JPH0578713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、キヤビテーシヨンの発生を防止す
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
のいわゆるキヤビテーシヨンが発生することが知
られている。このバタフライ弁のメカニズムは、
通常次のように考えられている。すなわち、第９
図に示すように弁箱３内においてその中心部を弁
軸４によつて回動自在に支持されたバタフライ弁
１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
フイス流れ部Ａの通過流量の方が少ない。そし
て、ノズル流れ部Ａの後方流れは、第１０図のよ
うに、噴流域Ｃと後流域Ｄとの流れになり、オリ
フイス流れ部Ｂの後方流れは、第１１図のよう
に、噴流域Ｃと後流域Ｄとの流れになる。

バタフライ弁１のおいては、ノズル流れ部Ｂの
後方流れとオリフイス流れ部Ａの後方流れは同時
に起るので、第１２図に示すように、噴流域Ｃに
おける流れ方向と、後流域Ｄにおける流れ方向と
が異なり、ノズル流れ部Ｂからオリフイス流れ部
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、
液体のその温度における飽和水蒸気圧力付近にな
ると、液体中に気泡（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、キヤ
ビテーシヨ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
と混り合つた騒音、材料面の壊食などが生じ、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つて、事故の発生原因
となる。

そこで、このようなキヤビテーシヨンの発生を
防止する弁として、例えば、特公昭60−8379号公
報において提案されている。この従来発明の弁
は、閉鎖部材の面に平行に１個または複数個の減
衰板が相互に間隔を置いて設置され、減衰板には
複数個の穴が設けられているものである。これに
よつて、巾広い減衰効果を得ることができるもの
としている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来発明の弁においては、
閉鎖部材の上流側又は下流側のいずれの面に平行
に減衰板を配設しても、減衰効果が得られるもの
としているので、その配設位置いかんによつては
キヤビテーシヨンの防止を図ることができないと
共に、閉鎖部材と減衰板の間を流れる流体の方向
が十分に定まつていないために穴からの流体の放
出が十分ではなく、従つて、これをキヤビテーシ
ヨンの防止に使用した場合にはその防止効果が十
分ではないという問題点を有している。

〔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つて、その
手段とするところは、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イ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
を通つ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と共に、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
リフイ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ようにしたこと、
又、前記整流板のオリフイス流れ部及びノズル流
れ部に位置する外周縁を歯型形状としたこと、前
記整流板のオリフイ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
つた際に、オリフイス流れ部を通過する流体の一
部が、整流板の端部に当つて弁体の下流側の表面
と整流板の間隙内に入つ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
で生じている過流れ層の偏流内へ入つて、この流
れを連続的な流れに変える。このとき、整流壁に
よつてオリフイス流れ部から入つた流体はこれに
ガイドされて噴出孔から強く噴出する。又、オリ
フイ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、渦流れ層を阻止す
るように作用し、より一層偏流の形成が阻止され
る。

整流板のオリフイス流れ部及びノズル流れ部に
位置する外周縁を歯型形状に形成したり複数の通
過孔を形成した場合には、流体の拡散がより大き
くなつて、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、第５図、第６
図に示すように、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、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
を主な構成とする。

前記弁体５は、第１図に示すように、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止めするための突
起ネジ穴８が設けられている。又、弁体５の上流
側の表面には、第４図によく表れているように、
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がネジなどによつて固定されてい
る。又、弁体５の下流側の表面には、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突出
した線状の複数の整流壁１５を形成している。

前記整流板６は、前記弁体５の下流側の表面に
ほぼ整流壁１５の高さ分の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１１が形成され、更に、
中央部分には単数又は複数の噴出孔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、第３図、第４図に示すように、弁
体５の下流側の表面に整流板６を重ねて、ボルト
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ほぼ整流壁１５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、突起ネジ穴８とボルト穴
１３の間に座金を介在させることによつて行え
る。

このような準備が整つた後に、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の両外側から弁軸４をそれぞれ
弁体５の軸受け７に挿入固定する。これによつ
て、弁体５の弁軸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の軸心方向と並
行な状態となるように弁軸４を弁箱３の外周から
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の軸心が送水管２ａ，２ｂの軸心方
向に対して徐々に角度を持たせ、絞つてゆく。こ
の状態が第５図に示される。上流側の送水管２ａ
から弁軸３内に入つた流体は、弁軸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
形成するオリフイス流れ部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２
ｂへと流れる。このとき、オリフイス流れ部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Ｃが形成され、この２つの噴流域Ｃ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、前記オリフイス流れ部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及び整流壁１５
に案内されノズル流れ部Ｂに直進する。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から噴出されなかつた流体は、そのま
ま整流板６に案内されてノズル流れ部Ｂへ送られ
る。このとき、整流壁１５によつて流速が早まる
ため噴出孔１２から噴出する流速も早まりより一
層偏流を防止できる。

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せず、キヤピテ
ーシヨ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、オリフイス流れ部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、オリフイス流れ部Ａにより多くの流体
を通過させることができることも、キヤビテーシ
ヨンの発生を阻止できる原因の１つである。

第２図、第３図に示すように、整流板６のオリ
フイス流れ部Ａ及びノズル流れ部Ｂに位置する弁
体５の外周縁を歯形形状１６とした場合には、歯
形形状１６の間を流体が通過することによつてオ
リフイス流れＡがノズル流れ部Ｂを通過する流体
が拡散され、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
つてオリフイス流れ部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。更に
又、噴出孔１２を複数個形成した場合には、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２実施例は、第７図及び第８図に
示される。すなわち、弁体５は、第７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
８図に示すように、オリフイス流れ部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２実施例の場合も、第１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実施例と第２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つてもよく、その場合
でも、第１実施例と第２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つた際に、オリフイス流
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、整流板と整流壁に導かれつつ噴出孔から弁体
の後方へと流れ出てゆく。これによつて、オリフ
イ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、キヤビテーシヨンの発生を防止することが
できるのである。

これによつて衝撃音、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８図はこの発明の実施例を示し、
第９図乃至第１２図はキヤビテーシヨン発生メカ
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
−縦断面図、第５図は弁体を回転させて流量
を絞つた状態の説明図、第６図は閉弁状態の説明
図、第７図、第８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
面図を示す。 １……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、Ａ……オリフイス流れ
部、Ｂ……ノズル流れ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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イ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
   通つ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と共に、弁体の下
   流側の表面又は整流板の弁体側の表面にオリフイ
   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バタフラ
   イ弁。 ２ 前記整流板のオリフイス流れ部及びノズル流
   れ部に位置する外周縁を歯型形状としたことを特
   徴とする請求項１のバタフライ弁。 ３ 前記整流板のオリフイ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又は請求項２のバタフラ
   イ弁。