JP2012013143A - Shaft seal structure of high-pressure rotary valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転弁の軸封構造に関し、特に、水素ステーションなどの高圧ガス（水素）などを流す場合に好適な高圧用回転弁の軸封構造に関する。 The present invention relates to a shaft seal structure of a rotary valve, and more particularly to a shaft seal structure of a high pressure rotary valve suitable for flowing a high-pressure gas (hydrogen) or the like such as a hydrogen station.
従来より、配管ライン等に設置されたバルブにおいて、特に、流体が高圧ガスなどの高圧流体である場合、その流体圧などにより軸装部上端部からボデー内の流体が漏れることがあり、更に、バルブの開閉操作に伴うステムの回動や摺動により、ステムパッキンが緩んで流体漏れの危険性がより高まることがある。このような軸装部からの流体漏れを防ぐために、高圧流体用のバルブは、軸装部のシール性を高め、軸装部内のパッキンを増し締め可能になっている。 Conventionally, in a valve installed in a piping line or the like, particularly when the fluid is a high pressure fluid such as a high pressure gas, the fluid in the body may leak from the upper end of the shaft mounting portion due to the fluid pressure, etc. The stem packing may be loosened due to the turning or sliding of the stem accompanying the opening / closing operation of the valve, which may further increase the risk of fluid leakage. In order to prevent such fluid leakage from the shaft mounting portion, the high-pressure fluid valve enhances the sealing performance of the shaft mounting portion and can tighten the packing in the shaft mounting portion.
この種のバルブとして、例えば、図４に示した軸封部を有する回転バルブが知られている。この回転バルブ１は、ボール弁体２の収容部分であるボデー部３が複数のピースから成っており、このボデー部３は、固着ボルト４の螺着により一体化されている。ボデー部３内には、積層されたＶパッキン体５と押えボルト６とが設けられ、ボデー部３に形成された軸装部７内にステム部８が配設され、このステム部８の外周側にＶパッキン体５が装着され、この上から押えボルト６が螺着され、この押えボルト６によりＶパッキン体５が増し締め可能に設けられた軸封構造になっている。この軸装構造により、ステム部８の外周囲がＶパッキン体５によりシールされ、押えボルト６の締付けによりＶパッキン体５に荷重を加えてシール性を高めたり、増し締めできるようになっている。
また、特許文献１のバルブ装置においては、弁軸ケーシングと弁軸との間にグランドパッキンが設けられ、このグランドパッキンが保持手段により保持されて軸封機能を発揮するようになっている。
これらのバルブは、分割したボデーの側方から弁体や弁座を装着するようにした、いわゆる、サイドエントリ型の回転弁である。
As this type of valve, for example, a rotary valve having a shaft seal shown in FIG. 4 is known. In the rotary valve 1, a body portion 3, which is a housing portion for the ball valve body 2, is composed of a plurality of pieces. The body portion 3 is integrated by screwing a fixing bolt 4. In the body portion 3, a stacked
Further, in the valve device of Patent Document 1, a gland packing is provided between the valve shaft casing and the valve shaft, and this gland packing is held by a holding means so as to exhibit a shaft sealing function.
These valves are so-called side entry type rotary valves in which a valve body and a valve seat are mounted from the side of the divided body.
一方、単一ピース構造のボデーを有し、ボデー上部の開口部にステムを装着したカバー体を装着した、いわゆる、トップエントリ型の回転弁が知られており、この種の回転弁として、例えば、特許文献２のボールバルブが開示されている。このボールバルブは、弁体が一、二次側シートリングにより軸装方向に支持された構造になっている。
同文献２のボールバルブと異なる構造のトップエントリ型の回転弁として、カバー体の下方にステムの鍔部を係止する構造を有し、この鍔部により弁体が軸装方向に支持されたものがある。
これらのバルブを高圧下で使用可能にするためには、流体圧などに対して充分な強度が得られる構造に設ける必要がある。
On the other hand, there is known a so-called top entry type rotary valve having a single piece structure body and having a cover body with a stem attached to the opening of the upper part of the body. Patent Document 2 discloses a ball valve. This ball valve has a structure in which a valve body is supported in a shaft mounting direction by a secondary seat ring.
As a top entry type rotary valve having a structure different from that of the ball valve of the same document 2, it has a structure in which a collar portion of the stem is locked below the cover body, and the valve body is supported in the shaft mounting direction by this collar portion. There is something.
In order to be able to use these valves under high pressure, it is necessary to provide them in a structure capable of obtaining sufficient strength against fluid pressure.
