JPS5913185A - キヤビテ−シヨン防止減圧装置 - 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】 この発明は、パイプライン輸送におけるキャビテーショ
ン防止減圧装置に関するものである。

例えば、地熱の有効利用を目的とした熱水輸送パイプラ
インにおいて、輸送元は山中で、利用先が平野部である
ため、輸送にあたっては自然水頭のみでも１０〜５０　
Ｋｐ／ｍの圧力が加わシ、利用端では減圧が不可欠であ
る。このような減圧に際して紘、次のような点を満足し
なければならない。

■　２００〜５００ｍの大径管に適用できること。

■　熱水利用量が変化するため、流量変化に対処できる
こと。

■　熱水が８０〜１２０℃であるため、減圧部でフラッ
シュしないこと（キャビテーション防止）。

■　減圧装置は、へき地に設置されるため、メンテナン
スフリーでしかも自動調節が可能なこと。

■　ライン敷設コストを低減するため、コンパクトな減
圧装置であること。

上記のうち■は特に重要であシ、キャビテーションが発
生すると壊食、振動による機械的寿命の短縮のみならず
蒸気閉塞の原因となり、輸送システム全体の機能低下を
招くことになる。

このようなパイプライン輸送において、管内の流体圧力
を減少させる方法としては、流路断面積を小さくする絞
シを設けることによシ行なわれるのが一般的である。こ
の原理を利用したものに、減圧弁、オリアイス、ベンチ
ュリー管、ノズルあるいは減圧ライン等があるが、それ
ぞれ次のような欠点がある。

（１）　　減圧弁には、ベローズ型、ダイヤフラム型、
ピストン型等があシ、その原理は、減圧弁下流側の圧力
を、ぺｐ−ズ、ダイヤフラムあるいはピストンの方に伝
え、これをスプリングを介して弁体に伝達することによ
って、弁開度を調節し減圧するものであるが、減圧量が
大きい場合（低圧側〈１／２高圧側）には騒音が大きく
なる。また、絞シが大きいため、キャビテーションの発
生はまぬがれなく、さらに、液体用大径管用はない。

Φ）　オリフィス、ペンチエリ−管、ノズルは、固定絞
シを管路に設置するため、流量が変化すれば、それに伴
ない減圧能力龜変化する。

に）減圧ラインは、主管よ〕小径の２インを設け、そこ
での摩擦損失によシ減圧する方法である。

管路長は、減圧量、流量によって異なるが、２０〜２０
０ｍ必要であシ、場所的制約がある場合には、設置困難
であシ、また、…）同様固定絞シであるため流量変化に
対処できない。

この発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので
、その目的は前記■〜■を全て満足し得るキャビテーシ
ョン防止減圧装置を提供することにある。

この発明に係るキャビテーション防止減圧装置は、 流体輸送用管路の途中あるいは出口部に設置された複数
の弁と、各弁の上流側および下流側の管内圧力を測定す
る圧力針と、弁近傍のｉ内流体温度を測定する温度計と
、圧力計の圧力信号と温度計の温度信号と弁開度によっ
てキャビテーション発生の有無を判定し得る演算回路と
、この演算回路の出力信号に基づいてキャビテーション
が発生しないように各弁の開度を設定するアクチュエー
タを備え、比較的簡単な構成によシキャビテーシ（３） ヨンを発生させることなく、自動的に減圧を行なうよう
にしたものである。　　。

以下、この錦明を図示する一実施例に基づいて説明する
０一般に、弁のキャビテーシＭＶは、（１）式に示すキ
ャビテーション係数ｋがある値以下に・なった時発生す
る。

但し、Ｐｂ：伸直後の圧力（Ｋｆ？／ｄ　）Ｐｖ！液体
の蒸気圧（Ｋｆ／ｄ　）。

ｖｊ：縮流部の流速（ｍ／Ｉ） ρ：原液体密度（Ｋｐ−ｓ”／ｍ’　）また、弁による
圧力損失は（２）式で、ベルヌーイの式は（３）式で表
わされる。

＝　−（Ｖｊ−Ｖａ）”　　　　　　　　　　　　　（
２）（４） □ 但し、ΔＰ：弁の圧力損失〔す〃〕 Ｐ１：井上流の圧力〔Ｖ−〕 ＰＣ：弁下流の圧力〔隔夕〕 ■ａ：管内平均流速（ｍ／Ｉ） 、ζ：弁の圧力損失係数〔−〕 よってｓ　（ｉ）　ｅ　（ｓＱ、’＃　（ａ）式よシキ
ャビテーシ目ン係数は、 となる。

