JPH11236981A

JPH11236981A - シリンダバルブ

Info

Publication number: JPH11236981A
Application number: JP4004198A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Monno; 譲門野; Eiji Hori; 栄治堀; Masahiro Kitazawa; 正広北澤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】シリンダ形弁体を急速に閉止しても、水撃現
象が発生しないシリンダバルブを提供する。【解決手段】弁座室の内部の中央部分に配設され、環
状のパッキンが嵌着された弁座、及びバルブ本体の内周
に昇降自在に嵌着され、その中間部外周にピストン部分
が形成されたシリンダ形の弁体１４を有し、更に弁座の
上方部材を略円錐体形状として該円錐体の頂点から底部
周縁にわたり波状の凹凸面を連続して形成し、弁体を昇
降させて、流体流路を開閉するようにしたシリンダバル
ブにおいて、弁座の上方部材の下端外周面と弁体１４の
下端内周面との間隙が３段階に減少するように、上方部
材の外周面を上方から第１ストレート面１０Ａ１、第１
傾斜面１０Ｂ１、第２傾斜面１０Ｂ２、及び第２ストレ
ート面１０Ａ２によって順次形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、配管途中
に設けられて、配管内を流れる流体の流路を開閉するた
めのシリンダバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、このようなシリンダバルブと
して、図６に示したように、上端に流体流入口２０２が
設けられた円筒状のバルブ本体２０１と、該バルブ本体
２０１の下流側に接続され且つその底部に流体流出口２
０８が形成された筺状の弁座室２０５と、該弁座室の内
部の中央部分に配設され且つ環状のパッキン２１２がそ
の上方部材２１０と下方部材２１１との間に嵌着された
弁座２００Ａと、前記バルブ本体２０１の内周に昇降自
在に嵌着され、且つその中間部外周にピストン部分２１
５が形成されたシリンダ形の弁体２１４とから構成さ
れ、弁体２１４の下端を弁座室内の弁座の環状のパッキ
ン２１２に臨ませて配置して、弁体の昇降動によって弁
座室内の流体流路を開閉するように構成したシリンダバ
ルブが使用されている（特公昭６２−４７７２号公報参
照）。

【０００３】しかしながら、このようなシリンダバルブ
において、シリンダ形弁体２１４で急速に閉止作用を行
った場合、バルブ本体に連結した配管中に流れている流
体の速度が急激に止まることになる。従って、この際に
流体の速度エネルギーの逃げ場がなくなり、これが圧力
のエネルギーに変換されてバルブの上流側で異常な圧力
上昇が起きるとともに、大きな衝撃音と振動がともな
う、いわゆる「水撃現象（ウォーターハンマー現象）」
が生じて、バルブ配管、周辺の計器類に多大な悪影響を
及ぼすこととなる。

【０００４】すなわち、従来のシリンダバルブでは、図
７に示したように、バルブを開放状態から閉止状態にす
る際に、弁開度の大きい位置では流量減少割合が小さ
く、弁開度が小さくなった際に流量の減少割合が大きく
なり、急激な流量減少とともに閉止される。この場合、
バルブの閉止に近づいているので、流量の減少にともな
って上昇した流体圧力が下流側に逃げることができず、
しかも閉止状態付近では、急激に流量減少が生じて閉止
するため、上記した水撃現象が生じることになる。

【０００５】このため、従来から、図８に示したよう
に、この種のシリンダバルブにおいて、弁座３００Ａの
上方部材３１０を略円錐体形状として、該円錐体の頂点
から底部周縁にわたり波状の凹凸面が連続して形成し
て、バルブを開放状態から閉止状態にする際に、弁開度
の大きい位置では流量減少割合を大きくし、閉止になる
にしたがって流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少
とともにバルブが閉止されるようにして、シリンダ形弁
体を急速に閉止しても水撃現象が発生しないように構成
したシリンダバルブが提案なされている（特公昭６０−
２３７７号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示したような構成のシリンダバルブにおいて、従来よ
り、図９に示したように、弁座３００Ａの上方部材３１
０の下端外周面３１０Ａと、弁体３１４の下端内周面３
１４Ａとの間隙が、２段階（間隙Ｓ’１とＳ’２）に減
少するように、上方部材３１０の外周面３１０Ａを傾斜
面に形成、すなわち、上方より、第１ストレート面３１
０Ａ１、第１傾斜面３１０Ｂ１及び第２ストレート面３
１０Ａ２から構成して、バルブを開放状態から閉止状態
にする際に、弁開度の大きい位置では流量減少割合を大
きくし、閉止になるにしたがって流量減少割合を小さ
く、緩やかな流量減少とともにバルブが閉止されるよう
にして、シリンダ形弁体を急速に閉止しても水撃現象が
発生しないように構成したいわゆる２段階絞り形式のシ
リンダバルブが提案なされている。

