JP2019105303A - Automatic shut-off device and automatic shut-off method capable of preventing water hammer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水撃の発生を防止することが可能な、液体配管系に設置される自動遮断装置及び自動遮断方法に関する。 The present invention relates to an automatic shutoff device and an automatic shutoff method installed in a liquid piping system capable of preventing the occurrence of a water hammer.
液体配管系にはプロセス上等の理由により遮断弁等の遮断装置が設置されているが、その遮断時に水撃(ウォーターハンマー)が発生することがあった。この水撃は、配管系を流れている水などの非圧縮性流体が、弁などが閉止することで急停止させられる結果、その運動エネルギーが圧力エネルギーに変化して配管系内を伝搬する現象である。このような水撃の発生を防止する方法としては、例えば先ず液体配管系の送水元に設けられているポンプ等の昇圧手段を停止し、液体配管系内に圧力がかからない状態にしてから遮断弁等の遮断装置を遮断することが行われている。あるいは上記の送水元の昇圧手段を停止できない場合は、コントロール弁等の流量制限手段で徐々に流量を絞ることで急激な圧力変動を抑制する方法も一般的に知られている。 In the liquid piping system, a shutoff device such as a shutoff valve is installed for reasons of process, etc., but a water hammer may occur at the time of shutoff. This water hammer is a phenomenon in which kinetic energy changes to pressure energy and propagates in the piping system as a result of incompressible fluid such as water flowing in the piping system being suddenly stopped by closing a valve etc. It is. As a method of preventing the occurrence of such a water hammer, for example, the pressure increasing means such as a pump provided at the water supply source of the liquid piping system is first stopped, and the pressure is not applied to the liquid piping system. Etc. It is performed to shut off the shutoff device. Alternatively, when it is not possible to stop the above-mentioned water supply source pressure raising means, it is generally known to suppress sudden pressure fluctuation by gradually throttling the flow rate by means of a flow control means such as a control valve.
更に、水撃を吸収するベローズ、クッション材、外付けの水室等の圧力逃がし装置を液体配管系に設置することで水撃作用を防止する技術が提案されている。例えば特許文献1には、水栓本体を開閉操作するハンドル内に、ダイヤフラムと弾性体とからなる水撃防止装置を内蔵し、この水撃防止装置へ水撃を導く導水路を水栓本体へ連通させる技術が開示されている。また、特許文献2には、水道管の途中に接続管を介して本体ケースを取付け、この本体ケース内に緩衝材と伸縮性保護膜とを内蔵させたウォーターハンマー防止器が開示されている。
Furthermore, there is proposed a technology for preventing the water hammer action by installing a pressure relief device such as a bellows for absorbing a water hammer, a cushion material, an external water chamber and the like in a liquid piping system. For example, Patent Document 1 incorporates a water hammer prevention device consisting of a diaphragm and an elastic body in a handle for opening and closing a water faucet body, and guides a water channel to the water hammer prevention device to a water faucet body A technique for communicating is disclosed. Further,
上述した種々の水撃防止技術によりある程度水撃の発生を防止することができるものの、液体配管系内を流れる液体の圧力が高い場合や配管径が大きい場合は、遮断弁を遮断する際の急激な圧力変動を抑制することが困難であり、水撃が発生することがあった。また、既存の液体配管系に圧力逃がし装置を設置する場合は、改造工事等を含めてコストがかかりすぎることが多く、更にスペースやアクセス上の制約から設置できないことがあった。本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、水撃の発生を抑制することが可能な安価で簡易な自動遮断装置及び自動遮断方法を提供することを目的としている。 Although it is possible to prevent the occurrence of water hammer to some extent by the various water hammer prevention techniques described above, when the pressure of the liquid flowing in the liquid piping system is high or when the pipe diameter is large, the rapidity in shutting off the shutoff valve It is difficult to suppress various pressure fluctuations and water hammer may occur. Moreover, when installing a pressure relief device in the existing liquid piping system, it often costs too much including remodeling work etc. Furthermore, it could not be installed from restrictions on space and access. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is an object of the present invention to provide an inexpensive and simple automatic shutoff device and an automatic shutoff method capable of suppressing the occurrence of water hammer.
上述した目的を達成するため、本発明に係る自動遮断装置は、液体配管系に設けられた第1遮断弁と、これをバイパスする配管径が1インチより大きいバイパス配管に設けられた第2遮断弁とからなる自動遮断装置であって、前記第2遮断弁の口径が前記第1遮断弁の口径よりも小さく且つ該第1遮断弁の遮断後に該第2遮断弁が遮断すること特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, an automatic shutoff device according to the present invention comprises a first shutoff valve provided in a liquid piping system and a second shutoff valve provided in a bypass piping having a piping diameter larger than 1 inch for bypassing the first shutoff valve. An automatic shut-off device comprising a valve, wherein the bore diameter of the second shut-off valve is smaller than the bore diameter of the first shut-off valve and the second shut-off valve shuts off after the first shut-off valve is shut off. .
