JP2006220226A - ウオータハンマ防止用閉止弁及びそれを用いた放水設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ウオータハンマの防止、又は、軽減を図るとともに、早くドライ配管の充水を完了させる。
【手段】弁本体６の連通口７を開閉する常時開の弁体８と、該弁体８に連動するピストンステム９と、該ピストンステム９に連結された、ピストン室１０のピストン１２と、該ピストン室１０に収容されたオイル１３と、該ピストン１２に設けられ、前記オイル１３が出入りする連通孔１５と、該ピストン１２を開弁方向に付勢するスプリング１６と、前記連通口７に設けられ、前記弁本体６の一次側１８が設定水圧以上のときに前記弁体８が閉弁方向へ摺動して圧接する弁座２４と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ウオータハンマを防止するためのウオータハンマ防止用閉止弁及びそれを用いた放水設備に関するものである。

メタンガス等の液化天然ガス（ＬＮＧ）は、二重殻タンクに入れられ、超低温、例えば、−１６２℃以下で保管されているが、このガスが何らかの事情により該タンクから漏れると、周囲の空気と混合しベーパライズするが、−１２０℃以下では空気より重いので、床面を這うように水平方向に広がるため極めて危険である。

そこで、該タンクの周囲に水幕形成設備を設けている。この設備は、ガス漏れが発生した場合に水幕ヘッドから放水して床面と直交する方向、即ち、垂直方向の水幕（ウオータカーテン）を形成するものであり、このウオータカーテンにより前記ガスの水平方向への拡がりは阻止されるとともに、その流れ方向は上向きに変えられる。

水幕形成設備は、水源に流通する母管と、該母管と連結管を介して連通する放水管と、該放水管に設けられた複数の水幕ヘッドと、前記連結管に設けられた自動弁とを備えている。
この放水管は、常時は空配管（ドライ配管）であり、その両端部は、閉止部材により閉鎖されている。

従来例では、ガス漏れが発生した時に自動弁を開くと、ドライ配管への給水が開始されるが、この水はドライ配管内を急速に流れ鉄砲水となって前記両端部の閉止部材に激突して急停止する。そのため、閉止部材には大きな衝撃であるウオータハンマが発生し、接続部や計器等が大きな衝撃を受けて破損することがある。

そこで、このウオータハンマを防止する方法として、次のものがある。
（１）自動弁の二次側配管の充水完了前は、弁体の開度を制限して流速を規制し、二次側配管の充水完了後に弁体を全開にする方法（例えば、特許文献１参照）。
（２）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ともに、放水時には定常流量が得られるようにする方法（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２７２２０３号公報 特開２０００−１７９７２５号公報

従来例では、ウオータハンマの防止、又は、軽減を図ることができるが、自動弁を全開にして給水を開始しないため、二次側配管（ドライ配管）の充水完了まで時間がかかるので、早期に放水することが難しい。

この発明は、上記事情に鑑み、ウオータハンマの防止を図ること、さらには迅速にドライ配管の充水を完了させることを目的とする。

この発明は、弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、該弁体の閉弁方向への摺動速度を規制する閉弁制御手段と；前記連通口に設けられ、前記弁本体の一次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向に摺動して圧接する弁座と、を備えていることを特徴とする。この発明の閉弁制御手段は、弁体に連動するピストンステムと、該ピストンステムに連結された、ピストン室のピストンと、該ピストン室に収容された非圧縮流体と、該ピストンに設けられ、前記非圧縮流体が出入りする連通孔と、該ピストンを開弁方向に付勢するスプリングと、を備えていることを特徴とする。

この発明は、制御弁の二次側をドライ配管にし、該ドライ配管にウオータハンマ防止用閉止弁を設けた放水設備であって；前記ウオータハンマ防止用閉止弁が、弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、該弁体の閉弁方向への摺動速度を規制する閉弁制御手段と、前記連通口に設けられ、一次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向に摺動して圧接する弁座と、を備えていることを特徴とする。
この発明のウオータハンマ防止用閉止弁は、ドライ配管の軸方向開口端、又は、該軸方向と直交方向の開口部に配設けられていることを特徴とする。

この発明は、ドライ配管に常時開のウオータハンマ用閉止弁を設けたので、ドライ配管への給水開始時において発生する鉄砲水は、前記閉止弁を通って管外に捨てられるが、その後該ドライ配管の充水に伴って徐々に閉弁する。そのため、ウオータハンマの発生を防止、又は、軽減することが出来る。
又、ドライ配管への給水が迅速に行われるので、従来例に比べ、給水完了時期を早めることが出来る。

