JP3007486U - Butterfly valve - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャビテーションを効果的に抑制できるバタ
フライ弁を開発しようとするもので、弁体の形状を改善
してオリフィス側下流に発生するキャビテーションを大
幅に低減し、壊食現象や騒音等のキャビテーションの悪
影響を著しく軽減すること。 【構成】 流れに対して下流側となる弁体ノズル側部分
だけを軸上流側に偏心させ、換言すれば弁体ノズル側部
分に対する同心位置から上流側へ偏心させた位置に弁軸
心を設け、弁体オリフィス側部分は前記弁軸心に対して
同心となるよう作成したバタフライ弁とする。 (57) [Abstract] [Purpose] This is an attempt to develop a butterfly valve that can effectively suppress cavitation. By improving the shape of the valve body, the cavitation that occurs downstream of the orifice is significantly reduced, and the erosion phenomenon occurs. Remarkably reduce the adverse effects of cavitation such as noise and noise. [Structure] Only the valve body nozzle side portion on the downstream side with respect to the flow is eccentric to the shaft upstream side, in other words, the valve shaft center is provided at a position eccentric from the concentric position with respect to the valve body nozzle side portion to the upstream side. The butterfly valve is formed so that the valve body orifice side portion is concentric with the valve axis.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、弁体下流側でのキャビテーションを効果的に抑制できるバタフライ 弁に関するものである。 The present invention relates to a butterfly valve that can effectively suppress cavitation on the downstream side of a valve body.

【０００２】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

従来からバタフライ弁は、開弁時において流体が弁体本体を通過したときにオ リフィス噴流が形成され、このオリフィス側下流に集中してキャビテーションが 発生し、騒音がはげしくまたそのエネルギーが配管の内壁に作用して終には配管 の壁に壊食（謂ゆるエロージョン）が生じて穴が開くという大きな問題点を有し ている。 Conventionally, when a butterfly valve is opened, an orifice jet is formed when fluid passes through the valve body, causing cavitation to concentrate on the downstream side of the orifice, resulting in a loud noise and its energy. Has a big problem that erosion (so-called loose erosion) occurs in the wall of the pipe and finally a hole is opened.

【０００３】 この欠点を解決するために種々なる改善策が採られ、また実用新案や特許に多 くの提案がなされている。 例えば実開昭５６−１３８２６６号公報、実開昭６１−１９３２７４号公報、 実開昭６２−６５６８号公報、実開昭６３−１７３７２号公報、特開昭６２−１ ５１６７４号公報、特開平２−１１８２８８号公報、その他多くの公報にキャビ テーションの発生を抑制する手段が開示されているが、いずれもその効果は未だ 満足できるものではなく、特に低開度で発生する噴流コアによる渦発生の抑制効 果は不充分であり、より一層の改善が要望されているのである。In order to solve this drawback, various improvement measures have been taken, and many proposals have been made in utility models and patents. For example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 56-138266, Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-193274, Japanese Utility Model Laid-Open No. 62-6568, Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-17372, Japanese Patent Laid-Open No. 62-151674, Japanese Laid-Open Patent Application No. Hei-2 (JP-A) No. Hei. No. 118288 and many other publications disclose means for suppressing the generation of cavitation, but none of them have satisfactory effects, and in particular, vortex generation due to a jet core generated at a low opening degree is generated. The inhibitory effect is insufficient and further improvement is required.

【０００４】[0004]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

本考案はキャビテーションを効果的に抑制できるバタフライ弁を開発すること を目的とするものであり、弁体の形状を改善することによってオリフィス側下流 に発生するキャビテーションを大幅に低減しようとするものである。 The present invention is intended to develop a butterfly valve that can effectively suppress cavitation, and to improve the shape of the valve body to significantly reduce cavitation generated downstream of the orifice side. .

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

弁体の形状を改善することによりオリフィス噴流を小さくするためには、流れ の主流を相対的に弁体ノズル側部分に向けてやることが基本的な条件であること を考え、この考察を基本として各種の形状の弁体を試作したのである。 そして、その各々の形状の弁体について、ナビエ・ストークスの運動方程式を コントロールボリューム法に基づく有限差分法で離散化して解析し、定常状態に なった時の乱流運動エネルギー、圧力、渦粘度を算出したのである。 この算出した乱流運動エネルギー分布に基づきキャビテーション発生領域を求 め、領域の範囲および最大値が最も小さくなる形状を選定したのである。 In order to reduce the orifice jet flow by improving the shape of the valve disc, it is considered that it is a basic condition that the main flow of the flow be directed toward the valve disc nozzle side part. As a result, various types of valve bodies were prototyped. Then, for each of the valve bodies, the Navier-Stokes equation of motion was discretized and analyzed by the finite difference method based on the control volume method, and the turbulent kinetic energy, pressure, and eddy viscosity at the steady state were calculated. It was calculated. Based on this calculated turbulent kinetic energy distribution, the cavitation generation region was found, and the region range and the shape with the smallest maximum value were selected.

