JPS618644A - 水撃現象解析装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は水撃現象解析装置、さらに詳しくは、給水管上
に配設された弁の閉鎖時に生じる水撃現象を過渡的に測
定できるようにした、かつ各種弁の水撃現象をシニュレ
ートできるようにした水撃現象解析装置に関するもので
ある。

［背景技術１ 一般に給水管上に配設された弁を閉じると給水管内に粗
密波が生じ、そのため給水管内で振動力、ｆ生じるとい
う水撃現象が生じるものであって、この水撃現象によっ
て発生する振動は弁に用いられた弁体の形状や弁の閉鎖
速度に応じて様々な形態となる。いま所定の流量の下で
弁を閉鎖し、給水管内の最大圧力振幅（以下水撃値と呼
称する）が所定値を超えない状態で全開放状態から全閉
鎖状態に至るまでの時間が最小となるときの弁の開口率
の時間変化（以下閉鎖モードと呼称する）と、水撃現象
により発生する振動とは相関関係を有しており、その相
関関係が知られていれば、振動の形態を計測することに
より水撃現象を発生させている弁が未知のものであって
も閉鎖モードを推定できるものである。

ところで、従来は水撃現象の計測方法として日本水道協
会が推奨する試験方法があり、これは第８図に示すよう
に、圧力タンク１に調節弁２を介して給水管３の一端部
が接続され、この給水管３の他端部にブルドン管圧力計
２１を配設して給水管３内での水圧を測定するとともに
、被試験用の弁２２を接続していたものであって、ブル
ドン管圧力計２１によって水撃現象が発生したときの水
圧の変化を観測するものである。しかしながら、水撃現
象は過渡現象であって、ブルドン管圧力計２１のように
比較的大きな慣性を有している圧力計ではその現象を正
確に捉えることができないものである。また、この測定
方法では水撃現象の時間的変化を表示できないものであ
るから、上記した閉鎖モードを推定するといった目的に
は利用できないものである。さらに、この測定方法にお
いては、閉鎖モードと振動の形態とを観測するとぎに、
各閉鎖モードの計測を行なうたびにそれぞれ形状の異な
る弁２２を用意する必要があり、弁２２の作成が面倒で
あるという問題がある。このため、第９図に示すように
、モータ２６の出力軸２７にカム２８を連結し、このカ
ム２８に弁２２の開閉軸２３に連結したアーム２９を当
接させることにより、弁２２の閉鎖速度や回転角度を調
節して各閉鎖モードをシミュレートする装置が考えられ
るが、これもカム２８を多数用意する必要があり、カム
２８の作成が面倒であるという問題がある。また、上述
の弁２２を交換する装置やカム２８を交換する装置では
所望の閉鎖モードとなるような形状の弁２２、またはカ
ム２８を作成することが困難であって、閉鎖モードの微
調整かで外ないものである。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
主な目的とするところは、水撃現象の過渡特性を正確に
表示できろ水撃現象解析装置を提供することにあり、他
の目的とするところは、弁の交換やカムの交換を行なわ
ずに所望の閉鎖モードがシミュレートできるようにした
水撃現象解析装置を提供することにある。

［発明の開示］ 本発明においては、給水管上で弁よりも上流に配設され
給水管内の圧力を検出する圧電トランスデユーサと、圧
電トランスデユーサの出力信号を一旦記憶し表示するト
ランジェントレコーダとを具備することにより、水撃現
象を過渡的に測定できるようにするとともに、弁の開閉
軸に連結され回転に伴なって弁の開口量を調節するステ
ッピングモータと、ステッピングモータを駆動するモー
タドライバ部と、モータドライバ部に所定の制御パルス
を送出してステッピングモータの回転方向と回転速度と
回転角度とを制御するパルス高速制御部と、パルス作成
用のデータ信号を作成しデータ信号をパルス高速制御装
置に印加する演算制御部と、データ信号作成用の各種デ
ータを記憶する記憶部とを設けることにより、弁やカム
の交換をせずに各種の閉鎖モードがシミュレートでき、
且つその閉鎖モードが微調節できろ水撃現象解析装置が
開示される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図に示すように、圧力タンク１の下端部　、に調節弁２
を介して給水管３が連結される。圧力タンク１の上部は
レギュレータ４を設けた送気管５を介してコンプレッサ
６に接続されており、圧力タンク１内の水には圧力が加
えられている。圧力タンク１には逆止弁７を設けた送水
管８を通して水が連続供給されている。図中９はエアゲ
ージ、１０は水位計、１１はオバー７０−管、１２はド
レインである。

