JPH06109164A - アングル弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構造で旋回流、水撃振動流等の
発生を防止し、配管系の振動および異音の発生を軽減防
止する。 【構成】 シートリング１０の下面中央に有底円筒体２
０を配設する。この円筒体２０の円筒部２０ａに軸心と
直交する方向の第１流体拡散孔２１を形成する。円筒体
２０の下端を半球状の縮径部２０ｂに形成し、この縮径
部２０ｂの軸心方向中間部に下端開口部が上端開口部よ
り円筒体２０の軸心から遠くなるよう傾斜した第２流体
拡散孔２２を形成する。第１、第２流体拡散孔２１，２
２から噴射される流体は、弁本体６の内壁面に当たって
エネルギを消散し、管内壁に沿って下流にスムーズに流
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配管のエルボ部に設置
されるアングル弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アングル弁は、流体の流れ方向を直角に
曲げることができることから配管系をコンパクトに設計
できる利点を有している。但し、アングル弁はフラッシ
ュ（蒸気泡）し易い弁であるため、下流側配管をむやみ
に曲げて構成すると、弁下流側におよぶフラッシュ流体
（気液二相流）の不安定性が問題になる。すなわち、フ
ラッシュ流体自体は弁下流側に排出されるので、弁自体
の制御性については影響を与えないが、下界からの刺激
に対し敏感で、旋回流となったり、下流側配管系の固有
振動数とマッチすると振動的な水撃現象を持続的に発生
させることがあり、その結果として下流側配管が激しく
振動して異音を発生する。

【０００３】図４および図５はこの種の単座型アングル
弁の従来例を示すもので、１は上流側配管、２は下流側
配管、３は上流側配管１と下流側配管２の接続部に設置
されたアングル弁である。上流側配管１は水平に配管さ
れており、下流側配管２は屈曲形成されることにより第
１、第２、第３エルボ部２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有してい
る。アングル弁３は、相互に直交し水平方向に開口する
流体流入口４と鉛直下方に開口する流体流出口５を有す
る弁本体６と、弁本体６の隔壁７に形成した開口８に臨
んで弁本体６内に上下移動自在に配設された弁プラグ９
と、隔壁７の開口８に嵌合固定されたシートリング１０
と、弁本体６内に嵌挿され弁プラグ９を摺動自在に案内
保持するガイドリング１１等からなり、前記流体流入口
４に上流側配管２の一端が接続され、流体流出口５に下
流側配管２の第１エルボ部２Ａの上端が直管２ａを介し
て接続されている。シートリング１０は有底円筒状に形
成されて前記ガイドリング１１と共に弁本体６内を上流
側と下流側の２室に仕切っており、周壁にはシートリン
グ１０の内外を連通させる複数個の連通孔１２が周方向
に所定の間隔をおいて形成され、また下面部中央には弁
本体６内の上流側と下流側の２室を連通し、全閉時に前
記弁プラグ９の特性部９ａによって閉止される流体流通
孔１３が形成されている。

【０００４】ところで、上記したアングル弁３におい
て、弁下流側では過剰に減圧された後圧力回復する性質
があり、このため過減圧部で多量のガスが発生してフラ
ッシュ流体となり、連続して送り込まれる被制御流体に
よって圧力回復して再液化するショックゾーンがある。
このショックゾーンの位置が第１エルボ２Ａの位置と一
致した時、上記した水撃的な現象が生じ、配管および弁
が振動して異音を発生する。すなわち、シートリング１
１の流体流通孔１３から出てきた噴流はそれ自体不安定
であると共に下界からの刺激、つまり第１エルボ部２Ａ
の曲がり部１６に当たって反射し戻ってくる圧力波Ｐに
対して敏感であり、流れ全体として旋回流となったり、
蒸気泡１７が振動的に管内壁を叩く。この結果、配管が
激しく振動し「バリバリ」という異音を発生する。この
場合、ショックゾーンが第１エルボ２Ａの位置からずれ
ると振動および異音は小さくなる。また、弁が高開度
（高流量）なほど脈動域が下流に移動し、その脈動幅が
大きい。

