JP2016041967A - Valve body of butterfly valve and the butterfly valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バタフライバルブの弁体及びバタフライバルブに関し、特に、弁体の強度を損わずに軽量化しつつ流体抵抗及び操作トルクを低減し、封止性と鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体及びバタフライバルブに関する。 The present invention relates to a valve body and a butterfly valve for a butterfly valve, and in particular, a butterfly valve having excellent sealing performance and castability while reducing fluid resistance and operating torque while reducing the weight without impairing the strength of the valve body. The present invention relates to a valve body and a butterfly valve.
一般的に、バタフライバルブの弁体は円板状に形成され、バルブの構成は、円筒状のバルブボデーの内周面に弾性シートリングを装着し、この本体の直径位置に回転自在に装着したステムに円板状の弁体を軸支して構成され、ステムを90°範囲で回転することで弁体を回転させて流路を開閉する。この種のバタフライバルブは、全閉時の封止性も高く、流量調整用としても好適なバルブとして用いられている。また、他の弁種と比較して面間寸法を小さくすることができるので、バルブ全体をコンパクトに構成することができる。さらにトルクが比較的低いため操作性が高く、90°範囲の操作は自動化し易い。このため、給排水、空調設備、工場プロセス等各種の場面において様々な形態で広く使用される汎用性の高いバルブである。 In general, the valve body of a butterfly valve is formed in a disc shape, and the valve structure is such that an elastic seat ring is mounted on the inner peripheral surface of a cylindrical valve body and is mounted rotatably on the diameter position of the main body. A stem-shaped valve body is pivotally supported on the stem, and the flow path is opened and closed by rotating the stem within a 90 ° range. This type of butterfly valve has high sealing performance when fully closed, and is used as a valve suitable for flow rate adjustment. In addition, since the face-to-face dimension can be reduced as compared with other valve types, the entire valve can be configured compactly. Furthermore, since the torque is relatively low, the operability is high, and the operation in the 90 ° range is easy to automate. For this reason, it is a highly versatile valve widely used in various forms in various scenes such as water supply / drainage, air conditioning equipment, and factory processes.
ところで、バタフライバルブは上記のように構成されているため、ステムの回転で流路方向に対して90°範囲で傾斜する円板状の弁体が、常時流路に存在している。このため弁開時において、弁体は流路面積を減少させると共に、弁体に形成された段差部等が乱流を発生させて流体へ抵抗を及ぼす。弁閉時において、流体は弁体に大きな流体圧をかけて、この流体圧に基づく応力によって弁体に形状変化(歪み)が生じ得る。この形状変化により弁体が損傷したり、弁体と弾性シートリングとの封止位置にズレが生じて封止性が損なわれることもある。 By the way, since the butterfly valve is configured as described above, a disc-like valve element that is inclined in a range of 90 ° with respect to the flow path direction by rotation of the stem is always present in the flow path. For this reason, when the valve is opened, the valve body reduces the flow path area, and a stepped portion or the like formed in the valve body generates turbulent flow and exerts resistance to the fluid. When the valve is closed, the fluid applies a large fluid pressure to the valve body, and a shape change (distortion) may occur in the valve body due to a stress based on the fluid pressure. Due to this shape change, the valve body may be damaged, or the sealing position between the valve body and the elastic seat ring may be displaced, thereby impairing the sealing performance.
これらの問題への対処手段として、弁体を厚肉に形成することで形状変化を生じない十分な強度を確保する手段があるが、単純に厚肉に形成した場合は、弁体の強度は確保されるものの、操作トルクの上昇又は弁体の重量増大により製造コストの悪化等を招いてしまう。このため従来から、例えば、できるだけ薄い平板をベースとして弁体を形成しつつボス部や外周部を厚く形成する等、弁体の強度を確保しつつ弁体の重量増加や流体の抵抗を抑えるように構成した各種のバタフライバルブ用の弁体が提案されている。 As a means to deal with these problems, there is a means to ensure sufficient strength that does not cause a shape change by forming the valve body thick, but if it is simply formed thick, the strength of the valve body is Although it is ensured, the manufacturing cost deteriorates due to an increase in operating torque or an increase in the weight of the valve body. For this reason, conventionally, for example, the boss part and the outer peripheral part are formed thickly while forming the valve body based on a thin plate as thin as possible, for example, to suppress the increase in the weight of the valve body and the resistance of the fluid while ensuring the strength of the valve body. Various valve elements for butterfly valves constructed as described above have been proposed.
