JP4308507B2 - 送水管の減圧を最適化にするための方法および装置 - Google Patents
送水管の減圧を最適化にするための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高所の水源から低所の各種施設に送水する際の、水圧を減圧し安定した送水を可能にする方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、高所の貯水池から低所の水田、水路等の耕地に安定した送水を可能にする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高所の水源から低地にある水田、水路等に送水する場合、図１８に示すように、両者を管路でつないで行っていた。しかし、高低差によって管路には上流端高位部から下流低位部に行くに従って管に及ぼす静水圧は高くなるため減圧水槽または減圧弁により、下流側の静水圧を低くする方法が取られている。また再下流の最も水撃圧の高い位置とか減圧弁１次側の最も水撃圧の高い位置にステッキを付けていた。さらには、管路中には取水弁が設けられており、取水の際取水弁を開閉すると管路内に水撃圧が発生し送水管を破損する場合があった。
【０００３】
また、減圧水槽を用いて減圧させる方法では、図１６および図１７に示すように、減圧水槽の制御弁にはフロート弁、パイロット弁付制御弁が多く使用されており、取り出し弁には水田用として水田用自動弁等が使用されているが、それらの弁を用いたものには次のような問題点があった。
【０００４】
フロート弁の場合
タイプ１（ディスク弁）
ディスク弁は弁体に作用する水圧と、フロートの浮力が平衡を保っているため、管内水圧の変化または水槽水位の変化に敏感に反応して作動するため、他の取水弁の急激な開閉または他のディスク弁の振動によって、水撃圧が拡大することがあり、結果として送水管が破損することがある。対策としてオイルダンパーが付けられているが、顕著な効果はない。
課題として、（１）減圧水槽容量の拡大が有効であるが、コスト増となる。（２）弁の開度とアーム長さにより制御水深に限度があり、減圧水槽が大きくなりコスト増となる、がある。
【０００５】
タイプ２（スーパーフロート）
スーパーフロート弁は弁の前後の差圧を、ピストンにより開閉するため、１次圧がフロートに直接作用しない特長がある。
課題として、（１）弁の開度幅が小さいため、フロートの上下幅も小さく減圧水槽容量が大きくなり（通常減水槽の有効容量は設定容量の２〜３分であれば水撃圧を軽減されるといわれている）コスト増となる。（２）主弁がスムースに開閉しない場合、水撃圧の発生要因となる、がある。
【０００６】
タイプ３（バタフライフロート）
バタフライフロート弁は、弁体が９０゜回転することで開閉するものであるが、アームの開閉角度は一般に４５゜〜６０゜にギヤ機構で狭角されている。課題として、ＨＷＬ（上位水面）とＬＷＬ（下位水面）の高さは比較的大きく取れるがおのずと限度がある、また、水面が上昇して閉時の微少流量時に、チヤタリングおよびキャビテーションが発生する恐れがある。またキャビテーション対策の弁もあるが高価である。
【０００７】
フロート弁タイプ共通の課題として、フロート弁はフロートが上がれば閉まり、フロートが下がれば開く機構であるため、弁体の開度と流量特性と、弁体とフロートを結ぶアームの長さで減圧水槽の有効水深が決まる。このため一般的にはフロート弁タイプの減圧水槽では有効水深が小さくなるため、水面積が大きくなり、ＨＷＬ（上位水面）と減圧水槽天端までの余裕高さとＬＷＬ（下位水面）と減圧水槽底までの土砂留り深を一定とすると水面積の大きい減圧水槽は全体の体積が大きくなりコスト増となる。
【０００８】
パイロット弁付制御弁の場合
タイプ１（１液面制御）
水槽２次側流出により満水面から水位が低下すると、水位検知装置から水位下降を検出し、パイロット弁が開き、主弁が開き水槽に給水される水槽の水位が上昇し、満水面になると水位検出装置から水位満水を検出し、パイロット弁が閉まり主弁か閉まる。課題として、主弁の全開全閉が頻繁になり、水撃圧が拡大することがあり、結果として管が破損する、がある。
【０００９】
タイプ２（２液面制御）
前記タイプ１と同様であるが、水槽水面検知装置を満水面と低水面の２液面から検出し、主弁開、主弁閉をするため水槽の上下間隔を大きく取れる特長がある。
この種の弁は減圧水槽には一般に使用されていない。
【００１０】
水田用自動弁の場合
ダイヤフラム弁は、パイロット弁の開閉によって主弁が開閉するが、主弁に水量調整ハンドルが付いている場合は、水量調整ハンドルの上下操作することで水量が変化する。課題として、設計流量はあらかじめ決められているが、実際に使用する人々は任意に水量調整ハンドルを上下操作するため、全体の配水に支障が出ている。また、過流量により水撃圧が大きくなり送水管を破損することがある。
【００１１】
減圧弁の場合
減圧弁より下流の取り出し弁の開閉により、水撃圧が発生する。そこで、減圧弁の１次側または２次側また１次２次側共に安全弁（バネ式）を付けて軽減する方法が取られて来た。すなわち減圧弁の１次側に安全弁を付ける場合は静水圧に通常の水撃圧相当を加えた圧をやや上回る圧力に安全弁を設定する。
また減圧弁の２次側に安全弁（スプリングで設定を保ち設定圧以上に水圧が上昇すれば開く）を付ける場合は２次側静水圧に約１ｋｇ／ｃｍ2の余裕を持った圧力に安全弁を設定して水撃圧を軽減する方法が取られて来たが、実際には、水圧が異常に上昇し送水管が破損することがある。
【００１２】
【非特許文献１】
稲垣仁根、國武昌人，「新型自動減圧弁による管路圧力の制御技術」，農業土木学会誌，1996年3月，第64巻，第3号，p.269-274
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、送水管の取水弁の開閉に伴う水撃作用により破損することを防止するための減圧水槽の流量調整方法、取水弁がダイヤフラム弁の場合の過流量調整方法、並びに、減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てた減圧装置（安全弁がスプリングのため作動時間よりも短い上昇圧には対応出来ず水撃圧の異常上昇となっていた。）を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、管路中に減圧水槽内の水位を段階的に検知し、送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
さらに、本発明は、
・減圧水槽に複数のバルブを付けた減圧方法
・流量調整を目的としたラフフロート弁
・過流量を防止する開度制限ダイヤフラム弁
・減圧弁下流にステッキ付け減圧する方法
を採用して上記課題を解決することを要旨としている。
【００１５】
減圧水槽内に複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、複数の水位制御弁が順次作動するようにしており、その場合、本発明は、管路中に減圧水槽を設けるとともに減圧水槽内に複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、減圧水槽内の水位を段階的に検知し、複数の水位制御弁が順次作動するようにして送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
【００１６】
上記の複数の水位制御弁の水位検知機構が異なる機能のものであり、その場合、本発明は、管路中に減圧水槽を設けるとともに減圧水槽内に複数の異なる機能の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、減圧水槽内の水位を段階的に検知し、複数の水位制御弁が順次作動するようにして送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
【００１７】
また、本発明は、複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００１８】
異なる機能の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置しており、その場合、本発明は、異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００１９】
