JP2004239345A

JP2004239345A - 緊急遮断弁

Info

Publication number: JP2004239345A
Application number: JP2003028942A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumura; 博史松村; Akinobu Hourai; 章伸蓬莱
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】緊急遮断時、配管に発生するウォーターハンマーを軽減し、さらに、充水時、小開度において定流量で充水を行うことが可能な緊急遮断弁を提供する。
【解決手段】弁箱２内の流路３を開閉する円盤状の弁体４が回転自在に設けられ、ウエイト８による自重トルクを利用して弁体４を全閉位置まで回転させる弁閉鎖機構９が設けられ、全閉位置において弁体４の周縁部が弁箱２内の弁箱シールリングに摺接し、閉鎖時の回転方向における弁体４の正面側に一対のテール部３７ａが設けられ、両テール部３７ａは、弁体回転方向において扇状に形成されて弁体４の周縁部に設けられ、且つ、全閉位置の手前の小開度時に弁箱シールリングに摺接する球面状に湾曲した外周面を有しており、両テール部３７ａに、外周面と内周面とに開口する通水孔３８が形成されている。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配水管路の途中に設置され、震災等が起きた際、流路を緊急に閉鎖する緊急遮断弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の緊急遮断弁６０としては、例えば、図１０に示すように、弁箱６１内の流路６２を開閉する円盤状の弁体６３が弁棒６４の軸心廻りに回転自在に設けられ、弁箱６１内の流体速度を検出する流速検出部６５（受圧部）と、上記弁体６３を閉鎖方向へ付勢する錘６６と、この錘６６による付勢力を利用して上記弁体６３を全閉位置まで回転させる弁閉鎖機構６７とが設けられたものがある（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
これによると、上記緊急遮断弁６０は上水道の配水池の出入口から延びる配管等の途中に設置されており、平常時は、図１０に示すように、弁体６３が開放状態でロックされ、配管内を流体が流れる。また、万一、震災等で配管が破損し、配管内の流体速度が異常に上昇した場合、上記流体速度の上昇が流速検出部６５で検出され、これに基づいて、弁体６３のロックが解除され、弁体６３が弁閉鎖機構６７によって全閉位置まで回転し弁箱６１内の流路６２を緊急に遮断する。これにより、配水池に貯えられた水が流出してしまうのを未然に防ぐことができる。
【０００４】
また、配管管路復旧後、緊急遮断弁６０の下流側の配管内に再充水する場合、弁体６３を全閉位置から小開度に開栓して、小流量で上記下流側の配管内に充水する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３２９４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来形式では、図１１のグラフで示すように、弁箱６１内の流路６２を緊急遮断する際、弁体６３が全閉位置に近付いて開度が小さくなるにつれて、緊急遮断弁６０の圧力損失係数が急激に増加するため、配管内の流速が急に変化してウォーターハンマーが発生する恐れがあった。
【０００７】
また、弁体６３を小開度に開栓して緊急遮断弁６０の下流側の配管内に再充水する場合、上記小開度における流量制御が困難であり、流量が変動し易く、一定の流量を正確に供給することが難しかった。このため、充水開始から満管状態になるまでの所要時間を予め算出することは困難であった。
【０００８】
