JP2006112901A - 可変型脈動圧配管試験システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、水撃現象による配管試験をより確実に実施することができ、しかも圧力タンクの容量を可変することにより、試験配管保有水量に応じた配管脈動圧試験システムを提供することにある。
【解決手段】試験対象配管２６内の液体に対して、加圧操作と減圧操作を周期的に行うことによって、試験対象配管２６内液体に脈動圧を発生させる配管脈動圧試験システムであって、加圧装置として、試験対象配管２６内に液体を供給するタンク開閉バルブ２９_１，２９_２を介在して接続された複数のサブ圧力タンク２２_１〜２２_３と、メイン圧力タンク２２_１および試験対象配管２６を連結する配管２７に設けられて所定の周期で開閉する電動式回転ボールバルブ２４とを備え、減圧装置として、試験対象配管２６内液体を排出する圧抜きバルブ２５を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体漏洩試験の対象となる試験対象配管内に液体を充満させ、その液体に加減圧を行って前記試験対象配管内に発生する脈動圧負荷によって前記試験対象配管における液体漏洩を調べる配管脈動圧試験システムに関するものである。

従来の配管漏洩試験では、試験配管に最大使用圧力の数倍程度の静水圧を加え、時間経過に伴う圧力低下を検査する方法や、あるいは、試験配管に加圧ポンプを連結し、あらかじめ設定された所定の開弁時間、周期による脈動圧試験を行い、継手などの配管接合部の潜在的な不良部位を顕在化させる方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の配管漏洩試験装置として、脈動圧を発生させる開閉弁の開弁を、電動機（加圧ポンプの作動手段）の回転軸に減速機構を介して連動するカムの回転によって行い、脈動圧発生のための電磁弁または電動弁、タイマー等の制御機構を不要にするとともに、所定の開弁時間、周期による脈動圧試験を簡便に行うことができる装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭５９−１６０７３３号公報 特許第３０５８５８７号公報

従来の配管脈動圧試験の場合、試験配管に対して、加圧ポンプ等の加圧手段による変動圧力が加えられる。図４は、従来の配管漏洩試験に用いられる試験装置の基本構成（ａ）と、この装置によって生成される試験配管内の脈動圧パターン（ｂ）を示したものである。すなわち、液体を入れた液体貯溜槽１１と試験配管１２を連結する管路に加圧ポンプ１３を設けるとともに、開閉弁１４をあらかじめ設定された所定の開弁時間、周期により動作して脈動圧試験を行っていた。しかしながら、図４（ｂ）に示されるように、その変動状況（急上昇、急下降）は正弦波状のやや緩慢なものであり、実際の配管システムで起こり得る、急峻な圧力上昇を伴う水撃現象（ウォーターハンマ）を人工的に起こし、脈動圧試験を実施するものではなかった。

また、試験配管内の急峻な圧力上昇は、例えば図４の試験装置において、加圧ポンプ性能を上げて大きな送水圧を発生させることにより、ある程度は実現することができるが、現実の水撃現象の再現性に乏しいという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、配管中の液体漏洩試験の際に、実際の水撃現象において発生する圧力変動を繰り返し模擬することにより、水撃現象による配管試験を確実に実施することができ、しかも試験配管保有水量に応じて圧力タンクの台数を加減し、液体の容量を可変することができる配管脈動圧試験システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、液体漏洩試験の対象となる試験対象配管内に液体を充満させ、その液体に加減圧を行って前記試験対象配管内に発生する脈動圧負荷によって前記試験対象配管における液体漏洩を調べる配管脈動圧試験システムであって、前記液体を貯留する液体貯留槽と、この液体貯留槽から第一の配管を介して加圧ポンプによって送り込まれる前記液体を貯留するメイン圧力タンクとサブ圧力タンクとを備え、前記メイン圧力タンクには前記試験対象配管内に前記液体を送り込むための第二の配管が延設され、前記試験対象配管から液体を排出するための第三の配管が前記第二の配管から分岐され、この第三の配管には電力により駆動する圧抜きバルブが設けられ、前記第二の配管の経路であって前記第三の配管の分岐箇所よりも上流側には電力により駆動する回転ボールバルブが設けられ、この回転ボールバルブよりも上流側には前記メイン圧力タンク内の圧力を計測する第一の圧力計が設けられ、前記第二の配管の経路であって前記第三の配管の分岐箇所よりも下流側には前記第二の配管内を流れる前記液体の単位時間当たりの流量を計測する流量計が設けられ、この流量計よりも下流側には前記試験対象配管内の圧力を計測する第二の圧力計が設けられ、前記メイン圧力タンクは接続配管を介して直列に接続される複数のサブ圧力タンクが設けられ、前記メイン圧力タンクとサブ圧力タンク、及び各サブ圧力タンク同士を接続する接続配管には電力により駆動する開閉バルブが設けられ、前記第一の圧力計と前記第二の圧力計と前記流量計からの出力信号に基いて前記加圧ポンプと前記開閉弁と前記回転ボールバルブと前記圧抜きバルブとを駆動制御する制御装置が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、一台のメイン圧力タンクと、開閉バルブで連結する複数台のサブ圧力タンク、および試験対象配管を連結する管路に設けられて所定の周期で開閉する電動式回転ボールバルブとを備え、一方、試験対象配管内の液体に対する減圧手段として、試験対象配管内液体を排出する圧抜きバルブを備える自動制御構成としているため、配管脈動圧試験の際に、実際の水撃現象において発生する圧力変動を繰り返し、実際の水撃現象を再現した配管漏洩試験をより確実に実施することが可能になり、しかも圧力タンクの台数を加減することにより、試験配管保有水量に応じた試験ができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。