しかしながら、強度を確保するために、特許文献１や図４のような複数ピース構造のボデーからなるサイドエントリ型の回転弁とすると、ボデーをねじ込みにより構成する場合、高圧用バルブでは、所定のねじ強度を確保するためにねじ径を大きくする必要があるために、ボデーが大型化することになる。図４において固着ボルト４によりボデー部３を構成する場合には、押えボルト６との干渉を回避するためにボデー部３が大型のものとなり、固着ボルト４と押えボルト６とが干渉して組立性も悪くなる。
However, in order to ensure the strength, when a side entry type rotary valve composed of a body having a multi-piece structure as in Patent Document 1 or FIG. 4 is used, when the body is configured by screwing, a high-pressure valve has a predetermined screw. Since it is necessary to increase the screw diameter in order to ensure the strength, the body is increased in size. 4, when the body portion 3 is constituted by the fixing bolt 4, the body portion 3 becomes large in order to avoid interference with the
更に、図４の回転バルブ１は、ステム部８の鍔部９によってＶパッキン体５以外の部品でスラスト方向への荷重を支えてこのＶパッキン体５を保護しようとする構造であるため、回転運動する鍔部９と支持部分との間に摩擦摺動が起こり、この摩擦摺動によっても部品が破損したり操作トルクが上昇していた。鍔部９をボデー部３内部に当接させてステム部８の飛び出しを防止する構造であることから、上部側より内部部品を保守したり交換したりすることが難しいという問題もあった。
Further, the rotary valve 1 in FIG. 4 is structured to support the load in the thrust direction with parts other than the
しかも、Ｖパッキン体５のみによる軸封構造であることによってシールポイントが不明確になり、この回転バルブにリークポートを設ける場合、リークポートの設置箇所がＶパッキン体５よりも外側に限定されることになり、高さ方向の寸法が大型化していた。バルブ上面にはハンドル１０や図示しないアクチュエータが取付けられるため、軸シール部分の漏れの検出箇所をこの位置に設けることは困難になっている。
In addition, since the shaft seal structure using only the
一方、トップエントリ型の回転弁は、カバー体をボデー上方より装着する構造によりバルブの大型化を回避することはできるが、同文献２のように弁体がシートリングで軸装方向に支持された構造の場合、ステムのスラスト方向の荷重によってグランドパッキンが押し潰されて充分な封止性能を発揮できなくなることがあった。更に、操作時においては、必要以上にグランドパッキンが押し潰されて操作トルクが増大していた。
カバー体の下方にステム鍔部を係止する構造の回転弁の場合には、カバー体にステムシール部を形成する必要があり、バルブが大型化していた。
On the other hand, the top entry type rotary valve can avoid an increase in size of the valve by a structure in which the cover body is mounted from above the body, but the valve body is supported in the axial direction by the seat ring as in the literature 2. In the case of the above structure, the gland packing may be crushed by the load in the thrust direction of the stem, and sufficient sealing performance may not be exhibited. Furthermore, at the time of operation, the gland packing was crushed more than necessary, and the operating torque was increased.
In the case of a rotary valve having a structure in which the stem collar portion is locked below the cover body, it is necessary to form a stem seal portion on the cover body, and the valve is enlarged.
本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、バルブ全体の強度向上を図りつつコンパクト性を維持でき、封止性能と操作性能を向上させ、内部部品の損傷を抑えつつ組立・分解を容易にしてシール性能を維持でき、軸シール部分の漏れを容易に検出して高圧流体の漏れを確実に防止できる高圧用回転弁の軸封構造を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to maintain compactness while improving the strength of the entire valve, to improve sealing performance and operation performance, Providing a shaft seal structure for high-pressure rotary valves that can easily prevent assembly and disassembly while maintaining internal seal performance while preventing damage to internal components, and that can easily detect leaks in the shaft seal and prevent high-pressure fluid from leaking. There is to do.
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、バルブ本体に設けた弁体をパッキンを軸装したステムを介して回動させる高圧用回転弁の軸封構造であって、パッキンのバルブキャビティ側にパッキン座金を設け、このパッキン座金にかかる高圧流体用スラスト荷重をバルブ本体の一部で支受けした高圧用回転弁の軸封構造である。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a shaft sealing structure of a high-pressure rotary valve for rotating a valve body provided on a valve body through a stem on which a packing is mounted, and the valve of the packing This is a shaft seal structure for a high-pressure rotary valve in which a packing washer is provided on the cavity side and a thrust load for high-pressure fluid applied to the packing washer is supported by a part of the valve body.
請求項２に係る発明は、パッキンは、Ｕ形等の自封性パッキンであり、このパッキンをバルブ本体の上方開口部に固着したグランドで支持し、このグランドの下面でパッキン座金のスラスト荷重を支受けした高圧用回転弁の軸封構造である。 In the invention according to claim 2, the packing is a self-sealing packing such as a U shape, and the packing is supported by a gland fixed to the upper opening of the valve body, and the thrust load of the packing washer is supported by the lower surface of the gland. The shaft seal structure of the received high pressure rotary valve.
