JP6163129B2

JP6163129B2 - ケージ弁

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Publication number: JP6163129B2
Application number: JP2014072863A
Authority: JP
Inventors: 吉田　典史; 典史吉田; 憲一中村
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015194223A; US20150276065A1; EP2927545A1; CN104948757A

Description

本発明は、配管内の流体の流量を調整するケージ弁に関するものである。

従来より、配管内の流体の流量を調整する弁として、ケージ弁が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このケージ弁とは、流入路および流出路を有する弁本体と、筒状のケージと、このケージ内部で進退可能とされたプラグとを備えており、このプラグが進退してケージに形成された流体通過用窓を開閉することにより、ケージ弁が接続された配管を流通する流体の流量を制御するものである。

特開平８−２７０８０８号公報

このようなケージ弁は、近年、遮断弁に用いることが期待されている。この遮断弁とは、地震や火災などの災害が生じた場合の緊急時に配管内の流体の流通を遮断するものである。したがって、遮断弁に用いられる弁には、高い密閉性能と信頼性が要求される。さらには、省エネ、省力化の要求から高い圧力を小さい力で遮断できることが望まれている。

そこで、本発明は、密閉性能をより向上させることができるケージ弁を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係るケージ弁は、流体の流入路および流出路を有する本体と、この本体の内部に固定され、流入路および流出路の少なくとも一方と連通する窓を有する筒状のケージと、このケージ内をケージの軸線に沿って摺動し、窓を開閉する弁プラグと、ケージおよび弁プラグの少なくとも一方に設けられ、弁プラグが窓を全閉する位置にあるときに流体の圧力を受けてケージと弁プラグとの間の密閉性を向上させるセルフシール構造とを備え、セルフシール構造はケージの内周壁面または弁プラグの外周壁面を加工して形成されたことを特徴とするものである。

上記ケージ弁において、弁プラグは、有天筒状に形成され、天部側の外周壁に設けられた第１の着座部と、底部側の外周壁に設けられた第２の着座部とを有し、ケージは、窓よりも第１の着座部側の内周壁に形成され、この第１の着座部に着脱可能に当接する第１の弁座と、窓よりも第２の着座部側の内周壁に形成され、この第２の着座部に着脱可能に当接する第２の弁座とを有し、セルフシール構造は、流体が流入路よりケージの窓を通ってケージ内に流入してケージの底部側より流出路へ流出する場合、弁プラグの第２の着座部、または、弁プラグの第２の着座部およびケージの第１の弁座に形成されるようにしてもよい。

また、上記ケージ弁において、弁プラグは、有天筒状に形成され、天部側の外周壁に設けられた第１の着座部と、底部側の外側壁に設けられた第２の着座部とを有し、ケージは、窓よりも第１の着座部側の内周壁に形成され、この第１の着座部に着脱可能に当接する第１の弁座と、窓よりも第２の着座部側の内周壁に形成され、この第２の着座部に着脱可能に当接するな第２の弁座とを有し、セルフシール構造は、流体が流入路よりケージの底部側を通ってケージ内に流入してケージの窓より流出路へ流出する場合、ケージの第２の弁座、または、ケージの第２の弁座および弁プラグの第１の着座部に形成されるようにしてもよい。

上記ケージ弁において、セルフシール構造は、ケージの内周壁面上にケージの周方向に沿って平行に形成された第１の環状溝および第２の環状溝と、第１の環状溝と第２の環状溝との間に形成され流体の圧力を受けて変形する第１の環状薄肉部とから構成されるようにしてもよい。
ここで、第１の環状溝および第２の環状溝の底部の第１の環状薄肉部との境界がＲ形状に面取りされているようにしてもよい。

また、上記ケージ弁において、セルフシール構造は、弁プラグの外周壁面上にプラグの周方向に沿って平行に形成された第３の環状溝および第４の環状溝と、第３の環状溝および第４の環状溝との間に形成され流体の圧力を受けて変形する第２の環状薄肉部とから構成されるようにしてもよい。
ここで、第３の環状溝および第４の環状溝の底部の第２の環状薄肉部との境界がＲ形状に面取りされているようにしてもよい。

