JP2013083285A

JP2013083285A - バタフライ弁

Info

Publication number: JP2013083285A
Application number: JP2011222592A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nagase; 敦史永瀬
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制でき、かつ製作が容易なバタフライ弁を提供する。
【解決手段】弁体４のオリフィス側の下流側に多数の流通孔１６を有する半円板状の副弁体５を設け、この副弁体５が弁体４と一体に回動するときに、副弁体５の周縁部が弁箱本体２ａの内面のオリフィス側凹球面部１１に摺接または近接する構成とすることにより、中程度の開度まで、流体が副弁体５の流通孔１６を通過する際に整流されて、オリフィス側でのキャビテーションが抑制されるようにするとともに、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作できるようにしたのである。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁棒の操作により弁体を回動させて弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁に関する。

バタフライ弁は、円筒状の弁箱内の流路と交差するように配置した弁棒に円板状の弁体を固定し、弁棒の操作により弁体を弁棒の軸心まわりに回動させて弁箱内の流路を開閉するもので、構造がシンプルで流量特性がよいことから、各種設備の配管の流量調整弁や開閉弁として幅広く採用されている。しかし、上流側と下流側との差圧が大きい条件で使用すると、弁体の開度（以下、単に「開度」とも記す。）が小さいときに、弁体の下流側（特にオリフィス側）でキャビテーションが発生して、振動や騒音が生じるだけでなく、弁体や配管が損傷してしまうおそれもある。これに対して、弁体のオリフィス側を通過する流体の圧力変化を緩やかにすること等によりキャビテーションを抑制しようとするバタフライ弁が種々開発されている。

例えば、特許文献１で提案されているバタフライ弁は、弁体のオリフィス側の下流側面の周縁部に、外周側が凸球面に形成され、厚み方向に貫通する多数の孔を有する板部材を設け、この板部材の凸球面部を弁箱の弁座（シールリング）に摺接させることにより、流体が板部材の孔を通過する際に整流されるようにして、中程度の開度（３０°程度）までオリフィス側でのキャビテーションを抑制しようとするものである。

特開２００３−３２９１６９号公報

しかしながら、上記のような多孔の凸球面を有する板部材を設けたバタフライ弁では、その板部材の製作に非常に手間がかかり、高コストのものとなってしまう問題がある。

そこで、本発明は、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制でき、かつ製作が容易なバタフライ弁を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状の弁箱と、弁箱内の流路と交差するように配置された弁棒と、弁棒に固定された円板状の弁体とを備え、前記弁棒の操作により前記弁体を弁棒の軸心まわりに回動させて前記弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁において、前記弁体のオリフィス側の下流側面と所定の回動方向隙間をおいて対向する状態で弁体と一体に回動する半円板状の副弁体を設け、前記副弁体にその厚み方向に貫通する複数の流通孔を設けるとともに、前記弁箱のオリフィス側の内面に、前記副弁体が弁体と一体に回動するときに副弁体の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けた構成を採用した。

すなわち、弁体のオリフィス側の下流側に複数の流通孔を有する半円板状の副弁体を設け、この副弁体が弁体と一体に回動するときに、副弁体の周縁部が弁箱内面の凹球面部に摺接または近接する構成とすることにより、中程度の開度まで、流体が副弁体の流通孔を通過する際に整流されて、オリフィス側でのキャビテーションが抑制されるようにするとともに、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作できるようにしたのである。

上記の構成において、前記弁体のオリフィス側の下流側面の周縁部に複数の突部を設けることにより、開度が微小なときに弁体の突部どうしの間を通過する流体が整流されるようにして、オリフィス側でのキャビテーションをより効果的に抑制することができる。

また、前記弁箱のノズル側の内面に、前記弁体が回動するときにそのノズル側の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けるようにすれば、ノズル側でのキャビテーションの発生も防止することができる。このとき、前記弁箱の内面のノズル側凹球面部は、オリフィス側凹球面部と同一球面で形成することが望ましい。弁箱内面の加工がしやすくなるからである。そして、前記弁箱の内面のノズル側凹球面部に、流路方向に沿って延びる複数の流通溝を設ければ、ノズル側でのキャビテーションを抑制しながら中程度の開度までの流量を大きくすることができる。

本発明のバタフライ弁は、上述したように、弁体のオリフィス側の下流側に複数の流通孔を有する半円板状の副弁体を設け、この副弁体が弁体と一体に回動するときに、副弁体の周縁部が弁箱内面の凹球面部に摺接または近接する構成としたものであるから、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制できるとともに、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作することができる。

