JPS6131772A - 可変オリフイス内蔵絞り弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多段の中空室に区分された可変オリフィスを
内蔵した絞り弁に関するものである。

従来の技術 従来の高差圧水用減圧弁は、一般に、弁に多段固定オリ
フィスを付属して設置したものや、弁内部に多段の弁座
絞り部を設けた多段減圧構造などが採られているが、前
者の公知の多段固定オリフィス付属弁においては、オリ
フィス面積が一定であるので、低開度の小流量域におい
てはオリフィスの減圧機能が発揮されず、伸側減圧比が
大幅に増大することに基づき、弁絞り部におけるキャビ
テーションによるエロージョンが発生するという欠点が
ある。一方、後者の多段減圧構造弁ζこおいては、絞り
部の後部において発生した高速の噴流や、加速された酸
化スケールなどの異物が、直接的に金属部に衝突するの
で、金属部がエロージョンを受けるという欠点がある。

その上、不可避的に配管側から送られて来る酸化スケー
ルなどの異物のかみ込みに基づく高差圧水の弁座漏れに
よるエロージョンも激しく発生するという欠点もある。

そこで、これら従来公知の弁におけるようなエロージョ
ンなどの発生のない絞り弁の出現が各方面から強く望ま
れているところである。

今、ここで、この種の従来公知の高差圧用減圧弁の７例
として、後者の多段減圧構造弁の７例を示すと、添付図
面の＃Ｉダ図に示すとおりであり、この図に基づいてこ
の弁の構造及び作用を説明すると、次ぎのようである。

図に示すように、弁箱ｌと、出ロフランジコとの間に中
空円筒状の弁座３が取り付けられており、この弁座３は
、ガスケットｐ及びｊを介して弁箱ｌとフランジコとに
固定されると共に流体がシールされるようにしである。

また、弁箱ｌには、高圧側パイプに連通ずる開口部６が
あり、一方、出ロフランジコには。

低圧側パイプに連通する開口部りがあり、開口部６から
弁箱ｌ内に流入した流体は、弁座３の内部を矢印ｆによ
って示す方向へ流れ、出ロフランジコの開口部７の方へ
流れて行く。

更に、中空円筒状の弁座３には、その内部に多段ののど
部ざと、それらの間に形成された圧力を回復させるため
の多数の９間９とが−設けられており、この弁座３の内
部には、上部をブシュｉｏにより、また、下部を弁座Ｊ
の下端部÷ に形成された弁体案内部／ｌによりしゆ動自在に案内さ
れて弁体／コが配置されている。

また、弁体ｌコには、弁座３の各のど部ｔと対応する位
置から、長手軸下方向に先細りテーパ状の制御部１３が
多段に設けられており、弁体１２を矢印Ｘによって示さ
れるように上下方向に運動させることにより、弁座３の
各のど部ｔと、弁体ｌλの制御部ｔ３との間に形成され
る図に示す箇所Ａの部分の通過面積を順次変化させ、こ
れにより、流体の圧力や、流量を調整するようにする。

なお、図中、ｌグ及びｉｓは、それぞれ弁体／コ及び弁
座３のシール面を示すものである。

このようにして、この弁においては、弁座３の各のど部
ｔと、弁体／λの各制御部１３との間に形成される各段
のすきま部Ａは最小通過面積部となり、矢印Ｂにより示
す流体の流れは、これらの最小通過面積部Ａを通過した
直後にかなりの高速噴流となり、酸化スケールなどの異
物が加速され弁体ｌコの制御部１３に衝突した後、矢印
０により示す方向に進む。

この場合、弁体ｌコの各制御部１３への高速噴流や、加
速された酸化スケールなどの異物の衝突は、弁体／２の
上下運動中において常に受けるものであり、この結果、
弁体／２の制御部／Ｊは、エロージョンを受けることが
多く、更に、弁座３の各段ののど部ｔの内径寸法と、弁
体１２の制御部／３の形状・寸法とか同一構造の弁にお
いては、弁体ｌコの上下運動中に、各段の最小通過面積
部Ａにおける減圧比が同一となるので、下流側に行くに
従い、流体温度に対する飽和蒸気圧力に近付き、最下段
の最小通過面積部Ａの附近においては、フ、ラッシング
や、キャビテーションの発生も加わり、エロージョンは
一層激しいものとなり、振動や、騒音なども発生するこ
ととなる。

