JPS6224146Y2

JPS6224146Y2 -

Info

Publication number: JPS6224146Y2
Application number: JP1985178751U
Authority: JP
Priority date: 1985-11-20
Filing date: 1985-11-20
Publication date: 1987-06-19
Also published as: JPS61104869U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は制御弁全般、特に高差圧制御弁に利用
できる流量制御装置に関するものである。

従来より流体の圧力及び流量を調節する目的
で、第１図の如き形状をした弁が採用されてい
る。この種の弁は弁プラグ１及び弁シート２によ
り流体の流路３を絞ることにより、弁前後に圧力
差を生じさせて圧力又は流量を制御調節するもの
であり、弁前後の圧力差は一般に次式により表わ
される。

ΔＰ＝ηγＶ^２／２ｇ …… ここで、ΔＰ：弁前後の圧力差 η：弁形状による流量係数０＜η＜１ γ：流体の比重量Ｖ：弁シート、プラグ部の最大流速ｇ：重力加速度ところで、流量係数ηは１より小さい値であ
り、高差圧制御弁の場合、必要な弁前後差圧ΔＰ
を得る為、必然的に弁シート、プラグ部の最大流
速は大きくなり、最大流速部でのエロージヨンを
促進させ、さらに騒音、振動、不安定制御等の
種々の問題点があつた。

また流体の高差圧制御弁の場合、流体の圧力が
最大流速部で、動圧効果により液体の飽和圧力以
下に低下して沸騰し、気泡を発生する。流体の流
速が低下して圧力が回復すると、気泡は押しつぶ
され、瞬間的に超高圧力を発生する。これがキヤ
ビテーシヨンと称されるものであり、大きなエロ
ージヨン騒音を発生させ、弁の寿命を縮める。

そこで前記の問題点を解決する為、弁プラグ
１、シート２部に耐エロージヨン性の高い超硬合
金を採用したり、第２図、第３図のごとき多段圧
力制御弁が提案され、一部実用化されているが、
制御性、寿命、信頼性、コスト等の面で一長一短
があつた。

（考案が解決しようとする問題点）本考案は前記従来の欠点を解消するために提案
されたもので、従来のバルブが弁プラグを外部か
ら操作していたのを、複数個の弁プラグ及び可動
の弁シートを並べ、それぞれの弁プラグと可動の
弁シートが相互にスプリングによる反発力により
押えられる力と、それぞれの弁プラグと弁シート
間の差圧により弁プラグ及び弁シートが弁下流へ
押え付けられる力とのバランスにより、弁の差圧
が調節されることによつて、制御性、信頼性が高
く、かつ低コストで得られる流量制御装置を提供
せんとするものである。

（問題点を解決するための手段）このため本考案は、複数個の弁プラグ及び弁シ
ートが流体の流れ方向に並べられており、このう
ち少なくとも１個の弁シートを除いて他の弁シー
トは可動であつて、それぞれの弁プラグ及び可動
弁シートがスプリングを介して配設されており、
かつ最下流側の弁プラグ又は弁シートはその１つ
上流側の弁シート又は弁プラグとの間にスプリン
グを介して下流側外部からの付勢力を受けるよう
にしてなるもので、これを問題点解決のための手
段とするものである。

（作用）それぞれの弁プラグ及び弁シート間の差圧が、
弁体を流れる流体の流量に関係なく、外部よりの
力及びそれぞれのスプリングの反発力により決ま
る。またそれぞれの弁プラグ及び弁シート間の差
圧を等しく設定すれば、差圧は従来より遥かに小
さくなり、最大流速部での流体の沸騰の発生が無
くなり、エロージヨン及び騒音問題を解消でき
る。

（実施例）以下本考案の実施例を図面について説明する。
先ず本考案の原理を第５図に基いて説明すると、
４は弁プラグ、５はスプリング、６は弁シート、
６ａはスプリング受けである。また７は本弁上流
室であり、８は本弁下流室である。弁シート６は
円状で内径はＤとする。また上流室７と下流室８
の流体の圧力は、それぞれP₁，P₂とする。更に流
体の流れによる弁シート６と弁プラグ４の隙間を
ｈとし、スプリングの力をＦとする。

