JPH0211786B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多段の中空室に区分された可変オリ
フイスを内蔵した絞り弁に関するものである。

従来の技術 従来の高差圧水用減圧弁は、一般に、弁に多段
固定オリフイスを付属して設置したものや、弁内
部に多段の弁座絞り部を設けた多段減圧構造など
が採られているが、前者の公知の多段固定オリフ
イス付属弁においては、オリフイス面積が一定で
あるので、低開度の小流量域においてはオリフイ
スの減圧機能が発揮されず、弁側減圧比が大幅に
増大することに基づき、弁絞り部におけるキヤビ
テーシヨンによるエロージヨンが発生するという
欠点がある。一方、後者の多段減圧構造弁におい
ては、絞り部の後部において発生した高速の噴流
や、加速された酸化スケールなどの異物が、直接
的に金属部に衝突するので、金属部がエロージヨ
ンを受けるという欠点がある。その上、不可避的
に配管側から送られて来る酸化スケールなどの異
物のかみ込みに基づく高差圧水の弁座漏れによる
エロージヨンも激しく発生するという欠点もあ
る。

そこで、これら従来公知の弁におけるようなエ
ロージヨンなどの発生のない絞り弁の出現が各方
面から強く望まれているところである。

今、ここで、この種の従来公知の高差圧用減圧
弁の１例として、後者の多段減圧構造弁の１例を
示すと、添付図面の第４図に示すとおりであり、
この図に基づいてこの弁の構造及び作用を説明す
ると、次ぎのようである。

図に示すように、弁箱１と、出口フランジ２と
の間に中空円筒状の弁座３が取り付けられてお
り、この弁座３は、ガスケツト４及び５を介して
弁箱１とフランジ２とに固定されると共に流体が
シールされるようにしてある。

また、弁箱１には、高圧側パイプに連通する開
口部６があり、一方、出口フランジ２には、低圧
側パイプに連通する開口部７があり、開口部６か
ら弁箱１内に流入した流体は、弁座３の内部を矢
印ｆによつて示す方向へ流れ、出口フランジ２の
開口部７の方へ流れて行く。

更に、中空円筒状の弁座３には、その内部に多
段ののど部８と、それらの間に形成された圧力を
回復させるための多数の空間９とが設けられてお
り、この弁座３の内部には、上部をブシユ１０に
より、また、下部を弁座３の下端部に形成された
弁体案内部１１によりしゆう動自在に案内されて
弁体１２が配置されている。

また、弁体１２には、弁座３の各のど部８と対
応する位置から、長手軸下方向に先細りテーパ状
の制御部１３が多段に設けられており、弁体１２
を矢印Ｘによつて示されるように上下方向に運動
させることにより、弁座３の各のど部８と、弁体
１２の制御部１３との間に形成される図に示す箇
所Ａの部分の通過面積を順次変化させ、これによ
り、流体の圧力や、流量を調整するようにする。

なお、図中、１４及び１５は、それぞれ弁体１
２及び弁座３のシール面を示すものである。

このようにして、この弁においては、弁座３の
各のど部８と、弁体１２の各制御部１３との間に
形成される各段のすきま部Ａは最小通過面積部と
なり、矢印Ｂにより示す流体の流れは、これらの
最小通過面積部Ａを通過した直後にかなりの高速
噴流となり、酸化スケールなどの異物が加速され
弁体１２の制御部１３に衝突した後、矢印Ｃによ
り示す方向に進む。

この場合、弁体１２の各制御部１３への高速噴
流や、加速された酸化スケールなどの異物の衝突
は、弁体１２の上下運動中において常に受けるも
のであり、この結果、弁体１２の制御部１３は、
エロージヨンを受けることが多く、更に、弁座３
の各段ののど部８の内径寸法と、弁体１２の制御
部１３の形状・寸法とが同一構造の弁において
は、弁体１２の上下運動中に、各段の最小通過面
積部Ａにおける減圧比が同一となるので、下流側
に行くに従い、流体温度に対する飽和蒸気圧力に
近付き、最下段の最小通過面積部Ａの附近におい
ては、フラツシングや、キヤビテーシヨンの発生
も加わり、エロージヨンは一層激しいものとな
り、振動や、騒音なども発生することとなる。

