JP2014156912A - スフェリカルバルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】弁体を二次偏心させたスフェリカルバルブにおいて、メンテナンスシート使用時の流路閉止性能を確保しつつ、設計自由度を向上させる。
【解決手段】メンテナンスシート7と弁体5の上流側の弁体シート10との接触位置を、弁体5の回動中心軸pの流路1内での中心点を頂点とする円錐Cmの底面の周縁位置とすることにより、メンテナンスシート7使用時に流路1を確実に閉止できるようにするとともに、その円形接触部の中心Omが流路1の中心軸X上に位置するように、円錐Cmの中心軸Qmを流路1の中心軸Xに対して傾けることにより、弁箱2の上流側開口に嵌め込まれるメンテナンスシート保持部材8の円筒部8aの外周面が流路1と同心となるようにして、バルブの全周でメンテナンスシート保持部材8と弁箱2の上流端面にねじ込まれる配管用ボルト等との干渉を生じにくくし、設計自由度を高められるようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、球面で弁箱内周面と接触する弁体を二次偏心させたスフェリカルバルブに関する。
スフェリカルバルブ(球形弁)は、弁箱内の円形断面の流路と直交するように配置した弁棒に、球面で弁箱内周面と接触する弁体を取り付け、弁棒と弁体を一体に回動させて流路を開閉するもので、特に水力発電所の高落差水車用入口弁によく用いられている。そして、一般的なスフェリカルバルブでは、弁箱の上流側と下流側の内周面に、それぞれ流路の中心軸と平行にスライド可能で、弁体に対して接離するシートを設け、これらのシートを水圧や油圧で所定の回動位置にある弁体に押し付けることにより流路を閉止するようになっている(例えば、特許文献1参照。)。また、そのシートは、通常、下流側のものが常時使用される常用シート、上流側のものが常用シートの交換等を行うときにのみ使用されるメンテナンスシートとされている。なお、可動のメンテナンスシートを弁体側に取り付け、弁箱内周面に対して接離させるタイプのものもある。
ところで、上記のような可動の常用シートおよびメンテナンスシートを有するスフェリカルバルブは、各シートをスライドさせるための構造が複雑で操作も煩雑になる。そこで、常用シートを固定のものとするとともに、弁体の回動中心軸を流路の中心軸と直交する弁体の中心軸に対して流路と直交する方向に偏心(一般に、「二次偏心」と呼ばれる。)させ、弁体を回動させたときに弁体が常用シートに押し付けられて流路が閉止される構成とすることにより、構造および操作の簡素化を図ったものが提案されている。しかし、この構成では、メンテナンスシートを使用するときに、回動中心軸の偏心した弁体がメンテナンスシートを介して弁箱に押し付けられることにより揺動し、流路の閉止が不完全になる問題があった。
これに対して、本出願人は、可動のメンテナンスシートと弁体との接触位置を、弁体の回動中心軸の流路内での中心点を頂点とする円錐の底面の周縁位置とすることにより、メンテナンスシートを弁体に押し付けたときの弁体の揺動をなくし、流路を確実に閉止できるようにしたものを提案した(特許文献2)。
特公平4−1233号公報 特許第3830412号公報
上記特許文献2のスフェリカルバルブでは、可動のメンテナンスシートと弁体とを流路と直交する平面内で接触させると(上記円錐の中心軸を流路の中心軸と平行にすると)、その円形接触部の中心が流路の中心軸から偏心する。そして、弁箱の上流側開口にはメンテナンスシートを抜け止めする環状部材(以下、「メンテナンスシート保持部材」と称する。)が嵌め込まれるので、弁箱の上流端近傍の内周面の中心およびメンテナンスシート保持部材の外周面の中心も流路の中心軸から偏心することになる。このため、弁箱の上流端部を配管用ボルトのPCD(ピッチ円直径)が小さい配管フランジに接続しようとする場合に、バルブ周方向の一部で弁箱の上流端面にねじ込まれる配管用ボルトとメンテナンスシート保持部材の円周部の外周部とが干渉してしまい、設計変更が必要となることがある。
