JPWO2020122233A1

JPWO2020122233A1 - 仕切弁

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Publication number: JPWO2020122233A1
Application number: JP2020559340A
Authority: JP
Inventors: 小林　哲也; 由里小林
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-11-04
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Abstract

余分な肉を削減して軽量化と鋳造性の向上を図りつつ強度を確保して剛性の高い弁箱を備え、弁閉時の弁箱の弁座面の変形を防ぎ、弁体との面圧シール性を確保して漏れを確実に防止するウェッジ形の仕切弁を提供する。両側に継手部１１を有する弁箱２の内部流路１０との直交方向に分岐部１２が開口形成され、この分岐部１２から弁棒３を介して弁体４が昇降動して弁箱２内の環状弁座面２１を開閉する。継手部１１と分岐部１２との境界に略円筒状或いはこの分岐部１２より継手部１１側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部２０が設けられ、この付肉部２０は、流路の中心線Ｐ１から分岐部１２側に偏心し、かつ、流路の中心線Ｐ１と平行の又は交差する軸Ｐ２を回転軸とする円筒、円錐又は円錐台を外形として形成されている。

Description

本発明は、仕切弁に関し、特に、くさび型の弁体で流路の流れを仕切って流体を流したり止めたりするウェッジ仕切弁とその弁箱におけるリブ設定方法に関する。

この種のウェッジ形の仕切弁では、弁箱内の流路と直交する方向にくさび状の弁座が設けられ、このくさび状弁座に対して、弁箱から分岐された筒状の分岐部から弁棒に接続されたくさび型弁体が往復動して流路が開閉するように設けられる。くさび型弁体は、弁棒と固定されていない状態でこの弁棒の回転に伴って上下方向に進退するように取付けられ、弁閉時には、弁体側の弁座面が弁箱側弁座に接触して締め切り状態となる。弁閉後には、弁体が流体圧で弁棒に対して封止方向に移動し、弁体側弁座面が弁箱側弁座に押し付けられて流体を封止可能になっている。

上記の仕切弁の弁箱を設ける場合、強度を確保するためにＪＩＳ等の規格を満たすように設計される。その際、バルブの軽量化や、成形加工性、材料にかかるコストなどの理由から、規格を満足しつつ、可能な限り余分な肉を付けないように最小肉厚によって製作されることが求められる。

このような仕切弁に用いられる弁箱として、例えば、特許文献１の仕切弁用弁箱が開示されている。この弁箱は、鋼板により形成され、弁箱本体の外周側の分岐部との境界付近に弓形リブが設けられている。弓形リブは、弁座の中心から仰角４５°内外の範囲に設けられ、この弓形リブを設けることで、弁箱の強度を確保して局部的なたわみを防ぎ、止水性能を向上しようとしている。

特許文献２の仕切弁においては、弁箱本体の胴部の外周面と弁体収容部の外面とが交差するコーナー部にリブが設けられている。このリブは、分岐部側である弁棒の軸心方向から胴部の軸心方向に沿って延びる第１のリブ体と、胴部の外周面上で第１のリブ体の両側にわたって設けられる第２のリブ体とを有し、これら第１、第２リブ体により弁箱の強度を確保して応力を分散しようとするものである。

これらのように、ウェッジ形の仕切弁では、薄肉化が求められる弁箱に対してリブや突起部が設けられ、これらにより弁箱の変形やたわみを防止して弁閉時の弁体と弁座とのくさび作用を確保し、シール性を高めようとする場合がある。

実開昭５７−９８３８１号公報特許第５０９４７５３号公報

前述した最小肉厚により弁箱を製作する場合には、弁閉時の高圧内封時において弁箱の強度が不足して耐圧性が低下することがある。これにより、弁箱に内圧が加わったときに弁箱のくさび状弁座面の角度が広がるように変形し、弁体側の弁座面に対する弁箱側弁座のくさび角度が合わなくなることがある。その結果、これら弁体側弁座面、及び弁箱側座面のシール面に加わる面圧が不均一になり、面圧が不十分な箇所が生じてシール性が悪化して弁座漏れが発生しやすくなる。

