JPH112337A

JPH112337A - バタフライ弁の弁体

Info

Publication number: JPH112337A
Application number: JP15485497A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Tanaka; 利治田中
Original assignee: Tomoe Technical Research Co Ltd
Current assignee: Tomoe Technical Research Co Ltd
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: JP3117418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】バタフライ弁の弁体の特にオリフィス流れ部
側のキャビテーション損失を抑える。【解決手段】円筒形本体２の中心部を直交する弁棒３
によって軸支される弁体１１の二つのほぼ半円部の、一
方のノズル流れ部の上流側弁体のほぼ半円周部から弁板
１２に対して直角に延びるくし歯１３を設け、該くし歯
１３の作用により細かいジェット流によりキャビテーシ
ョンを抑え、他方のオリフィス流れ部の下流側弁体のほ
ぼ半円部に、弁軸部に直角に円周部に向って延びるくし
歯１４を設け、該くし歯１４により、該部を通る流れが
乱れの少ない細かいジェット流になり、キャビテーショ
ンをより有効に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャビテーション
の発生による弊害及び悪影響等の損失を少なくしたバタ
フライ弁の、特に弁体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バタフライ弁のキャビテーション
の発生による騒音や振動等の弊害、損失を少なくする目
的をもった弁体は種々考案されている。

【０００３】図６は、その一例を示す従来公知のバタフ
ライ弁の要部を示す図面であって、同類のものは、特開
昭５７−１５７８６６号公報に記載されている。図６
（ａ）は、本体（弁本体）の内部に軸支されたバタフラ
イ弁の弁体の垂直断面図であり、（ｂ）は、図（ａ）の
下方から見た弁体の正面図である。

【０００４】図において、１は、本体（弁本体）２の中
心部に直交する弁棒３によって軸支された全閉状態を示
す弁体であって、該弁体１は、中心部を弁棒３によって
固定支持された弁板１ａと、該弁板１ａの半円周に亙っ
て、使用時、流体の流入方向（太い矢印ａで示す。）に
向って突設された流入側くし歯１ｂと、同様に、他の半
円周に亙って、弁板１ａに対して前記くし歯１ｂと反対
側の流体の流出方向に向かって突設された流出側くし歯
１ｃとからなっており、これらの両くし歯１ｂ，１ｃ
は、全閉時、本体２の内面２ａとほぼ平行するように形
成され、且つ端部１ｃは、本体２の内面２ａに垂直の面
内に位置するように形成されている。図中、ｂは、全閉
状態にある弁体１の図示の位置から開く方向を示す。

【０００５】弁作動時、図６（ａ）に示す全閉状態から
弁体１が矢印ｂ方向に回動すると、図５に示すように、
流体は本体２内を矢印方向に流れ、弁体１の開度に応じ
て流量が変化して流量制御が行われるようになってい
る。

【０００６】上記した従来のくし歯を備えたバタフライ
弁の弁体の作動時、本体２内において弁体１を弁棒３を
中心に、図５に示すように回動させて本体２内を通過す
る流量を絞った場合、くし歯を有しない従来の標準形バ
タフライ弁の弁体と同様に、本体２の内面２ａと、弁棒
３よりも下流側に位置する弁体１の周縁部とが形成する
開口部のノズル流れ部Ｂの通過流量に比べて、本体２の
内面２ａと、弁棒３よりも上流側に位置する弁体１の周
縁部とが形成する開口部のオリフィス流れ部Ａの通過流
量の方が少ない。

【０００７】この現象は、流れの方向ａに沿って斜め下
方に傾斜した弁体端部と本体内面２ａとが形成するノズ
ル流れ部Ｂを流れる流体に比べて、流れの方向ａに向か
って斜め上方に突出した弁体端部と本体内面２ａとが形
成するオリフィス流れ部Ａを流れる流体の方が、縮流さ
れる傾向を生じるためである。そしてこれらのノズル流
れ部Ｂとオリフィス流れ部Ａを通過した流れは、くし歯
を有しない従来の標準形バタフライ弁体においては、該
弁体背後において、噴流域と該噴流域から生じた渦流域
とが生じて弁体１の下流側で部分的に圧力降下が生じ、
この圧力値が液体のその温度における飽和水蒸気圧力以
下に達すると、液体中に気泡（蒸気）が析出し、発達し
て空洞となり、該空洞が圧力上昇に伴って急激に消滅す
るときにキャビテーションが発生し、この発生に伴って
衝撃音、振動、構造物等の振動及び共鳴音と混り合った
騒音や材料面の浸蝕などが生じ、その結果、機器の損
傷、耐用年数の低下等によって事故の発生の原因となっ
ていた。

