蝶形阀的阀体 【技术领域】
本发明涉及一种打开、关闭流体流过的管路的蝶形阀的阀体。
背景技术
过去，已知各种用于打开关闭、控制流体流过的管路的蝶形阀。蝶形阀是在圆筒状的阀主体内可自由旋转地轴支撑着圆板状的阀体，该阀体的旋转轴延伸出阀主体之外并连接到操作机构(actuator)上而被驱动旋转的。阀体在全开状态下位于阀主体的中央部而与管路方向平行，成为减小流路面积的主要因素并对流体产生阻力。作为对流体起作用的阀体的阻力因素，除了由于阀体厚度所造成地流路面积减小之外，还要考虑到由阀体的圆周端面部和凸台部所形成的阶梯部产生的卡曼旋涡(カルマン渦)所造成的流体阻力。
作为阀体的形状，如图7～9所示，已知有下述形状，即，阀体1以平板作为基础形状并在其外表面上具有用于提高强度的加厚部2，并使凸台部3加粗。若从减小流体阻力的目的出发，平板的厚度越薄则越有利，但是为了在关闭压力流体时防止为反抗运动着的流体的推力而产生的变形，必须要有一定的厚度。因而，为了加强图1的阀体强度，实用新型登记第2523948号公报中公开了在凸台部上安装加强板的结构。流体压力作用于阀体的整个受压面积，其推力在阀体中央部在X轴、Y轴方向上等分地作用，在这种公知的阀体中，存在相对于作用在X轴上的应力的加强不够，而实际上对于作用在Y轴方向的力则不能发挥任何效果的问题。
另外，在阀体的外圆周边部的形状上想办法，实公平4-29164号公报中公开了这样的结构，即在阀体外圆周边部与座环(seat ring)接触时，在一定开度以下使阀体和座环同时接触。但是，在这种结构中，阀体外圆周边部形成厚壁，使重量增加，同时，阀体中央部的强度变得不足。
专利文献1：实用新型登记第2523948号公报
专利文献2：实公平4-29164号公报
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种蝶形阀的阀体，使阀全开时的流量系数不会减小，而减小在全开和中间开度时的流体阻力，同时使阀体的重量更轻。
为了解决上述课题，本发明所采用的方案，其特征是，在圆板状的阀体Y轴方向上下向外隆起地设置阀杆孔用凸台部，在该阀体的喷嘴侧表面和孔侧背面上形成沿X轴方向延伸的规定高度的多个横肋。
本发明的特征还在于，利用纵肋连接上下阀杆孔用凸台部，以该纵肋为起点形成横肋，其特征还在于，在多个横肋中，位于中央的横肋与X轴平行设置，在该位于中央的横肋的上下方的横肋以角度θ向中央的横肋方向倾斜而设置。
其特征还在于，横肋的高度向着阀体周边以角度β减小而形成坡度，其特征还在于，在阀体的表面上，以Y轴为顶点相对于X轴具有倾斜角为α的倾斜。
【附图说明】
图1是根据本发明的阀体的立体图；
图2是根据本发明的阀体的正视图；
图3是根据本发明的阀体的侧视图；
图4是图2中的IV-IV剖视图；
图5是阀体的平面图；
图6是图2中的VI-VI剖视图；
图7是过去公知的阀体的正视图；
图8是过去公知的阀体的中央纵向剖视图；
图9是过去公知的阀体的平面图；
图10是对根据本发明的阀体和现有的阀体的压差进行对比的曲线图；
图11是对根据本发明的阀体和现有的阀体的流量进行对比的曲线图；
图12是对根据本发明的阀体和现有的阀体的Cv值进行对比的曲线图。
其中，附图标记说明如下：
10、阀体
11、上部阀杆孔
12、下部阀杆孔
13、上部阀杆孔用凸台部
14、下部阀杆孔用凸台部
15、纵肋
16、横肋
17、横肋
【具体实施方式】
下面，详细说明本发明的优选实施例。本发明的特征是，在作为阀体的阀轴方向的Y轴方向上下向外隆起地设置阀杆孔用凸台部，分别地，在阀体的喷嘴侧表面上设置从凸台部向次级侧方向延伸的多个横肋，以及在阀体的孔侧背面上设置从以Y轴为中心旋转180°的凸台部向初级侧方向延伸的多个横肋，利用肋提高阀体的强度、减小阀体的厚度，以减轻阀的重量，同时，可以减少流体阻力并增加流量，进而，减少喷嘴侧和孔侧的流速差并抑制在阀体上承载的失衡转矩。
