JP2001059583A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビテーションの発生を抑制または防止
し、また流体の流れ方向が正方向、逆方向のいずれにも
適用することができるようにする。 【解決手段】 弁本体４の配管接続口１１，１２を同一
の孔径とする。また、これらの配管接続口１１，１２に
同一規格の雌ねじ１５，１６をそれぞれ形成する。上流
側となる配管接続口１１にシートリング７を嵌挿し、シ
ートリテーナ８を雌ねじ１５に螺合してシートリング７
をプラグ６の弁本体６Ａに押付ける。一方、下流側の配
管接続口１２にオリフィスプレート９を螺合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の被制御流体
の流量制御を行なう流体制御弁に関し、特に流体の流れ
方向が正、逆いずれの方向であってもキャビテーション
の発生を抑制または防止し得る流体制御弁に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】流体制御弁、特に高圧の流体を最も断面
積が小さい絞り部で大きく減圧する制御弁においては、
流体の流れ状態によっては絞り部で流体の圧力が流体の
飽和蒸気圧近くまたはそれ以下に低下すると、流体が液
−気相の２相に分かれ気泡（キャビテーション気泡）が
生じる。このような現象をキャビテーションと呼んでい
る。そして、キャビテーションが発生すると、弁本体内
の流路壁やプラグ特性部の表面がキャビテーション気泡
の崩壊時に発生する高い衝撃圧力によって腐食し、甚だ
しいときは穴が開く。このような腐食現象をキャビテー
ションエロージョンと呼んでいる。キャビテーションエ
ロージョンを防止するためには、弁本体やシートリン
グ、プラグ等を高価な耐摩耗性材料で製作すればよい。

【０００３】一方、キャビテーション自体の発生を防止
する従来技術としては、例えば実開昭５４−１５６０８
８号公報（以下、先行技術１という）、実開平４−４７
５０１号公報（以下、先行技術２という）等に開示され
た流体制御弁が知られている。

【０００４】先行技術１に開示された流体制御弁は、同
心の環状に形成されたテーパー状の薄板をテーパー方向
が交互に逆になるように複数個配列してなる整流器を備
え、この整流器によって絞り部を通過した流体を流路と
平行な流れになるように整流することにより流体の圧力
回復を促進し、キャビテーションの発生を防止するよう
にしたものである。

【０００５】先行技術２に開示された流体制御弁は、シ
ートリングの下流側に環状渦輪を発生させる空洞室を形
成し、キャビテーション気泡を環状渦輪の中心部に閉じ
込めることによりキャビテーション気泡が空洞室の内壁
近傍および空洞室外において崩壊しないようしたもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術１に開示された流体制御弁は、プラグがシートリング
の上流側に位置するように流体の流れ方向を通常とは逆
方向にしている。このため、流体の流れ方向を通常の正
方向（流体がシートリングからプラグに向かって流れる
方向）にすると、キャビテーションの発生を防止するこ
とができないため、別の制御弁を用意しなければならず
不経済であるという問題があった。

【０００７】先行技術２に開示された流体制御弁は、弁
本体に大きな容積の空洞室を設ける必要があるため、弁
本体が大型化するという欠点があった。また、構造上流
体の流れ方向は正方向で、逆方向には変更することがで
きない。

【０００８】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、簡単な
構造でキャビテーションの発生を抑制または防止するこ
とができ、また流体の流れ方向が正方向、逆方向のいず
れにも容易に設定変更可能な流体制御弁を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、２つの配管接続口を有し、内部にシートリ
ングとプラグが組み込まれた弁本体の前記２つの配管接
続口の穴径を等しくするとともに、これらの配管接続口
に同一規格の雌ねじを形成し、流体の流れ方向に応じて
下流側となる配管接続口にキャビテーションの発生を抑
制または防止する部材を螺合したことを特徴とする。

