(57)【要約】【課題】調節弁の設置環境（配管レイアウト）のバリエーションに対して、多種類の圧力比テーブルを準備することなく、高精度でキャビテーションの診断を行う。【解決手段】調節弁１０１内の弁体の前後の絞り部（縮流部）の上流側流体圧力Ｐｖ１、下流側流体圧力Ｐｖ２および流体温度Ｔを検出する。下流側流体圧力Ｐｖ２は調節弁１０１の内部の流路中の流体淀み部の流体圧力とする。上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２と流体温度Ｔから求められる流体の飽和蒸気圧Ｐｖとから調節弁１０１の内部の圧力比ＸFv（ＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ））を算出する。調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁１０１の内部の圧力比ＸFv（初生ＸFvz）を閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと調節弁１０１の相対容量係数Ｃｖとの関係を定めた圧力比テーブルＴＢ１を作成し、記憶部１００−３に記憶させる。この圧力比テーブルＴＢ１を用いてキャビテーションの発生の有無を判定する。【選択図】  図１
2014077517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる調節弁にキャビテーションが発生したか否かを診断するキャビテーション診断装置において、
前記調節弁の弁体よりも上流側の前記調節弁の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出する上流側流体圧力検出部と、
前記調節弁の弁体よりも下流側の前記調節弁の内部の流路中の流体の流れに淀みを生じさせる流体淀み部の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出する下流側流体圧力検出部と、
前記流体の温度を流体温度Ｔとして検出する流体温度検出部と、
前記流体温度検出部によって検出される流体温度Ｔから前記流体の飽和蒸気圧Ｐｖを算出する飽和蒸気圧算出部と、
前記上流側流体圧力検出部によって検出される上流側流体圧力Ｐｖ１と前記下流側流体圧力検出部によって検出される下流側流体圧力Ｐｖ２と前記飽和蒸気圧算出部によって算出された飽和蒸気圧Ｐｖとから前記調節弁の内部の圧力比ＸFvを算出する圧力比算出部と、
前記調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの前記調節弁の内部の圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと前記調節弁の弁開度の関数との関係を定めた圧力比テーブルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている圧力比テーブルから前記調節弁の現在の弁開度の関数に対応する閾値ＸFvthを求め、この求めた閾値ＸFvthと前記圧力比算出部によって算出される現在の前記調節弁の内部の圧力比ＸFvとを比較することにより、前記調節弁にキャビテーションが発生しているか否かを判定する判定部と
を備えることを特徴とするキャビテーション診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたキャビテーション診断装置において、
前記記憶部は、
前記調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの前記調節弁の内部の圧力比ＸFvを第１の閾値ＸFvth１とし、前記調節弁にキャビテーションが定常的に発生し始めるときの前記調節弁の内部の圧力比ＸFvを第２の閾値ＸFvth２とし、前記調節弁の上下流の差圧を高くしても流量が増加しない状態となるときの前記調節弁の内部の圧力比ＸFvを第３の閾値ＸFvth３とし、この第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３と前記調節弁の弁開度の関数との関係を定めた圧力比テーブルを記憶し、
前記判定部は、
前記記憶部に記憶されている圧力比テーブルから前記調節弁の現在の弁開度の関数に対応する第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３を求め、この求めた第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３と前記圧力比算出部によって算出される現在の前記調節弁の内部の圧力比ＸFvと前記閾値ＸFZth、ＸFcrithおよびＸFchthとを比較することにより、前記調節弁にキャビテーションが発生しているか否かに加え、発生しているキャビテーションの程度を判定する
ことを特徴とするキャビテーション診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたキャビテーション診断装置において、
前記圧力比テーブルは、
前記弁開度の関数毎に前記調節弁の内部の圧力比ＸFvと前記調節弁が発する騒音の所定の周波数成分の音圧レベルとの関係を実験により求め、この実験により求めた弁開度の関数毎の圧力比ＸFvと所定の周波数成分の音圧レベルとの関係より作成されている