弁の開度を一定にして、Ｖａ　を徐々に増加した場合、
最初にキャビテーションが発生し始める時のｋを初生キ
ャビテーション係数ｋｌトいい、（４）式の関係よシ では、キャビテーションは発生しない。

この（５）式において、ｋｌ　、ζは、弁開度の関数で
あるとともに弁の特性値であシ、実験によって求まる。

（５）式を変形すると、 となシ、この式の右辺と左辺とを比較することによって
、キャビテーション発生の有無を判定できる。

ここで、Ｐｖは流体の蒸気圧であシ、これは温度の関数
となシ、液温を測定することによって求まる。

したがって、弁前後の圧力と液温を測定することにより
（６）式右辺が求まＬ（６）式左辺も予め設定された弁
開度とｋｉ　　およびことの関係より求ま！Ｄ、（６）
式を満足するように弁開度を調節すればキャビテーショ
ンの発生を防止できる。また、流量か変化しても、それ
に対応した弁開度を設定できる０ 以上のことから、弁の上流側および下流側の管内圧力を
測定する圧力計と、弁近傍の管内流体温度を測定する温
度計と、圧力計の圧力信号と温度針の温度信号と弁開度
によってキャビテーション発生の有無を判定し得る演算
回路と、この演算回路の出力信号に基づいてキャビテー
ションが発生しないように弁の開度を設定するアクチュ
エータとからなる減圧装置によシ容易にキャビテーショ
ンの発生の防止を行なうことができる。

しかしながら、弁一つでは、減圧能力に制限があるため
、複数個直列に設置することにより所定の減圧能力をも
たせるようにする。

図面は、三台の弁による減圧装置の例を示したものであ
シ、流体輸送管路１の途中あるいは出口部に、三台の弁
２１，２２．２３が管径の５〜（７） １０倍の距離をおいて等間隔に配置され、各弁の前後に
はそれぞれの前後の圧力を検出し得る圧力計３１．３２
，３３．３４が設けられている。さらに、管内の液温を
温度計４によシ検出するようにされている。

弁２１，２２．２３は、それぞれアクチュエータとして
の弁開度調節器５１，５２．５３によシ作動され、との
弁開度調節器５１，５２．５３は、演算回路６１，６２
，６３の出力信号によ如作動される。

この演算回路は、演算器７１，７２，７３と弁開度設定
器８１，８２．８３から構成されている０ 演算器には、圧力計３１．３２．３３．３４の検出値Ｐ
ａ、　、　Ｐａ、　、　Ｐａ、　、　Ｐａ、および温度
計の検出値ｔが、適当な電気信号あるいは空気圧信号に
変換された後入力される。

演算器７１．７２．７３においては、温度ｔに（８） を計算し、弁開度設定器８１，８２．８３に出力する。

弁開度設定器８１，８２．８３においては、演算器から
の出力Ａ、　、　Ａ、　、　Ａ、を基に予め入力してお
い九ｋｌ　、ζ　と弁開度の関係より％（６）式を満足
するように開度θを求め、弁開度設定器８１゜８２．８
３にその開度θ１．θ８．θ、をそれぞれ出力し、弁２
１，２２．２３の開度を調節する。

また、ここで下流側の設定圧力を予め入力しておき、各
弁の下流圧力がこの設定圧力以下になった場合には、弁
開度を開ける制御器を追加すれば、下流側圧力を、流量
あるいは上流側の圧力変動に対して常に一定にすること
が可能である。

前述のとおり、この発明によれば、比較的簡単な構成に
よシキャビテーションを発生させることなく自動的に減
圧を行なうことができ、壊食、振動、騒音等が解消され
機械的寿命の向上が図られ、市販の弁を利用できること
などから＝ストタ゛ワＩが図られる＠さらに、流量変化
に対処できるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係る減圧装置を示す系統図である。 １拳・流体輸送管路、２１，２２，２３拳・弁、８１．
３２，１３，１４Φ・圧力計、 ４・・温度針、５１，５２．δ３・・弁開度調節器、６
１．６２，６：Ｉｍ・・演算回路、’１１，７２．７３
ｅ会演算器、 ８１．８２．８３・・弁開度設定器。 （１１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　流体輸送用管路の途中あるいは出口部に設置
   された複数の弁と、各弁の上流側および下流側の管内圧
   力を測定する圧力計と、弁近傍の管内流体温度を測定す
   る温度計と、圧力針の圧力信号と温度計の温度信号と弁
   開度によってキャビテーション発生の有無を判定し得る
   演算回路と、この演算回路の出力信号に基づいてキャビ
   テーションが発生しないように各弁の開度を設定するア
   クチュエータを備えたことを特徴とするキャビテーショ
   ン防止減圧装置。