JP2007113599A - Diffuser for fluid control valve and fluid control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の流れを減速し、運動エネルギを圧力に変換する流体制御弁用ディフューザおよび流体制御弁に関するものである。 The present invention relates to a diffuser for a fluid control valve and a fluid control valve that reduce the flow of fluid and convert kinetic energy into pressure.
被制御流体の流量や圧力を制御する流体制御弁において、流体圧力を著しく減圧する場合とか流速が早い場合には、弁の絞り部分で発生する流れの乱れによって異常に高い騒音が発生したり、キャビテーションが発生する。この場合、圧縮性流体においては振動、騒音が発生し易く、非圧縮性流体においてはキャビテーションが発生し易い。キャビテーションが発生すると、流量低下、弁の腐食(キャビテーションエロージョン)、さらには振動、騒音等の原因となり、弁の性能や耐久性等を著しく低下させる。 In the fluid control valve that controls the flow rate and pressure of the controlled fluid, when the fluid pressure is significantly reduced or the flow velocity is high, abnormally high noise is generated due to the flow disturbance generated in the throttle part of the valve, Cavitation occurs. In this case, vibration and noise are likely to occur in the compressible fluid, and cavitation is likely to occur in the incompressible fluid. When cavitation occurs, it causes a decrease in flow rate, valve corrosion (cavitation erosion), vibration, noise, and the like, and the performance and durability of the valve are significantly reduced.
そこで、このようなキャビテーションの発生を防止する従来技術として、例えば特許文献1〜3に開示されている弁が知られている。
Thus, as a conventional technique for preventing the occurrence of such cavitation, for example, valves disclosed in
特許文献1に開示されている流体制御弁は、弁本体の下流側となる配管接続口にキャビテーションの発生を抑制または防止するためにオリフィスプレートを設けたものである。このオリフィスプレートは、平板な多孔板で構成されている。このような多孔板からなるオリフィスプレートを弁体の下流側に配設すると、バルブ全体として流体を2段減圧、すなわちシートリングと弁体とで形成される絞り部によって一次減圧した後、オリフィスプレートによってさらに二次減圧するため、絞り部単体による一段減圧に比べて減圧効果が大きく、キャビテーションの発生を低減または防止することができるとしている。
The fluid control valve disclosed in
特許文献2に記載されている弁装置は、弁本体内の流通路を上流側と下流側に仕切る隔壁に形成した開口に有底円筒形のケージを貫通させて設け、このケージの上流側周壁に第1の多孔を形成し、底部中央にケージ内方に突出する筒状の突部を設け、この筒状突部の周壁に第2の多孔を互いに対向するように、かつこの第2の多孔を通過する流体の流れがケージ底部の凹部(前記筒状突部を取り囲む空間)によって形成される通路と直交するように形成したものである。このような弁装置によれば、筒状突部の小孔を通過した噴流を互いに衝突させることによりその運動エネルギを低減するため、噴流が弁本体の内底面に直接衝突せず、弁本体の振動、騒音、下流側配管の共振、キャビテーション気泡の発生等を効果的に防止することができるとしている。 In the valve device described in Patent Document 2, a cylindrical cage with a bottom is provided through an opening formed in a partition wall that divides a flow passage in a valve body into an upstream side and a downstream side, and an upstream peripheral wall of the cage is provided. A first projection is formed in the center of the bottom, and a cylindrical projection projecting inward of the cage is provided. The second porosity is opposed to each other on the peripheral wall of the cylindrical projection, and the second The flow of the fluid passing through the perforations is formed so as to be orthogonal to a passage formed by a concave portion (a space surrounding the cylindrical protrusion) at the bottom of the cage. According to such a valve device, since the kinetic energy is reduced by causing the jets that have passed through the small holes of the cylindrical projection to collide with each other, the jet does not directly collide with the inner bottom surface of the valve body, It is said that vibration, noise, resonance of downstream piping, generation of cavitation bubbles, etc. can be effectively prevented.
特許文献3に記載されている蒸気変換弁は、ケージ型弁胴の下流側に、未気化冷却水の蒸発を促進するとともに減圧部で発生する騒音エネルギが下流に伝達するのを防止するディフューザプレートを配設している。このディフューザプレートは、多孔板によって平板に近い笠状に形成されている。 The steam conversion valve described in Patent Document 3 is a diffuser plate that promotes the evaporation of unvaporized cooling water downstream of the cage-type valve body and prevents noise energy generated in the decompression section from being transmitted downstream. Is arranged. This diffuser plate is formed in the shape of a shade close to a flat plate by a perforated plate.
