(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側流路と下流側流路との間に介装される、弁座を有した筒状の弁胴と、
この弁胴を閉鎖するべく前記弁胴内で回動したときに前記弁座との間に隙間を形成する弁体と、
前記弁座よりも上流側において前記弁胴に配設されるとともに、その内部に圧力流体が注入されると変形して前記弁体に密着し、前記隙間のうち上流側の部分を密封する密封手段と、
この密封手段の内部に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、
前記弁座よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通するバイパス流路と、
このバイパス流路を開閉するバイパス弁と、を備え、
前記弁体は、
前記密封手段が前記隙間のうち上流側の部分を密封することにより生じる前記上流側流路と前記下流側流路との間の圧力差により撓む、その外周部に円周方向の全周にわたって形成された可撓部分と、
この可撓部分が撓んだときに前記弁座に着座して前記隙間のうち下流側の部分を封止する、前記可撓部分に固定された環状の弁体パッキンと、
を有することを特徴とする複葉弁。
【請求項２】
前記密封手段は、その内部に前記圧力流体が供給されると膨張して前記弁体に密着する弾性を有する高分子材料から形成された中空部材であることを特徴とする請求項１に記載の複葉弁。
【請求項３】
前記圧力流体が、前記上流側流路内の流体であることを特徴とする請求項１または２に記載の複葉弁。
【請求項４】
前記圧力流体が、前記弁体を回動させるために用いる圧油であることを特徴とする請求項１または２に記載の複葉弁。
【請求項５】
前記圧力流体が、手押しポンプによって供給される圧油であることを特徴とする請求項１または２に記載の複葉弁。
【請求項６】
前記弁体の軸線と、前記弁体を回動自在に支持する回動軸の軸線とが互いに直交することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の複葉弁。
【請求項７】
前記弁体パッキンは、前記密封手段が前記隙間のうち上流側の部分を密封しているときに交換できるように、前記可撓部分に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の複葉弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水力発電所において用いられる複葉弁に関し、より詳しくは、弁体と弁座との間の摺動摩擦抵抗が増大して弁体が開閉不能となることが無く、かつ弁体パッキンを取り換える際に管路を水抜きする必要がないように改良された複葉弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所においては、管路を介して水車に供給する流水を遮断するために、水車の上流側管路内に入口弁としての複葉弁を設けている。
【０００３】
このような複葉弁の構造の一例を図７乃至図１０を参照して概説すると、複葉弁１は、上流側管路２と下流側管路３との間に同軸に介装された円筒状の弁胴４を有している。この弁胴４の下流側内壁面には、その全周にわたって半径方向内側に延びる内周フランジ５が垂設されている。そして、この内周フランジ５の内周面に、後述する弁体パッキンが密着する弁座６が形成されている。
【０００４】
一方、弁胴４には、弁胴４の中心軸線に対して垂直な方向に水平に延びる弁軸７によって、弁体８が回動自在に支持されている。また、この弁体８の一部を構成する円板状の遮断板９の外周部には、その円周方向の全周にわたって延びる環状の弁体パッキン１０が、パッキン押え１１によって着脱自在に固定されている。
【０００５】
この複葉弁１の開閉は、クランク１３を介して弁軸７に連結されたサーボモータ１４を往復動させることにより行う。サーボモータ１４を往動させて弁体８を弁軸７の軸線回りに閉じ側に回動させると、弁体パッキン１０が弁座６に着座し、上流側管路２から下流側管路３への流水供給が遮断される。
【０００６】
弁体８が弁胴４を完全に密閉する際には、弁体パッキン１０が弁座６上を摺動するため、弁体８を閉じるために大きな回動モーメントが必要となる。このため、弁体８の軸線を回動軸７の軸線に対して僅かに偏芯させ、弁体８に作用する流体圧力のアンバランスを生じさせ、弁体８に閉じ側の回動モーメントを作用させるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した複葉弁１を開閉するサーボモータ１４の容量は、弁体パッキン１０と弁座６上との間に生じる摺動摩擦力、および弁体７に作用する流体圧力のアンバランスによって生じる回動モーメント等を考慮して決定されている。
