JPH03219175A - 自動流量制御弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は貯水池から下流河川に水を放流し、または、そ
の水量を維持するために貯水池から田畑へ送水する管路
内に装着して流量を制御するための自動流量制御弁装置
に関するものである。

（従来の技術） 近年、水資源の枯渇に伴い、貯水池が多く築造されてい
る。そして下流河川の営みを維持するためには、使用量
に見合った一定の水量を放流する必要がある。

また、畑地潅激等の場合には、貯水池の水圧をそのまま
利用してスプリンクラ−を駆動さでることか行なわれて
いる。そして、貯水池の水圧を利用する関係上管水路が
使用されるのであるが、この管水路の最下流域で放水量
に対し過大な水が使用された場合には、管水路が空にな
って空気を吸い込み、脈動流（つオータハンマ）が発生
して通水に支障を来すとともに、もしもこのつオータハ
ンマーにより管水路が破断した場合は、大洪水を引き起
こすという危険がある。

このような事態を未然に防止するためには、使用量に応
して貯水池からん放流量を調節するための自動流量調節
弁が必要になる。

従来のこの自動流量調節弁は、−射的なゲートバルブを
用い、このゲートバルブの上流側と下流側の水圧差を検
知し、この水圧差とゲートバルブの特性から予め定めた
水圧差になるようにゲートバルブの開度を演算し、この
演算値によりゲートバルブの開度を電気的に動作させる
ようにしていた。

またここのような電気的な自動流量制御弁装置に対して
一般的な油圧回路では、自刃による自動流量制御弁装置
が用いられている。

その−例を第６図に示して説明すると、流路１内に一部
が出入りする圧力差調整ピストン２が設けられ、この圧
力差調整ピストン２の両面で一次側圧力Ｐ１と二次側圧
力Ｐ２を受けるようにし。

スプリング４の弾性力とのバランスにより流量調節弁の
一次側と二次側に圧力差ＰＩ−Ｐ２が常に定になるよう
に自刃制御するようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の自動流量制御弁装置において、電気的に制御
するものにあっては、次のような問題がある。

般に貯留池あるいは管水路は山間部にあるので、監視員
が常駐していることが少なく、また落雷も多い。このよ
うな状況において、例えば落雷により自動流量制御弁装
置の電気系統が故障したような場合は、その制御が不可
能になり、管水路内てつオータハンマを起こして管水路
が破断じ、大洪水になるという危険がある。

これに対して第６図に示した自刃型に流量調節弁は、こ
のような危険性はないが、次のような問題がある。

貯水池の水を放流するに当たっての技術的な問題の一つ
は、自動流量調節弁の損失水頭を出来る限り少なくする
ということである。その理由は、例えば自動流量調節弁
の圧力損失がｌ　ｋｇ／ｃｍ″であったとすると、貯水
池の堤高さを１０ｍ高くしなければならない。

そこで、第６図に示した従来例を見た場合に、流路が屈
曲しているので、圧力損失が大きくなり、貯水池の築造
工費が大きく嵩むという問題がある。

次に技術的な第二の問題として、油圧回路に比べて清酒
用水で扱う水量は比較にならない程にぼう大な量である
６そこで、自動調節弁の圧力損失を少なくする対策とし
て、流路面積を大きくし、流速を遅くことが理論的番こ
考えられるが、所望の圧力損失になるまで屈曲した水路
を大きくするのは、とてつもな（大きな弁となって実用
的ではなく、このような弁を清酒用水に応用することが
できないという問題がある。

第三の技術的な問題として、貯水池から放流される水に
はごみが混入していることがある。この観点から見た場
合に、第６図に示す弁は、流路が屈曲していてごみが詰
まりやすく、かつスプリングにごみが詰まった場合は、
自刃制御ができないという問題がある。

