JP3689351B2

JP3689351B2 - 中心形バタフライ弁

Info

Publication number: JP3689351B2
Application number: JP2001183848A
Authority: JP
Inventors: 義則万木
Original assignee: 株式会社巴技術研究所
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2002372158A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の開閉及び制御に用いられるバタフライ弁であって、閉弁時又は開弁時に弁軸トルクの軽減を図った中心形バタフライ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の中心形バタフライ弁の基本構造の主要部拡大図を図３に示す。
同図は、円筒状弁本体１と該弁本体１内に回動自在に軸支された円板状弁体３と、閉弁時において弁本体１と弁体３の周縁部との間に張設されるシートリング２とからなり、該弁は、弁棒４により閉弁時に弁体３の外周縁がシートリング２の内周面に当接した状態を示している。
【０００３】
図４は、図３のＡ部の拡大図を示し、図（ａ）〜図（ｃ）は、弁体とシートリングとの当接の変化の態様を示している。
【０００４】
図４（ａ）は、弁体３が時計方向に回動し、シートリング２に当接直後でシートリング２の入口側（Ａ点）は引張られ、反対側（Ｂ点）は圧縮された状態を示した想定図である。即ち弁体３の回動により入口側シートリングは反対側に若干移動されたような状態となる。
【０００５】
次に図（ｂ）は上記図（ａ）の状態から時間経過により、若干移動されたシートリングは、元の位置に戻るように作用し、弁体外周縁にシートリングがほゞ均等に圧接されるようになる。
【０００６】
次に、図（ｃ）は上記図（ｂ）の状態から、弁体３を反時計方向に回動直前で、シートリング２の出口側（Ｂ点）は圧縮され反対側（Ａ点）は引張られた状態を示した想定図である。即ち弁体３の回動により、出口側シートリングは若干圧縮され内方に盛り上ったような状態となる。
【０００７】
このようにシートリングと弁体との当接部付近は、弁体の回動により、即ち閉弁時（図（ａ））において圧縮、引張り状態である部分（Ｂ点、Ａ点）が、開弁時（図（ｃ））においては引張り、圧縮状態となり逆の作用をすることになる。
【０００８】
従って弁の開閉頻度の多い場合には、シートリングの当接部付近においてシートリング（弾性体）の物理的性質、即ち反発弾性、圧縮永久歪、引張り強さ等の低下に係ることになる。又流体中における不純物、塵埃、固形物等の混合物によりシートリングの摩耗を助長させることになる。
【０００９】
通常シートリングは弾性材料（加硫ゴム等）で構成されており、その材料特有の反発弾性によりシール作用を行なうが、上記のように開閉による摩耗および流体中における混合物に伴う摩耗があるため、優れた弾性材料でも、仕様条件により寿命が左右される。
【００１０】
流体は一般的には液体（海水、工業用水、油等）を主に、気体（空気、酸素等）および粉粒体に別けられる。従ってシートリング材質も均一のものは使用できないことは明らかであり、特に流体の圧力、温度により上記シートリングの寿命は著しく左右される。
【００１１】
上記のようにシートリングは流体に適応した材質を選定する必要があるが、通常、弁の開閉頻度、使用期間等に応じて定期的に、シートリングの交換（バタフライ弁の部品の中で一番損傷しやすい）を行ない、シート洩れ防止に対応している。このようにバタフライ弁の寿命は、シートリングの摩耗によって決定されるのが現状であるので、バタフライ弁の寿命を延ばすには、如何にしてシートリングの摩耗を防止するかが重要な課題である。
【００１２】
そのため従来技術では、シートリング材質の物理的性質の中で特に耐摩耗性について徹底的に追究し圧接量をできる限り少なくする等の策を論じてきた。
【００１３】
又、これらの問題に対処するために、弁本体の内周に穿設した溝に水密ゴムを張設し、該溝を介して圧力水により水密ゴムを弁体周面に穿設したシール溝に圧着又は離脱せしめるようにした無摺動水密装置が発明されている（特公昭５１−１０６８７号公報参照）。このものは、弁体が管路を遮断するときは、水密ゴムが水密ゴム作動室内に伏せられて弁体は全閉の位置まで水密ゴムと摺動することなく駆動され、その後、水密ゴムを圧力水によって弁体外周のシール溝に密着して管路を遮断するようになっており、一方、管路を開口するときは、上記シール溝の密着を解除して弁体を水密ゴムと接触摺動させることなく全開の位置まで駆動させるようになっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