水位制御弁にフロート弁を使用しており、その場合、本発明は、複数の、必要により異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００２０】
水位検出機構に１液検出パイロット弁を使用しており、その場合、本発明は、複数の、必要により異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の１液検出パイロット弁または２液検出パイロット弁を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
管路の放流口に閉時に水密性を持たせないラフな加工で安価なラフフロート弁を付けて、管路の放出水量を放出水面の上下巾を大きくして制御する水撃圧軽減装置を要旨としている。
ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上に開度上限を制限する装置を付けて送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立て送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上流の水源から送水管で下流に給水するに当たって、送水管が普通圧管の耐圧を超える手前の位置に減圧水槽を設置して、水撃圧を軽減するため複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の一番上に設置する。水位制御弁は急開閉しても、送水管に水撃圧が生じない小さい容量の小口径水位制御弁の水位検知機構を設置し、以下順次容量の大きい口径の大きい水位制御弁を順次下部に設置して、送水管の水撃圧を軽減する。減圧水槽より下流については減圧水槽で自由水面となり、流出管より下流の普通圧管に送水する。
以上から、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に大きく設置することで、減圧水槽の有効容量が増加し、ひいては減圧水槽が小型になり安全で経済的な施設となる。
また、水田用自動弁については水量調節用ハンドルの開度上限を固定することで解決する。
【００２２】
水位制御弁の型式として、主弁の弁体と連動した、アーム先端水位検知装置のフロートが減圧水槽の水位の上昇により閉まり、下降により開くフロート弁型と、水位検知装置でパイロット弁が作動するパイロット弁付き制水弁型とがあり、いずれも減水槽２次側の弁が開くことにより、減水槽の水位が低下し、水位検知装置が降下を検知し、水位制御弁の主弁が開いて減圧水槽１次側から給水される。また、２次側の弁閉により減圧水槽水位が上昇し、水位検知装置が満水を検知し、水位制御弁の主弁が閉まり減圧水槽１次側からの給水が停止する。
すなわち、本発明の装置の好ましい態様は、複数の水位制御弁の１次側に安全を付ける、好ましくは１次側に安全弁として、フロ−ト弁またはパイロット弁付き制御弁を付ける。これの閉位は複数の水位制御弁の最上位水位検知機構より、やや上に設定し常に開の状況にしておく。
また、本発明の装置の好ましい態様は、主弁フロート弁の閉水位の上側に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする。フロート主弁の満水面付近の微小の上下動が水撃圧を大きくする場合があり、微小上下動が水撃圧に影響しない小口径水位制御弁を、フロート主弁のやや上に付けて開閉を円滑にする。
また、本発明の装置の好ましい態様は、減圧水槽の主弁フロ−ト弁のフロ−ト上部のみを開口し、開口部を満水位とし、その上に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする。水位制御弁直列にラフフロート弁を付けて制御幅を大きくする。
さらにまた、本発明の装置の好ましい態様は、ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上に開度上限を制限する装置の付いた開度制限ダイヤフラム弁からなる取り出し弁を備える。ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上限を固定することで、弁からの吐出量も固定されると共に、管水撃圧の防止となる。
さらにまた、本発明の装置の好ましい態様は減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てて管路水撃圧を安定的に軽減させる。
【００２３】
【作用】
管路中に減圧水槽を設けることにより、高低差にもとづく静水圧の上昇を抑えるともに、減圧水槽内に設けられた複数の水位制御弁が順次作動することにより、管路内に発生する水撃圧を緩和する。
複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の上下に配置することで、送水パイプへの送水が水撃圧を及ぼさない小容量から、計画容量まで段階的に増やせるためパイプの水撃圧を軽減することができる。
減圧水槽の有効水深を大きく取ることができるため必要水槽容量に対し、水面積を小さくできる。このことは、満水上面の余裕高さと、ＬＷＬの高さを一定とすれば、減圧水槽の空容量は小さくなり経済的な施設となる。
複数の水位制御弁の１次側に安全を付ける。これの閉位は複数の水位制御弁の最上位水位検知機構より、やや上に設定し常に開の状況にしておく。
フロート主弁の満水面付近の微小の上下動が水撃圧を大きくする場合があり、微小上下動が水撃圧に影響しない小口径水位制御弁を、フロート主弁のやや上に付けて開閉を円滑にする。
水密機能を持たせないで、制御機能を目的の安価なラフフロート弁で制御機能を高める。
ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上限を固定することで、バルブからの吐出量も固定されると共に、パイプ水撃圧の防止となる。
減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てることで管路の水撃圧の防止となる。
【００２４】
【実施例】
本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２５】
実施例
以下、図にもとづいて本発明の実施例で説明する。
図１はシステム全体の構成を示したもので、水源１５から送水管１、１８、普通圧管種１９の許容範囲であり、静水圧２２―１の最大の位置に減圧水槽２４を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２―２以内に布設する。また、送水管１、１８、送水管２、２６にはそれぞれ複数の取出し弁２１がある。減圧水槽２４を有するシステム概要図である。
【００２６】
取水弁２１−２を開くと放水され、静水圧２２−２が下がり、減圧水槽２４のＨＷＬ（上位水面）２４が低下する。次に水位制御弁１の水位検知装置６が検知し、水位制御弁１が開き水源１５から送水管１、１８を通して給水される。この場合、送水管１、１８および送水管２、２６の水圧は下降上昇を繰り返す。次に取水弁２１−２を閉じると放水が止まり水撃圧２３−２が発生し、送水管２、２６の圧力は上昇、下降を繰り返す。減圧水槽２４の水位が上昇し、水位制御弁１が閉まると送水管１、１８の圧力は上昇、下降を繰り返す。また、減圧水位４２の有効水深Ｈ２４が小さい場合は、水面積が大きくなり、わずかな波立ち等によりバルブが開閉を繰り返すことで送水管１、１８の圧力は上昇、下降を繰り返す。この圧力上昇、下降の程度によって送水管１８を破損する場合がある。
【００２７】
図２に示す実施例は、前記水撃圧２３を軽減するために水位制御弁１を分割し複数の異なる機能の水位制御弁３５を配置する。減圧水槽２４ＨＷＬ（上位水面）２４から水面が降下し、複数の水位制御弁３５の最初の水位制御弁３５−１は急開閉しても送水管１、１８に、水撃圧２３−１が小さい容量の小口径弁を選ぶ。次に水位制御弁３５−２を水位制御弁３５−１よりも下に水位検知機構６を設置する。以下、水位制御弁３５の容量を大きくしながら、水位検知機構６を順次減圧水槽２４の下方に配置して、減圧水槽２４の有効水深Ｈ２４を大きく取るものである。なお、本例は複数の水位制御弁３５に最上段に２液水位検知機構８を使用し、以下フロート弁４を使用し異なる機能の複数の水位制御弁３５の実施例である。
【００２８】
