CN103384772B - 水击发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水击发生装置，能够使关闭而未发生水击的排水阀开启而发生规定的水击，其后连续地继续进行发生水击动作。具备：输送水的导水管(3)；与该导水管(3)连通的水击箱(2)；设置于该水击箱(2)下游侧的排水管(10)；开闭该排水管(10)的排水阀(4)。在排水阀(4)的上游侧设有连通于导水管(3)或水击箱(2)的副排水管(20)，并在副排水管(20)的入口或其途中设有具备开闭该副排水管(20)的开闭阀(21)的第2水击发生装置。

Description

水击发生装置

技术领域

本发明提供一种水击发生装置，详细而言，提供一种能够发生水击（waterhammer）并将其应用到扬水、微生物处理或其他用途中的装置。

背景技术

例如：人们已知发生水击并将其利用于扬水等方面的水击泵，这种水击泵一般为如下构成。

在与导水管连接的水击箱内设有进行开闭作动的排水阀，该排水阀虽然当初为开启状态，但是，若从高位置的供水槽供水，则会由水流的流体力急速关闭。由于此排水阀的急速关闭，致使流水撞击到排水阀而发生水击。进而，由于紧临其后在水击箱内发生的一瞬间负压，致使关闭的排水阀开启，所以，再次重复同样的动作。这样连续发生水击。

另一方面，日本专利特开2007-319772号公报（专利文献1）公开了利用上述那种水击泵的藻类破碎装置。此装置中的水击泵在与导水管连接的水击箱内设有进行开闭作动的排水阀，若从高位置的供水槽供水，则该排水阀由水流的流体力急速关闭，发生水击，其后，关闭的排水阀开启，所以，再次重复同样的动作。这样连续发生水击。通过该水击，能够发生0.4MPa以上的水击压力，从而破碎水击泵内及导水管内的藻类。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-319772号公报

专利文献2：日本专利特开2009-275565号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，为了使水击泵更加效率好、实用性高，存在着以下应该解决的问题。

首先，虽然为了发生水击而从设在高位置的供水槽经导水管向水击箱供水，但是，有时在水击箱与供水槽之间水位差小的期间，即，在未达到发生足够水击的期间，排水阀发生关闭。此时，要发生水击，就必须将关闭的排水阀开启以产生水流。

为此，以往通过从外面用锤子敲打等方式来开启排水阀，但是，它有作业效率差且导致排水阀损坏等问题。通常，若水击箱与供水槽之间的水位差（供水头）设定为1.5m以上，则排水阀在流水的作用下关闭，水流停止时作用于排水阀上的水压大，不能容易地将关闭的排水阀开启。假设降低水头（供水槽水柱的高度），使施加在排水阀上的水压下降来将其开启，则其后须再次从向水击箱内的供水开始重新作业，不能实现问题的根本解决。并且，需要大量的时间和劳力，效率极差。

本发明为了解决上述问题而完成，所研究的技术问题在于，提供一种水击发生装置，能够使关闭而未发生水击的排水阀开启而发生规定的水击，其后连续地继续进行发生水击动作。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明在水击箱或与水击箱连通的副排水管上设置了发生非本来水击的第2水击的装置以开启排水阀。本发明为如下构成。

一种水击发生装置，具备输送水的导水管、与该导水管连通的水击箱、设置于该水击箱下游侧的排水路及开闭该排水路的排水阀，该排水阀被由流水产生的流体力所关闭而发生水击，本水击发生装置的特征在于，具备用于将关闭状态的前述排水阀开启的第2水击发生装置。

此第2水击发生装置用于发生水流、且通过按照该水流在导水管或水击箱内急速停止的样态切断水路来发生水击，紧临其后产生水击箱内的水压比发生水击前一瞬间降低的现象。只要是这种装置，则无论怎样构成皆可。

