JP2015224686A - 二重偏心型バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑え、簡単な構成で増し締めを行える。【解決手段】二重偏心型バタフライ弁１０は、弁体１４の回転中心である弁棒の中心線が弁箱弁座２１の中心線から偏心し且つ弁箱１３の流路１２の中心線から偏心している。弁体１４の弁座２４はその厚み方向の中心線Ｏに対して弁箱弁座２１のテーパ面２１ａの拡径側に偏心した位置に当接部２５を形成した。当接部２５は断面視で、厚み方向の両端をテーパ状に切除して先細状に形成した。弁箱弁座２１のテーパ面２１ａは、弁箱１３の流路１２の上流側に拡径するように形成した。そして、弁体１４はその弁座２４の当接部２５が弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに喰い込んで閉弁するため、増し締めできる。【選択図】図４

Description

本発明は、水等の流体が流れる管路等に設けられていて、弁棒を中心に回転することで開閉作動する弁体によって開閉可能なバタフライ弁に関し、特に二重偏心型のバタフライ弁に関する。

一般にバタフライ弁は短円筒形の弁箱の流路内で円盤状の弁体が回転することによって開閉弁して流体を制御する。特に二重偏心構造のバタフライ弁は、弁棒の中心がシートリングの中心から偏心し、しかも弁体の厚み方向にも偏心した構成を有している。二重偏心構造のバタフライ弁は、弁体の開弁時に、偏心によるカム作用によって弁体がわずかな回転角度でシートリングから離脱するため、弁体のシール面の摩耗を防ぐことができる上に、流体圧力による大きな影響を受けないという利点がある。しかも偏心していないセンターディスク型のバタフライ弁よりも弁座シール性に優れている。

このような二重偏心型バタフライ弁として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このバタフライ弁は、弁箱の内周面にはステンレス製のシートリングが全周に設けられ、シートリングの弁座当接面は、流路の上流側に向けて拡径する形状のテーパ面が形成されている。そして、シートリングに対して開閉可能な円盤型で金属製の弁体が弁棒回りに開閉可能とされ、弁体の外周部の全域に合成ゴム製で断面凸曲線形状の環状ライニング材が弁座として一体成形されている。弁体の環状ライニング材はその一部を構成する連結ピンが弁体外周部の連結孔に陥入しているため、大きなトルクが作用しても弁体から剥がれにくいとしている。

また、他の例として、図５に示す二重偏心型バタフライ弁が知られている。このバタフライ弁１では、弁箱２内の流路４内に設けた弁箱弁座３は、流路４の上流側に拡径するようにテーパ面３ａが形成されている。弁棒回りに回転可能で弁箱弁座３を開閉する弁体５は円盤形状の外周面に形成した凹溝部に合成ゴム製の弁座６が全周に装着されている。そして、弁体５の弁座６は先端部６ａが断面視で台形状に先細形状とされ、先端部６ａが弁箱弁座３のテーパ面３ａに押圧して圧縮されることで閉弁し、止水することになる。

図５において、弁座６の先端部６ａのハッチング部が喰い込み代となっており、弁体５の肉厚方向(幅方向)の中心線Ｏと先端部６ａとの交点をＥとして、弁棒の中心から弁座６の先端部６ａの交差点Ｅを通る回転軸Ｌの交点Ｅでの弁体５の回転方向のトルクＦは回転軸Ｌに直交する、弁箱弁座３のテーパ面３ａに沿った方向に生じている。

特開２０１１−７３１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された弁体や他の例で示す弁体５では、閉弁状態で例えば水漏れ等が生じないように更に増し締めをしたい場合、環状ライニング弁座や弁体５の弁座６の先端部６ａを弁棒を中心に閉弁させてシートリングや弁箱弁座３に押圧しても、トルクＦがテーパ面３ａの延びる方向に沿って働くため、弁体の閉弁によるシール強度が強くならず増し締めができないという欠点があった。また、使用を重ねることで環状ライニング弁座や弁座６の先端部６ａが摩耗した場合にも、シートリングや弁箱弁座３への喰い込みが小さくなってしまい、同様に増し締めができなかった。
このような場合には、シートリングや弁箱弁座３の位置調整や設計変更、或いは弁体の交換等で対応しており、煩雑で手間がかかる上にコスト高になる欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を抑え、簡単な構成で増し締めを行えるようにした二重偏心型バタフライ弁を提供することを目的とする。

