JP5120918B2

JP5120918B2 - 制御弁

Info

Publication number: JP5120918B2
Application number: JP2006337797A
Authority: JP
Inventors: 浩史湯浅
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: JP2008151193A

Description

本発明は、プラント防災設備等の消防用設備の制御弁に関するもので、特に、長管路や大口径の水幕設備や放水砲等に設備される制御弁に関するである。

従来のプラント防災設備の制御弁は、一次側流路の配管と二次側流路の配管とを接続する弁本体と、この弁本体の連通口の開閉を制御する主弁と、この主弁の下方であって二次側流路を介して対向するピストン室と、このピストン室内に配設され、上記主弁より受圧面積の大きい制御ピストンと、この制御ピストンと上記主弁とを連結するステムと、制御ピストンの下方に位置し加圧されることによって主弁を開弁方向に動かすピストン室の加圧室と、この加圧室と上記一次側流路の配管とを連通せしめる起動弁付導圧管と、から構成されている。

そして、火災発生時において、起動弁を開いて一次側流路の配管内の消火用水を加圧室に供給すると、制御ピストンが加圧室内の水圧により上方すなわち主弁の方向に移動するので、ステムおよび主弁も上方に移動し、主弁が開弁する。主弁の連通口が開くので、一次側流路の消火用水が二次側流路へと流れ込み、管路を経て、消火設備として例えば放水砲から放出される。

従来の技術では、起動弁を開いて加圧室に消火用水を供給すると、主弁が急激に弁座から離れて一気に全開にまで至ってしまうので、一次側流路の配管内の高圧消火用水が、充水されていない二次側流路の配管内を高速で圧送されることになる。そしてこの過流の消火用水は管路を経て、高圧消火用水は流速も急に落とされるので、極めて大きな衝撃がノズルや配管設備にかかる、いわゆるウォーターハンマ現象が発生する。

この問題を解決するため、従来の技術では二次側流路の配管を上記加圧室と連通させ、これによって二次側流路の圧力を感知しながら主弁の開放を制御していた（例えば、特許文献１）。
特開平４−９０２２１号公報

ところで、従来の技術では、感圧管が二次側流路の圧力を感知することができるが、制御弁本体の構造が複雑で製作コストは割高であった。

この発明は、上記事情に鑑み、過剰なウォーターハンマ現象の発生を防止しながら、製作コストの少ない消防用設備の制御弁を得ることを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、一次側流路と二次側流路とを仕切る弁座に対して接離可能に配設された加圧流体が供給されると開放される主弁を有し、該主弁の開度を変化させて、該一次側流路から該二次側流路に流れる流体の流量を調整する制御弁において、上記主弁に上記加圧流体として一次側流路の消火用水を供給して上記主弁を起動するモーターバルブと、上記二次側流路に絞り口としてのオリフィスを設け、該オリフィスの上流側の圧力が該オリフィスの下流側の圧力に対して所定値だけ大きい圧力になるように上記主弁の初期開放から全開まで上記加圧流体の供給を調整して上記主弁の開度を制御する調圧パイロット弁を備え、上記オリフィスの下流側が充水完了するまで主弁を全開させないことを特徴とする。

この発明によれば、二次側流路に設置された絞り口は、二次側流路に圧力差、つまり絞り口の上流側と下流側に差圧を発生させ、この差圧を制御手段で調節し、過流状態に至らないように制御弁の主弁の開度をコントロールする。これにより、絞り口の下流側が充水完了するまでは制御弁の主弁が全開しないので、一次側流路の配管内の高圧消火用水が、二次側流路の配管内を高速で圧送されることはない。そして、絞り口の下流側が充水完了し、放水が開始された段階では、絞り口の圧力差が制御手段により小さく保持されているため、制御弁の主弁がスムーズに全開となり、消火設備のノズルや配管等内に過流による水撃は発生しない。

図１はこの発明の実施の形態１に係わる制御弁に示す構成図、図２は制御弁の閉弁状態を示す断面図、図３は制御弁の開弁状態を示す断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る調圧パイロット弁の構造を説明する断面図であり、図４の（ｂ）は図４の（ａ）に対して直交する平面における断面図を示している。

図１において、制御弁１００は、一次側流路の配管８と二次側流路の配管９との間に介装され、主弁２７の開度を変化させて、一次側流路の配管８から二次側流路の配管９に流れる消火用水の流量を調整する弁本体２０と、弁本体２０に一次側流路の消火用水を供給して弁本体２０を起動するモータバルブ１１と、二次側流路の配管９に設けられた絞り口としてのオリフィスＳと、このオリフィスＳの上流側Ｋ１と下流側Ｋ２との差圧が一定となるように主弁２７の開度を設定開度に制御する制御手段としての調圧パイロット弁４０と、を備えている。