【０００６】 その結果、流れに対して下流側となる弁体ノズル側部分だけを軸上流側に偏心 させ、上流側となる弁体オリフィス側部分は前記偏心させた軸に対して同心とな る様に作成してやれば、非常にすぐれた効果を示すことを見い出したのである。As a result, only the valve element nozzle side portion on the downstream side with respect to the flow is eccentric to the shaft upstream side, and the valve element orifice side portion on the upstream side is concentric with the eccentric shaft. I found that if you create it like this, it will show a very good effect.

【０００７】 すなわち本考案は、下流側に向って回動する弁体ノズル側部分に対して同心と なる位置から上流側へ偏心させた位置に弁軸心を設け、上流側に向って回動する 弁体オリフィス側部分は前記弁軸心に対して同心となるよう形成されていること を特徴とするバタフライ弁、を要旨とするものである。That is, according to the present invention, the valve shaft center is provided at a position eccentric to the upstream side from the position concentric with the valve body nozzle side portion that rotates toward the downstream side, and the valve shaft center is rotated toward the upstream side. The butterfly valve is characterized in that the valve body orifice side portion is formed so as to be concentric with the valve axis.

【０００８】 本考案を図面により実施例を挙げて詳細に説明する。 図１は、本考案バタフライ弁の１実施例が管内に組込まれている様子を示した 断面図である。 この図の様に本考案バタフライ弁は、弁軸心（１）に対して弁体ノズル側部分 （２）は下流方向に傾斜した形状を有し、一方、弁体オリフィス側部分（３）は 弁軸心（１）から管（ｐ）に対して垂直な形状となっているのである。（以下、 折曲型と称す。）The present invention will be described in detail with reference to the drawings with reference to embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing how a butterfly valve according to an embodiment of the present invention is incorporated in a pipe. As shown in this figure, in the butterfly valve of the present invention, the valve body nozzle side portion (2) has a shape inclined in the downstream direction with respect to the valve axis (1), while the valve body orifice side portion (3) is The shape is perpendicular to the valve axis (1) with respect to the pipe (p). (Hereafter, it is called a folding type.)

【０００９】 換言すれば、弁体ノズル側部分（２）に対する同心（ｍ）は、図のように弁体 ノズル側部分（２）の先端位置（ｔ）の垂直面中央に存在するが、これを上流側 に向って偏心させた位置に弁軸心（１）を設けて、弁体ノズル側部分（２）をこ の弁軸心（１）からｔ位置に向った形状に作成し、弁体オリフィス側部分（３） は弁軸心（１）を同心とする形状すなわち弁軸心（１）から垂直下である図のｓ 位置に向った形状に形成するのである。In other words, the concentricity (m) with respect to the valve body nozzle side portion (2) exists at the center of the vertical surface of the tip position (t) of the valve body nozzle side portion (2) as shown in the figure. The valve shaft center (1) is provided at a position eccentric to the upstream side, and the valve body nozzle side portion (2) is formed in a shape from the valve shaft center (1) to the t position, The body orifice side portion (3) is formed in a shape in which the valve axis (1) is concentric, that is, a shape which is vertically downward from the valve axis (1) and is directed to the s position in the figure.

【００１０】 図において矢印（イ）は流体の流れ方向を示し、弁体ノズル側部分（２）は破 線で示した如く下流側に向って弁軸心（１）を回動中心として回動し、弁体オリ フィス側部分（３）は上流側に向って弁軸心（１）を回動中心として図の破線の 如く回動するのである。In the figure, the arrow (a) indicates the flow direction of the fluid, and the valve body nozzle side portion (2) rotates toward the downstream side as shown by the broken line with the valve shaft center (1) as the rotation center. However, the valve body orifice side portion (3) rotates toward the upstream side with the valve shaft center (1) as the rotation center, as shown by the broken line in the figure.

