JP2842333B2

JP2842333B2 - 三方弁

Info

Publication number: JP2842333B2
Application number: JP24844295A
Authority: JP
Inventors: 育平大谷; 章岡田
Original assignee: Kurimoto Iron Works Ltd
Current assignee: Kurimoto Iron Works Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0972439A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流路に介装して流体
を所望の方向に移動するように切り替える三方弁に係
る。

【０００２】

【従来の技術】三方弁とは１個の弁に三方向への流路を
開口し、１方向からの流入口と２方向への流出口とを具
える場合と、２方向からの流入口と１方向の流出口とか
らなる場合とがあり、用途に応じて適宜使い分けてい
る。たとえば、１方向からの流入口に対して２方向への
流出口を具え、通常は１方向から特定の流出口を経由し
て流体を供給しているが、流路の下流側に異常が発生し
て緊急に流体の進入を遮断する必要の生じたときとか、
または点検、補修作業などのために一時的に流体の進入
を停止するときに、残る他の流出口へ流体の移動を切り
替える機能が管路の保全上、不可欠の場合がある。

【０００３】図３はその一例を示した系統図であり、三
方弁は流入口Ａ、流出口Ｂ、流出口Ｃの三方へ開口し、
流入口Ａに接続する流路（Ａ）の端部には空気圧縮機１
０１が取り付けられ、その作動によって清浄空気が流入
口Ａへ供給される。流路（Ｂ）は流出口Ｂに接続して定
常的に使用されるラインであり、途中に配置されたボイ
ラー１０２内で清浄空気をオイルや石炭の燃焼によって
高温ガスに換え、ラインの端末に配置されたガスタービ
ン１０３へ供給した後排出される。ボイラー１０２とガ
スタービン１０３との間に緊急遮断弁１０４を介装し
て、ガスタービンの運転に異常が発生すれば直ちに高温
ガスの供給を停止するように設定している。

【０００４】流路（Ｃ）は緊急避難的な排出ラインであ
り、空気圧縮機１０１の急速な停止は機構上難しいの
で、緊急時には三方弁を作動して流出口Ｂを閉止して流
出口Ｃを開き、清浄空気の流出を流路（Ｂ）から流路
（Ｃ）へ切り替えて、清浄空気をボイラーへ供給する
流路を一時的に遮断する役割を果たすのである。その
他、定期点検や補修などのメンテナンスのために流出口
Ｂを閉じ流出口Ｃを開く場合もあることは言うまでもな
い。

【０００５】三方弁の従来技術は図４で例示する構成が
一般に採用されている。弁箱１ａは流路（Ａ）へ開口す
る流入口Ａと定常運転で使用される流路（Ｂ）へ開口す
る流出口Ｂ、および緊急遮断時の排出用やメンテナンス
用に使用される流路（Ｃ）へ開口する流出口Ｃの三方向
へ開口し、弁箱１ａ内の上下２箇所にそれぞれ上弁座２
ａ、下弁座３ａを設けている。弁箱１ａ内で垂直方向に
軸支される１本の弁棒４ａは、上端でカップリング１２
ａを介して主シリンダ９ａと連結し、主シリンダ９ａの
駆動を受けて弁箱内で昇降自在に移動する。弁棒４ａは
弁箱１ａ内で距離を隔てて上弁体５ａと下弁体６ａとを
具え、弁棒の上下運動によって一方の弁体が弁座と接し
て弁閉となるときは、他方の弁体は他方の弁座と離れて
弁開となる相互の逆作動関係が成立している。

【０００６】このような形態に三方弁の開口方向を接続
しておけば、流路（Ａ）が高圧で、流路（Ｂ）と流路
（Ｃ）が低圧となり、三方弁の上下弁体は各流出口側へ
清浄空気の圧力によって押圧されるから気密を保持する
点で有利であり、定常運転において閉じている流路
（Ｃ）側へ清浄空気が漏洩して空気圧縮機の容量不足を
起こしたり、ボイラー燃焼におけるオイルや石炭の混合
割合が低下してシステムの運転性能が悪化する懸念の少
ない配置となる。

【０００７】定常運転においては操作盤などからの指令
を受けて主シリンダ９ａが降下して三方弁の上弁体５ａ
が全開、下弁体６ａが全閉となり、清浄空気は流路
（Ａ）から流入口Ａを介して弁箱１ａ内に進入し、流出
口Ｂを経由して流路（Ｂ）へ誘導されボイラー１０２へ
供給される。この場合に上弁体５ａへ作用する圧力はほ
ぼ清浄空気の圧力に等しく、この圧力が主シリンダ９ａ
の容量を選定する基準となる。ボイラーやガスタービン
などの下流側設備の点検、補修、その他の休止する場合
には流路（Ｂ）を全閉し流路（Ｃ）を開く。このケース
は「通常閉」と呼ばれる状態であり、弁棒４ａが上昇し
て上下の弁体の開閉が逆転し流路（Ａ）からの清浄空気
は、流路（Ｃ）へ切り替えられて排出される。