上記オリフィスＳの穴径は、任意の消火設備の必要流量に応じて計算して求められ、例えば流量３０００Ｌ／ｍｉｎに対してオリフィスでの差圧ΔＰ＝０．０５ＭＰａとなるように穴径を設定する。

つぎに、弁本体２０の構造について図２および図３を参照しつつ説明する。なお、図２および図３中矢印は消火用水の流れを示している。

弁本体２０は、一次側流路の配管８が接続される一次側流路２２と、二次側流路の配管９が接続される二次側流路２３と、一次側流路２２と二次側流路２３とを連通する連通孔２４と、軸心を連通孔２４の孔中心に一致させて、かつ、二次側流路２３を挟んで連通孔２４と相対して形成されたシリンダ室２５と、を備えている。

主弁２７は、ディスク部２８と、ディスク部２８の一側の縁部近傍から周方向に等角ピッチで主弁２７の軸心方向に延設された複数本のガイド部２９と、ディスク部２８の一側外周縁部に配設されたＯリング３０と、を備えている。そして、主弁２７は、一次側流路２２側からガイド部２９を連通孔２４に挿入して、摺動自在に装着されている。

弁棒３１は、その一端を弁体２７のディスク部２８の他側中央部に固着され、他側を蓋体３２に装着された受け部材３３に摺動可能に嵌挿されている。また、受け部材３３は、蓋体３２に流体の漏れを防止するように貫装され、弁棒３１は、受け部材３３に流体の漏れを防止するように挿通されている。そして、スプリング３４が蓋体３２と主弁２７のディスク部２８との間に縮設され、ディスク部２８を二次側流路２３側に押圧している。これにより、Ｏリング３０が弁座２６に密接している。

ピストン３５は、シリンダ室２５内を二次側流路側のピストン室２５ａと反二次側流路側の作動室２５ｂとに画成するようにシリンダ室２５内に摺動自在に装着されている。そして、連結棒３６が、その一端をピストン３５の中心位置に固着され、二次側流路２３とシリンダ室２５との間の隔壁に装着された受け部材３７を摺動自在に挿通し、その他端を弁体２７のディスク部２８の一側中央部に固着されている。また、連通孔３８が、ピストン室２５ａと外部とを連通するようにシリンダ室２５の隔壁に穿設され、流入出口３９が作動室２５ｂと外部とを連通している。なお、受け部材３７は、隔壁に流体の漏れを防止するように貫装され、連結棒３６は、受け部材３７に流体の漏れを防止するように挿通されている。

このように構成された弁本体２０では、流入出口３９から作動室２５ｂに加圧流体（消火用水）が供給されていないと、主弁２７がスプリング３４の付勢力により図２中下方に移動されている。そして、主弁２７のＯリング３０が連通孔２４の弁座２６に押圧され、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が遮断される。

また、加圧流体が流入出口３９から作動室２５ｂに供給されると、ピストン３５がスプリング３４の付勢力に抗して、図２中上方に移動される。そして、主弁２７のＯリング３０が連通孔２４の弁座２６から離反され、図３に示されるように、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が開放される。

つぎに、調圧パイロット弁４０の構造について図４を参照しつつ説明する。

本体４１は、第１分割体４２と、第２分割体４３とに分割構成されている。そして、フラム押さえ４４に保持されたフラム４５が、第１分割体４２と第２分割体４３とに挟持され、第１操作室４６と第２操作室４７とを画成するように本体４１内に取り付けられている。

第１操作室４６はフラム４５により第１分割体４２内に画成されている。また、配管１８を介してオリフィスＳの下流側Ｋ２に接続される下流側接続口４８が第１分割体４２に形成されている。そして、通孔４９が第１操作室４６と下流側接続口４８とを連通するように第１分割体４２に形成されている。

第２操作室４７は、フラム４５により第２分割体４３内に画成されている。また、第２分割体４３には、４方向に接続口、即ち配管１５を介して一次側流路の配管８に接続される一次側接続口５０と、配管１６を介してオリフィスＳの上流側Ｋ１に接続される上流側接続口５１と、配管１７を介して弁本体２０の流入出口３９に接続されるシリンダ接続口５２と、プラグ５４により封鎖されている閉鎖接続口５３と、を有している。そして、通孔５５が第２操作室４７と上流側接続口５１とを連通するように第２分割体４３に形成されている。また、通孔５６がシリンダ接続口５２と閉鎖接続口５３とを連通するように第２分割体４３に形成されている。

