JPH0211095B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は水撃現象解析装置、さらに詳しくは、
給水管上に配設された弁の閉鎖時に生じる水撃現
象を過渡的に測定できるようにした、かつ各種弁
の水撃現象をシニユレートできるようにした水撃
現象解析装置に関するものである。

［背景技術］ 一般に給水管上に配設された弁を閉じると給水
管内に粗密波が生じ、そのため給水管内で振動が
生じるという水撃現象が生じるものであつて、こ
の水撃現象によつて発生する振動は弁に用いられ
た弁体の形状や弁の閉鎖速度に応じて様々な形態
となる。いま所定の流量の下で弁を閉鎖し、給水
管内の最大圧力振幅（以下水撃値と呼称する）が
所定値を超えない状態で全開放状態から全閉鎖状
態に至るまでの時間が最小となるときの弁の開口
率の時間変化（以下閉鎖モードと呼称する）と、
水撃現象により発生する振動とは相関関係を有し
ており、その相関関係が知られていれば、振動の
形態を計測することにより水撃現象を発生させて
いる弁が未知のものであつても閉鎖モードを推定
できるものである。

ところで、従来は水撃現象の計測方法として日
本水道協会が推奨する試験方法があり、これは第
８図に示すように、圧力タンク１に調節弁２を介
して給水管３の一端部が接続され、この給水管３
の他端部にブルドン管圧力計２１を配設して給水
管３内での水圧を測定するとともに、被試験用の
弁２２を接続していたものであつて、ブルドン管
圧力計２１によつて水撃現象が発生したときの水
圧の変化を観測するものである。しかしながら、
水撃現象は過渡現象であつて、ブルドン管圧力計
２１のように比較的大きな慣性を有している圧力
計ではその現象を正確に捉えることができないも
のである。また、この測定方法では水撃現象の時
間的変化を表示できないものであるから、上記し
た閉鎖モードを推定するといつた目的には利用で
きないものである。さらに、この測定方法におい
ては、閉鎖モードと振動の形態とを観測するとき
に、各閉鎖モードの計測を行なうたびにそれぞれ
形状の異なる弁２２を用意する必要があり、弁２
２の作成が面倒であるという問題がある。このた
め、第９図に示すように、モータ２６の出力軸２
７にカム２８を連結し、このカム２８に弁２２の
開閉軸２３に連結したアーム２９を当接させるこ
とにより、弁２２の閉鎖速度や回転角度を調節し
て各閉鎖モードをシミユレートする装置が考えら
れるが、これもカム２８を多数用意する必要があ
り、カム２８の作成が面倒であるという問題があ
る。また、上述の弁２２を交換する装置やカム２
８を交換する装置では所望の閉鎖モードとなるよ
うな形状の弁２２、またはカム２８を作成するこ
とが困難であつて、閉鎖モードの微調整ができな
いものである。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであつ
て、その主な目的とするところは、水撃現象の過
渡特性を正確に表示できる水撃現象解析装置を提
供することにあり、他の目的とするところは、弁
の交換やカムの交換を行なわずに所望の閉鎖モー
ドがシミユレートできるようにした水撃現象解析
装置を提供することにある。

［発明の開示］ 本発明においては、給水管上で弁よりも上流に
配設され給水管内の圧力を検出する圧電トランス
デユーサと、圧電トランスデユーサの出力信号を
一旦記憶し表示するトランジエントレコーダとを
具備することにより、水撃現象を過渡的に測定で
きるようにするとともに、弁の開閉軸に連結され
回転に伴なつて弁の開口量を調節するステツピン
グモータと、ステツピングモータを駆動するモー
タドライバ部と、モータドライバ部に所定の制御
パルスを送出してステツピングモータの回転方向
と回転速度と回転角度とを制御するパルス高速制
御部と、パルス作成用のデータ信号を作成しデー
タ信号をパルス高速制御装置に印加する演算制御
部と、データ信号作成用の各種データを記憶する
記憶部とを設けることにより、弁やカムの交換を
せずに各種の閉鎖モードがシミユレートでき、且
つその閉鎖モードが微調節できる水撃現象解析装
置が開示される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図に示すように、圧力タンク１の下端部
に調節弁２を介して給水管３が連結される。圧力
タンク１の上部はレギユレータ４を設けた送気管
５を介してコンプレツサ６に接続されており、圧
力タンク１内の水には圧力が加えられている。圧
力タンク１には逆止弁７を設けた送水管８を通し
て水が連続供給されている。図中９はエアゲー
ジ、１０は水位計、１１はオバーフロー管、１２
はドレインである。