本発明によれば、ケージおよび弁プラグの少なくとも一方に設けられ、弁プラグが窓を閉じる位置にあるときに流体の圧力を受けてケージと弁プラグとの間の密閉性を向上させるセルフシール構造をケージの内周壁面または弁プラグの外周壁面を加工して形成したので、ケージ弁の部品点数を増やすことなく安価な構成でありながら、密閉性能をより向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るケージ弁の構成を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係るケージ弁の変形例を示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係るケージ弁の変形例を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係るケージ弁の変形例を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るケージ弁１は、弁本体１０と、その上端開口部にボルト等で接合された上蓋２０とを備えている。なお、以下において、図１の紙面に正対した状態で、その紙面の上を「上」、下を「下」として説明を行う。

弁本体１０の内部には、隔壁１１によって２つの流路１２，１３とが隔てて形成されている。この流路１２，１３は、図示しない管路と鍔部で接合されており、流体は図に矢印ａで示す方向から流路１２内へ流入するものとする。したがって、本実施の形態においては、流路１２が流入路、流路１３が流出路となる。

弁本体１０の隔壁１１に開口された弁座口には、円筒状に形成されたケージ３０の下端外周縁部が嵌め込まれている。このケージ３０の上端部は、弁本体１０と上蓋２０とによって挟持されている。
ケージ３０の側壁には、流路１２と連続し、流路１２と流路１３とを連通する複数個の流体通過用の窓３１が開口されている。
ケージ３０内周壁の窓３１の上下には、それぞれ上部弁座３２および下部弁座３３が形成されている。

上蓋２０には、弁軸２１が上下動自在に軸支されている。この弁軸２１の上端部は、図示しないその弁軸２１を上下方向に移動させる駆動部に連結され、弁軸２１の下端部は、弁プラグ４０が固定されている。

ケージ３０内には、弁プラグ４０が挿入され、ケージ３０内をケージ３０の軸線に沿って摺動するように支持されている。弁プラグ４０は、下方に向かって開口する有天円筒状に形成されている。この弁プラグ４０には、ケージ３０に形成された上部弁座３２に当接可能な上部着座部４１と、ケージ３０に形成された下部弁座３３に当接可能な下部着座部４２とが形成されている。また、弁プラグ４０の天部には、ケージ３０上下の内圧を均一にするためのバランス孔４０ａが形成されている。

本実施の形態において、ケージ３０の上部弁座３２および弁プラグ４０の下部着座部４２には、弁プラグ４０がケージ３０の窓３１を全閉する位置にあるときに流体の圧力を受けてケージ３０と弁プラグ４０との間の密閉性を向上させるセルフシール構造３４，４３が、ケージ３０の内周壁面および弁プラグ４０の外周壁面を加工することにより形成されている。

具体的には、セルフシール構造３４は、ケージ３０の内周壁の略中央部に形成され、ケージ３０の軸線と同心の第１の環状溝３４ａと、この第１の環状溝３４ａよりも下方に形成され、ケージ３０の軸線と同心の第２の環状溝３４ｂと、第１の環状溝３４ａと第２の環状溝３４ｂとの間に形成され、流体の圧力を受けて変形する第１の環状薄肉部３４ｃとから構成されている。この第１の環状薄肉部３４ｃは、セルフシールとして機能するものであり、その端部に上部弁座３２が形成されている。ここで、第１の環状溝３４ａと第２の環状溝３４ｂは、ケージ３０の周方向に沿って互いに平行に形成されている。また、第１の環状溝３４ａおよび第２の環状溝３４ｂの底部（根元）と第１の薄肉部３４ｃの境界に位置する接続部３４ｄは、Ｒ形状（断面略円弧状）に面取りされている。