特許文献１の仕切弁用弁箱の場合、弁箱本体の外周側の分岐部との境界付近に弓形リブを設けてはいるが、この弓形リブは、弁座の中心から仰角４５°内外の一部の範囲に均一の肉厚で形成されている。このように均厚のリブを設けた場合には、必要以上の肉厚になって重量が増加し、鋳造時の加工性が悪くなるおそれもある。

さらに、特許文献２の仕切弁においては、第１リブ体と第２リブ体とによる２種類のリブ体を設けていることから、特許文献１に比較してリブ部分の重量がより増加する傾向にあり、かつ、第１リブが弁棒側から胴部にかけて立設して形成され、第２リブが胴部の外周面上に平面状に形成されているために鋳造性の低下にもつながる。

しかも、これらの仕切弁では、リブの大きさやその形成範囲などが設定されていない。そのため、特に高圧内封時に上部付近で剛性が不足して大きく変形し、下部付近でも小さく変形しようとする弁座による弁箱の変形を防ぐことが難しくなり、その変形を抑えきれずに弁座シール性が悪化して漏れを生じる可能性がある。

特に、超低温用の仕切弁の場合、超低温対策としてバルブ全体が金属により設けられることが多く、弁箱側弁座と弁体側弁座面とがメタルタッチによりシールするようになっている。超低温条件下では、金属は硬く、変形しにくくなるため、弁箱の剛性不足により弁座の変形が生じた場合、弁体はそれに追随することはできず、変形部分の接触面圧が不足する。シール面に接触面圧が不足している部位があると、そこから漏れ出やすい傾向にある。このように、超低温用仕切弁の場合、常温等の温度条件で用いられるバルブに比べて、弁箱側弁座の変形がシール性に及ぼす影響が極めて大きくなり、弁箱の剛性が不足しているとシール性の低下が激しくなって漏れが発生しやすくなる。

ここで、仕切弁の弁体としては、一体型であり剛性の高いソリッドタイプと、開閉方向に切り込みを設けてある程度の変形が可能なフレキシブルタイプとがある。超低温条件下では、常温条件に比べて予想が付かない弁箱の変形が生じる可能性もあり、フレキシブルタイプの弁体を用いることで、弁箱側弁座への追随性を高めることが好ましい場合もある。しかし、超低温条件下では、このようなフレキシブルタイプの弁体ですら容易に変形させることができず、弁箱の変形に十分に追随することが難しいほか、常温時に比べて金属が固くなっているので、弁体がしなるような変形は難しく、例えば上部の切り込みが狭まればその分下部の切り込みが広がるように変形するように変形する可能性がある。この場合、シール面の全周にわたって均一な面圧を得るには、弁座と弁体の両方を考慮して変形を合わせることが必要となり、これも決して容易なことではない。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、余分な肉を削減して軽量化と鋳造性の向上を図りつつ強度を確保して剛性の高い弁箱を備え、弁閉時の弁箱の弁座面の変形を防ぎ、弁体との面圧シール性を確保して漏れを確実に防止するウェッジ形の仕切弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、両側に継手部を有する弁箱の内部流路との直交方向に分岐部が開口形成され、この分岐部から弁棒を介して弁体が昇降動して弁箱内の環状弁座面を開閉する仕切弁であって、継手部と分岐部との境界に略円筒状或いはこの分岐部より継手部側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部が設けられ、この付肉部は、流路の中心線から分岐部側に偏心し、かつ、流路の中心線と平行の又は交差する軸を回転軸とする円筒、円錐又は円錐台を外形として形成されている仕切弁である。

