JP2686999B2 - バルブ用密閉部材 - Google Patents

バルブ用密閉部材

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    • Y10T137/86743Rotary
    • Y10T137/86751Plug

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はバルブ用密閉部材に関し、特に該密閉部材が
貫通流路を有するバルブハウジング内に回転可能にはめ
られ、これによって複数の主流路が密閉部材を平行に貫
通して配置され、各主流路が密閉部材内に流路開口を形
成するようになっているバルブ用密閉部材に関する。
(従来の技術) ドイツ特許明細書第2359717号にはバルブの密閉部材
に流路開口を備え、この開口が平行に配置された多数の
流路からなるバルブが開示されている。
ヨーロッパ特許第13601号には貫通口を有する1つ又
は数個の減衰板が密閉部材の流路開口内にはめられてい
る。この密閉部材は回転体、たとえば球又は円筒で形成
されている。
この減衰板は密閉部材の開位置で流れの方向に平行と
なるように配置されている。バルブは一部開いた位置、
即ち調整位置にある時流れの一部は減衰板の複数の穴を
貫通する。減衰板の機能は、バルブが調整位置にある時
キャビテーションおよびキャビテーションが原因で起こ
るノイズおよび摩擦を減ずることにある。
ドイツ特許出願公開明細書第2352370号には、密閉部
材が中空円筒からなることを特徴とするバルブが記載さ
れている。
この流路開口はたとえば円筒の対向壁に平行に配置さ
れた多数の孔からなっている。この円筒内には貫通穴を
有する減衰壁がはめられ、この減衰板は密閉部材の開位
置で流れの方向に交差するように配置されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、バルブに減衰板を設けることから流れ
の変化に伴うキャビテーションが必然的に生じるので、
騒音や振動の原因となっていた。
このようなことから本発明は、材料が局部的に衝撃的
な力を受けることにより損傷するエロージョン現象や媒
体物が流れる部分の断面積の急変や流れの向きが変わる
ことによる騒音や振動の原因、さらにはバルブ部材の損
傷をもたらすキャビテーションを予防したバルブ用密閉
部材を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段および作用) 本発明にかかる密閉部材は以下の特徴を有する。
即ち、少なくとも密閉部材内の主流路のいくつかが、
主流路に対して偏心した側方流路により平行に配置され
た主流路の1つ又は数個に接続されている。そのため、
主および側方流路の中心軸線がある距離を置いて互いに
異なる面上にある。
複数の流路は互いにずれて接続され、これらの中心軸
線は異なる面上にあり、バルブの絞り位置たとえば一部
開いた位置にあるとき、流れは異なる面によりその方向
を変更しなければならない。これにより乱流が長手方向
の軸線回りの流路のいくつかに生じる。
より具体的には、本発明は1/4回転バルブ又は同等物
にはめられるべきボール、ボールセクター、プラグ又は
プラグの一部分等でなる密閉部材と、該密閉部材を貫通
する一群の流路に関係し、この流路の入口開口並びに一
群の流路を貫流する流量は、バルブの入口側に開口する
密閉部材の位置、即ち、バルブの開口度に依存する。
本発明の第1の課題は、流れ閉鎖過程に関連した流れ
る媒体のエネルギー状態に変化を生じさせること、即
ち、媒体のエネルギーを減衰させることにある。そのた
めには、一群の流路の三次元形状を正確に設計すること
により、最大効率時(本発明の構成により騒音が最も減
衰される時)に、バルブの閉鎖過程に生ずる騒音および
バルブ内の流れにより生ずるエロージョンを減少させる
ことである。
本発明はこのことを最小空間(本発明の密閉部材内に
形成された空間)での乱流によって達成し、密閉部材の
内側にある一群の流路に消散過程、即ち、媒体のエネル
ギーを減衰させる過程の発生を等しく分配する。
本発明の第2の課題は、特別な構造上の解決法により
作動の安全性を最大限達成し、最適な機械的構造を達成
することであり、そのために複数の流路を備えた密閉部
材が一部品で作られている。
密閉部材内側に形成された一群の乱流流路は多数の主
流路からなり、これらは真直に延びるか、又は絞り部を
備えており、さらに弊行に配置される各主流路に対して
横向きの側方流路によって交差している。
本発明の第1の課題を達成するためには、一群の流路