また、弁の締切り時に、酸化スケールなどの異物を、弁
体／、２及び弁座３のシール面／ｌｌと、ｉｓとの間に
かみ込んだ場合には、シール面／４１’及びｉｓだけに
高差圧が加わり、高差圧水の弁座漏れにより、弁体／ａ
及び弁座３のシール面／Ｆ及び１５は、短期間に激しく
エロージョンされることとなる。

このエロージョンをできる限り防止するために、弁体１
２及び弁座３のシール面／Ｆ及びｔＳや、弁体１２の制
御部１３にステライト盛り金などを施すことが普通に行
われているが、この効果は、必ずしも、完全とはいえな
いのが現状である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は１．従来公知のものにおける弁体及び弁座のシ
ール部や、絞り部の後部におけるエロージョンの発生を
有効に防止することが可能である可変オリフィスを内蔵
した絞り弁を提供することを、その目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は、この目的を達成するために、弁体を多段の中
空室に区分された可変オリフィスによって形成し、対称
的に設けたオリフィスからの高速噴流を相互に衝突させ
、その運動エネルギー損失の繰返しにより減圧し、これ
によって、高速噴流の金属部への衝突を防ぎ、また、各
開度に対し、各段のオリフィス面積比が一定であり且つ
下流側に行くに従って減圧比が小さくなるように構成し
、最下段オリフィス部におけるキャビテーションをも防
ぎ、更に、弁座シール部は、下流側にメタルシート及び
閉塞状態となっている各段オリフィス部による多段減圧
バックアップ機能を有するようにしたことを特徴とする
ものであり、これによって、気密性の優れたソフトシー
ト構造とすることができ、高差圧減圧の使用条件の下に
おいても、耐キャビテーション・耐エロージヨン性を発
揮し、全閉締切り時の異物のかみ込みに耐え得る弁とす
ることができるものである。

実施例 以下、本発明をそのｌ実施例を示す添付図面の第１〜３
図に基づいて詳細に説明する。

まず、第１図に示すように、弁箱コＯには、はぼ直交す
るように、高圧側パイプに連通する開口部２１と、低圧
側パイプに連通ずる開口部コ２とが設けられており、こ
れらの開口部−／とココとが交差する位置には、開口面
積を十分広く取っている弁室２３が設けられており、開
口部２／から矢印ｆによって示す方向に流体が流れるよ
うになっている。弁室２３には、各段のオリフィス部の
外周部へ流れを案内すると共に弁箱２０の内壁を流れか
ら保護するための中空円筒状の弁座２’ｌがはめ込まれ
ており、また、この弁座、２ＩＩの上端部には、ソフト
シート２Ｓがはめ込み・固定されているが、その弁座コ
ｙへの組込み及び弁座コダからの取り外し作業を容易と
させるために、中空円筒状のケージ２６が、その下端部
において弁座２’ｌの上端部にねじ込まれ、両者は一体
化の状態となっている。

この弁座λグと一体化の状態となっているケージコロは
、弁急開及び急閉操作時の熱膨張及び収縮により生ずる
両者の間の押し付は面圧に変化の生ずることをなりシ、
常に適正な面圧値を確保するために、ケージ２６の上端
面に皿はねコクが配置されており、この皿ばね２りを、
弁箱２０に内装された中空円筒状のガイトコｔの下端部
によって押圧するようにするが、このガイド２ｔは、弁
ぶた。２ｑにジヨイントボルト３０により弁箱２０へ固
定されている。また、ケージ２６及びガイド２ｔの内部
には、対応する外径を有している弁体３１がしゆう動可
能に挿入されており、その上端部には弁棒３２がその下
端部においてねじ込まれており、弁棒３２はセットピン
３３により弁体３１に固定され、セットピン３３の外表
面は、抜は止め溶接をされている。