本発明は、緊急遮断時に配管に発生するウォーターハンマーを軽減し、さらに、小開度において定流量で充水を行うことが可能な緊急遮断弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明は、弁箱内の流路を開閉する円盤状の弁体が弁棒の軸心廻りに回転自在に設けられ、上記弁体を閉鎖方向へ付勢する付勢手段と、この付勢手段による付勢力を利用して上記弁体を全閉位置まで回転させる弁閉鎖機構とが設けられた緊急遮断弁であって、
上記弁箱内に、弁箱シールリングが内周面に沿って円環状に配置され、全閉位置において弁体の周縁部が上記弁箱シールリングに摺接し、閉鎖時の回転方向における弁体の正面側に一対のテール部が設けられ、上記両テール部は、弁体回転方向において扇状に形成されて弁体の周縁部に設けられ、且つ、全閉位置の手前の小開度時に弁箱シールリングに摺接する球面状に湾曲した外周面を有し、少なくともいずれか一方のテール部に、外周面と内周面とに開口する通水孔が形成されているものである。
【００１０】
これによると、配管等に異常が発生したため弁箱内の流路を緊急遮断する場合、弁体が弁閉鎖機構によって全閉位置まで回転する。この際、弁体が全閉位置に近付いて小開度になると、両テール部の外周面が弁箱シールリングに摺接し、弁体の上流側の流体がテール部の通水孔を通って弁体の下流側へ流れる。この状態は弁体が全閉位置に達する直前まで保たれ、弁体が全閉位置に達すると、弁体の周縁部が弁箱シールリングに摺接して、弁箱内の流路が遮断される。
【００１１】
したがって、弁体を小開度にした状態では、上記通水孔の面積が流路面積となるため、流路面積が一定に保たれることになる。これにより、緊急遮断弁の圧力損失係数は、弁体が全閉位置に近付くにつれて増加していくが、全閉位置の手前で、ほぼ水平或いは緩やかな傾きになる。これにより、配管内の流速が急に変化するのを防止することができるため、配管に発生するウォーターハンマーを軽減することができる。
【００１２】
また、配管等を復旧した後、緊急遮断弁の下流側の配管内に再充水する場合、弁体を全閉位置から小開度に開栓する。これにより、両テール部の外周面が弁箱シールリングに接触し、弁体の上流側の流体がテール部の通水孔を通って弁体の下流側へ流れ、小流量で上記下流側の配管内に充水される。このように、弁体の上流側と下流側とは通水孔を通してのみ連通し、この通水孔を流れる流量は通水孔の面積に相応して予め決まっているので、容易に定流量で下流側の配管へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの所要時間を予め正確に算出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図７に示すように、１は上水道の配水池の出入口から延びる配管等の途中に設置された緊急遮断弁である。この緊急遮断弁１の弁箱２内には、流路３を開閉する円盤状の弁体４が弁棒５の軸心廻りに回転自在に設けられている。
【００１４】
また、緊急遮断弁１には、弁箱２内の水（流体の一例）の流速を検出する流速検出装置７と、上記弁体４を閉鎖方向へ付勢するウエイト８（付勢手段の一例）と、上記流速検出装置７で検出された流速に基づき且つウエイト８による付勢力（自重）を利用して上記弁体４を全閉位置Ｓまで回転させる弁閉鎖機構９とが設けられている。尚、上記ウエイト８は弁棒５の一端部に直結されている。また、上記弁閉鎖機構９は、互いに連動したタンブリング装置１０とトグルリンク装置１１とダンパー装置１２とで構成されている。
【００１５】
上記流速検出装置７の構成を以下に説明する。
すなわち、図５，図７に示すように、上記流速検出装置７は、弁箱２内に挿入された杓子状のフローセンサー１４と、支点１７を中心に上下揺動自在なセンサーレバー１５とを有している。上記フローセンサー１４が水流によって生じる動圧を受け、この動圧に対してセンサーレバー１５に取付けられた調整ウエイト１６がバランスするようにセットされている。配管内の流速が異常に上昇した場合、フローセンサー１４が受ける動圧が設定値以上に大きくなってバランスが崩れ、フローセンサー１４が下流側に押される。これによって配管内の流速が検出される。
【００１６】
次に、上記タンブリング装置１０の構成を以下に説明する。
