JP2683880B2 - 複合作動式無水撃逆止弁装置 - Google Patents

複合作動式無水撃逆止弁装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、送水管路に設置され
て、送水中急にポンプエネルギーを絶った場合に、管内
水の逆流による水撃発生を安全確実に防止する無水撃逆
止弁装置に関する。なお、本明細書中、「水」の語は流
体を総称的に代表するものとする。また、「上流側」
「下流側」「入口」「出口」などの語は、いずれも正規
の流れ（逆流ではなく）を基準とした位置方向を示すも
のとする。
【０００２】
【従来の技術】送水管路に設けた逆止弁装置が、ポンプ
停止時の急激な管内流速の変化に追随できず、その逆流
過程で弁着座すると、その瞬間に、弁下流側で水撃現象
を生じ、重大事故に至ることがある。従来、このような
水撃発生を防止する逆止弁装置として、例えば、特公昭
４０−３６５４号「無水撃揚水装置」、特公昭５１−２
５９３０号「無水撃揚水装置の改良」、特公昭６３−６
０２７４号「スイング型無水撃逆止弁装置」等の一連の
発明があり（以下、これらの発明を総称的に「原発明」
と呼称する）、それらが広く活用されてきたことはよく
知られているところであるが、本発明はこれら原発明の
無水撃逆止弁装置の改良に関するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術である、原発
明の無水撃逆止弁装置は、それ以前から一般化していた
水撃防止に関する曖昧な技術思想（弁閉鎖運動の遅れに
よる逆流過程での着座は容認して、そのショックを緩和
するために、制動手段を設けて弁部の動作を緩慢にした
り、水撃による上昇圧力を逃避・緩衝させる自動弁装置
やサージタンクを配備するなどの、対症療法的手段）を
脱した、より明快な技術思想に基づいたものであった。
具体的には、ポンプへの入力が絶たれたとき、管路内吐
出方向流れが慣性を失い停止する時点で弁着座するよ
う、弁部及びその付近の流路形状を構成させて、管内水
の逆流そのものの発生を阻止し、積極的に水撃発生の要
因を断つように、抜本的改良の施されていることが、原
発明の公報明細書の記載からも容易に伺える。図８に例
示した原発明の無水撃逆止弁装置の構造は、弁閉鎖運動
を阻害する要因をできるだけ除去するように構成されて
いて、その弁部自重による降下だけで適正な弁閉鎖運動
ができ、なお若干の誤差があれば、重錘、ばね等の作用
力の付加によりその補正を行い、ほぼ水撃防止の目的が
達成されていた。
【０００４】しかしながら、原発明の無水撃逆止弁装置
においても、当業者としてその基本的技術を実施するに
当たって、なお、次のような技術的課題に遭遇してき
た。 （Ａ）弁部と腕部が固着された一節のままで、弁箱に連
結する構造では、特に加工精度の高い製作を行なわない
と、弁着座時における弁着座面の整一な密着は期し難
い。 （Ｂ）製作を容易にするために、単に弁部と腕部の二節
に分割して弁箱に連結する構造、即ち、単に弁部を腕部
に所要の間隙（ガタ）をもって連結し、腕部を弁箱に連
結する構造を採用した場合は、弁着座面の密着は可能と
はなるものの、それは同時に新たな問題を引き起こすこ
ととなる。即ち、弁部がふらつくフラップ現象により、
弁部の弁座への着座タイミングの整一を欠き、しばしば
弁部の上流側端部が先に、しかも斜め方向に弁座を擦り
ながら着座し、時にはそれが突き掛かりとなって弁部の
スムーズな着座を妨げ（以下説明上、「斜め着座・突き
掛かり」と呼称する）、弁部や弁座を損傷するのみなら
ず、それが着座直前の逆流を許して水撃現象を誘発する
ことさえある。この問題は、無水撃逆止弁装置が大型化
するにつれて、又、逆流開始までの時間が短い場合や送
水の状況が不安定な場合等、仕様条件が厳しくなるにつ
れて、顕著となる傾向がある。この「斜め着座・突き掛
かり」の弊害を軽減するために、腕部支持軸をなるべく
弁座面の延長線上に設けるなどの手段もとられている
が、その腕部支持軸の取付け位置を確保するために設計
が制約される上、特に大型となると、精密に加工・組立