そこで、本発明は、弁体を二次偏心させたスフェリカルバルブにおいて、メンテナンスシート使用時の流路閉止性能を確保しつつ、設計自由度を向上させることを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、内部に円形断面の流路が形成された弁箱と、この弁箱内で回動して流路を開閉する弁体を備え、前記弁体の回動中心軸が、前記流路の中心軸と直交する弁体の中心軸に対して流路と直交する方向に偏心しており、前記弁箱の下流側の内周面に、前記弁体が流路を閉止するときに押し付けられる常用シートを設け、前記流路の上流側には、前記弁箱と弁体のうちの一方に前記流路の中心軸と平行にスライド可能に取り付けられ、他方に対して接離するメンテナンスシートを設け、前記メンテナンスシートの弁体または弁箱との接触位置を、前記弁体の回動中心軸の流路内での中心点を頂点とする円錐の底面の周縁位置としたスフェリカルバルブにおいて、前記メンテナンスシートの弁体または弁箱との円形接触部の中心が、前記弁体の回動中心軸よりも前記流路の中心軸に近づくように、前記円錐の中心軸を流路の中心軸に対して傾けた構成を採用した。
すなわち、可動のメンテナンスシートと弁体または弁箱との接触位置を、弁体の回動中心軸の流路内での中心点を頂点とする円錐の底面の周縁位置とすることにより、前述の特許文献2のものと同様、メンテナンスシート使用時に流路を確実に閉止できるようにし、さらにそのメンテナンスシートと弁体または弁箱との円形接触部の中心を弁体の回動中心軸よりも流路の中心軸に近づけることにより、弁箱の上流側開口に嵌め込まれるメンテナンスシート保持部材(メンテナンスシートを弁体に設ける場合は、弁箱側のメンテナンスシートとの接触部)の外周面の偏心量を小さくして、バルブの全周でメンテナンスシート保持部材と弁箱の上流端面にねじ込まれる配管用ボルト等との干渉を生じにくくし、設計自由度を高められるようにしたのである。
ここで、望ましくは、前記円形接触部の中心を前記流路の中心軸上に設定して、円形接触部を流路と同心とするとよい。
また、本発明のスフェリカルバルブは、水力発電所の高落差水車用入口弁に対して特に有効に適用することができる。
本発明のスフェリカルバルブは、上述したように、上流側の可動のメンテナンスシートと弁体または弁箱との接触位置を、弁体の回動中心軸の流路内での中心点を頂点とする円錐の底面の周縁位置とし、その円形接触部の中心を弁体の回動中心軸よりも流路の中心軸に近づけたものであるから、メンテナンスシート使用時に流路を確実に閉止できるとともに、弁箱の上流側構造と弁箱の上流端面にねじ込まれる配管用ボルト等との干渉が生じにくく、設計自由度の高いものとすることができる。
実施形態のスフェリカルバルブの一部切欠き正面図 図1のII−II線に沿った断面図(メンテナンスシート使用時) a、bはそれぞれ図2のメンテナンスシートを進退させる構造の説明図 図2に対応して図1のスフェリカルバルブの流路開放動作を説明する断面図
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このスフェリカルバルブは、水力発電所の高落差水車用入口弁として用いられるもので、図1および図2に示すように、内部に円形断面の流路1が形成された弁箱2と、弁箱2の左右両側に形成された筒部に通され、流路1と直交する水平方向の同一軸心のまわりに回動自在に支持された2本の弁棒3、4と、弁箱2内で両弁棒3、4と一体に回動して流路1を開閉する略球形の弁体5と、弁箱2の下流側の内周面に設けられた常用シート6と、弁箱2の上流側の内周面に設けられたメンテナンスシート7と、弁箱2の上流側開口に嵌め込まれるメンテナンスシート保持部材8とで基本的に構成されている。その弁箱2は、軸方向に2分割されており、上流側部材2aと下流側部材2bとを接続して組み立てられている。
