JPH01112084A - 調節機能を有するバタフライ弁 - 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） この発明は、調節機能を有するバタフライ弁、特に低開
度での改善された調節機能を発揮し得る（薄歯状弁体を
備えたバタフライ弁に関する。

（従来の技術） 従来、蒸気タービン用蒸気管路を開閉制御するバタフラ
イ弁は、高度のコントロール性能が要求され、第１図に
示す如き櫛歯状弁体を有するバタフライ弁が用いられて
いる。

かかる櫛歯状弁体を有するバタフライ弁は、櫛歯の作用
により流体が細かいジェット流となる為、キャビテーシ
ョンの発生を抑え中間開度での騒音発生を抑制すると共
に、ダイナミックトルクを減少させ安定した制御性を発
揮する等の優れた利点を有している。

しかしながら、かかる櫛歯状弁体を有するバタフライ弁
にあっても、低開度では、第２２図に点線で示すように
弁軸トルクの変動が０〜３０°程度まで影響し、コント
ロール性が悪かった。

これは、次のような理由に基因している。すなわち、弁
軸直交部の弁体移動量が、ボス部近傍における弁体移動
量より大きい為、弁軸直交部では第２３図に示すように
開弁動作時にゴムの盛り上がり（Ａ＞が出来、開弁操作
力を大きくしていると共に、弁軸直交部では、ボス部近
傍より回転半径が大きく、回転モーメントが大きくなっ
ている為、弁軸直交部における操作力の増大は、弁軸の
回動トルクの増大をもたらしている。したがって、開弁
動作時のゴムの盛り上がりで増加した操作力が弁体がゴ
ムから離脱するとき急激に低下し、負荷の変動が大きく
なり、弁軸を駆動するシリンダーなどの飛び出し現象を
惹起するおそれがあると共に、低開度で微小な弁操作を
行い、流量を制御することを不可能としているのである
。

（発明が解決しようとする問題点） ５０°以下の低開度でのコントロール性を向上させるに
は、１０〜２０°で全閉となるように弁開度を設定すれ
ば、第２４図に点線で示すように流量特性がリニヤに近
づきコントロール性の良い弁を得ることが出来るが、こ
の為には、弁体及びシートリングを弁軸方向に延びる楕
円形状としなければならず、楕円形状の成形が困難で高
価なため従来実現が困難であった。

この発明は、弁体及びシートリングを成形の困難な楕円
形状に形成することな−く、前記した欠点を解消し、リ
ニヤに近い流量特性を有し、低開度のコントロール性を
向上し得る調整機能を有するバタフライ弁を提供せんと
するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、この発明が採った手段は
、剛性材料からなる中空円筒状の本体と、該本体内に回
動自在に軸支された剛性材料からなる円板状の弁体と、
本体内周面と弁体外周縁との間に介在される弾性材料か
らなる環状のシートリングとを備え、該シートリングは
、直径方向対向位置に弁棒を貫通させる一対の弁軸孔が
穿設され、該一対の弁軸孔の各周囲には常時弁体の弁棒
根元部が圧接するボス部が形成され、該一対のボス部間
には閉弁時に弁体外周縁が圧接する山形シート部が円周
方向に沿って連続して形成されており、弁体は弁軸を中
心とする対称位置に一次側並びに二次側に向かって延び
出す櫛歯を有してなる調節機能を有するバタフライ弁に
おいて、シートリングの山形シート部が第１と第２の山
形シート部からなり、第１の山形シート部は半径（Ｒ）
、幅（Ｗ）並びに内径（ｘ４）を変化させて弁体の任意
の外周縁において、弁体外周縁のシートリングへの噴込
Ｊｉ（ｔ）及び喰込移動量（Ｅ）が同一となるように設
定されており、第２の山形シート部は第１の山形シート
部のシールとしての機械的強度及びシール機能が損なわ
れる部分からボス部までの間に存在し、弁体の先端エツ
ジ面が圧接する半径（Ｒ″）に設定されていると共に、
弁体の喰込移動量と弁体エツジ面の幅（Ｋａ）より小さ
く設定されていることを特徴とする。