図３に示す実施例は、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の水位検出機構６に１液検出パイロット弁１２を使用した実施例であり、取水弁２１−２が開き、減圧水槽２４の流出管３から流出するとＨＷＬ（上位水面）２４が下がり、複数の水位制御弁３５−１が開く。この水量は急開閉しても水撃圧２３−１が大きくならない口径とする。さらに減圧水槽２４の水位が下がれば、複数の水位制御弁３５−２が開く。この水量は水位制御弁３５−１よりやや多くする。以下、水撃圧２３−１が軽減されるように、複数の水位制御弁３５の個数と口径、水量を求めて設置する。
【００２９】
また、取水弁２１−２が閉まれば、流出管３の流出は止まる。減圧水槽２４の水位は上昇し、複数の水位制御弁３５―３の１液位検知機構７がＨＷＬ（上位水面）３５−３となり、水位制御弁３５−３が閉まり、以下順次閉まり最後に複数の水位制御弁３５−１が閉まる。これ等の複数の水位制御弁３５の口径、個数を水撃圧２３−１が軽減されるように設計する。本例は、複数の水位制御弁３５に１液検出パイロット弁１２を使用した例である。
【００３０】
図４に示す実施例は、減圧水槽１の複数の水位制御弁３５の水位検出機構６に２液水位検出パイロット弁２５を使用した実施例であり、実施例３と減圧水槽２４の水面下降上昇は同じであるが、複数の水位制御弁３５−１の水位検知機構がＨＷＬ（上位水面）３５−１から設定一定高さまで降下してＬＷＬ（下位水面）３５−１となって、複数の水位制御弁３５−１が開き、以下順次減圧水槽２４の水位低下と共に複数の水位制御弁３５−ｎが２液検出パイロット弁２５のＬＷＬ（下位水面）３５−ｎとなって開く。
【００３１】
また、減圧水槽２４の水位上昇により、複数の水位制御弁３５−ｎのＬＷＬ（下位水面）３５−ｎを過ぎてＨＷＬ（上位水面）３５−ｎとなって、複数の水位制御弁３５−ｎが閉まる。後、順次閉まって最後に複数の水位制御弁３５−１のＬＷＬ（下位水面）３５−１を過ぎてＨＷＬ（上位水面）３５−１が閉まる。複数の水位制御弁３５の口径、個数を水撃圧２３−１が軽減されるように設計することは前記同様である。本例は、複数の水位制御弁３５に１液検出パイロット弁１２を使用した例である。
【００３２】
図５に示す実施例は、実施例３の１次側に安全のため、主弁フロート弁１３を付けたもので、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の１次側に安全弁９を設ける。その閉め切り水位は、複数の水位制御弁３５−１のＨＷＬ（上位水面）３５−１より上に安全弁９バタフライフロート弁１６のＨＷＬ（上位水面）１６を設定しておく。すなわち、安全弁９バタフライフロート弁１６は常に開の状況であるが、万一複数の水位制御弁３５のいずれかに故障が生じた場合は、安全弁９、バタフライフロート弁１６のフロート１０が上昇して、ＨＷＬ（上位水面）１６となり減圧水槽２４流入管２の給水は停止される。
【００３３】
図６に示す実施例は、主弁パイロット弁付制水弁２８を付けたもので、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の１次側に安全のため主フロート弁１を設ける。その閉め切り水位は、複数の水位制御弁３５−１のＨＷＬ（上位水面）３５−１より上に安全弁９、パイロット弁付制水弁５の水位検知装置６にフロート弁４を設置しておく。すなわち、安全弁９、パイロット弁付制水弁５は常に開の状況であるが、万一複数の水位制御弁３５のいずれかに故障が生じた場合は、安全のため、パイロット弁付制水弁５の水位検知装置６のフロート弁４が上昇して、ＨＷＬ（上位水面）５となり減圧水槽２４の流入管２の給水は停止される。
【００３４】
図７に示す実施例は、減圧水２４の流入管２の先端に付けた主弁フロート弁１３のＨＷＬ（上位水面）１３の上側に小口径水位検知装置６にフロート弁４を付けて、主弁フロート弁が減圧水槽２４の水位がＨＷＬ（上位水面）１３になった後も、フロート弁４から給水され、主弁フロート弁１３の開閉を円滑にする。なお、フロート弁４の口径は水撃圧を軽減する小口径とする。
【００３５】
図８に示す実施例は、実施例７の機能を強化するため、減圧水槽２４の主弁フロート弁１３のフロート１０の上部を開口して立上げ１７、ＨＷＬ（上位水面）１３とし、さらにその上に小口径水位検知装置６のフロート弁４を付けて、実施例７と同様に主弁フロート弁１３の開閉を円滑にする。
【００３６】
図９は、バタフライ弁１３の弁体１６と弁ケーシング３４の水密を必要としない、ラフな加工弁体３４によるラフフロート弁１４で、主に水面の上下で水量の制御を目的とする。
図１０は図３〜図６に示す実施例の水位制御弁１の２次側にラフフロート弁１４を付けて減圧水位２４の有効水深Ｈ２４を大きくすることを目的とする。
図１１はフロート弁１３の２次側にラフフロート弁１４を１個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１２はフロート１３の２次側にラフフロート弁１４を複数個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１３は１液水位制御弁７にラフフロート弁を１個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１４は２液水位制御弁８にラフフロート弁を複数個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
【００３７】
図１５は、ダイヤフラム弁４１のフランジを挟む支柱３８に水量調節ハンドル３９の開度を制限するストッパー４０を固定しダイヤフラム弁４１の開度を常に一定とする装置。
【００３８】
図１９ａは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁方式の全体構成を示したものであり、図１９ｂは減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた詳細の実施例を示す。
ステッキ４４は、減圧弁２次側設定水位４９に約±５．０ｍ程度の高さに送水管１８−２と同程度の太さのパイプをステッキ上側管４５として設置する。
ステッキ上側管４５と送水管１８−２をステッキ下側管４６で接続するが、太さはステッキ上側管４５の直径比で３０％程度とする。
なお、ステッキの高さ、太さについての最適化と安全弁４３の必要性は、今後検討する。
【００３９】
図２０は、実験のための施設概要図である。
従来工法の減圧弁方式図１８ｃで示す減圧弁４２の前後に安全弁４３を設置し、あわせて、本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式図１９ａ，ｂを設置した図面である。
【００４０】
図２１は、パイプライン圧力波形実測図である。
例１では、ステッキ開閉弁４７を閉めて、従来工法の減圧圧弁方式図１８ｃ減圧弁４２の前後に安全弁４３を付けたモデルの実験をした。
なお減圧弁４２の前に設置した安全弁４３ａの設定圧は０．６５ＭＰａ、後に設置した安全弁４３ｂの設定圧は０．２２ＭＰａとした。
例２ではステッキ開閉弁４７を少し開けて、本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てたモデルの実験をした。
例３では、ステッキ開閉弁４７を全開して本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てたモデルの実験をした。
なお例２、３ではいずれも安全弁４３の設定圧力以下であった。
【００４１】
例１：時間５３００（１６：０４）まで
１）条件
・減圧弁下流側の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は全閉
２）圧力変動
・減圧弁１次側圧力変動５０ ０．７〜０．２ＭＰａ（差０．５ＭＰａ）
・減圧弁２次側圧力変動５１ ０．３〜０．０８ＭＰａ（差０．２２ＭＰａ）
・取水弁２１−２ａ圧力変動５２ ０．３５〜０．１ＭＰａ（差０．２５ＭＰａ）
考察
１．安全弁４３ａの設定圧０．６５ＭＰａを越えると安全弁４３ａから水が放出され０．７ＭＰａ程度まで水圧が上昇し脈動をくり返す。
２．安全弁４３ｂの設定圧０．２２ＭＰａを越えると安全弁４３ｂから水が放出され０．３ＭＰａ程度まで水圧が上昇し脈動をくり返す。
【００４２】
例２：時間５３００（１６：０４）から５６５０（１６：１０）まで
１）条件
・減圧弁下流側の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は少し開ける
２）圧力変動
