JPH0457913B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、調節機能を有するバタフライ弁、
特に低開度での改善された調節機能を発揮し得る
櫛歯状弁体を備えたバタフライ弁に関する。

（従来の技術） 従来、蒸気タービン用蒸気管路を開閉制御する
バタフライ弁は、高度のコントロール性能が要求
され、第１図に示す如き櫛歯状弁体を有するバタ
フライ弁が用いられている。

かかる櫛歯状弁体を有するバタフライ弁は、櫛
歯の作用により流体が細かいジエツト流となる
為、キヤビテーシヨンの発生を抑え中間開度での
騒音発生を抑制すると共に、ダイナミツクトルク
を減少させ安定した制御性を発揮する等の優れた
利点を有している。

しかしながら、かかる櫛歯状弁体を有するバタ
フライ弁にあつても、低開度では、第２２図に点
線で示すように弁軸トルクの変動が０〜30°程度
まで影響し、コントロール性が悪かつた。

これは、次のような理由に基因している。すな
わち、弁軸直交部の弁体移動量が、ボス部近傍に
おける弁体移動量より大きい為、弁軸直交部では
第２３図に示すように開弁動作時にゴムの盛り上
がり(A)が出来、開弁操作力を大きくしていると共
に、弁軸直交部では、ボス部近傍より回転半径が
大きく、回転モーメントが大きくなつている為、
弁軸直交部における操作力の増大は、弁軸の回動
トルクの増大をもたらしている。したがつて、開
弁動作時のゴムの盛り上がりで増加した操作力が
弁体がゴムから離脱するとき急激に低下し、負荷
の変動が大きくなり、弁軸を駆動するシリンダー
などの飛び出し現象を惹起するおそれがあると共
に、低開度で微小な弁操作を行い、流量を制御す
ることを不可能としているのである。

（発明が解決しようとする問題点） 50°以下の低開度でのコントロール性を向上さ
せるには、10〜20°で全閉となるように弁開度を
設定すれば、第２４図に点線で示すように流量特
性がリニヤに近づきコントロール性の良い弁を得
ることが出来るが、この為には、弁体及びシート
リングを弁軸方向に延びる楕円形状としなければ
ならず、楕円形状の成形が困難で高価なため従来
実現が困難であつた。

この発明は、弁体及びシートリングを成形の困
難な楕円形状に形成することなく、前記した欠点
を解消し、リニヤに近い流量特性を有し、低開度
のコントロール性を向上し得る調整機能を有する
バタフライ弁を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、この発明が採つ
た手段は、剛性材料からなる中空円筒状の本体
と、該本体内に回動自在に軸支された剛性材料か
らなる円板状の弁体と、本体内周面と弁体外周縁
との間に介在される弾性材料からなる環状のシー
トリングとを備え、該シートリングは、直径方向
対向位置に弁棒を貫通させる一対の弁軸孔が穿設
され、該一対の弁軸孔の各周囲には常時弁体の弁
棒根元部が圧接するボス部が形成され、該一対の
ボス部間には閉弁時に弁体外周縁が圧接する山形
シート部が円周方向に沿つて連続して形成されて
おり、弁体は弁軸を中心とする対称位置に一次側
並びに二次側に向かつて延び出す櫛歯を有してな
る調節機能を有するバタフライ弁において、シー
トリングの山形シート部が第１と第２の山形シー
ト部からなり、第１の山形シート部は半径(R)、幅
(W)並びに内径（X₄）を変化させて弁体の任意の
外周縁において、弁体外周縁のシートリングへの
喰込量(t)及び喰込移動量(E)が同一となるように設
定されており、第２の山形シート部は第１の山形
シート部のシールとしての機械的強度及びシール
機能が損なわれる部分からボス部までの間に存在
し、弁体の先端エツジ面が圧接する半径（R′）
に設定されていると共に、弁体の喰込移動量を弁
体エツジ面の幅（Ka）より小さく設定されてい
ることを特徴とする。

（作用及び発明の効果） シートリングへの喰込良(t)が全周に亙つて均一
となり、不要な喰い込みがなくなる為、長期に亙
つて安定したシール性能を発揮することが出来る
と共に、喰込移動量(E)が均一で且弁体エツジ幅
（Ka）より小さく設定されているので、従来のバ
タフライ弁にみられた第２３図に示すようなゴム
の盛り上がりがなくなり弁開時の弁軸トルクが小
さくなる。又、喰込移動量が微小である為、喰い
込みによる弁軸トルクの上昇する範囲は微小な開
度範囲に止どまり、第２２図に示すようにトルク
変動のない開度範囲を広く採ることが出来る。し
たがつて、微小開度範囲でのトルク変動の無い開
度範囲が従来のバタフライ弁に比較して大きくな
る。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き0°では
なく、10〜20°程度の角度に設定出来るので弁の
流量特性の悪い低開度部分をカツトして、流量特
性の良い部分のみを使用することが可能となる。
この結果第２４図に点線で示すような開度−流量
特性がリニヤな特性に近づき調節弁としてコント
ロールし易いバタフライ弁を得ることが出来る。