（作用及び発明の効果） シートリングへの噴込ｊｉ（ｔ）が全周に亙って均一と
なり、不要な喰い込みがなくなる為、長期に亙って安定
したシール性能を発揮することが出来ると共に、喰込移
動量（Ｅ）が均一で且弁体工・ノジ幅（Ｋａ）より小さ
く設定されているので、従来のバタフライ弁にみられた
第２３図に示すようなゴ１１の盛り上がりがなくなり弁
開時の弁軸トルクが小さくなる。又、喰込移動量が微小
である為、喰い込みによる弁軸トルクの上昇する範囲は
微小な１ｍ度範囲に止どまり、第２２図に示すようにト
ルク変動のない開度範囲を広く採ることが出来る。

したがって、微小開度範囲でのトルク変動の無い開度範
囲が従来のバタフライ弁に比較して大きくなる。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き０°ではなく、
１０〜２０’程度の角度に設定出来るので弁の流量特性
の悪い低開度部分をカットして、流量特性の良い部分の
みを使用することが可能となる。この結果第２４図に点
線で示すような開度−流量特性がリニヤな特性に近づき
調節弁としてコントロールし易いバタフライ弁を得るこ
とが出来る。

（実施例） 以下に図面を参照しつつ、この発明の好ましい実施例を
説明する。

第１〜３図において（１）は略円筒形状に形成された金
属等の剛性材料からなるバタフライ弁の本体であり、内
部に円板形状に形成された金属等の剛性材料からなる弁
体（２）が弁棒（３）により回転自在に軸支される０本
体（１）の内周面にはゴム等の弾性密封材からなるシー
トリング（４）が装着され、肢シートリング（４）の内
周面に弁体（２）の外周縁が接離してバタフライ弁の開
閉が行われ、弁体（２）の開度により流ｘ？Ａ節が行わ
れる。弁体（２）の外周縁には、弁軸を中心として対称
位置に一次側並びに二次側に向かって延び出す櫛歯く５
）が形成され、更に、−次側に向かって弁軸を中心とし
てく字状に屈曲した形状をなす。

櫛歯を備えた弁体（２）の形状により、流体は細かいジ
ェット流となり、中間開度での低騒音効果を発揮するご
共に、ダイナミックトルクを減少させ安定した弁のコン
トロール性を発揮する６又、高いキャビテーション初生
差圧と高い圧力回復係数を示し、キャビチー゛ジョンの
発生が抑えられている。弁棒（３）は本体から外方へ延
び出し、弁駆動ｍ　ｔＭに連結され、外部から弁体を駆
動回転して、バタフライ弁の開閉若しくは開度調整が可
能である。シートリング（４）は、第４〜６図に示すよ
うに直径方向対向位置に弁棒（３）が貫通する弁軸孔（
６）が形成され、該弁軸孔（６）の周縁は弁体（２）の
弁棒周縁部が常時圧接する球面座をもつボス部（７）に
形成される。そして、このボス部（７）の間にシートリ
ング（４）の内周面を円周方向に延びる第１の山形シー
ト部（８）が形成される。第１の山形シート部（８）は
シートリング内方へ向かって突設した断面円弧形状をな
し、第１６図に示すようにその側面に弁体（２）の外周
縁（２ａ）が喰い込みつつ圧接して弁の閉止が行われる
。閉止状態において弁体（２）は中心線に対して若干の
傾斜角度を有する。

第１の山形シート部（８）は弁体の任意の外周縁部にお
いて、第１の山形シート部（８）への弁体の外周縁の喰
込量（ｔ）並びに噴込移動ｆｉ（Ｅ）が同一となるよう
に（第１６図参照）、第１の山形シート部（８）の半径
（Ｒ）、幅（Ｗ＞並びに内径（Ｘ４）を変化さぜる（第
１８．２１図参照）、この第１の山形シート部（８）の
半径（Ｒ）並びに幅（Ｗ＞が、弁体（２）の閉止角度に
関連しており、ＲとＷを大きくすることにより閉止角度
の設定を任意に行うことができるので、全閉止角度を調
節弁としてコントロールし易い位置に設計することが容
易となる。