・減圧弁１次側圧力変動５０ ０．５５〜０．４ＭＰａ（差０．１５ＭＰａ）
・減圧弁２次側圧力変動５１ ０．２〜０．１ＭＰａ（差０．１ＭＰａ）
・取水弁２１−２ａ圧力変動５２ ０．３３〜０．１４ＭＰａ（差０．１９ＭＰａ）
【００４３】
例３：時間５６５０（１６：１０）以降
１）条件
・減圧弁下流の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は全開
２）圧力変動
例２と同じ
【００４４】
結果の考察
１．例１の減圧弁安全弁方式では、圧力が増幅した。
２．例２、３の減圧弁ステッキ方式では、圧力が収れんした。
３．安全弁４３ａ、ｂの設定圧まで水圧が上昇しないため安全弁４３ａ、ｂから水の放出はなかった。
４．安全弁４３を設置しなくても良いと思うが、今後最適化の検討を行う。
【００４５】
【発明の効果】
複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の上下に配置することで、送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から、計画容量まで段階的に増やせるため管の水撃圧を軽減することができる。また、減圧水槽の有効水深を大きく取ることができるため必要水槽容量に対し、水面積を小さくでき、満水上面の余裕高さと、低位水面の高さが一定となり、減圧水槽の空容量は小さくなり経済的な施設を提供できる。
取水弁がダイヤフラム弁の場合、ダイヤフラム弁の開度上限を制限することで過流量を防止し、水撃圧の軽減となり、送水管の破損を防ぐことができる。
管路中に減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てることで減圧弁の２次側と１次側の圧を安定させることで管路の破損を防ぐことができる。
水田用自動弁の開度上限を制限することで過流量を防止し、水撃圧の軽減となり、送水管の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送水システムの全体の構成を示したもので、減圧水槽方式を表したものである。
【図２】減圧水槽に複数の異なる機能の水位制御弁を配置した図である。
【図３】減圧水槽に複数の水位制御弁の水位検知機構に１液検出パイロット弁を配置した図である。
【図４】減圧水槽に複数の水位制御弁の水位検知機構に２液検出パイロット弁を配置した図である。
【図５】減圧水槽に複数の水位制御の１次側に安全のため、バタフライフロート弁を付けた図である。
【図６】減圧水槽に複数の水位制御弁の１次側に安全のため、パイロット弁付制水弁を付けた図である。
【図７】減圧水槽に主弁、フロート弁のＨＷＬ（上位水面）より上側に小型フロート弁を付けた図である。
【図８】減圧水槽主弁フロート弁のフロート部の上部のみ開口して立ち上げ、主弁フロート弁のフロートのＨＷＬ（上位水面）とし、上部に小型フロート弁を付けた図である。
【図９】ラフバタフライフロート弁の図である。
【図１０】図３の複数の水位制御弁の２次側にラフフロート弁を付けた図である。
【図１１】図７の主弁フロート弁の２次側にラフフロート弁を１個付けた図である。
【図１２】減圧水槽に主弁フロート弁の２次側にラフフロート弁を複数個付けた図である。
【図１３】減圧水槽の主弁パイロット弁付制水弁の２次側にラフフロート弁を付けた図である。
【図１４】減圧水槽の主弁パイロット弁付制水弁の２次側に複数のラフフロート弁を付けた図である。
【図１５】ダイヤフラム弁フランジを挟む支柱を立て、水量調節ハンドルの上に開度上限を制限する装置を付けた図ａであり、ダイヤフラム弁のフランジボルトを長くして支柱とし、開度上限を制限する装置を付けた図ｂである。
【図１６】従来工法の図で水位制御弁に、主弁にフロート弁を使用した例の図である。
【図１７】従来工法の図で水位制御弁に、主弁パイロット弁付制水弁型を使用した例の図である。
【図１８】図１８ａは、従来工法の図で、減圧水槽または、減圧弁を付けない場合のシステム全体の構成を示したものである。静水圧２２が、普通圧管種１９で可能である区間を送水管１、１８とし、静水圧２２が、高圧管種２０となる区間を送水管２、２６としたものである。
図１８ｂは、従来工法の図で減圧水槽方式の全体構成を示したもので、図１ａと同じである。水深１５から送水管１、１８は、普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−１の最大位置付近に減圧水槽２４を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−２以内に布設する。
図１８ｃは、従来工法の図で減圧弁方式の全体構成を示したものである。水源１５から送水管１、１８は、普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−１の最大位置付近に減圧弁４２を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−２以内に布設する。なお安全装置として減圧弁４２の前後に安全弁９を設置する。
【図１９】図１９ａは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式の全体構成を示したものである。
図１９ｂは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた詳細図である。ステッキ開閉弁４７は必ずしも必要ではない。
【図２０】図２０は、実験のための施設概要図である。従来工法の減圧弁方式図１８ｃの減圧弁４２の前後に安全弁４３ａ，ｂを設置し、あわせて本願減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式図１９ａ，ｂを設置した図面である。
【図２１】図２１は、図２０の実験施設で実測した圧力波形のデータである。
・横軸は時間
・縦軸は水圧
・上段はステッキ４４の開閉弁の開閉を示す
・下段は取水弁２１−２ａの開閉を示す
【符号の説明】
１ 水位制御弁
２ 流入管
３ 流出管
４ フロート弁
５ パイロット弁付制水弁
６ 水位検知装置
７ １液水位検知機構
８ ２液水位検知機構
９ 安全弁
１０ フロート
１１ アーム
１２ １液検出パイロット弁
１３ 主弁フロート弁
１４ ラフフロート弁
１５ 水源
１６ バタフライフロート弁
１７ 開口部立上げ
１８ 送水管１
１９ 普通圧管種
２０ 高圧管種
２１ 取水弁
２２ 静水圧
２３ 水撃圧
２４ 減圧水槽
２５ ２液検出パイロット弁
２６ 送水管２
２７ センサー
２８ 主弁パイロット弁付制水弁
２９ 主弁
３０ 水位検出装置
３１ ダンパー
３２ 支点
３３ ラフな加工の弁体
３４ 弁ケーシング
３５ 複数の水位制御弁
３６ 弁体
３７ 開度
３８ 支柱
３９ 水量調整ハンドル
４０ ストッパー
４１ ダイヤフラム弁
４２ 減圧弁
４３ 安全弁
４４ ステッキ
４５ ステッキ上側管
４６ ステッキ下側管
４７ ステッキ開閉弁
４８ 静水位
４９ 減圧弁２次側設定水位
５０ 減圧弁１次圧力変動
５１ 減圧弁２次圧力変動
５２ 取水弁２１−２ａ、圧力変動
５３ 減圧弁１次側
５４ 減圧弁２次側
【発明の属する技術分野】
本発明は、高所の水源から低所の各種施設に送水する際の、水圧を減圧し安定した送水を可能にする方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、高所の貯水池から低所の水田、水路等の耕地に安定した送水を可能にする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高所の水源から低地にある水田、水路等に送水する場合、図１８に示すように、両者を管路でつないで行っていた。しかし、高低差によって管路には上流端高位部から下流低位部に行くに従って管に及ぼす静水圧は高くなるため減圧水槽または減圧弁により、下流側の静水圧を低くする方法が取られている。また再下流の最も水撃圧の高い位置とか減圧弁１次側の最も水撃圧の高い位置にステッキを付けていた。さらには、管路中には取水弁が設けられており、取水の際取水弁を開閉すると管路内に水撃圧が発生し送水管を破損する場合があった。
【０００３】
また、減圧水槽を用いて減圧させる方法では、図１６および図１７に示すように、減圧水槽の制御弁にはフロート弁、パイロット弁付制御弁が多く使用されており、取り出し弁には水田用として水田用自動弁等が使用されているが、それらの弁を用いたものには次のような問題点があった。
