JPH02118288A - バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、キャビテーションの発生を防止するバタフ
ライ弁に関する。

（従来の技術〕 周知のように、バタフライ弁は水道などの送水管等に接
続され、送水管等を全開したり流量調整を行うものであ
る。しかし、このようなバタフライ弁の絞り操作の途中
において、振動や騒音などのいわゆるキャビテーション
が発生することが知られている。このキャビテーション
のメカニズムは、通常次のように考えられている。すな
わち、第１５図に示すように弁箱３内においてその中心
部を弁軸４によって回動自在に支持されたバタフライ弁
Ｉの弁体５の絞り途中において、弁箱３の内壁と弁軸４
よりも下流側に位置する弁体５の周縁部とが形成する開
口部のノズル流れ部Ｂの通過流量に比べて、弁箱３の内
壁と弁軸４よりも上流側に位置する弁体５の周縁部とが
形成する開口部のオリフィス流れ部Ａの通過流量の方が
少ない。そして、ノズル流れ部Ｂの後方流れは、第１６
図のように、噴流域Ｃと後流域りとの流れになり、オリ
フィス流れ部Ａの後方流れは、第１７図のように、噴流
域Ｃと後流域りとの流れになる。

バタフライ弁１においては、ノズル流れ部Ｂの後方流れ
とオリフィス流れ部Ａの後方流れは同時に起るので、第
１８図に示すように、噴流域Ｃにおける流れ方向と、後
流域りにおける流れ方向とが異なり、且つ、後流域りに
おける渦流れ方向も異なり、ノズル流れ部Ｂからオリフ
ィス流れ部Ａ側へ流れが移動する放物線状の渦流れ層が
できる流れ形態となる。

このような流水形態が生じる結果、弁体５の下流側で部
分的に圧力降下が生じ、この圧力値が、流体のその温度
における飽和水蒸気圧力付近になると、流体中に気泡（
蒸気）が析出し、大きくなると空洞となる。この空洞は
、圧力低下が回復すると急激に消滅してゆく。このよう
にして、キャビテーションが発生するのであるが、この
発生に伴ない衝撃音、振動、構造物等の振動及び共鳴音
と混り合った騒音、材料面の壊食などが住じ、その結果
、機器の損傷、耐用年数の低下、更には、土木構造物へ
の悪影響によって、事故の発生原因となる。

そこで、このようなキャビテーションの発生を防止する
バタフライ弁として、例えば、特開昭６１２７８６６７
号公報において提案されている。このバタフライ弁は、
弁体の表裏の周縁部に櫛歯状突起を形成してなるもので
あるので、弁体の後方流れにおける噴流域の噴流を細か
く拡散することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この提案のバタフライ弁によると、バタ
フライ弁の後方流れが偏流とならない平均流れとなるよ
うな作用を生じないので、後方流れ中から完全に不連続
面を除去することができないという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記事情に鑑み、弁体の後方流れにおける噴
流域の噴流を細かく拡散することに加えて、後方流れが
偏流とならない平均流れとし、流れ中に不連続面を作ら
ないバタフライ弁を提供することを目的としてなされた
ものであって、その手段とするところは、上流側の送水
管と下流例の送水管にその両端を接続する弁箱と、該弁
箱において弁軸を中心に回動することにより送水管を開
閉自在とする弁体とからなるバタフライ弁において、前
記弁体の下流側の表面から間隙を開けて、弁体の下流側
の表面から更に後方へ貫通する噴出孔を有する整流板を
弁体に設けることにより、弁箱の内壁と弁軸よりも上流
側に傾斜して位置する弁体とが形成するオリフィス流れ
部を通過する流体の一部を、弁体の下流側の表面と整流
板の間隙を通って前記噴出孔から弁体の下流側及び弁箱
の内壁と弁軸よりも下流側に傾斜して位置する弁体とが
形成するノズル流れ部へ導くようにしたこと、又、前記
整流板のオリフィス流れ部及びノズル流れ部に位置する
外周縁を歯形形状としたこと、前記整流板のオリフィス
流れ部及びノズル流れ部に位置する部分に複数の通過孔
を形成したこと、前記弁体の下流側の表面又は前記整流
板の弁体側の表面にオリフィス流れ部からノズル流れ部
へ流れる流体をガイドする整流壁を形成したところにあ
る。