また、弁体３１の下端部には、やや小径の中空円筒部材
３ヴが一体に形成されているが、この円筒部材３ｅの内
部には、多段に中空室３Ｓａ〜ｄが各隔壁Ｊ６ａ−Ｑに
よって区分されて形成されている他、この円筒部材３ｔ
Ｉの周壁には、各中空室Ｊｊａ−，＝４に連通するよう
に、多段に小径の円形孔３りがあけられている。。なお
、この場合、各段の円形孔３りは、弁体３１が、第１図
に示すように、弁の開放状態にある時暑こ、弁座２ＩＩ
の内部に長手方向に間隔を置かれて形成された各環状の
弁体案内部材コＩＩａ−，−ｄの上方部において、周壁
にあけられるようにすると共に各環状の弁体案内部材Ｊ
４Ｉａ−ｄの下部において、弁体３１の円筒部材３弘の
周壁には、やや大きよシ 懺＃尤ｔの各環状の弁体案内部材２ｙａ−（ｌによって
境界される各環状空間３ｑａ−ｏと連通ずるよう番こあ
けられている。なお、弁体３１の円筒部材３ダの内部は
、各隔壁ａ６ａ〜０によって、その周壁にあけられた開
口３ｇと、円形孔３７との間を区画されていることは、
上記のとおりである。このようにして、弁棒３２を矢印
Ｘによって示すように、上下方向に運動させることによ
り、弁体３１も上下にしゆう動し、同時に、弁体３１の
下端部の円筒部材３すの周壁に設けられた円形孔３りの
通過面積を、弁座２ぐの内面に形成された環状の弁体案
内部材２ｑａ−４の内周面により順次変化させ、流体の
圧力や、流量を絞り調整することができるようにしであ
る。

なお、図中’１０−４’Ｊは、シール部材を示し、また
、バランス穴ＩＩｐは、弁体３１の下端部の円筒部材３
ｑの中空室Ｊ、ｔａと、弁ぶた空間４！ｓとを連通ずる
ことにより、弁操作力を軽減させるために設けたもので
あるが、若しも、弁操作機（図示していない）の能力が
十分にある場合には、バランス穴Ｉｌｓを設けなくても
良（、これにより、シール部材４ｔコ、ｔＩＪも省略す
ることができる。

次ぎに、第一図は、第を図に弁の開放状において示しで
ある本実施例を、弁の締切り状態において、その要部を
拡大して示すものであるが、弁締切り附近においては、
弁体３１の下端部の円筒部材３ＩＩに設けられた円形孔
３りは、最上部のものも、すべて、弁座コクの各段の弁
体案内部材コｐａ−ａにより閉塞された状態にあり、弁
体３１の下端部の円筒部材３ＩＩの外径と、弁座コクの
各段の弁体案内部材、２ｐａ−（Ｌの内径には、はめ合
い程度の微小なすきましかないので、各段オリフィス部
による多段減圧効果が発揮され、ソフトジートコＳの部
分の差圧を大幅に減少させた状態において弁体シール面
ＳＯによりソフトシート、２Ｓを締切ることができる。

また、ソフトシート２Ｓは、弁座２ダの上端面に設けら
れたメタルシートＳｌよりも若干突出した状態において
設置されており、適性なシール面圧以外の余分な弁閉力
は、メタルシートｓｉによって受は持つようにしておく
ことより、高差圧条件の乍における弁締切りにおいて、
酸化スケールなどの異物のかみ込みに対しても、十分な
シール性と、耐久性とを与えることができるものとする
。

若しも、万一、主気密部であるソフトシート２ｊが損傷
した場合においても゛、下流側に設置されているメタル
シートＳｌと、各段オリフィス部による多段減圧効果に
より、弁座漏れ量の増加や、エロージョンの進行を、最
小限に抑えることができるものである。

なお、酸化スケールなどの異物がなく、そのかみ込みを
考えなくて曳い場合には、ソフトシート２Ｓを取外し、
メタルシートＳ／だけによってシールする構造とするこ
ともできる。

更に、第３図は、第１図に示した実施例を、その中間絞
り状態において要部を拡大しで示したものであるが、開
口部Ｊ／に連通する弁箱２θ内の通路内における流れｆ
は、開口面積を十分広く取っである弁室２３を経てケー
ジコロにより整流され、ケージ２乙にあけられたケージ
孔５．２を通り、ケージ、２６の全周から均一に、ケー
ジ、２６と弁体３１の下端部の円筒部材３ダとの間に形
成された空間ＳＪ内に流れ込む。この場合、ンージ孔Ｓ
コは、弁体３１の下端部の円筒部材３４’に多段に設け
られた円形孔３りに比べ、通過面積ははるかに大きく、
従って、絞り効果は、はとんどないものである。