てするのが容易ではないなどの難点もあった。
【０００５】以上（Ａ）及び（Ｂ）で述べた問題点は、
複雑な条件が絡み合ったもので、事実上これまで、その
解消は容易でないと見られており、原発明の無水撃逆止
弁装置においても、なお未到の技術であった。本発明
は、この未到の技術的問題点を抜本的に解消し、同時
に、さらに最適な弁部の作動状態を得られる合理的な構
造に構成し、設計・製作が容易で経済性の高い無水撃逆
止弁装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載のものは、弁部支持軸６
を介して弁部４が腕部５に所要の回動自由度をもって連
結され、腕部支持軸７を介して腕部５が弁箱１に連結さ
れて、ポンプ作動時には開弁して流体を吐出させ、ポン
プ停止時には閉鎖して吐出流体の逆流を阻止する逆止弁
装置において、弁座３は、弁箱１内流路の流線に対して
傾斜して設けられ、弁部４は、弁閉鎖方向への作用力を
保有すると共に、形状抵抗、慣性抵抗少なく形成され、
該弁部４は、弁部支持軸６を中心として弁部上流側端部
４ａと腕部上流側端部５ａとを当接させる回動方向に付
勢されて、ポンプへの入力が絶たれたとき、流路内の吐
出方向流れが慣性を失い停止する時点で、弁部４の下流
側端部４ｂから弁座３に着座する構造に構成されたこ
と、及び、腕部５乃至弁部４は、弁箱１側との間に介設
連結された弁閉力部材９によって弁閉鎖方向に付勢さ
れ、かつ、弁閉力部材９の連結支点の位置は、弁全開付
近でその弁閉力が所要最小限、弁閉鎖付近でその弁閉力
が所要最大限となる関係位置に構成されたことを特徴と
する。
【０００７】 また、本発明の請求項２に記載のものは、
弁部支持軸６を介して弁部４が腕部５に所要の回動自由
度をもって連結され、腕部支持軸７を介して腕部５が弁
箱１に連結されて、ポンプへの入力が絶たれたとき、流
路内の吐出方向流れが慣性を失い停止する時点で、弁部
４が弁座３にほぼ着座するように、弁部４及び弁座３並
びにその周辺の流路形状が形成された無水撃逆止弁装置
において、弁部４は、弁部支持軸６を中心として弁部上
流側端部４ａと腕部上流側端部５ａとを当接させる回動
方向に付勢されると共に、弁閉鎖動行程中の弁部下流側
端部４ｂが弁座３に当接してから弁部４の全面が弁座３
に着座するまでの所定区間における、弁部４の作動を制
動するための制動装置１０が付設されたことを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】 本弁装置においては、弁開時において、弁部４
が、それを抱擁流過する流れの中にあって、弁開力と弁
閉力との釣り合いのもとに、浮揚状態で保持されている
ため、流れが急に減速し始めても、ほとんど同時に弁閉
鎖動を始める。なお、この弁開時の態様を観察すると、
弁部回動作用力によって弁部上流側端部４ａが腕部上流
側端部５ａに当接している。
【０００９】 次に、管内流れの減速により、弁部４が閉
鎖動を行ない弁座３に近づくと、まず、弁部下流側端部
４ｂが弁座３に当接し、次いで、弁部上流側端部４ａが
腕部上流側端部５ａから離れ、弁部４の全面が弁座３に
当接し着座する。この弁閉鎖プロセスによって、前述
の、従来問題となっていた弁部上流側端部４ａ部分の弁
座３への優先当接による「斜め着座・突き掛かり」の弊
害は解消しており、また、弁部支持軸６に関する適度の
自由度が効果的に働いて、弁座面での整一な密着が得ら
れる。
【００１０】 そして、弁閉力の強さを自由に調整するた
めの弁閉力部材９が付設されたものにおいては、弁全開
付近でその弁閉力が所要最小限、弁閉鎖付近でその弁閉
力が所要最大限となる関係位置に構成されているので、
逆流開始までの時間が非常に短い場合等の厳しい仕様条
件のもとでも閉鎖動遅れがなく、スムーズな着座とな
る。また、弁着座タイミングのズレに対処するための制
動装置１０が付設されたものにおいては、その制動開始
のタイミングが、弁部下流側端部４ｂが弁座３に当接し
た時点、即ち弁座３が弁着座の当接力の一部を受け止め
負担し始めた時点以降となるため、従来の一般的な「ダ
