JPS61170633A - キヤビテ−シヨン水槽用圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ギヤビテークヨン水槽の圧力制御装置に係り
、特に減圧制御系と加圧制御系の単独運転および自動切
換えによる連続運転ができるキャビテーション水槽の圧
力制御装置に関する。

〔従来の技術〕

キャビテーション水槽は、例えば模型ゾロ（うによシ実
船グａベラの中ヤピテーションの状態を模擬的に現出さ
せ、ｆａベラの推力およびトルクを計測したシ、あるい
はキャビテーションの発生状態を観測するための試験水
槽である。

第３図は、従来の縦形キャビテーション水槽２１の一例
を示したもので、循環流路２２は、下部水平流路２３と
、この下部水平流路２３の両端に連通して上方に突出し
た鉛直流路２５．２６と、これらの鉛直流路２５．２６
の上端に夫々連通する上部水平流路２８とからなってい
る。

下部水平流路２３内には、モータ２９により駆動される
ボンデ３１が設置され、該タンク３１によシ循環流路２
２内の水を回流させるようになっている。

キャビテーション水槽２１は計測部３２の中心よシ高さ
Ｈ（通常１ｍ）に水面を有する圧力調整タンク３３を備
えておシ、該圧力調整タンクの圧力を後述の圧力制御機
構によシ制御し、槽内の圧力調整を行っている。この槽
内圧力は、通常０゜１〜２．０ｂａｒ　（絶対圧）の範
囲に調整できるようになっており、キャビテーションを
任意条件の基で発生させることができるようになってい
る。

従来、キャビテーション水槽の圧力制御は、第３図に示
すように、圧力調整タンク３３を大気圧以下に設定する
減圧制御系と、大気圧以上に設定する加圧制御系の独立
した２系統によって行なわれている。すなわち、減圧制
御系は真空−ンプ３４真空タンク３５、減圧調整弁３６
、吸気弁３７、および減圧用調節計３８とからなり、前
記減圧用調節計はキャビテーション水槽の計測部に設置
された減圧用圧力計４０による圧力検出値と減圧設定値
との差分をＰより演算し、減圧調整弁３６の開度指令信
号および吸気弁３７の開閉指令信号を出力する。そして
、キャビテーション水槽の圧力は、前記減圧用調節計３
８からの指令信号に基いて両弁を操作し、圧力調整タン
ク３３からの排気あるいは該タンクへの大気の供給を行
ないタンク圧力を制御することによって行なわれる。一
方、加圧制御系はコンプレッサ５０．空気タンク５１゜
加圧調整弁５２、排気弁５３および加圧用調節計５４と
からなシ、前記加圧用調節計は中ヤビテーション水槽Ｏ
計測部に設置された加圧用圧力計４１による圧力検出値
と加圧設定値との差分をＰより演算し、加圧調整弁５２
の開度指令信号および排気弁５３の開閉指令信号を出力
する。そして〜キャビテーション水槽の圧力は、前記加
圧用−筒針５４から出力される指令信号に基いて両弁を
操作し為圧力Ｘ＊タンク３３への空気の供給あるいは該
タンクから大気への放出を行ないタンク圧力を制御する
ことによって行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の圧力制御装置では、槽内の所望圧
力が大気圧に対して高いか、低いかによって異なるｇ節
計を選択しなければならないので、両ａｍ計を跨ぐ連続
した可変圧力制御するにはマニアル操作で減圧制御系か
ら加圧制御系に切換える必要がらシ、自動設定運転がで
きなかった。また、計測部の圧力検出位置と圧力調整タ
ンクの水面との間の距離、すなわちヘッド差Ｅが１ｍあ
るので、前記圧力検出位置における圧力は標準気圧のも
とで１、ｌ　ｂａｒとなる。したがって、槽内圧力を前
記圧力に制御するには、圧カＮ整メンクを大気圧に制御
することになシ、結局減圧制御系の吸気弁＼３７あるい
は加圧制御系の排気弁５３を開放しなければならないの
で、槽内圧力は大気圧の変動に依存し、不安定な実験を
行なわなければならなかった。

