JPS5818558B2 - 流量圧力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、キャビテーションの生じない流量若しくは圧
力の制御範囲を大幅に拡大できるようにした、一般機器
の流体回路に使用する流量圧力制御法に関する。

一般にバタフライ弁、仕切弁、ロート弁又は玉形弁等を
流体の流量制御や圧力制御に使用したとき、弁１度が十
分に高くて多流量の場合にはキャビテーション係数が大
きくな９キヤビテーシヨンを生ずることは殆んどない。

然し乍ら、前記各バルブは所謂初生キャビテーション係
数が比較的高いため、弁開度を下げて低流量とした時の
ようにキャビテーション係数の比較的低い状態に於いて
は、弁出口側近傍に所謂キャビテーションを発生し大き
な振動や騒音を起生ずることになり、低弁開度に於ける
流量圧力制御が困難となる。

即ち、弁開度が小さい時には、下流圧が過少になって流
体の通過流速が大きくなり、かつ絞り現象が生じて圧力
が著しく低下するからである。

上述の如きバタフライ弁等の低開弁度に於けるキャビテ
ーションを防止するために、バルブ出口側近傍のキャビ
テーションを発生し易い領域内へ、バイパス回路を通し
て導出した高圧側の流体と、流体の噴出により外部より
吸引した空気との混合物を圧入し、これによってキャビ
テーションを抑制するようにした技術が開発されている
（特公昭４６−５３４２号等）。

然し乍ら、キャビテーションを十分に押え得るだけの気
体と流体との混合物を、バルブ出口側近傍のキャビテー
ションを発生し易い領域内へ連続的に押し込むのは相当
に困難であり、弁開度が下ってキャビテーションの領域
が拡大した様な場合にはキャビテーションの発生を防止
することが出来ない。

また、高圧側の流体圧が変動する様な場合には、流体の
噴出に伴なう外部空気の吸引が安定せず、その結果キャ
ビテーションの防止作用が不安定となる。

この様に、特公昭４６−５３４２号の技術ではバルブの
広い開度範囲に亘って確実にキャビテーションの発生を
防止できず、キャビテーションの生じない流量若しくは
圧力の制御範囲が狭いという欠点がある。

本発明は上述の様な従前の流体の流量圧力制御に於ける
、キャビテ」ジョンの生じない流量若しくは圧力の制御
範囲が狭いという欠点を除去し、キャビテーションの無
い制御範囲を大幅に拡大し得るようにした流量圧力制御
法を提供することを目的とするものである。

本発明では、キャビテーションを生じない流量若しくは
圧力の制御範囲の拡大を達成するため、流体の主流路に
バタフライ弁かロート弁か又は仕切弁を設けると共に、
これに並列に前記主流路より細径のバイパス流路を設け
てこれにスリーブ弁を介設し、キャビテーション係数σ
が１．５未満となる小流量時には主流路の弁を全閉にし
てバイパス流路のスリーブ弁を操作し、またキャビテー
ション係数σが１．５以上となる多流量時には、バイパ
ス流路のスリーブ弁を全閉にして主流路の弁を操作する
、構成としている。

スリーブ弁は、多数の透孔を有する円筒状バルブボディ
の中から外へ（或いは外から中へ）流体を通過させるよ
うにし、このバルブボディに摺接する円筒状ゲートを進
退させて蔽い隠す透孔の数を変化することにより、透孔
を通過する流体の流量及び圧力を調整するものであり、
前記透孔が流体の流線方向に縮径する形態に穿孔されて
いることとも相俟って、バルブの中では最も優れたキャ
ビデージョン特性を持っている。

第１図のＡは当該スリーブ弁の初生キャビテーション係
数σＳＯ（キャビテーション係数σがこの値以下になる
とキャビテーションが発生するという臨界値）の実測値
であり、弁開度が１０〜１００％の広い範囲に亘って略
０．６（機種により０．６以下のものもある）位である
。

これに対して、ロート弁の場合（曲線Ｂ）には、弁開度
が１０％で初生キャビテーション係数０冊は１．５であ
り、弁の開度と共にσＲＯは増加する。

バタフライ弁の場合（曲線Ｃ）や仕切弁の場合も同様で
、その初生キャビテーション係数σＢＯは開弁直後は略
１．５程度であり、弁の開度と共にσＢＯは上昇する。

但しここで弁開度というのは、ロート弁及びバタフライ
弁にあっては、弁体の全閉状態からの開き角θを百分率
で表わしたものであり、スリーブ弁に於いては、全透孔
に対する被覆されていない透孔の数の百分率である。

