JP2005054918A - ケージ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招くことがなく、かつ小型のケージ弁を提供する。
【解決手段】 弁体内を上流側と下流側に分割する仕切壁２により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の流量制御窓１３を有するケージ７と、このケージ７内を摺動してケージ７の流量制御窓１３を開閉する弁プラグ１５とを備えたケージ弁において、ケージの底面部下端にその内径方向に突出形成された突起部を設ける。
【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弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。

ケージ弁の流量調節はケージ周壁に複数設けられた流量制御窓の開口面積を変化させることで行っている。この流量制御窓を変化させる機構として、ケージ内部に円筒状または円形パイプ状の弁プラグを装着し、弁プラグを操作器等によって上下に往復動させることにより、弁プラグによって流量制御窓の開口面積を変化させる方法が一般的に用いられている。

このような機構を持つケージ弁では、ケージ弁の下部流出口から勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによっても弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招く。

このような問題を解決することを目的とした従来の弁プラグを備えたケージ弁の要部断面図を図７に示す。弁本体１内に設けられた隔壁の開口に嵌合固定されるケージ７の底面部７Ｂの中央にケージ内方に突出する円筒形の突部２０を一体に形成し、この突部２０の周面に多数の小孔９を形成したものである。ケージ７の底面には円筒状の凹部２１が形成されている。ケージ７の底面部７Ｂと弁本体１の下流側弁体底部６との間隔があいている。突部２０に小孔９を形成するために、ケージ７は、突部２０が形成された底面部７Ｂと、前記開口の嵌合固定される両端開放の筒体からなるケージ本体７Ｃとで構成され、底面部７Ｂがケージ本体７Ｃの下面側開口部に嵌合されかつ溶接によって接合されている。

このような低騒音型ケージ弁において、摺動自在に嵌め込まれた弁プラグ１５の上昇移動によって弁を開くと、上流側流路３の被制御流体はケージ７に入り、突部２０に形成された小孔９から下流側流路４に流出する。この時、小孔９を透過した被制御流体は凹部２１内において互いに衝突してその運動エネルギが散逸、拡散され、下流側流路４へ押しやられる過程をとる。このため、弁本体１の下流側弁体底部６に直接流体が衝突する弁装置に比べて著しく小さく、弁本体２の振動さらには下流側配管が励振して騒音が発生したりするのを効果的に防止することができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−９３９６４号公報

従来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、ケージの底部形状が下流側弁室に大きく張り出す構造となり、下流側弁室を弁体縦方向に大きくしなければならず、弁体の大型化を招くことになってしまっていた。

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、勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによって弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招くことがなく、かつ小型の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、弁体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動してケージの窓を開閉する弁プラグとを備えたケージ弁において、ケージの底面部下端にその内径方向に突出形成された突起部を設けたものである。

この発明に係るケージ弁は、弁プラグ底面にはケージ内に流入した流体を分流、減速させる弁プラグ偏流部を形成するとともに、弁プラグ偏流部をケージの底面部下端にその内径方向に突出形成される突起部に接触しない形状としたものである。

この発明によれば、ケージ底面部下端にその内径方向に突出形成される突出部によって、ケージ底面部の流出口を通過する流体に対して整流、抵抗、偏流、分散流などを発生させることで、直接下流側弁体底部に直接勢いよく流体が衝突することがないので、ケージ弁底部を下流側弁室に張り出し即ち大型化を招くことなく、弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを防ぐことができる。
また、ケージを弁体に組み付ける際に、ケージ底面部下端にその内径方向に突出形成される突出部を組み付け用の工具に係合させることができるので、ケージの他の部分に組み付け用の工具に契合させる突起や凹部を設ける必要がない。

この発明によれば、弁プラグ偏流部を設けることにより、ケージ内の流体に対してより大きな偏流を与え、偏流した流れが突起部に衝突することから、流れを分流、減速させ、よりいっそう効果的に弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを防ぐことができる。
また、弁プラグ偏流部がケージの外周方向から中心部へと窓から流入する流体の流れ方向を仕切壁に設けられた孔方向へと流れ方向を変えるので、対向する各窓からケージ内に流入した流体どうしが直接衝突することを回避でき、従来のように、対向する各窓からケージ内に流入した流体どうしが直接衝突することで生じる振動を大幅に緩和することができる。

実施の形態１．
図１はこの実施の形態１による弁装置が全閉の状態を示す要部縦断面図である。また、図２は同弁装置が全開の状態を示す断面図である。図３は図１及び図２をＡ方向から見た図である。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。図示されていないが、上蓋５とケージ７の間にはガスケットが、ケージ７と弁本体１の間にはガスケット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にと仕切壁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。弁プラグ１５に着座部１９が設けられ、着座部１９は弁座１４に対向している。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。

ケージ７は、流量制御窓１３が設けられている部分と仕切壁２と当接する下側ケージ部７Ａが、分割可能に設けられている。下側ケージ部７Ａは、弁本体とガスケット１０を介し結合されている。また、下側ケージ部７Ａの下側外周及び仕切壁２に設けられた孔には螺旋が設けられており、下側ケージ部７Ａが仕切壁２に着脱自在に螺着されている。下側ケージ部７Ａの内周には隔壁と略同一高さの突起部８が４つ設けられている。下側ケージ部を仕切壁２に螺着する際、突起部８に治具を当接させ、治具を回転させることにより、突起部８含め下側ケージ部７Ａが回転し、下側ケージ部７Ａと仕切壁２の螺旋部が結合していく。
高圧流体に用いる場合、十分なシールが要求される。ガスケット１０で十分にシールさせるために強い締め付け力が必要となる。従来、円筒状の下側ケージ部７Ａに締め付けるための治具を係合させる箇所として、下側ケージ部に切り込み等を別途設けていた。専用の治具と切り込みを係合させ、治具を回転させ、螺着させていたが、突起部８を用いることにより、螺着させるためだけに用いる切り込み等を下側ケージ部７Ａに設ける必要がない。
突起部８は弁プラグ１５が全閉時、即ち最下部にある状態（図１）でも、弁プラグ１５とぶつかることのない場所に設ける。弁プラグ１５とぶつからないように下側ケージ部７Ａの最下端に設けることが好ましい。
弁プラグ１５は、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図示しない貫通孔のパッキンに摺動自在に貫通して設けられている。