すなわち、図５，図７に示すように、タンブリング装置１０は、上端がセンサーレバー１５に連結された上下動自在な連結棒２０と、この連結棒２０の下端に連動連結された回動自在なラッチレバー２１と、このラッチレバー２１に係合するラッチ２２と、このラッチ２２にシャフト２３を介して連結されたタンブリングウエイト２４と、このタンブリングウエイト２４に直結されたストライキングレバー２５とで構成されている。
【００１７】
図５の仮想線で示すように、上記のようにフローセンサー１４が下流側に押されると、センサーレバー１５が支点１７を中心に上向きに揺動し、センサーレバー１５の揺動が連結棒２０とラッチレバー２１とに伝達され、ラッチ２２がラッチレバー２１から外れ、タンブリングウエイト２４が落下するとともに、ストライキングレバー２５の遊端部が上方へ回動する。
【００１８】
次に、上記トグルリンク装置１１の構成を以下に説明する。
すなわち、図６，図７に示すように、トグルリンク装置１１は屈曲自在なリンク体２８を有し、このリンク体２８は互いに連結されたリンク２８ａとリンクレバー２８ｂとで構成されている。上記リンク２８ａは、弁棒５の他端に設けられたベルクランク２９を介して、上記ダンパー装置１２に連動連結されている。また、上記リンクレバー２８ｂは弁箱２側に回動自在に取付けられている。
【００１９】
平常時は、図６の実線で示すように、リンク体２８はほぼ直線状態（すなわちリンク２８ａとリンクレバー２８ｂとが死点をやや越えた位置にある状態）で停止しており、図７に示すように、突張った状態で上記ウエイト８を保持している。図６の仮想線で示すように、タンブリング装置１０のストライキングレバー２５の遊端部が上方へ回動した際、リンク２８ａがストライキングレバー２５の遊端部によって下から蹴り上げられ、上記突張りが解除され、リンク体２８が屈曲する。これにより、上記ウエイト８の自重トルクが弁棒５に作用して、弁体４が閉鎖方向へ回転する。
【００２０】
また、上記ダンパー装置１２は、油圧シリンダから成り、弁体４の閉鎖方向への回転速度を緩和するためのものであり、ピストンロッドの先端に上記ベルクランク２９が連動連結されている。
【００２１】
尚、図７に示すように、弁棒５の一端には、手動操作によって弁体４を開閉させる手動操作機３２が回転クラッチ３３を介して連結されている。
また、図１〜図４に示すように、上記弁箱２内には、弁箱シールリング３５が内周面に沿って円環状に配置されており、全閉位置Ｓ（図２の実線参照）において弁体４の周縁部が弁箱シールリング３５に摺接し、弁箱２内の流路３が遮断される。尚、上記弁棒５は、弁体４に設けられた一対の円筒状のボス部３６に挿通されて一体的に連結され、弁箱２に回転自在に保持されている。また、上記弁箱シールリング３５は、弁棒５の箇所で、一対の半円弧状に２分割された構造である。
【００２２】
閉鎖時の回転方向における弁体４の正面側には、一対のテール部３７ａ，３７ｂが設けられている。これら両テール部３７ａ，３７ｂはそれぞれ、弁体４の回転方向において扇状に形成されており、弁体４の周縁部に設けられている。図１に示すように、両テール部３７ａ，３７ｂの外周面はそれぞれ、弁体４を全閉位置Ｓの手前の小開度Ａにした際、弁箱シールリング３５に摺接する球面状に湾曲している。尚、一方のテール部３７ａは、開栓時における弁体４の回転に伴って、下流側へ向かって変位し、また、他方のテール部３７ｂは、開栓時における弁体４の回転に伴って、上流側へ向かって変位する。
【００２３】
上記両テール部３７ａ，３７ｂにはそれぞれ、一端が外周面に開口するとともに他端が内周面に開口する通水孔３８が形成されている。図３，図４に示すように、上記通水孔３８は、弁体４の周方向に沿って細長い長円状であり、弁体４の周縁部に隣接する１箇所に形成されている。尚、上記両通水孔３８の面積（開口面積）は弁箱２内の流路３の断面積の約４％の比率に設定されている。
【００２４】
以下、上記構成における作用を説明する。
