JP2003343743A - 三重偏心形バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 三重偏心形バタフライ弁において、一次側へ
の通気により閉弁時の堆積物を除去、分散させて、弁座
等の摩耗、損傷を防止する。 【解決手段】 略円筒状の流体通路を貫設した弁本体１
と、該弁本体内に弁棒３を介して回動自在に軸支された
剛性材料からなる円盤状の弁体２とからなり、弁体の外
周面に形成された弁座面７と弁本体の弁座面８を弁体の
中心と弁棒の中心から離間させる一次偏心と、弁本体の
中心線から離間させる二次偏心と、弁本体と弁体の弁座
面を構成する円錐形状の頂点を弁棒の反対側に位置させ
つつ弁本体の中心線に対して傾斜させる三次偏心とから
なる三重偏心弁において、弁本体内の一次側と二次側と
を弁を備えたバイパス管１３で連通すると共に、弁本体
の一次側に弁を備えたパージ管１５を連結して、弁本体
内周面の弁座面及び弁体外周の弁座面にパージ流体を噴
射可能としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】この発明は、高温、高圧流体又は
固形物等を含む流体の開閉、制御に好適な三重偏心形バ
タフライ弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、弁棒の直角方向の断面において、
弁本体及び弁体側弁座をメタルシートで構成した三重偏
心型バタフライ弁は公知であり、例えば特開平１１−２
７０７０３号公報、特開平１１−３５１４１７号公報等
に開示されている。特開平１１−２７０７０３号公報に
開示されたバタフライ弁は、シートリングを挟んで弁本
体と対向するシート押えを設け、該シート押えとシート
リングを弁本体に取付ボルトで共締め固定し、シート押
えの内周面をシートリングの内周面より大きな相似形の
楕円に形成すると共に、シートリングの少なくとも一方
の締付面に段部を設けて外周側の厚さを大きくし、更に
該段部に係合する段部を弁本体又はシート押えにおける
シートリングとの当接面に形成し、弁本体の内周面を弁
体外周の楕円形と相似の大きな楕円形に形成して、弁本
体と弁体の隙間を全周にわたって一定にし、弁本体、シ
ートリング及びシート押えに合いマークを設けたことを
特徴としている。又、特開平１１−３５１４１７号公報
に開示のバタフライ弁は、弁体の外周面に圧接する弁本
体弁座を、弁本体の内周面に一体化して形成し、該弁本
体弁座の圧接面幅を弁体の弁座面の幅より狭く形成し、
閉弁時における弁体との圧接時に弾性的な傾動を可能と
し、閉弁時に弁体の弁軸方向への移動を弁棒の上下軸封
部に設けたバネ手段で吸収して、弁体を自動調心させる
ようにしたことを特徴とするものである。

【０００３】ところで、特に、高温、高圧の流体を取り
扱う中・大口径弁にあっては、閉弁時或いは開弁時に弁
体の操作を徐々に行うことが作業及び装置の安全上重要
とされている。しかしながら、例えば１２００mmのよう
な大口径のバタフライ弁においては、一次側圧力により
弁体が二次側に偏位させられる。すなわち、例えば１２
００mmの弁体に０.１MPaの流体圧力が付加されると、面
圧は１１.３トンとなり、三重偏心弁のような弁座形状
にあっては、閉弁時に弁体が二次側に偏位又は圧接され
るため、弁体の操作を徐々に行うためにはこれを緩和す
ることが求められる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、弁本体の
一次側と二次側との圧力差を少なくして弁体に付加され
る面圧を減少させると共に、三重偏心による弁座の円錐
形状を緩和し、配管系及び弁への振動等の危険を防止す
ると共に、一次側への通気により閉弁時の堆積物を除
去、分散させて、弁座等の摩耗、損傷を防止せんとする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明が採った手段は、略円筒状の流体通路を貫設
した弁本体と、該弁本体内に弁棒を介して回動自在に軸
支された剛性材料からなる円盤状の弁体とからなり、弁
体の外周面に形成された弁座面と弁本体の弁座面を弁体
の中心と弁棒の中心から離間させる一次偏心と、弁本体
の中心線から離間させる二次偏心と、弁本体と弁体の弁
座面を構成する円錐形状の頂点を弁棒の反対側に位置さ
せつつ弁本体の中心線に対して傾斜させる三次偏心とか
らなり、互いに圧接する弁本体内周の弁座面及び弁体の
外周の弁座面が楕円形に形成されており、特に高温流体
の開閉、制御に適した三重偏心弁において、弁本体内の
一次側と二次側とを弁を備えたバイパス管で連通すると
共に、弁本体の一次側に弁を備えたパージ管を連結し
て、弁本体内周面の弁座面及び弁体外周の弁座面にパー
ジ流体を噴射可能としたことを特徴とする。

