JP5120774B2 - 低損失型フラップ弁 - Google Patents

Description

この発明は水路、配管及びポンプの吐出端等の吐出管に配設して、前記吐出管への逆流を防止するフラップ弁の低損失化に関する。

従来の逆流防止用フラップ弁は、水路や各種配管の吐出端に弁胴を取り付け、弁胴の上部両端に止着したアームに弁体を揺動自在に吊設し、吐出管の水流によって開動し、水流の減少とともに弁体の自重により閉動するものがよく知られている。しかし、この公知のフラップ弁は、開動時には弁体に水流による開モーメントが作用して、弁体が開くものであるが、この際にも弁体の自重による閉モーメントが常時作用しており、水流に対して圧力損失を生じさせている。

この弁体の自重による圧力損失を低減するために、扉体の上部両端部に止着したブラケットに、ベルクランク状の揺動リンクの一端を軸支し、揺動リンクの曲折部を、樋管ボックス上面に止着したブラケットに軸支し、前記ベルクランク状の揺動リンクの他端にバランスウエイトを配設して扉体の自重による閉モーメントを軽減して、圧力損失を低減させるように構成したフラップゲートが特許文献１に記載されている。また、扉体をリンク機構を用いて、第一油圧シリンダーで小距離だけ垂直に引き上げ、続いて第二油圧シリンダーで扉体下部を外側へ回動させながら上昇させて、流出口を開放するオーバーリンクゲートが特許文献２に開示されている。
特開平１１−１８１７４８号公報 特開２００２−０８８７４８号公報

上述した通り、従来のフラップ弁は開動時において、常時作用する弁体の自重による閉モーメントの影響により、開角度が小さく損失が大きいという問題があった。この問題を解消すべく、特許文献１の発明では、弁体の自重による閉モーメントを小さくするために弁体とバランスするバランスウエイトを使用することによって、閉モーメントが小さくなるようにして圧力損失を低減させている。このため、従来のフラップ弁に比べ、バランスウエイトやバランスウエイトを配設するアーム等の部材が必要となり、弁体を含む重量も重くなるため、弁体を回動する弁軸等の強度アップも必要となる。さらに、フラップ弁の上方にバランスウエイト部が作動するスペースも必要であるという課題がある。また、特許文献２の発明では、弁体の自重による閉モーメントの影響を受けず圧力損失をゼロにするため、弁体を強制的に開閉させる油圧シリンダーやリンク機構、駆動機、制御装置等の機器を必要としており、これらの機器を設置するスペースが必要となる。さらに、油圧配管、電気工事等の工事が必要であり、これらの機器のメンテナンス費用が嵩むという課題がある。

上記発明が解決しようとする課題を達成するために、この発明は、吐出管の吐出端に配設する弁胴と、該弁胴の上部に弁胴の開口を開閉する弁体が揺動自在に支持されたフラップ弁において、弁体下部に吐出管側に曲折させたリップ状の突片を延設し、水流の開モーメントの作用により弁体を開くことを特徴とするものである。

また、この発明のフラップ弁は、前記リップ状の突片の曲折角度を弁体面に対して３０度〜６０度としたことを特徴とするものである。そして、前記リップ状の突片の板厚を薄くして、突片の面積を大きくし、水流による大きな開モーメントが弁体に作用するものである。

本願発明の低損失型フラップ弁は、課題を解決するための手段に記載している通り、弁体下部にリップ状の突片を延設することによって、吐出管から水を吐出す際、水流の一部が前記突片に当接する。弁体は水流を受けることによって、弁体に対して開モーメントが作用する。そして、該弁体の弁軸に対向する遠位置に前記突片を設けているので、開モーメントが増加する。さらに、前記リップ状の突片を吐出管側に曲折させたので、より大きい開モーメントが作用してフラップ弁の開角度が大きくなり、損失係数を低減することができる。