この発明の実施の形態１を図１〜図３により説明する。
図３に示す様に、ＬＮＧタンク１は、方形状に配設された複数の放水管２により囲まれている。この放水管２の長さは、例えば、１００ｍであり、１ｍ間隔に扇状ノズルを備えた水幕ヘッド３が配設され、その両閉口端には、ウオータハンマ防止用閉止弁５が設けられている。

このウオータハンマ防止用閉止弁５は、常時開の水圧駆動式閉止弁であり、図１に示す様に、弁本体６の連通口７を開閉する弁体８と、該弁体８に連動するピストンステム９と、該ピストンステム９に連結されたピストン室１０のピストン１２と、該ピストン室１０に収容された非圧縮流体、例えば、オイル１３と、該ピストン１２に設けられ、前記オイル１３が出入りする連通孔１５と、該ピストン室１０に設けられ、前記ピストン１２を開弁方向に付勢するスプリング１６とを備えている。
なお、弁体８の動きは、基本的に一次側１８と二次側２３（ここでは大気圧）との差圧による閉弁方向の力とスプリング１６による開弁方向の力との関係であり、閉止弁５の設定水圧はその関係が等しくなる圧力であり、この圧力以上になると弁体８は閉弁方向に摺動する。

弁体８の一次側１８には、案内ロッド２０が蜂着され、この案内ロッド２０は、流水のための図示しない開口部を有する、支持フレーム２１により摺動自在に支持されている。弁体８の二次側２３には、弁座２４に着座するパッキン２５が設けられ、弁体８には、連通口７のガイドをかねたスカート部２６が形成されている。

ピストン室１０は、ピストン１２の上面側の第１ピストン室１０ａと、その下面側の第２ピストン室１０ｂとから構成され、このピストン室１０には、オイル１３が充填されて封入されている。このオイル１３の代わりに、水等の非圧縮流体を用いても良い。
なお、ピストン１２に形成された連通孔１５により、第１ピストン室１０ａと第２ピストン室１０ｂとはつながっており、オイル１３は、ピストン室１０全体に充填されている。

ピストンステム９は、第２ピストン室１０ｂを貫通しており、その下端部は軸受２７により液密かつ摺動可能に支持されている。この軸受２７は、第２ピストン室１０ｂの底部中央に設けられている。
なお、ｓはシール部材、２８、２９はオイル給排部をそれぞれ示す。

配水管２は、図３に示す様に、連結管３０を介して母管３２に連結されているが、この連結管３０には制御弁３５が設けられている。この制御弁３５は、常時閉の自動制御弁であり、二次側、即ち、放水管２は充水されていない、所謂ドライ配管になっている。この弁３５は、モータ３６の駆動により開閉されるが、このモータ３６は、中央操作盤３８からの遠隔操作により制御される。

次に、本実施の形態の作動について説明する。
中央操作盤３８の操作により、モータ３６を駆動して制御弁３５を全開にすると、一次側の圧力水ｗは二次側に流れて放水管２内に入り、鉄砲水となって水幕ヘッド３から放水されながら管端部に向かう。

この時、管端部のウオータハンマ防止用閉止弁５は、全開状態であるので前記圧力水ｗは、該閉止弁５を通過して管外に排水され、所謂捨て水となる。そのため、鉄砲水が急激に止められることがないので、ウオータハンマは発生しない。

前記閉止弁５の弁体８が圧力水ｗにより押圧され設定水圧以上に高くなると、ピストン１２がスプリング１６に抗して下降しようとする。
この時、ピストン１２が下降するのにオイル１３が邪魔となり、第２ピストン室１０ｂ内のオイル１３は、ピストン１２の連通孔（オリヒス）１５から第１ピストン室１０ａに徐々に流入してピストン１２の摺動速度を規制するので、弁体８は、ゆっくりと閉弁方向に摺動する。

圧力水ｗの水圧が設定水圧以上になると、弁体８は弁座２４に圧接し閉弁状態になる。この状態では、捨て水はなくなり、放水管２からの放水は、水幕ヘッド３のノズルからのみとなり、ＬＮＧタンク１の囲りには、水幕が形成される。

次に、中央操作盤３８を操作してモータ３６を駆動させ制御弁３５を閉じると、放水管２への圧力水Ｗの流入が停止され、水幕ヘッド３からは放水されることで、放水管２内の圧力が低下し、ウオータハンマ防止用閉止弁５の弁体８は、圧力水Ｗに押圧されなくなるので、スプリング１６の復元力により元の状態、即ち、全開状態に戻る。