は流れが絞られるとき、乱流又は渦巻き流が複数流路の
中心軸線の回りに生ずるように製作されている。たとえ
ば、側方流路の全部又はいくつかの中心線は十分に離
れ、かつ異なった面上に位置し、側方流路を通して起こ
る流れの移動量は主流路に関連した乱流を生じるように
前記中心軸線および接続される主流路の各中心線のそれ
ぞれの面から離れている。
このバルブで起こる閉鎖過程において、媒体の圧力に
基づく位置エネルギーは、それ故前記乱流の影響によっ
て効率良く熱に変換され、さらに流量の速度を最小化す
る。
乱流の利点はキャビテーションが渦巻き流の中間に起
こることである。これはキャビテーションにより生じる
摩耗を減少させるので密閉部材に適用される。
バルブ調整の特性曲線がいわゆる線形又は等割合であ
るとにかかわらず、主流路と側方流路の数および相互比
率によってこの特性曲線に影響を与えることが可能であ
る。
この乱流の効果は、主流路の流量に対する側方流路の
流量の比率による。そして一般に、この効果は密閉部材
が開かれているときより低くなる。乱流を伴う一群の流
路は、分離カートリッジによって成し遂げられこのカー
トリッジは正確に密閉部材に適合され、密閉部材内には
一群の流路が形成されるとともにこのカートリッジ用開
口を備える。
他の方法として、乱流を伴う一群の流路は直接一本構
造の密閉部材に配置されてもよい。側方流路における乱
流の効果は意義あるやり方で成し遂げられる。
一体構造の密閉部材において、複数の流路は上述のや
り方で一部品内にたとえば穴明け、又は鋳造により形成
されるが、これによって乱流の効果は生ずる。
通常の球形バルブにおいて、バルブが開かれていると
き、シールが密閉部材の開口で支持されていない状態と
なることに問題がある。
本発明に基づくこの解決法では、流路間に配置された
密閉部材の外面が密閉部材の閉鎖位置におけるシール用
の支持面として作用するように形造られている。即ち、
密閉部材が移動するとき、シールはこの面に接触して滑
べる状態にある。この構造はシールと密閉部材との間の
いかなる流れをも妨げる。そして流路開口縁で高い表面
圧力が形成されることをなくす。通常の密閉部材による
解決法の場合、前記圧力はシールの押し合いおよび不均
一ながたがた揺れる調整異動が生じるが、本発明ではこ
のようなことが防止される。
(実施例) 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
球形バルブの球形密閉部材1が第2図〜第7図に示さ
れ、この密閉部材1には回転軸2が設けられている。
密閉部材1はバルブハウジング9内に回転可能にはめ
込まれており、貫通流路即ち入口側流路3と出口側流路
4の壁部に接続されている。(第2図〜第4図には流れ
方向を矢印Aで示している。) ハウジング9と密閉部材1間には環状シール10、11が
設けられている。
第1図は主流路5を示し、これには絞り部6と主流路
を貫通する2つの側方流路7′、7″が設けられてい
る。乱流は流れ線aによって示されている。絞り部6は
主流路内の流れに抵抗を生じさせ、側方流路の流れを増
加させる。
密閉部材1には、互いに分離する複数の主流路5が、
例えば穴明け又は鋳造により形成されている。バルブが
十分開いたとき(第4図参照)、これらの主流路5はハ
ウジング9の流路に対して平行である。まだバルブが閉
じた位置にあるとき(第2図参照)、これら主流路はハ
ウジング9の流路に対して直交する。バルブが開いた位
置では、主流路5はハウジング内の流路の大部分の面積
に及ぶ。
このうち流路5′は、バルブの閉位置での入口側に配
置されており、たとえば寸法の異なる数個のドリルを用
いることにより作られた孔であってもよい。
また、この主流路5′は、バルブの開位置では入口側
に配置された流路部分は出口側に配置された流路部分よ
りも大きな直径を有し、絞り部6は2つの直径間に設け
られている。
バルブの閉位置で、入口側と出口側との中間部に配置
される複数の流路5″は、最も大きな直径を有する部分
にあり、より長くすることができ、また出口側に配置さ
れた流路5″は全長にわたって適切に使用されることに
なる。
主流路5に付加して密閉部材1には側方流路7を設け
ており、この側方流路7は主流路5を横断し、平行に配
置された主流路5に交差する。各側方流路7の断面積は
主流路5の最大径に対応する断面積よりも小さい。各側
方流路7の全部またはいくつかはそれに接続された主流
路5の中心軸線から十分に遠ざかった異なる面に配置さ
れている。
側方流路7の各外筒面はその接続される主流路5の外