（実施例） 以下に図面を参照しつつ、この発明の好ましい
実施例を説明する。

第１〜３図において１は略円筒形状に形成され
た金属等の剛性材料からなるバタフライ弁の本体
であり、内部に円板形状に形成された金属等の剛
性材料からなる弁体２が弁棒３により回転自在に
軸支される。本体１の内周面にはゴム等の弾性密
封材からなるシートリング４が装着され、該シー
トリング４の内周面に弁体２の外周縁が接離して
バタフライ弁の開閉が行われ、弁体２の開度によ
り流量調節が行われる。弁体２の外周縁には、弁
軸を中心として対称位置に一次側並びに二次側に
向かつて延び出す櫛歯５が形成され、更に、一次
側に向かつて弁軸を中心として＜字状に屈曲した
形状をなす。

櫛歯を備えた弁体２の形状により、流体は細か
いジエツト流となり、中間開度での低騒音効果を
発揮すると共に、ダイナミツクトルクを減少させ
安定した弁のコントロール性を発揮する。又、高
いキヤビテーシヨン初生差圧と高い圧力回復係数
を示し、キヤビテーシヨンの発生が抑えられてい
る。弁棒３は本体から外方へ延び出し、弁駆動機
構に連結され、外部から弁体を駆動回転して、バ
タフライ弁の開閉若しくは開度調整が可能であ
る。シートリング４は、第４〜６図に示すように
直径方向対向位置に弁棒３が貫通する弁軸孔６が
形成され、該弁軸孔６の周縁は弁体２の弁棒周縁
部が常時圧接する球面座をもつボス部７に形成さ
れる。そして、このボス部７の間にシートリング
４の内周面を円周方向に延びる第１の山形シート
部８が形成される。第１の山形シート部８はシー
トリング内方へ向かつて突設した断面円弧形状を
なし、第１６図に示すようにその側面に弁体２の
外周縁２ａが喰い込みつつ圧接して弁の閉止が行
われる。閉止状態において弁体２の中心線に対し
て若干の傾斜角度を有する。

第１の山形シート部８は弁体の任意の外周縁部
において、第１の山形シート部８への弁体の外周
縁の喰込量(t)並びに喰込移動量(E)が同一となるよ
うに（第１６図参照）、第１の山形シート部８の
半径(R)、幅(W)並びに内径（X₄）を変化させる
（第１８，２１図参照）。この第１の山形シート部
８の半径(R)並びに幅(W)が、弁体２の閉止角度に関
連しており、ＲとＷを大きくすることにより閉止
角度の設定を任意に行うことができるので、全閉
止角度を調節弁としてコントロールし易い位置に
設計することが容易となる。

第１８〜２０図は、第１７図のＯ−Va、Ｏ−
Vb、Ｏ−Vc部分における第１の山形シート部８
の形状を示す断面図であるが、喰込量(t)と喰込移
動量(E)か均一となるように、半径(R)、幅(W)並びに
内径（X₄）を設定して行くと、ボス部７に近い
部分では第２０図に点線で示すように山形シート
部８の半径(R)と幅(W)が小さくなりすぎて、弁体が
喰込んだとき、ゴムの強度上山形シート部が損傷
したり破損するおそれがある。

そこで、半径(R)と幅(W)がある程度小さくなる部
分からボス部までについては、上述した第１の山
形シート部８に代つて、第２０図に示すように半
径（R′）のバツクアツプ用の第２の山形シート
部９を形成し、弁体２の先端部側面ではなくエツ
ジ面にて圧接するようにする。この場合、弁体の
喰込移動量(E)は弁体エツジ面の幅（Ka）より小
さく設定して開き出し時のゴムの盛り上がりを防
止する。

次に喰込量(t)と喰込移動量(E)を同一とするため
の半径(R)、幅(W)、内径（X₄）を変化させるため
の論理及び第２山形シート部９の半径（R′）を
決定する理論を第２１図に従つて説明する。第２
１図は第３図において中心を通り弁軸と直交する
軸と角度S₂をなす平面で切断した断面図であつ
て、第２１図において、弁体のシールポイントＡ
点の座標を求め、Ａ点から所定の喰込移動量(E)を
もつたＢ点の座標を求める。同様に所定の喰込量
(t)をもつたＣ点を求める。このＢ、Ｃ点を通り、
かつセンターライン上に中心点Ｄ点をもつた円を
求めると求めるＲ、X₄が求まる。

又、シートの円筒平面の内径B₃を一定にとれ
ば、円の幅(W)が決定される。このようにしてS₂を
0°〜90°まで各開度ごとにそれぞれＲ、X₄、Ｗを
求めていく。実際にはS₂を1°ずつ変化させて各開
度ごとに寸法を求めていき、その寸法に基づいて
加工を行つた。

以上のとおりに求めていくとS₂がある程度大き
い範囲でＲが小さくなりすぎ、一定のＥ、ｔを与
えられなくなるため、より大きなE′とｔをもつ円
を新たに求めたものが２番目の山（R′）である。