しかしながら、特許文献1に記載された流体制御弁は、平板な多孔板からなるディフューザを用いているので、キャビテーションを抑制する効果が小さいという問題があった。すなわち、平板の多孔板の場合は、小孔から噴流するときの広がり角(約180°程度)が大きいために、流体が小孔から急速度で噴流すると、小孔から出た噴流が互いに衝突することなく、そのまま下流に流れていくために、キャビテーションや騒音の原因となる。
However, since the fluid control valve described in
特許文献2に記載されている流体制御弁は、流体の流れの方向を略直角な方向に変換することにより、流体を第2の多孔を通ってケージの筒状突部内に流入させているため、弁の最大流量が小さくなり、最大流量を大きくしようとすると弁を大きくしなければならないという問題があった。また、筒部の各多孔の流速が均一でないために、キャビテーションを抑制する効果も小さい。 The fluid control valve described in Patent Document 2 allows the fluid to flow into the cylindrical protrusion of the cage through the second hole by changing the direction of the fluid flow to a substantially perpendicular direction. However, when the maximum flow rate of the valve is reduced and the maximum flow rate is increased, the valve has to be enlarged. In addition, since the flow speed of each porous portion of the cylinder portion is not uniform, the effect of suppressing cavitation is small.
特許文献3に記載されている蒸気変換弁は、笠状のディフューザの頂部の内角度が大きいため、特許文献1に記載されている平板な多孔板からなるディフューザと同様に、キャビテーションの発生を抑制または防止する効果が小さいという問題があった。
Since the steam conversion valve described in Patent Document 3 has a large inner angle at the top of the cap-shaped diffuser, it suppresses the occurrence of cavitation, similar to the diffuser made of a flat porous plate described in
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところはキャビテーションの発生をより確実に抑制または防止することができ、また最大流量の減少を抑えることができる流体制御弁用ディフューザおよび流体制御弁を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the object of the present invention is to provide a fluid that can more reliably suppress or prevent the occurrence of cavitation and can suppress the decrease in the maximum flow rate. The object is to provide a diffuser for a control valve and a fluid control valve.
上記目的を達成するために本発明に係る流量制御弁用ディフューザは、弁本体内に組み込まれ流体の流れを減速し、運動エネルギを圧力に変換する流量制御弁用ディフューザにおいて、底部が開放する中空円錐形に形成され、頂部の内角度が90°以下で、周壁に多数の小孔が形成されているものである。 In order to achieve the above object, a diffuser for a flow control valve according to the present invention is a hollow flow control valve diffuser that is incorporated in a valve body and decelerates the flow of fluid to convert kinetic energy into pressure. It is formed in a conical shape, the inner angle of the top is 90 ° or less, and a large number of small holes are formed in the peripheral wall.
また、本発明に係る流体制御弁は、上記ディフューザを備え、このディフューザを弁本体内の弁体より下流側であって、頂部が前記弁体側で底部が前記弁本体の流出口側となるように組み込んだものである。 In addition, a fluid control valve according to the present invention includes the diffuser, and the diffuser is located downstream of the valve body in the valve body, the top being the valve body side and the bottom being the outlet side of the valve body. It is built in.
本発明においては、ディフューザを中空円錐形に形成したので、ディフューザの内径が円錐形ベンチュリー管のように下流側に緩やかに拡大する。ディフューザの頂部の内角度(開き角)を90°以下にしておくと、多孔から出た噴流が互いに衝突することによりキャビテーションの発生を抑制でき、液体圧力回復係数の大きい弁を実現できる。また、小孔からディフューザ内に流れる流体は、偏向角度が小さいので、弁として必要な最大流量を確保することができ弁の大型化を回避することができる。 In the present invention, since the diffuser is formed in a hollow conical shape, the inner diameter of the diffuser gradually expands to the downstream side like a conical Venturi tube. If the inner angle (opening angle) of the top part of the diffuser is set to 90 ° or less, the jets coming out of the perforations collide with each other, thereby suppressing the occurrence of cavitation and realizing a valve having a large liquid pressure recovery coefficient. In addition, since the fluid flowing from the small hole into the diffuser has a small deflection angle, the maximum flow rate required for the valve can be ensured, and the enlargement of the valve can be avoided.
