JP3675288B2 - Control butterfly valve - Google Patents

Description

ただし、Ｆ_L ＝圧力回復係数（無次元）
Ｐ₁ ＝バルブ入口静圧(kgf/cm²a)
Ｐ₂ ＝バルブ出口静圧(kgf/cm²a)
Ｐvc＝バルブ収縮部静圧(kgf/cm²a)
また、

ただし、Ｋc：キャビテーション初生係数（無次元）
Ｐv：液体の飽和蒸気圧
また、従来のバタフライ弁はコンパクトに配管に設置することができるため、管路を流下する流体の流量制御に広く用いられている。しかしながら、通常バタフライ弁はグローブ弁と比較すると、圧力回復係数（ＦＬ値）やキャビテーション初生係数（Ｋｃ値）が低いため、流体条件によりキャビテーションが発生し、配管等にダメージを与え異常な騒音が発生する問題があった。
【０００７】
又、バタフライ弁は、容量係数（Ｃｖ値）が大きいため、コントロール弁とし、配管と同じ呼び径のバルブを使用した場合、全閉から全開の移動量当たりのＣｖ値変化量が大きく制御性が悪いという問題があり、多くの場合配管呼び径より呼び径の小さいバルブをレデューサ（径の異なる管系に使用するパイプ）を介して配管される。
【０００８】
一方、制御に用いられるバタフライ弁は、弁の開度を絞って流量や圧力を調節することが目的であり、その目的のために、騒音を伴ったキャビテーションを我慢して使わざる得ないのが現状である。
【０００９】
制御に用いられるバタフライ弁を極めて低開度で使用する場合、開度変化に対してＣｖ変化が大きく微妙な調節が難しい。特にシール構造を有するバルブは弁が開いた際にトルクが急激に小さくなり、弁開度が予定より大きく変化した場合は流れすぎてしまう。
【００１０】
騒音とキャビテーションの発生を抑制する発明として過去に提案された従来例を、図９（特開昭５７−１５７８６６号公報参照）及び図１０（特開平４−３３７１６７号公報参照）に示す。
【００１１】
図９において、１は本体（弁本体）２の中心部に直交する弁棒３によって軸支された全閉状態を示す弁体であって、該弁体１は、全閉時、弁棒３に垂直の断面がくの字形をなす弁板（ディスク）１ａを有し、本体２の内面２ａと弁板周面とのシール面（図で点線１ｂで示されている。）が、弁棒穴を通過する中心形バタフライ弁の弁体を形成しており、上記シール面１ｂの中心軸１ｃと、弁棒孔を通り本体内面２ａの垂直軸線２ｂとは、１５度〜２０度の角度で傾斜している。
【００１２】
本体内面（ボア）２ａ内で密接している長円形の弁板１ａは、二つのほぼ半円形壁部分が上記のようにくの字形に角度的にずれて形成されており、該弁板１ａの半円周に亙って、使用時、流体の流入方向（太い矢印ｆで示す。）に向って突設された流入側くし歯状突起４と、同様に、他の半円周に亙って、弁板１ａに対して前記くし歯状突起４と反対側の流体の流出方向に向って突出された流出側くし歯突起５とが一体に設けられており、これらの両くし歯状突起４と５は、全閉時、本体２の内面２ａとほぼ平行するように形成され、且つこれらのくし歯状突起の端部は、本体２の内面２ａに垂直の面内に位置するように形成されており、これらのくし歯状突起の長さは、中心のボス方向に向かって短かく形成されている。
【００１３】
弁作動時、図９（ａ）に示す全閉状体から弁体１が矢印に示す時計方向に回動すると、弁体１の開度に応じて流量が変化して流量制御が行われるようになっている。そしてこの際、本体２の内面２ａと、弁棒３よりも下流側に位置する弁体１の周縁部とが形成する開口部であるノズル流れ部（ノズル側）及び同様に本体２の内面２ａと、弁棒３よりも上流側に位置する弁体１の周縁部とが形成する開口部であるオリフィス流れ部（オリフィス側）を通過する流体は、該部に設けられた複数個の各くし歯状突起４，５の間に形成された、図（ａ）の２ｂ線による断面図である図（ｂ）に示す流体を導く断面台形（梯形）状通路６から流体を細かいジェット流に変え、弁体の下流側に発生するキャビテーションを分散すると共に、キャビテーションの成長を抑制している。同図（ｂ）において、６ａは傾斜した入口、７は弁棒穴、８はボス部を示す。
【００１４】
また、図１０では、弁体１２の両側から弁軸１３が嵌入して回動自在に支承し、該弁体１２が閉より開方向へ回動するとき上流側へ向う半周側１２Ａの下流側の外周縁近くの表面へ、弁軸１３の両支承部１６を繋ぐ全半周に亘って切れ目なく突設したほぼ等肉の突条１４を具え、該突条１４には弁体１２の表面中心１２Ｃを指向して逆放射状に収歛する複数の貫通穴１５を設けたキャビテーション抑止機能を具えたバタフライ弁である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記図９及び図１０に示したものは、いずれも本体または弁体側に突起物や流路を確保する溝、流路を分断する穴や付加物などを設け、流れを分流して高速縮流部と低速流れ部の速度差を少なくし、キャビテーションを抑制し、Ｃｖ値を小さくし制御性を向上させている。これらは騒音防止及び制御性の向上の効果はあるが、いずれも以下のような共通した問題点を持っている。
【００１６】
（ｉ）流路が細かく分断されているので、スラリーや異物を含んだ流体に使用できない。（異物が詰まる）
