特開 2023-110250 軸封装置及びゲート弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110250

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】軸封装置及びゲート弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 41/08 20060101AFI20230802BHJP

   F16J 15/24 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

F16K41/08

F16J15/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011584

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】定塚 浩幸

【テーマコード（参考）】

3H066

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H066AA03

3H066BA12

3H066BA19

3H066DA06

3J043AA16

3J043BA02

3J043CA12

3J043CB13

3J043CB14

3J043FA20

(57)【要約】

【課題】 グランドシール構造の軸封装置において、グランドパッキンが摩耗しても、増し締め作業を行うことなく、流体（ガス）の漏洩を防止することができる軸封装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る軸封装置１は、ゲート弁２０の弁軸２をグランドパッキン５と接触させてシールする軸封装置であって、前記弁軸の周囲に設置される前記グランドパッキンと、前記軸封装置が設けられる前記ゲート弁の上蓋３に、グランドボルト７及びグランドナット８によって取り付けられる、前記グランドパッキンを押さえ付けるシール押さえ６と、前記グランドパッキンと前記シール押さえとの間に設置されるグランドパッキン押さえ用弾性部材９と、前記上蓋と前記シール押さえとの間に設置される第１のシール押さえ用弾性部材１０と、前記シール押さえと前記グランドボルト及び前記グランドナットとの間に設置される第２のシール押さえ用弾性部材１１と、を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゲート弁の弁軸をグランドパッキンと接触させてシールする軸封装置であって、
前記弁軸の周囲に設置される前記グランドパッキンと、
前記軸封装置が設けられる前記ゲート弁の上蓋に、グランドボルト及びグランドナットによって取り付けられる、前記グランドパッキンを押さえ付けるシール押さえと、
前記グランドパッキンと前記シール押さえとの間に設置されるグランドパッキン押さえ用弾性部材と、
前記上蓋と前記シール押さえとの間に設置される第１のシール押さえ用弾性部材と、
前記シール押さえと前記グランドボルト及び前記グランドナットとの間に設置される第２のシール押さえ用弾性部材と、
を有する軸封装置。

【請求項2】

前記グランドパッキン押さえ用弾性部材が弗素ゴムである、請求項１に記載の軸封装置。

【請求項3】

前記第１のシール押さえ用弾性部材及び前記第２のシール押さえ用弾性部材がシリコンゴムである、請求項１または請求項２に記載の軸封装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の軸封装置を具備するゲート弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製鉄所などで使用するガス配管のゲート弁に具備される軸封装置、及び、この軸封装置を備えたゲート弁に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄所では、副生ガスと呼ばれる高炉ガス、コーク炉ガス、転炉ガス、及び、都市ガスを加熱源などの燃料ガスとして使用している。これらのガスを製鉄所内へ供給するためにブロアーによる圧送が行われる場合もある。

【0003】

ブロアーで圧送するガスの圧力制御には、ブロアーの入口または出口に設けられたゲート弁の開度を調整して行う方法がある。また、近年はガスの圧力の変動をモニタリングしながらゲート弁の開度を自動調整し、ガス圧を一定にする方法が一般的となっている。

【0004】

これらに使用されるゲート弁は、弁軸をグランドパッキンと呼ばれる部材と接触させて、圧送する流体の漏洩を防止するグランドシール構造の軸封装置を具備するゲート弁が使用されることが一般的である。

【0005】

図２に、グランドパッキンを備えた一般的なゲート弁の概略縦断面図を示す。図２において、符号１００は一般的なゲート弁であり、ゲート弁１００の弁軸１０１には、下端に弁体１０２が取り付けられており、弁軸１０１が、弁軸１０１の上端に連結されたアクチュエータ（図示せず）によって上下動することにより、弁箱１０３内に形成された流路を開閉する。弁箱１０３には、弁軸１０１の支持部材として上蓋１０４が取り付けられており、その上蓋１０４の内部には、弁軸１０１を通すパッキン収容部１０４Ａが形成されている。

