JP6193767B2

JP6193767B2 - バタフライ弁

Info

Publication number: JP6193767B2
Application number: JP2014001260A
Authority: JP
Inventors: 英三堀口
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: JP2015129551A

Description

本発明は、バタフライ弁に関し、詳しくは、弁箱内を横切るように配置した弁体を弁棒で回動させることによって流量調整を行うバタフライ弁に関する。

バタフライ弁は、流路の一部となる円筒状の弁箱と、該弁箱の軸線に直交する方向に配置された弁棒と、該弁棒を回動中心として回動する円盤状の弁体とを備えており、閉弁時には、弁体が弁箱内を横切る状態となる。従来のバタフライ弁における弁体は、いわゆるレンズ型弁体あるいは複数の補強リブを有する平板型弁体が多く用いられており、弁体におけるオリフィス側の下流部分やノズル側の上流部分などにキャビテーション抑制用の部材を設けたり、加工を施したりしていた（例えば、特許文献１，２参照。）。

特開昭５７−１５７８６６号公報実開平４−１３８７２号公報

したがって、従来のバタフライ弁は、弁体の構造上、上流側と下流側とが決まってしまうので、管路網などの連絡管や、親子バタフライ弁などの管路充水用として用いる場合、流体の流れ方向によって性能が大きく異なり、弁の設置方向に制約を受けることが多い。

そこで本発明は、流体の流れ方向に影響されずに、減圧制御、流量制御を行うことができ、耐キャビテーション性にも優れたバタフライ弁を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のバタフライ弁における第１の構成は、流路の一部となる円筒状の弁箱と、該弁箱の軸線に直交する方向に配置された弁棒と、該弁棒を回動中心として前記弁箱内で流路を遮断する全閉状態から流路に平行な全開状態まで回動可能に設けられた円盤状の弁体とを備えたバタフライ弁において、前記弁体は、前記弁棒の外径寸法より小さな厚さ寸法の平板状に形成された弁体本体部と、該弁体本体部の中央部直径方向に設けられた弁棒挿通用筒状部とを備え、前記弁棒挿通用筒状部の外面から前記弁体本体部の外面に至る弁体外面を双曲面で形成するとともに、前記弁体本体部の外周部に沿う位置に、弁体閉じ方向に向かって突出した閉じ側整流部と、弁体開き方向に向かって突出した開き側整流部とを設け、前記閉じ側整流部及び前記開き側整流部は、複数の突起部をあらかじめ設定された間隔で突出させた櫛歯状に形成されていることを特徴としている。

さらに、前記閉じ側整流部の突起部の突出高さが前記開き側整流部の突起部の突出高さより高く形成されていることを特徴としている。

また、本発明のバタフライ弁における第２の構成は、流路の一部となる円筒状の弁箱と、該弁箱の軸線に直交する方向に配置された弁棒と、該弁棒を回動中心として前記弁箱内で流路を遮断する全閉状態から流路に平行な全開状態まで回動可能に設けられた円盤状の弁体とを備えたバタフライ弁において、前記弁体は、前記弁棒の外径寸法より小さな厚さ寸法の平板状に形成された弁体本体部と、該弁体本体部の中央部直径方向に設けられた弁棒挿通用筒状部とを備え、前記弁棒挿通用筒状部の外面から前記弁体本体部の外面に至る弁体外面を双曲面で形成するとともに、前記弁体本体部の外周部に沿う位置に、複数の突起部をあらかじめ設定された間隔で弁体閉じ方向に向かって突出させた櫛歯状の閉じ側整流部を設けたことを特徴としている。

本発明のバタフライ弁によれば、弁体外面の要部を双曲面で形成しているので、弁体の半月部の図心に最大主応力を集中させることができ、弁体の応力分布を均一化することができる。これにより、弁体の薄肉化が図れ、軽量化及び製造コストの削減を図ることができる。さらに、弁体本体部の外周部に開き側整流部や閉じ側整流部を設けたことにより、流体の流れを円滑にノズル側とオリフィス側とに分散させることができる。また、オリフィス側の弁体下流側面に設けた閉じ側整流部による整流効果によって流れを分散させることにより、弁体下流側の負圧の発生を抑制することができるとともに、閉じ側整流部を通過した流体に発生する渦と弁体外面の双曲面とによって、流路に対する流体の渦を弁体に沿って回転力を発生させることにより、弁体下流側の負圧の発生をより確実に抑制できるとともに、キャビテーションの成長も確実に抑えることができる。

本発明のバタフライ弁の第１形態例を示す正面図である。同じく弁体の斜視図である。同じく全閉状態としたバタフライ弁の断面平面図である。同じく半開状態としたバタフライ弁の断面平面図である。本発明のバタフライ弁の第２形態例を示す弁体の斜視図である。同じく弁体の正面図である。図６のVII−VII断面図である。

