JP3803729B2 - 弁 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御する弁、また特に、弁が約232℃(450°F)以上の高温を受けても米国国家規格による漏洩等級V 以上に漏洩を遮断防止し得るトリム装置を有する弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
弁を閉じた時、流体の流れを遮断する弁の能力に従って、制御弁の漏洩等級を定めた規格がある。これ等の規格は、閉じた状態の弁を通じて流体が流れる量を特定している。通常、この流れの量は、評価される弁の導入口ポート及び送出口ポートの両側に特定の差圧を加えた時、その弁の遮断能力をパーセントで測定している。例えばANSI(American National Standard Institute 米国国家規格協会) 規格によれば、漏洩等級IIとは、遮断した状態での評価される弁からの最大漏洩が0.5%を越えないことを意味する。同様に、漏洩等級III 及びIVとは、遮断した状態での評価される弁からの最大漏洩がそれぞれ0.1%及び0.01%を越えないことを意味する。
【0003】
特定の弁が漏洩等級II、III 及びIVの要件を満たしているか否かを決定するためには、弁を閉塞した状態で、この弁について空気、又は水の漏洩テストを行っている。通常は、閉塞した弁の導入口ポートに空気、又は水の供給管を連結し、弁を通じて漏洩する量を測定することによって、この空気、又は水の漏洩テストを実施している。
一方、漏洩等級V については、水の供給管を弁の導入口ポートに連結し、閉塞位置にある弁を通って流れる水の量を測定する水漏洩テストを使用して、漏洩等級V の要件を満たす弁を試験している。漏洩等級V によれば、弁を通ずる最大漏洩量は、導入口ポートと送出口ポートとの両側の単位差圧(ポンド/平方インチ)当たり、ポートの単位直径(インチ)当たり、毎分水の量0.0005ミリリットルに過ぎない。一例として、弁のポートの直径が50.8mm(2インチ) であり、導入口ポートに連結した水の供給源が送出口ポートにおける圧力に対し相対圧力が7.0kg/cm2(100 ポンド/ 平方インチ) である場合、弁の閉塞状態で、弁を通る水の流れが毎分0.1ミリリットルまで許容される。この量を超過すれば、この弁はANSIの漏洩等級V の要件を満たさない。
【0004】
希望するANSI漏洩等級の要件を満たすことの他に、圧力が平衡した弁プラグを弁が有することが有利である。圧力が平衡した弁プラグとは、その弁の内圧が作用する弁プラグの両側の面積が等しく、従ってその内圧によって弁プラグに作用する正味の力が最小になるような弁プラグである。この正味の力を最小にすることによって、これ等の正味の力に打ち勝って弁プラグを移動させるのに必要なアクチュエータの寸法も小さくなる。
【0005】
図1に示すような従来の2ポート弁は、弁プラグに作用する正味の力を平衡させ、弁プラグを位置決めするのに必要なアクチュエータを最小にするため使用されることが多い。図1に示す2ポート弁は2個のランド12、13を支持する弁プラグ11を有する。上部のポートにおいてランド12は弁座環14に協働し、下部のポートにおいてランド13は弁座環15に協働し、導入口16から送出口17への流体の流れを制御している。
ランド12、13の表面積は正確に等しい面積にすることができない。これは、弁の組立中、弁プラグ11を弁の頂部から挿入する時、弁座環14を通過できるよう十分にランド13を小さくしなければならないからであり、一方、ランド12は、弁座環14を通過しないでその上に着座するようランド13より大きくしなければならないからである。
【0006】
このようにランド12の面積はランド13の面積より広いから、遮断状態、又はそれに近い状態にある弁の導入口16からの流体圧力はランド13側よりも一層大きな力をランド12に作用させる。その結果生ずる正味の力は、弁を閉じるのに抵抗する方向に作用する。従って、弁を閉じるためには、アクチュエータによってこの力に打ち勝つ必要がある。
しかし、ランド12の表面積と、ランド13の表面積とはほぼ等しいから、弁プラグ11に作用する正味の力は僅かである。しかしながら、弁を遮断した時に漏洩を防止し、熱膨張による相異を最小に維持するのに必要な程度に厳密な公差にランドと弁座環とを機械加工することは非常に困難であるから、特に高温作動温度で最高漏洩防止のための漏洩等級V の要件を満たすようにこの2ポート弁を製作することは非常に困難である。
【0007】
弁のアクチュエータの寸法を最小にし、漏洩等級V の要件を満たす設計に成る従来の二重弁座付き弁を図2に示す。図2に示す弁は、通常のボンネット23と弁パッキング24とに貫通する弁ステム22によって位置決めした弁プラグ21を有する。この弁プラグ21は2個の部分から成る構造であり、パイロットプラグ25と1次プラグ26とを有する。1次プラグ26はケージ28の通路27と、弁座環31の形の下部弁座とに協働して、弁ポート29、30の間の流体の流れを制御する。パイロットプラグ25の端部にナット33によって取り付けた座金32により、1次プラグ26が弁座環31から離れて動くことができるが、また、図面には2個のみを示した複数個のばね37、38によって1次プラグ26は弁座環31に向け動かされる。
パイロットプラグ25には通路35、36があるから、パイロットプラグ25の上方の流体圧力と、下方の流体圧力とが等しくなる。従って、弁を開く必要がある時、パイロットプラグ25の両側の流体圧力によってこのパイロットプラグ25に作用する力は比較的平衡している。1次プラグ26に形成した上部弁座34から離してパイロットプラグ25を弁ステム22によって持ち上げ、1次プラグ26の通路39を通じて、この1次プラグ26の両側の圧力を等しくする。
