JP2006300113A - 充水機能付きバタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 異物が通水孔に詰るのを防止し、異物が開栓操作時に上流側へ回動するディスクテール部の外周面と弁箱の内周面との間に噛み込むのを防止することができる充水機能付きバタフライ弁を提供する。
【解決手段】 弁箱１１内に配置された弁箱シール１４と、弁棒１３の軸心１３ａ周りに回転して全閉位置で弁箱シール１４に摺接する弁体１２と、開栓操作時の回転方向Ａにおける弁体１２の背面側に設けられた一対のディスクテール部１５ａ，１５ｂとを有するバタフライ弁３２であって、一対のディスクテール部１５ａ，１５ｂは弁箱シール１４に摺接する球面状に湾曲した外周面を有し、開栓操作時に下流側へ回動する一方のディスクテール部１５ａのみに、一端が外周面に開口するとともに他端が弁体１２の上記背面側に開口する通水孔１７が形成され、通水孔１７にストレーナ３１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、充水機能を備えたバタフライ弁に関し、配管への充水時に定流量で流体を供給するバルブの技術に係るものである。

従来、配管の敷設時における初期充水時および再充水時においては、急激な充水によって満管状態にするとウォーターハンマー等によって配管が破損することがあるので、配管の途中に設けたバタフライ弁を小開度に開栓して小流量で下流側の管路に充水していた。

しかしながら、一般的なバタフライ弁は小開度における流量制御が困難であり、定流量供給することができず、充水開始から満管状態になるまでの必要時間を予め算出することは困難であった。

この対策として、図５に示すように、バタフライ弁１を備えた主管２に充水用の副管３を設け、副管３の途中に副管弁４を設けたものがある。上記副管３の一端はバタフライ弁１の上流側の主管２に接続され、副管３の他端はバタフライ弁１の下流側の主管２に接続されている。

これによると、充水時においては、バタフライ弁１を閉栓し、副管弁４を開栓することにより、主管２内の流体は、バタフライ弁１の上流側から副管３を通ってバタフライ弁１の下流側へ流れ、下流側の管路に小流量で充水される。尚、通常、規格等により、副管３の口径は主管２の口径の１／５に設定されており、したがって、副管３の流路断面積が主管２の流路断面積の１／２５になっている。

しかしながら上記のように副管３と副管弁４とを設けたものでは、配管設置に要するスペースが大きくなるといった問題があった。このような問題の対策として、図６〜図１０に示すような充水機能付きバタフライ弁１０を用いることが考えられる。

すなわち、図６〜図８に示すように、上流側の配管２０と下流側の配管２１との間に接続された弁箱１１の内部には、弁体１２が弁棒１３の上下方向の軸心１３ａ周りに回転自在に配置されている。弁箱１１の内周面には、円環状をなす弁箱シール１４が配置されており、弁体１２は全閉位置Ｓにおいて周縁部が弁箱シール１４に摺接する。弁体１２は弁棒１３を介した左右一対の弁体片１２ａ、１２ｂの各々にディスクテール部１５ａ，１５ｂを設けており、これら一対のディスクテール部１５ａ，１５ｂは開栓操作時の弁体１２の回転方向Ａ（図９参照）における背面側に配置している。

両ディスクテール部１５ａ，１５ｂはそれぞれ、弁体１２の周縁部の板面から立ち上がっており、弁箱シール１４に摺接する球面状に湾曲した外周面を有している。両ディスクテール部１５ａ，１５ｂにはそれぞれ通水孔１７を形成しており、各通水孔１７は一端がディスクテール部１５ａ，１５ｂの外周面に開口し、他端がディスクテール部１５ａ，１５ｂの裏面、つまり開栓操作時の弁体１２の背面側に開口している。

図９に示すように、開栓操作時に下流側に回動する弁体片１２ａに設けた一方のディスクテール部１５ａにおいて通水孔１７は弁体１２の背面側の開口が流入口１７ａをなし、ディスクテール部１５ａの外周面側の開口が排出口１７ｂをなす。また、開栓操作時に上流側に回動する弁体片１２ｂに設けた他方のディスクテール部１５ｂにおいて通水孔１７はディスクテール部１５ｂの外周面側の開口が流入口１７ｃをなし、弁体１２の背面側の開口が排出口１７ｄをなす。また、通水孔１７はその開口形状が弁体１２の周方向に沿った長円形をなしている。尚、両通水孔１７の総開口面積は、上記図５で示した副管３の流路断面積と同じになるように設定されており、すなわち、バタフライ弁１０に接続された配管２０，２１の流路断面積の１／２５になっている。

