JP2015143534A - diaphragm valve - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diaphragm valve capable of suppressing generation of particles so as to overcome problems that a diaphragm of a diaphragm valve with the diaphragm used as a valve element elastically deforms to repeatedly press or separate from a valve seat and that particles may be generated over long-term use.SOLUTION: In a diaphragm valve 1 comprising: a valve box 2 in which a fluid inflow passage 2a and a fluid outflow passage 2b are provided; an annular valve seat 3 provided integrally on the valve box 2 so as to be located on a peripheral edge of the fluid inflow passage 2a; and a diaphragm 4 opening or closing the fluid inflow passage 2a by pressing or separating from the valve seat 3, a tip end portion of the valve seat 3 being formed such that a tip end portion of the valve seat 3 has a circular arc cross-section, an inner circumferential surface thereof is a cylindrical surface, and an outer circumferential surface thereof is a conical surface, whereby the friction between a load acting position and the tip end position of the valve seat 3. As a result, it is possible to prevent generation of particles.

Description

この発明は、ダイヤフラム弁に関し、特に、高温での使用に有利なダイヤフラム弁に関する。   The present invention relates to a diaphragm valve, and more particularly to a diaphragm valve advantageous for use at high temperatures.

高温での使用に有利なダイヤフラム弁として、特許文献1には、流体通路が設けられた弁箱と、流体通路の周縁に設けられた環状の弁座と、弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉するダイヤフラムと、下端にダイヤフラム押さえを有し上下移動可能な弁棒とを備えているものが開示されている。   As a diaphragm valve advantageous for use at high temperatures, Patent Document 1 discloses a valve box provided with a fluid passage, an annular valve seat provided at the periphery of the fluid passage, and a fluid that is pressed or spaced apart from the valve seat. There is disclosed a diaphragm including a diaphragm that opens and closes a passage and a valve rod that has a diaphragm presser at the lower end and is movable up and down.

特開2004−92825号公報JP 2004-92825 A

ダイヤフラムは、弾性変形して弁座に対して押圧・離間を繰り返すことから、長期の使用に伴ってパーティクルが発生するおそれがある。   Since the diaphragm is elastically deformed and repeatedly presses and separates from the valve seat, there is a possibility that particles are generated with long-term use.

従来、パーティクルの発生に対し、ダイヤフラムにおける作用荷重位置と弁座の先端位置とのずれについては考慮されていなかった。   Conventionally, with respect to the generation of particles, the shift between the applied load position on the diaphragm and the tip position of the valve seat has not been considered.

この発明の目的は、ダイヤフラムにおける作用荷重位置と弁座の先端位置とのずれに着目することで、パーティクルの発生を抑えることを可能としたダイヤフラム弁を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a diaphragm valve capable of suppressing the generation of particles by paying attention to the deviation between the applied load position in the diaphragm and the tip position of the valve seat.

この発明によるダイヤフラム弁は、流体通路が設けられた弁箱と、流体通路の周縁に設けられた環状の弁座と、弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉するダイヤフラムと、下端にダイヤフラム押さえを有し上下移動可能な弁棒とを備えているダイヤフラム弁において、ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置とが同じとされていることを特徴とするものである。   A diaphragm valve according to the present invention includes a valve box provided with a fluid passage, an annular valve seat provided at the periphery of the fluid passage, a diaphragm pressed or spaced apart from the valve seat to open and close the fluid passage, and a diaphragm at the lower end. A diaphragm valve having a presser and a vertically movable valve rod is characterized in that the load application position in the diaphragm and the tip position of the valve seat are the same.

「ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置とが同じ」は、ずれが少なくとも15μm以下、好ましくは5μm以下であることを意味する。   “The load acting position on the diaphragm and the tip position of the valve seat are the same” means that the deviation is at least 15 μm or less, preferably 5 μm or less.

弁座は、弁箱に一体に設けられるとともに、ステンレス鋼製でかつダブルメルト材とされていることが好ましい。   The valve seat is preferably provided integrally with the valve box, and is preferably made of stainless steel and a double melt material.

弁座は、先端部が断面円弧状、内周面が円筒面、外周面が円錐面であることが好ましい。   The valve seat preferably has a circular arc at the tip, a cylindrical surface at the inner peripheral surface, and a conical surface at the outer peripheral surface.