【０００８】上記した図５，６に示したようなくし歯を
備えたバタフライ弁の弁体は、上記したキャビテーショ
ンによる弊害を軽減するためになされたものであり、オ
リフィス流れ部Ａ及びノズル流れ部Ｂを通過する流体
は、該部に存在するくし歯１ｃの整流作用によって、小
さな個々のジェット流にすることにより、キャビテーシ
ョンによる気泡を細かくして弊害を減らすことを図って
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、くし
歯を備えた従来のバタフライ弁の弁体（図５，６）は、
くし歯により流体をジェット流にすることにより、キャ
ビテーションによる気泡を細かくして損失（ダメージ）
を減らすようになっているが、実際、この弁体によりジ
ェット流になるのは、弁体のノズル流れ部Ｂ側で、オリ
フィス流れ部Ａ側では、くし歯１ｃが殆んど効果を発揮
することなく、キャビテーションが発生してしまう。こ
のことは、可視化管を用いた実験による実流試験におい
て確認されている。

【００１０】他方、特公平５−７８７１３号公報に開示
されたものは、弁体の下流側（裏側）の表面から間隙を
設けて、弁体の下流側の表面から更に後方へ貫通する噴
出孔を有する整流板を該弁体に設け、それにより、オリ
フィス流れ部を通過する流体の一部を、弁体下流側表面
と整流板との間隙を通って上記噴出孔から弁体下流側及
びノズル流れ部へ導くようにして、オリフィス流れ部及
びノズル流れ部の後方流れの噴流域の間の不連続面を解
消し、キャビテーションの発生を防止するようにしたも
のであるが、このものでは、ノズル流れ部側にキャビテ
ーションが発生することがあり、更に部品点数も多く必
要とするという問題点があった。

【００１１】本発明は、バタフライ弁の弁体の、特にオ
リフィス流れ部側のキャビテーション損失を抑えること
を課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の採った手段は、円筒形本体の中心部を直
交する弁棒によって軸支される弁体の、二つのほぼ半円
部の一方の上流側及び他方の下流側に、それぞれくし歯
を設けたバタフライ弁の弁体において、上記一方の弁棒
より下流側に位置する上流側弁体のほぼ半円周部から弁
板に対して直角に延びたくし歯を設け、他方の弁棒より
上流側に位置する下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に
直角に円周部に向って延びたくし歯を設けたことを特徴
としている。

【００１３】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の相互の間隔を、
弁体中央部より両端部にかけて漸増させたことを特徴と
している。上記くし歯の相互の間隔は、等しくし、又は
異ならしめることができる。

【００１４】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の断面形状を、上
流側を細く、下流側を太く形成したことを特徴としてい
る。

【００１５】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の端部を、弁閉鎖
時、本体内面に垂直な面内に位置させたことを特徴とし
ている。上記くし歯の端部は、弁閉鎖時、上記本体内面
に垂直な面に対し、±２０°以内変更した面内に位置さ
せることができる。

【００１６】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯を、格子状に形成
したことを特徴としている。

【００１７】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の内の１本ないし
全数を、弁板表面から柱状体によって連結したことを特
徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に記載した実施例を用いて説明する。図１は、本発明
の一実施形態を示すバタフライ弁の弁体を示す図面であ
って、（ａ）は流入側の平面図、（ｂ）は垂直断面図、
（ｃ）は図（ｂ）の下からみた流出側平面図、（ｄ）は
図３（ｃ）の側面図であり、図中、図６に記載した符号
と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