本発明では、流量が少なくてキャビテーション条件の厳
しいとき（σ＜ １．．５ 、、）には、主流路の弁を
閉じてバイパス流路のスリーブ弁を操作するから、キャ
ビテーションを起すことなく微少流量を得ることが出来
る。

何故なら、流量が少ないと下流圧Ｈｄも小さいのでキャ
ビテーション係数σは小さいが、スリーブ弁の初生キャ
ビテーション係数σＳＯはこれよりも更に小さいからで
ある。

又、流量が増し、下流圧Ｈｄも高まってキャビテーショ
ン条件が緩和（σ≧１，５）されそからスリーブ弁を閉
じて主流路の弁を操作するから、弁開度が低くてもキャ
ビテーションを生じない。

尚、主流路の弁開度を上げれば初生キャビテーション係
数σＢＯ，６冊も増加するが、それ以上に主流路のキャ
ビテーション係数σが増大するからキャビテーションは
完全に防止されることになる。

その結果、少流量・低流体圧の領域は、圧力損失係数が
比較的大きく且つ初生キャビテーション係数の小さなス
リーブ弁によってキャビテーションを生ずることなく制
御でき、また多流量・高流体圧の領域は圧力損失係数が
小さく且つ初生キャビテーション係数の大きなバタフラ
イ弁やロート弁等によってキャビテーションの心配なく
制御することができ、キャビテーションを生じない流量
圧力の制御範囲が大幅に拡大される。

次に本発明の特有の効果を述べると、本発明ではバイパ
ス流路の口径が主流路の口径より細径であるから、これ
に介設するスリーブ弁は小形でよく、大形のスリーブ弁
１基を用いて流量圧力制御をする場合に比較して設備費
が著しく低減する。

又、スリーブ弁は比較的圧力損失が大きいが、多流量に
なればバイパス流路のスリーブ弁を閉じて主流路の損失
の比較的少ない弁を使うため、大形のスリーブ弁１基を
用いる場合に比較して、多流量時に於ける損失が低減す
る。

以下、本発明の実施例を示す図面に基づき、その詳細を
説明する。

第３図及び第４図は、本願発明を実施する装置の断面概
要図であり、図に於いて、１３は主流路であって、ζこ
にはバタフライ弁２が装備されている。

又、１４はバイパス流路であり、その管径は主流路の１
／２〜１／４程度に選定されている。

流量圧力制御は、この並列に結合された二つのバルブの
操作により行なわれる。

先ず、第３図に示す如く、主流路１３のバタフライ弁２
を全閉にし、スリーブバルブ１を開いて行く。

そうすると、キャビテーションを起す事なく微少流量を
得る事ができる。

このときの下流圧Ｈｄは小さいので、キャビテーション
係数σも小さい。

しかし、スリーブバルブの初生キャビテーション係数σ
ＳＯは、これよりも更に小さいのでキャビテーションは
起きない。

スリーブバルブ１を開いてゆくと、流量が増大し、下流
圧Ｈｄも増加する。

その結果、キャビテーション係数σが増大し、キャビテ
ーション条件が緩和されてくるので、ここでバタフライ
弁２を開き、且つスリーブバルブ１を閉鎖して第４図の
如き状態にする。

第３図から第４図の状態への切替は、キャビテーション
係数σを基準にして行なう。

即ち、σが１．５未満でキャビテーション条件の厳しい
時にはスリーブバルブ１により、又、σが１．５以上で
キャビテーション条件が緩和された時にはバタフライ弁
２により、夫々流量圧力の制御を行なう。

何故なら、バタフライ弁２やロート弁３の僅小弁開度に
於ける初生キャビテーション係数σＢＯ，σ冊は、第１
図に示す如り１．０〜１．５程度であり、且つ弁開度を
上げれば初生キャビテーション係数σＢＯも増大するが
、それ以上にキャビテーション係数σの方が流量増によ
って増大し、キャビテーションを生じないからである。