本発明の目的は、槽内圧力を設定値に制御できかつ所定
の圧力範囲を連続的に制御できるキャビテーション水槽
用圧力制御装置を提供することである０ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のキャビテーション水槽用圧力制御装置は、循環
流路に圧力調整夕／りを接続し、該圧力調整タンクに圧
力調整機構を設けるとともに、前記圧力調整機構を循環
流路の計測部圧力に基いて動作させ、前記圧力調整タン
クの圧力を制御して槽内圧力を１ｉＩ４整するキャビテ
ーション水槽用圧力制御装置において、前記圧力調整タ
ンクに減圧調整手段を介して真空源と加圧調整手段を介
して加圧源を夫々接続し、前記加圧調整手段と加圧源と
の間に加圧用開閉弁を介装し、かつ前記加圧調整手段と
加圧用開閉弁との間の管路に吸気弁を有する大気に開放
した吸気管を接続するとともに、前記各調整手段および
各弁を前記計測部の検出圧力に基いて制御する調節計を
備えた圧力調整機構を有し、前記調節計は圧力調整′タ
ンクの圧力を減圧調整手段の操作によって減圧し、かつ
加圧調整手段の操作によって大気を導入して昇圧し、槽
内圧力を調整する減圧制御系および圧力調整タンクの圧
力を加圧調整手段の操作によって加圧源から圧縮空気を
供給して昇圧し、かつ減圧調整手段の操作によって減圧
し、槽内圧力を調整する加圧制御系のいずれか一方の制
御系による単独運転と、前記両制御系を組合せて槽内圧
力を連続的に可変制御する自動切換運転ができるように
構成されたものである。

〔作　用〕

上記の構成によると、減圧制御系では圧力調整タンクの
標準大気圧時における槽内圧力より低い圧力を上限設定
圧力とし、該上限設定圧力以下の槽内圧力を調整する。

この運転では、吸気弁を開放し、槽内圧力の検出信号に
基いて減圧調整弁の開度を制御し、圧力調整タンクから
空気を排出してタンク圧力を下げて槽内を設定圧力に調
整する。

このとき、槽内圧力が変動して設定圧力より低くなった
場合には、加圧調整弁の開度を制御して加圧用開閉弁を
介して大気を圧力祠祭タンクに供給し、夕／り圧力を上
げて設定値に調整する。一方、加圧制御系の運転では、
吸気弁を全閉かつ加圧用開閉弁を全開し、槽内圧力の検
出信号に基いて減圧調整弁および加圧調整弁の開度を制
御し、前記減圧制御系の上限設定圧力より若干低い下限
設定圧力から圧力調整タンクの標準大気圧時の槽内圧力
を含む上限設定圧力までの圧力範囲において槽内、の圧
力制御が行なわれる。すなわち、加圧制御系においては
、槽内圧力が設定値より低い方向に変化すると、加圧調
整弁が操作され、圧力調整タンクに空気を供給してタン
ク圧力が上げられ、槽内圧力を上昇させて設定値に自動
調整するとともに、槽内圧力が設定値より高い方向に変
化すると、減圧調整弁が操作され、圧力調整タンクから
排気してタンク圧力が下げられ、槽内圧力を減少させて
設定値に自動調整する。

また、減圧制御系と加圧制御系の自動切換運転では、槽
内圧力を減圧制御系の下限圧力から加圧制御系の上限圧
力まで連続的に圧力設定値を変化させると、調節計は可
変圧力設定値と圧力検出値との差分を連続的にＰより演
算する一方、圧力検出値から最適な制御系を選択すると
ともに、前記演算結果に基いて選択された制御系に属す
る圧力調整手段および６弁への制御信号を出力し、圧力
調整タンクの圧力を連続的に変化させて槽内圧力を連続
的に可変制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明する。なお
、キャビテーション水槽の基本的構造は第３図に示す従
来のものと同じなので、同一機能を有する構造部分には
同一符号を付してその説明を省略する。

圧力調整タンク３３には排気するための真空タンク３５
および圧縮空気を供給するための空気タンク５１が夫々
接続されている。前記圧力調整タンク３３と真空タンク
３５とを接続する管路６０には減圧調整弁６１Ａと補助
減圧調整弁６１Ｂを並列配置した減圧調整手段６１が介
装されておシ、また圧力調整タンク３３と空気タンク５
１とを接続する管路７０には圧力調整タンク側に加圧調
整手段７１としての加圧調整弁７１ムを、空気タンク側
に加圧用開閉弁７２を位置させるようにして介装すると
ともに、該加圧調整弁７１Ａと加圧用開閉弁７２との間
の管路７０Ａに大気を導入する吸気管７３が接続されて
いる。なお、補助減圧調整弁６１Ｂは減圧調整弁６１Ａ
の日経より小さい日経を有し、少ない流量を制御するの
に適するように構成されている。前記吸気管７３には後
述の減圧制御系の運転時に開放される吸気弁７４が介装
されている。ここで、真空源８０は真空タンク３５およ
び真空ポンプ３４からなシ、また加圧源９０は空気タン
ク５１およびコンプレッサ５０からなっている。