【0006】

パッキン収容部１０４Ａには、ネックブッシュ１０５、複数枚のグランドパッキン１０６、ランタンリング１０７、複数枚のグランドパッキン１０６及びパッキンホロワ１０８が、順次、嵌め込まれている。パッキンホロワ１０８の上側には、シール押さえとして、パッキンフランジ１０９が設けられている。上蓋１０４の上面には、パッキンフランジ１０９を貫通する複数のグランドボルト１１０が埋め込まれており、パッキンフランジ１０９を貫通するグランドボルト１１０に対するグランドナット１１１の締付力によって、パッキンフランジ１０９がパッキンホロワ１０８を下方に押し付ける。そして、グランドナット１１１を締め付けてパッキンホロワ１０８を下方に押し付けることにより、グランドパッキン１０６の内周面と弁軸１０１の外周面との間のシール面、及び、グランドパッキン１０６の外周面とパッキン収容部１０４Ａの内周面との間のシール面に面圧を発生させて、流路内の流体を外部に漏洩させずにシールするように構成されている。つまり、軸封装置は、パッキン収容部１０４Ａに嵌め込まれるグランドパッキン１０６、パッキンホロワ１０８などと、グランドパッキン１０６を押し付けるパッキンフランジ１０９及びグランドボルト１１０、グランドナット１１１とで構成されている。

【0007】

この型式の軸封装置では、グランドパッキンが弁軸と擦れることから、グランドパッキンの摩耗が生じる。グランドパッキンが摩耗すると、流体である副生ガスなどが漏洩してしまうので、その場合は、上蓋の上部にあるグランドボルトに対するグランドナットの増し締めにより、漏洩防止を行っている。

【0008】

但し、この方法は、副生ガスなどの漏洩が検知されてから、対応することになり、対応するまでの間は可燃性ガスである副生ガスなどが漏洩し続け、火災などの原因にもなりかねず、危険な状況を発生させるという問題がある。更に、グランドパッキンの摩耗が進行すると、グランドナットによる増し締めを実施しても、漏洩を防止できなくなるという問題もある。しかも、増し締めで漏洩を防止できない場合は、ブロアーを停止し、ゲート弁本体を交換することになる。この場合、予備のブロアーへの切り替え、ガス管の封止などの作業も行わねばならず、非常に大掛かりな工事となり、費用の面でも多額になってしまうという問題もある。

【0009】

そこで、特許文献１には、グランドボルトの増し締めを解消するために、グランドパッキンの上方に２枚のパッキンフランジを設置し、２枚のパッキンフランジの間に弾性部材を嵌め込み、この弾性部材によってグランドパッキンに常時圧縮力を与える軸封装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平１１－１６６６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

【0012】

即ち、特許文献１で提案された方法は、シール押さえとしてのパッキンフランジを２枚設置し、２枚のパッキンフランジの間に弾性部材を嵌め込み、弾性部材によってグランドパッキンに常時圧縮力を与えるというものであり、グランドパッキンの緩みの進行速度を遅くすることができので、増し締め作業の頻度は低減するが、グランドシール構造の緩みを無くすことはできず、増し締め作業の解消までには至ってはおらず、ガス漏洩を完全に解消することはできない。

【0013】

更に、製鉄所で発生する副生ガスには腐食成分が含有されており、特許文献１に記載の弾性部材がこれらガスの腐食成分に対する耐腐食性を有するのか、有さないのか記載されておらず、製鉄所での適用が可能か否か、不明であるという問題もある。

【0014】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、グランドシール構造の軸封装置において、グランドパッキンが摩耗しても、増し締め作業を行うことなく流体（ガス）の漏洩を防止することができる軸封装置を提供することであり、また、この軸封装置を備えたゲート弁を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。その結果、グランドパッキンとシール押さえとの間に弾性部材を介挿するのに加え、ゲート弁本体に弁軸の支持部材として取り付けられる上蓋とシール押さえとの間、及び、シール押さえを取り付けるグランドボルト、グランドナットとシール押さえとの間に、弾性部材を挟み込むことにより、グランドパッキンの摩耗による流体の漏洩を防止するだけでなく、シール押さえの増し締め作業を解消できる軸封装置となることを見出した。