給水管３の先端部には圧電トランスデユーサ２
０が配設されており、この圧電トランスデユーサ
２０からは給水管３内部の水圧に対応した電気的
出力が送出される。また圧電トランスデユーサ２
０の下流側にはブルドン管圧力計２１が配設され
る。さらに給水管３の出口には閉鎖モード観測用
の標準弁２２ａと水撃現象を観測する未知の試料
弁とのいずれか一方の弁２２が接続される。弁２
２は第２図に示すように、その開閉軸２３がステ
ツピング２４の出力軸と接続されており、ステツ
ピングモータ２４の回転角度に応じて開口率が変
化するようになつている。標準弁２２ａを給水管
３に接続した場合には、ステツピングモータ２４
の回転を制御することにより、水撃値が所定値以
下の下で開口率の時間変化、すなわち閉鎖モード
を様々に変化させることができるものである。標
準弁２２ａの開口形状はもつとも簡単なものでよ
く、たとえば開口断面を円形にすれば作成が容易
となるものである。ここで、圧力タンク１から圧
電トランスデユーサ２０までの距離は10ｍ、圧電
トランスデユーサ２０から弁２２までの距離は１
ｍに設定され日本水道協会の測定基準に合致させ
ている。

圧電トランスデユーサ２０の出力信号は直流ア
ンプ３０を介して増幅され、トランジエントレコ
ーダ３１に印加される。トランジエントレコーダ
３１は陰極線管のような表示装置を有しており、
入力信号の時間変化を表示装置上で表示する。ま
た、入力信号を一旦記憶することもできるから、
先に観察された入力信号と後から観測された入力
信号とを同時に表示装置上に表示して比較できる
ようになつている。このようにして給水管３内の
水圧の時間変化を表示装置から読み取ることがで
きるものである。トランジエントレコーダ３１に
はＸ−Ｙレコーダ３２が接続されており、トラン
ジエントレコーダ３１の表示装置に表示された観
測結果がＸ−Ｙレコーダ３２によつてハードコピ
ーとして出力されるようになつている。

一方、弁２２の開閉軸２３に連結されたステツ
ピングモータ２４は演算制御部４１、パルス高速
制御部４２、モータドライバ部４３などから構成
されたモータ制御回路部４０に接続される。演算
制御部４１にはフロツピデイスクのように記憶部
４４、キーボード４５、陰極線管のような表示部
４６、およびプリンタ４７が接続される。演算制
御部４１では弁２２を閉鎖するときに所望の閉鎖
モードが得られるようにステツピングモータ２４
の回転速度、回転角度、回転方向を制御するため
のデータ信号が作成されるのであり、その設定値
に応じた閉鎖モードが表示部４６に表示されるよ
うになつている。すなわち、演算制御部４１では
ステツピングモータ２４を単位角度回転させるに
要する時間をその位置角度に応じて設定できるも
のであり、その設定状態、すなわち閉鎖モードが
横軸を時間とし、縦軸を位置角度とした状態で表
示部４６に表示されるのである。各閉鎖モードに
応じたデータは予めキーボード４５から入力され
て記憶部４４に記憶されており、キーボード４５
によつて所望の閉鎖モードを選択すると自動的に
その閉鎖モードに対応するデータが記憶部４４か
ら演算制御部４１に読み込まれデータ信号が作成
されるようになつている。演算制御部４１ではこ
のように、データを入力する状態と、閉鎖モード
に応じたデータ信号の送出とを行なう状態の他
に、単発パルスを送出させるデータ信号を送出す
る状態と、実際に閉鎖モード観測用のデータ信号
を送出する前に標準弁の始動位置や停止位置など
を調節するための調節状態とが設定できるように
なつている。単発パルスを送出する状態では、ス
テツピングモータ２４を単位角度ずつ正転または
逆転させることができるようになつており、単発
パルスによつてステツピングモータ２４を回転さ
せたときには、送出した単発パルスの数が表示部
４６に表示される。このようにして、単発パルス
を送出しながらブルドン管圧力計２１などによつ
て給水管３内の圧力変化を観測すれば、弁２２の
全開放状態におけるステツピングモータ２４の位
置角度と弁の全閉鎖状態におけるステツピングモ
ータ２４の位置角度とを求めることができるもの
である。演算制御部４１を調節状態としたときに
は上述のようにして求めた弁２２の全開放状態に
おけるステツピングモータ２４の位置角度を始動
位置とし、弁２２の全閉鎖状態でステツピングモ
ータ２４が停止するように始動開始角度や全回転
量を調節できるようになつており、またそのよう
にして設定された始動開始角度や全回転量が弁２
２に対応するものであることを確認するために、
ステツピングモータ２４を一定速度でゆつくりと
回転させることができるようになつている。

