JP5171920B2 - バタフライ弁 - Google Patents
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Description
上記オリフィス側では,開弁状態で,弁体回動側端部1aが流路を遮る構造となっており,流体によって生じる渦が大きい抵抗となり,流体の流速を減じる現象を起す。これに対して,ノズル側では,弁体回動側端部1bが流れを導くガイドの役目を果たし,流れの流速を増加させる現象が生じる。
このようにして弁体1の回動によってオリフィス側とノズル側に生じる流速の差は,オリフィス側の弁体下流側の面に低圧領域を生じ,弁体を閉側に回動させるアンバランストルクを生じさせる。
また,流速が増加すると上記アンバランストルクは更に大きくなると共に,弁体下流側に発生する低圧域の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下すると,いわゆるキャビテーションが発生し,弁や管路に振動や機械的損傷を与え,同時に激しい騒音を発生させる。
上記したような,バタフライ弁におけるオリフィス側端部,ノズル側端部さらにはキャビテーションの発生といった現象は周知である。例えば,第2536329号特許,特開昭57−157866号公報,特開平11−13896号公報,特開2002−195421号公報,特開2001−4037号公報,などを参照されたい。
特許文献2についても同様の思想が開示されている。
しかしながら,この従来技術では,比較的弁開度の低い状態にしか,くし歯の効果がなく,くし歯の高さが弁本体内周部から離脱するとその効果は急激に失い,おおよそ弁開度40度以上開くと効果はない。
また,バタフライ弁は,種々の用途に用いられるが,河川水や農業用水のような自然界の流体の制御に用いる場合には,それに含まれるゴミ,枯葉などの異物が,上記くし歯に付着してくし歯の機能を喪失させるという問題がある。
さらに特許文献3および4に開示のバタフライ弁では,いずれも微小開度にのみオリフィス側の流路の開くのに遅れてノズル側の流路が開くことになり弁開開始直後には,オリフィス側のみに流路が開かれ,ノズル側は閉状態を保たれるが弁体とシートが離脱すると流体には何の作用も与えない。
従って,この発明は,上記したような従来技術の問題点を解決することを目的とするもので,以下に記載のような構成を採用する。
管路内に該管路に直交して設けられる弁棒と,
前記弁棒に取り付けられる弁体と,
前記管路の内周に固定されるシートリングとを備えてなるバタフライ弁であって,
前記弁体のノズル側端部に,前記管路の横断面方向に見て,管路の上流側に向けて突出し前記弁棒の回転軸心から所定半径の抵抗体が取り付けられてなり,
前記抵抗体の先端面は,前記弁体が回転したときに前記シートリングに対して所定の隙間を介して前記シートリングと対向する形状に形成されてなるものであるバタフライ弁において,
前記所定の隙間が,前記弁体のオリフィス側端部に対面する流路の抵抗に応じて調整されてなるものであるバタフライ弁として構成されている。
このようなバタフライ弁のおいては,弁体が開動作を開始したときに上記ノズル側端部側にシートリングと抵抗体との間に挟まれた隙間が形成され,この隙間の幅を適正に設定することで上記隙間によって形成される流路とオリフィス側に形成される流路との抵抗をバランスさせることができ,両流路における抵抗の差によって生じるキャビテーションを生じなくさせることができる。
このようなキャビテーションは,完全になくすことが望ましいが,完全でなければならないものではなく,上記隙間を適宜に調整することでキャビテーションを相当量少なくすることができる。
本発明は,上記流路の抵抗を完全にバランスさせようとするものであって,前記所定の隙間が,前記弁体のオリフィス側端部に対面する流路の抵抗に応じて調整されてなるものである。
前記弁体のオリフィス側端部はそれなりの抵抗が生じるので,改めて抵抗体を形成する必要はない。しかし,適当な抵抗を形成することでノズル側とオリフィス側の抵抗をバランスさせることも必要に応じて行われるべきである。
バタフライ弁には中心型,一重偏心型,二重偏心型があるが,当該バタフライ弁が,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面内に含まれる中心型バタフライ弁である場合に,前記所定の隙間が一定距離である場合が有利な実施形態として挙げられる。