第１８〜２０図は、第１７図のＯ−Ｖ　ａ、〇−Ｖｂ、
０−Ｖｅ部分における第１の山形シート部（８）の形状
を示す断面図であるが、喰込Ｉｔ）と噴込移動ｆｆ１（
Ｅ）が均一となるように、半径（Ｒ）、福（Ｗ＞並びに
内径（Ｘ４）を設定して行くと、ボス部（７）に近い部
分では第２０図に点線で示すように山形シート部（８）
の半径（Ｒ）と幅（Ｗ＞が小さくなりすぎて、弁体が喰
込んだとき、ゴムの強度上山形シート部が損傷したり破
損するおそれがある。

そこで、半径（Ｒ）と幅（Ｗ）がある程度小さくなる部
分からボス部までについては、上記した第１の山形シー
ト部（８）に代って、第２０図に示すように半径（Ｒ′
）のバックアップ用の第２の山形シート部（９）を形成
し、弁体（２）の先端部側面ではなくエツジ面にて圧接
するようにする。この場合、弁体の喰込移動量（Ｅ）は
弁体エツジ面の幅（Ｋａ）より小さく設定して開き出し
時のゴムの盛り上がりを防止する。

次に喰込量（ｔ）と噴込移動１ｉｔ（Ｅ）を同一とする
ための半径（Ｒ）、幅（Ｗ）、内径（Ｘ１）を変化させ
るための理論及び第２山形シート部（９）の半径（Ｒｏ
）を決定する理論を第２１図に従って説明する。第２１
図は第３図において中心を通り弁軸と直交する軸と角度
Ｓ２をなす平面で切断した断面図であって、第２１図に
おいて、弁体のシールポイントＡ点の座標を求め、Ａ点
から所定の噴込移動！（Ｅ）をもったＢ点の座凛を求め
る。同様に所定の噴込Ｊｌｔ（ｔ）をもったＣ点を求め
る。このＢ、Ｃ点を通り、かつセンターライン上に中心
点り点をもった円を求めると求めるＲ、Ｘ、が求まる。

又、シートの円筒平面の内径Ｂ３を一定にとれば１円の
幅（Ｗ）が決定される。このようにしてｓ２を０°〜９
０°まで各開度ごとにそれぞれＲ，Ｘ、、Ｗを求めてい
く。実際にはｓ２を１°ずっ変化させて各開度ごとに寸
法を求めていき、その寸法に基づいて加工を行った。

以上のとおりに求めていくと８２がある程度大きい範囲
でＲが小さくなりすぎ、一定のＥ、ｔを与えられなくな
るため、より大きなＥ′とｔをもつ円を新たに求めたも
のが２番目の山（Ｒｏ）である。

第１の山形シート部（８）には、その側面に弁体先端部
の側面が喰い込む関係上、山形の上部は弁のシール作用
には寄与しておらない、したがって、第７．８図に示ず
ように第１の山形シート部（８）の上面を切除して平坦
に形成する。これにより、山形シート部の突出による弁
内径の減少を抑制し弁内径を大きくすることが出来るた
め、流量が増大する利点がある。しがしながら、かがる
第１の山形シート部（８〉の上面の切除は必ずしも必須
不可欠とするものでない。

かくして、この発明によれば、シートリングへの噴込１
ｉ（ｔ）が全周に互って均一となり、不要な喰い込みが
なくなる為、長期に互って安定したシール性能を発揮す
ることが出来ると共に、噴込移動Ｊｉ（Ｅ）が均一で且
弁体エツジ幅（Ｋａ）より小さく設定されているので、
従来のバタフライ弁にみられた第２３図に示すようなゴ
ムの盛り上がり（Ａ）がなくなり弁開時の弁軸トルクが
小さくなる。又、喰込移動量が微小である為、喰い込み
による弁軸トルクの上昇する範囲は微小な開度範囲に止
どまり、第２２図に示すようにトルク変動のない開度範
囲を広く採ることが出来る。第２２図において点線は従
来のバタフライ弁の開度−トルク特性を示し、ｒｍ度３
０°以下での弁軸トルクの変動が大きいのに対し、この
発明のバタフライ弁にあっては、実線で示すように開度
７°付近から弁軸トルクの変動がなくなっており、微小
開度範囲でのトルク変動の内開度範囲が従来のバタフラ
イ弁に比重りして大きくなっている。

