JP2005042863A

JP2005042863A - ケージ弁

Info

Publication number: JP2005042863A
Application number: JP2003279313A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Kawai; 茂弘川合
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】非真円のプラグを備えたケージ弁において、プラグの着座部やケージの弁座部の修理を容易に行うことのできるケージ弁を提供する。
【解決手段】弁本体１と、流量制御窓１３を有するケージ７と、ケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状をほぼ非真円に形成し、ケージ７の弁座１４及び弁プラグ１５の着座部１９の断面形状を真円とし、非真円の長手方向を弁体内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長手方向とは異なる位置に流量制御窓１３を開口させて設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は周壁に流量制御窓を有するケージと、このケージ内で昇降動作し、流量制御窓の開口面積を制御することにより流体の流量を制御する非真円の弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。

楕円（非真円）のプラグを備えたケージ弁の構成を図８に示す。また、同図の断面Ａを図９に示す。両図において、弁本体１は隔壁である仕切壁２により内部が上流側流路３と下流側流路４に仕切られている。弁本体１の上端開口部を閉鎖する上蓋５と仕切壁２との間には円筒状のケージ７が設けられている。ケージ７の下端部は仕切壁２の中央に開設された通孔にパッキン１０を介して嵌め込まれている。ケージ７の周壁には上流側流路３と下流側流路４とを連通させる複数個の流量制御窓１３が開設されている。ケージ７の内周壁面には流量制御窓１３の下方に位置する弁座１４が形成されている。ケージ７には、その内周壁面に沿って、弁プラグ（弁体）１５が摺動自在に嵌め込まれている。

弁プラグ１５は、筒状体で、弁軸１８の先端に取り付けられている。弁軸１８は上蓋５の中央に設けられた貫通孔１６のパッキン２１に摺動自在に貫通して設けられている。図９に示すように、弁プラグ１５は、ほぼ楕円形（非真円）に形成し、ケージ７と弁プラグ１５間での相対的な回動が規制されている。この楕円形の長軸（長手）方向を弁本体１内での流体の流入する流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長軸方向からはずれた位置に流量制御窓１３を形成されている。弁プラグ１５の外周面には弁座１４に対応して着座部１９が設けられている。着座部１９及び弁座１４は弁プラグ１５とほぼ同型の楕円形状を成している。なお図８は、弁プラグ１５が下方に下がり、弁が全閉の状態を示している。ケージ７に設けられた流量制御窓１３は弁プラグ１５により完全にふさがれていると共に、着座部１９はケージ弁が、弁座１４に共に密着状態で着座し、上流側流路３と下流側流路４が完全に閉ざされる。

この楕円の弁プラグを備えたケージ弁において、弁軸１８は、自動制御装置による駆動部の作動や手動操作によって上下動される。弁軸１８が上下動すると、弁プラグ１５が弁軸１８と一体となって上下動し、流量制御窓１３の開度すなわち開口面積が変化する。これによって、上流側流路３からケージ７の内部を通って下流側流路４に流れる流体の流量が制御される。流量制御窓１３の形状により所望の流量特性を得ることができる。

このタイプのケージ弁においては、前述したように、弁プラグ１５をほぼ楕円形に形成することにより、ケージ７と弁プラグ１５間での相対的な回動が規制されている。この楕円形の長軸方向を弁本体１内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長軸方向からはずれた位置に流量制御窓１３を形成することにより、弁開時に上流側管路から上流側流路３に流入した流体は、ケージ７の流量制御窓１３からその内部に流入して、弁プラグ１５に強く衝突し、横振動したり縦振動したりし、ついには回転力が付与されることになるが、弁プラグ１５と固定側のケージ７との摺動部が楕円形に形成されていることにより、弁プラグ１５およびこれに一体的に連結されている弁軸１８が回転することはない（例えば、特許文献１参照）。