【００１１】 図２及び図３は、本考案バタフライ弁の他の実施例の断面図で、いずれも管内 に組込まれている様子を示している。 この図２の方は、前記図１の折曲型の上流側壁を滑らかな円弧形とし、下流側 壁をフラット面にしたものである。（以下、三日月型と称す。） また図３の方は、前記三日月型の下流側壁も上流側と同じ円弧形としたもので ある。（以下、レンズ型と称す。）2 and 3 are cross-sectional views of another embodiment of the butterfly valve according to the present invention, both of which are shown assembled in a pipe. In FIG. 2, the bent upstream side wall of FIG. 1 is formed into a smooth arc shape and the downstream side wall is formed into a flat surface. (Hereinafter, it is called a crescent moon type.) Further, in FIG. 3, the downstream side wall of the crescent moon type has the same arc shape as the upstream side. (Hereinafter, referred to as a lens type.)

【００１２】 これら図２、図３の場合も、図１と同様に弁軸心（１）は、弁体ノズル側部分 （２）の同心（ｍ）から上流側へ偏心した位置にあり、弁体オリフィス側部分（ ３）の同心は弁軸心（１）と一致したものとなっている。 つまり、図１〜図３のいずれの場合も弁体ノズル側部分（２）の先端位置ｔ、 弁軸心（１）、および弁体オリフィス側部分（３）の先端位置ｓ、の３点の位置 関係は同一となっており、その弁体表面形状が異なるだけである。Also in these cases of FIGS. 2 and 3, the valve shaft center (1) is located at a position eccentric to the upstream side from the concentricity (m) of the valve body nozzle side portion (2) as in FIG. The concentricity of the body orifice side portion (3) coincides with the valve shaft center (1). That is, in any of FIGS. 1 to 3, there are three points: the tip position t of the valve body nozzle side portion (2), the valve shaft center (1), and the tip position s of the valve body orifice side portion (3). The positional relationship is the same, and only the valve body surface shape is different.

【００１３】 図４は、本考案バタフライ弁の最も好適な実施例の断面図であり、管内に組込 まれている様子が示されている。 この図４の場合も、図１〜図３の実施例と同様に、弁軸心（１）は弁体ノズル 側部分（２）の同心（ｍ）から上流側へ偏心した位置にあり、弁体ノズル側部分 （２）はその上流側壁面が弁軸心（１）からｔ位置に向って形成され、弁体オリ フィス側部分（３）はその同心が弁軸心（１）と一致し、ｓ位置に向って形成さ れているのである。FIG. 4 is a cross-sectional view of the most preferred embodiment of the butterfly valve of the present invention, which is shown to be installed in a pipe. In the case of FIG. 4 as well, as in the embodiment of FIGS. 1 to 3, the valve shaft center (1) is at a position eccentric to the upstream side from the concentricity (m) of the valve body nozzle side portion (2), The body nozzle side portion (2) has its upstream side wall surface formed from the valve axis center (1) toward the t position, and the valve body orifice side portion (3) has its concentricity aligned with the valve axis center (1). , S position.

【００１４】 この図４の形状は、本考案者が種々なる弁形状の中から前述した弁軸心（１） の位置と、ｔ及びｓの位置の条件を満足し、しかもキャビテーションを最も効果 的に抑制できる形状として選定したものであり、長首鳥の頭部のような流線型と なっている。（以下、流線型と称す。）The shape of FIG. 4 satisfies the conditions of the position of the valve shaft center (1) and the positions of t and s described above by the inventor of the present invention among various valve shapes, and is most effective for cavitation. It was selected as a shape that can be suppressed, and has a streamlined shape like the head of a long-necked bird. (Hereinafter, referred to as streamlined.)

【００１５】 なお、図１〜図４のいずれの場合も弁体ノズル側部分（２）の同心（ｍ）から 弁軸心（１）までの偏心距離は管（ｐ）の内径の１５〜２５％位が好適であり、 この偏心距離が小さすぎると効果は低下し、一方、大きすぎるとバタフライ弁と して不適切になるのである。In any of FIGS. 1 to 4, the eccentric distance from the concentric (m) of the valve body nozzle side portion (2) to the valve axis (1) is 15 to 25 of the inner diameter of the pipe (p). % Is preferable, and if this eccentric distance is too small, the effect decreases, while if it is too large, it becomes unsuitable as a butterfly valve.

【００１６】[0016]

【作用】[Action]

本考案は以上の様な構成を有し、弁体ノズル側部分だけが軸上流側に偏心した 形状であって、弁体オリフィス側部分は軸心と同心となるよう形成されたバタフ ライ弁である。 なお、従来からある偏心型のバタフライ弁は、ノズル側もオリフィス側も共に 偏心したものであり、この形状では開度３０以下の低開度ではオリフィス側へは ほとんど流れずノズル側へ乱流運動エネルギーが集中しキャビテーションの抑制 が出来なかったのである。 The present invention has a configuration as described above, and is a butterfly valve formed such that only the valve body nozzle side portion is eccentric to the shaft upstream side, and the valve body orifice side portion is concentric with the shaft center. is there. In the conventional eccentric butterfly valve, both the nozzle side and the orifice side are eccentric. With this shape, at a low opening of 30 or less, there is almost no flow to the orifice side and turbulent motion to the nozzle side. Energy was concentrated and cavitation could not be suppressed.