在Y轴方向上下配置的凸台部，由纵肋连接起来，同时，喷嘴侧表面和孔侧背面的横肋是这样配置的，即以纵肋为起点中央部的横肋沿X轴方向配置，位于中央部的横肋的上下的横肋与中央部的横肋平行或以角度θ接近的方式配置。进而，横肋优选相对于阀体的厚度方向中心平面具有角度为β的倾斜角。另外，构成阀体的圆形板，其表面以Y轴为顶点相对于X轴形成倾斜角为α的倾斜面，在Y轴上设置阀杆孔用凸台部和横肋。
实施例
参照图1～图6，10是中心形蝶形阀的阀体，以圆板形状为基础，如图6所示，以Y轴为中心相对于X轴具有角度为α的倾斜表面。在Y轴的上下设置用于形成上下阀杆孔11、12的上下阀杆孔用凸台部13、14，利用纵肋15将两个凸台部连接起来。另外，在本说明书中，Y轴称为作为阀体旋转中心轴的阀轴，X轴称为在阀体中心处与Y轴正交的轴，Z轴称为与X轴正交、且通过与Y轴平行的阀体的平面中心的轴。
在阀体10的喷嘴侧表面上，形成多个横肋16a、16b、16c。横肋从阀体表面起具有一定高度，以前述纵肋15为起点，向次级侧方向与X轴大致平行地延伸，从阀体表面附近流过的流体，其方向受到横肋的控制。在图示的实施例中，形成三根横肋，中央的横肋16b沿着X轴延伸，其上下的横肋16a、6c具有这样的倾斜，即相对于X轴以角度θ逐渐靠近中央的横肋16b。另外，各横肋的表面以相对于X轴具有角度β的倾斜角并且朝向次级侧的高度降低的方式形成。
另外，在阀体的孔侧背面上，在以阀轴Y为中心旋转180°的状态下与前述喷嘴侧表面同样，形成以纵肋15为起点向初级侧方向延伸的多个横肋17a、17b、17c。横肋17在图示的实施例中形成为三根。孔侧背面的横肋17，与喷嘴侧表面的横肋一样，按照这样的方式配置，即横肋的高度以角度θ倾斜、逐渐减小，同时，上下横肋17a、17c以角度β靠近中央的横肋。
另外，阀体的表面、背面，是以在闭阀时面对初级侧的面为表面，面对次级侧的面为背面，喷嘴侧是指在阀体开阀时向次级侧旋转的阀体的半个部分(在图1中为右半侧)，孔侧是指向初级侧方向旋转的阀体的半个部分(在图1中为左半侧)。
通过使喷嘴侧表面的三个横肋16具有一定高度，利用这些横肋16控制从阀体表面附近流过的流体的方向。中央的横肋16b，位于管内的最大流速部分处并且将最大流速一分为二，并且使其流速加速。由于在中央的横肋16b的上下配置的横肋16a、16c向着中央的横肋16b倾斜，所以使管壁附近的低速区域的流体朝向中央的横肋16b，在被引入由该横肋16b加速的流速的状态下，使其速度增加。相对于流体，上下阀杆孔用凸台部13、14成为流路阻力，与凸台部碰撞的流体在凸台的次级侧产生涡流，进一步增加流体阻力。与此相对，三根横肋16相对于在凸台部的次级侧产生的涡流起到整流的效果，减少了涡流的产生。结果，本发明的横肋，在阀体附近将管内的流速切断、整流，利用肋部所具有的流动方向控制，将对管壁的流体阻力、阀体表面的流体阻力进行补充，具有减少阀的整体流体阻力的效果。
在仅由平板构成阀体的情况下，可以通过计算求出必要的壁厚，阀体中心部产生的应力最高，有必要采用与该应力相应的壁厚。在本发明中，通过尽可能加长上下阀杆孔用凸台部13、14的长度，从而增加了凸台部的截面系数，起到减少阀体中央部的壁厚的作用。纵肋15的存在可以增强凸台部的作用。另外，阀体的表面和背面的三根横肋具有可以确保Y轴方向上的强度的功能，起到减小平板的壁厚的作用。通过配置上下阀杆孔用凸台部13、14、纵肋15、横肋16、17，可以实现高强度且最轻的阀体。
通过设置肋，减少了蝶形阀全开时的流路面积。这意味着阀自身的流体阻力增加，从而，增加了全开时的阀的阻力。但是，阀全开时的流体阻力，不仅是阀体的投影面积，而且由于在位于设置在阀体中的凸台部和圆板的外周前端部的阶梯的尾流部产生的卡曼旋涡，产生了比投影面积还大的流体阻力。本发明的阀体，由于横肋等的存在，虽然使投影面积自身与没有肋的阀体相比增加了，但是，设置在凸台部的横肋起到了前述的整流效果，增加了管中央部的流量，因而，可以与由于肋而增加投影面积所造成的不利影响相抵。