另外，此处从导水管提供的水，只要具有产生发生水击的规定水流及其流体力的那种粘性即可，例如还可含有油、泥、其他杂质以及需要进行水击处理的微生物等。

以往一般认识为，通常的水击发生装置在水击箱上方设置的压力室的存在，对于发生连续的水击是不可缺少的。并一般认识为，虽然由于发生水击，压力室内的空气被进入的水的压力所压缩，但是可以设想，其后若水击压力下降，则被压缩的空气将水从压力室压回，水击箱内的压力也下降，原来关闭的排水阀会开启，从而发生连续的水击。

然而，本发明者为揭开发生连续水击的机理而反复试验的结果表明，水击刚发生后，水击箱内的压力比水击发生前降低，所以排水阀开启。因此，即使不设置一般认识的那种充有空气的压力室，作为水击发生装置也成立。

并且，本发明提供的水击发生装置为如下构成。

即，一种水击发生装置，具备输送水的导水管、与该导水管连通的水击箱、设置于该水击箱下游侧的排水路及开闭该排水路的排水阀，该排水阀被由流水产生的流体力所关闭而发生水击，该水击发生装置的特征在于，在前述排水阀的上游侧设有连通于导水管或水击箱的副排水管，并在副排水管的入口或途中设有具备开闭该副排水管的开闭阀的第2水击发生装置。

副排水管能够按照连接于水击箱底部的样态来设置。并且，该副排水管还可实质性地只有排水口。此时，按照开闭该排水口的样态设置阀。

在上述水击发生装置中，当排水阀关闭，水流停止而未发生水击时，若将开闭阀开启，则水击箱内的水经由副排水管流出，产生水流。此时，因为始终从上游的供水槽向水击箱内供水，所以，排水阀不开启。其后，若在产生水流的情况下将开闭阀急速关闭，则在水击箱内发生水击。于是，紧临水击发生后，水击箱内一瞬间产生负压，关闭的排水阀开启而产生水流。

在下一个瞬间，由于来自上游的水流的流体力，排水阀关闭而发生本来的水击。其后，按照上述水击发生的机理，水击发生装置开始连续运转。

本水击发生装置通过在前述水击箱的上方经由连结管连接压力室及扬水管并在前述连结管内设置将通路开闭的扬水阀，能够作为扬水泵发挥功用。

反之，当将其设为不作为扬水泵发挥功用的装置时，能够采取这种构成：前述副排水管与前述水击箱连通，在前述水击箱上分别设有与前述导水管连通的开口部、与前述排水路连通的开口部及与前述副排水管连通的开口部，前述水击箱不具有此3个开口部以外的开口部。

在上述水击发生装置中，将前述开闭阀例如优选为球阀。并且，能够按这样构成：前述导水管及前述水击箱内的流水受到多次水击后从排水路或副排水管排出。即，能够按这样构成：水击例如能够以约一秒钟以内的间隔连续发生，对经由导水管提供的流水及其中所含的物质以水击来实施规定的处理时，在从导水管经过水击箱排出之前的区间施加多次水击。

根据该构成，能够切实对从排水路或副排水管排出的排水进行微生物处理。并且，即使从副排水管排出的排水在操作第2阀的手柄时发生溅到操作者等情况，因为已进行了排水净化，所以也没有问题。

如以上所述，根据本发明，即使在排水阀关闭，作动停止而未发生水击时，也能够容易开启排水阀再次起动水击发生装置。这样，能够提供消除以往装置缺点、易于使用的水击发生装置。

附图说明

图1是本发明提供的水击发生装置包括供水槽在内的整体结构示图。

图2是本发明提供的水击发生装置的主要部分的概略结构示图。

图3是本发明提供的水击发生装置的其他实施方式的示图，表示了用作扬水泵时的主要部分的概略结构。

图4具有向供水槽提供处理水的泵装置的水击发生装置整体结构的概略示图。

图5是发生水击时水击泵及导水管内的压力变化示图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式使用附图进行说明。

