JPH02154875A - 砂スラリー輸送用ピストンポンプのボールバルブ - 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】 し産業上の利用分野］ こ・の発明は、ダムや河川などで浚渫した砂をスラリー
として流送するためのピストンポンプに使用されるピス
トンポンプ用ボールバルブ（以下、ボールバルブと略称
する）に係わり、特に、球形弁の偏摩耗を防止するとと
もに、弁座に割れ破損が発生するのを防止する技術に関
するしのである。

［従来の技術］ ダムなどから浚渫した砂を遠隔地に搬送する手段として
、近年、ピストンポンプが注目されつつあり、第１図に
その一例を示す。

この図に示すピストンポンプは、シリンダｌ内に設けら
れたピストン２を往復移動させることにより、取水管３
から砂や泥を含む水、すなわち砂スラリーを吸い上げて
引込みパイプ４内に導入し、これを移送管５内に吐出す
るように構成されたしのであって、取水管３、引込みバ
イブ４および移送管５の分岐部分には２つの板バルブ６
が介装されている。

ここで、上記板バルブ６は、第２図に示すように、吸入
ロアと吐出口８とを有する弁室９内に上下方向へ移動可
能でかつコイルバネｌＯによって下方へ向けて付勢され
た板状弁１１が取り付けられ、上記吸入ロアの内周に、
リング状をなす弁座１２が固定されたものであって、板
状弁１１は、円板状をなす弁本体に３と、この弁本体１
３の上面に固定され、上記弁座１２の上端部と液密に接
触する弾性体１４とを有しており、上記ピストン２の往
復移動に応じて開閉し、これによって水を逆流させるこ
となく移送管５内に吐出させるようになっている。

ところで、上記のような板バルブ６は、軽量でかつ摩耗
部分の交換が容易なため、砂スラリーの濃度が比較的低
い場合や、砂の粒径が小さい場合に使用されろもので、
砂スラリーの濃度か高く、また、砂の粒径が大きい場合
？こは、可動部分の重量が重く、かつ構造が単純なボー
ルバルブが使用される。

第３図は、従来のボールバルブの一例を示すもので、板
状弁１１の代わりに球形弁２１を配置した点、吐出口２
２側を向く壁部側に球形弁２１が弁座２３側へ移動する
ときの案内となるガイド２４が配置されている点が前記
板バルブ６と異なっている。ここで、球形弁２１は、２
つの半球殻状体を互いに突き合わせて溶接されたもので
、内部を中空とすることによって適正な比重が与えられ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記ピストンポンプによって流送される砂ス
ラリーは極めて摩耗性が高く、このため、ボールバルブ
の寿命を著しく低下させ、砂スラリーの安定した流送を
行うことができないという問題があった。

すなわち、球形弁２１の材質として、従来、ステンレス
鋼、弁座２３の材質として焼入れ合金鋼が使用されてい
たが、砂スラリーによって球形弁２１に偏摩耗が生じ易
く、特に、その溶接部において摩耗が進行し易い。この
ため、球形弁２Ｉと弁座２３との間に隙間が生じ、その
隙間を流速の速い砂スラリーが通過することによって弁
座２３の表面にＶ型ノツチ摩耗と呼ばれる局部摩耗が生
じ、短いもので数時間で使用不可能となってしまうので
ある。

そこで、従来、球形弁２１および弁座２３を耐摩耗性の
高い例えばセラミックスなどで構成することが検討され
てきた。しかしながら、そのようにすると、球形弁２１
が弁座２３に当たるときの衝撃のために、球形弁２１ま
たは弁座２３に割れ破損が発生し、到底使用に耐えるも
のではなかった。

また、球形弁２１による衝撃を緩衝するために、弁座２
３の表面にゴムなどのクツション材を固定することも検
討されたが、ゴムと弁座との接着強度不足やゴム自身の
強度不足のため、いずれにしても使用に耐えるものでは
なかったのである。

［発明の目的コ この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、球形弁
の偏摩耗を防止することができるのは勿論のこと、弁座
に割れ破損が発生するのを未然に防止することかできる
ボールバルブを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明のボールバルブは、球形弁をセラミックスによ
り構成し、弁座を球形弁よりも引張り強度が高く、かつ
、硬度がＨｓ　７５以上で上記球形弁の硬度よりも低い
合金鋼により構成したものである。