従来のダイヤフラム弁において、弁座の先端位置は、ダイヤフラムにおける荷重作用位置よりも径方向外側にある。先端部が断面円弧状、内周面が円筒面、外周面が円錐面である弁座の断面形状は、弁座の先端位置を径方向内方に移動させるのに適した形状となっており、弁座をこの断面形状とすることで、ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置とを同じにしやすいものとなる。   In the conventional diaphragm valve, the tip position of the valve seat is radially outward from the load application position in the diaphragm. The cross-sectional shape of the valve seat with a circular arc at the tip, a cylindrical surface at the inner periphery, and a conical surface at the outer periphery is suitable for moving the tip position of the valve seat radially inward. By setting the valve seat to this cross-sectional shape, the load acting position in the diaphragm and the tip position of the valve seat can be easily made the same.

ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置とを同じにするには、弁座の径(弁座の中心線から弁座先端までの距離の2倍)および弁座の高さ(弁箱の凹所の底面から弁座先端までの距離)を変更して、ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置との距離を求め、ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置との距離が従来のものから小さくなる(実質的に0になる)ように、弁座の径および高さを設定すればよい。   In order to make the load acting position and the valve seat tip position in the diaphragm the same, the valve seat diameter (twice the distance from the valve seat center line to the valve seat tip) and the valve seat height (valve box) The distance between the load application position on the diaphragm and the valve seat tip position is determined by changing the distance from the bottom of the recess to the valve seat tip, and the distance between the load application position on the diaphragm and the valve seat tip position is conventionally What is necessary is just to set the diameter and height of a valve seat so that it may become smaller from the thing (it becomes substantially 0).

なお、この明細書において、ステムの移動方向を上下方向というものとするが、この方向は、便宜的なものであり、実際の取付けでは、上下方向が鉛直方向とされるだけでなく、水平方向とされることもある。   In this specification, the moving direction of the stem is referred to as the vertical direction. However, this direction is convenient, and in actual mounting, the vertical direction is not only the vertical direction but also the horizontal direction. Sometimes it is said.

この発明のダイヤフラム弁によると、ダイヤフラムにおける作用荷重位置と弁座の先端位置とのずれに起因するパーティクルの発生が防止され、これにより、高温条件下というような厳しい使用環境であっても、パーティクルの発生を抑えることができる。   According to the diaphragm valve of the present invention, the generation of particles due to the displacement between the applied load position in the diaphragm and the tip position of the valve seat is prevented, and thus, even in severe use environments such as high temperature conditions, Can be suppressed.

図1は、この発明によるダイヤフラム弁の全体構成を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of a diaphragm valve according to the present invention. 図2は、この発明によるダイヤフラム弁の特徴部分を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a characteristic portion of the diaphragm valve according to the present invention. 図3は、図2のダイヤフラム弁についてのせん断応力分布のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of the shear stress distribution for the diaphragm valve of FIG. 図4は、図2のダイヤフラム弁についてのパーティクル発生回数の試験結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing test results of the number of particle generations for the diaphragm valve of FIG. 図5は、比較例のダイヤフラム弁の特徴部分を示す拡大縦断面図である。FIG. 5 is an enlarged longitudinal sectional view showing a characteristic part of a diaphragm valve of a comparative example. 図6は、比較例のダイヤフラム弁についてのせん断応力分布のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of shear stress distribution for the diaphragm valve of the comparative example. 図7は、比較例のダイヤフラム弁についてのパーティクル発生回数の試験結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing test results of the number of particle generations for the diaphragm valve of the comparative example.

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下・左右は、図1の上下・左右をいうものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the upper, lower, left, and right refer to the upper, lower, left, and right in FIG.

図1は、この発明が対象とするダイヤフラム弁の全体構成を示している。   FIG. 1 shows the overall configuration of a diaphragm valve targeted by the present invention.