第１の山形シート部８には、その側面に弁体先
端部の側面が喰い込み関係上、山形の上部は弁の
シール作用には寄与しておらない。したがつて、
第７，８図に示すように第１の山形シート部８の
上面を切除して平坦に形成する。これにより、山
形シート部の突出による弁内径の減少を抑制し弁
内径を大きくすることが出来るため、流量が増大
する利点がある。しかしながら、かかる第１の山
形シート部８の上面の切除は必ずしも必要不可欠
とするものでない。

かくして、この発明によれば、シートリングへ
の喰込量(t)が全周に亙つて均一となり、不要な喰
い込みがなくなる為、長期に亙つて安定したシー
ル性能を発揮することが出来ると共に、喰込移動
量(E)が均一で且弁体エツジ幅（Ka）より小さく
設定されているので、従来のバタフライ弁にみら
れた第２３図に示すようなゴムの盛り上がり(A)が
なくなり弁開時の弁軸トルクが小さくなる。又、
喰込移動量が微小である為、喰い込みによる弁軸
トルクの上昇する範囲は微小な開度範囲に止どま
り、第２２図に示すようにトルク変動のない開度
範囲を広く採ることが出来る。第２２図において
点線は従来のバタフライ弁の開度−トルク特性を
示し、開度30°以下での弁軸トルクの変動が大き
いのに対し、この発明のバタフライ弁にあつて
は、実線で示すように開度7°付近から弁軸トルク
の変動がなくなつており、微小開度範囲でのトル
ク変動の内開度範囲が従来のバタフライ弁に比較
して大きくなつている。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き0°では
なく、10〜20°程度の角度に設定出来るので弁の
流量特性の悪い低開度部分をカツトして、流量特
性の良い部分のみを使用することが可能となる。
この結果開度−流量特性は第２４図に点線で示す
ようなリニヤに近づき調節弁としてコントロール
し易いバタフライ弁を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるバタフライ弁の一部
を断面した斜視図、第２図は同縦断面図、第３図
は正面図、第４図はシートリングの断面図、第５
図は同展開図、第６図は同斜視図、第７図は第５
図ａ−ａ線に沿つた断面図、第８図は第５図
ｂ−ｂ線に沿つた断面図、第９図は第５図
ｃ−ｃ線に沿つた断面図、第１０図は第５図
ｄ−ｄ線に沿つた断面図、第１１図はシートリ
ングと弁体との喰込状態を示す一部の正面図、第
１２図は第１１図ａ−ａ線に沿つた断面図、
第１３図は第１１図ｂ−ｂ線に沿つた断面
図、第１４図は第１１図ｃ−ｃ線に沿つた断
面図、第１５図は第１１図ｄ−ｄ線に沿つた
断面図、第１６図はシートリングへの弁体の喰込
量と喰込移動量の関係を示す断面図であつて、第
１７図のａ−ａ並びにｂ−ｂ線に沿つた
部分を重ねて表してある。第１７図は弁体の正面
図、第１８図は第１７図Ｏ−Va線部分における
シートリングと弁体の喰込状態を示す断面図、第
１９図、第２０図は、第１７図Ｏ−Vb、Ｏ−Vc
線部分における第１８図と同様の図、第２１図は
喰込量、喰込移動量を同一とするための半径(R)、
幅(W)、内径（X₄）を決定するための概念図、第
２２図は弁開度−弁軸トルクの関係を示すグラ
フ、第２３図は弁体によるゴムの盛り上がり状態
を示す断面図、第２４図は従来及びこの発明のバ
タフライ弁の弁開度−流量特性を示すグラフであ
る。 １……本体、２……弁体、３……弁棒、４……
シートリング、５……櫛歯、６……弁軸孔、７…
…ボス部、８……第１山形シート部、９……第２
山形シート部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 剛性材料からなる中空円筒状の本体と、該本
   体内に回動自在に軸支された剛性材料からなる円
   板状の弁体と、本体内周面と弁体外周縁との間に
   介在される弾性材料からなる環状のシートリング
   とを備え、該シートリングは、直径方向対向位置
   に弁棒を貫通させる一対の弁軸孔が穿設され、該
   一対の弁軸孔の各周囲には常時弁体の弁棒根元部
   が圧接するボス部が形成され、該一対のボス部間
   には閉弁時に弁体外周縁が圧接する山形シート部
   が円周方向に沿つて連続して形成されており、弁
   体は弁軸を中心とする対称位置に一次側並びに二
   次側に向かつて延び出す櫛歯を有してなる調節機
   能を有するバタフライ弁において、シートリング
   の山形シート部が第１と第２の山形シート部から
   なり、第１の山形シート部は半径(R)、幅(W)並びに
   内径（X₄）を変化させて弁体の任意の外周縁に
   おいて、弁体外周縁のシートリングへの喰込量(t)
   及び喰込移動量(E)が同一となるように設定されて
   おり、第２の山形シート部は第１の山形シート部
   のシールとしての機械的強度及びシール機能が損
   なわれる部分からボス部までの間に存在し、弁体
   の先端エツジ面が圧接する半径（R′）に設定さ
   れていると共に、弁体の喰込移動量を弁体エツジ
   面の幅（Ka）より小さく設定されていることを
   特徴とする調節機能を有するバタフライ弁。