【0008】
弁を閉じる必要がある時、弁ステム22によって、弁座環31に着座する方向に1次プラグ26を駆動する。ばね37、38によってパイロットプラグ25と1次プラグ26との間に力を作用させ、パイロットプラグ25と上部弁座34との間のポートを開いた状態に保持し、このようにして1次プラグ26が下部弁座31に着座してしまうまで、1次プラグ26の両側の圧力を平衡させて維持する。1次プラグ26が下部弁座31に着座した時、弁ステム22によってパイロットプラグ25を上部弁座34に着座させ、弁の閉塞を完了する。
このようにして、1次プラグ26を弁座環31に対し接近、及び離間するよう動かすのに必要な力を最小にし、図2に示す弁を開閉するのに必要なアクチュエータの寸法を最小にすることができる。この二重弁座の構成によって、遮断時の漏洩等級V を達成することができる。しかし、図2に示す弁の構造は複雑であり、複数個のばねが必要であり、緊密な機械加工公差を必要とする多数の部片を包含する欠点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、遮断時の最大漏洩がANSIの漏洩等級V 以上を達成できる程、漏洩を防止し、弁に作用する不平衡力を減らすことができるトリム装置を設けた弁を得るにある。
本発明の他の目的は、約232℃(450°F)及びそれ以上の高温に耐えるトリム装置を具え、遮断時の漏洩等級V が必要な高温用途に使用し得る弁を得るにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の一態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するため弁の内部に設けたトリム装置とを具える。このトリム装置は、弁ステムに取り付けた弁プラグと、弁座とを有する。弁ステムによって弁プラグを弁座に位置させた時、この弁プラグによって導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを防止する。一方、弁ステムによって弁プラグを弁座から離間するよう位置させた時、導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに通路を貫通する。このトリム装置には、弁プラグの周りのシール装置を更に設ける。このシール装置を設けることによって、この弁からの流体の漏洩をANSIの漏洩等級V より少ない値まで防止する。
【0011】
このシール装置をC字状環、V字状環、又はS字状環にすることができる。この弁内に弁ケージを設けることができ、この弁ケージの第1ケージ周囲部と第2ケージ周囲部とによってケージ棚部を形成する。リテーナによってこのシール装置をケージ棚部に保持する。代案として、弁プラグに第1プラグ周囲部と第2プラグ周囲部とを設けてプラグ棚部を形成してもよく、リテーナによってシール装置をこのプラグ棚部に保持する。更に、代案として、弁プラグに第1プラグ周囲部と、第2プラグ周囲部と、第3プラグ周囲部とを設けて凹所を形成し、この凹所内にシール装置を設置する。更に、代案として、間にシール装置をクランプする2個のプラグ部で弁プラグを構成してもよい。
【0012】
本発明の他の態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを具える。このトリム装置は、通路を有する弁ケージと、下部弁座と、弁ステムに取り付けた弁プラグとを有する。弁ステムによって弁プラグを弁座に位置させた時、この弁プラグによって導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを防止し、一方、弁ステムによって弁プラグを弁座から離間するよう位置させた時、導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに通路を貫通する。また、このトリム装置には、弁プラグ、又は弁ケージによって形成した上部弁座と、弁プラグの周りのシール装置とを設ける。このシール装置を上部弁座に協働させることによって、弁を閉じた時、最大漏洩をANSIの漏洩等級V より少ない値まで防止する。
【0013】
約232℃(450°F)、又はそれ以上の温度に抵抗できる金属のような材料で、このシール装置を含むトリム装置を造ることができる。高温に耐えるシール装置をC字状環、V字状環、又はS字状環にすることができる。これ等の形式のシール装置の機械的ばね力によって、機械加工の公差と、温度変化による寸法変化とを補正する。
【0014】
本発明の更に他の態様の弁は、導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この本体に貫通する弁ステムと、導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを具える。このトリム装置は、通路と内面区域とを有する弁ケージを有する。上部弁座を形成する傾斜部をこの内面区域に設ける。更に、このトリム装置には、下部弁座と、弁ステムに取り付けた弁プラグとを設ける。弁ステムによって弁プラグを下部弁座に位置させた時、弁ケージの通路を通ずる導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを弁ステムによって防止し、一方、弁ステムによって弁プラグを下部弁座から離間するよう位置させた時、弁ケージの通路を通じて導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流す。弁プラグを弁座に位置させた時、弁プラグの両側の圧力を等しくするよう、弁プラグに通路を貫通する。更に、トリム装置には、弁プラグを包囲するシール装置を設け、弁を閉塞している時、このシール装置を上部弁座に協働させることによって、この弁からの流体の漏洩を防止する。このシール装置を環状にすることができ、この環状のシール装置の開口を弁ステムと弁プラグとの移動方向に向ける。リテーナを設けて、このシール装置を弁プラグに保持することができる。