また、弁の締切り時に、酸化スケールなどの異
物を、弁体１２及び弁座３のシール面１４と、１
５との間にかみ込んだ場合には、シール面１４及
び１５だけに高差圧が加わり、高差圧水の弁座漏
れにより、弁体１２及び弁座３のシール面１４及
び１５は、短期間に激しくエロージヨンされるこ
ととなる。

このエロージヨンをできる限り防止するため
に、弁体１２及び弁座３のシール面１４及び１５
や、弁体１２の制御部１３にステライト盛り金な
どを施すことが普通に行われているが、この効果
は、必ずしも、完全とはいえないのが現状であ
る。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、従来公知のものにおける弁体及び弁
座のシール部や、絞り部の後部におけるエロージ
ヨンの発生を有効に防止することが可能である可
変オリフイスを内蔵した絞り弁を提供すること
を、その目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、この目的を達成するために、弁体を
多段の中空室に区分された可変オリフイスによつ
て形成し、対称的に設けたオリフイスからの高速
噴流を相互に衝突させ、その運動エネルギー損失
の繰返しにより減圧し、これによつて、高速噴流
の金属部への衝突を防ぎ、また、各開度に対し、
各段のオリフイス面積比が一定であり且つ下流側
に行くに従つて減圧比が小さくなるように構成
し、最下段オリフイス部におけるキヤビテーシヨ
ンをも防ぎ、更に、弁座シール部は、下流側にメ
タルシート及び閉塞状態となつている各段オリフ
イス部による多段減圧バツクアツプ機能を有する
ようにしたことを特徴とするものであり、これに
よつて、気密性の優れたソフトシート構造とする
ことができ、高差圧減圧の使用条件の下において
も、耐キヤビテーシヨン・耐エロージヨン性を発
揮し、全閉締切り時の異物のかみ込みに耐え得る
弁とすることができるものである。

実施例 以下、本発明をその１実施例を示す添付図面の
第１〜３図に基づいて詳細に説明する。

まず、第１図に示すように、弁箱２０には、ほ
ぼ直交するように、高圧側パイプに連通する開口
部２１と、低圧側パイプに連通する開口部２２と
が設けられており、これらの開口部２１と２２と
が交差する位置には、開口面積を十分広く取つて
いる弁室２３が設けられており、開口部２１から
矢印ｆによつて示す方向に流体が流れるようにな
つている。弁室２３には、各段のオリフイス部の
外周部へ流れを案内すると共に弁箱２０の内壁を
流れから保護するための中空円筒状の弁座２４が
はめ込まれており、また、この弁座２４の上端部
には、ソフトシート２５がはめ込み・固定されて
いるが、その弁座２４への組込み及び弁座２４か
らの取り外し作業を容易とさせるために、中空円
筒状のケージ２６が、その下端部において弁座２
４の上端部にねじ込まれ、両者は一体化の状態と
なつている。

この弁座２４と一体化の状態となつているケー
ジ２６は、弁急開及び急閉操作時の熱膨張及び収
縮により生ずる両者の間の押し付け面圧に変化の
生ずることをなくし、常に適正な面圧値を確保す
るために、ケージ２６の上端面に皿ばね２７を配
置されており、この皿ばね２７を、弁箱２０に内
装された中空円筒状のガイド２８の下端部によつ
て押圧するようにするが、このガイド２８は、弁
ぶた２９にジヨイントボルト３０により弁箱２０
へ固定されている。また、ケージ２６及びガイド
２８の内部には、対応する外径を有している弁体
３１がしゆう動可能に挿入されており、その上端
部には弁棒３２がその下端部においてねじ込まれ
ており、弁棒３２はセツトピン３３により弁体３
１に固定され、セツトピン３３の外表面は、抜け
止め溶接をされている。

