JPS59175687A - 調節弁 - 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】 本発明は調節弁に係り、特に、蒸気原動所における起動
バイパス弁に用いられるような高差圧流体の圧力、流量
を調節するに好適な調節弁に関する。

一般に、調節弁は、入口流路および出口流路ならびに弁
室を備えるケーシングと、ケーシングの弁室内に形成さ
れる弁座と、ケーシングに支持され、ケーシングの弁室
内を弁座に対して接離する方向に移動可能とされる弁体
とを有してなり、入口流路から流入した流体の圧力、流
量を、弁体と弁座との間に形成されろ可変絞り部によっ
て連続的に調節し、出口流路から排出可能としている。

ところで、上記調節弁の弁室内における流体の挙動は、
絞り部において流速が最大となると同時に静圧が最小と
なって、絞り部に局部的な高差圧を生じ、時としてこの
挙動が流体によるキャビティションおよびエロージョン
を生じ、絞り部の摩耗促進、騒音発生の原因となる。

そこで、従来、絞り部における流体の流速変化、静圧変
化を緩和すべ（、ケーシングの弁室内に弁体と同軸配置
され、その軸方向に画成される各階層の周方向複数位置
に、それぞれ半径方向に穿設される複数の小孔を備える
円環状ケージを有してなる調節弁が提案されている。こ
の調節弁は、流体が小孔を通過することによる減圧作用
によって絞り部に生ずる高差圧の減圧化を図っている。

しかしながら、上記従来提案されている調節弁にあって
は、流体に小孔そのものに基づく圧力損失を与えるもの
であり、比較的大きな圧力損失を得るためには小孔を多
段状に配設する等、ケージ構造を複雑化するとともに大
型化し、ケージ寸法、延いてはケーシング寸法を大型化
する必要がある。

なお、例えば近時提案されている蒸気原動所のいわゆる
ＤＳＳ化（［）ａｉｌｙ　５ｔａｒｔ　ａｎｄ　５ｈｕ
ｔ　−１）ｏｗｎ　）　ＶＣ対応するように、起動、停
止が頻繁に繰返される調節弁においては、熱疲労軽減の
見地からケーシング肉淳を増加することができず、上記
ケーシング寸法の大型化は許容され得ない。

また、上記従来提案されている調節弁にあっては、ケー
ジに備えられる小孔がケージの半径方向に穿設されてい
ることから、ケージを通過した流体の噴流がケーシング
の内壁もしくは弁体表面に垂直に、したがって大きな衝
撃力をともなって入射し、それらケーシングの内壁もし
くは弁体表面を容易に浸食する虞れがある。

なお、調節弁にあっては、弁体のねじり変形、弁体とそ
のアクチュエータとの螺合部のゆるみ発生等を回避すべ
（、弁体周囲に流体の渦流を生じさせないことが必要で
ある。

本発明は、小型簡素で流体に比較的大きな圧力損失を与
えるとともに、ケーシングの内壁もしくは弁体表面に過
大な噴流の衝撃を与えることのないケージを備え、かつ
流体が弁体にねじり作用を加えることのない調節弁を提
供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は入口流路および出
口流路ならびに弁室な備えるケーシングと、ケーシング
の弁室内に形成される弁座と、ケーシングに支持され、
ケーシングの弁室内を弁座に対して接離する方向に移動
可能とされる弁体と、ケーシングの弁室内に弁体と同軸
配置され、その軸方向に画成される各階層の周方向複数
位置に小孔を備える円環状ケージと、を有してなる調節
弁において、前記ケージに備える小孔が、ケージの半径
方向に対しである損失角度で交差する方向に形成され、
ケージの少な（とも軸方向もしくは周方向のいずれかに
おいて相隣接する各小孔の上記損失角度が相互に正負を
なす同一値とされるようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る調節弁を示す断面図
、第２図（４）は第１図のＩＩＡ−１１Ａ線に沿う断面
図、第２図Ｇ）は第１図のＩｔ　１３−　ｎ　Ｂ線に沿
う断面図である。