ここで、弁座の材質については何ら限定する乙のではな
いが、靭性に優れたニッケルクロムモリブデン鋼によっ
て構成することか望ましい。

［作用コ 一般に、セラミックスが極めて高い硬度を有し、耐摩耗
性に優れたものであることは良く知られているが、球形
弁をセラミックスで構成した場合にこれと衝突を繰り返
す弁座をいかに構成するかについては未だ解決されてい
ない。

すなわち、合金鋼は、その硬度を高くすると引張り強度
等の靭性が低下し、靭性を高めようとすると硬度が低く
なってしまう。このため、弁座の硬度を高くすると、硬
いセラミックス製球杉弁の衝突を受けることによって容
易に破損してしまう。

一方、衝突による破損を防止するために弁座の靭性を高
くすると、硬度が低いため砂スラリーに激しく擦過され
て容易に摩耗してしまう。しかしながら、合金鋼であっ
ても、その硬度や引張り強度を所定範囲とすることによ
って、砂スラリーとの擦過に充分耐える耐摩耗性を有し
、かつ、繰り返し衝撃力を受けても破損しないようにす
ることができるはずである。

そこで、本発明者等は上記観点から鋭意研究を行った結
果、引張り強度がセラミックスよりら高く、硬度がセラ
ミックスよりも低くかつＨｓ７５以上であれば砂スラリ
ー用の弁座として充分使用に耐えることを見いだしたの
である。つまり、本発明のボールバルブでは、弁座の引
張り強度が球形弁よりも高くかつ硬度が球形弁よりも低
いため、繰り返し受ける衝撃力によって破損しない充分
な靭性を得ることができ、しかも、硬度をＨｓ７５以上
としているから、砂スラリーによって擦過されても容易
に摩耗しない耐摩耗性を得ることができるのである。

そして、球形弁および弁座り耐摩耗性を向上させること
は、それらの接触面における偏摩耗を防止することにつ
ながり、したがって、従来、ボールバルブの寿命を著１
．　＜低下させていた■型ノツチ摩耗と呼ばれる局部摩
耗の発生を防止することができる。

特に、弁座の材質をニッケルクロムモリブデン鋼とする
ことによって弁座の靭性をさらに高めることができ、弁
座の割れ破損の発生を有効に防止することができる。ま
た、割れ破損の発生が少ないことから、熱処理による弁
座の硬度を砂スラリー用のピストンポンプに使用して最
適な値にすることができ、弁座の耐摩耗性をさらに向上
させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第３図および第４図を参照し
ながら説明する。

この実施例のボールバルブは、その球形弁２１をセラミ
ックス、好ましくはアルミナから構成し、弁座２３をニ
ッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮ０Ｍ４３９）から構成
したものである。なお、弁座２３の材質としては、その
他、クロムモリブデン鋼などの靭性の高いものが適宜使
用される。ここで、球形弁２１は、従来の中空のものと
異なり、中実の一体物に構成されている。これは、アル
ミナの比重が３．９程度と小さいため、内部を中空にし
て球形弁２１の比重を調整する必要がないからである。

一方、弁座２３は、その表面に高周波焼入れが施された
もので、引張り強度が球形弁２１のそれよりも高く、か
つ硬度が球形弁２１の硬度よりら低く　ｔ（ｓ　７５以
上とされている。なお、弁座２３の熱処理方法について
は、水焼入れや油焼入れなどを適宜採用しても良い。

このようなボールバルブにおいては、球形弁２１を耐摩
耗性の高いセラミックスで構成しているから、その耐摩
耗性を向上させることができ、偏摩耗を防止することが
できるのは勿論であるが、弁座２３の引張り強度が球形
弁２１のそれよりら強くかつ硬度が球形弁２１のそれよ
りら低いため、弁座２３の靭性が高く、したがって、球
形弁２１から繰り返し受ける衝撃力によって破損するよ
うなことがない。

すなわち、球形弁２１および弁座２３か摩耗することに
よって、第４図に示すように、球形弁２１と弁座２３と
の接触角θが増加し、この結果、球形弁２１による衝撃
力が大きな折曲力として弁座２３に作用する。しかし、
弁座２３の靭性が高いから、折曲力に充分耐えることが
できるのである。

