JPWO2007046379A1 - Cage valve - Google Patents
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Abstract
弁体内を上流側と下流側に分割する仕切壁2により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の流量制御窓13を有するケージ7と、このケージ7内を摺動してケージ7の流量制御窓13を開閉する弁プラグ15とを備えたケージ弁において、ケージ7の下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部31を設け、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供する。A cage 7 that is fixed in one chamber divided by a partition wall 2 that divides the valve body into an upstream side and a downstream side and that has a plurality of flow control windows 13 on the peripheral wall, and that slides inside the cage 7 In the cage valve provided with the valve plug 15 for opening and closing the flow control window 13 of FIG. 7, a low opening flow rate characteristic part 31 having a gap with the inner wall of the cage is provided on the lower peripheral surface of the cage 7, and has a simple structure, and Provided is a small cage valve with excellent high rangeability that can be used in a wide range of flow rates from small to large flow rates.
Description
この発明は、周壁に流量制御窓を有するケージとこのケージ内で昇降動作し流量制御窓の開口面積を制御することにより流体の流量を制御する弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。 The present invention relates to a cage valve including a cage having a flow control window on a peripheral wall and a valve plug that moves up and down in the cage to control the flow rate of the fluid by controlling the opening area of the flow control window.
ケージ弁の流量調節はケージ周壁に複数設けられた流量制御窓の開口面積を変化させることで行っている。この流量制御窓を変化させる機構として、ケージ内部に円筒状または円形パイプ状の弁プラグを装着し、弁プラグを操作器等によって上下に往復動させることにより、弁プラグによって流量制御窓の開口面積を変化させる方法が一般的に用いられている。 The flow rate of the cage valve is adjusted by changing the opening area of a plurality of flow rate control windows provided on the cage peripheral wall. As a mechanism for changing this flow control window, a cylindrical or circular pipe-shaped valve plug is mounted inside the cage, and the valve plug is reciprocated up and down by an operating device, etc., so that the valve plug opens the area of the flow control window. A method of changing the value is generally used.
このような機構を持つケージ弁では、流体圧力を著しく減圧する場合若しくは流速が速い場合、弁の絞り部分で発生する流れの乱れによって異常に高い騒音が発生する、キャビテーションが発生するといったことがあり、弁の性能、耐久性などを著しく低下させることがあった。また、ケージ弁の下部流出口から勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによっても弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招く虞があった。 In a cage valve having such a mechanism, when the fluid pressure is significantly reduced or when the flow velocity is high, abnormally high noise may be generated due to turbulence in the throttle portion of the valve, or cavitation may occur. In some cases, the performance and durability of the valve may be significantly reduced. Moreover, there is a possibility that damage, vibration, noise, and cavitation of the valve may be caused by the liquid that vigorously flows out from the lower outlet of the cage valve colliding with the inner bottom surface of the valve on the downstream side of the valve.
このような問題を解決するために、プラグ、ケージに均圧溝を設けたり、隙間流れ防止のピストンリングを装着したり、プラグ下部にデバイダーを装着する対策提案がなされている。
しかしながら、これらの対策は中間開度での対策であり、低開度(0〜15%程度)での振動に対しては効果が小さかった。今まではケージ弁の通常使用範囲を多くの場合中開度程度から使用しており、低開度での問題は実用上深刻な問題とはなっていなかった。
近年、ケージ弁の仕様も低騒音、耐キャビテーション、高差圧仕様、大口径化、耐食材料の使用、高レンジアビリティ、低シートリーク、極低温などの要求が多くなる傾向にあり、特に低開度での制御性についても効果的な対策をとることが迫られてきている。
このようなケージ弁における低開度での制御性を改善することを目的とした先行技術文献として次のものがある。In order to solve such problems, proposals have been made for providing pressure equalizing grooves in the plug and cage, attaching a piston ring for preventing gap flow, and attaching a divider under the plug.
However, these measures are measures at an intermediate opening, and the effect is small for vibration at a low opening (about 0 to 15%). Until now, the normal use range of cage valves has been used from the middle opening degree in many cases, and the problem at a low opening degree has not been a serious problem in practice.
In recent years, the specifications of cage valves have also tended to increase in demands such as low noise, cavitation resistance, high differential pressure specifications, large diameters, use of corrosion-resistant materials, high rangeability, low seat leakage, and extremely low temperatures. There is an urgent need to take effective measures for controllability at a certain degree.
There are the following as prior art documents aiming at improving the controllability of such a cage valve at a low opening.
特許文献1に開示されたケージ弁の要部断面図を図11に示す。図11に示した断面図は、低開度の状態を示すものである。入口流路101と出口流路102を備えるケーシング103と、ケーシング103内の入口流路101と出口流路102の間に設けられたポート104、114を備えるケージ105と、ケージ105内に挿入され、ケーシング103及びケージ105に対して移動でき、ケージ105の各ポート104、114を開閉する複数のディスク部106、116と、複数のディスク部106、116と連結された弁棒107が設けられている。
そして、弁棒107を開閉操作することにより、複数のディスク部106、116が各ポート104、114の流体通過面積を増減し、入口流路側の流体を連続的に減圧調整できるようにしている。
弁棒107に沿って上側に流れる高抵抗流路120は複数段の高抵抗流路用ポート114を流れる。また、弁棒107の下方に流れる低抵抗流路121は、高抵抗流路用ポート114より少ない段数の低抵抗流路用ポート104を流れるようになっている。
なお、図11に示すものは低開度の状態であるため低抵抗流路用ポート104は閉弁状態にあり低抵抗流路121は形成されていない。
上記構成を採用することにより、入口流路側の流体を、低開度領域では高抵抗流路側に導き、中、高開度領域では高抵抗流路側とともに低抵抗流路側にも導くよう構成されている。FIG. 11 shows a cross-sectional view of the main part of the cage valve disclosed in
Then, by opening and closing the
The high
11 shows a low opening state, the low
By adopting the above configuration, the fluid on the inlet channel side is guided to the high resistance channel side in the low opening region, and is guided to the low resistance channel side together with the high resistance channel side in the middle and high opening regions. Yes.
従来の特許文献1に記載された弁装置では、弁体中に高抵抗流路120と低抵抗流路121の2系統の流路を設けるために弁体や弁機構(ケージ・プラグ等)が複雑になるとともに弁体も大きくなるという問題があった。
In the conventional valve device described in
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object is to have a simple structure and a small size excellent in high range ability that can be used in a wide range of flow rates from a small flow rate to a large flow rate. It is to provide a cage valve.
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたものである。 The cage valve according to the present invention includes a cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side, and that has a plurality of windows on a peripheral wall, and slides in the cage. And a valve plug that opens and closes the window of the cage, and a low opening flow rate characteristic portion having a gap with the inner wall of the cage is provided on the peripheral surface of the lower end of the valve plug.