（实施方式1）

图1表示了水击发生装置1包括供水槽5在内的整体结构。本水击发生装置1从上游侧起，依次配置有供水槽5、从该供水槽5向水击箱2输送水的导水管3及水击箱2。供水槽5设置于基台6的上面，整体为在上下方向上延伸的柱状，导水管3的一端连接于其下部。将供水槽5设为这种在上下方向上延伸的形状时，具有无需设置将其支承的脚手架的优点。不过，供水槽5例如还可是正方体、长方体或其他形状，并不限定其形状。

此处，前述导水管3沿水平方向配设，该导水管3的另一端连接着在前端具备排水管10的水击箱2。另外，导水管3按照从供水槽5向水击箱2流水的样态设置即可，也可以适当的倾斜度来设置。

并且，在导水管3的一端附近，设有能够测量导水管3内水压的导水管内压力计8。该导水管3及水击箱2分别设置于架台9的上面。在本实施方式中，通过将由氯乙烯等材料制成的树脂管用作前述导水管3，能够重量轻且成本低地构成水击发生装置1。

如图1、图2所示，在前述水击箱2与其下游侧排水管10之间的连接位置设有排水阀4。该排水阀4以铰接部11为中心转动，其阀芯按照能够将排水管10的入口进行开闭的样态来设置。在该排水阀4跟前的水击箱2的上游侧设有贯穿水击箱2壁面的棒状的阀支承体12。该阀支承体12的一端向水击箱2内突出，另一端向水击箱2外延伸，通过转动另一端的调整螺钉13，能够改变一端的头部14在水击箱2内的突出量。

前述头部14按照能够限制排水阀4开度的样态触接于阀芯4a的外面。因此，该排水阀4按这样构成：被调整到适宜的开度，由经上游的供水槽5、导水管3、水击箱2及排水管10从排水口15排出的流水的流体力，即，流水所产生的力关闭。

另一方面，在水击箱2的底面侧连接有副排水管20，此副排水管20从该底面向下方伸出，在架台9的内部向水平方向弯曲，沿着架台9延伸。该副排水管20用来排出水击箱2内的流水，在前述排出管10之外形成另一条排水路。在该副排水管20的途中，作为将其开闭的开闭阀配设有球阀21。此球阀21具有众所周知的结构，通过使设置于副排出管20外部、连结于阀轴的手柄22转动90度，能够改变球状阀芯的方向以关闭流路，瞬间停止副排水管20内的流水。这种球阀21的设置由于操作容易、不会大幅损害流水量、难以产生涡流和脉流等，所以非常适用。但是，前述副排水管20的开闭手段并非限于这种球阀，只要能够迅速切断副排水管20，则还可采用蝶阀等具有其他结构的阀件。此开闭阀通过开闭用手柄22来切换到开启、关闭的任一位置，即使在水流变化或水击发生等情况下，也必须能够始终保持它们开、闭的各个状态。

另外，在水击箱2的上游侧的上部，设置有能够测量水击箱2内压力的水击箱内压力计7。

以下，对于水击发生装置1的作动进行说明。

导入到导水管3的流水向水击箱2导入。流水如前所述，从水击箱2经排水管10从排出口15排出，但是，若变为在水击箱2内通过一定量的流水，则设置在水击箱2下游侧的排水阀4因其流体力而急速关闭，水击箱2内发生水击。此时，通过提高供水头即水位，能够产生更强的水击能量。

若象上述那样发生水击，则从图5可知，水击箱2内的水压P会急速上升到0.4MPa左右（此处的泵内压力即为水击箱2内的压力P），但是，随后立即相反，压力P急速下降，水击箱2内的水压一瞬间变为负压。水击箱2内的压力由前述导水箱内压力计7测量。

并且，该水击还向导水管3传递，导水管3内的压力也上升到0.25MPa左右。导水管3内的压力由前述导水管内压力计8测量，图5中的所谓“导水管内3m地点”，是指从发生水击的排水阀4附近向上游侧离开3m的导水管3内的测定点，是图1所示导水管内压力计8的设置位置。