同図において、ダイヤフラム弁(1)は、流体流入通路(2a)および流体流出通路(2b)が設けられた弁箱(2)と、流体流入通路(2a)の周縁に位置するように弁箱(2)に一体に設けられた環状の弁座(3)と、弁座(3)に押圧または離間されて流体通路(2a)を開閉するダイヤフラム(弁体)(4)と、下端にダイヤフラム押さえ(5a)が取り付けられた上下移動可能なディスク(弁体押さえ)(5)と、ディスク(5)に嵌め被せられたボンネット(6)と、弁箱(2)上部に設けられた下部ケーシング(7)と、下部ケーシング(7)と接続された上部ケーシング(8)と、上下ケーシング(7)(8)によって形成された空間内に配置されて下端が弁体押さえ(5)に当接している弁棒(9)と、ケーシング(7)(8)内上部に配されたピストン(10)と、ケーシング(7)(8)内のピストン(10)下方に設けられてピストン(10)にかかる力を弁棒(9)に増幅して伝達する倍力手段(11)とを備えている。   In the figure, the diaphragm valve (1) has a valve box (2) provided with a fluid inflow passage (2a) and a fluid outflow passage (2b), and a valve box so as to be positioned at the periphery of the fluid inflow passage (2a). An annular valve seat (3) provided integrally with (2), a diaphragm (valve body) (4) that opens or closes the fluid passage (2a) by being pressed or separated by the valve seat (3), and a diaphragm at the lower end A vertically movable disc (valve body retainer) (5) with a retainer (5a) attached, a bonnet (6) fitted over the disc (5), and a lower casing provided on the top of the valve box (2) (7), the upper casing (8) connected to the lower casing (7), and the upper and lower casings (7), (8) are arranged in a space formed by the lower end abutting against the valve disc holder (5). The valve stem (9), the piston (10) disposed in the upper part of the casing (7) (8), and the piston (10) provided below the piston (10) in the casing (7) (8). Force Amplified and and a booster means (11) for transmitting to the valve rod (9).

弁箱(2)は、上方に向かって開口した凹所(2c)を有しており、流体流入通路(2a)は、一端が左方に向かって開口しかつ他端が凹所(2c)の底面中央部に開口し、流体流出通路(2b)は、一端が右方に向かって開口し他端が凹所(2c)の底面右部に開口している。   The valve box (2) has a recess (2c) that opens upward, and the fluid inflow passage (2a) has one end that opens toward the left and the other end that is a recess (2c). The fluid outflow passageway (2b) has one end opened to the right and the other end opened to the bottom right part of the recess (2c).

ディスク(5)は、円柱状に形成され、中間にフランジ部を有している。ボンネット(6)は、円筒状に形成されており、その下部の内周には、ディスク(5)のフランジ部を案内する大径の案内部(6a)が形成されている。ディスク(5)は、ボンネット(6)内にゆるくすなわち上下移動可能に嵌め入れられている。ボンネット(6)は、弁箱(2)の凹所(2c)に嵌め入れられるとともに、下部ケーシング(7)によって下方に押し付けられることにより、押さえアダプタ(12)を介してダイヤフラム(4)の外周部を弁箱(2)に固定している。   The disk (5) is formed in a columnar shape and has a flange portion in the middle. The bonnet (6) is formed in a cylindrical shape, and a large-diameter guide portion (6a) for guiding the flange portion of the disk (5) is formed on the inner periphery of the lower portion of the bonnet (6). The disc (5) is inserted into the bonnet (6) so as to be loose, that is, movable up and down. The bonnet (6) is fitted into the recess (2c) of the valve box (2) and pressed downward by the lower casing (7), thereby allowing the outer periphery of the diaphragm (4) to pass through the holding adapter (12). The part is fixed to the valve box (2).

下部ケーシング(7)は、底壁(7a)と、底壁(7a)に立ち上がり状に設けられるとともに外周面におねじ部が形成された周壁(7b)と、底壁(7a)下面から下方にのびかつ内周面にめねじ部が形成された小径円筒状下方突出部(7c)とからなる。下部ケーシング(7)は、下方突出部(7c)のめねじ部が弁箱(2)の凹所(2c)の外周面に設けられたおねじ部にねじ合わされることにより、弁箱(2)に固定されている。   The lower casing (7) includes a bottom wall (7a), a peripheral wall (7b) that is provided on the bottom wall (7a) in a standing manner and has a threaded portion formed on the outer peripheral surface, and a lower surface from the bottom surface of the bottom wall (7a). It consists of a small-diameter cylindrical downward projecting portion (7c) having a female thread portion formed on the inner peripheral surface. The lower casing (7) is formed by screwing the female thread part of the downward projecting part (7c) with the male thread part provided on the outer peripheral surface of the recess (2c) of the valve box (2), thereby ).