本発明による二重偏心型バタフライ弁は、弁体の回転中心である弁棒の中心線（Ｐ）が弁箱弁座の中心線（Ｍ）から偏心し且つ弁箱の流路の中心線（Ｎ）から偏心した二重偏心型バタフライ弁において、弁体の弁座はその厚み方向の中心線（Ｏ）に対して弁箱弁座のテーパ面の拡径側に偏心した位置に当接部が形成され、弁体はその弁座の当接部が弁箱弁座のテーパ面に押圧して閉弁することを特徴とする。
本発明による二重偏心型バタフライ弁によれば、弁体の弁座はその厚み方向の中心線（Ｏ）に対して閉弁時における弁箱弁座のテーパ面の拡径側に偏心した位置に当接部が形成されているから、弁棒を回転させて閉弁すると弁体は二重偏心によるカム作用によって全周に亘って弁座の当接部が弁箱弁座のテーパ面に当接し、弁座の偏心位置に設けた当接部が弁箱弁座のテーパ面の自動調心機能によって全周に亘って当接する。更にトルク（Ｆ）が弁箱弁座のテーパ面に喰い込む方向に作用することで、弁体の当接部が弁箱弁座のテーパ面に圧着されてシールできる。そして、弁座の当接部は中心線（Ｏ）に対して弁箱弁座のテーパ面の拡径側に偏心しているため、弁体を増し締めすると当接部は更に弁箱弁座のテーパ面に喰い込み、より高い強度でシールできる。

また、弁体の弁座は合成ゴム製であり、弁体の径方向の断面視で、厚み方向(幅方向)の両端をテーパ状に切除して当接部を先細状に形成してもよい。
弁体の弁座の当接部を先細状に形成することで弾性変形可能な喰い込み代が大きく、増し締め時に弁箱弁座のテーパ面に更に押圧されて圧縮変形して高強度にシールするので、増し締めを確実に行える。

また、弁箱弁座のテーパ面は、弁箱の流路の上流側または下流側に拡径するように形成されていることが好ましい。
弁箱弁座のテーパ面に弁体の弁座の当接面が当接して圧縮されて高強度にシールされ、確実に増し締めを行える。

本発明による二重偏心型バタフライ弁によれば、弁体の弁座における弁箱弁座に当接する当接部を、弁体の弁座の厚み方向の中心線に対して弁箱弁座のテーパ面の拡径側に偏心した位置に設けたから、弁箱弁座に対する増し締めを行うことができ、弁体の弁座が摩耗したとしても弁箱弁座に喰い込ませて増し締めを確実に行うことができる。

本発明の実施形態による二重偏心型バタフライ弁の正面図である。 図１に示す二重偏心型バタフライ弁のＡ−Ａ線水平断面図である。 図１に示す二重偏心型バタフライ弁のＢ−Ｂ線縦断面図である。 図３に示す弁体の閉弁状態を示すＣ部及びＤ部の拡大断面図である。 従来の弁体の閉弁状態を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施形態による二重偏心型バタフライ弁について図１乃至図４を参照して説明する。
図１及び図２に示すバタフライ弁１０は、液体、例えば上水道等の水を流す管路に設けたものであり、例えば横型のバタフライ弁を示している。図１において、バタフライ弁１０は脚部１１を備えていて内部に円筒状の流路１２を備えた弁箱１３と、弁箱１３内で流路１２を開閉可能な弁体１４とを備えている。弁箱１３の外周側にはフランジ部１３ａが形成され、周方向に所定間隔で連結孔１３ｂが形成されている。弁箱１３における流路１２を挟む左右位置には軸受１６によって回転可能に支持された弁棒１７Ａ、１７Ｂが水平方向に配設されている。

弁体１４は円盤形状をなしており、左右の弁棒１７Ａ，１７Ｂと連結板１８を介してピンで連結されて、弁棒１７Ａ，１７Ｂの中心線Ｐを中心に水平軸線回りに回転可能とされている。弁棒１７Ａ，１７Ｂは互いに分離して弁箱１３の内周面２０の両端付近から外側に配設され、共通の中心線Ｐを有している。

