JP3863563B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、バルブ装置、特に液体化学薬品や液体食料のように、腐食性および／または慎重な取り扱いを要する液体のためのバルブに関する。このバルブ装置は、ボディと、このボディのネック部に案内される軸によって操作されるシャッタと、ネック部に沿って一定の長さに亙って延びるカラーを設けたシールスリーブとを具えている。
この種のバルブが加圧流体を搬送する配管機構に取り付けられる場合、弱点を構成しない必要があり、加圧流体に対して配管により形成される囲いの連続性を確実にする必要がある。上流側および下流側の配管との結合部分か、あるいはシャッタを操作してこれを動かす軸の通路において、外部に対する漏洩は許されない。
ボディを囲むシールスリーブは、バルブに対して必要なすべてのシール、すなわち上流−下流シールと、配管機構との接続部分におけるシールと、軸通路の周りのシールとを与えている。シャッタのみならず、軸通路の軸受面での上流−下流シールを確実にするため、シールスリーブは、必要な圧力を与えるのに役立つ弾性手段を具えることができる。エラストマー製のシールスリーブの場合、弾性手段は、シールスリーブそれ自体とカラーとからなる。プラストマーで作ったシールスリーブの場合、ボディとシールスリーブとの間に配置した可撓性クッションが弾性手段を構成している。
囲いのシールを補強するため、軸を囲むパッキン箱として機能する第２のシールを設けることができる。
技術水準
エラストマー製のシールスリーブの場合、軸通路のシールは、ボディと軸とシャッタとの間で軸を囲むシールスリーブのカラーの圧縮によって達成される。これが動的シールであるという事実を除き、所与レベルのシールに対するエラストマーの圧縮を決定するパラメータは、栓（タップ）の操作状態、特に圧力変化に依存して変化を受ける。
特許出願DE-A-24 60 182においては、バルブボディの内側および側面を載せるＵ字状の部分である環状の座を貫通する軸の回りにバタフライが回転するバタフライバルブの記述がある。このバタフライバルブは、一方において、圧縮した可撓性クッションによってもたらされる軸通路の軸受面に対する第１のシールと、他方において、弾性手段、例えば圧縮ばねによって軸の軸受と座との間にしっかりと保持され、貫通する軸の一部を囲むシール座金とを具えている。この第２のシールは、第１のシールが役に立たなくなった場合のバックアップシールである。
公報DE-C-20 27 775は、軸に沿って延びるカラーがシールスリーブに設けられたバタフライバルブを記述している。このカラーは、カラーと栓（タップ）ボディのネック部との間に配置されるパッキン箱によってシールされ、このアセンブリィが第２のシールを形成するのに対し、第１のシールは軸通路の軸受面に設けられる。
公報EP-A-0 411 652は、ボディに案内される平面軸受のリングに収容されるエラストマー製のアンカーリング(torus）で構成された第２のシールシステムを設けた球形のブシュを有するバルブを記述している。この形式の構成は、軸のシールが軸の変形、すなわち温度変化に依存するという欠点を有する。閉鎖位置において、シャッタは上流と下流との間の差圧にさらされる。この差圧は、軸にラジアル方向の力を与え、軸はラジアル方向下流側に移動する傾向を持つ。この移動は、一方においてボディの軸受内の軸の案内隙間および軸とシャッタとの間の嵌合隙間の減少から結果として生じ、他方においてシャッタの一方側の圧力によってもたらされる負荷の影響による軸およびシャッタの変形から結果として生ずる。
負荷の影響による部品の変形は、必然的である。軸とカラーとの間の隙間は、上流側で増大し、第１のシールの構成要素が上流側に押し付けられ、下流側に負荷がかけられる。ここで、上流の流体は、これが第１のシールを通過してパッキン箱を構成する第１のライニングの如く設けられた何らかの第２のシールに達するまで、増大することができる。
