JP5900786B2

JP5900786B2 - バタフライ弁

Info

Publication number: JP5900786B2
Application number: JP2011266614A
Authority: JP
Inventors: 敦史永瀬; 岡田　章; 章岡田
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP2013119867A; WO2013084607A1

Description

この発明は、弁体の回動に伴い流路を開閉するバタフライ弁であって、キャビテーションの発生防止機能を備えたものに関する。

バタフライ弁は、流路の一部をなす円筒状の弁箱と、その流路に対し交差した弁棒と、弁棒を軸として回動する円板状の弁体とを基本的な構成部材とし、弁体の回動に伴い弁箱内の流路を開閉するものであり、構造がシンプルで流量特性が良いことから、各種設備の配管の流量調整弁や開閉弁として幅広く採用されている。

このようなバタフライ弁では、弁体の上流側と下流側との差圧が大きい条件下で使用すると、キャビテーションが発生し、振動や騒音が発生するだけでなく、弁体や配管が損傷するおそれもある。

その対策として、例えば、下記特許文献１には、弁体のオリフィス側となる部分の下流側と、ノズル側となる部分の上流側とに、部分球殻状の多孔板部材を備え、中程度の開度（３０°程度）まで、この多孔板部材の凸球面を弁箱の弁座に摺接させ、オリフィス側では、多孔板部材の貫通孔を通過する流体が流路の中央側へ向かって整流されるようにし、ノズル側では、多孔板部材の貫通孔を通過する流体を整流すると共に、流量を確保して、キャビテーションを抑制しようとするものが記載されている。

ところで、このような構成とすると、ノズル側では、整流後の流体が弁体の下流側で配管の壁面にぶつかる方向へ向けて流れるため、この流れが騒音の原因になってしまうおそれがある。

一方、下記特許文献２（段落［００１９］〜［００３２］、図１〜図６）には、弁体のオリフィス側となる部分の下流側に、部分球殻状の多孔板部材を備えると共に、ノズル側となる部分の上流側に、部分球殻状の無孔板部材を備え、中程度の開度まで、これらの板部材の凸球面を弁箱の環状の弁座に摺接させ、オリフィス側では、流体が流路の中央側へ向かって整流されるようにすると共に、ノズル側では、無孔板部材により流体の流出が阻止されて、オリフィス側でのキャビテーションを抑制しつつ、ノズル側での流体の配管への衝突に伴う騒音の発生を防止できるようにしたものが記載されている。

特開平７−２０８６１５号公報特開２００３−３２９１６９号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載されたような構成とすると、大きな部分球殻状の板部材を弁体のオリフィス側とノズル側の両方に設けることとなるため、開度が大きくなるに従い、これらの部分球殻状の板部材が流れの抵抗となり、圧力損失が大きくなってしまう問題があった。

そこで、この発明は、キャビテーションを効果的に抑制しつつ、大きな開度での圧力損失の増大を防止することを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明は、流路の一部をなす円筒状の弁箱と、その流路に対し交差した弁棒と、弁棒を軸として回動する円板状の弁体とを基本的な構成部材とし、弁体の回動に伴い、弁箱内の流路を開閉するバタフライ弁において、弁体のオリフィス側となる部分の下流側に、部分球殻状の多孔板部材を備え、多孔板部材の貫通孔を通過する流体を流路の中央側へ向かって整流すると共に、弁箱のノズル側となる部分に凹球面部を設け、所定の開度以下の範囲では、弁体が回動するとき、この凹球面部に弁体のノズル側となる部分の外周が摺接又は近接し、ノズル側で流体の流れが阻止又は抑制されるようにしたのである。

また、前記弁体が、全閉時に弁棒の軸線から上流側へずれた位置で弁箱に当接する偏心弁としたのである。

さらに、前記弁箱の凹球面部の下流側部分に、流路の流れ方向に延びる複数条のスリットを形成したのである。

この発明に係るバタフライ弁では、所定の開度まで、オリフィス側で部分球殻状の多孔板部材の貫通孔を通過する流体が流路の中央側へ向かって整流され、ノズル側で弁体が弁箱の凹球面部に摺接又は近接することにより流体の流出が阻止又は抑制されるので、オリフィス側でのキャビテーションを効果的に抑制しつつ、ノズル側での流体の配管への衝突に伴う騒音の発生を防止することができる。

そして、ノズル側には、大きな多孔板部材等を設けてキャビテーションを抑制する必要がないので、開度を大きくしたときの圧力損失を抑制することができる。

また、偏心弁とすることにより、凹球面部の範囲を、弁棒の軸線の上流側と下流側とに振り分けることができるので、流路への凹球面部の張り出しを小さくすることができ、圧力損失の抑制効果を一層向上させることができる。

さらに、凹球面部の下流側部分に、流体を通すスリットを形成することにより、中程度の開度で、ノズル側でのキャビテーションを抑制しつつ、比較的大きな流量を確保することができる。