また、図３及び図４において、弁箱１３内の流路１２を形成する内周面２０は内径が変化する円筒状であり、その中心軸線Ｎ方向の中間部にリング状の凸部が全周に形成され、この凸部は弁箱弁座２１を形成している。内周面２０の弁箱弁座２１は例えば図３に示す流れの流路１２の上流側から下流側に向かって次第に縮径するテーパ面２１ａと、テーパ面２１ａの下流側に形成された同一径の円筒面２１ｂとを形成している。本実施形態では、弁箱弁座２１は流路１２の中心軸線Ｎ方向に見てテーパ面２１ａと円筒面２１ｂとの長さの比が例えば２：１程度に設定されている。弁箱弁座２１は弁棒１７Ａ，１７Ｂ回りに回転可能な弁体１４によって開閉可能とされている。

弁棒１７Ａ，１７Ｂはその中心線Ｐが図１乃至図３に示すように弁箱１３の流路１２の中心軸線Ｎから径方向にずれて偏心しており、しかも弁箱弁座２１の中心線Ｍからもずれて偏心した（または、弁体１４の厚み方向に偏心している）二重偏心構造を備えている。そのため、本実施形態によるバタフライ弁１０は二重偏心型バタフライ弁である。

また、図４において、弁体１４は円盤状に形成されており、その外周面には全周に亘って外側に開口する溝部２３が形成され、溝部２３は奥側の拡径凹部２３ａと開口側の小径凹部２３ｂとで形成されている。そして、弁体１４の溝部２３内には弾性部材として例えば合成ゴム状の弁座２４が嵌合されている。図４に示す断面視で、弁座２４の外周側の先端部は、弁箱弁座２１のテーパ面２１ａと略同一傾斜角θ１を有していてテーパ面２１ａに当接して弁体１４を閉弁する当接部２５と、当接部２５の下流側に設けていて当接部２５よりも大きい傾斜角θ２を有する第一テーパ面２６と、当接部２５の上流側に設けていて逆方向に急傾斜する傾斜角θ３を有する第二テーパ面２７とを有している。そのため、当接部２５は断面視先細状または台形状に形成されている。

しかも、上述した従来技術と同様に、弁座２４はその厚み方向（幅方向）の中心線Ｏと弁座２４の当接部２５との交差点Ｅに対して、中心線Ｏの上流側に偏心する位置に当接部２５が形成されている。換言すれば、弁座２４の当接部２５は中心線Ｏに対して閉弁時における弁箱弁座２１のテーパ面２１ａの拡径側に偏心して形成されている。そして、当接部２５の所定厚みのハッチング部分が喰い込み代である。
そのため、弁座２４の厚み方向の中心線Ｏに対して上流側に当接部２５が設けられているため、弁棒１７Ａ，１７Ｂの中心線Ｐから交差点Ｅを結ぶ回転軸線Ｌに直交する方向に働く、従来技術における閉弁方向のトルクに対して、当接部２５に働く閉弁方向のトルクＦは、弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに喰い込む方向に作用する。従って、弁体１４の当接部２５を弁棒１７Ａ，１７Ｂ回りの閉弁方向に更に回転させると、当接部２５がテーパ面２１ａに更に押し込まれて増し締めできる。
なお、図４に示す弁体１４の弁座２４と弁箱弁座２１は、図３において、弁体１４の中心線及び流路１２の中心線Ｎに対してそれぞれ線対称をなすように全周に亘って形成されている。

本実施形態による二軸偏芯型バタフライ弁１０は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
二軸偏芯型バタフライ弁１０において、図示しないハンドルを操作することで弁操作軸やギヤボックスを介して弁体１４を開弁させると、弁棒１７Ａ，１７Ｂの中心線Ｐが流路１２の中心線Ｎ及び弁体１４の肉厚中心から外れた二重偏心となっているため、図３において、二重偏心によるカム作用によって開弁方向のわずかな回転角度によって弁箱弁座２１から外れる。そのため、弁箱１３の内周面２０に流入する流体が弁体１４と弁箱弁座２１の開口を通って流路１２を流通する。

そして、弁体１４を閉弁させる際には、弁棒１７Ａ，１７Ｂを閉弁方向に回転させると、図４において、二重偏心によるカム作用によって弁体１４の周縁部に設けた弁座２４の当接部２５が弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに全周に亘って当接して閉弁する。特に、閉弁する弁体１４によって流路１２を密閉すると、弁座２４の幅方向中心線Ｏの偏心位置に設けた当接部２５が弁箱弁座２１のテーパ面２１ａの自動調心機能によって全周に亘って均一に当接する。更に閉弁方向のトルクＦが働くことで、弁体１４の当接部２５が弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに喰い込むためシールできる。