ッシュポット式緩閉鎖逆止弁」に比較すれば、はるかに
コンパクトな制動装置でよいという利点を有する。
【００１１】
【実施例】 本発明の請求項１に記載の内容について、そ
の実施例を示した図１に基づいて詳しく説明する。 揚水
ポンプ（図示は省略）の吐出側配管の適所に、入口管路
１１及び出口管路１２に挟まれて設置された複合作動式
無水撃逆止弁装置の弁箱１には、弁箱蓋２が装着され、
入口流路ａから出口流路ｂに至る流路を形成する。弁部
支持軸６を介して、弁部４は腕部５に所要の回動自由度
をもって嵌合連結され、更に、腕部支持軸７を介して、
腕部５は弁箱１に嵌合連結され、弁部４が、流路ａ→ｂ
の方向に対して傾斜して設けられた弁座３の出口側に臨
んで揺動自在に保持されている。以上において、弁部４
及び腕部５は、流れの変化への追随性を高めるため、で
きる限り慣性質量を小さくすると共に、流れ抵抗の少な
い形状とし、そして、弁部４と腕部５を含めた弁全体と
しての重心が、腕部支持軸７よりも下流側に位置し、そ
の自重により弁閉鎖方向への作用力、即ち弁閉力を生み
出すよう形成されている。また、弁閉力の強さを自由に
調整するために、弁閉力部材９（重錘、ばね等）を、固
定側と腕部５との間に連結させて、弁閉力を付勢する。
弁閉力部材９の連結支点の位置は、弁全開付近でその弁
閉力が所要最小限、弁閉鎖付近でその弁閉力が所要最大
限となる関係位置に構成し、かつ、弁全開時の弁閉力の
合計が、所定最大流量の流れから受ける弁開方向への作
用力、即ち弁開力の大きさに釣り合うように設定する。
さらに、本実施例においては、弁部支持軸６が弁部４の
中心よりも下流側に設けられることによって、弁開時の
吐出方向流れの押圧力が、弁部上流側端部４ａを常に腕
部上流側端部５ａに当接させようとする弁部回動作用力
（図中では弁部支持軸６を中心とした時計回り方向への
付勢作用力）を生み出すよう形成されている。
【００１２】 本 弁装置においては、図１の実線部分にて
示したように、弁開時において、弁部４が、それを抱擁
流過する流れの中にあって、弁開力と弁閉力との釣り合
いのもとに、浮揚状態で保持されているため、流れが急
に減速し始めても、ほとんど同時に弁閉鎖動を始める。
また、本弁装置においては、特に腕部支持軸７の位置
が、弁座面延長上になくてもよく、例えば図１に例示し
たような腕部支持軸７の位置であれば、従来技術の無水
撃逆止弁装置に比べ、より流路の中央寄りに弁部４を位
置させられるので、理想的な抱擁流過の流路に近づける
ことができる。なお、この弁開時の態様を観察すると、
流水が弁部４に及ぼす押圧力が弁部回動作用力として働
いて、弁部上流側端部４ａが腕部上流側端部５ａに当接
している。
【００１３】 次に、管内流れの減速により、弁部４が閉
鎖動を行ない弁座３に近づくと、まず、図１の一点鎖線
部にて示したように、弁部下流側端部４ｂが弁座３に当
接し、次いで、弁部上流側端部４ａが腕部上流側端部５
ａから離れ、弁部４の全面が弁座３に当接し着座する。
この弁閉鎖プロセスによって、前述の、従来問題となっ
ていた弁部上流側端部４ａ部分の弁座３への優先当接に
よる「斜め着座・突き掛かり」の弊害は、もはや解消し
ており、しかも、逆流開始までの時間が非常に短い場合
等の厳しい仕様条件のもとでも閉鎖動遅れがなく、スム
ーズな着座となっている。また、弁部支持軸６に関する
適度の自由度が効果的に働いて、弁座面での整一な密着
が得られる。ここに、本発明の請求項１の一実施例とし
て図１に例示した構成によって、前述の未到の課題を明
快に、しかも経済的に解決できたものである。なお、図
２には、弁閉力部材９を弁部下流側端部４ｂの近傍に連
結して、該部材９が弁閉力のみならず弁部回動作用力も
同時に生み出すようにしたものを例示した。その作動態
様は図１のものと同様であるので詳説は省略する。
【００１４】 次に、本発明の請求項２に記載の内容につ
いて、その実施例を示した図３〜図５に基づいて詳しく
説明する。これは、更に特殊な仕様条件、例えば送水の
状況が不安定で弁閉力の設定が一律には困難な場合等に
おいて、弁着座タイミングのズレに対処するために、制