【0016】

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

【0017】

［１］ ゲート弁の弁軸をグランドパッキンと接触させてシールする軸封装置であって、
前記弁軸の周囲に設置される前記グランドパッキンと、
前記軸封装置が設けられる前記ゲート弁の上蓋に、グランドボルト及びグランドナットによって取り付けられる、前記グランドパッキンを押さえ付けるシール押さえと、
前記グランドパッキンと前記シール押さえとの間に設置されるグランドパッキン押さえ用弾性部材と、
前記上蓋と前記シール押さえとの間に設置される第１のシール押さえ用弾性部材と、
前記シール押さえと前記グランドボルト及び前記グランドナットとの間に設置される第２のシール押さえ用弾性部材と、
を有する軸封装置。

【0018】

［２］ 前記グランドパッキン押さえ用弾性部材が弗素ゴムである、上記［１］に記載の軸封装置。

【0019】

［３］ 前記第１のシール押さえ用弾性部材及び前記第２のシール押さえ用弾性部材がシリコンゴムである、上記［１］または上記［２］に記載の軸封装置。

【0020】

［４］ 上記［１］から上記［３］のいずれかに記載の軸封装置を具備するゲート弁。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、グランドパッキンとシール押さえとの間、並びに、シール押さえとゲート弁の上蓋との間、及び、シール押さえとグランドボルト、グランドナットとの間に弾性部材を挟み込むことにより、弾性部材の元の形状に戻ろうとする復元力がグランドパッキンへの押し付け力として常に作用し、グランドパッキンが摩耗しても、増し締め作業を行うことなく流体の漏洩を防止することができ、更には、ゲート弁の交換周期も延長することができ、工業上有益な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る軸封装置の一例を具備するゲート弁の一部分を示す概略縦断面図である。

【図2】グランドパッキンを具備する一般的なゲート弁の概略縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態の一例を説明する。図１は、本発明に係る軸封装置の一例を具備するゲート弁の一部分を示す概略縦断面図である。

【0024】

製鉄所において、副生ガスや都市ガスを燃料ガスとして供給する際に、ブロアーで圧送する燃料ガスの圧力制御に使用されるゲート弁２０には、弁軸２の支持部材として上蓋３が取り付けられており、上蓋３の上部に、軸封装置１が設置されている。以下、本明細書では、軸封装置１が設けられる上蓋３の上部を「軸封装置設置部４」と記す。軸封装置設置部４の内部には、グランドパッキン５を収容するための円筒状のパッキン収容部４ａが形成されている。

【0025】

軸封装置１の中心を弁軸２が貫通し、弁軸２の周囲に、複数（図１では７枚）のグランドパッキン５が設置されており、複数のグランドパッキン５によって、ゲート弁２０の内部と外気とがシールされている。弁軸２には、下端に弁体（図示せず）が取り付けられており、弁軸２の上端にはアクチュエータ（図示せず）が取り付けられており、アクチュエータによって弁軸２が上下動するように構成されている。

【0026】

この軸封装置１には、複数のグランドボルト７と複数のグランドナット８とにより、軸封装置設置部４の上部に、シール押さえ６が取り付けられている。シール押さえ６は、中心部が開口し、且つ、開口した中心部の周囲に円筒状の突出部６ａを有しており、この円筒状の突出部６ａが、弁軸２の外周面と軸封装置設置部４のパッキン収容部４ａの内周面とで形成される間隙に挿入するように構成されている。グランドボルト７をグランドナット８で締め付けることで、シール押さえ６にグランドパッキン５側への締め付け力が作用し、シール押さえ６がグランドパッキン５を押さえ付けるようになっている。

【0027】

グランドパッキン５とシール押さえ６の突出部６ａとの間には、リング状のグランドパッキン押さえ用弾性部材９が挟み込まれている。また、軸封装置設置部４とシール押さえ６との間には、リング状の第１のシール押さえ用弾性部材１０が挟み込まれ、シール押さえ６とグランドナット８との間、及び、軸封装置設置部４とグランドボルト７との間に、リング状の第２のシール押さえ用弾性部材１１が挟み込まれている。