前記弁体5は、その中央部を貫通して、流路1開放時に流体を通す円形孔5aを有しており(図4参照)、下流側の外面に常用シート6と接触する環状の弁体シート9が取り付けられ、上流側の外面にメンテナンスシート7と接触する環状の弁体シート10が取り付けられている。そして、両側部をそれぞれ弁棒3、4に連結されており、その回動中心軸(弁棒3、4の中心軸)pは、流路1の中心軸Xと直交する弁体5の中心軸Pに対して流路1と直交する方向に偏心(二次偏心)している。
前記常用シート6は、弁箱2の下流側開口に嵌め込まれる円筒部6aと、弁箱2の下流端面にねじ止め固定されるフランジ部6bとからなり、その円筒部6aの先端部に弁体5の下流側弁体シート9が押し付けられるようになっている。また、フランジ部6bには、弁箱2の下流端面のボルト穴2cにねじ込まれる配管用ボルト(図示省略)を通す取付孔6cが設けられている。
この常用シート6と弁体5の下流側の弁体シート9との接触位置は、弁体5の中心軸Pの流路1内での中心点を頂点とする円錐Ccの底面の周縁位置とされ、その円形接触部の中心Ocが流路1の中心軸X上に設定されている(円錐Ccの中心軸Qcが流路1の中心軸Xと一致している)。すなわち、常用シート6は、流路1と直交する平面内で弁体5と接触するようになっている。
一方、前記メンテナンスシート7は、軸方向中央部の外周側に環状凸部7aを有する円筒形に形成されており、全体が弁箱2の上流側内周に流路1の中心軸Xと平行にスライド可能に挿入されて、メンテナンスシート保持部材8に抜け止めされている。そして、図3(a)、(b)にも示すように、軸方向両端部および環状凸部7aの外周面で弁箱2の内周面およびメンテナンスシート保持部材8の内周面と軸方向に摺動して、先端部が弁体5に対して接離するようになっている。
このメンテナンスシート7と弁体5の上流側の弁体シート10との接触位置は、弁体5の回動中心軸pの流路1内での中心点を頂点とする円錐Cmの底面の周縁位置とされており、その円形接触部の中心Omが流路1の中心軸X上に位置するように、円錐Cmの中心軸Qmが流路1の中心軸Xに対して傾けられている。すなわち、メンテナンスシート7は、流路1と直交する平面を弁体5の回動中心軸pのまわりに回転させた平面内で弁体5と接触しており、その円形接触部が流路1と同心となっている。
前記メンテナンスシート保持部材8は、弁箱2の上流側開口に嵌め込まれる円筒部8aと、弁箱2の上流端面と対向するフランジ部8bとからなり、その円筒部8aの挿入端側の内周面にメンテナンスシート7の後端部の外周面が摺接している。また、フランジ部8bには、弁箱2の上流端面のボルト穴2dにねじ込まれる配管用ボルト(図示省略)を通す取付孔8cが設けられている。ここで、前述のようにメンテナンスシート7と弁体5との円形接触部が流路1と同心となっていることに伴い、弁箱2の上流端近傍の内周面およびメンテナンスシート保持部材8の円筒部8aの外周面も、流路1と同心とされている。
なお、図2では常用シート6とメンテナンスシート7の両方が弁体5に接触した状態となっているが、後述するように、通常はメンテナンスシート7が後退して弁体5から離れた状態で使用され、常用シート6の交換等を行うときのみ、メンテナンスシート7を前進させて弁体5に接触させ、弁箱2の上流側で流路1を閉止する。
前記メンテナンスシート7を軸方向に進退させる構造としては、図3(a)、(b)に示すように、弁箱2の上流側部材2aに、メンテナンスシート7の環状凸部7aの下流側に形成される密封空間への給排水路2eを設け、メンテナンスシート保持部材8には、メンテナンスシート7の環状凸部7aの上流側に形成される密封空間への給排水路8dを設けている。