その結果、バタフライ弁２に発生するキャビテーション
は略完全に防止されることになる。

尚ことで、キャビテーション係数σとは で定義される値であり、Ｈｄは下流圧（ホ）、Ｈｖは蒸
気圧（ホ）、Ｈｂは大気圧（ホ）、△Ｈは弁差圧（ホ）
である。

流量を減じてゆく時は、前述の逆にする。

即ち。スリーブバルブ１は全開にしたまま、バタフライ
弁２を閉じてゆき、流量が減少し、キャビテーション係
数が１．５未満になればこれを全開にする。

次いでスリーブバルブ１を閉じてゆく。

こうすれば、スリーブバルブ１の低い初生キャビテーシ
ョン係数σＳＯにより、キャビテーションをほとんど生
じることなく低流量領域の制御ができる。

尚、スリーブバルブ１の損失係数は、第２図に示す如く
低開弁度に於いて極めて高くなる。

然し乍ら、スリーブバルブ１で制御する流量は前述の如
く流量の少ない領域であるから、損失係数の増大が問題
になることはない。

第５図は受水性１６に本発明装置を連結した状態を示す
ものであり、バタフライ弁２とスリーブバルブ１の操作
は、第３図及び第４図の場合と全く同様である。

第６図は、バタフライ弁２の代わりにロート弁３を主流
路に介設させたものを表わしている。

流量の少ない間、すなわち弁前後の差圧が大きい間はス
リーブバルブ１により、流量が多くなって弁前後の差圧
が小さくなると、ロート弁３により制御することは、第
３図及び第４図の場合と同様である。

本実施例に於いては、キャビテーション特性に特に優れ
たスリーブバルブと、安価であり、且つ弁開度の高い状
態に於ける損失係数の極めて低いバタフライ弁、ロート
弁、仕切弁等を並列に接続し、キャビテーション係数σ
を基準にして、流量が少なくて弁前後の差圧が大きく、
キャビテーション係数が１．５未満の厳しい条件下に於
いては、バタフライ弁２を閉じてスリーブバルブで制御
をし、又、流量が増大して弁前後の差圧が小さくなり、
キャビテーション係数が１．５以上となってキャビテー
ション条件が緩和されたときには、スリーブバルブ１を
閉じてバタフライ弁２により制御を行なう構成としてい
る。

従って、流量圧力の全制御範囲に亘って、キャビテーシ
ョンを生ずることなく極めて円滑に制御をすることが出
来、流量圧力の制御範囲を拡大することができる。

又、スリーブバルブは、バルブボディに多数の透孔を穿
設したものであるから、全開時の損失係数ηが大きいが
、比較的少ない流量の制御を分担するのであるから、あ
まり問題になることはない。

更に、構造が簡単で且つ全開時の損失係数の充分小さな
バタフライ弁等により大流量を制御し、これに小型のス
リーブバルブを組合す構成としているため、大流量を１
ケの大型スリーブパルプにより制御する場合に比較して
、製造コストや損失係数の低減という面で大きな効用を
有している。

特に、スリーブバルブは、構造複雑で高価であるから、
小型のものでよいという事の経済的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バタフライ弁、ロート弁、スリーブバルブの
開度とその初生キャビテーション係数の実測値を示すグ
ラフ。 第２図はスリーブバルブの開度と損失係数の実測値を示
すグラフ。 第３図及び第４図は、バタフライ弁を開いた場合の本発
明装置の断面概要図であり、低流量時及び大流量時の制
御状態を示すものである。 第５図は、貯水池へ本発明装置を適用した場合の断面概
要図であり、第６図はロート弁を用いた場合の断面概要
図である。 １はスリーブバルブ、２はバタフライ弁、３はロート弁
、１３は主流路、１４．１５はバイパス流路、１６は貯
水池。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主流路にバタフライ弁かロート弁か又は仕切弁を設
   けると共に、これに並列に前記主流路より細径のバイパ
   ス流路を設けてこれにスリーブ弁を介設し、キャビテー
   ション係数σが１．５未満となる小流量時には主流路の
   弁を全閉にしてバイパス流路のスリーブ弁を操作し、ま
   た前記キャビテーション係数σが１．５以上となる多流
   量時には、バイパス流路のスリーブ弁を全閉にして主流
   路の弁を操作することを特徴とする流量圧力制御方法。