給水管３の先端部には圧電トランスデＪ、−サ２０が配
設されており、この圧電トランスデユーサ２０からは給
水管３内部の水圧に対応した電気的出力が送出される。

また圧電トランスデユーサ２０の下流側にはブルドン管
圧力計２１が配設される。さらに給水管３の出口には閉
鎖モード観測用の標準弁２２ａと水撃現象を観測する未
知の試料弁とのいずれか一方の弁２２が接続される。弁
２２は第２図に示すように、その開閉軸２３がステンピ
ングモータ２４の出力軸と接続されており、ステッピン
グモータ２４の回転角度に応じて開口率が変化するよう
になっている。標準弁２２ａを給水管３に接続した場合
には、ステッピングモータ２４の回転を制御することに
より、水撃値が所定値以下の下で開口率の時間変化、す
なわち閉鎖モードを様々に変化させることができるもの
である。

標準弁２２ａの開口形状はもつとも簡単なものでよく、
たとえば開口断面を円形にすれば作成が容易となるもの
である。ここで、圧力タンク１から圧電トランスデユー
サ２０までの距離は１０ｍ１圧電トランスデユーサ２０
から弁２２までの距離は１ｍに設定され日本水道協会の
測定基準に合致させている。

圧電トランスデユーサ２０の出力信号は直流アンプ３０
を介して増幅され、トランジエントレコーグ３１に印加
される。トランジエントレフーダ３１は陰極線管のよう
な表示装置を有しており、入力信号の時間変化を表示装
置上で表示する。また、入力信号を一旦記憶することも
できるから、先に観測された入力信号と後から観測され
た入力信号とを同時に表示装置上に表示して比較できる
ようになっている。このようにして給水管３内の水圧の
時間変化を表示装置から読み取ることができるものであ
る。トランンエントレフーグ３１にはＸ−Ｙレコーダ３
２が接続されており、トランジェントレコーグ３１の表
示装置に表示された観測結果がＸ−Ｙレコーダ３２によ
ってハードコピーとして出力されるようになっている。

一方、弁２２の開閉軸２３に連結されたステッピングモ
ータ２４は演算制御部４１、パルス高速制御部４２、モ
ータドライバ部４３などから構成されたモータ制御回路
部４０に接続さ咋る。演算制御部４１にはフロッピディ
スクのような記憶部４４、キーボード４５、陰極線管の
ような表示部４６、およびプリンタ４７が接続される。

演算制御部４１では弁２２を閉鎖するときに所望の閉鎖
モードが得られるようにステッピングモータ２４の回転
速度、回転角度、回転方向を制御するためのデータ信号
が作成されるのであり、その設定値に応じた閉鎖モード
が表示部４６に表示されるようになっている。すなわち
、演算制御部４１ではステッピングモータ２４を単位角
度回転させるに要する時間をその位置角度に応じて設定
できるものであり、その設定状態、すなわち閉鎖モード
が横軸を時間とし、縦軸を位置角度とした状態で表示部
４６に表示されるのである。各閉鎖モードに応じたデー
タは予めキーボード４５から入力されて記憶部４４に記
憶されており、キーボード４５によって所望の閉鎖モー
ドを選択すると自動的にその閉鎖モードに対応するデー
タが記憶部４４から演算制御部４１に読み込まれデータ
信号が作成されるようになっている。演算制御部４１で
はこのように、データを入力する状態と、閉鎖モードに
応じたデータ信号の送出とを行なう状態の他に、単発パ
ルスを送出させるデータ信号を送出する状態と、実際に
閉鎖モード観測用のデータ信号を送出する前に標準弁の
始動位置や停止位置などを調節するｔこめの調節状態と
が設定できるようになっている。単発パルスを送出する
状態では、ステッピングモータ２４を単位角度ずつ正転
または逆転させることができるようになっており、単発
パルスによってステッピングモータ２４を回転させたと
外には、送出した単発パルスの数か表示部４６に表示さ
れる。このようにして、単発パルスを送出しながらブル
ドン管圧力計２１などによって給水管３内の圧力変化を
観測すれば、弁２２の全開放状態におけるステッピング
モータ２４の位置角度と弁の全閉鎖状態におけるステッ
ピングモータ２４の位置角度とを求めることができるも
のである。演算制御部４１を調節状態としたときには上
述のようにして求めた弁２２の全開放状態におけるステ
ッピングモータ２４の位置角度を始動位置とし、弁２２
の全閉鎖状態でステッピングモータ２４が停止するよう
に始動開始角度や全回転量を調節で柊るようになってお
り、またそのようにして設定された始動開始角度や全回
転量が弁２２に対応するものであることを確認するため
に、ステッピングモータ２４を一定速度でゆっくりと回
転させることができるようになっている。