筒面に接線的に接続できる。側方流路7は主流路5に対
して閉位置の出口面の方向から鋳造やドリル加工によっ
て製造できる。主流路5の中心軸線を通り、側方流路7
の中心軸線に平行となる面に投影される側方流路7の中
心軸線は、関連する主流路5の中心軸線とある角度を形
成しており、側方流路7から主流路5に到達する前記面
における流れが150゜又はそれ以下の角度でその方向を
変えるようにされている。
この各側方流路7は密閉部材1の閉位置において、出
口側から入口側に延びてはいない。これにより密閉部材
1はパイプ系における流れを閉じることになる。
このようにして、主流路5と側方流路7は密閉部材1
内で一方を他方の上に配置した形で数個の格子状の3次
元ネットワークを形成する。
一方を他方の上に配置したこのネットワークは互いに
完全に分離されるか、互いに一部分が重なって配置され
る複数の流路を通って互いに連通させてもよい。
いかなる場合にも、平行であって一方が他方の上に配
置される数個の主流路があり、また数個の側方流路があ
る。
本発明は上述した実施例のみに限定されるものでなく
特許請求の範囲内で種々の変更がありうる。
閉位置における出口側に配置される複数の側方流路7
の各端部はまた閉じられていてもよい。これは、例えば
密閉部材にはめ込まれ複数の孔を備えた分離カートリッ
ジを用いることにより、あるいは他の方法においれ流路
の各端部を閉じることにより達成される。
閉じられた密閉面8は、出口側のみに配置してもよい
が、そのときは、側方流路7は入口側へ開かれるように
配置される。
主流路における絞り部6は絶対に必要なものではな
い。主及び側方流路は密閉部材の回転軸に垂直である各
面に配置してもよいし、またこの面に対して斜めに配置
してもよい。
球形の密閉部材の代りに、他の回転体たとえば円筒、
円錐、あるいは同等物の一部を用いてもよい。
本発明の原理は、ディスクの側面に横方向の孔からな
る格子状の一群の流路が設けられるようなバタフライ弁
に適用できる。
主流路の1つの径に面して一方を他方の上に2つ又は
それ以上の側路を適合させることが可能である。流路の
円形横断部分の代りにその形状部位分、たとえば楕円部
分を用いることが可能であり、また側方歩流路は矩形状
であってもよい。
しかしながら、乱流による減衰が円形部分で最も効率
良く起こる。流路のいくつかは乱流から自由であって、
その場合流路の部分は任意にたとえばある他の部分に乱
流を形成する機構を強めるように接続された流路を選ん
でもよい。
一体構造の密閉部材は外側面に複数の主流路を有し、
その外側面は密閉部材が移動するときシール状態で接触
するようになっている。
(発明の効果) 本発明はバルブ用密閉部材内に平行に配置される複数
の主流路を設け、この主流路に対してその中心軸線がず
れた位置で主流路に連通する側方流路を設けて、これら
流路間を流れる媒体物に乱流を生じさせるので、流れの
急変やうず巻等によるエロージョンやキャビテーション
の影響を防ぐことができる。
また、密閉部材の外側面がバルブの閉位置における密
閉シールの支持面となるので、シールと密閉部材との間
での流れを防ぐとともにシール支持面に形成した流路開
口で高い圧力が生じないのでシール部分での押し合いや
不均一な振動を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は密閉部材内の1つの流路を示し、主流路を横切
る2つの側方流路を有する流路の透視図、第2図は本発
明に係る実施例において、バルブの閉位置で上部から見
たバルブの断面図、第3図は第2図に示すバルブの調整
位置におけるバルブの断面図、第4図は第2図に示すバ
ルブの開位置におけるバルブの断面図、第5図は第2図
の矢印Vの方向からみた密閉部材の外形図、第6図は第
2図の矢印VIの方向からみた密閉部材の外形図、第7図
は第2図の矢印VIIの方向からみた密閉部材の外形図で
ある。 1……密閉部材 2……回転軸 3、4……貫通流路 5、5′、5″、5……主流路 7、7′、7″、7……側方流路

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バルブ用密閉部材(1)であって、前記密
    閉部材(1)は貫通流路(3、4)を備えたバルブハウ
    ジング(9)内に回転自在にはめ込まれており、前記密
    閉部材(1)には、中心軸線を有する複数の主流路
    (5)及び側方流路(7)が形成されていると共に、各
    主流路(5)は前記密閉部材(1)を貫通するように平
    行に配置されていて、前記密閉部材(1)内に流路開口