【0015】
【実施例】
図3Aに示すように、弁40はポート42、43を有する弁本体41を具えるが、この弁に流れる流体の方向に応じて、このポートの一方が導入口であれば他方が送出口である。図3Aに矢印44で示す方向に流体が流れている場合には、ポート42が導入口であり、ポート43が送出口である。トリム装置45によって、ポート42、43間の流体の流れを制御する。このトリム装置45は、弁プラグ47と、弁ケージ48と、弁座環46の形状の下部弁座とを有する。弁座環46は開口49を有し、弁ケージ48は複数個の通路50を有し、この弁が開放位置にある時、この通路50を通じて流体を流すことができる。
【0016】
ボルト52、ナット53のような適当な手段によって、ボンネット51を弁本体41に固着する。ガスケット54を弁本体41と弁座環46との間に設置し、ガスケット55をボンネット51と弁ケージ48及び弁本体41との間に設置する。ボンネット51を弁本体41に固着した時、ボンネット51によってガスケット55をボンネット51と弁本体及び弁ケージ48との間に圧縮し、同時にガスケット54を弁座環46と弁本体41との間に圧縮し、弁本体41内の流体を保持する。また、ボンネット51は弁ケージ48を弁座環46に押し付けて弁座環46を弁本体41内に保持する。
【0017】
弁ステム56をボンネット51に貫通して弁本体41内に入れる。通常の弁パッキングシール(図示せず)を弁ステム56の周りに設けることができる。適当なねじによって、弁ステム56に弁プラグ47を固着し、この弁40に通る流体の流れを制御するため、この弁プラグ47を弁座環46に協働させる。ポート42からポート43までの流体の流れを遮断するため、図3Aに示すように、弁プラグ47を閉じた時、弁プラグ47は弁座環46、即ち下部弁座に着座し、弁ケージ48に形成した通路50を覆って閉じ、同時に弁プラグ47はC字状環63(次に説明する)上でも閉じる。弁プラグ47を開いた時、弁ステム56によって弁プラグ47は弁座環46から後退し、流体はポート42から弁ケージ48の通路50と、弁座環46の開口49とを通じてポート43まで流れる。弁プラグ47によって弁40に通る流れを抑止する時、即ち弁40を閉じている時、弁ケージ48と弁プラグ47との間の漏洩を最少にするため、弁プラグ47に通常のピストンリング57を設ける。
【0018】
弁ケージ48には、ケージ棚部60を形成する第1ケージ周囲部58と、第2ケージ周囲部59とを設ける。弁プラグ47には、第1ケージ周囲部58にほぼ対応する第1プラグ周囲部61と、第2ケージ周囲部59にほぼ対応する第2プラグ周囲部62とを設ける。第1プラグ周囲部61と第2プラグ周囲部62との間の段差によりプラグ棚部、又は上部弁座65を形成する。従って、弁40を閉じるためには、弁プラグ47の下部を弁座環46の形の下部弁座に着座させ、更にシール装置であるC字状環63を上部弁座65とケージ棚部60とに押し付け、弁40に通る流体の流れを遮断する。リテーナ64によってC字状環63をケージ棚部60に保持する。リテーナ64をワイヤスナップリングで形成することができる。弁プラグ47を弁ステム56によって動かす際、このリテーナ64によってC字状環63をケージ棚部60に対し固定保持する。従って、弁プラグ47が移動しても、C字状環63は、実質上静止している。C字状環63は弁プラグ47がその閉止位置にある時だけ、圧縮された状態にあることに注意すべきである。その結果、このC字状環63と上部弁座65とに生ずる摩耗は最小に済むか、完全に防止される。
【0019】
図3Aに示すC字状環63の配置方向はポート42からポート43に向け弁40を通る流体の流れに適合するものである。弁プラグ47が弁座環46に位置している時には、C字状環63によって弁プラグ47と弁ケージ48との間をほぼ流体密にシールしている。即ち、弁40が閉じていて弁プラグ47が弁座環46に位置している時、C字状環63は、弁40内で弁プラグ47と弁ケージ48との間に生じる漏洩をシールする。弁プラグ47と弁ケージ48との間で弁40内に漏洩しようとする流体の一部はC字状環63の開口内に入り、このC字状環を上部弁座65とケージ棚部60とに一層緊密に押し付けて弁プラグ47と弁ケージ48との間のシールを増強する。C字状環63は機械的なばね力があるから、機械的な公差と、温度変化による寸法変化とがあっても、ばね力によってそれを補正する。
弁プラグ47に通路66を設け、弁プラグの両側の圧力をバランスさせる。従って、この通路66があるから、弁プラグ47の上方の空間67内の圧力と、弁プラグ47の下方の空間68内の圧力とは等しく、その結果、弁プラグ47の不平衡区域を除いて、大きさが等しく方向が反対の内部流体力が弁プラグ47に加わる。この不平衡区域を図3Bに明示する。
【0020】
図3Bはトリム装置45の一部の拡大断面図で、この部分にはC字状環63、上部弁座65、及び弁座環46によって設けた下部弁座を含む。簡明のため、図3Bの寸法は誇張して示している。この図面に示すように、弁40を閉じた時、弁プラグ47の下部は弁座環46に着座し、C字状環63は上部弁座65に押圧される。しかし、弁プラグ47には通路66があるから、弁プラグ47の上側と下側との両側に送出側の圧力が加わる。これ等上側と下側との面積は弁ステムの部分を除きほぼ等しい。この弁ステムの部分は最小にできるが必ず存在するものである。空間67内の圧力と、空間68内の圧力とは等しくて、ほぼ等しい面積に作用しているから、これ等の圧力はほぼ等しい大きさであり、方向が反対に弁プラグ47に作用する。従って方向反対で大きさが等しいこれ等の力は互いに打ち消し合う。異なる圧力に露出している弁プラグ47の区域が存在しており、そのため打ち消し合わない力が弁プラグ47に加わる。この区域は不平衡区域69であり、図3Cに明示するように環状である。