【００１７】 ところが本考案バタフライ弁は、流れの主流はノズル側に向いているものの、 低開度においてもオリフィス側へも流れの一部が逃げるため乱流運動エネルギー が分散され、キャビテーションが効果的に抑制できるのである。 特に前記図４の流線型では、低開度でも乱流運動エネルギーが非常に小さく、 キャビテーションの抑制が効果的に達成されたのである。However, in the butterfly valve of the present invention, although the main flow of the flow is directed toward the nozzle side, turbulent kinetic energy is dispersed because part of the flow escapes toward the orifice side even at a low opening degree, and cavitation is effective. Can be suppressed. Particularly, in the streamline type of FIG. 4, the turbulent kinetic energy is very small even at a low opening, and the suppression of cavitation is effectively achieved.

【００１８】 図１〜図４の実施例（いずれも同心ｍから弁軸心（１）への偏心距離を管内径 の２０％に設定したもの）、及び比較例として従来の同心型と偏心型を用いて、 他の条件は全部同一にして、開度による最大速度と乱流運動エネルギーを測定・ 算出したところ、図５及び図６のごとき結果が得られた。1 to 4 (all of which have an eccentric distance from the concentric m to the valve shaft center (1) set to 20% of the pipe inner diameter), and as a comparative example, a conventional concentric type and an eccentric type. When the maximum velocity and the turbulent kinetic energy depending on the opening were measured and calculated under the same conditions under the other conditions, the results shown in FIGS. 5 and 6 were obtained.

【００１９】 図５は、開度と最大速度の関係を示したグラフであり、図６は開度と乱流運動 エネルギーの関係を示したグラフである。 その結果、図５の様に比較例である従来のバタフライ弁（同心型、偏心型）に 比べて、本考案バタフライ弁の実施例はいずれも開度６０以下において最大速度 がかなり低くなっており乱流が発生しにくいことを示している。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the opening and the maximum velocity, and FIG. 6 is a graph showing the relationship between the opening and the turbulent kinetic energy. As a result, as shown in FIG. 5, in comparison with the conventional butterfly valve (concentric type, eccentric type) which is a comparative example, the maximum speeds of the embodiments of the butterfly valve of the present invention are considerably low at the opening of 60 or less. It shows that turbulence is unlikely to occur.

【００２０】 また図６の結果から、本考案バタフライ弁の実施例はいずれも、従来のバタフ ライ弁に比べて乱流運動エネルギーがかなり低く、特に開度６０以下においてそ の傾向は顕著であり、とりわけ流線型の実施例では低開度においてこの乱流運動 エネルギーが非常に低くキャビテーションの効果的な抑制が得られるものと認定 される。Further, from the results of FIG. 6, in all the embodiments of the butterfly valve of the present invention, the turbulent kinetic energy is considerably lower than that of the conventional butterfly valve, and the tendency is remarkable especially at the opening of 60 or less. Especially, in the streamlined embodiment, it is recognized that this turbulent kinetic energy is very low and effective suppression of cavitation can be obtained at a low opening.

【００２１】[0021]

【考案の効果】[Effect of device]

本考案は以上の様なものであり、その効果を箇条書にして列挙すれば、下記の 通りである。 （ａ）弁体ノズル側部分が軸上流側に偏心したバタフライ弁であるため、低開度 ではノズル側の流れが主流となってキャビテーションを発生させるオリフィス噴 流が成長せず、乱流運動エネルギーを著しく低下させキャビテーションが効果的 に抑制できる。 The present invention is as described above, and the effects thereof are listed below as a list of items. (A) Since the valve element nozzle side part is a butterfly valve eccentric to the shaft upstream side, at a low opening, the nozzle side flow becomes the main flow and the orifice jet that causes cavitation does not grow, and the turbulent kinetic energy Can be significantly reduced and cavitation can be effectively suppressed.