ケーシング１１１Ｃは、例えば水平方向と鉛直方向の相
互に直交する入口流路１２および出口流路１３が形成さ
れるとともに、入口流路１２と出口流路１３との交差部
に弁室１４が形成されている。

ケーシング１１の弁室１４＆ｃは、弁座１５がケーシン
グ１１ｉｃ螺合されるロックナツト１６による固定下で
一体化されている。なお、１５Ａは弁座シート部であり
、ロックナツト１６の上端面の周方向等配位置には螺勤
王具が保合可能とされる係合凹部１７が形成されている
。

また、ケーシング１１には、弁体ガイド１８が、ケーシ
ング１１に螺合されるリテーナナツト１９による固定下
で、弁座１５に対する同軸上に一体化されている。なお
、ケーシング１１と弁体ガイド１８との間には、リテー
ナナツト１９によって背面支持されるパツキン押え２０
によって保持されるパツキン２１．２２が装着されてい
る。

ケーシング１１に一体化されている上記弁体ガイド１８
に、は、弁棒２３が挿入され、弁体ガイド１８は、弁棒
２３の先端部に一体化されている弁体２４を摺接状態で
案内可能としている。すなわち、弁体２４は、ケーシン
グ１１の弁室１４内を弁座１５に対して接離する方向に
移動可能とされ、前記弁座シート部１５Ａに密着可能と
される弁体シート２４Ａを備えている。なお、弁棒２３
の基端部には、図示されない弁開閉アクチュエータを連
結可能とするねじ部２５が形成されている。また、弁体
ガイド１８と弁棒２３の間にはパツキン２６が装着され
、パツキン２６は、パツキンリテーナ２７と、パツキン
押え板２８によって背面支持されるパツキン押え２９と
の間に挟圧保持されここで、弁体ガイド１８の弁室１４
を臨む端部には、円環状ケージ３０が一体形成されてい
る。

ケージ３０は弁体２４と同軸配置され、弁室１４内の全
域において所定の間隙からなる合流室３１を介して弁体
２４を包囲している。ケージ３０は、その軸方向に画成
される各階層の周方向複数位置に小孔３２を備えている
。ケージ３０の隣接する一方の階層に備えられる小孔３
２Ａは、第２図囚に示すように、ケージ３０の半径方向
に対して損失角度〔θ〕で交差する方向に形成され、隣
接する他方の階層に備えられる小孔３２Ｂは、第２図（
Ｂ）に示すよ５に、ケージ３０の半径方向に対して損失
角度〔−〇〕で交差する方向に形成されている。

すなわち、ケージ３０の軸方向において相隣接する小孔
３２Ａ、３２Ｂの損失角度は相互に正負をなす同一値と
され℃いる。

なお、上記ケージ３０の下端面の周方向等配位置には、
前記ロックナツト１６の係合凹部ＩＴに係合し、ロック
ナツト１６の自由な回動を阻止する回り止め突部３３が
形成されている。

次に、この第１実施例の作用について説明する。

図示されない弁開閉アクチュエータの作動により、弁棒
２３および弁体２４が軸方向に移動され、弁体シート部
２４Ａと弁座シート部１５Ａとの間に所定の空隙からな
る絞り部が形成されると、入口流路１２から弁室１４に
流入する流体が、ケージ３０の各小孔３２を通過した後
、弁体２４の周囲に形成される合流室３１に達し、さら
に弁体２４の軸方向に流下する。このようにして合流室
３１内を流下する流体は、上記弁体２４と弁座１５との
間に形成されている絞り部を通過して、その圧力、流量
を調整された状態で、出口流路１３から後流側へ排出さ
れる。

しかして、この第１実施例においては、まず流体がケー
ジ３０の各小孔３２Ｖｃ流入する際に、小孔３２がケー
ジ３０の半径方向に対して損失角度〔θ〕〔−〇〕で傾
いていることから、下記（１２式に示される流路断面積
の変化による損失水頭ｈ□の一般式々す、例えば損失角
度θが３０度の場合には、ζ二０．７となり、θが０度
の場合の損失係数ζ＝０．５に比して４０％もの損失増
加を生ずる。