【0021】
この不平衡区域69の外径はC字状環63が上部弁座65に接触する点によって画成され、内径は弁プラグ47の下端が弁座環46に接触する点によって画成される。(ピストンリング57と第1ケージ周囲部58との接触点と、環状の不平衡区域69との間の弁プラグ47の環状区域111は不平衡区域とはならない。それは弁プラグ47の上方の圧力は区域111に下向きの力を作用させているが、この圧力はピストンリング57を経てC字状環の外側の棚部60、65間の区域に達し、弁プラグ47の環状区域111に上向きの力を及ぼし、下向きの力に対抗するからである。)この不平衡区域69の下側は導入側の圧力に露出するが、これは弁プラグ47と弁ケージ48との間に漏洩流体があるからである。この漏洩流体はC字状環63を充填する。弁プラグ47の頂部のこの不平衡区域の上側は空間67内の送出口圧力に露出している(通路66が形成されていることに起因する)。これ等の圧力、即ち不平衡区域の上側と下側との圧力が異なると(このようになることは多いのであるが)、発生する正味の力が弁プラグ47に加わるから、弁を閉じなければならない時には、弁アクチュエータはこの力に打ち勝つ必要がある。この正味の力は、これ等の圧力間の差に不平衡区域の面積を掛けた値に比例する。図3A及び図3Bから明らかなように、この不平衡区域の寸法は小さいから、この不平衡区域のため弁プラグ47に作用する正味の力も小さく、従って従来の弁に比較し、弁座環46に弁プラグ47を閉じるのに必要なアクチュエータを一層小さくすることができる。弁プラグ47を弁座環46に位置させた時、このトリム装置により漏洩等級V の遮断を達成することができる。更に、インコネルX750、又は718のような適当な金属材料によりC字状環63を造り、付近の温度が約232℃(450°F)及びそれ以上のような高温に弁40が対抗できるようにすることができる。(弁40の他の部分の材料も適切に選択する必要があることも、もちろんである。)
【0022】
図4のトリム装置は、C字状環の配置方向と保持とが図3Aのトリム装置と相違するもので図3Aと同一部分を同一符号にて示す。図4のC字状環70の配置方向は弁40の矢印の方向に対し反対方向の矢印の方向の流体の流れに適合するものである。図4に示すように、このC字状環70の開口は、図3AのC字状環63の開口の方向に対し反対方向に指向している。図4の場合には、弁が閉じている時には、弁40から漏洩しようとするいかなる流体も空間67からポート42まで弁プラグ47と弁ケージ48との間を流れようとする(この流れの方向の場合には、ケージ棚部60は上部弁座となる)。この流体はC字状環70の外側に向く開口を通じてこのC字状環70に充填し、ケージ48のケージ棚部60とプラグ棚部65とにC字状環70を一層緊密に押圧し、弁プラグ47と弁ケージ48との間を一層良くシールする。図4のトリム装置の場合には、C字状環70が上部弁座(即ち図4に示す流れの方向ではケージ棚部60)に接触する点と、弁プラグ47の下部が弁座環46に接触する点との間の弁プラグ47の区域として不平衡区域が定義される。このトリム装置も、この弁について高温で漏洩等級Vの遮断を達成する。
更に、図3Aでは、リテーナ64によってC字状環63をケージ棚部60に保持し、C字状環63を弁プラグ47に対し動かないようにしたが、図4のリテーナ71はC字状環70を弁プラグ47に保持する。従って、C字状環70は弁プラグ47と共に動く。
【0023】
図5のトリム装置は、図4のC字状環70の代わりに、シール装置としてV字状環72を設けたもので、図4と同一部分を同一符号にて示す。リテーナ73によってV字状環72を弁プラグ47に保持する。図5に示す装置は、ポート43からポート42へ(矢印の方向に)弁40に流れる流体の流れに適合するが、図5に示すV字状環の配置方向を反対にし、V字状環72の開口を外側でなく内側に向くようにすることにより、ポート42からポート43への流れに適合するようにすることができる。更に、図3A、及び図4に示すC字状環の場合のように、V字状環72を適当な金属で造り、漏洩等級V の遮断を達成するよう高温環境内でこの弁40を作動させることができる。
【0024】
図6に示すトリム装置は図3Aのトリム装置に類似しており、同一部分を同一符号にて示す。しかし、図6に示すように、図3のC字状環63の代わりに、シール装置としてS字状環74を使用する。図6の弁プラグ75は2個の部分から成る構造である。従って、第1プラグ部76と第2プラグ部77とを(ねじのような手段で)適切に弁ステム56に取り付ける。弁プラグ75の第1プラグ部76の第1プラグ周囲部78はケージ48の第1ケージ周囲部58に見合うものである。同様に、弁プラグ75の第2プラグ部77の第2プラグ周囲部79は第2ケージ周囲部59に見合うものである。弁プラグ75の第1プラグ部76と第2プラグ部77との間にS字状環74をクランプし、弁プラグ75が弁ステム56によって動かされる時、S字状環74は弁プラグ75と共に移動する。
【0025】
