JPS5922110B2 - 制水弁の封水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、封水弁の封水装置に係わり、特に水力機械の
制水弁の封水装置に関する。

水力発電所水車の制水弁には、水車運転停止時の下流側
洩れ止水の目的及び水車内部の点検並びにオーバーホー
ル時のために制水弁が設けられている。

これら制水弁においては、通水ロスが小さく高落差領域
に使用でき、さらに止水性能が優れたものとして、広く
球形弁が使用される。

本発明はこの球形弁の封水装置に関するものである。

第１図並びに第２図において従来の制水弁の封水装置に
ついて説明する。

まず第１図において封水弁の概要について説明すると、
導水管１０の間には、球形状の弁胴１２が設けられてい
て、弁胴１２の内部には弁体１４が回動可能に配置され
ている。

弁体１４には弁軸１６が一体あるいはボルト接続となっ
て構成されていて、弁軸１６と連結されたサーボモータ
ー８を作動させることにより、弁体１４を回動し、導水
管１０内の水を通水しもしくは遮断することができる。

なお、第１図は、導水管１０内の水を遮断した状態即ち
弁体１４の閉位置の状態を示している。

シールリング２０く弁体１４の両側に配置されていて、
導水管１０内の水の流れ方向に摺動自在に弁胴１２内に
配置されている。

そして弁体１４に形成された弁座１４Ａと密着して封水
作用をなす。

次に、第２図においてシールリング２０を詳しく説明す
る。

シールリング２０は、その外周に第２図に示すように中
高２０Ａを有する。

そして弁胴１２に形成された開操作圧入口２２から圧力
水を供給してシールリング２０を第２図上右側に摺動移
動し、シールガイド２４に形成された閉操作圧入口２２
から圧力水を供給してシールリング２０を第２図上右側
に摺動移動し、シールガイド２４に形成された閉操作圧
入口２６から圧力水を供給することによって第２図上左
側にシールリング２０を摺動移動して弁座１４Ａと接触
して封水作用をなす。

従来のシールリング２０の外径についていえば、封水面
側の外径Ｄ１ と反封水面側の外径Ｄ３とは等しく形
成されている。

またシールリング２０の摺動時に、スライドｍを一種の
軸受構造とし摺動動作の安定化を図るため、シールリン
グ２０の間隙Ｇｌ、Ｇ２１Ｇ３ も軸受並みの弁口径の
１００００ＴｒｒＪｒＬと小さな値としている。

しかしながら近年、水力発電所の単機容量の増大、建設
コストの低減が図られ、制水弁は高水圧かつ大口径化の
傾向か進み大巾に大型になっている。

その結果、従来の強度設計は応力に重点をおいていたが
、各部の撓みのバランスが重要となり、大口径の利水弁
においては、剛性を大きくする必要があり、重量的に重
い製品となってきている。

また制水弁の封水部は、剛性の小さなシールリング２０
が狭い間隙Ｇｌ、Ｇ２．Ｇ３をスライドする構造からな
っているので、シールリング２０が動作時に部分的な遅
れを生じながら動作するものであるが弁の口径が大きく
なるとその影響が大きく現れて来て、間隙内で食い込み
等を生じ動作不能を生ずる欠点があった。

さらに従来の制水弁の封水装置では、シールリング２０
の封水面側の外径Ｄ１ と、反封水面側の外径Ｄ３ と
が同一径であるため開閉動作時における受圧面積が同一
であるので、制御系統機器の開閉圧力切換の過度時（特
に手動操作時）または誤動作による開閉圧力が同一圧力
になった時は、シールリング２０の保持力がなくなり、
弁内の液圧流量によりシールリング２０が振動したり、
チャタリングを生ずる不具合がちり、保守並びに安全面
において欠点があつ八本発明は、シールリングの開閉動
作後の位置保守が良好に出来る制水弁の封水装置を提供
するととを目的とする。

本発明は球形状の弁胴と、弁胴内に回動可能に配置され
た弁体と、弁胴内で流水方向に摺動自在に配置され弁体
閉位置で封水作用をなし、かつ封水面側の外径が反封水
面側の外径より大きい中高形状のシールリングとを有す
る制水弁の封水装置において、前記シールリングの封水
面側及び反封水面側の２つの摺動外径は弁座封水シート
接触口径より大きく形成したことを特徴とする。

以下、第３図乃至第５図を中心として本発明に係る制水
弁の封水装置の好ましい実施例を詳説する。

本発明に係る実施例では、第３図に示すようにシールリ
ング２０の封水側外径Ｄ１が、シールリング２０の反射
水側外径Ｄ３より大きく、かつ両外径ＤＩ、Ｄ３が弁座
１４Ａとシールリング２０の接触する封水部口径より本
きくなるように構成されている。

この結果、シールリング２０の封水側（シールリング閉
）の受圧面積が大きくなり、シールリング開時は、導水
管１０内の内圧によりシールリング２０に自己開力を与
えると共に、シール閉鎖時は弁胴内圧力の減少により自
己間保持力を与えることができる。

即ち、シールリング２０に作用する内外圧Ｐ、シールリ
ング２０の開閉操作時バック圧ＰＢとすると、一般に操
作圧ＰＢは内外圧Ｐに比べ制御系統のロスにより低いか
ら無視することができ、シールリング２０の自己間保持
力ＦＨ及び自己間保持力Ｆｃは、ＦＨ＝二〔（Ｄｌ）２
−（Ｄ３）２〕×ＰＦｃ−二（（Ｄ３）２ （Ｄ□）２
〕ｘＰとなる。

