JPH1137308A - バタフライバルブの弁体 - Google Patents
バタフライバルブの弁体Info
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- JPH1137308A JPH1137308A JP18882997A JP18882997A JPH1137308A JP H1137308 A JPH1137308 A JP H1137308A JP 18882997 A JP18882997 A JP 18882997A JP 18882997 A JP18882997 A JP 18882997A JP H1137308 A JPH1137308 A JP H1137308A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バタフライバルブの弁体の形状を工夫するこ
とにより、その応力分布を平坦すなわち一様にして、同
弁体の高強度と軽量化とを高い次元で両立できるように
する。 【解決手段】 湾曲構造の一対の板体12、12にて、
バタフライバルブの弁体が構成される。弁体の横断面に
おける各板体12の形状が、互いに連続した2種類以上
の曲率R1、R2の円弧A1、A2またはその円弧の弦
で球面状に形成される。これら円弧A1、A2は、弁体
の中心から遠ざかるにつれてその曲率半径R1、R2小
さくなり、R1>R2という関係が、弁棒のためのボス
の端面の近傍を除くすべての横断面において成立する。
とにより、その応力分布を平坦すなわち一様にして、同
弁体の高強度と軽量化とを高い次元で両立できるように
する。 【解決手段】 湾曲構造の一対の板体12、12にて、
バタフライバルブの弁体が構成される。弁体の横断面に
おける各板体12の形状が、互いに連続した2種類以上
の曲率R1、R2の円弧A1、A2またはその円弧の弦
で球面状に形成される。これら円弧A1、A2は、弁体
の中心から遠ざかるにつれてその曲率半径R1、R2小
さくなり、R1>R2という関係が、弁棒のためのボス
の端面の近傍を除くすべての横断面において成立する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はバタフライバルブの
弁体に関する。
弁体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のバタフライバルブの弁体は、図5
に示すような構成となっている。この図5は、同弁体の
回転軸心と垂直な方向(図におけるx−z平面の方向)
の横断面の半分を示すものであり、1は回転用の弁棒の
ためのボス、2、2は弁体を構成する一対の板体であ
る。この弁体は中空状に形成され、板体2、2どうしの
間には空間3が形成されている。各板体2、2は、弁体
の回転軸心に垂直な方向の中心軸(図におけるz軸)を
中心とする球面状に形成されており、その球面は1種類
の円弧にて形成されている。
に示すような構成となっている。この図5は、同弁体の
回転軸心と垂直な方向(図におけるx−z平面の方向)
の横断面の半分を示すものであり、1は回転用の弁棒の
ためのボス、2、2は弁体を構成する一対の板体であ
る。この弁体は中空状に形成され、板体2、2どうしの
間には空間3が形成されている。各板体2、2は、弁体
の回転軸心に垂直な方向の中心軸(図におけるz軸)を
中心とする球面状に形成されており、その球面は1種類
の円弧にて形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の弁体
を用いてバタフライバルブを構成し、このバルブを閉じ
ると、上流側の板体2には流体の圧力が作用する。また
下流側の板体2には、上記上流側の板体に作用する圧力
にもとづく引張応力が作用する。ところが、たとえば弁
体の弁軸方向に沿った引張応力の分布は、板体2の全面
において一様ではなく、弁体の中心からその半径の3分
の1程度の距離の位置で最大となるとともに、他の部
分、たとえば弁体の中心ではかなり小さくなる。
を用いてバタフライバルブを構成し、このバルブを閉じ
ると、上流側の板体2には流体の圧力が作用する。また
下流側の板体2には、上記上流側の板体に作用する圧力
にもとづく引張応力が作用する。ところが、たとえば弁
体の弁軸方向に沿った引張応力の分布は、板体2の全面
において一様ではなく、弁体の中心からその半径の3分