請求項３に係る発明は、パッキン座金は、有底の円筒体であり、この円筒体内にパッキンを装入した高圧用回転弁の軸封構造である。 The invention according to claim 3 is the shaft seal structure of the high-pressure rotary valve in which the packing washer is a bottomed cylindrical body, and the packing is inserted into the cylindrical body.
請求項４に係る発明は、パッキン座金の外周面の下部と、自封性パッキンの内外周面下部にそれぞれＯリングを装着した高圧用回転弁の軸封構造である。 The invention according to claim 4 is the shaft seal structure of the high pressure rotary valve in which the O-ring is mounted on the lower portion of the outer peripheral surface of the packing washer and the lower portion of the inner peripheral surface of the self-sealing packing.
請求項５に係る発明は、ステムの鍔部とパッキン座金との間に軸受を介在させた高圧用回転弁の軸封構造である。
The invention according to
請求項６に係る発明は、パッキン座金の上端にリーク導通用の切欠溝とこれと連通するリークポートをパッキン座金の側面に位置するバルブ本体に形成した高圧用回転弁の軸封構造である。
The invention according to
請求項１に係る発明によると、バルブキャビティ側にパッキン用のパッキン座金を設けることによりトップエントリ型構造のバルブボデーとし、このバルブボデーをワンピース構造とすることでバルブ全体の強度を向上させつつコンパクト性を発揮し、このパッキン座金によってパッキンの潰れを防止することで封止性能と操作性とを向上させ、内部部品の損傷を抑えつつ組立・分解を容易にしてこの内部部品の交換も容易となり高いシール性能を維持でき、軸シール部分の漏れを容易に検出できることで高圧流体であっても漏れを確実に防止できる。 According to the first aspect of the present invention, a packing body washer for packing is provided on the valve cavity side to form a top entry type valve body, and the valve body is made into a one-piece structure while improving the overall strength of the valve. This packing washer improves the sealing performance and operability by preventing the packing from being crushed, making it easy to assemble and disassemble while suppressing damage to the internal parts, making it easy to replace the internal parts. High sealing performance can be maintained, and leakage at the shaft seal portion can be easily detected, so that leakage can be reliably prevented even for high pressure fluids.
請求項２に係る発明によると、パッキンにより軸シール部分のシール性を向上でき、このパッキンをバルブ本体の上方開口部に固着したグランドで支持してスラスト荷重を支受けすることでボデー内部に突起部分を設けることなくステムを支えて高シール性と操作性とを確保でき、パッキンの潰れを防ぐことができる。このとき、グランドにより高圧流体の軸装方向への圧力を抑えることができ、このグランドをバルブの呼び径等に応じて寸法設計することでバルブ全体の強度を向上できるため設計が容易になる。 According to the second aspect of the invention, the sealability of the shaft seal portion can be improved by the packing, and the packing is supported by the gland fixed to the upper opening of the valve body, and the thrust load is supported to project inside the body. The stem can be supported without providing a portion to ensure high sealing performance and operability, and the packing can be prevented from being crushed. At this time, the pressure in the shaft mounting direction of the high-pressure fluid can be suppressed by the gland, and the design of the gland can be improved by improving the strength of the whole valve by designing the gland according to the nominal diameter of the valve.
請求項３に係る発明によると、バルブキャビティ内外圧差により発生するステムスラスト方向の荷重が直接パッキンに加わらないようにパッキン座金により保護でき、パッキンの消耗を抑えて高圧流体に対するシール性能を維持できる。 According to the invention of claim 3, it is possible to protect the load in the stem thrust direction generated by the pressure difference inside and outside the valve cavity by the packing washer so that it is not directly applied to the packing, and it is possible to suppress the wear of the packing and maintain the sealing performance against the high pressure fluid.
請求項４に係る発明によると、パッキンにＯリングを加えた複合シール構造とすることで軸装部分のシール性能を更に高めることができ、流体が低圧から高圧までの微細な粒子のガス体である場合にもこのガス体を確実に封止できる。 According to the invention which concerns on Claim 4, the sealing performance of a shaft mounting part can further be improved by setting it as the composite seal structure which added O-ring to packing, The fluid is a gas body of the fine particle from a low pressure to a high pressure. Even in some cases, this gas body can be reliably sealed.
