JP7120784B2 - スリーブ弁 - Google Patents

Description

この発明は、上下水道、工業用水、農業用水、水力発電用水等の配管の途中又は末端に取り付け、スリーブ弁体によって流量制御又は圧力制御を行うインラインスリーブ弁に関する。

この種のスリーブ弁には、多孔を設けたスリーブの外周のゲートが軸方向に駆動（移動）して流量を調整する構成のものや、スリーブ自体が駆動して流量を調整する構成のものがある（特許文献１、２）。

後者のスリーブ自体が駆動するスリーブ弁として、例えば、図７～図９に示す、円筒状弁箱１１の一端に流入配管１、他端に流出配管２がそれぞれ接続され、その弁箱１１内に、流入配管１側が閉塞されたシリンダ１２を同一軸に設け、そのシリンダ１２内に周壁一部が多孔（複数の弁孔）１３ｃを有するスリーブ弁体１３を同一軸上に移動可能に設けたものがある（特許文献１第１図等参照）。

このスリーブ弁１０’は、弁箱１１内に水ｗの流通方向に直交して弁軸１５が挿入されており、この弁軸１５は図示しないハンドルや駆動機によって回転される。
上記スリーブ弁体１３は円筒状であって、前側がシリンダ１２に嵌って摺動するガイド部１３ａと後側がその外周部に多数の弁孔１３ｃが螺旋状に配列された多孔部１３ｂとなっている。そのガイド部１３ａは多孔部１３ｂより大径となってその境が下り勾配の段差となっており、その下り勾配の段差がスリーブ弁体１３の弁座１４ａとなる。この弁座１４ａは、図９に示すように、スリーブ弁体１３の移動により同一傾斜面の弁箱側弁座１４ｂに当接することによって、このスリーブ弁１０’を閉弁する。

上記弁軸１５にはその径方向（軸周り）のクランク１７ａが固着され、そのクランク１７ａの先端にコンロッド１７ｂが回転自在に連結されてリンク機構１７を構成している。コンロッド１７ｂの先端はスリーブ弁体１３のボス１８に回転自在に連結されている。このため、弁軸１５が回転すると、リンク機構１７を介してスリーブ弁体１３は流通方向前後（図７の左右）に移動する。
その移動に伴い、上記スリーブ弁体１３の各弁孔１３ｃがスリーブ弁体１３の軸方向移動で順々に開閉され、両弁座１４ａ、１４ｂが当接していない開弁時（図７、図８の状態）、流入配管１からの水ｗが、弁箱１１内周面とシリンダ１２の外周面との間隙１６からその弁孔１３ｃを通ってスリーブ弁体１３内に流れ込んで流出配管２に流通する。
このとき、弁軸１５の回転でもってスリーブ弁体１３の軸方向の位置を調整して前記間隙１６の臨む弁孔１３ｃの数を調整することによって流量制御又は圧力制御を行う。

ところで、近年、各種の設備全体の省スペース化、小型化の需要が見られる。このため、インラインスリーブ弁１０’の小型化も求められている。
また、近年のライフサイクルコストを重視する風潮から弁の長期安定運用、メンテナンス利便性が以前にもまして求められている。
さらに、このスリーブ弁１０’において、弁内を通過する流体中には、砂、石、木片等の異物（不純物）が含まれている場合が多い。この異物は、スリーブの孔（弁孔１３ｃ）を詰まらせ、スリーブ弁１０’の安定的な運用ができなくなる場合がある。
その異物の洗浄機構としては多くの研究がなされており、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。

特開昭５８－５０３６６号公報 特開２０００－９７３５４号公報

上記図７～図９に示すスリーブ弁１０’は、弁箱１１内に弁軸１５を通したり、シリンダ１２を弁箱１１に支持するためのリブ１９を有したりし、その弁軸１５やリブ１９は流体ｗの流路中に位置することとなる。この流路中に弁軸１５等が位置することは、流体ｗに乱流を生じさせ、流体ｗの定常性を阻害することとなる。
スリーブ弁１０’は、通常、激しい流体条件下に使用され、上記のように、流量制御や圧力制御を行うが、前記乱流が生じると、弁振動や弁内部の摩耗が発生し、上記近年のライフサイクルコストを重視する風潮から弁の長期安定運用、メンテナンス利便性が得られないこととなる。

