JP2013083285A - Butterfly valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弁棒の操作により弁体を回動させて弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁に関する。 The present invention relates to a butterfly valve that opens and closes a flow path in a valve box by rotating a valve body by operating a valve rod.
バタフライ弁は、円筒状の弁箱内の流路と交差するように配置した弁棒に円板状の弁体を固定し、弁棒の操作により弁体を弁棒の軸心まわりに回動させて弁箱内の流路を開閉するもので、構造がシンプルで流量特性がよいことから、各種設備の配管の流量調整弁や開閉弁として幅広く採用されている。しかし、上流側と下流側との差圧が大きい条件で使用すると、弁体の開度(以下、単に「開度」とも記す。)が小さいときに、弁体の下流側(特にオリフィス側)でキャビテーションが発生して、振動や騒音が生じるだけでなく、弁体や配管が損傷してしまうおそれもある。これに対して、弁体のオリフィス側を通過する流体の圧力変化を緩やかにすること等によりキャビテーションを抑制しようとするバタフライ弁が種々開発されている。 A butterfly valve has a disc-shaped valve element fixed to a valve stem that is arranged so as to intersect the flow path in the cylindrical valve box, and the valve element is rotated around the axis of the valve stem by operating the valve stem. It opens and closes the flow path in the valve box, and since it has a simple structure and good flow characteristics, it is widely used as a flow control valve and on-off valve for piping in various facilities. However, when used under conditions where the differential pressure between the upstream side and the downstream side is large, when the opening of the valve body (hereinafter also simply referred to as “opening”) is small, the downstream side of the valve body (especially the orifice side) As a result, cavitation occurs, which not only causes vibration and noise, but also damages the valve body and piping. On the other hand, various butterfly valves have been developed that try to suppress cavitation by, for example, moderating the pressure change of the fluid passing through the orifice side of the valve body.
例えば、特許文献1で提案されているバタフライ弁は、弁体のオリフィス側の下流側面の周縁部に、外周側が凸球面に形成され、厚み方向に貫通する多数の孔を有する板部材を設け、この板部材の凸球面部を弁箱の弁座(シールリング)に摺接させることにより、流体が板部材の孔を通過する際に整流されるようにして、中程度の開度(30°程度)までオリフィス側でのキャビテーションを抑制しようとするものである。
For example, the butterfly valve proposed in
しかしながら、上記のような多孔の凸球面を有する板部材を設けたバタフライ弁では、その板部材の製作に非常に手間がかかり、高コストのものとなってしまう問題がある。 However, in the butterfly valve provided with the plate member having the porous convex spherical surface as described above, there is a problem that the production of the plate member is very troublesome and is expensive.
そこで、本発明は、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制でき、かつ製作が容易なバタフライ弁を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a butterfly valve that can effectively suppress cavitation on the orifice side up to a medium opening degree and is easy to manufacture.
上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状の弁箱と、弁箱内の流路と交差するように配置された弁棒と、弁棒に固定された円板状の弁体とを備え、前記弁棒の操作により前記弁体を弁棒の軸心まわりに回動させて前記弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁において、前記弁体のオリフィス側の下流側面と所定の回動方向隙間をおいて対向する状態で弁体と一体に回動する半円板状の副弁体を設け、前記副弁体にその厚み方向に貫通する複数の流通孔を設けるとともに、前記弁箱のオリフィス側の内面に、前記副弁体が弁体と一体に回動するときに副弁体の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けた構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cylindrical valve box, a valve rod disposed so as to intersect a flow path in the valve box, and a disc-like valve body fixed to the valve rod. A butterfly valve that opens and closes a flow path in the valve box by rotating the valve body around an axis of the valve stem by operating the valve stem, and a predetermined downstream surface on the orifice side of the valve body. A semi-disc-shaped sub-valve body that rotates integrally with the valve body in a state of being opposed with a clearance in the rotation direction, and provided with a plurality of flow holes penetrating in the thickness direction in the sub-valve body, A configuration was adopted in which an inner surface of the valve box on the orifice side was provided with a concave spherical surface portion in which the peripheral edge portion of the auxiliary valve body slidably contacts or approaches when the auxiliary valve body rotates together with the valve body.