特許文献1のバタフライバルブの弁体は、弁体の平坦部に比べて厚く形成した外周部と、ステムの挿入孔を有する上ボス部や下ボス部に連結される垂直リブと、この垂直リブに交差する水平リブ等の補強用リブを有しており、この補強用リブは、その断面形状が四角形状或は台形状に形成されているので、角部ないしは曲率の大きい急カーブの段部を有している。また、水平リブと垂直リブの交差部、外周部と弁板部との接合部等も曲率半径の小さい角形状部に形成されているので、弁体表面には多くの角形状部が形成されている。
The valve body of the butterfly valve of
特許文献2のバタフライバルブの弁体は、円板状の弁体のY軸方向上下に外方に膨出して設けた弁棒穴用ボス部を縦リブで連結し、ノズル側表面とオリフィス側裏面にX軸方向に延びる所定高さの複数の横リブを有している。本件の弁体においても、縦リブや横リブ等と弁体の平坦部とは、その断面形状において角形状部ないしは曲率半径の小さい急カーブの段部を有している。また上記文献1に記載の弁体と異なり、弁体の外周部は肉厚に形成されておらず、弁体の平坦部と同程度若しくは薄肉に形成されている。
The valve body of the butterfly valve disclosed in Patent Document 2 is a valve-shaped valve body boss portion that is bulged outward in the Y-axis direction and is connected by a vertical rib to connect the nozzle side surface to the orifice side. A plurality of lateral ribs having a predetermined height extending in the X-axis direction are provided on the back surface. Also in the valve body of the present case, the vertical rib, the horizontal rib, etc. and the flat portion of the valve body have a square shape portion or a sharply curved step portion having a small curvature radius in the cross-sectional shape thereof. Further, unlike the valve body described in the above-mentioned
しかしながら、特許文献1に記載のバタフライバルブの弁体では、以下のような複数の問題点を有していた。先ず、この弁体は弾性シートリングと摺接する外周部が肉厚に形成されているので、弾性シートリングとの接触面積が大きいため操作トルクが増大してしまう問題点があり、しかも、弁体を鋳造する際には表面の引けや鋳巣が出やすくなるという問題点があった。
However, the valve body of the butterfly valve described in
また、補強用リブや外周部等と弁体の平坦部との接合部が角部ないしは曲率半径の小さい急カーブの段部となっているため、弁体表面には多数の角形状部が形成されている。バタフライバルブでは、特にバルブ全閉時において、流体圧により弁体の弁翼部全域に曲げ変形が作用し歪み応力が発生するが、このように弁体表面に形成された角部や段部では部材の一様な形状が急変化するため、弁体全体に発生した応力分布が乱れて局所的にこれら角部や段部に応力が集中してしまう問題点があった。文献1に記載の弁体においては、この応力集中は、ボス部や垂直リブの付根部や垂直リブと水平リブの交差部付近において顕著であって、この交差部付近の水平リブの幅が狭い場合はとりわけ応力の集中が高まって弁体の変形を起こしやすく、逆に、交差部付近の水平リブの幅を広く形成すると弁体の重量を必要以上に増大させてしまう問題点があった。
In addition, since the joints between the reinforcing ribs and the outer periphery and the flat part of the valve body are corners or sharply curved step parts with a small radius of curvature, a large number of square parts are formed on the valve body surface. Has been. In the butterfly valve, especially when the valve is fully closed, bending stress acts on the entire valve blade part of the valve body due to the fluid pressure, and strain stress is generated, but at the corners and steps formed on the valve body surface in this way, Since the uniform shape of the member changes suddenly, the stress distribution generated in the entire valve body is disturbed, and there is a problem that the stress is locally concentrated on these corners and steps. In the valve body described in
さらに、弁体表面に多数の角部や段部が形成されている場合、これら角部や段部の近傍で流路面積が急変化するので、弁体表面からの流れの剥離や急激な圧力変化による乱流・気泡が発生し易くなり、キャビテーションによる弁体の損傷や、乱流による流体制御の不安定化を招きやすいという問題点があった。 Furthermore, when many corners or steps are formed on the valve body surface, the flow path area changes suddenly in the vicinity of these corners or steps, so flow separation from the valve body surface or sudden pressure There is a problem that turbulent flow and bubbles are likely to be generated due to change, and damage to the valve body due to cavitation and instability of fluid control due to turbulent flow are liable to occur.
特許文献2のバタフライバルブの弁体では、複数の横リブを形成することで弁体の強度向上が図られているものの、特に流体圧が高圧の場合等では、横リブのない箇所では強度が低いため受圧時の弁体の歪みの発生を抑制することができない。このため、弁体全体において強度を十分に確保しようとすれば、リブの増設と、それに伴う弁体重量の増大は避けられなくなる。従って本件に開示の弁体では、弁体強度の確保と軽量化を同時に実現することは到底不可能である。 In the valve body of the butterfly valve disclosed in Patent Document 2, the strength of the valve body is improved by forming a plurality of lateral ribs. However, the strength is high at a location where there is no lateral rib, particularly when the fluid pressure is high. Since it is low, the occurrence of distortion of the valve body during pressure reception cannot be suppressed. For this reason, if it is going to ensure sufficient intensity | strength in the whole valve body, the increase of a rib and the accompanying increase in the weight of a valve body will be inevitable. Therefore, in the valve body disclosed in the present case, it is impossible to achieve the strength and weight reduction of the valve body at the same time.
また、上記文献1の場合と同様に、上下のボス部や縦リブ・横リブ等、弁体表面の各所に多数の角形状部が形成されている。従って文献2に記載の弁体においても、上記した各問題点、すなわち、受圧時の角形状部への応力集中、乱流・キャビテーションの発生といった問題点は到底解決できない。
As in the case of the above-mentioned
さらに、本件の弁体の外周部には、平坦な弁板部と同程度の薄肉に形成されている。このため、弁体外周部の流体圧に対する剛性が不足するため、弁体の必要強度を確保することはできない。 Furthermore, it is formed in the outer peripheral part of the valve body of this case as thin as the flat valve plate part. For this reason, since the rigidity with respect to the fluid pressure of a valve body outer peripheral part is insufficient, the required intensity | strength of a valve body cannot be ensured.