さらに、弁座２３の硬度をＨｓ７５以上としているから
、砂スラリーによって擦過されても容易に摩耗しない耐
摩耗性を得ることができ、球形弁２１および弁座２３の
耐摩耗性が向上されたことによって、それらの接触面に
おける偏摩耗を防止することができる。したがって、従
来、ボールバルブの寿命を著しく低下させていた■型ノ
ツチ摩耗と呼ばれる局部摩耗の発生を防止することがで
き、ボールバルブの寿命を大幅に向上させることができ
る。

特に、弁座２３の材質をニッケルクロムモリブデン鋼と
しているから、弁座２３の靭性が大幅に向上され、弁座
２３の割れ破損の発生を有効に防止することができる。

また、割れ破損の発生が少ないことから、熱処理による
弁座２３の硬度を砂スラリー用のピストンポンプに使用
して最適な値にすることができ、弁座２３の耐摩耗性を
さらに向上させることができる。

さらに、上記ボールバルブでは、球形弁２１を一体的に
構成しているから、従来のように溶接部における偏摩耗
がなく、この点らボールバルブの寿命を向上させる要因
となっている。

次に、風体的な実験例を参照しながら本発明についてさ
らに明らかにすると、第１表は、上記ボールバルブを使
用したピストンポンプにより砂スラリーを流送したとき
の球形弁２１の摩耗量をそれぞれ示すものである。

第１表 第１表から判るように、球形弁２１の摩耗量は１３５ｇ
であり、同じ条件で使用した従来のステンレス製（Ｓｔ
ＪＳ４４０）製のしのと比較すると約半分となった。ま
た、弁座２３については、球形弁２１との接触部におい
てＶ型ノツチ摩耗は一切生じず全体が均一に摩耗し、割
れや欠けなどら発生しなかった。

このように、上記ボールバルブでは、弁座２３に割れ破
損を発生させることなく球形弁２１および弁座２３の耐
摩耗性を向上させることができ、したがって、球形弁２
１と弁座２３との偏摩耗を防止することができ、その寿
命を大幅に向上させることができた。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明のボールバルブでは、球形
弁をセラミックスにより構成し、弁座を球形弁よりも引
張り強度が高く、かつ、硬度が■４ｓ７５以Ｅで上記球
形弁の硬度よりも低い合金鋼により構成しているから、
球形弁の耐摩耗性を向上させることができ、その偏摩耗
を防＋ｈすることができるのは勿論のこと、弁座が球形
弁から繰り返し受ける衝撃力によって破損するようなこ
とがなく、しかも弁座の耐摩耗性も向上することができ
る。

したがって、球形弁および弁座の接触面における偏摩耗
を防止することができ、従来、ボールバルブの寿命を著
しく低下させていた■型ノッヂ摩耗と呼ばれる局部摩耗
の発生を防止することができ、寿命を大幅に向上させる
ことができる。

さらに、弁座の材質をニッケルクロムモリブデン鋼とす
ることによって弁座の靭性をさらに高めることができ、
弁座の割れ破損の発生を有効に防１］−することができ
る。また、割れ破損の発生が少ないことから、熱処理に
よる弁座の硬度を砂スラリー用のピストンポンプに使用
して最適な値にする二とができ、弁座の耐摩耗・性をさ
らに向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボールバルブが使用されているピストン
ポンプを示す側面図、第２図は従来の仮バルブを示す側
断面図、第３図は従来のボールバルブを示す側断面図、
第４図は第３図のｒＶ−ＩＶ線断面図である。 ２１・・・・・・球形弁、２２・・・・・・吐出口、２
３・・・・・・弁座。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸入口と吐出口とを有する弁室内に球形弁を配置
   するとともに、上記吸入口に弁座を設け、この弁座に上
   記球形弁を液密に接触させることにより、流体が上記吸
   入口から弁室の外部に流出するのを阻止するように構成
   した砂スラリー輸送用ポンプのボールバルブにおいて、
   上記球形弁をセラミックスにより構成し、上記弁座を球
   形弁よりも引張り強度が高く、かつ、硬度がＨｓ７５以
   上で上記球形弁の硬度よりも低い合金鋼により構成した
   ことを特徴とする砂スラリー輸送用ピストンポンプのボ
   ールバルブ。
2. （２）上記弁座をニッケルクロムモリブデン鋼によって
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の砂スラリー輸送用ピストンポンプのボールバルブ。