従来、上記乱流は、下流側に一定以上の整流空間Ｓ（図７～図９参照）を設けることで緩和しているが、その乱流を緩和する整流空間Ｓは弁箱１１の軸方向を長くすることとなり、上記小型化に反することとなる。
また、図７～図９に示すスリーブ弁１０’においては、弁内部（シリンダ１２内）にスリーブ弁体１３を内包する空間Ｓ’が存在し（図８参照）、長期的に見た場合、図８、図９に示すように、その空間Ｓ’に異物ｂが堆積し、スリーブ弁体１３の駆動（移動）を阻害する可能性がある。
さらに、この種のスリーブ弁１０’は、大口径の物が多く、一度、配管されると、分解清掃が困難であり、メンテナンスに膨大な時間と費用がかかる。このため、その堆積箇所から弁箱１１外にドレイン管を設けることが考えられるが、そのドレイン管も、上記リブ１９と同様に、弁箱１１内の流体流路中に位置することとなるため、上記乱流を生じさせる一因となる。

この発明は、以上の実情の下、乱流が生じることを極力少なくし、かつメンテナンス性の良い、小型化し得るスリーブ弁を提供することを課題とする。

この発明は、上記課題を達成するために、まず、第１に、弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材を、弁箱の軸心周りに等間隔位置又は一定の周期性を持った間隔位置としたのである。その一定の周期性とは、弁箱の軸心に直交する線（図６（ｂ）の上下方向の線ａに特定されない）に対称に位置する場合を言う。このため、等間隔位置も一定の周期性をもった配置となる場合がある。
このようにすれば、流体は等間隔又は一定の周期性を持った間隔に位置する部材にその流通を遮られて乱流が生じるが、その乱流は等間隔又は一定の周期性を持った間隔位置に生じて相殺され、弁箱内部の乱流による定常流の乱れを最小限にとどめることが可能となる。

つぎに、第２に、弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材を流通方向に向かって断面流線形としたのである。
ここで、流線形とは、流体の相対的流れに対し、渦や乱流を生じないあるいは少ない物体の形状であり、（少なくとも）特定の方向からの層流の定常流の中で、流線が変化しない、一般に抗力が小さい形状を言い、流れの方向に対する断面積の変化が小さく、流れを乱す原因となる余計な凹凸が無いものをいう。
このため、弁箱内を通る流体が断面流線形の部材に当たっても、乱流が生じにくく定常流となる。

上記第１の手段の具体的な構成としては、筒状弁箱の一端に流入配管、他端に流出配管がそれぞれ接続され、その弁箱内に、流入配管側が閉塞されたシリンダを同一軸に設け、そのシリンダ内にスリーブ弁体を下流側同一軸上に移動可能に設けたインライン型スリーブ弁であって、弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材を、弁箱の軸心周りに等間隔位置又は一定の周期性を持った間隔位置とした構成を採用することができる。
上記第２の手段の具体的な構成としては、筒状弁箱の一端に流入配管、他端に流出配管がそれぞれ接続され、その弁箱内に、流入配管側が閉塞されたシリンダを同一軸に設け、そのシリンダ内にスリーブ弁体を下流側同一軸上に移動可能に設けたインライン型スリーブ弁であって、弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材を、流通方向に向かって断面流線形とした構成を採用することができる。

上記弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材としては、上記シリンダを弁箱に支持するリブ、前記シリンダ内から弁箱外に通じるドレイン管、弁箱に横方向から挿入された弁軸等が考えられ、それらの何れか１つ以上を、周囲等間隔位置又は周囲一定の周期性を持った間隔位置としたり、断面流線形としたりすることができる。このとき、弁箱内に流体の流通方向に直交して挿入された弁軸と、リブを弁箱の内面周囲等間隔位置又は周囲一定の周期性を持った間隔位置に設け、ドレイン管を前記リブの１つを兼ねる物とすれば、弁箱内の流体が流通する部分に位置する部材である、弁箱軸心回りに位置するものがリブのみとなり、そのリブが弁箱の軸心周りに等間隔位置又は一定の周期性を持った間隔位置となって、乱流がより生じにくくなる。