【００１０】本発明においては、キャビテーションの発
生を抑制または防止する部材を流体の流れ方向に応じて
下流側となる配管接続口に螺合すればよい。流体の流れ
方向が正方向の場合は、シートリテーナを用いてシート
リングをプラグに押付け、逆方向の場合は、シートリテ
ーナの代わりに前記部材によってシートリングをプラグ
に押付ければよい。シートリテーナと部材とは、配管接
続口の雌ねじに螺合する同一規格の雄ねじを形成してお
くことにより交換可能である。流体は絞り部において圧
力低下し、キャビテーションが発生する。そして、乱流
となって下流側に流れ、絞り部から元の状態に回復する
までの長さは、配管径（内径）をＤとすると、流量、
一、二次圧力、飽和蒸気圧等にもよるが、１０Ｄ程度で
ある。したがって、部材を絞り部より１０Ｄ程度以内に
配置しておくと、絞り部と部材とによって流体を２段減
圧するため、絞り部単体による場合に比べて飽和蒸気圧
を下回り気化する度合いが減少する。したがって、キャ
ビテーションの発生を低減または防止することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る流
体制御弁を回転型弁に適用した一実施の形態を示す断面
図、図２（ａ）、（ｂ）はオリフィスプレートの正面図
およびＡ−Ａ線断面図である。本実施の形態における回
転型弁１は、上流側配管２と下流側配管３に対してフラ
ンジ方式によって接続される弁本体４を備え、その内部
に流体５の流れ方向（矢印方向）が正方向となるように
プラグ６、シートリング７、シートリテーナ８およびキ
ャビテーションの発生を抑制または防止する部材として
のオリフィスプレート９を組み込んでいる。

【００１２】前記弁本体４は、両端面に開口する流路孔
１０を有し、その両端開口部が配管接続口１１，１２を
形成し、また両端部外周面にはフランジ１３ａ，１３ｂ
が一体に突設されている。さらに、弁本体４の上面中央
には、筒状の弁軸取付部１４が上方に向かって一体に突
設されている。前記配管接続口１１，１２は、その穴径
φａ，φｂが等しく（φａ＝φｂ）、かつ平行ねじから
なる同一規格の雌ねじ１５，１６がそれぞれ形成されて
いる。一方の雌ねじ１５は上流側の配管接続口１１の奥
端にまで形成され、他方の雌ねじ１６は下流側の配管接
続口１２の開口端付近にのみ形成されている。そして、
弁本体４は両端面が前記上流側配管２、下流側配管３の
対向端面に図示しないガスケットを介して密接され、前
記フランジ１３ａ，１３ｂと上、下流側配管２，３のフ
ランジ２ａ，３ａが図示しない複数個のボルトによって
締結されている。

【００１３】前記プラグ６は、ステンレス鋼等の耐摩耗
性材料によって球面状に形成された弁体６Ａと、この弁
体６Ａの上下に軸線を互いに一致させて一体に突設され
た円筒状の軸受部６Ｂ、６Ｃとで構成されている。上側
の軸受部６Ｂは弁軸１７の内端１７ａに嵌合されて溶接
等により接合され、下側の軸受部６Ｃは弁本体４の内底
面中央部に設けたスタッド１８によって回転自在に軸支
されている。弁体６Ａの表面は、球心が前記弁軸１７の
軸線上に位置する凸状の球面の一部とされ、表面外周部
がシートリング７との着座部を形成している。

【００１４】前記弁軸１７は、前記弁本体４の円筒部１
４内に回転自在に挿通され、外端部１７ｂが上蓋２４の
孔を貫通して上方に延在している。円筒部１４と弁軸１
７との間には、弁軸ガイド２０、圧縮コイルばね２１、
グランドパッキン２２、パッキンフォロア２３等が組み
込まれている。そして、弁軸１７の外端は、回転型弁１
が手動操作される場合、ハンドルが取付けられ、自動調
整弁として使用される場合、前記弁本体４の上方にヨー
クを介して設置されるアクチュエータ（図示せず）に連
結される。前記上蓋２４は、複数個のボルト２５によっ
て前記円筒部１４の上面に固定され、パッキンフォロア
２３をグランドパッキン２２に押付けている。

【００１５】前記シートリング７は、表面が硬化処理さ
れたステンレス鋼等によって筒状体に形成され、前記弁
本体４の上流側配管接続口１１に嵌合されている。シー
トリング７の内側開口は、回転型弁１の全閉時において
弁体６Ａによって完全に閉塞されており、この状態より
弁体６Ａが弁軸１７によって回転されると徐々に開き、
その開口面積に応じた流量制御が行われる。