本発明は、上記従来例に鑑みてなされたものであり、自
刃で制御ができるとともに、損失水頭が小さく、かつご
みが詰まらない自動流量制御弁装置を提供するものであ
る。

（課題を解決するだの手段） 上記課題を解決するだの本発明に係る手段は、外筒と内
筒との間を頂板と底板とで一体化して内筒と外筒との間
に空洞部を形成し、前記外筒下端内面に支持アームを介
してその中心にボスを取り付け、該ボスに前記内筒内に
挿通された支持棒を螺合支持するとともに、該支持棒に
前記内筒の下端に対向した弁体を固定して弁部材を形成
し、該弁部材を前記ケーシング内に上下方向に摺動可能
に挿入し、前記弁部材の外筒上端に対向して下端が位置
するようにキャップを設け、前記内筒の下端と弁体の上
端との間の隙間、前記内筒の内部および前記外筒の上端
と前記キャップの下端との間の隙間により流路を形成し
たことを特徴とする。

（作用） このように構成したので、外筒と内筒との間に形成した
空洞により、弁部材には浮力が生し、弁部材はケーシン
グ内で浮動する。そしてこの浮動は、底板に受ける一次
圧力（流入側）と頂板に受ける二次圧力（流出側）との
間の圧力差と、弁部材の水中重量（浮力）とのバランス
により発生し、前記差圧力によって弁部材は浮き沈みし
ながら、外筒の上端とキャップの下端面との間の流出隙
間を自刃調整する。

次に流路は、弁体の上端と内筒の下端との間の隙間、内
筒内および外筒上端とキャップの下端との間の隙間によ
り形成され屈曲部分はない。

そしてごみが詰まっても、弁部材の浮動によりそのごみ
は流出される。

実施例） 以下本発明の一実施例について詳細に説明する。第１図
において、円筒状のケーシング６の上部に、排出ロア０
１を備えた環状の流出ダクト７が接続され、また下部に
は流入官１６が接続されている。そして円筒状ケーシン
グ６の中には弁部材５が挿入されている。この弁部材５
を更に詳しく説明すると、外筒５０１内に外筒５０１よ
りも長さの短い内筒５０２を同心に挿入し内筒５０２の
上部と下部に位置して頂板５０３および底板５０４を設
は内筒５０２と外筒５０１とを一体結合し、空洞部５０
５を形成する。外筒５０１の下部内面にはその内面から
放射状に設けた支持アーム５０６（第５図参照）が設け
られ、この支持アーム５０６には雌螺子を切ったポス５
０７を外筒５０１の軸心に一致して固定されている。そ
して、上端に角柱５１６を有し、下端に螺子部５０８を
有する支持棒５０９を内筒５０２の中心に挿入し、支持
棒５０９の下端の螺子部５０８をポス５０７の雌螺子に
螺合して支持棒５０９を螺合支持する。支持棒５０９は
外筒５０１の長さよりも長いので、その角柱５１６は外
筒５０１の上端から突出する。支持棒５０９の螺子部５
０８の上部には弁体５１Ｏが固定され、内筒５０２の下
端に対向してもけられている。このように弁部材５は、
外筒５０１、内筒５０２、頂板５０３、底板５０４、支
持アーム５０６およびポス５０７を介して支持した支持
棒５０９、弁体５１０にて構成されている。外筒５０１
の上端５１１゜内筒５旧の上端５１２および下端５１３
．弁体５１０の上端５１４な斜めに形成されていて、水
流抵抗を少なくしている。また水流抵抗およびごみの引
っ掛かりを少なくするために、弁体５１０は、漏斗状に
なっている。外筒５０１の下端には、便本体５の回転を
拘束しかつ上下方向の浮動を許容するスリット５１５が
設けられている。支持棒５０９の頭部５１６は第４図に
しめすように四角柱になっている。６はケーシングであ
り、弁部材５の外筒５０１が摺動可能に挿入され、第２
図に示すように外筒５旧の外周にラビリンスシール部５
１７を形成し、水の漏れを防止している。７はケーシン
グ６の上端に固定された流出リンクであり、第３図に示
すように排水ノズル７０１が接続されている。８は弁部
材５の外筒５０１の上端に臨んで、流出リング７に固定
されたキャップであり、その下端８０１は水流抵抗を少
なくするために斜めに形成されている。９は第４図にし
めすように支持棒５０９の頭部５１６に嵌合する操作部
材であり、操作棒ｌＯが取り付けられている。この操作
棒ｌＯは、キャップ８の案内部８０２に設けた孔に挿入
され、シーリング８０２でシールされている。操作捧ｌ
Ｏにはキャップ８の案内部８０２に取り付けられた雌螺
子塵１１に螺合する螺子部１２が一体に設けられ、その
上端にはハンドル１３が取り付けられている。１４はへ
ドル１３に固定された開度指針板、１５はキャップ８に
固定されたスケルである。　６０１は外筒５０１の下端
に形成したスリット　５１５に嵌合し、第５図に示すよ
うにケーシング６の内面に設けられたビンである。１６
は入口側管水路、１７は出口沢管水路である。