上記弁棒１３の回転は、減速機とハンドル或いはモーター等で構成される開閉操作機で行われる。
これによると、充水時の操作の始めにおいて弁体１２は図６に示すような全閉状態にあり、急激な充水によって配管が破損することを防止するためにバタフライ弁１０を小開度に開栓して小流量で下流側配管に充水する。すなわち、図９に示すように、開栓操作によって弁体１２を小開度（約１５〜２０％）に開栓し、ディスクテール部１５ａ，１５ｂの外周面を弁箱シール１４に摺接させる状態において通水孔１７を全開状態となす。

弁体１２の小開度における通水孔１７の全開によって、弁体１２を介した弁箱１３の内部の上流側領域と下流側領域とはディスクテール部１５ａ，１５ｂの通水孔１７を通してのみ連通し、上流側の配管２０から弁箱１１に流入する水が通水孔１７を通して下流側の配管２１へ通水される。

このとき、通水孔１７を流れる流量は通水孔１７の流路断面積等の流路形状に相応して予め定まっているので、定流量で下流側の配管２１へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの必要時間を予め算出することができる。

尚、上記のように弁体１２に一対のディスクテール部１５ａ，１５ｂを備えた充水機能付きバタフライ弁１０は下記特許文献１に記載されている。
しかしながら上記の従来形式では、例えば、流体が農業用水等である場合、図１０に示すように、水の中に上記通水孔１７の幅よりも大きな異物２２が含まれていることがあり、このような異物２２がディスクテール部１５ａ，１５ｂの各通水孔１７の流入口１７ａ，１７ｃに詰ってしまうといった問題がある。

特に、開栓操作時に上流側に回動する他方のディスクテール部１５ｂの通水孔１７の流入口１７ｃに上記のような異物２２が詰ると、この状態で異物２２が他方のディスクテール部１５ｂの外周面と弁箱１１の内周面との間に噛み込んでしまい、弁体１２を閉栓操作によって小開度から全閉位置Ｓに回転させることができなくなるといった問題がある。
特開２００３−１２０８２９

本発明は、異物が通水孔に詰るのを防止して、異物が開栓操作時に上流側へ回動するディスクテール部の外周面と弁箱の内周面との間に噛み込むのを防止することができる充水機能付きバタフライ弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、弁箱内に配置された弁箱シールと、弁棒の軸心周りに回転して全閉位置で弁箱シールに摺接する弁体と、開栓操作時の回転方向における弁体の背面側に設けられた一対のディスクテール部とを有する充水機能付きバタフライ弁であって、
上記一対のディスクテール部は弁箱シールに摺接する球面状に湾曲した外周面を有し、
開栓操作時に下流側へ回動する一方のディスクテール部に、一端が外周面に開口するとともに他端が弁体の上記背面側に開口する通水孔が形成され、
上記通水孔にストレーナが設けられているものである。

これによると、充水時、開栓操作によって弁体を小開度に開栓し、両ディスクテール部の外周面を弁箱シールに摺接させる状態において通水孔を全開状態となす。これにより、弁体を介した弁箱内部の上流側領域と下流側領域とは上記通水孔を通してのみ連通し、上流側から弁箱に流入する流体が通水孔を通して下流側へ通水される。

このとき、通水孔を流れる流量は通水孔の流路断面積等の流路形状に相応して予め定まっているので、定流量で下流側へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの必要時間を予め算出することができる。

また、一方のディスクテール部の通水孔にはストレーナが設けられているため、充水時、流体中の異物は上記ストレーナによって捕捉されて通水孔に入り込むのを阻止され、これにより、異物が一方のディスクテール部の通水孔に詰るのを防止することができる。

また、通水孔を一方のディスクテール部のみに形成した場合、異物が他方のディスクテール部の外周面と弁箱の内周面との間に噛み込むのを防止することができ、弁体を閉栓操作によって小開度から全閉位置に確実に回転させることができる。

本第２発明は、弁棒の軸心が横方向又は斜め横方向に設けられ、
弁体を所定開度まで開いた際、一方のディスクテール部の閉栓操作時の回転方向の端部が下向きになるものである。

