JP3550513B2

JP3550513B2 - 二重偏心構造のバタフライ弁の弁体

Info

Publication number: JP3550513B2
Application number: JP23461899A
Authority: JP
Inventors: 利幾三原
Original assignee: 株式会社巴技術研究所
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP2001059577A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バタフライ弁の弁体構造に関し、弁体のシール面が弁棒の中心から偏心しており、更に弁棒の中心が本体（弁本体）口径の中心にない二重偏心構造のバタフライ弁の弁体の弁体構造（形状）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バタフライ弁の弁体形式には、図７（ａ）に示すように、弁体シール面が弁棒の中心と同一線上にある構造形式の中心形バタフライ弁体と、図７（ｂ）に示すように、弁棒が本体の口径の中心にあり、弁体シール面が弁棒の中心から偏心している構造形成の一重偏心形バタフライ弁体と、図７（ｃ）に示すように、弁棒の中心が本体の中心になく、更に弁体シール面が弁棒の中心から偏心している構造形成の二重偏心形バタフライ弁に大別されており、それぞれの弁体構造に特有の性質を有している。
【０００３】
例えば、中心形弁体は構造が対称形をなしていて簡単であるが、弁開から弁閉の間、常時弁体の上下部がシートリングと接触し、中間開度における操作トルクが重くなり勝ちであるという欠点があり、また、一重偏心形弁体は、偏心構造が複雑であるが、全閉時には弁体の全周面がシートリングと当接してシール効果が優れており、また上記中心形弁体におけるように常時弁体の上下部がシートリングと接触しないため、中間開度における弁体とシートリングとの接触部におけるトルクが軽減する利点がある。ところが、一重偏心構造では弁体開閉時の軌跡はシートリングに『内接』する円弧になる。そのため、弁体シール面とシートリングが離脱するまでに多少の弁開度が必要になる。ところが、二重偏心構造にすることにより、この弁体とシートリングの離脱角度、すなわち弁体とシートリングが摺動し、操作トルクの重い角度範囲を減少させることができる。従って弁体の回転角度に対する弁体とシートリングとの圧縮量の変化が、弁体が開いていくに従って緩やかに減少してゆく利点を有している。また、同時に摺動範囲も小さくなるため、シートリングの耐久性も向上させることができる。
【０００４】
本発明は、上記した二重偏心形バタフライ弁の弁体に関するものであって、その一般的な弁体形状は、図２及び図３に示されている。
【０００５】
図２に示すものは、弁体１のシール面１ａは、単一の球面Ｒ_１形状を呈しており、本体２の中心Ｏ_１から偏心して支持された弁棒３によって弁体１が、矢印に示す反時計方向に、シートリング４と全閉された状態から開くようになっており、また、図３に示すものは、シール面が円錐面Ｒ_２を呈している。
また、シートリング４は、弁体１から適切な圧縮力を与えられることにより、上流側流体が弁体１とシートリング４の間を通って下流側へ漏れることを防いでいる。なお、両図２，３において、Ｏ_２は弁棒３の回転中心を示している。
【０００６】
図４は、上記した従来の一般的二重偏心形バタフライ弁の弁体の作用を、分かり易く拡大して図解する説明図で、図中、図２と同一ないし同類部分には同一の符号を記載している。
図４において、弁体１が弁棒３の中心Ｏ_２を中心にして矢印に示す反時計方向に回転すると、弁体１の周面（球Ｒ_１）とシートリング４とが圧接している状態を示す円形イとロのそれぞれの拡大図イ′とロ′からみても分かるように、弁体１の周面が点線で示す軌跡に沿ってシートリング４との圧接面からゆるやかに離れるように移動するので、弁体の回転角度に対する弁体とシートリングとの圧縮量の変化は、弁体１が開いて行くに従って緩やかに減少してゆく。この現象は、図２の垂直中心線の左Ｌ側についても、また右Ｒ側についても同様であるが、図５に示す弁体周面部の球面Ｒの範囲内では、弁体１とシートリングが完全に離れず、「後Ｒ」の部分まで回転した時点で離れるため、弁体の回転角度に対する弁体とシートリングとの圧縮量は急激に変化する。
【０００７】
この急激な変化を防止する方法として、弁体が開方向に回転し、シートリングと弁体が完全に離れる角度まで弁体の球面幅を広くすることが考えられる。しかし、シートリングと弁棒中心間の距離、図２中のＨ１寸法、即ち一次偏心量を大きくすることになる。一方、弁の両端面間の距離（巾）は、各種規格で定められており、それらの規格に準拠した弁とする場合、決められた面間寸法内で一次偏心量を設定しなければならない。
【０００８】
このような制約により、従来の二重偏心形バタフライ弁の弁体は、シール部分の球面幅をシートリングと弁体が離脱する角度まで幅を広げることができなかった。
図３の場合のＲ側については、弁体が開閉する際に図２の場合以上に「後Ｒ」（図５）部分での圧縮量の変化はより急激なものとなる。
【０００９】
これらの欠点を解決する手段として、米国特許第４２６５４２６号がある。これは弁体のシール面が、図６に示すような中心を傾けた円錐面で形成されているものである。しかし、この場合、本体、弁体、シート全てを特殊な三重偏心構造に加工する必要があり、加工工程が複雑となり、製造コストも割高となりがちである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の一般的な二重偏心形弁体形状を採用した場合、図８に示すように、全閉から微小開度へ開く時、弁体によるシートリングへの圧縮量の急激な減少による、シーティングトルクの急激な減少が問題となる。これは、特に駆動部が空気圧式のフィードバック制御の駆動部を使用している場合に、問題となる場合が多く、トルクの急激な減少により、目標開度を超えた開度まで開き、その後、目標開度まで閉まってゆくというような不安定な動きをする場合がある。