【０００８】
しかしながら、長期間閉鎖したままの複葉弁１を開く際には、弁体パッキン１０の経年劣化等によって弁座６と間に生じる摺動摩擦力が予想外に増大し、サーボモータ１４によって弁体８を開くことができなくなる場合がある。
【０００９】
また、弁体パッキン１０が弁座６上を摺動するため、弁体パッキン１０が損傷したり摩耗したりすることもある。
【００１０】
さらに、弁体パッキン１０が損傷したり摩耗したりして交換が必要になると、上流側管路２内の水を抜いて交換作業を行う。このとき、上流側管路２が複雑に分岐している場合には、全ての上流側管路２を水抜きすることになるため、弁体パッキン１０を交換する複葉弁１に対応する水車のみならず、他の水車の運転をも停止させる必要がある。
【００１１】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、より小さな回動モーメントで弁体を開閉できるばかりでなく、弁体パッキンを交換する際に上流側流路の水抜きが不要な複葉弁を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の複葉弁は、上流側流路と下流側流路との間に介装される、弁座を有した筒状の弁胴と、この弁胴を閉鎖するべく前記弁胴内で回動したときに前記弁座との間に隙間を形成する弁体と、前記弁座よりも上流側において前記弁胴に配設されるとともに、その内部に圧力流体が注入されると変形して前記弁体に密着し、前記隙間のうち上流側の部分を密封する密封手段と、この密封手段の内部に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、前記弁座よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通するバイパス流路と、このバイパス流路を開閉するバイパス弁と、を備える。そして、前記弁体は、前記密封手段が前記隙間のうち上流側の部分を密封することにより生じる前記上流側流路と前記下流側流路との間の圧力差により撓む、その外周部に円周方向の全周にわたって形成された可撓部分と、この可撓部分が撓んだときに前記弁座に着座して前記隙間のうち下流側の部分を封止する、前記可撓部分に固定された弁体パッキンと、を有する。
【００１３】
すなわち、本発明の複葉弁は、弁胴を閉鎖するために弁体を回動させても弁胴と弁体との間に隙間が生じる構造である。これにより、弁体を回動させても弁体が弁座上を摺動せず摩擦が生じないから、小さな回動モーメントで弁体をスムーズに開閉することができる。
【００１４】
このとき、弁胴と弁体との間に隙間が生じているから、上流側流路内の流体の圧力と下流側流路内の流体の圧力とが等しい。これにより、弁体の可撓部分は撓まず、弁体と弁座との間には隙間が生じたままであるから、可撓部分によって弁胴を完全に密閉することはできない。
【００１５】
一方、圧力流体供給手段によって密封手段の内部に圧力流体を供給すると、密封手段は弁体側に変形して弁体に密着し、弁体と弁胴との間の隙間を密封する。そして、下流側流路内の流体が流下すると上流側流路内の流体の圧力が下流側のそれより高くなるので、弁体の可撓部分は上流側流路内の流体の圧力と下流側のそれとの差圧により下流側に撓んで弁座に着座し、弁胴を完全に密閉する。この状態においては、密封手段の内部への圧力流体の供給を中止し、密封手段による弁体と弁胴との間の隙間の密封を解除しても、弁体の可撓部分が下流側に撓んで弁座に着座したままとなるので、弁胴を密閉し続けることができる。
【００１６】
他方、本発明の複葉弁を開くときには、バイパス弁を開くことにより上流側流路と下流側流路とをバイパス流路を介して連通させる。すると、上流側流路内の流体の圧力と下流側流路内のそれとが等しくなるので、弁体の可撓部分の撓みが無くなって可撓部分が弁座から離間する。これにより、弁体をスムーズに回動させて本発明の複葉弁を開くことができる。
【００１７】
また前記密封手段は、その内部に前記圧力流体が供給されると前記弁体側に膨張して前記弁体に密着する、弾性を有する高分子材料から形成する。具体的には、圧力流体が水であるときにはクロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム材料を用いることができ、圧力流体が油であるときにはニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等の耐油性を有したゴムを用いることができる。