下部ケーシング(7)の底壁(7a)中央には、弁棒(9)を上下移動可能に案内する貫通孔(13)が設けられている。   At the center of the bottom wall (7a) of the lower casing (7), a through hole (13) for guiding the valve rod (9) so as to be movable up and down is provided.

上部ケーシング(8)は、円筒状周壁(8a)と、周壁(8a)の上端部に設けられためねじ部にねじ合わされている円盤状頂壁(8b)とからなる。周壁(8a)の下部内周面には、めねじ部が形成されており、このめねじ部が下部ケーシング(7)の周壁(7b)のおねじ部にねじ合わされることにより、上部ケーシング(8)と下部ケーシング(7)とが内部に空間を形成するように一体化されている。上部ケーシング(8)の頂壁(8b)には、その中央部に貫通孔(14)が設けられており、この貫通孔(14)に、圧縮空気導入用継手(15)が取り付けられている。   The upper casing (8) includes a cylindrical peripheral wall (8a) and a disk-shaped top wall (8b) that is provided at the upper end of the peripheral wall (8a) and is screwed to the threaded portion. A female threaded portion is formed on the lower inner peripheral surface of the peripheral wall (8a), and this female threaded portion is screwed to the male threaded portion of the peripheral wall (7b) of the lower casing (7), so that the upper casing ( 8) and the lower casing (7) are integrated so as to form a space inside. The top wall (8b) of the upper casing (8) is provided with a through hole (14) in the center thereof, and a compressed air introducing joint (15) is attached to the through hole (14). .

弁棒(9)は、下部ケーシング(7)の中央貫通孔(13)に摺動自在に嵌め入れられた下方突出部(21a)を有する大径軸部(21)と、下端におねじ部を有しこのおねじ部が大径軸部(21)の上部に設けられためねじにねじ込まれることにより大径軸部(21)に一体化されている小径軸部(22)とからなる。大径軸部(21)は、下方突出部(21a)の基端部に位置するフランジ部(21b)と、他の部分よりも小径で小径軸部(22)に突き合わされている上端部(21c)とを有している。小径軸部(22)は、その中間部に、大径軸部(21)の上端部(21c)よりも若干小径のフランジ部(22a)を有している。   The valve stem (9) includes a large-diameter shaft portion (21) having a downward projecting portion (21a) slidably fitted in the central through hole (13) of the lower casing (7), and a threaded portion at the lower end. The male screw portion is provided on the upper portion of the large-diameter shaft portion (21), and is therefore composed of a small-diameter shaft portion (22) integrated with the large-diameter shaft portion (21) by being screwed into the screw. The large-diameter shaft portion (21) has a flange portion (21b) positioned at the base end portion of the downward projecting portion (21a) and an upper end portion that has a smaller diameter than the other portions and is abutted against the small-diameter shaft portion (22) ( 21c). The small-diameter shaft portion (22) has a flange portion (22a) having a slightly smaller diameter than the upper end portion (21c) of the large-diameter shaft portion (21) at an intermediate portion thereof.

ピストン(10)は、下側の大径部(10a)および上側の小径部(10b)からなる円盤状に形成されており、大径部(10a)の下面の外周部には、環状のピストンリング(23)が一体化されている。上部ケーシング(8)の頂壁(8a)の下面中央部には、凹所(24)が形成されており、この凹所(24)によって形成された上部ケーシング(8)の頂壁(8a)とピストン(10)との間の空間が圧縮空気導入用空間とされている。   The piston (10) is formed in a disk shape composed of a lower large-diameter portion (10a) and an upper small-diameter portion (10b), and an annular piston is formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the large-diameter portion (10a). The ring (23) is integrated. A recess (24) is formed at the center of the lower surface of the top wall (8a) of the upper casing (8), and the top wall (8a) of the upper casing (8) formed by this recess (24). The space between the piston 10 and the piston 10 is a space for introducing compressed air.

