JP3594832B2

JP3594832B2 - 水位調整弁

Info

Publication number: JP3594832B2
Application number: JP6208499A
Authority: JP
Inventors: 正博岩崎
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JP2000257746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、貯水槽や貯水タンク等の水位を所定の水位に調整する水位調整弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の水位調整弁Ｖは、図７に示すように、貯水槽Ｓの給水管Ｃなどに取付けられて、水位に基づき水を供給して水位を調整するものであり、従来から多数のものが提案され、その中において、弁体の開閉動作が円滑なものとして、実公平７−１２７８４号公報記載の水位調整弁がある。
【０００３】
この水位調整弁Ｖは、図８に示すように、筒状弁箱１内に筒状弁体２を同一軸上に摺動自在に設け、前記弁箱１の一端面を流入口３とするとともに、弁箱他端面に弁座４を形成してその弁座４の周囲に流出口５を設け、水位の変動により昇降するフロート６をリンク機構７を介して前記弁体２に連結したものであり、フロート６の上昇により、弁体２を実線から鎖線のごとく前進させ弁座４に密接させて前記流出口５を閉じ、フロート６の下降により、弁体２を鎖線から実線のごとく後退させて弁座４から離して前記流出口５を開く（詳細は後述の実施形態参照）。
【０００４】
この水位調整弁Ｖにおいて、弁体後面２ａには、常時水圧が加わっており、その水圧が閉弁時（弁体２が弁座４に密接する時）の水撃（ウォーターハンマー）を生じさせる。このウォーターハンマーを解消すべく、上記従来例では、弁が閉じる直前に、上流側の鍔２ｂが弾性シール８に当たって、その弾性シール８のクッション作用（緩衝作用）により、緩やかな閉弁動作をしてウォーターハンマーが生じないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記弾性シール８による緩衝作用はそれなりにウォーターハンマーの防止を行い得るが、経時とともに、その弾性シール８の硬度が低くなって、緩衝作用が劣化すると、ウォーターハンマーが発生したり、逆に、硬度が高くなると、弾性シール８が十分に撓まずに全閉不能となる恐れがある。
【０００６】
この発明は、上記実情の下、弾性シール８などの物理的な緩衝作用以外の手段によってウォーターハンマーを防止することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、弁体に働く水圧自身によってウォーターハンマーを防ぐべく、まず、弁体が弁座に当接する直前においては、弁体の下流側端面にも水圧が加わり、その水圧が上流側端面に加わる水圧を相殺すると考えた。つぎに、その相殺は、従来の水位調整弁でも行われており、それらに比べて作用がより優れていることが必要である。このため、この発明は、上記弁体を弁座に密接させて流出口を閉じる直前において、前記弁体のその軸方向における下流側から見た端面積（投影面積）を同上流側から見た端面積（投影面積）と同じかそれより広くなるようにしたのである。
【０００８】
弁体の軸方向において働く水圧力は、下流側から見た端面と同上流側から見た端面とに働き、その前者の端面積が後者の端面積と同じかそれより広ければ、流速圧を無視すると、前者への水圧が後者の水圧と同じかそれより大きいこととなる。このため、後者の水圧は相殺されてその水圧による弁体の移動はなく、弁体の弁座への当接速度が和らげられて、ウォーターハンマーの解消に役立つこととなる。
【０００９】
因みに、弾性体によるクッションの場合、硬度の精度、硬度の経年変化、寸法精度、圧力値による荷重の変化、等により、緩衝効果に大きなバラツキを生じる可能性が高い。これに対し、面積差による水圧力の場合は非常に安定した荷重が得られるので、信頼性が高い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決する発明の実施の形態としては、筒状弁箱内に筒状弁体を同一軸上に摺動自在に設け、前記弁箱の一端面を流入口とするとともに、弁箱他端面に弁座を形成してその弁座の周囲に流出口を設け、水位の変動により昇降するフロートをリンク機構を介して前記弁体に連結し、フロートの上昇により、弁体を前進させ弁座に密接させて前記流出口を閉じ、フロートの下降により、弁体を後退させて弁座から離して前記流出口を開く上述の水位調整弁において、前記弁体の下流側端面を同上流側端面より広くする等により、下流側から見た端面積を同上流側から見た端面積と同じかそれより広くなるようにした構成を採用し得る。