また、本発明に係る自動遮断方法は、液体配管系に設けられた第1遮断弁をバイパスする配管径が1インチより大きいバイパス配管を設けると共に該バイパス配管に該第1遮断弁よりも小さい口径を有する第2遮断弁を設け、該第1遮断弁の遮断後に該第2遮断弁が遮断するように作動させることを特徴としている。 Further, in the automatic shutoff method according to the present invention, a bypass pipe whose pipe diameter for bypassing the first shutoff valve provided in the liquid pipe system is larger than 1 inch is provided and the diameter of the bypass pipe is smaller than that of the first shutoff valve. And a second shutoff valve having a second shutoff valve, the second shutoff valve being operated to shut off after the first shutoff valve is shut off.
本発明によれば、水撃を発生させることなく安価且つ簡易に液体配管系の給液を遮断することができる。 According to the present invention, it is possible to shut off the liquid supply of the liquid piping system inexpensively and easily without causing a water hammer.
以下、本発明の自動遮断装置の実施形態について図1を参照しつつ詳細に説明する。この図1に示す本発明の実施形態の自動遮断装置10は、昇圧手段としての給水ポンプ1の吐出側であって、タンク2に接続される送水用の好適には配管径が2インチ以上18インチ以下の給水配管系3に設置されている。この自動遮断装置10は、該給水配管系3に設けられた第1遮断弁11と、該第1遮断弁11をバイパスするバイパス配管4に設けられた第2遮断弁12とからなる。上記の給水配管系3の配管径は、一般的には上記の給水ポンプ1等の昇圧手段の能力に応じて定められ、例えば給水ポンプ1の吐出圧力が500kPa、流量が500m3/hの場合は14インチが好ましい。
Hereinafter, an embodiment of the automatic shutoff device of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The
一方、バイパス配管4及び第2遮断弁12のサイズは、第1遮断弁11の遮断時に給水配管系3内での液体の圧力変動を抑制できるのであれば、できるだけ内径が小さいものが望ましいが、これら内径があまり小さすぎると流体が流れにくくなり、また、異物による詰り等の問題も生じうるため、バイパス配管4は配管径が1インチより大きいものを使用し、第2遮断弁12の口径の下限は第1遮断弁11の口径の10%以上であるのが好ましい。逆に、第2遮断弁12の口径が大きすぎると、自動遮断装置10に求められる液体の供給停止の目的が達成されなくなるおそれがあるので、第2遮断弁12の口径の上限は第1遮断弁11の口径の65%以下であるのが好ましい。
On the other hand, the size of the
例えば第1遮断弁11が14インチの場合は、第2遮断弁12の口径の上限は9.1インチ、下限は1.4インチが好適となるが、市販のバルブは呼び径で規格化されており、B呼称では6B(6インチ)までは1/8、1/4、3/8、1/2、1、1・1/4、1・1/2、2、2・1/2、3、4、5、及び6となり、6インチ以上36インチ以下は2インチごとに増加し、36インチ以上は4インチごとに増加するので、8インチが好適な上限となり、1・1/4インチ又は1・1/2インチが好適な下限となる。なお、遮断弁の口径のサイズは、一般的には該遮断弁が設けられている配管の配管径と同サイズにするのが好ましい。
For example, when the first shut-off
第1遮断弁の種類は、液体の遮断用バルブとしての開閉時間、操作性等の要件を満たすものであれば特に限定はなく、仕切弁、ボール弁、バタフライ弁等の種々のバルブを使用することができる。一方、第2遮断弁12は、中間開度での使用に適しているものが好ましく、例えばグローブ弁やバタフライ弁が適している。上記の第1遮断弁11及び第2遮断弁12は、いずれもアクチュエータで自動的に開閉されるようになっており、オペレータの操作又は所定のアルゴリズムによって該自動遮断装置10が作動した際、第1遮断弁11の遮断後に第2遮断弁12が遮断するように設定されている。このように第1遮断弁11よりも小さい口径を有する第2遮断弁12の遮断のタイミングを、第1遮断弁11の遮断のタイミングよりも遅らせることで、水撃現象を生じさせることなくタンク2への液体の供給を停止することが可能になる。
The type of the first shut-off valve is not particularly limited as long as it satisfies requirements such as opening and closing time as a liquid shut-off valve and operability, and various valves such as a gate valve, a ball valve, and a butterfly valve are used. be able to. On the other hand, it is preferable that the
このように第2遮断弁12の遮断のタイミングを第1遮断弁11の遮断のタイミングよりも遅くする方法としては、これら第1及び第2遮断弁11、12をそれぞれ駆動する第1及び第2アクチュエータ13、14への信号の出力タイミングに時間差をつけること、具体的には、第1アクチュエータ13に信号を出力してから0.1秒以上60秒以下経過後に第2アクチュエータ14に信号を出力するのが好ましい。この時間差が0.1秒未満では短すぎて水撃現象を防止できないおそれがある。逆にこの時間差が60秒を超えると、自動遮断装置10に求められる液体の供給停止の目的が達成されなくなるおそれがある。