【０００５】図６（ａ）、（ｂ）は上流圧０．５ＭＰ
ａ、下流圧０．１ＭＰａ、弁開度１００％時の第１エル
ボ部２Ａ曲がり内側、外側での圧力変動を示す図であ
る。この図から明らかなように、強いフラッシュ流体の
ため、曲がり内側１６ａにおいては流れの剥離によって
高周波の圧力変動が検知されず、第１エルボ２Ａの曲が
り外側１６ｂには高周波の圧力変動が現れ、これが旋回
流や水撃振動流を誘起するものと思われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、このような問
題を解決する方法として従来はシートリング１０の連通
孔１２で１段目、弁プラグ９の特性部９ａで２段目の減
圧を行い、弁と第１エルボ２Ａとの間の直管部２ａを長
く設定してショックゾーンを第１エルボ２Ａの位置から
下流側にずらすことにより、フラッシュ流体の発生と、
配管系の振動および異音の低減を図っていた。しかしな
がら、５０気圧にも及ぶ液化ガスのような高圧流体の制
御においては、弁下流側の過減圧が大きいためフラッシ
ュ流体の発生を防止することが難しく、また装置の小型
化のため前記直管部２ａをかならずしも長くするとは限
らず、むしろ弁の直後を短いエルボで曲げるケースが多
く、配管系の振動、異音発生についても低減することが
できなかった。このため配管系によらず弁サイドのみで
振動、異音防止対策を講じることが要求されている。

【０００７】そこで、本発明者等はこの点について弁の
構造を種々変更して各種実験を行なった結果、シートリ
ング１０の流体流通孔１３から噴射される噴流を弁本体
６の内壁に一旦衝突させてエネルギを消散し、エルボ内
での流れを断面方向において平均化させることにより、
フラッシュ流体の流動がスムーズで、下流側配管内での
旋回流、水撃振動流等の発生を軽減防止することができ
ることを確認した。

【０００８】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点および実験結果に基づいてなされたもので、そ
の目的とするところは、比較的簡単な構造で旋回流、水
撃振動流等の発生を防止し、配管系の振動および異音の
発生を軽減防止するようにしたアングル弁を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、水平方向に開口する流体流入口と鉛直下方に
開口する流体流出口を有し内部にシートリングが組み込
まれた弁本体と、弁本体内に上下動自在に配設され前記
シートリングの流体流通孔を開閉制御する弁プラグとを
備えたアングル弁において、前記シートリングの下方に
出口側先端が縮径する有底円筒体を設け、この円筒体の
円筒部に軸心と直交する方向の第１流体拡散孔を形成
し、縮径部の軸心方向中間部には下端開口部が上端開口
部より円筒体の軸心から遠くなるよう傾斜した第２流体
拡散孔を形成したものである。

【００１０】

【作用】本発明において、円筒体の第１、第２流体拡散
孔から出た噴流は弁本体の内壁面に当たってエネルギを
消散し、軸方向の高い速度成分を失う。このため、流体
とフラッシュがよく混合し、ランダムな速度成分を有す
るいわば乱流魂となって下流側に管内壁に沿ってスムー
ズに流れる。したがって、圧力変動が小さく、下界から
の刺激に対しきわめて鈍感で、旋回流や水撃振動流の発
生が少ない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明によるアングル弁の一実
施例を示す弁開初期の断面図である。なお、図４および
図５と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって
示し、その説明を省略する。本実施例はシートリング１
０の下面中央に上面が開放する有底円筒体２０を配設し
たものである。円筒体２０は、円筒部２０ａと、円筒部
２０ａの下端に下方に向かって凸となるよう半球状に湾
曲形成された縮径部２０ｂとからなり、円筒部２０ａと
縮径部２０ｂに第１、第２流体拡散孔２１，２２がそれ
ぞれ複数個形成されている。第１流体拡散孔２１は、円
筒部２０ａの半径方向に形成されることにより円筒体２
０の軸心と直交している。第２流体拡散孔２２は縮径部
２０ｂの軸心方向中間部、換言すれば縮径部２０ｂの頂
点Ｑから円筒部２０ａ下端縁とを結ぶ経線方向中間部
に、上側開口部が下側開口部より円筒体２０の中心側に
位置するように、円筒体２０の軸線に対して所定の傾斜
角度θ（例えばθ＝４５°）をもって斜めに形成されて
いる。第２流体拡散孔２２を斜めに形成した理由は、減
圧を目的とするものではなく第１流体拡散孔２１と共に
被制御流体のベクトル方向を変えて水撃振動流を抑える
ためで、このため縮径部２０ｂの頂部Ｑには形成されな
い。また、第１、第２流体拡散孔２１，２２の総開口面
積は、プラグポート面積より大きく設定される。この場
合、本実施例においては円筒体２０の縮径部２０ｂを半
球状に形成した場合を示したが、楕円形、円錐形等の形
状とすることも可能である。その他の構成は図４および
図５に示した従来のアングル弁と同様である。