（ii）弁体または本体の形状が複雑になるので製作コストが高い。
【００１７】
(iii) これらの構造は流路中に突起物や付加物をさらすことになるので、高流速の流体の流速エネルギーや異物衝突に対して強度を確保することが困難である。
【００１８】
（iv）弁体が全閉近くになるとき、非常に狭い流路になるために突起物や付加物の効果が小さくなる。
【００１９】
（ｖ）どちらも弁体と弁軸の中心が同一軸でありシール構造を有する場合は、高温流体に適さない構造である。
【００２０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、以下の点を改善することを課題としている。
【００２１】
１）バルブ縮流部で発生するキャビテーションを少なくし、キャビテーションの抑制によって騒音抑制につなげる。（液体流体の場合）
２）弁開度の移動量あたりのＣｖ値変化量を小さくし制御性を向上させる。
【００２２】
特に全閉近くの開度でのＣｖ値変化量を小さくする。
【００２３】
３）スラリーや異物を含む流体にも適用できる構造とする。
【００２４】
４）部分的に無理な応力（高流速エネルギー、異物衝突等）がかからない構造として高流速での使用を可能とする。
【００２５】
５）既存の技術によりシール構造を安易に設計でき、高温時でも使用できる構造にする。
【００２６】
６）製作コストが最低限で実現構造にする。
【００２７】
【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、弁体外径と本体内径を配管内径Ｄの０．８倍以下とした、全閉時、弁体周面と本体内面とのシール面が弁棒中心を通らない偏心型バタフライ弁において、弁座直後以降のオリフィス側の本体内径を、配管内径と同じ寸法まで拡大させ、ノズル側の本体内径を小さい開度での制御性を向上させるために、回転する弁体に沿った構造とし、２次側フランジ面までの途中で配管内径と同じ寸法に拡大したことを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、前項で述べた課題の解決手段の理論的説明（キャビテーション）と実測（実験）装置（図５）及びその実験結果を示したグラフ（図６，７）及び実施例（図１〜図４）を用いて説明する。
【００３０】
なお、図８は、本発明と比較するために図示した一般的な偏心形バタフライ弁の流れ方（流れ状態）を示すもので、弁体と本体の隙間から出た流体は、管壁の流速ゼロの境界面と弁体裏側の渦による低速部に挟まれたＡ部、すなわち縮流部において最も高速になり圧力が低下する。又、この縮流部では、渦や管壁付近との流速の差が大きいために気泡核がキャビテーション気泡に成長するきっかけとなってしまう。
【００３１】
縮流部Ａでは圧力が急激に低くなるために、気泡が急激に大きくなり、それが十分に持続し、さらに気泡が大きくなったところで、圧力が回復し気泡がつぶれるために激しいキャビテーションの発生原因となっている。
【００３２】
又、縮流部Ａが管壁に近いことから気泡がつぶれる際の衝撃も大きくなる。
【００３３】
キャビテーションの発生原因は、前述したように急激に圧力が低下する部分によるものであり、またキャビテーションが激しくなるのは気泡が成長するための時間が必要である。このことからキャビテーションを抑制するためには、低圧部を生じさせないようにすることと、気泡を成長する時間を与えないようにすることが必要である。
【００３４】
そこで、本発明では、図１に示すように、本体２１に形成された弁座２２と弁体２３との全閉時におけるシール面が弁棒２４の中心から偏心している偏心形バタフライ弁であって、弁体２３の外径と、弁座部２２の本体２１内径φｄを、配管２６の内径φＤの０．８倍以下とし、弁座２２直後以降のオリフィス側（図１で上方）の本体２１の内径２１ａを、配管２６の内径φＤと同じ寸法まで拡大させ、ノズル側（図１で下方）の本体内径２１ｂを、回転する弁体２３の外径に沿った構造とし、２次側フランジ面２５までの途中で配管内径φＤと同じ寸法に拡大し、弁軸棒２４中心は内径拡大部に位置している。
【００３５】
図２は、２次側からみた本体２１の構造を示し、図３（ａ）は、ノズル側本体内径２１ｂが弁座部２２と平行な所で拡大する構造であり、図３（ｂ）は、ノズル側本体内径が開度θ°まで弁体外径に沿った構造で、その直後、一気に拡大する構造を示している。
【００３６】
図４は、弁座部２２のシール部の一例で、（ａ）は、金属製シートリング２２ａを、本体２１の側端部に形成された弁座部２２の内径端面の凹所に嵌め込み、弾性板状部２１ｄを介し弁座押え２１ｃによって押圧保持されている。また、（ｂ）は、樹脂系のシートリング２２ｂを弁体２３の外周縁と接するように弁座押え２１ｃの凹部に密接して取付けられている。
【００３７】
図５は、上記のように構成された本発明の偏心形バタフライ弁の使用時の流れの状態を示す説明図であって、弁体周縁部と接する弁座部２２の内径φｄを小さくしているので、縮流部Ａ部の縮流を緩和し、縮流部の流速を小さくして圧力低下を少なくすることができる。
【００３８】
また、渦の低速部（弁棒の後流側に生じる。）と縮流部（高速部）Ａの距離が広がるので、それらの速度差を小さくすることができ、気泡核が成長し始めるきかっけを少なくする。その上、発生したキャビテーション気泡が管壁近くで崩壊する量が少なくなる。