図１に本発明の実施形態例に係る配管脈動圧試験システムの基本構成を示す。２１は液体を貯留する例えばポリタンク等の液体貯留槽、２２_１はメイン圧力タンク、２２_２，２２_３はサブ圧力タンクであり、試験条件によって台数の増減ができる。２３は液体貯留槽２１内の例えば水等の液体をメイン圧力タンク２２_１へ圧送・供給する第一の配管２０に設けられた加圧ポンプ、２４は電動式回転ボールバルブ、２５は圧抜きバルブ、２６は圧力タンク２２_１，２２_２，２２_３からの液体が充填される試験対象配管、２７はメイン圧力タンク２２_１および試験対象配管２６を連結する第二の配管、２８は試験対象配管２６から貯留槽２１に液体を排出する第二の配管２７から分岐された第三の配管、２９_１はメイン圧力タンク２２_１とサブ圧力タンク２２_２を直列に連結する管路上に設けられた電動式タンク開閉バルブ、２９_２はサブ圧力タンク２２_２とサブ圧力タンク２２_３を直列に連結する管路上に設けられた電動式タンク開閉バルブ、３０は電動式回転ボールバルブ２４および電動式圧抜きバルブ２５と試験対象配管２６を連結する第二の配管２７上に設けられた液体の単位時間当たりの流量を計測する流量計、３１はコンピュータよりなる制御装置、３２はメイン圧力タンク２２_１内の圧力を測定する第一の圧力計、３３は試験対象配管２６内の圧力を測定する第二の圧力計、３４は圧力タンク２２_１，２２_２，２２_３にそれぞれ設けられたエア抜きバルブである。電動式回転ボールバルブ２４は第二の配管２７の管路上に設けられ、圧抜きバルブ２５は第三の配管２８の管路上に設けられる。前記コンピュータよりなる制御装置３１は、前記第一の圧力計３２と前記第二の圧力計３３と前記流量計３０からの出力信号に基いて前記加圧ポンプ２３と前記開閉バルブ２９_１，２９_２と前記回転ボールバルブ２４と前記圧抜きバルブ２５とを駆動制御する。

先ず、配管脈動圧試験の準備をする。

１、配管脈動圧試験システムを試験対象配管２６の側に配置し、配管脈動圧試験システムと試験対象配管２６を接続する。

２、液体貯留槽２１に試験液体を入れる。

３、第二の配管２７上に設けられた回転ボールバルブ２４を開状態に、第三の配管２８上に設けられた圧抜きバルブ２５を閉状態とし、メイン圧力タンク２２_１の上流側の開閉弁２９_１，２９_２を開状態とする。次に加圧ポンプ２３を起動させる。液体貯留槽２１内の液体は、試験対象配管２６及びメイン圧力タンク２２_１、サブ圧力タンク２２_２，２２_３内に充填されていく。メイン圧力タンク２２_１、サブ圧力タンク２２_２，２２_３内の空気は、エア抜きバルブ３４にて大気中に放出される。試験対象配管２６内に液体を充填する際、第二の配管２７の経路であって第三の配管２８の分岐箇所より下流側に設置されている流量計３０により、試験対象配管２６内の水量情報をコンピュータよりなる制御装置３１へ伝える。コンピュータよりなる制御装置３１は、試験対象配管２６の水量と設定試験圧力情報から演算によりサブ圧力タンク２２_２，２２_３の台数を求め、不要なサブ圧力タンク２２_２，２２_３の開閉バルブ２９_１，２９_２を閉じる。加圧ポンプ２３は、試験に必要な圧力となったら自動停止する。また、試験条件に応じた回転ボールバルブ２４の回転数をコンピュータよりなる制御装置３１に設定する。