また、弁体３１の下端部には、やや小径の中空
円筒部材３４が一体に形成されているが、この円
筒部材３４の内部には、多段に中空室３５ａ〜ｄ
が各隔室３６ａ〜ｃによつて区分されて形成され
ている他、この円筒部材３４の周壁には、各中空
室３５ａ〜ｄに連通するように、多段に小径の円
形孔３７があけられている。なお、この場合、各
段の円形孔３７は、弁体３１が、第１図に示すよ
うに、弁の開放状態にある時に、弁座２４の内部
に長手方向に間隔を置かれて形成された各環状の
弁体案内部材２４ａ〜ｄの上方部において、周壁
にあけられるようにすると共に各環状の弁体案内
部材２４ａ〜ｄの下部において、弁体３１の円筒
部材３４の周壁には、やや大きな連絡孔３８が円
筒部材３１の内部から、その外壁と、弁体２４の
内壁との間において、弁座２４の各環状の弁体案
内部材２４ａ〜ｄによつて境界される各環状空間
３９ａ〜ｃと連通するようにあけられている。な
お、弁体３１の円筒部材３４の内部は、各隔壁３
６ａ〜ｃによつて、その周壁にあけられた開口３
８と、円形孔３７との間を区画されていること
は、上記のとおりである。このようにして、弁棒
３２を矢印Ｘによつて示すように、上下方向に運
動させることにより、弁体３１も上下にしゆう動
し、同時に、弁体３１の下端部の円筒部材３４の
周壁に設けられた円形孔３７の通過面積を、弁座
２４の内面に形成された環状の弁体案内部材２４
ａ〜ｄの内周面により順次変化させ、流体の圧力
や、流量を絞り調整することができるようにして
ある。

なお、図中４０〜４３は、シール部材を示し、
また、バランス穴４４は、弁体３１の下端部の円
筒部材３４の中空室３５ａと、弁ぶた空間４５と
を連通することにより、弁操作力を軽減させるた
めに設けたものであるが、若しも、弁操作機（図
示していない）の能力が十分にある場合には、バ
ランス穴４５を設けなくても良く、これにより、
シール部材４２，４３も省略することができる。

次ぎに、第２図は、第１図に弁の開放状におい
て示してある本実施例を、弁の締切り状態におい
て、その要部を拡大して示すものであるが、弁締
切り附近においては、弁体３１の下端部の円筒部
材３４に設けられた円形孔３７は、最上部のもの
も、すべて、弁座２４の各段の弁体案内部材２４
ａ〜ｄにより閉塞された状態にあり、弁体３１の
下端部の円筒部材３４の外径と、弁座２４の各段
の弁座案内部材２４ａ〜ｄの内径には、はめ合い
程度の微小なすきましかないので、各段オリフイ
ス部による多段減圧効果が発揮され、ソフトシー
ト２５の部分の差圧を大幅に減少させた状態にお
いて弁体シール面５０によりソフトシート２５を
締切ることができる。

また、ソフトシート２５は、弁座２４の上端面
に設けられたメタルシート５１よりも若干突出し
た状態において設置されており、適性なシール面
圧以外の余分な弁閉力は、メタルシート５１によ
つて受け持つようにしておくことより、高差圧条
件の下における弁締切りにおいて、酸化スケール
などの異物のかみ込みに対しても、十分なシール
性と、耐久性とを与えることができるものとす
る。

若しも、万一、主気密部であるソフトシート２
５が損傷した場合においても、下流側に設置され
ているメタルシート５１と、各段オリフイス部に
よる多段減圧効果により、弁座漏れ量の増加や、
エロージヨンの進行を、最小限に抑えることがで
きるものである。

なお、酸化スケールなどの異物がなく、そのか
み込みを考えなくて良い場合には、ソフトシート
２５を取外し、メタルシート５１だけによつてシ
ールする構造とすることもできる。

更に、第３図は、第１図に示した実施例を、そ
の中間絞り状態において要部を拡大して示したも
のであるが、開口部２１に連通する弁箱２０内に
通路内における流れｆは、開口面積を十分広く取
つてある弁室２３を経てケージ２６により整流さ
れ、ケージ２６にあけられたケージ孔５２を通
り、ケージ２６の全周から均一に、ケージ２６と
弁体３１の下端部の円筒部材３４との間に形成さ
れた空間５３内に流れ込む。この場合、ケージ孔
５２は、弁体３１の下端部の円筒部材３４に多段
に設けられた円形孔３７に比べ、通過面積ははる
かに大きく、従つて、絞り効果は、ほとんどない
ものである。