次に動作について説明する。図１の全閉した状態において、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸１８を上方に操作すると、弁プラグ１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグの着座面が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ１５が上方へと移動する。
すると弁プラグ１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。流量制御窓１３が閉塞される割合により、流量が制御される。流量制御窓１３からケージの中心方向へと流入した流体はケージ弁内で仕切壁２に設けられた孔方向へと流れ方向を変える。
下側ケージ部７Ａに設けられた突起部８の周囲を通過した流体は、突起部に衝突することから流れが乱れ直接弁下流側の弁内底面に勢いよく衝突することなく、減速した状態で下流側弁体内へと流れ込む。流れが減速しており、勢いよく下流側弁体底面に衝突することがないので、振動、騒音が減少し、弁の損傷、キャビテーションを防止することができる。
さらに弁軸１８を操作すると、弁プラグ１５が流量制御窓１３を閉塞することのない全開状態となる。

下側ケージ部７Ａを用いた２つの部材とするケージについて説明したが、下側ケージ部７Ａを別部材とせずに、一体に形成してもよい。
４つのほぼ矩形の突起部８であるものについて説明したが、下流側弁体底部６に衝突する流れを考慮し、その数および形状は適宜変更できるものである。
また流量制御窓１３から流れ込んだ流体が直接下流側弁体底部６へと流れ込まないように、流量制御窓１３と突起部８の数を同一とし、流量制御窓１３の直下に突起部８を配置し、流量制御窓１３からの流れが確実に一度突起部８に衝突した後に下流側弁体底部６へと流れ込むようにすると効果的である。
また、下側ケージ部７Ａと突起部８は、溶接等で後から接合しても良いが、一体に鋳造してもよい。溶接で固定する場合、複数の突起部８を別々に下側ケージに溶接するのではなく、一体に形成した複数の突起部８を下側ケージ部７Ａに溶接すると、溶接箇所が少なくて済む。

実施の形態２．
図４はこの実施の形態２による弁装置が全閉の状態を示す要部縦断面図である。また、図５は同弁装置が全開の状態を示す断面図である。図６は図４及び図５をＢ方向から見た図である。弁プラグ１５の下部に弁プラグ下端偏流部１１を付加した以外の構成は、実施の形態１と同様であるのでその説明は省略する。

図４及び図６に示すように、弁プラグ１５が閉弁した状態においても、弁プラグ下端偏流部１１は突起部８とぶつかることのないように弁プラグ１５の下端面に設けられている。弁プラグ下端偏流部１１の断面は、隣り合った突起部８間に伸びるようにくびれ部１２を有した形状になっている。このような形状を採用したことにより、下側ケージ部７Ａの中央及び複数ある突起部８の間に突起部８とぶつかることがなく間隔をもち、流体が均等に流れやすいようなっている。弁プラグ下端偏流部１１は突起部８及び下側ケージ部７Ａの内周面とできるだけ等間隔でかつ加工が容易となるように設計されている。もちろん、突起部８の形状及び数を変更する場合、弁プラグ下端偏流部１１の形状も適宜変更される。
弁プラグ下端偏流部１１は、弁プラグ下端偏流部１１のくびれ部１２の中央が流量制御窓１３の中心に対向する向きに設けられる。開弁時に、流量制御窓１３から流入した流体は、くびれ部１２に衝突し、減速した後、仕切壁２の開口部に向きを変える。くびれ部１２に沿って流れている流体は、突起部８に衝突し、さらに減速した後に、下流側弁体底部６へと流れ込む。

弁プラグ下端偏流部１１を設けることにより、効果的にケージ内の流体に対して分流、減速作用を与えることができ、いっそう下流側弁体底部６にぶつかる流れが減速され、実施の形態１に比べても、より振動、騒音を減少させ、弁の損傷、キャビテーションを防止することができる。
ケージ７の外周方向から中心部へと窓から流入する流体の流れ方向を仕切壁２に設けられた孔方向へと流れ方向を変える弁プラグ下端偏流部１１であるので、対向する各流量制御窓１３からケージ内に流入した流体どうしが直接衝突することを回避でき、従来および実施の形態１のように、対向する各窓からケージ内に流入した流体どうしが直接衝突することで生じる振動を大幅に緩和することができる。

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を示す図１及び図２をＡ方向から見た図である。 この発明の実施の形態２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２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２を示す図４及び図５をＢ方向から見た図である。 従来例のケージ弁を示す断面図である。

符号の説明

１ 弁本体
２ 仕切壁
７ ケージ
７Ａ 下側ケージ部
８ 突起部
１１ 弁プラグ下端偏流部
１５ 弁プラグ

Claims (2)

1. 弁体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えたケージ弁において、
   前記ケージの底面部下端にその内径方向に突出形成された突起部を設けたことを特徴とするケージ弁。
2. 請求項１に記載されたケージ弁において、
   前記弁プラグ底面には前記ケージ内に流入した流体を偏流させる弁プラグ偏流部を形成するとともに、前記弁プラグ偏流部を前記ケージの底面部下端にその内径方向に突出形成される突起部に接触しない形状としたことを特徴とするケージ弁。

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