次に、配管脈動圧試験動作を説明する。

１、圧抜きバルブ２５が閉であることを確認し、コンピュータよりなる制御装置３１からの命令により回転ボールバルブ２４の回転を開始する。回転ボールバルブ２４の回転により、回転ボールバルブ２４が開状態になる時、高圧水が疑似ウォーターハンマとして試験対象配管２６内に送り込まれる。続いて回転ボールバルブ２４が閉状態になったとき、コンピュータよりなる制御装置３１からの命令により圧抜きバルブ２５を開状態にして試験対象配管２６から試験液体を貯留槽２１に返送する。これにより、試験対象配管２６内の一部の試験液体が抜け、再び次の疑似ウォーターハンマを待つ。

なお、試験中、何らかの要因でメイン圧力タンク２２_１の圧力が規定値を下回りそうになった場合、コンピュータよりなる制御装置３１からの制御により加圧ポンプ２３を起動させ、試験圧力を維持する。

コンピュータよりなる制御装置３１はこれら一連の動作を正確なタイミングで所定時間繰り返し、疑似ウォーターハンマによる漏水試験を行う。試験終了後は、圧抜きバルブ２５を開にして試験対象配管２６内の液体を排出させる。

図２は本発明の実施形態例に係る試験配管保有水量（ｄｍ^３）と圧力タンク容量（ｄｍ^３）の関係（一定脈動圧振幅０．５ＭＰａ）を示す特性図である。すなわち、脈動圧パターンの回転数１５ｒｐｍにおいて、試験配管保有水量Ｑａ（ｄｍ^３）では圧力タンク容量はＶ_０（ｄｍ^３）あればよく、また、脈動圧パターンの周波数８Ｈｚにおいて、試験配管保有水量Ｑｂ（ｄｍ^３）では圧力タンク容量はＶ_０（ｄｍ^３）あればよい。また脈動圧パターンの回転数３．７５ｒｐｍにおいて、試験配管保有水量Ｑ_２（ｄｍ^３）では圧力タンク容量はＶ_０（ｄｍ^３）あればよいが、試験配管保有水量Ｑ_３（ｄｍ^３）では圧力タンク容量はＶ_２（ｄｍ^３）以上必要になり、試験配管保有水量Ｑｃ（ｄｍ^３）では圧力タンク容量はＶ_４（ｄｍ^３）以上必要になる。図２に示すような試験配管保有水量（ｄｍ^３）と圧力タンク容量（ｄｍ^３）の関係（一定脈動圧振幅０．５ＭＰａ）をデータベース化してコンピュータよりなる制御装置３１に保持させることにより、供試流量を元に必要な圧力タンク容量を自動演算することができ、タンク開閉弁２９_１，２９_２の開閉制御を自動化することができる。

次に試験対象配管２６内液体に対する加圧操作時の動作は以下のようになる。すなわち、電動式回転ボールバルブ２４が閉止状態から徐々に開き始めると同時に、メイン圧力タンク２２_１内（高圧側）の液体が、第二の配管２７を介して、試験対象配管（低圧側）２６へ向けて圧送され、メイン圧力タンク２２_１内の流体圧力と試験対象配管２６内の流体圧力が平衡状態に達するまで、試験対象配管２６内の流体圧力が一気に増大する。圧抜きバルブ２５は閉止状態である。このとき、メイン圧力タンク２２_１の流体圧力は一時的に低下することになるが、加圧ポンプ２３によって流体が貯留槽２１からメイン圧力タンク２２_１へ随時供給されることにより、メイン圧力タンク２２_１の流体圧力は所定圧力に制御される。その後、電動式回転ボールバルブ２４は一定速度で回転動作が続けられ、試験対象配管２６内の流体圧力は、後述の減圧操作が始まるまで、一定の圧力状態が維持される。

