JP3676785B2

JP3676785B2 - バタフライ弁の弁体

Info

Publication number: JP3676785B2
Application number: JP2003028883A
Authority: JP
Inventors: 二郎亀沢
Original assignee: 株式会社巴技術研究所
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: CN100376828C; JP2004239343A; KR20040071040A; KR100609739B1; CN1519496A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
この発明は、流体の流過する管路を開閉するバタフライバルブの弁体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、種々の流体が流過している管路を開閉、制御するためのバタフライバルブは公知である。バタフライバルブは、円筒状の弁本体内に円板状の弁体を回動自在に軸支し、該弁体の回動軸を弁本体外に延び出させてアクチュエータに連結し駆動回転するようになっている。弁体は、全開状態において弁本体の中央部に管路方向と平行に位置し、流路面積を減少させる要因であると共に流体への抵抗となっている。流体に作用する弁体の抵抗因子としては、弁体の厚みによる流路面積の減少のほか、弁体の円周端面部及びボス部によって形成される段差部に発生するカルマン渦による流体抵抗が考えられる。
【０００３】
弁体の形状としては、図７〜９に示すように、弁体(１)は平板をベース形状としその外表面に強度向上のための盛り肉部(２)を持たせ、ボス部(３)を太くしたものが知られている。流体抵抗を減らす目的からすると平板の厚みは薄いほど有利であるが、圧力流体を閉止する際に働く流体の推力に抗してその変形を防止するには、所要の厚みを必要とする。そこで、かかる図１の弁体の強度補強を図るために、ボス部に補強板を取り付けた構造が、実用新案登録第２５２３９４８号公報に開示されている。流体圧力は、弁体の受圧面積全体に作用し、その推力は弁体中央部ではＸ軸、Ｙ軸方向に等分に働くが、この公知の弁体ではＸ軸上に作用する応力に対する補強に過ぎず、実際に働くＹ軸方向の力に対しては何ら効果を発揮していない問題がある。
【０００４】
又、弁体の外円周縁部の形状を工夫して、弁体外円周縁部がシートリングに当接する際、ある開度以下では弁体とシートリングが同時に接触するようにした構造が、実公平４-２９１６４号公報に開示されている。しかしながら、この構造では、弁体外円周縁部が厚肉となり重量が増加すると共に、弁体中央部の強度が不十分となるおそれがあった。
【０００５】
【特許文献１】
実用新案登録第２５２３９４８号公報
【特許文献２】
実公平４−２９１６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、弁全開時の流量係数を減じることなく、全開及び中間開度における流体抵抗を減じ得ると共に、弁体の軽量化を図り得るようにしたことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明が採った手段は、円板状の弁体のＹ軸方向上下に弁棒穴用ボス部を外方に膨出して設け、該弁体の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形成し、上下の弁棒穴用ボス部を縦リブで連結し、該縦リブを起点として前記横リブを形成し、該複数の横リブの内、中央に位置する横リブをＸ軸と平行に設け、該中央の横リブの上下に位置する横リブを、中央の横リブ方向に接近するような角度θの傾斜を付けて設け、更に該横リブには、弁体周縁に向かって角度βで減少する勾配を付けると共に、弁体の表面には、Ｙ軸を頂上としてＸ軸に対して傾斜角αの傾斜が付されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の好ましい実施の形態を、以下に詳細に説明する。この発明は、弁体の弁軸方向であるＹ軸方向上下に弁棒穴用ボス部を外方に膨出して設け、弁体のノズル側表面にボス部から二次側方向に延びる複数の横リブを、又弁体のオリフィス側裏面にＹ軸を中心に１８０゜回転させたボス部から一次側方向に延びる複数の横リブをそれぞれ設けて、リブにより弁体の強度を向上させて弁体の厚みを低減し軽量化を図りうるようにすると共に、流体抵抗を減少させて流量の増加をもたらし得るようにし、更にノズル側とオリフィス側の流速差を減少させて弁体に負荷されるアンバランストルクを抑制するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