この発明に係るケージ弁は、前記プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられているものである。 In the cage valve according to the present invention, the gap between the low opening flow rate characteristic portion on the lower peripheral surface of the plug and the cage inner wall becomes wider as the opening increases within the range of the low opening, and the plug peripheral surface A seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion.
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する筒状の弁プラグとを備えたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられているものである。The cage valve according to the present invention includes a cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side, and that has a plurality of windows on a peripheral wall, and slides in the cage. In a cage valve comprising a cylindrical valve plug that opens and closes the cage window,
A low opening flow rate characteristic portion that communicates the outer surface and the inner surface of the valve plug is provided on the lower end peripheral surface of the valve plug, and a seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the valve plug peripheral surface. It is.
この発明によれば、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。また、低開度での制御が安定することから、振動が減少し、信頼性が向上し、低応力設計ができると共に、長寿命化につながる。 According to the present invention, at a low opening, the fluid flows through the gap between the cage inner wall and the low opening flow rate characteristic portion of the peripheral surface of the lower end of the plug. It is possible to improve the controllability of the low flow rate at the time. In addition, since the control at a low opening is stabilized, vibration is reduced, reliability is improved, low stress design is possible, and a long life is achieved.
この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端を加工することにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。 According to this invention, since the seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the plug peripheral surface, the seal when fully closed can be ensured. Further, by processing the lower end of the valve plug, the low opening flow rate characteristic portion can be provided with a simple configuration.
この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けることにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。 According to this invention, since the seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the plug peripheral surface, the seal when fully closed can be ensured. Moreover, by providing the low opening flow rate characteristic part which connects the valve plug outer surface and the inner surface at the lower end of the valve plug, the low opening flow rate characteristic part can be provided with a simple configuration.
実施の形態1.
図1はこの実施の形態1による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。また、図2−(1)は同弁装置のプラグの断面図及びA部分の拡大図、図2−(2)は比較例である弁装置のプラグの断面図及びB部分の拡大図である。図3(1)、(2)はプラグの寸法を示す図である。図4−(1)は開度5%の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図4−(2)は、図4−(1)E部分の拡大図を示す図である。図5−(1)は開度0%の状態のプラグ及びケージの断面図、図5−(2)は開度10%の状態のプラグ及びケージの断面図及びC部分の拡大図、図5−(3)は開度100%の状態のプラグ及びケージの断面図である。図6は比較例と実施の形態1の0〜100%開度までの流量特性曲線である。図7は比較例と実施の形態1の0〜14%開度までの流量特性曲線である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a state in which the valve device according to the first embodiment is almost fully opened. FIG. 2- (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device and an enlarged view of the portion A, and FIG. 2- (2) is a cross-sectional view of the plug of the valve device as a comparative example and an enlarged view of the B portion. . FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the dimensions of the plug. FIG. 4- (1) is a diagram showing a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 5%. FIG. 4- (2) is an enlarged view of part E in FIG. 4- (1). FIG. 5- (1) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 0%, FIG. 5- (2) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 10%, and an enlarged view of part C. -(3) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state of 100% opening. FIG. 6 is a flow characteristic curve up to 0 to 100% opening of the comparative example and the first embodiment. FIG. 7 is a flow characteristic curve up to 0 to 14% opening of the comparative example and the first embodiment.
図1において、弁本体1は隔壁である仕切壁2により内部が上流側流路3と下流側流路4に仕切られている。弁本体1の上端開口部29を閉鎖する上蓋5と仕切壁2との間には円筒状のケージ7が設けられている。上蓋5はボルト27により弁本体1に固定されている。図示されていないが、上蓋5とケージ7の間にはガスケットが、ケージ7と弁本体1の間にはガスケットがそれぞれ嵌装されている。
In FIG. 1, the
ケージ7は、上側ケージ7aと下側ケージ部7bとに分割可能に設けられている。また、下側ケージ部7bの上側外周及び仕切壁2に設けられた孔には螺旋が設けられており、下側ケージ部7bが仕切壁2に着脱自在に螺着されている。
下側ケージ部7bと上側ケージ部7aとは、下側ケージ部7bに設けた嵌合溝34と上側ケージ部7aに設けた突起35を噛み合わせることにより回動不可能に固定されている。
また、本実施の形態1では、上側ケージ部7aを更に上下に2分割可能とし、上側ケージ部7aの上部に設けた突起37と下部に設けた嵌合溝36を噛み合わせることにより、回動不可能に固定している。The
The
Further, in the first embodiment, the
ケージ7は、仕切壁2の中央に開設された通孔にガスケット10を介して嵌め込まれ、弁本体1の上端開口部29と仕切壁2の間に固定されている。
上側ケージ部7aの周壁には下流側流路4とケージ内部とを連通させる複数個の円形の流量制御窓13が開設されている。また、下側ケージ部7bの周壁及び下部には上流側流路3とケージ内部とを連通させる複数個の円形の開口33が開設されている。The
A plurality of circular flow
ケージ上部7aには、その内周壁面に沿って、弁プラグ15が摺動自在に嵌め込まれている。そして、下側ケージ部7bの内周壁面には、流量制御窓13の下方に位置する弁座14が形成されている。弁プラグ15にシート面19が設けられ、シート面19は弁座14に対向している。弁棒5は、図示しないパッキン等を介し、弁本体1に対し上下方向に移動可能に固定されており、弁プラグ15と弁棒18とは、溶接等の手段により一体化されており、弁本体1に対し上下方向に移動可能となっている。
A
図2−(1)に示すように、弁プラグ15には、ケージ7の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部31が設けられている。
弁プラグ15の周面の低開度流量特性部31の上端に若干の長さのストレート部39を介してシート面19が設けられており、弁プラグ15の下端周面の低開度流量特性部31とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部31は、ケージ7と摺動する弁プラグ15の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部31の最下端部の外周径に対し、低開度流量特性部31の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部31の外周面は、弁プラグ15とケージ7の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部39は低開度流量特性部31の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部39を介さずに低開度流量特性部31の上端にシート面19を設けてもよい。As shown in FIG. 2-(1), the
A
That is, the outer peripheral surface of the low opening flow rate
The
図3に本実施の形態1のプラグの寸法の一例を表したものを示す。
弁プラグ15のケージ7と摺動する外周面の外径が267mmに対し、低開度流量特性部31の最下端部の外周径は260.5mm、また、低開度流量特性部31の最上端部の外周径は264mmとなっている。低開度流量特性部31は低開度において、極少量の流体を流すためのもので、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との間隙は、最大でも弁プラグ15の径に対し、数%のオーダの長さにする。これによって、流体は弁プラグ15とケージ7の内周面とのクリアランス間隙、及び、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との最狭間隙で二重に紋られることになる。更に好ましくは、図4(1)及び(2)に示すように、開度5%前後での、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との最狭間隙a−aでの流路面積が弁プラグ15とケージ7の内周面とのクリアランス間隙b−bの面積以下となるように設計する。このように設計すると、低開度流量特性部31にて高いRb(調整可能な最大流量Cvmaxと最小流量Cvminとの比Cvmax/Cvmin)を実現できるので、ケージ7の最下端の流量制御窓13の位置をケージのシート部近傍に配置でき、低開度におけるケージ内周面7と弁プラグ15のクリアランス間際で隙間流れが生じるのを大幅に防ぐことができ、この隙間流れによって引き起こされる振動発生も大幅に抑えることが可能となる。
また、弁プラグ15シート面19から低開度流量特性部31の下端までの長さは、弁プラグ15が最大開度から最小開度まで移動する距離の20%程度の長さとするのが好ましい。
これにより、高いレンジアビリティが実現でき、低開度での制御性の向上と高開度でのCv値確保の両立が可能となる。
なお、ストレート部39は弁プラグ15の低開度流量特性部31の上端とシート面19との間に1〜2mm程度の長さを有すればよい。
但し、この具体的な寸法は、あくまで一例を示したもので、最大流量、差圧、流体の種類等に応じ、適宜設定するものである。FIG. 3 shows an example of the dimensions of the plug according to the first embodiment.