請求項２に係る発明は、回転軸は、円錐の底面と流路の中心線との交差位置を基点とし、この基点から分岐部側に所定距離で偏心されている仕切弁である。

請求項３に係る発明は、回転軸と弁座面との接点が、流路の中心線から５〜１０ｍｍの距離になるように回転軸が分岐部側に偏心されている仕切弁である。

請求項４に係る発明は、両側に継手部を有する弁箱の内部流路との直交方向に分岐部が開口形成され、この分岐部から弁棒を介して弁体が昇降動して弁箱内の環状弁座面を開閉する仕切弁であって、継手部と分岐部との境界に略円筒状或いはこの分岐部より継手部側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部が設けられ、この付肉部は、断面方向において分岐部側がその反対側の弁体収容部よりも肉厚がより大きい形状を維持しつつ、円錐の底面側から上面側に周面に沿って向かうにしたがって肉厚が一定の割合で徐々に薄く形成されている仕切弁である。

請求項１に係る発明によると、継手部と分岐部との境界に略円筒状或いはこの分岐部より継手部側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部を設け、この付肉部は、弁座面の流路方向の口径中心線から分岐部側に偏心し、かつ、流路の中心線と平行の又は交差する軸を回転軸とする円筒、円錐又は円錐台を外形として形成しているので、例えば、円錐状付肉部の底面側を分岐部側に片寄せた形状に設け、付肉部底面の分岐部側の肉厚を弁箱底面側の肉厚よりも大きくした円錐状に形成できる。これにより、必要最小限の補強用付肉部で余分な肉を削減し、弁箱全体の軽量化と鋳造性の向上を図りつつ、分岐部側を中心として全体の強度を増して剛性の高い弁箱を構成できる。弁閉時に高圧流体が流れて内圧が高くなった場合にも、付肉部により特に変形しやすい弁座面の上部付近を中心に全体の変形を確実に防ぎ、弁箱の弁座面と弁体の弁座部とを均一に面圧シールさせて漏れを確実に防止できる。
さらに、超低温流体が流れる場合にも、この超低温流体により弁箱が伸縮して金属製弁座面が変形することを防ぎ、この弁座面と弁体の弁座シール面とのメタルタッチのシール性を確保し、常温流体と同様にシール性を確保する。
そして、上述のように、フレキシブルタイプの弁体を適用して弁箱側弁座の変形に対応しやすくする場合であっても、本発明のような偏心させた補強用付肉部を設けることで、弁箱側の変形をなるべく抑えることができるので、弁座の変形をそれほど考慮する必要がなく、フレキシブルタイプの弁体を用いる場合にも、均一な面圧シールを得ることが容易となる。

請求項２又は３に係る発明によると、弁箱底面側に必要な肉厚の付肉部を確保しつつ、弁箱底面側よりも厚肉状の付肉部を分岐部側に設けることができる。これにより、環状の弁座面全体の強度を向上しつつ、特に継手部付近の弁座面の上部付近の強度を増加させて、くさび状の弁座により変形しやすい上部側の変形を確実に防止することが可能となる。

請求項４に係る発明によると、請求項１に係る発明と同様に、補強用付肉部により、変形が生じやすい上部（分岐部）側の強度を高めて全体として剛性の高い弁箱を構成することができる。

本発明における仕切弁の実施形態を示す一部切欠き正面図である。弁箱の縦断面図である。弁箱の要部を示す概略模式図である。弁箱へのリブの形成状態を示す模式断面図である。

以下に、本発明における仕切弁を実施形態に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の仕切弁の実施形態を示し、図２は、図１の仕切弁の弁箱の縦断面図、図３は弁箱要部を示している。

図１〜図３において、本発明の仕切弁（以下、バルブ本体１という）は、ウェッジ仕切弁からなり、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）の製造や、エチレンプラント、工業用低温ガスの流路開閉などを用途として、特に、−５０℃程度〜−１９６℃までの超低温流体に適している。バルブ本体１は、弁箱２、弁棒３、弁体４を有し、これらは低温特性に優れた材料により設けられ、本実施形態ではステンレス、或はステンレス鋼などのステンレス合金により形成される。