図２の仮想線と図５の実線で示すように、平常時は、弁体４が全開状態（開度１００％）に保たれ、配管内を水が流れる。この際、図６の実線で示すように、リンク体２８はほぼ直線状態で停止しており、突張った状態で上記ウエイト８を保持しているため、図７に示すように弁体４が全開位置にロックされている。
【００２５】
また、万一、震災等で配管が破損し、配管内の水の流速が異常に上昇した場合、図５の仮想線で示すように、フローセンサー１４が下流側に押され、ラッチ２２がラッチレバー２１から外れ、タンブリングウエイト２４が落下し、図６の仮想線で示すように、ストライキングレバー２５の遊端部がリンク２８ａを下方から蹴り上げ、リンク体２８が屈曲し、ウエイト８の自重トルクで弁体４が閉鎖方向へ回転する。この際、弁体４の回転速度はダンパー装置１２によって緩和され、所定時間（例えば約３０秒間）かかって弁体４が全閉位置Ｓまで回転する。
【００２６】
この時、図１に示すように、弁体４が全閉位置Ｓに近付いて小開度Ａになると、両テール部３７ａ，３７ｂの外周面が弁箱シールリング３５に摺接し、弁体４の上流側の水が両テール部３７ａ，３７ｂの通水孔３８を通って弁体４の下流側へ流れる。この状態は弁体４が全閉位置Ｓに達する直前まで保たれ、図２の実線で示すように、弁体４が全閉位置Ｓに達すると、弁体４の周縁部が弁箱シールリング３５に摺接して、弁箱２内の流路３が遮断される。
【００２７】
したがって、図１に示すように、弁体４を小開度Ａにした状態では、上記両通水孔３８の面積が流路面積となるため、流路面積が一定に保たれることになる。これにより、図８のグラフで示すように、緊急遮断弁１の圧力損失係数は、弁体４が全閉位置Ｓに近付くにつれて増加していくが、全閉位置Ｓの手前で、ほぼ水平或いは緩やかな傾き（図８のグラフのＢの部分）になる。これにより、配管内の流速が急に変化するのを防止することができるため、配管に発生するウォーターハンマーを軽減することができる。
【００２８】
尚、従来の緊急遮断弁６０の弁体６３と本実施の形態の緊急遮断弁１の弁体４とを同速度で全閉位置Ｓまで回転させて緊急遮断した場合、上記緊急遮断弁１によって発生するウォーターハンマーは上記従来の緊急遮断弁６０によって発生するウォーターハンマーに比べて３０〜４０％軽減した。
【００２９】
また、上記配管を復旧した後、緊急遮断弁１の下流側の配管内に再充水する場合、手動操作機３２を操作して、弁体４を全閉位置Ｓから小開度Ａに開栓する。これにより、図１に示すように、両テール部３７ａ，３７ｂの外周面が弁箱シールリング３５に接触し、弁体４の上流側の水が両テール部３７ａ，３７ｂの通水孔３８を通って弁体４の下流側へ流れ、小流量で上記下流側の配管内に充水される。このように、弁体４の上流側と下流側とは両通水孔３８を通してのみ連通し、両通水孔３８を流れる流量は両通水孔３８の面積に相応して予め決まっているので、定流量で下流側の配管へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの所要時間を予め正確に算出することができる。
【００３０】
上記第１の実施の形態では、異常検出手段として流速検出装置７を用いて配管内の流速の異常を検出し、緊急遮断弁１を遮断しているが、水位検出装置を用いて配管内の水位の異常を検出し、緊急遮断弁１を遮断してもよい。また、地震計を用いて地震を検出し、緊急遮断弁１を遮断してもよい。
【００３１】
次に、第２の実施の形態を図９に基づいて説明する。
弁体４を閉鎖方向へ付勢するウエイト８（付勢手段の一例）は回動レバー５１を介して弁棒５の他端に設けられている。また、弁閉鎖機構５２は、弁体４を全開状態にロックするストッパー装置５３と、弁体４の閉鎖方向への回転速度を緩和するためのダンパー装置５４とで構成されている。
【００３２】
上記ストッパー装置５３は、弁体４が全開位置の状態で回動レバー５１の回動をロックピン（図示省略）でロックするものであり、ソレノイド（図示省略）によってロックピンを出退させることで、上記回動レバー５１のロックおよびロック解除を行うように構成されている。尚、上記ソレノイドは、外部に設けられた地震計からの検出信号に基づいて作動する。
【００３３】
また、ダンパー装置５４は油圧シリンダから構成されている。
