JPH0681973A - 最大動作角単一栓ポペット型逆止め弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不要な衝突を避け、迅速に弁の閉止を行なう
ことができ、詰りを防止できる逆止め弁機構を提供す
る。 【構成】 逆止め弁機構は、弁閉止手段１１と、案内手
段１２と、連結手段１３を組合わせてなる複合体を備
え、垂直に対して傾斜したパイプラインまたは導管にお
いて用いられる。複合体の質量は、傾斜角、及び、弁体
１６の内表面と案内手段の外表面の間の摩擦係数から決
定され、弁の動作を妨害するような弁の「詰り」の虞れ
がないように定められる。さらに、案内手段１２によ
り、流体の対称的な流れが保証される。流体の流れが反
転したときの開放・閉止動作過程において、弁は確実に
かつ迅速に動作し、びびりや移動経路の変動が防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆止め弁に関し、特
に、垂直に対して傾斜したパイプライン、ポンプ、工業
プロセス装置などに用いられる逆止め弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】傾斜パイプラインに用いられる従来の球
・弁座型の逆止め弁は、重力の影響を受けてパイプライ
ンの片側に偏りやすく、弁の開放時において球のまわり
に非対称的な流動を生じがちである。

【０００３】流れが反転して弁が閉じられると、球は不
規則で不定的な経路をたどって、ようやく弁座に到達す
る。

【０００４】このとき、弁が閉じられるまでに何回も衝
突が起こり、球、弁体、弁座に損傷を与え、弁機構の消
耗が早められる。

【０００５】さらに、弁を閉じるまでの間に球は不安定
な移動経路をたどるため、弁を閉じるための所要時間が
長くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、垂直に対して傾斜したパイプラインにおい
て、安定してかつ迅速に動作でき衝突を極力避けた逆止
め弁を提供することである。

【０００７】本発明のさらなる目的は、垂直に対して傾
斜したパイプラインにおいて用いられる逆止め弁におい
て、弁閉止手段と、上記逆止め弁が開放位置にあるとき
上記閉止手段のまわりに予め定められた流路を構成する
閉止案内手段とを備え、流れが反転すると上記弁閉止手
段は上記パイプラインに対して中心にかつ対称的に心合
わせされ、上記弁閉止手段が閉止位置に移動するまで上
記心合わせを維持することを特徴とする逆止め弁を提供
することである。

【０００８】本発明のさらなる目的は、弁閉止手段と、
弁案内手段とを備え、上記弁案内手段は、パイプライン
あるいは弁体の内部で、上記パイプラインあるいは弁体
の内表面に対して最適な関係を保つように動作し、開放
状態において弁の「詰り」を防止できるようにしたこと
を特徴とする逆止め弁を提供することである。

【０００９】本発明のさらなる目的は、連結手段により
連結された弁閉止手段及び弁案内手段の複合体から構成
されることを特徴とする逆止め弁を提供することであ
る。

【００１０】本発明のさらなる目的は、複合体の質量
が、パイプライン傾斜角に対して、及び、弁体の内表面
及び案内手段の外表面の間の摩擦係数に対して最適な関
係を有するように構成することにより、逆止め弁を通過
して流れる流体がないときあるいは弁が開放位置から閉
止位置に戻るときの詰りを防ぐことができるようにした
逆止め弁を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による逆止め弁
は、パイプラインに連続した弁体と、上記弁体内に設け
られた弁座手段と、上記弁座手段と協動して流体シール
を構成するための閉止手段と、上記閉止手段に連結され
た案内手段とを備え、上記弁体の内表面及び上記案内手
段の外表面の間に流体の最適流路が形成され、上記閉止
手段は上記弁座手段に対して正しく心合わせされ、上記
閉止手段を保護するとともに、上記逆止め弁を閉じたと
き上記流体シールの完全性を保証できるようにしたこと
を特徴とする。