の1程度の距離の位置で最大となるとともに、他の部
分、たとえば弁体の中心ではかなり小さくなる。
【0004】しかし、板体2の肉厚は上記の最大応力に
合わせて決められているので、この最大応力の作用する
部分では適正であるが、他の部分では厚過ぎ、過剰品質
になるとともにその分だけ弁体の重量が増大するという
問題点がある。
合わせて決められているので、この最大応力の作用する
部分では適正であるが、他の部分では厚過ぎ、過剰品質
になるとともにその分だけ弁体の重量が増大するという
問題点がある。
【0005】そこで本発明は、このような問題点を解決
し、弁体の形状を工夫することにより、その応力分布を
平坦すなわち一様にして、同弁体の高強度と軽量化とを
高い次元で両立できるようにすることを目的とする。
し、弁体の形状を工夫することにより、その応力分布を
平坦すなわち一様にして、同弁体の高強度と軽量化とを
高い次元で両立できるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、湾曲構造の一対の板体にて構成されたバタフ
ライバルブの弁体において、前記弁体の横断面における
各板体の形状が、互いに連続した2種類以上の曲率の円
弧またはその円弧の弦で凸形の球面状に形成されるとと
もに、これら円弧は、前記弁体の中心から遠ざかるにつ
れてその曲率半径が小さくなるように配置されて、弁体
の最も中心側の円弧の曲率半径をR1とするとともに、
弁体の中心から最も遠ざかった位置の円弧の曲率半径を
RNとして、R1>RNという関係が、弁棒のためのボ
スの端面の近傍を除くすべての横断面において成立する
ように構成したものである。
本発明は、湾曲構造の一対の板体にて構成されたバタフ
ライバルブの弁体において、前記弁体の横断面における
各板体の形状が、互いに連続した2種類以上の曲率の円
弧またはその円弧の弦で凸形の球面状に形成されるとと
もに、これら円弧は、前記弁体の中心から遠ざかるにつ
れてその曲率半径が小さくなるように配置されて、弁体
の最も中心側の円弧の曲率半径をR1とするとともに、
弁体の中心から最も遠ざかった位置の円弧の曲率半径を
RNとして、R1>RNという関係が、弁棒のためのボ
スの端面の近傍を除くすべての横断面において成立する
ように構成したものである。
【0007】このような構成において、バタフライバル
ブの弁体のように静圧による曲げ荷重を受ける場合に、
その強度を上げるには、弁体の断面形状の断面係数を大
きくすることが効果的である。弁体の幅が決まっている
場合に、断面係数を大きくするには、横断面を矩形に近
い形状とすればよい。よって、上記のように各板体の形
状を互いに連続した2種類以上の曲率の円弧またはその
円弧の弦で球面状に形成するとともに、これら円弧を、
前記弁体の中心から遠ざかるにつれてその曲率半径が小
さくなるように配置して、弁体の最も中心側の円弧の曲
率半径をR1とするとともに、弁体の中心から最も遠ざ
かった位置の円弧の曲率半径をRNとして、R1>RN
という関係が、弁棒のためのボスの端面の近傍を除くす
べての横断面において成立するように構成することで、
弁体に作用する圧力にもとづく応力の分布をできるだけ
低レベルかつ一様にして、高強度と、応力レベルの低下
に対応した板体の肉厚の低減による軽量化とが両立する
ことになる。
ブの弁体のように静圧による曲げ荷重を受ける場合に、
その強度を上げるには、弁体の断面形状の断面係数を大
きくすることが効果的である。弁体の幅が決まっている
場合に、断面係数を大きくするには、横断面を矩形に近
い形状とすればよい。よって、上記のように各板体の形
状を互いに連続した2種類以上の曲率の円弧またはその
円弧の弦で球面状に形成するとともに、これら円弧を、
前記弁体の中心から遠ざかるにつれてその曲率半径が小
さくなるように配置して、弁体の最も中心側の円弧の曲
率半径をR1とするとともに、弁体の中心から最も遠ざ
かった位置の円弧の曲率半径をRNとして、R1>RN
という関係が、弁棒のためのボスの端面の近傍を除くす
べての横断面において成立するように構成することで、
弁体に作用する圧力にもとづく応力の分布をできるだけ
低レベルかつ一様にして、高強度と、応力レベルの低下
に対応した板体の肉厚の低減による軽量化とが両立する
ことになる。
【0008】上記の関係式はコンピュータによる数値シ
ミュレーションにもとづいて導かれたものであるが、こ