実公平７−２１９７３号公報

従来の楕円のプラグを備えたケージ弁装置は以上のように構成されているので、ケージ弁を長期間使用した時に、過酷な条件（高差圧、摩耗性物質を含んだ流体等）であるとプラグ（特に着座部）やケージの弁座はケージ内部に流入した流体によって損傷を受けることがある。プラグの着座部及びケージの弁座の損傷が発生すると弁全閉時に、密着しなくてはならない着座部と弁座の接触部分から流体が漏洩し、修理する必要が生じる。この修理に当たっては、ケージの弁座を旋盤などの機械で追加加工することにより新しい弁座面を形成することになるが、弁座面が楕円形状であるので、弁座面部分の加工は楕円加工が可能な楕円加工機械を必要とし、修理費が高くなるとともに保守性が良くないという問題がある。また、楕円加工機械が入手出来なければ新品と交換しなくてはならないという問題があった。
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、非真円のプラグを備えたケージ弁において、プラグの着座部やケージの弁座部の修理を容易に行うことのできるケージ弁を提供することにある。

この発明に係るケージ弁は、弁本体内で仕切壁により仕切られた一方の室内に固定されかつ周壁に複数の流量制御窓を有するケージと、このケージ内で昇降動作することにより流量制御窓の開口面積を制御する弁プラグとを備えたケージ弁において、ケージの弁座及び弁プラグの着座部の断面形状が真円であり、かつ、ケージと弁プラグの摺動部の断面形状を非真円に形成し、真円の直径は非真円の短径よりも短くするとともに、非真円の長手方向を前記弁体内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージの周壁でこの長手方向とは異なる位置に流量制御窓を開口させたものである。

請求項１に係る発明によれば、ケージの弁座及びプラグの着座部が真円形状であるので、この部分が損傷した際に安価な加工機械で修理加工が容易に行うことができ、保守性が向上する。また、最も密着させなければならない箇所、すなわち加工精度が要求される箇所を、汎用機械で加工することの出来る形状としたため、製作コストを削減することが出来る。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの実施の形態１による弁装置が全開の状態を示す要部縦断面図である。また、図２は同弁装置が全閉の状態を示す断面図である。図において、弁本体１は隔壁である仕切壁２により内部が上流側流路３と下流側流路４に仕切られている。弁本体１の上端開口部を閉鎖する上蓋５と仕切壁２との間には円筒状のケージ７が設けられている。上蓋５はボルト２７及びナット２８により弁本体１に固定されている。上蓋５とケージ７の間にはガスケット２０が、ケージ７と弁本体１の間にはガスケット３０がそれぞれ嵌装されている。ケージ７の下端部は仕切壁２の中央に開設された通孔にガスケット１０を介して嵌め込まれ、ケージ７は弁本体１の上端開口部２９と仕切壁２の間で固定されている。ケージ７の周壁には上流側流路３と下流側流路４とを連通させる複数個の流量制御窓１３が開設されている。ケージ７の内周壁面には流量制御窓１３の下方に位置する弁座１４が形成されている。ケージ７は、その内周壁面に沿って、弁プラグ（弁体）１５が摺動自在に嵌め込まれている。

図３は図２の断面Ａを示す図である。弁プラグ１５は、従来例に示したのと同様にほぼ楕円形（非真円）に形成され、ケージ７と弁プラグ１５間での相対的な回動が規制されている。この楕円形の長軸（長手）方向を弁本体１内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長軸方向からはずれた位置に流量制御窓１３を形成されている。本実施の形態１において流量制御窓１３は長軸と短軸（短径方向）のほぼ中間位置に計４箇所設けられている。
弁プラグ１５は、弁軸１８の先端にねじ込み若しくは溶接等で取り付けられている。弁軸１８は上蓋５の中央に設けられた貫通孔１６のパッキン２１に摺動自在に貫通して設けられている。弁プラグ１５の下端外周面には弁座１４に対応して着座部１９が設けられている。
従来例と同様に、弁開時に上流側管路から上流側流路３に流入した流体は、ケージ７の流量制御窓１３からその内部に流入して、弁プラグ１５に強く衝突し、横振動したり縦振動したりし、ついには回転力が付与されることになるが、弁プラグ１５と固定側のケージ７との摺動部が楕円形に形成されていることにより、弁プラグ１５およびこれに一体的に連結されている弁軸１８が回転することはない。