【００１２】このような構造からなるアングル弁におい
て、上流側配管１から流体流入口４を通り弁本体６内に
流入する被制御流体は、弁プラグ９の特性部９ａとシー
トリング１０の流体流通孔１３との隙間を通って円筒体
２０内に流入し、しかる後第１、第２流体拡散孔２１，
２２から弁本体下流側に噴射され、下流側配管２へと流
れる。ここで、円筒体２０を用いない従来装置において
は、シートリング１０の流体流通１３から噴射される噴
流は下流側配管２の中心に下方に向かって噴射されてい
るため、上記した通りそれ自体不安定で、下流側配管２
の第１エルボ２Ａの曲がり部１６に当たって戻ってくる
圧力波Ｐに対し敏感で影響を受け易く、そのため流れ全
体が旋回流となったり、蒸気泡１７が振動的となり管内
壁を叩く。この結果、水撃振動流が発生して配管を激し
く振動させ異音を発生させるという欠点があった。これ
に対して、本発明においては円筒体２０の第１、第２流
体拡散孔２１，２２から噴射される噴流を弁本体６の内
壁面に一旦衝突させているので、噴流のエネルギを消散
させ、各流体粒子の軸方向の高い速度成分を失わせるこ
とができる。このため、被制御流体と蒸気泡とがよく混
合し、ランダムな流速成分を有するいわば乱流魂となっ
て下流にスムーズに移動する。したがって、噴流は下界
からの刺激に対して鈍感で、下流側配管２の第１エルボ
２Ａの曲がり部１６に当たって反射し戻ってくる圧力波
Ｐの影響を受け難く、蒸気泡は管内壁を叩かない。ま
た、噴流が軸方向のエネルギを失うことで、反射して戻
ってくる圧力波Ｐ自体も小さい。さらに、縮径部２０ｂ
はその形状により圧力波Ｐを斜め上方に逃がすため、下
からの圧力波Ｐと縮径部２０ｂに当たって反射し下方に
向かう２次圧力波との干渉を軽減することができる。こ
の結果として、下流側配管２のエルボ２Ａの長さが短く
ても配管およびアングル弁の振動、異音の発生を軽減防
止することができる。

【００１３】図３（ａ）、（ｂ）は上流圧０．５ＭＰ
ａ、下流圧０．１ＭＰａ、弁開度１００％時の第１エル
ボ部曲がり内側、外側での圧力変動を示す図である。こ
の図から明らかなように、曲がり内側１６ａおよび外側
１６ｂの圧力変動は共に同程度で、特に曲がり外側１６
ｂの圧力変動が上記した従来装置に比べて低周波で振幅
も小さいことが確認された。これは、エルボ内での流れ
が弁本体６の内壁面に衝突してエネルギを消散し、流速
が断面方向において均一化されることに起因してものと
思われる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るアング
ル弁は、シートリングの下側に有底円筒状で下端が縮径
部を形成する円筒体を設け、この円筒体の円筒部に形成
した第１流体拡散孔と、縮径部に形成した斜め方向の第
２流体拡散孔から被制御流体を弁本体の内壁面に向けて
噴射、衝突させるように構成したので、噴流のエネルギ
を効果的に消散させることができて、軸方向の速度成分
を失わせることができる。このため、噴流は液体と蒸気
泡とがよく混合し、ランダムな速度成分を有するいわば
乱流魂となって下流側に管内壁に沿ってスムーズに移動
するようになる。したがって、流れの安定性がよく、下
界からの刺激に対して鈍感で、旋回流や水撃振動流が発
生せず、配管系の振動および異音の発生を軽減防止する
ことができ、装置の静粛な運転を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアングル弁の一実施例を示す断面
図である。

【図２】アングル弁と配管の断面図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は第１エルボ部曲がり内側、外
側での圧力変動を示す図である。

【図４】アングル弁の従来例を示す要部断面図である。

【図５】アングル弁と配管の断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は従来装置における第１エルボ
部曲がり内側、外側での圧力変動を示す図である。

【符号の説明】

１ 上流側配管 ２ 下流側配管 ３ アングル弁 ４ 流体流入口 ５ 流体流出口 ６ 弁本体 ７ 隔壁 ８ 開口 ９ 弁プラグ １０ シートリング １１ ガイドリング １３ 流体流通孔 １６ 第１エルボ部 ２０ 有底円筒体 ２０ａ 円筒部 ２０ｂ 縮径部 ２１ 第１流体拡散孔 ２２ 第２流体拡散孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に開口する流体流入口と鉛直下
   方に開口する流体流出口を有し内部にシートリングが組
   み込まれた弁本体と、弁本体内に上下動自在に配設され
   前記シートリングの流体流通孔を開閉制御する弁プラグ
   とを備えたアングル弁において、 前記シートリングの下方に出口側先端が縮径する有底円
   筒体を設け、この円筒体の円筒部に軸心と直交する方向
   の第１流体拡散孔を形成し、縮径部の軸心方向中間部に
   は下端開口部が上端開口部より円筒体の軸心から遠くな
   るよう傾斜した第２流体拡散孔を形成したことを特徴と
   するアングル弁。