【００１９】図１（ｂ）において、１１は本体２の中心
部を直交する弁棒３によって軸支された全閉状態を示す
本発明の弁体であって、該弁体１１は、中心部（ボス
部）を弁棒３によって固定支持された弁板１２の、弁棒
３より下流側に位置する弁体１１の周縁部と本体２の内
面２ａとが形成する開口部であるノズル流れ部の上流側
弁体のほぼ半円周部に、弁閉時（図（ｂ）の状態）、円
筒状本体２の内面２ａにほぼ平行に延びたくし歯１３を
設け、該くし歯１３の端部（面）１３ａを、弁閉位置に
おいて本体内面２ａに垂直な面内に位置させるようにし
ており、また、該弁板１２の、弁棒３よりも上流側に位
置する弁体１１の周縁部と本体内面２ａとが形成する開
口部であるオリフィス流れ部の下流側のほぼ半円部に、
弁閉時、図１（ｃ）の右半分に示すように、弁軸部に直
角に円周部に向かって延びたくし歯１４を、互いに間隔
Ａ〜Ｄを保って複数個設けている。

【００２０】これらのくし歯１４の相互の間隔Ａ〜Ｄ
は、通常、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄのように、中央部より両端部
にかけて漸増させて設けられる。しかし、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝
Ｄのように等間隔に設けてもよく、また、Ａ≠Ｂ≠Ｃ≠
Ｄのように互いに不等間隔に設けることもできる。

【００２１】また、これらのくし歯１４の断面形状は、
図１（ｄ）に示すように、流れの方向ａに対して上流側
を細く、下流側を太く形成されており、また、これらの
各くし歯１４の下流側端面１４ａは、弁閉された位置
（図１（ｂ））において、くし歯１３を設けた半円周弁
体の下流側背面１２ａとのなす角度ｃが通常１８０°に
なるような面内に位置される。しかし、上記角度ｃは、
１６０°〜２００°以内変更してもよい。上記角度ｃ＝
１６０°の場合、くし歯１４の端面１４ａは、同図１
（ｂ）の角度θが２０°の１２ｂ上に位置され、またｃ
＝２００°の場合、くし歯１４の端面１４ａは、角度
θ′が−２０°の直線１２ｃ上に位置されるようになっ
ている。

【００２２】次に、作用について説明すると、弁作動
時、図１（ｂ）に示す全閉状態から弁体１１が反時計方
向に回動すると、図４に示すように流体は本体２内を矢
印方向に流れるが、図５に示す従来例において、特にオ
リフィス流れ部側Ａにおいてくし歯１ｃによる流体の分
散効果が少なく、キャビテーションが発生し易いこと
が、前記のように可視化管を用いた実験による実流テス
トにより確認されているのに対し、図１に示す本発明で
は、図４に示すように、弁棒３よりも上流側に位置する
弁体１１の周縁部と本体２の内面２ａとが形成する開口
部のオリフィス流れ部Ａでは、くし歯１４が弁板１２か
ら下流側に離れて位置されており、且つ、くし歯１４
は、図１（ｃ）に示すように、弁体円周のほぼ半円部に
弁軸部に直角に円周部に向って延びるようにして形成さ
れているので、オリフィス流れ部Ａを通過した流体が、
該くし歯１４の軸部から直角に円周部に向って延びる直
線状の範囲（区域）に亙って、整流されながら下流に向
って乱れの少ないジェット流になり、それに伴って、従
来例（特公平５−９８７１３号公報）のように、オリフ
ィス流れ部を通過したあと噴流域に続く後流域で渦流域
を形成するようなことが少なく、従って、キャビテーシ
ョンをより一層有効に抑えることができる。

【００２３】同様に、弁棒３よりも下流側に位置する弁
体１１の周縁部と本体内面２ａとが形成する開口部のノ
ズル流れ部Ｂでは、くし歯１３により、該ノズル流れ部
Ｂを通過した流れがくし歯の作用により細かいジェット
流となり、このジェット流によりキャビテーションを抑
えることができる。

【００２４】また、この際、上記くし歯１４の断面形状
が図１（ｄ）に示すように、流れの方向ａに対して上流
側に細く下流側に太く形成されているので、該くし歯１
４を通過する流れの抵抗を少くして円滑に各くし歯の間
を通過させることができ、下流に向かって乱れの少ない
ジェット流とすることができる。