ことを特徴とするキャビテーション診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたキャビテーション診断装置において、
前記所定の周波数成分の音圧レベルは、２．５ｋHz〜２０ｋHzの周波数帯の音圧レベルである
ことを特徴とするキャビテーション診断装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたキャビテーション診断装置において、
前記調節弁の弁開度の関数は、相対容量係数である
ことを特徴とするキャビテーション診断装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたキャビテーション診断装置において、
前記調節弁の弁開度の関数は、弁開度である
ことを特徴とするキャビテーション診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体が流れる調節弁にキャビテーションが発生したか否かを診断するキャビテーション診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オフィスビルや学校など建物空調用の冷温水配管には、その配管の途中に調節弁が設置されている。この調節弁は、配管に流れる流体の流量や圧力の制御のために弁開度を変化させる。その際に、調節弁前後の差圧が変化し、飽和蒸気圧以下になると調節弁の内部でキャビテーション（流体中の圧力の低下によって気泡の発生と崩壊が生じる現象）が発生する。
【０００３】
キャビテーションが発生すると、騒音や振動が発生し、居住空間に悪影響を及ぼすことがある。さらに、調節弁がこれらの状態で継続的に運用されると、キャビテーションエロージョンによる調節弁や弁下流配管の損傷に至り、流体が外部に漏れる重大な不具合につながる場合がある。したがって、流体が流れる調節弁においては、キャビテーションの発生をオンラインで常時診断し、早期に対応することが望まれている。
【０００４】
このために、従来技術を利用すると、弁開度毎に調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルとの関係を求め、この弁開度毎の圧力比ＸFと騒音レベルとの関係から、弁開度毎に調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFを閾値ＸFthとして定め、現在の弁開度における閾値ＸFthと圧力比ＸFとを比較することによってキャビテーションの発生の有無を判定する方法が考えられる（例えば、非特許文献１）。
【０００５】
図１４に調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルとの関係を求める様子を示す。同図において、１０１は配管Ｌの途中に設けられた調節弁、１０２は調節弁１０１の上流側の流体圧力（上流側流体圧力）Ｐ１を検出する上流側流体圧力検出器、１０３は調節弁１０１の下流側の流体圧力（下流側流体圧力）Ｐ２を検出する下流側流体圧力検出器、１０４は調節弁１０１から所定距離離れた位置で騒音のレベルを検出する騒音計、１０９は調節弁１０１を流れる流体の温度Ｔ（流体温度Ｔ）を検出する流体温度検出器である。
【０００６】
調節弁１０１の前後の圧力比ＸFと騒音レベルとの関係を求めるために、調節弁１０１の弁開度を固定して、調節弁１０１の前後の圧力比ＸFをＸF＝（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１−Ｐｖ）として求める。なお、この圧力比ＸFを求める式において、Ｐｖは飽和水蒸気圧であり、その値は流体温度Ｔの関数として一義的に求められる。そして、その時の騒音レベルＮｚを騒音計１０４によって測定する。この作業を圧力比ＸFを変えながら繰り返し行う。このようにして求められる圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係は、一般的に図１５に示すような傾向を示す。
【０００７】
図１５において、点Ｙ１はキャビテーションの発生崩壊により騒音レベルが急減に大きくなる状態を示す点であり、点Ｙ２はキャビテーションの発生崩壊が定常的に起こる状態を示す点であり、点Ｙ３は差圧を高くしても流量が増加しない状態を示す点である。点Ｙ１における圧力比ＸFを初生ＸFzと呼び、点Ｙ２における圧力比ＸFを臨界ＸFcriと呼び、点Ｙ３における圧力比ＸFを閉塞ＸFchと呼ぶ（例えば、非特許文献２、３参照）。
【０００８】
すなわち、図１５において、初生ＸFzは調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFを示し、臨界ＸFcriは調節弁１０１にキャビテーションが定常的に発生し始めるときの圧力比ＸFを示し、閉塞ＸFchは調節弁１０１の上下流の差圧を高くしても流量が増加しない状態となるときの圧力比ＸFを示す。
【０００９】
この圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係は調節弁１０１の弁開度毎に異なる。このため、調節弁１０１の弁開度毎に、圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係を求める。この求めた圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係において、キャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFである初生ＸFZを閾値ＸFthとし、弁開度毎の閾値ＸFthを定める。