このように、ほとんど減圧はされてないが、均
一に整流されて空間５３内に流入した流体は、弁
体３１の下端部の円筒部材３４の内部に多段に区
分された第一段目の中空室３５ａ内に流入する
が、円筒部材３４に設けられた円形孔３７は、弁
座２４の最上端部に突設された環状の第一段目の
弁体案内部材２４ａの内周面によつて円形孔３７
の通過面積を制限された状態にあり、同図に示す
箇所Ａの範囲内にある多段の円形孔３７だけが第
一段目の可変オリフイスの最小通過面積となり、
これらの円形孔３７の出口部の弁体３１の円筒部
材３４の内部の第一の号空室３５ａ内においては
高速噴流となる。

この高速噴流は、円筒部材３４の周壁に対称的
に設けられた多数の小径の円形孔３７によつて、
第一の中空室３５ａ内において高速噴流が相互に
衝突し、運動エネルギーを相殺し、減圧する。

このようにして減圧された流体は、第一の中空
室３５ａの下端部にある連絡孔３８から弁座２４
の内壁に形成された環状空間３９ａに導かれる。
こゝで、第一の中空室３５ａの内面積、連絡孔３
８の通過面積及び弁座２４の内壁と、弁体３１の
下端部の円筒部材３４の外壁との間に形成された
環状空間３９ａの環状面積は、いずれも、多段に
設けられた円形孔３７の通過面積に対し、はるか
に大きく、従つて、絞り効果は、ほとんどないも
のである。

このようにして、弁座２４の内壁に形成された
環状空間３９ａに導かれた流体は、弁体３１の下
端部の円筒部材３４の外周部から、その周壁の円
形孔３７を通り、第二段目の中空室３５ｂ内に流
入する。

この場合、第二段目の中空室３５ｂの中に流入
する流体の通過面積は、第二段目の弁体案内部材
２４ｂの上方内周面によつて制限され、同図に示
す箇所Ｂの範囲内にある多段の円形孔３７だけの
通過面積となる。

この箇所Ｂの部分において発生した高速噴流
も、第二の中空室３５ｂの内部において相互に衝
突し、運動エネルギーを相殺し、減圧すること
は、第一段目と同様である。

以下、第三段目及び第四段の中空室３５ｃ及び
３５ｂにおいても、第一段目及び第二段目の中空
室３５ａ及び３５ｂの場合と全く同様の方法で減
圧を繰返すことにより、すべての段において、金
属部へ高速噴流が衝突することなく、流体相互の
衝突により、高差圧減圧を行うことができる。

また、弁座３１の下端部の円筒部材３４に多段
に設けた円形孔３７の孔径、個数、通過面積など
は、自由に選択することが可能であり且つ従来公
知の多段減圧構造弁に較べ絞り部の後部において
発生する高速噴流や、酸化スケールなどの異物の
衝突がないことにより、絞り部一段当たりの減圧
比は、大幅に増加させることができる。

従つて、差圧の小さい絞り弁の場合には、多段
に区分された中空室の個数を減らすことができ、
その個数を減圧比に応じて自由に選択することが
可能であるが、差圧200Kg／cm²程度以上の高差圧
減圧の場合には、各開度の各段の円形孔３７の面
積比を同一とすると共に下段側に行くに従つて、
円形孔３７の通過面積を大きくし、これによつ
て、減圧比を順次小さくするように構成すること
により、各段、特に、最下段におけるキヤビテー
シヨンの発生を確実に防止することができる。一
般には、中空室を四段程度設けることが望まし
い。

このように、本発明によると、全開度域に対
し、絞り部の後部における局部的な高差圧が生ず
ることなく、高差圧流体を飽和温度近くまで減圧
した場合においても、キヤビテーシヨンを防止す
ることができる。

なお、本実施例において、シール面５０，５
１、各段の弁体案内部材２４ａ〜ｄ及び弁体３１
の下端部の円筒部材３４などの箇所に、表面硬化
肉盛（ステライト盛）又は硬化処理などを施すこ
とにより、耐エロージヨン性並びに耐久性が一層
増加させることのできることは、無論のことであ
る。