The outer diameter of the outer peripheral surface of the
Further, the length from the
As a result, high rangeability can be realized, and both improvement in controllability at a low opening and securing of a Cv value at a high opening can be achieved.
The
However, these specific dimensions are merely examples, and are appropriately set according to the maximum flow rate, differential pressure, fluid type, and the like.
次に動作について説明する。図5−(1)は開度0%の状態のプラグ及びケージの断面図、図5−(2)は低開度の状態のプラグ及びケージの断面図及びC部分の拡大図、図5−(3)は開度100%の状態のプラグ及びケージの断面図を示す。
図5−(1)の開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸18を上方に操作すると、弁プラグ15により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグ15のシート面19が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ15が上方へと移動する。Next, the operation will be described. 5- (1) is a cross-sectional view of the plug and cage in the state of 0% opening, FIG. 5- (2) is a cross-sectional view of the plug and cage in the state of low opening, and an enlarged view of part C, FIG. (3) shows a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 100%.
When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部31が徐々に連通し、弁プラグ15によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。図5−(2)は、流量制御窓13と低開度流量特性部31が連通し、低開度の状態を示すものである。図5−(2)の拡大図Cに示すように、最下端の流量制御窓13のみ低開度流量特性部31と連通し、低開度流量特性部31とケージ7の内壁との間に形成される非常に細い流路を介し、流路抵抗が大きい状態で、上流側流路3から下流側流路4へと流体が流れるようになる。
Then, the
更に弁プラグ15を上方へと操作すると、より多くの流量制御窓13が開弁した状態となり、低開度流量特性部31を介さずとも流体が流れることのできる流路が確立され、流路抵抗が小さくなり、大流量が流れるようになる。最終的には、図5−(3)に示す100%開度に達すると、大多数の流量制御窓13が開弁した状態となる。
図6は比較例と実施の形態1の0〜100%開度までの流量特性曲線を示す。また、図7は比較例と実施の形態1の0〜14%開度までの流量特性曲線を示す。When the
FIG. 6 shows flow rate characteristic curves from 0 to 100% of the comparative example and the first embodiment. Moreover, FIG. 7 shows the flow rate characteristic curve to 0-14% opening degree of a comparative example and
ここで比較例の弁装置について説明する。図2−(2)に比較例である弁装置のプラグの断面図及び拡大図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、比較例の弁プラグ115には実施の形態1の低開度流量特性部31が存在せず、シート面119が弁プラグ最下端部に設けられている。弁棒18、ケージ7等他の部分は実施の形態1と全て同じように設けられている。Here, the valve device of the comparative example will be described. FIG. 2- (2) shows a sectional view and an enlarged view of a plug of a valve device as a comparative example.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug. The
比較例の弁装置の動作について説明する。弁プラグ115のシート面119と、ケージ7の弁座14が接触した状態から離れた状態になり、最下端の流量制御窓13が開弁した状態となると、実施の形態1の弁装置のように低開度流量特性部31が設けられていないため、実施の形態1の弁装置に比べ低開度領域において流量が一気に増す。更に開度を大きくし、高開度領域になると、弁プラグ15、115の操作量と流量の増加量の関係は、実施の形態1の弁装置と比較例の弁装置ともあまり変わりがなくなる。
The operation of the valve device of the comparative example will be described. When the
上述した理由により、図6、7に示すように、高開度領域においては、実施の形態1の弁装置と比較例の弁装置の勾配がほぼ同じ傾きとなる。そして、低開度領域において、実施の形態1の弁装置が比較例の弁装置に比べ、同じ操作量であっても流量が一気に増加しない。実施の形態1は、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部31との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。
また、低開度での制御が安定し、振動が減少することから、信頼性が向上すると共に、振動の減少により、低応力設計ができる。更には、長寿命化を図ることもできる。
特に本実施の形態1によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
実施の形態1では、流量制御窓13及び開口33を円形とする例を示したが、流量制御窓13及び開口33の形状は円形に限られるものではなく、楕円、長方形等の形状としてもよい。
また、ケージ7を三分割に設ける例を示したが、分割不可能に設けても良いし、更に複数個に分割可能に設けてもよい。
また、ケージ7と弁本体1とを螺着する例を示したが、螺着することなく他の固定手段で弁本体にケージ7を固定するようにしてもよい。
またケージ7の内壁と摺動する弁プラグ15の外周との接触断面の形状を円形にする例を示したが、ケージ7と弁プラグ15が密着した状態で摺動可能であれば、その形状は楕円等、別の形状であってもよい。
また、流れ方向について、弁プラグ15の下方から上方に向かって流れる例を示したが、逆の流れ、即ち、弁プラグ15の上方から下方に向かって流れるように流れ方向を設定してもよい。For the reasons described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the gradients of the valve device of the first embodiment and the valve device of the comparative example are substantially the same in the high opening region. In the low opening region, the flow rate does not increase at a stretch even when the valve device of the first embodiment is the same operation amount as the valve device of the comparative example. In the first embodiment, at a low opening, the fluid flows through a gap between the cage inner wall and the low opening flow rate
In addition, since the control at a low opening is stabilized and vibration is reduced, reliability is improved, and low stress design can be performed by reducing the vibration. Furthermore, the lifetime can be extended.
In particular, according to the first embodiment, as shown in FIG. 7, a remarkable effect can be obtained in the flow characteristic at the beginning of opening where the opening degree is about 0% to 14%.