本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、弁体全域に亘る必要強度及び弁閉時のバルブの封止性を確保すると共に弁体の重量及びバルブ開閉の操作トルクを低減し、受圧時の局所的な弁体への応力集中及び乱流やキャビテーションの発生を抑制できる表面形状を有し、しかも鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体及びバタフライバルブの提供にある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. The object of the present invention is to ensure the necessary strength over the entire valve body and the sealing performance of the valve when the valve is closed. A butterfly valve with a surface shape that can reduce the weight and operating torque for valve opening and closing, suppress the stress concentration to the local valve body during pressure reception, and suppress the occurrence of turbulent flow and cavitation, and also has excellent castability The body and butterfly valve is provided.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、円筒状のボデー内に上下ステムを介して回転自在に設けたバタフライバルブの弁体であって、円板状のジスクの上下に設けたボス部を縦リブで繋ぎ、前記ジスクの表裏面に前記縦リブに交差する水平方向に向けて水平リブを形成し、この水平リブの前記縦リブ方向に切断した断面形状を縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなる扁平円弧部としたことを特徴とするバタフライバルブの弁体である。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に係る発明は、扁平円弧部は、ジスクの外周側から縦リブ側に向けて扁平形状の外径を順次大きくするようにしたバタフライバルブの弁体である。 The invention according to claim 2 is the valve body of the butterfly valve in which the flat arc portion is configured such that the outer diameter of the flat shape is sequentially increased from the outer peripheral side of the disc toward the vertical rib side.
請求項3に係る発明は、扁平円弧部は、楕円状部であり、この楕円状部は、縦リブ方向に切断した断面形状を横長の楕円状部としたバタフライバルブの弁体である。 In the invention according to claim 3, the flat arc portion is an elliptical portion, and the elliptical portion is a valve body of a butterfly valve having a cross-sectional shape cut in the longitudinal rib direction as a horizontally long elliptical portion.
請求項4に係る発明は、楕円状部は、ジスクの外周側から縦リブ側に向けて楕円形状の短辺と長辺が順次大きくなるように形成したバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項5に係る発明は、縦リブは、断面円筒又は円柱であるバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項6に係る発明は、縦リブと水平リブとの繋がり部とジスクの弁板部と水平リブとの繋がり部をアール形状又は円弧状に繋ぐようにしたバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項7に係る発明は、ジスクの表裏面の外周端近傍にリング状の肉厚リング部を形成したバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項8に係る発明は、肉厚リング部と水平リブの外端部とを平坦状に接合したバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項9に係る発明は、肉厚リング部の肉厚の断面形状を円形又は楕円形状としたバタフライバルブの弁体である。
The invention according to
請求項10に係る発明は、バタフライバルブの弁体を上下ステムを介してボデー内に装着したゴムリング内周に開閉自在に設けた中心型バタフライバルブである。
The invention according to
請求項1に係る発明によると、弁体に作用する流体圧に対して、縦リブは主に上下ステムを支点とした曲げ変形を抑制する剛性を発揮すると共に、水平リブは主に弁体中心を支点とした曲げ変形を抑制する剛性を発揮するので、これら縦リブと水平リブ以外の弁体部分を薄肉に形成して、弁体の流体圧に対する強度を確保しつつ弁体の軽量化を図ることができる。また、水平リブの扁平円弧部は、流体圧により弁体表面に作用する曲げ変形に対して高い剛性を有し、しかも弁体に生じる歪み応力を効率よく分散させることができるので、曲げ変形強度を高めつつ弁体中心付近への応力集中を回避することができる。さらに、この扁平円弧部は滑らかな形状であり、乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにできると共に、流路に沿った流路面積を緩やかで連続的な変化となるように構成できるので、急激な流路面積の変化によるキャビテーションの発生が抑制される。しかも、単純で滑らかな形状なので、鋳造性に優れる。 According to the first aspect of the present invention, the vertical rib mainly exhibits rigidity for suppressing bending deformation with the upper and lower stems as fulcrums against the fluid pressure acting on the valve body, and the horizontal rib is mainly the center of the valve body. Because of its rigidity to suppress bending deformation with fulcrum as the fulcrum, the valve body parts other than the vertical ribs and horizontal ribs are made thin to reduce the weight of the valve body while ensuring the strength of the valve body against fluid pressure. Can be planned. In addition, the flat circular arc portion of the horizontal rib has high rigidity against bending deformation acting on the valve body surface due to fluid pressure, and can efficiently disperse the strain stress generated in the valve body. It is possible to avoid stress concentration in the vicinity of the center of the valve body while increasing the pressure. Furthermore, since this flat circular arc portion has a smooth shape and does not have a square shape portion that easily generates turbulent flow, the physical resistance exerted on the fluid can be reduced and the fluid flow in the body can be made smooth, Since the flow channel area along the flow channel can be configured to be a gradual and continuous change, the occurrence of cavitation due to a sudden change in the flow channel area is suppressed. Moreover, since it has a simple and smooth shape, it has excellent castability.
請求項2に係る発明によると、受圧により弁体表面に作用する圧力分布に効率よく適応した水平リブの肉厚を形成することができるので、耐圧強度に必要な水平リブの厚みを確保しつつ弁体の重量増加を回避できる。このため、効率よく弁体の重量増大を回避しつつ必要強度を確保できるように肉厚を形成できる。しかも、単純で滑らかな形状なので、鋳造性にも優れる。 According to the second aspect of the present invention, the thickness of the horizontal rib can be formed which is efficiently adapted to the pressure distribution acting on the valve body surface by receiving pressure, so that the thickness of the horizontal rib necessary for the pressure strength is secured. An increase in the weight of the valve body can be avoided. For this reason, thickness can be formed so that required strength can be ensured, avoiding the weight increase of a valve body efficiently. Moreover, since it has a simple and smooth shape, it is excellent in castability.