エラストマー製のシールスリーブに対し、設計者は、補助の継手や特殊形状物、補強インサートの如き装置によって、この不具合を克服しようと絶えず努力している。この挑戦は、完全ではない。例え、このような装置が結果を改善することができるとしても、これらは、変形の結果による軸通路の周囲の接触圧の不均衡をまったく除去していないので、これらは完全に問題を解決していない。
同様に、プラストマー製のシールスリーブの第２のシール、この場合にはパッキン箱が破損しないことを確実にするため、軸の変形によって変化する圧力が流体のそれよりも大きいままとなるように、フランジに圧力を加えることが必要である。パッキン箱内の圧力の増大につれて操作力もまた増大する。これは、かさばる上に高価な補償ばねを持った装置を使用することが必要となることをバルブに生じさせる。
本発明の目的は、操作力を増大することなく、より信頼性のある軸のシールを確実にするため、経済的に有利な解決を見い出すことにある。
発明の説明
提案した本発明の目的は、シャッタに加えられる差圧にかかわりなく、従って軸−シャッタによるアセンブリィの変形にかかわらず、シールスリーブと軸との間の均一に分布した接触圧を維持することを可能とする新奇な構想を有する。
第１の特徴によると、クランプ装置は、ボディの空間のカラーの周りに配置される。このクランプ装置は、これがカラーに、従って軸に力を加えるような寸法のものである。クランプ装置は、ボディに対してラジアルおよび／または往復移動の自由をもって空間に取り付けられる。
クランプ装置がボディの空間内でフローティング状態で取り付けられるという事実は、シャッタの圧力や温度によってもたらされる変形の影響によって、クランプ装置が軸の移動に追従することを可能とする。この移動の自由は、シールのための接触圧がどのような方法でも変わらないことを確実にし、後者は、バルブ装置の内側に作用する圧力が例えどのようなものであっても、申し分のない信頼性および耐久性がある。軸とシールスリーブとの間のラジアル方向の圧力は、補助的な材料やアンカーリングを使用することなく、耐漏洩バリヤーを作り出し、この代償は、軸およびシャッタの移動の完全な独立にある。
他の実施例は、シャッタに対するカバーをもくろんでおり、シャッタはネック部の軸に沿った固定箇所の範囲を越えて延びている。
シールスリーブおよびシャッタのカバーがプラストマーで作られているとしても、耐漏洩シールを確保することが可能である。この場合、可撓性クッションがボディとシールスリーブとの間に配置される。他の実施例において、クランプ装置は、反発リング内に収容され、この反発リングによってカラーに対して押圧される弾性アンカーリング(resilient torus）を具えている。この反発リングは、ネック部にフローティング状態で取り付けられ、シールを確実にするために必要な接触圧を変更することなく、軸の移動を許容している。同時に、ラジアルおよびアキシャル方向の移動の自由を与えることが可能である。
反発リングは、予圧されることを弾性アンカーリングに許容する円錐部と、弾性アンカーリングに対する座として機能する円筒部とを設けることが好ましい。これは、位置調整中での損傷を回避し、しっかりとしたシールを確実にするための充分な予圧を与える。
動作を改善するため、クランプ装置は、弾性アンカーリングが載置される支持リングをさらに具えている。また、この支持リングのラジアル方向の寸法は、軸の任意のラジアル方向の移動を許容することを可能とするようなものである。
他の実施例は、カラーの周囲のシャッタの近傍のネック部の空間の配置にある。クランプ装置は、第１のシールの直近に位置決めされ、ボディの内側から取り付けられることができよう。
クランプ装置は、つる巻きを持った金属製のばねを具えていることが好ましい。他の実施例において、可撓性クッションは、アキシャル方向の移動を制限する剛体座金を具える。さらに、他の実施例において、シールスリーブは、可撓性クッションの弾性カラーか、エラストマー製のシールスリーブのカラーのラジアル方向の圧縮を確実にするリングを具えている。