のように構成することで、弁体の流体抵抗すなわち圧力
損失を従来のもののレベルのままとし、また回転体であ
る弁体の重量の増大とを最低限に抑制したうえで、可能
な限りの高強度と軽量化とが達成される。
ミュレーションにもとづいて導かれたものであるが、こ
のように構成することで、弁体の流体抵抗すなわち圧力
損失を従来のもののレベルのままとし、また回転体であ
る弁体の重量の増大とを最低限に抑制したうえで、可能
な限りの高強度と軽量化とが達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1および図2は、本発明の実施
の形態のバタフライバルブの弁体の概略構成を示す。こ
こで、弁体の回転軸心11の方向をy方向、y方向に垂
直な弁体の径方向をx方向、これらy方向とx方向との
両方に垂直な方向をz方向とする。12、12は弁体を
構成する一対の板体、13は板体12、12どうしの間
に形成された空間である。また14、14は弁棒のため
のボス、15、15はこのボスの端面である。
の形態のバタフライバルブの弁体の概略構成を示す。こ
こで、弁体の回転軸心11の方向をy方向、y方向に垂
直な弁体の径方向をx方向、これらy方向とx方向との
両方に垂直な方向をz方向とする。12、12は弁体を
構成する一対の板体、13は板体12、12どうしの間
に形成された空間である。また14、14は弁棒のため
のボス、15、15はこのボスの端面である。
【0010】図1に示す弁体の横断面において、各板体
12は、互いに連続した2種類の曲率の円弧A1、A2
によって形成されている。すなわち、円弧A1によって
弁体の中央の円板部分16が形成され、円弧A2によっ
て円板部分16の周囲の環状部分17が形成されてい
る。これら円板部分16と環状部分17とは、いずれも
z軸を中心とする回転体によって形成されている。円弧
A1の曲率半径はR1、また円弧A2の曲率半径はR2
である。
12は、互いに連続した2種類の曲率の円弧A1、A2
によって形成されている。すなわち、円弧A1によって
弁体の中央の円板部分16が形成され、円弧A2によっ
て円板部分16の周囲の環状部分17が形成されてい
る。これら円板部分16と環状部分17とは、いずれも
z軸を中心とする回転体によって形成されている。円弧
A1の曲率半径はR1、また円弧A2の曲率半径はR2
である。
【0011】図2に示す、弁棒のためのボス14、14
の端面15、15の近傍の部分18を除くすべての横断
面の部分19において、R1>R2という関係が成立す
る必要がある。このボス14、14の端面15、15の
近傍の部分18は、図2のようにz軸方向に見たとき
に、実質的に弁棒の径に等しい寸法となる。
の端面15、15の近傍の部分18を除くすべての横断
面の部分19において、R1>R2という関係が成立す
る必要がある。このボス14、14の端面15、15の
近傍の部分18は、図2のようにz軸方向に見たとき
に、実質的に弁棒の径に等しい寸法となる。
【0012】このように構成することで、従来品と同一
幅とした場合に、弁体の断面係数が大きくなり、その強
度が向上する。この結果、弁体に作用する圧力にもとづ
く応力の分布をできるだけ低レベルかつ一様にすること
ができて、高強度な弁体を得ることができる。また、高
強度であるために板体12の肉厚を低減させることがで
き、したがって弁体の軽量化を図ることもできる。
幅とした場合に、弁体の断面係数が大きくなり、その強
度が向上する。この結果、弁体に作用する圧力にもとづ
く応力の分布をできるだけ低レベルかつ一様にすること
ができて、高強度な弁体を得ることができる。また、高
強度であるために板体12の肉厚を低減させることがで
き、したがって弁体の軽量化を図ることもできる。
【0013】なお、最も内側の円弧A1の曲率半径R1
は、実質的に無限大にすることもできる。すなわち円板
部分16をx軸に対して平行面とすることもでき、そう
した方が本発明の効果を顕著に達成することができる。
は、実質的に無限大にすることもできる。すなわち円板
部分16をx軸に対して平行面とすることもでき、そう
した方が本発明の効果を顕著に達成することができる。
【0014】図3は、呼び径が1500mmの弁体につ
いての最大主応力の解析結果を示す。横軸は弁体中心か
らの距離を示し、ここでは図2において矢印20で示す