ピストン(10)の小径部(10b)の外周には、全体として円筒状に形成された金属ベローズ(16)が配されており、その金属ベローズ(16)の下端が大径部(10a)の上面に固定されるとともに、同上端が上部ケーシング(8)の頂壁(8a)下面に固定されることにより、圧縮空気導入用空間がシールされている。金属ベローズ(16)は、溶接ベローズと称されているもので、金属をディスク状に打ち抜いて精密な波状のプレートを形成し、その波状プレートの内周および外周を溶接することにより製作されている。   A metal bellows (16) formed in a cylindrical shape as a whole is arranged on the outer periphery of the small diameter portion (10b) of the piston (10), and the lower end of the metal bellows (16) is the large diameter portion (10a). The space for introducing compressed air is sealed by being fixed to the upper surface and the upper end thereof being fixed to the lower surface of the top wall (8a) of the upper casing (8). The metal bellows (16) is called a welding bellows, and is manufactured by punching metal into a disk shape to form a precise corrugated plate and welding the inner and outer circumferences of the corrugated plate. .

倍力手段(11)は、水平軸(26)の回りに揺動し得るように支持された複数の揺動体(25)を有している。揺動体(25)は、外側端部がピストンリング(23)の下面に、内側端部が弁棒(9)の小径軸部(22)のフランジ部(22a)の下面にそれぞれ下から当接させられている。揺動体(25)の外側端部のピストン接触位置は、揺動体(25)の内側端部の弁棒接触位置よりも上方にあり、水平軸(26)の軸線は、揺動体(25)の外側端部のピストン接触位置と揺動体(25)の内側端部の弁棒接触位置とのちょうど中間位置よりも内側端寄りに位置させられている。したがって、ピストン(10)が下方に移動すると、倍力手段(11)の揺動体(25)の外側端が下方に移動し、これに応じて揺動体(25)が水平軸(26)の回りに揺動し、揺動体(25)の内側端が上方に移動して弁棒(9)が上方に移動させられる。水平軸(26)が内側端寄りに位置していることから、ピストン(10)の下向き力は、増幅されて弁棒(9)に伝達される。増幅率は、(水平軸の軸線から揺動体の外側端部のピストン接触位置までの距離)/(水平軸の軸線から揺動体の内側端部の弁棒接触位置までの距離)となっている。   The booster means (11) has a plurality of oscillating bodies (25) supported so as to be able to oscillate around the horizontal axis (26). The rocking body (25) has an outer end abutting against the lower surface of the piston ring (23) and an inner end abutting against the lower surface of the flange portion (22a) of the small diameter shaft portion (22) of the valve stem (9). It has been made. The piston contact position of the outer end of the rocking body (25) is above the valve rod contact position of the inner end of the rocking body (25), and the axis of the horizontal axis (26) is the axis of the rocking body (25). The piston is positioned closer to the inner end than the intermediate position between the piston contact position of the outer end and the valve rod contact position of the inner end of the rocking body (25). Therefore, when the piston (10) moves downward, the outer end of the rocking body (25) of the booster means (11) moves downward, and the rocking body (25) rotates around the horizontal axis (26) accordingly. The inner end of the oscillating body (25) moves upward, and the valve stem (9) is moved upward. Since the horizontal shaft (26) is positioned closer to the inner end, the downward force of the piston (10) is amplified and transmitted to the valve stem (9). The amplification factor is (distance from the axis of the horizontal axis to the piston contact position of the outer end of the oscillator) / (distance from the axis of the horizontal axis to the valve rod contact position of the inner end of the oscillator). .

揺動体(25)は、例えば、120°置きに3つまたは90°置きに4つ設けられる。水平軸(26)は、大径軸部(21)の上面に載せられた円筒状のリテーナ(27)に保持されている。リテーナ(27)は、孔あき円盤状の底壁(27a)と、揺動体(25)を移動可能とする切り欠きが所定間隔で形成された周壁(27b)とからなる。揺動体(25)の内側端部には、上向きに開口した凹所(25a)が設けられており、この凹所(25a)に転がり可能に嵌め入れられたピン(28)が弁棒(9)の小径軸部(22)のフランジ部(22a)に接触するようになされている。   For example, three rockers (25) are provided at intervals of 120 ° or four at intervals of 90 °. The horizontal shaft (26) is held by a cylindrical retainer (27) placed on the upper surface of the large diameter shaft portion (21). The retainer (27) includes a perforated disk-shaped bottom wall (27a) and a peripheral wall (27b) in which notches that allow the oscillating body (25) to move are formed at predetermined intervals. A recess (25a) opening upward is provided at the inner end of the rocking body (25), and a pin (28) fitted into the recess (25a) so as to be able to roll is a valve stem (9 ) In contact with the flange portion (22a) of the small diameter shaft portion (22).