これによると、平常時は、図９に示すように、弁体４が全開状態（開度１００％）に保たれ、配管内を流体が流れる。この際、ストッパー装置５３のロックピンが突出して回動レバー５１がロックされているため、弁体４が全開位置にロックされる。
【００３４】
また、地震が発生した場合、地震計からの検出信号に基づいてソレノイドが作動してロックピンが退入するため、回動レバー５１のロックが解除され、回動レバー５１がウエイト８の重量で下方へ回動し、弁棒５を介して弁体４が閉鎖方向へ回転する。この際、弁体４の回転速度はダンパー装置５４によって緩和され、所定時間かかって弁体４が全閉位置Ｓまで回転する。
【００３５】
上記第２の実施の形態では、異常検出手段として地震計を用いて地震を検出し、緊急遮断弁１を遮断しているが、流速検出装置を用いて配管内の流速の異常を検出し、緊急遮断弁１を遮断してもよい。また、水位検出装置を用いて配管内の水位の異常を検出し、緊急遮断弁１を遮断してもよい。
【００３６】
上記各実施の形態では、通水孔３８を両テール部３７ａ，３７ｂに形成しているが、いずれか片方のテール部のみに形成してもよい。また、上記各通水孔３８を長円状に形成しているが、長円状に限定されるものではなく、例えば、各テール部３７ａ，３７ｂに小円形状の通水孔を複数形成してもよい。
【００３７】
上記各実施の形態では、流体の一例として水を挙げたが、水以外の液体又は気体を流してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、通水孔を有するテール部を設けたことによって、弁箱内の流路を緊急遮断する場合、配管内の流速が急に変化するのを防止することができるため、配管に発生するウォーターハンマーを軽減することができる。
【００３９】
また、配管等を復旧した後、緊急遮断弁の下流側の配管内に再充水する場合、容易に定流量で下流側の配管へ充水することができ、充水開始から満管状態になるまでの所要時間を予め正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における緊急遮断弁の弁体周辺部分の断面図であり、弁体を小開度にした状態を示す。
【図２】同、緊急遮断弁の弁体周辺部分の断面図であり、弁体を全閉にした状態を示す。
【図３】同、緊急遮断弁の弁体の斜視図である。
【図４】図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図５】同、緊急遮断弁の弁閉鎖機構の構成を示す図である。
【図６】同、緊急遮断弁の弁閉鎖機構の構成を示す図である。
【図７】同、緊急遮断弁の斜視図である。
【図８】同、緊急遮断弁の弁体開度と圧力損失係数との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態における緊急遮断弁の斜視図である。
【図１０】従来の緊急遮断弁の斜視図である。
【図１１】従来の緊急遮断弁の弁体開度と圧力損失係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１緊急遮断弁
２弁箱
３流路
４弁体
５弁棒
８ウェイト（付勢手段）
９，５２弁閉鎖機構
３５弁箱シールリング
３７ａ，３７ｂテール部
３８通水孔
Ａ小開度
Ｓ全閉位置

Claims

弁箱内の流路を開閉する円盤状の弁体が弁棒の軸心廻りに回転自在に設けられ、上記弁体を閉鎖方向へ付勢する付勢手段と、この付勢手段による付勢力を利用して上記弁体を全閉位置まで回転させる弁閉鎖機構とが設けられた緊急遮断弁であって、
上記弁箱内に、弁箱シールリングが内周面に沿って円環状に配置され、全閉位置において弁体の周縁部が上記弁箱シールリングに摺接し、閉鎖時の回転方向における弁体の正面側に一対のテール部が設けられ、上記両テール部は、弁体回転方向において扇状に形成されて弁体の周縁部に設けられ、且つ、全閉位置の手前の小開度時に弁箱シールリングに摺接する球面状に湾曲した外周面を有し、少なくともいずれか一方のテール部に、外周面と内周面とに開口する通水孔が形成されていることを特徴とする緊急遮断弁。