他の実施例によると、クランプ装置は、空間に対してカラーを囲むケージと、ネック部と、軸側面の一部とからなる。ケージは、シールスリーブとボディとの間のフランジに向けてラジアル方向に延びることができる。このケージは、バタフライに加わる差圧の影響による軸の変形によってもたらされる移動をラジアル方向に許容する。これは、著しい性能の改善を結果として生ずる。軸を案内すると同時にラジアルおよびアキシャル方向の移動からなる揺動運動を許容するスイベル軸受からなるクランプ装置の場合、バタフライバルブに加えられる差圧の影響によるバタフライバルブおよび軸の変形は、そのピボットで揺動することを案内軸受にもたらし、また、シールスリーブのカラーの圧縮分布は、例えどのような流体の差圧がバルブにより伝えられても、そのレベルか、あるいはその分布に影響を及ぼさないことが容易に想像されよう。従って、軸通路の周りの外側のシールは、安全かつ確実に申し分なく与えられる。
他の実施例において、スイベル軸受は、構成を経済的にすることを可能とする少なくとも１つの相対的に小さな球形のストリップにのみ支えられる。
高精度を達成するため、スイベル軸受は、ネック部に配置したリセス(recess)に収容される。
スイベルカラーのハウジングは、軸およびバタフライバルブの変形とは関係なく、軸通路の周りの接触圧の均等な分布を維持する。
個々の図面の説明
添付図面は、プラストマー製のシールスリーブを有するバタフライバルブに具体化した本発明を例示している。
図１ａは、左側がシールスリーブと、プラストマーで被覆したシャッタとを有する所定の位置に取り付けた後のバタフライバルブの軸通路を、右側が位置調整中を部分断面で示し、
図１ｂは、圧力Ｐを受けた図１ａのバルブを示し、
図２は、図１の拡大詳細を示し、
図３は、ボディの内側から取り付けられるシールシステムを持ったバタフライバルブの軸通路を部分断面で示し、
図４および図５は、ボディの内側からのアセンブリィの他の実施例を示し、
図６および図７は、エラストマーで作ったシールスリーブと、このシールスリーブのカラーに対して軸のラジアル方向移動を伝えるためのケージとを持ったバタフライバルブを示し、
図８は、エラストマー製のシールスリーブと、このシールスリーブのカラーに対して軸のラジアルおよびアキシャル方向移動を伝達するための軸の回転軸受とを有するバタフライバルブを示し、
図９および図１０は、エラストマーで作ったシールスリーブと、不完全なピボット軸受とを有するバタフライバルブを示し、
図１１および図１２は、エラストマー製のシールスリーブと、カラーに対するリセス内のピボット軸受とを有するバタフライバルブを示す。
実施例
図１ａに示される本発明によるバルブ装置は、ボディ１と、ボディ１のネック部４に案内される軸３によって操作されるシャッタ２とを具えている。
ボディ１と軸３との間のシールは、ネック部と軸３との間のネック部４に沿って所定長さに亙って延びるカラー６を有するシールスリーブ５によって与えられている。カラー６の一端からの所定長さにおいて、これは、ラジアル方向の力を伝達することができるように、相対的に薄くなっている。
カラー６の周りのボディ１のネック部４の空間１０には、クランプ装置７，８，９が配置されている。クランプ装置７，８，９は、アキシャル方向の支持リング７と、ラジアル方向の反発リング８と、弾性アンカーリング(resilient torus)９とを具えている。反発リング８は、空間１０内に位置決めされ、これは軸３とボディ１との間を移動可能となるような寸法である。
図１からの拡大した詳細である図２において、クランプ装置７，８，９の部品は、それらの初期状態が示されている。弾性アンカーリング９は、反発リング８内に収容されている。これは、軸３と対向する側において、カラー６およびその結果として軸３に力Ｆを及ぼす。そのボディと対向する側は、反発リング８に当接している。
力Ｆは、クランプ装置７，８，９がアセンブリィ状態の間ずっと、アンカーリング９の上の反発リング８の予圧によって与えられる。アンカーリング９がアキシャル方向の負荷によって崩れてしまわないように、アンカーリングは支持リング７の一方側でアキシャル方向に当接し、Ｌ字状の反発リング８の他方側に収容されている。
反発リング８は、ネック部４に対してアキシャルおよびラジアル方向に移動自在に空間１０内にフローティング支持される。ラジアル方向の遊びは、Ｘによって表示されている。しかしながら、アキシャル方向の移動は、ネック部４に固定した保持部材１１によって制限されている。この保持部材１１はまた、軸３に対するラジアル軸受として機能する。