図6に示すトリム装置は、図3Aに示す弁40のポート43からポート42への流れ(矢印の方向)に適合する。弁プラグ75と弁ケージ48との間に漏洩しようとするいずれの流体もS字状環74を一層緊密にケージ棚部60に強制的に押し付け、この漏洩に対するシールを増強する。従って、図6に示す設計も漏洩等級V の遮断を達成することができる。更に、図3A、図4に示すC字状環、及び図5に示すV字状環の場合のように、S字状環74を適当な金属で造り、弁40を高温環境で作動できるようにする。弁プラグ75の第1プラグ部76に通常のピストンリング80を設け、弁プラグ75によってこの弁に通る流れを絞っている時、弁ケージ48と弁プラグ75との間の漏洩を最少にする。
【0026】
図7に示すトリム装置は、図3Aのトリム装置45と類似しており、その代わりに使用することができるもので図3Aと同一部分を同一符号にて示す。しかし、図7に示すように、弁プラグ81は2個の部分から成るプラグ構造であり、C字状環82を内部に保持するための凹所を形成する。従って、弁プラグ81の第1プラグ部83の第1プラグ周囲部84は弁ケージ48の第1ケージ周囲部58に見合うものであり、弁プラグ81の第2プラグ部85の第2プラグ周囲部86は第2ケージ周囲部59に見合うものである。弁プラグ81の第1プラグ部83は第3プラグ周囲部87を有する。この第3プラグ周囲部87を第1プラグ周囲部84、又は第2プラグ周囲部86より小さくし、凹所を形成し、その中にC字状環82を保持する。従って、C字状環82を保持するためのワイヤスナップリング、又はその他適当なリテーナを必要としない。
【0027】
図7に示すトリム装置は、図4のトリム装置と同様、弁40のポート43からポート42へ(矢印の方向の)流れに適合する。C字状環82の配置方向を反転することによってポート42からポート43への反対方向の流れに適合させることができる。図7に示すように、弁プラグ81と弁ケージ48との間で漏洩するいずれの流体もC字状環82をケージ棚部60とプラグ棚部65とに一層緊密に押圧し、漏洩に対するシールを強化する。従って、図7に示す設計のものも漏洩等級V の遮断を達成することができる。更に、図3A及び図4に示すC字状環、図5に示すV字状環、及び図6のS字状環の場合のように、C字状環82を適切な金属で造り、弁40を高温環境で作動できるようにすることができる。弁プラグ81の第1プラグ部83に通常のピストンリング88を設け、弁プラグ81によってこの弁に通る流れを絞る時、弁ケージ48と弁プラグ81との間の漏洩を最少にする。
図5、図6、及び図7に示す弁プラグの不平衡区域は、図3A、図3B、及び図3Cに示した弁プラグ47の不平衡区域を定義したのと同様に定義することができる。
【0028】
図8Aに示すトリム装置は図3Aに示すトリム装置の代わりに弁40内に使用することができる。しかし、図8Aのトリム装置は、弁プラグの不平衡区域を一層減少させている。図8Aのトリム装置は、弁ケージ90と、弁プラグ92と、C字状環101と、シールリテーナ102と、弁座環の形状の下部弁座93とを有する。図8Aの弁ケージ90に通路91を設け、弁プラグ92を下部弁座93から後退させた時、弁40の導入側のポートと送出側のポートとの間に流体が流れるようにする。この弁に通る流体の流れを制御するため、弁ステム94により下部弁座93に対し弁プラグ92を位置させる。ねじのような適切な手段により弁プラグ92を弁ステム94に取り付ける。
弁プラグ92の第1プラグ周囲部95は第1ケージ周囲部96にほぼ見合うものである。第2プラグ周囲部97を第1プラグ周囲部95より小さくすることによって弁プラグ92と弁ケージ90との間に溝98を形成する。
【0029】
弁ケージ90に第2ケージ周囲部99を設ける。弁ケージ90の内面に傾斜部100を設け、第1ケージ周囲部96と、それより若干大きい第2ケージ周囲部99との間が滑らかに繋がるようにする。またこの傾斜部100によってこの弁のための上部弁座を形成する。シール装置としてC字状環101を溝98内に設置し、弁40に流れる流れの方向に応じてC字状環101の開口を図8Aに示すように下方に指向させるか、上方(図示せず)に指向させる。従って、C字状環101の開口の方向は、弁ステム94の移動の軸線方向にほぼ平行である。流体の流れがポート42からポート43の方向であれば、漏洩がないよう流体を緊密にシールするためには、図8Aに示すように、C字状環の開口を下方に指向させる。シールリテーナ102をねじのような適当な手段により弁ステム94に取り付けて、弁プラグ92の溝98内のC字状環101を保持する。シールリテーナ102のリテーナ周囲部103は第2ケージ周囲部99にほぼ見合うものであり、このシールリテーナ102に通常のピストンリング104を設ける。流れを遮断する状態に、弁プラグ92を下部弁座93に位置させた時、弁プラグ92と弁ケージ90との間で弁40から漏洩する流体の一部はC字状環101に充填する。この流体により、弁ケージ90の傾斜部100によって形成した上部弁座と、第2プラグ周囲部97との両方に、このC字状環101を一層緊密に押圧し、弁プラグ92と弁ケージ90との間のシールを増強する。また、上述したように、弁プラグ92がその閉塞位置にある時だけ、C字状環101は圧縮状態にある。その結果、C字状環101と上部弁座100との摩耗が最少になるか、又は完全に防止される。また、このC字状環の機械的なばね力によって、機械加工の公差と、温度変化に起因する寸法変化とが補正される。
【0030】
弁プラグ92内に通路105を設け、弁プラグ92の上方の空間106内の圧力と、弁プラグ92の下方の空間107内の圧力とを等しくする。従って、この通路105があるため、弁プラグ92の上方の空間106内の圧力と、弁プラグ92の下方の空間107内の圧力とが等しくなり、弁プラグ92を横切る不平衡区域がないとすれば、これ等の圧力は大きさが等しく、方向が反対に弁プラグ92に加わる。この不平衡区域を図8Bに明示する。
【0031】