【０００８】ガスタービンが運転中に突然故障して運転
不可能となったときには、ガスタービンへ供給している
高温ガスを直ちに遮断しなければならないから、操作盤
やセンサーなどからの自動的な指令が直接働いて三方弁
からの清浄空気の供給は停止する。弁閉止の作動は前記
の通常閉と同様に行なわれ、弁棒の上昇によって流路
（Ｂ）が閉じると同時に流路（Ｃ）が開き、流路（Ａ）
から供給される清浄空気は流路（Ｃ）に切り替えられて
緊急避難的に排出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】清浄空気の供給は三方
弁の作動によって直ちに停止するが、図３のような流路
の場合には下流側において別の緊急作動が自動的に発令
されるので、その影響を受けて三方弁自体にも新しい課
題が発生する。すなわち、ガスタービンに異常が発生し
て運転が停止するときには、ガスタービンの故障を防止
するために流路の手前に介装した緊急遮断弁１０４が自
動的に働いて弁閉とし、高温ガスがガスタービンに流入
しないように遮断して保護する方式を採るのが普通の保
全体制である。しかし、このような遮断作用により三方
弁の流出口Ｂと緊急遮断弁との間の流路の圧力が急上昇
し、一時的に異常な高圧となって閉止している流出口Ｂ
の上弁体５ａを押圧する反作用が伴う。

【００１０】流出口Ｂの下流側でボイラーまで進入した
流体は、オイルや石炭を燃焼するために供給されたもの
であり、ボイラーから緊急遮断弁に至る管内の高温ガス
は、燃料の燃えカスなどの混入した固気混合体で不純な
上、高温の流体となっており、この不純で高温の流体が
弁箱内へ逆流して流路（Ａ）や流路（Ｃ）へ侵入する
と、各流路内に装着した弁装置やセンサーなど種々の計
器類、空気圧縮機、その他の上流側の付属機器の内部に
付着して汚損したり熱影響を与えて機能を著しく損ね、
作動不良や誤動作を頻発する原因となることが多い。

【００１１】緊急時に下流側から流体が逆流しないこと
を保証するには、上弁体の気密を絶対的に維持すること
が条件であり、そのために定常時の弁開閉に必要な駆動
力よりも遥かに大きな容量をシリンダに設定しておくこ
とが前提となる。異常高圧がどの程度の水準にあるかを
事前に予想し見積もることは、技術的に不明の要素が複
雑に関連し合って必ずしも容易ではないから、安全サイ
ドに見積もって過大となり勝ちとなることは責められな
い。しかし、この前提に従う限り、定常運転においても
必要以上の大容量のシリンダを操作せざるを得ないか
ら、駆動に要するエネルギーも必要以上に過大となり、
また、この容量に適応するように弁棒の直径も大きく設
計し、弁自体のサイズや強度も過大に設定せざるを得な
い。

【００１２】本発明は以上述べた課題を解決するために
定常運転に必要な容量とサイズさえ具えているならば、
緊急時でも弁箱内へ下流側からの逆流が一切阻止され、
上流側へ悪影響の及ばない三方弁の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る三方弁は、
流入口Ａと、緊急遮断の必要もある流出口Ｂと、該流出
口Ｂの閉止時に開放する流出口Ｃの三方向へ開口する弁
箱１内で、流出口Ｂへ通じる上弁座２と、流出口Ｃへ通
じる下弁座３とが対向して１本の弁棒４の移動によって
上弁体５と下弁体６とが相互に開閉を逆作動する基本構
成であって、上弁座２の裏面に副弁座７を形成して弁体
５、６の作動とは別の駆動を受けて前記副弁座７を開閉
する副弁体８が前記弁棒４へ摺動自在に遊嵌しているこ
とを特徴とする。定常運転中は上弁体５が開いて流出口
Ｂへ流体を誘導しているが、緊急時には指令を受けて弁
棒４が上昇して上弁体５が上弁座２に密着して閉じると
共に、別の駆動力が作動して副弁体８が弁棒４を摺動し
て下降し、上弁座２の裏側にある副弁座７を逸早く閉
じ、流出口Ｂからの逆流が侵入するのを阻止する機能が
働いて前記の課題を解決する。

【００１４】この構成において、主シリンダ９へ先端を
連結した弁棒４に遊嵌する副弁体８の両側縁近くに２本
の副弁棒１０を固着し、該副弁棒１０の上端が弁箱１の
外面上へ立設した２個のサブシリンダ１１と連結する構
成を採ることが望ましい。

