JP2000179725A - 自動弁 - Google Patents

自動弁

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JP2000179725A
JP2000179725A JP10357943A JP35794398A JP2000179725A JP 2000179725 A JP2000179725 A JP 2000179725A JP 10357943 A JP10357943 A JP 10357943A JP 35794398 A JP35794398 A JP 35794398A JP 2000179725 A JP2000179725 A JP 2000179725A
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Yukitomo Ito
幸友 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォーターハンマの軽減を図るとともに、二
次側で必要とする流量、即ち、定常流量を確保できる様
にすることである。 【解決手段】 一次側3Aと二次側5Aとを連通せしめ
る連通口2と、該連通口の軸芯方向に摺動して該連通口
を開閉する全開可能な弁体3と、を備えた自動弁におい
て;前記弁体の最大開度を、全開時より小さく、かつ、
定常流量以上流れる様に規制する最大開度制限手段20
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、消防用放水設備
などに用いられる自動弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】乾式スプリンクラ消火設備の自動弁は、
一次側と二次側との連通口を開閉する弁体を備え、この
弁体の一次側は水源と連結された本管に接続され、その
二次側は圧縮空気が充填されている配管に接続されてい
る。
【0003】この消火設備は、火災等の発生によりスプ
リンクラヘッドが開放すると、二次側の圧縮空気が放出
され、弁体の二次側の押圧力が弁体の押圧力より小さく
なる。そうすると、開放弁は開放され、一次側の消火水
は圧縮空気を押圧しながら二次側へ流れ込みスプリンク
ラヘッドから放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来例では、自動弁の
開放時の際に大きなにウォーターハンマが発生する。即
ち、スプリンクラヘッドが開放されると、自動弁は急激
に全開され、一次側配管内の消火水は二次側配管内に流
入するが、この時、水の圧縮性と管体の弾性により圧力
波が生じ、この圧力波が管路内を伝播し、異常な圧力上
昇を生じ、所謂ウォーターハンマ現象が発生する。この
ウォーターハンマは、該管路の振動のみならず、破壊に
到らせることもある。なお、自動弁の二次側に開放型ス
プリンクラヘッド、泡ヘッド、放水砲などの開放型ヘッ
ド(ノズル)が接続された、二次側配管が大気開放状態
の消火設備の場合では、この現象がより顕著に発生す
る。
【0005】この発明は、上記事情に鑑み、ウォーター
ハンマの軽減を図るとともに、二次側で必要とする流
量、即ち、定常流量を確保できる様にすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、一次側と二
次側とを連通せしめる連通口と、該連通口の軸芯方向に
摺動して該連通口を開閉する全開可能な弁体と、を備え
た自動弁において;前記弁体の最大開度を、全開時より
小さく、かつ、定常流量以上流れる様に規制する最大開
度制限手段を設けたことを特徴とする自動弁、である。
【0007】この発明は、一次側と二次側とを連通せし
める連通口と、該連通口の軸芯方向に摺動して該連通口
を開閉する弁体と、を備えた自動弁において;前記弁体
の最大摺動長さが、前記連通口の口径の1/8以下であ
ることを特徴とする自動弁、である。
【0008】起動時において自動弁は最初に全開して二
次側の充水を完了し、その後開度を小さくし、二次側に
必要な流量、即ち、定常流量となるが、ウォーターハン
マが発生するのは、充水完了時である。
【0009】そこで、本発明者は、ウォーターハンマが
軽減され、かつ、定常流量を得られるための条件を理論
的に求めることを試みた。
【0010】従来、自動弁を使用する場合、自動弁の構
造上の特性より、例えば、1.5kgf/cm2の圧力損失を考
慮して設計を行っている。又、自動弁のサイズS選定に
当たっては、最大流速3m/sec.を目安とするが、サイ
ズS毎の最大流量(Q l/min)は、次の通りである。 Aは、mmを表し、例えば、100Aは直径100mm
を意味する。
【0011】自動弁の圧力損失Pを1.5kgf/cm2とし、