−y方向に沿った距離を示す。縦軸は、弁体に10kg
f/cm2 の圧力が作用したときの最大主応力の大きさ
を示す。
いての最大主応力の解析結果を示す。横軸は弁体中心か
らの距離を示し、ここでは図2において矢印20で示す
−y方向に沿った距離を示す。縦軸は、弁体に10kg
f/cm2 の圧力が作用したときの最大主応力の大きさ
を示す。
【0015】図中、実線は本発明品を示し、ここでは2
種類の曲率の円弧A1、A2によって板体12が構成さ
れ、その曲率半径R1、R2が(R1/R2)=∞とい
う関係を有するようにしている。すなわち最も内側の円
弧A1の曲率半径R1を無限大として、円板部分16を
x軸に対して平行な平面としている。かつ、この関係式
が、弁棒のためのボスの端面の近傍の部分を除くすべて
の横断面で成立している。
種類の曲率の円弧A1、A2によって板体12が構成さ
れ、その曲率半径R1、R2が(R1/R2)=∞とい
う関係を有するようにしている。すなわち最も内側の円
弧A1の曲率半径R1を無限大として、円板部分16を
x軸に対して平行な平面としている。かつ、この関係式
が、弁棒のためのボスの端面の近傍の部分を除くすべて
の横断面で成立している。
【0016】図中の破線は、図5に示した従来の弁体、
すなわち(R1/R2)=1という一定の曲率半径のみ
によって形成された構成のものの場合を示す。また図中
の一点鎖線は、(R1/R2)=15で、R1>R2と
いう関係は成立するが、この関係が弁体の中心部のみで
しか成立しない、本発明外の品の場合を示す。
すなわち(R1/R2)=1という一定の曲率半径のみ
によって形成された構成のものの場合を示す。また図中
の一点鎖線は、(R1/R2)=15で、R1>R2と
いう関係は成立するが、この関係が弁体の中心部のみで
しか成立しない、本発明外の品の場合を示す。
【0017】図示のように、破線で示された従来品で
は、弁体中心から200〜300mmの位置で最大主応
力のピーク21が存在して、そのピーク値は約13kg
f/mm2 と大きな値を示し、またそれ以外の部分では
最大主応力は比較的小さな値を示している。すなわち前
述のように応力分布が一様でなく、しかも大きなピーク
21が存在している。この従来品では、前述のようにこ
のピーク21の応力に対応して板体全体の肉厚を決定し
ているため、他の部分では肉厚が過剰になり、強度的に
過剰品質になるばかりかその分だけ弁体の重量が増大し
てしまう欠点がある。
は、弁体中心から200〜300mmの位置で最大主応
力のピーク21が存在して、そのピーク値は約13kg
f/mm2 と大きな値を示し、またそれ以外の部分では
最大主応力は比較的小さな値を示している。すなわち前
述のように応力分布が一様でなく、しかも大きなピーク
21が存在している。この従来品では、前述のようにこ
のピーク21の応力に対応して板体全体の肉厚を決定し
ているため、他の部分では肉厚が過剰になり、強度的に
過剰品質になるばかりかその分だけ弁体の重量が増大し
てしまう欠点がある。
【0018】一点鎖線で示された本発明外の品では、従
来品と同様の最大主応力のピーク22が存在し、かつそ
れ以外の部分では最大主応力は比較的小さな値を示し
て、応力分布が一様でないようになっている。
来品と同様の最大主応力のピーク22が存在し、かつそ
れ以外の部分では最大主応力は比較的小さな値を示し
て、応力分布が一様でないようになっている。
【0019】これに対し本発明品では、図示のように目
立ったピークは存在せず、ほぼ一様でしかも低レベルの
応力分布となる。したがって、前述のように弁体の肉厚
を減少させても高強度を確保でき、しかもその分だけ軽
量化を図ることができる。具体的には、20%以上の応
力低減と、20%以上の軽量化とを同時に達成すること
ができる。前述の図1に示した本発明品では、図5に示
した従来品よりも肉厚が薄くなっていることが判る。
立ったピークは存在せず、ほぼ一様でしかも低レベルの
応力分布となる。したがって、前述のように弁体の肉厚
を減少させても高強度を確保でき、しかもその分だけ軽
量化を図ることができる。具体的には、20%以上の応
力低減と、20%以上の軽量化とを同時に達成すること
ができる。前述の図1に示した本発明品では、図5に示
した従来品よりも肉厚が薄くなっていることが判る。
【0020】なお、解析の結果、破線で示された従来品
では、重量が802kg、作用する最大応力が12.8