【００１１】
すなわち、その構成の具体的態様としては、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すもの等が考えられ、その図（ａ）において、弁体２の内径：ｄ_１、同外径：ｄ_２、流出口側の外径：ｄ_３、閉弁直前の水圧：Ｐ、Ｐ’とすると、閉方向の力（右方向）：Ｆ_１＝（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）π／４×Ｐ、開方向の力（左方向）：Ｆ_２＝（ｄ_３ ^２−ｄ_１ ^２）π／４×Ｐ’＝（ｄ_３−ｄ_２）^２π／４×Ｐ’＋（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）π／４×Ｐ’≒（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）π／４×Ｐ＋（ｄ_３ ^２−ｄ_２ ^２）π／４×Ｐ’（同図ｂ、ｃ）となる。ここで、流出口側において、ＰとＰ’は、傾面と垂直面に働く水圧であり、閉弁直前においては、Ｐ’はＰより少し小さい。その流出口においては、水が垂直方向（弁体２の径方向）に流れ、かつ、弁体２が弁座に当接しても、傾面には水圧が加わるからである。
【００１２】
しかし、Ｐ≒Ｐ’とすると、Ｆ₂−Ｆ₁＝（ｄ₃ ²−ｄ₂ ²）π／４×Ｐ'となり、Ｆ₂＞Ｆ₁から、弁体２のその軸方向における下流側から見た端面積と上流側から見た端面積に働く水圧の総和による弁体２に働く力は開き勝手の方向に作用する。この開き勝手は、弁体２の弁座への当接速度を弛め、ウォーターハンマーの発生を防止する。図中、白抜き矢印は水の流れを示す。
【００１３】
この構成において、上記弁体の下流側端部内面をその端面に連続する外広がりの傾斜面とすれば（同図ｂ）、その傾面に水圧Ｐ（＞Ｐ’）が常に加わるため、ウォーターハンマーの防止作用はより確実となる。この点から、傾面の外縁の径ｄ_４はｄ_２より大きくすることが好ましい。すなわち、ｄ_２≦ｄ_４として、前記下流側端部内面傾斜面の弁体軸方向における下流側から見た端面積を上記上流側から見た端面積と同じかそれより広くすることが好ましい。
【００１４】
一方、上記弁体の上流側端部内面もその端面に連続する外広がりの傾斜面とすれば、垂直面に比べて、その傾斜面の方が、水の流れによる圧力を受けにくく、その流れ圧によるウォーターハンマー現象を軽減する。この傾斜面は、同図（ａ）のものにおいても、又、図８の従来のものにおいても採用し得る。
【００１５】
【実施例】
一実施例を図１乃至図５に示し、弁箱１１は、筒１２とその両側のフランジ１３ａ、１３ｂとから成り、一方のフランジ１３ａは筒１２の一端外周に一体に形成されて、給水管Ｃのフランジにボルト止めされ、給水管Ｃから流入口１４を通って弁箱１１内に流水が流入する。他方のフランジ１３ｂはボルト１５等により一定間隔で一方のフランジ１３ａに一体化されており、前記筒１２はその他方のフランジ１３ｂに至らず、その間隙が流出口１６となる。
【００１６】
弁箱１１内には筒状弁体１７が同一軸上に摺動自在に設けられており、この弁体１７が他方のフランジ１３ｂ内面の弾性材からなる環状弁座１８に密接して、流出口１６を閉じる。すなわち、閉弁する。この弁座１８は円錐状の弁座押え１９をフランジ１３ｂにボルト止めすることにより取付けられ、その弁座押え１９の円錐面によって、流出口１６から水がスムースに放射方向に流れ出る。上側への流れはカバー２１により阻止されて下向きの流れとなる。これにより、上方への噴流が阻止される。
【００１７】
弁体１７はリンク機構３０を介してフロート２０に連結されている。そのリンク機構３０は、上側のボルト１５に揺動自在に支持された右側面下向きコ字状の挺子板３１と、その挺子板３１の作用点（支軸）３１ａと弁体１７を連結するリンク３２と、挺子板３１の上面にボルト止めされた支持板３３と、その支持板３３に挟まれて、挺子板３１に取付けられた前記フロート２０のレバー３４とから成る。
【００１８】