更に、弁の全閉シール角度を従来の如き０°ではなく、
１０〜２０’程度の角度に設定出来るので弁の流量特性
の悪い低開度部分をカットして、流、を特性の良い部分
のみを使用することが可能となる。この結果開度−流量
特性は第２４図に点線で示すようなリニヤに近づき調節
弁としてコントロールし易いバタフライ弁を得ることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるバタフライ弁の一部を断面し
た斜視図、第２図は同縦断面図、第３図は正面図、第４
図はシートリングの断面図、第５図は同展開図、第６図
は同斜視図、第７図は第５図１１ｒａ−ｎｌ−線に沿っ
た断面図、第８図は第５図■ｂ−１ｂ線に沿った断面図
、第９図は第５図ｍｃ−１１１ｃ線に沿った断面図、第
１０図は第５図ｍｄ−＃ｄ線に沿った断面図、第１１図
はシートリングと弁体との噴込状態を示す一部の正面図
、第１２図は第１１１■ｂ−■ａ線に沿った断面図、第
１３図は第１１１■ｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図、第１
４図は第１１図ｆＶｃ−ＩＶｃ線に沿った断面図、第１
５図は第１１図■ｄ−ＩＶｄ線に沿った断面図、第１６
図はシートリングへの弁体の噴込量と喰込移動量の関係
を示す断面図であって、第１７図のＶａ−Ｖａ並びにｖ
ｂ−ｖｂ線に沿った部分を重ねて表しである。 第１７図は弁体の正面図、第１８図は第１７図０−Ｖａ
線部分におけるシートリングと弁体の噴込状態を示す断
面図、第１９図、第２０図は、第１７図〇−Ｖｂ、０−
Ｖｃ線部分における第１８図と同様の図、第２１図は噴
込量、喰込移動量を同一とするための半径（Ｒ）、幅（
Ｗ）、内径（Ｘ１）を決定するための概念図、第２２図
は弁開度−弁軸トルクの関係を示すグラフ、第２３図は
弁体によるゴムの盛り上がり状態を示す断面図、第２４
図は従来及びこの発明のバタフライ弁の弁開度−流旦特
性を示すグラフである。 （１）・・・本　体　　　　（２）・・・弁　体（３）
・・・弁　棒　　　　（４）・・・シートリング（５）
・・・櫛　歯　　　　（６）・・・弁軸孔（７）・・・
ボス部 （８）・・・第１山形シート部 くっ）・・・第２山形シート部 特許出願人　　　　　株式会社巴技術研究所偲≠図 舅／ｂ　１図 霧 麓 ｏ　　　　　　　ｏ　　　　　　　ｏ　　　　　　　ｏ
　　　　　　　ｏ　　　　　　　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）剛性材料からなる中空円筒状の本体と、該本体内
   に回動自在に軸支された剛性材料からなる円板状の弁体
   と、本体内周面と弁体外周縁との間に介在される弾性材
   料からなる環状のシートリングとを備え、該シートリン
   グは、直径方向対向位置に弁棒を貫通させる一対の弁軸
   孔が穿設され、該一対の弁軸孔の各周囲には常時弁体の
   弁棒根元部が圧接するボス部が形成され、該一対のボス
   部間には閉弁時に弁体外周縁が圧接する山形シート部が
   円周方向に沿って連続して形成されており、弁体は弁軸
   を中心とする対称位置に一次側並びに二次側に向かって
   延び出す櫛歯を有してなる調節機能を有するバタフライ
   弁において、シートリングの山形シート部が第１と第２
   の山形シート部からなり、第１の山形シート部は半径（
   Ｒ）、幅（Ｗ）並びに内径（Ｘ＿１）を変化させて弁体
   の任意の外周縁において、弁体外周縁のシートリングへ
   の喰込量（ｔ）及び喰込移動量（Ｅ）が同一となるよう
   に設定されており、第２の山形シート部は第１の山形シ
   ート部のシールとしての機械的強度及びシール機能が損
   なわれる部分からボス部までの間に存在し、弁体の先端
   エッジ面が圧接する半径（Ｒ’）に設定されていると共
   に、弁体の喰込移動量を弁体エッジ面の幅（Ｋａ）より
   小さく設定されていることを特徴とする調節機能を有す
   るバタフライ弁。