ディフューザの頂部の内角度が90°以下であると、流体の偏向角度が小さく、最大流量の減少を抑えることができ、キャビテーションの発生が少ない。内角度が90°以上であると、多孔から出た流れが互いに衝突することによるキャビテーション抑制効果が少なくなる。 When the inner angle of the top of the diffuser is 90 ° or less, the deflection angle of the fluid is small, the reduction of the maximum flow rate can be suppressed, and the occurrence of cavitation is small. When the inner angle is 90 ° or more, the effect of suppressing cavitation due to the collision of the flows coming out of the pores with each other is reduced.
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明を回転型弁に適用した一実施の形態を示す断面図、図2は弁体の斜視図、図3はディフューザの断面図、図4(a)〜(c)は回転型弁の動作を説明するための図で、(a)は回転型弁の全開状態を示す図、(b)は中間開度状態を示す図、(c)は全閉状態を示す図である。これらの図において、全体を符号1で示す回転型弁は、貫通孔からなる流通路3を有し配管4の途中に接続された弁本体2と、この弁本体2の内部中央に設けられ前記流通路3を開閉制御する回転自在なバルブプラグ5と、このバルブプラグ5を外部から回転操作する弁軸6等を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a rotary valve, FIG. 2 is a perspective view of a valve body, FIG. 3 is a cross-sectional view of a diffuser, and FIGS. It is a figure for demonstrating operation | movement of a valve, (a) is a figure which shows the fully open state of a rotary type | mold valve, (b) is a figure which shows an intermediate opening state, (c) is a figure which shows a fully closed state. In these drawings, the rotary valve indicated by
前記弁本体2は、全体形状が逆T字状の管体に形成されており、両側および上方の3方向に開放している。 The valve body 2 is formed as a tube having an inverted T-shape as a whole, and is open in three directions on both sides and above.
前記バルブプラグ5は、略半球状で内部がくりぬかれた殻構造体からなる弁体5Aと、この弁体5Aの上下面にそれぞれ一体に設けられた円筒状の軸受部5B,5Cとで構成されている。弁体5Aには、流量特性部(以下、開口部という)7と、球面着座部8が形成されている。開口部7は、弁体5Aの内外を連通させる略銀杏の葉のような形状の開口からなり、イコールパーセンテイジ特性を有している。球面着座部8は、弁体5Aの外周面側に弁軸6の回転方向に長く延在する帯状に形成されている。上側の軸受部5Bは、前記弁軸6の内端部6Aに嵌合されて溶接等により一体的に接合されている。一方、下側の軸受部5Cは弁本体2の内底面中央部に設けたガイド9によって回転自在に軸支されている。
The
前記弁軸6は、バルブプラグ5と共に回転型弁1の駆動系を形成するもので、上端部が蓋部材11に設けた弁軸用孔12をシート状ガイド、Oリング、グランド部品等のシール部材14等を介して回転自在に貫通しており、蓋部材11の上方に突出する突出端6Bには図示を省略した電動アクチュエータが連結されている。蓋部材11は、弁本体2の上方に開口する蓋取付孔15にガスケット16を介して嵌合され、ボルト(図示せず)によって固定されている。
The
前記弁本体2の流通路3内で前記バルブプラグ5より上流側である流入口側流通路部3Aには、シートリング20と、このシートリング20を前記バルブプラグ5の球面着座部8に押し付けるシートリテーナ21が組み込まれている。
A
前記シートリング20は筒状体に形成されて、前記弁本体2の流入口流通路部3Aに摺動自在に嵌挿され、外周面にはシートスプリング22が装着されている。シートリテーナ21は同じく円筒体からなり、流入口側流通路部3Aに螺合によって組み込まれ、内端部がシートリング20の外周面に嵌合し、前記シートスプリング22を押圧することにより、シートリング20をバルブプラグ5の球面着座部8に所定圧をもって圧接している。
The
一方、前記流通路3の下流側である流出口側開口部3Bには、流通路3内を流れる流体30の流れを減速してその運動エネルギーを圧力に変換し、キャビテーションの発生を抑制するディフューザ31が組み込まれている。このディフューザ31は、底部34が開放する中空円錐形に形成され、周面には多数の小孔32が形成され、頂部33が上流側を指向し、底部34が下流側となるように流出口側流通路部3B内に組み込まれている。
On the other hand, in the outlet side opening 3B, which is the downstream side of the flow passage 3, a diffuser that decelerates the flow of the