２ ｈｌ−ζ（丁）　　　　　　　　　　・・・・・・・・
（１）ζ＝　０．５　＋　０．３５ｉｎｏ十０．２　ｓ
ｉ♂θ　　　・・・・・・・・（２）なお、上記（１）
式において、１は重力加速度を示し、■は流体の流速を
示す。すなわち、この第１実施例においては、流体がケ
ージ３ｏの各小孔３２を通過する際に、小孔３２がケー
ジ３ｏの半径方向に対し℃ある損失角度で傾いているこ
とに基づ（上記第１の損失を生ずる。

また、流体がケージ３０の各小孔３２に流入する際に、
上記第１の損失を生ずると同時に、相互に隣接する一方
の階層に形成されている小孔３２Ａ［流入する流束と、
隣接する他方の階層に備えられている小孔３２Ｂに流入
する流束とは、相互に上下方向において接する状態下で
、それらの流れの方向をケージ３００半径方向に対して
正負逆方向に交差せしめられることから、両流束間の摩
さらに、流体がケージ３０の各小孔３２から流出する際
に、流体は断面積を急激に拡大される流路に流出するこ
ととなり、下記（８）式の損失水頭ｈ２で示される第３
の損失を生ずる。

また、流体がケージ３０の各小孔３２から流出する際に
、上記第３の損失を生ずると同時に、ｌ」・孔３２Ａか
ら流出する流束と、小孔３２Ｂから流出する流束とは、
相互に上下方向において接する状態下でそれらの水平面
内での流れ方向をケージ３０の半径方向に対して正負逆
方向に交差せしめられるとともに、それぞれ弁体２４の
軸方向すなわち下方向に流れを変化することがら両流束
間の摩擦および衝突による第４の損失を生ずる。

すなわち、この第１実施例によれば、流体がケージ３０
の各小孔３２を通過する際に、上記第１ないし第４の損
失からなる一連の損失機構が形成され、ケージ３０を複
雑化、大型化することなく、比較的大きな圧力損失を得
ることが可能と々る。

また、この第１実施例において、ケージ３０の各小孔３
２から流出する流体は、弁体２４の表面の法線に対して
傾きθをもって衝突するため、弁体２４の表面の法線に
平行、すなわち表面に直角に衝突する場合に比して、弁
体２４に作用する噴流方向の衝撃力Ｆが下記（４）式に
示すように大幅に緩和される。

−γ Ｆ　＝　（−）　Ｑｖ　ｃｏｓ２θ　　　　　　　・・
・・・・・・・（４）例えば弁体２４の表面の法線に対
して３０度の傾きをもって衝突する場合の噴流による衝
撃力は、表面の法線に平行に当る場合に比して２５％減
少することとなり、弁体２４の表面における浸食の発生
を防止することが可能となる。なお、上記（４）式にお
いてγは比重量、Ｑは流量、■は噴流の速度を示す。

また、この第１実施例においては、流体がケージ３０の
各小孔３２を流出する際に、相互に隣接する小孔３２Ａ
から流出する流束と、小孔３２Ｂから流出する流束の前
記相互摩擦作用によって、前記第４の損失を生ずるとと
もに、各小孔３２Ａ。

３２Ｂから流出する流束の回転方向の相殺化を生じ、従
来弁で生じやすかった弁体周囲における加速度的な単一
方向渦流による、弁体、弁棒へのねじり力の付加が防止
され、弁棒２３および弁体２４のねじり変形、弁棒２３
に形成されているねじ部２５と弁開閉アクチュエータと
の螺合部のゆるみ発生等を確実に回避することが可能と
なる。

すなわち、この第１実施例に係る調整弁によれば、／」
・型簡素で流体に比較的大きな圧力損失を与え、絞り部
における流体差圧の軽減によって、弁座シート部１５Ａ
、弁体シート部２４Ａの摩耗および騒音の低減を図るこ
とが可能となる。また、弁体２４の表面に過大な噴流の
衝撃を与えることのないケージ３０を備え、弁体表面に
おける浸食の発生を防止可能となる。さらに、弁体２４
の周囲に流体の渦流を生じさせることがな（、流体が弁
体にねじり作用を加えることがない。