【０００４】
フロート弁の場合
タイプ１（ディスク弁）
ディスク弁は弁体に作用する水圧と、フロートの浮力が平衡を保っているため、管内水圧の変化または水槽水位の変化に敏感に反応して作動するため、他の取水弁の急激な開閉または他のディスク弁の振動によって、水撃圧が拡大することがあり、結果として送水管が破損することがある。対策としてオイルダンパーが付けられているが、顕著な効果はない。
課題として、（１）減圧水槽容量の拡大が有効であるが、コスト増となる。（２）弁の開度とアーム長さにより制御水深に限度があり、減圧水槽が大きくなりコスト増となる、がある。
【０００５】
タイプ２（スーパーフロート）
スーパーフロート弁は弁の前後の差圧を、ピストンにより開閉するため、１次圧がフロートに直接作用しない特長がある。
課題として、（１）弁の開度幅が小さいため、フロートの上下幅も小さく減圧水槽容量が大きくなり（通常減水槽の有効容量は設定容量の２〜３分であれば水撃圧を軽減されるといわれている）コスト増となる。（２）主弁がスムースに開閉しない場合、水撃圧の発生要因となる、がある。
【０００６】
タイプ３（バタフライフロート）
バタフライフロート弁は、弁体が９０゜回転することで開閉するものであるが、アームの開閉角度は一般に４５゜〜６０゜にギヤ機構で狭角されている。課題として、ＨＷＬ（上位水面）とＬＷＬ（下位水面）の高さは比較的大きく取れるがおのずと限度がある、また、水面が上昇して閉時の微少流量時に、チヤタリングおよびキャビテーションが発生する恐れがある。またキャビテーション対策の弁もあるが高価である。
【０００７】
フロート弁タイプ共通の課題として、フロート弁はフロートが上がれば閉まり、フロートが下がれば開く機構であるため、弁体の開度と流量特性と、弁体とフロートを結ぶアームの長さで減圧水槽の有効水深が決まる。このため一般的にはフロート弁タイプの減圧水槽では有効水深が小さくなるため、水面積が大きくなり、ＨＷＬ（上位水面）と減圧水槽天端までの余裕高さとＬＷＬ（下位水面）と減圧水槽底までの土砂留り深を一定とすると水面積の大きい減圧水槽は全体の体積が大きくなりコスト増となる。
【０００８】
パイロット弁付制御弁の場合
タイプ１（１液面制御）
水槽２次側流出により満水面から水位が低下すると、水位検知装置から水位下降を検出し、パイロット弁が開き、主弁が開き水槽に給水される水槽の水位が上昇し、満水面になると水位検出装置から水位満水を検出し、パイロット弁が閉まり主弁か閉まる。課題として、主弁の全開全閉が頻繁になり、水撃圧が拡大することがあり、結果として管が破損する、がある。
【０００９】
タイプ２（２液面制御）
前記タイプ１と同様であるが、水槽水面検知装置を満水面と低水面の２液面から検出し、主弁開、主弁閉をするため水槽の上下間隔を大きく取れる特長がある。
この種の弁は減圧水槽には一般に使用されていない。
【００１０】
水田用自動弁の場合
ダイヤフラム弁は、パイロット弁の開閉によって主弁が開閉するが、主弁に水量調整ハンドルが付いている場合は、水量調整ハンドルの上下操作することで水量が変化する。課題として、設計流量はあらかじめ決められているが、実際に使用する人々は任意に水量調整ハンドルを上下操作するため、全体の配水に支障が出ている。また、過流量により水撃圧が大きくなり送水管を破損することがある。
【００１１】
減圧弁の場合
減圧弁より下流の取り出し弁の開閉により、水撃圧が発生する。そこで、減圧弁の１次側または２次側また１次２次側共に安全弁（バネ式）を付けて軽減する方法が取られて来た。すなわち減圧弁の１次側に安全弁を付ける場合は静水圧に通常の水撃圧相当を加えた圧をやや上回る圧力に安全弁を設定する。
また減圧弁の２次側に安全弁（スプリングで設定を保ち設定圧以上に水圧が上昇すれば開く）を付ける場合は２次側静水圧に約１ｋｇ／ｃｍ2の余裕を持った圧力に安全弁を設定して水撃圧を軽減する方法が取られて来たが、実際には、水圧が異常に上昇し送水管が破損することがある。
【００１２】
【非特許文献１】
稲垣仁根、國武昌人，「新型自動減圧弁による管路圧力の制御技術」，農業土木学会誌，1996年3月，第64巻，第3号，p.269-274
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、送水管の取水弁の開閉に伴う水撃作用により破損することを防止するための減圧水槽の流量調整方法、取水弁がダイヤフラム弁の場合の過流量調整方法、並びに、減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てた減圧装置（安全弁がスプリングのため作動時間よりも短い上昇圧には対応出来ず水撃圧の異常上昇となっていた。）を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、管路中に減圧水槽内の水位を段階的に検知し、送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
さらに、本発明は、
・減圧水槽に複数のバルブを付けた減圧方法
・流量調整を目的としたラフフロート弁
・過流量を防止する開度制限ダイヤフラム弁
・減圧弁下流にステッキ付け減圧する方法
を採用して上記課題を解決することを要旨としている。
【００１５】
減圧水槽内に複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、複数の水位制御弁が順次作動するようにしており、その場合、本発明は、管路中に減圧水槽を設けるとともに減圧水槽内に複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、減圧水槽内の水位を段階的に検知し、複数の水位制御弁が順次作動するようにして送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
【００１６】
上記の複数の水位制御弁の水位検知機構が異なる機能のものであり、その場合、本発明は、管路中に減圧水槽を設けるとともに減圧水槽内に複数の異なる機能の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、減圧水槽内の水位を段階的に検知し、複数の水位制御弁が順次作動するようにして送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法を要旨としている。
【００１７】
また、本発明は、複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００１８】
異なる機能の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置しており、その場合、本発明は、異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００１９】
水位制御弁にフロート弁を使用しており、その場合、本発明は、複数の、必要により異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００２０】
水位検出機構に１液検出パイロット弁を使用しており、その場合、本発明は、複数の、必要により異なる機能の複数の水位制御弁を配置した減圧水槽であって、複数の水位制御弁の１液検出パイロット弁または２液検出パイロット弁を上下に配置して水圧を軽減させる送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
管路の放流口に閉時に水密性を持たせないラフな加工で安価なラフフロート弁を付けて、管路の放出水量を放出水面の上下巾を大きくして制御する水撃圧軽減装置を要旨としている。
ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上に開度上限を制限する装置を付けて送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立て送水管の水撃圧軽減装置を要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上流の水源から送水管で下流に給水するに当たって、送水管が普通圧管の耐圧を超える手前の位置に減圧水槽を設置して、水撃圧を軽減するため複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の一番上に設置する。水位制御弁は急開閉しても、送水管に水撃圧が生じない小さい容量の小口径水位制御弁の水位検知機構を設置し、以下順次容量の大きい口径の大きい水位制御弁を順次下部に設置して、送水管の水撃圧を軽減する。減圧水槽より下流については減圧水槽で自由水面となり、流出管より下流の普通圧管に送水する。