In the first embodiment, an example in which the
Moreover, although the example which provides the
Moreover, although the example in which the
In addition, an example in which the shape of the contact cross section between the inner wall of the
Moreover, although the example which flows toward the upper direction from the downward direction of the
実施の形態2.
図8(1)に本願実施の形態2である弁装置のプラグの断面図、図8(2)は図8(1)のE部分の拡大図、図8(3)は図8(1)を下方向から見た図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態2の弁プラグ315の低開度流量特性部332と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同じように設けられている。
FIG. 8 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to the second embodiment of the present application, FIG. 8 (2) is an enlarged view of portion E of FIG. 8 (1), and FIG. 8 (3) is FIG. The figure which looked at from the downward direction is shown.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図8(1)、(2)、(3)に示すように、実施の形態2の弁装置の低開度流量特性部332は、弁プラグ315の下端部、シート面319の下方に設けられている。
シート面319の下方の弁プラグ315の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸318と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部332が形成されている。低開度流量特性部332である切り欠き部は、弁プラグ315の外周面から内周面まで貫通している。As shown in FIGS. 8 (1), (2), and (3), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸318を上方に操作すると、弁プラグ315により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面319が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ315が上方へと移動する。
Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部332が徐々に連通し、弁プラグ315によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。実施の形態2によれば、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けている。よって、低開度において、低開度流量特性部332である略三角形状の切り欠き部の頂点が、最初に流量制御窓13と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端内周面と外周面とを連通することにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本実施の形態2によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、実施の形態2では切り欠き部の形状を略三角形とした例を示したが、切り欠き部の形状は、略長方形、半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、弁プラグ315下端の内周面と外周面とを連通させることのできる形状を採用することができる。Then, the
In the second embodiment, an example in which the shape of the notch is approximately triangular has been shown. However, the shape of the notch is substantially rectangular, semicircular, trapezoidal, etc., and the flow rate increases rapidly at a low opening. Instead, it is possible to adopt a shape that allows the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the lower end of the
実施の形態3.
図9(1)に本願実施の形態3である弁装置のプラグの断面図、図9(2)は図9(1)のF部分の拡大図、図9(3)は図9(1)を下方向から見た図、図9(4)に実施の形態3のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態3の弁プラグ415の低開度流量特性部432と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同一に設けられている。
9 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to the third embodiment of the present invention, FIG. 9 (2) is an enlarged view of a portion F in FIG. 9 (1), and FIG. 9 (3) is FIG. 9 (1). FIG. 9 (4) shows a side view of the plug according to the third embodiment.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図9(1)、(2)、(3)、(4)に示すように、実施の形態3の弁装置の低開度流量特性部432は、弁プラグ415の下端部、シート面419の下方に設けられている。
シート面419の下方の弁プラグ415の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸418と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略長方形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部432が形成されている。低開度流量特性部432である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。As shown in FIGS. 9 (1), (2), (3), and (4), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸418を上方に操作すると、弁プラグ415により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面419が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ415が上方へと移動する。
Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部432が徐々に連通し、弁プラグ415によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。実施の形態3によれば、低開度流量特性部432である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の上端部分の深さが浅い部分が、最初に流量制御窓13と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部332とケージ7の内壁面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本実施の形態3によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
Then, the
実施の形態4.
図10(1)に本願実施の形態4である弁装置のプラグの断面図、図10(2)は図10(1)のG部分の拡大図、図10(3)は図10(1)を下方向から見た図、図10(4)に実施の形態4のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態4の弁プラグ515の低開度流量特性部532と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同一に設けられている。
10 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to the fourth embodiment of the present invention, FIG. 10 (2) is an enlarged view of a portion G in FIG. 10 (1), and FIG. 10 (3) is FIG. FIG. 10 (4) shows a side view of the plug according to the fourth embodiment.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図10(1)、(2)、(3)、(4)に示すように、実施の形態4の弁装置の低開度流量特性部532は、弁プラグ515の下端部、シート面519の下方に設けられている。
シート面519の下方の弁プラグ515の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸518と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部532が形成されている。低開度流量特性部532である切り欠き部は、弁プラグ515の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ515の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。As shown in FIGS. 10 (1), (2), (3), and (4), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸518を上方に操作すると、弁プラグ515により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面519が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ515が上方へと移動する。
Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部532が徐々に連通し、弁プラグ515によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。実施の形態4によれば、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けられ、且つ、低開度流量特性部532である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の略三角形の頂点であって深さが浅い部分から、最初に流量制御窓13と連通するので、実施の形態2、3に比べてもより、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部532とケージ7の内周面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本実施の形態4によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、実施の形態3、4では切り欠き部の形状を略三角形、略長方形とした例を示したが、切り欠き部の形状は半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部432、532とプラグ外周面との間の間隙を流すことのできる形状を採用することができる。Then, the flow
In
以上のように、この発明に係るケージ弁は、小流量から大流量まで幅広い流量を制御する弁に用いるのに適している。 As described above, the cage valve according to the present invention is suitable for use in a valve that controls a wide flow rate from a small flow rate to a large flow rate.
1 弁本体
2 仕切壁
7 ケージ
7A 上側ケージ部
7B 下側ケージ部
13 流量制御窓
15、215、315、415、515 弁プラグ
31、232、332、432、532 低開度流量特性部DESCRIPTION OF
この発明は、周壁に流量制御窓を有するケージとこのケージ内で昇降動作し流量制御窓の開口面積を制御することにより流体の流量を制御する弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。 The present invention relates to a cage valve including a cage having a flow control window on a peripheral wall and a valve plug that moves up and down in the cage to control the flow rate of the fluid by controlling the opening area of the flow control window.
ケージ弁の流量調節はケージ周壁に複数設けられた流量制御窓の開口面積を変化させることで行っている。この流量制御窓を変化させる機構として、ケージ内部に円筒状または円形パイプ状の弁プラグを装着し、弁プラグを操作器等によって上下に往復動させることにより、弁プラグによって流量制御窓の開口面積を変化させる方法が一般的に用いられている。 The flow rate of the cage valve is adjusted by changing the opening area of a plurality of flow rate control windows provided on the cage peripheral wall. As a mechanism for changing this flow control window, a cylindrical or circular pipe-shaped valve plug is mounted inside the cage, and the valve plug is reciprocated up and down by an operating device, etc., so that the valve plug opens the area of the flow control window. A method of changing the value is generally used.
このような機構を持つケージ弁では、流体圧力を著しく減圧する場合若しくは流速が速い場合、弁の絞り部分で発生する流れの乱れによって異常に高い騒音が発生する、キャビテーションが発生するといったことがあり、弁の性能、耐久性などを著しく低下させることがあった。また、ケージ弁の下部流出口から勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによっても弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招く虞があった。 In a cage valve having such a mechanism, when the fluid pressure is significantly reduced or when the flow velocity is high, abnormally high noise may be generated due to turbulence in the throttle portion of the valve, or cavitation may occur. In some cases, the performance and durability of the valve may be significantly reduced. Moreover, there is a possibility that damage, vibration, noise, and cavitation of the valve may be caused by the liquid that vigorously flows out from the lower outlet of the cage valve colliding with the inner bottom surface of the valve on the downstream side of the valve.