【００１２】

【実施例】まず、本発明の理解を助けるため、従来の逆
止め弁について説明する。

【００１３】図１及び図２は、垂直に対して角度αの傾
斜をもつパイプラインあるいは導管内に配置された従来
の球型逆止め弁機構を示す図である。

【００１４】すでに述べたように、また、図２に示され
るように、球型逆止め弁が開放状態にあるとき、流体の
流動は、球を中心として対称的とはならない。これは、
重力が球全体に作用し、垂直方向の経路に沿って球を下
向きに引張るからである。

【００１５】このような非対称的な流動が起きることは
好ましくない。すなわち、図１に示すように流体の流れ
が反転すると、球は弁座に着座する。このとき、閉止を
行なうために球が弁座に近付く間、球は、非対称的な流
体の流れの影響を受けて、しばしば弁体の内表面に衝突
してははね返る。

【００１６】上述のとおり、傾斜した導管あるいはパイ
プライン内の従来の球型逆止め弁では、弁の閉止動作に
おいて、球は重力と流体の流動の影響を受け、不安定に
揺動し何回も衝突する。このことは球や弁座の損傷及び
弁機構全体の磨耗や破断をもたらす。

【００１７】次に、本発明の実施例につき、図面を参照
して詳細に説明する。

【００１８】図３及び図４を参照すると、垂直に対して
角度αの傾斜をもつ、逆止め弁及びパイプラインの組合
せ機構１０が示されている。逆止め弁は、閉止手段１１
と、案内手段１２と、閉止手段１１及び案内手段１２を
連結する連結手段１３、パイプライン１５と連続した弁
体１６とを備えている。

【００１９】弁座１４が、公知の方法で、弁体１６の内
部に取り付けられている。閉止手段１１が弁座手段１４
内に嵌合されると、弁が閉じられる。好ましい実施例に
おいて、案内手段１２は、棒状部材１３により閉止手段
１１に連結された円筒管から構成される。案内手段１２
の他の実施例としては、径方向に延在するフィンを有す
る魚雷型部材あるいは正多角形断面を有する管状部材を
用いることができる。

【００２０】停止手段１７（図３）が弁体１６の内表面
１８に取り付けられ、閉止手段１１の運動行程を制限す
る。図４の実施例においても、同様に、閉止手段１１の
運動を制限するための停止手段１９が設けられている。

【００２１】閉止手段１１と、連結手段１３と、案内手
段１２との組合わせにより、あらかじめ定められた質量
をもつ複合体を構成する。この複合体の質量は、角度
α、及び、案内手段１２と閉止手段１１の間の距離、及
び、弁体１６の内表面１８と案内手段１２の外表面２１
の間の摩擦係数から決定され、複合体が弁体の内表面に
沿って自由に滑動でき、図５及び図６に示す「詰り」ま
たは「ロック」状態を防ぐような値に定められる。

【００２２】以下、図７及び図８を参照して数値決定の
ための算出式の導出について説明する。ポペット型逆止
め弁は、質量ｍ₁をもつ閉止部１１と、質量ｍ₂をもつ連
結棒１３と、質量ｍ₃をもつ案内部１２とを備えてい
る。これらの構成要素は、それぞれ、直径ｄ₁，ｄ₂，ｄ
₃及び長さｌ₁，ｌ₂，ｌ₃を有している。

【００２３】以下に述べる数学的分析により、弁の臨界
角と弁の幾何学的設計（すなわち、ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃，
ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃）との関係が決定され
る。この分析には、「膠着状態」の弁に関する自由体図
を用い、弁が「膠着状態」にあり移動できないという事
実により、弁と弁を内包するパイプ（またはポンプ筒や
弁ケージ）の間に生じる接触力Ｆ₁及びＦ₂を示す。図９
は、図８の弁の自由体図である。自由体図には、接触点
において生じる、弁複合体（ｍ₁＋ｍ₂＋ｍ₃）の長手方
向軸に平行な摩擦力Ｆ₁´及びＦ₂´も示されている。さ
らに、質量ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃による、重力ｇの方向に下向
きに作用する力は、質量ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃のそれぞれの重
心から生じる重量ｍ₁ｇ，ｍ₂ｇ，ｍ₃ｇとして示され
る。