バタフライバルブは、ネック部４内の軸３に沿って延びるＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）の如きプラストマーで作ったカバー１２を有するシャッタ２と、カラー６と可撓性クッション１３とを有するＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）の如きプラストマーで作ったシールスリーブ５とを具えた例示の方法によって示されている。
シャッタ２とネック部４との間のシールは、２つの手段によって達成される。第１に、軸３がボディ１に入り込む箇所にシールがある。プラストマー製のシールスリーブは、充分な弾性を有していないので、上流／下流のシールを確実にすると共に軸３の周りの第１段階のシールを与えるように、スリーブ５とシャッタのカバーとの間に予圧を与えるように、エラストマー製のクッション１３がボディ１とシールスリーブ５との間に設けられる。この第１のシールの後に、クランプ装置７，８，９によって与えられるバックアップシールがある。
クランプ装置７，８，９は、図１ａの右側に示されるような位置に配置される。一旦、シャッタ２が軸３と共にボディ１およびネック４部に差し込まれると、支持リング７は軸３に通され、シャッタ２の方向に落とされる。カラー６の端部を通り越した後、支持リングは、これがボディ１の肩部１４によって保持される空間１０に達する。
さらに、変形していない弾性アンカーリング９が軸３に通され、シャッタ２の方向に下ろされる。カラー６の端部を通り越した後、弾性アンカーリングは支持リング７の所定位置に達する。さらに、反発リング８が所定位置に置かれる。下降中に、リング８はアンカーリング９を通り、アンカーリング９とボディ１との間に円錐部１６を位置させる。これは移動しているので、リング８はさらに下降し、アンカーリング９は、軸３を支えるカラー６とリング８との間にラジアル方向に固定される。これは、反発リング８の円筒部１７に入り込んでいるアンカーリング９の弾性変形をもたらし、従って軸３とカラー６との間の耐漏洩シールを確実にするシール力Ｆを発生する。最終的に、保持部材１１はクランプ装置７，８，９のアキシャル方向移動を制限するように取り付けられる。
図１ｂは、圧力Ｐの下でのバルブ装置の状態を示している。圧力の結果として、シャッタに力が加えられ、１５′の方向への軸線１５の変位Ｙをもたらし、そして圧力Ｐによって引き起こされる力の方向にシャッタ２および軸３の曲げをもたらす。軸３の入口の部分におけるシールは、軸３がボディ１から離れて上流側に動くので、弱くなっており、その結果、エラストマー製のクッション１３の予圧は低下している。これは、その変位からもたらされる増大した隙間Ｘ′によって示されている。
装置全体のシールを維持するため、第２のシールがラジアル方向に移動可能なクランプ装置７，８，９によって確保されている。クランプ装置７，８，９は、耐漏洩性のために必要な接触圧Ｆを変えることなく、軸３のラジアル方向の移動を可能とする。
図３は、ボディ１の内側から取り付けられるシールシステムを持ったバタフライバルブを示している。原則的に、同一の部品が再度使用されるが、軸に対する支えおよび軸受として、保持部材１１の代わりに適当な形状のボディおよび追加の軸受１１′がある。
図４および図５は、一体化シールシステムを持ったバタフライバルブを示している。２つのシールは、最小スペースで配置されている。
図４は、２つのフランジ２１，２２の間に取り付けられたバタフライバルブ２０を示している。これは、ボディ１のネック部４の軸３に沿って上向きに延びるカバー１２で覆われたシャッタ２を具えている。スリーブ５は、フランジ２１，２２および軸３と共にシールを与えている。これをするため、シールスリーブには、ボディ１のネック部４に上向きに延びるカラー６が設けられている。スリーブ５がプラストマーで作られているので、入口での耐漏洩シールを確実にするため、可撓性クッション１３が設けられている。ネック部４に沿ってボディ１とカラー６との間には、クランプ装置２３，２４が位置決めされる空間がある。この空間１０内へクッション１３がはみ出すのを阻止するため、剛体座金２５がクッション１３と結合されて空間１０に向けられ、クッション１３に対する支えとして機能している。
