JPH11175164A - 流体の注入・排出流量または注入・排出圧力の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一台の制御装置を用いて広いレンジで流体の
流量または圧力を自動制御する。 【解決手段】 流路内に第一及び第二バルブシート１６
・１９を形成し、この各バルブシート１６・１９に分解
能を異にした第一絞り弁１７、第二絞り弁２０を出入り
自在に組み込むと共に、第一、第二絞り弁１７・２０は
共通の弁軸２２に取り付け、この弁軸２２はステッピン
グモータ２３で駆動を行い、流量と圧力の自動制御は流
量計９、圧力計１０、コントローラー８により行う。
又、前記第一、第二絞り弁１７・２０は、制御対象等の
条件に基づいて選択的に切り換えて使用するようになっ
ていて、一台の制御装置で対応できる制御幅が大きくな
るように工夫されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ等から搬送
される液体または気体等の流体の流量または圧力の何れ
かを自動制御したり、流体の排出流量または圧力の何れ
かを自動制御するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤の透水性試験や透気性の試験、また
は一般にトレーサー試験と呼ばれる溶解性または非溶解
性物質を地盤中に注入しその移動状況を測定する試験、
または薬液やグラウト材料等の地盤内注入工事において
は、注入流量及び圧力を所定の値に制御する必要があ
る。

【０００３】この制御方法として、従来にあっては、モ
ータ（渦流ポンプ、ギアポンプなど）の回転速度を制御
する方法、ピストン（ブースターポンプなど）の移動速
度を制御する方法等がある。しかし、これらの制御方法
は、制御範囲が狭く、応答性も悪いという欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、地盤や構造
物を構成する土、岩、コンクリート等の自然材料あるい
は人工材料は、その透水性または透気性が場所毎に大き
く異なるという、いわゆる不均質な透過性を有してい
る。このため、これらの材料中に流体を注入して、材料
の透水、透気性能を測定する場合には、場所毎に制御す
べき流量や圧力の値が大きく異なる。したがって、上記
従来のような流量制御方式では、異なる種類のモータを
有するポンプや、断面積の異なるピストンを有するブー
スターポンプ等、目標とする流量や圧力に応じて、複数
の注入装置を用意する必要がある。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、一つの流量または圧力制御装置を用い
て、広い範囲の流量制御または圧力制御を可能にすると
共に、制御の応答性を良くすることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者が上記目的を達
成するために提案する本発明の構成は以下のとおりであ
る。 １．流体が通過する流路内に弁シートを形成し、この弁
シート内に出入りする絞り弁を組み込むことにより、前
記弁シートと絞り弁とがなす開口面積を変化させて前記
弁シートを通過する流体の流量を制御するための流量制
御手段と、前記流量制御手段により制御された流体を注
入ユニットに供給する注入ライン内に流量検出手段を取
り付けて、この流量検出手段で検出される流量が設定値
になるように、前記流量制御手段の絞り弁を制御するコ
ントローラーと、から成る流体の注入・排出流量の自動
制御装置。

【０００７】２．流体が通過する流路内に弁シートを形
成し、この弁シート内に出入りする絞り弁を組み込むこ
とにより、前記弁シートと絞り弁とがなす開口面積を変
化させて前記弁シートを通過する流体の圧力を制御する
ための圧力制御手段と、前記圧力制御手段により制御さ
れた流体の圧力を注入ユニットに供給する注入ライン内
に圧力検出手段を取り付けて、この圧力検出手段で検出
される圧力が設定値になるように、前記圧力制御手段の
絞り弁を制御するコントローラーと、から成る流体の注
入・排出圧力の自動制御装置

【０００８】３．絞り弁がニードル弁から成る前記１又
は２記載の流体の注入・排出流量または注入・排出圧力
の自動制御装置。

【０００９】４．絞り弁をステッピングモータにより駆
動するように構成して成る前記１〜３に記載の何れか１
項に該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧
力の自動制御装置。

【００１０】５．絞り弁の開度を検出するための変位計
を取り付け、この変位計で検出される絞り弁の開度に基
づいて流量または圧力を制御する前記１〜４に記載の何
れか１項に該当する流体の注入・排出流量または注入・
排出圧力の自動制御装置。