これによると、充水機能付きバタフライ弁の下流側に設けられた別のバルブ等を閉めて上記バタフライ弁の弁箱内の流れを停止し、この状態で、弁体を所定開度まで開くことにより、一方のディスクテール部の閉栓操作時の回転方向の端部が下向きになるため、上記ストレーナによって捕捉された異物が弁体の下方へ落下する。これにより、上記ストレーナによって捕捉された異物を弁体から容易に取り除くことができる。

以上のように、本発明によると、異物が一方のディスクテール部の通水孔に詰るのを防止することができる。また、異物が他方のディスクテール部の外周面と弁箱の内周面との間に噛み込むのを防止することができ、弁体を閉栓操作によって小開度から全閉位置に確実に回転させることができる。さらに、ストレーナによって捕捉された異物を弁体から容易に取り除くことができる。

以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。尚、先述した従来のものと同一の部材については、同じ符号を付記して、その説明を省略する。
図１〜図３に示すように、通水孔１７は、開栓操作時に下流側へ回動する一方のディスクテール部１５ａに形成されており、開栓操作時に上流側へ回動する他方のディスクテール部１５ｂには形成されていない。また、上記通水孔１７の流入口１７ａ側には、金網や多孔板等から構成される薄板状のストレーナ３１が取付けられている。

また、弁棒１３の軸心１３ａは流れ方向に直交する水平方向（横方向）に設けられ、図２に示すように、弁体１２を開度１００％（所定開度の一例）まで全開した際、上記一方のディスクテール部１５ａの閉栓操作時の回転方向Ｂの端部Ｅが下向きになるように充水機能付きバタフライ弁３２が設置されている。

また、下流側の配管２１の底部には、ドレン抜き管３４とドレン抜き弁３５とで構成されるドレン抜き装置３６が設けられている。上記ドレン抜き装置３６は、弁体１２を開度１００％まで全開した際の一方のディスクテール部１５ａの端部Ｅの下方に配置されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
充水時、図１に示すように、開栓操作によって弁体１２を小開度（開度約１５〜２０％）に開栓し、両ディスクテール部１５ａ，１５ｂの外周面を弁箱シール１４に摺接させる状態において通水孔１７を全開状態となす。これにより、弁体１２を介した弁箱１１の内部の上流側領域と下流側領域とは上記通水孔１７を通してのみ連通し、上流側から弁箱１１に流入する水（流体の一例）が通水孔１７を通して下流側へ通水される。

このとき、通水孔１７を流れる流量は通水孔１７の流路断面積等の流路形状に相応して予め定まっているので、定流量で下流側へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの必要時間を予め算出することができる。

また、一方のディスクテール部１５ａの通水孔１７の流入口１７ａ側にはストレーナ３１が設けられているため、充水時、水に含まれる異物２２はストレーナ３１によって捕捉されて通水孔１７に入り込むのを阻止され、これにより、異物が一方のディスクテール部１５ａの通水孔１７に詰るのを防止することができる。

さらに、上記通水孔１７は、開栓操作時に下流側へ回動する一方のディスクテール部１５ａのみに形成されており、開栓操作時に上流側へ回動する他方のディスクテール部１５ｂには形成されていないため、充水時、異物２２が他方のディスクテール部１５ｂの通水孔に詰ることはなく、これにより、異物２２が他方のディスクテール部１５ｂの外周面と弁箱１１の内周面との間に噛み込むのを防止することができ、弁体１２を閉栓操作によって小開度から全閉位置Ｓに確実に回転させることができる。

また、充水機能付きバタフライ弁３２の下流側に設けられた別のバルブ（図示せず）を閉めて上記バタフライ弁３２の弁箱１１内の流れを停止し、この状態で、図２に示すように、弁体１２を開度１００％まで全開する（又は開度１００％付近まで開く）ことにより、一方のディスクテール部１５ａの端部Ｅが下向きになるため、上記ストレーナ３１によって捕捉された異物２２が弁体１２の下方へ落下する。その後、ドレン抜き弁３５を開くことにより、上記異物２２がドレン抜き管３４から外部へ排出され、これにより、上記ストレーナ３１によって捕捉された異物を弁体１２から容易に取り除くことができる。