上記最大流量時の弁開度よりCV値を求める。このCV
値とは、弁前後の圧力差が、1ホ゜ント゛/(インチ)2の時の流量
をUS gal/minの値で表した値であり、次式により求め
られる。 CV=0.07×Q÷√P
【0012】一方、自動弁の全開時のCV値は、次式に
よって求められる。 CV=1.7×d2 但し、dは弁口径(cm)であ
る。
【0013】自動弁を開放し、設定圧力で使用している
時、即ち、定常流量の最大開度MO(%)を求めると下
記の通りとなる。 「計算結果3」 S :計算結果1のCV/計算結果2のCV MO 100A: 89.6/170 52.7% 125A:138.3/265.6 52.1% 150A:194.6/382.5 50.9% 200A:338.6/680 49.8% 250A:522.1/1062.5 49.1%
【0014】自動弁の前後差圧Pを10kgf/cm2とし、
前記計算結果2の全開時のCV値から、各サイズSの全
開時の流量Q(l/min)及び流速V(m/sec)を次式によ
り求める。 Q=CV×√P÷0.07 V=3×Q÷(3 m/sec時の流量) 「計算結果4」 S : Q V 100A : 7679.8l/min 14.7m/sec 125A :11998.6 l/min 14.9m/sec 150A :17279.6 l/min 15.2m/sec 200A :30719.3 l/min 15.6m/esc 250A :47998.9 l/min 15.8 m/sec
【0015】次に、自動弁に最大開度制限手段を設け、
前記計算結果1のCV値で前後差圧10kgf/cm2時の流
量Q(l/min)及び流速V(m/sec)を上記と同様に求め
る。 「計算結果5」 S : Q V 100A : 4047.7l/min 7.7m/sec 125A : 6247.8 l/min 7.7m/sec 150A : 8791.1 l/min 7.7m/sec 200A :15296.4 l/min 7.7 m/esc 250A :23586.1 l/min 7.7 m/sec
【0016】ウォーターハンマの水頭Hwは、自動弁を
開放し、自動弁の二次側配管が充水完了直前の流速をV
1とし、放水開始時の流速をV2とした場合、次式によっ
て算出される。 Hw(m)=水中の音速(980〜1250m/sec)×(V1−V2)÷重
力の加速度(9.8m/sec2) 上式より流速V1を小さくすることにより、ウォーター
ハンマを小さくすることができる。
【0017】以上の結果から弁の開度を全開より小さく
し、例えば、半開状態にすると、二次側配管の充水完了
直前の流速を小さくできるので、ウォーターハンマを軽
減することができるとともに、二次側で必要な流量、即
ち、定常流量も得られることがわかった。
【0018】ところで、玉形弁型の自動弁は、弁体が摺
動して連通口を開閉するが、JIS規格により、該弁体
は連通口の口径(弁口径)Dの1/4以上開弁方向に摺
動した時に全開となる様に設計されている。前述の半開
状態は、全開状態に対し50%開いた状態を指示するの
で、この時の弁の摺動長さは、連通口の口径D/4÷2
=D/8程度となる。
【0019】弁の摺動長さが更に小さく、例えば、連通
口の口径D/16の場合、1次側圧を10kg/cm2にし、
2次側圧を零の状態で放流した場合、管内流速が4m/se
c程度となるが、この流速ではウォーターハンマは配管
(10kg/cm2仕様)の耐圧(21.5kg/cm2)程度に抑
えることができるので、実用上支障は生じない。以上よ
り弁の最大摺動長さは、D/16〜D/8の範囲が好適
である。
【0020】そこで、本発明者は、自動弁に最大開度制
限手段を設け、起動時において全開より小さく開く様に
すると共に、放水時には定常流量が得られる様にした。
【0021】なお、従来の自動弁には、ストッパリング
等の最大開度制限手段を設けるが、今後製造される自動
弁についてはこの最大開度制限手段を省略し、最初から
最大摺動長さが前記連通口の口径D/16〜D/8、と
なる様に形成しても良いことは勿論である。
【0022】
【実施例】この発明の実施例を図1、図2により説明す
る。乾式スプリンクラ消火設備に設けられている自動
弁、例えば、玉形弁1は直径Dの連通口2を開閉する弁
体3により一次側3Aと2次側5Aとに仕切られてい
る。
【0023】弁体3の上面3aの凸状停止部6には、弁
棒7の一端が螺着されている。この弁棒7は、ストッパ
受9に摺動可能に嵌合されている。止め具10が付けら
れている他端は、キャップ12により覆われている。ス
トッパ受9は蓋体11に螺着された鍔付円筒体であり、
この鍔部9aと弁体の上面3aとの間には、ばね13が
張設されている。
【0024】前記凸状停止部6に最大開度制限手段、例