このように、はとんど減圧はされてないが、均一に整流
されて空間５３内に流入した流体は、弁体３１の下端部
の円筒部材Ｊ４ｔの内部に多段に区分された第一段目の
中空室ｊｊａ内に流入するが、円筒部材３ダに設けられ
た円形孔３？は、弁座、２ｔＩの最上端部に突設された
環状の第一段目の弁体案内部材Ｊ４ｔＩＬの内周面によ
って円形孔３りの通過面積を制限された状態にあり、同
図に示す箇所Ａの範囲内にある多段の円形孔３りだけが
第一段目の可変オリフィスの最小通過面積となり、これ
らの円形孔３りの出口部の弁体３１の円筒部材３ダの内
部の第一の中空室３よａ　内においては高速噴流となる
。

この高速噴流は、円筒部材３ダの周壁に対称的に設けら
れた多数の小径の円形孔３７によって、第一の中空室３
ｊ＆内において高速噴流が相互に衝突し、運動エネルギ
ーを相殺し、減圧する。

このようにして減圧された流体は、第一の中空室、？ｊ
ａの下端部にある連絡孔３ｇから弁座コダの内壁に形成
された環状空間３９＆に導かれる。こ＼で、第一の中空
室ＪｊｌＬの内面積、連絡孔３ｇの通過面積及び弁座２
弘の内壁と、弁体Ｊ／の下端部の円筒部材３ダの外壁と
の間に形成された環状空間７９ａの環状面積は、いずれ
も、多段に設けられた円形孔３りの通過面積に対し、は
るかに大きく、従って、絞り効果は、はとんどないもの
である。

このようにして、弁座Ｊ４’の内壁に形成された環状空
間７９ａ　ｉこ導かれた流体は、弁体ｓｉの下端部の円
筒部材３ダの外周部から、その周壁の円形孔３りを通り
、第二段目の中空室、？、ｔｂ内に流入する。

この場合、第二段目の中空室、ｙｔｂの中に流入する流
体の通過面積は、第二段目の弁体案内部材、２１１ｂの
上方内周面によって制限され、同図に示す箇所Ｂの範囲
内にある多段の円形孔３りだけの通過面積となる。

この箇所Ｂの部分に詔いて発生した高速噴流も、第二の
中空室ａｓｂの内部において相互に衝突し、運動エネル
ギーを相殺し、減圧することは、第一段目と同様である
。

以下、第三段目及び第四段の中空室ＪｊＱ及び３ｊｂに
おいても、第一段目及び第二段目の中空室ｊｊ＆及び３
ｓｂの場合と全く同様の方法で減圧を繰返すことにより
、すべての段において、金属部へ高速噴流が衝突するこ
となく、流体相互の衝突により、高差圧減圧を行うこと
ができる。

また、弁座３１の下端部の円筒部材７１１に多段に設け
た円形孔３りの孔径、個数、通過面積などは、自由に選
択することが可能であり且つ従来公知の多段減圧構造弁
に較べ絞り部の後部において発生する高速噴流や、酸化
スケールなどの異物の衝突がないことにより、絞り部一
段当たりの減圧比は、大幅に増加させることができる。

従って、差圧の小さい絞り弁の場合には、多であるが、
差圧２０　（７ＫＰ／、”程度以上の高差圧減圧の場合
には、各開度の各段の円形孔３りの面積比を同一とする
と共に下段側に行くに従って、円形孔３７の通過ぎ積を
大きくシ、これによって、減圧比を順次小さくするよう
に構成することにより、各段、特に、最下段におけるキ
ャビテーションの発生を確実に防止することができる。

一般には、中空室を四段程度設けることが望ましい。

このように、本発明によると、全開度域に対し、絞り部
の後部における局部的な高差圧が生ずることすく、高差
圧流体を飽和温度近くまで減圧した場合においても、キ
ャビテーションを防止することができる。