シートリング材質の物理的性質の中で耐摩耗性を向上させると、弾性体特有の性質から、他の物理的性質、例えば、引張強さ、引裂強さ、硬度等が低下し、バタフライ弁のシートリングとして必ずしも適用することができず、又圧接量を少なくするとシール性が低下し、バルブとしての機能を果すことができないという問題点があった。
【００１５】
本発明は従来のバタフライ弁のシートリングの物理的性質の中で耐摩耗性、引張強さ、引裂強さを同時に満足させて、シートリングの寿命を延ばし、比較的簡単な構成により、シール性をより確実にすることを技術的課題としている。
【００１６】
【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、円筒状の流体通路を貫設した剛性材料からなる弁本体と、該弁本体内に回動自在に軸支された剛性材料からなる円板状の弁体と、弁本体と弁体との間に張設される弾性材料からなるシートリングで構成されたバタフライ弁において、前記弁本体に張設されたシートリングの両側端面、該両側端面の外周面及び傾斜面を、弁本体と一体化接合し、上記傾斜面の裏面に補強用織布を同時成形して、該シートリングの上記両傾斜面の内端部に形成される円筒状の外周面と弁本体との間に間隙部を設け、該間隙部に操作用流体を給入・排出する導管を連通したことを特徴としている。
【００１８】
また、間隙部への操作用流体の給入・排出用導管口を弁本体に複数個所設け、その近傍に設けた３方口切換弁によって給・排作用を切換えるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
【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、本発明の一実施例を示すバタフライ弁の閉弁時における構成図を示す。なお、本実施例において弁駆動用アクチュエータとして空気圧操作式を用いたが、他のアクチュエータでも同等の作用をする。
【００２０】
図２（ａ）は、閉弁時における主要部の拡大断面図であり、同図（ｂ）は、図（ａ）のシートリングの外周方向から見た展開図であり、網目状に画かれた補強用織布の配置を示している。
【００２１】
図において、弁本体１に張設されたシートリング２の両側端面ｄ、該両側端面ｄの外周面ｅ及び傾斜面ｆが弁本体１に一体化接合され、該シートリング２の上記両傾斜面ｆの内端部に形成される円筒状の外周面と弁本体１との間に間隙部５が形成されており、該間隙部５に、操作用流体を給入・排出する導管６が連通されている。
【００２２】
上記導管６は、弁本体１の周囲にほぼ等間隔に複数個設けられ、１個又は複数個の図示しない３方口切換弁によって給・排作用を切換えるようになっている。
【００２３】
次に、作用について説明すると、図２（ａ）において、実線にて示したシートリング２は、弁体３が弁閉位置の直後の位置（状態）を示し、隙間ｃにより、該位置においてシーテングトルクは零にて到達したことになる。
【００２４】
次に、弁本体１の近傍に併設された、図示しない３方口切換弁にて操作用流体を供給することにより、導管６を経由し、間隙部５から内方にシートリング２は拡張し、前記隙間ｃに当接し且、若干の締代により拡張は停止する。これを点線で示す。なお、供給圧力は０．１９〜０．３９（ＭＰａ、メガパスカル）締代はシートリング厚みの約１／１０程度が好ましい。
【００２５】
又、前記シートリング２が内方に拡張するに際し、シートリングと弁本体との接点であるａおよびｂはシートリング２の引張り、圧縮の基点となるため、この区域に図２（ｂ）に示すように、補強用織布２ａを操作流体側に一体加硫する。なお、補強用織布２ａとしてポリエステル、ナイロン、テトロン系のものがある。又、シートリング２の内周面中央部を中高構造とし、弁体３との圧接時に曲面圧接により、よりシール性を向上させている。
【００２６】
また、上記した図１に示したアクチュエータ７を、弁体（弁棒）の回動を空気圧で作動するピストンによって駆動するようにした空気圧操作式アクチュエータで構成し、該アクチュエータを図示しない４方口切換弁によって作動させるようにし、また一方、前記シートリングの裏側に導く導管に設けられる３方口切換弁によって、シートリング２が点線と実線の位置に変形するように作動されているが、上記アクチュエータの４方口切換弁とシートリングの３方口切換弁とを同期して自動運転制御することも可能である。
【００２７】
次に、上記両切換弁を同期させたときの各弁の状態の一例を表で示すと、下記のようになる。
【００２８】