【０００７】しかしながら、このような２段階絞り形式
のシリンダバルブにおいては、図１０及び図１１に示し
たように、弁開度６％〜１０％の範囲において、流量特
性を示すＣＶ値（弁係数）が開度に比例して減少しない
領域Ｂが発生する。

【０００８】本発明は、このような現状を考慮して、バ
ルブを開放状態から閉止状態にする際に、弁開度の大き
い位置では流量減少割合を大きくし、閉止になるにした
がって流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少ととも
にバルブが閉止されるようにして、開度１０％以下にお
いても流量が比例して減少するシリンダバルブを提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、上端に流体流入口２が設けられ
た円筒状のバルブ本体１と、該バルブ本体１の下流側に
接続され且つその底部に流体流出口８が形成された筺状
の弁座室５と、該弁座室の内部の中央部分に配設され且
つ環状のパッキン１２がその上方部材１０と下方部材１
１との間に嵌着された弁座Ａと、前記バルブ本体１の内
周に昇降自在に嵌着され、且つその中間部外周にピスト
ン部分１５が形成されたシリンダ形の弁体１４とから構
成され、前記弁座Ａの上方部材１０を略円錐体形状とし
て該円錐体の頂点から底部周縁にわたり波状の凹凸面が
連続して形成され、前記弁体の下端を弁座室内の弁座の
環状のパッキンに臨ませて配置して弁体の昇降動によっ
て弁座室内の流体流路を開閉するように構成したシリン
ダバルブにおいて、前記弁座Ａの上方部材の下端外周面
と、弁体１４の下端内周面との間隙が、３段階に減少す
るように、上方部材の外周面を傾斜面に形成したシリン
ダバルブである。

【００１０】そして、このように構成することによっ
て、バルブを開放状態から閉止状態にする際に、弁開度
の大きい位置では流量減少割合を大きくし、閉止になる
にしたがって流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少
とともにバルブが閉止されるようにしている。すなわ
ち、図１２及び図１３に示したように、従来のシリンダ
バルブのような流量特性を示すＣＶ値（弁係数）が開度
に比例して減少しない領域Ｂがなくなり、弁開度０〜１
０％の範囲においてＣＶ値を開度にほぼ比例して減少さ
せることができ、より確実に水撃現象が発生しないよう
になっている。

【００１１】

【発明の実施の形態】また、本発明のシリンダバルブ
は、前記上方部材の外周面を、上方より第１ストレート
面１０Ａ１、第１傾斜面１０Ｂ１、第２傾斜面１０Ｂ
２、及び第２ストレート面１０Ａ２から構成したことを
特徴とする。

【００１２】この場合、弁体１４の口径面積と、第１
ストレート面１０Ａ１の下端Ｄと弁体の下端内周面１４
Ａとの間の間隙Ｓ１のすきま面積との面積比Ｑ１が、４
８：１、弁体１４の口径面積と、第１傾斜面１０Ｂ１
の下端Ｅと弁体の下端内周面１４Ａとの間の間隙Ｓ２の
すきま面積との面積比Ｑ２が、１５９：１、弁体１４
の口径面積と、第２傾斜面１０Ｂ２の下端Ｆと弁体の下
端内周面１４Ａとの間の間隙Ｓ３のすきま面積との面積
比Ｑ３が、２３８：１とするのが好ましい。

【００１３】また、(1)第１ストレート面１０Ａ１の下
端Ｄから第２ストレート面１０Ａ２の下端Ｇとの距離Ｌ
１が、弁体１４のストロークＬＳの１８％、(2)第１傾
斜面１０Ｂ１の下端Ｅから第２ストレート面１０Ａ２の
下端Ｇとの距離Ｌ２が、弁体１４のストロークＬＳの１
２％、(3)第２傾斜面１０Ｂ２の下端Ｆから第２ストレ
ート面１０Ａ２の下端Ｇとの距離Ｌ３が、弁体１４のス
トロークＬＳの６％とするのが好ましい。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１は、本発明のシリンダバルブのバ
ルブを開放した状態の縦断面図、図２は、図１のシリン
ダバルブのバルブを閉止した状態の縦断面図、図３は、
弁座Ａの平面図、図４は弁座Ａの上方部材の斜視図、図
５は、図２のＩ部拡大図である。

