JP2005121083A - 三重偏心バタフライ弁及びそれに使用されるシートリング - Google Patents

Abstract

【課題】 高温に耐え高圧下でも破壊されないで、弁体との間を確実に気密に維持して流体の漏洩を起こさず、しかも弁本体へ容易に付設できるような三重偏心バタフライ弁、及びそれに使用するシートリングを提供する。
【解決手段】 弁本体がわに固定するための固定部と、弁体の外周面に当接させるための可撓部とを金属で一体に構成し、可撓部を固定部の一端寄りの内面から内側へ起立する板状の円環で構成し、板状の円環を半径方向に屈曲して固定部の他端がわへ向かって窪み且つ円周方向に延びる環状の窪み部を形成し、可撓部の先端部分が窪み部の側壁を構成するようにするとともに、先端部分が傾斜した円錐台面を形成するようにして、これをシートリングとする。また、このようなシートリングを用いて三重偏心バタフライ弁とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、三重偏心バタフライ弁及びそれに使用されるシートリングに関するものである。

三重偏心バタフライ弁は、バタフライ弁の中でも特殊なものである。すなわち、バタフライ弁は円管状の流体通路を持った弁本体と、弁本体の流体通路内で弁軸を中心として回動可能とされた弁体とからなるものである。このように、弁体は弁軸を中心として回動されるものであるから、弁軸が弁体に片寄って付設されることは少ない。

ところが、三重偏心バタフライ弁では、弁軸が弁体に対して片寄って付設される。詳述すれば、三重偏心バタフライ弁は、図１に断面を示したような構造のものであって、弁体１の外周が弁本体３の内周に接する弁座面８から弁軸２が距離Ｐだけ離れていて弁座面８を連ねる平面から外れており、いわゆる一次偏心をしている。また、弁軸２が弁体１の中心軸９から距離Ｑだけ片寄って付設され、いわゆる二次偏心をしている。

また、三重偏心バタフライ弁では、弁座面８が、点線１０と１１とで示す傾斜した円錐面上にあって、いわゆる三次偏心をしている。このように、一次から三次までの偏心を重ねたバタフライ弁が三重偏心バタフライ弁である。三重偏心バタフライ弁では、上記円錐面の頂点１２は弁体１に対して弁軸２と反対がわに存在している。このような三重偏心バタフライ弁は特開昭６２−８３５６３号公報、特開平１１−１４８５６３号公報などに記載されて公知である。
特開昭６２−８３５６３号公報 特開平１１−１４８５６３号公報

なお、図１中の４は流体通路であり、５はピンであって弁体１を弁軸２に固定するためのものであり、６はシートリングであり、７はシート押さえである。

図１に示した三重偏心バタフライ弁は、弁の全閉時に弁体と弁本体との間から流体が漏れるのを防ぐために普通のバタフライ弁と同様に、弁本体がわにシートリング６が付設される。シートリング６は、その内周面が弁座面８となる。弁座面８に弁体の外周面が密接することにより、弁の全閉が確実となる。

三重偏心バタフライ弁は、僅かな力で弁体の外周を全周にわたってシートリングの弁座面から同時に離すことができるので、弁を全閉状態から開き始めるのが容易である。このために、三重偏心バタフライ弁は高圧の流体、とくに高温高圧の流体を制御するのに用いられる。そのために、三重偏心バタフライ弁のシートリングは、高温に耐えるとともに、高圧下でも流体を漏洩させないことが必要とされる。従って、三重偏心バタフライ弁用のシートリングは、普通のバタフライ弁とは違ってその材質と構造とに特別の工夫が必要とされる。ところが、これまでは三重偏心バタフライ弁に使用するに適したシートリングは提供されなかった。

特開平４−２４８０７４号公報は、特殊なシートリングを使用した三重偏心バタフライ弁を記載している。そこで用いられている特殊なシートリングは、リング状の固定部と、固定部から内側に向かって突出するシール縁部とが一体にされたもので、固定部が弁本体に直接に固定され、シール縁部が半径方向に弾性的に変形可能とされ、半径方向にばね弾性をもって弁体外周に当接するものとされている。