請求項５に係る発明によると、ステムの鍔部とパッキン座金との間にスラスト玉軸受、ニードルベアリング等のころ軸受、滑り軸受などの軸受を設けることにより、ステムからパッキン座金に働こうとするスラスト方向の摩擦を緩和させることができ、この軸受によりパッキン座金に対してステムのスムーズな回転が可能になって操作性を向上させ、かつ、パッキンの消耗を抑えている。
According to the invention which concerns on
請求項６に係る発明によると、リーク導通用の切欠溝を介してリークポートまで案内させることでバルブ上面側へのリークを防ぎ、このリークポートを介してリークの有無やそのリーク量を検出することで容易に軸シール漏れを確認できる。このとき、軸シール部分からリークした流体がグランド付近で滞留して高圧になることも防止し、安全性を高めている。更に、このときＯリングによる複合シール構造とした場合には、このＯリングによるパッキン、パッキン座金のシールポイントを設けることができるため、リークポートの形成位置をこのシールポイントよりも上方側のパッキンと略同じ高さにすることができ、バルブの高さ方向の寸法を抑えてバルブ全体をコンパクト化することも可能になる。 According to the sixth aspect of the present invention, leakage to the top surface of the valve is prevented by guiding it to the leak port through the notch groove for leak conduction, and the presence / absence of the leak and the amount of the leak are detected via the leak port. This makes it easy to check for shaft seal leakage. At this time, the fluid leaking from the shaft seal portion is prevented from staying in the vicinity of the gland and becoming a high pressure, thereby improving safety. Further, in this case, when a composite seal structure using an O-ring is used, a seal point for a packing and a packing washer using this O-ring can be provided. Therefore, a leak port is formed at a position above the seal point. The height can be made substantially the same, and the overall height of the valve can be reduced by reducing the dimension in the height direction of the valve.
以下に、本発明における高圧用回転弁の軸封構造の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、高圧用回転弁の一例を示しており、図２においては、図１の軸封部位を示している。ここで、本実施形態における高圧とは、例えば、３５ＭＰａ以上であり、水素ステーション用の配管設備では７０〜１０５ＭＰａ、具体的には９０ＭＰａを想定している。 Hereinafter, an embodiment of a shaft sealing structure of a high-pressure rotary valve in the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a high-pressure rotary valve, and FIG. 2 shows the shaft seal portion of FIG. Here, the high pressure in the present embodiment is, for example, 35 MPa or more, and 70 to 105 MPa, specifically 90 MPa is assumed in the piping equipment for the hydrogen station.
本発明におけるバルブ本体２０は、ボール２１、ステム２２、パッキン２３、パッキン座金２４、軸受２５、グランド２６、ブッシュ２７を有し、バルブ本体２０のボデー本体２８内に設けたボール２１をステム２２を介して回動させて開閉し、このステム２２にパッキン座金２４に装入されたパッキン２３が軸装された軸封構造になっている。
The
図１に示すように、ステム２２は、ボデー本体２８内のバルブキャビティ２９から大気圧部分であるボデー本体２８の外方側まで貫通するように設けられ、このステム２２には、軸径の面積に対して働く流体圧力によりスラスト方向の荷重がかかるようになっている。ステム２２には鍔部３０が形成され、この鍔部３０を介して、軸受２５によりスラスト方向の荷重が加わるようになっている。
軸受２５は、例えば、スラスト玉軸受、ニードルベアリング等のころ軸受、滑り軸受などからなり、鍔部３０とパッキン座金２４との間に介在され、パッキン座金２４によって保持される。
As shown in FIG. 1, the
The
パッキン座金２４は、円筒部３１と底部３２とを有する有底の円筒体から成り、この円筒体形状によって内側にパッキン２３が装入可能に設けられている。これにより、パッキン座金２４内にパッキン２３が装入されたときには、パッキン２３のキャビティ２９側にパッキン座金２４が配設される。パッキン座金２４の上端には、リーク導通用の切欠溝３３が形成されている。
The packing
パッキン座金２４には高圧流体用スラスト荷重が加わるようになっており、このスラスト荷重は、バルブ本体２０の一部であるグランド２６により支受けされている。パッキン座金２４は、底部３２に形成された貫通穴部３４の内周縁３４ａにステム２２外周が回転接触するため、摺動性が良く、例えばステンレス製であるステムと、かじることなく、且つ座屈に対する高い強度を有するアルミブロンズ等の材料により形成されることが望ましい。
A thrust load for high pressure fluid is applied to the packing