Thus, as a method of delaying the timing of the shutoff of the
上記の0.1秒以上60秒以下の時間差は、これら第1及び第2アクチュエータ13、14に互いに異なる作動方式のものを用いることによって実施してもよい。例えば、開閉動作を電動モータで行う電動式アクチュエータは、空気圧を用いて開閉動作を行う一般的な空気式アクチュエータよりも動作が遅いので、第2アクチュエータ14を電動式にすると共に第1アクチュエータ13を空気式にすることで上記の時間差をつけてもよい。なお、上記のように開閉時間に時間差をつけることができるのであれば、空気式に代えて、油圧式、ソレノイド式などの方式を採用してもよい。また、開閉時間に時間差をつけることができるのであれば、第1及び第2アクチュエータ13、14に同じ作動方式のものを用いてもよい。
The above-mentioned time difference of 0.1 seconds or more and 60 seconds or less may be implemented by using different actuation systems for the first and
上記の第1及び第2アクチュエータ13、14による第1及び第2遮断弁11、12の開閉は、分散制御システム(DCS)又はプログラマブルロジックコントローラ(PLC)で制御されることが好ましい。図1にはDCS15の信号を第1及び第2アクチュエータ13、14に入力することで、それぞれ第1及び第2遮断弁11、12を開閉させる例が示されている。
The opening and closing of the first and
第1遮断弁11は、そのすぐ上流側及び下流側にそれぞれ上流側手動弁16A及び下流側手動弁16Bが設けられているのが好ましい。同様に、第2遮断弁12の上流側及び下流側にもそれぞれ上流側手動弁17A及び下流側手動弁17Bが設けられているのが好ましい。このように各遮断弁の前後に手動弁を設置することで、当該遮断弁のメンテナンスがより容易になる上、これら手動弁の開度を適宜調整することで遮断弁を流れる流体の流量を調整することができ、より確実に水撃現象の発生を防止することが可能になる。次に、本発明の自動遮断装置の実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
The first shut-off
<実施例1>
吐出圧力500kPa、流量500m3/hの給水ポンプの吐出側の配管径14インチの給水配管系に設置されている既設の呼び径14インチの仕切弁からなる第1遮断弁をバイパスする配管径8インチのバイパス配管を敷設し、そのバイパス配管に呼び径8インチのグローブ弁からなる第2遮断弁を設けた。これら第1及び第2遮断弁の駆動方式はいずれも空気式アクチュエータとし、それらの作動をDCSで制御した。そして、上記給水ポンプでタンクに向けて給水している最中にDCSにより第1遮断弁のアクチュエータに全閉の信号を出力し、その3秒後に第2遮断弁のアクチュエータに全閉の信号を出力したところ、水撃を発生させることなく給水を遮断することができた。
Example 1
Discharge pressure 500 kPa, bypassing the first shut-off valve comprising a gate valve of
<比較例1>
上記バイパス配管の第2遮断弁を最初から全閉にしておいた以外は上記実施例1と同様にして、給水ポンプでタンクに向けて給水している最中に第1遮断弁を閉じたところ、水撃現象による大きな音と衝撃が発生した。
Comparative Example 1
In the same manner as in Example 1 except that the second shutoff valve of the bypass pipe is completely closed from the beginning, the first shutoff valve is closed while water is supplied to the tank by the water supply pump The water hammer phenomenon caused a loud noise and shock.
<比較例2>
バイパス配管の配管径を1インチ配管にして呼び径1インチの第2遮断弁を設けた以外は、上記実施例1と同様にして第1遮断弁と第2遮断弁を3秒の時間差をつけて遮断した。その結果、バイパス配管が細すぎるため良好に液体が流れないことに起因すると思われる大きな音と衝撃を伴う水撃現象が発生した。
Comparative Example 2
The first shut-off valve and the second shut-off valve have a time difference of 3 seconds in the same manner as in Example 1 except that the diameter of the bypass piping is 1 inch and the second shut-off valve of nominal diameter 1 inch is provided. Shut off. As a result, a water hammer phenomenon accompanied by a loud noise and an impact that is considered to be caused by the fact that the liquid does not flow well because the bypass piping is too thin has occurred.
1 給水ポンプ
2 タンク
3 給水配管系
4 バイパス配管
10 自動遮断装置
11 第1遮断弁
12 第2遮断弁
13 第1アクチュエータ
14 第2アクチュエータ
15 DCS
16A 上流側手動弁
16B 下流側手動弁
17A 上流側手動弁
17B 下流側手動弁
Reference Signs List 1
16A upstream
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