〔作用〕

上記手段によると、弁箱内において弁体を弁軸を中心に
回動させて弁箱内を通過する流体量を絞った際に、オリ
フィス流れ部を通過する流体の一部が、整流板の端部に
当って弁体の下流側の表面と整流板の間隙内に入って整
流板に案内されつつノズル流れ部方向へ進行する。しか
し、整流板に形成した噴出孔が途中にあるため、ここか
らその一部が下流側へ噴出して、弁体の下流側の弁箱内
で生じている渦流れ層の偏流内へ入って、この流れを連
続的な流れに変える。又、オリフィス流れ部において整
流板の端部に流体が当ると、そこを通過する流体が拡散
され、弁体の下流側における噴出域が拡散され、渦流れ
層の阻止するように作用し、より一層偏流の形成が阻止
される。

整流板のオリフィス流れ部及びノズル流れ部に位置する
外周縁を歯形形状に形成し又は複数の通過孔を形成した
場合には、これに当った流体の拡散がより大きくなって
、前記作用を増大ならしめる。更に、弁体の下流側の表
面と整流板の間に整流壁を形成した場合には、オリフィ
ス流れ部から入った流水がより強く噴出孔から噴出され
、前記作用を増大ならしめる。

〔実施例〕

この発明の実施例について以下図面に基づいて説明する
。

まず、第１実施例を第１図乃至第６図に基づいて説明す
る。

この実施例のバタフライ弁１は、上流側の送水管２ａと
下流側の送水管２ｂにその両端を接続する弁箱３と、該
弁箱３内において、弁軸４を中心に回動自在な弁体５と
、該弁体５の下流側の表面に取付けた整流板６とからな
る。

前記弁体５は、その下流側の表面の中心部の両端に前記
弁軸４を支持するための２つの軸受け７が突出して設け
られると共に、下流側の表面の四隅には前記整流板６を
下流側の表面から間隙を開けてネジ化めするための突起
ネジ六８が設けられている。又、弁体５の上流側の表面
には、弁体５の外周に嵌着したシール部材９を押えるた
めの押え板１０がネジなどによって固定されている。

前記整流板６は、前記弁体５の下流側の表面に間隙を開
けて取付けて使用するもので、弁体５の軸受け７に対応
する中心部の両端には切欠き部１）が形成され、更に、
中央部分には噴出孔１２が貫通して形成され、又、四隅
には前記突起ネジ穴８に対応するボルト穴１３が開口し
ている。

上記のような構成からなる弁体５に整流板６を取付ける
には、弁体５の下流側の表面に整流板６を重ねて、ボル
ト穴１３からボルト１４を突起ネジ穴８に差し込んで螺
着するだけでよい。すると、整流板６は弁体５の下流側
の表面から突起ボルト穴８の高さ分の間隙を開けて固定
される。このとき、弁体５と整流板６の間隙の調節は、
突起ネジ六８とボルト穴１３の間に座金を介在させるこ
とによって行える。