【００２５】また、これらの各くし歯１４の相互の間隔
Ａ〜ＤをＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄのように、弁板中央部より両端
部にかけて漸増させることによって、本体２内を流れる
流体の中央部に近いところを流れる流速の早い流れの部
分を、間隔の狭いくし歯の中央部Ａ〜Ｂ部を通過させ、
本体通路の周囲を流れる流速の遅い流体を、間隔の広い
くし歯の両端部を通過させて乱れの少ない流れとするよ
うに通常構成されているが、上記のくし歯の各間隔Ａ〜
Ｄを、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄのように等しく形成してもよく、
またはＡ≠Ｂ≠Ｃ≠Ｄのように不等間隔にすることもで
きる。

【００２６】図２は、本発明の他の実施形態を示す図１
と同様の図面である。この実施形態では、図２（ｃ）及
び（ｄ）で示すように、オリフィス流れ部側に設けられ
るくし歯２４が、軸部より直角に円周面に向かって延び
るくし歯２４ａと、該くし歯２４ａに直交して各くし歯
２４ａを連結する連結部材２５とによって格子状に形成
されている。

【００２７】この実施形態によれば、図１に示された実
施形態と比べて、くし歯２４を格子状に形成したことに
より、互いに並設された軸部より直角に延びた各くし歯
２４ａが、直交する連結部材２５によって連結されるの
で、くし歯２４全体が流体の流れに対して影響されない
ように補強される効果がある。

【００２８】図３は、本発明の更に他の実施形態を示す
図２と同様の図面である。この実施形態では、図３
（ｃ）及び（ｄ）に示すように、オリフィス流れ部側に
設けるくし歯３４が、図２に示すものと同様に、軸部よ
り直角に円周面に向かって延びるくし歯３４ａと、該く
し歯３４ａに直交して各くし歯３４ａと連結する連結部
材３５とによって格子状に形成されており、更に上記く
し歯３４ａの内の１本ないし全数が、弁板３２表面から
柱状体３６のように形成されている。

【００２９】この実施形態によれば、図２に示された実
施形態と比べてくし歯３４の内、１本ないし全数が弁体
３２表面に直結された棒状体３６のように形成されてい
るので、該柱状体３６のように形成されたくし歯は、弁
板に直接連結されているので、各くし歯の間を通過する
流体の流れに対して変形され難く、また弁板３２と直結
された該柱状体３６と、格子状に形成された他のくし歯
３４ａ，３５とを結合することによって、弁板３２に対
する強度が補強され、該くし歯３４全体が流体の流れに
対する変形から有効に守ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円筒形本体の中心部を直交する弁棒によって軸支される
弁体の、二つのほぼ半円部の一方の上流側及び他方の下
流側に、それぞれくし歯を設けたバタフライ弁の弁体に
おいて、上記一方の弁棒より下流側に位置する上流側弁
体のほぼ半円周部から弁板に対して直角に延びたくし歯
を設け、他方の弁棒より上流側に位置する下流側弁体の
ほぼ半円部に、弁軸部に直角に円周部に向って延びたく
し歯を設けたことにより、弁棒よりも下流側に位置する
弁体周縁部と本体内面とが形成する開口部のノズル流れ
部側の流れを、くし歯の作用により細かいジェット流に
することができるばかりでなく、特に、従来例でくし歯
による効果が期待できなかった、弁棒より上流側に位置
する弁体周縁部と本体内面とが形成する開口部のオリフ
ィス流れ部側の流れを、乱れの少ないジェット流にする
ことができ、ノズル流れ部側のみならず、オリフィス流
れ部におけるキャビテーションの発生をより一層有効に
抑えることができる。

【００３１】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の相互の間隔を、
弁体中央部より両端部にかけて漸増させたことにより、
本体内の中央部に近いところを流れる流速の早い流れの
部分を、間隔の狭いくし歯の中央部を通過させ、本体通
路の周囲部を流れる流速の遅い流体を、間隔の広いくし
歯の両端部を通過させて乱れの少ない流れとすることが
できる。しかし、上記くし歯の各間隔を等しく形成し、
又は不等間隔にすることも可能である。

【００３２】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の断面形状を、上
流側を細く、下流側を太く形成したことにより、流れの
方向に対して上流側を細く下流側に太く形成した該くし
歯を通過する流れの抵抗を少くして、円滑に各くし歯を
通過させることができ、下流に向って乱れの少ないジェ
ット流とすることができる。

【００３３】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の端部を、弁閉鎖
時、本体内面に垂直な面内に位置させたことにより、ノ
ズル流れ部側のくし歯の端部と互いに平行になって製作
が容易になる。

