JPH0647197Y2 - 空気弁による管路水撃防止装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、揚水管路内での水柱分離による水撃現象の発
生原因となる負圧の発生を防止する装置に関し、特に、
空気弁を本管に設けた管路水撃防止装置に関する。

〔従来の技術〕

配管状態が起伏の多い長い管路で構成される揚水装置系
では、不測の停電などでポンプへの入力が急に絶たれる
とその管路内に負圧が生じ、その負圧が管内水の飽和蒸
気圧以下になって水柱分離を起こすことがあり、そのと
きは、通常、該分離した水柱がやがてその慣性を失い、
一旦停止した後押し戻されて再結合する時、激しい水撃
を生じて管路破壊の原因ともなることはよく知られてい
る。

上記のような管路での負圧を減少させて水柱の分離を防
ぐには、フライホールを付加してポンプの慣性効果を変
えるか、或は、調圧水槽（ワンウェイサージタンク）や
圧力タンクを設置するなどして管路の条件を変えるしか
方法がないとされているが、これらは、余分な動力を必
要としたり、或は、大きな負圧には対応できなかった
り、また装置が大型化して設置スペースが広くなるとい
う欠点があった。

上記のような欠点に対処するために、従来問題視されて
きた、一旦分離した水柱が再結合するときに生ずる水撃
作用の防止対策に対し、管路内における水柱分離の発生
を積極的に容認するようにした揚水装置が既に提案され
ている（特開昭48-83401号公報参照）。

このものは、水柱の分離箇所の上流側管路内の水柱部分
に、その吐出方向流れの速さが零になるときには弁開度
もほぼ零になるようにした逆流阻止弁装置を介在させ、
その下流側管路内の水柱部分については、該水柱部分に
その吐出方向流れの速さが零となるとき通路面積が適当
に小さくなるようにした逆流阻止弁装置を介在させた
り、該水柱の分離箇所の適所に適当な吸排気弁装置を設
けたりなどして、該水柱分離箇所下流側の水柱の逆流作
用を制御するようにしている。

上記吸排気弁装置は、浮子と連動する弁（浮子弁）によ
って、揚水管路に連通した吸排気口を開閉するようにな
っており、又は、吸気弁の吸気通路面積に比べて、排気
弁の排気通路面積が適当に小さくなるように構成した弁
からなっている。そして該後者の弁においては、ポンプ
の急停止等によって生じた水柱分離により、管路内に負
圧が生じると、通路面積を大きくした吸気弁が開いて外
気圧に近い圧力の空気を吸入し、続いて管内水柱が慣性
を失って一旦停止した後、そのまま逆流に転じて管路内
を押し返して来る水柱により、上記吸気弁を閉じ、該吸
気弁によって吸入された管路内の空気は圧縮されつつ、
通路面積の小さい浮子弁から押し出されるので、さした
る圧力上昇は生じないようになっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記した従来提案されたものにおいて、浮子弁によって
揚水管路に連通した吸排気口を開閉するようにしたもの
では、吸気作用と排気作用を同一の弁で行なっているの
で吸気抵抗と排気抵抗とに差がなく、そのため、ポンプ
の急停止時、管路内に生じた負圧に基づき吸入した管内
空気が、逆流により排気し終った時点で水柱の再結合に
よる異常な圧力上昇を生じることがある。この現象は、
後記する第５図にも示されている。

また、吸気弁の吸気通路面積に比べて排気弁の排気通路
面積を適当に小さくなるように構成したものでは、管路
内に生じた負圧に基づき吸入した管内空気は排気しにく
くなっているが、管路の状態に応じて総べてに対応でき
るようになっていないという問題点があった。