【０００６】パージ管が、バイパス管の一次側に併設さ
れており、パージ流体の噴射口が、弁本体外周面に複数
箇所、独立して設けられていることを特徴とする。

【０００７】バイパス管及びパージ管に設けられる弁
が、鋼製の開閉弁であり、該開閉弁が、バタフライ弁で
あることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の好ましい実施の形態
を、以下に詳細に説明する。この発明は、弁体の外周面
に形成された弁座面と弁本体の弁座面を弁体の中心と弁
棒の中心から離間させる一次偏心と、弁本体の中心線か
ら離間させる二次偏心と、弁本体と弁体の弁座面を構成
する円錐形状の頂点を弁棒の反対側に位置させつつ弁本
体の中心線に対して傾斜させる三次偏心とからなり、互
いに圧接する弁本体内周の弁座面及び弁体の外周の弁座
面が楕円形に形成されており、特に高温流体の開閉、制
御に適した三重偏心弁に関するものであり、弁本体内の
一次側と二次側とを弁を備えたバイパス管で連通したこ
とを第一の特徴とする。又、弁本体の一次側に弁を備え
たパージ管を連結して、弁本体内周面の弁座面及び弁体
外周の弁座面にパージ流体を噴射可能としたことを第二
の特徴とする。パージ管は、好ましくはバイパス管の一
次側に併設される。又、パージ流体の噴射口は、弁本体
外周面に複数箇所、独立して設けるのが望ましい。バイ
パス管及びパージ管に設けられる弁は、鋼製の開閉弁で
あり、例えば閉止弁、バタフライ弁である。

【０００９】

【実施例】図１，２を参照して、(１)は略円筒状の流体
通路を内部に貫設したバタフライ弁の弁本体であり、内
部には弁棒(３)を介して円盤状の弁体(２)が回動自在に
軸支される。弁体(２)は外周面を楕円形状とした剛性材
料からなり、弁棒(３)にテーパーピン(４)で固着され、
一体化される。弁棒(３)の一端は、弁本体(１)の外方に
延出され、アクチュエータ（図示せず）が植込キー(５)
及び取付フランジ(６)で連結され、駆動回転される。弁
棒(３)の回転と一体に弁体(２)が弁本体(１)内で回転し
て、流体通路を開閉する。

【００１０】弁体(２)の楕円形の外周面、すなわち弁体
弁座(７)に圧接される本体弁座(８)が、弁本体(１)の内
周面に一体に形成される。本体弁座(８)の圧接面の幅
は、弁体弁座(７)の弁座面の幅より狭く形成されると共
に、耐食性、耐摩耗性に優れた金属、例えばステンレス
鋼、ニッケル合金等からなり、弁本体(１)の内周面に肉
盛り溶着等の方法で一体的に形成される。本体弁座(８)
の内周面は弁体弁座(７)の外周面と同一の楕円形状に形
成されることは勿論である。本体弁座を形成するステン
レス鋼としては、オーステナイト系、フェライト系等が
あり、好ましくはＳＵＳＹ３１６Ｌ、ＳＵＳＹ４３０で
ある。又、ニッケル合金としては、ニッケル・モリブデ
ン系、ニッケル・モリブデン・クロム系等があり、好ま
しくはＤＮｉＭｏ−１、ＤＮｉＣｒＭｏ−３等である。
弁体弁座(７)は、弁体(２)と一体に鋳造成形しても良
い。特に大口径弁等においては、図６に示すように弁体
弁座(７)を弁体(２)に溶着形成するのが好ましい。この
場合、本体弁座(８)と弁体弁座(７)の材質及び表面硬さ
を異ならせるのが好ましく、特に弁体弁座(７)の表面硬
さを、例えばＨＢ２１７程度として、本体弁座(８)より
高くするのが好ましい。