ａは第１実施形態のバタフライ弁の一部切欠き正面図、ｂはａの縦断面図図１の横断平面図図１のバタフライ弁の弁体の外観斜視図ａ〜ｄは図1のバタフライ弁の動作を説明する横断平面図ａ〜ｄは第２実施形態のバタフライ弁の構造および動作を説明する横断平面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は第１の実施形態を示す。このバタフライ弁は、図１および図２に示すように、内部に流路１が形成される円筒状の本体２ａにその径方向外側に延びる筒状の鍔付き首部２ｂを取り付けた弁箱２と、弁箱２の本体２ａおよび首部２ｂに通されて流路１と直交するように配置された弁棒３と、弁棒３に固定された円板状の弁体４と、弁体４と一体に形成された半円板状の副弁体５とで基本的に構成され、弁箱２の本体２ａの両端に図示省略した配管が接続される。そして、弁箱２の首部２ｂから突出する弁棒３の基端部を治具等で把持して回動操作することにより、弁体４および副弁体５が弁棒３の軸心まわりに一体に回動して流路１を開閉するようになっている。

前記弁箱２の本体２ａには、弁棒３が挿通される支持孔６、７が首部２ｂと同心にあけられ、これらの支持孔６、７と交差するように内面に設けられた環状溝８に、弁体４と摺接する弁座（ゴムシート）９が嵌め込まれている。その下側の支持孔７は、外周側から嵌め込まれる蓋１０で塞がれている。

また、弁箱本体２ａのオリフィス側の内面には、副弁体５が弁体４と一体に回動するときに副弁体５の周縁部が摺接または近接する凹球面部１１が設けられ、ノズル側の内面には、弁体４が回動するときにそのノズル側の周縁部が摺接または近接する凹球面部１２が設けられている。そのオリフィス側凹球面部１１とノズル側凹球面部１２は同一球面で形成され、弁箱本体２ａの内面加工が容易に行えるようになっている。また、ノズル側凹球面部１２には、流路方向に沿って延びる複数の流通溝１３が設けられている。

前記弁棒３は、弁箱２の首部２ｂから突出する基端部が角形断面、その他の部分が円形断面とされており、弁箱首部２ｂと弁箱本体２ａの支持孔６、７で回動自在に支持されている。

前記弁体４は、そのオリフィス側の下流側面と所定の回動方向隙間をおいて対向するように副弁体５が一体形成されており、その回動方向隙間に上下２枚の補強板１４が挟み込まれている。また、弁体４のオリフィス側の下流側面の周縁部には複数の突部１５が設けられており、副弁体５にはその厚み方向に貫通する多数の流通孔１６が設けられている。

次に、このバタフライ弁の動作を説明する。まず、弁体４の開度が０°のときは、図２に示したように、弁体４の周縁部全体が弁箱本体２ａ内面に設けられた弁座９に密接して全閉状態が保持され、上流側の流体は下流側へ流れない。なお、このとき、副弁体５の周縁部は弁箱本体２ａ内面のオリフィス側凹球面部１１の下流側端部に摺接または近接しているが、後述する第２実施形態のように、全閉状態では副弁体５と凹球面部１１は離れていてもよい。

図２の全閉状態から弁体４と副弁体５を一体に反時計方向に回動させ、開度を約１５°とすると、図４（ａ）に示すように、弁体４のオリフィス側の周縁部が弁座９から離れ、ノズル側の周縁部がノズル側凹球面部１２に摺接または近接するようになる。このとき、オリフィス側では、副弁体５の流通孔１６で流体が整流されるので、キャビテーションを効果的に抑制できる。さらに、本実施形態では、流体の通過できる面積が最も狭くなる弁体４の周縁部と弁座９との隙間に流れ込んだ流体が、弁体４の下流側面に設けられた突部１５どうしの間を通過する際に整流されて下流側へ流れていくので、より効果的にキャビテーションを抑制できる。また、ノズル側では、流体が弁体４と凹球面部１２との間をほとんど流れないので、キャビテーションが生じるおそれがない。

また、図４（ａ）の状態からさらに弁体４と副弁体５を回動させ、開度を約２５°としても、図４（ｂ）に示すように、オリフィス側で流体が副弁体５の流通孔１６で整流されるので、キャビテーションを効果的に抑制できる。このとき、弁体４の周縁部と弁座９との隙間の流体通過面積が副弁体５の流通孔１６よりも大きくなるため、弁体４の突部１５での整流効果は小さくなるが、弁体４と副弁体５の間の領域は上流側と下流側の中間の圧力となり、下流側との差圧が小さくなることから、この開度でもキャビテーションが生じにくい状態が維持される。

さらに開度を広げて約４５°とすると、図４（ｃ）に示すように、オリフィス側では、副弁体５が弁座９に摺接または近接するようになるが流量は増え、ノズル側でも凹球面部１２に設けた流通溝１３を通って流体が流れるようになる。このとき、流通溝１３を通る流体はその際に整流されるので、ノズル側でのキャビテーションを抑制しながら比較的大きな流量を確保することができる。