以上から、複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に大きく設置することで、減圧水槽の有効容量が増加し、ひいては減圧水槽が小型になり安全で経済的な施設となる。
また、水田用自動弁については水量調節用ハンドルの開度上限を固定することで解決する。
【００２２】
水位制御弁の型式として、主弁の弁体と連動した、アーム先端水位検知装置のフロートが減圧水槽の水位の上昇により閉まり、下降により開くフロート弁型と、水位検知装置でパイロット弁が作動するパイロット弁付き制水弁型とがあり、いずれも減水槽２次側の弁が開くことにより、減水槽の水位が低下し、水位検知装置が降下を検知し、水位制御弁の主弁が開いて減圧水槽１次側から給水される。また、２次側の弁閉により減圧水槽水位が上昇し、水位検知装置が満水を検知し、水位制御弁の主弁が閉まり減圧水槽１次側からの給水が停止する。
すなわち、本発明の装置の好ましい態様は、複数の水位制御弁の１次側に安全を付ける、好ましくは１次側に安全弁として、フロ−ト弁またはパイロット弁付き制御弁を付ける。これの閉位は複数の水位制御弁の最上位水位検知機構より、やや上に設定し常に開の状況にしておく。
また、本発明の装置の好ましい態様は、主弁フロート弁の閉水位の上側に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする。フロート主弁の満水面付近の微小の上下動が水撃圧を大きくする場合があり、微小上下動が水撃圧に影響しない小口径水位制御弁を、フロート主弁のやや上に付けて開閉を円滑にする。
また、本発明の装置の好ましい態様は、減圧水槽の主弁フロ−ト弁のフロ−ト上部のみを開口し、開口部を満水位とし、その上に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする。水位制御弁直列にラフフロート弁を付けて制御幅を大きくする。
さらにまた、本発明の装置の好ましい態様は、ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上に開度上限を制限する装置の付いた開度制限ダイヤフラム弁からなる取り出し弁を備える。ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上限を固定することで、弁からの吐出量も固定されると共に、管水撃圧の防止となる。
さらにまた、本発明の装置の好ましい態様は減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てて管路水撃圧を安定的に軽減させる。
【００２３】
【作用】
管路中に減圧水槽を設けることにより、高低差にもとづく静水圧の上昇を抑えるともに、減圧水槽内に設けられた複数の水位制御弁が順次作動することにより、管路内に発生する水撃圧を緩和する。
複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の上下に配置することで、送水パイプへの送水が水撃圧を及ぼさない小容量から、計画容量まで段階的に増やせるためパイプの水撃圧を軽減することができる。
減圧水槽の有効水深を大きく取ることができるため必要水槽容量に対し、水面積を小さくできる。このことは、満水上面の余裕高さと、ＬＷＬの高さを一定とすれば、減圧水槽の空容量は小さくなり経済的な施設となる。
複数の水位制御弁の１次側に安全を付ける。これの閉位は複数の水位制御弁の最上位水位検知機構より、やや上に設定し常に開の状況にしておく。
フロート主弁の満水面付近の微小の上下動が水撃圧を大きくする場合があり、微小上下動が水撃圧に影響しない小口径水位制御弁を、フロート主弁のやや上に付けて開閉を円滑にする。
水密機能を持たせないで、制御機能を目的の安価なラフフロート弁で制御機能を高める。
ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上限を固定することで、バルブからの吐出量も固定されると共に、パイプ水撃圧の防止となる。
減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てることで管路の水撃圧の防止となる。
【００２４】
【実施例】
本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２５】
実施例
以下、図にもとづいて本発明の実施例で説明する。
図１はシステム全体の構成を示したもので、水源１５から送水管１、１８、普通圧管種１９の許容範囲であり、静水圧２２―１の最大の位置に減圧水槽２４を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２―２以内に布設する。また、送水管１、１８、送水管２、２６にはそれぞれ複数の取出し弁２１がある。減圧水槽２４を有するシステム概要図である。
【００２６】
取水弁２１−２を開くと放水され、静水圧２２−２が下がり、減圧水槽２４のＨＷＬ（上位水面）２４が低下する。次に水位制御弁１の水位検知装置６が検知し、水位制御弁１が開き水源１５から送水管１、１８を通して給水される。この場合、送水管１、１８および送水管２、２６の水圧は下降上昇を繰り返す。次に取水弁２１−２を閉じると放水が止まり水撃圧２３−２が発生し、送水管２、２６の圧力は上昇、下降を繰り返す。減圧水槽２４の水位が上昇し、水位制御弁１が閉まると送水管１、１８の圧力は上昇、下降を繰り返す。また、減圧水位４２の有効水深Ｈ２４が小さい場合は、水面積が大きくなり、わずかな波立ち等によりバルブが開閉を繰り返すことで送水管１、１８の圧力は上昇、下降を繰り返す。この圧力上昇、下降の程度によって送水管１８を破損する場合がある。
【００２７】
図２に示す実施例は、前記水撃圧２３を軽減するために水位制御弁１を分割し複数の異なる機能の水位制御弁３５を配置する。減圧水槽２４ＨＷＬ（上位水面）２４から水面が降下し、複数の水位制御弁３５の最初の水位制御弁３５−１は急開閉しても送水管１、１８に、水撃圧２３−１が小さい容量の小口径弁を選ぶ。次に水位制御弁３５−２を水位制御弁３５−１よりも下に水位検知機構６を設置する。以下、水位制御弁３５の容量を大きくしながら、水位検知機構６を順次減圧水槽２４の下方に配置して、減圧水槽２４の有効水深Ｈ２４を大きく取るものである。なお、本例は複数の水位制御弁３５に最上段に２液水位検知機構８を使用し、以下フロート弁４を使用し異なる機能の複数の水位制御弁３５の実施例である。
【００２８】
図３に示す実施例は、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の水位検出機構６に１液検出パイロット弁１２を使用した実施例であり、取水弁２１−２が開き、減圧水槽２４の流出管３から流出するとＨＷＬ（上位水面）２４が下がり、複数の水位制御弁３５−１が開く。この水量は急開閉しても水撃圧２３−１が大きくならない口径とする。さらに減圧水槽２４の水位が下がれば、複数の水位制御弁３５−２が開く。この水量は水位制御弁３５−１よりやや多くする。以下、水撃圧２３−１が軽減されるように、複数の水位制御弁３５の個数と口径、水量を求めて設置する。
【００２９】
また、取水弁２１−２が閉まれば、流出管３の流出は止まる。減圧水槽２４の水位は上昇し、複数の水位制御弁３５―３の１液位検知機構７がＨＷＬ（上位水面）３５−３となり、水位制御弁３５−３が閉まり、以下順次閉まり最後に複数の水位制御弁３５−１が閉まる。これ等の複数の水位制御弁３５の口径、個数を水撃圧２３−１が軽減されるように設計する。本例は、複数の水位制御弁３５に１液検出パイロット弁１２を使用した例である。
【００３０】
図４に示す実施例は、減圧水槽１の複数の水位制御弁３５の水位検出機構６に２液水位検出パイロット弁２５を使用した実施例であり、実施例３と減圧水槽２４の水面下降上昇は同じであるが、複数の水位制御弁３５−１の水位検知機構がＨＷＬ（上位水面）３５−１から設定一定高さまで降下してＬＷＬ（下位水面）３５−１となって、複数の水位制御弁３５−１が開き、以下順次減圧水槽２４の水位低下と共に複数の水位制御弁３５−ｎが２液検出パイロット弁２５のＬＷＬ（下位水面）３５−ｎとなって開く。