第２分割体４３の内部には、弁室５７が形成されている。そして、この弁室５７は、通孔５８を介して一次側接続口５０に連通し、通孔５９を介してシリンダ接続口５２と閉鎖接続口５３とを連通する通孔５６に連通している。弁室５７には、ばね６０の付勢力により通孔５９の開口縁部の弁座６１に着座する弁体６２が設けられている。

ケース６３は、有底円筒状をなし、開口を第１分割体４２に向けて、第１分割体４２に締着固定されている。そして、ピストン６４が第１分割体４２のケース６３側に凹設された凹部６５に摺動自在に配設されている。また、ばね受け６６がケース６３内にピストン６４に対向して配設され、ばね６７がピストン６４とばね受け６６との間に縮設されている。そして、調整ネジ６８がケース６３の頭部に螺着され、調整ネジ６８の先端がばね受け６６を押圧してばね圧を調整する。この調整ネジ６８はナット６９により固定されている。

第１シャフト７０が、一端をフラム押さえ４４に固着され、第１分割体４２を挿通してその先端をピストン６４に当接するように配設されている。また、第２シャフト７１が、一端を弁体６２に固着され、通孔５９内を通り、第２分割体４３を挿通してその先端をフラム押さえ４４に当接するように配設されている。なお、第１シャフト７０の第１分割体４２の挿通部には、Ｏリングが介装され、流体の漏出が防止されているとともに、第１シャフト７０が摺動自在となっている。また、第２シャフト７１の第２分割体４３の挿通部には、微小な隙間が形成され、第２シャフト７１が軸方向に移動可能になっている。

このように構成された調圧パイロット弁４０では、調整ネジ６８により調整されたばね圧がピストン６４および第１シャフト７０を介してフラム４５を図４中下方に押圧するように作用する。この調整ネジ６８により圧力Ｐ２と圧力Ｐ３との差圧αが設定されることができる。また、第１操作室４６内の圧力がフラム４５を図４中下方に押圧するように作用する。一方、第２操作室４７内の圧力がフラムを図４中上方に押圧するように作用する。

そして、第１操作室４６には、配管１８を介して圧力Ｐ３のオリフィスＳの下流側Ｋ２である消火用水が供給され、第２操作室４７には、配管１６を介して圧力Ｐ２のオリフィスＳの上流側Ｋ１にある消火用水が供給される。

そこで、Ｐ２−Ｐ３＝αと設計されている。例えば、α＝０．０５ＭＰａとしている。

つぎに、このように構成された制御弁１００の動作について説明する。

まず、モータバルブ１１が作動すると、一次側流路の配管８内の消火用水が、配管１５を介して調圧パイロット弁４０の一次側接続口５０から弁室５７内に流入する。このとき、弁本体２０が閉弁されているので、消火用水が二次側流路の配管９内に流入していない。やがて弁室５７内の圧力が高くなり、弁体６２が押し下げれ、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２とが連通される。これにより、消火用水は、配管１７を介して弁本体２０の流入出口３９から作動室２５ｂ内に流入する。そして、消火用水が作動室２５ｂ内に充満されると、ピストン３５が上昇され、主弁２７が弁座２６から離反され、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が開放される。そこで、消火用水が一次側流路の配管８から弁本体２０を通って二次側流路の配管９に流入し、二次側流路の配管９内の消火用水圧力が上昇する。この場合、オリフィスＳの絞り効果で、オリフィスＳの上流側Ｋ１の圧力Ｐ２は所定値（ここで０．０５ＭＰａ）に達し、配管１６を介して第２操作室４７の圧力は一定となり、主弁２７は初期開放となっている。このとき、オリフィスＳでの差圧はΔＰ＝０．０５ＭＰａと設定されていたため、Ｐ２−Ｐ３＝０．０５ＭＰａになる。そして、オリフィスＳの下流側Ｋ２に完全に充水されるまでは、圧力Ｐ３は流水による配管摩擦損失や静水頭程度の値を有するが、殆ど０に近いので、主弁２７は全開となることなく、このままの開度を維持して、過流防止の状態になっている（図５）。