パルス高速制御部４２では演算制御部４１から
送出されたデータ信号に基づいてステツピングモ
ータ２４を制御する制御パルスを作成する。すな
わち、データ信号に基づいてステツピングモータ
２４を回転させるための所定のパルス巾と極性と
を有したパルスを所定数送出するものであり、こ
れがモータドライバ部４３でモータ制御用の所定
形式の信号に整えられてステツピングモータ２４
に印加される。このようにして、ステツピングモ
ータ２４は演算制御部４１で設定された所定の閉
鎖モードに応じて回転するものであり、弁２２と
して標準弁２２ａを給水管３に接続した状態で所
望の閉鎖モードが実現できるものである。パルス
高速制御部４２はデータ信号が印加されてステツ
ピングモータ２４の回転を開始する制御パルスを
送出するときに同時にスタート信号を送出するも
のであり、このスタート信号はトリガー回路５０
を介してトランジエントレコーダ３１に印加さ
れ、ステツピングモータ２４の回転が開始される
と同時にトランジエントレコーダ３１が始動する
ようにしている。このようにして、弁２２の動作
が開始されると同時にトランジエントレコーダ３
１により給水管３内の圧力変化が表示され、弁２
２が閉鎖されたときに生じる水撃現象が観測され
るようになつている。

以上のようにして構成された装置を用いて各種
閉鎖モードに対応する水撃現象を観測するには、
まず、弁２２として標準弁２２ａを給水管３に接
続した状態で、単発パルスを送出してステツピン
グモータ２４の始動位置角度と停止位置角度とを
求める。次に演算制御部４１を調節状態とし、ス
テツピングモータ２４をゆつくりと一定速度で回
転させ、標準弁２２ａが全開放状態から始動し、
全閉鎖状態で停止することを確認する。さらに、
表示部４６を見ながら所望の閉鎖モードを選択
し、その閉鎖モードに対応するデータ信号を演算
制御部４１から送出して標準弁２２ａが所望の閉
鎖モードで閉鎖されるようにステツピングモータ
２４を回転させる。ステツピングモータ２４が回
転を開始すると同時にトランジエントレコーダ３
１が始動して給水管３内の水圧の時間変化、すな
わち水撃現象が観測されるのである。ここでＸ−
Ｙレコーダ３２を同時に作動させれば、給水管３
内の水圧の時間変化がハードコピーとして出力さ
れる。このようにして、標準弁２２ａを用いて各
種閉鎖モードにおける水撃現象がシミユレートで
きるものである。第３図ないし第７図に各種閉鎖
モードにおける給水管３内の水圧の変動状態の例
を示す。一方、未知の試料弁の閉鎖モードを推定
する場合には、まず弁２２として試料弁を給水管
３に接続し、標準弁２２ａの場合と同様に、単発
パルスでステツピングモータ２４を駆動して試料
弁の全開放状態における位置角度と、試料弁の全
閉鎖状態における位置角度とを求める。次に、演
算制御部４１を調節状態として、試料弁が設定さ
れた位置角度で全開放状態から全閉鎖状態まで移
動することを確認する。さらに、所定の水撃値以
下の下で、試料弁を全開放状態から全閉鎖状態ま
で最小の時間で試料弁を動作させ、このときの給
水管３内の水圧の時間変化をトランジエントレコ
ーダ３１で観測する。このようにして観測された
観測値はトランジエントレコーダ３１内に一旦記
憶される。次に弁２２として標準弁２２ａを用い
て閉鎖モードを様々に変化させ、そのときの水撃
現象をトランジエントレコーダ３１で観測し、先
に記憶させた試料弁の水撃現象と比較する。ここ
でトライアンドエラーによつてもつとも近似する
水撃現象が観測されたときに、演算制御部４１に
接続された表示部４６に表示されている閉鎖モー
ドをその未知の試料弁の閉鎖モードと推定するこ
とができるものである。試料弁の水撃現象を観測
した時点で弁の作動と圧力変化のタイムラグや弁
の始動から閉鎖までの時間といつた因子は観測さ