しかし、このシートリングは、二重偏心のバタフライ弁用とされているために、三重偏心バタフライ弁にそのまま使用することができない。また、この公報の記載する構造では、シール縁部における弾性変形が充分でなく、従ってシール縁部を弁体外周に密接させたり弁体外周から離間させることが容易でない。
特開平４−２４８０７４号公報

また、実開平５−８１４０号公報は、弁本体への固定部と弁体外周へ密接するシール部とを一体に形成したシートリングであって、シール部を内側へ突出する薄板で構成するとともに、薄板を半径方向に折曲して断面をＬ形にしたシートリングを記載している。しかし、そこではさらに押圧力調整板を使用することが必要とされているため、構造が複雑で使用に適さないだけでなく、このシートリングは三重偏心バタフライ弁に使用することができない。
実開平５−８１４０号公報

また、特開平９−１４４９０１号公報も、上記の実開平５−８１４０号公報と同様に、固定部とシール部とを一体にし、シール部を薄板で構成するとともに、薄板を半径方向に折曲して断面をＬ形にしたシートリングを記載している。しかし、この構造のシートリングは、そのまま三重偏心バタフライ弁に使用することができない。
特開平９−１４４９０１号公報

この発明は、上述のような状態を考慮して、三重偏心バタフライ弁に使用するに適したシートリングを提供しようとするものである。すなわち、高温に耐え高圧下でも破壊されないで弁体との間を確実に気密に維持して、流体の漏洩を起こさず、しかも弁本体へ容易に付設できるようなシートリングを提供しようとするものである。

また、この発明は、このようなシートリングを使用した三重偏心バタフライ弁を提供しようとするものである。

この発明者は、三重偏心バタフライ弁用のシートリングを前記特開平４−２４８０７４号公報などの教示に従って、弁本体がわに固定するための固定部と、弁体外周面に当接する可撓部とが、一体となったもので構成することとした。また、可撓部は固定部の一端から内側へ円環状に起立させるが、これを板状にすることとした。但し、その板状のものはこれを半径方向に屈曲して、そこに流体の進行方向に向かって窪む窪み面を設け、この窪み面を円周方向に延ばして環状にすることとした。

また、この発明者は、上記可撓部の先端部分が窪み部の側壁を構成するようにすると、弁体外周面への弾性的当接を一層容易且つ確実にできることを見出した。

さらに、この発明者は、可撓部の内側先端部分を傾斜した円錐台状の面として、三重偏心バタフライ弁の弁体外周面に密接できるようにした。この発明者は、シートリングを上述のような構造にすると、三重偏心バタフライ弁に使用するにとくに適したものとなることを確認した。この発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

この発明は、一方では三重偏心バタフライ弁用シートリングを提供するものであり、他方ではそのシートリングを使用した三重偏心バタフライ弁を提供するものである。

そのうちのシートリングに関する発明は、金属で一体に作られた固定部と可撓部とからなり、固定部は円環状を呈して両側にそれぞれ中心軸に垂直な端面を備えており、可撓部は固定部の１つの端面寄りの内面から内側へ起立する板状の円環からなり、円環は半径方向に屈曲されて固定部の他の端面がわへ向かって窪み、且つ円周方向に延びる環状の窪み部を形成しており、可撓部の先端部分は窪み部の側壁を形成するとともに、上記他の端面がわに頂点を持った傾斜した円錐台面を形成していることを特徴とするものである。