図４に図１のプラグの拡大図を、図５に図４のＢ方向から見た弁プラグ１５の図を示す。従来例において着座部１９及び弁座１４は弁プラグ１５と同様にほぼ楕円形状であったが、本実施の形態１において、着座部１９及びそれと密着する弁座１４は真円形状である。ケージ７の弁座１４及び弁プラグ１５の着座部１９が真円形状であるので、この部分が損傷した際に安価な加工機械で修理加工が容易に行うことができ、保守性が向上する。また、最も密着させなければならない加工精度が要求される箇所を、汎用機械で加工することの出来る形状としたため、製作コストを削減することが出来る。
着座部１９はケージ弁の全閉状態において、図２に示すように弁座１４に着座する。この弁座１４および着座部１９は完全に密着するように十分精密に仕上げている。
流量制御窓１３を閉鎖しなくてはならない弁プラグ１５の断面、すなわちケージ７と摺動させなければならない弁プラグ１５の断面は楕円形状（非真円形状）としなくてはならないが、それ以外の弁プラグ１５の断面は、真円形状としてもよい。その場合、コストのかかる楕円形状の加工を少なくすることが出来る。

ケージ７と摺動接触する弁プラグ１５の楕円部分と真円形状である着座部１９は、図４に示す様に一体でなだらかに繋がっていてもよいが、楕円形状部分に真円形状部分を着脱自在に、例えばねじ込むように構成しても良い。ねじ込む形状とした場合、部品点数は増えるものの、損傷しやすい箇所である着座部の交換及び修理が容易となる。
同様にケージ７も弁プラグ１５と摺動する楕円部分と真円である弁座部分を別部材として構成して、弁座１４部分が損傷した場合、交換及び修理が容易となるようにしても良い。

次に動作について説明する。この弁装置においては、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸１８を上下に操作すると、それに伴い弁プラグ１５がケージ７内を上下に移動する。
弁プラグ１５を流量制御窓１３が閉塞することのない全開の上部位置から、ケージ内を弁プラグ１５が下方に移動するよう操作すると、徐々に流量制御窓１３が弁プラグ１５によって閉塞され、流量制御窓１３が閉塞される割合により、流量を制御する。さらに下方まで弁プラグ１５を操作すると、弁プラグ１５が流量制御窓１３を徐々に閉塞し、その後、真円である弁プラグ１５の着座部１９が真円である弁座１４に密着状態で着座することにより、ケージ弁が完全に閉弁状態となる。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。開状態及び閉状態のケージ弁の断面図（図１、２）は実施の形態１と同様であると共に、弁座１４及びケージの着座部１９も実施の形態１と同様にその断面形状は真円となっている。図６に実施の形態２の断面Ａの断面図を示す。ケージ外周の形状が実施の形態１と異なり、弁プラグ１５と接触する内周面と同様にケージ７の外周面がほぼ楕円形状となっている。
楕円形状とすることによりケージの外周を流れる流体が流れやすくなることから流路抵抗が減る。また、流体の流路容量が大きくなり容量係数（Ｃｖ値）を大きくすることが出来ると共に、高温流体に用いた場合、ケージ７の肉厚がほぼ均一となるために熱応力を小さくすることが出来る。

もちろん、ケージ７の弁座１４及び前記弁プラグ１５の着座部１９の断面形状が真円であり、かつ、ケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状をほぼ楕円形に形成し、真円の直径は楕円形の短径よりも短くするとともに、楕円の長手方向を弁体内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長手方向とは異なる位置に流量制御窓１３を開口させて設けた構成は実施の形態１と同様であるので、弁軸１８が回転することはなく、ケージ７の弁座１４及び弁プラグ１５の着座部１９が損傷した際に安価な加工機械で修理加工が容易に行うことができ、保守性が向上し、最も密着させなければならない加工精度が要求される箇所を、汎用機械で加工することの出来る形状としたため、製作コストを削減することが出来る。