【００３１】
また、減圧水槽２４の水位上昇により、複数の水位制御弁３５−ｎのＬＷＬ（下位水面）３５−ｎを過ぎてＨＷＬ（上位水面）３５−ｎとなって、複数の水位制御弁３５−ｎが閉まる。後、順次閉まって最後に複数の水位制御弁３５−１のＬＷＬ（下位水面）３５−１を過ぎてＨＷＬ（上位水面）３５−１が閉まる。複数の水位制御弁３５の口径、個数を水撃圧２３−１が軽減されるように設計することは前記同様である。本例は、複数の水位制御弁３５に１液検出パイロット弁１２を使用した例である。
【００３２】
図５に示す実施例は、実施例３の１次側に安全のため、主弁フロート弁１３を付けたもので、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の１次側に安全弁９を設ける。その閉め切り水位は、複数の水位制御弁３５−１のＨＷＬ（上位水面）３５−１より上に安全弁９バタフライフロート弁１６のＨＷＬ（上位水面）１６を設定しておく。すなわち、安全弁９バタフライフロート弁１６は常に開の状況であるが、万一複数の水位制御弁３５のいずれかに故障が生じた場合は、安全弁９、バタフライフロート弁１６のフロート１０が上昇して、ＨＷＬ（上位水面）１６となり減圧水槽２４流入管２の給水は停止される。
【００３３】
図６に示す実施例は、主弁パイロット弁付制水弁２８を付けたもので、減圧水槽２４の複数の水位制御弁３５の１次側に安全のため主フロート弁１を設ける。その閉め切り水位は、複数の水位制御弁３５−１のＨＷＬ（上位水面）３５−１より上に安全弁９、パイロット弁付制水弁５の水位検知装置６にフロート弁４を設置しておく。すなわち、安全弁９、パイロット弁付制水弁５は常に開の状況であるが、万一複数の水位制御弁３５のいずれかに故障が生じた場合は、安全のため、パイロット弁付制水弁５の水位検知装置６のフロート弁４が上昇して、ＨＷＬ（上位水面）５となり減圧水槽２４の流入管２の給水は停止される。
【００３４】
図７に示す実施例は、減圧水２４の流入管２の先端に付けた主弁フロート弁１３のＨＷＬ（上位水面）１３の上側に小口径水位検知装置６にフロート弁４を付けて、主弁フロート弁が減圧水槽２４の水位がＨＷＬ（上位水面）１３になった後も、フロート弁４から給水され、主弁フロート弁１３の開閉を円滑にする。なお、フロート弁４の口径は水撃圧を軽減する小口径とする。
【００３５】
図８に示す実施例は、実施例７の機能を強化するため、減圧水槽２４の主弁フロート弁１３のフロート１０の上部を開口して立上げ１７、ＨＷＬ（上位水面）１３とし、さらにその上に小口径水位検知装置６のフロート弁４を付けて、実施例７と同様に主弁フロート弁１３の開閉を円滑にする。
【００３６】
図９は、バタフライ弁１３の弁体１６と弁ケーシング３４の水密を必要としない、ラフな加工弁体３４によるラフフロート弁１４で、主に水面の上下で水量の制御を目的とする。
図１０は図３〜図６に示す実施例の水位制御弁１の２次側にラフフロート弁１４を付けて減圧水位２４の有効水深Ｈ２４を大きくすることを目的とする。
図１１はフロート弁１３の２次側にラフフロート弁１４を１個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１２はフロート１３の２次側にラフフロート弁１４を複数個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１３は１液水位制御弁７にラフフロート弁を１個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
図１４は２液水位制御弁８にラフフロート弁を複数個付けて水位制御巾を大きくすることを目的とする。
【００３７】
図１５は、ダイヤフラム弁４１のフランジを挟む支柱３８に水量調節ハンドル３９の開度を制限するストッパー４０を固定しダイヤフラム弁４１の開度を常に一定とする装置。
【００３８】
図１９ａは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁方式の全体構成を示したものであり、図１９ｂは減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた詳細の実施例を示す。
ステッキ４４は、減圧弁２次側設定水位４９に約±５．０ｍ程度の高さに送水管１８−２と同程度の太さのパイプをステッキ上側管４５として設置する。
ステッキ上側管４５と送水管１８−２をステッキ下側管４６で接続するが、太さはステッキ上側管４５の直径比で３０％程度とする。
なお、ステッキの高さ、太さについての最適化と安全弁４３の必要性は、今後検討する。
【００３９】
図２０は、実験のための施設概要図である。
従来工法の減圧弁方式図１８ｃで示す減圧弁４２の前後に安全弁４３を設置し、あわせて、本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式図１９ａ，ｂを設置した図面である。
【００４０】
図２１は、パイプライン圧力波形実測図である。
例１では、ステッキ開閉弁４７を閉めて、従来工法の減圧圧弁方式図１８ｃ減圧弁４２の前後に安全弁４３を付けたモデルの実験をした。
なお減圧弁４２の前に設置した安全弁４３ａの設定圧は０．６５ＭＰａ、後に設置した安全弁４３ｂの設定圧は０．２２ＭＰａとした。
例２ではステッキ開閉弁４７を少し開けて、本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てたモデルの実験をした。
例３では、ステッキ開閉弁４７を全開して本願の減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てたモデルの実験をした。
なお例２、３ではいずれも安全弁４３の設定圧力以下であった。
【００４１】
例１：時間５３００（１６：０４）まで
１）条件
・減圧弁下流側の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は全閉
２）圧力変動
・減圧弁１次側圧力変動５０ ０．７〜０．２ＭＰａ（差０．５ＭＰａ）
・減圧弁２次側圧力変動５１ ０．３〜０．０８ＭＰａ（差０．２２ＭＰａ）
・取水弁２１−２ａ圧力変動５２ ０．３５〜０．１ＭＰａ（差０．２５ＭＰａ）
考察
１．安全弁４３ａの設定圧０．６５ＭＰａを越えると安全弁４３ａから水が放出され０．７ＭＰａ程度まで水圧が上昇し脈動をくり返す。
２．安全弁４３ｂの設定圧０．２２ＭＰａを越えると安全弁４３ｂから水が放出され０．３ＭＰａ程度まで水圧が上昇し脈動をくり返す。
【００４２】
例２：時間５３００（１６：０４）から５６５０（１６：１０）まで
１）条件
・減圧弁下流側の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は少し開ける
２）圧力変動
・減圧弁１次側圧力変動５０ ０．５５〜０．４ＭＰａ（差０．１５ＭＰａ）
・減圧弁２次側圧力変動５１ ０．２〜０．１ＭＰａ（差０．１ＭＰａ）
・取水弁２１−２ａ圧力変動５２ ０．３３〜０．１４ＭＰａ（差０．１９ＭＰａ）
【００４３】
例３：時間５６５０（１６：１０）以降
１）条件
・減圧弁下流の取水弁２１−２ａは全開
・ステッキ開閉弁４７は全開
２）圧力変動
例２と同じ
【００４４】
結果の考察
１．例１の減圧弁安全弁方式では、圧力が増幅した。
２．例２、３の減圧弁ステッキ方式では、圧力が収れんした。
３．安全弁４３ａ、ｂの設定圧まで水圧が上昇しないため安全弁４３ａ、ｂから水の放出はなかった。
４．安全弁４３を設置しなくても良いと思うが、今後最適化の検討を行う。
【００４５】
【発明の効果】
複数の水位制御弁の水位検知機構を減圧水槽の上下に配置することで、送水管への送水が水撃圧を及ぼさない小容量から、計画容量まで段階的に増やせるため管の水撃圧を軽減することができる。また、減圧水槽の有効水深を大きく取ることができるため必要水槽容量に対し、水面積を小さくでき、満水上面の余裕高さと、低位水面の高さが一定となり、減圧水槽の空容量は小さくなり経済的な施設を提供できる。
取水弁がダイヤフラム弁の場合、ダイヤフラム弁の開度上限を制限することで過流量を防止し、水撃圧の軽減となり、送水管の破損を防ぐことができる。
管路中に減圧弁に近い下流側の管路にステッキを立てることで減圧弁の２次側と１次側の圧を安定させることで管路の破損を防ぐことができる。