また、セルフシール構造４３は、弁プラグ４０の外周壁の下端部に形成され、弁プラグ４０の軸線と同心の第３の環状溝４３ａと、この第３の環状溝４３ａよりも下方に形成され、弁プラグ４０の軸線と同心の第４の環状溝４３ｂと、第３の環状溝４３ａと第４の環状溝４３ｂとの間に形成され、流体の圧力を受けて変形する第２の環状薄肉部４３ｃとから構成されている。この第２の環状薄肉部４３ｃは、セルフシールとして機能するものであり、その端部に下部着座部４２が形成されている。ここで、第３の環状溝４３ａと第４の環状溝４３ｂは、弁プラグ４０の周方向に沿って互いに平行に形成されている。また、第３の環状溝４３ａおよび第４の環状溝４３ｂの底部（根元）と第２の薄肉部４３ｃとの境界に位置する接続部４３ｄは、Ｒ形状（断面略円弧状）に面取りされている。

次に、本実施の形態に係るケージ弁１の動作について説明する。

まず、ケージ弁１が設けられた配管内に流体を流通させる場合、弁プラグ４０を上方に移動させて、上部着座部４１および下部着座部４２がケージ３０の上部弁座３２または下部弁座３３から離間した状態とする。すると、流路１２に供給された流体は、窓３１を介してケージ３０内へ流入し、ケージ３０の下端から流路１３へ流出する。このとき、その流体の流量の調整は、弁プラグ４０を上下させて窓３１の開口面積を変化させることよって行われる。

一方、ケージ弁１が設けられた配管内の流体の流通を遮断する場合、弁プラグ４０を下方に移動させて、上部着座部４１をケージ弁３０の上部弁座３２に、下部着座部４２をケージ３０の下部弁座３３にそれぞれ当接させる。すると、ケージ３０の窓３１が弁プラグ４０の外周壁で塞がれるとともに、ケージ３０の内周壁と弁プラグ４０の外周壁の隙間も、窓３１の上下に位置するケージ３０の上部弁座３２および下部弁座３３と弁プラグ４０の上部着座部４１および下部着座部４２により塞がれる。これにより、流路１２から流入してきた流体は、ケージ３０内に流入できない。結果として、ケージ弁１が設けられた配管内の流体は、ケージ弁１により遮断される。

このとき、窓３１の上方には、ケージ３０にセルフシール構造３４が形成されているので、窓３１を介してケージ３０の内周壁と弁プラグ４０の外周壁の隙間からセルフシール構造３４に到達した流体は、図１中の矢印で示すように、第１の薄肉部３４ｃを上方に向かって押圧する。すると、第１の薄肉部３４ｃの外縁部に形成された上部弁座３２が弁プラグ４０の上部着座部４１に押圧されて、上部弁座３２と上部着座部４１とがより強く圧接されるので、上部弁座３２と上部着座部４１との間の密閉性能が向上する。この結果、上部弁座３２と上部着座部４１との間から流体が漏出することをより防ぐことができる。

同様に、窓３１の下方には、弁プラグ４０にセルフシール構造４３が形成されている。これにより、窓３１を介してケージ３０の内周壁と弁プラグ４０の外周壁の隙間からセルフシール構造４３に到達した流体は、図１中の矢印で示すように、第２の薄肉部４３ｃを下方に向かって押圧する。すると、ケージ３０の下部弁座３３が第２の薄肉部４３ｃの外縁部に形成された下部着座部４２に押圧され、下部弁座３３と下部着座部４２とがより強く圧接されるので、下部弁座３３と下部着座部４２との間の密閉性能が向上する。この結果、下部弁座３３と下部着座部４２との間から流体が漏出することをより防ぐことができる。

また、セルフシール構造３４，４３の接続部３４ｄ，４３ｄは、Ｒ形状に面取りされている。これにより、接続部３４ｄ，４３ｄにかかる応力が周囲に分散されるので、その接続部３４ｄ，４３ｄに応力が集中することを防ぐことができる。この結果として、例えば、繰り返し荷重による疲労破壊をより防ぐことができる。