また実施の形態２の場合、上端開口部２９の形状及びその近辺に設けられるガスケット２０、３０の形状をケージ７の形状と同様に楕円としても良いが、上端開口部２９を真円とし、かつガスケット３０の形状を真円形状とする方が、弁本体１とケージ７の加工及びガスケットの入手などが容易になる。
同様に、仕切壁２とケージ７との接触部分の形状及びその間に設けられるガスケット１０の形状を楕円形状としても良いが、仕切壁２とケージ７の接触部分を真円としてガスケット１０の形状を真円形状とする方が、仕切壁２の孔の加工、ケージの加工及びガスケットの入手などが容易になる。

実施の形態３．
実施の形態３の開状態及び閉状態のケージ弁の断面図（図１、２）は実施の形態１と同様であると共に、弁座１４及びケージ７の着座部１９も実施の形態１と同様にその断面形状は真円となっている。
本実施の形態３では、ケージ外周の形状が実施の形態１と同様にほぼ真円でもよいが、実施の形態２と同様に弁プラグ１５と接触する内周面と同様にケージ７の外周面がほぼ楕円形状のものについて説明する。
図７に実施の形態２の断面Ａの断面図を示す。ケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状の形状が実施の形態２と異なり、図７Ａ〜Ｃに示すように長円（非真円）や、角に丸みをもたせた菱形（非真円）としている。
図７Ａのケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状の形状は、ほぼ真円を２つに分割したものの中間部に長方形が入る形状、陸上競技に使われるトラックと同様の形状である。
図７Ｂのケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状の形状は、径の異なる２つの半円を同一軸上に設け、その端部を結ぶ形状である。
図７Ｃのケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状の形状は、菱形の角を丸めた形状としている。角を丸めた菱形は、左右、上下対象である必要はなく、たとえば、左側の角を右側の角に比べ大きく角を取っても良いし、角度の異なる菱形を左右に並べても良い。また、菱形に限るものではなく、多角形であっても良い。
図７Ａ〜Ｃの実施の形態において、弁軸１８は、弁プラグ１５の必ずしも中心に設ける必要はなく、流体の流れ等を考慮し、弁プラグ１５がスムーズに動きやすいように中心から適宜ずらすことも可能である。
ケージ７の弁座１４及び前記弁プラグ１５の着座部１９の断面形状が真円であり、かつ、ケージ７と弁プラグ１５の摺動部の断面形状を非真円形状に形成し、真円の直径は非真円の短径よりも短くするとともに、非真円の長手方向を弁体内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつケージ７の周壁でこの長手方向とは異なる位置に流量制御窓１３を開口させて設けた構成は実施の形態１及び２と同様であるので、実施の形態１及び２と同様の効果を奏するものである。

この発明の実施の形態１を示す開状態のケージ弁の断面図である。この発明の実施の形態１を示す閉状態のケージ弁の断面図である。この発明の実施の形態１を示す図２の断面Ａの断面図である。この発明の実施の形態１を示すプラグの拡大図である。この発明の実施の形態１を示すプラグの図４をＢ方向から見た図である。この発明の実施の形態２を示す図２の断面Ａの断面図である。この発明の実施の形態３を示す図２の断面Ａの断面図である。従来例のケージ弁を示す開状態の断面図である。従来例のケージ弁を示す図８の断面Ａの断面図である。

符号の説明

１弁本体
２仕切壁
７ケージ
１３流量制御窓
１４弁座
１５弁プラグ
１９着座部

Claims

弁本体内で仕切壁により仕切られた一方の室内に固定されかつ周壁に複数の流量制御窓を有するケージと、このケージ内で昇降動作することにより前記流量制御窓の開口面積を制御する弁プラグとを備えたケージ弁において、
前記ケージの弁座及び前記弁プラグの着座部の断面形状が真円であり、かつ、前記ケージと前記弁プラグの摺動部の断面形状を非真円に形成し、前記真円の直径は非真円の短径よりも短くするとともに、前記非真円の長手方向を前記弁体内での流体の流れの方向にほぼ一致させ、かつ前記ケージの周壁でこの長手方向とは異なる位置に前記流量制御窓を開口させて設けたことを特徴とするケージ弁。