この発明は、以上のように構成し、乱流を生じ難くしたので、メンテナンス性の良い、小型化されたスリーブ弁を得ることができる。

この発明に係るスリーブ弁の一実施形態の開弁時の切断正面図 同閉弁時の切断正面図 （a）は図１のＡ－Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ断面図、（ｃ）は同ｃ－ｃ断面図、（ｄ）は同ｄ－ｄ断面図、（ｅ）は同ｅ－ｅ断面図 図１のＢ－Ｂ線断面図 同他の実施形態の概略切断正面図 同実施形態におけるリブ配置の各例を示す概略切断側面図 従来のスリーブ弁の一例の切断平面図 同従来例の作用説明図 同従来例の作用説明図

この発明に係わるスリーブ弁の一実施形態を図１～図４に示し、この実施形態のインライン型スリーブ弁１０は、河川からの取水管の水平又は垂直な配管部等に取り付けられるものである。
このスリーブ弁１０は、図１、図２に示すように、従来と同様に、円筒状弁箱１１の一端に流入配管１、他端に流出配管２がそれぞれ接続され、その弁箱１１内に、流入配管１側が閉塞されたシリンダ１２を同一軸ｃに設け、そのシリンダ１２内に周壁一部が多孔（複数の弁孔）１３ｃのスリーブ弁体１３を同一軸上に移動可能に設けている。なお、切断平面は、図７とほぼ同一となる。

弁箱１１とシリンダ１２は鋳造品や両者を溶接した等の一体物であり、そのシリンダ１２の先端（流入配管１側）は流線形に形成されて水の抵抗を減らしている。弁箱１１内に水ｗの流通方向に直交して弁軸１５が挿入されており、この弁軸１５は図示しないハンドルや駆動機によって回転される。

上記スリーブ弁体１３は円筒状であって、前側がシリンダ１２に嵌って摺動するガイド部１３ａと後側がその外周部に多数の弁孔１３ｃが螺旋状に配列された多孔部１３ｂとなっている。そのガイド部１３ａは多孔部１３ｂより大径となってその境が下り勾配の段差となっており、その下り勾配の段差がスリーブ弁体１３の弁座１４ａとなる。この弁座１４ａは、図１のシリンダ１２の先端縁に位置して開弁している状態から図２に示すように、スリーブ弁体１３の移動により同一傾斜面の弁箱側弁座１４ｂに当接することによって、このスリーブ弁１０を閉弁する。
上記弁孔１３ｃはスリーブ弁体１３の軸心に向かって縮径する円錐台状をしており、この円錐台状であることによって、円筒状孔（ストレート孔）に比べてキャビテーション抑制効果が高い。

上記弁軸１５にはその径方向（軸周り）のクランク１７ａが固着され、そのクランク１７ａの先端にコンロッド１７ｂが回転自在に連結されてリンク機構１７を構成している。コンロッド１７ｂの先端はスリーブ弁体１３のボス１８に回転自在に連結されている。このため、弁軸１５が回転すると、リンク機構１７を介してスリーブ弁体１３は流通方向前後（図１の左右）に移動する。
その移動に伴い、上記スリーブ弁体１３の各弁孔１３ｃがスリーブ弁体１３の軸方向移動で順々に開閉され、図１の両弁座１４ａ、１４ｂが当接していない開弁時、流入配管１からの水ｗが、弁箱１１内周面とシリンダ１２の外周面との間隙１６からその弁孔１３ｃを通ってスリーブ弁体１３内に流れ込んで流出配管２に流通する。

以上の構成は従来と同様であり、この実施形態の第１の特徴は、弁軸１５の支持筒（軸受筒）１５ａとシリンダ１２を弁箱１１に支持するリブ１９を、流通方向（図１、図２において、左から右方向）に向かって同一形状・同一大きさの断面流線形とし（図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）参照）、リブ１９は、前記支持筒１５ａも兼ねて弁箱１１の軸心ｃに対し対称に上下左右に設けて等間隔とした点である。リブ１９は上下左右それぞれ２個（計４個）に限らず、周囲に３個以上と等間隔に任意である。但し、断面の形状及び大きさは同じとする。
第２の特徴は、下方のリブ１９にドレイン通路２１を設けた点、すなわち、リブ１９の１つをドレイン管兼用とした点である。このドレイン通路２１には図４に示す開閉弁３２を設けて、適宜にシリンダ１２内の異物（不純物）ｂを排出し得るようにする。