このような問題を解決するために、プラグ、ケージに均圧溝を設けたり、隙間流れ防止のピストンリングを装着したり、プラグ下部にデバイダーを装着する対策提案がなされている。
しかしながら、これらの対策は中間開度での対策であり、低開度(0〜15%程度)での振動に対しては効果が小さかった。今まではケージ弁の通常使用範囲を多くの場合中開度程度から使用しており、低開度での問題は実用上深刻な問題とはなっていなかった。
近年、ケージ弁の仕様も低騒音、耐キャビテーション、高差圧仕様、大口径化、耐食材料の使用、高レンジアビリティ、低シートリーク、極低温などの要求が多くなる傾向にあり、特に低開度での制御性についても効果的な対策をとることが迫られてきている。
このようなケージ弁における低開度での制御性を改善することを目的とした先行技術文献として次のものがある。In order to solve such problems, proposals have been made for providing pressure equalizing grooves in the plug and cage, attaching a piston ring for preventing gap flow, and attaching a divider under the plug.
However, these measures are measures at an intermediate opening, and the effect is small for vibration at a low opening (about 0 to 15%). Until now, the normal use range of cage valves has been used from the middle opening degree in many cases, and the problem at a low opening degree has not been a serious problem in practice.
In recent years, the specifications of cage valves have also tended to increase in demands such as low noise, cavitation resistance, high differential pressure specifications, large diameters, use of corrosion-resistant materials, high rangeability, low seat leakage, and extremely low temperatures. There is an urgent need to take effective measures for controllability at a certain degree.
There are the following as prior art documents aiming at improving the controllability of such a cage valve at a low opening.
特許文献1に開示されたケージ弁の要部断面図を図11に示す。図11に示した断面図は、低開度の状態を示すものである。入口流路101と出口流路102を備えるケーシング103と、ケーシング103内の入口流路101と出口流路102の間に設けられたポート104、114を備えるケージ105と、ケージ105内に挿入され、ケーシング103及びケージ105に対して移動でき、ケージ105の各ポート104、114を開閉する複数のディスク部106、116と、複数のディスク部106、116と連結された弁棒107が設けられている。
そして、弁棒107を開閉操作することにより、複数のディスク部106、116が各ポート104、114の流体通過面積を増減し、入口流路側の流体を連続的に減圧調整できるようにしている。
弁棒107に沿って上側に流れる高抵抗流路120は複数段の高抵抗流路用ポート114を流れる。また、弁棒107の下方に流れる低抵抗流路121は、高抵抗流路用ポート114より少ない段数の低抵抗流路用ポート104を流れるようになっている。
なお、図11に示すものは低開度の状態であるため低抵抗流路用ポート104は閉弁状態にあり低抵抗流路121は形成されていない。
上記構成を採用することにより、入口流路側の流体を、低開度領域では高抵抗流路側に導き、中、高開度領域では高抵抗流路側とともに低抵抗流路側にも導くよう構成されている。FIG. 11 shows a cross-sectional view of the main part of the cage valve disclosed in
Then, by opening and closing the
The high
11 shows a low opening state, the low
By adopting the above configuration, the fluid on the inlet channel side is guided to the high resistance channel side in the low opening region, and is guided to the low resistance channel side together with the high resistance channel side in the middle and high opening regions. Yes.
従来の特許文献1に記載された弁装置では、弁体中に高抵抗流路120と低抵抗流路121の2系統の流路を設けるために弁体や弁機構(ケージ・プラグ等)が複雑になるとともに弁体も大きくなるという問題があった。 In the conventional valve device described in
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object is to have a simple structure and a small size excellent in high range ability that can be used in a wide range of flow rates from a small flow rate to a large flow rate. It is to provide a cage valve.
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の20%の長さであるものである。 The cage valve according to the present invention includes a cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side, and that has a plurality of windows on a peripheral wall, and slides in the cage. A valve plug that opens and closes the window of the cage, and a lower opening peripheral surface of the valve plug is provided with a low opening flow rate characteristic portion having a gap with the inner wall of the cage on the lower peripheral surface of the valve plug. The gap between the low opening flow rate characteristic portion and the inner wall of the cage becomes wider as the opening increases within the low opening range, and a seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the valve plug peripheral surface. The length from the seat portion of the valve plug to the lower end of the low opening flow rate characteristic portion is 20% of the distance that the valve plug moves from the maximum opening to the minimum opening It is.
この発明によれば、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。また、低開度での制御が安定することから、振動が減少し、信頼性が向上し、低応力設計ができると共に、長寿命化につながる。 According to the present invention, at a low opening, the fluid flows through the gap between the cage inner wall and the low opening flow rate characteristic portion of the peripheral surface of the lower end of the plug. It is possible to improve the controllability of the low flow rate at the time. In addition, since the control at a low opening is stabilized, vibration is reduced, reliability is improved, low stress design is possible, and a long life is achieved.
この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端を加工することにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。 According to this invention, since the seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the plug peripheral surface, the seal when fully closed can be ensured. Further, by processing the lower end of the valve plug, the low opening flow rate characteristic portion can be provided with a simple configuration.
実施の形態1.
図1はこの実施の形態1による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。また、図2−(1)は同弁装置のプラグの断面図及びA部分の拡大図、図2−(2)は比較例である弁装置のプラグの断面図及びB部分の拡大図である。図3(1)、(2)はプラグの寸法を示す図である。図4−(1)は開度5%の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図4−(2)は、図4−(1)E部分の拡大図を示す図である。図5−(1)は開度0%の状態のプラグ及びケージの断面図、図5−(2)は開度10%の状態のプラグ及びケージの断面図及びC部分の拡大図、図5−(3)は開度100%の状態のプラグ及びケージの断面図である。図6は比較例と実施の形態1の0〜100%開度までの流量特性曲線である。図7は比較例と実施の形態1の0〜14%開度までの流量特性曲線である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a state in which the valve device according to the first embodiment is almost fully opened. FIG. 2- (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device and an enlarged view of the portion A, and FIG. 2- (2) is a cross-sectional view of the plug of the valve device as a comparative example and an enlarged view of the B portion. . FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the dimensions of the plug. FIG. 4- (1) is a diagram showing a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 5%. FIG. 4- (2) is an enlarged view of part E in FIG. 4- (1). FIG. 5- (1) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 0%, FIG. 5- (2) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 10%, and an enlarged view of part C. -(3) is a cross-sectional view of the plug and cage in a state of 100% opening. FIG. 6 is a flow characteristic curve up to 0 to 100% opening of the comparative example and the first embodiment. FIG. 7 is a flow characteristic curve up to 0 to 14% opening of the comparative example and the first embodiment.