パルス高速制御部４２では演算制御部４１から送出され
たデータ信号に基づいてステッピングモータ２４を制御
する制御パルスを作成する。すなわち、データ信号に基
づいてステッピングモータ２４を回転させるための所定
のパルス中と極性とを有したパルスを所定数送出するも
のであり、これがモータドライバ部４３でモータ制御用
の所定形式の信号に整えられてステッピングモータ２４
に印加される。このようにして、ステッピングモータ２
４は演算制御部４１で設定された所定の閉鎖モードに応
じて回転するものであり、弁２２として標準弁２２ａを
給水管３に接続した状態で所望の閉鎖モードが実現でき
るものである。パルス高速制御部４２はデータ信号が印
加されてステッピングモータ２４の回転を開始する制御
パルスを送出するときに同時にスタート信号を送出する
ものであり、このスタート信号はトリガー回路５０を介
してＦランシェントレコーダ３１に印加され、ステッピ
ングモータ２４の回転が開始されると同時にトランジェ
ントレコーダ３１が始動するようにしている。このよう
にして、弁２２の動作が開始されると同時にトランジェ
ントレコーダ３１により給水管３内め圧力変化が表示さ
れ、弁２２が閉鎖されたと外に生じる水撃現象が観測さ
れるようになっている。

以上のようにして構成された装置を用いて各種閉鎖モー
ドに対応する水撃現象を観測するには、まず、弁２２と
して標準弁２２ａを給水管３に接続した状態で、単発パ
ルスを送出してステッピングモータ２４の始動位置角度
と停止位置角度とを求める。次に演算制御部４１を調節
状態とし、ステッピングモータ２４をゆっくりと一定速
度で回転させ、標準弁２２ａが全開放状態から始動し、
全閉鎖状態で停止することを確認する。さらに、表示部
４６を見ながら所望の閉鎖モードを選択し、・その閉鎖
モードに対応するデータ信号を演算制御部４１から送出
して標準弁２２ａが所望の閉鎖モードで閉鎖されるよう
にステッピングモータ２４を回転させる。ステッピング
モータ２４が回転を開始すると同時にトランジェントレ
コーダ３１が始動して給水管３内の水圧の時間変化、す
なわち水撃現象が観測されるのである。ここでＸ−Ｙレ
コーダ３２を同時に作動させれば、給水管３内の水圧の
時間変化がハードコピーとして出力される。

このようにして、標準弁２２ａを用いて各種閉鎖モード
におけろ水撃現象がシミュレートできるものである。第
３図ないし第７図に各種閉鎖モードにおける給水管３内
の水圧の変動状態の例を示す。

一方、未知の試料弁の閉鎖モードを推定する場合には、
まず弁２２として試料弁を給水管３に接続し、標準弁２
２ａの場合と同様に、単発パルスでステッピングモータ
２４を駆動して試料弁の全開放状態における位置角度と
、試料弁の全閉鎖状態における位置角度とを求める。次
に、演算制御部４１を調節状態として、試料弁が設定さ
れた位置角度で全開放状態から全閉鎖状態まで移動する
ことを確認する。さらに、所定の水撃値以下の下で、試
料弁を全開放状態から全閉鎖状態まで最小の時間で試料
弁を動作させ、このときの給水管３内の水圧の時間変化
をトランジェントレコーダ３１で観測する。このように
して観測された観測値はトランジェントレコーダ３１内
に一旦記憶される。