弁箱２は、例えば鋳造により成形され、内部流路１０、両側の継手部１１、１１、分岐部１２を有している。継手部１１は、略円筒状に形成され、本例では端部側にフランジ部１３が形成され、このフランジ部１３に図示しない外部配管が接続可能になっている。分岐部１２は、両継手部１１、１１間の弁箱２上部側に開口するように形成され、この分岐部１２内部と流路１０とが連通状態になっている。弁箱２の中央下部には、下方に突出して弁体収容部１４が形成され、この弁体収容部１４に弁閉時の弁体４の底部側が収容可能に設けられる。継手部１１と分岐部１２との境界近傍には、後述する補強用付肉部２０が設けられる。

弁箱２の弁体４との一、二次側のシール位置には環状の弁座面２１、２１がそれぞれ形成され、これら弁座面２１は、図２、図３の断面方向において、流路１０の中心線Ｐ１から６〜１０°程度の角度で分岐部１２側に傾斜し、双方の弁座面２１、２１により逆ハ字形状に設けられる。各弁座面２１は、弁箱２内に一体に形成されたメタルシートからなり、その表面側は、高精度なシート面仕上げが施される。これにより、弁体４とのメタルタッチ時に安定したシート封止性が発揮される。

図１において、弁棒３の外周には雄ねじ２２が形成され、弁棒３は、この雄ねじ２２と後述するふた２３に形成される雌ねじ２４との螺合を介して、弁箱３に対して昇降動可能に取付けられる。弁棒３の先端側には弁体４が装着され、この弁体４は弁棒３と共に昇降動する。なお、弁体４は、これ以外の動作で昇降動させてもよい。例えば、駆動部３１付近の弁棒３の外周に雄ねじを形成し、また駆動部３１の内部に内周側にこの弁棒３の雄ねじと螺合する雌ねじが設けられたスリーブを配置し、ハンドル３２の回転に伴いスリーブが回転するようにしてもよい。この場合、ハンドル３２の回転によりスリーブが回転し、このスリーブに螺合した弁棒３が非回転状態のまま昇降動することができる。

弁体４は、弁箱弁座面２１に両面が当接シール可能なくさび形状に形成され、凹凸状の取付け部位を介して弁棒３に装着される。この装着では、弁体４と弁棒３とが完全に固定されるのではなく、弁棒３に対して弁体４がわずかに動く程度に、凹凸状の取り付け部位に遊びを設ける。この非固定状態の装着構造により、弁体４は弁棒３に対して封止方向に移動可能になっている。

この弁体４は、弁棒３を介して分岐部１２から昇降動して弁箱２内の弁座面２１を開閉可能に設けられる。弁体４の閉止時には、弁体４の両面側に形成された環状の弁座部２５が流体圧により弁座面２１に押し付けられ、これら弁座面２１と弁座部２５との環状の面シールにより流体が確実に封止されるようになっている。

前述した弁箱２の付肉部２０は、継手部１１と分岐部１２との境界近傍から、この分岐部１２より継手部１１の両側に向けて漸次縮径する略円錐状に設けられる。この場合、流路の中心線Ｐ１から分岐部１２側に偏心し、かつ弁座面２１と直交する方向の軸Ｐ２を設定することにより、付肉部２０は、軸Ｐ２を回転軸とする円錐をその外形として形成される。これにより、継手部１１に対して底面２６側が上方に偏心する略円錐状の付肉部２０が構成され、図２、図３において、付肉部２０の上部側（分岐部１２側）が下部側（弁体収納部１４側）よりも厚肉状になっている。