以下、この発明に係る低損失型フラップ弁について、図面に基づき説明する。図１において、吐出管５はポンプ設備等から河川６等に排水するための管路であり、陸地側から堤防７を貫通して河川６側に吐出端８を突出させている。前記吐出端８には河川６の水位上昇時の増水による吐出管５への逆流を防止するために、フラップ弁１を配設している。前記フラップ弁１は、吐出管５の吐出端８に固着しているフランジ９に接続しており、該フラップ弁１は、弁胴３と揺動自在な弁体２とで構成している。

図２及び図３により本発明の低損失型フラップ弁について詳述する。図２はフラップ弁１の縦断面図であり、図３はフラップ弁１の正面図である。内径がφＤｍｍの管状をした弁胴３の端部（図２では左側）にはフランジ１０を形成しており、フランジ１０と前記吐出管５の吐出端８に固着しているフランジ９とをボルト・ナット（図示せず）で固設する。一方、弁胴３の他端部（図２では右側）は垂直線に対して所定角度θ（５〜１０度）だけ傾斜し、上向きに開口している。また、弁胴３の上端部には左右均等な位置にアーム１１、１１を２箇所固着している。

弁体２は弁胴３の外径と略同径の円板形状をしており、垂直方向の左右均等な位置に補強用のリブ１２，１２を固着している。また、水平方向の上下均等な位置には補強板１３，１３を固着している。図３では前記補強用のリブ１２及び補強板１３は夫々各２箇所に設けているが、弁胴３の外径の大きさによって、これらの使用数量は変動する。

前記補強用のリブ１２，１２の上端部は弁体２の外周から延出しており、さらに該延出部は拡幅（図２の左方向へ）させている。この拡幅させた箇所を前記アーム１１、１１間に遊挿し、弁軸１４で弁体２を揺動自在に軸支している。弁体２は通常、その自重により、弁胴３の開口部に密着しており、河川６が高水位の時、吐出管５への水の逆流を防止する。そして、河川６が低水位の時、吐出管５からの水流によって、弁体２は開モーメントを受け、弁軸１４を支点に上方に開動して、河川６に放流するようにしている。弁体２は、吐出管５からの水流の減少とともに、その自重によって下方に閉動し、水流が無くなれば弁胴３の開口部に密着する。

しかし、弁体２は開動時においても、自重による閉モーメントが常に作用しており、水流に対して圧力損失を生じている。この圧力損失は弁体２の開角度が大きいほど少なくなり、開角度が小さいほど多くなる。従って、弁体２の開動時に作用する開モーメントが大きいほど、開角度が大きくなり、圧力損失が少なくなるものである。

弁体２の下部には、弁体２と同じ板厚、または少し薄い板厚で製作したリップ状の突片４を延設している。さらに、この延設した突片４の長さＬｍｍを弁胴３方向（図２の左方向）に曲折角度αだけ傾斜させている。また、延設した突片４は幅βの角度としている。突片４が水流から受ける作用力の方向は、突片４と垂直方向にかかるので、この作用力と弁軸との距離が長くなり、大きな開モーメントを発生させる。したがって、弁体２に前記リップ状の突片４を設けることにより、突片４を設けていない弁体２と比べて、弁体２と突片４にかかる開モーメントの合力が作用するため、同一水流時には開角度が大きくなり、圧力損失を低減することができる。

前記突片４の曲折角度αは３０°≦α≦６０°、長さＬは０．０５Ｄ≦Ｌ≦０．２Ｄ、幅βは６０°≦β≦１２０°とするのが、大きい開モーメントを弁体２に作用させるために、非常に効率の良い範囲である。長さＬ及び幅βをより大きくして、突片４の面積をさらに大きくすれば、弁体２にはより大きい開モーメントが作用するが、自重が重くなって、閉モーメントも大きくなり、効率が悪くなる。しかし、突片４の板厚を薄くして、自重を軽くすることにより、突片４の面積を大きくすることが可能となり、閉モーメントを大きくすることなく、さらに大きい開モーメントを弁体２に作用させることができ、圧力損失をいっそう低減することができる。尚、上記詳述したフラップ弁１は円形状をしているが、本発明のフラップ弁１は円形状のみならず四角形状等、様々な形状のフラップ弁にも適用できるものである。また、弁体２から延設している突片４は、用途や仕様に応じて弁体２と一体成形、溶接、あるいはボルト等で固設してもよいものである。