本考案は、上記した問題点を解決し、設置スペースが小
さくて済む空気弁によって、あらゆる場合において負圧
対策が可能な管路水撃防止装置を提供することを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本考案は、負圧の発生を
防止する空気弁を管路本管に設けた管路水撃防止装置に
おいて、空気弁と本管とを連通する接続導管に、該空気
弁より本管への空気の流れを許容し逆方向の流れを阻止
する逆止弁を設けると共に、該逆止弁を迂回するバイパ
ス管を設け、本管への接続導管上の吸気抵抗値に対して
本管からのバイパス管路上の排気抵抗値を大きくしたこ
とを特徴とし、上記バイパス管の口径又は内部に設けら
れたオリフィスの径によって排気抵抗値が変化可能にな
っている。

また、本管上端部及び該上端部より下方にそれぞれ空気
弁を設け、上端部に設けた空気弁の口径を、下方に設け
た空気弁の口径より小さくし、また、本管上端部に接続
される空気弁の吸・排気抵抗値を、該本管の下方に接続
される空気弁の吸・排気抵抗値より大きくしたことを特
徴としている。

〔作用〕

本考案は、上記のように構成されているので、ポンプが
始動し揚水が開始されたときには、空気弁は、管内に溜
った空気の排気弁としても働くからやがて安定した揚水
状態に達する。

次に揚水運転中、不時の停電等によりポンプへの入力が
急に断たれたときには、それ以後、管路内水柱は配管の
状況等によって部分的に異った慣性運動を行なうから、
管路内には各所で圧力の変化が現われる。例えば、配管
が長く、該管路の高低差が大きいと、その山伏部付近の
管内が負圧となることがある。

上記のように、管路内水柱の慣性運動によって管路内に
負圧が発生すると、管路本管に設けられた空気弁より、
吸気抵抗の少ない接続導管上の逆止弁を経て、本管内に
外気圧に近い圧力の空気を吸入する。これにより、該本
管内には負圧の発生が防止される。

次いで、本管内の水柱が慣性を失って一旦停止した後、
そのまま逆流に転ずると、本管内を押し返してくる水柱
によって又は排出されようとする空気の流れによって、
上記逆止弁は閉じ、上記のように本管内に吸入された空
気は、バイパス管を経て空気弁から外気へ押し出される
が、このとき、該バイパス管の口径又は該バイパス管に
設けられたオリフィスの径による抵抗を受けるので、本
管内に吸入された上記空気が管内でクッションの働きを
して、且つ本管内の流速変化を遅くできるために、空気
弁のフロートが上昇した際の流速変化も小さく、一旦分
離された水柱の逆流による再結合時に発生する圧力上昇
値を押えることが可能となる。

また、本管上端部に口径を小さくするなど、吸・排気抵
抗値を大きくした空気弁を、また該上端部より下方に口
径を大きくするなど吸・排気抵抗値を小さくした空気弁
をそれぞれ設けたものでは、管内水柱の慣性運動によっ
て本管内に負圧が発生すると、本管上端部及び下方部の
両方の空気弁より外気を本管内に吸入し、また逆流に転
じたあとの排気時には、水位が下方に設置した空気弁よ
り低い場合は、上端部と下方部の２ケ所の空気弁より排
気し、水位が下方空気弁より上ると、排気抵抗の大きい
上端部空気弁のみで排気し、排気終了時の圧力上昇値を
抑えることが可能となる。またこの際、下方空気弁動作
時の圧力上昇は、下方空気弁上部の空気がクッションと
なり、圧力上昇値を抑えることが可能となる。

上記の作用は、本管上端部に接続される空気弁の吸・排
気抵抗値を、下方に接続される空気弁の吸・排気抵抗値
より大きくした場合も、排気時にほぼ同様に行われる。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本考案の第１実施例を示す説明図である。

図において、管路を構成する本管１に、浮子2aを内蔵し
た空気弁２が接続導管３を介して取付けられており、該
導管３には、本管１に向って開くが逆方向には閉じる逆
止弁４が取付けられ、更に該逆止弁４を迂回するように
バイパス管５が該導管３に取付けられている。また、該
バイパス管５には、オリフィスプレート６が取付けられ
ている。