図1において、弁本体1は隔壁である仕切壁2により内部が上流側流路3と下流側流路4に仕切られている。弁本体1の上端開口部29を閉鎖する上蓋5と仕切壁2との間には円筒状のケージ7が設けられている。上蓋5はボルト27により弁本体1に固定されている。図示されていないが、上蓋5とケージ7の間にはガスケットが、ケージ7と弁本体1の間にはガスケットがそれぞれ嵌装されている。 In FIG. 1, the
ケージ7は、上側ケージ7aと下側ケージ部7bとに分割可能に設けられている。また、下側ケージ部7bの上側外周及び仕切壁2に設けられた孔には螺旋が設けられており、下側ケージ部7bが仕切壁2に着脱自在に螺着されている。
下側ケージ部7bと上側ケージ部7aとは、下側ケージ部7bに設けた嵌合溝34と上側ケージ部7aに設けた突起35を噛み合わせることにより回動不可能に固定されている。
また、本実施の形態1では、上側ケージ部7aを更に上下に2分割可能とし、上側ケージ部7aの上部に設けた突起37と下部に設けた嵌合溝36を噛み合わせることにより、回動不可能に固定している。The
The
Further, in the first embodiment, the
ケージ7は、仕切壁2の中央に開設された通孔にガスケット10を介して嵌め込まれ、弁本体1の上端開口部29と仕切壁2の間に固定されている。
上側ケージ部7aの周壁には下流側流路4とケージ内部とを連通させる複数個の円形の流量制御窓13が開設されている。また、下側ケージ部7bの周壁及び下部には上流側流路3とケージ内部とを連通させる複数個の円形の開口33が開設されている。The
A plurality of circular flow
ケージ上部7aには、その内周壁面に沿って、弁プラグ15が摺動自在に嵌め込まれている。そして、下側ケージ部7bの内周壁面には、流量制御窓13の下方に位置する弁座14が形成されている。弁プラグ15にシート面19が設けられ、シート面19は弁座14に対向している。弁棒5は、図示しないパッキン等を介し、弁本体1に対し上下方向に移動可能に固定されており、弁プラグ15と弁棒18とは、溶接等の手段により一体化されており、弁本体1に対し上下方向に移動可能となっている。 A
図2−(1)に示すように、弁プラグ15には、ケージ7の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部31が設けられている。
弁プラグ15の周面の低開度流量特性部31の上端に若干の長さのストレート部39を介してシート面19が設けられており、弁プラグ15の下端周面の低開度流量特性部31とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部31は、ケージ7と摺動する弁プラグ15の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部31の最下端部の外周径に対し、シート面19の最下端、即ち、低開度流量特性部31の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部31の外周面は、弁プラグ15とケージ7の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部39は低開度流量特性部31の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部39を介さずに低開度流量特性部31の上端にシート面19を設けてもよい。As shown in FIG. 2-(1), the
A
That is, the lower end of the
The
図3に本実施の形態1のプラグの寸法の一例を表したものを示す。
弁プラグ15のケージ7と摺動する外周面の外径が267mmに対し、低開度流量特性部31の最下端部の外周径は260.5mm、また、低開度流量特性部31の最上端部の外周径は264mmとなっている。低開度流量特性部31は低開度において、極少量の流体を流すためのもので、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との間隙は、最大でも弁プラグ15の径に対し、数%のオーダの長さにする。これによって、流体は弁プラグ15とケージ7の内周面とのクリアランス間隙、及び、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との最狭間隙で二重に紋られることになる。更に好ましくは、図4(1)及び(2)に示すように、開度5%前後での、ケージ7の内周面と弁プラグ15の低開度流量特性部31との最狭間隙a−aでの流路面積が弁プラグ15とケージ7の内周面とのクリアランス間隙b−bの面積以下となるように設計する。このように設計すると、低開度流量特性部31にて高いRb(調整可能な最大流量Cvmaxと最小流量Cvminとの比Cvmax/Cvmin)を実現できるので、ケージ7の最下端の流量制御窓13の位置をケージのシート部近傍に配置でき、低開度におけるケージ内周面7と弁プラグ15のクリアランス間際で隙間流れが生じるのを大幅に防ぐことができ、この隙間流れによって引き起こされる振動発生も大幅に抑えることが可能となる。
また、弁プラグ15シート面19から低開度流量特性部31の下端までの長さは、弁プラグ15が最大開度から最小開度まで移動する距離の20%程度の長さとするのが好ましい。
これにより、高いレンジアビリティが実現でき、低開度での制御性の向上と高開度でのCv値確保の両立が可能となる。
なお、ストレート部39は弁プラグ15の低開度流量特性部31の上端とシート面19との間に1〜2mm程度の長さを有すればよい。
但し、この具体的な寸法は、あくまで一例を示したもので、最大流量、差圧、流体の種類等に応じ、適宜設定するものである。FIG. 3 shows an example of the dimensions of the plug according to the first embodiment.
The outer diameter of the outer peripheral surface of the
Further, the length from the
As a result, high rangeability can be realized, and both improvement in controllability at a low opening and securing of a Cv value at a high opening can be achieved.
The
However, these specific dimensions are merely examples, and are appropriately set according to the maximum flow rate, differential pressure, fluid type, and the like.
次に動作について説明する。図5−(1)は開度0%の状態のプラグ及びケージの断面図、図5−(2)は低開度の状態のプラグ及びケージの断面図及びC部分の拡大図、図5−(3)は開度100%の状態のプラグ及びケージの断面図を示す。
図5−(1)の開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸18を上方に操作すると、弁プラグ15により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグ15のシート面19が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ15が上方へと移動する。Next, the operation will be described. 5- (1) is a cross-sectional view of the plug and cage in the state of 0% opening, FIG. 5- (2) is a cross-sectional view of the plug and cage in the state of low opening, and an enlarged view of part C, FIG. (3) shows a cross-sectional view of the plug and cage in a state where the opening degree is 100%.