そして、開度を９０°（全開状態）としたときは、図４（ｄ）に示すように、副弁体５が大きな障害となることなくスムーズに流体を流せるようになる。

このバタフライ弁は、上述したように、弁体４のオリフィス側の下流側に設けた多孔の半円板状の副弁体５が弁体４と一体に回動するときに、その周縁部が弁箱本体２ａ内面の凹球面部１１に摺接または近接するようにしたので、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制できる。しかも、副弁体５よりも加工しやすい弁箱本体２ａ内面に凹球面部１１を設けるようにしたので、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作することができる。

次に、図５に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付けて説明を省略する。

この第２実施形態のバタフライ弁は、図５（ａ）に示すように、弁棒３の設置位置よりも流路１の上流側で弁体４を弁箱本体２ａの内面と摺接させる偏心型のものである。その弁箱本体２ａは、流路方向に２分割されており、上流側本体２ｃの内側にオリフィス側凹球面部１１の一部とノズル側凹球面部１２の一部を構成する環状部材１７が嵌め込まれており、下流側本体２ｄの内面に各凹球面部１１、１２の残部が設けられている。

前記弁体４は、弁棒３に固定される弁板１８と、弁板１８の上流側面にネジ止めされるシート押さえ１９と、弁板１８の外周部とシート押さえ１９の外周部とに挟持される環状のゴムシート２０とからなる。そのゴムシート２０は、全閉状態では、図５（ａ）に示したように、弁箱２の上流側本体２ｃの内面から突出する環状の弁座部２１に密接するようになっている。また、副弁体５は、弁体４と別体に形成されて、弁体４と一体に回動するように弁軸３に取り付けられており、全閉状態ではオリフィス側凹球面部１１と離れている。なお、弁体４のオリフィス側の下流側面には、第１実施形態のような突部は設けられていない。

このバタフライ弁の基本的な動作は第１の実施形態と同じである。すなわち、弁体４の開度が約１５°のときは、図５（ｂ）に示すように、弁体４のオリフィス側のゴムシート２０が弁箱２の弁座部２１から離れ、ノズル側のゴムシート２０がノズル側凹球面部１２に、副弁体５がオリフィス側凹球面部１１にそれぞれ摺接または近接する。したがって、ノズル側ではキャビテーションが生じるおそれがなく、オリフィス側では、弁体４のゴムシート２０と弁座部２１との隙間に流れ込んだ流体が、副弁体５の流通孔１６を通過する際に整流されて下流側へ流れていくので、キャビテーションが生じにくい。

また、開度が約４５°のときは、図５（ｃ）に示すように、副弁体５が弁箱２の弁座部２１に摺接または近接するが、オリフィス側の流量は増え、ノズル側でも流体が流れるようになって、比較的大きな流量を確保することができる。そして、開度を９０°（全開状態）としたときは、図５（ｄ）に示すようになり、副弁体５が大きな障害となることなく流体を流すことができる。

なお、本発明において、副弁体が弁体となす角度は、キャビテーション抑制効果と流量確保の観点から、３０〜４０°とすることが望ましい。

また、本発明のキャビテーション抑制効果を高めるためには、第１および第２実施形態のように、小開度のときにノズル側は流体が流れない構造とするとよい。その構造は、実施形態のものに限定されず、例えば、弁体のノズル側に弁箱の弁座と摺接する凸球面部を設けるようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、副弁体に多数の流通孔を設けたが、この流通孔は副弁体の外周に開口するもの、すなわち溝状のものとしてもよい。

１流路
２弁箱
２ａ本体
３弁棒
４弁体
５副弁体
９弁座
１１オリフィス側凹球面部
１２ノズル側凹球面部
１３流通溝
１５突部
１６流通孔

Claims

円筒状の弁箱と、弁箱内の流路と交差するように配置された弁棒と、弁棒に固定された円板状の弁体とを備え、前記弁棒の操作により前記弁体を弁棒の軸心まわりに回動させて前記弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁において、前記弁体のオリフィス側の下流側面と所定の回動方向隙間をおいて対向する状態で弁体と一体に回動する半円板状の副弁体を設け、前記副弁体にその厚み方向に貫通する複数の流通孔を設けるとともに、前記弁箱のオリフィス側の内面に、前記副弁体が弁体と一体に回動するときに副弁体の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けたことを特徴とするバタフライ弁。
前記弁体のオリフィス側の下流側面の周縁部に複数の突部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバタフライ弁。
前記弁箱のノズル側の内面に、前記弁体が回動するときにそのノズル側の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のバタフライ弁。
前記弁箱の内面のノズル側凹球面部をオリフィス側凹球面部と同一球面で形成したことを特徴とする請求項３に記載のバタフライ弁。
前記弁箱の内面のノズル側凹球面部に、流路方向に沿って延びる複数の流通溝を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載のバタフライ弁。