【００１５】図１及び図２において、１はシリンダバル
ブのバルブ本体で、その中間部の外周に段部が設けら
れ、上部の内径を小さく、下部の内径を大とした円筒体
形状に構成してある。そして、バルブ本体１の上方に
は、下部内周面をテーパ４形状に形成した流体流入口２
が形成されており、その外周には、配管などのフランジ
に接続するためのフランジ３が一体的に形成されてい
る。

【００１６】バルブ本体１の下端にはフランジが設けら
れており、このフランジ１Ａと弁座室５の筒状部６の外
周に設けられたフランジ７との間にパッキンを介在させ
て、ボルト９で締結することによって、バルブ本体１の
下端に弁座室５が連結されている。弁座室５は、中間部
が膨出形成された筺体形状であって、上方開口に筒状部
６が連設され、下方に流体流出口８が形成され、該流体
流出口８の外周に配管などのフランジに接続するための
フランジ５Ａが形成されている。

【００１７】また、弁座室５内には、その中央部分に弁
座Ａが配置されており、弁座室５の内周壁と弁座Ａとの
間に流体流路を形成するとともに、弁座室５の内周壁と
弁座Ａとの間に支持部材をわたして弁座Ａを弁座室５に
固定している。弁座Ａは、図４及び図５に示したよう
に、円錐体形状で該円錐体の周面にその頂点から底部周
縁にわたり波状の凹凸面１０’が連続して形成された上
方部材１０と、倒円錐体形状の下方部材１１と、上方部
材１０と下方部材１１の周縁部間に上面を露出して装着
されたパッキン１２とから構成されており、上方部材１
０の凹凸面１０’の凹部に穿設されたボルト孔１０”に
ボルト１３を挿通して下方部材１１に設けられたネジ孔
１１Ａに螺合することにより締結されている。

【００１８】１４はシリンダ形状の弁体であって、弁体
１４には、その中間部の外周に断面逆Ｌ字形状の環状の
ピストン１５が一体的に設けられている。そして、弁体
１４は、バルブ本体１の円筒体の小径部内周面１Ａおよ
び弁座室５の筒状部６の内周面６Ａに添わせるととも
に、ピストン１５をバルブ本体１の円筒体の大径部内周
面１Ｂに添わせた状態で上下方向に摺動自在に嵌合され
ている。また、この状態で、弁体１４の下端１４Ｂを弁
座Ａのパッキン１２に臨ませ、弁体１４の上端１４Ｃを
流体流入口２のテーパー面４に臨ませている。なお、１
６はピストン１５の摺動面に設けたパッキンである。

【００１９】バルブ本体１の下方の大径部１Ａと、弁座
室５の筒状部６とそのフランジ７と、弁体１４との間に
は、ピストン作動室４０が形成されており、その内部に
ピストン１５が装着されている。ピストン作動室４０
は、ピストン１５によって、上方分室１７と下方分室１
８とに仕切られており、下方分室１８の底部には、圧力
流体を注入・排出するための通路１９が設けられるとと
もに、上方分室１７の上部の外壁すなわちバルブ本体１
の下方の大径部１の外壁には、圧力流体を注入・排出す
るための開口２０が形成されている。

【００２０】また、筒状部６には、その内周面から外周
面に連通するように穿設したドレン孔２１が設けられる
とともに、筒状部６の内周面にドレン孔２１の開口部の
上下にパッキン２２、２３が装着されている。一方、バ
ルブ本体１の円筒体の中間部外周の段部１Ｃに、その内
周面から外周面に連通するドレン孔２４が穿設されると
ともに、その段部内周面にドレン孔２４の開口部の上下
にパッキン２５、２６が装着されている。なお、２７、
２８は、ダストシールである。

【００２１】バルブ本体１の円筒体の中間部外周の段部
１Ｃには、ピストン作動室４０の上部に設けられた上方
分室１７と通じる縦孔１Ｄに、スリーブ状軸受２９を装
着してその内部にパッキン３１を介して指示棒３０が上
下に摺動自在に挿着されている。指示棒３０の下端に設
けられた鍔３２が、ピストン１５の上面に形成された円
環状の溝３３に係止されている。また、指示棒３０の外
側には、バルブ本体１の円筒体の中間部外周の段部１Ｃ
に設けられた縦孔１Ｅに、ドック３４の中間部が摺動自
在に挿通されており、ドック３４の上方が内側方向に屈
曲されて、上方屈曲端３４Ａが指示棒３０の上端に連結
されるとともに、ドック３４の下方が外側に屈曲され
て、下方屈曲端３４Ｂが、上下に配置したリミットスイ
ッチ３５、３６の間に位置して、指示棒３０の上下動に
ともなってそれぞれ接触してリミットスイッチを入切す
るようになっている。