【００２２】 （ｂ）弁体オリフィス側部分の形状が同心型であるため、オリフィス側へも一部 逃げるのでノズル側での噴流発生が集中せず、乱流運動エネルギーが分散されて 、集中したキャビテーションの発生を抑制することができ、その結果、下流側配 管での壊食現象を大きく低減できると共に、騒音防止にも有効である。 （ｃ）片偏心形状であるため、低開度において、弁体下流側でキャビテーション 発生の原因となる安定な双子の渦が生成せず、低から高への全開度においてキャ ビテーションの発生を抑制できる。 (B) Since the shape of the valve body orifice side portion is concentric, it escapes partly to the orifice side as well, so the jet flow generation on the nozzle side is not concentrated, and the turbulent kinetic energy is dispersed and concentrated. It is possible to suppress the occurrence of cavitation, and as a result, it is possible to greatly reduce the erosion phenomenon in the downstream pipe and also to prevent noise. (C) Due to the one-sided eccentric shape, stable twin vortices that cause cavitation on the downstream side of the valve body are not generated at low openings, and cavitation is generated at all openings from low to high. Can be suppressed.

【００２３】 （ｄ）弁体形状だけに改良を加えたものであるため、鋳造による製造は一体物と して簡単にできる。 （ｅ）いずれの実施例についても言えるが、特に流線型においては、上流側形状 が流れに対して直面しないものであるため従来の弁体に比べて圧力損失が極めて 小さい。(D) Since only the shape of the valve body has been improved, the manufacturing by casting can be easily performed as an integrated body. (E) As in any of the embodiments, particularly in the streamlined type, the upstream side shape does not face the flow, so that the pressure loss is extremely smaller than that of the conventional valve body.

【００２４】 （ｆ）上流側形状が流れの分流に沿う形に近いため弁全体にかかる圧力が、従来 の弁体に比べて極めて小さくなり低トルクで弁体の開閉が可能である。 （ｇ）偏心型弁体であるためオリフィス側の受ける圧力が大きいので、低開度で は弁体が閉の方向に力が働くため、良いシールが得られる。 以上の様に本考案は種々なるすぐれた効果を奏し、バタフライ弁関連の産業分 野において極めて高度な有用性を発揮するものである。(F) Since the shape on the upstream side is close to the shape along the shunt of the flow, the pressure applied to the entire valve is extremely smaller than that of the conventional valve body, and the valve body can be opened and closed with low torque. (G) Since it is an eccentric type valve body, the pressure received on the orifice side is large, so a force acts in the closing direction of the valve body at a low opening degree, so a good seal is obtained. As described above, the present invention has various excellent effects and exhibits extremely high utility in the industrial field related to butterfly valves.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本考案バタフライ弁の１実施例が管内に組込ま
れている様子を示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a butterfly valve of the present invention installed in a pipe.

【図２】本考案バタフライ弁の他の実施例が管内に組込
まれている様子を示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the butterfly valve of the present invention installed in a pipe.

【図３】本考案バタフライ弁の更に他の実施例が管内に
組込まれている様子を示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a still further embodiment of the butterfly valve of the present invention installed in a pipe.

【図４】本考案バタフライ弁の最も好適な実施例が管内
に組込まれている様子を示した断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing the most preferred embodiment of the butterfly valve of the present invention installed in a pipe.

【図５】図１〜図４の実施例及び比較例（従来の同心型
と偏心型）における開度と最大速度の関係を示したグラ
フである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the opening and the maximum speed in the examples and comparative examples (conventional concentric type and eccentric type) of FIGS.

【図６】図１〜図４の実施例及び比較例（従来の同心型
と偏心型）における開度と乱流運動エネルギーの関係を
示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the opening degree and the turbulent kinetic energy in the examples and comparative examples (conventional concentric type and eccentric type) of FIGS. 1 to 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 弁軸心 ２ 弁体ノズル側部分 ３ 弁体オリフィス側部分 ｐ 管 ｍ ２に対する同心（ｔの垂直面中央） ｔ ２の先端位置（上流側） ｓ ３の先端（弁軸心の垂直下） 1 valve shaft center 2 valve body nozzle side part 3 valve body orifice side part p tube concentric with respect to m 2 (center of vertical plane of t) tip position of t 2 (upstream side) tip of s 3 (vertically below valve shaft center)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】 下流側に向って回動する弁体ノズル側部
分に対して同心となる位置から上流側へ偏心させた位置
に弁軸心を設け、上流側に向って回動する弁体オリフィ
ス側部分は前記弁軸心に対して同心となるよう形成され
ていることを特徴とするバタフライ弁。1. A valve body which is provided with a valve shaft center at a position which is eccentric to an upstream side from a position which is concentric with a valve body nozzle side portion which is rotated toward the downstream side, and which is rotated toward the upstream side. The butterfly valve, wherein the orifice side portion is formed so as to be concentric with the valve axis.