以下に、本発明の低損失型フラップ弁の圧力損失低減効果を確かめるために行なった解析試験を説明する。試験方法として、弁体２に突片４を設けていない、一般的なフラップ弁と弁体２に突片４を設けた、本発明に係るフラップ弁とを比較解析した。
本解析試験に使用した弁体２に設けた突片４の仕様は次の通りである。
・曲折角度 α＝４５°
・長さ Ｌ＝０．０５Ｄ
・幅 β＝９０°
以下、表１〜表６に一般的なフラップ弁と本発明のフラップ弁との解析試験結果を示す。

一般的なフラップ弁の自重による閉モーメントと水流による開モーメント

一般的なフラップ弁の開角度と損失係数の関係

一般的なフラップ弁の流速と損失係数の関係

本発明のフラップ弁の自重による閉モーメントと水流による開モーメント

本発明のフラップ弁の開角度と損失係数の関係

本発明のフラップ弁の流速と損失係数の関係

表１及び表４より、各水流の速度における一般的なフラップ弁と本発明のフラップ弁の、自重による閉モーメントと水流による開モーメントがつりあう時の開角度を比較すると、流速１ｍ／ｓの時、一般的なフラップ弁では開角度は２５ｄｅｇ、本発明のフラップ弁では開角度は２８ｄｅｇ、同様に流速２ｍ／ｓの時、一般的なフラップ弁では開角度は４３ｄｅｇ、本発明のフラップ弁では開角度は５２．５ｄｅｇとなり、同じ流速では本発明のフラップ弁の開角度のほうが大きくなっている。

表２及び表５は水流の速度１ｍ／ｓにおける、一般的なフラップ弁と本発明のフラップ弁の、開角度とフラップ弁の出口における損失係数を示したものである。一般的なフラップ弁の場合、流速１ｍ／ｓの時、表１より開角度は２５ｄｅｇであり、この時の出口損失係数は約２．５である。本発明のフラップ弁の場合には、流速１ｍ／ｓの時、表４より開角度は２８ｄｅｇであり、出口損失係数は約２．２となり、同じ流速では本発明のフラップ弁のほうが損失係数は小さくなっている。

表３及び表６は各流速における、一般的なフラップ弁と本発明のフラップ弁との損失係数を纏めた表である。流速が３ｍ／ｓ以上の高流速では、本発明の効果は見られないが、通常最もよく使用される流速１〜２ｍ／ｓにおいては、本発明のフラップ弁のほうが一般的なフラップ弁に比べ、損失係数が低減しており、良好な結果となっていることが判る。

この発明に係る低損失型フラップ弁は、設備の施工や維持管理を標準のフラップ弁と同等に行うことができるだけでなく、吐出管からの水流だけで、より大きい開モーメントを弁体に作用させて、開角度が大きくなり、バランスウエイトやシリンダー等の付帯機器を持つことなくフラップ弁損失を低減できるので、設備の省エネルギーに寄与できる。

本発明に係る低損失型フラップ弁の模式図である。 同じく、本発明に係る低損失型フラップ弁の縦断面図である。 同じく、本発明に係る低損失型フラップ弁の正面図である。

符号の説明

１ フラップ弁
２ 弁体
３ 弁胴
４ 突片
５ 吐出管
８ 吐出端
α 曲折角度

Claims (3)

1. 吐出管（５）の吐出端（８）に配設する弁胴（３）と、該弁胴（３）の上部に弁胴（３）の開口を開閉する弁体（２）が揺動自在に支持されたフラップ弁（１）において、弁体（２）下部に吐出管（５）側に曲折させたリップ状の突片（４）を延設し、水流の開モーメントの作用により弁体（２）を開くことを特徴とする低損失型フラップ弁。
2. 前記リップ状の突片（４）の曲折角度（α）を弁体（２）面に対して３０度〜６０度としたことを特徴とする請求項１に記載の低損失型フラップ弁。
3. 前記リップ状の突片（４）の板厚を薄くして、突片（４）の面積を大きくすることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の低損失型フラップ弁。