えば、ストップリング20を設ける。このストップリン
グ20の軸方向の長さL1は、弁の最大開度が略50%
となる様に設定されている。即ち、弁体の全開時におけ
る摺動長さをL0とすると、ストップリング20の長さ
1は、L0/2となる。
【0025】この摺動長さL0は、連通口の口径(弁口
径)Dの1/4に形成されているので、ストップリング
20の長さL1は、D/8となる。そのため、弁体の最
大摺動長さHは、 前記摺動長さL0−ストップリングの長さL1=D/4−
D/8=D/8 となる。このストップリング20の長さL1は、必ずし
もこの値に限定されるものではなく、定常流量に対応し
て調整され、例えば、長さL1=3×D/16に形成され
る。
【0026】弁体の下面3bには、中央から外側に向か
って連結棒25、ガイド50、シール部材41、が順次
配設されている。連結棒25の一端は、弁体の下面3b
の中央部に螺着され、その他端はピストン室28のピス
トン部29に螺着されている。この連結棒25は鍔26
aの付いたストッパ受26に摺動可能に嵌合されてい
る。
【0027】ピストン部29には、液体室30と大気室
31とを連通せしめる流通孔35が形成されている。こ
の流通孔35の口径は必要に応じて適宜選択される。
【0028】ピストン室28の液体室30は、バルブ3
6、37を介して一次側3Aに接続されている。このバ
ルブ36は、二次側5Aに接続され、二次側圧が高くな
ると、バルブ36の開度を絞り、液体室30へ流入する
消火水の流量を制限する。玉形弁1の開閉用パイロット
バルブであるバルブ37は常時閉である。ピストン室2
8の大気室31には、大気孔39が設けられている。
【0029】シール部材41は弁体3の下面3bの外周
縁部に設けられ、弁座40に圧接される。この弁座40
は、弁座部41aと円筒部42とからなり、該円筒部4
2は連通口2に嵌着されている。
【0030】ガイド50は、円周方向に間隙をおいて複
数本、例えば、4本設けられるが、その数は必要に応じ
て適宜選択される。このガイド50は弁体2の摺動時に
弁座40の円筒部42に当接し、弁体2の摺動を規制す
る。なお、本実施例では、自動弁である玉形弁1、バル
ブ36、37とで二次圧制御弁を構成している。
【0031】次に、本実施例の作動について説明する。
玉形弁1は常時閉であり、その一次側3Aには消火水が
充填され、又、その二次側5Aには圧力空気が充填され
ている。
【0032】火災発生情報によりバルブ37が開かれる
とともに、火災発生により二次側5Aに配設したスプリ
ンクラヘッドが開放されると、二次側配管内の圧力空気
が放出され、二次側圧が設定圧より低くなる。そのた
め、バルブ36が大きく開くので、一次側の消火水はピ
ストン室28の液体室30に流入する。
【0033】この時、液体室30内に流入する消火水
は、流通孔35の排出を越えるため液体室30内の圧力
が高まり、ピストン部29は矢印A29方向に押し上げ
られる。そのため、弁体3は、弁座40から離れ連通口
2の軸芯C方向に摺動し、開弁する。
【0034】液体室30内の圧力がまだ十分に高けれ
ば、弁体3は更に開弁方向に摺動するが、弁体3が制限
最大摺動長さHだけ摺動すると、図2に示す様にストッ
プリング20がストッパ受9の鍔9aに当接し、それ以
上摺動できなくなり、制限最大開度の状態となる。
【0035】この制限最大開度の状態で、二次側配管が
充水される。そのため、使用上支障となる様なウォータ
ーハンマの現象は発生しない。
【0036】二次側配管が充水され、設定圧より高くな
ると、バルブ36が絞られ、バルブ36から液体室30
に供給される流量が、流通孔35の排出量より少なくな
る。そのため、液体室30内の圧力が低下し、ピストン
部29は矢印A29と反対方向に摺動するので、弁体3
は閉弁方向に摺動する。そして、二次側が設定圧になる
と、弁体2の摺動は停止し、定常流量を二次側に供給す
る。
【0037】この発明の第2実施例を図3により説明す
る。この実施例と第1実施例(図1、図2)との相違点
は、ストップリング20Aを弁体3の凸状停止部6に設
ける代わりに、ピストン部29の大気室31側に設けた
ことである。この場合には、ストップリング20Aとス
トッパ受26の鍔26aとの間隔Hは、D/16〜D/8
の範囲内となる様、ストップリング20Aの軸方向の長
さL2が選択される。
【0038】この発明の第3実施例を図4により説明す
る。この実施例と第1実施例との相違点は、ストップリ
ング20Bを弁体の凸状停止部に設ける代わりに、弁棒
7の止め具10に設けたことである。この場合には、ス
トップリング20Bとキャップ12の頭部12aとの間
隔Hは、D/16〜D/8の範囲内となる様、ストップリ
ング20Bの軸方向の長さL3が選択される。この場
合、キャップ12およびその支持部を強度的に耐えるも