また、セルフシール構造３４には、第１の薄肉部３４ｃの下方（上流側）に第２の環状溝３４ｂが形成されている。これにより、第１の薄肉部３４ｃは脱落しても第２の環状溝３４ｂ内に留まるので、下流側に第１の薄肉部３４ｃが流出することを防ぐことができる。
同様に、セルフシール構造４３にも、第２の薄肉部４３ｃの下方（下流側）に第４の環状溝４３ｂが形成されている。これにより、第２の薄肉部４３ｃは脱落しても第４の環状溝４３ｂ内に留まるので、下流側に第２の薄肉部４３ｃが流出することを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ケージ３０の上部弁座３２にセルフシール構造３４を形成するとともに、弁プラグ４０の下部着座部４２にセルフシール構造４３を形成するので、ケージ弁１の遮断性能を向上させることができる。また、小さい力で遮断することができる。さらに、セルフシール構造３４，４３は、ケージ３０の内周壁面および弁プラグ４０の外周壁面を加工して形成されるので、ケージ弁の部品点数を増やすことなく安価に実現することができる。

なお、本実施の形態では、上部弁座３２および下部着座部４２の両方にセルフシール構造を設ける場合を例に説明したが、上部弁座３２および下部着座部４２のうちの一方のみにセルフシール構造を設けるようにしてもよい。例えば、図２に示すように、下部着座部４２のみにセルフシール構造４３を形成するようにしてもよい。このようにしても、ケージ弁１の遮断性能を向上させることができる。なお、この場合には、上部着座部４１の上方にシールリング５０を設けるようにしてもよい。これにより、ケージ弁４０の上方への液体の流入を防ぐことができる。

また、本実施の形態では、流路１２の側から流体が流入する場合を例に説明したが、逆に、流路１３の側から流体が流入するようにしてもよい。
例えば図３に示すように矢印ｂの側から流体が流入する場合、下部弁座３３におよび上部着座部４１にセルフシール構造３６，４４を設けるようにすればよい。

具体的には、セルフシール構造３６は、ケージ３０の内周壁の下端部に形成され、ケージ３０の軸線と同心の第１の環状溝３６ａと、この第１の環状溝３６ａよりも下方に形成され、ケージ３０の軸線と同心の第２の環状溝３６ｂと、第１の環状溝３６ａと第２の環状溝３６ｂとの間に形成され、流体の圧力を受けて変形する第１の環状薄肉部３６ｃとから構成されている。この第１の環状薄肉部３６ｃは、セルフシールとして機能するものであり、その端部に、下部弁座３３が形成されている。ここで、第１の環状溝３６ａと第２の環状溝３６ｂは、ケージ３０の周方向に沿って互い平行に形成されている。また、第１の環状溝３６ａおよび第２の環状溝３６ｂの底部（根元）と第１の薄肉部３６ｃの境界に位置する接続部３６ｄは、Ｒ形状（断面略円弧状）に面取りされている。

同様に、セルフシール構造４４は、弁プラグ４０の外周壁の中央部に形成され、弁プラグ４０の軸線と同心の第３の環状溝４４ａと、この第３の環状溝４４ａよりも下方に形成され、弁プラグ４０の軸線と同心の第４の環状溝４４ｂと、第３の環状溝４４ａと第４の環状溝４４ｂとの間に形成され、流体の圧力を受けて変形する第２の環状薄肉部４４ｃとから構成されている。この第２の環状薄肉部４４ｃは、セルフシールとして機能するものであり、その端部に上部着座部４１が形成されている。ここで、第３の環状溝４４ａと第４の環状溝４４ｂは、弁プラグ４０の周方向に沿って互いに平行に形成されている。また、第３の環状溝４４ａおよび第４の環状溝４４ｂの底部（根元）と第２の薄肉部４４ｃとの境界に位置する接続部４４ｄは、Ｒ形状（断面略円弧状）に面取りされている。

