调节阀的制作方法

本发明涉及一种调节阀，例如涉及在调节阀中防止作为控制对象的流体的泄漏、且可滑动地保持阀轴的密封套部的构造。

背景技术：

通常，调节阀的密封套部使用填料作为密封构件(例如参照专利文献1)。在上述的填料中，作为以防止来自调节阀的阀箱内部的流体的泄漏为主要目的的主填料，已知有v型填料、纱线填料。

如图9、图10所示，因为纱线填料与v型填料相比，针对阀轴的往复运动那样的机械循环发挥高的密封性能，因此作为调节阀的主填料而被广泛采用。例如，在作为控制对象的流体的温度为230度以下的用途的调节阀中，以氟树脂(例如特氟隆(注册商标，以下相同。))为材料使用的纱线填料被用作为主填料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8-270831号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，即使在将纱线填料用于调节阀的主填料的情况下，在施加了热循环以及机械循环的情况下，纱线填料剪切变形，密封性能降低的问题根据本申请发明人的研究而明确。以下，使用附图进行详细说明。

图11是示意性地示出现有的调节阀的图。图12是示意性地示出图11所示的调节阀的密封套部的截面构造的图。

如图11、12所示，调节阀500的密封套部502具有如下的结构：隔着衬套53，在阀轴51的滑动方向上将作为主填料的纱线填料54多块层叠地装入阀箱501的上部的填料函52的内壁和阀轴(轴杆)51之间的间隙，并隔着填料压紧环57、碟形弹簧58以及弹簧盒59，通过密封凸缘60来紧固这些纱线填料54。由此，在纱线填料54与阀轴51的表面以及填料函52的内壁之间的接触面施加压力，通过该压力防止阀箱501内的流体从阀轴51和填料函52之间的间隙泄漏。

在现有的调节阀500中，由于在温度上升的情况下，纱线填料54膨胀，因此纱线填料54与阀轴51之间的接触面的压力(以下，称为“接触面压力”。)上升。为了防止该纱线填料54的热膨胀导致的接触面压力的上升，使用上述的碟形弹簧58。由于通过使用碟形弹簧58，即使在因为温度上升而使纱线填料54膨胀了的情况下，能够经由填料压紧环57将纱线填料54的热膨胀导致的体积的增加部分作为碟形弹簧58的朝向阀轴51的滑动方向(y轴方向)的位移而放掉，因此可以防止纱线填料54与阀轴51的接触面压力的上升。

但是，现有的调节阀500不是使用1块而是多块(例如5块一组)纱线填料54。因此，在温度上升的情况下，各自的纱线填料54膨胀，纱线填料整体的体积的增加量变大。因此，在现有的调节阀500中，需要多个的碟形弹簧58。

然而，由于碟形弹簧58隔着弹簧盒59被配置在填料压紧环57与密封凸缘60之间的有限的空间，因此尽管防止了伴随温度上升的纱线填料54与阀轴51的接触面压力的上升，但确保足够的碟形弹簧58的块数并不容易。在无法设置足够的碟形弹簧58的情况下，无法通过碟形弹簧58来吸收纱线填料54的热膨胀所导致的体积的增加量，在温度上升时，存在纱线填料54与阀轴51之间的接触面压力上升的担忧。

在由于热膨胀而使纱线填料54与阀轴51的接触面压力上升了的状态下，在因阀轴的滑动而施加了机械循环的情况下，纱线填料54容易磨损。具体地说，纱线填料54因为高温时与阀轴51的摩擦而引起剪切变形，变形后的纱线填料54的一部分进入阀轴51与填料压紧环57的间隙，失去了纱线填料54的一部分。其结果是，在温度降低纱线填料54收缩了的情况下，由于纱线填料54的体积与高温时剪切变形导致丢失的量相对应地减少，因此纱线填料54与阀轴51之间的接触面压力降低，存在密封性能降低的担忧。

本发明是鉴于上述的问题而做出的，本发明的目的在于抑制调节阀中密封套部的密封性能的降低。

解决课题的技术手段

本发明所涉及的调节阀(100)的特征在于，包括：阀轴(1)，其用于对配置于阀箱(101)内的阀芯进行驱动；以及密封套部(102)，其可滑动地保持阀轴，密封套部具有：盖部(2)，其具有与阀箱内部连结的贯通孔(2a)，阀轴被插入至贯通孔；衬套(3)，其被设置于贯通孔的内壁与阀轴之间；作为主填料的1块纱线填料(4)，其被配置在衬套的与阀箱相反一侧的面上；至少2块的附加填料(5)，其在阀轴的滑动方向上夹着纱线填料地被配置于衬套的与阀箱相反一侧的面上，所述附加填料通过热膨胀系数小于纱线填料、且硬的材料构成；填料压紧环(7)，其被配置于阀箱的相反侧的附加填料上；碟形弹簧(8)，其被配置于填料压紧环之上；以及密封凸缘(10)，其被配置于碟形弹簧以及填料压紧环上，并被固定于盖部。