すなわち、弁体のオリフィス側の下流側に複数の流通孔を有する半円板状の副弁体を設け、この副弁体が弁体と一体に回動するときに、副弁体の周縁部が弁箱内面の凹球面部に摺接または近接する構成とすることにより、中程度の開度まで、流体が副弁体の流通孔を通過する際に整流されて、オリフィス側でのキャビテーションが抑制されるようにするとともに、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作できるようにしたのである。 That is, a semi-disc-shaped sub-valve body having a plurality of flow holes is provided on the downstream side of the orifice side of the valve body, and when the sub-valve body rotates integrally with the valve body, the peripheral portion of the sub-valve body Slidably contact with or close to the concave spherical surface of the inner surface of the valve box, the fluid is rectified to a moderate opening degree when the fluid passes through the flow hole of the sub-valve element, and cavitation on the orifice side is caused. In addition to being suppressed, it can be manufactured more easily and at a lower cost than the conventional one using a plate member having a porous convex spherical surface.
上記の構成において、前記弁体のオリフィス側の下流側面の周縁部に複数の突部を設けることにより、開度が微小なときに弁体の突部どうしの間を通過する流体が整流されるようにして、オリフィス側でのキャビテーションをより効果的に抑制することができる。 In the above configuration, by providing a plurality of protrusions on the peripheral edge of the downstream side of the valve body on the orifice side, the fluid passing between the protrusions of the valve body is rectified when the opening is small. In this way, cavitation on the orifice side can be more effectively suppressed.
また、前記弁箱のノズル側の内面に、前記弁体が回動するときにそのノズル側の周縁部が摺接または近接する凹球面部を設けるようにすれば、ノズル側でのキャビテーションの発生も防止することができる。このとき、前記弁箱の内面のノズル側凹球面部は、オリフィス側凹球面部と同一球面で形成することが望ましい。弁箱内面の加工がしやすくなるからである。そして、前記弁箱の内面のノズル側凹球面部に、流路方向に沿って延びる複数の流通溝を設ければ、ノズル側でのキャビテーションを抑制しながら中程度の開度までの流量を大きくすることができる。 Further, if a concave spherical surface portion is provided on the inner surface of the valve box on the nozzle side so that the peripheral portion on the nozzle side is in sliding contact with or close to the valve body when it rotates, cavitation occurs on the nozzle side. Can also be prevented. At this time, it is desirable that the nozzle side concave spherical surface portion of the inner surface of the valve box is formed in the same spherical surface as the orifice side concave spherical surface portion. This is because the inner surface of the valve box can be easily processed. If a plurality of flow grooves extending along the flow path direction are provided in the nozzle side concave spherical surface portion of the inner surface of the valve box, the flow rate up to a medium degree of opening can be increased while suppressing cavitation on the nozzle side. can do.
本発明のバタフライ弁は、上述したように、弁体のオリフィス側の下流側に複数の流通孔を有する半円板状の副弁体を設け、この副弁体が弁体と一体に回動するときに、副弁体の周縁部が弁箱内面の凹球面部に摺接または近接する構成としたものであるから、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制できるとともに、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作することができる。 