このような準備が整った後に、整流板６が弁体５よりも
下流側に位置するようにして弁箱３内に挿入して、弁箱
３の円外側から弁軸４をそれぞれ弁体５の軸受け７に挿
入固定する。これによって、弁体５は弁軸４を中心に弁
箱３内で回動自在となる。そして、弁箱３の両端を上流
側の送水管２ａ及び下流側の送水管２ｂとそれぞれ接続
する。上流側から下流側へ全開で通水する際には、弁体
５の軸心が送水管２ａ、２ｂの軸心方向と平行な状態と
なるように弁軸４を弁箱３の外側から回動させるが、通
水を絞る時には、弁軸４を回転させて弁体５の軸心を送
水管２ａ、２ｂの軸心方向に対して徐々に角度を持たせ
、絞ってゆく。この状態が第５図に示される。上流側の
送水管２ａから弁箱４内に入った流体は、弁箱３の内壁
と弁軸４よりも上流側に傾斜して位置する弁体５とが形
成するオリフィス流れ部Ａ及び弁箱３の内壁と弁軸４よ
りも下流側に傾斜して位置する弁体５とが形成するノズ
ル流れ部Ｂから下流側の送水管２ｂへと流れる。このと
き、オリフィス流れ部Ａ及びノズル流れ部Ｂの下流側に
おいては、それぞれ噴流域が形成され、この２つの噴流
域の中央部分において不連続面が形成されるようとする
が、前記オリフィス流れ部Ａの弁体５と整流板６の間隙
から流体の一部が整流板６に案内されてノズル流れ部Ｂ
へ進行する。しかし、その途中に噴出孔１２があるため
、ここから下流側へ多くの流体が噴出されて、前記形成
されようとしている不連続面を連続面となるような流れ
に変えて、噴出域の流体と共に下流側へ進行する。噴出
孔１２から噴出されなかった流体は、そのまま整流Ｆｊ
、６に案内されてノズル流れ部Ｂへ送られる。

このような流体の流れとなるために、弁体５の下流側に
おいては不連続面すなわち偏流が発生しないので、圧力
低下がほとんど生ぜず、キャビテーションが発生しにく
くなるのである。

尚、弁軸４は、弁体５の下流側の表面に突出して設けら
れた軸受け７に取付けられているために、弁体５のシー
ル部材９は弁軸４に対して上流側に偏心した位置にある
。このため、弁体５を弁軸４を中心に回動させた際、オ
リフィス流れ部Ａの開口面積がノズル流れ部Ｂの開口面
積よりも大きくなり、オリフィス流れ部Ａにより多くの
流体を通過させることができることも、キャビテーショ
ンの発生を阻止できる原因の１つである。

この発明の第２実施例を第７図乃至第１２図に基づいて
説明する。

この第２実施例が前記第１実施例と異る点は、弁体５の
下流側の表面に、２つの軸受け７の中心を結ぶ線に対し
て直交する方向に複数の整流壁１５を形成したことと、
整流板６のオリフィス流れ部Ａ及びノズル流れ部Ｂに位
置する外周縁を歯形形状１６とし、又、噴出孔１２を複
数個形成したことである。

この第２実施例のバクフライ弁１を送水管２ａ、２ｂに
接続して使用した場合の作用は、前記第１実施例と同様
に、弁体５の下流側における不連続面の偏流の発生を防
止するが、加えて、歯形形状１６の間を流体が通過する
ことによって、オリフィス流れ部Ａがノズル流れ部Ｂを
通過する流体が拡散され、噴出域における流体が渦流を
発生し難くなって、より一層偏流の発生の防止を図るこ
とができる。又、歯形形状１６の歯形の部分によってオ
リフィス流れ部Ａを通過する流体の一部の通過が阻止さ
れ、整流板６に導かれて噴出孔１２から下流側及びノズ
ル流れ部Ｂへと達する。このとき、整流壁１５によって
オリフィス流れ部Ａからの流体はほぼ進行方向を直進す
るように整流板６に沿って流れるので、噴出孔１２から
噴出する流速が早くなってより一層偏流を生じなくなる
。更に又、噴出孔１２を複数個形成したことによって、
後方へ噴出する流体の噴出範囲が広くなるので、この点
からも偏流の発生を防止するのに役立つ利点がある。

この発明の第３実施例は、第１３図及び第１４図に示さ
れる。すなわち、弁体５は、第１３図に示すように、下
流側の表面に２つの軸受け７、四隅に突起ネジ穴８を設
けたものである。整流板６は、第１４図に示すように、
オリフィス流れ部Ａ及びノズル流れ部Ｂに位置する端部
側に流体の通過孔１７を設け、更にその中央部に噴出孔
１２を設け、弁体５に面する側の表面に整流壁１５を形
成したものである。この第３実施例の場合も、第２実施
例と同様の作用を有する。