【００１６】前記シートリテーナ８は、ステンレス鋼等
によってリング状に形成され、前記上流側配管接続口１
１に螺合されることにより前記シートリング７を押圧
し、配管接続口１１からの抜けを防止している。このた
め、シートリテーナ８の外周には、前記雌ねじ１５に螺
合する雄ねじ２６が形成されている。

【００１７】前記オリフィスプレート９は、シートリテ
ーナ８と同様にステンレス鋼等の耐摩耗性材料によって
円板状に形成され、複数個の小孔２７を有している。ま
た、このオリフィスプレート９は、前記シートリテーナ
８と同一の外径で、外周面に前記雄ねじ２６と同一規格
の雄ねじ２８が形成され、前記下流側配管接続口１２の
雌ねじ１６に螺合している。シートリング７からオリフ
ィスプレート９までの長さは、配管径（内径）をＤ（＝
φａ，φｂ）とすると、２Ｄ程度である。オリフィスプ
レート９の開口面積は、流量、一、二次圧力および飽和
蒸気圧等によって設定される。

【００１８】このようにオリフィスプレート９をプラグ
６の下流側に配置しておくと、バルブ全体として流体５
を２段減圧、すなわちシートリング７と弁体６Ａとで形
成される絞り部によって減圧した後、オリフィスプレー
ト９によって減圧するため、絞り部単体による減圧に比
べて飽和蒸気圧を下回り気化する度合いを減少させるこ
とができる。したがって、キャビテーションの発生を低
減または防止することができる。

【００１９】ここで、本実施の形態においては、流体５
の流れ方向を正方向とし、プラグ６を挟んで上流側にシ
ートリング７を、下流側にオリフィスプレート９をそれ
ぞれ配設したが、流体５の流れ方向を逆方向とし、シー
トリング７がプラグ６の下流側に位置する制御弁として
用いる場合は、図３に示すようにオリフィスプレート９
を上記したシートリテーナ８の代わりに配管接続口１１
の雌ねじ１５に螺合してシートリング７を弁体６Ａに押
付ければよい。この場合は、オリフィスプレート９がシ
ートリング７の抜けを防止するので、シートリテーナが
不要である。

【００２０】このように、本発明においては２つの配管
接続口１１，１２を同一の穴径とし、かつ同一規格の雌
ねじ１５，１６を形成したので、流体５の流れ方向が
正、逆方向のいずれの方向であっても弁本体４を交換し
たり、別の部品を取付けたりする必要がなく、容易に設
定変更することができる。

【００２１】図４はキャビテーション係数と騒音レベル
の関係を示す図である。キャビテーション係数σは次式
によって表される。 σ＝（Ｐ1 −Ｐ2 ）／（Ｐ1 −ＰV ） ただし、Ｐ1 ：一次蒸気圧（オリフィス通過前） Ｐ2 ：二次蒸気圧（オリフィス通過後） ＰV ：流体の飽和蒸気圧 この図から明らかなように、オリフィスプレートを用い
ると、用いない場合に比べて騒音レベルを低下させるこ
とができる。

【００２２】図５は本発明をアングル弁に適用した他の
実施の形態を示す断面図である。なお、図１〜図３に示
した構成部材と同一のものについては同一符号をもって
示し、その説明を適宜省略する。また、図においては、
流体５の流れ方向が正方向（実線で示す矢印方向）の場
合を示している。

【００２３】アングル弁４０は、内部に逆Ｌ字状の流路
孔４１が形成された弁本体４２と、この弁本体４２内に
組み込まれたプラグ４３、シートリング７、シートリテ
ーナ８およびオリフィスプレート９と、弁本体４２の上
面に複数個のボルト２５によって固定された上蓋２４等
を備えている。流路孔４１の一端は、弁本体４２の下面
側に開口して上流側の配管接続口１１を形成し、他端側
は弁本体４２の一側面に開口して下流側の配管接続口１
２を形成している。上流側の配管接続口１１は、奥側に
いたるにしたがい穴径が段階的に減少する異径孔とさ
れ、内奥に前記シートリング７が嵌合され、このシート
リング７より手前側の孔部分に雌ねじ１５が形成され、
前記シートリテーナ８が螺合している。