なお、本実施例において、シール面ｇｏ、ｓｉ、各段の
弁体案内部材コ１Ｉａ−ｄ及び弁体３１の下端部の円筒
部材３ダなどの箇所に、表面硬化肉盛（ステライト盛）
又は硬化処理などを施すことにより、耐エロージヨン性
並びに耐久性が一層増加させることのできることは、熱
論のことである。

発明の効果 以上の説明から分かるように、本発明番こよると、弁棒
の上下運動中の全開度域において、絞り部の後部におい
て発生する高速噴流や、加速された酸化スケールなどの
異物を、相互に衝突させ、運動エネルギー損失の繰返し
により減圧し、また、減圧比を順次小さくするように構
成された多段の中空室に区分された可変オリフィスや、
弁座シール部に気密性の優れたソフトシート構造とする
ことにより、金属部への高速噴流や酸化スケールなどの
異物の衝突を防ぎ、高差圧減圧の使用条件のＴにおいて
も、キャビテーションの発生することがすく、シかも、
全閉締切り時の異物のかみ込みにも耐え得る絞り弁を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のｌ実施例を示す断面図、第一図は、
その弁締切り状態において示した要部の拡大図、第３図
は、その中間絞り状態において示した要部の拡大図、第
ダ図は、従来公知の多段減圧構造弁の７例を示す断面図
である。 λＯ・・弁箱、２ＩＩ・・弁座、ハ４〜ｄ・・弁座各段
の弁体案内部材、λＳ・・ソフトシート、コロ・・ケー
ジ、３１０・弁体、３弘・命日筒部材１．？５ａ−ｄ・
・多段の中空室、３り・・円形孔、５０・・弁体シール
面、ｊｔ／・・弁座シール面。 特許出願人　　　岡野バルブ製造株式会社第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弁箱と、これに取り付けられたほぼ中空円筒状の弁
   座と、弁座にその上端においてねじ込まれ一体化の状態
   となっているケージと、これらの弁座及びケージの内部
   を往復動自在な弁体とから成り立っており、弁体の下端
   部には内部に多段に中空室を区分されて形成された可変
   オリフィス部を設けられた円筒部材が一体に形成されて
   おり、弁体と一体の円筒部材は、弁座内壁にその長手方
   向に間隔を置いて設けられた多数の環状の弁体案内部材
   によってしゅう動自在に支持され、各環状の弁体案内部
   材の間には、弁座内壁及び円筒部材外壁によって境界さ
   れて多数の環状空間が区画されるようにし、弁体と一体
   の円筒部材の周壁には、その各中空室及び環状空間を連
   通するように多数の小径の円形孔及び少数の大径の連絡
   孔を設けたことを特徴とする可変オリフィス内蔵絞り弁
   。 ２、ケージ及び弁体の下端部にこれと一体に形成された
   円筒部材の周壁に各中空室に連通するように設けられた
   円形孔が弁体の軸心に対して対称的に設けられ、円形孔
   の中空室内への出口部に発生する高速噴流や、加速され
   た酸化スケールや、異物を相互に衝突させ、運動エネル
   ギー損失の繰返しにより減圧させ、これによって、金属
   部にエロージョンが発生しないようにした特許請求の範
   囲第１項記載の絞り弁。 ３、弁体下端部のそれと一体の円筒部材に設けられた多
   数の円形孔と、弁座の各段の弁体案内部材とが、弁締切
   り附近において、各段部の円形孔が弁案内部材によって
   閉塞されるような状態となるように配置され、これによ
   って、多段減圧効果により弁締切り時に弁体、弁座シー
   ル面の差圧を減少させるようにした特許請求の範囲第１
   項記載の絞り弁。 ４、弁体と一体の円筒部材の周壁に、各中空室ごとに設
   けられた円形孔の面積比を、弁の各開度域において同一
   で且つ下段側に行くに従って円形孔の通過面積を順次大
   きくした特許請求の範囲第１項記載の絞り弁。 ５、弁体の一部に形成された弁体シール面と協同するよ
   うに弁座の上端面に形成された弁座シール面を、ソフト
   シートとした特許請求の範囲第１又は第２項記載の絞り
   弁。 ６、弁体シール面及び弁座シール面並びに弁座内面に形
   成された各段の弁体案内部材及び弁体下端のそれと一体
   の円筒部材の表面に硬化肉盛又は硬化処理を施した特許
   請求の範囲第５項記載の絞り弁。