第３図は本発明の第２実施例に係る調整弁を示す断面図
、第４図（４）は第３図のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面
図、第４図ＣＢ）は第３図のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断
面図であり、前記第１実施例と同一機能部分は同一符号
を付すことにより説明を省略する。

この第２実施例が前記第１実施例と異なる点は、前記第
１実施例における出口流路１３の配役部位を入口流路４
１とし、入口流路１２の配設部位を出口流路４２とする
とともに、ケージ３０が弁体２４の周囲に形成した合流
室３１を分配室４３とした点にあ−る。なお、この第２
実施例においては、弁座１５とケーシング１１との間に
、パツキン押え４４、およびパツキン押え４４によって
保持されるパツキン４５を新たに装着した。

この第２実施例による場合にも前記第１実施例における
と同様に、ケージ３０の各小孔３２Ａ。

３２Ｂによる一連の圧力損失機構が形成する比較的大き
な損失圧力が、弁座１５と弁体２４との間に形成される
絞り部の背圧として作用し、結果的に絞り部における流
体差圧の軽減により、弁座シート部１５Ａ、弁体シート
部２４Ａの摩耗および騒音の低減を図ることが可能とな
る。また、ケージ３０の各小孔３２から流出する流体は
、弁室１４を画成するケーシング１１の内壁に対しであ
る傾きをもって、従って比較的／Ｊ％なる衝撃力で衝突
することから、ケーシング１１の内壁における浸食の発
生を防止することが可能となる。また、流体がケージ３
０の各小孔３２Ａ、３２Ｂに流入する際の相互摩擦作用
によって、分配室４３内ｆおける流体の回転方向が相殺
化され、弁体２４の周囲に流体の渦流を生じさせること
がな（、したがって、流体が弁体２４にねじり作用を加
えることがない。

第５図は本発明の第３実施例に係る調節弁を示す断面図
、第６図（４）は第５図のＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿う断面
図、第６図［Ｆ］）は第５図のＶＩＢ−４Ｂ線に沿う断
面図であり、前記第１実施例と同一機能部分は同一符号
を付すことによって説明を省略する。

この第３実施例が前記第１実施例と異なる点は、弁座１
５の弁室１４を臨む端部に、前記第１実施例におけるケ
ージ３０と同様なケージ５１を一体形成するとともに、
ケージ５１の内径部と弁体２４の外周面とを相互に密着
する状態で摺接可能に相対配置した点にある。ここでケ
ージ５ｉＶｃは、その軸方向に両氏される各階層の周方
向複数位置に、それぞれケージ５１の半径方向に対しで
ある損失角度で交差する小孔５２が形成されている。ケ
ージ５１の相隣接する各階層に備えられる各小孔５２Ａ
、５２Ｂの上記損失角度は、第６図（４）および（Ｂ）
に示すように相互に正負をなす同一値とされている。な
お、ロックナツト１６の自由な回動を防止可能とする〉
デ５３が、ロックナツト１６の螺動■具係合用凹部１γ
に係合するように、弁室１４の内壁に溶接されている。

この第３実施例による場合にも、前記第１実施例におけ
ると同様に、ケージ５１の各小孔５２Ａ。

５２Ｂによる一連の圧力損失機構により、弁座シート部
１５Ａ、弁体シート部２４Ａの摩耗および騒音の低減を
図ることが可能となる。

なお、この第３実施例においては、ケージ５１の内径部
と弁体２４の外周面とが相互に密着可能とされているこ
とから、弁座１５に対する弁体２４の相対移動によって
、弁座シート部１５Ａと弁体シート部２４Ａとの空隙が
形成する絞り部の面積変化、および弁体２４によって開
口される小孔５２の開口面積変化の両者により、流量の
調整が行なわれる。