【0028】

軸封装置１の初期状態では、グランドナット８を適度に締め付けて、シール押さえ６の突出部６ａでグランドパッキン押さえ用弾性部材９をグランドパッキン５側に押さえ付けることで、弁軸２の外周面とグランドパッキン５の内周面との間、及び、軸封装置設置部４のパッキン収容部４ａの内周面とグランドパッキン５の外周面との間には隙間は無く、良好なシール状態を形成している。この場合、グランドパッキン押さえ用弾性部材９、第１のシール押さえ用弾性部材１０及び第２のシール押さえ用弾性部材１１は、それぞれの厚みを負荷が掛からない場合の厚みのおよそ１／４～１／２程度を減じて設置されている。

【0029】

ゲート弁２０の使用を継続していくと、弁軸２の上下動によって弁軸２とグランドパッキン５とが擦れて、グランドパッキン５が摩耗していく。グランドパッキン５は、摩耗の進行によって容量が減少し、弁軸２との間に空隙が形成される。

【0030】

この空隙が生じることで、従来の軸封装置では、シール押さえ６とグランドナット８との間に緩みが生じるが、本発明に係る軸封装置１では、第１のシール押さえ用弾性部材１０及び第２のシール押さえ用弾性部材１１の復元力（反力）により、グランドボルト７に対してグランドナット８を増し締めすることなく、シール押さえ６がグランドパッキン５の方向へ押し付けられる。

【0031】

このようにして、シール押さえ６がグランドパッキン５の方向へ押し付けられることにより、シール押さえ６とグランドパッキン５との間に挟み込まれたグランドパッキン押さえ用弾性部材９もグランドパッキン５の方向へ押し付けられるとともに、弁軸２の断面方向に扁平変形する。更に、グランドパッキン５も弁軸２の断面方向に扁平変形して弁軸２との接触を継続し、初期状態と同等のシール状態を維持する。

【0032】

ここで、グランドパッキン押さえ用弾性部材９は、アンモニア、シアン、硫化水素などの腐食成分を含むガスと接触することから、耐腐食性を有する弾性部材であることが好ましい。耐腐食性を有する弾性部材としては、ステンレス鋼製のコイルバネや弗素ゴムを使用することができ、弗素ゴムであることがより好ましい。

【0033】

また、第１のシール押さえ用弾性部材１０及び第２のシール押さえ用弾性部材１１は、腐食性のガスとの接触は無いので、耐食性を有する必要はない。但し、反力を確保できる弾性部材であることが好ましい。その観点からシリコンゴムであることが望ましい。

【0034】

尚、図１に示す軸封装置１には、軸封装置設置部４のパッキン収容部４ａに、図２に示すネックブッシュ、ランタンリング及びパッキンホロワなどが設置されていないが、これらの部材は、必要に応じて適宜、図２に示す順序で、パッキン収容部４ａに設置することができる。

【0035】

以上説明したように、本発明によれば、グランドパッキン５とシール押さえ６との間、並びに、シール押さえ６とゲート弁２０の上蓋３との間、及び、シール押さえ６とグランドボルト７、グランドナット８との間に弾性部材を挟み込むことにより、弾性部材の元の形状に戻ろうとする復元力がグランドパッキン５への押し付け力として常に作用し、グランドパッキン５が摩耗しても、増し締め作業を行うことなく流体の漏洩を防止することができる。更には、ゲート弁２０の交換周期も延長することが可能となる。

【符号の説明】

【0036】

１ 軸封装置
２ 弁軸
３ 上蓋
４ 軸封装置設置部
４ａ パッキン収容部
５ グランドパッキン
６ シール押さえ
６ａ 突出部
７ グランドボルト
８ グランドナット
９ グランドパッキン押さえ用弾性部材
１０ 第１のシール押さえ用弾性部材
１１ 第２のシール押さえ用弾性部材
２０ ゲート弁

【図1】

【図2】