第６図は前記第５図の弁の流量、圧力特性線図
である。さて第５図の上流室７の圧力P₁が上昇し
て、弁プラグ４にかかる上流室の圧力による力が
スプリングの力以上となるまで（即ち、Ｆ／
πＤ^２／４以上となるまで）、弁プラグ４は弁シートに密着していて流体は流れない。

また上流室７の圧力がさらに上昇して、差圧P₁
−P₂がＦ／πＤ^２／４以上になると、弁プラグ４はスプリング５の力に打勝つて弁シート６から離れ、
弁プラグ４と弁シート６間に流路が形成され、上
流室７から下流室８へ流体が流れることになる。

この状態での流体の流量Ｑは、前記式および
弁プラグ４と弁シート６間の流路断面積ＳよりＳ＝πDh …… と算出できる。ここでP₁−P₂は上流室７と下流室
８の差圧であり、これはＦ／πＤ^２／４と一致しなければならない。

弁プラグ４を押えるスプリング５の力Ｆが、弁
プラグ４と弁シート６間の隙間ｈに関係なく一定
とすれば、上流室７と下流室８の差圧P₁−P₂は流
量が変化しても一定となる。即ち、流体の流量が
増加して差圧P₁−P₂が大きくなると、弁プラグ４
と弁シート６間の隙間ｈは、スプリング５の力Ｆ
に打勝つて大きくなるが、P₁−P₂はスプリングの
力にバランスした状態を保つことになり、流体の
流量変動にかかわらず、上流室７と下流室８の差
圧P₁−P₂は一定となる。以上の流量、圧力特性を
示したものが第６図である。

以上の如くスプリングの反発力Ｆが、弁プラグ
４と弁シート６の間の隙間ｈの大きさにかかわら
ず一定のものを選定すれば、第５図の弁流量及び
差圧特性は第６図の如くなり、また、スプリング
反発力Ｆは隙間ｈが大きくなるに従い、大きくな
るものを選定すれば、第５図の弁の流量及び差圧
特性は、第６図と異なり、流量が増加するに従
い、弁差圧が大きくなる特性となる。

以上は従来周知の原理であるが、以下に本考案
の実施例を第４図及び第７図により説明する。

さて第７図において、１２は第１段の弁シート
で、弁体１３に固定されている。１４は弁プラグ
で、上流側は第１段弁のプラグとなり、下流側は
第２段弁のプラグの役割をする。１５は可動弁シ
ートで、上流側は第２段弁シートとなり、下流側
は第３段弁のシートの役割をする。１６及び１７
はそれぞれ弁プラグ及び可動弁シートで、それぞ
れ弁プラグ１４及び弁シート１５と同様の構成及
び機能を有する。１８は弁外部より操作可能な弁
プラグで、弁体１３外にアクチユエータ（駆動機
構）を有するものとする。１９，２０，２１及び
２２はスプリングで、それぞれF₁，F₂，F₃およ
びF₄の反発力を有する。弁プラグ１８は、外部
のアクチユエータにより、F₀の力で上流側へ押
しつけられているものとする。

また弁プラグ１４，１６及び１８、弁シート１
５及び１７の上流側には、円環状の突起が設けら
れており、この突起部でのみ流体が絞られるもの
とする。なお、この突起は本考案の構成上必ずし
も必要なものではなく、第５図の如く、弁シート
と弁プラグが密着する構成であれば、平面でもよ
いが、本装置の圧力−流量バランスを説明する為
に設けた。更に可動弁シート１５及び１７の外周
部には、ピストンリング又は、Ｏリング等を設
け、弁シートの上流と下流は、シールされている
ものとする。

弁プラグ突起部及び弁シート突起部の円環によ
り形成される円の面積をそれぞれA₁，A₂，A₃，
A₄およびA₅とし、弁体１３の面積をA₀とし、各
弁プラグと弁シート前後の圧力を第７図の如く
P₁，P₂，P₃，P₄，P₅及びP₆とすると、本装置の圧
力バランスは以下の如くなる。