なお、この状態においても、弁体１４と弁箱弁座２１とのシール機能が十分でない場合には、更に弁棒１７Ａ，１７Ｂを閉弁方向に回転させると、弁体１４の当接部２５が弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに向けて更にトルクＦが働くため、当接部２５が圧縮されて弾性変形してより強く圧着するため、増し締めできる。

上述のように、本実施形態による二軸偏芯型バタフライ弁１０によれば、弁体１４の外周部の当接部２５は弁座２４の厚み方向の中心線Ｏに対して弁箱弁座２１のテーパ面２１ａの拡径側に偏心させているから、閉弁後に更に増し締めすると、トルクＦが当接部２５を弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに押圧する方向に喰いこませ、より高圧のシールを達成できる。しかも、弁箱弁座２１の形状を変形等しないで増し締めができるため、コストの上昇を抑えることができる。
また、繰り返して使用することで、弁体１４における弁座２４の当接部２５が摩耗して喰い込み可能な量が小さくなったとしても、当接部２５は弁座２４の厚み方向の中心線Ｏに対して偏心させて形成したから、増し締めによって弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに喰い込ませてより高いシールを行うことができる。

なお、本発明は上述の実施形態によるバタフライ弁１０に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

例えば、上述した実施形態では、図３、図４において、流路１２は弁箱弁座２１のテーパ面２１ａの拡径側を上流側としたが、例えばダムの揚水発電の揚水時等には、逆に、テーパ面２１ａの縮径側が上流となる場合がある。この場合、弁体１４の当接部２５は弁座２４の厚み方向の中心線Ｏに対して流路１２の下流側に偏心して配置されていることになる。この場合でも、上述した実施形態と同様に閉弁時に弁体１４を弁箱弁座２１のテーパ面２１ａに喰い込ませて増し締めすることができる。
また、上述した実施形態では、弁体１４の弁座２４の先端に形成した当接部２５を断面台形状または先細状に形成したが、当接部２５の断面形状は台形状に限定されるものではなく、断面凸曲線状や三角形状、四角形状等、適宜の形状を採用できる。

また、上述した実施形態では、弁箱１３の内周面２０の全周に凸部を形成して弁箱弁座２１を形成したが、これに代えて弁箱１３の内周面２０に凹溝を形成し、この凹溝内に例えば金属製のシートリングを配設して内面に弁体１４の当接部２５が当接可能な傾斜したシール面を形成してもよい。シールリングも弁箱１３における弁箱弁座に含まれるものとする。
なお、本発明による二重偏心型バタフライ弁は、弁棒１７Ａ，１７Ｂが横型のバタフライ弁について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、弁棒１７Ａ，１７Ｂを上下方向に分離して配設した縦型のバタフライ弁でもよい。

１０ バタフライ弁
１２ 流路
１３ 弁箱
１４ 弁体
１７Ａ、１７Ｂ 弁棒
２１ 弁箱弁座
２１ａ テーパ面
２４ 弁座
２５ 当接部
Ｐ 弁棒の中心線
Ｍ 弁箱弁座の中心線
Ｎ 流路の中心線
Ｏ 弁座の幅方向の中心線

Claims (3)

1. 弁体の回転中心である弁棒の中心が弁箱弁座の中心から偏心し且つ弁箱の流路の中心線から偏心した二重偏心型バタフライ弁において、
   前記弁体の弁座はその厚み方向の中心線に対して弁箱弁座のテーパ面の拡径側に偏心した位置に当接部が形成され、前記弁体はその弁座の当接部が前記弁箱弁座のテーパ面に押圧して閉弁することを特徴とする二重偏心型バタフライ弁。
2. 前記弁体の弁座は合成ゴム製であり、径方向の断面視で、厚み方向の両端をテーパ状に切除して当接部を先細状に形成した請求項１に記載された二重偏心型バタフライ弁。
3. 前記弁箱弁座のテーパ面は、前記弁箱の流路の上流側または下流側に拡径するように形成されている請求項１または２に記載された二重偏心型バタフライ弁。

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