また、三重偏心バタフライ弁に関する発明は、上記のシートリングを使用することを要件とした発明である。その発明は、金属で一体に作られた固定部と可撓部とからなり、固定部は環状を呈して両側にそれぞれ中心軸に垂直な端面を備えており、可撓部は固定部の１つの端面寄りの内面から内側へ起立する板状の円環からなり、円環は半径方向に屈曲されて固定部の他の端面がわに向かって窪み、且つ円周方向に延びる環状の窪み部を形成しており、可撓部の先端部分は窪み部の側壁を形成するとともに、上記他の端面がわに頂点を持った傾斜した円錐台面を形成しているシートリングを用い、シートリング固定部の中心軸と可撓部の円錐台の頂点とを通る平面を弁軸に対して垂直に向けるとともに、シートリング固定部の内面を弁本体の流体通路の壁面と実質的に面一にして固定部を弁本体に固定し、三重偏心した弁体を付設することを特徴とする、三重偏心バタフライ弁を提供するものである。

この発明によれば、シートリングが固定部と可撓部とを一体に金属で作られているから、充分高温に耐えるものとなっている。このシートリングは固定部の１つの端面寄りの内面から内側へ起立する板状の円環を可撓部としており、しかも円環は半径方向に屈曲されて環状の窪み部を備えているから、可撓部は窪み部内へ向けて流れる流体圧により撓み易くなっている。さらに、円環の先端部分すなわち可撓部の先端部分は、窪み部の側壁を形成することとなっているから、窪み内へ流れ込む流体によって、可撓部の先端部分は内側へ一層弾性的に撓み易くなっている。その結果、可撓部の先端部分は、流体の流れを受けて弁体外周面に弾性的に密接し易くなっている。

その上に、可撓部の先端部分は、傾斜した円錐台面を形成しているから、三重偏心バタフライ弁の弁体外周に密接する形状になっており、従って弁体との間で流体漏洩を起こし難いものとなる。

また、この発明に係る三重偏心バタフライ弁では、上述のシートリングを弁本体に付設し、シートリング固定部の中心軸と、可撓部の円錐台の頂点とを通る平面を弁軸に対して垂直に向けたから、シートリングの可撓部は三重偏心した弁体外周に沿った形状となっている。また、シートリング固定部の内面を弁本体の流体通路の壁面と実質的に面一にしたから、可撓部は流体通路内に突出して弁体外周に弾性的に密接できることとなっている。そこで、弁体を回動させ可撓部の窪み部に向かって流体を流すと、可撓部の先端部分は流体の流れによって弁体外周へ押し付けられることとなって、流体の漏洩が確実に防止できることとなる。また、弁体の回動は容易で、弁体の回動により弁を容易に所望の角度に開くことができる。この発明は、このような効果をもたらすものである。

この発明を実施の一例について図面に基づき説明すると、次のとおりである。図２は、この発明に係る三重偏心バタフライ弁用シートリングの断面図である。図３は、この発明に係る三重偏心バタフライ弁の全閉状態において、弁軸に垂直な平面で切断したときの断面図である。図４は、図３に示したバタフライ弁の一部の拡大断面図である。図５は、図４に示したバタフライ弁を開放したときの一部拡大断面図である。図６は、この発明において用いることのできる弁体外周部の断面図である。

この発明に係る三重偏心バタフライ弁用シートリングは、図２のＡで示したものである。図２に示したシートリングＡは、固定部２１と可撓部２２とを金属で一体に作られている。固定部２１は円環状を呈して、両側にそれぞれ中心軸９に垂直な端面２１１と２１２とを備えている。

シートリングＡの可撓部２２は、固定部の端面２１２寄りの内面２４から内側へ起立する円環状の板で構成されている。円環状の板は半径方向に屈曲されて、固定部２１の端面２１１がわへ向かって窪む窪み部２２１を形成しており、その窪み部２２１は円周方向に延びて円環状になっている。また、可撓部２２の先端部分２２２は、窪み部２２１の側壁を形成して平板状に延びて、窪み部２２１の深さ方向に撓み得るものとなっている。この先端部２２２は弁座面を構成するものである。