請求項3に係る発明によると、楕円形状は簡単に形成できる形状であって、しかも、簡素な形状の中では、強度の確保及び軽量化の観点から、最もバランスの良い形状の一つである。また楕円状部は、水平リブの縦リブとの交差付近に集中し易い応力を、特に効率よく分散させることができる。しかも角部を有さず、滑らかな形状である。このため、鋳造性に優れ、バランス良く強度の確保及び軽量化を実現した水平リブを、非常に簡単に形成することができる。 According to the invention of claim 3, the elliptical shape is a shape that can be easily formed, and among the simple shapes, it is one of the most well-balanced shapes from the viewpoint of securing strength and reducing weight. . Further, the elliptical portion can particularly efficiently disperse stress that tends to concentrate in the vicinity of the intersection of the horizontal rib with the vertical rib. Moreover, it has no corners and has a smooth shape. For this reason, it is very easy to form a horizontal rib that is excellent in castability and has a well-balanced strength and weight reduction.
請求項4に係る発明によると、楕円形状を構成する2つのパラメータを適宜変化させるだけで、受圧により弁体内に発生する応力分布に効率よく適応した水平リブの肉厚を形成することができるので、弁体の重量増大を回避しつつ必要強度を確保できる水平リブの肉厚を、非常に簡単に形成することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the thickness of the horizontal rib can be formed which is efficiently adapted to the stress distribution generated in the valve body due to the pressure by simply changing the two parameters constituting the elliptical shape as appropriate. The thickness of the horizontal rib that can ensure the required strength while avoiding an increase in the weight of the valve body can be very easily formed.
請求項5に係る発明によると、流路方向と垂直な縦リブの断面形状が中空の円筒形状であれば、弁体を鋳造する際に、中空の縦リブを容易に成形できると共に弁体の軽量化を図ることができ、弁体が小型で中空に成形し難い場合であっても、縦リブを中実の円柱形状とすることができる。円筒又は円柱は表面が円弧形状なので、その表面に作用する流体圧に対する曲げ変形強度を効率よく高めることができ、しかも、滑らかな円弧形状は乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにしてキャビテーションの発生を抑制できると共に、弁体に発生する応力の集中も分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。 According to the fifth aspect of the invention, if the cross-sectional shape of the vertical rib perpendicular to the flow path direction is a hollow cylindrical shape, the hollow vertical rib can be easily formed when the valve body is cast, and the valve body Even when the weight can be reduced and the valve body is small and difficult to be formed into a hollow shape, the vertical rib can be formed into a solid cylindrical shape. Since the surface of a cylinder or cylinder has an arc shape, the bending deformation strength against the fluid pressure acting on the surface can be increased efficiently, and the smooth arc shape does not have an angular shape portion that easily generates turbulence. Therefore, the physical resistance exerted on the fluid can be reduced, the flow of fluid in the body can be made smooth to suppress the occurrence of cavitation, and the concentration of stress generated in the valve body can also be dispersed. Moreover, since it is a smooth shape, castability can also be improved.
請求項6に係る発明によると、縦リブと水平リブの繋がり部及びジスクの弁板部と水平リブの繋がり部を、それぞれアール形状又は円弧状に滑らかに繋いでいるので、水平リブ等の突設部が形成された弁体表面から、乱流を発生し易い角部や段部を除去することができる。このため、弁体表面付近の流体の流れをスムーズにしてキャビテーションの発生を抑制できると共に、弁体に発生する応力の集中も分散させることができる。しかも滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。
According to the invention of
請求項7に係る発明によると、肉厚リング部はジスク外周端の剛性を高めるので、流体圧に対する曲げ変形強度を高めることができる。また、シール部材と摺接する弁体外周端面は薄肉に維持できるので、シール部材と弁体外周端面との接触面積の増加を回避できる。このため、回転トルクの増大を回避しつつ、弁体の強度を向上することができる。
According to the invention which concerns on
請求項8に係る発明によると、肉厚リング部と水平リブの外端部との間から、乱流を発生し易い角部や段部を除去することができる。このため、弁体表面付近の流体の流れをスムーズにできると共に、キャビテーションの発生も抑制でき、しかも弁体に発生する応力の集中を分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。
According to the invention which concerns on
請求項9に係る発明によると、肉厚リング部の断面形状を円形又は楕円形状に形成するため、その表面に作用する流体圧に対する曲げ変形強度を効率よく高めることができる。また、滑らかな円形又は楕円形状は乱流を発生し易い角形状部を有さないことから、流体に及ぼす物理的抵抗を低減しボデー内の流体の流れをスムーズにできると共に、キャビテーションの発生を抑制し、しかも弁体に発生する応力の集中を分散させることができる。また、滑らかな形状なので鋳造性も高めることができる。
According to the invention which concerns on
請求項10に係る発明によると、弁体全域に亘る必要強度及び弁閉時のバルブの封止性を確保すると共に弁体の重量及びバルブ開閉の操作トルクを低減し、受圧時の局所的な弁体への応力集中及び乱流やキャビテーションの発生を抑制できる表面形状を有し、しかも鋳造性にも優れたバタフライバルブの弁体を有する中心型バタフライバルブが実現できる。
According to the invention of
以下に、本発明におけるバタフライバルブの弁体の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1、図2においては、それぞれ本発明に係るバタフライバルブの弁体の正面図、斜視図を示している。 Hereinafter, a preferred embodiment of a valve body of a butterfly valve according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 respectively show a front view and a perspective view of a valve body of a butterfly valve according to the present invention.