【００１０】
そして、オンラインでの診断に際し、図１６に示すように、調節弁１０１の上流側流体圧力Ｐ１および下流側流体圧力Ｐ１を検出し、また調節弁１０１の弁開度θを検出し、現在の弁開度θにおける閾値ＸFthと現在の圧力比ＸFとを比較することによって、キャビテーションの発生の有無を判定する。なお、図１６において、１０５は調節弁１０１の弁開度θを検出する弁開度検出器、１００はキャビテーション診断装置であり、キャビテーションの発生の有無の判定はキャビテーション診断装置１００で行う。キャビテーション診断装置１００には、弁開度θと閾値ＸFthとの関係が圧力比テーブルとして記憶されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＪＩＳＢ２００５−８−２（２００８）
【非特許文献２】加藤洋治, キャビテーション 基礎と最近の進歩，槇書店，1999．
【非特許文献３】山本和義，バルブとキャビテーション，バルブ技報，2004．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来のキャビテーション診断装置１００では、調節弁１０１から直管長で一定距離離れた圧力の安定した位置（上流２Ｄ、下流６Ｄ（Ｄ：弁の呼び径））で、調節弁１０１の上流側流体圧力Ｐ１および下流側流体圧力Ｐ２を検出するようにしている。しかしながら、実際の調節弁１０１の設置状況は、設置スペースや計装の都合により、必ずしも調節弁１０１に同口径の直管が接続されているとは限らない。
【００１３】
すなわち、図１８（ａ）に示すように、調節弁１０１に調節弁１０１の口径φ１と同口径の配管Ｌが接続されていればよいが、必ずしもこのような設置環境にあるとは限らず、一例として、図１８（ｂ）に示すように、調節弁１０１の口径φ１よりも配管Ｌの口径φ２が大きく、調節弁１０１と配管Ｌとの間に縮小管（レデューサ）１０７が設置されているような場合もある。また、図１８（ｃ）に示すように、調節弁１０１と配管Ｌとの間に曲がり管（エルボ）１０８が設置されているような場合もある。
【００１４】
調節弁１０１と配管Ｌとの間にレデューサ１０７やエルボ１０８などが設置されると、そこでの圧力損失によって調節弁１０１におけるキャビテーションの発生状態と圧力比ＸFとの関係が変化し、予め定められている圧力比テーブル（弁開度θと閾値ＸFthとの関係）からキャビテーションの発生を精度よく診断することができなくなる。
【００１５】
なお、調節弁１０１の設置環境に応じて圧力比テーブルを準備するようにすると、キャビテーションの診断精度を向上させることが可能ではあるが、調節弁１０１の設置環境のバリエーションを増やせば増やすほど圧力比テーブルを定めなくてはならず、圧力比テーブルの準備に過大な労力を必要とし、圧力比テーブルの種類が増え、大容量のメモリが必要となる。
【００１６】
図１７に調節弁１０１の設置環境がストレート（直管）、レデューサ（縮小管）、エルボ（曲がり管）である場合の調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係を示す。図１７において、特性Ｉは調節弁１０１の設置環境がストレートである場合を示し、特性IIはレデューサである場合を示し、特性IIIはエルボである場合を示している。調節弁１０１の設置環境がストレートである場合には初生ＸFzがＸFzsとなり、レデューサである場合には初生ＸFzがＸFzrとなり、エルボである場合には初生ＸFzがＸFzeとなる（ＸFzs≠ＸFzr≠ＸFze）。このように、圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係が設置環境により変化し、キャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸF（初生ＸFz）が変化するため、調節弁１０１の設置環境に応じた圧力比テーブルを準備する必要がある。
【００１７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、調節弁の設置環境（配管レイアウト）のバリエーションに対して、多種類の圧力比テーブルを準備することなく、しかも高精度でキャビテーションの診断を行うことが可能なキャビテーション診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために本発明は、流体が流れる調節弁にキャビテーションが発生したか否かを診断するキャビテーション診断装置において、調節弁の弁体よりも上流側の調節弁の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出する上流側流体圧力検出部と、調節弁の弁体よりも下流側の調節弁の内部の流路中の流体の流れに淀みを生じさせる流体淀み部の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出する下流側流体圧力検出部と、流体の温度を流体温度Ｔとして検出する流体温度検出部と、流体温度検出部によって検出される流体温度Ｔから