れているから、標準弁２２ａによつて試料弁に近
似した閉鎖モードを設定する際にこれらの因子は
そのまま利用できるものである。また演算制御部
４１では閉鎖モードを部分的に修正することが可
能となつている。試料弁の閉鎖モードを推定する
際には予め標準弁２２ａを用いてＸ−Ｙレコーダ
３２の出力結果の中から試料弁による水撃現象と
近似するものを選んで、その閉鎖モードを再現し
てもよく、この場合にはさらに精度が必要であれ
ば、閉鎖モードを修正しながら上述した方法でよ
り近似した水撃現象となる閉鎖モードをトライア
ンドエラーで探すこともできるものである。さら
に、記憶部４４に記憶された各種データの中の圧
力変化のタイムラグや弁の始動から閉鎖までの時
間といつた各種因子と、トランジエントレコーダ
３１の出力結果含まれる各種因子とを、第１図破
線で示すように判定部５１で比較し、もつとも近
似する閉鎖モードを記憶部４４のデータ中から自
動的に選択し、これを表示部４６またはプリンタ
４７に出力することもできるものである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、給水管上で弁よりも上
流に配設され給水管内の圧力を検出する圧電トラ
ンスデユーサと、圧電トランスデユーサの出力信
号を一旦記憶し表示するトランジエントレコーダ
とを具備しているので、水撃現象を過渡的に測定
できるという利点を有する。また、弁の開閉軸に
連結され回転に伴なつて弁の開口量を調節するス
テツピングモータと、ステツピングモータを駆動
するモータドライバ部と、モータドライバ部に所
定の制御パルスを送出してステツピングモータの
回転方向と回転速度と回転角度とを制御するパル
ス高速制御部と、パルス作成用のデータ信号を作
成しデータ信号をパルス高速制御装置に印加する
演算制御部と、データ信号作成用の各種データを
記憶する記憶部とを設けているので、弁やカムの
交換をせずに各種の閉鎖モードがシミユレートで
き、且つその閉鎖モードが微調節できるという利
点を有する。その結果、各種閉鎖モードにおける
水撃現象を観測して未知の弁の水撃現象にもつと
も近似する水撃現象をシミユレートすることがで
き、それによつて、未知の弁の閉鎖モードを推定
することができるという利点を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は同上に使用する標準弁の分解斜視図、第３図
ないし第７図は閉鎖モードと水撃現象との対応関
係の例を示す動作説明図、第８図は従来例を示す
構成図、第９図は従来例において使用した弁の駆
動装置を示す斜視図である。 ３は給水管、２０は圧電トランスデユーサ、２
２は弁、２３は開閉軸、２４はステツピングモー
タ、３１はトランジエントレコーダ、４１は演算
制御部、４２はパルス高速制御部、４３はモータ
ドライバ部、４４は記憶部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 給水管上に配設された弁と、弁の開閉軸に連
   結され回転に伴なつて弁の開口量を調節するステ
   ツピングモータと、給水管上で弁よりも上流に配
   設され給水管内の圧力を検出する圧電トランスデ
   ユーサと、圧電トランスデユーサの出力信号を一
   旦記憶し表示するトランジエントレコーダと、ス
   テツピングモータを駆動するモータドライバ部
   と、モータドライバ部に所定の制御パルスを送出
   してステツピングモータの回転方向と回転速度と
   回転角度とを制御するパルス高速制御部と、制御
   パルス作成用のデータ信号を作成しデータ信号を
   パルス高速制御装置に印加する演算制御部と、デ
   ータ信号作成用の各種データを記憶する記憶部と
   を具備して成ることを特徴とする水撃現象解析装
   置。