【００１８】
また前記圧力流体は、前記上流側流路内の流水を手押しポンプによって加圧して供給したり、前記弁体を回動させるために用いる圧油若しくは水車の運転制御に用いる圧油を直接供給したりすることができる。
【００１９】
さらに、前記弁体の軸線と前記弁体を回動自在に支持する回動軸の軸線とを互いに直交させる。具体的に言い換えると、弁体の軸線と回動軸の軸線とを偏心させない。すなわち、従来の複葉弁においては弁体と弁座との間に生じる摺動摩擦力の影響を緩和するために、弁体の軸線に対して回動軸の軸線を偏心させ、弁体に作用する流体圧力にアンバランスを生じさせることにより、弁体の回動に要する回動モーメントを低減できるようにしていた。ところが、例えば弁体を閉じ側に回動させるモーメントを低減できるように設定すると、弁体を開き側に回動させるモーメントが大きくなってしまう。これに対して、本発明の複葉弁は弁体が弁座上を摺動しない構造であるから、弁体を回動させるために必要なモーメントは小さくて済み、弁体に作用する流体圧のアンバランスを用いる必要がない。これにより、弁体の軸線と回動軸の軸線とを一致させることができる。
【００２０】
加えて本発明において、前記弁体パッキンは、前記密封手段が前記隙間のうち上流側の部分を密封しているときに交換できるように、前記可撓部分に着脱自在に固定される。
すなわち、本発明の複葉弁によれば、弁体と密封手段とによって弁胴を完全に密閉した状態で弁体パッキンを交換できるから、上流側流路内に含まれる流体を取り除く必要が無い。したがって、本発明の複葉弁を用いれば、上流側流路が複雑に分岐している場合でも、弁体パッキンを交換する複葉弁に対応する水車以外の水車の運転を停止させる必要がない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複葉弁の一実施形態を、図１乃至図６を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述した従来技術と同一の部分には同一の符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００２２】
まず最初に図１および図２を参照し、本実施形態の複葉弁の全体構造について概説すると、複葉弁２０は上流側管路２と下流側管路３との間に同軸に介装された円筒状の弁胴２１を有している。この弁胴２１の下流側内壁面には、その全周にわたって半径方向内側に延びる内周フランジ２２が垂設されている。そして、この内周フランジ２２の内周面に、後述する弁体パッキンが着座する弁座２３が形成されている。
【００２３】
弁胴２１には、弁胴２１の軸線と直交して水平に延びる弁軸２４によって、弁胴２１を開閉する弁体２５が回動自在に支持されている。弁体２５の一部を構成する円板状の遮断板２６の外周部には、後に詳述する可撓部分２７が円周方向の全周にわたって形成されている。
【００２４】
弁軸２４は、図１０中に示した従来の複葉弁１と同様にリンク１３を介してサーボモータ１４に接続され、このサーボモータ１４を往復動させると弁体２５が弁軸２４の軸線回りに回動して弁胴２１を開閉できるようになっている。
【００２５】
また、上流側管路２と下流側管路３とは、図１０に示した従来の複葉弁１と同様にバイパス路１５によって接続されている。そしてバイパス路１５は、その途中に設けたバイパス弁１６を操作することによって自在に開閉できる。なお、このバイパス流路１５は、弁胴２１に設けることもできる。
【００２６】
次に図３を参照し、本実施形態の複葉弁２０の細部構造について説明すると、前記可撓部分２７の外周には弁座２３とほぼ平行に延びる弁体シート面２８が設けられている。そして、この弁体シート面２８の下流側には、環状の弁体パッキン２９が、パッキン押さえ３０およびボルト３１によって着脱自在に固定されている。
【００２７】
一方、弁座２３の上流側部分には、円周方向の全周にわたって凹溝３３が削設されている。そしてこの凹溝３３内には、全体形状が環状でかつその断面形状が中空であるインフレータブルシール（密封手段）３４が嵌装されている。このインフレータブルシール３４は、クロロプレンゴム等の弾性を有する高分子材料から形成された部材で、凹溝３３内に係合する基部３５と、この基部３５から凹溝３３の内壁面に沿って半径方向内側に延びる左右一対の縦壁３６と、これらの縦壁３６の先端同士を接続して弁座２３とほぼ平行に延びる底壁３７とを有している。そして、その内部に形成された中空部分３８に管路３９を介して高圧水が供給されると、このインフレータブルシール３４は膨張し、底壁３７が弁体２５に向かって半径方向内側に変位するようになっている。