流体の飽和蒸気圧Ｐｖを算出する飽和蒸気圧算出部と、上流側流体圧力検出部によって検出される上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力検出部によって検出される下流側流体圧力Ｐｖ２と飽和蒸気圧算出部によって算出された飽和蒸気圧Ｐｖとから調節弁の内部の圧力比ＸFvを算出する圧力比算出部と、調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁の内部の圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと調節弁の流量特性（弁開度の関数との関係を定めた圧力比テーブルを記憶する記憶部と、記憶部に記憶されている圧力比テーブルから調節弁の現在の弁開度の関数に対応する閾値ＸFvthを求め、この求めた閾値ＸFvthと圧力比算出部によって算出される現在の調節弁の内部の圧力比ＸFvとを比較することにより、調節弁にキャビテーションが発生しているか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、調節弁の弁体よりも上流側の調節弁の内部の流路の流体圧力である上流側流体圧力Ｐｖ１と、調節弁の弁体よりも下流側の調節弁の内部の流路中の流体淀み部の流体圧力下流側流体圧力であるＰｖ２と、流体温度Ｔから求められる流体の飽和蒸気圧Ｐｖとから調節弁の内部の圧力比ＸFv（ＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ））を定める。そして、調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁の内部の圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと調節弁の弁開度の関数（例えば、相対容量係数、弁開度）との関係を定めた圧力比テーブルを記憶部に記憶させる。
【００２０】
そして、オンラインでの診断に際し、上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２と流体温度Ｔを検出し、流体温度Ｔから流体の飽和蒸気圧Ｐｖを算出したうえで、この上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２と飽和蒸気圧Ｐｖとから現在の圧力比ＸFvを算出し、記憶部に記憶されている圧力比テーブルから調節弁の現在の弁開度の関数に対応する閾値ＸFvthを求め、この求めた閾値ＸFvthと現在の圧力比ＸFvとを比較することにより、調節弁にキャビテーションが発生しているか否かを判定する。
【００２１】
調節弁で発生するキャビテーションは、調節弁内の弁体の前後の絞り部（縮流部）の上流の圧力と縮流部を流れる流速に起因することが分かっている。調節弁から直管長で一定距離離れた位置で計測される上流側流体圧力（Ｐ１，Ｐ２）は、調節弁内の流速が同じであっても、調節弁前後に設置されたレデューサやエルボなどのような圧損の条件によって、圧力の関係が異なる。このことから、調節弁から直管長で一定距離離れた位置で計測される上流側流体圧力（Ｐ１，Ｐ２）に基づいて把握したキャビテーションの発生状態から調節弁のキャビテーションを診断する場合、調節弁の設置環境によって適切に診断できない。一方、調節弁内の縮流部前後の圧力は調節弁の圧損だけを受けるので、調節弁の前後配管の影響を受けにくく、圧力の関係は変わらない。したがって、調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁内部（縮流部前後）の圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと調節弁の弁開度の関数との関係を定めた圧力比テーブルを用いれば、この圧力比テーブル（１種類の圧力比テーブル）のみで、調節弁の設置環境の制約を受けずに、キャビテーションが発生しているか否かを判定することが可能となる。
【００２２】
特に、本発明では、調節弁の弁体よりも下流側の調節弁の内部の流路中の流体の流れに淀みを生じさせる流体淀み部の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出するので、動圧の影響を受けない流体淀み部で下流側流体圧力Ｐｖ２が検出されるものとなり、さらにキャビテーションの診断精度が向上する。なお、本発明では、調節弁の弁体よりも上流側の調節弁の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出するが、偏流による圧力分布のムラを平均化させるように、複数のポイントから流体を流入させ、合流した流体の圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出するようにしてもよい。