【００３９】
上記のようにして以下の効果をもたらす。
【００４０】
１）縮流部の圧力低下を少なくして、気泡発生を抑制する。
【００４１】
２）縮流部と渦の速度差が小さく、気泡が成長するきっかけを少なくできる。
【００４２】
３）気泡が発生しても、オリフィス側、ノズル側共に２次側で内径が急拡大するために、圧力の回復が早く気泡が成長する時間が短くなる。よってキャビテーション気泡の成長が抑制できる。
【００４３】
４）キャビテーション気泡が管壁近くで崩壊する量が少なくなり、配管へのダ
メージを軽減できる。
【００４４】
図６は、弁座の内径比の設定について、呼び径２００Ａの配管（内径φ２００．３）にて弁座部内径をφ１５０にした場合の本発明のＦＬ値及びＫｃ値を測定した結果グラフを、縦軸にＦＬ値、Ｋｃ値を、横軸に弁開度（％）をとって示したもので、実線にて示す。また同グラフに示した破線は、一般の偏心弁のＦＬ値、Ｋｃ値を示す。これらの結果からわかるように、本発明のＦＬ値及びＫｃ値が格段に大きくなっていることがわかる。
【００４５】
一般のウエハ形偏心弁の弁座径（φｄ）は配管内径（φＤ）の９５％位に設定されている。この寸法は、弁体が回転するときに配管と干渉しないために設定された寸法であり、本発明のようにキャビテーション抑制のことを考慮にいれた寸法ではない。
【００４６】
本発明に記載した試験の内径比は（φｄ／φＤ）は７５％であるが、他の実験結果から８０％以下の内径比では効果があり、７０％にしても７５％の場合と効果は変わらないことが確認されている。
【００４７】
上記の測定結果において、キャビテーション初生係数（Ｋｃ値）は、キャビテーションの発生開始を係数化したもので大きい程、発生しにくい。また、圧力回復係数（ＦＬ値）は、弁通過時の圧力回復の度合いを係数化したものでＦＬ値が大きい程、圧力回復が小さくキャビテーションが発生しにくくなる。
【００４８】
以上により、内径比（φｄ／φＤ）が８０％以下にてキャビテーション抑制効果（＝騒音の低減）がある。
【００４９】
次に、偏心構造の利点及び弁座部と弁棒の位置関係については、弁座部直後のオリフィス側が配管径に拡大した部分で弁棒位置がある偏心構造とする。このことにより下記の効果がある。
【００５０】
１）キャビテーション抑制効果は弁座部にて絞られた後、少しでも早く拡大することにより最大の効果が得られる。
【００５１】
２）偏心構造であるために既存の技術でツール構造を安易に設計できる。
【００５２】
これに対し、弁座部中心と弁棒中心が同一の中心弁の場合、シール構造を設けるためには、構造を複雑にするか、拡大位置を弁座部より下流側後方に位置することになり内径を拡大してキャビテーションを抑制する効果が低下することになる。
【００５３】
また、制御性能の向上については、上記のように弁座の径を小さくすることにより、弁容量係数（Ｃｖ値）は同径の一般偏心弁より径の２乗に比例して小さくなることから全閉から全開の移動量当たりのＣｖ値変化量が小さくなる。これにより制御性を向上させることができる。
【００５４】
本発明のバタフライ弁と一般の偏心型バタフライ弁の開度１００％のＣｖ値を１００とした時の、Ｃｖ（％）のグラフを図７（ａ）に示し、低開度でのデータを拡大したグラフを図７（ｂ）に示す。（本発明のバタフライ弁を実線、一般の偏心型バタフライ弁を破線で示している）
上記したグラフより低開度でのＣｖ（％）が格段に小さくなっていることがわかる。弁座部直後、ノズル側の本体内径を回転する弁体の外径に沿った構造にすることによりノズル側の流量増加が抑制され、小さな開度での制御性を向上させることができる。
【００５５】
なお、他の実施例として、図４に示すもの以外に、シールのための弁座部のシートリングを設けずに本体と一体形にしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全閉時、弁体周面と本体内面とのシール面が弁棒中心を通らない偏心形バタフライ弁において、弁体から発生する騒音、キャビテーションを抑制するために、弁体外径と弁座部の本体内径を、配管内径Ｄの０．８倍以下とし、弁座直後以降のオリフィス側の本体内径を、配管内径と同じ寸法まで拡大させ、ノズル側の本体内径を小さい開度での制御性を向上させるために、回転する弁体外径に沿った構造とし、２次側フランジ面までの途中で配管内径と同じ寸法に拡大したことにより、次のような効果を奏することができる。
【００５７】
（ｉ）縦軸にＦＬ値、Ｋｃ値を、横軸に弁開度（％）をとって示した図６の結果から分かるように、本発明はキャビテーションを抑制する効果があり、それに伴う騒音を低減する効果がある。
【００５８】
（ii）弁体外径と弁座部の本体内径が小さいため弁開度の移動量あたりのＣｖ値変化量が小さく、制御性を向上できる。
【００５９】
同様に今までレデューサにて弁呼び径を小さくしていた条件の時にレデューサが不要になる。
【００６０】
(iii) 弁座部直後でノズル側の本体内径が、回転する弁体外径に沿った構造を持つため、開き出し直後の流量増加を制限でき、低開度での制御を向上できる。
【００６１】