すなわち、メンテナンスシート保持部材8の給排水路8dに圧力水を供給し、弁箱2の給排水路2eを開放すると、メンテナンスシート7を前進させて弁体5の上流側弁体シート10に接触させることができ(図3(a))、弁箱2の給排水路2eに圧力水を供給し、メンテナンスシート保持部材8の給排水路8dを開放すると、メンテナンスシート7を後退させて弁体5から離せる(図3(b))ようになっている。なお、この実施形態ではメンテナンスシート7を進退させるのに圧力水を用いたが、これを圧油に代えることもでき、他の機械式進退機構を採ることもできる。
このスフェリカルバルブは、上記の構成であり、通常時は、図3(b)のようにメンテナンスシート7を二次偏心させた弁体5から離した状態で使用され、弁体5の下流側弁体シート9を常用シート6に押し付けることによって流路1を閉止し、この状態から弁体5を回動させることにより、図4に示すように弁体5の円形孔5aに流体を通して流路1を開放する。
また、常用シート6の交換等を行うときは、図3(a)のようにメンテナンスシート7を前進させて弁体5の上流側弁体シート10に接触させ、弁箱2の上流側で流路1を閉止する。このとき、メンテナンスシート7は弁体5の回動中心軸pの流路1内での中心点を頂点とする円錐Cmの底面の周縁位置で弁体5の上流側弁体シート10と接触するので、弁体5が揺動することがなく、流路1を確実に閉止することができる。
そして、メンテナンスシート7と弁体5との円形接触部を流路1と同心とすることにより、弁箱2の上流側開口に嵌め込まれるメンテナンスシート保持部材8の円筒部8aの外周面も流路1と同心にできるようにしたので、バルブの全周でメンテナンスシート保持部材8の円筒部8aの外周部と前記弁箱2の上流端面のボルト穴2dにねじ込まれる配管用ボルトとの干渉が生じにくく、設計自由度の高いものとなっている。
なお、メンテナンスシートと弁体との円形接触部は、必ずしも上述した実施形態のように流路と同心にする必要はなく、その接触位置を規定する円錐の中心軸を流路の中心軸に対して傾けることにより、その中心が少なくとも弁体の回動中心軸よりも流路の中心軸に近い位置に設定されておればよい。
また、本発明は、可動のメンテナンスシートを弁体側に取り付け、弁箱内周面に対して接離させるタイプのスフェリカルバルブにももちろん適用することができる。
1 流路
2 弁箱
2c、2d ボルト穴
3、4 弁棒
5 弁体
6 常用シート
7 メンテナンスシート
8 メンテナンスシート保持部材
9、10 弁体シート
Oc 常用シートと弁体との円形接触部の中心
Om メンテナンスシートと弁体との円形接触部の中心
P 弁体の中心軸
p 弁体の回動中心軸
X 流路の中心軸

Claims (3)

  1. 内部に円形断面の流路が形成された弁箱と、この弁箱内で回動して流路を開閉する弁体を備え、前記弁体の回動中心軸が、前記流路の中心軸と直交する弁体の中心軸に対して流路と直交する方向に偏心しており、前記弁箱の下流側の内周面に、前記弁体が流路を閉止するときに押し付けられる常用シートを設け、前記流路の上流側には、前記弁箱と弁体のうちの一方に前記流路の中心軸と平行にスライド可能に取り付けられ、他方に対して接離するメンテナンスシートを設け、前記メンテナンスシートの弁体または弁箱との接触位置を、前記弁体の回動中心軸の流路内での中心点を頂点とする円錐の底面の周縁位置としたスフェリカルバルブにおいて、
    前記メンテナンスシートの弁体または弁箱との円形接触部の中心が、前記弁体の回動中心軸よりも前記流路の中心軸に近づくように、前記円錐の中心軸を流路の中心軸に対して傾けたことを特徴とするスフェリカルバルブ。
  2. 前記円形接触部の中心を前記流路の中心軸上に設定したことを特徴とする請求項1に記載のスフェリカルバルブ。
  3. 水力発電所の高落差水車用入口弁として用いられることを特徴とする請求項1または2に記載のスフェリカルバルブ。
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