【００２２】このように構成されるシリンダバルブで
は、圧力流体を通路１９を介して、ピストン作動室４０
の下方分室１８内に注入すると、ピストン１５が押し上
げられて弁体１４が上方に移動して、弁体１４の下端１
４Ｂが弁座Ａのパッキン１２から離間した状態となり、
ピストン作動室４０の上方分室１７内の圧力流体が、開
口２０から排出されて、シリンダバルブは開放状態とな
る。この状態で、上流側の配管から流体流入口２を介し
て流入した流体は、シリンダ形の弁体１４の内部を介し
て、弁座Ａと弁座室５の内周壁との間に形成された流体
通路４２を通って、弁座室５の下方の流体流出口８か
ら、シリンダバルブの下流側に接続された配管へと排出
されるようになっている。この状態が図１の状態であ
る。

【００２３】一方、圧力流体を開口２０を介して、ピス
トン作動室４０の上方分室１７内に注入すると、ピスト
ン１５が押し下げられて弁体１４が下方に移動して、弁
体１４の下端１４Ｂが弁座Ａのパッキン１２に密接した
状態となり、ピストン作動室４０の下方分室１８内の圧
力流体が、通路１９から排出されて、シリンダバルブは
閉止状態となる。この状態で、上流側の配管から流体流
入口２を介して流入した流体は、弁座室５内への流入が
阻止された状態となる。この状態が図２の状態である。

【００２４】ところで、本発明のシリンダバルブでは、
弁座Ａを、図３及び図４に示したように、円錐体形状で
該円錐体の周面にその頂点から底部周縁にわたり波状の
凹凸面１０’が連続して形成された上方部材１０により
形成したので、バルブを開放状態から閉止状態にする際
に、内部流体が弁座Ａの表面の凹凸面１０’の凹部を流
れることとなり、弁開度の大きい位置では流量減少割合
を大きく、閉止になるにしたがって流量減少割合を小さ
く、緩やかな流量減少とともにバルブが閉止されるの
で、シリンダ形弁体を急速に閉止しても水撃現象が発生
しないようになっている。

【００２５】しかしながら、これだけでは、図１０及び
図１１に示したように、どうしてもバルブの閉止状態直
前において、流量が比例して減少しない領域があるの
で、本発明では、図５に示したように、弁座Ａの上方部
材の下端外周面１０−１と、弁体１４の下端内周面１４
Ａとの間隙が、３段階に減少するように、上方部材の外
周面を傾斜面に形成してある。すなわち、上方部材の外
周面を、上方より第１ストレート面１０Ａ１、第１傾斜
面１０Ｂ１、第２傾斜面１０Ｂ２、及び第２ストレート
面１０Ａ２から構成している。

【００２６】この場合、弁体１４の口径面積（π/4・
イ²）と、第１ストレート面１０Ａ１の下端Ｄと弁体の
下端内周面１４Ａとの間の間隙Ｓ１のすきま面積（π/4
・（ソ²−ス²））との面積比Ｑ１が、４８：１、弁体
１４の口径面積と、第１傾斜面１０Ｂ１の下端Ｅと弁体
の下端内周面１４Ａとの間の間隙Ｓ２のすきま面積（π
/4・（ソ²−シ²））との面積比Ｑ２が、１５９：１、
弁体１４の口径面積と、第２傾斜面１０Ｂ２の下端Ｆと
弁体の下端内周面１４Ａとの間の間隙Ｓ３のすきま面積
（π/4・（ソ²−セ²））との面積比Ｑ３が、２３８：１
とするのが好ましい。

【００２７】また、(1)第１ストレート面１０Ａ１の下
端Ｄから第２ストレート面１０Ａ２の下端Ｇとの距離Ｌ
１が、弁体１４のストロークＬＳの１８％、(2)第１傾
斜面１０Ｂ１の下端Ｅから第２ストレート面１０Ａ２の
下端Ｇとの距離Ｌ２が、弁体１４のストロークＬＳの１
２％、(3)第２傾斜面１０Ｂ２の下端Ｆから第２ストレ
ート面１０Ａ２の下端Ｇとの距離Ｌ３が、弁体１４のス
トロークＬＳの６％とするのが好ましい。