パッキン座金２４に装入されるパッキン２３は、本実施形態においては、自封性を有する積層Ｖパッキンからなっているが、自封性を有するものであれば、断面Ｕ形などの任意の形状に形成することもできる。パッキン座金２４の外周面の下部と、パッキン２３の内外周面の下部には環状溝２３ａ、２４ａがそれぞれ形成されている。この環状溝２３ａ、２４ａには、シール用Ｏリング３５と、このＯリング３５の上面側に樹脂製バックアップリング３６が２重に重ねて装着され、パッキン座金２４の内外周面の下部と、パッキン２３の内周面下部にＯリング３５、バックアップリング３６がそれぞれ配設される。
In the present embodiment, the packing 23 inserted into the packing
バックアップリング３６は、例えば、一般的に用いられるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等であればよく、Ｏリング３５が一般的なゴム製である場合、バックアップリング３６を金属よりも軟らかい材質とすることでＯリング３５を保護できる。このように、バックアップリング３６を設けることで二重シール構造とし、この二重シール構造によりシール性を向上させている。更に、バックアップリング３６の二次側がパッキン２３であることにより、一層高いシール性を発揮できる。
The
パッキン座金２４の外周側では、ステム２２の鍔部３０側から順に、ゴム製のＯリング３５、ＰＴＦＥ製の下側バックアップリング３６、ＰＥＥＫ製の上側バックアップリング３６としている。この場合、各部品の弾性力を、Ｏリング３５の弾性力＞下側バックアップリング３６の弾性力＞上側バックアップリング３６の弾性力の順に設定しているので、バックアップリング３６によりＯリング３５を保護しつつ、Ｏリング３５のクリープ現象を防止し、所定のシール性を確保している。
パッキン座金の内周側では、パッキン２３のボトムアダプター２３ｂ（ＰＥＥＫ製）が上側バックアップリングと同様の機能を発揮している。
On the outer peripheral side of the packing
On the inner peripheral side of the packing washer, the bottom adapter 23b (manufactured by PEEK) of the packing 23 performs the same function as the upper backup ring.
上記のように、ステム２２の外周側、パッキン２３の外周側、パッキン座金２４の外周側にＯリング３５、バックアップリング３６による軸シール構造が設けられ、ステム２２外周側とパッキン２３外周側は、これらによる複合シール構造となる。この複合シール構造において、ステム２２外周側では、ステム２２が回転することでパッキン２３に対して摺動シールし、パッキン２３外周側、パッキン座金２４外周では固定シールとなるが、ステム２２が何らかの理由によってパッキン２３に対して回転できなくなった場合には、パッキン２３がパッキン座金２４に対して摺動シールしながら回転するようになっている。
As described above, the shaft seal structure by the O-
このとき、流体のシールは、基本的にＯリング３５及びバックアップリング３６でおこなわれるが、流体の圧力によりＯリング３５を構成する材料内にガス体などの流体が入り込んで荷重を受けている間にはシール機能を発揮できていても、流体圧力による荷重が緩和された際にＯリング３５の線径方向に内封されたガス体が放出されて外部に流出するおそれがある。本実施形態においては、この圧力緩和時の漏れを防ぐためにバルブ本体２０内にパッキン２３が設けられている。この場合、パッキン座金２４の外径側に関しては摺動シールになることがないため、Ｏリング３５とバックアップリング３６のみによるシール構造になっている。
At this time, the fluid is basically sealed by the O-
このとき、Ｏリング３５、バックアップリング３６の配設位置をパッキン座金２４の下部としている理由としては、仮に、Ｏリング３５、バックアップリング３６をパッキン座金２４の上部側に設けてシールする構造にした場合、流体の圧力によりパッキン座金２４が変形してパッキン２３のシール性に悪影響を与えるおそれがあるからである。このため、Ｏリング３５、バックアップリング３６を、パッキン２３の外径側のシールポイントよりも下方側としている。
At this time, the reason for arranging the O-
グランド２６は、略円筒状に形成され、環状鍔部３７と蓋部３８とを有している。環状鍔部３７は、パッキン２３が装入されたパッキン座金２４の外周側に嵌合可能になっており、蓋部３８によりパッキン２３とパッキン座金２４の上部側を被蓋可能になっている。グランド２６は、バルブ本体２０の上方開口部３９に形成された装着凹部４１に螺着により一体に固着され、このグランド２６でパッキン２３とパッキン座金２４とを流体圧に抗する方向に押圧し、このグランド２６の下面２６ａでパッキン座金２４のスラスト荷重を支受けしている。このとき、グランド２６がパッキン２３を締め付けることはなく、グランド２６は、その先端側が装着凹部４０の底面側に突き当たることで位置決めされる。このため、パッキン２３は、外部からの荷重ではなく、流体圧力による自己シール機能を発揮する。
The
グランド２６によるパッキン２３の押圧は、パッキン２３の内外周がそれぞれステム２２やパッキン座金２４に接触する程度の押圧力である。これにより、流体圧が各Ｏリング３５を超えてパッキン２３に及んだ際に、このパッキン２３が拡径して所定のシール性能を得ることができる。
従って、本発明の軸封構造では、シール部品に対する外部からの押圧力のみに基づいて所定のシール性を発揮する必要が無いため、回転弁の構造をコンパクトにすることができる。
The pressing of the packing 23 by the
Therefore, in the shaft seal structure of the present invention, it is not necessary to exhibit a predetermined sealing property based only on the pressing force from the outside with respect to the seal component, so that the structure of the rotary valve can be made compact.