図１乃至図４は、本発明のバタフライ弁の第１形態例を示すものである。本形態例に示すバタフライ弁は、流路の一部となる円筒状の弁箱１１と、該弁箱１１の軸線に直交する方向に配置された弁棒１２と、該弁棒１２を回動中心として回動する円盤状の弁体１３とを備えており、弁棒１２の下端は、弁箱１１の下部を回動可能に貫通して止着部材１４によって保持されており、弁棒１２の上端は、弁箱１１の上部を回動可能に貫通して上方に延出し、開閉器１５に連結されている。また、弁箱１１の両端外周には、前後の配管に接続するためのフランジ１６がそれぞれ設けられており、弁箱１１の内周には、円筒状のメタルシート１７が装着されている。

前記弁体１３は、前記弁棒１２の外径寸法より小さな厚さ寸法の平板状に形成された弁体本体部２１と、該弁体本体部２１の中央部直径方向に設けられた弁棒挿通用筒状部２２とを備えており、弁棒挿通用筒状部２２の上下両端部には、弁棒挿通用筒状部２２の内部に挿通した弁棒１２と弁体１３とを固定するためのリーマボルトを取り付けるリーマボルト取付部２３が設けられている。弁棒挿通用筒状部２２の外面は、弁体本体部２１の外面より突出した状態となっており、リーマボルト取付部２３の近傍を除く弁棒挿通用筒状部２２の突出した外面部分から弁体本体部２１の平面状の外面に至る弁体外面は、弁棒１２に直交する断面において、外面側が凹となる双曲面２４で形成され、双曲面２４の両端は、接線方向に滑らかに繋がるように、弁棒挿通用筒状部２２の外面及び弁体本体部２１の平面部外面に連続している。

この弁体１３は、図３に示す全閉状態から弁棒１２を図３において時計回りに回動させることにより、図３及び図４に矢印Ｏで示す方向に回動して開弁状態となり、図４に示す半開状態で弁棒１２を図４において反時計回りに回動させることにより、図４に矢印Ｃで示す閉弁方向に回動する。

弁体１３における弁体本体部２１の外周部に沿う位置には、弁体閉じ方向（矢印Ｃ方向）に向かって突出した閉じ側整流部３１と、弁体開き方向（矢印Ｏ方向）に向かって突出した開き側整流部３２とが設けられている。

閉じ側整流部３１及び開き側整流部３２は、共に複数の突起部３３，３４をあらかじめ設定された間隔でそれぞれ突出させ、各突起部３３，３４同士の間にスリット状流路３５，３６をそれぞれ形成した櫛歯状に形成されており、開き側整流部３２の突起部３４の高さは、閉じ側整流部３１の突起部３３の高さより低く形成されている。また、両突起部３３，３４は、弁棒挿通用筒状部２２に近い部分の高さに比べて中央部が高く形成され、閉じ側整流部３１の突起部３３の外周面は、小開度の際に弁箱１１の内周面に沿う状態の球面に近い形状に形成されている。

弁体１３が全閉状態から半開状態になるまでの小開度の状態でバタフライ弁を通過する流体は、上流側（一次側）に突出した状態になるオリフィス側では、弁体下流側（二次側）に生じる低圧部に向かって流れる流体が、弁体下流側面に突出した閉じ側整流部３１の各スリット状流路３５によって整流されて弁体下流側面側に分散するため、弁体下流側の負圧の発生を抑制することができるとともに、閉じ側整流部３１を通過した流体に発生する渦と弁体外面の双曲面２４とによって流路に対する流体の回転渦を発生させることにより、弁体下流側の負圧の発生をより確実に抑制できるとともに、キャビテーションの成長も確実に抑えることができる。

また、オリフィス側で弁体上流側面に突出した状態となる開き側整流部３２のスリット状流路３６を通る流体は、突起部３４の後部に微細な渦を形成した状態で弁体上流側面の双曲面２４に沿って流れることになり、流体は、微細な渦による流れ抵抗の抑制と相俟ってノズル側に向かって円滑に流れていく。

弁体上流側面に突出した状態になるノズル部の上流側に位置する閉じ側整流部３１では、上流側から流れてきた流体と弁体上流側面に沿って流れてきた流体とが合流し、各スリット状流路３５を通って弁体１３の周縁と弁箱１１の内周面との間に放射状にガイドされた状態で下流側に向かって円滑に流れる。さらに、弁体１３の周縁を通過した流体は、オリフィス側から弁体下流側面側に流れ込んだ流体を吸い込む状態になるが、弁体下流側面の双曲面２４に沿って流れてくる流体を、下流側に突出した状態となっている開き側整流部３２のスリット状流路３６を通して吸い込む状態になるため、流体の流れに大きな乱れが発生することを抑えることができる。