虽然水击箱2内的压力因产生上述水击而上升，但是，随着紧临其后的压力急速下降，被关闭的前述排水阀4再次开启，产生水流。于是，开启的前述排水阀4被由水流产生的流体力所关闭，此时发生下一次水击。随着上述动作的反复，在图5的示例中以约0.5秒的间隔发生着水击。即，水击发生装置1随着上述排水阀4开闭动作的反复，自动、连续地发生水击。另外，图5所示的因水击而产生的压力变化，表示了水击发生装置1发生连续水击后，从其测量开始起120.0秒～123.0秒之间的状态。

排水阀按照上述机理进行开闭，随之发生水击，水击箱上部设置压力室和扬水管不是发生水击所必须的。并且，全然无需向装置提供电力等外部能量。

在本水击发生装置1中，如前所述，如果能够从装置起动时起获得排水阀4的连续开闭动作，就没有什么问题，但是，在装置起动时有时会发生如下事态。

即，若使供水槽5的水位渐渐上升，则排水阀4会在水击箱2与供水槽5之间的水位差尚小，未达到发生足够水击的阶段关闭。此时要发生水击，不言而喻，需要将关闭的排水阀4开启，产生水流。

但是，此时开启排水阀4决非容易。为了获得有用的水击力而通常将供水槽5的水位设定到距水击箱2底面1.5m以上的高度，此时，因为作用于排水阀4的水压相当大，所以，用人力开启排水阀4极为困难。例如，为了破碎水中存在的藻类而使用水击力时，需要通过水击发生至少0.4MPa程度的压力，但是，这等于为此需要将供水头设定到例如2m的程度。

因此，此时作为将关闭的排水阀4开启的手段，如前所述，在副排水管20内设置有前述球阀21。当排水阀4关闭而未发生期待的水击时，操作手柄22来开启球阀21。于是，水击箱2内的水经由副排水管20流出，所以，产生水流。

此时，因为从上游的供水槽5始终向水击箱2内供水，所以，排水阀4因水压而一直保持着原来的关闭状态。但是，若在产生着流经副排水管20的水流的情况下再次操作手柄22，急速关闭球阀21，则水击箱2内发生水击（为与本来的水击相区别，以下称“第2水击”）。

水击箱2内的压力因发生此第2水击而急速上升，紧临其后在水击箱2内一瞬间产生负压。它与图5所示的负压发生几乎相同。关闭的排水阀4因这种压力变化而开启，由于变为能够从排水口15排水，所以，产生经由排水管10的水流。

于是，排水阀4由上述水流产生的流体力急速关闭，发生本来的水击。其后，按照上述发生水击的机理发生连续的水击，水击发生装置1的运转开始。

如前所述，在水击发生装置1起动时或运转期间，由于流水的流速缓慢等原因，排水阀4关闭而未发生规定的水击时，通过开闭上述的球阀21，能够发生第2水击而容易开启排水阀4。

图4概略表示了具备向供水槽5提供处理水的泵装置30的水击发生装置整体结构。这种水击发生装置1通过使由水击发生的水击压作用于供水槽5内，能够以实施规定的处理为目的，向供水槽5内提供各种被处理水。例如，水击产生的水击压能对破坏水中微生物的细胞发挥威力。

因此，通过提供富营养化的湖泊沼泽等的水，将产生大量水华等微生物的水进行净化处理来去除微生物后返回湖泊沼泽中，能够改善湖泊沼泽的水质。

此时，将从浮于储水池等藻发生场所的水面上的回收装置（未图示）中所采取的湖泊沼泽的水，经由吸入管31用泵装置30连续提供给水击发生装置1的供水槽5，送入水击箱2，进行水击处理后，经由排水管10返回湖泊沼泽即可。