【００２４】同じく下流側の配管接続口１２も内奥が小
径となる異径孔からなり、大径孔部に雌ねじ１６が形成
され、前記オリフィスプレート９が螺合している。この
雌ねじ１６と前記雌ねじ１５は同一規格の雌ねじとされ
る。

【００２５】前記シートリテーナ８とオリフィスプレー
ト９は同一の外径で、外周に前記雌ねじ１５，１６に螺
合する同一規格の雄ねじ２６，２８がそれぞれ形成され
ている。

【００２６】前記プラグ４３は、円柱状に形成されて下
面にシートリング７の孔に嵌挿される特性部４３Ａが一
体に設けられ、またこの特性部４３Ａとプラグ４３との
接続部には弁の全閉時にシートリング７の上端開口部に
着座するテーパー状の着座部４３Ｂが形成されている。
そして、このプラグ４３は、プラグガイド４４に摺動自
在に挿通されている。

【００２７】前記上蓋２４は、弁軸１７が貫通する弁軸
用穴４５を有し、前記プラグガイド４４を弁本体４２の
上面に押圧固定している。前記弁軸１７は前記弁軸用穴
４５にグランドパッキン２２およびパッキンフォロア２
３を介して上下動自在に挿通され、内端が前記プラグ４
３に連結され、外端が上蓋２４の上方に突出して駆動装
置に連結されている。

【００２８】このようなアングル弁４０においても、上
記した実施の形態と同様に弁本体４２に設けられる２つ
の配管接続口１１，１２のシートリテーナ８とオリフィ
スプレート９が組み込まれる穴部分を同一の穴径とし、
かつ同一規格の雌ねじ１５，１６を形成しているので、
流体５を逆方向、すなわち破線の矢印で示すように流配
管接続口１２から配管接続口１１に向かって流す場合に
は、オリフィスプレート９をシートリテーナ８の代わり
に配管接続口１１の雌ねじ１５に螺合すればよい。

【００２９】なお、上記した実施の形態においては、キ
ャビテーションの発生を抑制または防止する部材として
ストレートな小孔２７を有するオリフィスプレート９を
用いた例を示したが、本発明はこれに何ら限定されるも
のではなく、例えば小孔２７をテーパー孔に形成した
り、あるいは上記した実開昭５４−１５６０８８号公報
の流体制御弁に用いられている整流器を用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る流体制
御弁によれば、キャビテーションの発生を抑制または防
止する部材を流体の流れ方向に応じて下流側となる配管
接続口に取付けるだけでよいので、流体の流れ方向が正
方向と逆方向のいずれにおいても容易に設定変更するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る流体制御弁を回転型弁に適用し
た一実施の形態を示す断面図である。

【図２】 （ａ）、（ｂ）はオリフィスプレートの正面
図およびＡ−Ａ線断面図である。

【図３】 流体の流れ方向を逆方向にした場合の断面図
である。

【図４】 キャビテーション係数と騒音レベルの関係を
示す図である。

【図５】 本発明をアングル弁に適用した他の実施の形
態を示す断面図である。

【符号の説明】

１…回転弁、４…弁本体、５…流体、６…プラグ、７…
シートリング、８…シートリテーナ、９…オリフィスプ
レート、１０…流路孔、１１，１２…配管接続口、１
５，１６…雌ねじ、２６，２８…雄ねじ、４０…アング
ル弁、４１…流路孔、４２…弁本体、４３…プラグ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 秀雄 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 奥津 良之 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 3H053 AA12 AA33 BA11 BD10 3H066 AA03 BA03 BA32 EA14

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの配管接続口を有し、内部にシート
   リングとプラグが組み込まれた弁本体の前記２つの配管
   接続口の穴径を等しくするとともに、これらの配管接続
   口に同一規格の雌ねじを形成し、流体の流れ方向に応じ
   て下流側となる配管接続口にキャビテーションの発生を
   抑制または防止する部材を螺合したことを特徴とする流
   体制御弁。