When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部31が徐々に連通し、弁プラグ15によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。図5−(2)は、流量制御窓13と低開度流量特性部31が連通し、低開度の状態を示すものである。図5−(2)の拡大図Cに示すように、最下端の流量制御窓13のみ低開度流量特性部31と連通し、低開度流量特性部31とケージ7の内壁との間に形成される非常に細い流路を介し、流路抵抗が大きい状態で、上流側流路3から下流側流路4へと流体が流れるようになる。 Then, the
更に弁プラグ15を上方へと操作すると、より多くの流量制御窓13が開弁した状態となり、低開度流量特性部31を介さずとも流体が流れることのできる流路が確立され、流路抵抗が小さくなり、大流量が流れるようになる。最終的には、図5−(3)に示す100%開度に達すると、大多数の流量制御窓13が開弁した状態となる。
図6は比較例と実施の形態1の0〜100%開度までの流量特性曲線を示す。また、図7は比較例と実施の形態1の0〜14%開度までの流量特性曲線を示す。When the
FIG. 6 shows flow rate characteristic curves from 0 to 100% of the comparative example and the first embodiment. Moreover, FIG. 7 shows the flow rate characteristic curve to 0-14% opening degree of a comparative example and
ここで比較例の弁装置について説明する。図2−(2)に比較例である弁装置のプラグの断面図及び拡大図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、比較例の弁プラグ115には実施の形態1の低開度流量特性部31が存在せず、シート面119が弁プラグ最下端部に設けられている。弁棒18、ケージ7等他の部分は実施の形態1と全て同じように設けられている。Here, the valve device of the comparative example will be described. FIG. 2- (2) shows a sectional view and an enlarged view of a plug of a valve device as a comparative example.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug. The
比較例の弁装置の動作について説明する。弁プラグ115のシート面119と、ケージ7の弁座14が接触した状態から離れた状態になり、最下端の流量制御窓13が開弁した状態となると、実施の形態1の弁装置のように低開度流量特性部31が設けられていないため、実施の形態1の弁装置に比べ低開度領域において流量が一気に増す。更に開度を大きくし、高開度領域になると、弁プラグ15、115の操作量と流量の増加量の関係は、実施の形態1の弁装置と比較例の弁装置ともあまり変わりがなくなる。 The operation of the valve device of the comparative example will be described. When the
上述した理由により、図6、7に示すように、高開度領域においては、実施の形態1の弁装置と比較例の弁装置の勾配がほぼ同じ傾きとなる。そして、低開度領域において、実施の形態1の弁装置が比較例の弁装置に比べ、同じ操作量であっても流量が一気に増加しない。実施の形態1は、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部31との間の開隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。
また、低開度での制御が安定し、振動が減少することから、信頼性が向上すると共に、振動の減少により、低応力設計ができる。更には、長寿命化を図ることもできる。
特に本実施の形態1によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
実施の形態1では、流量制御窓13及び開口33を円形とする例を示したが、流量制御窓13及び開口33の形状は円形に限られるものではなく、楕円、長方形等の形状としてもよい。
また、ケージ7を三分割に設ける例を示したが、分割不可能に設けても良いし、更に複数個に分割可能に設けてもよい。
また、ケージ7と弁本体1とを螺着する例を示したが、螺着することなく他の固定手段で弁本体にケージ7を固定するようにしてもよい。
またケージ7の内壁と摺動する弁プラグ15の外周との接触断面の形状を円形にする例を示したが、ケージ7と弁プラグ15が密着した状態で摺動可能であれば、その形状は楕円等、別の形状であってもよい。
また、流れ方向について、弁プラグ15の下方から上方に向かって流れる例を示したが、逆の流れ、即ち、弁プラグ15の上方から下方に向かって流れるように流れ方向を設定してもよい。For the reasons described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the gradients of the valve device of the first embodiment and the valve device of the comparative example are substantially the same in the high opening region. In the low opening region, the flow rate does not increase at a stretch even when the valve device of the first embodiment is the same operation amount as the valve device of the comparative example. In the first embodiment, at a low opening, the fluid flows through a gap between the cage inner wall and the low opening flow rate
In addition, since the control at a low opening is stabilized and vibration is reduced, reliability is improved, and low stress design can be performed by reducing the vibration. Furthermore, the lifetime can be extended.
In particular, according to the first embodiment, as shown in FIG. 7, a remarkable effect can be obtained in the flow characteristic at the beginning of opening where the opening degree is about 0% to 14%.
In the first embodiment, an example in which the
Moreover, although the example which provides the
Moreover, although the example in which the
In addition, an example in which the shape of the contact cross section between the inner wall of the
Moreover, although the example which flows toward the upper direction from the downward direction of the
参考例1.
図8(1)に本願参考例1である弁装置のプラグの断面図、図8(2)は図8(1)のE部分の拡大図、図8(3)は図8(1)を下方向から見た図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例1の弁プラグ315の低開度流量特性部332と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同じように設けられている。Reference Example 1
8 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to Reference Example 1, FIG. 8 (2) is an enlarged view of portion E in FIG. 8 (1), and FIG. 8 (3) is FIG. 8 (1). The figure seen from below is shown.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図8(1)、(2)、(3)に示すように、参考例1の弁装置の低開度流量特性部332は、弁プラグ315の下端部、シート面319の下方に設けられている。
シート面319の下方の弁プラグ315の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸318と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部332が形成されている。低開度流量特性部332である切り欠き部は、弁プラグ315の外周面から内周面まで貫通している。As shown in FIGS. 8 (1), (2), and (3), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸318を上方に操作すると、弁プラグ315により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面319が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ315が上方へと移動する。 Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部332が徐々に連通し、弁プラグ315によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。参考例1によれば、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けている。よって、低開度において、低開度流量特性部332である略三角形状の切り欠き部の頂点が、最初に流量制御窓13と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端内周面と外周面とを連通することにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本参考例1によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、参考例1では切り欠き部の形状を略三角形とした例を示したが、切り欠き部の形状は、略長方形、半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、弁プラグ315下端の内周面と外周面とを連通させることのできる形状を採用することができる。Then, the
In addition, although the reference example 1 shows an example in which the shape of the notch is substantially triangular, the shape of the notch is substantially rectangular, semicircular, trapezoidal, or the like, and the flow rate does not increase suddenly at a low opening. A shape that allows the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the lower end of the
参考例2.
図9(1)に本願参考例2である弁装置のプラグの断面図、図9(2)は図9(1)のF部分の拡大図、図9(3)は図9(1)を下方向から見た図、図9(4)に参考例2のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例2の弁プラグ415の低開度流量特性部432と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同一に設けられている。Reference Example 2
9 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to Reference Example 2 of the present application, FIG. 9 (2) is an enlarged view of a portion F of FIG. 9 (1), and FIG. 9 (3) is FIG. 9 (1). FIG. 9 (4) shows a side view of the plug of Reference Example 2 as seen from below.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図9(1)、(2)、(3)、(4)に示すように、参考例2の弁装置の低開度流量特性部432は、弁プラグ415の下端部、シート面419の下方に設けられている。
シート面419の下方の弁プラグ415の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸418と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略長方形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部432が形成されている。低開度流量特性部432である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。As shown in FIGS. 9 (1), (2), (3), and (4), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸418を上方に操作すると、弁プラグ415により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面419が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ415が上方へと移動する。 Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部432が徐々に連通し、弁プラグ415によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。参考例2によれば、低開度流量特性部432である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の上端部分の深さが深くない部分が、最初に流量制御窓13と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部332とケージ7の内壁面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本参考例2によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。 Then, the
参考例3.