第７図は本発明の第４実施例に係る調節弁を示す断面図
、第８図（４）は第７図の■Ａ−■Ａ線に沿う断面図、
第８図（Ｂ）は第７図の■Ｂ−■Ｂ線に沿５断面図、第
９図は第７図のケージを形成する円板を取り出して示す
断面図であり、前記第１実施例におけると同一機能部分
は同一符号を付すことによって説明を省略する。

この第４実施例が前記第１実施例におけると異なる点は
、以下のとおりである。すなわち、ケージ６１は、軸方
向の各階層に小孔６２を備える円環状小孔形成部６３と
、同様に軸方向の各階層に小孔６４を備える円環状小孔
形成部６５とを、間隙すなわち合流室６６を介して同心
配置している。

各小孔６２，６４はケージ６１０半径方向に対しである
損失角度で交差している。ここで、各小孔形成部６３に
おいて軸方向に相隣接する階層の各／ｈ孔６２Ａと６２
８の各損失角度は相互に正負をなす同一値とされ、各小
孔形成部６５において軸方向に相隣接する階層の各小孔
６４Ａと６４８の損失角度も相互に正負をなす同一値と
されている。

また、半径方向に隣接する各小孔形成部６３と６５９同
一階層に備えられる小孔６２Ａ（６２Ｂ）と６４Ａ（６
４Ｂ）の各損失角度は相互に正負をなす略同−値とされ
ている。なお、この第４実施例において、ケージ６１め
内径部と弁体２４の外周部とは、前記第３実施例におけ
ると同様に、相互に密着する状態で摺接可能とされてい
る。

また、上記ケージ６１は、複数の第９図に示す円板６７
を軸方向に積層することによって形成されている。各円
板６７は、周方向複数位置に小溝６８を備える円環状小
溝形成部６９と、同様に周方向複数位置に小溝７０を備
える円環状小溝形成部７１と、合流室６６を形成する合
流室形成部７２とを相互に同心状をなすように備えてい
る。ここで、相隣接する小溝形成部６９と７１に備えら
れる各小溝６８と７０は円板６Ｔの半径方向に対して相
互に正負をなす略同−角度で交差され、円板６７の積層
状態下で、ケージ６１における各小孔形成部６３．６５
の各小孔６２．６４を形成可能としている。すなわち、
相互に積層される各日板６７は、それらのｌ」・溝形成
部６９．７１によって、ケージ６１の小孔形成部６３．
６５を形成し、合流室形成部７２によってケージ６１０
合流室６６を形成可能としている。

なお、ケージ６１は、弁座１５に背面支持される支持板
７３と、弁体ガイド１８側の支持板７４０間に保持され
、支持板７４は、押え板７５を介して、ロックナツト７
６によって背面支持されている。ロックナツト７６の上
端面の周方向等配位置ＩＣは、係合凹部子７が形成され
、弁体ガイド１８の下端面の周方向等配位置には係合ぎ
ン７８が植設され、係合凹部７７と係合ビン７８との係
合によりロックナツト７６の自由な回動が阻止可能とさ
れている。

上記第４実施例によれば、前記第１実施例および第３実
施例による効果に加えて、第１段目の小孔形成部６３の
各小孔６２を通過した流体の流束が、合流室６６におい
て一旦合流し、さらにその流束の回転方向を逆転するよ
うに、２段目の小孔形成部６５の各小孔６４に導かれ、
非常に大なる損失効果を得ることが可能となる。

なお、上記各実施例においては、ケージの軸方向におい
て隣接する各小孔の損失角度を相互に正負をなす同一値
とする場合について説明した。しかしながら一本発明に
あっては、ケージの周方向において相隣する各小孔の損
失角度を相互に正負をなす同一値とするものであっても
よい。