上記のように構成されているので、空気弁２より導管３
を経て本管１内へ吸気される時の吸気抵抗値に対して、
本管１より、バイパス管５を経て空気弁２より外気へ排
気される時の排気抵抗値は大きく、また、排気抵抗値
は、上記バイパス管５の口径又はオリフィスプレート６
の径によって任意に変化できるようになっている。

次に、作用について説明すると、揚水運転中、不時の停
電時によりポンプへの入力が急に断たれたときには、そ
れ以後、管路内水柱は配管の状況等によって部分的に異
った慣性運動を行なうから、管路内には各所で圧力の変
化が現われる。そして管路内水柱の慣性運動によって管
路内に負圧が発生すると、該管路に相当する本管１に設
けられた空気弁２より、吸気抵抗の少ない逆止弁４を経
て、本管１内に外気圧に近い圧力の空気を吸入する。こ
れにより、該本管１内には負圧（真空）の発生が防止
（回避）される。

次いで、本管１内の水柱が慣性を失って一旦停止した
後、そのまま逆流に転ずると、本管１内を押し返してく
る水柱、又は排出されようとする空気の流れによって、
上記逆止弁４は閉じ、上記のように本管１内に吸入され
た空気は、バイパス管５を経て空気弁２から外気へ押し
出されるが、この時、該バイパス管５の口径又はオリフ
ィスプレート６の径によって設定される抵抗を受けるの
で、本管１内に吸入された上記空気が本管１内でクッシ
ョンの働きをして、且つ本管より排出される速度変化は
遅くなり、空気弁のフロートが上昇した際の流速変化も
小さく、一旦分離された水柱が逆流により再結合する時
に発生する圧力上昇値を押えることが可能となる。

第４図及び第５図は、上記の作用（現象）を表わす線図
であって、縦軸に圧力（ｍ）と排気量（m³／秒）をと
り、横軸に時間（秒）をとって示した空気弁部排気量と
本管圧力上昇値との関係を示しており、第４図は、逆止
弁及びバイパス管を設けた場合（本考案のもの）を示
し、第５図は、逆止弁及びバイパス管を設けない場合
（前記した空気弁を設けた従来例）を示している。上記
第４図より明らかなように、空気弁と本管の間に逆止弁
とバイパス管を設置すれば、圧力上昇値を抑えることが
可能であることが分かる。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、本考案の第２実施例を示す
説明図であって、同図（ａ）は同図（ｂ）のII-II線の
断面図、同図（ｂ）は使用状態を示す説明用側面図であ
る。

この実施例では、管路本管１の上端部に空気弁11を、ま
た該上端部より下方に空気弁12をそれぞれ設け、空気弁
11の吸排気口の口径を、空気弁12の口径より小さく形成
している。

この実施例によれば、管内水柱の慣性運動によって本管
１内に負圧が発生すると、両空気弁11,12より外気を本
管１内に吸入し、次いで逆流に転じたあとの排気時に
は、水位が下方の空気弁12より低い場合は、両空気弁1
1,12より排気し、水位が同図（ｂ）のａ線のように下方
の空気弁12より上ると、口径の小さい上端部空気弁11の
みで排気し、排気終了時の圧力上昇値を抑えることが可
能となる。また、この際、下方空気弁12の動作（閉鎖）
時の圧力上昇は、該下方空気弁12上部の空気ｂがクッシ
ョンとなって圧力上昇値を抑える作用をする。

なお、該実施例において、空気弁11及び12の口径の異に
した構造について説明したが、これらの空気弁と本管１
とを連結する導管の内径を、空気弁11の方を小さくし、
又は、該導管内部にオリフィス等の抵抗体を設けて、吸
・排気抵抗値を空気弁11の方を大きくするようにしても
よい。

第３図は、本考案の第３実施例を示す説明図であって、
図中、第１図に記載した符号と同一の符号は同一ないし
同類部分を示すものとする。

この実施例は、上記した第１実施例と第２実施例とを複
合したものであって、本管１と空気弁２とを接続する導
管23を、本管１の下方の取出口23aに取付け、また、該
本管１の上端部と空気弁２の下方とをバイパス管25によ
って接続し、該バイパス管にはオリフィスプレート６が
取付けられている。