次に、オリフィスＳの下流側Ｋ２の充水が完了すると、圧力Ｐ３は急激に上昇し、この圧力上昇は配管１８を介して第１操作室４６に伝わり、第１操作室４６の圧力も急増する。そうすると、弁体６２が押し下げられ、一次側接続口５０からシリンダ接続口５２に流れる消火用水が増え、一次側流路の配管８から二次側流路の配管９に流れる消火用水も増える。ところでこのとき調圧パイロット弁４０は圧力Ｐ２を圧力Ｐ３より０．０５ＭＰａ高くするように維持調整するため、圧力Ｐ３の上昇につれ圧力Ｐ２も上昇する。圧力Ｐ２の上昇で第２操作室４７の圧力が上昇し、弁体６２が押上げられ、これにより一次側接続口５０からシリンダ接続口５２に流れる消火用水の増加量が抑えられ、一次側流路の配管８から二次側流路の配管９に流れる消火用水の増加量も抑えられる。上記の動作が繰り返され、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ３に対してαだけ大きい圧力に調整され、消火用水が一次側流路の配管８から二次側流路の配管９にスムーズに流れる。（図６）。

やがて上流側Ｋ１の圧力Ｐ２は所定の最高圧力（ここで１．０ＭＰａ）に達して、それ以上は上昇しない。この間、主弁２７が一定のスピードで全開まで開いて、二次側流路の配管９内に過流による水撃が発生しない（図７）。

このように、この実施の形態１によれば、二次側流路の配管９に設置された絞り口Ｓは、二次側流路に圧力差、つまり絞り口Ｓの上流側Ｋ１と下流側Ｋ２に差圧を発生させ、そしてこの差圧を制御手段で調節し、過流状態に至らないように制御弁１００の主弁２７の開度をコントロールする。これにより、絞り口Ｓの下流側Ｋ２が充水完了するまでは制御弁１００の主弁２７が全開しないので、一次側流路の配管８内の高圧消火用水が、二次側流路の配管９内を高速で圧送されることはない。そして、絞り口Ｓの下流側Ｋ２が充水完了し、放水が開始された段階では、絞り口Ｓの圧力差が制御手段により小さく保持されているため、制御弁１００の主弁２７がスムーズに全開となり、消火設備のノズルや配管等内に過流による水撃は発生しない、という効果が得られる。

また、上記制御手段は、調圧パイロット弁４０のことで、具体的に、この調圧パイロット弁４０は、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２とを仕切り弁座６１に対して接離可能に配設された弁体６２と、軸方向を弁座６１に対する上記弁体６２の接離方向とする操作室と、上記操作室内に上記軸方向に変位可能に配設されるとともに、該操作室内を上記軸方向に圧力Ｐ３が導入される第１操作室４６と圧力Ｐ２が導入される第２操作室４７とに画成する仕切り部材としてのフラム４５と、このフラム４５に圧力を上記軸方向に付勢する付勢手段としてのばね６７と、上記フラム４５の上記軸方向の変位を上記弁体６２に伝達して該弁体６２を上記弁座６１に対して接離させる動力伝達部材としての第１シャフト７０および第２シャフト７１と、を備えている。そして、この調圧パイロット弁４０は、オリフィスＳの下流側Ｋ２の圧力Ｐ３を感知し、上流側Ｋ１の圧力Ｐ２を、圧力Ｐ３より一定の差圧αで高くするように調圧している。そこで、圧力Ｐ３が変動しても、圧力Ｐ２が圧力Ｐ３の変動に追従して変動し、差圧が一定となるので、主弁２７の全開までの動作はスムーズに行われ、消火設備のノズルや配管等内に過流による水撃は発生しない。

また、絞り口は例えばオリフィスのような安価のものを使えばよく、制御弁の本体に複雑の構造は不要で、制御弁装置の設備コストは低減できる。

実施形態１に係わる制御弁１００実施形態１に係わる弁本体２０の閉弁状態実施形態１に係わる弁本体２０の開弁状態実施形態１に係わる調圧パイロット弁４０の断面図制御弁１００が開放し始め状態制御弁１００が半開状態制御弁１００が全開状態

符号の説明

８一次側流路の配管
９二次側流路の配管
１１モータバルブ
１５配管
１６配管
１７配管
１８配管
２０弁本体
４０調圧パイロット弁
Ｋ１上流側
Ｋ２下流側
Ｓオリフィス
１００制御弁

Claims

一次側流路と二次側流路とを仕切る弁座に対して接離可能に配設された加圧流体が供給されると開放される主弁を有し、該主弁の開度を変化させて、該一次側流路から該二次側流路に流れる流体の流量を調整する制御弁において、
上記主弁に上記加圧流体として一次側流路の消火用水を供給して上記主弁を起動するモーターバルブと、
上記二次側流路に絞り口としてのオリフィスを設け、
該オリフィスの上流側の圧力が該オリフィスの下流側の圧力に対して所定値だけ大きい圧力になるように上記主弁の初期開放から全開まで上記加圧流体の供給を調整して上記主弁の開度を制御する調圧パイロット弁を備え、上記オリフィスの下流側が充水完了するまで主弁を全開させないことを特徴とする制御弁。