図示するように、本発明におけるバタフライ弁の弁体は、円板状に形成されたジスク1であって、上側のボス部2aと下側のボス部2bが上下から縦方向に連設された形状を呈し、この連設部位に図示しない流路の方向に対して略垂直方向に縦リブ4が形成されている。上ステム18a(図8に図示)はボス部2aのステム挿入孔3aへ嵌入固定され、下ステム18b(図8に図示)はボス部2bに設けられたステム挿入孔3bへ嵌入固定できるようになっている。
As shown in the drawing, the valve body of the butterfly valve according to the present invention is a
水平リブ5は、縦リブ4とジスク1の中心部で垂直に交差するように、鉛直方向と垂直な水平方向へ向けて形成されている。ジスク1の外周端6近傍には、円形状の外周端6と同心であってその径よりやや短径のリング形状を呈する肉厚リング部7が形成されている。この肉厚リング部7には、前記水平リブ5が接続されている。ジスク1の外周端面であるシート部8は、ジスク1が流路を開閉する際に、シート(図8におけるゴムリング16)と摺接する部位である。また、肉厚リング部7のジスク内方側であって縦リブ4と水平リブ5以外の領域は、略平坦に形成された弁板部9となっている。
The
図3においては図1におけるA−A断面図を示し、図4においては図(イ)は図1におけるイ−イ断面図を示し、図(ロ)は図1におけるロ−ロ断面図を示し、図5においては図1におけるB−B断面図を示している。 3 shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1, and FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
図3に図示するように、外周端6は滑らかにR面取り若しくはC面取りされており、少なくとも角部とはなっていない。そして、外周端6よりジスク1のやや内方側に肉厚リング部7が形成されており、肉厚リング部7の内方側は、その全域に亘って肉厚を厚さtで略平坦に形成した弁板部9である。図示するように、外周端6と肉厚リング部7との間も、弁板部9の肉厚と同程度の肉厚に形成している。このため、シート部材と摺接するシート部8の肉厚も、弁板部9の厚さtと同程度に形成されている。
As shown in FIG. 3, the outer
また図1、図2に示すように、肉厚リング部7の上下部では、ボス部2a、ボス部2bとそれぞれ一体的に接合しており、しかも、その接合は角部や段部を有さない滑らかな形状に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
肉厚リング部7の断面形状は、扁平円弧形、円形、楕円形等の角部を有さない滑らかな形状であればよく、本例では円形に形成している。また、肉厚リング部7と、そのジスク1内方側である弁板部9及びその外方側とは、滑らかな形状で接合されており、その形状には特に限定はないが、本例ではアール面で接合されている。
The cross-sectional shape of the
このようにジスク1の外周に形成された肉厚リング部7は、ジスク1の剛性、とりわけ、弁板部9における外周部分である弁翼部11が受圧した際にジスク1の外周に作用する曲げ変形への剛性を高めているので、弁板部9を薄肉に維持したままジスク1の必要強度を確保することができる。また、肉厚リング部7の全体が外周端6よりジスク1の内方に形成されるように、ジスク1の径よりやや短径のリング形状を呈しているので、シート部8の肉厚も薄肉に維持される。このため、肉厚リング部7の形成によりジスク1外周の強度を確保しても、ジスク1がシート部材と接触する面積が増大することがなく、よってジスク1の回転トルクも増大することがない。
The
本例では、前記の厚さtは2.5mm程度に設定し、肉厚リング部7の断面円形の直径は、厚さtの2倍程度に設定している。また、肉厚リング部7がジスク表面に形成するリング形状の径は、ジスクの外径φdに対して85%から95%に設定することが好適であり、90%程度であればさらに好適である。
In this example, the thickness t is set to about 2.5 mm, and the circular diameter of the
図3、図4に示す扁平円弧部10は、水平リブ5を縦リブ方向に切断した断面部分である。この扁平円弧部10の断面形状は、縦長の扁平形状の外径を有する円弧からなるものであるが、滑らかな形状であって水平リブ5が盛り上がるような所定の肉厚を有する形状であれば特に限定されるものではなく、例えば単一の円弧形状、楕円形状でもよく、その他曲率がその曲線全域に亘って略同一であって円弧と同様な形状を呈する緩やかなカーブ等でもよい。本例では扁平円弧部10の断面形状は、楕円状部10Aとなっている。この楕円状部10Aを形成する楕円は、図において縦方向を長さ2pの長辺、横方向を長さ2qの短辺としている。このため、本例の扁平円弧部10の断面形状は、バルブの呼び径や流体圧力等に応じて、長辺2p、短辺2qの組み合わせを任意に選択することで、必要な形状の楕円を適宜形成することができる。
The flat
図4の(イ)、(ロ)は、共に図1において縦リブ4方向と平行に水平リブ5を切断した拡大断面図であって、(イ)は図1のイ−イ線における断面図を示し、(ロ)はイ−イ線と平行であるがイ−イ線よりもジスク1の中心側であるロ−ロ線における断面図を示す。これら(イ)、(ロ)が図示するように、水平リブ5の縦リブ方向に切断した断面を、その外端部25からジスク1の中心へ向かって、順次大きくするように形成されている。
4A and 4B are enlarged cross-sectional views of the
上記のように扁平円弧部10の形状を順次変化させるにあたって、その偏平円弧状の変化の態様は、ジスク1の外周側から縦リブ4側へ向けて順次大きくするような変化の態様であれば特に限定されない。このように変化させることにより、弁開状態において水平リブ5が流体の流れをよりスムーズになるようにしている。図3に示すように、本例では、楕円状に形成された楕円状部10Aでは長辺2p、短辺2qである楕円状に形成されているが、例えば、長辺2p、短辺2qの何れか一方の長さを固定したまま他方の長さを一定又は変動する変化率で大きくするようにしてもよく、長辺2p、短辺2qを適当に一定又は変動する変化率で相関させて又は独立に大きくするようにしてもよく、さらに、楕円状部10Aの面積や周の長さ等が大きくするようにしてもよい。