As described above, the butterfly valve of the present invention is provided with a semi-disc-shaped subvalve body having a plurality of flow holes on the downstream side of the orifice side of the valve body, and the subvalve body rotates integrally with the valve body. In this case, since the peripheral portion of the sub-valve element is configured to be in sliding contact with or close to the concave spherical portion of the inner surface of the valve box, it is possible to effectively suppress cavitation on the orifice side up to a moderate opening degree. It can be manufactured more easily and at a lower cost than the conventional one using a plate member having a porous convex spherical surface.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1乃至図4は第1の実施形態を示す。このバタフライ弁は、図1および図2に示すように、内部に流路1が形成される円筒状の本体2aにその径方向外側に延びる筒状の鍔付き首部2bを取り付けた弁箱2と、弁箱2の本体2aおよび首部2bに通されて流路1と直交するように配置された弁棒3と、弁棒3に固定された円板状の弁体4と、弁体4と一体に形成された半円板状の副弁体5とで基本的に構成され、弁箱2の本体2aの両端に図示省略した配管が接続される。そして、弁箱2の首部2bから突出する弁棒3の基端部を治具等で把持して回動操作することにより、弁体4および副弁体5が弁棒3の軸心まわりに一体に回動して流路1を開閉するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show a first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, this butterfly valve includes a
前記弁箱2の本体2aには、弁棒3が挿通される支持孔6、7が首部2bと同心にあけられ、これらの支持孔6、7と交差するように内面に設けられた環状溝8に、弁体4と摺接する弁座(ゴムシート)9が嵌め込まれている。その下側の支持孔7は、外周側から嵌め込まれる蓋10で塞がれている。
The
また、弁箱本体2aのオリフィス側の内面には、副弁体5が弁体4と一体に回動するときに副弁体5の周縁部が摺接または近接する凹球面部11が設けられ、ノズル側の内面には、弁体4が回動するときにそのノズル側の周縁部が摺接または近接する凹球面部12が設けられている。そのオリフィス側凹球面部11とノズル側凹球面部12は同一球面で形成され、弁箱本体2aの内面加工が容易に行えるようになっている。また、ノズル側凹球面部12には、流路方向に沿って延びる複数の流通溝13が設けられている。
Further, the inner surface of the
前記弁棒3は、弁箱2の首部2bから突出する基端部が角形断面、その他の部分が円形断面とされており、弁箱首部2bと弁箱本体2aの支持孔6、7で回動自在に支持されている。
The
前記弁体4は、そのオリフィス側の下流側面と所定の回動方向隙間をおいて対向するように副弁体5が一体形成されており、その回動方向隙間に上下2枚の補強板14が挟み込まれている。また、弁体4のオリフィス側の下流側面の周縁部には複数の突部15が設けられており、副弁体5にはその厚み方向に貫通する多数の流通孔16が設けられている。
The
次に、このバタフライ弁の動作を説明する。まず、弁体4の開度が0°のときは、図2に示したように、弁体4の周縁部全体が弁箱本体2a内面に設けられた弁座9に密接して全閉状態が保持され、上流側の流体は下流側へ流れない。なお、このとき、副弁体5の周縁部は弁箱本体2a内面のオリフィス側凹球面部11の下流側端部に摺接または近接しているが、後述する第2実施形態のように、全閉状態では副弁体5と凹球面部11は離れていてもよい。
Next, the operation of this butterfly valve will be described. First, when the opening degree of the
図2の全閉状態から弁体4と副弁体5を一体に反時計方向に回動させ、開度を約15°とすると、図4(a)に示すように、弁体4のオリフィス側の周縁部が弁座9から離れ、ノズル側の周縁部がノズル側凹球面部12に摺接または近接するようになる。このとき、オリフィス側では、副弁体5の流通孔16で流体が整流されるので、キャビテーションを効果的に抑制できる。さらに、本実施形態では、流体の通過できる面積が最も狭くなる弁体4の周縁部と弁座9との隙間に流れ込んだ流体が、弁体4の下流側面に設けられた突部15どうしの間を通過する際に整流されて下流側へ流れていくので、より効果的にキャビテーションを抑制できる。また、ノズル側では、流体が弁体4と凹球面部12との間をほとんど流れないので、キャビテーションが生じるおそれがない。
When the
また、図4(a)の状態からさらに弁体4と副弁体5を回動させ、開度を約25°としても、図4(b)に示すように、オリフィス側で流体が副弁体5の流通孔16で整流されるので、キャビテーションを効果的に抑制できる。このとき、弁体4の周縁部と弁座9との隙間の流体通過面積が副弁体5の流通孔16よりも大きくなるため、弁体4の突部15での整流効果は小さくなるが、弁体4と副弁体5の間の領域は上流側と下流側の中間の圧力となり、下流側との差圧が小さくなることから、この開度でもキャビテーションが生じにくい状態が維持される。
Further, even if the
さらに開度を広げて約45°とすると、図4(c)に示すように、オリフィス側では、副弁体5が弁座9に摺接または近接するようになるが流量は増え、ノズル側でも凹球面部12に設けた流通溝13を通って流体が流れるようになる。このとき、流通溝13を通る流体はその際に整流されるので、ノズル側でのキャビテーションを抑制しながら比較的大きな流量を確保することができる。
If the opening is further increased to about 45 °, as shown in FIG. 4C, the
そして、開度を90°(全開状態)としたときは、図4(d)に示すように、副弁体5が大きな障害となることなくスムーズに流体を流せるようになる。
When the opening is set to 90 ° (fully open state), as shown in FIG. 4 (d), the
