃がし孔１９０は、弁体１３０のうちの直径が小さくなっている上部１９２により形成されている。第一の逃がし孔１５６の場合と同様、第二の逃がし孔１９０により、擦り剥け、摩耗または他の原因により解放される材料を受け入れうる、弁体１３０とケージの内面１６８との間のギャップが形成されている。

図５には、流体制御デバイスに用いられるシール組立体の他の実施形態が示されている。詳細にいえば、図５は、パッキン組立体２１０と弁棒２１１との間において密封状態に形成されている接触領域の断面を示す拡大図である。弁棒２１１は、スロットル部材（図示せず）を備えているスロットル部材組立体のうちの一部である。ボンネット２１２は、弁箱（図示せず）に連結されてもよいことに加えて、弁棒２１１を受け入れるためのサイズに形成された中心孔２１４を備えている。中心孔２１４は、パッキン室２１８と、首部２２０と、収納室２２２とを形成している。パッキン組立体２１０は、弁棒２１１と中央孔２１４との間を密封してその間から流体が漏洩することを防止するために、パッキン室２１８の中に挿入されうる。

図示されているパッキン組立体２１０は、Ｖ字形のパッキン２３０と、雄型補助部材２３２と、雌型補助部材２３４と、上側および下側の非押し出しリング２３６と、パッキンボックスリング２３８とを備えているが、本発明の技術範囲から逸脱することなく他の公知のパッキンボックス構成部品が用いられてもよい。動作において、パッキン組立体２１０は、Ｖ字型のリング２３０の内側合わせ面２４０が弁棒２１１の外側シール面２４２と密封状態を形成して係合するよう、圧縮されるようになっている。Ｖ字型のリング２３０の材料は、弁棒の摺動を可能とするとともに、弁棒に対して優れたシールを提供するように選択される。

軸受リング２４６は、移動行程中に弁棒２１１をさらに案内するために、収納室２２２の中に挿入されるようになっている。したがって、軸受リング２４６は、弁棒の摺動を可能とするものの弁棒２１１の外面に密接に合致（ｆｉｔ）する内面２４８を備えている。したがって、内面２４８および弁棒の外面は、スロットル部材組立体の摺動運動を導くための案内面を提供している。

遊離された材料を受け入れるための逃がし孔２５０が内面２４８の隣に形成され、これにより、パッキン組立体／弁棒のシールを劣化させる危険性が軽減されている。逃がし孔２５０は、内面２４８の拡大された直径部分として形成され、これにより、環状の溝が形成されている。この溝は、動作中に遊離された弁材料を受け入れるための十分な容積を有した、軸受リングの内面２４８と弁棒の外面との間のギャップを形成している。この実施形態では、逃がし孔２５０は、軸受リングの内面２４８と弁棒の外面とによって形成された案内面の直ぐ隣に位置しており、パッキン組立体と弁棒との間において密封状態に形成されている接触領域からわずかに間隔をおいて設けられている。

先の詳細な記載は、明確さと理解とのためのみを意図したものであり、当業者にとって変形が明らかであるので、不必要な制限を読み取るべきではない。

弁体と弁座との間の接触面の隣に設けられた逃がし孔を有する流体制御デバイスの断面を示す側面図である。 図１の逃がし孔の詳細を示す拡大図である。 弁体と弁座との間に設けられた逃がし孔を有する他の流体制御デバイスの断面を示す側面図である。 図３の逃がし孔の詳細を示す拡大図である。 弁棒およびパッキン組立体の隣に設けられた逃がし孔を有する他の流体制御デバイスの断面を示す側面図である。

Claims (24)