以上のように、本発明は入口流路および出口流路ならび
に弁室を備えるケーシングと、ケーシングの弁室内に形
成される弁座と、ケーシングに支持され、ケーシングの
弁室内を弁座に対して接離する方向に移動可能とされる
弁体と、ケーシングの弁室内に弁体と同軸配置され、そ
の軸方向に画成される各階層の周方向複数位置に小孔を
備える円環状ケージと、を有してなる調節弁において、
前記ケージに備える小孔は、ケージの半径方向に対しで
ある損失角度で交差する方向に形成され、ケージの少な
くとも軸方向もしくは周方向のいずれかにおいて相隣接
する各小孔の上記損失角度は相互に正負をなす同一値と
されるようにしたものである。したがって、本発明によ
れば、小型簡素で流体に比較的大きな圧力損失を与える
とともに、ケーシングの内壁、もしくは弁体表面に過大
な噴流の衝撃を与えることのないケージを備え、かつ流
体が弁体にねじり作用を加えることのない調節弁を得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る調節弁を示す断面図
、第２図囚は第１図のＭＡ−ＩＩＡ線に沿う断面図、第
２図の）は第１図のｎＢ−ｎＢ線に沿う断面図、第３図
は本発明の第２実施例に係る調節弁を示す断面図、第４
図（４）は第３図のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図、第
４図（Ｂ）は第３図の■Ｂ−■Ｂ線に沿う断面図、第５
図は本発明の第３実施例に係る調節弁を示す断面図、第
６図（４）は第５図のＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿う断面図、
第６図の）は第５図のＶＩＢ−■Ｂ＃！に沿う断面図、
第７図は本発明の第４実施例に係る調節弁乞示す断面図
、第８図（４）は第７図の■Ａ−■Ａ線に沿う断面図、
第８図（Ｂ）は第７図の■Ｂ−■Ｂ線に沿う断面図、第
９図は第７図のケージを形成する円板を取り出して示す
断面図である。 １１°°ケーシング、１２．４１・・・入口流路、１３
゜４２・・・出口流路、１４・・・弁室、１５・・・弁
座、２４・・・弁体、３０，５１．６１・・・ケージ、
３２．３２Ａ、３２Ｂ、　５２．５２Ａ、　５２Ｂ、　
６２．６２Ａ、　６２Ｂ、　ｆｙ’４．６４Ａ、５４８
・・・小孔、６３．６５・・・小孔形成部、６７゛・・
円板、６８．７０・・・小溝、６９．７１・・・小溝形
成部、７２・・・合流室形成部。 代理人　弁理士　塩　川　修　治

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　入口流路および出口流路ならびに弁室を備え
   るケーシングと、ケーシングの弁室内に形成される弁座
   と、ケーシングに支持され、ケーシングの弁室内を弁座
   に対して接離する方向に移動可能とされる弁体と、ケー
   シングの弁室内に弁体と同軸配置され、その軸方向に画
   成される各階層の周方向複数位置に／Ｊ’ｌ孔を備える
   円環状ケージと、を有してなる調節弁において、前記ケ
   ージに備える小孔は、ケージの半径方向に対しである損
   失角度で交差する方向に形成され、ケージの少な（とも
   軸方向もしくは周方向のいずれかにおいて相隣接する各
   小孔の上記損失角度は相互に正負をなす同一値とされる
   ことを特徴とする調節弁。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の調節弁において、
   前記ケージは、それぞれ軸方向の各階層に小孔を備える
   複数の円環状小孔形成部を間隙な介して同心配置してな
   り、相隣接する小孔形成部の同一階層に備えられる各小
   孔の損失角度は相互に正負をなす略同−値とされる調節
   弁。 （８）％許請求の範囲第２項記載の調節弁において、前
   記ケージは、複数の円板を軸方向に積層してなり、各円
   板は、それぞれ周方向複数位置に小溝を備える複数の相
   互に同心状をなす円環状小溝形成部と、相隣接する小溝
   形成部間に刻設される合流室形成部とを備え、相隣接す
   る小溝形成部に備える各小溝は円板の半径方向に対して
   相互に正負をなす略同−角度で交差され、相互に積層さ
   れる円板の各小溝形成部によって複数の相互に間隙をな
   す前記円環状小孔形成部を形成する調節弁。