【００２８】このように構成することによって、バルブ
を開放状態から閉止状態にする際に、弁開度の大きい位
置では流量減少割合を大きくし、閉止になるにしたがっ
て流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少とともにバ
ルブが閉止されるようになっており、シリンダ形弁体を
急速に閉止してもより確実に水撃現象が発生しないよう
になっており、図１１に示した従来のシリンダバルブの
ような流量特性を示すＣＶ値（弁係数）が開度に比例し
て減少しない領域Ｂがなくなり、弁開度０〜１０％の範
囲においてＣＶ値を開度にほぼ比例して減少させること
ができ、より確実に水撃現象が発生しないようになって
いる。

【００２９】図１２及び図１３はこの事実を説明するも
ので、テストバルブ：ＪＩＳ１０Ｋ呼び径１００ｍｍ流体：水流量：１．２〜３ｍ³／ｈｒテスト装置配管長さ：２０ｍ本発明を施したシリンダバルブは、従来のシリンダバル
ブに比較して弁開度０〜１０％の範囲においてＣＶ値は
開度にほぼ比例して減少している。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシリ
ンダバルブによれば、弁座Ａの上方部材の下端外周面
と、弁体１４の下端内周面との間隙が、３段階に減少す
るように、上方部材の外周面を傾斜面に形成したので、
バルブを開放状態から閉止状態にする際に、弁開度の大
きい位置では流量減少割合を大きく、閉止になるにした
がって流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少ととも
にバルブが閉止されるようになっている。すなわち、従
来のシリンダバルブのような流量特性を示すＣＶ値（弁
係数）が開度に比例して減少しない領域がなくなり、弁
開度０〜１０％の範囲においてＣＶ値を開度にほぼ比例
して減少させることができ、より確実に水撃現象が発生
しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリンダバルブのバルブを開放した状
態の縦断面図である。

【図２】図１のシリンダバルブのバルブを閉止した状態
の縦断面図である。

【図３】弁座Ａの平面図である。

【図４】弁座Ａの上方部材の斜視図である。

【図５】図２のＩ部拡大図である。

【図６】従来のシリンダバルブのバルブの縦断面図であ
る。

【図７】従来のシリンダバルブの開度−流量特性を示す
グラフである。

【図８】従来の別のシリンダバルブのバルブの縦断面図
である。

【図９】従来の別のシリンダバルブのバルブの縦断面図
である。

【図１０】図９に示した従来のシリンダバルブの開度−
流量特性を示すグラフである。

【図１１】図１０のＩＩ部を拡大したシリンダバルブの
開度−流量特性を示すグラフである。

【図１２】本発明のシリンダバルブの開度−流量特性を
示すグラフである。

【図１３】図１２のＩＩI部を拡大したシリンダバルブ
の開度−流量特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・バルブ本体２・・・流体流入口５・・・弁座室１０・・・上方部材１０Ａ１・・・第１ストレート面１０Ａ２・・・第２ストレート面１０Ｂ１・・・第１傾斜面１０Ｂ２・・・第２傾斜面１１・・・下方部材１４・・・弁体１５・・・ピストン部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北澤正広大阪府八尾市安中町五丁目５番５号日本バルカー工業株式会社八尾工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端に流体流入口２が設けられた円筒状
のバルブ本体１と、該バルブ本体１の下流側に接続され
且つその底部に流体流出口８が形成された筺状の弁座室
５と、該弁座室の内部の中央部分に配設され且つ環状の
パッキン１２がその上方部材１０と下方部材１１との間
に嵌着された弁座Ａと、前記バルブ本体１の内周に昇降
自在に嵌着され、且つその中間部外周にピストン部分１
５が形成されたシリンダ形の弁体１４とから構成され、前記弁座Ａの上方部材１０を略円錐体形状として該円錐
体の頂点から底部周縁にわたり波状の凹凸面が連続して
形成され、前記弁体の下端を弁座室内の弁座の環状のパ
ッキンに臨ませて配置して弁体の昇降動によって弁座室
内の流体流路を開閉するように構成したシリンダバルブ
において、前記弁座Ａの上方部材の下端外周面と、弁体１４の下端
内周面との間隙が、３段階に減少するように、上方部材
の外周面を傾斜面に形成して、バルブを開放状態から閉止状態にする際に、弁開度の大
きい位置では流量減少割合を大きくし、閉止になるにし
たがって流量減少割合を小さく、緩やかな流量減少とと
もにバルブが閉止されるようにして、シリンダ形弁体を
急速に閉止してもより確実に水撃現象が発生しないよう
に構成したことを特徴とするシリンダバルブ。
【請求項２】前記上方部材の外周面を、上方より第１
ストレート面、第１傾斜面、第２傾斜面、及び第２スト
レート面から構成したことを特徴とする請求項１に記載
のシリンダバルブ。