次に、弁部材５に浮力を与えるための空洞５０５の容積
について説明する。水力学上の一般式により全水頭ｈｅ
（ｍ）は次式で与えられる。

ｈ　ｅ　＝　ｈ　＋　ｐ　／　ｙ　＋　ｖ　２／　２　
ｇ　・・・−・・−（１）この式で ｈｅは全水頭（ｍ） ｈは任意基準面からの高さ（ｍ） ｐは水圧（ｔｏｎ／　ｍ″） γは水の密度（１，０ｔｏｎ／ｒｎ’　１■は流速（ｍ
／ｓｅｃ） ｇは重力加速度　９．８ｍ／５ｅｃ２ 上記の全水頭は、自動流量調節弁の入口と出口について
存する。すなわち、（１）式で求められる人口、出口の
全水頭を次のように定義すると、この両者間には次式で
示す関係がある。

ｈ　ｅ、＝　ｈｅ２＋　ｈ　ｙ　＝−・＝＝・＝・＝・
（２）この式で ｈｅ＋は自動流量調節弁の人口の全水頭（ｍ）ｈｅｚは
自動流量調節弁の出口の全水頭（ｍ）ｈγは自動流量調
節弁の人口、出口間の損失水頭（ｍ） 上記（２）式より、自動流量調節弁のｈγをできる限り
小さくすることが望ましいことが解る。

すなわち、地理的条件により決まる貯水池と下流域の高
低差や、管水路の損失水頭から計画される全水頭ｈｅに
対する最も経済的な自動流量調節弁の損失水頭が割り当
てられる。

例えば、自動流量調節弁の損失水頭が大きい場合は、そ
の分だけ貯水池の堤高さを高くしなければならず、また
自動流量調節弁の損失水頭を小さくする場合は、とてつ
もなく大型の自動流量調節弁が必要になる。このように
して割り当てられた自動流量調節弁のｈγを基にして空
洞５０５の容積Ｖが決められる。式で示せば、 Ｗ＝ＡＸｈγ×γ・・・−・−・−・・・・・（３）こ
こてＷは、水中での弁部材５の重量（ｔｏｏｌ、Ａは弁
部材５の総受圧面積（ｍ″）である。

この（３）式においてＷは、弁部材５の重量Ｇより浮力
を引いたものでるから、次式の通りである。

Ｗ　＝　Ｇ　−Ｖ　ｙ　＝　Ｇ　−Ａ　ｘ　ＨＸ　ｙ　
・−・＝　＝−・＝　（４）この（４）式を（３）式に
代入して、空洞５０５のお容積Ｖを求めると、次の通り
である。

Ｖ＝Ｇ／γ−ＡＸｈγ−・・・・・・・・・・・（５）
（５）式から解る通り、空洞５０５の容積をこのように
決めることにおり、割り当てられた自動流量調節弁の損
失水頭を一定に保ちながら自動調節するようになる。