一方、試験対象配管２６内液体の減圧操作時の動作は以下のようになる。すなわち、電動式回転ボールバルブ２４が開放状態から閉止状態へ遷移する直前に、閉止されていた圧抜きバルブ２５が開放される。これにより、試験対象配管２６内（高圧側）の液体は第三の配管２８を介して貯留槽（低圧側）２１に向けて排出され、試験対象配管２６内の流体圧力が低下する。このとき、電動式回転ボールバルブ２４と圧抜きバルブ２５が双方とも開放していることにより、メイン圧力タンク２２_１の流体圧力は一時的に低下することになるが、次の加圧操作に備え、加圧ポンプ２３によって液体が液体貯留槽２１からメイン圧力タンク２２_１へ随時供給されることにより、メイン圧力タンク２２_１の流体圧力は所定圧力に制御される。圧抜きバルブ２５は、電動式回転ボールバルブ２４が完全に閉止状態へ移行すると同時に閉止される。なお、圧抜きバルブ２５の開放時間は、試験内容に応じて適宜設定することができる。

このように、上述の加圧操作と減圧操作が試験対象配管２６内液体に対して繰り返し実施されることにより、試験対象配管２６内には一定の振幅と周期を有する脈動圧パターンが生成されることになる。なお、圧抜きバルブ２５の操作については、電動式回転ボールバルブ２４の動作と連動制御をさせても良く、また、試験対象配管２６に対して、急峻な圧力上昇を伴う脈動圧パターンが生成できる範囲内で、所定の開度にて常時開放状態にしておいても良い。

図３は、本発明の実施形態例に係る配管脈動圧試験システムが発生する脈動圧パターンと２つのバルブ動作を示す図である。図中、（ａ）は試験対象配管２６内における脈動圧パターン、（ｂ）は電動式回転ボールバルブ２４の開閉動作パターン、（ｃ）は圧抜きバルブ２５の開閉動作パターンである。グラフの横軸は経過時間を表す。

本実施形態例の試験システムが生成する脈動圧パターンは、図４に示す従来装置が生成する正弦波状のやや緩慢な波形ではなく、実際の配管システムで起こり得る急峻な圧力上昇や圧力下降を伴う波形になることが特徴的である。

図３（ａ）に示すように、１周期分の試験対象配管２６内流体の圧力変動は次のようになる。すなわち、加圧操作が開始された直後にＰ１（ＭＰａ）からＰ３（ＭＰａ）へ急激に上昇した後、残りの加圧操作の時間帯ではＰ３（ＭＰａ）の状態を保ち、減圧操作時にＰ３（ＭＰａ）からＰ１（ＭＰａ）へ下降する。その変動は、図３（ｂ）に示すように、電動式回転ボールバルブ２４の開度変化（正弦波状）と同位相となる。ここで、脈動圧変動の周期はＴ（秒）、振幅はＰ３−Ｐ１（ＭＰａ）である。

一方、図３（ａ）に示すように、脈動圧波形を分析すると、電動式回転ボールバルブ２４の開放直後の急峻な圧力上昇に対し、圧力下降の挙動は比較的緩慢であるが、この圧力下降の速度は、圧力上昇時と同様に、急峻なものとすることもできる。すなわち、第三の配管２８の管径や圧抜きバルブ２５の口径を大きくしたり、圧抜きバルブ２５の弁開度を大きく調整したりすることによって、減圧操作時の試験対象配管２６内液体の排出量がより多くなるようにすれば良い。

以上のように、タンク開閉弁を開放してサブ圧力タンクを必要に応じて増設することにより、試験対象配管系内圧力において、変動させる圧力幅をより大きくすることができ、また大容量の試験対象配管系に対応することができ、さらに、加圧ポンプを小型化できる。また、流量計を設けることにより、一定脈動圧振幅における試験配管保有水量の関係を示すグラフを作成することで、圧力タンク容量の設計指針とすることができ、また試験後に供試水の全排水を確認することができる。また、コンピュータよりなる制御装置で演算装置化することで、自動的に試験条件を可変させ、配管脈動圧試験を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態例を説明したが、配管脈動圧試験システムの実施態様は前述した例に限定されるものではない。

例えば、メイン圧力タンク及びサブ圧力タンク内の流体の温度を加熱または冷却制御する温度制御手段を設け、第一の配管、第二の配管、第三の配管、及び接続配管を保温材で覆うことにより、水以外の供試対象、例えば冷温水または給湯配管の試験等にも対応することができる。また建物以外にも、配管に液体を循環させる装置の試験にも応用することができる。