グランド２６の上面側には溝状部位が形成され、この溝状部位は、グランド２６着脱の際に治具を係合する、上面視円弧状の溝である。グランド２６の内周面側にはブッシュ２７が装着されており、このブッシュ２７によりステム２２が傾くことが防止されている。
A groove-shaped portion is formed on the upper surface side of the
バルブ本体２０のパッキン座金２４の側面に位置する部位には、外部と連通するリークポート４３が形成され、このリークポート４３は、切欠溝３３を介してバルブ本体２０内と連通している。リークポート４３は、パッキン座金２４に装着されたＯリング３５よりも上部側に設けられている。ステム２２の外径側やパッキン２３の外径より漏れた流体は、切欠溝３３、リークポート４３を介して確実に外部に放出され、バルブ本体２０内に留まることが防がれている。
A
なお、本発明におけるバルブ本体２０は、特に、高圧流体を流す場合に好適であり、ボール２１をシール接触するためのシール機構５０がボール２１の両側位置に配置されたトラニオン型ボール弁の構造になっている。バルブ本体２０のボデー本体２８は、ボデー５１とこのボデー５１の一次側と二次側とにそれぞれ設けられたキャップ部材５２、５２とからなっており、このボデー本体２８にシール機構５０が内装されている。
The
ボデー５１は、略四角形状に形成され、このボデー５１の両側にガスケット５４を挟着した状態でキャップ部材５２、５２が螺着されてボデー本体２８が構成される。キャップ部材５２の内周面には後述するシートリテーナ５５装着用の装着穴５６が設けられ、この装着穴５６にシートリテーナ５５が嵌挿可能に設けられている。この装着穴５６には、後述するシール部材５７装着用の装着溝５８が形成され、この装着溝５８は、シートリテーナ５５の外周面５５ａに位置するボデー本体２８側の内周面２８ａに設けられている。また、装着穴５６には、この装着穴５６よりも拡径した後述するバネ部材５９装着用の拡径溝部６０が形成されている。更に、装着穴５６の他方側には、めねじ部６１が連通して形成され、このめねじ部６１には外部継手６２が螺着可能になっている。なお、キャップ部材５２は、接着や溶着等の接合手段によりボデー５１と一体化することも可能である。
The
シール機構５０は、ボールシート６５、前記したシートリテーナ５５、バネ部材５９、シール部材５７から成っている。このうち、ボールシート６５は、ボール２１のボール面２１ａをシール接触可能な環状に形成されている。
The
シートリテーナ５５は、ボールシート６５をボール２１の所定位置に配置して押圧シールするために設けられ、ボール２１側に配設される拡径部６６と、この拡径部６６よりも縮径した筒部６７とを有している。拡径部６６の先端には溝部６８が形成され、この溝部６８にボールシート６５が装着されている。シートリテーナ５５には内部流路６９が形成されている。
The
シートリテーナ５５における筒部６７は、後述するようにシール部材５７とバックアップリング７０とがボデー本体２８側に配設されていることで同一径の外径でストレート状に形成され、この筒部６７が装着溝５８に嵌挿されることで、シートリテーナ５５が流路方向に移動可能になっている。筒部６７の外周面にはシール部材５７が密着し、シートリテーナ５５の流路方向への移動時にはこのシール部材５７により筒部６７がシールされる。
As will be described later, the
バネ部材５９は、例えば、コイルスプリングからなり、拡径溝部６０と、装着穴５６に嵌挿されたシートリテーナ５５の拡径部６６との間に装着され、このバネ部材５９により、シートリテーナ５５のボールシート６５側に弾発力が付与される。このバネ部材５９は、皿バネであってもよい。
The
シール部材５７は、例えば、ゴム製のＯリングよりなり、バックアップリング７０とともに装着溝５８に装着され、これにより、ボデー本体２８側の内周面２８ａに配設されてシートリテーナ５５の外周面５５ａに配設される。バックアップリング７０は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成される。シール部材５７とバックアップリング７０は、別の材質の材料によって形成されていてもよいが、この場合にも、ゴムやＰＴＦＥと同程度の軟質材料をそれぞれ用いることが好ましく、軟質材料を用いることにより装着溝５８に変形させて装着しやすくなる。シール部材５７は、両側にバックアップリング７０、７０が配置された状態で装着溝５８に装着されてこのバックアップリング７０、７０により両側が保護されている。
The
ボール２１は、上部側に軸部２１ｂと、下部側にトラニオン（ロワステム）２１ｃとを有し、軸受７１を介して軸部２１ｂとロワステム２１ｃとがボデー５１内に回動自在に取付けられる。ボール２１をステム２２により回動操作し、ボール内部に形成された連通孔２１ｄとシートリテーナ５５の内部流路６９とが連通したときには流体を流すことが可能になっている。
The