クランプ装置２３，２４は、２つのつる巻き金属ばね２３とリング２４とからなる。ばね２３は、何らかの耐漏洩バリヤーとして作られているカラー６に矢印で示された力を加えている。クランプ装置２３，２４は、空間１０内でラジアルおよびアキシャル方向にフローティング状態で取り付けられるのに対し、クッション１３は固定されている。
図５において、クランプ装置は、クッション１３に取り付けられる剛体リング２６からなり、軸３に沿って延びている。クッション１３は、ネック部４に向きを合わせられてシールスリーブ５のカラー６と平行なカラー２７を具えている。リング２６は、これが所定箇所に置かれた後に圧縮されるカラー２７を保持している。
図４および図５によるネック部４でのクランプ装置２３，２４，２６の位置調整は、シャッタ２側から行われる。図４の場合、クッション１３およびクランプ装置２３，２４は、ボディ１内に挿入される。図５の場合、クッション１３のみが挿入される必要がある。それで、シールスリーブ５は、取り付けられたシャッタ２および軸３と共にネック部４に支持される。
組み立て中は、ばね２３の固定と、カラー６とリング２４，２６との間のカラー２７とにより、予圧がスプリング２３に、そしてカラー２７にそれぞれ与えられ、リング２４，２６によって維持されている。
図６および図７は、エラストマー製のスリーブ５と、スリーブ５のカラー６に軸のラジアル方向移動を伝達するケージ３０，３１とを有するバタフライバルブを示している。ケージ３０，３１は、空間１０と、ネック部４と、軸側面３の一部とに対してカラー６を覆っている。カラー６のアキシャル方向の移動を制限するため、ケージ３１は、スリーブ５とボディ１との間のフランジ２１，２２に向けてラジアル方向に延びている。
図８は、エラストマー製のスリーブ５と、スリーブ５のカラー６に対して軸３のラジアルおよびアキシャル方向移動を伝達するためのクランプ装置としての軸３のスイベル軸受３３とを有するバタフライバルブを示している。スイベル軸受３３は、ネック部４に配置したリセス(recess)３４に収容されている。シャッタ２に与えられる差圧の影響により、シャッタ２および軸３の変形が、案内軸受３５を通って、そのリセス３４内の軸３およびスイベル軸受３に回転をもたらし、そしてシールスリーブ５のカラー６の圧縮分布が、バルブによって搬送される流体の差圧にかかわりなく、そのレベルか、あるいはその分布に影響を及ぼさないということを容易に思い浮かべることができよう。軸受３３の揺動は、半径Ｒの球の中心３６の回りに行われる。揺動運動は、ラジアルおよびアキシャル移動を構成している。
構成を簡単にするため、図９および図１０は、エラストマー製のスリーブ５と、部分的なスイベル軸受とを有するバタフライバルブを示している。スイベル軸受３３は、相対的に小さな球形のストリップ３７，３８，３９のみで支えられている。球形のストリップ３８は、スイベル軸受３３の中心に位置決めされ、他の球形ストリップ３７，３９は、シャッタ２の軸受面と反対側にある。軸３を案内するため、軸受３５が設けられている。スイベル軸受３３の別な形態は、部分４０の省略にある。
図１１および図１２は、エラストマー製のスリーブ５と、カラー６に対するリセス４１で作ったスイベル軸受とを有するバタフライバルブを示している。カラー６に対するリセス４１のみがスイベル軸受の形態にあり、軸は軸受３５によって案内される。軸受４１のための対応リセス４２それ自体は、ボディの球形部４２か、空間１０にフローティング状態で取り付けられる独立部４３である。
産業上の利用性
本発明はまた、コック(cock)バルブや他のバルブ装置の軸に対するシールを与えるために使用可能であることは明らかである。

Claims (13)

1. ボディ（１）と、このボディ（１）のネック部（４）およびこのネック部（４）に沿って所定長に亙って延びるカラー（６）を設けたシールスリーブ（５）に案内される軸（３）により操作されるシャッタ（２）と、カラー（６）を囲んでボディ（１）の空間（１０）に配置され、カラー（６）および結果として軸（３）に力を加えるような寸法であって、空間（１０）内に取り付けられる一方、ボディ（１）に対してラジアル方向移動およびピボット移動の少なくとも一方が自在であるクランプ装置とを具え、