図8Bは、図8Aに示すトリム装置の一部の拡大断面図で、この装置はC字状環101と、傾斜部100によって形成した上部弁座と、下部弁座93とを有する。簡明のため、リテーナ102を図8Bから除去した。また、簡明のため、トリム装置の寸法を誇張して示した。図8Bに示すように、弁40が閉じている時、弁プラグ92の下部を点110において下部弁座93に着座させ、傾斜部100によって形成した上部弁座に点109においてC字状環101を押圧する。弁プラグ92に通る通路105があるから、送出口側の圧力は弁プラグ92とリテーナ102との結合体の上側と下側との両方に加わる。従って空間106内の圧力と、空間107内の圧力は大きさが等しく、方向反対に弁プラグ92に作用する。従ってこれ等の圧力は互いに打ち消し合う。しかし、弁プラグ92には環状の不平衡区域108があって差圧に露出しているので、打ち消し合わない力が弁プラグ92に加わる。
【0032】
弁プラグ92のこの不平衡区域108は環状であり、その外径は傾斜部100によって形成した上部弁座にC字状環101が接触する点109によって画成され、内径は弁プラグ92の下部が下部弁座93に接触する点110によって画成される。この不平衡区域108の下側は導入口側の圧力に露出するが、これは弁プラグ92と弁ケージ90との間の漏洩流体があって、これがC字状環101を充たしているためである。この不平衡区域の上側(即ちリテーナ102の頂部)は空間106内の送出口側の圧力に露出する。これ等の圧力が異なると(このようになることが多いのであるが)、発生する正味の力が弁プラグ92に加わるから、弁を閉じなければならない時には、弁アクチュエータはこの力に打ち勝つ必要がある。傾斜部100の傾斜を僅かにすることができるから、この不平衡区域108は、図3Aに示したトリム装置の不平衡区域より小さい。従って、図8Aの弁プラグ92に加わる正味の力は、図3Aの弁プラグ47に加わる力より小さく、弁を閉じるのに必要とするアクチュエータは一層小さいものでよい。更に、図8Aに示すトリム装置には、図3Aのトリム装置の場合と相違する流れの方向でも、同一のC字状環を使用することができる。(即ち、図8Aに示す流れの方向が反転しても、C字状環101をその開口が上を向くように単に反転して配置すればよい。)
【0033】
弁プラグ92を下部弁座93に位置させた時、図8Aのこの構成は漏洩等級V の遮断を達成することができる。更に、C字状リング101をインコネルX750、又は718のような適切な金属で造ることによって、付近の温度が約235℃(45°F)及びそれ以上の高温に弁40が抵抗できるようにすることができる。
また、上述したように、弁プラグ92がその閉塞位置にある時だけC字状環101が圧縮されることは明らかである。その結果、C字状環101と、傾斜部100によって形成した上部弁座との摩耗は最少になる。また、このC字状環の機械的なばね力によって、機械加工の公差と、温度変化に起因する寸法変化とが補正される。
本発明の多数の実施例、及びその変形を図示し説明したが、本発明はこれ以外にも多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、ここに特定して記載した例に限定されず、実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の2ポート弁の断面図である。
【図2】従来の他の2ポート弁の断面図である。
【図3】Aは、本発明の一態様のC字状環を有するトリム装置と弁との断面図である。Bは、図3Aのトリム装置の一部の拡大断面図である。Cは、弁の不平衡区域が環状であることを示す図3A、図3Bの弁プラグの平面図である。
【図4】弁に流れる流体の方向が反対なため図3と配置方向が異なるトリム装置を示す断面図である。
【図5】C字状環の代わりにV字状環を使用した本発明のトリム装置を示す断面図である。
【図6】C字状環の代わりにS字状環を使用した本発明のトリム装置を示す断面図である。
【図7】C字状環を使用する本発明のトリム装置の変形を示す断面図である。
【図8】Aは、C字状環を使用する本発明のトリム装置の他の変形を示す断面図である。
Bは、図8Aのトリム装置の一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
11 弁プラグ
12、13 ランド
14、15 弁座環
16 導入口
17 送出口
21 弁プラグ
22 弁ステム
23 ボンネット
24 弁パッキング
25 パイロットプラグ
26 1次プラグ
27、35、36、39 通路
28 ケージ
29、30 弁ポート
31 弁座環
37、38 ばね
40 弁
41 弁本体
42、43 ポート
45 トリム装置
46 弁座環、下部弁座
47、75、81、92 弁プラグ
48、90 弁ケージ
49、開口
50、66、91、105 通路
51 ボンネット
54、55 ガスケット
56、94 弁ステム
57、80、88 ピストンリング
58、96 第1ケージ周囲部
59、99 第2ケージ周囲部
60 ケージ棚部
61、78、84、95 第1プラグ周囲部
62、79、86、97 第2プラグ周囲部
63、70、82、101 シール装置、C字状環
64、71、73 リテーナ
65 プラグ棚部、上部弁座
67、68、106、107 空間
69、108 不平衡区域
72 シール装置、V字状環
74 シール装置、S字状環
76、83 第1プラグ部
77、85 第2プラグ部
87 第3プラグ周囲部
93 下部弁座
98 溝
100 傾斜部
102 シールリテーナ
111 環状区域
Claims (16)