上記弁箱１１の弁箱弁座１４ｂの下流側（図１、図２において右側）のスリーブ弁体１３との摺動面にはその全周の溝３０が形成され、その溝３０の周囲に排出孔３１が設けられている（図４参照）。このため、前記溝３０に弁孔１３ｃが臨むと（図２参照）、スリーブ弁体１３内の水ｗがその弁孔１３ｃを通って溝３０に流入し、排出孔３１から外部に流出する。すなわち、逆洗によって弁孔１３ｃ内の異物の詰まりが開放される。
なお、排出孔３１に開閉弁３２を設けて、弁孔１３ｃの逆洗時のみ、その開閉弁３２を開放するようにすれば、流量制御中に弁孔１３ｃが溝３０に臨んでもその溝３０に流体が流入して外部に流出することを防止できる。

この実施形態のスリーブ弁１０は以上の構成であり、図１に示すように、弁軸１５を回転させてリンク機構１７を介してシリンダ１２と弁箱１１の間隙１６にスリーブ弁体１３の弁孔１３ｃを臨ませると、その弁孔１３ｃを通って、流入配管１からの水ｗがスリーブ弁体１３内に流入し、流出配管２に流通する。このとき、弁軸１５の回転でもってスリーブ弁体１３の軸方向の位置を調整して前記間隙１６の臨む弁孔１３ｃの数を調整することによって流量制御又は圧力制御を行う。

この作用において、多孔１３ｃに異物が詰まって、円滑な流通が得られなくなれば、図２に示すように、スリーブ弁体１３をさらに下流側に移動させて、その多孔１３ｃを溝３０に臨ませると、上記間隙１６を介してスリーブ弁体１３に入り込んだ流体ｗは、その弁孔１３ｃから溝３０側に流れて排出孔３１から弁箱外部に流出する。この流通・流出によって、各弁孔１３ｃは逆洗されて詰まりが解消される。この逆洗は、溝３０に近い弁孔１３ｃから順々に螺旋状に行われ、その逆洗水は、溝３０に臨んだ弁孔１３ｃの後側（図１において左側）の弁孔１３ｃを介してスリーブ弁体１３内に供給される。この逆洗時には上記開閉弁３２は開放する。

このとき、弁座１４ａ、１４ｂの当接位置（シール位置）より下流側に、溝３０が位置するため、閉弁したとき（弁座１４ａ、１４ｂが当接したとき（シールしたとき））、図２に示すように、全ての弁孔１３ｃが溝３０に臨み終わるため、多孔１３ｃの全ての逆洗が行われて詰まりが開放される。
多孔１３ｃの詰まりが解消されれば、図１に示すように、スリーブ弁体１３を上流側に移動させて通常の弁作用に移行する。

以上の作用において、流体ｗの流れは、リブ１９、弁軸１５の支持筒１５ａが等間隔及び流れ方向に向かって断面流線形となっているため、それらの部材１９、１５ａにその流通を遮られても、断面流線形であることから、乱流となりにくく、仮に、乱流が生じても、上下のリブ１９及び弁軸１５の支持筒（軸受筒）１５ａをなす左右のリブ１９が同一円周上等間隔に位置するため、その乱流は、等間隔に生じて相殺され、弁箱１１内部の乱流
による定常流の乱れを最小限にとどめることができる。
また、ドレイン通路２１からシリンダ１２の奥部（図１、図２において左奥部、図７、図９参照）に溜まった異物ｂを適宜に排出する。