バルブ本体２０は、上記の構成によってバネ部材５９がシートリテーナ５５に付与する弾発力と、シール部材５７の内径側で設定された流体圧とによりシール機構５０による押圧力を発揮し、いわゆる２重シール方式により高圧流体を封止できる構成になっている。
The
また、図３においては、バルブ作動機の取付け過程を示している。図２、３において、本実施形態のバルブ本体２０のステム２２を軸装した軸装部８０の上面には取付カバー体８１が載置固定され、この取付カバー体８１を介して自動用のアクチュエータ作動機からなるバルブ作動機８２がバルブ本体２０に取付け可能に設けられている。
Further, FIG. 3 shows a process of attaching the valve actuator. 2 and 3, a mounting
取付カバー体８１は、取付開口部８３を有する基板８４と、この基板８４の外周端より垂下させた垂下側板８５とより成り、基板８４にはボルト通し穴８５が形成され、垂下側板８５には位置決め用溝８７、座ぐり穴８８がそれぞれ９０度の間隔で互い違いに形成されている。これにより、位置決め用溝８７、座ぐり穴８８が垂下側板８５に対してそれぞれ２ヶ所ずつ設けられている。
The
一方、バルブ本体２０のボデー５１の軸装部８０上部の外周側は環状に切欠き形成され、これにより環状突部９０が形成されている。環状突部９０の外周面には、バルブ固定ボルト９１、取付ピン９２が螺合可能なめねじ部９３が略９０度の間隔で４ヶ所に均等配置されている。環状突部９０の上面には収納溝９４が形成され、この収納溝９４には、アクチュエータ作動機８２に取付カバー体８１を固定するためのアクチュエータ固定ボルト９５の頭部９６が収納可能になっている。
On the other hand, the outer peripheral side of the upper portion of the
他方、アクチュエータ作動機８２の下部側には取付開口部８３に嵌入可能な環状凸部９７が形成され、アクチュエータ作動機８２の底面側には、アクチュエータ固定ボルト９５が螺着可能な図示しない雌ネジが設けられている。
On the other hand, an
アクチュエータ作動機８２をバルブ本体２０に取付ける場合には、先ず、軸装部８０のめねじ部９２に取付ピン９２を螺着する。この場合、９０度間隔で形成された４ヶ所のめねじ部９２のうち、対向する２ヶ所のめねじ部９２に対して係止ピン９２、９２をそれぞれ図に示すように固定する。
一方、基板８４の取付開口部８３にアクチュエータ作動機８２の環状凸部９７を嵌入して位置決めさせ、かつ、ボルト通し穴８６よりアクチュエータ固定ボルト９５を通してこのアクチュエータ固定ボルト９５を雌ネジに螺合させることにより、アクチュエータ作動機８２の所定の取付位置に取付カバー体８１を螺着する。
When attaching the
On the other hand, the
次に、アクチュエータ作動機８２と一体化させた取付カバー体８１をバルブ本体２０に取付ける。この場合、位置決め用溝８７に軸装部８０上部の外側面に設けた係止ピン９２を係止させて位置決め固定させながら、垂下側板８５の内周側に環状突部９０を嵌合させ、取付カバー体８１を軸装部８０の上面に載置させることで、アクチュエータ作動機８２が軸装部８０の所定位置に搭載される。このとき、アクチュエータ固定ボルト９５の頭部９６は、軸装部上面の収納溝９４に収納される。
Next, the
この状態で、垂下側板８５よりめねじ部９３にバルブ固定用バルブ９１を螺着することで、取付カバー体８１をバルブ本体２０に位置決め固定することができ、この取付カバー体８１を介してアクチュエータ作動機８２をバルブ本体２０の所定位置に正確に位置決め固定できる。そして、アクチュエータ作動機８２を作動させる際には、正確にボール２１を開閉操作できる。
In this state, the mounting
本実施形態では、バルブ作動機として自動用のアクチュエータ作動機８２をバルブ本体２０に取付けた場合を説明したが、これ以外にも、図示しない手動用の手動操作機をバルブ作動機としてバルブ本体２０に取付けるようにしてもよい。この場合、前述の取付カバー体８１と、下端外周にストッパ部が突設形成された図示しない手動用キャップ部材を用いるようにし、この手動用キャップ部材に図示しない手動ハンドルを取付ければよい。
In the present embodiment, a case has been described in which an
手動操作機をバルブ本体２０に取付ける場合には、軸装部８０上面に手動用キャップを載置させ、この手動用キャップ部材をステム２２に連動固定させると共に、この手動キャップ部材に、バルブ固定ボルト９１と係止ピン９２とによりボデー５１に載置固定させた取付カバー体８１の取付開口部８３を嵌合させ、かつ、取付開口部８３の周縁下面側に形成した略９０度の図示しない円弧溝にストッパ部を摺動係止させるようにすればよい。これにより、取付カバー体８１を介して手動用キャップを正確な取付け状態に装着でき、手動ハンドルを介して略９０度の手動操作機を開閉操作することにより、アクチュエータ作動機８２の場合と同様に正確にボール２１を開閉できる。