- 導入口ポートと送出口ポートを有する弁本体と、この弁本体を貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)弁座と、(b)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを備え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座に位置している時前記導入口と送出口のポート間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグは更に、前記弁プラグが前記弁座に位置しているとき、前記弁プラグの両側の圧力を等しくするための貫通する通路手段を有し、前記弁プラグは更に、プラグ棚部を形成する第1プラグ周囲部と第2プラグ周囲部とを有し、前記プラグ棚部は上部弁座として作用し、(c)前記第1プラグ周囲部にほぼ見合う第1ケージ周囲部と前記第2プラグ周囲部にほぼ見合う第2ケージ周囲部とを有しこれ等第1ケージ周囲部と第2ケージ周囲部とによってケージ棚部を形成する弁ケージと、(d)この弁を通ずる流体の漏洩を防止するシールを提供するよう前記弁プラグの周りに設けたシール装置を備え、前記弁プラグが前記弁座の付近に、または前記弁座に対して位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置し、更に、(e)前記弁が閉じている時前記シール装置が前記上部弁座に着座しているようこのシール装置をほぼ前記ケージ棚部に保持するリテーナ手段とを備えることことを特徴とする弁。 - 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するC字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記C字状環に進入する開口であって半径方向内方に指向する開口をこのC字状環が有する請求項1に記載の弁。
- 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するV字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記V字状環に進入する開口であって半径方向内方に指向する開口をこのV字状環が有する請求項1に記載の弁。
- 導入口ポートと送出口ポートを有する弁本体と、この弁本体を貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)弁座と、(b)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを備え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座に位置している時前記導入口と送出口のポート間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグは、前記弁プラグが前記弁座に位置しているとき、前記弁プラグの両側の圧力を等しくするための貫通する通路手段を有し、前記弁プラグは更に、プラグ棚部を形成する第1プラグ周囲部と第2プラグ周囲部とを有しており、前記トリム装置は更に、(c)前記第1プラグ周囲部にほぼ見合う第1ケージ周囲部と前記第2プラグ周囲部にほぼ見合う第2ケージ周囲部とを有しこれ等第1ケージ周囲部と第2ケージ周囲部とによってケージ棚部を形成する弁ケージを備え、前記ケージ棚部は上部弁座として作用し、前記トリム装置は更に、(d)この弁を通ずる流体の漏洩を防止するシールを提供するよう前記弁プラグの周りに設けたシール装置を備え、前記弁プラグが前記弁座の付近に、または前記弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置し、前記トリム装置は更に、(e)前記弁が閉じている時前記シール装置が前記上部弁座に着座しているようこのシール装置をほぼ前記プラグ棚部に保持するリテーナ手段とを備えることことを特徴とする弁。 - 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するC字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記C字状環に進入する開口であって半径方向外方に指向する開口をこのC字状環が有する請求項4に記載の弁。
- 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するV字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記V字状環に進入する開口であって半径方向外方に指向する開口をこのV字状環が有する請求項4に記載の弁。
- 導入口ポートと送出口ポートを有する弁本体と、この弁本体を貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)弁座と、(b)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを備え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座に位置している時前記導入口と送出口のポート間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグは更に、前記弁プラグが前記弁座に位置しているとき、前記弁プラグの両側の圧力を等しくするための貫通する通路手段を有し、前記弁プラグは更に、凹所を形成する第1プラグ周囲部と第2プラグ周囲部と第3プラグ周囲部とを有し、前記トリム装置は更に、(c)この弁を通ずる流体の漏洩を防止するよう前記弁プラグの周りに設けたシール装置を備え、前記弁プラグが前記弁座の付近に、または前記弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置し、前記シール装置は凹所によって保持されることを特徴とする弁。 - 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するC字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記C字状環に進入する開口をこのC字状環が有する請求項7に記載の弁。