弁棒(9)を下向きに付勢する付勢部材(17)は、皿ばねとされており、弁棒(9)の大径軸部(21)のフランジ部(21b)とリテーナ(27)の底壁(27a)とによって受け止められている。リテーナ(27)の底壁(27a)の外周面と下部ケーシング(7)の周壁(7b)内周面との間には、メタルシール(18)が介在されている。   The biasing member (17) that biases the valve stem (9) downward is a disc spring, and the flange portion (21b) of the large-diameter shaft portion (21) of the valve stem (9) and the retainer (27) And the bottom wall (27a). A metal seal (18) is interposed between the outer peripheral surface of the bottom wall (27a) of the retainer (27) and the inner peripheral surface of the peripheral wall (7b) of the lower casing (7).

上記において、弁箱(2)およびこれに一体に設けられている弁座(3)は、SUS316Lなどのステンレス鋼製でかつダブルメルト材とされている。ダブルメルトは、真空誘導炉溶解や真空酸素脱炭を行った後に、エレクトロスラグ再溶解法または真空アーク再溶解を行うものである。   In the above, the valve box (2) and the valve seat (3) provided integrally therewith are made of stainless steel such as SUS316L and are made of a double melt material. Double melt is a method in which electroslag remelting or vacuum arc remelting is performed after vacuum induction furnace melting or vacuum oxygen decarburization.

また、ダイヤフラム押さえ(5a)は、ニッケル合金(例えばNW2201)とされている。金属ベローズ(16)および付勢部材(17)である皿ばねは、いずれもインコネル(登録商標)製とされている。金属ベローズ(16)は、例えばIN625と称されている固溶強化型Ni基超合金で、付勢部材(17)の皿ばねは、例えばIN718と称されている析出硬化型Ni基超合金とされている。   The diaphragm retainer (5a) is a nickel alloy (for example, NW2201). Both the metal bellows (16) and the belleville spring as the biasing member (17) are made of Inconel (registered trademark). The metal bellows (16) is, for example, a solid solution strengthened Ni-base superalloy called IN625, and the disc spring of the biasing member (17) is made of, for example, a precipitation hardening Ni-base superalloy, called IN718. Has been.

このダイヤフラム弁(1)によると、圧縮空気導入用空間をシールするために金属ベローズ(16)が使用されており、ゴム製のOリングは使用されていない。したがって、耐熱性に優れ、高温にも十分耐えることができる。また、倍力手段(11)を有していることにより、導入する圧縮空気圧を小さくしても、大きなダイアフラム押さえ力を得ることができるので、金属ベローズ(16)に掛かる圧力を軽減することができ、耐圧性にも優れた高温用ダイヤフラム弁が得られる。   According to the diaphragm valve (1), the metal bellows (16) is used for sealing the space for introducing compressed air, and the rubber O-ring is not used. Therefore, it has excellent heat resistance and can sufficiently withstand high temperatures. In addition, by having the boosting means (11), a large diaphragm pressing force can be obtained even if the compressed air pressure to be introduced is reduced, so that the pressure applied to the metal bellows (16) can be reduced. And a high-temperature diaphragm valve with excellent pressure resistance can be obtained.

この発明のダイヤフラム弁(1)は、図1に示すものにおいて、以下のようにして、弁座(3)の形状を最適化したものである。   The diaphragm valve (1) according to the present invention is the one shown in FIG. 1, in which the shape of the valve seat (3) is optimized as follows.

弁座(3)の最適化を実現するために、まず、図5に示す比較例(従来の一般的なもの)の弁座(30)について、ダイヤフラム(4)における作用荷重位置と弁座(30)の先端位置とのずれについてシミュレーションを行った。   In order to realize optimization of the valve seat (3), first, regarding the valve seat (30) of the comparative example (conventional general one) shown in FIG. 30) The deviation from the tip position was simulated.

図5において、弁座(30)は、先端部(41)が断面円弧状、内周面(42)および外周面(43)が円錐面とされており、断面形状としては、断面形状の中心線(弁座(30)の先端を通る線)(O')に対して対称とされている。   In FIG. 5, the valve seat (30) has a tip end portion (41) having an arcuate cross section and an inner peripheral surface (42) and an outer peripheral surface (43) having a conical surface. It is symmetric with respect to the line (line passing through the tip of the valve seat (30)) (O ').