When the shape of the
全閉時のバタフライバルブの弁体が受圧する圧力分布は一様ではなく、一般的に弁体の中心付近が最も負荷が大きい。このため、扁平円弧部10の扁平円弧状(図3においては長辺2p、短辺2qで定まる楕円状部10A)を、縦リブ4側から外端部25付近(ジスク1の外周側)へ向けて順次大きくするように形成すれば、受圧による負荷が大きいジスク1の中心部付近の肉厚が厚く形成されつつ、ジスク1の外方へ向けて徐々に肉厚が薄く形成されるので、偏って分布する圧力負荷に所定の精度で対応した水平リブ5の肉厚を形成し、ジスク1の無駄な重量増加を回避し、もってジスク1の必要強度の確保と軽量化を同時に実現することができる。
The pressure distribution received by the valve body of the butterfly valve when fully closed is not uniform, and generally the load is greatest near the center of the valve body. Therefore, the flat circular arc shape of the flat circular arc portion 10 (the
また、図3、図4に示すように、扁平円弧部10(楕円状部10A)と弁板部9との繋がり部13は、その全域に亘って少なくとも角形状部や段部を形成することが無いように滑らかに接合されており、このように接合されていれば繋がり部13の断面形状は特に限定されないものの、本例ではアール形状或は円弧状に形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the connecting
図5は、図1におけるB−B断面図を示し、中央部にジスク1の中心部である縦リブ4の断面、その左右に水平リブ5の断面と、左右の端部付近に肉厚リング部7の断面が一体に表されている。縦リブ4は中空の円筒に形成されており、本例では図において最も肉厚に形成されているが、ジスク1の呼び径等に応じて、縦リブ4と水平リブ5の厚みを同程度の肉厚に形成してもよい。また、前述したように、扁平円弧部10(楕円状部10A)をジスク1の外周側から縦リブ4側に向けて順次大きくなるように形成しているので、同図における水平リブ5の縦方向の厚みもジスク1の外周側から縦リブ4側へ向けて、順次高くなっている。特に、この高さの変化が、同図において縦リブ4であるジスク1中心部を頂点とする緩やかな傾斜の放物線を描くように水平リブ5の厚みを形成してもよい。放物線となるように水平リブ5を形成すれば、その厚みに無駄がなく軽量で、流体抵抗を増加させることがなく、しかも応力に対する補強効果がジスク1全体に行き渡るようにすることができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 1, in which the cross section of the
また図5では、水平リブ5と縦リブ4の繋がり部12が表されており、この繋がり部12も、扁平円弧部10(楕円状部10A)と弁板部9との繋がり部13と同様に、その全域に亘って少なくとも角形状部や段部を形成することが無いように滑らかに接合されており、このように接合されていれば繋がり部12の断面形状は特に限定されないものの、本例ではアール形状或は円弧状に形成されている。
Further, in FIG. 5, a
さらに図5の左右端部付近には、肉厚リング部7の断面が表されており、本例では、図1に示す水平リブ5の外端部25を、この肉厚リング部7と平坦状に接合している。このため肉厚リング部7の図5における厚さは、水平リブ5の厚さと略同一となっている。
Further, a cross section of the
以上図1乃至図5を用いて説明したように、水平リブ5は、縦リブ4との繋がり部12、弁板部9との繋がり部13、肉厚リング部7と接合する外端部25は、滑らかな形状で繋がれており、かつ、肉厚リング部7とそのジスク1内方側及び外方側も、滑らかな形状で繋がれている。さらに本例では、縦リブ4と弁板部9の間や、ボス部2a、2bと弁板部9或は肉厚リング部7との間も、それらの接合部の断面形状が滑らかな形状となるように繋がれている。このため、本例に示すジスク1の表面には、角部や段部がほとんど形成されておらず、その表面はほとんどいたるところ滑らかな曲面で形成されている。このように弁体表面に角部や段部が形成されていない場合は、流体の受圧による応力集中を効果的に分散させることができるため、ジスク1の局所的な損傷を抑制することができる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 5, the
また、バタフライバルブの弁体として全開或は中間開度である場合は、ジスク1は流路に存在するため流体の流路面積を減少させるが、その表面には角部や段部がほとんど形成されていないため、乱流や気泡の発生が抑制されて整流効果が高いと共に、キャビテーションの発生も効果的に抑制することができる。
If the valve body of the butterfly valve is fully open or at an intermediate opening, the
図6は、図1におけるC−C断面図である。前述のように本発明のジスク1は、表面に角部や段部がほとんど形成されないため、鋳流れ性に富み非常に鋳造性に優れている。ジスク1の鋳造の際は、後述の図7、図8に示すように、回転軸を成す縦リブ4を円筒に形成し、内部は中空に成形してジスク1の軽量化を図っているが、バルブの呼び径が小さく中空に成形し難い場合は、縦リブ4を円柱に形成し、内部を中実に成形しても良い。
6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. As described above, the