虽然存在许多因富营养化而希望改善水质的湖泊沼泽等，但由于需要对水进行连续的大量处理，其设备庞大，成本昂贵，所以不容易实现。

但是，如果采用本发明的装置，由于结构比较简单且运转不使用电力等，能够设置许多个成本低、效率好的净化设备。本发明虽然是用于解决水击发生装置在起动时容易产生的排水阀关闭的问题，但如果此问题解决而装置一旦起动，则由于不提供外部能量，水击发生装置也能够长期（例如10年以上）连续运转，所以极为有用。

水的净化处理在例如发展中国家或工业化地区等处必要性高，对于确保发展中国家生活用水的用途，在无需提供电力等能源这一点上是有利的。并且，在去除因富营养化而产生的水华等以净化湖泊沼泽、河流等时，也能够低成本地实现长期连续的净化处理。

另一方面，在船舶等中采用的配重水是船舶无载货出港时，为了调整船舶的平衡而在出港地向配重箱内装入的海水等。如果其后船舶在停靠港载入货物，则这种配重水的不需要量会向船外排出。由于发现此时配重水中所含的水生生物会作为外来物种对生态系统造成影响，所以，人们希望解决这种问题。

在这种配重水中水生生物等的处理方面，也能够有效利用水击能量。此时，将从船舶配重箱排出的用于被处理的配重水，以泵装置30经吸入管31提供给水击发生装置1的供水槽5，送入水击箱2，实施水击处理即可。

此外，在污水处理设施中，通过以泵装置30向水击发生装置1的供水槽5提供污水，将其送入水击箱2实施水击处理，能够进行去除有害细菌的处理。并且，能够将此处理用于减少污泥量等目的。

并且，从图5可见，此装置中发生的水击力向水击箱2和导水管3这两方传递，因此等于说，前述水击箱2内及导水管3内的流水在从导水管3通过水击箱2经排出口15或副排水管排出以前受到多次水击。即，虽然还因水流的流速而异，但通常在导水管3及水击箱2内，受到3-6次程度的水击。

所以，虽然还因微生物等的种类而异，但能够切实对于从排水路或副排水管排出的排水进行微生物处理等。

（实施方式2）

下面，对水击发生装置1的其他实施方式基于图3进行说明。

一般而言，水击发生装置1岂止只需从供水槽5供水而无需电气等动力即能够作动，作为扬水泵应用时，还能够向比供水头显著高的场所扬水，功能优异。此实施方式2表示了将水击发生装置1作为扬水泵时的结构。

在实施方式2中，在水击箱2的上方经由连结管24安装有压力室23，在该连结管24连接有扬水管25。并且，在该连结管24内设置有开闭该连结管24内通路的扬水阀26。它们是将该水击装置1用作扬水泵时所必需的构成要素。另外，此处对于与实施方式1相同的构成要素，通过附加相同符号省略部分说明。

如前所述，因排水阀4急速关闭而发生的水击使水击箱2及导水管3内的压力发生变动，以致水向压力室23内导入。在与压力室23相连结的连结管24内配设有扬水阀26，水击发生时，由于水击箱2内的压力上升，扬水阀26向上方移动而开启，形成水经由连结管24从水击箱2向压力室23流入的构成。压力室23内的上部积存有空气，空气因水的流入而被压缩，导致压力室23内的压力上升。由于该压力的上升，扬水阀26返回到原位置而关闭，水向从连结管24分支的扬水管25提供。

并且，若下一次水击在水击箱2内发生，则扬水阀26再次开启，水被导入压力室23，重复同样的动作。这样经由扬水管25实施扬水。利用水击发生装置的扬水泵，例如即使供水头为1.5m，也能够实现最大约20m高度的扬水。

如前所述，将水击发生装置作为扬水泵来应用已广为人知。进而，水击发生装置能够实现节能且能够在广范围的用途中使用，尽管如此，但以往由于有排水阀关闭时难以将其开启、恢复作业麻烦的问题，所以，在实际中没有多少利用。但是，因为本发明消除了阻止其实用化的重大障碍，所以一般设想，提高了技术应用的可能性。