【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円筒状の流体通路を貫設した剛性材料からなる弁本体と、該弁本体内に回動自在に軸支された剛性材料からなる円板状の弁体と、弁本体と弁体との間に張設される弾性材料からなるシートリングで構成されたバタフライ弁において、前記弁本体に張設されたシートリングの両側端面、該両側端面の外周面及び傾斜面を、弁本体と一体化接合し、該シートリングの上記両傾斜面の内端部に形成される円筒状の外周面と弁本体との間に間隙部を設け、該間隙部に操作用流体を給入・排出する導管を連通したことにより次のような効果を奏する。
【００３０】
（ｉ）シートリングの両側端面、外周面及び傾斜面を弁本体と一体化接合しているので、操作用流体による内方への拡張を繰返し行っても、危険部位を一体化し、シートリングのシール性寿命即ちバタフライ弁の耐久長寿命化を図ることができる。
【００３１】
（ii）シートリングの両側傾斜面の内端部に形成される円筒状の外周面と弁本体との間に間隙部を設けているので、操作用流体がシートリング外周面を局部的に加圧せず、全周面に亙ってから同時に内方へ拡張することができる。
【００３２】
(iii) シートリング拡張用アクチュエータ（３方口切換弁）により、シーティングトルク即ち、全閉時および開弁時に要する弁体がシートリングへ圧接又は離脱する時の大きなトルク値が最大限零になり、弁駆動用アクチュエータが大巾にサイズダウン可能で、組立寸法が小さく、小型化ができ、軽量となり、大巾なコストダウンができる。
【００３３】
（iv）上記のシーティングトルクの最大限零に伴ない、シートリングの圧接部付近の摩耗が大巾に減少し長寿命化が図れる。
【００３４】
（ｖ）弁の開閉頻度の高い仕様に好結果を得ることができ、またバルブサイズ５０〜２００Ａの小・中口径に適し超耐久性と、コストメリットが大である。
【００３５】
また、シートリングの裏側で閉弁時弁体に圧接しない部分に、補強用織布を同時成形したことにより、シートリングが内方に拡張するに際し、シートリングと弁本体との接点であるａ及びｂはシートリングの引張り圧縮の基点となるため、該部の裏面に一体加硫された補強用織布により、該部をより一層補強しているので、シートリングのシール性寿命即ちバタフライ弁の一層の耐久長寿命化を図ることができる。
【００３６】
また、シートリング内周面中央部を中高構造とすることにより、弁体との圧接時に曲面当接となり、よりシール効果を高めることができる。
【００３７】
また、弁駆動用アクチュエータの４方口切換弁とシートリング拡張用３方口切換弁とを同期させることにより、自動運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す中心形バタフライ弁の閉弁時を示す全体正面図である。
【図２】（ａ）は閉弁時における主要部の拡大断面図である。
（ｂ）は図（ａ）のシートリングの外周方向から見た展開図で、補強用織布の配置図である。
【図３】従来の中心形バタフライ弁の基本構造主要部の拡大断面図である。
【図４】図３のＡ部の拡大図を示し、（ａ）は弁体とシートリングの当接直後の態様を示し、（ｂ）は時間経過後の態様を示し、（ｃ）は回動直前の態様を示す。
【符号の説明】
１弁本体
２シートリング
２ａ補強用織布
３弁体
４弁棒
５間隙部
６導管
７アクチュエータ
ａ基点
ｂ基点
ｃ隙間
ｄ端面（両側）
ｅ外周面
ｆ傾斜面
Ａ引張り部
Ｂ圧縮部

Claims

円筒状の流体通路を貫設した剛性材料からなる弁本体と、該弁本体内に回動自在に軸支された剛性材料からなる円板状の弁体と、弁本体と弁体との間に張設される弾性材料からなるシートリングで構成されたバタフライ弁において、前記弁本体に張設されたシートリングの両側端面、該両側端面の外周面及び傾斜面を、弁本体と一体化接合し、上記傾斜面の裏面に補強用織布を同時成形して、該シートリングの上記両傾斜面の内端部に形成される円筒状の外周面と弁本体との間に間隙部を設け、該間隙部に操作用流体を給入・排出する導管を連通したことを特徴とする中心形バタフライ弁。
シートリングの表側の内周面中央部を厚肉の中高構造とし、弁体との圧接時に曲面当接にしたことを特徴とする請求項１記載の中心形バタフライ弁。
間隙部への操作用流体の給入・排出用の導管口を弁本体に複数個所設け、その近傍に設けた３方口切換弁によって給・排作用を切換えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の中心形バタフライ弁。