発明の効果 以上の説明から分かるように、本発明による
と、弁棒の上下運動中の全開度域において、絞り
部の後部において発生する高速噴流や、加速され
た酸化スケールなどの異物を、相互に衝突させ、
運動エネルギー損失の繰返しにより減圧し、ま
た、減圧比を順次小さくするように構成された多
段の中空室に区分された可変オリフイスや、弁座
シール部に気密性の優れたソフトシート構造とす
ることにより、金属部への高速噴流や酸化スケー
ルなどの異物の衝突を防ぎ、高差圧減圧の使用条
件の下においても、キヤビテーシヨンの発生する
ことがなく、しかも、全閉締切り時の異物のかみ
込みにも耐え得る絞り弁を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す断面図、第
２図は、その弁締切り状態において示した要部の
拡大図、第３図は、その中間絞り状態において示
した要部の拡大図、第４図は、従来公知の多段減
圧構造弁の１例を示す断面図である。 ２０……弁箱、２４……弁座、２４ａ〜ｄ……
弁座各段の弁体案内部材、２５……ソフトシー
ト、２６……ケージ、３１……弁体、３４……円
筒部材、３５ａ〜ｄ……多段の中空室、３７……
円形孔、５０……弁体シール面、５１……弁座シ
ール面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁箱と、これに取り付けられたほぼ中空円筒
   状の弁座と、弁座にその上端においてねじ込まれ
   一体化の状態となつているケージと、これらの弁
   座及びケージの内部を往復動自在な弁体とから成
   り立つており、弁体の下端部には内部に多段に中
   空室を区分されて形成された可変オリフイス部を
   設けられた円筒部材が一体に形成されており、弁
   体と一体の円筒部材は、弁座内壁にその長手方向
   に間隔を置いて設けられた多数の環状の弁体案内
   部材によつてしゆう動自在に支持され、各環状の
   弁体案内部材の間には、弁座内壁及び円筒部材外
   壁によつて境界されて多数の環状空間が区画され
   るようにし、弁体と一体の円筒部材の周壁には、
   その各中空室及び環状空間を連通するように多数
   の小径の円形孔及び少数の大径の連絡孔を設けた
   ことを特徴とする可変オリフイス内蔵絞り弁。 ２ ケージ及び弁体の下端部にこれと一体に形成
   された円筒部材の周壁に各中空室に連通するよう
   に設けられた円形孔が弁体の軸心に対して対称的
   に設けられ、円形孔の中空室内への出口部に発生
   する高速噴流や、加速された酸化スケールや、異
   物を相互に衝突させ、運動エネルギー損失の繰返
   しにより減圧させ、これによつて、金属部にエロ
   ージヨンが発生しないようにした特許請求の範囲
   第１項記載の絞り弁。 ３ 弁体下端部のそれと一体の円筒部材に設けら
   れた多数の円形孔と、弁座の各段の弁体案内部材
   とが、弁締切り附近において、各段部の円形孔が
   弁案内部材によつて閉塞されるような状態となる
   ように配置され、これによつて、多段減圧効果に
   より弁締切り時に弁体、弁座シール面の差圧を減
   少させるようにした特許請求の範囲第１項記載の
   絞り弁。 ４ 弁体と一体の円筒部材の周壁に、各中空室ご
   とに設けられた円形孔の面積比を、弁の各開度域
   において同一で且つ下段側に行くに従つて円形孔
   の通過面積を順次大きくした特許請求の範囲第１
   項記載の絞り弁。 ５ 弁体の一部に形成された弁体シール面と協同
   するように弁座の上端面に形成された弁座シール
   面を、ソフトシートとした特許請求の範囲第１又
   は第２項記載の絞り弁。 ６ 弁体シール面及び弁座シール面並びに弁座内
   面に形成された各段の弁体案内部材及び弁体下端
   のそれと一体の円筒部材の表面に硬化肉盛又は硬
   化処理を施した特許請求の範囲第５項記載の絞り
   弁。