【００１１】
このことはシーティングトルクと、弁体とシートリングが離れた後の軸受や軸封パッキンの摩擦トルクとのトルクの差が大きく、変化が急激に起こることに起因していた。
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決し、弁体が全閉位置から開き始め、弁体とシートリングが完全に離脱する時の回転トルクの急激な変化を低減する二重偏心構造のバタフライ弁の弁体を提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の採った手段は、弁棒の中心が本体口径の中心になく、更に弁体シール面が弁棒の中心から偏心して構成されている二重偏心形バタフライ弁の弁体において、弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面を、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）と、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の二つの球面を連続して形成し、それぞれの球面（ＲａとＲｂ）の球中心位置を異った点とし、且つ弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の球中心位置からの半径を小さくし、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の球中心位置からの半径を大きくしたことを特徴としている。
【００１５】
また、弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面の、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の弁棒中心の左側つまり開方向の後部側の球面幅を、右側つまり開方向の前部側より広くしたことを特徴とし、また、弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面の、弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の弁棒中心の右側つまり開方向の後部側の球面幅を、左側つまり開方向の前部側より広くしたことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に記載した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の弁体形状の一例を示す弁棒軸に直角方向の断面図であって、当該弁体１１は、弁体１１とシートリング１２の接触点を通る境界線Ｘ−Ｘ′を挿んで、弁棒１３を下方に示した図の上側の弁体シール面（右斜め上方に向かう斜線で示す部分）１１ａは、図２と同様に、本体の球形中心１をセンターとする球Ｒａ面で構成されている。
【００１７】
次に、Ｘ−Ｘ′境界線より下側の弁体シール面（右斜め下方に向かう斜線で示す部分）１１ｂは、上記球形中心１より若干図の上方に位置する中心２をセンターとする球Ｒｂ面で構成されている。
【００１８】
上記のように弁体周面における境界線Ｘ−Ｘ′を挿んで上側のシール面Ｒａ部分の左Ｌ部の球面幅を広くしているので、境界線Ｘ−Ｘ′を挿んで下側のシール面Ｒｂ部分の左Ｌ側の球面幅は狭く構成されており、また、境界線Ｘ−Ｘ′を挿んで下側のシール面Ｒｂ部分の右Ｒ側の球面幅を広くしているので、境界線Ｘ−Ｘ′を挿んで上側のシール面Ｒａ部分の右Ｒ側の球面幅は狭く構成されている。
【００１９】
次に、作用について説明すると、弁体が矢印の反時計方向の開方向へ回転すると、Ｌ側、Ｒ側共に従来の一般的な二重偏心構造のバタフライ弁と同様に、弁体が開くにつれて弁体とシートリングの圧縮量は徐々に減少してゆく。
【００２０】
しかし、前述のようにＸ−Ｘ′境界線より下側の球Ｒｂの中心を、球Ｒａの中心１より若干上方に位置する中心２に偏心させていることによって、回転半径が短くなって従来の二重偏心構造のバタフライ弁の場合（図２、図４）と比べて右Ｒ側では少ない回転角度で弁体とシートリングが離脱する。
【００２１】
また、左Ｌ側については、球Ｒａ部の球面幅が拡大されているので、従来形状の弁体（図２、図４）で問題となる球面と「前Ｒ」（図５）との境界部で起こる、弁体によるシートリングへの圧縮量の急激な減少を防止している。
【００２２】
以上のように、弁体とシートリングが離脱する時、弁体回転角度に対する弁体によるシートリングへの圧縮量は、左Ｌ側、右Ｒ側共に緩かに減少し、急激な変化は起こさない。このことは、シートリングが弁体から離脱する位置が、左Ｌ側では幅の広い球Ｒａ面、右Ｒ側では同じく幅の広い球Ｒｂ面の範囲内であることによっている。
【００２３】
以上述べた実施態様において、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側においては、球面（Ｒｂ）のＲ側を広く取り、Ｌ側を狭くしている。また、弁棒の無い側においては、球面（Ｒａ）のＲ側を狭く取り、Ｌ側を広くしている場合の構造について説明したが、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側において、球面（Ｒｂ）のＲ側の広い球面と同じ巾でＬ側を構成し、また、弁棒の無い側においても、球面（Ｒａ）のＬ側の広い球面と同じ巾でＲ側を構成してもよい。