その際、付肉部２０を成す円錐の底面２６と流路の中心線Ｐ１との交差位置を基点Ｓとし、この基点Ｓから分岐部１２側に所定距離で偏心するように回転軸Ｐ２が設定される。
図４においては、付肉部２０（円錐）の底面２６側の模式断面図を示しており、このように、底面２６側では、付肉部２０が分岐部１２方向に近づくにつれて継手部１１の円周方向に徐々に厚くなり、分岐部１２との交差位置でその肉厚が最大となる。一方、分岐部１２と反対側の弁体収納部１４側に近づくにつれて付肉部２０は徐々に薄くなり、弁体収納部１４との交差位置でその肉厚が最小となる。

また、付肉部２０（円錐）の上面２７側においては、この付肉部２０の肉厚は最小となる。この部分においても、付肉部２０の上部側（分岐部１２側）が下部側（弁体収納部１４側）よりも厚肉状になっている。

付肉部２０（円錐）の底面２６から上面２７の直前までの間においては、底面２６側の場合と同様に、図３の断面方向において分岐部１２側の付肉部２０の肉厚が最大となり、この分岐部１２側から円周方向に沿って弁体収納部１４側に向かうに従って徐々に肉厚が薄くなる。
このようにして、付肉部２０は、断面方向において分岐部１２側の肉厚がより大きい形状を維持しつつ、底面２６側から上面２７側に周面に沿って向かうに従って肉厚が一定の割合で徐々に薄くなる。

この場合、本実施形態では、図３において、回転軸Ｐ２と弁座面２１との接点Ｕが、流路の中心線Ｐ１から例えば５〜１０ｍｍの距離Ｈになるように、回転軸Ｐ２が分岐部１２側に偏心されている。これにより、分岐部１２側の肉厚が最大となるような付肉部２０の断面形状を維持しつつ、底面２６側から上面２７側に達するまでの範囲で、付肉部２０が継手部１１の全周に渡って確保される。

図１に示すように、弁箱２の上部にはボルトナット３０により長尺状のふた２３がシール状態で固着され、このふた２３上部には、長尺状の操作部３１が接続される。操作部３１には回転ハンドル３２が設けられ、この回転ハンドル３２の回転操作で弁棒３を回転させ、雄ねじ２２と雌ねじ２４との螺合を介してこの弁棒３を弁箱２に対して昇降操作させることで、弁棒３下部側の弁体４で流路１０を開閉可能に設けている。このように、弁箱２に長尺状のふた２３及び操作部３１を接続し、操作部３１をバルブ本体１から上方に離間させた位置に設けることで、操作部３１への超低温流体の熱伝導を防ぎつつ操作可能になっている。

なお、上記実施形態において、バルブ本体１をメタルタッチシールの構造とし、超低温流体に適したバルブとして設けているが、別体のシート部材を弁箱内に装着してソフトシート構造としてもよく（図示せず）、超低温流体用以外のバルブとして設けることもできる。

また、継手部１１の端部側にフランジ部１３を設けた弁箱構造としているが、継手部１１の端部側は任意の接続構造に設けることができ、円錐状の付肉部２０を形成可能な断面形状の継手部１１を有する弁箱であれば、断面形状や端部側の接続形状を任意に設定することもできる。

本例では、略円錐状の付肉部２０を例に挙げたが、付肉部２０の形状はこれに限定されず、例えば略円筒状、或は分岐部より漸次縮径する略円錐台状であったり、又は底面側が円筒状で途中から円錐状となるような段階的な構造であってもよい。所定の中心線に対して線対称の多角形からなる断面構造を有し、これを中心線の周りに回転させた形状の付肉部において、この中心線が流路の中心から分岐部側に偏心した形状を有していれば、仕切弁に好ましい弁箱剛性の強化を図ることができる。ただし、鋳造性等を考慮した場合、円錐状が好ましい傾向にある。

付肉部は、前述した軸Ｐ２を回転軸として設ける以外にも、流路の中心線Ｐ１から分岐部側に偏心した状態で、流路の中心線Ｐ１と平行の又は交差する軸を回転軸として設けるようにしてもよい。