挺子板３１は、図１、図２に示すように、両上側ボルト１５間にブロック３０ａを介して設けたシャフト３０ｂが貫通して揺動自在になっている。弁体１７の連結リンク３２は他方のフランジ１３ｂを通り抜けて、その両端が支軸３１ａと３２ａを介して挺子板３１及び弁体１７に回転自在に連結されており、挺子板３１が揺動すると、リンク３２を介して弁体１７が弁箱１１（筒１２）内を移動して弁を開閉する。
【００１９】
弁体１７は、図３に示すように、その流入口１４側が薄肉となっているとともに、外側に拡径してその内面が傾斜面１７ａとなっている。一方、流出口１６側は厚肉となって、その内面も同様に傾斜面１７ｂとなっている。この傾斜面１７ａ、１７ｂの傾斜度及び長さ並びに肉厚度は、実験等により、開き勝手となってウォーターハンマーを有効に防止し得るように適宜に設定する。その内外径ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４には図６の関係がある。
【００２０】
この実施例は以上の構成であり、図４に示すように、いま、水位が低く、給水状態では、フロート２０が下降していて、リンク機構３０により、弁体１７が弁座１８から後退し、流出口１６が開放されて、図示矢印のごとく、水が流れ出る。このとき、弁体１７の流入口側端部外面は流出口１６側に向かって縮径しているので、通水状態ではパッキン４０と弁体１７との間に隙間ができ、弁体１７に対して働く推力は流速による力だけである。また、弁体１７の流入口端面１７ｃも微小かつ、内面も傾斜面１７ａとなっているため、その推力も微小となり、この推力はレバー３４、フロート２０等の重量とてこ作用によって完全に相殺・吸収される。さらに、弁体１７と弁箱１１との摺動部の隙間が小さく、一様のため、この付近での差圧の発生は極めて小さく考慮外とすることが出来る。このため、後述の開き勝手の力が作用しても、水位調整弁Ｖとしての作動には殆ど影響しない。
【００２１】
この給水がつづき、図５に示すように、水位が設定水位ＷＬ_０の近くになると、弁体１７の両端面に内圧（水圧）Ｐ、Ｐ’が加わり、弁体１７下流側のその軸方向における下流側から見た端面積が、上側のその軸方向における上流側から見た端面積と等しく又は大きくしてあるので、閉方向への力は開方向への力に相殺されて、水撃圧の発生が無い。このとき、その端面積差により、水圧力が開き勝手に作用することとなるが、この力による閉止力の不足については、フロート２０の浮力が「てこ」を介して付与されているので、完全閉止のための面圧は問題ない。従って、水撃圧の発生の要因は皆無といえる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように、弁体に作用する水圧を利用してウォーターハンマーを防止するようにしたので、長期に亘って止水性能が安定するうえに、弁全体の小型化を図るとともに、コストダウンを図り得る。また、弁の小型化は、この弁を取付ける（据える）水槽（タンク）も小さいものでよく、経済的となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図
【図２】同実施例の切断平面図
【図３】同実施例の弁体の断面図
【図４】同実施例の作用説明図
【図５】同実施例の作用説明図
【図６】この発明の各実施形態の要部切断正面図
【図７】水位調整弁の設置例図
【図８】従来例の切断正面図
【符号の説明】
１、１１弁箱
２、１７弁体
３、１４流入口
４、１８弁座
５、１６流出口
６、２０フロート
７、３０リンク機構
１３ａ、１３ｂフランジ
１５締付ボルト
１７ａ、１７ｂ傾斜面
１９弁座押え
３１挺子板
４０パッキング
Ｐ給水管

Claims

筒状弁箱１１内に筒状弁体１７を同一軸上に摺動自在に設け、前記弁箱１１の一端面を流入口１４とするとともに、弁箱１１他端面に弁座１８を形成してその弁座１８の周囲に流出口１６を設け、水位の変動により昇降するフロート２０をリンク機構３０を介して前記弁体１７に連結し、フロート２０の上昇により、弁体１７を前進させ弁座１８に密接させて前記流出口１６を閉じ、フロート２０の下降により、弁体１７を後退させて弁座１８から離して前記流出口１６を開く水位調整弁であって、
上記弁体１７のその軸方向における下流側から見た端面積を同上流側から見た端面積より広くして、前記弁体１７を弁座１８に密接させて流出口１６を閉じる直前において、前記両端面積に働く水圧の総和による力が弁体１７に開き勝手の方向に作用するようにしたことを特徴とする水位調整弁。
上記弁体１７の上流側端部内面をその端面に連続する外広がりの傾斜面１７ａとしたことを特徴とする請求項１に記載の水位調整弁。