【００２４】
この場合の利点として、弁体を旋削加工する場合に断続切削になることなく、連続的に加工出来ることがあげられる。このことによって、加工時間の短縮、旋削加工用刃物が長持ちする等の効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、弁棒の中心が本体口径の中心になく、更に弁体のシール面が弁棒の中心から偏心して構成されている二重偏心形バタフライ弁の弁体において、弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面を、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）と、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の二つの球面を連続して形成し、それぞれの球面（ＲａとＲｂ）の球中心位置を異った点とし、且つ弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の球中心位置からの半径を小さくし、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の球中心位置からの半径を大きくしたことにより、次のような効果を奏することができる。
【００２６】
（ｉ）二重偏心構造のバタフライ弁用の弁体において、弁体周縁部の球面の範囲内において、弁体とシートリングとが離れるので、弁体が閉止位置より開き始め、弁体とシートリングが完全に離脱する時の回転トルクの急激な変化を低減することができる。
【００２７】
（ｉｉ）弁体の回転角度に対する、弁体とシートリングの圧縮量の変化がスムーズになるので、空気式のアクチュエータでの微小開度における制御も安定して問題なく使用することができる。
【００２８】
（ｉｉｉ）各種規格で定められた、限られた面間寸法の中でも本発明の弁体形状を採用し、弁体・弁棒・及びシール構造を組込むことが可能である。
【００２９】
また、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の球中心位置からの半径を小さくし、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の球中心位置からの半径を大きくしたことにより、従来の二重偏心構造のバタフライ弁の場合と比べて、右Ｒ側では少ない回転角度で弁体とシートリングが離脱し、また左Ｌ側については、球Ｒａ部の球面幅を拡大し、従来形状の弁体で問題となる球面と「前Ｒ」との境界部で起こる、弁体によるシートリングへの圧縮量の急激な減少を防止することができる。このように、シートリングが弁体から離脱する位置を左Ｌ側では球面Ｒａ面、右Ｒ側では球Ｒｂ面の範囲内とすることにより、弁体とシートリングが離脱する時、弁体回転角度に対する弁体によるシートリングへの圧縮量はＬ側、Ｒ側共に緩やかに減少し、急激な変化は起こさない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す二重偏心構造のバタフライ弁の弁体の弁棒に直角方向の断面図である。
【図２】シール面に球面を有する一般的な二重偏心構造のバタフライ弁用の弁棒に直角方向の弁体形状である。
【図３】シール面に円錐面をもつ一般的な二重偏心構造のバタフライ弁用の弁体形状である。
【図４】従来の二重偏心構造のバタフライ弁の弁体の作用を示す説明用図面である。
【図５】図２の補足説明用図面である。
【図６】従来技術の一つである三重偏心構造の弁体形状の一例の要部を示す図面である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）はバタフライ弁の弁体形式を示す説明用図面である。
【図８】作用の説明用図面である。
【符号の説明】
１１弁体
１１ａ境界線Ｘ−Ｘ′の上側の弁体シール面
１１ｂ境界線Ｘ−Ｘ′の下側の弁体シール面
１２シートリング
１３弁棒
中心１球Ｒａの中心
中心２球Ｒｂの中心
中心３弁棒１３の中心

Claims

弁棒の中心が本体口径の中心になく、更に弁体のシール面が弁棒の中心から偏心して構成されている二重偏心形バタフライ弁の弁体において、弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面を、弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）と、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の二つの球面を連続して形成し、それぞれの球面（ＲａとＲｂ）の球中心位置を異った点とし、且つ弁体とシートリングの接触点を通る境界線を挿んで弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の球中心位置からの半径を小さくし、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の球中心位置からの半径を大きくしたことを特徴とする二重偏心構造のバタフライ弁の弁体。
弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面の、弁棒の無い側の球面（Ｒａ）の弁棒中心の左側つまり開方向の後部側の球面幅を、右側つまり開方向の前部側より広くしたことを特徴とする請求項１記載の二重偏心構造のバタフライ弁の弁体。
弁閉状態における弁体とシートリングとの接触シール面の、弁棒の有る側の球面（Ｒｂ）の弁棒中心の右側つまり開方向の後部側の球面幅を、左側つまり開方向の前部側より広くしたことを特徴とする請求項１記載の二重偏心構造のバタフライ弁の弁体。