この時、第１ピストン室１０ａ内のオイル１３は、連通孔１５から第２ピストン室１０ｂ内に徐々に流入してピストン室１２の摺動速度を規制するので、弁体８はゆっくりと開弁方向に摺動する。

次に、この発明の実施の形態２を図４により説明するが、この実施の形態と前記実施の形態１との相違点は、前記実施の形態１が水幕形成設備であるのに対し、本実施の形態が石油タンク４０等の火災を消火するための散水設備であることである。この実施の形態では、放水管４２は、石油タンク４０を囲む複数の円弧状管から構成され、各管４２には、散水ノズルの付いた散水ヘッド４３が設けられている。

一般にウオータハンマを防止するには、ドライ配管である放水管２の軸方向の管端部にウオータハンマ防止用閉止弁５を配設するのが効果的であるが、管端部の外部に取付スペースが無かったり、排水の都合が悪い場合には、管端部になるべく近い、軸方向と直交方向の枝配管の開口部に閉止弁５を配設しても良い。このようにしても、ウオータハンマを防止することができ、排水のための外部溝等を新たに設けなくても良く、排水やスペース或いは外観など都合のいい場所を選ぶことができる。

又、放水管２が太く長かったり、圧力が高かったりして、閉止弁５の容量が小さい場合、放水管２の側部の複数の枝配管の開口部に排水弁５を複数設けるようにしてもよい。又、何らかの目的で図示しない精密機器が放水管２に設置されている場合、その直近の側部に排水弁５を設けることにより、瞬間的な高圧や振動から機器を守ることができる。

なお、上記実施の形態において、閉弁制御手段の一部である液体が出入りする連通孔はピストンに設けられているが、この連通孔をピストンに設けることなく二つのピストン室（第１、第２）の間にバイパス管を設けて、このバイパス管の途中に着脱可能な連通孔（オリフイス）付板やニードル弁を介在させる様にしても良い。このようにすると、ウオータハンマ防止用閉止弁の設置現場でウオータハンマの発生具合を見てからオリフィス径を変えることができ、対応が簡単早急にできる。

また、上記実施の形態において、閉弁制御手段はオイルと連通孔等を用いてウオータハンマ防止用閉止弁の閉弁動作を緩衝（弁体の閉弁方向への移動速度を規制）させていたが、他の構成にしても良い。例えば、ウオータハンマ防止用閉止弁に電磁弁を用いて、閉弁制御手段は電気的あるいは電子的制御部により閉止弁の閉弁動作を緩衝させるようにしても良い。また、ウオータハンマ防止用閉止弁をバタフライ弁、ボール弁、ゲート弁など他の弁タイプに選んでもよい。又、既設の設備のウオータハンマ防止をする場合には、本閉止弁を設けるだけで良く、他の既設装置の改造などが全く不要なので、施工が容易である。

本発明の実施の形態１を示す図で、開弁状態を示す縦断面図である。 閉弁状態の縦断面図である。 本発明の実施の形態１を示す平面図である。 本発明の実施の形態２を示す平面図である。

符号の説明

２ 放水管
５ ウオータハンマ防止用閉止弁
６ 弁本体
７ 連通口
８ 弁体
９ ピストンステム
１０ ピストン室
１３ オイル
１５ 連通孔
１８ 一次側
２３ 二次側
ｗ 圧力水

Claims (4)

1. 弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、
   該弁体の閉弁方向への摺動速度を規制する閉弁制御手段と；
   前記連通口に設けられ、前記弁本体の一次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向へ摺動して圧接する弁座と、
   を備えていることを特徴とするウオータハンマ防止用閉止弁。
2. 閉弁制御手段は、弁体に連動するピストンステムと、該ピストンステムに連結された、ピストン室のピストンと、該ピストン室に収容された非圧縮流体と、該ピストンに設けられ、前記非圧縮流体が出入りする連通孔と、該ピストンを開弁方向に付勢するスプリングと、を備えていることを特徴とする請求項１記載のウオータハンマ防止用閉止弁。
3. 制御弁の二次側をドライ配管にし、該ドライ配管にウオータハンマ防止用閉止弁を設けた放水設備であって；
   前記ウオータハンマ防止用閉止弁が、
   弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、
   該弁体の閉弁方向への摺動速度を規制する閉弁制御手段と、
   前記連通口に設けられ、一次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向に摺動して圧接する弁座と、
   を備えていることを特徴とする放水設備。
4. ウオータハンマ防止用閉止弁は、ドライ配管の軸方向開口端、又は、該軸方向と直交方向の開口部に配設けられていることを特徴とする請求項３記載の放水設備。
   

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