なお第（４）式においてＡを近以的に頂板５０３、底板
５０４の面積とし、Ｈは、この頂板５０３と底板５０４
との間の間隔として実際の空洞５０５が設計される。

次に、水圧Ｐ、弁部材５の重量Ｇおよび浮力との関係を
式でし、示せば次の通りである。（４）式を（３）式に
代入すると、 Ｇ　−Ａ　Ｘ　Ｈｘ　γ＝　Ａ　Ｘ　ＨγＸ　ｙ　・・
−−＝−−（６）Ｇ＋Ａγ（−Ｈ−Ｈγ＝０　・・・・
・・・・−・・・−・・（７）（７）式の両辺にＡＸＰ
　（底板５０４に働く水圧）を加えると、 Ｇ＋Ａ　（Ｐ−Ｈγ−Ｈｙ　・γ）　＝Ａ　ｘ　Ｐ−（
８）となり、 弁部材５の重量Ｇ十頂板５０３に働く水圧＝底板５０４
に働く水圧、の関係が得られる。この関係により弁部材
５は、ケーシング６内において水圧との均衡を保ち、か
つ損失水頭Ｈγを一定に維持して浮動するようになって
いる。

このように構成した本実施例の作用について次に説明す
る。先ず、ハンドル１３を回して指示棒５０９を回し、
弁部材５１０を上下させて弁開度Ｈ１を調整する。この
ハンドル１３の回転により、雌螺子塵１１に螺合してい
る螺子１４１２も上下動し、開度指針板１４も上下動す
る。

ここで例えば、弁体５１０の開度Ｈ１に対する流量を求
めて、開度指針板１４に上下移動量との関係を定めるこ
とにより、スケール１５にその時の流量を指示すること
が可能になる。また操作部材９を介して指示棒５０９の
頭部５１６と操作棒ｌＯとは上下方向に分離されている
ので、指示棒５０９の螺子部５０８の螺子ピッチよりも
螺子部１２の螺子ピッチを大きくすることにより、上記
スケール１５の目盛りを拡大することができ、開度Ｈ１
の開度調節が正確に行なわれる。そしてこのように開度
Ｈ１を調節した後は、ハンドル１３を回さない限りその
開度が固定化される。そして入口側の管水路１６から流
入した水は、開度Ｈ１の隙間、内筒５０２の内部開度Ｈ
２の隙間から流出リング７へと矢印のように流れる。こ
のように流路には屈曲部はな（、かつ開度Ｈｌの隙間お
よび開度Ｈ２の隙間における端部５１３、５１４、５１
１．　５１２は斜めに形成して水の抵抗を少なくしてい
るので、入口側の管水路１６から出口側の管水路１７に
至るいわゆる自動流量調節弁の損失水頭は小さ（なる。

そして弁部材５は、空洞５０５の浮力により、この水流
中にて浮動している。

また頂板５θ３右よび底板５０４は、内筒５０２の端部
が突出するように設けられているので、この部分でよど
み部イを形成する。このよどみ部イにより頂板５０３と
底板５０４には水流の動圧力は作用せず、頂板５０３と
底板５０４には、正味の静水圧がかかるようになる。

次に弁部材５は、第（８）式より弁部材５の重量Ｇと頂
板５０３に働く水圧および底板５０４に働く水圧とのバ
ランスにより浮動する。

例えば、下流側の使用量が多すぎて流出リング６（流出
側の管水路７）の水圧が低下したときは頂板５０３に働
く水圧が底板５０４に働く水圧に対し低くなるので、第
（８）式の条件を満たすように、弁部材５は上昇し、開
度Ｈ１を絞るようにして頂板５０３に働く水圧を高くし
てバランスを保ち、下流側の水量を制限する。これによ
り、自動流量調節弁の上流側の管水路が空になるのを防
止する。

次にこれとは逆に、下流側の使用水量が減少して、頂板
５０３に働く水圧が高くなったときは、弁部材５が下降
して開度Ｈ２を開き、頂板５０３に働く水圧を低下させ
ることにより、第（８）式を満足させるバランスをとる
。

また、貯水池の水位変動により、底板５０４に働く水圧
が変動した場合も同様に、弁部材５が上昇または下降し
て開度Ｈ２を調整し、第（８）式の条件を満足させるよ
う自刃調節する。