また、可撓部２２の先端部分２２２の外面は、端面２１１がわに頂点１２を持った傾斜した円錐台面となっている。すなわち、先端部分２２２は、中心軸９から一方がわへ片寄ったところに位置する点１２を頂点としαを頂角とする傾斜した円錐面に沿って延びる環状のものとなっている。従って、図２では上方に位置する先端部分２２２の外面は、中心軸９にほぼ平行に延びているが、下方に位置する先端部分２２２の外面は、中心軸９に対して傾斜している。上記２つの外面の間に存在する先端部分２２２の外面は、徐々に傾斜の角度を変えて滑らかな斜円錐台面となっている。なお頂角αは２５〜３５度の角度範囲内にあることが好ましい。

上述のように、先端部分２２２が傾斜した円錐面を形成しているから、先端部分２２２は中心軸９の方向から見ると、真円ではなくて楕円形となっている。その楕円の長径は、図２に断面となって現れている半径Ｒである。従って、楕円の短径は紙面に垂直な方向に向いている。

図２に示したシートリングでは、弁軸は図１に示したように、楕円の短径方向すなわち紙面に垂直な方向に延びるように付設されなければならない。従って、図２に示したシートリングは、これを弁本体へ付設する際には、従来のシートリングとは違って、シートリングの特定部分が弁本体の特定部分に嵌まり込むようにしなければならない。すなわち、シートリングの内側面における楕円の長径が、弁軸と垂直な方向に向くように弁本体へ組み込まなければならない。そのためには、シートリングの楕円の長径又は短径方向に印をつけておいて、この印が弁本体の弁軸と垂直又は平行な位置に来るように付設することが好ましい。

この発明に係るシートリングを弁本体に組み込んで作られたこの発明に係る三重偏心バタフライ弁Ｂが、図３に示されている。図３では、シートリングＡの長径Ｒが、弁軸２に垂直に向くように弁本体３に嵌め込まれている。また、シートリングＡの固定部２１を弁本体３の切欠部内に嵌め込み、固定部２１の内面２４を弁本体３の流路壁面３１と面一にして、固定部２１に設けたねじ孔内にねじを挿し込み、ねじＴで固定部を直接弁本体に固定する。

こうして、この発明に係る三重偏心バタフライ弁Ｂでは、シートリングＡの可撓部２２が流体通路４内に突出し、その先端部分２２２が弁体１の外周に密接することとなる。シートリングＡは可撓部２２が、固定部２１と一体に金属の板で作られ、固定部２１の一端がわから内側へ起立し、半径方向に屈曲されて窪み部を形成し、先端部分２２２は窪み部の側壁を構成しているから、先端部分２２２は強い弾性をもって弁体１の外周に接触することができる。

しかも先端部分２２２の外面は、傾斜した円錐面となっているから、弁体１の外周に沿った形状となっている。このため、先端部分２２２の外面は、弁体外面に周囲方向にも流体の流れ方向にも二次元にわたって広く接触できる形状となっている。従って、先端部分２２２は、上述の強い弾性と相俟って、弁体１の外周に密接して流体の漏洩を充分に防ぐことができる。

また、図３に示すように、流体を矢印Ｓ方向に流すと、この発明に係る三重偏心バタフライ弁Ｂは、流体漏洩を防ぐ機能を一層高めることになる。その理由は、図４に示すように、弁の全閉時には、窪み２２１内に流体が進入するから、先端部分２２２は、流体の圧力を受けて外側へ押され、従って弁体１の外周に一層強く押圧されることになるからである。

この発明に係る三重偏心バタフライ弁Ｂは、図３に示すように、矢印Ｖ方向に弁体１を回動させて弁を容易に開くことができる。すると、弁体１はシートリングＡから離れて、図５に示したような状態となる。図５では可撓部２２が弾性により押圧されない状態に戻って、先端部分２２２は全体が内側へ突出するとともに、先に近づくほど内側へ突出するような傾きを持つに至る。弁体１がさらに回動されると、先端部分２２２は弁体１から離れて、その間に流体を流す隙間を生じて開弁状態を現出する。