また,当該バタフライ弁が,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面から管路の下流側に所定距離外れ,且つ,管路の口径の中心線上に存在する一重偏心型バタフライ弁あるいは,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面から管路の下流側に所定距離外れ,且つ,管路の口径の中心線上から所定距離離れている二重偏心型バタフライ弁である場合に,前記所定の隙間が一定範囲内に含まれる距離であるバタフライ弁も有利な実施形態である。
さらに,前記抵抗体が,その前記管路の横断面方向に見た断面形状において,円弧状の部分を含むものが挙げられるが,さらに,前記抵抗体の前記管路の横断面方向に見た断面形状が,前記弁体のノズル側端部から突出する円弧状部分と,該円弧状部分の先端と前記弁棒を概略結ぶ半径部分とを接続した扇型形状あるいはその内部に空間を含んでなる形状であってもよい。
従来,バタフライ弁の弁体形式には,図1,図2,図6に示すように,弁体1の外周に形成されたシール面が,弁棒3の回転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,弁棒3の回転中心が弁本体5aの口径の中心にあり,弁体1シール面が弁棒3の回転中心から弁本体5aの軸心に沿って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5に示すように,弁棒3の回転中心が管路5の口径中心から偏心しており,更に弁体シール面が弁棒3の回転中心から管路5の軸心に沿って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が,いか以下に説明する本発明の実施形態にかかるバタフライ弁は,これらいずれの形式のバタフライ弁にも適用可能である。
この実施形態にかかるバタフライ弁A1の場合,図2中の例えば(a)に示すように,弁本体5a内に該弁本体5aに直交して弁棒3が設けられており,前記弁棒3に取り付けられる弁体1が一体的に取り付けられている。上記弁体1は,閉状態において,前記弁本体5aの内周に固定されるシートリング9に食い込み,弁本体5aを完全に閉鎖する。
そして,図2(a)の実施形態にかかるバタフライ弁A1においては,図示の全閉の状態から,弁体1は図における反時計方向に回動することで開弁する。従って,図2(a)における1bが弁体1のノズル側端部である,1aがオリフィス側端部である。
そして,この例では,前記弁体1のノズル側端部1bに,図2(a)に示す横断面方向に見て,管路5の上流側に向けて突出し,前記弁棒3の回転軸心から所定半径の円弧状の抵抗体11が取り付けられている。この抵抗体11の先端面11xは,前記弁体1が開弁方向に回転したときに,前記シートリング9に対して所定の隙間を介して前記シートリング9と対向するように,弁棒3の回転中心から一定の半径となる円弧形状に形成されている。
一方,前記弁体1のオリフィス側端部1aには,抵抗体が設けられていない。
前記弁体1のオリフィス側端部1aはそれなりの抵抗が生じるので,上記のように改めて抵抗体を形成する必要はない。しかし,適当な抵抗を形成することでノズル側とオリフィス側の抵抗をバランスさせることも必要に応じて行われるべきである。このようなことも本発明の範囲である。
図1中,(a)は,弁体1を弁棒3の軸心方向に見た図であり,この場合,中心型バタフライ弁体の形式となっている例である。
図1(b),(c)は,弁体1が管路5に取り付けられた状態を示し,(b)は,管路5の軸心方向((a)の矢印x方向)に見た図,(c)は,管路5の断面方向((a)の矢印y方向)に見た図である。
図2(b)及び図1に示されたバタフライ弁A2の場合,抵抗体11の管路5の横断面方向に見た断面形状が,前記弁体1のノズル側端部1bから突出する円弧状部分11aと,該円弧状部分11aの先端11cと前記弁棒3を概略結ぶ半径部分11dとを接続した扇型形状をなしている。また,この図に示した例では,上記扇型形状の内部が扇型の空間11eに形成されている例である。上記空間11eはかならずしも必須ではない。
一例を図3について説明する。図3(a)のように弁体1が全閉状態では,流路が一切確保されていないので,流れは皆無である。