このようにして、この自動流量調節弁は、上流側または
下流側の水圧変動に追従して、損失水頭Ｈγが常に一定
になるように自刃で制御する６次に、流動抵抗について
説明すると、開度Ｈ１の流入面積は、内筒５０２（また
は弁体５１ｏ）の選長に開度Ｈ１を乗したものであり、
流出面積は、外筒５０１（またはキャップ８の先端）に
開度Ｈ２を乗した値であるので、その面積は十分に大き
くすることが可能である。したがって流入および流出の
流速を十分に遅くすることが可能であるとともに、先端
部５１１．　５１．２、５１３．５１４および８０１を
傾斜させ水の流入および流出の水力学的損失水頭を極力
小さくすることが可能になる。また内筒５０２内の流路
は直線であるので、損失水頭はご（微小である。

次に、ごみの問題について説明する。粗大なごみは貯水
池から管水路に流入する前に除塵器により除去される。

したがって管水路内に流入するごみは比較的小さいごみ
であり、支持アーム５０６に引っ掛かるようなごみは存
在しない。

先ず、開度Ｈ１が狭くてこの部分にごみが詰まった場合
は、ハンドル１３を操作して一時的に開度Ｈ１を広くし
、ごみを除去することが可能である。

したがって定期的にハンドル１３を操作してごみの除去
を行なうことが可能である。

次に、流出側にごみが詰まった場合は、流出側の水圧が
上界するので、弁部材５は下降し開度Ｈ２を広くして、
自動的にごみを排出する。

（発明の効果） 以上詳述した通り本発明によれば、内筒と外筒とを頂板
と底板とで一体結合して空洞部を形成し、ケーシング内
で弁部材を浮動可能にするとともに、支持棒を介して弁
体を上下させて流量調節可能にし、前記弁部材の浮動に
より、キャップと外筒先端との間の開度Ｈ２を調節する
ようにしたので、自動流量調節弁の損失水頭を常に一定
にすることができ、これにより、たとえ上流側および下
流側の水圧が変動しても、下流側への放流量を常に一定
にすることができる。

したがって、貯水池から管水路母管、この母管から分岐
管等にこの自動流量調節弁を設けることにより、それぞ
れの下流側で使用される水量が一定に制限され、自動流
量調節弁の上流側における管路内は空になることはなく
、つオークハンマ現象を防止し、管路破断番こよる洪水
の危険は全くない。そして自刃にて制御するので、たと
え落雷があっても制御不可能になるようなことはない。

また、流入および流出の流路面積を広くし、流速を遅く
し、かつ内筒内は真直であるので、損失水頭を極力少な
くすることができ、貯水池等の建造費も大幅に削減する
ことができるとともに、損失水頭を小さくできるので、
自動流量調節弁自体の小型化が可能になり、経済的効果
は多大なものがある。そして大流量の自動流量調節がで
きるとともに、ごみの詰まりに対しても対処できるのて
清潔用の自動流量調節弁として優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図における外筒とケーシングとの関係を部分拡大して
示した縦断面図、第３図は第１図の平面図、第４図は第
１図のＢ−Ｂ線における横断面図、第５図は第１図にお
けるＣ−Ｃ綿における横断面図である。 第６図は従来例の模式図である。 ５・・・・弁部材 ５０１・・・・外筒 ５０２・・・・内筒 ５０３・・・・頂板 ５０４・・・・底板 ５０５・・・・空洞 ５０６・・・・支持アーム ５０９・・・・支持棒 ５１０・・・−弁体 ６・・・・ケーシング ８・・・・キャップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外筒と内筒との間を頂板と底板とで一体化して内筒と外
   筒との間に空洞部を形成し、前記外筒下端内面に支持ア
   ームを介してその中心にボスを取り付け、該ボスに前記
   内筒内に挿通された支持棒を螺合支持するとともに、該
   支持棒に前記内筒の下端に対向した弁体を固定して弁部
   材を形成し、該弁部材を前記ケーシング内に上下方向に
   摺動可能に挿入し、前記弁部材の外筒上端に対向して下
   端が位置するようにキャップを設け、前記内筒の下端と
   弁体の上端との間の隙間、前記内筒の内部および前記外
   筒の上端と前記キャップの下端との間の隙間により流路
   を形成したことを特徴とする自動流量制御弁装置。