【００１１】６．絞り弁の上流側に流体の乱流を抑える
整流器を取り付けて成る前記１〜５に記載の何れか１項
に該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力
の自動制御装置。

【００１２】７．流路内に流量または圧力の調節可能幅
及び分解能が異なる複数の絞り弁を組み込むと共に、こ
の複数の絞り弁の夫々の上流側に流体流入口を形成し、
その上で、前記流体流入口内に流入する流体を選択的に
制御することにより、使用目的に合った流量または圧力
用に絞り弁を切り換えて使用できるように流体又は圧力
制御手段を構成して成る前記１〜６に記載の何れか１項
に該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力
の自動制御装置。

【００１３】８．複数の絞り弁を共通の弁軸に取り付け
ると共に、この弁軸を単一のステッピングモータにより
駆動するように構成して成る前記７記載の流体の注入・
排出流量または注入・排出圧力の自動制御装置。

【００１４】９．上流側の絞り弁の最大制御流量または
圧力は、直近の下流側の絞り弁の最小制御流量または圧
力となるように流量又は圧力制御手段を配列して成る前
記７又は８記載の流体の注入・排出流量または注入・排
出圧力の自動制御装置。

【００１５】１０．地盤や構造物内に試験流体を注入す
るときに使用される前記１〜９に記載の何れか１項に該
当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力の自
動制御装置。

【００１６】１１．流体が液体から成る前記１〜１０に
記載の何れか１項に該当する流体の注入・排出流量また
は注入・排出圧力の自動制御装置。

【００１７】１２．流体が気体から成る前記１〜１０に
記載の何れか１項に該当する流体の注入・排出流量また
は注入・排出圧力の自動制御装置。

【００１８】１３．流体の排水流量または圧力の制御に
用いる前記１〜９又は１１又は１２に記載の何れか１項
に該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力
の自動制御装置。

【００１９】１４．流体流量又は圧力検出手段がデジタ
ル式であるところの前記１〜１３に記載の何れか１項に
該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力の
自動制御装置。

【００２０】１５．流体流量又は圧力検出手段がアナロ
グ式であるところの前記１〜１３に記載の何れか１項に
該当する流体の注入・排出流量または注入・排出圧力の
自動制御装置。

【００２１】

【作用】制御対象となる流体は、流体流入口から流量ま
たは圧力制御装置内に流入し、絞り弁と弁シートがなす
開口面積内を通過することによりその流量または圧力が
設定値になるように制御される。

【００２２】この制御は、流体の排出側において、排出
される流体の流量または圧力を検出手段で検出し、これ
をコントローラーに入力する。コントローラーは、基本
的には排出流量または圧力の値を基にして絞り弁の開度
の演算を行い、この演算値に基づいてステッピングモー
タを制御する。ステッピングモータは、コントローラー
から入力された制御信号に基づいて駆動し、この運動は
弁軸を経由して絞り弁に伝達され、絞り弁が作動して流
量または圧力を設定値になるようにその開度を変更す
る。この制御は、フィードバック制御である。

【００２３】注入又は排出条件により、複数の絞り弁を
選択的に使用することにより、広いレンジでの流量また
は圧力制御が可能である。このためには、各絞り弁の上
流側に設けられた流体の流入口に入る流体を切換弁を用
いて目的とする絞り弁側に切り換えることが必要であ
る。コントローラーは、この切り換えがあると、自動的
にプログラムを変更して、切り換えが行われた側の絞り
弁を制御する。この際、各絞り弁は、共通の弁軸に取り
付けられているため、ステッピングモータの駆動により
全体の絞り弁は同時に変位する。このため、上流側での
制御が下流側の絞り弁及び弁シートにより影響（障害）
を受けることがないように、絞り弁と弁シートの配列
は、下流側に向かって段階的に制御流量又は制御圧力が
大きくなるように設定されている。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の装置は、液体または気体
が流れる流路内において、供給流体の流量または圧力、
または排出する流量または圧力を自動制御するために用
いられる。このような分野としては多方面が考えられる
が、主として、地盤の透水性試験や透気性試験のため
に、地盤中に試験液体または気体を注入する際に、この
注入流量または圧力を自動制御したり、或いは、溶解性
または非溶解性物質を地盤中に注入し、その移動状況を
測定する試験、或いは薬液やグラウト材料等を地盤中に
注入する工事において、この注入流量または圧力を自動
制御する際に用いられるものである。