Ｙ軸方向上下に配されたボス部は、縦リブで連結されると共に、ノズル側表面及びオリフィス側裏面の横リブは、縦リブを起点として中央部の横リブはＸ軸方向に、その上下に位置する横リブは中央部の横リブに平行若しくはθの角度で近接するように配設される。更に、横リブは、好ましくは弁体の厚み方向の中心平面に対して角度βの傾斜角を付ける。又、弁体を構成する円形板は、その表面がＹ軸を頂点としＸ軸に対して傾斜角αの傾斜面に形成されており、Ｙ軸上に弁棒穴用ボス部及び横リブが設けられている。
【００１０】
【実施例】
図１〜６を参照して、(10)は中心形バタフライ弁の弁体であり、円板形状をベースとし、図６に示すようにＹ軸を中心にＸ軸に対して角度αの傾斜表面を有している。Ｙ軸上の上下に上下弁棒穴(11)(12)を形成するための上下弁棒穴用ボス部(13)(14)が設けられ、両ボス部は縦リブ(15)で連結される。尚、本明細書においてＹ軸は、弁体の回転中心軸である弁軸をいい、Ｘ軸は弁体の中心においてＹ軸と直交する軸をいい、Ｚ軸はＸ軸と直交しＹ軸と平行な弁体の平面中心を通る軸をいう。
【００１１】
弁体(10)のノズル側表面に、複数の横リブ(16a)(16b)(16c)が形成される。横リブは、弁体表面から一定の高さを有して、前記縦リブ(15)を起点として二次側方向にＸ軸と略平行に延びており、弁体表面近傍を流れる流体は、横リブでその方向が制御される。図示の実施例において横リブは３本形成され、中央の横リブ(16b)はＸ軸に沿って延びており、その上下の横リブ(16a)(16c)は、Ｘ軸に対して角度θで中央の横リブ(16b)に徐々に近接するような傾斜が付けられている。又、各横リブの表面は、Ｘ軸に対して角度βの傾斜角を有して二次側に向かって高さが低くなるように形成されている。
【００１２】
又、弁体のオリフィス側裏面に、弁軸Ｙを中心に180゜回転した状態で前記ノズル側表面と同様に、縦リブ(15)を起点として一次側方向に延びる複数の横リブ(17a)(17b)(17c)が形成されている。横リブ(17)は、図示の実施例では３本形成されている。オリフィス側裏面の横リブ(17)は、ノズル側表面の横リブと同様に、横リブの高さを角度θの傾斜で漸減させると共に、上下の横リブ(17a)(17c)を角度βで中央の横リブに近接させるように設けられている。
【００１３】
尚、弁体の表面、裏面は、閉弁時に一次側に対面している面を表面、二次側に対面している面を裏面とし、ノズル側とは、弁体開弁時に二次側に回動する弁体の半分部分(図１において右側半分)をいい、オリフィス側とは、一次側方向に回動する弁体の半分部分(図１において左側半分)をいう。
【００１４】
ノズル側表面の３本の横リブ(16)は、一定の高さを有していることにより、弁体表面近傍を流れる流体は、これらの横リブ(16)で方向を制御される。中央の横リブ(16b)は、管内の最大流速部分に位置し最大流速を二分し、且その流速を加速する。中央の横リブ(16b)の上下に配置された横リブ(16a)(16c)は、中央の横リブ(16b)に向かう傾斜が付けられているため、管壁近傍の低速領域の流体を中央の横リブ(16b)に向かわせ、該横リブ(16b)によって加速された流速に引き込まれる状態でその速度を増加させる。流体に対しては、上下弁棒穴用ボス部(13)(14)が流路抵抗となり、ボス部に衝突した流体はボスの二次側で渦を発生させ、流体抵抗を更に増加させる。これに対して、３本の横リブ(16)はボス部の二次側に発生する渦に対して整流効果を発揮し、渦の発生を低減させる。結果として、本発明の横リブは、管内流速を弁体近傍で分断し、整流し、管壁の流体抵抗、弁体表面の流体抵抗を、リブ部が持つ流れ方向制御により補完し、弁全体の流体抵抗を減じる効果を有する。
【００１５】