在上述调节阀中，也可以纱线填料是芯材由膨胀石墨形成、包覆材料由氟树脂形成的填料，附加填料是将氟树脂的纤维和膨胀石墨的纤维编织而形成的填料。

在上述调节阀中，密封套部还可以具备2个碳精环(6)，所述碳精环在阀轴的滑动方向夹着纱线填料以及附加填料被配置在衬套的与阀箱相反一侧的面上。

在上述调节阀中，密封套部还可以具有设置于衬套与阀箱之间的防尘填料(14)。

另外，在上述说明中，作为一例，与发明的构成要素对应的附图上的参照符号附上括号进行记载。

发明的效果

通过以上所说明的，根据本发明，可以抑制调节阀中密封套部的密封性能的降低。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的调节阀的图。

图2是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的调节阀的密封套部的截面构造的图。

图3是示出本实施方式所涉及的调节阀的洩漏率的实验结果的图。

图4是示出现有的调节阀的洩漏率的实验结果的图。

图5是用于说明调节阀的洩漏率的实验内容的图。

图6是示出图5的实验所使用的调节阀的填料的条件的图。

图7是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的调节阀的密封套部的其他的截面构造的图。

图8是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的调节阀的密封套部的其他的截面构造的图。

图9是示出使用现有的v型填料的调节阀的漏泄浓度的特性的一例的图。

图10是示出使用现有的纱线填料的调节阀的漏泄浓度的特性的一例的图。

图11是示意性地示出现有的调节阀的图。

图12是示意性地示出现有的调节阀的密封套部的截面构造的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

<本实施方式涉及的调节阀的结构>

图1是示意性地示出本发明的实施方式涉及的调节阀的图。

图1所示的调节阀100是对从一个流路到另一个流路的流体的流动进行控制的球形的调节阀，例如是作为控制对象的流体的温度为230度以下的用途的调节阀。另外，被导入至调节阀100的流体既可以是液体，也可以是气体，并没有特别限定。

调节阀100包括：用于驱动配置于阀箱101内的阀芯(未图示)的阀轴(轴杆)1；以及防止作为控制对象的流体的泄漏、且可滑动地保持阀轴1的密封套部102。密封套部102具有使用了1块主填料和两块附加填料的构造。以下，对密封套部102进行详细说明。

<密封套部102的构成>

图2是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的调节阀100的密封套部102的截面构造的图。

如同一图所示，调节阀100的密封套部102包括：填料函2、衬套3、纱线填料4、附加填料5、碳精环6、填料压紧环7、碟形弹簧8、弹簧盒9、密封凸缘10、压盖柱螺栓11以及压盖螺母12。这些部件中除去填料(纱线填料4、附加填料5以及碳精环6)的部件是通过可防止流体的流通所导致的变形、腐蚀的材料(例如金属)形成的。

填料函2是具有与阀箱101内部连结的贯通孔2a的、被固定于阀箱101的上部(相对于阀箱是y轴的正方向)的盖部。阀轴1被插入至填料函2的贯通孔2a。

填料函2的贯通孔2a的内壁和阀轴1之间设置有衬套3、纱线填料4、附加填料5、碳精环6以及填料压紧环7。

衬套3是用于填补填料函2的贯通孔2a的内壁与阀轴1之间的空间的部件。

纱线填料4是形成为截面四边状(大致正方形状)的压盖填料，并被配置于衬套3的与阀箱101相反一侧的面(衬套3的y轴的正侧一面)上。在本实施方式中，使用1块纱线填料作为密封套部102的主填料。

作为纱线填料4，能够例示将氟树脂(例如特氟隆)作为包覆材料使用的填料。例如，能够使用以膨胀石墨作为芯材，以特氟隆作为包覆材料的日本pillar公司制造的p4519来作为纱线填料4。