この状態から弁体1が開いていくと,前記円弧状部分11aがシートリング9に対面した時から前記円弧状部分11aとシートリング9との間に隙間Gが生じ,ノズル側端部1bにおける流路の形成と共に上記隙間を介しての流路が形成される。
この隙間は,図3に示された中心型バタフライ弁A1においては,円弧状部分11aが弁棒3の回転中心を中心とする一定半径の円弧であれば,円弧状部分11bがシートリング9から離れるまで一定厚みに維持される。
ただし,これは一例であって,上記隙間の量は,円弧状部分の弁棒回転中心からの半径を弁体の開度に応じて適宜変化するようにして,上記隙間の量を弁体1の開度に応じて変化させることも必要に応じて採用される。
上記は,図3に示したような円弧状部分11aのみからなる抵抗体についての場合であるが,図4に示す半径部分11dを備えた抵抗体,あるいは図2(c)に示す直系部分11fを備えた場合,あるいは,図2(d)に示す二重偏心型バタフライ弁,さらには一重偏心型バタフライ弁についても同様に成立する。
また,図2(d)に示した二重偏心型バタフライ弁A4において,弁体1の開度を細かく変化させた状態が図5に示されている。そしてこの場合,前記隙間Gが明瞭に示されているので,参照されたい。
逆に言えば,前記円弧状部分11aとシートリング9との間に形成される隙間Gの大きさは,そこを流れる流量と前記オリフィス側端部1aによる抵抗を受けるオリフィス側流路の流量とがバランスする程度の大きさに設定されることが望ましい。このような,前記円弧状部分11aとシートリング9との間に形成される隙間Gの大きさは,オリフィス側端部における流路の流量が,オリフィス側端部1aの形状や厚さ,シートリング9の構造などによって変化するものであることから,オリフィス側の構造に応じて試作し,試行錯誤によって確定されるものである。
なお,前記円弧状部分11aの弁棒回転中心を中心とする角度について,実験によれば,望ましい一例として,60度が挙げられる。
1a…オリフィス側端部
1b…ノズル側端部
3…弁棒
5a…弁本体
7…シール面
9…シートリング
11…抵抗体
11a…円弧状部分
11c…先端
11d…半径部分
11f…直径部分
A…バタフライ弁
G…隙間
Claims (6)
- 管路内に該管路に直交して設けられる弁棒と,
前記弁棒に取り付けられる弁体と,
前記管路の内周に固定されるシートリングとを備えてなるバタフライ弁であって,
前記弁体のノズル側端部に,前記管路の横断面方向に見て,管路の上流側に向けて突出し前記弁棒の回転軸心から所定半径の抵抗体が取り付けられてなり,
前記抵抗体の先端面は,前記弁体が回転したときに前記シートリングに対して所定の隙間を介して前記シートリングと対向する形状に形成されてなるものであるバタフライ弁において,
前記所定の隙間が,前記弁体のオリフィス側端部に対面する流路の抵抗に応じて調整されてなるものであるバタフライ弁。 - 前記弁体のオリフィス側端部には抵抗体が設けられていない請求項1に記載のバタフライ弁。
- 当該バタフライ弁が,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面内に含まれる中心型バタフライ弁である場合に,前記所定の隙間が一定距離である請求項1あるいは2のいずれかに記載のバタフライ弁。
- 当該バタフライ弁が,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面から管路の下流側に所定距離外れ,且つ,管路の口径の中心線上に存在する一重偏心型バタフライ弁あるいは,前記弁棒の回転中心が前記シートリングのシール面から管路の下流側に所定距離外れ,且つ,管路の口径の中心線上から所定距離離れている二重偏心型バタフライ弁である場合に,前記所定の隙間が一定範囲内に含まれる距離である請求項1あるいは2のいずれかに記載のバタフライ弁。
- 前記抵抗体が,その前記管路の横断面方向に見た断面形状において,円弧状の部分を含むものである請求項1〜4のいずれかに記載のバタフライ弁。
- 前記抵抗体の前記管路の横断面方向に見た断面形状が,前記弁体のノズル側端部から突出する円弧状部分と,該円弧状部分の先端と前記弁棒を概略結ぶ半径部分とを接続した扇型形状あるいはその内部に空間を含んでなる形状である請求項1〜5のいずれかに記載のバタフライ弁。
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