kgf/mm2 となった。一点鎖線で示された本発明外
の品の場合は、重量が746kg、作用する最大応力が
12.9kgf/mm2 となった。これに対し、実線で
示された本発明品では、重量が615kg、作用する最
大応力が9.9kgf/mm2 と、それぞれ大幅に低減
できることがわかった。
では、重量が802kg、作用する最大応力が12.8
kgf/mm2 となった。一点鎖線で示された本発明外
の品の場合は、重量が746kg、作用する最大応力が
12.9kgf/mm2 となった。これに対し、実線で
示された本発明品では、重量が615kg、作用する最
大応力が9.9kgf/mm2 と、それぞれ大幅に低減
できることがわかった。
【0021】図4は、弁体の開度と圧力損失との関係の
解析結果を示す。横軸は弁体の開度、縦軸は圧力損失を
表す。図中□印は図5の従来品についての解析結果を示
す。○印は図1の本発明品についての解析結果を示す
が、従来品についての□印とほぼ重なっており、上述の
ように断面係数を大きくしたにもかかわらず、従来品と
同等程度の圧力損失しか生じないことがわかる。なお、
図中、実線は、本出願人の製造に係る従来製品について
の実際の圧力損失の実測値を参考値として示すものであ
り、また破線は、JISB2064規格値を参考値とし
て示すものである。
解析結果を示す。横軸は弁体の開度、縦軸は圧力損失を
表す。図中□印は図5の従来品についての解析結果を示
す。○印は図1の本発明品についての解析結果を示す
が、従来品についての□印とほぼ重なっており、上述の
ように断面係数を大きくしたにもかかわらず、従来品と
同等程度の圧力損失しか生じないことがわかる。なお、
図中、実線は、本出願人の製造に係る従来製品について
の実際の圧力損失の実測値を参考値として示すものであ
り、また破線は、JISB2064規格値を参考値とし
て示すものである。
【0022】上記においては、弁体を構成する板体12
が2種類の円弧A1、A2のみによって構成されたも
の、すなわち前述の関係式においてN=2の場合を例示
して説明したが、3種類以上の円弧によって構成される
場合も同様の構成とすることができる。また円弧A1、
A2に代えてこの円弧の弦によって板体12を構成して
も、ほぼ同様の好ましい結果を期待することができる。
が2種類の円弧A1、A2のみによって構成されたも
の、すなわち前述の関係式においてN=2の場合を例示
して説明したが、3種類以上の円弧によって構成される
場合も同様の構成とすることができる。また円弧A1、
A2に代えてこの円弧の弦によって板体12を構成して
も、ほぼ同様の好ましい結果を期待することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によると、弁体の横
断面における各板体の形状が、互いに連続した2種類以
上の曲率の円弧またはその円弧の弦で凸形の球面状に形
成されるとともに、これら円弧は、前記弁体の中心から
遠ざかるにつれてその曲率半径が小さくなるように配置
されて、弁体の最も中心側の円弧の曲率半径をR1とす
るとともに、弁体の中心から最も遠ざかった位置の円弧
の曲率半径をRNとして、R1>RNという関係が、弁
棒のためのボスの端面の近傍を除くすべての横断面にお
いて成立するように構成したため、弁体の断面形状の断
面係数を大きくすることができ、したがって弁体の強度
を向上できて、この弁体に作用する圧力にもとづく応力
の分布をできるだけ低レベルかつ一様にすることがで
き、このため板体の肉厚を低減でき、その結果、高強度
と、板体の肉厚の低減による軽量化とを両立させること
ができる。
断面における各板体の形状が、互いに連続した2種類以
上の曲率の円弧またはその円弧の弦で凸形の球面状に形
成されるとともに、これら円弧は、前記弁体の中心から
遠ざかるにつれてその曲率半径が小さくなるように配置
されて、弁体の最も中心側の円弧の曲率半径をR1とす
るとともに、弁体の中心から最も遠ざかった位置の円弧
の曲率半径をRNとして、R1>RNという関係が、弁
棒のためのボスの端面の近傍を除くすべての横断面にお
いて成立するように構成したため、弁体の断面形状の断
面係数を大きくすることができ、したがって弁体の強度
を向上できて、この弁体に作用する圧力にもとづく応力
の分布をできるだけ低レベルかつ一様にすることがで
き、このため板体の肉厚を低減でき、その結果、高強度