このようなセルフシール構造３６，４４を設けることにより、ケージ弁１の遮断性能を向上させることができる。また、小さい力で遮断することができる。さらに、セルフシール構造３６，４４は、ケージ３０の内周壁面および弁プラグ４０の外周壁面を加工して形成されるので、ケージ弁の部品点数を増やすことなく安価に実現できる。

また、図３においては、下部弁座３３におよび上部着座部４１の両方にセルフシール構造を設けているが、下部弁座３３におよび上部着座部４１のうちの一方のみにセルフシール構造を設けるようにしてもよい。例えば、図４に示すように、下部弁座３３のみにセルフシール構造３６を形成するようにしてもよい。このようにしても、ケージ弁１の遮断性能を向上させることができる。なお、この場合には、上部着座部４１の上方にシールリング５０を設けるようにしてもよい。これにより、ケージ弁４０の上方への液体の流入を防ぐことができる。

また、本実施の形態において、環状薄肉部の下流側に環状溝を設ける場合を例に説明したが、その下流側の環状溝は設けないようにしてもよい

また、本実施の形態において、ケージ３０および弁プラグ４０は、円筒状に形成される場合を例に説明したが、筒状であるならばその形状は円筒に限定されず、適宜自由に設定できることは言うまでもない。

本発明は、ケージ弁に適用することができる。

１…ケージ弁、１０…弁本体、２０…上蓋、２１…弁軸、３０…ケージ、３１…窓、３２…上部弁座、３３…下部弁座、３４…セルフシール構造、３４ａ，３６ａ…第１の環状溝、３４ｂ，３６ｂ…第２の環状溝、３４ｃ，３６ｃ…第１の薄肉部、３４ｄ，３６ｄ…接続部、３６…セルフシール構造、３６ａ…接続部、４０…弁プラグ、４０ａ…バランス孔、４１…上部着座部、４２…下部着座部、４３…セルフシール構造、４３ａ，４４ａ…第３の環状溝、４３ｂ，４４ｂ…第４の環状溝、４３ｃ，４４ｃ…第２の薄肉部、４３ｄ，４４ｄ…接続部、４４…セルフシール構造、５０…シールリング。

Claims

流体の流入路および流出路を有する本体と、
この本体の内部に固定され、前記流入路および前記流出路の少なくとも一方と連通する窓を有する筒状のケージと、
このケージ内を前記ケージの軸線に沿って摺動し、前記窓を開閉する弁プラグと、
前記弁プラグに設けられ、前記弁プラグが前記窓を全閉する位置にあるときに流体の圧力を受けて前記ケージと前記弁プラグとの間の密閉性を向上させるセルフシール構造とを備え、
前記弁プラグは、有天筒状に形成され、天部側の外周壁に設けられた第１の着座部と、底部側の外周壁に設けられた第２の着座部とを有し、
前記ケージは、前記窓よりも前記第１の着座部側の内周壁に形成され、この第１の着座部に着脱可能に当接する第１の弁座と、前記窓よりも前記第２の着座部側の内周壁に形成され、この第２の着座部に着脱可能に当接する第２の弁座とを有し、
前記セルフシール構造は、前記弁プラグの外周壁面を加工して前記弁プラグの前記第１の着座部および前記第２の着座部の少なくとも一方に形成された第１の環状溝および第２の環状溝と、前記第１の環状溝および前記第２の環状溝との間に形成され流体の圧力を受けて変形する環状薄肉部とから構成され、
前記環状薄肉部の周縁部は、前記ケージの軸線に垂直な方向から見たときに前記環状薄肉部の径方向に対して斜めに形成され、前記弁プラグが前記窓を全閉する位置にあるときに前記環状薄肉部の周縁が前記第１の弁座または前記第２の弁座と対向していることを特徴とするケージ弁。
請求項１記載のケージ弁において、
前記第１の環状溝および前記第２の環状溝の底部の前記環状薄肉部との境界がＲ形状に面取りされている
ことを特徴とするケージ弁。