プランジャー構造の制御弁◇ 特集：「災害に強いバルブ」「特殊なバルブ」◇

プランジャー構造の制御弁
掛川
１．はじめに光彦＊

クランク

制御弁と呼ばれるバルブには、多々の種類があり、クランク中心さまざまな構造を持つものがある。
流体が水用での制御弁としては、バタフライ弁や玉形弁、スリーブ弁、コーン弁等が多く用いられて弁座いる。
今回は水用の制御弁として、特殊なプランジャー構造を持つ制御弁として、プランジャーバルブを紹介する。

ゴムシート

２．構造

ピストン

写真１は外観全景を示す。バルブ本体はダクタイ⒜

全閉時

ル鋳鉄に内外面エポキシ樹脂紛体塗装を施している。内部主要部は、防錆対策としてステンレス鋼やステンレス鋳物等で部品を構成している。バルブ本体は大きく３分割としステンレスボルトにて締結する構造としている。

流れ方向

弁箱C

弁箱B

⒝
図１

弁箱A

全開時

プランジャーバルブ構造図

図１および写真２にて内部構造を説明する。
バルブの中心部には砲弾のような丸い形状が構成される。流体はその廻りを通過する。そのため、バルブ通過時に流体（水）はドーナツ状の形態をとる
写真１

こととなり、下流側となる弁座部を通過すると、管プランジャーバルブ外観全景中心部方向に集中するような流れとなる。
バルブ本体の中央（砲弾形状の中）には、ピストン、弁体を駆動する弁棒は水平横軸式とし、パートタクランクを内蔵する。クランク中心軸は弁棒に直結ーンの電動アクチュエータで90度開閉させることにされており、アクチュエータにて90度回動させるこより、全開−全閉動作を行う。とにより、ピストンは水平移動する。ピストンは弁＊㈱清水合金製作所

体として前端にゴムシートを設けてあり、弁座に押（25）バルブ

技報No.68

クランク
ピストン

流れ方向

弁箱B

ピストン

弁座

写真２

弁箱C

内部構造（全開時）
写真４

下流側からの弁構造（全開時）

流量率カーブ100
仕切弁

クランク中心

ゴムシート
ピストン

バタフライ
バルブ

50

写真３

Q［%］
Qmax

内部構造（全閉時）

圧することにより全閉し止水する。全閉状態を写真0３に示す。

プランジャー
バルブ
050
バルブ開度［%］弁座は、弁箱Bと弁箱Cに挟んで取り付けられ、制

図２

御特性に合わせ形状の異なる弁座に容易に交換が可

100

流量率カーブ能な構造としている。
バルブ下流側から見た状態を、写真４に示す。弁を持つことができる。

座（タイプ L）は、全周に孔を設けた多孔構造とし３−２てエネルギーを分散し、全周から管中心部方向に流

図３はクランクの回動に伴うピストンの動作イメ体が流れることになる。

ージを示す。
制御時、クランクの回動は通常パートターンの電

３．特徴

３−１

クランク機構による弁の開閉速度動アクチュエータ（ 90度開閉）で行う。通常用いる

リニア特性

電動アクチュエータの回転速度は一定速となる。そ制御弁で重要となる、流量特性においてプランジの際のピストンの水平移動は、クランクの角度毎にャーバルブでは、図２に示す通り仕切弁やバタフラ水平移動距離が変化することより、全閉に近づくほイ弁と異なり、ほぼリニアに近い特性を有する。こど小さくなる。このことにより、駆動軸の回転速度のことにより各制御において、全域で優れた制御性が一定でも、ピストンの動作速度は閉に近づくほど（26）プランジャー構造の制御弁ないが、範囲を超える変化の場合、制御弁の呼び径A拡大変更や弁種の変更等、バルブの交換を余儀なくされ30%る。そういった場合にプランジャーバルブであれば、