本例においては、縦リブ4は中空の断面円筒(外径φ17mm)に形成され、その内部に円柱状の中空部が形成され、この中空部は径の異なる大径部32と小径部31から形成されている。大径部32の径はφ11mm、小径部31の径はφ9mmとしている。また、上ステム挿入孔3aには、上ステム18aと嵌合固定する二面部34が形成され、この二面部34における上ステム18aとの当接により上ステム18aの回転力がジスク1へ伝えられ、上ステム18aとジスク1の回転が連動するようになっているので、上ステム18aはその軸装部と回転摺動する。一方、下ステム挿入孔3bには二面部が形成されず、このため下ステム18bはジスク1の回転と連動せず、下ステム18bはその軸装部に非回転に固定されている。
In this example, the
大径部32と小径部31は、水平リブ5に接続する位置35付近を境界としている。この位置35のジスク1最下端部からの高さhは、図1で説明すれば、同図においてジスク1の最下端部から繋がり部12と繋がり部13の下側の交差点付近までの高さである。このように、縦リブ4内部に形成される中空部の径をジスク1の下方から位置35付近までやや小径とし、その分縦リブ4をやや厚く形成することで、ジスク1を下方から鋳湯する場合、縦リブ4から水平リブ5にかけての鋳流れ性が向上し、鋳造欠陥を防止することができる。
The large-
また、前述した肉厚リング部7は、弁体としての使用時の強度向上に寄与するのみならず、以下に説明するように、ジスク1の製造の際にも強度を発揮する。本例では、鋳造されたジスク1に対して上下ステム挿入孔を加工し、下ステム挿入孔3bは穿設加工により形成されるが、上ステム挿入孔3aは、そのような穿設加工後、その穿設孔に垂直に所定のプレス刃具を挿入して二面部34を切削する。そして、この二面部34を切削する際、ジスク1の固定を高精度に維持して、回転軸を形成する上下ステム挿入孔3a、3bの軸芯と、切削される二面部を、高精度に対応させる必要がある。このジスク1の固定方法として、ジスク1の上側(アッパー側)をチャックする方法を採用すると、チャックにズレが発生し易く、しかもジスク1の下側(ボトム側)がフリーとなり、切削する二面部34と下ステム挿入孔3bの軸芯とが芯ずれを起こすおそれがある。これを回避するため、ジスク1の固定方法として、所定のプレス用支持治具(不図示)を、ジスク1の下側を挟持するようにして固定する方法を採用する場合が有る。
Further, the above-described
このように固定した状態でプレス刃具により切削した場合、プレス刃具との摩擦によりジスク1には大きな応力が作用して曲げ変形が発生し、ジスク1が変形してしまうおそれがある。
When cutting with the press blade in such a fixed state, a large stress acts on the
この点、ジスク1の外周には肉厚リング部7が形成されているため、このような曲げ変形に高い剛性を発揮する。このため肉厚リング7は、このようなプレス刃具による切削加工の際にも、ジスク1の強度を高め変形を防止することができる。
In this respect, since the
続いて、弁体として使用した本発明に係るジスク1のバルブ全閉時の作用を説明する。本例では、ジスク1の水平リブ5の縦リブ4方向に切断した断面形状を楕円形状としているため、以下に説明するように、流体圧に対して高い強度を有している。
Next, the operation of the
バルブ全閉時では、弁体であるジスク1の弁翼部11は流路方向と略垂直となってシート部8とシール部材が密着して流体を封止するので、90°範囲のバルブ開度の中で、ジスク1は全体として最も流体圧を受ける状態となる。ジスク1は上下ステム18a、18bに上下部を軸支されているので、主としてこの流体圧はジスク1の上下を支点として、両側の弁翼部11を流路2次側へと歪ませるように曲げ変形力を作用させる。
When the valve is fully closed, the
流体圧がこのように作用するため、バルブ全閉時における水平リブ5の流体圧に対する強度を考える際、仮に、水平リブ5を流路と略垂直な方向に支持された片持ち梁と考えた場合、水平リブ5は流路方向と略垂直となり、その流路方向に流体圧が作用し、水平リブ5は受圧方向へたわむ。このたわみの変化量は、水平リブ5の断面形状に固有な断面係数に依存し、一般的には、断面係数が大きいほど、たわみの変化量は小さくなる。このため、たわみの変化量がより小さくなる断面形状を選択すれば、受圧方向に対する剛性が高まり、強度が向上することになる。この断面係数は、単純な断面形状の場合は厳密に算出可能であり、中性面からの高さが同一の場合、一般的には断面形状が四角形状、台形状、楕円形状、円弧形状、山型の角形状の各断面係数は、この記載順に小さくなる。このため、単に強度を求める観点では、断面形状が四角形状や台形状であれば有利である。
Since the fluid pressure acts in this way, when considering the strength against the fluid pressure of the
しかしながら、前述したように、この断面形状が、ジスク1の表面に角部や段部を形成することになる四角形状や台形状の場合は、応力集中や乱流・キャビテーションを発生させ易い。これらの発生を抑制するため、滑らかな形状となる断面形状を採用する必要がある。従って、水平リブ5の断面形状としては、角部や段部を有さない滑らかな形状の中で、最も断面係数が大きく強度が高い形状を採用すれば理想的である。
However, as described above, when the cross-sectional shape is a quadrangular shape or a trapezoidal shape that forms corners or step portions on the surface of the
この点、扁平円弧部10が滑らかな楕円を呈する楕円状部10Aであれば、断面係数が滑らかな断面形状の中で最も大きい形状の一つであることから、受圧に対するたわみ変化量の小さく必要な強度を十分に確保できる水平リブを形成することができる。また前述したように、一様な形状変化を生じる角部等を有さない滑らかな形状なので、受圧時に弁翼部11全域に発生する歪みによる水平リブ5への応力集中を効率よく分散できると共に、ジスク1の表面に急激な流路面積の変化をもたらすような角部を有さないことから乱流やキャビテーションの発生が効果的に抑制される。さらに、滑らかで単純な形状なので鋳造時の湯流れも良くジスク1の鋳造性も向上する。