【００１５】前記の各構成において、副弁棒１０の移動
ストロークは前記上弁座２の開口口径の少なくとも３０
％は有する設計が望ましい態様である。この数値限定は
定常運転時にあっては、副弁体８が常に上弁体５の下流
側、すなわち、流出口Ｂ内に介在するので流動抵抗を形
成することは避けられないが、その悪影響を極力排除し
て流れの障害とならないように限定した条件である。弁
座の開口面積Ｓは開口部の口径をＤで示せば、Ｓ＝πＤ
²／４であり、一方、流路に介在する抵抗体が影響を及
ぼす範囲ｓは、開口部からの距離をＨとすれば、理論的
には開口面積Ｓに等しいので、ｓ＝πＤＨ＝Ｓで表わ
すのが通則とされる。前記の数式から抵抗体が開口部か
らＨ＝Ｄ／４以上離れておれば流体に対する影響がほぼ
消滅することを意味するから、副弁体８が厳密には上弁
座口径の２５％以上離れた位置にあればよいことにな
る。ここでは余裕を見て３０％の距離だけ隔離し、その
副弁体を昇降する副弁棒１０のストロークと定めること
によって課題解決に伴う影響を消去したのである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１、図２は本発明の実施の形態
を示す縦断正面図であって、図１が流路（Ａ）と流路
（Ｂ）とが連通し、図示しないボイラーなどへ空気圧縮
機から清浄空気を供給している状態であり、図２は通常
閉、または緊急時に流路（Ｂ）が閉じて流路（Ｃ）へ空
気が排出されている非定常状態を示している。弁箱１は
流入口Ａ、流出口Ｂ、流出口Ｃの三方向に開口し、各端
部にそれぞれ相手配管と接続するフランジ１３を具えて
いる。流入口Ａの方向に対して流出口Ｂと流出口Ｃとは
直角方向に位置し、かつ、相互に上下に隔てた位置で上
弁座２と下弁座３とを対向して設けている。弁箱１の上
下には１本の弁棒４が垂直方向に嵌挿され、上軸受１４
と下軸受１５によって昇降自在に軸支され、その上端は
カップリング１２によって主シリンダ９のピストン下端
と連結しているので、主シリンダ９の作動を受けて昇降
する。主シリンダ９は弁箱上部に連結したスタンド１８
の上に載置固定した形態が望ましい。この図の例では弁
棒の昇降に使用する主シリンダとしては、油圧シリンダ
ーを適用したが、水圧、気圧による他種類の液圧シリン
ダの作動を適用してもよいなど、利用可能な駆動源の形
態は多岐に亘る。

【００１７】上下両弁座内の弁棒４へ上弁体５を上弁座
２へ押し付けられる方向に取り付け、また、距離を隔て
て下弁体６を下弁座３へ押し付けられる方向に取り付け
られる。弁棒における弁体の位置はそれぞれ固定され、
ここでは弁棒４の所定の外周面に雄ねじを螺刻し、雄ね
じへナット１６、１７を螺合して締結して両弁体５、６
の位置を特定して、上弁体５が上弁座２と離れて流出口
Ｂを開いているときには、下弁体６が下弁座３と必ず密
着して流出口Ｃを閉じている状態とし（図１）、上弁体
が上弁座と密着しているときには、下弁体が必ず下弁座
を開く（図２）関係を形成している。この図では弁棒の
上下へ弁体を２個取り付けたが、単一の円筒形の弁体を
弁棒に外嵌し頂面が上弁体、底面が下弁体を形成する構
成など種々の形態が選択できる。

【００１８】弁箱１内の上弁座２の裏側に副弁座７が形
成され、該副弁座７を開閉する副弁体８が弁棒４を挿通
して摺動自在に遊嵌している。副弁体８を昇降するのは
副弁棒１０を介して弁箱１の外面に装着したサブシリン
ダ１１の駆動力であり、弁箱１の上部両サイドに立設し
た２個のサブシリンダ１１のピストン軸がそのまま副弁
棒１０となって、その後端が副弁体８の取付け金具１９
に締結して固定している。

【００１９】本発明の構成上、求められる主シリンダ９
の必要出力は、従来技術とは異なって緊急弁閉止時でも
副弁体が閉じるために流出口Ｂからの異常高圧の逆圧が
作用しないから、単に通常の弁開閉を可能とする程度の
小容量で十分足りるという特徴がある。同時に弁棒の軸
径についてもその容量に見合った細いものでよく、これ
に伴って弁全体の重量も軽減され、サイズも大型化する
必要性から免れる。一方、サブシリンダについては、緊
急時には上弁体が迅速に閉止しているから、副弁座には
圧力は作用しない。また、異常高圧が作用する以前に閉
止すればよいので駆動に大きな出力は不要である。ま
た、副弁座を開くために副弁体を上昇させるのは、異常
高圧の逆圧が終息した後でよいから、この時点における
作動も小さな出力で十分可能であって副弁棒の軸径も細
くて足りるから、三方弁の全重量を大きく増加するほど
の負担とはならなくて済む。