尚、弁体５及び整流板６の構成は、前記した第１実施例
乃至第３実施例のものの特徴を適宜組合せ又は取捨選択
したものであってもよく、その場合でも、第１実施例乃
至第３実施例の組合せの場合とほぼ同様の作用を得る。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、この発明のバタフラ
イ弁によると、送水管の流量調節を行うために弁体を回
動させて流量を絞った際に、オリフィス流れ部から下流
側へ流れ込んだ流体の一部は、整流板の周縁部で拡散さ
れて後方流れとなり、残余は整流板に導かれつつ噴出孔
から弁体の後方へと流れ出てゆく。これによって、オリ
フィス流れ部及びノズル流れ部の後方流れの噴流域の間
の不連続面に後方流れ流水が生じてこの不連続面を解消
し、部分的圧力減少を未然に防止する結果、キャビテー
ションの発生を防止することができるのである。

これによって衝撃音、振動及び騒音、更には弁体等の材
料面の壊食を防止でき、耐久性が向上すると共に事故の
発生を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１４図はこの発明の実施例を示し、第１５
図乃至第１８図はキャビテーション発生メカニズムの説
明図を示す。 第１図乃至第６図は、この発明の第１実施例を示し、第
１図は弁体の平面図、第２図は整流板の平面図、第３図
は弁体に整流板を取付けた状態の平面図、第４図は第３
図のＩＶ−ＩＶ縦断面図、第５図は弁体を回転させて流
量を絞った状態の説明図、第６図は開弁状態の説明図、
第７図乃至第１２図はこの発明の第２実施例を示し、第
７図は弁体の平面図、第８図は整流板の平面図、第９図
は弁体に整流板を取付けた状態の平面図、第１０図は第
９図のＸ−Ｘ縦断面図、第１）図は弁体を回動させて流
量を絞った状態の説明図、第１２図は閉弁状態の説明図
、第１３図及び第１４図はこの発明の第３実施例を示し
、第１３図は弁体の平面図、第１４図は整流板の平面図
を示す。 ■−・バタフライ弁、 ３−・−弁箱、 ４−弁軸、 ５−弁体、 ６−整流板、 ７−軸受け、 １２−噴出孔、 １５−　　整流壁、 １６−　　歯形形状、 １７−・−通過孔、 八−・・オリフィス流れ部、 Ｂ−ノズル流れ部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）上流側の送水管と下流側の送水管にその両端を接
   続する弁箱と、該弁箱において弁軸を中心に回動するこ
   とにより送水管を開閉自在とする弁体とからなるバタフ
   ライ弁において、 前記弁体の下流側の表面から間隙を開けて、弁体の下流
   側の表面から更に後方へ貫通する噴出孔を有する整流板
   を弁体に設けることにより、弁箱の内壁と弁軸よりも上
   流側に傾斜して位置する弁体とが形成するオリフィス流
   れ部を通過する流体の一部を、弁体の下流側の表面と整
   流板の間隙を通って前記噴出孔から弁体の下流側及び弁
   箱の内壁と弁軸よりも下流側に傾斜して位置する弁体と
   が形成するノズル流れ部へ導くことを特徴とするバタフ
   ライ弁。
2. （２）前記整流板のオリフィス流れ部及びノズル流れ部
   に位置する外周縁を歯形形状としたことを特徴とする請
   求項１のバラフライ弁。
3. （３）前記整流板のオリフィス流れ部及びノズル流れ部
   に位置する部分に複数の通過孔を形成したことを特徴と
   する請求項１のバタフライ弁。
4. （４）前記弁体の下流側の表面又は前記整流板の弁体側
   の表面にオリフィス流れ部からノズル流れ部へ流れる流
   体をガイドする整流壁を形成したことを特徴とする請求
   項１のバタフライ弁。