図10(1)に本願参考例3である弁装置のプラグの断面図、図10(2)は図10(1)のG部分の拡大図、図10(3)は図10(1)を下方向から見た図、図10(4)に参考例3のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態1の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例3の弁プラグ515の低開度流量特性部532と実施の形態1の低開度流量特性部31との形状が異なっているが、弁棒18、ケージ7等他の部分は全て実施の形態1の弁装置と同一に設けられている。Reference Example 3.
10 (1) is a cross-sectional view of the plug of the valve device according to Reference Example 3 of the present application, FIG. 10 (2) is an enlarged view of a portion G of FIG. 10 (1), and FIG. 10 (3) is FIG. FIG. 10 (4) shows a side view of the plug of Reference Example 3 as seen from below.
The difference from the valve device of the first embodiment described above is only the shape of the valve plug, and the low opening flow rate
図10(1)、(2)、(3)、(4)に示すように、参考例3の弁装置の低開度流量特性部532は、弁プラグ515の下端部、シート面519の下方に設けられている。
シート面519の下方の弁プラグ515の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態1のように勾配が形成されておらず、弁軸518と平行にストレートになっている。そして、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部532が形成されている。低開度流量特性部532である切り欠き部は、弁プラグ515の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ515の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。As shown in FIGS. 10 (1), (2), (3), and (4), the low opening flow rate
Although the outer diameter of the
次に動作について説明する。開度0%の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸518を上方に操作すると、弁プラグ515により流量制御窓13が閉塞し、弁プラグのシート面519が弁座14に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ515が上方へと移動する。 Next, the operation will be described. When the
すると、流量制御窓13と低開度流量特性部532が徐々に連通し、弁プラグ515によって閉塞していた流量制御窓13が開弁していく。参考例3によれば、ケージ7の流量制御窓13が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けられ、且つ、低開度流量特性部532である切り欠き部は、弁プラグ415の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ415の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部分が略三角形の頂点であり、且つ部分の深さが深くない部分から、最初に流量制御窓13と連通するので、参考例1、2に比べてもより、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部532とケージ7の内周面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態1と同様に本参考例3によると、図7に示すように開度が0%から14%程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、参考例2、3では切り欠き部の形状を略三角形、略長方形とした例を示したが、切り欠き部の形状は半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部432、532とプラグ外周面との間の間隙を流すことのできる形状を採用することができる。Then, the flow
In Reference Examples 2 and 3, an example in which the shape of the notch portion is a substantially triangular shape and a substantially rectangular shape has been shown. However, the shape of the notch portion is semicircular, trapezoidal, etc., and the flow rate increases rapidly at a low opening. Instead, it is possible to adopt a shape that can flow the gap between the low opening flow rate
以上のように、この発明に係るケージ弁は、小流量から大流量まで幅広い流量を制御する弁に用いるのに適している。 As described above, the cage valve according to the present invention is suitable for use in a valve that controls a wide flow rate from a small flow rate to a large flow rate.
1 弁本体
2 仕切壁
7 ケージ
7A 上側ケージ部
7B 下側ケージ部
13 流量制御窓
15、215、315、415、515 弁プラグ
31、232、332、432、532 低開度流量特性部DESCRIPTION OF
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなり、かつ、開度5%前後での、ケージの内周面と弁プラグの低開度流量特性部との最狭間隙での流路面積が弁プラグとケージの内周面とのクリアランス間隙の面積以下であって、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の20%の長さであるものである。 The cage valve according to the present invention includes a cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side, and that has a plurality of windows on a peripheral wall, and slides in the cage. A valve plug that opens and closes the window of the cage, and a lower opening peripheral surface of the valve plug is provided with a low opening flow rate characteristic portion having a gap with the inner wall of the cage on the lower peripheral surface of the valve plug. the gap between the low opening flow characteristic portion and the cage inner wall Ri of wider as opening increases within the low opening, and, at around 5% opening, the inner peripheral surface of the cage and the valve plug The flow path area at the narrowest gap with the low opening flow rate characteristic portion is equal to or less than the clearance gap area between the valve plug and the inner circumferential surface of the cage, and the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the valve plug circumferential surface A seat portion, and from the valve plug seat portion Serial length to the lower end of the lower opening flow characteristic portion, the valve plug is one that is 20% of the length of the distance traveled to the minimum opening degree from the maximum opening degree.
図2−(1)と図3−(2)に示すように、弁プラグ15には、ケージ7の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部31が設けられている。
弁プラグ15の周面の低開度流量特性部31の上端に若干の長さのストレート部39を介してシート面19が設けられており、弁プラグ15の下端周面の低開度流量特性部31とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部31は、ケージ7と摺動する弁プラグ15の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部31の最下端部の外周径に対し、シート面19の最下端、即ち、低開度流量特性部31の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部31の外周面は、弁プラグ15とケージ7の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部39は低開度流量特性部31の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部39を介さずに低開度流量特性部31の上端にシート面19を設けてもよい。
As shown in FIGS. 2- (1) and 3- (2) , the
A
That is, the lower end of the
The
1 弁本体
2 仕切壁
7 ケージ
7A 上側ケージ部
7B 下側ケージ部
13 流量制御窓
15、115、315、415、515 弁プラグ
31、232、432、532 低開度流量特性部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたことを特徴とするケージ弁。A cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side and has a plurality of windows on the peripheral wall, and slides in the cage to open and close the window of the cage In a cage valve with a valve plug,
A cage valve characterized in that a low opening flow rate characteristic portion having a gap with the inner wall of the cage is provided on the lower peripheral surface of the valve plug.
前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることを特徴とするケージ弁。The cage valve according to claim 1, wherein
The gap between the low opening flow rate characteristic portion on the lower peripheral surface of the valve plug and the cage inner wall becomes wider as the opening increases within the low opening range, and the low opening flow characteristic portion on the valve plug peripheral surface A cage valve characterized in that a seat part is provided at the upper end of the cage.
前記弁プラグの下端周面に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることを特徴とするケージ弁。A cage that is fixed in one chamber divided by a partition wall that divides the inside of the valve body into an upstream side and a downstream side and has a plurality of windows on the peripheral wall, and slides in the cage to open and close the window of the cage In a cage valve with a tubular valve plug,
A low opening flow rate characteristic portion that communicates the outer surface and the inner surface of the valve plug is provided on the lower end peripheral surface of the valve plug, and a seat portion is provided at the upper end of the low opening flow rate characteristic portion of the valve plug peripheral surface. Cage valve characterized by.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101019 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110308 |