【００１１】図１〜４を参照して、閉弁時には弁体(２)
及び本体弁座(８)は円錐形状を成し、弁棒(３)の閉弁方
向への回動により円錐形状の両弁座面(７)(８)が圧接さ
れ、強力なシール作用が果たされる。又、閉弁時の本体
弁座(８)と弁体弁座(７)の圧接時の状態を示す図１〜３
を参照して、本体弁座(８)の内周面及び弁体弁座(７)の
外周面は、共に楕円形状を呈し、且本体弁座(８)の内径
寸法より弁体弁座(７)の外径寸法が若干大きく形成され
ているため、閉弁状態において弁体(２)が閉弁方向に回
動圧接し、本体弁座は図３において上方の弁座端部は右
方向に、下方の弁座端部は左方向に傾動される。しか
も、本体弁座(８)が幅狭とされているため、弁体(２)の
回動により、閉止方向に強力に圧接されて本体弁座(８)
の弾力的な傾動がもたらされ、確実なシールが達成され
る。

【００１２】図４を参照して、この発明にかかるバタフ
ライ弁は、本体弁座(８)と弁体弁座(７)の圧接面を弁棒
(３)の中心から離間させる一次偏心(f)と、該圧接面を
弁本体(１)の流路中心線から離間させる二次偏心(ｇ)
と、弁本体(１)と弁体(２)の圧接面を構成する円錐形状
の頂点を弁棒(３)の反対側に位置させつつ弁本体(１)の
流路中心線に対して傾斜させる三次偏心の、三重偏心形
に構成されている。すなわち、弁体(２)は弁棒(３)の軸
心(i)を中心として図中反時計方向に回動し、弁棒(３)
の軸心(i)は弁体の外周面が形成する円錐面の頂点(a)の
反対側に位置し、弁体(２)の中心線(e)から距離(f)だけ
一次偏心されている。尚、水平な弁座(D)の水平線(b)上
に頂点(a)が位置し、頂角(j)は通常２０度程度が好まし
く、他方傾斜線(d)上に傾斜した弁座(E)が設けられる。
そして、頂角(j)の半角が円錐面の中心線(c)となり、該
中心線(c)に対して弁体(２)及び弁座等が対称形に形成
されている。入力角(k)は、弁体(２)が開から閉に至る
着座時の角度を示し、シール性と弁開閉の容易性（離脱
及び着座）から、１５度程度に設定することが望まし
い。入力角(k)が大きすぎると、弁開閉は容易となるが
シール性が低下し、入力角が小さくなるとシール性は増
大するが弁開閉が困難となる。

【００１３】図１を参照して、弁棒(３)を水平に配置
し、流体の流れ方向を左側（弁体の平坦側）とし、傾斜
した弁座を下方に、水平の弁座を上方に位置させて、弁
体(２)を反時計方向に回動させ、流体中に砂等の異物が
混入している海水等を制御する場合、異物(19)は破線で
図示したように弁体(２)の回動方向とは逆の位置に堆積
されるので、弁体(２)の容易な開閉が確保されることが
理解される。尚、異物の種類にもよるが、大形の固形物
が閉弁時に二次側に流れると、後続の機器、装置に損
傷、危険をもたらすおそれがあるため、開弁時に備えて
外部接続管(17)に連結されたパージ管(15)を介してパー
ジ弁(16)の開閉により弁本体(1)の一次側に通気し、異
物を噴射して細分化し、小形にする。パージ管(15)は、
好ましくは後述するバイパス管(13)の一次側に併設され
る。又、パージ管(15)は、図２に示すように弁本体(１)
の外周面に複数箇所(図示に実施例では３カ所)、独立し
て設ける。パージ管の噴射角度、噴射口の大きさ等は任
意とし、異物の堆積部に直接噴射可能な構造とする。