このバタフライ弁は、上述したように、弁体4のオリフィス側の下流側に設けた多孔の半円板状の副弁体5が弁体4と一体に回動するときに、その周縁部が弁箱本体2a内面の凹球面部11に摺接または近接するようにしたので、中程度の開度までオリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制できる。しかも、副弁体5よりも加工しやすい弁箱本体2a内面に凹球面部11を設けるようにしたので、多孔の凸球面を有する板部材を用いた従来のものよりも容易かつ安価に製作することができる。
As described above, when the butterfly valve rotates integrally with the
次に、図5に基づいて第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付けて説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described based on FIG. In addition, about the member which has the same function as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
この第2実施形態のバタフライ弁は、図5(a)に示すように、弁棒3の設置位置よりも流路1の上流側で弁体4を弁箱本体2aの内面と摺接させる偏心型のものである。その弁箱本体2aは、流路方向に2分割されており、上流側本体2cの内側にオリフィス側凹球面部11の一部とノズル側凹球面部12の一部を構成する環状部材17が嵌め込まれており、下流側本体2dの内面に各凹球面部11、12の残部が設けられている。
As shown in FIG. 5A, the butterfly valve according to the second embodiment has an eccentricity that causes the
前記弁体4は、弁棒3に固定される弁板18と、弁板18の上流側面にネジ止めされるシート押さえ19と、弁板18の外周部とシート押さえ19の外周部とに挟持される環状のゴムシート20とからなる。そのゴムシート20は、全閉状態では、図5(a)に示したように、弁箱2の上流側本体2cの内面から突出する環状の弁座部21に密接するようになっている。また、副弁体5は、弁体4と別体に形成されて、弁体4と一体に回動するように弁軸3に取り付けられており、全閉状態ではオリフィス側凹球面部11と離れている。なお、弁体4のオリフィス側の下流側面には、第1実施形態のような突部は設けられていない。
The
このバタフライ弁の基本的な動作は第1の実施形態と同じである。すなわち、弁体4の開度が約15°のときは、図5(b)に示すように、弁体4のオリフィス側のゴムシート20が弁箱2の弁座部21から離れ、ノズル側のゴムシート20がノズル側凹球面部12に、副弁体5がオリフィス側凹球面部11にそれぞれ摺接または近接する。したがって、ノズル側ではキャビテーションが生じるおそれがなく、オリフィス側では、弁体4のゴムシート20と弁座部21との隙間に流れ込んだ流体が、副弁体5の流通孔16を通過する際に整流されて下流側へ流れていくので、キャビテーションが生じにくい。
The basic operation of this butterfly valve is the same as that of the first embodiment. That is, when the opening degree of the
また、開度が約45°のときは、図5(c)に示すように、副弁体5が弁箱2の弁座部21に摺接または近接するが、オリフィス側の流量は増え、ノズル側でも流体が流れるようになって、比較的大きな流量を確保することができる。そして、開度を90°(全開状態)としたときは、図5(d)に示すようになり、副弁体5が大きな障害となることなく流体を流すことができる。
Further, when the opening is about 45 °, as shown in FIG. 5C, the
なお、本発明において、副弁体が弁体となす角度は、キャビテーション抑制効果と流量確保の観点から、30〜40°とすることが望ましい。 In addition, in this invention, it is desirable that the angle which a subvalve makes with a valve body shall be 30-40 degrees from a viewpoint of a cavitation suppression effect and flow volume ensuring.
また、本発明のキャビテーション抑制効果を高めるためには、第1および第2実施形態のように、小開度のときにノズル側は流体が流れない構造とするとよい。その構造は、実施形態のものに限定されず、例えば、弁体のノズル側に弁箱の弁座と摺接する凸球面部を設けるようにしてもよい。 Further, in order to enhance the cavitation suppressing effect of the present invention, it is preferable that the nozzle side has a structure in which no fluid flows at a small opening degree as in the first and second embodiments. The structure is not limited to that of the embodiment, and for example, a convex spherical surface portion that is in sliding contact with the valve seat of the valve box may be provided on the nozzle side of the valve body.
また、上述した各実施形態では、副弁体に多数の流通孔を設けたが、この流通孔は副弁体の外周に開口するもの、すなわち溝状のものとしてもよい。 In each of the above-described embodiments, a large number of flow holes are provided in the sub-valve body. However, the flow holes may be open to the outer periphery of the sub-valve body, that is, may be groove-shaped.
1 流路
2 弁箱
2a 本体
3 弁棒
4 弁体
5 副弁体
9 弁座
11 オリフィス側凹球面部
12 ノズル側凹球面部
13 流通溝
15 突部
16 流通孔
DESCRIPTION OF
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