In this regard, if the flat
特に、楕円状部10Aの呈する形状の断面係数は、水平リブ5の高さ(図2における短辺2q)が同一である場合は、横幅の長さ(図2における長辺2p)に比例するので、長辺2pを長く設定するほど、水平リブ5の強度を高めることができると共に、長辺2pを長く設定して楕円の形状を扁平にするほど、ジスク1の表面形状の起伏が緩やかになり流路面積の変化を低減するので、スムーズな流体の流れを実現するために好適である。しかし、長辺2pを長くし過ぎると、水平リブ5の重量が過大となってしまうため、適宜調整する必要がある。上記したように本例では扁平円弧部10を、その長辺2pが適度に長い横長の楕円状部10Aに設定しており、この長辺2pは、流体圧や回転トルク等に応じて、ジスク1の強度と重量を考慮して最適な長さに適宜設定することができる。このように、楕円状部10Aは、長辺又は短辺の長さを変化させるだけで簡素に形成することができ、簡素に形成できる滑らかな形状の中で、強度の確保及び軽量化の観点から最もバランスの良い形状であって、しかも、弁翼部11の受圧時に集中し易い応力(特に繋がり部12付近)の分散効果もとりわけ高い形状である。
In particular, when the
次いで、本発明に係るジスク1を、中心型バタフライバルブへ取付けた一例を説明する。図7は、本発明に係る弁体であるジスク1を、中心型バタフライバルブ14へ装着し、バルブを全閉とした状態の斜視図を示している。本例の中心型バタフライバルブは手動式であり、15は円筒状を呈して内部に流路を有するボデー、16はシート部材であるゴムリングであり、このゴムリング16内周に開閉自在にジスク1が弁体として装着され上ステム18aと下ステム18bに軸支されている。ジスク1は、弁体としてこれら上ステム18a、下ステム18bを軸として傾斜し、全閉時は、ゴムリング16とシート部8が密着して流路を閉止する。
Next, an example in which the
手動用のハンドル17は、上ステム18aを回動できるように固定され、ハンドル17に固定されたレバー19は把持していない時はレバー19の付根部が樹脂製のヨーク20と一体に形成されたインジケータのギア21と噛み合うように弾発されており、弁体の開度調整の際は、ハンドル17と共にレバー19を把持してこの噛み合わせを解除しつつハンドル17を回転させ、必要な開度位置となったらレバー19を解放して付根部をギア21へ噛み合わせて開度を維持する。ヨーク20は、二つの六角穴付きボルト22によりボデー15へ固定されている。
The manual handle 17 is fixed so that the
図8は、図7におけるD−D断面図である。D−D断面は、バルブの流路方向及び上下ステム回転軸方向の両方向により形成される断面である。図示するように、ジスク1の上側のステム挿入孔3aには上ステム18aが、ステム挿入孔3bの下側のステム挿入孔3bには下ステム18bが、それぞれ嵌入固定されている。上ステム18aは、ベアリング25とOリング26を介してボデー15に軸装されており、その上端部はヨーク20を介してハンドル17に連設されている。また、図示していないが、ステム挿入孔3aには本例でも二面部34が形成されており、この二面部34で上ステム18aと当接してジスク1にハンドル17の回転力が伝えられる。下ステム18bは、ベアリング27とOリング28を介してボデー15の底部に軸装されており、下端部は底板29にて支持され、この底板29は、十字状を呈して形成され端部がボデー15下端部に4箇所設けた係合部37に係止して装着される止具30で固定されている。ゴムリング16は、その外周がボデー15の内周に形成された凹凸面に嵌り込んで固定され、ジスク1のシート部8と摺接して流体を封止する。
8 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. The DD cross section is a cross section formed by both directions of the flow path direction of the valve and the upper and lower stem rotation axis directions. As shown in the drawing, the
また、ゴムリング16のボデー15当接面には、保持リング36が上ステム18a、下ステム18bそれぞれに装着され、これらステムの回転やジスク1の摺動によって生じるゴムリング16のねじれを防ぎ、弁体回転時の安定性を向上させている。
A holding
上記構造は一例であり、これに限定されるものではない。また、本発明に係るジスク1は、本例のような手動バタフライバルブのみならず、中心型バタフライバルブの弁体として広く使用することができ、例えばアクチュエータを搭載した自動バタフライバルブの弁体としても使用できる。
The above structure is an example, and the present invention is not limited to this. Further, the
更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。 Furthermore, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims of the present invention.
1 ジスク(弁体)
2a 上側のボス部
2b 下側のボス部
3a 上ステム挿入孔
3b 下ステム挿入孔
4 縦リブ
5 水平リブ
6 外周端
7 肉厚リング部
9 弁板部
10 扁平円弧部
10A 楕円状部
11 弁翼部
12、13 繋がり部
14 中心型バタフライバルブ
15 ボデー
16 ゴムリング
17 ハンドル
18a 上ステム
18b 下ステム
25 外端部
1 Disc (valve)
2a
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