続いて、上述した仕切弁の製造方法を説明する。
本例の仕切弁の製造方法においては、継手部１１の外周を基準位置とし、この基準位置から付肉部２０を所定の大きさに設定する手法により設計を行うことで、付肉部２０（円錐）を、底面２６と流路の中心線Ｐ１の交差位置を基点Ｓとした場合と同じ形状となるようにした。

具体的には、図３において、弁箱２の形状を設定する際には、以下の第１〜第６までの手順によって実施する。
付肉部２０を設ける際には、十分な強度が得られる厚さの付肉を設けるために、第１の手順として、弁箱２最下部の付肉部２０の断面形状を特定する。この場合、継手部１１の外周底面部１４を基準位置とし、継手部１１の底面の肉厚よりも大きい線分と弁体４の底部側が収容される弁体収容部１４の側面の肉厚よりも大きい線分との交点Ｃ０を設ける。

本例では、前記のように、継手部１１の外周底面の肉厚を、規格で求められる最小肉厚ｔに対して十分な厚さとして、例えば２倍の厚さに設定すると仮定し、継手部底面の肉厚ｔを２倍した線分と弁体４の底部側が収容される弁体収容部１４の側面の肉厚を２倍した線分との交点を交点Ｃ０として設定する。なお、継手部１１の外周底面の仮定の肉厚として好適な値は、バルブのサイズに応じて変化する。すなわち、バルブのサイズが大きければ、もともと弁箱が肉厚であるため付肉部２０をそれほど厚くする必要は無いが、バルブのサイズが小さい場合は、弁箱が肉薄であるため付肉部２０も相応に厚くすることが好ましい。

続いて、第２の手順として、交点Ｃ０を通り、弁体収容部１４側と継手部１１側とをなだらかな角度でつなげる所定角度のリブ面Ｒ０を設定する。リブ面Ｒ０は、流路の中心線Ｐ１との交差角θが１５〜４０°程度、例えば３０°程度となるような傾斜面とする。図３においては、交差角θを流路の中心線Ｐ１と平行な継手部１１外周を用いて示している。

第３に、リブ面Ｒ０と継手部１１の外周との交点ｒ０から、弁箱２上方に向かって弁座面２１に平行な線を引き、流路の中心線Ｐ１との交点Ｃ１までの線分Ｌ１を設定する。

第４に、交点Ｃ１から弁座面２１に垂直な線を引き、この線と弁体収容部１４の上部側を通り弁座面２１と平行に引いた線との交点Ｃ２を求め、交点Ｃ１から交点Ｃ２までの線分Ｌ３を設定する。

第５に、交点Ｃ２からリブ面Ｒ０に向けて弁座面２１に平行な線を引いてその交点Ｃ３を求め、交点Ｃ２から交点Ｃ３までの弁座面２１に平行な線分Ｌ２を設定する。

以上の第１〜第５の手順を介してリブ面Ｒ０と、線分Ｌ１、Ｌ３、Ｌ２をそれぞれ設定する。さらに第６の手順において、リブ面Ｒ０と、線分Ｌ１、Ｌ３、Ｌ２に囲まれた半台形を設定し、線分Ｌ３を軸としてこの半台形を３６０°回転させて、継手部１１の外周からはみ出した部分を弁箱２を補強する付肉部２０の外形として設定するようにする。

上記の弁箱２の製造方法においては、線分Ｌ３に対して線対称となる台形を設定し、この台形を線分Ｌ３を含む回転軸Ｐ２を中心として回転させた円錐が付肉部２０となるように設計を行った。このような手法により付肉部２０を設計することで、この台形の下底の中心である交点Ｃ２が付肉部２０（円錐）の底面２６の中心となり、この中心が基点Ｓ（円錐の底面２６と流路の中心線Ｐ１との交差位置）から上方（分岐部１２側）に偏心（オフセット）されることになる。この偏心量は、回転軸Ｐ２と弁座面２１との接点Ｕと流路の中心線Ｐ１と弁座面２１との接点との距離が、流路径に対して１〜１０％の範囲とすることが好ましい。上述の通り、付肉部２０の厚さはバルブが大きくなるほど小さくできるので、この偏心量は、概ね好ましくは１〜１０ｍｍの範囲となり、５ｍｍ前後がより好ましい。