尚、図４のグラフＧ１，Ｇ２は、弁体１２の開度（％）とバタフライ弁１０，３２の損失係数ｆｖとの関係を示すものである。
ここで、通水孔１７から充水する際のバタフライ弁１０，３２の上流側の配管２０内の充水流速をＶ（ｍ／ｓ）とし、バタフライ弁１０，３２の上流側の圧力水頭をＨ（ｍ）とし、重力加速度をｇ（＝９．８ｍ／ｓ^２）とすると、上記損失係数ｆｖは下記の式１で求められる。

ｆｖ＝Ｈ×２×ｇ／Ｖ^２ ・・・式１

このうち、二点鎖線で描いたグラフＧ１は、図６〜図１０に示した従来のバタフライ弁１０に関するものであり、両ディスクテール部１５ａ，１５ｂにそれぞれ通水孔１７を形成し、これら両通水孔１７の総開口面積を配管２０，２１の流路断面積の１／２５に設定したものである。

開度が２０％以下の範囲において、ディスクテール部１５ａ，１５ｂの外周面が弁箱シール１４に摺接し、さらに、開度１５〜２０％の範囲において、両通水孔１７が全開状態となる。これによると、弁体１２の開度が大きくなるに従って、グラフＧ１が下向きに傾斜し、損失係数ｆｖが低下するが、開度１５〜２０％の範囲においては、両通水孔１７が全開状態となるため、損失係数ｆｖがほぼ一定値となる横這い領域Ｒａが存在する。尚、上記充水時においては、開度２０％以下で使用している。

また、実線で描いたグラフＧ２は、図１〜図３に示した本発明のバタフライ弁３２に関するものであり、一方のディスクテール部１５ａのみに通水孔１７を形成し、この通水孔１７の正味の開口面積（すなわち、通水孔１７の開口面積にストレーナ３１の開口率を掛けた値）を、上記従来のバタフライ弁１０のほぼ１／２、すなわち、配管２０，２１の流路断面積のほぼ１／５０に減らして設定した場合のものである。これにより、グラフＧ２に存在する横這い領域Ｒｂが従来のグラフＧ１における横這い領域Ｒａよりも上昇する。このように、第１の実施の形態において、通水孔１７の正味の開口面積を変えることによって、横這い領域Ｒｂの損失係数ｆｖを変えることができる。

このようなことを踏まえて、次に説明する第２の実施の形態においては、一方のディスクテール部１５ａの通水孔１７から充水する際のバタフライ弁３２の上流側の配管２０内の充水流速Ｖ（ｍ／ｓ）と、バタフライ弁３２の上流側の圧力水頭Ｈ（ｍ）とが設定され、上記設定された充水流速Ｖと圧力水頭Ｈとによって適値の損失係数ｆｖａが決定され、上記横這い領域Ｒｂが上記適値の損失係数ｆｖａとなるように、一方のディスクテール部１５ａの通水孔１７の正味の開口面積（＝通水孔１７の開口面積×ストレーナ３１の開口率）が設定されている。

これによると、横這い領域Ｒｂは開度約１５〜２０％に対応しており、充水時、弁体１２を開度約１５〜２０％内の所定の開度に保って充水することにより、バタフライ弁３２の損失係数ｆｖが適値の損失係数ｆｖａとなり、上記設定された充水流速Ｖで充水される。この際、弁体１２の開度が上記所定の開度から僅かにずれて変動した場合であっても、上記開度の変動が横這い領域Ｒｂ内（すなわち開度１５〜２０％内）に含まれていれさえすれば、これに対する損失係数ｆｖの変化が小さくなるため、上記設定された充水流速Ｖの変動も減少し、充水流量の変動が抑制されて安定する。これにより、充水開始から満管状態になるまでの実際の必要時間と予め算出しておいた時間とのずれを小さくすることができる。

例えば、バタフライ弁３２を水道管路に設置した場合、水道管路の標準的な水理条件として、バタフライ弁３２の上流側の圧力水頭Ｈが１００ｍ（＝９．８×１０^５Ｐａ）と設定され、充水時の上流側の配管２０内の充水流速Ｖが一般的に安全性を考慮して０．５ｍ／ｓに設定される。この条件で上記式１から求められる損失係数ｆｖは約８０００となり、これが適値の損失係数ｆｖａとなる。