このように、各整流部３１，３２による整流効果及び双曲面２４の効果により、バタフライ弁１１を通過する流体にキャビテーションが成長することを効果的に抑制することができる。また、弁体１３の外面に双曲面２４を形成することにより、弁体１３の半月部の図心の部分に最大主応力を集中させて応力分布を均一にすることができるので、弁体１３の薄肉化による軽量化を図ることができる。さらに、各整流部３１，３２を含めて弁体１３が対称形であることから、流体の流れ方向によって制御性能が影響されることもなく、弁の設置方向に制約を受けることがなくなる。

図５乃至図７は、本発明のバタフライ弁の第２形態例を示すものである。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示したバタフライ弁の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、弁箱については、前記一形態例に示した弁箱と同一に形成することができるので、図示及び詳細な説明は省略する。

本形態例に示すバタフライ弁における弁体５１は、外周部に沿う位置に、弁体閉じ方向（矢印Ｃ方向）に向かって突出した閉じ側整流部５２のみを設け、弁体開き方向（矢印Ｏ方向）は、双曲面２４の先端の平面状のままとしている。

閉じ側整流部５２は、複数の突起部５３をあらかじめ設定された間隔で突出させ、各突起部５３同士の間にスリット状流路５４をそれぞれ形成した櫛歯状に形成されており、突起部５３の高さは、弁棒挿通用筒状部２２に近い部分の高さに比べて中央部が高く形成され、突起部５３の外周面は、球面に近い形状に形成されている。

小開度の状態での流体の流れは、オリフィス側では、弁体下流側に生じる低圧部に向かって流れる流体が、弁体下流側面に突出した閉じ側整流部５２の各スリット状流路５４によって整流されるため、弁体下流側での流れを大きく乱すことがなくなる。

また、弁体上流側面の流れは、双曲面２４に沿ってノズル部に向かって円滑に流れる。一方のノズル部上流側に突出した閉じ側整流部５２では、各スリット状流路５４を通って放射状にガイドされた状態で円滑に弁体５１を通過し、弁体下流側面に沿って流れてきた流体を吸込みながら流れていく。

したがって、本形態例においても、閉じ側整流部５２による整流効果と、弁体本体部５１の双曲面２４の効果とによってキャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。

なお、両形態例にそれぞれ示した弁体は、バタフライ弁が設置される流体管路の状態、すなわち、バタフライ弁の口径、流体圧力、流体の流量調整範囲などの各種条件に応じて適宜使い分けることができる。また、各整流部の形状は、前記各種条件に応じて突起部の高さやスリット状流路の設置数や幅寸法、流れ方向を適宜設定することにより、キャビテーションの成長を効果的に抑制できるとともに、コストの削減を図ることができる。

１１…弁箱、１２…弁棒、１３…弁体、１４…止着部材、１５…開閉器、１６…フランジ、１７…メタルシート、２１…弁体本体部、２２…弁棒挿通用筒状部、２３…リーマボルト取付部、２４…双曲面、３１…閉じ側整流部、３２…開き側整流部、３３，３４…突起部、３５，３６…スリット状流路、５１…弁体、５２…閉じ側整流部、５３…突起部、５４…スリット状流路

Claims

流路の一部となる円筒状の弁箱と、該弁箱の軸線に直交する方向に配置された弁棒と、該弁棒を回動中心として前記弁箱内で流路を遮断する全閉状態から流路に平行な全開状態まで回動可能に設けられた円盤状の弁体とを備えたバタフライ弁において、前記弁体は、前記弁棒の外径寸法より小さな厚さ寸法の平板状に形成された弁体本体部と、該弁体本体部の中央部直径方向に設けられた弁棒挿通用筒状部とを備え、前記弁棒挿通用筒状部の外面から前記弁体本体部の外面に至る弁体外面を双曲面で形成するとともに、前記弁体本体部の外周部に沿う位置に、弁体閉じ方向に向かって突出した閉じ側整流部と、弁体開き方向に向かって突出した開き側整流部とを設け、前記閉じ側整流部及び前記開き側整流部は、複数の突起部をあらかじめ設定された間隔で突出させた櫛歯状に形成されていることを特徴とするバタフライ弁。
前記閉じ側整流部の突起部の突出高さは、前記開き側整流部の突起部の突出高さより高く形成されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライ弁。
流路の一部となる円筒状の弁箱と、該弁箱の軸線に直交する方向に配置された弁棒と、該弁棒を回動中心として前記弁箱内で流路を遮断する全閉状態から流路に平行な全開状態まで回動可能に設けられた円盤状の弁体とを備えたバタフライ弁において、前記弁体は、前記弁棒の外径寸法より小さな厚さ寸法の平板状に形成された弁体本体部と、該弁体本体部の中央部直径方向に設けられた弁棒挿通用筒状部とを備え、前記弁棒挿通用筒状部の外面から前記弁体本体部の外面に至る弁体外面を双曲面で形成するとともに、前記弁体本体部の外周部に沿う位置に、複数の突起部をあらかじめ設定された間隔で弁体閉じ方向に向かって突出させた櫛歯状の閉じ側整流部を設けたことを特徴とするバタフライ弁。