（iv）突起物や付加物が無いため形状がシンプルになり、スラリーや異物を含む流体に使用可能で、また部分的に無理な応力がかからず、製作コストが小さくなる。
【００６２】
また、偏心弁構造のため、既存の技術により弁座部のシール構造を安易に設計できる構造とすることができると共に、キャビテーション抑制効果を最大限に引き出すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す制御用バタフライ弁の弁棒に直角方向の断面図である。
【図２】２次側からみた本発明の他の部品を除く本体内径の構造を示す。
【図３】（ａ）（ｂ）は図２の異なる実施例を示すＡ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の弁座部におけるシール部の異なった実施例を示す要部断面図である。
【図５】本発明のバタフライ弁の作用説明図である。
【図６】本発明の実験によって導かれた弁開度に対するＦＬ値及びＫｃ値の結果を示すグラフである。
【図７】（ａ）は弁開度が１００％の時のＣｖ値を１００で表したときの本発明のバタフライ弁と一般の偏心弁のＣｖ値を比較したグラフであり、（ｂ）は図（ａ）のグラフの低開度の部分を拡大したグラフである。
【図８】一般的な偏心形バタフライ弁の流れの状態を示す説明図である。
【図９】従来例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は図（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図１０】他の従来例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は弁体の平面図である。
【符号の説明】
２１ 本体
２１ａ オリフィス側本体内径拡大部
２１ｂ ノズル側本体内径の小さい開度での回転弁体外径に沿った部分
２１ｃ 弁座押え
２１ｄ 弾性板状部
２２ 弁座部
２２ａ 金属製シートリング
２２ｂ 樹脂製シートリング
２３ 弁体
２４ 弁棒
２５ 配管フランジ
２６ 配管
φｄ 弁座部の本体内径
φＤ 配管内径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a butterfly valve which is one of industrial valves, and relates to a flow control valve and a pressure control butterfly valve in a liquid (including a high temperature liquid). The present invention relates to a butterfly valve intended to suppress noise caused by cavitation and improve controllability.
[0002]
[Prior art]
In general, the flow velocity is high and the pressure is low in the narrowed portion (constriction portion) of the butterfly valve. Due to this pressure drop, the volume of microbubbles (bubble nuclei) contained in the liquid suddenly increases and cavitation bubbles are generated, but when the flow slows down through the constricted part, the pressure is recovered. It becomes higher and the aforementioned cavitation bubbles collapse.
[0003]
At this time, when the cavitation bubble grows from the bubble nucleus (becomes a large bubble and becomes smaller again), noise is generated because the surrounding pressure fluctuates due to the contraction movement of the bubble. Furthermore, an impact pressure is generated at the moment when the bubbles are crushed, and a so-called cavitation phenomenon occurs that causes damage such as an erosion phenomenon to the inner surface of the valve body and the pipe downstream of the valve seat with noise and vibration.