【００１４】図１を参照して、この発明は弁本体の一次
側と二次側とをバイパス弁(14)で開閉自在としたバイパ
ス管(13)で連結し、一次側の圧力を二次側に流し得るよ
うにしたことを特徴とする。流体の流れ方向が弁体(２)
の平坦側であるときは、弁体(２)に作用する流体圧力
は、理論上開き勝手の方向に作用するため、シール性は
低下するが、開閉の容易性及び回動トルクは改善され
る。逆に、図３に示すように流れが弁棒側である場合
は、閉まり勝手の方向に流体圧が作用するため、シール
性は増大するが、開閉性及び回動トルクは増大すること
となり、流体の種類及び流れによっても相違するが弁棒
の回動トルクは４０％程度増加する傾向にある。図３の
流れ方向はシール性を重要視した場合であり、閉弁時の
円錐形状の両弁座面の圧接状態を緩和するために一次側
圧力をバイパス管(13)及びバイパス弁(14)を介して二次
側に流出させ、一次側の圧力を低下し、逆に二次側の圧
力を上昇させることにより弁体(２)を加圧し、円錐形状
(クサビ状)の弁体(２)への圧力を開弁方向に緩和させ、
これによって弁の開方向トルクを軽減しアクチュエータ
出力を減少させることが可能となる。この発明は、図1
若しくは図3のいずれの流れ方向であっても良いことは
勿論である。

【００１５】尚、この種三重偏心形バタフライ弁を採用
する場合、汎用的な中心形又は二重偏心形バタフライ弁
に比較して、主に高温、高圧或いは特殊流体等に採用さ
れ、これらの流体の弁開閉は急激に行うことなく、徐々
に開閉することが通例であるが、本願のバイパス管(1
3)、バイパス弁(14)によりかかる徐々の操作を達成する
ことが可能となる。

【００１６】図５は、この発明をウェハー形バタフライ
弁に適用した他の実施例を示す。ウェハー形バタフライ
弁は、弁本体(１)の面間寸法が狭いため、パイプ(18)に
バイパス管(13)の一次側を連結して一次側圧力を導入す
るようにした構造を特徴とする。尚、本体弁座(８)は積
層されたシートリングからなり、シート押えにより弁本
体(１)に固定されている。図５において、流体の流れ方
向は左・右いずれにも対応することが可能であり、バイ
パス管及び弁も同様に左右いずれにも対応可能である。
バタフライ弁は、部品点数の少ないウェハー形のものが
圧倒的に多く採用されており、図１〜３に示すようなフ
ランジ型のものは、流体条件(高温、高圧、特殊流体等)
により採用され、数量的には少ないが、流体条件を満足
するために技術的に高度であり、品質、性能が重視され
る。図において(11)(18)は流路ラインを構成するパイプ
であり、両パイプ(11)(18)の間にこの発明のバタフライ
弁が挟み込まれて固着される。(９)は、両パイプ(11)(1
8)の相フランジ(10)と弁本体(１)との間に介挿されたガ
スケットパッキンであり、配管ボルト(12)で締め付けら
れる。

【００１７】三重偏心形バタフライ弁は、弁本体と弁体
の弁座面が円錐形状であり、且内外周面が楕円形状に形
成された両弁座面が、閉弁時に合致しないと確実なシー
ル性を得ることが出来ないという、設計上、加工上、組
立上、微細なノウハウが要求されている。この発明はか
かる特殊な技術上の要求を緩和させることを可能とする
ものである。すなわち、以下のような効果を達成するこ
とが出来る。