のに変更するだけでよく、既存の弁の簡単な改造で対応
できる。
【0039】この発明の第4実施例を説明する。この実
施例は図示していないが、図1を参照して説明すると、
ストップリング20およびストッパ受9の代わりに、ス
トッパ受9の鍔9aを軸方向に延出した延長型ストッパ
受を使い、蓋体11から内側下方に突出させた形で蓋体
11に延長型ストッパ受を設けたものである。この場合
には、延長型ストッパ受の下端とそれに当接する弁体凸
状係止部6上端との間隔Hは、D/16〜D/8の範囲内
となる様、延長型ストッパ受の軸方向の突出高さが選択
される。
【0040】また、この第4実施例で、延長型ストッパ
受をねじ込み調整式にすると、任意の突出位置に設定で
き、間隔Hを現場に合わせてD/16〜D/8の範囲で任
意に選ぶことができる。このようにすると、例えば、二
次側の管路条件によりウォーターハンマが弱いならばD
/8程度に選んで、送水開始時間を早くすることを選ぶ
ことが出来るようになる。
【0041】本発明の実施例は、上記に限定されるもの
ではなく、例えば、今後製造される自動弁については最
大開度制限手段を省略し、最初から最大摺動長さが前記
連通口の口径D/16〜D/8、となる様に形成しても
良いことは勿論である。なお、最大開度制限手段を有す
る弁と、この手段で制限された最大開度時の最小流下面
積と同等の全開面積を持つ通常の弁とを比較すると、最
大開度制限手段を有する弁の最大開度時の方が、最大開
度制限手段を有さない弁の全開時の方よりも弁全体の損
失水頭が小さいため、ポンプ容量が小さくて済む。
【0042】以上の実施例では、乾式スプリンクラ消火
設備について述べたが、他の消防用放水設備、即ち、開
放型スプリンクラ消火設備、予作動式スプリンクラ消火
設備、消防用放水砲設備、水噴霧消火設備、泡消火設
備、消火栓消火設備、冷却散水延焼防止設備などに用い
ることができる。
【0043】
【発明の効果】この発明は以上の様に構成したので、従
来例に比べ、大幅にウォーターハンマが軽減されるとと
もに、定常流量を得ることができる。また、既設の二次
圧制御方式の消防用弁装置において、ストップリング等
を組み入れるだけで、極めて簡単にウォーターハンマを
軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す縦断面で、閉弁時の
状態を示す図である。
【図2】開弁時の状態を示す縦断面図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。
【図4】本発明の第3実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 玉形弁 2 連通口 3 弁体 3A 一次側 5A 二次側 7 弁棒 9 ストッパ受 10 止め具 12 キャップ 20 ストップリング 25 連結棒 26 ストッパ受 20A ストップリング 20B ストップリング
フロントページの続き Fターム(参考) 2E189 MA07 MB01 MB06 3H056 AA01 BB12 CA01 CB03 CC04 CD06 DD02 EE08 GG05 GG11 3H059 AA03 BB14 CA05 CD05 CD12 CF14 FF02 FF11 3H060 AA04 BB03 CC14 DC05 DD05 DD12 DF05 FF01 GG16 HH03 HH25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次側と二次側とを連通せしめる連通口
    と、該連通口の軸芯方向に摺動して該連通口を開閉する
    全開可能な弁体と、を備えた自動弁において;前記弁体
    の最大開度を、全開時より小さく、かつ、定常流量以上
    流れる様に規制する最大開度制限手段を設けたことを特
    徴とする自動弁。
  2. 【請求項2】 最大開度制限手段が、弁体の最大摺動長
    さを規制するストップリングであることを特徴とする請
    求項1記載の自動弁。
  3. 【請求項3】 弁体の最大摺動長さが、前記連通口の口
    径の1/8以下であることを特徴とする請求項2記載の
    自動弁。
  4. 【請求項4】 一次側と二次側とを連通せしめる連通口
    と、該連通口の軸芯方向に摺動して該連通口を開閉する
    弁体と、を備えた自動弁において;前記弁体の最大摺動
    長さが、前記連通口の口径の1/8以下であることを特
    徴とする自動弁。
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Cited By (4)

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