另外，在本实施方式2中，在从水击箱2分支的副排水管20的入口处设置了能够将通向该副排水管20的入口瞬间开闭的阀27，而不在副排水管20的途中设置将其开闭的阀。此时，副排水管20还可实质性地只有入口（排水口）而不具有规定的长度。

虽然要为开启排水阀而发生第2水击，就要在水击箱2或导水管3内设置发生水流且将其急速停止的开闭阀，但是，只要将副排水管设置于水击箱2和导水管3中的任一方即可，还不限定前述开闭阀的种类。不过，前述开闭阀最好是能够尽可能急速地隔断水流的结构。

产业上的可利用性

根据本发明，在装置起动时等情况下排水阀4关闭而未发生水击，造成装置停止时，能够容易进行装置的重新开始运转。因此，能够显著提高作为扬水泵的可靠性。

并且，在水的净化处理等方面的应用能够在一切场面充分展开，例如，对于确保发展中国家的生活用水等，在不需要提供电力等能源的这一点上是有利的。并且，在需要对因富营养化而产生的水华等进行大量处理的湖泊沼泽、河流等的净化方面，也能够提供低成本的处理方法。

根据本发明，能够提供可实现CO2减排和节能且消除以往装置缺点、易于使用的水击发生装置。

(符号说明)

1  水击发生装置

2  水击箱

3  导水管

4  排水阀

5  供水槽

6  基台

7  水击箱内压力计

8  导水管内压力计

9  架台

10 排水管

11 铰接部

12 阀支承体

13 调整螺钉

14 头部

15 排水口

20 副排水管

21 球阀（开闭阀）

22 手柄

23 压力室23

24 连结管

25 扬水管

26 扬水阀

27 阀

30 泵装置

31 吸入管

Claims (5)

1.一种水击发生装置，其具备：

向水击箱内输送水的导水管；

与该导水管连通的水击箱；

设置于该水击箱下游侧的排水路；以及

开闭该排水路的排水阀，

该排水阀被由流水产生的流体力所关闭而发生水击，

该水击发生装置的特征在于，

在所述排水阀的上游侧设有连通于导水管或水击箱的副排水管，并在副排水管的入口或其途中设有具备开闭该副排水管的开闭阀的第2水击发生装置，

所述副排水管连通于所述水击箱，在所述水击箱上分别设有与所述导水管连通的开口部、与所述排水路连通的开口部及与所述副排水管连通的开口部，所述水击箱不具有此3个开口部以外的开口部。

2.一种水击发生装置，其具备：

向水击箱内输送水的导水管；

与该导水管连通的水击箱；

设置于该水击箱下游侧的排水路；以及

开闭该排水路的排水阀，

该排水阀被由流水产生的流体力所关闭而发生水击，

该水击发生装置的特征在于，

在所述排水阀的上游侧设有连通于导水管或水击箱的副排水管，并在副排水管的入口或其途中设有具备开闭该副排水管的开闭阀的第2水击发生装置，

所述副排水管连通于所述水击箱，在所述水击箱上分别设有与所述导水管连通的第一开口部、与所述排水路连通的第二开口部及与所述副排水管连通的第三开口部，水从所述第一开口部流入所述水击箱内，所述水击箱内的全部或部分水经由第二开口部排出，并且，水经由所述第三开口部流入所述副排水管内，

另一方面，所述水击箱不具有下述开口部，该开口部用于在水击发生时与来自所述水击箱的水所流入的压力室及扬水管连接。

3.如权利要求1或2所述的水击发生装置，其特征在于，

将所述开闭阀设为了球阀。

4.如权利要求1或2所述的水击发生装置，其特征在于，

按这样构成：所述导水管及所述水击箱内的流水受到多次水击后，从排水路或副排水管排出。

5.如权利要求3所述的水击发生装置，其特征在于，

按这样构成：所述导水管及所述水击箱内的流水受到多次水击后，从排水路或副排水管排出。