なお、計算を簡略化する為に A₁＝A₂＝A₃＝A₄＝A₅＝1/2A₀とする。

P₁×A₁−P₃×A₂＝F₁ …… P₂×（A₀−A₂）−P₄×（A₀−A₃）＝F₂−F₁
…… P₃×A₃−P₅×A₄＝F₃−F₂ …… P₄×（A₀−A₄）−P₆×（A₀−A₅）＝F₄−F₃
…… P₅×A₅−P₆×A₅＝F₀−F₄ …… ここでさらに、A₁＝A₂＝A₃＝A₄＝A₅＝1/2A₀
＝Ｓとすると P₁−P₃＝F₁／Ｓ …… P₂−P₄＝（F₂−F₁）／Ｓ …… P₃−P₅＝（F₃−F₂）／Ｓ …… P₄−P₆＝（F₄−F₃）／Ｓ …… P₅−P₆＝（F₀−F₄）／Ｓ …… ここで前記，及び式を加算すると P₁−P₃＋P₃−P₅＋P₅−P₆＝（F₁＋F₃−F₂＋F₀−F₄）／Ｓ P₁−P₆＝（F₁＋F₃＋F₀−F₂−F₄）／Ｓ…… となり、F₁，F₂，F₃，F₄が一定であれば、本弁
の入口圧力P₁と、出口圧力P₂は、外部よりの力
F₀により調節可能となる。

また、例えば，，，及び式を加算す
ると、 P₁−P₃＋P₂−P₄＋P₃−P₅＋P₄ −P₆＋P₅−P₆＝（F₁＋F₂−F₁ ＋F₃−F₂＋F₄−F₃＋F₀−F₄）／Ｓ P₁＋P₂−２×P₆＝F₀ …… となり、それぞれの弁プラグ及び弁シート間の差
圧を、それぞれのスプリングの反発力を予じめ設
定することにより、設定出来ることになる。

（考案の効果）以上詳細に説明した如く本考案装置は構成され
ているので、それぞれの弁プラグ及び弁シート間
の差圧が、弁体を流れる流体の流量に関係なく、
外部よりの力F₀及びそれぞれのスプリングの反
発力により決まることになる。

なお、流体を例えば５段階で絞つて、それぞれ
の弁プラグと弁シート間の差圧を等しく設定すれ
ば、差圧は従来弁の1/5となり、弁絞り部での最
高流速は１／√５となり、最大流速部での流体の
沸騰の発生がなくなり、エロージヨン及び騒音問
題を解消することができる。

また従来方式の多段圧力制御弁の場合は、それ
ぞれの弁プラグ及び弁シートが固定されており、
弁全閉時、弁プラグ及び弁シートの洩れがあれ
ば、多段のうちの１段に弁の前後差圧が集中し、
そこでエロージヨンを発生させる不具合があつた
が、本考案の場合は、スプリングのバランスによ
り、何れかの弁シート、弁プラグ間に洩れがあつ
ても、弁差圧を各弁プラグ及び弁シートに分配す
る機能があり、前記従来のように不具合は起こり
得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来の流量制御装
置を示す断面図、第４図は本考案の実施例を示す
流量制御装置の断面図、第５図は流量制御装置の
原理を説明する為の断面図、第６図は第５図の装
置の流量圧力特性線図、第７図は第４図をより詳
細に説明する為の断面図である。図の主要部分の説明、１２……弁シート、１３
……弁体、１４……弁プラグ、１５……可動弁シ
ート、１６……弁プラグ、１７……可動弁シー
ト、１８……弁プラグ、１９，２０，２１，２２
……スプリング。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

複数個の弁プラグ及び弁シートが交互に流体の
流れ方向に並べられており、このうち少なくとも
１個の弁シートを除いて他の弁シートは可動であ
つて、それぞれの弁プラグ及び可動弁シートがス
プリングを介して配設されており、かつ最下流側
の弁プラグ又は弁シートはその１つ上流側の弁シ
ート又は弁プラグとの間にスプリングを介して下
流側外部からの付勢力を受けていることを特徴と
する流量制御装置。