この発明の第１実施形態に係るバタフライ弁を示す斜視図同上の（ａ）一部切欠正面図、（ｂ）弁箱を縦方向に切断した側面図同上の開度を０°とした全閉状態を示す横断平面図同上の開度を（ａ）約１５°、（ｂ）約２５°、（ｃ）約４５°、（ｄ）全開である９０°とした各状態を示す横断平面図この発明の第２実施形態に係るバタフライ弁において、その開度を（ａ）約１５°、（ｂ）約２５°、（ｃ）約４５°、（ｄ）全開である９０°とした各状態を示す横断平面図この発明の第３実施形態に係るバタフライ弁を示す横断平面図

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

この発明の第１実施形態に係るバタフライ弁は、図1乃至図３に示すように、内部が流路の一部とされる円筒状の弁箱１と、その流路に対し交差した弁棒２と、弁棒２を軸として回動する円板状の弁体３とを基本的な構成部材とし、弁箱１の軸保持部４に挿通した弁棒２を操作して、弁体３の回動に伴い弁箱１内の流路を開閉するものとされ、弁箱１の両端部に配管が接続される。

弁箱１の上流側部分の内周には、全周に亘って内側へ張り出す弁座５が設けられ、弁体３の外周には、環状のゴムシート６が嵌められている。

弁体３は、下流側が外周から中心方向へかけて円錐状に膨出し、全閉時に弁棒２の軸線から上流側へずれた位置でゴムシート６が弁座５に当接するものとされ、このバタフライ弁は偏心弁とされている。

弁体３において、オリフィス側となる部分の下流側には、部分球殻状の多孔板部材７が備えられ、多孔板部材７には、外側の凸球面と内側の凹球面とに貫通する多数の貫通孔８が穿設されている。

多孔板部材７は、図３に示すように、弁棒２の軸線を中心として３５°の角度に亘り、弁体３を全閉した状態において、弁棒２の軸線から上流側への角度Ａが１０°となり、下流側への角度Ｂが２５°となるように設定されている。

弁箱１のオリフィス側となる部分の内周には、弁座５の下流側において、多孔板部材７に対向する凹球面部９が設けられている。

弁箱１のノズル側となる部分の内周には、弁座５の下流側において、凹球面部１０が設けられ、凹球面部１０の下流側部分に、流路の流れ方向に延びる複数条のスリット１１が設けられている。

ここで、弁箱１の弁座５、凹球面部９，１０は、弁棒２の軸線と流路の軸線との交点を中心とする同一球面上に形成されている。なお、オリフィス側の凹球面部９は、加工の都合上設けたものであり、機能的には、省略してもよい。

このようなバタフライ弁の動作を説明する。まず、図３に示すように、開度０°の全閉状態のときには、弁体３の全周に亘ってゴムシート６が弁座５に密着し、上流側の流体は下流側へ流れない。

次に、図４（ａ）に示すように、弁体３を反時計方向に回動させ、開度を約１５°とすると、弁体３のオリフィス側が弁座５から離れ、ノズル側はゴムシート６が凹球面部１０に摺接しつつ、接触部が下流側へ移動する。

このとき、オリフィス側では、流体が貫通孔８を通過する際、流路の中央側へ向かって整流されるので、キャビテーションを効果的に抑制でき、ノズル側では、流体が下流側へ流れないので、キャビテーションが生じるおそれがない。

続いて、図４（ｂ）に示すように、弁体３を反時計方向にさらに回動させ、開度を約２５°とすると、ノズル側では、ゴムシート６がスリット１１の存在する位置に達し、微量の流体が下流側へ流れ始めるが、その流れはスリット１１で整流されるので、キャビテーションが抑制される。

その後、図４（ｃ）に示すように、弁体３を反時計方向にさらに回動させ、開度を約４５°とすると、弁体３の上流側から下流側へ流れる流体の流量は増加するが、オリフィス側では流体の大部分が貫通孔８を通過し、流路の中央側へ向かって整流され、ノズル側では弁体３が凹球面部１０に近接した状態で、流体がスリット１１を通過して整流されるので、キャビテーションを抑制しつつ、比較的大きな流量を確保することができる。

そして、図４（ｄ）に示すように、弁体３を反時計方向にさらに回動させ、開度９０°の全開状態とすると、弁体３のノズル側部分には、流れの障害となるものがないので、圧力損失が小さく抑制され、スムーズに流体を流すことができる。

上記のように、このバタフライ弁では、所定の開度まで、ノズル側で弁体３が弁箱１の凹球面部１０に摺接又は近接することにより、流体の流出が阻止又は抑制されるので、オリフィス側でのキャビテーションを多孔板部材７により効果的に抑制しつつ、ノズル側での流体の配管への衝突に伴う騒音の発生を防止することができる。

また、ノズル側には、大きな多孔板部材等を設けてキャビテーションを抑制する必要がないので、開度を大きくしたときの圧力損失を抑制することができる。

また、偏心弁とすることにより、図３に示すように、凹球面部１０の範囲を、弁棒２の軸線の上流側と下流側とに振り分けることができるので、流路への凹球面部１０の張出量Ｃ_１を、図６に示した偏心しないバタフライ弁（後述）における張出量Ｃ_２よりも小さくすることができ、圧力損失の抑制効果を一層向上させることができる。