    を形成しており、また、各主流路(5)の少なくともい
    くつかは、各主流路(5)に対して偏心した位置にある
    少なくともいくつかの側方流路(7)を介して互いに連
    通しており、また、各側方流路(7)の中心軸線は、前
    記側方流路(7)が連通している主流路(5)の中心軸
    線から離れていて、側方流路(7)の各々は、全ての前
    記主流路(5)の少なくとも一部に連通しており、更に
    前記主流路(5)の各々の横断面はほぼ円形状に形成さ
    れていると共に、前記密閉部材(1)は前記主流路
    (5)及び前記側方流路(7)を取り囲む外側表面を構
    成していることを特徴とするバルブ用密閉部材。
  2. 【請求項2】複数の主流路(5)及び側方流路(7)の
    横断面がそれぞれ流路の中心軸線に関して対称であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の密閉部材。
  3. 【請求項3】少なくとも側方流路(7)のいくつかが円
    形横断面を有していることを特徴とする請求項2記載の
    密閉部材。
  4. 【請求項4】少なくとも側方流路(7)のいくつかが矩
    形横断面を有していることを特徴とする請求項2記載の
    密閉部材。
  5. 【請求項5】少なくとも主流路(5)のいくつかが円形
    横断面を有していることを特徴とする請求項2記載の密
    閉部材。
  6. 【請求項6】側方流路(7)の中心軸線に平行となる主
    流路(5)の中心軸線を含む平面内に投影される側方流
    路(7)の中心軸線が、主流路(5)の中心軸線とある
    角度を形成すること、つまり、側方流路(7)から主流
    路(5)に到達するとき、前記平面内に発生する横断流
    の方向が150゜未満の角度で変化することを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の密閉部材。
  7. 【請求項7】少なくとも主流路(5)の横断面に平行に
    配置された主流路(5)のいくつかが、流れの方向にお
    いて入口と出口の間に、入口より小径の絞り部(6)を
    有していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに
    記載の密閉部材。
  8. 【請求項8】側方流路(7)がこれに面して配置された
    全ての主流路(5)を貫通していることを特徴とする請
    求項1〜7のいずれかに記載の密閉部材。
  9. 【請求項9】側方流路(7)の各端部の1つが密閉部材
    (1)の閉鎖位置においてバルブハウジング(9)の貫
    通流路(3、4)の一端に連通していることを特徴とす
    る請求項1〜8のいずれかに記載の密閉部材。
  10. 【請求項10】側方流路(7)の各端部の1つが密閉部
    材(1)の閉鎖位置においてバルブハウジング(9)の
    貫通流路(3、4)の出口側流路(4)と連通している
    ことを特徴とする請求項9記載の密閉部材。
  11. 【請求項11】少なくとも側方流路(7)のいくつか
    が、主流路(5)に交差し、側方流路(7)と主流路
    (5)は同一平面上において接していることを特徴とす
    る請求項1〜10のいずれかに記載の密閉部材。
  12. 【請求項12】主流路(5)および側方流路(7)を有
    する密閉部材(1)が1つの部材で形成されていること
    を特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の密閉部
    材。
  13. 【請求項13】主流路(5)および側方流路(7)が密
    閉部材(1)を貫通する開口内にはめ込まれた分離カー
    トリッジで作られていることを特徴とする請求項1〜11
    のいずれかに記載の密閉部材。
  14. 【請求項14】密閉部材(1)が回転しているとき、バ
    ルブハウジング(9)と密閉部材(1)との間に設けら
    れた密閉シール(10、11)に対して滑る密閉部材(1)
    の外側面が密閉シール(10、11)のための連続した支持
    面を形成し、この支持面に一群の主流路(5)によって
    媒体の流れ用の複数の孔を形成していることを特徴とす
    る請求項1〜13のいずれかに記載の密閉部材。
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