20%

ピストン

この弁座構造によって、タイプの異なる弁座への変10%クランク

更のみで、Cv 値を大きく変えることができ、広いレ全開ンジの条件にまでバルブ本体は交換せずに適用するAことが可能となる。

閉に近づくほど水平移動距離が小さくなる。

３−４

キャビテーション特性、全閉時の止水性差圧が大きい運転時に必要となる、高い耐キャビテーション特性を持ちます（図４参照
および開度により異なる）
。

全閉

図３

弁座タイプ

また、制御弁では全閉時に少量の漏れが発生する

クランク回動に伴うピストン動作イメージ1.7
1.6遅くなり、制御が特に困難となる締切間際の制御特1.5

性が向上する。また、流体の遮断時に問題となる、1.4

ウォーターハンマー現象もこの作動特性により緩和1.3される。

1.2

容量変更ができる弁座構造

キャビテーション係数 σ３−３タイプS

写真５は複数の種類の弁座タイプの例を示す。弁座タイプを変更することにより、バルブの Cv 値（容量係数）を可変させることができる。通常、バルブ（汎用的なバルブも含め）の Cv 値は各バルブの構造、呼び径で各々固有の数値を持ち、また固定のものとな

1.1
1.0

タイプE

0.90.80.7
0.60.5る。水道での制御弁の運用においては、長年に渡り0.4稼動させる必要があるが、水道の水需要環境は人口タイプL300.30.2の増減や地域の開発状況等により大きく変化する。

0.1

また、設計段階と将来計画で需要予想が大きく異な0るようなことが多々ある。通常、水道に用いる制御弁は流量、圧力（一次圧、二次圧）等によって、適図４

性な Cv 値を有するバルブを選定する。この運用条件

タイプL15010 20 30 40 50 60 70 80 90 100
弁開度（0→100%）

プランジャーバルブキャビテーション特性カーブが選定バルブの Cv 値範囲内での変化であれば問題

タイプS

タイプE

写真５弁座タイプの例

（27）

タイプL

バルブ

技報

No.68

る。流量計の信号を取り込み、流量に応じた圧力の圧力制御可変制御（推定末端圧一定制御）や一次圧力一定制①二次圧一定制御
圧力計

御等にも使用する。

P
流れ方向

４−２

流量制御

流量計からの流量信号をフィードッバック制御に制御弁て流量を一定制御する。タイマー等を併用し昼間、夜間での設定流量の可変や、遠方からの設定流量の②一次圧一定制御変更を行うなどの運用も可能である。

圧力計
P

４−３

流れ方向

水位制御

配水池の流入等、池の水位制御に用いる。水位接制御弁

点信号を受け弁を ON-OFF 動作で開閉させる場合や、水位をアナログ信号で制御装置に入力させ、水位高流量制御

流量一定制御さが常に一定になるようなフィードバック制御を行う。

流れ方向

４−４

M
流量

緊急遮断弁

完全止水が可能な点より、通常時は制御弁として制御弁運用し、地震時等に緊急遮断弁として用いる。
４−５

水位制御

水位一定制御（配水池などの水位を一定にする）

その他

前記の４−１〜４−４を複数組み合わせた制御

水位計や、特に精度を求める制御等での運用時に本バルブを適用して運転している。

流れ方向

制御弁

図５

また、電動アクチュエータを用いず、手動アクチ配水池ュエータ（ウォーム減速機）を取り付けて、圧力条使用用途例件の厳しい箇所での減勢弁として（開度を任意固定にて）運用することもある。

ものもあるが、このバルブはゴムシートにて全閉時５．おわりにに完全止水することが可能である。
３−５

耐久性に優れる

水道の施設での機器は長期間の運用を求められるバルブの動作はねじ機構等を用いず回転動作のみことが多くある。長期間安定的に運用するには制御のため、耐久性に優れる。バルブの作動構造も内燃性の良さ、長期のキャビテーションに対する強靭さ

機のクランク−ピストン構造同様の形態をもつことの他、耐久性の高い構造等が求められる。本バルブや、差圧に対してバルブを動作させるトルクが小さはそれらの性能に加え、運用条件の変化に容量係数く済むこと等により、連続での運転に対しても高耐の変更等で対応できる融通性を持ち合わせている。

久性を持ち合わせる。

制御弁は、汎用のバルブと異なり適所に適正な選定をしての運用が肝要となる。運用を検討される場

４．使用用途例（概要を図５に示す）

４−１

合は、メーカーデータ、資料等と将来計画も含めた圧力制御

運用条件を精査して、選定を行っていただきたいと二次圧一定制御（減圧弁）として使用する場合、考える。

二次側圧力伝送器の信号をフィードバック制御さ水道事業でも、LCC（ライフサイクルコスト）がせ、圧力を一定制御します。通常、無停電電源装置課題とされる中、プランジャーバルブが、ライフサ（UPS）を具備した制御装置と組み合わせて運用をすイクルの長い施設構築の一助になれば幸いである。

（28）