すなわち内圧Ｐの作用時にシール開時は常にシールリン
グ２０は開側（弁座１４Ａから離れる方向）に力を受け
、またシール閉時の上流側シールは常に閉鎖する機能が
付加される。

この機能はシールリング２０の外径を、Ｄｉ＞Ｄ３ と
することによりシールリング２０の剛性を強化し、強度
的に安定させかつ自己保持機能の安全性を増す結果とな
る。

上記シールリング形状によりシールリングの剛性が増大
することにより、シールリングの傾きによる曲げ力に耐
えるものとなるため下記の如く摺動間隙を犬ぎく与える
ことが可能となる。

第３図に示すシールリング２０の間隙Ｑｔ 、Ｇ２ 、
Ｇ３ 。

は、次の式から求めて設定することを特徴とする。

２Ｇｌ−＝２Ｇ２≧−５−； Ｘ Ｌｉ ３ ２Ｇ３≧ｏ、 Ｘ Ｌ ２ 但し、 Ｇ１ ：シールリング２０の封水側の間隙Ｇ２：シール
リング２０の中央部の間隙 Ｇ３：シールリング２０の反対水側の間隙Ｓ ：シール
リング２０の開閉移動長さくストローク） Ｌｌ：シールリング２０の封水側端面から反対水側の端
面までの長さく幅） Ｌ２ ：シールリング２０の封水側の端面からシールリ
ング２０の封水側中高側面までの長さＤｌ ：封水リン
グの封水側外径 このようにしてＧｌ、Ｇ２．Ｇ３ を決定すれば、シ
ールリング２０の全ストロークＳの動作時に部分的遅れ
が生じても、シールリングが上記間隙での傾きを許容す
る機構にすることができ、コジレが生じない。

この機構において間隙Ｇ３は大きくなるがシールバッキ
ングの出張り代を適正化とすることによって、充分カバ
ー出来る値である。

即ち、シールリング２０は、第３図に示すシールバッキ
ング３０．３２．３４にだき込まれて弁胴１２、シール
ガイド２４の摺動円筒内に装着されることになる。

従って、正常動作時は第４図に示すようシールリング２
０はシールバッキング締代による弾性反力により支えら
れ、金属接触がなくなり円渭な動作が可能となる。

また、シールリング２０の傾き動作時は、第５図に示す
ように傾きにより摺動間隙が減少した部分は、シールバ
ッキングの締代Ｅが増大し、シールバッキングの弾性に
よりシールリング２０の変位量を吸収すると共に、その
際に生ずる反力Ｒによりシールリング２０の傾きを復元
させるため傾き量の増加を防止する。

ここで本発明でのシールリングの強度について説明する
と、シールリングに作用する最大応力はシールリング２
０の封水時には、内圧Ｐの他に曲げ応力σが作用し、 Ｆ＝二〔（Ｄ２）２−（ＤＯ）２〕×Ｐ となる。

Ｆ：シールリング２０の押出し力 Ｌ３：シールリング２０の封水側端面から封水側中高側
面までの長さ Ｔ１：シールリング２０の封水側肉厚 ＤＯ：シールリング２０の内径 θ ：シールリング２０の傾角度 従って、σは（Ｔ１）２に反比例するので、Ｔ１を厚く
する事により応力σは低減可能となる。

また、自己保持機能が付加されることにより、弁の上流
側で止水し、下流の機器点検修理時の止水作用の安全性
が向上し、上流側閉保持用シールのバックアップの機械
的なロック装置を省略することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、シールリングの形状自
体に基づき、特別の機構を要しないで、シール開維持機
能及び閉機能の両方を増強でき、構成簡素化及び安全性
向上という構成上及び使用上での格別の作用効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は制水弁の概要を示す断面図、第２図は従来の制
水弁の封水装置の断面図、第３図は本発明に係る実施例
の断面図、第４図並びに第５図は本発明に係る実施例の
作動を示す断面図である。 １２・・・・・・弁胴、１４・・・・・・弁体、２０・
・・・・・シールリング、２０Ａ・・・・・・シールリ
ングの中高、Ｄｌ・・・・・・シールリングの封水面側
の外径、Ｄ３・・・・・・シールリングの反封水面側の
外径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 球形状の弁胴と、弁胴内に回動可能に配置された弁
   体と、弁胴内で流水方向に摺動自在に配置され弁体閉位
   置で制水作用をなし、かつ封水面側の外径が反対水面側
   の外径より大きい中高形状のシールリングとを有する制
   水弁の封水装置において、前記シールリングの封水面側
   及び反対水面側の２つの摺動外径は弁座封水シート接触
   口径より大きく形成したことを特徴とする制水弁の封水
   装置。 ２ シールリングの封水側の間隙をＧｌ 、シールリン
   グの反射水側の間隙をＧ３ 、 シールリングの開閉
   移動長さをＳ、シールリングの封水側の端面から反射水
   側の端面までの長さをＬｌ、シールリングの封水側の端
   面からシールリングの反射水側中高側面までの長さをＬ
   ２ 、封水リングの封水側外径をＤｌ とすると、 ２Ｇ１＝２Ｇ２≧ｏ、 ｘ Ｌ Ｉ ２Ｇ３≧ｏ、 ｘ Ｌ ２ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制
   水弁の封水装置。