ディフューザ31の頂部33の内角度θの大きさによって流体30の流れ方が大きく変化する。内角度θが小さいときには、多孔から出た流れが互いに衝突することによるキャビテーション抑制効果が少なくなる。このため、内角度θとしては、90°以下に設定されることが好ましい。
The flow of the
次に、上記構造からなる回転型弁1の動作を図4に基づいて説明する。
図4(a)は、回転型弁1の全開状態を示す。この全開状態において、バルブプラグ5は、弁軸6により時計方向に最大角度回動されて開口部7がシートリング20の内側開口部と一致している。このため、流体30はバルブプラグ5とディフューザ31によって二段減圧され下流側に流れている。すなわち、バルブプラグ5の開口部7は流路断面積を絞ることにより流体30を減圧し通過流速を抑える。また、ディフューザ31の小孔32は同じく流路断面積を絞ることにより流体30を減圧し通過流速を抑える。
Next, the operation of the
FIG. 4A shows the fully open state of the
また、ディフューザ31は、小孔32を通過するときに流体30の流れをディフューザ31の中心方向に偏向し、通過した後はディフューザ31内で互いに衝突させることにより運動エネルギを低減させる。また、流れの偏向角度が小さいため、弁を大型化させることなく必要な最大流量を確保することができる。これは、ディフューザ31の頂部33の内角度θを90°以下に形成したことによる効果である。ディフューザ31の内角度θを90°以下にする理由は、キャビテーションの発生を抑制し、圧力回復係数FL 値を大きくするためである。
Further, the
図5は回転型弁1において、ディフューザ31の内角度θに対する圧力回復係数FL 値を実測した図である。
従来の回転弁は一般にFL =0.5〜0.7程度である。キャビテーションエロージョンの発生しにくいグローブ弁は、一般にFL =0.8〜0.9以上であるため、本発明に係る回転弁1においてもFL =0.8〜0.9以上になることが好ましい。このため、ディフューザ31の内角度θを90°以下にすれば、FL ≧0.8とすることができる。
FIG. 5 is a diagram in which the pressure recovery coefficient FL value with respect to the inner angle θ of the
Conventional rotary valve is generally about F L = 0.5 to 0.7. Hardly occurs globe valve of cavitation erosion, because generally it is F L = 0.8 to 0.9 or more, it becomes F L = 0.8 to 0.9 or more even in the
バルブプラグ5を所要角度回動させて図4(b)に示すように回転型弁1を中間開度に切り替えると、バルブプラグ5の開口部7は絞られて断面積が減少する。したがって、開口部7を通る流体30の圧力が降下して流速が急激に速くなる。しかしながら、この中間開度においても、開口部7を通過した流体30は、ディフューザ31によって絞られ運動エネルギが減じられた後、徐々に圧力回復するので、全開時と同様にキャビテーションの発生が抑えられる。
When the
バルブプラグ5を図4(c)に示すように全閉状態に切り替えると、バルブプラグ5の開口部7がシートリング20の外側に完全に退出し、球面着座部8がシートリング20の下流側開口部を塞ぐ。したがって、バルブプラグ5は流通路3を完全に遮断し、流体30の流れを止める。
When the
図6は本発明を単座調節弁に適用した他の実施の形態を示す断面図である。
全体を符号50で示す単座調節弁50は、内部中央に流通路52を流入口側通路52aと流出口側通路52bに仕切る仕切壁53が設けられた弁本体51と、この弁本体51内に上下動自在に配設されたバルブプラグ54と、このバルブプラグ54を上下動させる弁軸55と、前記バルブプラグ54に対応して前記仕切壁53の開口部56に嵌め込まれ全閉時に前記バルブプラグ54が着座する着座部57aを有するたシートリング57と、前記バルブプラグ54を摺動自在に保持する筒状ガイド58等を備え、前記弁本体51の流出口側通路52b内に前述した中空円錐形のディフューザ31を組み込んだものである。なお、単座調節弁50のバルブプラグ54による流体制御動作は周知の通りであるため、その説明を省略する。
FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment in which the present invention is applied to a single seat control valve.
A single-
このような単座調節弁50においても、中空円錐形のディフューザ31を備えているので、上記した回転型弁1と同様にキャビテーションや騒音の発生を防止することができることは明らかであろう。
Such a single
図7は本発明を三方ボール弁に適用した他の実施の形態を示す断面図である。
同図において、三方ボール弁60は、第1、第2の流入口通路62,63と流出口通路64を有する弁本体61と、この弁本体61内に回動自在に組み込まれたボールプラグ65と、前記弁本体61を貫通し前記ボールプラグ65を回動させる弁軸66とを備えている。第1、第2の流入口通路62,63は、弁軸66の軸線と直交し、ボールプラグ65を介して対向し、第1、第2の配管67,68に連通している。流出口通路64は、第1、第2の流入口通路62,63に対して直交するように前記弁軸66の軸線上に位置して前記した中空円錐形のディフューザ31が組み込まれており、第3の配管69に連通している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment in which the present invention is applied to a three-way ball valve.