[0004]
In particular, bubbles that collapse near the inner surface of the main body or piping and bubbles that collide with the inner surface cause great damage. In addition, it is known from past research that the piping on the orifice side is greatly damaged.
[0005]
The ease of occurrence of cavitation is generally evaluated by a pressure recovery coefficient (FL value) and a cavitation initial generation coefficient (Kc value).
[0006]
(The larger the FL and Kc values, the less likely cavitation occurs)
here,

Where _FL = pressure recovery factor (dimensionless)
P ₁ = Valve inlet static pressure (kgf / cm ² a)
P ₂ = Valve outlet static pressure (kgf / cm ² a)
Pvc = Valve contraction part static pressure (kgf / cm ² a)
Also,

Kc: Cavitation initial coefficient (dimensionless)
Pv: Saturated vapor pressure of liquid In addition, since the conventional butterfly valve can be installed in a compact pipe, it is widely used for controlling the flow rate of fluid flowing down the pipe. However, since the normal butterfly valve has a lower pressure recovery coefficient (FL value) and cavitation initiation coefficient (Kc value) than the globe valve, cavitation may occur due to fluid conditions, causing damage to piping and abnormal noise. There was a problem to do.
[0007]
In addition, since the butterfly valve has a large capacity coefficient (Cv value), when a control valve is used and a valve having the same nominal diameter as the pipe is used, the Cv value change amount per movement amount from fully closed to fully open is large and controllability is large. In many cases, a valve having a nominal diameter smaller than the nominal pipe diameter is piped through a reducer (pipe used for pipe systems having different diameters).
[0008]
On the other hand, the purpose of the butterfly valve used for control is to adjust the flow rate and pressure by narrowing the opening of the valve, and for that purpose, cavitation with noise must be endured. Currently.
[0009]
When the butterfly valve used for control is used at an extremely low opening, the Cv change is large with respect to the opening change, and delicate adjustment is difficult. In particular, a valve having a seal structure has a torque that suddenly decreases when the valve is opened, and flows too much when the valve opening changes more than expected.
[0010]
FIG. 9 (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 57-157866) and FIG. 10 (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 4-337167) show a conventional example proposed in the past as an invention for suppressing the generation of noise and cavitation.
[0011]
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a valve element that shows a fully closed state that is pivotally supported by a valve stem 3 that is orthogonal to a central portion of a main body (valve main body) 2. A valve plate (disk) 1a whose cross section is perpendicular to the shape of the valve plate 1a, and a seal surface (indicated by a dotted line 1b in the figure) between the inner surface 2a of the main body 2 and the valve plate peripheral surface is a valve stem hole. The central axis 1c of the sealing surface 1b and the vertical axis 2b of the body inner surface 2a passing through the valve stem hole are inclined at an angle of 15 degrees to 20 degrees. doing.
[0012]
The oval valve plate 1a in close contact with the inner surface (bore) 2a of the main body is formed by angularly shifting the two substantially semicircular wall portions into a dogleg shape as described above. In use, the inflow side comb-like protrusion 4 projecting in the fluid inflow direction (indicated by the thick arrow f) during use, and the other semicircular Thus, the comb-like projections 4 projecting in the fluid outflow direction opposite to the comb-like projections 4 with respect to the valve plate 1a are integrally provided. The protrusions 4 and 5 are formed so as to be substantially parallel to the inner surface 2a of the main body 2 when fully closed, and the ends of the comb-shaped protrusions are located in a plane perpendicular to the inner surface 2a of the main body 2. The lengths of these comb-like projections are shorter toward the center boss direction.
[0013]
When the valve is actuated, when the valve body 1 is rotated in the clockwise direction indicated by the arrow from the fully closed body shown in FIG. 9A, the flow rate is changed according to the opening degree of the valve body 1 so that the flow control is performed. It has become. At this time, the nozzle flow portion (nozzle side) which is an opening formed by the inner surface 2a of the main body 2 and the peripheral portion of the valve body 1 located downstream of the valve stem 3, and similarly the inner surface 2a of the main body 2 are formed. And the fluid passing through the orifice flow part (orifice side) which is an opening formed by the peripheral part of the valve body 1 located upstream of the valve stem 3 is a plurality of combs provided in the part. The fluid is turned into a fine jet flow from a trapezoidal passage 6 formed between the tooth-like projections 4 and 5 and leading to the fluid shown in FIG. The cavitation generated on the downstream side of the valve body is dispersed and the growth of cavitation is suppressed. In FIG. 6B, 6a indicates an inclined inlet, 7 indicates a valve stem hole, and 8 indicates a boss portion.