附加填料5是用于防止纱线填料4的变形所导致的损伤的填料，所述附加填料5由热膨胀系数小于纱线填料4、且硬的材料构成。

在此，热膨胀系数例如是线膨胀系数。此外，附加填料5例如只要通过硬度计测得的硬度的测定值大于纱线填料4即可。

作为附加填料5，能够例示以氟树脂作为包覆材料，将氟树脂的纤维和膨胀石墨的纤维编织而形成的填料。例如，在使用上述的日本pillar公司制造的p4519作为纱线填料4的情况下，能够使用将特氟隆的纤维和膨胀石墨的纤维编织而形成的日本pillar公司制造的p6720来作为附加填料5。

附加填料5至少设置有2块，其在阀轴1的滑动方向(y轴方向)上夹着纱线填料4被配置。具体地说，如图2所示，一个附加填料5隔着后述的碳精环6被载置在衬套3的与阀箱101相反一侧的面上，在该附加填料5的正上方载置有纱线填料4，纱线填料4的正上方载置有另一个附加填料5。

碳精环6是用于防止附加填料5的变形所导致的损伤的部件。碳精环6至少设置有2块，并在阀轴1的滑动方向(y轴方向)上隔着纱线填料4以及附加填料5而配置。具体地说，如图2所示，一个碳精环6被载置在衬套3的与阀箱101是相反侧的一面的正上方，另一个碳精环6被载置在配置于y轴正侧的附加填料5的正上方。

填料压紧环7是用于向衬套3按压填料的部件(填料按压)中的一个。填料压紧环7隔着碳精环6被配置在y轴的正侧的附加填料5上。

碟形弹簧8是用于抑制填料(纱线填料4以及附加填料5)的膨胀所导致的填料和阀轴的接触面压力的上升，并且抑制后述的压盖柱螺栓11以及压盖螺母12的松弛所导致的对上述填料的按压降低的部件。

碟形弹簧8例如被多个重叠地设置在弹簧盒9的内部。具体地说，容纳于弹簧盒9内的多个碟形弹簧8中的配置于最下层(y轴的负侧)的碟形弹簧8被配置在填料压紧环7的一面(y轴的正侧的一面)之上，配置于最上层(y轴的正侧)的碟形弹簧8通过弹簧盒9被朝下方向(y轴的负侧)按压。

另外，在图2中，作为一例示出了6块碟形弹簧8被重叠配置在填料压紧环7上的情况。

密封凸缘10是用于将纱线填料4以及附加填料5、填料压紧环7、碟形弹簧8、以及弹簧盒9固定于填料函2上的部件。

密封凸缘10被配置于弹簧盒9之上，并通过压盖柱螺栓11以及压盖螺母12被固定于填料函2上。具体地说，如图2所示，通过压盖螺母12来紧固被插入至形成于密封凸缘10的贯通孔和形成于填料函2的螺孔的压盖柱螺栓11，从而将密封凸缘10固定于填料函2，由此将弹簧盒9、碟形弹簧8以及填料压紧环7以从上被按压的状态下进行固定。由此，从上向纱线填料4以及附加填料5施加压力，从而能够将阀轴1和填料函2的贯通孔2a之间密封。

<本实施方式涉及的调节阀的效果>

根据具备具有上述结构的密封套部102的调节阀100，由于具有相比现有的调节阀减少了纱线填料4的块数，且通过热膨胀系数小于纱线填料4的附加填料5夹着纱线填料4的构成，因此与像现有的调节阀那样使用多组同一种类的纱线填料的情况相比，能够相对于高温时的纱线填料4的热膨胀相对地放大碟形弹簧8的位移，从而可以抑制填料整体的热膨胀量。

此外，根据调节阀100，通过使用由相比纱线填料4硬的材料构成的附加填料5，即使在纱线填料4剪切变形的情况下，也可以防止纱线填料4的一部分进入阀轴1和填料压紧环7的间隙。

以下，示出了本实施方式所涉及的调节阀100的洩漏率的实验结果。

图3是示出本实施方式所涉及的调节阀的洩漏率(泄漏率)的实验结果的图，图4是示出现有的调节阀500(参照图11以及图12)的洩漏率的实验结果的图。在图3、4中，参照符号210表示作为调节阀允许的洩漏率的上限值(以下，也称为“基准值”)，参照符号211表示本实施方式所涉及的调节阀100的洩漏率的测定结果，参照符号212表示现有的调节阀100的洩漏率的测定结果。