- 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するV字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を増強するため前記弁プラグの周りに漏洩する流体が前記V字状環に進入する開口をこのV字状環が有する請求項7に記載の弁。
- 導入口ポートと送出口ポートを有する弁本体と、この弁本体を貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)弁座と、(b)ケージ棚部を形成する第1と第2のケージ周囲部を有し上部弁座として作用する弁ケージと、(c)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを備え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座に位置している時前記導入口と送出口のポート間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグは更に、前記弁プラグが前記弁座に位置しているとき、前記弁プラグの両側の圧力を等しくするための貫通する通路手段を有し、前記弁プラグは更に第1プラグ部と第2プラグ部を有しており、前記トリム装置は更に、(d)この弁を通ずる流体の漏洩を防止するよう前記弁プラグの周りに設けたシール装置を備え、前記シール装置は第1と第2のプラグ部の間に締め付けられていて、弁が閉じたとき前記シール装置が前記上部弁座に対して着座するようになされており、前記弁プラグが前記弁座の付近に、または前記弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置したことを特徴とする弁。 - 前記シール装置が前記弁プラグを包囲するS字状環から成り、この弁からの漏洩を防止するこのシール装置のシール作用を前記弁プラグの周りに漏洩する流体によって増強するよう前記S字状環を配置した請求項10に記載の弁。
- 導入口ポートと送出口ポートを有する弁本体と、この弁本体を貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)弁座と、(b)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを備え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座に位置している時前記導入口と送出口のポート間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグは更に、前記弁プラグが前記弁座に位置しているとき、前記弁プラグの両側の圧力を等しくするための貫通する通路手段を有しており、前記トリム装置は更に、(c)この弁を通ずる流体の漏洩を防止するよう前記弁プラグの周りに設けたシール装置を備え、前記弁プラグが前記弁座の付近にまたは前記弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置し、前記シール装置が前記弁プラグを包囲するシール環から成り、このシール環が前記弁ステムにほぼ平行な方向に指向する環開口を有することを特徴とする弁。 - 導入口ポートと送出口ポートとを有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間の流体の流れを制御するトリム装置とを備える弁において、
前記トリム装置は、(a)上部弁座を形成する傾斜部を有する内面と外面とを有する弁ケージと、(b)下部弁座と、(c)前記弁ステムに取り付けた弁プラグとを具え、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記下部弁座に位置している時前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁プラグが前記下部弁座から離れて位置している時前記導入口ポートと前記送出口ポートとの間に流体を流すよう構成され、前記弁プラグが前記下部弁座に位置している時この弁プラグの両側の圧力を等しくするための通路をこの弁プラグに貫通して設け、前記トリム装置は更に、(d)前記弁プラグと前記弁ケージとの間の漏洩を防止するシール装置を具え、前記シール装置が環状開口を有する環から成り、前記弁プラグが前記下部弁座に位置する時前記弁プラグと前記弁ケージとの間に漏洩する流体が前記環状開口に進入して前記環を前記上部弁座に押圧しこの弁からの漏洩を防止するシール作用を増大させ、前記弁プラグが前記下部弁座の付近に、又は前記下部弁座に位置する時のみ機械的ばね力を発生するよう前記シール装置を配置したことを特徴とする弁。 - 前記弁プラグを前記弁ステムによってその軸線にそって移動できるよう構成し、前記環の環状開口を前記軸線にほぼ平行な方向に指向させる請求項13に記載の弁。
- 前記トリム装置は更に、前記環を前記弁プラグに保持するリテーナ手段を具える請求項14に記載の弁。
- 前記トリム装置は更に、前記シール装置を前記弁プラグに保持するリテーナ手段を具える請求項13に記載の弁。
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