図6は、図5に示した形状の弁座(30)である場合のシミュレーションによるせん断応力の分布を示している。これから、ダイヤフラム(4)における作用荷重位置と弁座(30)の先端位置とのずれが約35μmあることが分かる。このようなずれは、弁座(30)とダイヤフラム(4)との擦れ要因であることから、パーティクルの発生原因となる。   FIG. 6 shows a shear stress distribution by simulation in the case of the valve seat (30) having the shape shown in FIG. From this, it can be seen that the displacement between the applied load position of the diaphragm (4) and the tip position of the valve seat (30) is about 35 μm. Such a deviation is a cause of rubbing between the valve seat (30) and the diaphragm (4), and thus causes generation of particles.

図7は、図5に示した形状の弁座(30)である場合の開閉回数に伴うパーティクル発生状況の推移を測定したものである。パーティクルについては、大きさを区別してその数を求めている。図7から、開閉回数の増加に伴ってパーティクルの数(90回開閉することで発生するパーティクルの数)が増加し、パーティクルの発生基準を1.0個以下/1開閉に設定すると、5万回開閉程度でこれを上回るものとなっていることが分かる。   FIG. 7 shows the measurement of the transition of the particle generation state with the number of opening and closing in the case of the valve seat (30) having the shape shown in FIG. The number of particles is determined by distinguishing the size. From FIG. 7, when the number of particles (the number of particles generated by opening and closing 90 times) increases as the number of times of opening and closing increases, and the particle generation reference is set to 1.0 or less / 1 opening / closing, It can be seen that this is more than the opening and closing times.

そこで、ダイヤフラム(4)における作用荷重位置と弁座(3)(30)の先端位置とのずれに着目して、このずれをなくすように、図2のモデルを検討した。   Therefore, paying attention to the deviation between the applied load position in the diaphragm (4) and the tip position of the valve seat (3) (30), the model of FIG. 2 was studied so as to eliminate this deviation.

図2において、弁座(3)は、先端部(31)が断面円弧状、内周面(32)が円筒面、外周面(33)が円錐面とされており、その先端を通る線(O)に対して非対称とされている。   In FIG. 2, the valve seat (3) has a distal end portion (31) having an arcuate cross section, an inner peripheral surface (32) having a cylindrical surface, and an outer peripheral surface (33) having a conical surface. O) is asymmetric.

図3は、図2に示した形状の弁座(3)である場合のシミュレーションによるせん断応力の分布を示している。これから、ダイヤフラム(4)における作用荷重位置と弁座(30)の先端位置とのずれがほぼ0になっていることが分かる。このようなずれは、弁座(30)とダイヤフラム(4)との擦れ要因であることから、パーティクルの発生原因となる。   FIG. 3 shows a shear stress distribution by simulation in the case of the valve seat (3) having the shape shown in FIG. From this, it can be seen that the deviation between the applied load position of the diaphragm (4) and the tip position of the valve seat (30) is substantially zero. Such a deviation is a cause of rubbing between the valve seat (30) and the diaphragm (4), and thus causes generation of particles.

図4は、図2に示した形状の弁座(3)である場合の開閉回数に伴うパーティクル発生状況の推移を上記図7のものと同様にして測定したものである。図4から、開閉回数が10万回の時点でパーティクルの数(90回開閉することで発生するパーティクルの数)が増加するが、その後は減少し、パーティクルの発生基準を1.0個以下/1開閉に設定すると、この基準を大幅に下回るものとなっている。ダイヤフラム(4)における作用荷重位置と弁座(30)の先端位置とのずれが15μm以下であれば、比較例のものに比べて、パーティクルの発生数を大幅に減少させることができ、このずれを5μm以下とすることで、パーティクルの発生基準である1.0個以下/1開閉を達成することができる。   FIG. 4 shows the measurement of the transition of the particle generation state with the number of opening / closing in the case of the valve seat (3) having the shape shown in FIG. 2 in the same manner as in FIG. From FIG. 4, the number of particles (the number of particles generated by opening and closing 90 times) increases at the time when the number of opening and closing is 100,000 times, but then decreases, and the particle generation standard is 1.0 or less / If it is set to 1 open / close, it is significantly below this standard. If the displacement between the applied load position on the diaphragm (4) and the tip position of the valve seat (30) is 15 μm or less, the number of particles generated can be greatly reduced compared to the comparative example. By setting the value to 5 μm or less, it is possible to achieve 1.0 particles or less / 1 open / close, which is a particle generation standard.