   シャッタ（２）にはカバー（１２）が設けられ、このカバー（１２）およびシールスリーブ（５）がプラストマーにて作られ、
   前記クランプ装置は反発リング（８）内に収容されてこの反発リング（８）によりカラー（６）に対して押圧される弾性アンカーリング（９）を具えたバルブ装置であって、
   カラー（６）は、前記軸に沿ってボディ（１）と前記軸との間に延在し、
   ボディ（１）とカラー（６）との間に配された可撓性クッション（１３）が設けられていることを特徴とするバルブ装置。
2. 反発リング（８）には、弾性アンカーリング（９）と、この弾性アンカーリング（９）の座として機能する円筒部（１７）の予圧を可能とする円錐部（１６）とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
3. クランプ装置（７〜９）は、弾性アンカーリング（９）がアキシャル方向に載置される支持リング（７）をさらに具え、また、そのラジアル方向の寸法は、支持リング（７）が軸（３）の任意のラジアル方向移動を許容することができるようなものであることを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。
4. 空間（１０）は、カラー（６）の周りにシャッタ（２）に近接してネック部（４）に配置されクランプ装置（７〜９，２３，２４，２６，２７，３０，３１，３３，４０，４１）は、カラーの直近に位置決めされ、シャッタ（２）側から取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のバルブ装置。
5. クランプ装置（２３，２４）は、少なくとも１つの金属製つる巻きばね（２３）を具えていることを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
6. 可撓性クッション（１３）は、この可撓性クッション（１３）に対するアキシャル方向の支えとして機能する剛体座金（２５）を具えていることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のバルブ装置。
7. クランプ装置（２６，２７）は、可撓性カラー（２７）か、エラストマー製のシールスリーブ（５）のカラー（６）のラジアル方向の圧縮を確実にするリング（２６）を具えていることを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
8. クランプ装置は、空間（１０）に対してカラー（６）を覆うケージ（３０，３１，４０）と、ネック部（４）と、軸側面（３）の一部とからなることを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
9. ケージ（３１）は、シールスリーブ（５）とボディ（１）との間のフランジ（２１，２２）に向けてラジアル方向に延びていることを特徴とする請求項８に記載のバルブ装置。
10. クランプ装置は、スイベル軸受（３３，４１）からなることを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
11. スイベル軸受（３３）は、少なくとも１つの相対的に小さな球形のストリップにのみ支持されていることを特徴とする請求項１０に記載のバルブ装置。
12. スイベル軸受（３３）は、ネック部（４）に配置されたリセス（３４）に収容されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のバルブ装置。
13. スイベル軸受（４１）に対するリセス（４３）は、空間（１０）内でフローティング状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載のバルブ装置。

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