【００３４】また、上記くし歯の端部を、弁閉鎖時、本
体内面に垂直な面に対し±２０°以内変更した面内に位
置させることもでき、これにより、流れの状態、特に使
用時の流量（流速）に応じて該オリフィス流れ部を通過
する流体を、乱れの少ないジェット流とすることができ
る。

【００３５】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯を、格子状に形成
したことにより、互いに並設された軸部より直角に延び
た各くし歯が直交する連結部材によって連結されるの
で、くし歯全体が流体の流れに対して影響されないよう
に補強される効果が生じる。

【００３６】また、下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部
に直角に円周部に向って延びたくし歯の内の１本ないし
全数を、弁板表面から柱状体によって連結したことによ
り、該柱状体のように形成されたくし歯は、弁板に直接
連結されているので、各くし歯の間を通過する流体の流
れに対して変形が防止され、乱れの少ないジェット流と
してキャビテーションの発生の抑制に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施例）を示すバタフラ
イ弁の弁体を示す図面で、（ａ）は流入側の平面図、
（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）は図（ｂ）の下からみた流
出側平面図、（ｄ）は図（ｃ）の側面図である。

【図２】本発明の他の実施形態（実施例）を示すバタフ
ライ弁の弁体を示す図１と同様の図面で、（ａ）は流入
側平面図、（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）は流出側平面
図、（ｄ）は側面図である。

【図３】本発明の更に他の実施形態（実施例）を示すバ
タフライ弁の弁体を示す図１の同様の図面で、（ａ）は
流入側平面図、（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）は流出側平
面図、（ｄ）は側面図である。

【図４】本発明のバタフライ弁（弁開度４０°）の流れ
の状態を示す比較説明図である。

【図５】従来例を示すバタフライ弁（弁開度４０°）の
流れの状態を示す比較説明図である。

【図６】従来のくし歯を備えたバタフライ弁の図面で、
（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は図（ａ）の下からみた流
入側平面図である。

【符号の説明】

２本体２ａ本体内面３弁棒１１，２１，３１バタフライ弁体１２，２２，３２弁板１３，２３，３３ノズル流れ部側の流入側くし歯１４，２４，３４オリフィス流れ部側の流出側くし歯２４ａ，３４ａ弁軸部より直角に延びるくし歯２５，３５くし歯に直交して格子状を形成する連結体３６弁板表面から突設された柱状体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形本体の中心部を直交する弁棒によ
って軸支される弁体の、二つのほぼ半円部の一方の上流
側及び他方の下流側に、それぞれくし歯を設けたバタフ
ライ弁の弁体において、上記一方の弁棒より下流側に位
置する上流側弁体のほぼ半円周部から弁板に対して直角
に延びたくし歯を設け、他方の弁棒より上流側に位置す
る下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直角に円周部に
向って延びたくし歯を設けたことを特徴とするバタフラ
イ弁の弁体。
【請求項２】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の相互の間隔を、弁体
中央部より両端部にかけて漸増させたことを特徴とする
請求項１記載のバタフライ弁の弁体。
【請求項３】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の相互の間隔を、等し
くしたことを特徴とする請求項１記載のバタフライ弁の
弁体。
【請求項４】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の相互の間隔を、異に
したことを特徴とする請求項１記載のバタフライ弁。
【請求項５】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の断面形状を、上流側
を細く、下流側を太く形成したことを特徴とする請求項
１ないし４の何れか１項記載のバタフライ弁の弁体。
【請求項６】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の端部を、弁閉鎖時、
本体内面に垂直な面内に位置させたことを特徴とする請
求項１ないし５の何れか１項記載のバタフライ弁の弁
体。
【請求項７】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の端部を、弁閉鎖時、
本体内面に垂直な面に対し±２０°以内変更した面内に
位置させたことを特徴とする請求項１ないし５の何れか
１項記載のバタフライ弁の弁体。
【請求項８】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯を、格子状に形成した
ことを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項記載の
バタフライ弁の弁体。
【請求項９】下流側弁体のほぼ半円部に、弁軸部に直
角に円周部に向って延びたくし歯の内の１本ないし全数
を、弁板表面から柱状体によって連結したことを特徴と
する請求項１ないし８の何れか１項記載のバタフライ弁
の弁体。