[0014]
In FIG. 10, the valve shaft 13 is fitted from both sides of the valve body 12 and is rotatably supported, and the downstream side of the half-circumferential side 12 </ b> A toward the upstream side when the valve body 12 rotates in the opening direction from the closed state. The surface of the valve body 12 is provided on the surface of the valve body 12 on the surface near the outer peripheral edge of the valve body 12. This is a butterfly valve having a cavitation suppression function provided with a plurality of through-holes 15 converging in a reverse radial direction toward 12C.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
9 and 10 are provided with a protrusion or a groove for securing the flow path, a hole for dividing the flow path, or an additional material on the main body or the valve body side. The difference in speed between the part and the low-speed flow part is reduced, cavitation is suppressed, the Cv value is reduced, and the controllability is improved. These are effective in preventing noise and improving controllability, but all have the following common problems.
[0016]
(I) Since the flow path is finely divided, it cannot be used for a fluid containing slurry or foreign matter. (Clogged foreign matter)
(Ii) The manufacturing cost is high because the shape of the valve body or the main body becomes complicated.
[0017]
(iii) Since these structures expose protrusions and adducts in the flow path, it is difficult to ensure strength against flow velocity energy of a high flow velocity fluid or foreign object collision.
[0018]
(Iv) When the valve body is almost fully closed, the effect of the protrusions and the additional products is reduced because the flow path becomes very narrow.
[0019]
(V) In both cases, when the center of the valve body and the valve shaft is the same shaft and has a seal structure, the structure is not suitable for a high-temperature fluid.
[0020]
The present invention aims to solve the above-described problems of the prior art and improve the following points.
[0021]
1) The cavitation generated in the valve contraction part is reduced, and the noise is suppressed by suppressing the cavitation. (For liquid fluid)
2) The Cv value change amount per movement amount of the valve opening is reduced to improve controllability.
[0022]
In particular, the amount of change in Cv value at an opening degree near full closure is reduced.
[0023]
3) A structure that can be applied to a fluid containing slurry or foreign matter.
[0024]
4) It can be used at high flow rates as a structure that is not subject to excessive stress (high flow energy, foreign object collision, etc.).
[0025]
5) The seal structure can be designed easily using existing technology, and the structure can be used even at high temperatures.
[0026]
6) Create a structure with minimum manufacturing costs.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the means taken by the present invention is that the outer diameter of the valve body and the inner diameter of the main body are not more than 0.8 times the inner diameter of the pipe D. improved but Te eccentric butterfly valve odor does not pass through the valve stem center, the orifice side of the body the inner diameter of the subsequent immediately after the valve seat, and expanded to the same dimensions as the pipe internal diameter, the controllability of the small opening of the body inside diameter of the nozzle side In order to achieve this, it is characterized by having a structure along the rotating valve body and expanding to the same dimension as the pipe inner diameter in the middle of the secondary flange surface.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a theoretical explanation (cavitation) and a measurement (experiment) apparatus (FIG. 5) of the means for solving the problems described in the previous section and graphs showing the experimental results (FIGS. 6 and 7) of the embodiment of the present invention will be described. And it demonstrates using an Example (FIGS. 1-4).
[0030]
FIG. 8 shows the flow (flow state) of a general eccentric butterfly valve shown for comparison with the present invention. The fluid flowing out from the gap between the valve body and the main body is the flow velocity of the pipe wall. The pressure becomes lower at the highest speed in the A portion sandwiched between the zero boundary surface and the low speed portion due to the vortex on the back side of the valve body, that is, the contracted flow portion. Further, in this contracted flow portion, the difference in flow velocity between the vortex and the vicinity of the tube wall is large, which causes the bubble nuclei to grow into cavitation bubbles.
[0031]
Since the pressure suddenly decreases in the contracted flow part A, the bubble suddenly grows, it is sustained sufficiently, and when the bubble becomes larger, the pressure recovers and the bubble collapses, causing the generation of severe cavitation. It has become.
[0032]
Further, since the contracted portion A is close to the tube wall, the impact when the bubbles are crushed is also increased.
[0033]
The cause of the occurrence of cavitation is due to the portion where the pressure is suddenly reduced as described above, and it takes time for the bubbles to grow for the cavitation to become intense. For this reason, in order to suppress cavitation, it is necessary not to generate a low-pressure portion and not to give time to grow bubbles.
[0034]
Therefore, the present invention is an eccentric butterfly valve in which the seal surface when the valve seat 22 and the valve body 23 formed in the main body 21 are fully closed is eccentric from the center of the valve stem 24 as shown in FIG. Then, the outer diameter of the valve body 23 and the inner diameter φd of the main body 21 of the valve seat portion 22 are 0.8 times or less the inner diameter φD of the pipe 26, and the main body on the orifice side (upward in FIG. 1) immediately after the valve seat 22 the internal diameter 21a of 21, is enlarged to the same size as the inner diameter phi D of the pipe 26, the body inner diameter 21b of the nozzle side (downward in FIG. 1), and along the outer diameter of the valve body 23 to be rotated structure, secondary On the way to the flange surface 25, it is enlarged to the same dimension as the pipe inner diameter φD, and the center of the valve shaft rod 24 is located in the inner diameter enlarged portion.