と、板体の肉厚の低減による軽量化とを両立させること
ができる。
【図1】本発明の実施の形態のバタフライバルブの弁体
の横断面図である。
の横断面図である。
【図2】同弁体の正面図である。
【図3】同弁体にはたらく最大主応力の解析結果を示す
図である。
図である。
【図4】同弁体の圧力損失の解析結果を示す図である。
【図5】従来のバタフライバルブの弁体の要部の横断面
図である。
図である。
12 板体 A1 円弧 A2 円弧 R1 曲率半径 R2 曲率半径
Claims (1)
- 【請求項1】 湾曲構造の一対の板体にて構成されたバ
タフライバルブの弁体であって、前記弁体の横断面にお
ける各板体の形状が、互いに連続した2種類以上の曲率
の円弧またはその円弧の弦で凸形の球面状に形成される
とともに、これら円弧は、前記弁体の中心から遠ざかる
につれてその曲率半径が小さくなるように配置されて、
弁体の最も中心側の円弧の曲率半径をR1とするととも
に、弁体の中心から最も遠ざかった位置の円弧の曲率半
径をRNとして、次の(1)式の関係が、弁棒のための
ボスの端面の近傍を除くすべての横断面において成立す
ることを特徴とするバタフライバルブの弁体。 (1) R1>RN
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18882997A JPH1137308A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | バタフライバルブの弁体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18882997A JPH1137308A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | バタフライバルブの弁体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1137308A true JPH1137308A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16230570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18882997A Pending JPH1137308A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | バタフライバルブの弁体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1137308A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140108654A (ko) * | 2012-01-03 | 2014-09-12 | 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 | 자동차용 밸브 장치 |
| CN107013688A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-08-04 | 石家庄三环阀门股份有限公司 | 双凸面空心蝶阀阀板 |
| CN110332322A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-15 | 天津卡尔斯阀门股份有限公司 | 一种双偏心软密封法兰蝶阀 |
| CN110332321A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-15 | 天津卡尔斯阀门股份有限公司 | 一种双偏心硬密封法兰蝶阀 |
| CN110345260A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-18 | 天津卡尔斯阀门股份有限公司 | 一种拱桥式阀板结构及设计方法 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP18882997A patent/JPH1137308A/ja active Pending
Cited By (10)
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