グログマプル調節計（以下調節計という）１００は、圧
力計４２からの圧力検出信号に基いて圧力設定値との差
分を求め、該差分をＰより演算し、各調整弁の開度指令
信号および吸気弁又は加圧用開閉弁の開閉指令信号を出
力する。また、前記調節計は、第２図に示すように、減
圧制御系と加圧制御系の２系１洸を組合せて連続的に変
化する圧力制御ができるように構成されている。すなわ
ち、調・筒針には圧力設定値の変化に応じて減圧制御系
から加圧制御系又は前記とは逆の制御系への切換えを自
動的に行なうプログラムが内シされている０したがって
、圧力設定値を可変させると、該圧力設定値と圧力検出
値との間に生ずる差分が直ちにＰより演算される一方、
圧力検出値から最適な制御系が選択される。そして、前
記Ｐより演算の結果に基いて選択された制御系に属する
調整弁などの制御手段に指令信号が出力される。

つぎに、上記実施例の動作を説明する。

まず、減圧制御系の運転時には、補助減圧調整弁６１Ｂ
および加圧用開閉弁７２を全閉にし、吸気弁７４を全開
にする。そして、所望の槽内圧力に対応した圧力設定値
をプログラマブル調節計にセットすると、調節計１００
は前記圧力設定値Ｐ。

と圧力計４２からの圧力検出値Ｐ１との差分（Ｐ。

−Ｐｏ）をＰＩＤ演算し、（Ｐｔ　−”ａ　）　＞　Ｏ
のときには減圧調整弁６１Ａの開度を制御する指令信号
を出力し、一方（Ｐｔ−Ｐｏ　）　（０のときには加圧
調整弁７１Ａの開度を制御する指令信号を出力する。こ
の減圧調整弁６１Ａの開度を制御することによって圧力
調整タンク３３から排気してメン。

り圧力が下げられ、槽内圧力を減圧調整するとともに、
加圧調整弁７１Ａの開度を制御することによって圧力調
整タンク３３へ大気を供給してタンク圧力が上げられ、
槽内圧力を昇圧調整する０加圧制御系の運転時には、減
圧調整弁６１Ａおよび吸気弁７４を全開にし、加圧用開
閉弁７２を全開にする。この加圧制御系では、圧力調整
り／り３−３の大気圧時における槽内圧力以下の負圧領
域から前記槽内圧力以上の正圧領域に亘る圧力範囲が制
御できる。

所望の槽内圧力に対応した圧力設定値を調節計１００に
セットすると、調節計１００は前記圧力設定値ｐ、と圧
力計４２からの圧力検出値Ｐｌとの差分（Ｐｌ−Ｐｏ　
）をＰより演算し、（Ｐｓ−Ｐｏ）＞００ときには補助
減圧調整弁６１Ｂの開度を制御する指令信号を出力し、
一方（Ｐｓ−Ｐｏ　）＜Ｏのときには加圧調整弁７１Ａ
Ｎの開度を制御する指令信号を出力する。この補助減圧
調整弁６１Ｂの開度を制御することによって圧力調整タ
ンク３３からの空気の排出を精度よく制御してタンク圧
力の下げ調整を行ない槽内圧力を減圧調整するとともに
、加圧調整弁７１Ａの開度を制御することによって空気
タンク５１からの圧縮空気を圧力調整タンク３３に供給
してタンク圧力の上げ調整を行ない槽内圧力を昇圧調整
する０減圧制御系と加圧制御系の自動切換運転時には、
各調整弁、加圧用開閉弁および吸気等が圧力設定値と圧
力検出値との差分および変化する設定圧力値に応じて制
御される。

例えば、槽内圧力を減圧制御系の制御範囲にある圧力（
下限値）から加圧制御系の制御範囲にある圧力（下限値
）まで連続的に可変制御する実験を行なう場合、まず減
圧制御系が選択される。この減圧制御系では、補助減圧
調整弁および加圧調整弁が閉じられ、減圧調整弁６１Ａ
の開放によシ圧力調整タンク３３の排気を行ないタンク
圧力を下げて槽内を減圧する０そして、槽内圧力が下限
圧力に達すると、減圧調整弁６１Ａおよび加圧調整弁γ
ＩＡの開度制御によって下限圧力に保持される。