In the figure, a three-
前記ボールプラグ65は、外周面に開口する第1、第2、第3のポート70,71,72と嵌合孔73を有している。第1、第2のポート70,71は、ボールプラグ65の外周面で弁軸66の軸線と直交する方向において回転方向に90°離間して形成されており、前記第1、第2の流入口通路62,63と流出口通路64との連通を可能にしている。第3のポート72は、第1、第2のポート70,71に対して直交するように形成され、前記流出口通路64に常時連通している。嵌合孔73には、前記弁軸66の内端が嵌合している。なお、74はシートリング、75は上蓋である。
The ball plug 65 has first, second, and
このような三方ボール弁60は、弁軸66によってボールプラグ65を90°の角度範囲内で図7において左右方向に往復回動させることによりボールプラグ65によって独立した2つの流路を形成することができる。すなわち、ボールプラグ65を回動させて第1のポート70を第1の流入口通路62に対して全開状態とし、第2のポート71を第2の流入口通路63に対して全閉状態にすると、第1のポート70と第3のポート72を介して第1の流入口通路62と流出口通路64を接続する流路が形成される。したがって、第1の配管67より第1の流入口通路62に導かれた流体30は、第1のポート70−ボールプラグ65の内部−第3のポート72−流出口通路64−ディフューザ31を通って第3の配管69に流れる。流体30は、ディフューザ31の小孔32を通過することにより、運動エネルギが減じられ、キャビテーションの発生が抑えられる。
Such a three-
この状態からボールプラグ65を右方向に90°回動させて第1のポート70を第1の流入口通路62に対して全閉状態、第2のポート71を第2の流入口通路63に対して全開状態に切り替えると、第2のポート71と第3のポート72を介して第2の流入口通路63と流出口通路64を接続する流路が形成される。したがって、第2の配管68に導かれた流体30’は、第2の流入口通路63−第2のポート71−ボールプラグ65の内部−第3のポート72−流出口通路64−ディフューザ31を通って第3の配管69に流れる。このときも流体30’は、ディフューザ31の小孔32を通過することにより、運動エネルギが減じられ、キャビテーションの発生が抑えられる。
From this state, the ball plug 65 is rotated 90 ° rightward so that the
また、図7に示す状態からボールプラグ65を右方向に45°回動させて第1、第2のポート70,71を第1、第2の流入口通路62,63に対して中間開度にすると、第1、第2、第3のポート70,71,72を介して第1、第2の流入口通路62,63と流出口通路64を接続する流路が形成される。このため、第1、第2の配管62,63を流れる流体30,30’は第1、第2のポート70,71を通ってボールプラグ65内に導かれることにより混合され、第3のポート72−流出口通路64−ディフューザ31を通って第3配管69に流れる。このときも流体30と30’の混合流体は、ディフューザ31の小孔32を通過することにより、運動エネルギが減じられ、キャビテーションの発生が抑えられる。
In addition, the ball plug 65 is rotated 45 ° to the right from the state shown in FIG. 7 so that the first and
なお、上記した実施の形態は、回転型弁1と単座調節弁50に適用した例を示したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、他の型式の流体制御弁にも適用することができる。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the
1…回転型弁、2…弁本体、3…流通路、5…バルブプラグ、6…弁軸、7…流量特性部、31…ディフューザ、32…小孔、33…頂部、θ…頂部の内角度。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
底部が開放する中空円錐形に形成され、頂部の内角度が90°以下で、周壁に多数の小孔が形成されていることを特徴とする流体制御弁用ディフューザ。 In a diffuser for a flow control valve that is built into the valve body and decelerates the flow of fluid and converts kinetic energy into pressure,
A diffuser for a fluid control valve, which is formed in a hollow conical shape having an open bottom, an inner angle of the top is 90 ° or less, and a plurality of small holes are formed in a peripheral wall.
前記ディフューザは、弁本体内の弁体より下流側であって、頂部が前記弁体側で底部が前記弁本体の流出口側となるように組み込まれていることを特徴とする流体制御弁。
A fluid control valve comprising the diffuser according to claim 1,
The said diffuser is the downstream of the valve body in a valve main body, Comprising: The fluid control valve integrated so that a top part may become the said valve body side and a bottom part may become the outflow port side of the said valve main body.
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