なお、付肉部２０の設計手法は本例に限定されず、同様の偏心形状を構成できる方法であれば特に制限されない。例えば、始めから基点Ｓから偏心している中心線Ｐ１を規定して、その中心線Ｐ１をベースに付肉部２０を設計してもよい。補強に必要な付肉部の肉厚を得る観点からは、はじめに必要な継手部底面の肉厚ｔを設定する本例の方法が好ましい場合がある。
付肉部２０による補強は、どのようなサイズのバルブに対しても有効であるが、特に、中及び大口径（例えば４〜２４インチ程度）のバルブにおいて、弁箱２自体の補強効果及び付肉部２０の偏心による特に弁箱上部の補強効果が得られやすい傾向にある。

次いで、本発明の仕切弁の上記実施形態における作用を説明する。
図１〜図３に示すように、基点Ｓにおいて流路の中心線Ｐ１から分岐部１２側に所定距離で偏心し、かつ弁座面２１と直交する方向の軸を回転軸Ｐ２とし、この回転軸Ｐ２により得られる円錐を外形として、継手部１１と分岐部１２との境界近傍から漸次縮径する略円錐状の補強用付肉部２０を弁箱２と一体に形成しているので、継手部１１と分岐部１２との間にリブ状の補強部を形成することなく付肉部２０により弁座面２１を補強している。この略円錐状付肉部２０により、付肉による肉厚の増加を必要最小限に抑えて重量の増加も抑えている。交点Ｃ０を通るリブ面Ｒ０により弁体収容部１４側と継手部１１側とをなだらかにつなげ、このリブ面Ｒ０を付肉部２０の外周面としているので鋳造性が向上する。

図４に示すように、付肉部２０は、弁箱断面方向における上部側（分岐部１２側）が下部側（弁体収納部１４側）よりも肉厚であり、この付肉部２０（円錐）の底面２６側から上面２７側に達するまでの範囲で分岐部１２側の肉厚が最大であって、この分岐部１２側から弁体収納部１４側にかけて分岐部１２の円周に沿って徐々に肉厚が小さくなる。このように、分岐部１２側の強度がより大きくなるように付肉部２０を設定していることで、ウェッジ形で上部側になるにつれて強度が低下する弁箱２の形状に反比例するように増加する付肉部２０を設けることができ、この付肉部２０により弁箱２を補強している。これにより、特に変形しやすい弁箱２上部側を中心に、継手部１１の全周に渡って強度を向上して環状の弁座面２１全体の変形を防ぎ、この弁座面２１と弁体側弁座部２５との弁閉時の密着シール性を維持して漏れを確実に防止する。

弁箱の上部を補強するのであれば、例えば弁箱の上部側のみに付肉部を設けることも考えられるが、その場合、付肉部を設ける境目にて強度の差が大きくなる可能性がある。特に、超低温用途の場合、弁箱の材料収縮も起こりやすいため、そのような強度の差が、不均一な変形を生じる要因となる恐れもある。これに対し、本発明においては、上部側のみならず下部側にも付肉部を設け、それらを全体として上部側に偏心させているので、強度の差が大きく生じるような部位が無く、全体として必要な部位を必要なだけ補強することが可能となる。