【００２５】本発明の自動制御は、一台の制御装置で流
量、圧力等のあらゆる条件に対応できる点に特徴があ
り、このために、制御弁には絞り弁を用い、場合によっ
ては、この絞り弁を流路内に多段（複数）に配列し、制
御用絞り弁を選択的に制御することにより、広いレンジ
での制御を可能にしている。又、複数の絞り弁は、共通
の弁軸とステッピングモータで制御できる構成となって
いる。

【００２６】更に、本発明にあっては、絞り弁の下流側
に流量計または圧力計を取り付けて制御流体の流量また
は圧力を計測し、この値が設定値になるように、制御手
段（制御回路）によりフィードバック制御している。制
御流体は、絞り弁を通過する前に整流器を通過させて整
流を行ってから流量または圧力を制御することにより、
制御の安定性を図る工夫を行っている。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例であって、絞り弁を複数配列
した流体の流量または圧力の自動制御装置の実施例を図
１及び図２に基づいて説明する。図１は、試験流体を地
盤中に注入する装置において、この注入流体の流量また
は圧力を制御する全体のシステム図である。

【００２８】図１において符号の１は、流体タンク、ポ
ンプ等の圧送機器を組み込んだ圧送ユニット、２は流体
送出ライン、３は流体送出ライン２の流れを小流量分岐
ライン２ａと大流量分岐ライン２ｂ側に切り換えるため
の切換ユニット、４ａ、４ｂは分岐ライン２ａ、２ｂに
夫々取り付けられた整流器、５は流量または圧力自動制
御装置、６は前記流量または圧力自動制御装置５で制御
された流体の注入ライン、７は注入ライン６の先端に結
ばれた注入ユニットであって、この注入ユニット７を用
いて地盤内に試験流体を注入するものである。

【００２９】８は注入ライン６に取り付けたアナログま
たはデジタル式の流量計（流量検出手段）９及びアナロ
グまたはデジタル式の圧力計（圧力検出手段）１０から
の信号に基づいて流量または圧力を制御するために、前
記圧送ユニット１、切換ユニット３、流量または圧力自
動制御装置５を制御するコントローラーである。なお、
圧送ユニット１及び注入ユニット７には公知のものが用
いられているので、これらの構造の詳細なる説明は省略
する。図中、符号の１１は信号線を示す。また、図１に
おいて、１２以降の符号の説明は、以下に詳述する図２
の説明と重複するので、ここでの説明は省略する。

【００３０】図２は前記流量または圧力自動制御装置５
の詳細図である。この図２において、１２はバルブケー
シングであって、このバルブケーシング１２の先端の中
心には、小流量入口（小圧力入口）１３が形成され、こ
こには小流量分岐ライン２ａが結ばれている。

【００３１】１４はバルブケース、１５はバルブケーシ
ング、１５ａはバルブケーシング１２の固定ナット、１
６は急峻な角度を持った第一バルブシート、１７はこの
第一バルブシート１６内に出入り自在の第一絞り弁（ニ
ードル弁）であって、外面のテーパー角度は前記第一バ
ルブシート１６と同一角である。

【００３２】１８は前記大流量分岐ライン２ｂが結ばれ
ている大流量流入口であって、この大流量入口１８から
流入した流体は、第二バルブシート１９とこの第二バル
ブシート１９内に出入り自在の第二絞り弁２０により制
御される。なお、第二絞り弁２０は台形状を呈してい
る。２１は前記第一絞り弁１７又は第二絞り弁２０によ
り制御された流体の排出口であって、ここに前記注入ラ
イン６が結ばれている。

【００３３】２２は前記第一絞り弁１７、第二絞り弁２
０を取り付けたスライド自在の弁軸であって、この弁軸
２２の後端２２ａは弁軸固定カラー２６に連結されてい
る。一方、この弁軸固定カラー２６は、バルブケーシン
グ１５側のベース２４、後記のステッピングモータ２３
側のベース２９により平行に保持されているガイドシャ
フト２５、２５ａ間にスライド自在に跨架された支軸２
７により保持されている。また、前記弁軸固定カラー２
６内にはねじカラー２６ａが組み込まれていて、このね
じカラー２６ａのねじ２６ｂには、ステッピングモータ
ー２３により回転するシャフト３０のねじ３０ａが螺入
しており、シャフト３０（ステッピングモーター２３）
が回転すると、ねじ２６ｂと３０ａの作用で弁軸固定カ
ラー２６がガイドシャフト２５、２５ａに沿って前後に
スライドすることにより、前記弁軸２２を一緒にスライ
ドさせて第一絞り弁７、第二絞り弁２０を開又は閉方向
に駆動し、これにより第一、第二バルブシート１６、１
９の開口面積を調節する。