When the manual operating machine is attached to the valve
続いて、本発明の高圧用回転弁の軸封構造の上記実施形態における動作を説明する。流体（ガス体）がバルブ本体２０内を流れ、キャビティ２９内に入ってこのキャビティ２９内の圧力が上昇したときに、Ｏリング３５、バックアップリング３６、パッキン２３によりこの流体が封止される。このような圧力が負荷された状態でにおいて、ボール２１を開閉するためにステム２２を回転させると、このステム外周側に設けられているＯリング３５、バックアップリング３６、パッキン２３は、摺動面にて摺動シールした状態となる。このとき、パッキン２３の外径側に回り込んだガス体は、パッキン座金２４との間でシールされることになるが、ステム２２周りのシール面が摺動している場合には、パッキン２３とパッキン座金２４との間が固定シールとなってこのシール部位によりシールされる。最外径側であるパッキン座金２４の外周側においては常に固定シール状態となり、この位置ではＯリング３５とバックアップリング３６のみにより封止される。
Next, the operation of the above embodiment of the shaft sealing structure of the high pressure rotary valve of the present invention will be described. When the fluid (gas body) flows in the
このキャビティ２９内の圧力上昇時において、ステム２２には軸断面積分のスラスト荷重が加わり、ステム２２は軸受２５、パッキン座金２４を介してボデー本体２８に螺着されたグランド２６に支えられる。このとき、ステムの鍔部３０とパッキン座金２４との間に配設された軸受２５によりパッキン座金２４の摩耗を防止し、かつ、ステム２２の操作トルクの低減を図りつつ、ブッシュ２７によってステム２２の傾きを防止している。
When the pressure in the cavity 29 rises, a thrust load with an integral axial section is applied to the
この軸封部位において、パッキン２３の内外径側において漏れが生じた場合には、ガス体はステム２２の上部側から流出することなく切欠溝３３を介してリークポート４３からバルブ本体２０の外部に放出され、所定の装置により漏れを検出する。その際、パッキン座金２４の外周側においては固定シール構造により漏れが防がれる。このように、切欠溝３３とリークポート４３を設けていることにより、グランド２６の周辺で漏れ流体が高圧になることが防止される。
If leakage occurs on the inner and outer diameter sides of the packing 23 at this shaft seal portion, the gas body does not flow out from the upper side of the
本発明の高圧用回転弁の軸封構造は、前述したとおり、パッキン２３のキャビティ２９側にパッキン座金２４を設け、このパッキン座金２４にかかる高圧流体用スラスト荷重をバルブ本体２０の一部であるグランド２６の下面２６ａで支受けする構造であるので、ボール２１をボデー本体２８の上方側から挿着でき、消耗品の保守や交換も容易なトップエントリ型のコンパクト型バルブに設けることができ、この場合、パッキン座金２４によりスラスト荷重がパッキン２３に加わってこのパッキン２３が押し潰されることを防ぎ、優れた封止性能と操作性能を発揮できる。
As described above, the shaft seal structure of the high pressure rotary valve of the present invention is provided with the packing
更に、パッキン座金２４の内外周面の下部と、パッキン２３の内周面下部にそれぞれＯリング３５を装着しているので、このＯリング３５によりステム２２とパッキン２３、パッキン２３とパッキン座金２４、パッキン座金２４とボデー本体２８内部をそれぞれシールして封止性をより向上でき、パッキン座金２４上端の切欠溝３３とパッキン座金２４の側面に設けたリークポート４３とによって流体をリークさせる構造に設けているので、バルブ本体２０の高さ方向の寸法を抑えることができる。
Further, since O-
２０ バルブ本体
２１ 弁体
２２ ステム
２３ パッキン
２４ パッキン座金
２５ 軸受
２６ グランド
２９ キャビティ
３０ 鍔部
３３ 切欠溝
３５ Ｏリング
３６ 上方開口部
４３ リークポート
20
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