動装置１０を補助手段として付設したものであり、これ
によっても、従来技術の課題を明快かつ経済的に解決で
き、水撃防止の完璧を期することができる。この制動装
置自体は従来技術なので、その構造の詳説は省略する
が、本発明においては、その制動開始のタイミングが、
弁部下流側端部４ｂが弁座３に当接した時点、即ち、弁
座３が弁着座の当接力の一部を受け止め負担し始めた時
点以降となるため、従来の一般的な「ダッシュポット式
緩閉鎖逆止弁」に比較すれば、はるかにコンパクトな制
動装置でよいという利点を有する。制動装置１０を弁箱
１の外側に設けた実施例が図３に、その制動装置部分
（ダッシュポット）の実施例が図６に例示され、制動装
置１０を弁箱１の内側に設けた実施例が図４〜図５に、
その制動装置部分（ダッシュポット）の実施例が図７に
例示されている。図６には、制動開始タイミングの微調
整を簡単に調整ネジ等により行なう方法も例示した。
【００１５】 以上説明した通り、本発明の複合作動式無
水撃逆止弁装置は、水撃防止に顕著な作用効果が得られ
るが、さらに、本発明の要旨に添い、種々構造的変化を
加えたり従来技術を援用して、実施上の種々の要請に応
えることが可能である。例えば、図１に例示した構成の
複合作動式無水撃逆止弁装置は、流水が弁部４に及ぼす
押圧力によって、弁部回動作用力（図中では弁部支持軸
６を中心とした時計回り方向への付勢作用力）を生み出
すものであるが、その他にも、弁部支持軸６を弁部４の
重心よりも上流側に設けて、弁部４の自重によって弁部
回動作用力を生み出す構成とすることもできる。また、
流路中の強度の乱流・偏流にも影響されにくい確実な弁
部回動作用力を確保するために、図３〜図５の実施例の
ように、弁部４と腕部５との間にばねを介在させて弁部
回動作用力を更に付勢したり、あるいは、弁部回動作用
力を専らばねにより発生させる構成とすることもでき
る。
【００１６】 弁閉力部材９については、前述のように、
その連結される支点の関係位置を適宜に按配することに
よって、弁全開付近では、所要最小限の弁閉力として作
用させて弁抵抗損失を小さくし、弁閉鎖付近では、所要
最大限の弁閉力として作用させて、望ましい閉鎖動をさ
せる構成とすることができるが、更にこの弁閉力部材９
を伸縮自在の二重筒状ケース内に収納して取り扱いやす
くしたものが図１〜図２に例示されている。なお、図１
には、弁部４が製作組立中に不意に揺動した場合に、弁
部上流側端部４ａが弁座３に接触して損傷するのを防ぐ
ための安全対策として、弁部４と腕部５との間にばねを
介設する例も示した。
【００１７】 更に 、弁部支持軸６については、従来技術
を援用した種々の構造があり得る。図１〜図５に例示し
たものは、いずれも弁部支持軸６の軸心線が腕部支持軸
７の軸心線と平行に構成されたものであるが、この他
に、例えば弁部支持軸６の嵌合部に間隙を設けたり、弁
部支持軸６をユニバーサルジョイント式にしたりして
（勿論、弁部４の運動範囲に規制は設けておく）、弁部
４を、腕部支持軸７に係る弁揺動方向だけでなく、弁座
面を基準とした各方向に動ける構造とすることもでき
る。いずれも、弁閉鎖動時には、弁部４を正しい閉鎖姿
勢に保持しながら、万一着座の瞬間に着座面に異物を噛
んだ場合、弁部支持軸６の自由度が効いて、要部である
弁部支持軸６を保護する効果等を発揮する。また、腕部
支持軸７については、必ずしも弁座面の延長線上に位置
させる必要はないので、柔軟な設計が可能であり、鋳物
造形も容易となる。なお、図１〜図２に示した弁閉力部
材９の適用も、図３〜図５に示した制動装置１０の適用
も、夫々に極めて有効なものであるが、それらの弁閉力
部材９；制動装置１０を併用することを妨げるものでは
ない。その他、本発明の趣旨の範囲内で種々設計変更が
可能であり、本発明は前述の実施例に限定されるもので
はない。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、以上のように、簡潔且つ明快
な構造のもとに、従来の無水撃逆止弁装置における未到
の課題を解決し、さらに容易かつ経済的な技術手段をも
って、所定最大流量時にあっては弁抵抗損失が少なく、