【００１８】１．バイパス管及びバイパス弁により圧力
流体を一次側から二次側に逃がすことにより、図1の場
合弁の開トルクが若干減少し緩和され、図３の場合円錐
形状弁体の食い込みを大幅に緩和し、いずれの場合にお
いても開弁トルクが軽減されアクチュエータの小型化を
可能とし、経済的効果が向上する。又、高圧流体を二次
側に逃出(放出)することにより、二次側に流体を留める
こととなり、圧力、温度及び流体の急激な変化を防ぎ、
配管系、弁類、機器類の損傷、故障等を防止し安全な操
作が可能となる。すなわち、この発明によれば弁の開閉
をゆっくり徐々に行うことが出来るため、かかる安全な
操作を達成することができるのである。又、閉弁時にお
いても、バイパス弁のみを開の状態としておくことによ
り、閉弁時に起こるウオーターハンマ(水撃現象)を防止
することも出来る。主弁の全閉後、時間差をもってバイ
パス弁を全閉にすれば漏れを確実に防止できる効果もあ
る。

【００１９】２．パージ管及びパージ弁による一次側へ
の通気で、堆積した異物を取り除く又は小型化(粉砕化)
することにより、バタフライ弁の弁座面の損傷及び二次
側機器、配管系の損傷、摩減を防止することが出来る。
特に、海水中に必然的に含まれる砂は、きわめて硬質で
あるため、各種機器類の損傷、摩減の防止上分散するこ
とが重要である。尚、二次側は原則的に圧力流体は零で
あり堆積がないため、通気を必要としない。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、弁本体の一次側と二
次側との圧力差を少なくして弁体に付加される面圧を減
少させると共に、三重偏心による弁座の円錐形状を緩和
することにより、配管系及び弁への振動等の危険を防止
することが出来ると共に、一次側への通気により閉弁時
の堆積物を除去、分散させて、弁座等の摩耗、損傷を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる三重偏心弁の断面図

【図２】閉弁時の状態を一次側から見た側面図

【図３】流体の流れ方向を図１と逆方向とした断面図

【図４】三重偏心弁の弁棒、弁座の位置関係を示す説明
図

【図５】この発明の他の実施例を示す断面図

【図６】弁体弁座の溶着状態を示す拡大断面図

【符号の説明】

(１)弁本体 (２)弁体 (３)弁棒 (４)テーパーピン (５)植込キー (６)取付フランジ (７)弁体弁座 (８)本体弁座 (９)ガスケットパッキン (10)相フランジ (11)パイプ (12)配管ボルト (13)バイパス管 (14)バイパス弁 (15)パージ管 (16)パージ弁 (17)接続管 (18)パイプ (19)異物 (20)噴射の流れの想像線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略円筒状の流体通路を貫設した弁本体と、
   該弁本体内に弁棒を介して回動自在に軸支された剛性材
   料からなる円盤状の弁体とからなり、弁体の外周面に形
   成された弁座面と弁本体の弁座面を弁体の中心と弁棒の
   中心から離間させる一次偏心と、弁本体の中心線から離
   間させる二次偏心と、弁本体と弁体の弁座面を構成する
   円錐形状の頂点を弁棒の反対側に位置させつつ弁本体の
   中心線に対して傾斜させる三次偏心とからなり、互いに
   圧接する弁本体内周の弁座面及び弁体の外周の弁座面が
   楕円形に形成されており、特に高温流体の開閉、制御に
   適した三重偏心弁において、弁本体内の一次側と二次側
   とを弁を備えたバイパス管で連通すると共に、弁本体の
   一次側に弁を備えたパージ管を連結して、弁本体内周面
   の弁座面及び弁体外周の弁座面にパージ流体を噴射可能
   としたことを特徴とする三重偏心型バタフライ弁。
2. 【請求項２】パージ管が、バイパス管の一次側に併設さ
   れていることを特徴とする請求項1記載のバタフライ
   弁。
3. 【請求項３】パージ管からのパージ流体の噴射口が、弁
   本体外周面に複数箇所、独立して設けられていることを
   特徴とする請求項１又は２記載のバタフライ弁。
4. 【請求項４】バイパス管及びパージ管に設けられる弁
   が、鋼製の開閉弁であることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかに記載のバタフライ弁。
5. 【請求項５】開閉弁が、バタフライ弁であることを特徴
   とする請求項４記載のバタフライ弁。