图3、4所示的洩漏率的测定结果是按照iso15848-1-2006(industrialvalves--measurement，testandqualificationproceduresforfugitiveemissions–-part1：classificationsystemandqualificationproceduresfortypetestingofvalves(工业阀门--瞬时散发的测量、试验和鉴定程序--第1部分:阀门型号试验的分级体系和鉴定程序))执行的实验的结果。具体地说，如图5所示，在使流体的温度(trest)和压力(p)变化了的状态下，对调节阀100、500施加机械循环(阀轴的滑动)时的、相对于机械循环数n的各调节阀100、500的洩漏率分别在图3以及图4中示出。

图6是示出上述实验所使用的调节阀100、500的填料的条件的图。

如图6所示，上述实验所使用调节阀100具有如图2所示那样由纱线填料4、附加填料5以及碳精环6构成的填料构成，使用了1块纱线填料4(上述的日本pillar公司制造的p4519)、2块附加填料5(上述的日本pillar公司制造的p6720)以及2块碳精环(由烧结碳以及树脂构成的日本pillar公司制造的p6210c2fs)。此外，上述实验使用的现有结构的调节阀500具有如图12所示那样仅由纱线填料4构成的填料构成，使用了5块的纱线填料4(上述的日本pillar公司制造的p4519)。另一方面，碟形弹簧的个数在调节阀100以及500中都是4个。

在上述的条件下进行实验之后，如图4所示，在现有的调节阀500中，机械循环为10000次(图5所示的时刻p1)的情况下，发生了超过基准值210的流体的泄漏。

该原因如下文所考虑。如上文所述，高温时5块纱线填料4的膨胀量无法通过碟形弹簧8吸收，纱线填料4和阀轴1的接触面压力上升，纱线填料4剪切变形，随着机械循环增加纱线填料4慢慢消失。并且，认为如果在温度降低后的时刻p1时纱线填料4收缩，则纱线填料4的体积减少所导致的纱线填料4与阀轴1的接触面压力降低，密封性能降低。另外，即使在温度降低后的机械循环为20000次的时刻(图5的时刻p2)的情况下也发生了超过基准值210的流体的泄漏，该原因和上述相同。

另一方面，即使本实施方式所涉及的调节阀100如图3所示那样机械循环数变为20000次，也不发生超过被允许的洩漏率的下限值210那样的流体的泄漏。

这被认为一个原因是通过将纱线填料4设为1块，与现有的调节阀500相比，能够使相对于高温时的纱线填料4的膨胀量的碟形弹簧8的位移量变大，并能够通过碟形弹簧8充分地吸收纱线填料4的膨胀量。即，认为由于具有纱线填料4设为1块，且通过热膨胀系数小于纱线填料4的2块附加填料5夹着纱线填料4的构成，因此相比现有的调节阀500在高温时填料整体的体积的增加变小，能够扩大相对于高温时的纱线填料4的热膨胀的碟形弹簧8的相对位移。由此，认为能够抑制高温时的纱线填料4和阀轴1的接触压力的上升，从而能够防止起因于纱线填料4的磨损的体积的减少。

综上所述，根据本实施方式所涉及的调节阀100，与使用了多个一组的纱线填料的现有的调节阀相比，可以提高密封套部的密封性能。

<密封套部的变形例>

以上，基于实施方式对由本发明者们做出的发明具体地进行了说明，但本发明并没有限定于此，当然也可以在不脱离该主旨的范围内进行种种更改。

例如，在附加填料5具有充分的强度的情况下，如图7所示的密封套部102a那样，可以不设置碳精环6。

此外，如图8所示的密封套部102b那样，还可以在衬套3和阀箱100之间设置防尘填料14。据此，可以防止从阀箱100内部到密封套部102的异物的侵入。另外，作为防尘填料14，是能够防止异物的侵入的填料即可，例如，可以使用和作为附加填料5而使用的填料同种的填料。

此外，在上述的实施方式中，例示了纱线填料4为1块的情况，但也可以为了调整纱线填料4的块数，以使得相对于纱线填料4的高温时的膨胀量而充分获得碟形弹簧8的位移量。例如，也可以将纱线填料4设为2块。

符号说明

100…调节阀、101…阀箱、102…密封套部、1…阀轴、2…填料函、3…衬套、4…纱线填料、5…附加填料、6…碳精环、7…填料压紧环、8…碟形弹簧、9…弹簧盒、10…密封凸缘、11…压盖柱螺栓、12…压盖螺母、14…防尘填料、2a…贯通孔。