また、液体貯留槽、加圧ポンプ、メイン圧力タンク、第一の圧力計、回転ボールバルブ、流量計、圧抜きバルブ、及び制御装置をユニット化し、一体構成することにより、運搬及び現地設置を簡易化して省力化を図ることができる。但し、試験対象配管系統が大きく、配管脈動圧試験システムが運搬や設置に不便な場合は、あえてユニット化を行わない。

また、電動式回転ボールバルブ２４の代わりに電磁弁を用い、図３の圧抜きバルブ２５の開閉動作とは逆位相の開閉動作を行うように設定すれば、図３と同様の脈動圧パターンを得ることができる。

さらに、図３（ａ）に示すような脈動圧パターンを所望の波形に調整することも可能である。例えば、試験対象配管２６内流体に発生させる脈動圧の振幅および周期を調整する手段として、例えば、それぞれ、メイン圧力タンク２２_１内の設定圧力を可変制御する圧力調整装置、および、電動式回転ボールバルブ２４の開閉動作周期を可変制御する弁開度調整装置（周期調整手段）を設けることにより、所望の振幅および周期を有する脈動圧パターンによる配管漏洩試験を実施することが可能になる。

本発明の実施形態例に係る配管脈動圧試験システムを示す構成説明図である。 本発明の実施形態例に係る試験配管保有水量（ｄｍ^３）と圧力タンク容量（ｄｍ^３）の関係（一定脈動圧振幅０．５ＭＰａ）を示す特性図である。 本発明の実施形態例に係る脈動圧パターンおよび弁動作を示す特性図である。 従来の配管脈動圧試験システム及び脈動圧パターンを示す構成説明図及び特性図である。

符号の説明

２０…第一の配管、２１…貯留槽、２２_１…メイン圧力タンク、２２_２，２２_３…サブ圧力タンク、２３…加圧ポンプ、２４…電動式回転ボールバルブ、２５…圧抜きバルブ、２６…試験対象配管、２７…第二の配管、２８…第三の配管、２９_１，２９_２…タンク開閉バルブ、３０…流量計、３１…コンピュータよりなる制御装置、３２…第一の圧力計、３３…第二の圧力計。

Claims (3)

1. 液体漏洩試験の対象となる試験対象配管内に液体を充満させ、その液体に加減圧を行って前記試験対象配管内に発生する脈動圧負荷によって前記試験対象配管における液体漏洩を調べる配管脈動圧試験システムであって、
   前記液体を貯留する液体貯留槽と、
   この貯留槽から第一の配管を介して加圧ポンプによって送り込まれる前記液体を貯留するメイン圧力タンクとサブ圧力タンクとを備え、
   前記メイン圧力タンクには前記試験対象配管内に前記液体を送り込むための第二の配管が延設され、
   前記試験対象配管から液体を排出するための第三の配管が前記第二の配管から分岐され、
   この第三の配管には電力により駆動する圧抜きバルブが設けられ、
   前記第二の配管の経路であって前記第三の配管の分岐箇所よりも上流側には電力により駆動する回転ボールバルブが設けられ、
   この回転ボールバルブよりも上流側には前記メイン圧力タンク内の圧力を計測する第一の圧力計が設けられ、
   前記第二の配管の経路であって前記第三の配管の分岐箇所よりも下流側には前記第二の配管内を流れる前記液体の単位時間当たりの流量を計測する流量計が設けられ、
   この流量計よりも下流側には前記試験対象配管内の圧力を計測する第二の圧力計が設けられ、
   前記メイン圧力タンクは接続配管を介して直列に接続される複数のサブ圧力タンクが設けられ、
   前記メイン圧力タンクとサブ圧力タンク、及び各サブ圧力タンク同士を接続する接続配管には電力により駆動する開閉バルブが設けられ、
   前記第一の圧力計と前記第二の圧力計と前記流量計からの出力信号に基いて前記加圧ポンプと前記開閉弁と前記回転ボールバルブと前記圧抜きバルブとを駆動制御する制御装置が設けられていることを特徴とする配管脈動圧試験システム。
2. 貯留槽、加圧ポンプ、メイン圧力タンク、第一の圧力計、回転ボールバルブ、流量計、第二の圧力計、圧抜きバルブ、及び制御装置をユニット化し、一体構成することを特徴とする請求項１に記載の配管脈動圧試験システム。
3. メイン圧力タンク及びサブ圧力タンク内の流体の温度を加熱または冷却制御する温度制御手段を設け、第一の配管、第二の配管、第三の配管、及び接続配管が保温材で覆われることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管脈動圧試験システム。

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