そし−Ｃ１圧力設定値を連続的に昇圧に向って変化させ
ると、この圧力設定値と圧力検出値が遂−比較されて差
分が求められる。この差分は直ちにＰＩＤ演算されると
同時に、圧力検出値から減圧制御系の選択が行なわれる
。続いて、ＰＩＤ演算の結果に基いて加圧調整弁の開度
指令信号が出力され、吸気弁７４および加圧調整弁７１
Ａを介して大気が圧力調整タンク３３に供給され、タン
ク圧力が上げられて、槽内圧力を上げ調整する。この過
程は、圧力設定値の変化に追従するように行なわれるた
め、１内圧力は連続的な昇圧調整が行なわれる。その後
、槽内圧力が上昇して減圧制御系と加圧調整系とが重複
する圧力制御領域（０，８９５〜０．９００　ｂａｒ　
）に入ると、予定された条件のもとで加圧制御系が選択
されて減圧調整弁、補助減圧調整弁および吸気弁が閉じ
られ、加圧用開閉弁が開放される。引続いて、槽内圧力
は加圧制御系のもとで設定された上限圧力に向けて連続
的に制御れる。すなわち、加圧制御系では、減圧制御系
と同じように、変化する圧力設定値に追従するように加
圧調整弁の開度制御が行なわれ、空気タンクの圧縮空気
が圧力調整タンクに供給される。すると、タンク圧力は
上昇し、それに伴って４内圧力が上げ調整される。その
後、槽内圧力が設定された上限圧力に到達すると、加圧
調整弁が閉じられ、実験を終了する。

なお、上記実施例の動作説明では、槽内圧力を低から高
に変化する制御について述べたが、その逆の動作も可能
である。また、減圧制御系と加圧制御系の２系統に跨が
る圧力制御について述べたが、同一制御系内における可
変圧力制御もできる。

〔発明の効果〕

上述のとおシ、本発明によれば、減圧制御系における昇
圧調整に大気を使用し、この大気の流量制御を加圧調整
弁で行なうようにしたから、加圧制御系での負圧領域の
制御が容易となυ、標準大気圧時の槽内圧力を含めた広
い範囲の槽内圧力を精度よく制御することができるとと
もに、調節計に内蔵された！ログラムによシ減圧制御系
と加圧制御系を組合せた圧力範囲における連続的な圧力
制御が可能となり、実験適用範囲が拡大され、キャビテ
ーション水槽の能率的な利用が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るキャビテーション水槽の圧力制御
装置を示す構成図、第２図は設定圧力と槽内圧力の関係
図、第３図は従来のキャビテーション水槽の圧力ｍｌｊ
御装置を示す構成図である。 ２１・・・キャビテーション水槽、 ３３・・・圧力調整タンク、 ６１・・・減圧調整手段、 ７１・・・加圧調整手段、 ７２・・・加圧用開閉弁、 ７４・・・吸気弁、 １００・・・プログラマブル調整計。 ■や六二・賀コ３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 循環流路に圧力調整タンクを接続し、該圧力調整タンク
   に圧力調整機構を設けるとともに、前記圧力調整機構を
   循環流路の計測部圧力に基いて動作させ、前記圧力調整
   タンクの圧力を制御して槽内圧力を調整するキャビテー
   ション水槽用圧力制御装置において、前記圧力調整タン
   クに減圧調整手段を介して真空源と加圧調整手段を介し
   て加圧源を夫々接続し、前記加圧調整手段と加圧源との
   間に加圧用開閉弁を介装し、かつ前記加圧調整手段と加
   圧用開閉弁との間の管路に吸気弁を有する大気に開放し
   た吸気管を接続するとともに、前記各調整手段および各
   弁を前記計測部の検出圧力に基いて制御する調節計を備
   えた圧力調整機構を有し、前記調節計は圧力調整タンク
   の圧力を減圧調整手段の操作によつて減圧し、かつ加圧
   調整手段の操作によつて大気を導入して昇圧し、槽内圧
   力を調整する減圧制御系および圧力調整タンクの圧力を
   加圧調整手段の操作によつて加圧源から圧縮空気を供給
   して昇圧し、かつ減圧調整手段の操作によつて減圧し、
   槽内圧力を調整する加圧制御系のいずれか一方の制御系
   による単独運転と、前記両制御系を組合せて槽内圧力を
   連続的に可変制御する自動切換運転ができるように構成
   されたキャビテーション水槽用圧力制御装置。