【００２０】各弁体の挙動をまとめると、通常の運転開
始と共に操作盤などからの指令に基づいて主シリンダ９
が降下して上下弁体５、６も降下し、下弁体６が流出口
Ｃを閉じ上弁体５が流出口Ｂを開く。この作動と同時に
指令を受けたサブシリンダ１１は上昇して副弁体８は副
弁座７から離れ、ストローク一杯上昇して停止するの
で、清浄空気は流入口Ａから流出口Ｂを通過して流路
（Ｂ）へ流れる。

【００２１】緊急事態発生をセンサーなどが感知して操
作盤を介して、または他の制御回路から直接指令が三方
弁に届くと、主シリンダ９の上昇が瞬時に起動する。上
昇により流出口Ｂへ通じる上弁座２の閉止が迅速に完了
する一方、サブシリンダ１１の降下も進行し副弁座７を
閉止し、逆進してくる高温ガスが上弁体に達する寸前に
副弁体が閉じて気密を維持する状態となるから、異常高
圧の不純な高温ガスが上弁体内まで侵入することは阻止
される。

【００２２】メンテナンスなどの必要から通常閉となる
ときには、主シリンダ９を緊急時と同様に上昇して下弁
体６を離し上弁体５を密着して流出口Ｂを閉じる。この
場合、サブシリンダ１１は特に主シリンダと共動きする
必要がなければ、そのまま作動せず副弁体８が上昇した
位置のまま静止していてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る三方弁は、緊急時の弁閉に
際して流出口Ｂからの高温ガスの逆流が、弁体内から流
入口Ａや、さらに流路（Ａ）の上流側へ侵入できないか
ら、機器の汚損、機能の低下などの虞れが一切払拭され
る。しかも、逆流防止のために上弁体駆動用の主シリン
ダは、従来技術とは違って特に緊急用の大容量を必要と
しないから、通常の弁開閉に必要な最低限で足り、ポン
プ、モータなど一切の機器の容量も低減されるから、装
置全体の重量軽減とサイズの小型化が実現して、設備費
の負担が減少し、運転コストも安価となって生産原価の
低減に貢献する効果が得られる。

【００２４】請求項２については、副弁体が摺動自在に
弁棒に遊嵌し、弁箱の外面に立設したサブシリンダから
垂下する副弁棒と連結してその駆動を受けるから、従来
技術と比較しても弁箱自体の全長や全幅に変りはなく、
僅かに弁箱の上部に別部材が載置するだけの違いに留ま
る。したがって設置に必要な空間は従来技術と同等であ
り、他の機器や流路との取合いを変更する必要もないと
いう利点がある。

【００２５】請求項３については、既に述べた通り副弁
体を付加したことによって形の上では流路に新しい抵抗
体が生じることになるが、この数値限定を守る限りその
影響を消滅し従来と同様に正常な流れを維持する効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。

【図２】前図の別の状態を示す縦断正面図である。

【図３】本発明が適用される流路の系統図の一例であ
る。

【図４】従来技術の縦断正面図である。

【符号の説明】

１弁箱２上弁座３下弁座４弁棒５上弁体６下弁体７副弁座８副弁体９主シリンダ 10 副弁棒 11 サブシリンダＡ流入口Ｂ流出口（定常）Ｃ流出口（非定常）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 11/044 F16K 11/10 F16K 31/44 F16K 31/72

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流入口Ａと、緊急遮断の必要もある流出
口Ｂと、該流出口Ｂの閉止時に開放する流出口Ｃの三方
向へ開口する弁箱１内で、流出口Ｂへ通じる上弁座２
と、流出口Ｃへ通じる下弁座３とが対向して１本の弁棒
４の移動によって上弁体５と下弁体６とが相互に開閉を
逆作動する三方弁において、上弁座２の裏面に副弁座７
を形成して上弁体５、下弁体６の作動とは別の駆動を受
けて前記副弁座７を開閉する副弁体８が前記弁棒４へ摺
動自在に遊嵌していることを特徴とする三方弁。
【請求項２】請求項１において、主シリンダ９へ先端
を連結した弁棒４に遊嵌する副弁体８の両側縁近くに２
本の副弁棒１０を固着し、該副弁棒１０の上端が弁箱１
の外面上へ立設した２個のサブシリンダ１１と連結して
いることを特徴とする三方弁。
【請求項３】請求項１または２において、副弁棒１０
の移動ストロークは前記上弁座２の開口口径の少なくと
も３０％は有することを特徴とする三方弁。