弁体を平板のみで構成した場合、必要な肉厚は計算で求めることが可能であり、弁体中心部が最も発生応力が高く、その応力に相応する肉厚が必要となる。本発明では、上下弁棒穴用ボス部(13)(14)を出来るだけ長くすることにより、ボス部の断面係数を増加し、弁体中央部の肉厚を減じる作用をする。縦リブ(15)の存在は、かかるボス部の作用を助長することが出来る。又、弁体の表裏面の３本の横リはブ、Ｙ軸方向での強度保証として機能させることが出来、平板の肉厚を減じる作用を果たす。かくして、上下弁棒穴用ボス部(13)(14)、縦リブ(15)、横リブ(16)(17)を配することにより、高強度で最軽量の弁体を実現することが出来た。
【００１６】
リブを設けることにより、バタフライバルブ全開時の流路面積は減少する。このことは、弁体自身の流体抵抗が増加することを意味しており、結果として全開時のバルブ抵抗を増加させている。しかし、バルブ全開時の流体抵抗は、弁体の投影面積のみならず、弁体に設けられたボス部及び円板の外周先端部にある段差の後流部に発生するカルマン渦により、投影面積以上の流体抵抗が生ずる。本発明の弁体は、横リブ等の存在により投影面積自体は、リブなし弁体に比して増加しているが、ボス部に設けた横リブが前述したような整流効果を発揮し、管中央部の流量を増加させるため、結果としてリブによる投影面積の増加による悪影響を相殺することが出来る。
【００１７】
バタフライバルブは、一般に右回り閉で、配管に設置される流体が流れている場合、弁軸側(Ｙ軸上)からみて、図１において左側が一次側、右側が二次側に位置する。流速が増加するに従い、弁体左側が一次側にせり出しているため、流路抵抗が大きく、この部分の流速は低下する(オリフィス効果)。逆に、弁体の右側は、二次側にあるため一次側には抵抗がなく弁体自身の傾き(開度)で流速が加速する(ノズル効果)。この結果、オリフィス側とノズル側では、流速が異なり、弁体オリフィス側の二次側には真空域が発生し、アンバランストルクの原因となる。本発明にあっては、弁体右側はオリフィス側では二次側に、ノズル側では一次側に配置されているため、オリフィス側の後流は横リブにより管中央方向に整流され、ノズル側では横リブが抵抗として働きその流入流速を減ずる。この結果、リブなし弁体に比して本発明の弁体は、オリフィス側とノズル側の流速差を減じる作用をし、アンバランストルクを減少させることが出来る。
【００１８】
本発明にかかる弁体と従来の弁体との差圧、流量及びＣｖ値を対比した結果を表１及び図１０，１１，１２に示す。尚、従来の弁体は、図７〜９に示すものである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、弁体のベース円板の肉厚を極限まで薄くすることが出来、弁体全体の重量を軽減させ軽量化を図ることが可能となる。又、管内の流速分布は、管中央部が最速で、管壁に近づくにしたがって管壁との摩擦により低下するが、横リブと角度θの傾斜とにより、管壁部分の低速流体を管中央部の高速流体に吸引させて加速させ、全体の流体抵抗を減少し、流量の増加を図ることができる。更に、アンバランストルクの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる弁体の斜視図
【図２】同正面図
【図３】同側面図
【図４】図２IV−IV線に沿った断面図
【図５】弁体の平面図
【図６】図２VI−VI線に沿った断面図
【図７】従来公知の弁体の正面図
【図８】同中央縦断面図
【図９】同平面図
【図１０】本発明にかかる弁体と従来の弁体との差圧を対比したグラフ
【図１１】本発明にかかる弁体と従来の弁体との流量を対比したグラフ
【図１２】本発明にかかる弁体と従来の弁体とのＣｖ値を対比したグラフ
【符号の説明】
(10)弁体
(11)上部弁棒穴
(12)下部弁棒穴
(13)上部弁棒穴用ボス部
(14)下部弁棒穴用ボス部
(15)縦リブ
(16)横リブ
(17)横リブ

Claims

円板状の弁体のＹ軸方向上下に弁棒穴用ボス部を外方に膨出して設け、該弁体の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形成し、上下の弁棒穴用ボス部を縦リブで連結し、該縦リブを起点として前記横リブを形成し、該複数の横リブの内、中央に位置する横リブをＸ軸と平行に設け、該中央の横リブの上下に位置する横リブを、中央の横リブ方向に接近するような角度θの傾斜を付けて設け、更に該横リブには、弁体周縁に向かって角度βで減少する勾配を付けると共に、弁体の表面には、Ｙ軸を頂上としてＸ軸に対して傾斜角αの傾斜が付されていることを特徴とするバタフライ弁の弁体。