水田用自動弁の開度上限を制限することで過流量を防止し、水撃圧の軽減となり、送水管の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送水システムの全体の構成を示したもので、減圧水槽方式を表したものである。
【図２】減圧水槽に複数の異なる機能の水位制御弁を配置した図である。
【図３】減圧水槽に複数の水位制御弁の水位検知機構に１液検出パイロット弁を配置した図である。
【図４】減圧水槽に複数の水位制御弁の水位検知機構に２液検出パイロット弁を配置した図である。
【図５】減圧水槽に複数の水位制御の１次側に安全のため、バタフライフロート弁を付けた図である。
【図６】減圧水槽に複数の水位制御弁の１次側に安全のため、パイロット弁付制水弁を付けた図である。
【図７】減圧水槽に主弁、フロート弁のＨＷＬ（上位水面）より上側に小型フロート弁を付けた図である。
【図８】減圧水槽主弁フロート弁のフロート部の上部のみ開口して立ち上げ、主弁フロート弁のフロートのＨＷＬ（上位水面）とし、上部に小型フロート弁を付けた図である。
【図９】ラフバタフライフロート弁の図である。
【図１０】図３の複数の水位制御弁の２次側にラフフロート弁を付けた図である。
【図１１】図７の主弁フロート弁の２次側にラフフロート弁を１個付けた図である。
【図１２】減圧水槽に主弁フロート弁の２次側にラフフロート弁を複数個付けた図である。
【図１３】減圧水槽の主弁パイロット弁付制水弁の２次側にラフフロート弁を付けた図である。
【図１４】減圧水槽の主弁パイロット弁付制水弁の２次側に複数のラフフロート弁を付けた図である。
【図１５】ダイヤフラム弁フランジを挟む支柱を立て、水量調節ハンドルの上に開度上限を制限する装置を付けた図ａであり、ダイヤフラム弁のフランジボルトを長くして支柱とし、開度上限を制限する装置を付けた図ｂである。
【図１６】従来工法の図で水位制御弁に、主弁にフロート弁を使用した例の図である。
【図１７】従来工法の図で水位制御弁に、主弁パイロット弁付制水弁型を使用した例の図である。
【図１８】図１８ａは、従来工法の図で、減圧水槽または、減圧弁を付けない場合のシステム全体の構成を示したものである。静水圧２２が、普通圧管種１９で可能である区間を送水管１、１８とし、静水圧２２が、高圧管種２０となる区間を送水管２、２６としたものである。
図１８ｂは、従来工法の図で減圧水槽方式の全体構成を示したもので、図１ａと同じである。水深１５から送水管１、１８は、普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−１の最大位置付近に減圧水槽２４を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−２以内に布設する。
図１８ｃは、従来工法の図で減圧弁方式の全体構成を示したものである。水源１５から送水管１、１８は、普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−１の最大位置付近に減圧弁４２を設け、さらに送水管２、２６を普通圧管種１９の許容範囲である静水圧２２−２以内に布設する。なお安全装置として減圧弁４２の前後に安全弁９を設置する。
【図１９】図１９ａは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式の全体構成を示したものである。
図１９ｂは、減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた詳細図である。ステッキ開閉弁４７は必ずしも必要ではない。
【図２０】図２０は、実験のための施設概要図である。従来工法の減圧弁方式図１８ｃの減圧弁４２の前後に安全弁４３ａ，ｂを設置し、あわせて本願減圧弁４２の下流近くにステッキ４４を立てた減圧弁ステッキ方式図１９ａ，ｂを設置した図面である。
【図２１】図２１は、図２０の実験施設で実測した圧力波形のデータである。
・横軸は時間
・縦軸は水圧
・上段はステッキ４４の開閉弁の開閉を示す
・下段は取水弁２１−２ａの開閉を示す
【符号の説明】
１ 水位制御弁
２ 流入管
３ 流出管
４ フロート弁
５ パイロット弁付制水弁
６ 水位検知装置
７ １液水位検知機構
８ ２液水位検知機構
９ 安全弁
１０ フロート
１１ アーム
１２ １液検出パイロット弁
１３ 主弁フロート弁
１４ ラフフロート弁
１５ 水源
１６ バタフライフロート弁
１７ 開口部立上げ
１８ 送水管１
１９ 普通圧管種
２０ 高圧管種
２１ 取水弁
２２ 静水圧
２３ 水撃圧
２４ 減圧水槽
２５ ２液検出パイロット弁
２６ 送水管２
２７ センサー
２８ 主弁パイロット弁付制水弁
２９ 主弁
３０ 水位検出装置
３１ ダンパー
３２ 支点
３３ ラフな加工の弁体
３４ 弁ケーシング
３５ 複数の水位制御弁
３６ 弁体
３７ 開度
３８ 支柱
３９ 水量調整ハンドル
４０ ストッパー
４１ ダイヤフラム弁
４２ 減圧弁
４３ 安全弁
４４ ステッキ
４５ ステッキ上側管
４６ ステッキ下側管
４７ ステッキ開閉弁
４８ 静水位
４９ 減圧弁２次側設定水位
５０ 減圧弁１次圧力変動
５１ 減圧弁２次圧力変動
５２ 取水弁２１−２ａ、圧力変動
５３ 減圧弁１次側
５４ 減圧弁２次側
Claims (16)
- 管路中に減圧水槽を設けるとともに減圧水槽内の水位を段階的に検知し、送水管への送水量が水撃圧を及ぼさない小容量から計画容量まで段階的に増やせるようにした送水管の水撃圧軽減方法であって、減圧水槽内に複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置し、複数の水位制御弁が順次作動するようにしたことを特徴とする送水管の水撃圧軽減方法。
- 上記の複数の水位制御弁の水位検知機構が異なる機能のものである請求項１の送水管の水撃圧軽減方法。
- 管路中に設けられて送水管と接続され、複数の水位制御弁が配置された減圧水槽からなる水撃圧軽減装置であって、該複数の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置して水圧を軽減させることを特徴とする送水管の水撃圧軽減装置。
- 異なる機能の水位制御弁の水位検知機構を上下に配置した請求項３の送水管の水撃圧軽減装置。
- 水位制御弁にフロート弁を使用する請求項３の送水管の水撃圧軽減装置。
- 水位検出機構に１液検出パイロット弁を使用する請求項３の送水管の水撃圧軽減装置。
- 水位検出機構に２液検出パイロット弁を使用する請求項３の送水管の水撃圧軽減装置。
- １次側に安全のため、フロ−ト弁を付ける請求項３ないし７のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- １次側に安全のため、パイロット弁付き制御弁を付ける請求項３ないし７のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- 主弁フロート弁の閉水位の上側に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする請求項３ないし７のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- 減圧水槽の主弁フロ−ト弁のフロ−ト上部のみを開口し、開口部を満水位とし、その上に小口径水位制御弁を付けて、主弁フロート弁の開閉を円滑にする請求項１０の送水管の水撃圧軽減装置。
- フロート弁の弁体を閉切り状況で水密性を持たせないラフな加工でパイプからの吐出水を吐出水面の上下で制御するラフフロート弁を付ける請求項３ないし７のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- 水位制御弁に直列にラフフロート弁を付けて制御幅を大きくする請求項３ないし１２のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- ダイヤフラム弁の水量調整ハンドルの上に開度上限を制限する装置の付いた開度制限ダイヤフラム弁からなる取り出し弁を備えた請求項３ないし１２のいずれかの送水管の水撃圧軽減装置。
- 管路中の減圧弁に近くで、減圧弁よりも下流側の管路にステッキを立てたことを特徴とする送水管の水撃圧低減装置。
- ステッキと管路の接続部にステッキ開閉弁を設け、該ステッキ開閉弁を少し開けるか全開した請求項１５に記載の水撃圧低減装置。
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