上記実施形態は、上下のリブ１９及び弁軸１５の支持筒（軸受筒）１５ａをなす左右のリブ１９を同一円周上等間隔に位置させたが、等間隔に限らず、弁箱１１内周囲に一定の周期性を持った間隔位置に位置するものとすることができる。
例えば、図５に示す弁軸１５を偏心させたスリーブ弁１０において、弁箱１１にシリンダ１２を前後のリブ１９ａ、１９ｂで支持した場合、図６（ａ）に示すように、前側のリブ１９ａは周囲４等分位に設け、後側のリブ１９ｂは弁軸１５の支持筒１９ｃ部分（鎖線部分）を除いて（省略して）周囲に等間隔に設ける。
また、図６（ｂ）に示すように、前側のリブ１９ａは周囲４等分位に設け、後側のリブ１９ｂは上側左右対称に２つ、下側左右等間隔対称に２個づつ設け、弁軸１５の支持筒１９ｃを左右対称に設ける。
このように、リブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃを、弁箱１０の軸心ｃに直交する一の軸ａに対称の一定の周期性を持った間隔位置に設ければ、同様に、弁箱１１内で生じた乱流は、一定の周期性を持って生じて相殺され、弁箱１１内部の乱流による定常流の乱れを最小限にとどめることが可能である。このとき、各リブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃの周方向の各間隔は、例えば、弁軸１５より上側のリブ１９ａ、１９ｂは間隔α、同下側のリブ１９ａ、１９ｂは同β（≠α）と異ならせることもできる。
これらの場合のリブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、流通方向に向かって断面流線形とし得ることは言うまでもない。また、前後のリブ１９ａ、１９ｂは一方のみでも良く、その筒軸方向ｃの位置もシリンダ１２を支持できれば、何れでも良い。

さらに、上記実施形態は、スリーブ弁体１３をリンク機構１７によって移動させるスリーブ弁１０であったが、特許文献１に示される、ベベルギアによる物や、上記多孔を設けたスリーブの外周のゲートが軸方向に駆動（移動）して流量を調整する構成のもの等の各種態様のスリーブ弁に、この発明は採用し得ることは勿論である。さらに、スリーブ弁体１３は、図５、図６に示す弁孔１３ｃを有しないものとし得る。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 流入配管
２ 流出配管
１０，１０’ スリーブ弁
１１ 弁箱
１２ シリンダ
１３ スリーブ弁体
１３ａ スリーブ弁体のガイド部
１３ｂ 同多孔部
１３ｃ 弁孔（多孔）
１４ａ スリーブ弁体側弁座
１４ｂ 弁箱側弁座
１５ 弁軸
１５ａ 弁軸の支持筒（軸受筒）
１６ 間隙
１７ リンク機構
１７ａ クランク
１７ｂ コンロッド
１８ ボス
１９ リブ
２１ ドレイン通路（ドレイン管）
３０ 溝
３１ 排出孔
ｗ 水（流体）

Claims (1)

1. 筒状弁箱（１１）の一端に流入配管（１）、他端に流出配管（２）がそれぞれ接続され、その弁箱（１１）内に、流入配管（１）側が閉塞されたシリンダ（１２）を同一軸に設け、そのシリンダ（１２）内にスリーブ弁体（１３）を下流側同一軸上に移動可能に設け、
   上記スリーブ弁体（１３）はその周壁に多数の弁孔（１３ｃ）を有して、そのスリーブ弁体（１３）の上記同一軸上の移動により、前記弁孔（１３ｃ）が順々に開閉されて、上記流入配管（１）からの流体（ｗ）が、弁箱（１１）内周面とシリンダ（１２）の外周面との間隙（１６）から前記弁孔（１３ｃ）を通ってスリーブ弁体（１３）内に流れ込んで上記流出配管（２）に流通するインライン型スリーブ弁（１０）であって、
   上記弁箱（１１）内の流体（ｗ）が流通する部分に位置する部材が、上記シリンダ（１２）を弁箱（１１）に支持するリブ（１９）、前記シリンダ（１２）内から弁箱（１１）外に通じるドレイン管（２１）及び上記弁箱（１１）に横方向から挿入された弁軸支持筒（１５ａ）の何れか１つ以上であり、
   その弁箱（１１）内の流体（ｗ）が流通する部分に位置する上記部材を、弁箱（１１）の軸心周りに等間隔位置又は一定の周期性を持った間隔位置とするとともに、前記弁箱（１１）内の流体（ｗ）が流通する部分に位置する部材を、流通方向に向かって断面流線形として、前記弁箱（１１）内を流れる流体（ｗ）が乱流を生じ難くし、
   かつ、上記弁箱（１１）内に流体（ｗ）の流通方向に直交して弁軸（１５）が挿入されて、上記ドレイン管（２１）が前記リブ（１９）の１つを兼ねたインライン型スリーブ弁。

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