【００３４】２８は前記シャフト３０をベース２９で保
持している軸受部分に組み込まれたベアリング、３１は
ベース２９とステッピングモーター２３間を連結してい
るジョイントシャフト、３２はステッピングモーター２
３の出力軸３３とシャフト３０を連結しているカップリ
ング、３４は回転制御円盤であって、出力軸３３に固定
されていて、出力軸３３の回転角度を表示し、これによ
り第一絞り弁１７、第二絞り弁２０の開度を示す。な
お。弁の開度は信号としてコントローラー８に取り込ま
れる。

【００３５】コントローラー８は、切換ユニット３の切
り換えと、流量計９からの出力と、所定流量との差から
小流量を制御する第一絞り弁１７又は大流量を制御する
第二絞り弁２０の開度の変化量及び変化方向（弁を開け
るか、または閉めるか）を計算し、ステッピングモータ
２３に駆動のための電気信号を送る。そして、実際の流
量と目標流量の差が、許容範囲内に落ち着くまでこのフ
ィードバック制御を繰り返し実施する。因に、本実施例
のレンジ幅は、０〜１００ｌ／ｍｉｎで、３０〜１００
ｌ／ｍｉｎを第二絞り弁２０で制御し、それ以下を第一
絞り弁１７で制御している。

【００３６】また、圧力の自動制御を行う場合には、圧
力計１０からの出力と、所定圧力との差から第一絞り弁
１７又は第二絞り弁２０の開度の変化量及び変化方向
（弁を開けるか、または閉めるか）を計算し、ステッピ
ングモータ２３に駆動のための電気信号を送る。そし
て、実際の圧力と目標圧力の差が、許容範囲内に落ち着
くまでこのフィードバック制御を繰り返し実施する。

【００３７】コントローラー８には、予め、目標とする
流量履歴または圧力履歴を入力しておくことにより、一
定流量または一定圧力だけではなく、任意の流量変化ま
たは一定圧力変化を生じるような、制御も可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のように、流体の流量また
は圧力を絞り弁を用いてフィードバック制御を行うこと
により、次の効果を奏する。 ａ．流体の圧送にあっては、ポンプの回転数やベーンの
移動量を変更して圧送液体の流量または圧力を制御する
従来方式に比較して、制御幅が大きくなると共に微制御
が可能である。

【００３９】ｂ．制御の応答性が良い。 ｃ．絞り弁を複数組み込み、選択的に切り換えて使用す
ることにより、制御幅（レンジ）が拡大し、従来のよう
に対象条件に応じて多種類の圧送ユニット等の装置を用
意する必要がない。

【００４０】ｄ．整流器を取り付けて整流を行ってから
流量または圧力の制御を行うため、制御値が安定する。 ｅ．流体の注入または排出流量または圧力の自動制御全
般に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を地盤に対する試験流体注入システムに
実施した例の説明図。