【００２４】摩擦力Ｆ₁´及びＦ₂´は、それぞれ、接触
力に比例して計算される。

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】比例定数は、摩擦係数、すなわち、μ₁と
μ₂に等しい。したがって次式が成立する。

【００２８】

【数３】

【００２９】

【数４】

【００３０】さらに、材料、流体、接触面の性質によ
り、μ₁とμ₂は互いに等しい。したがって、

【００３１】

【数５】

【００３２】

【数６】

【００３３】すべての力（Ｆ₁´，Ｆ₁，Ｆ₂´，Ｆ₂，ｍ
₁ｇ，ｍ₂ｇ，ｍ₃ｇ）はベクトルであり、２つの成分に
分解できる。すなわち、長手方向の弁軸に直角な成分
と、弁軸に平行な成分に分解できる。図示のように、質
量ｍ₁による力（重量）すなわちｍ₁ｇは、平行成分（ｍ
₁ｇ cosα_cr）及び直角成分（ｍ₁ｇ sinα_cr）に分解で
きる。

【００３４】最後に、弁は、臨界角α_crに到達すると
「膠着状態」になる。このため、弁は移動できず、直角
及び平行方向に沿った力の差分（ニュートンの第２法則
による）ならびに弁体のあるゆる作用点におけるトルク
の差分はゼロでなければならない。

【００３５】これらの原理を用いることにより次の３つ
の式が成立する。

【００３６】

【数７】

【００３７】

【数８】

【００３８】

【数９】

【００３９】式７は、すべての直角方向の力を合計する
ことにより得られる。

【００４０】式８は、すべての平行方向の力を合計する
ことにより得られる。

【００４１】式９は、案内手段１３及び連結手段１２が
連結される点におけるすべてのトルクを合計することに
より得られる。

【００４２】３つの変数（Ｆ₁，Ｆ₂，α_cr）について上
記の式の解を求めれば、次式が導かれる。

【００４３】

【数１０】

【００４４】

【数１１】

【００４５】

【数１２】

【００４６】α_crについて式を簡単にすると、次式に到
達する。

【００４７】

【数１３】

【００４８】ここで、Ｋを次式のとおり定める。

【００４９】

【数１４】

【００５０】さらに、Ｋ₁及びＫ₂を次式のとおり定め
る。

【００５１】

【数１５】

【００５２】

【数１６】

【００５３】α_crについての式を式７の形に書き直すこ
とにより、ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃，ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｄ₁，ｄ₂，
ｄ₃を、適当な構造設計により、Ｋが１に等しくなるよ
うに選択する。このことにより、α_crの値は次式に示す
とおりとなる。

【００５４】

【数１７】

【００５５】これは、理論的に可能な最大角度である。

【００５６】以上、本発明について実施例を用いて説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく形状、
大きさ、部品の配置、動作の詳細などについて変更を加
えることができるのはもちろんである。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明の逆止め弁
は、弁案内手段により、パイプラインに対して中心にか
つ対称的に位置合わせされるため流体の流れが偏ること
なく、また弁閉止手段が弁座手段に対して正しい心合わ
せ状態に保たれる。このため、閉止動作時における閉止
手段の衝突が避けられ、迅速な閉止が行なわれる。ま
た、弁機構の設計において、パイプライン傾斜角と、弁
体の内表面と案内手段の外表面の間の摩擦係数から、弁
機構の質量を決定し、これにより弁機構の最大傾斜角を
制限できるため、弁の傾きによる「詰り」を効果的に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の球型逆止め弁を閉止状態で示した図であ
る。

【図２】従来の球型逆止め弁を開放状態で示した図であ
る。

【図３】本発明の一実施例による逆止め弁の断面図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例による逆止め弁の断面図で
ある。