さらに、凹球面部１０の下流側部分に、流体を通すスリット１１を形成したので、中程度の開度で、ノズル側でのキャビテーションを抑制しつつ、比較的大きな流量を確保することができる。

次に、この発明の第２実施形態を図５を参照して説明する。なお、ここでは、上記第１実施形態と共通の機能を有する部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。

このバタフライ弁においては、弁体３のオリフィス側となる部分に設けられた部分球殻状の多孔板部材７が、弁棒２の軸線を中心として５０°の角度に亘っている。また、弁体３のノズル側となる部分にも、弁棒２の軸線を中心として２０°の角度に亘って、部分球殻状の多孔板部材１２が設けられ、多孔板部材１２には、外側の凸球面と内側の凹球面とに貫通する多数の貫通孔１３が穿設されている。

このバタフライ弁の基本動作は、上記第１実施形態のものと同様である。すなわち、図５（ａ）に示すように、開度を約１５°とすると、弁体３のオリフィス側が弁座５から離れ、ノズル側はゴムシート６が凹球面部１０に摺接しつつ、接触部が下流側へ移動する。

続いて、図５（ｂ）に示すように、開度を約２５°とすると、ノズル側では、ゴムシート６がスリット１１の存在する位置に達し、貫通孔１３を通過した微量の流体が下流側へ流れ始めるが、その流れは、貫通孔１３及びスリット１１で整流されるので、キャビテーションが抑制される。

その後、図５（ｃ）に示すように、開度を約４５°とすると、弁体３の上流側から下流側へ流れる流体の流量は増加するが、オリフィス側では流体が全て貫通孔８を通過し、流路の中央側へ向かって第１実施形態のものよりさらに整流され、ノズル側では貫通孔１３及びスリット１１を通過して整流されるので、キャビテーションを抑制しつつ、比較的大きな流量を確保することができる。

そして、図５（ｄ）に示すように、開度９０°の全開状態とすると、弁体３のノズル側部分に位置する多孔板部材１２が比較的小さいので、圧力損失が小さく抑制され、スムーズに流体を流すことができる。

このように、第１実施形態のバタフライ弁が、開度３０°程度までキャビテーションを抑制するのに対し、第２実施形態に係るバタフライ弁は、開度５０°程度までキャビテーションを抑制できるようにしたものである。

すなわち、開度が２０°程度以下である場合には、ノズル側の凹球面部１０で流体の流れを阻止することにより、ノズル側でのキャビテーションを完全に防止し、開度がそれ以上大きくなった場合、多孔板部材１２でキャビテーションを抑制することができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、偏心弁について例示したが、図６に示す第３実施形態のように、偏心しない通常のバタフライ弁においても、弁体３のオリフィス側となる部分の下流側に部分球殻状の多孔板部材７を備え、弁箱１のノズル側となる部分に凹球面部１０を設けることにより、キャビテーションを抑制し、ノズル側での騒音を防止することができる。

１弁箱
２弁棒
３弁体
４軸保持部
５弁座
６ゴムシート
７多孔板部材（オリフィス側）
８貫通孔
９凹球面部（オリフィス側）
１０凹球面部（ノズル側）
１１スリット
１２多孔板部材（ノズル側）
１３貫通孔

Claims

流路の一部をなす円筒状の弁箱(1)と、その流路に対し交差した弁棒(2)と、弁棒(2)を軸として回動する円板状の弁体(3)とを基本的な構成部材とし、弁箱(1)の内周には全周に亘って弁座(5)が設けられ、弁体(3)の回動に伴い、弁体(3)の外周が弁座(5)に接離して弁箱(1)内の流路を開閉するバタフライ弁において、
弁体(3)のオリフィス側となる部分の下流側に、部分球殻状の多孔板部材(7)を備え、多孔板部材(7)の貫通孔(8)を通過する流体を流路の中央側へ向かって整流すると共に、弁箱(1)のノズル側となる部分には、弁座(5)の下流側に凹球面部(10)を設け、弁座(5)と凹球面部(10)は、弁棒(2)の軸線と流路の軸線との交点を中心とする同一球面上に形成し、所定の開度以下の範囲では、弁体(3)が回動するとき、この凹球面部(10)に弁体(3)のノズル側となる部分の外周が摺接又は近接し、ノズル側で流体の流れが阻止又は抑制されるようにしたことを特徴とするバタフライ弁。
前記弁体(3)が、全閉時に弁棒(2)の軸線から上流側へずれた位置で弁箱(1)の弁座(5)に当接する偏心弁としたことを特徴とする請求項１に記載のバタフライ弁。
前記弁箱(1)の凹球面部(10)の下流側部分に、流路の流れ方向に延びる複数条のスリット(11)を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のバタフライ弁。