[0035]
FIG. 2 shows the structure of the main body 21 as viewed from the secondary side, and FIG. 3A is a structure in which the nozzle-side main body inner diameter 21b is expanded in parallel with the valve seat portion 22, and FIG. A structure in which the inner diameter of the nozzle-side main body extends along the outer diameter of the valve body up to the opening degree θ °, and immediately after that, the structure expands at once.
[0036]
FIG. 4 is an example of the seal portion of the valve seat portion 22, and (a) is a method of fitting the metal seat ring 22 a into a recess in the inner diameter end surface of the valve seat portion 22 formed on the side end portion of the main body 21. It is pressed and held by the valve seat retainer 21c through the elastic plate-like portion 21d. (B) is closely attached to the recess of the valve seat retainer 21c so that the resin seat ring 22b is in contact with the outer peripheral edge of the valve body 23.
[0037]
FIG. 5 is an explanatory view showing the flow state when the eccentric butterfly valve of the present invention configured as described above is used, in which the inner diameter φd of the valve seat portion 22 in contact with the peripheral portion of the valve body is reduced. Therefore, the contraction of the contracted part A can be relaxed, the flow velocity of the contracted part can be reduced, and the pressure drop can be reduced.
[0038]
In addition, since the distance between the low speed portion of the vortex (which occurs on the downstream side of the valve stem) and the contracted flow portion (high speed portion) A is widened, the speed difference between them can be reduced, and the bubble nuclei begin to grow. Reduce the risk. In addition, the amount of generated cavitation bubbles collapses near the tube wall is reduced.
[0039]
The following effects are brought about as described above.
[0040]
1) The pressure drop at the contracted flow portion is reduced to suppress the generation of bubbles.
[0041]
2) The difference in velocity between the constricted flow part and the vortex is small, and the opportunity for bubbles to grow can be reduced.
[0042]
3) Even when bubbles are generated, the inner diameter is rapidly expanded on the secondary side on both the orifice side and the nozzle side, so that the pressure recovery is quick and the time for the bubbles to grow is shortened. Therefore, the growth of cavitation bubbles can be suppressed.
[0043]
4) The amount of collapse of cavitation bubbles near the pipe wall is reduced, and damage to the pipe can be reduced.
[0044]
FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the FL value and the Kc value of the present invention when the inner diameter ratio of the valve seat is set to φ150 with a pipe having a nominal diameter of 200 A (inner diameter φ200.3). The vertical axis indicates the FL value and the Kc value, and the horizontal axis indicates the valve opening (%), which is indicated by a solid line. The broken line shown in the graph indicates the FL value and Kc value of a general eccentric valve. As can be seen from these results, the FL value and the Kc value of the present invention are remarkably increased.
[0045]
The valve seat diameter (φd) of a general wafer type eccentric valve is set to about 95% of the pipe inner diameter (φD). This dimension is set so as not to interfere with the piping when the valve body rotates, and is not a dimension taking into account the suppression of cavitation as in the present invention.
[0046]
The inner diameter ratio (φd / φD) of the test described in the present invention is 75%, but from other experimental results, an inner diameter ratio of 80% or less is effective, and even if 70%, the effect is 75%. It has been confirmed that it will not change.
[0047]
In the above measurement results, the cavitation initial coefficient (Kc value) is a value obtained by converting the start of cavitation generation into a coefficient. Further, the pressure recovery coefficient (FL value) is obtained by converting the degree of pressure recovery when passing through the valve. The larger the FL value, the smaller the pressure recovery and the less likely cavitation occurs.
[0048]
As described above, there is a cavitation suppression effect (= noise reduction) when the inner diameter ratio (φd / φD) is 80% or less.
[0049]
Next, regarding the advantage of the eccentric structure and the positional relationship between the valve seat portion and the valve stem, an eccentric structure in which the valve stem position is located at the portion where the orifice side immediately after the valve seat portion is expanded to the pipe diameter is adopted. This has the following effects.
[0050]
1) The maximum effect is obtained by expanding the cavitation suppression effect as soon as possible after it is throttled at the valve seat.
[0051]
2) Because of the eccentric structure, the tool structure can be easily designed with existing technology.
[0052]
On the other hand, in the case of a central valve in which the center of the valve seat and the center of the valve stem are the same, in order to provide a seal structure, the structure is complicated or the enlarged position is positioned downstream of the valve seat. Therefore, the effect of suppressing the cavitation by expanding the inner diameter is reduced.