【００２８】
次に、図３乃至図６を参照し、上述のように構成された本実施形態の複葉弁２０の作動について説明する。
【００２９】
本実施形態の複葉弁２０を閉じて上流側管路２から下流側管路３への流水供給を遮断するときには、バイパス弁１６を開いた状態で弁体２５を閉じ側に回動させる。このとき、図１および図３に示したように、弁体２５を閉じ側に一杯に回動させた状態では弁座２３と弁体パッキン２９の間には微少隙間が開くように設定されている。これにより、弁体パッキン２９が弁座２３上を摺動することがないから、弁体２５を小さなモーメントで回動させることができるとともに、弁体パッキン２９に摺動に伴う損傷や摩耗が発生することもない。
【００３０】
また、上流側管路２と下流側管路３とは微少隙間を介して、さらにはバイパス流路１５を介して互いに連通しているので、それらの内部の流水の圧力もまた等しい。したがって、弁体２５の可撓部分２７には上流側管路２と下流側管路３とから等しい圧力が作用するため、可撓部分２７は下流側に撓むことはなく、図３に示したように弁体パッキン２９は弁座２３から離間したままである。そして、弁体２５を閉じ側に一杯に回動させた後にバイパス弁１６を閉じ、バイパス流路１５を介した上流側管路２と下流側管路３との連通を遮断する。
【００３１】
次いで、図示されない手押しポンプ（圧力流体供給手段）を操作し、図４中に矢印で示したように管路３９を介してインフレータブルシール３４の中空部分３８内に高圧水を供給する。すると、インフレータブルシール３４は凹溝３３内で膨張してその縦壁３６が伸張するので、底壁３７が半径方向内側に変位して弁体２５の弁体シート面２８に液密に密着する。これにより、弁座２３と弁体２５の間の微少隙間を介した上流側管路２から下流側管路３への流水の流れを遮断できる。
【００３２】
下流側管路３内の流水が図示されないガイドベーンからの漏れによって水車側に流下すると、図５中に多数の矢印で示したように、弁体２５には上流側管路２内の流水の圧力と下流側管路３内の圧力との差圧が作用する。すると、弁体２５の可撓部分２７は、図５中に想像線で示した位置から実線で示した位置まで下流側管路３に向かって弾性変形し撓んだ状態となる。これに伴い、弁体パッキン２９が弁座２３に着座するので、上流側管路２から下流側管路３への流水供給を完全に遮断することができる。そして、この完全遮断状態は上流側管路２内の流水の圧力と下流側管路３内の圧力との差圧によって維持されるから、インフレータブルシール３４の中空部分３８に対する圧力水の供給を停止し、インフレータブルシール３４を図３に示した元の状態に復元させる。
【００３３】
これに対して、本実施形態の複葉弁２０を開いて上流側管路２から下流側管路３への流水供給を再開する際には、最初にバイパス弁１６を開き、バイパス流路１５を介して下流側管路３に流水を供給する。そして、下流側管路３内に流水が満ちると、上流側管路２内の流水から可撓部分２７に作用する圧力と下流側管路３内の流水から可撓部分２７に作用する圧力とが釣り合うため、可撓部分２７に生じていた撓み変形がなくなる。これに伴い、弁体パッキン２９が弁座２３から離間するので、弁体２５を開き側に回動させて一杯に開けば、複葉弁２０を介して上流側管路２から下流側管路３への流水供給を再開することができる。
【００３４】
このとき、弁体パッキン２９は弁座２３から離間していて弁座２３上を摺動することがないから、弁体２５を小さな回動モーメントでスムーズに開くことができる。また、長期間にわたって複葉弁２０を閉じていたことにより弁体パッキン２９が弁座２３に固着していても、可撓部分２７の極めて大きな弾性復元力によって弁体パッキン２９を弁座２３から離間させることができるから、弁体２５を回動させるモーメントが大きくなることはない。さらに、弁座２３との摺動によって弁体パッキン２９が摩耗したり損傷したりすることがない。
【００３５】
加えて、図８に示した従来の複葉弁のように、弁座と弁体パッキンとの間に生じる摩擦力の影響を緩和するために、弁体の軸線に対して弁軸の軸線を偏心させて弁体に作用する流水圧力にアンバランスを生じさせる必要もない。これにより、弁体２５の軸線と弁軸２４の軸線とを互いに直交させ、言い換えると両軸線間の偏心を無くし、弁体２５に作用する流水圧力のアンバランスを無くすことができるから、弁体２５を小さな回動モーメントでスムーズに開くことができる。