1. 流体圧力制御デバイスであって、
   流入口、流出口、および、前記流入口から前記流出口まで延びている流体流路が形成されている弁箱と、
   前記弁箱に連結され、シール面および第一の案内面が形成されている案内部材と、
   前記流体流路内に設置可能な弁体を有しているとともに、弁棒に連結されている弁体組立体とを備えており、
   前記弁体組立体には、前記案内部材の前記シール面と一緒に密封状態を形成するように構成された合わせ面と、前記案内部材の前記第一の案内面を摺動可能に係合するサイズに形成された第二の案内面とが形成されており、
   前記第一の案内面および前記第二の案内面の隣にある前記案内部材および前記スロットル部材組立体のうちの少なくとも１つに、逃がし孔が形成されてなる、流体圧力制御デバイス。
2. 前記逃がし孔が、前記弁体組立体および前記案内部材のうちの少なくとも１つの表面から取り除かれた材料を受け取るのに十分な容積を有した溝として形成されてなる、請求項１記載の流体圧力制御デバイス。
3. 前記案内部材が、前記シール面および前記第一の案内面が形成された弁座を備え、前記弁体には、前記合わせ面および前記第二の案内面が形成され、前記弁体の前記合わせ面が、前記弁体が閉弁位置にあるとき、前記弁座の前記シール面と密封状態を形成して係合するように構成されてなる、請求項１記載の流体圧力制御デバイス。
4. 前記逃がし孔が、前記弁座の前記シール面および前記弁体の前記合わせ面の隣にさらに位置づけされてなる、請求項３記載の流体圧力制御デバイス。
5. 前記案内部材が、前記シール面および前記第一の案内面を形成する内面を有したケージを備えてなる、請求項１記載の流体圧力制御デバイス。
6. 前記弁体組立体が、前記ケージの前記内面を摺動可能に係合して前記第二の案内面を形成するためのサイズに形成された案内リングと、前記ケージの前記内面を摺動可能に係合し該内面と一緒に密封状態を形成して前記合わせ面を形成するためのサイズに形成された外面を有しているシールリングとを備えてなる、請求項５記載の流体圧力制御デバイス。
7. 前記弁体の第一の凹部が前記逃がし孔を形成してなる、請求項６記載の流体圧力制御デバイス。
8. 前記弁体の前記第一の凹部が前記シールリングの隣に位置づけされてなる、請求項７記載の流体圧力制御デバイス。
9. 前記弁体の前記第一の凹部が前記案内リングと前記シールリングとの間に位置づけされてなる、請求項７記載の流体圧力制御デバイス。
10. 前記シールリングのうちの前記弁体の前記第一の凹部とは反対側に形成された前記弁体の第二の凹部により形成される第二の逃がし孔をさらに備えてなる、請求項８記載の流体圧力制御デバイス。
11. 前記案内部材がシール面および第一の案内面が形成されているパッキン組立体を備え、前記弁棒が、前記合わせ面および前記第二の案内面を形成している外面を備えてなる、請求項１記載の流体圧力制御デバイス。
12. 前記シール面および前記第一の案内面が前記パッキン組立体の同一の内面により形成され、前記合わせ面および前記第二の案内面が前記弁棒の前記外面のうちの同一の部分により形成されてなる、請求項１１記載の流体圧力制御デバイス。
13. 流入口、流出口、および、前記流入口から前記流出口まで延びている流体流路が形成されている弁箱を有している流体圧力制御デバイスのためのシール組立体であって、
    前記弁箱に連結され、シール面および第一の案内面が形成されている案内部材と、
    前記流体流路内に設置可能なスロットル部材を有しているスロットル部材組立体とを備えており、
    前記スロットル部材組立体には、前記案内部材の前記シール面と一緒に密封状態を形成するように構成された合わせ面と、前記案内部材の前記第一の案内面を摺動可能に係合するサイズに形成された第二の案内面とが形成されており、
    前記第一の案内面および前記第二の案内面の隣にある前記案内部材および前記スロットル部材組立体のうちの少なくとも１つに、逃がし孔が形成されてなる、流体圧力制御デバイス。
14. 前記逃がし孔が、前記スロットル部材組立体および前記案内部材のうちの少なくとも１つの表面から取り除かれた材料を受け取るための十分な容積を有している溝として形成されてなる、請求項１３記載のシール組立体。
15. 前記案内部材が、前記シール面および前記第一の案内面が形成された弁座を備え、前記スロットル部材が、前記合わせ面および前記第二の案内面が形成された弁体を備え、前記弁体の前記合わせ面が、前記弁体が閉弁位置にあるとき、前記弁座の前記シール面と密封状態を形成して係合するように構成されてなる、請求項１３記載のシール組立体。
16. 前記逃がし孔が、前記弁座の前記シール面および前記弁体の前記合わせ面の隣にさらに位置づけされてなる、請求項１５記載のシール組立体。
17. 前記案内部材が、前記シール面および前記第一の案内面を形成する内面を有したケージを備え、前記スロットル部材が前記合わせ面および前記第二の案内面が形成された弁体組立体を備えてなる、請求項１３記載のシール組立体。
18. 前記弁体組立体が、前記ケージの前記内面を摺動可能に係合して前記第二の案内面を形成するためのサイズに形成された案内リングと、前記ケージの前記内面を摺動可能に係合し該内面と一緒に密封状態を形成して前記合わせ面を形成するためのサイズに形成された外面を有しているシールリングとを備えてなる、請求項１７記載のシール組立体。
19. 前記弁体の第一の凹部が前記逃がし孔を形成してなる、請求項１８記載のシール組立体。
20. 前記弁体の前記第一の凹部が前記シールリングの隣に位置づけされてなる、請求項１９記載のシール組立体。
21. 前記弁体の前記第一の凹部が前記案内リングと前記シールリングとの間に位置づけされてなる、請求項１９記載のシール組立体。
22. 前記シールリングのうちの前記弁体の前記第一の凹部とは反対側に形成された前記弁体の第二の凹部により形成される第二の逃がし孔をさらに備えてなる、請求項２０記載のシール組立体。
23. 前記案内部材が、前記シール面および前記第一の案内面が形成されているパッキン組立体を備え、前記スロットル部材組立体が、前記スロットル部材に連結され、前記合わせ面および前記第二の案内面を形成している外面を有している弁棒を備えてなる、請求項１３記載のシール組立体。
24. 前記シール面および前記第一の案内面が前記パッキン組立体の同一の内面により形成され、前記合わせ面および前記第二の案内面が前記弁棒の前記外面のうちの同一の部分により形成されてなる、請求項２３記載のシール組立体。

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