この実施例によれば、管路内水柱の慣性運動によって管
路内に負圧が発生すると、空気弁２より、吸気抵抗の少
ない接続導管23を経て、本管１内に外気圧に近い圧力の
空気を吸入し、次いで、逆流に転じたあとの排気時に
は、水位が該接続導管23の取出口23aより低い場合は、
上記吸入された空気は空気弁２より排気し、水位が上記
取出口23aより上ると、バイパス管25を経て空気弁２か
ら外気へ押し出されるが、この時、該バイパス管25の口
径又はオリフィスプレート６の径によって設定される抵
抗を受けるので、排気終了時の圧力上昇値を抑えること
が可能となる。また、この際、取出口23aが逆流水で閉
鎖されたあとの圧力上昇は、該取出口23aより上部の空
気がクッションとなって圧力上昇値を抑える作用をする
ことは第２実施例と同様である。

なお、上記した第１及び第３実施例において、バイパス
管5,25内にオリフィスプレート６を取付けた構造につい
て説明したが、該オリフィスにはプレート形以外のもの
でもよいことはいうまでもない。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、次のような効果
が奏される。即ち、管内水柱の慣性運動によって本管内
に負圧が発生する吸気時には、吸気抵抗の小さい導管又
は空気弁開口を経て本管内に外気圧に近い圧力を吸入す
るので、負圧の発生が速やかに防止でき、次いで逆流に
転じたあとの排気時には、排気抵抗の大きいバイパス管
又は空気弁開口を経て排気するので、排気終了時の圧力
上昇値を抑えることが可能となるばかりでなく、該排気
時において、バイパス管の口径又はオリフィス径を変化
させて排気抵抗値を変化させることにより、簡単な構成
により、あらゆる場合に対処した負圧対策が可能とな
る。

また、本管の上端部及び下方部を空気弁を介して外気と
連通させるようにしたものでは、排気時、下方の連通部
が逆流により閉鎖された後の圧力上昇が、該下方連通部
より上部の本管内空気がクッションとなって圧力上昇値
を抑えることが可能となり、設置スペースが小さくて済
む空気弁により、管路水撃を確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図（ａ）（ｂ）及び第３図は本考案の第
１、第２及び第３の各実施例を示す説明図、第４図及び
第５図は、空気弁部排気量と本管圧力上昇値との関係を
示す線図で、第４図は本考案を、また第５図は従来例を
示す。 １……本管、2,11,12……空気弁、3,23……接続導管、
４……逆止弁、5,25……バイパス管、６……オリフィス
プレート。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】負圧の発生を防止する空気弁を管路本管に
   設けた管路水撃防止装置において、空気弁と本管とを連
   通する接続導管に、該空気弁より本管への空気の流れを
   許容し逆方向の流れを阻止する逆止弁を設けると共に、
   該逆止弁を迂回するバイパス管を設け、本管への接続導
   管上の吸気抵抗値に対して本管からのバイパス管路上の
   排気抵抗値を大きくしたことを特徴とする空気弁による
   管路水撃防止装置。
2. 【請求項２】逆止弁を迂回するバイパス管にオリフィス
   を設け、該オリフィスの径を変化させることによって排
   気抵抗値を変化可能としたことを特徴とする請求項１記
   載の空気弁による管路水撃防止装置。
3. 【請求項３】負圧の発生を防止する空気弁を管路本管に
   設けた管路水撃防止装置において、本管上端部及び該上
   端部より下方にそれぞれ空気弁を設け、上端部に設けた
   空気弁の口径を下方に設けた空気弁の口径より小さくし
   たことを特徴とする空気弁による管路水撃防止装置。
4. 【請求項４】負圧の発生を防止する空気弁を管路本管に
   設けた管路水撃防止装置において、本管上端部に接続さ
   れる空気弁の吸・排気抵抗値を、該本管の下方に接続さ
   れる空気弁の吸・排気抵抗値より大きくしたことを特徴
   とする空気弁による管路水撃防止装置。