【００３６】
したがって本実施形態の複葉弁２０によれば、弁体２５を開閉するために弁軸２４に負荷する回動モーメントを小さくできるから、容量の小さいサーボモータを用いて弁体２５を開閉することができる。
【００３７】
さらに、図６に示したようにインフレータブルシール３４を用いて上流側管路２から下流側管路３への流水の供給を遮断した状態では、弁体パッキン２９を弁座２３に当接させておかなくとも良い。これにより、弁体パッキン２９やパッキン押さえ３０の形状およびボルト３１の配置を最適に設定すれば、上流側管路２内の流水を水抜きすることなく弁体パッキン２９を交換することが可能となる。したがって、上流側流路２が複雑に分岐している場合でも、弁体パッキン２９を交換する複葉弁２０に対応する水車以外の水車の運転を停止させることなく、弁体パッキン２９を交換することができる。
【００３８】
以上、本発明に係る複葉弁の一実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施形態においては、インフレータブルシール３４の中空部分３８内に手押しポンプから高圧水を供給するようになっている。これに対して、インフレータブルシール３４の中空部分３８内には、水車の運転制御に用いる圧油を直接供給することもできる。この場合、インフレータブルシール３４は、例えばニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）のように耐油性を有した高分子材料を用いる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の複葉弁においては、弁体を回動させる際に弁体が弁座上を摺動せず摩擦が生じないから、小さな回動モーメントで弁体をスムーズに開閉できる。これにより、弁体の回動に用いるサーボモータを容量の小さなものとすることができる。また、弁座との摺動に起因して弁体が損傷したり摩耗したりすることがないから、弁体の耐久性および信頼性を向上させることができる。また、上流側流路内の流体の圧力と下流側流路のそれとの差圧を用いて弁体の可撓部分を弁座に着座させるので、上流側流路から下流側流路への流体の供給を確実に遮断できる。また、密封手段を用いて弁体と弁座との間の隙間を密閉できるので、上流側流路内の流体を取り除くことなく、弁体パッキンを交換することができる。これにより、上流側流路が複雑に分岐している場合でも、弁体パッキンを交換する複葉弁に対応する水車以外の水車の運転を停止させる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の複葉弁の全体構造を示す要部破断縦断面図。
【図２】図１に示した複葉弁の要部破断正面図。
【図３】図１に示した複葉弁の要部を拡大して示す断面図。
【図４】図３に示した複葉弁の作動を示す断面図。
【図５】図３に示した複葉弁の作動を示す断面図。
【図６】図３に示した複葉弁の作動を示す断面図。
【図７】従来の複葉弁の全体構造を示す要部破断縦断面図。
【図８】図７に示した複葉弁の要部破断正面図。
【図９】図７に示した複葉弁の要部を拡大して示す断面図。
【図１０】図７に示した複葉弁の周辺装置を示す側面図。
【符号の説明】
１  従来の複葉弁
２  上流側管路
３  下流側管路
４  弁胴
５  内周フランジ
６  弁座
７  弁軸
８  弁体
９  遮断板
１０  弁体パッキン
１１  パッキン押さえ
１３  リンク
１４  サーボモータ
１５  バイパス流路
１６  バイパス弁
２０  複葉弁
２１  弁胴
２２  内周フランジ
２３  弁座
２４  弁軸
２５  弁体
２６  遮断板
２７  可撓部分
２８  弁体シート面
２９  弁体パッキン
３０  パッキン押さえ
３１  ボルト
３３  凹溝
３４  インフレータブルシール
３５  基部
３６  縦壁
３７  底壁
３８  中空部分
３９  管路
【図１】
0004101997.tif 000002
【図２】
0004101997.tif 000003
【図３】
0004101997.tif 000004
【図４】
0004101997.tif 000005
【図５】
0004101997.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004101997.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004101997.tif 000011