上記図2に示す最適化形状において、断面形状以外の点では、径と高さが変更されており、弁座(3)の径(弁座(3)の中心線=弁棒(9)の中心軸から弁座(3)の先端までの距離の2倍)は、6mmから4.1mmに小さくなされており、弁座(3)の高さは、0.1mm高くなされている。このことから、寸法的には、弁座(3)の径を小さくして、弁座(3)の高さを高くすることが好ましいことが分かる。なお、ダイヤフラム(4)の径は20mmで、膨出部分の径は、18mmであり、膨出高さ(最下面から最上面までの距離)は、0.75mmである。弁座(3)の径dおよび高さhの好ましい範囲としては、ダイヤフラム(4)の膨出部分の径をDおよびダイヤフラム(4)の膨出高さをHとして、d/D=0.2〜0.3でかつh/H=0.1〜0.2が例示される。   In the optimized shape shown in FIG. 2, the diameter and height are changed at points other than the cross-sectional shape. The diameter of the valve seat (3) (the centerline of the valve seat (3) = the valve stem (9) The distance from the central axis to the tip of the valve seat (3) is twice as small as 6 mm to 4.1 mm, and the height of the valve seat (3) is increased by 0.1 mm. From this, it can be seen that in terms of dimensions, it is preferable to reduce the diameter of the valve seat (3) and increase the height of the valve seat (3). The diameter of the diaphragm (4) is 20 mm, the diameter of the bulge portion is 18 mm, and the bulge height (distance from the lowermost surface to the uppermost surface) is 0.75 mm. As a preferable range of the diameter d and the height h of the valve seat (3), the diameter of the bulging portion of the diaphragm (4) is D and the bulging height of the diaphragm (4) is H, and d / D = 0. Examples are 2 to 0.3 and h / H = 0.1 to 0.2.

こうして、図5に示す比較例の弁座(30)に対し、弁座(3)の形状が最適化されることで、パーティクルが1.0個以下/1開閉というパーティクルの発生基準を達成することができる。   Thus, by optimizing the shape of the valve seat (3) with respect to the valve seat (30) of the comparative example shown in FIG. 5, the particle generation standard of 1.0 or less particles / 1 open / close is achieved. be able to.

(1):ダイヤフラム弁、(2):弁箱、(2a):流体流入通路(流体通路)、(3):弁座、(4):ダイヤフラム、(5a):ダイヤフラム押さえ、(9):弁棒、(31):先端部、(32):内周面、(33):外周面 (1): Diaphragm valve, (2): Valve box, (2a): Fluid inflow passage (fluid passage), (3): Valve seat, (4): Diaphragm, (5a): Diaphragm retainer, (9): Valve stem, (31): Tip, (32): Inner peripheral surface, (33): Outer peripheral surface

Claims (2)

流体通路が設けられた弁箱と、流体通路の周縁に設けられた環状の弁座と、弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉するダイヤフラムと、下端にダイヤフラム押さえを有し上下移動可能な弁棒とを備えているダイヤフラム弁において、
ダイヤフラムにおける荷重作用位置と弁座の先端位置とが同じとされていることを特徴とするダイヤフラム弁。
A valve box provided with a fluid passage, an annular valve seat provided at the periphery of the fluid passage, a diaphragm that opens or closes the fluid passage by being pressed or spaced apart from the valve seat, and a diaphragm presser at the lower end, and is movable up and down Diaphragm valve equipped with a simple valve stem,
A diaphragm valve characterized in that a load application position and a tip position of a valve seat in the diaphragm are the same.
弁座は、先端部が断面円弧状、内周面が円筒面、外周面が円錐面であることを特徴とする請求項1のダイヤフラム弁。   2. The diaphragm valve according to claim 1, wherein the valve seat has a circular arc at the tip, a cylindrical surface at the inner peripheral surface, and a conical surface at the outer peripheral surface.
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