【図５】本発明によって解決される逆止め弁機構の「詰
り」あるいは「ロック」状態を示す図である。

【図６】本発明によって解決される逆止め弁機構の「詰
り」あるいは「ロック」状態を示す図である。

【図７】本発明による逆止め弁の自由体図である。

【図８】本発明による逆止め弁の自由体図である。

【図９】本発明による逆止め弁の自由体図である。

【符号の説明】

１０…逆止め弁及びパイプラインの組合わせ機構 １１…閉止手段 １２…案内手段 １３…連結手段 １４…弁座手段 １５…パイプライン １６…弁体 １７…停止手段 １８…弁体の内表面 １９…停止手段 ２１…案内手段の外表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アムノン メイア ヴァダス フェケテ ヴェネズエラ，エド．ミランダ，サン ア ントニオ デロス アルトス，ユーアール ビー．クラブ デ キャンポ，カレ チン ボラゾ，キューティーエイ．アドリアナ （番地なし)

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直に対して角度をなして傾斜する流体
   導管に用いられる逆止め弁において、 弁体と、 上記弁体内部の弁座手段と、 上記弁座手段とともに流体シールを構成する閉止手段
   と、 上記閉止手段から離間し、棒状部材により上記閉止手段
   に連結された案内手段とを備え、 上記案内手段により、上記弁体の内表面と上記案内手段
   の外表面との間に流体流路を形成し、上記閉止手段は上
   記弁座手段に対して正しく心合わせされ、これにより上
   記逆止め弁の閉止時における上記流体シールの完全性を
   保証し、上記弁閉止手段と、上記棒状部材と、上記案内
   手段との組合わせにより予め定められた質量をもつ複合
   体を構成し、上記複合体の質量は、上記導管の垂直から
   の傾斜角（α）、及び、上記案内手段の外表面と上記弁
   体の内表面との間の摩擦係数に基づいてα_cr＝tan
   ^-1（１／μ）Ｋが成立するように決定され、これにより
   上記複合体は上記内表面に沿って自由に滑動でき、上記
   弁を通過して流れる流体がない場合あるいは流動が反転
   したとき弁体内で上記複合体の詰りが起きるのを防ぐこ
   とができるようにしたことを特徴とする逆止め弁。
2. 【請求項２】 上記弁体と上記案内手段は、ともに、円
   形断面を有する管状部材であることを特徴とする請求項
   １の逆止め弁。
3. 【請求項３】 上記弁体の内表面及び上記案内手段の外
   表面により、開放状態において上記弁を通過する流体の
   ための環状の流体流路が構成されることを特徴とする請
   求項２の逆止め弁。
4. 【請求項４】 上記案内手段は、連結手段を介して上記
   閉止手段から軸方向に離間して設けられていることを特
   徴とする請求項１の逆止め弁。
5. 【請求項５】 上記連結手段は棒状部材であることを特
   徴とする請求項４の逆止め弁。
6. 【請求項６】 上記弁体に停止手段を設け、上記停止手
   段と上記弁座手段とにより、上記閉止手段の動きを限定
   するようにしたことを特徴とする請求項１の逆止め弁。
7. 【請求項７】 上記停止手段は、上記弁体の内表面から
   径方向内側に延在する突起から構成されることを特徴と
   する請求項６の逆止め弁。
8. 【請求項８】 上記突起は、リングから構成されること
   を特徴とする請求項７の逆止め弁。
9. 【請求項９】 上記案内手段及び上記閉止手段はともに
   上記弁座手段の同じ側に配置されていることを特徴とす
   る請求項１の逆止め弁。
10. 【請求項１０】 上記停止手段と、上記案内手段と、上
    記閉止手段はすべて、上記弁座手段の同じ側に設けられ
    ていることを特徴とする請求項６の逆止め弁。
11. 【請求項１１】 上記閉止手段及び上記案内手段は、上
    記弁座手段をはさんで、互いに反対側に設けられている
    ことを特徴とする請求項１の逆止め弁。
12. 【請求項１２】 上記案内手段及び上記停止手段は上記
    弁座手段の同じ側に設けられ、上記閉止手段は上記弁座
    手段の反対の側に設けられていることを特徴とする請求
    項６の逆止め弁。