[0053]
As for the improvement of the control performance, by reducing the diameter of the valve seat as described above, the valve capacity coefficient (Cv value) becomes smaller in proportion to the square of the diameter than the general eccentric valve of the same diameter. The Cv value change amount per movement amount from fully closed to fully open becomes small. Thereby, controllability can be improved.
[0054]
FIG. 7 (a) shows a graph of Cv (%) when the Cv value of the opening degree of the butterfly valve of the present invention and a general eccentric type butterfly valve is 100%, and FIG. The obtained graph is shown in FIG. (The butterfly valve of the present invention is shown by a solid line, and a general eccentric butterfly valve is shown by a broken line)
It can be seen from the graph described above that Cv (%) at a low opening is remarkably small. Immediately after the valve seat portion, by increasing the inner diameter of the main body on the nozzle side along the outer diameter of the rotating valve body, an increase in the flow rate on the nozzle side is suppressed, and controllability at a small opening can be improved.
[0055]
As another embodiment, in addition to the one shown in FIG. 4, the seat ring of the valve seat part for sealing may be integrated with the main body.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the eccentric butterfly valve in which the seal surface between the valve body peripheral surface and the main body inner surface does not pass through the center of the valve stem when fully closed, noise and cavitation generated from the valve body are suppressed. Therefore, the outer diameter of the valve body and the inner diameter of the valve seat are 0.8 times or less than the inner diameter D of the pipe, the inner diameter of the orifice side immediately after the valve seat is expanded to the same dimension as the inner diameter of the pipe, and the nozzle side In order to improve the controllability at a small opening of the main body inner diameter of the main body, it is structured along the outer diameter of the rotating valve body and expanded to the same dimension as the inner diameter of the pipe on the way to the secondary flange surface. Such effects can be achieved.
[0057]
(I) As can be seen from the results of FIG. 6 in which the vertical axis represents the FL value and the Kc value, and the horizontal axis represents the valve opening (%), the present invention has the effect of suppressing cavitation, and the associated noise. There is an effect of reducing.
[0058]
(Ii) Since the outer diameter of the valve body and the inner diameter of the main body of the valve seat are small, the change amount of the Cv value per movement amount of the valve opening is small, and the controllability can be improved.
[0059]
Similarly, the reducer becomes unnecessary when the valve nominal diameter has been reduced by the reducer.
[0060]
(iii) Since the inner diameter of the main body on the nozzle side immediately after the valve seat has a structure along the outer diameter of the rotating valve body, an increase in flow rate immediately after opening can be limited, and control at a low opening can be improved.
[0061]
(Iv) Since there are no protrusions and additional products, the shape is simple, it can be used for fluids containing slurries and foreign matters, and it is not partially subjected to excessive stress, and the manufacturing cost is reduced.
[0062]
In addition, the eccentric valve structure enables the structure of the valve seat seal structure to be easily designed by existing technology, and can maximize the effect of suppressing cavitation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to a valve stem of a control butterfly valve showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the structure of the inner diameter of the main body excluding other parts of the present invention as seen from the secondary side.
3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views taken along the line A-B showing a different embodiment of FIG.
4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views of the main part showing different embodiments of the seal portion in the valve seat portion of the present invention.
FIG. 5 is an operation explanatory view of the butterfly valve of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the results of the FL value and the Kc value with respect to the valve opening degree derived by the experiment of the present invention.
FIG. 7A is a graph comparing the Cv values of the butterfly valve of the present invention and a general eccentric valve when the Cv value when the valve opening is 100% is expressed as 100, and FIG. It is the graph which expanded the part of the low opening degree of the graph of figure (a).
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a flow state of a general eccentric butterfly valve.
9A and 9B show a conventional example, in which FIG. 9A is a cross-sectional view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG.
10A and 10B show another conventional example, in which FIG. 10A is a longitudinal sectional view, and FIG. 10B is a plan view of a valve body.
[Explanation of symbols]
21 Main body 21a Orifice side main body inner diameter enlarged portion 21b Portion 21c along outer diameter of rotary valve body with small opening of inner diameter on nozzle side main body 21d Valve seat retainer 21d Elastic plate portion 22 Valve seat portion 22a Metal seat ring 22b Resin sheet Ring 23 Valve body 24 Valve stem 25 Piping flange 26 Piping φd Body diameter of valve seat body φD Piping inner diameter

Claims (1)

The valve outside diameter and the body inner diameter to not more than 0.8 times the pipe inner diameter D, is fully closed, the sealing surface of the valve body circumferential surface and the body inner surface Te eccentric butterfly valve odor does not pass through the valve stem center, the valve seat Immediately after, the main body inner diameter on the orifice side is expanded to the same size as the inner diameter of the pipe, and the main body inner diameter on the nozzle side is structured along a rotating valve body to improve controllability at a small opening. A control butterfly valve that has been enlarged to the same dimension as the inner diameter of the pipe halfway to the side flange surface.

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