開弁状態ではシートリングＡの可撓部２２が高温高圧の流体に曝されるが、可撓部２２は固定部２１と一体に金属で作られているから、高温高圧の流体に曝されても充分これに耐えることができる。従って、この発明に係る三重偏心バタフライ弁Ｂは、高温高圧の流体を漏らすことなく、全閉状態を維持することができるとともに、容易に弁体を開くことができ、開弁状態では高温高圧の流体を円滑に流すことができる。

シートリングＡを構成する金属としては、ステンレス鋼、とくにオーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼を用い、また、ニッケル合金とくにニッケル・モリブデン系、ニッケル・モリブデン・クロム系のニッケル合金を使用することが好ましい。

また、弁体１の外周面は、図６に示したように、耐食性、耐摩耗性に優れた合金で被覆１ａしておくことが好ましい。被覆する合金は、シートリングを構成する金属であってもよいが、シートリングを構成する金属よりも硬度の高いものを用いることが好ましい。

従来の三重偏心バタフライ弁の断面図である。 この発明に係るシートリングの断面図である。 この発明に係る三重偏心バタフライ弁の全閉状態における断面図である。 この発明に係る三重偏心バタフライ弁の全閉状態における一部切欠拡大断面図である。 この発明に係る三重偏心バタフライ弁の開弁状態における一部切欠拡大断面図である。 この発明で用いることのできる弁体の一部切欠拡大断面図である。

符号の説明

１ 弁体
２ 弁軸
３ 弁本体
４ 流体通路
５ ピン
６ 従来のシートリング
７ シート押さえ
８ 弁座面
９ 中心軸
１０、１１ 斜円錐を示す点線
１２ 頂点
２１ 固定部
２２ 可撓部
２４ 固定部２１の内面
３１ 流路壁面
２１１、２１２ 端面
２２１ 窪み部
２２２ 先端部分
Ａ この発明に係るシートリング
Ｂ この発明に係る三重偏心バタフライ弁
Ｒ 楕円の長径
Ｔ ねじ
α 頂角
１ａ 被覆部

Claims (3)

1. 金属で一体に作られた固定部と可撓部とからなり、固定部は円環状を呈して両側にそれぞれ中心軸に垂直な端面を備えており、可撓部は固定部の１つの端面寄りの内面から内側へ起立する板状の円環からなり、円環は半径方向に屈曲されて固定部の他の端面がわへ向かって窪み、且つ円周方向に延びる環状の窪み部を形成しており、可撓部の先端部分は窪み部の側壁を形成するとともに、上記他の端面がわに頂点を持った傾斜した円錐台面を形成していることを特徴とする、三重偏心バタフライ弁用シートリング。
2. 前記頂点と固定部の中心軸とを通る平面によるシートリングの断面上では、シートリングの一方が中心軸と平行に延びており、他方が中心軸に対して斜めに延びていることを特徴とする、請求項１に記載の三重偏心バタフライ弁用シートリング。
3. 金属で一体に作られた固定部と可撓部とからなり、固定部は環状を呈して両側にそれぞれ中心軸に垂直な端面を備えており、可撓部は固定部の１つの端面寄りの内面から内側へ起立する板状の円環からなり、円環は半径方向に屈曲されて固定部の他の端面がわに向かって窪み、且つ円周方向に延びる環状の窪み部を形成しており、可撓部の先端部分は窪み部の側壁を形成するとともに、上記他の端面がわに頂点を持った傾斜した円錐台面を形成しているシートリングを用い、シートリング固定部の中心軸と可撓部の円錐台の頂点とを通る平面を弁軸に対して垂直に向けるとともに、シートリング固定部の内面を弁本体の流体通路の壁面と実質的に面一にして固定部を弁本体に固定し、三重偏心した弁体を付設することを特徴とする、三重偏心バタフライ弁。
   

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