弁箱２を設ける際には、上述したように継手部１１の外周底面部を基準位置とし、この基準位置から交点Ｃ０、ｒ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、線分Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、リブ面Ｒ０、流路の中心線Ｐ１を介して半台形を設定し、この半台形を線分Ｌ３を中心に３６０°回転させるようにして付肉部２０の外形を構成していることで、基点Ｓから回転軸Ｐ２を中心に付肉部２０を設ける場合と同じ形状の付肉部２０を構成できる。これにより、実際の製作時には弁箱２内に設定することが難しい基点Ｓから付肉部２０を設定する場合に比較して、継手部１１外周から簡単に所定形状の付肉部２０を設定でき、しかも、あらゆる外径や全体形状に対応して適切な肉厚の付肉部２０を弁箱２に設定することが可能になる。

上記のように構成した本発明の仕切弁の具体例として、下記の具体例を例示するが、本発明の仕切弁はこの具体例に限定されるものではない。
本具体例では、サイズ１８Ｂの仕切弁において、第１の手順における継手部１１の外周底面の仮定の肉厚を、弁箱の最小肉厚の２倍に設定し、リブ面Ｒ０の流路の中心線Ｐ１との交差角θを３０°にして、第１〜第６の手順により付肉部２０の設計を行った。その結果、継手部１１と分岐部１２との境界部分において、付肉部２０の厚み（継手部１１の外周面に対して付肉部２０を設けることで増した厚み）は、付肉部２０の下部側に対して上部側が２３％厚くなる結果となった。

この具体例の仕切弁について、封止性能に最も寄与する２次側シート面の外周側の接触圧力の分布をシミュレーションした結果、周方向の接触圧力のばらつきが５２％減少した。仕切弁、特に超低温用の仕切弁においては、２次側シート面の接触圧力にばらつきがあると、接触圧力が低いところから漏れが生じ易いため、このばらつきの値は小さい方が好ましい。そして、本具体例の結果は、偏心させずに付肉部を設けた場合のシミュレーション結果に対して、大幅に改善された結果となった。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

１バルブ本体
２弁箱
３弁棒
４弁体
１０流路
１１継手部
１２分岐部
１４弁体収容部
２０付肉部（円錐）
２１弁座面
２６円錐の底面
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ｒ０交点
Ｈ距離
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３線分
Ｐ１流路の中心線
Ｐ２軸（回転軸）
Ｒ０リブ面
Ｓ基点
Ｕ接点
ｔ肉厚

Claims

両側に継手部を有する弁箱の内部流路との直交方向に分岐部が開口形成され、この分岐部から弁棒を介して弁体が昇降動して弁箱内の環状弁座面を開閉する仕切弁であって、前記継手部と前記分岐部との境界に略円筒状或いはこの分岐部より前記継手部側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部が設けられ、この付肉部は、前記流路の中心線から前記分岐部側に偏心し、かつ、前記流路の中心線と平行の又は交差する軸を回転軸とする円筒、円錐又は円錐台を外形として形成されていることを特徴とする仕切弁。
前記回転軸は、前記円錐の底面と前記流路の中心線との交差位置を基点とし、この基点から前記分岐部側に所定距離で偏心されている請求項１に記載の仕切弁。
前記回転軸と前記弁座面との接点が、前記流路の中心線から５〜１０ｍｍの距離になるように前記回転軸が前記分岐部側に偏心されている請求項２に記載の仕切弁。
両側に継手部を有する弁箱の内部流路との直交方向に分岐部が開口形成され、この分岐部から弁棒を介して弁体が昇降動して弁箱内の環状弁座面を開閉する仕切弁であって、前記継手部と前記分岐部との境界に略円筒状或いはこの分岐部より前記継手部側に向けて漸次縮径する略円錐状又は略円錐台状の補強用付肉部が設けられ、この付肉部は、断面方向において分岐部側がその反対側の弁体収容部よりも肉厚がより大きい形状を維持しつつ、円錐の底面側から上面側に周面に沿って向かうにしたがって肉厚が一定の割合で徐々に薄く形成されていることを特徴とする仕切弁。