そして、上記のようにバタフライ弁３２の一方のディスクテール部１５ａの通水孔１７の正味の開口面積を、上記従来のバタフライ弁１０のほぼ１／２、すなわち、配管２０，２１の流路断面積のほぼ１／５０に設定することで、図４のグラフＧ２に示すように、横這い領域Ｒｂが適値の損失係数ｆｖａ（＝約８０００）付近に存在する。

これにより、弁体１２が開度約１５〜２０％内の所定の開度から僅かにずれて変動した場合であっても、上記開度の変動が横這い領域Ｒｂ内（すなわち開度１５〜２０％内）に含まれていれさえすれば、これに対する損失係数ｆｖ（＝約８０００）の変化が小さくなるため、上記設定された充水流速Ｖ（＝０．５ｍ／ｓ）の変動も減少し、充水流量の変動が抑制されて安定する。

尚、上記実施の形態では、通水孔１７の正味の開口面積を配管２０，２１の流路断面積のほぼ１／５０に設定しているが、これ以外の数値に設定してもよい。また、水道管路の標準的な水理条件として、充水流速Ｖを約０．５ｍ／ｓ、圧力水頭Ｈを約１００ｍに設定し、これら両数値に基づいて適値の損失係数ｆｖａを約８０００に決定しているが、これらの数値は一例であり、これらに限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、弁体１２を全開した際、一方のディスクテール部１５ａの端部Ｅが下向きになるように、弁棒１３の軸心１３ａを流れ方向に直交する水平方向（横方向）に設けたが、斜め横方向に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、図３に示すように、通水孔１７を一方のディスクテール部１５ａに１個形成しているが、複数個形成してもよい。また、通水孔１７を長円形にしているが、これ以外の形状、例えば正円形や多角形にしてもよい。

また、上記実施の形態では、通水孔１７とストレーナ３１とを一方のディスクテール部１５ａのみに設けているが、他方のディスクテール部１５ｂにも設けてもよい。

本発明の第１の実施の形態における充水機能付きバタフライ弁の弁棒の軸心に直交する縦断面図であり、弁体を小開度開いて充水を行っている状態を示す。 同、充水機能付きバタフライ弁の弁棒の軸心に直交する縦断面図であり、弁体を全開した状態を示す。 同、充水機能付きバタフライ弁の弁体の斜視図である。 同、第１の実施の形態における充水機能付きバタフライ弁ならびに従来の充水機能付きバタフライ弁の開度と損失係数との関係を示すグラフである。 従来の副管と副管弁とを用いた充水機構の図である。 従来の充水機能付きバタフライ弁の弁棒の軸心に直交する横断面図であり、弁体を全閉位置にした状態を示す。 同、充水機能付きバタフライ弁の側面図である。 同、充水機能付きバタフライ弁の弁体の斜視図である。 同、充水機能付きバタフライ弁の弁棒の軸心に直交する横断面図であり、弁体を小開度開いて充水を行っている状態を示す。 同、充水機能付きバタフライ弁の弁棒の軸心に直交する横断面図であり、充水時、異物が通水孔に詰った状態を示す。

符号の説明

１１ 弁箱
１２ 弁体
１３ 弁棒
１３ａ 軸心
１４ 弁箱シール
１５ａ 一方のディスクテール部
１５ｂ 他方のディスクテール部
１７ 通水孔
３１ ストレーナ
３２ 充水機能付きバタフライ弁
Ａ 開栓操作時の回転方向
Ｂ 閉栓操作時の回転方向
Ｅ 一方のディスクテール部の端部
Ｓ 全閉位置

Claims (2)

1. 弁箱内に配置された弁箱シールと、弁棒の軸心周りに回転して全閉位置で弁箱シールに摺接する弁体と、開栓操作時の回転方向における弁体の背面側に設けられた一対のディスクテール部とを有する充水機能付きバタフライ弁であって、
   上記一対のディスクテール部は弁箱シールに摺接する球面状に湾曲した外周面を有し、
   開栓操作時に下流側へ回動する一方のディスクテール部に、一端が外周面に開口するとともに他端が弁体の上記背面側に開口する通水孔が形成され、
   上記通水孔にストレーナが設けられていることを特徴とする充水機能付きバタフライ弁。
2. 弁棒の軸心が横方向又は斜め横方向に設けられ、
   弁体を所定開度まで開いた際、一方のディスクテール部の閉栓操作時の回転方向の端部が下向きになることを特徴とする請求項１記載の充水機能付きバタフライ弁。

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