【図２】流量または圧力制御装置の詳細説明図。

【符号の説明】

１ 圧送ユニット ２ 流体送出ライン ３ 切換ユニット ５ 流量または圧力自動制御装置 ６ 注入ライン ７ 注入ユニット ８ コントローラー １１ 整流器 １３ 小流量入口（小圧力入口） １６ 第一バルブシート １７ 第一絞り弁 １８ 大流量入口 １９ 第二バルブシート ２０ 第二絞り弁 ２１ 排出口 ２２ 弁軸 ２３ ステッピングモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 替場 紀二 埼玉県川口市柳崎３−17−15 昭和機器工 業株式会社内 (72)発明者 松沢 行雄 埼玉県川口市柳崎３−17−15 昭和機器工 業株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が通過する流路内に弁シートを形成
   し、この弁シート内に出入りする絞り弁を組み込むこと
   により、前記弁シートと絞り弁とがなす開口面積を変化
   させて前記弁シートを通過する流体の流量を制御するた
   めの流量制御手段と、 前記流量制御手段により制御された流体を注入ユニット
   に供給する注入ライン内に流量検出手段を取り付けて、
   この流量検出手段で検出される流量が設定値になるよう
   に、前記流量制御手段の絞り弁を制御するコントローラ
   ーと、 から成る流体の注入・排出流量の自動制御装置。
2. 【請求項２】 流体が通過する流路内に弁シートを形成
   し、この弁シート内に出入りする絞り弁を組み込むこと
   により、前記弁シートと絞り弁とがなす開口面積を変化
   させて前記弁シートを通過する流体の圧力を制御するた
   めの圧力制御手段と、 前記圧力制御手段により制御された流体の圧力を注入ユ
   ニットに供給する注入ライン内に圧力検出手段を取り付
   けて、この圧力検出手段で検出される圧力が設定値にな
   るように、前記圧力制御手段の絞り弁を制御するコント
   ローラーと、 から成る流体の注入・排出圧力の自動制御装置
3. 【請求項３】 絞り弁がニードル弁から成る請求項１又
   は２記載の流体の注入・排出流量または注入・排出圧力
   の自動制御装置。
4. 【請求項４】 絞り弁をステッピングモータにより駆動
   するように構成して成る請求項１〜３に記載の何れか一
   つの請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入
   ・排出圧力の自動制御装置。
5. 【請求項５】 絞り弁の開度を検出するための変位計を
   取り付け、この変位計で検出される絞り弁の開度に基づ
   いて流量または圧力を制御する請求項１〜４に記載の何
   れか一つの請求項に該当する流体の注入・排出流量また
   は注入・排出圧力の自動制御装置。
6. 【請求項６】 絞り弁の上流側に流体の乱流を抑える整
   流器を取り付けて成る請求項１〜５に記載の何れか一つ
   の請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・
   排出圧力の自動制御装置。
7. 【請求項７】 流路内に流量または圧力の調節可能幅及
   び分解能が異なる複数の絞り弁を組み込むと共に、この
   複数の絞り弁の夫々の上流側に流体流入口を形成し、そ
   の上で、前記流体流入口内に流入する流体を選択的に制
   御することにより、使用目的に合った流量または圧力用
   に絞り弁を切り換えて使用できるように流体又は圧力制
   御手段を構成して成る請求項１〜６に記載の何れか一つ
   の請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・
   排出圧力の自動制御装置。
8. 【請求項８】 複数の絞り弁を共通の弁軸に取り付ける
   と共に、この弁軸を単一のステッピングモータにより駆
   動するように構成して成る請求項７記載の流体の注入・
   排出流量または注入・排出圧力の自動制御装置。
9. 【請求項９】 上流側の絞り弁の最大制御流量または圧
   力は、直近の下流側の絞り弁の最小制御流量または圧力
   となるように流量又は圧力制御手段を配列して成る請求
   項７又は８記載の流体の注入・排出流量または注入・排
   出圧力の自動制御装置。
10. 【請求項１０】 地盤や構造物内に試験流体を注入する
    ときに使用される請求項１〜９に記載の何れか一つの請
    求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・排出
    圧力の自動制御装置。
11. 【請求項１１】 流体が液体から成る請求項１〜１０に
    記載の何れか一つの請求項に該当する流体の注入・排出
    流量または注入・排出圧力の自動制御装置。
12. 【請求項１２】 流体が気体から成る請求項１〜１０に
    記載の何れか一つの請求項に該当する流体の注入・排出
    流量または注入・排出圧力の自動制御装置。
13. 【請求項１３】 流体の排水流量または圧力の制御に用
    いる請求項１〜９又は１１又は１２に記載の何れか一つ
    の請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・
    排出圧力の自動制御装置。
14. 【請求項１４】 流体流量又は圧力検出手段がデジタル
    式であるところの請求項１〜１３に記載の何れか一つの
    請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・排
    出圧力の自動制御装置。
15. 【請求項１５】 流体流量又は圧力検出手段がアナログ
    式であるところの請求項１〜１３に記載の何れか一つの
    請求項に該当する流体の注入・排出流量または注入・排
    出圧力の自動制御装置。