蝶形阀一般是通过右旋转来关闭的，在配管内的流体流动着的情况下，从阀轴侧(Y轴上)观察，在图1中，左侧位于初级侧，右侧位于次级侧。随着流速的增加，迫使阀体左侧离开初级侧，因而，流体阻力增大，该部分的流速下降(孔的效果)。相反，阀体的右侧，因为在次级侧，所以初级侧没有阻力，利用阀体自身的倾斜(开度)使流速加速(喷嘴的效果)。结果，在孔侧和喷嘴侧，流速不同，在阀体孔侧的次级侧产生真空区，成为失衡转矩的原因。在本发明中，阀体右侧在孔侧配置在次级侧上，在喷嘴侧配置在初级侧上，因而，利用横肋对孔侧的尾流向管中央的方向整流，在喷嘴侧，横肋作为阻力使其流入速度减小。结果，与没有肋的阀体相比，本发明的阀体具有减少孔侧和喷嘴侧的流速差的作用，可以减少失衡转矩。
在表1和图10、11、12中表示对在本发明中的阀体和现有技术的阀体的压差、流量以及Cv值进行对比的结果。另外，图7～9表示现有阀体。
[表1] 开度 本发 明产 品的 压差 本发 明产 品的 流量 本发 明产 品的 Cv值 现有 产品 的压 差 现有 产品 的流 量 现有 产品 的Cv 值 压差 流量 Cv 值deg. Pa m3/h Pa m3/h0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0％0.0％0.0％5 293.8 0.0 0.0 293.3 0.1 0.0 0.2％0.0％0.0％10 286.9 17.2 11.8 291.1 10.4 7.1-1.4％39.4％39.8％15 272.4 38.5 27.0 276.3 33.0 23.0-1.4％14.2％14.8％20 255.1 49.2 35.7 261.8 46.7 33.5-2.7％5.1％6.3％25 239.5 62.6 46.9 246.8 57.3 42.3-3.1％8.5％9.8％30 211.0 77.6 61.9 224.0 70.8 54.8-6.1％8.8％11.5％35 188.2 89.0 75.1 201.2 81.6 66.6-6.9％8.3％11.3％40 160.2 98.4 90.1 175.3 92.3 80.8-9.4％6.2％10.3％45 121.2 111.5 117.3 133.0 108.3 108.8-9.7％2.9％7.3％50 87.0 123.9 153.9 97.0 121.2 142.6-11.5％2.2％7.4％55 61.9 131.5 193.7 68.1 129.6 182.0-10.0％1.5％6.1％60 41.3 135.3 243.9 45.2 135.7 233.9-9.5％-0.3％4.1％65 26.3 141.2 319.2 29.9 141.4 299.5-13.8％-0.1％6.2％70 17.3 141.0 393.3 19.7 141.9 370.2-14.2％-0.6％5.9％75 10.7 143.5 508.6 12.2 145.2 482.3-13.8％-1.1％5.2％80 7.3 145.3 625.0 7.8 144.7 598.7-8.1％0.4％4.2％85 4.3 144.5 805.8 5.4 144.4 720.1-25.0％0.1％10.6％90 4.0 143.8 830.7 4.5 144.9 790.3-12.2％0.8％4.9％
采用本发明，可以使阀体的基础圆板的壁厚薄至极限，减轻阀体整体重量而实现轻量化。另外，管内的流速分布为，在管中央部速度最快，随着接近管壁，由于与管壁的摩擦而下降，但是利用横肋和角度为θ的倾斜，将管壁部分的的低速流体吸引到管中央部的高速流体中使其加速，减少了整体的流体阻力，可以增加流量。进而，可以抑制失衡转矩的产生。