急激な流れの状態変化にも容易に即応できて弁閉鎖動の
遅れがなく、しかも弁着座時には「斜め着座・突き掛か
り」もなく、弁座に整一に密着する、画期的な複合作動
式無水撃逆止弁装置を実現できたものである。特に大口
径・大型化への対応も容易であり、設計・製作・維持管
理など広汎にわたり、優れた成果をあげることができ、
実施効果の顕著さは従来技術と比較して、極めて大きい
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の縦断面図であり、弁全開付
近の状態を示す。
【図２】本発明の他の一実施例の縦断面図であり、弁全
開付近の状態を示す。
【図３】本発明の他の一実施例の縦断面図（一部側面
図）であり、弁着座行程直前の状態を示す。
【図４】本発明の他の一実施例の縦断面図（一部側面
図）であり、弁着座行程直前の状態を示す。
【図５】本発明の他の一実施例の縦断面図（一部側面
図）であり、弁着座行程直前の状態を示す。
【図６】図３における制動装置の一実施例の縦断面図で
ある。
【図７】図４及び図５における制動装置の一実施例の縦
断面図である。
【図８】従来技術の無水撃逆止弁装置の縦断面図であ
る。
【符号の説明】
１…弁箱 ２…弁箱蓋 ３…弁座 ４…弁部 ４ａ…弁部上流側端部 ４ｂ…弁部下流側端
部 ５…腕部 ５ａ…腕部上流側端部 ５ｂ…腕部下流側端
部 ６…弁部支持軸 ７…腕部支持軸 ９…弁閉力部材 １
０…制動装置 １１…入口管路 １２…出口管路 ａ…入口流路 ｂ…
出口流路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 弁部支持軸（６）を介して弁部（４）が
    腕部（５）に所要の回動自由度をもって連結され、腕部
    支持軸（７）を介して腕部（５）が弁箱（１）に連結さ
    れて、ポンプ作動時には開弁して流体を吐出させ、ポン
    プ停止時には閉鎖して吐出流体の逆流を阻止する逆止弁
    装置において、弁座（３）は、弁箱（１）内流路の流線
    に対して傾斜して設けられ、弁部（４）は、弁閉鎖方向
    への作用力を保有すると共に、形状抵抗、慣性抵抗少な
    く形成され、該弁部（４）は、弁部支持軸（６）を中心
    として弁部上流側端部（４ａ）と腕部上流側端部（５
    ａ）とを当接させる回動方向に付勢されて、ポンプへの
    入力が絶たれたとき、流路内の吐出方向流れが慣性を失
    い停止する時点で、弁部（４）の下流側端部（４ｂ）か
    ら弁座（３）に着座する構造に構成されたこと、及び、
    腕部（５）乃至弁部（４）は、弁箱（１）側との間に介
    設連結された弁閉力部材（９）によって弁閉鎖方向に付
    勢され、かつ、弁閉力部材（９）の連結支点の位置は、
    弁全開付近でその弁閉力が所要最小限、弁閉鎖付近でそ
    の弁閉力が所要最大限となる関係位置に構成されたこと
    を特徴とする、複合作動式無水撃逆止弁装置。
  2. 【請求項２】 弁部支持軸（６）を介して弁部（４）が
    腕部（５）に所要の回動自由度をもって連結され、腕部
    支持軸（７）を介して腕部（５）が弁箱（１）に連結さ
    れて、ポンプへの入力が絶たれたとき、流路内の吐出方
    向流れが慣性を失い停止する時点で、弁部（４）が弁座
    （３）にほぼ着座するように、弁部（４）及び弁座
    （３）並びにその周辺の流路形状が形成された無水撃逆
    止弁装置において、弁部（４）は、弁部支持軸（６）を
    中心として弁部上流側端部（４ａ）と腕部上流側端部
    （５ａ）とを当接させる回動方向に付勢されると共に、
    弁閉鎖動行程中の弁部下流側端部（４ｂ）が弁座（３）
    に当接してから弁部（４）の全面が弁座（３）に着座す
    るまでの所定区間における、弁部（４）の作動を制動す
    るための制動装置（１０）が付設されたことを特徴とす
    る、複合作動式無水撃逆止弁装置。
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