次に弁２２として標準弁２２ａを用いて閉鎖モードを様
々に変化させ、そのときの水撃現象をトランジェントレ
コーダ３１で観測し、先に記憶させた試料弁の水撃現象
と比較する。ここでトライアンドエ２−によってもっと
も近似する水撃現象が観測されたときに、演算制御部４
１に接続された表示部４６に表示されている閉鎖モード
をその未知の試料弁の閉鎖モードと推定することができ
るものである。試料弁の水撃現象を観測した時点で弁の
作動と圧力変化のタイムラグや弁の始動から閉鎖までの
時間といった因子は観測されているから、標準弁２２ａ
によって試料弁に近似した閉鎖モードを設定する際にこ
れらの因子はその＊ま利用できるものである。また演算
制御部４１では閉鎖モードを部分的に修正することが可
能となっている。試料弁の閉鎖モードを推定する際には
予め標準弁２２ａを用いてＸ−Ｙレコーダ３２の出力結
果の中から試料弁による水撃現象と近似するものを選ん
で、その閉鎖モードを再現してもよく、この場合にはさ
らに精度が必要であれば、閉鎖モードを修正しながら上
述した方法でより近似した水撃現象となる閉鎖、モード
をトライアンドエラーで探すこともできるものである。

さらに、記憶部４４に記憶された各種データの中の圧力
変化のタイムラグや弁の始動から閉鎖までの時間といっ
た各種因子と、トランジェントレコーダ３１の出力結果
含まれる各種因子とを、第１図破線で示すように判定部
５１で比較し、もっとも近似する閉鎖モードを記憶部４
４のデータ中から自動的に選択し、これを表示部４６ま
たはプリンタ４７に出力することもできるものである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、給水管上で弁よりも上流に配設
され給水管内の圧力を検出する圧電トランスデユーサと
、圧電トランスデユーサの出力信号を一旦記憶し表示す
るトランジェントレコーダとを具備しているので、水撃
現象を過渡的に測定できるという利点を有する。また、
弁の開閉軸に連結され回転に伴なって弁の開口量を調節
すΔステッピングモータと、ステッピングモータを駆動
するモータドライバ部と・、モータドライバ部に所定の
制御パルスを送出してステッピングモータの回転方向と
回転速度と回転角度とを制御するパルス高速制御部と、
パルス作成用のデータ信号を作成しデータ信号をパルス
高速制御装置に印加する演算制御部と、データ信号作成
用の各種データを記憶する記憶部とを設けているので、
弁やカムの交換をせずに各種の閉鎖モードがシミュレー
トでト、且つその閉鎖モードが微調節できるという利点
を有する。その結果、各種閉鎖モードにおけろ水撃現象
を観測して未知の弁の水撃現象にもっとも近似する水撃
現象をシミュレートすることができ、それによって、未
知の弁の閉鎖モードを推定することができるという利点
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は同上
に使用する標準弁の分解斜視図、第３図ないし第７図は
閉鎖モードと水撃現象との対応関係の例を示す動作説明
図、第８図は従来例を示す構成図、第９図は従来例にお
いて使用した弁の駆動装置を示す斜視図である。 ３は給水管、２０は圧電トランスデユーサ、２２は弁、
２３は開閉軸、２４はステッピングモータ、３１はトラ
ンジェントレコーダ、４１は演算制御部、４２はパルス
高速制御部、４３はモータドライバ部、４４は記憶部で
ある。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第２図 第４図 ：　　特開 Ｉ 第６図 鍔間 ＩＩＩＦｌ′Ｉｒ１ 時開 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）給水管上に配設された弁と、弁の開閉軸に連結さ
   れ回転に伴なって弁の開口量を調節するステッピングモ
   ータと、給水管上で弁よりも上流に配設され給水管内の
   圧力を検出する圧電トランスデューサと、圧電トランス
   デューサの出力信号を一旦記憶し表示するトランジェン
   トレコーダと、ステッピングモータを駆動するモータド
   ライバ部と、モータドライバ部に所定の制御パルスを送
   出してステッピングモータの回転方向と回転速度と回転
   角度とを制御するパルス高速制御部と、制御パルス作成
   用のデータ信号を作成しデータ信号をパルス高速制御装
   置に印加する演算制御部と、データ信号作成用の各種デ
   ータを記憶する記憶部とを具備して成ることを特徴とす
   る水撃現象解析装置。