また、本発明では、調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとするが、この閾値ＸFvthは初生ＸFvzでなくてもよく、例えば初生ＸFvzから臨界ＸFvcrまでの間において任意に定めた圧力比であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、調節弁の弁体よりも上流側の調節弁の内部の流路の流体圧力である上流側流体圧力Ｐｖ１と、調節弁の弁体よりも下流側の調節弁の内部の流路中の流体淀み部の流体圧力である下流側流体圧力Ｐｖ２と、流体温度Ｔから一義的に求められる流体の飽和蒸気圧Ｐｖとから、この上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２との比を調節弁内部の圧力比ＸFvと定め、調節弁にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁の内部の圧力比ＸFvを閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthとと調節弁の弁開度の関数との関係を定めた圧力比テーブルを記憶部に記憶させるものとし、この圧力比テーブルから調節弁の現在の弁開度の関数に対応する閾値ＸFvthを求め、この求めた閾値ＸFvthと上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２とから求められる現在の調節弁内部の圧力比ＸFvとを比較するようにしたので、調節弁の設置環境（配管レイアウト）のバリエーションに対して、多種類の圧力比テーブルを準備することなく、しかも高精度でキャビテーションの診断を行うことが可能なる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るキャビテーション診断装置を用いた調節弁のキャビテーション診断システムの一実施の形態を示す図である。
【図２】このキャビテーション診断システムにおける調節弁の要部の断面図である。
【図３】調節弁の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルとの関係を求める様子を示す図である。
【図４】調節弁の設置環境がストレート（直管）、レデューサ（縮小管）、エルボ（曲がり管）である場合の調節弁の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルＮｚとの関係を示す図である。
【図５】調節弁の設置環境がストレート（直管）、レデューサ（縮小管）、エルボ（曲がり管）である場合を例示する図（上流側流体圧力および下流側流体圧力の検出位置が調節弁の内部である場合）である。
【図６】実施の形態１のキャビテーション診断装置の記憶部に記憶させる相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvthとの関係を示す圧力比テーブルの一例を示す図である。
【図７】実施の形態１のキャビテーション診断装置が実行するキャビテーションの診断動作を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２のキャビテーション診断装置の記憶部に記憶させる相対容量係数Ｃｖと第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３との関係を示す圧力比テーブルの一例を示す図である。
【図９】実施の形態２のキャビテーション診断装置が実行するキャビテーションの診断動作を示すフローチャートである。
【図１０】キャビテーションの間欠発生時のキャビテーション発生時と未発生時の騒音レベルを示す図でる。
【図１１】キャビテーション発生時と未発生時における音圧データの１／３オクターブバンド分析の結果を示す図である。
【図１２】キャビテーションの発生の状態の推定が困難であった口径の圧力比ＸFvと騒音特性および特定周波数（８ｋHz）の音圧特性の関係を示す図である。
【図１３】実験により圧力比テーブル作成に使用していな調節弁に対して初生、臨界点の圧力比ＸFvを確認した結果を示す図である。
【図１４】調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルとの関係を求める様子を示す図である。
【図１５】調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係（一般的な傾向）を示す図である。
【図１６】従来のキャビテーション診断装置を用いたキャビテーション診断システムを示す図である。
【図１７】調節弁の設置環境がストレート（直管）、レデューサ（縮小管）、エルボ（曲がり管）である場合の調節弁前後の圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係を示す図である。
【図１８】調節弁の設置環境がストレート（直管）、レデューサ（縮小管）、エルボ（曲がり管）である場合を例示する図（上流側流体圧力および下流側流体圧力の検出位置が調節弁の前後である場合）である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１はこの発明に係るキャビテーション診断装置を用いた調節弁のキャビテーション診断システムの一実施の形態を示す図である。同図において、図１６と同一符号は図１６を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００２７】
このキャビテーション診断システムでは、上流側流体圧力検出器１０２によって、調節弁１０１の弁体よりも上流側の調節弁１０１の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出するようにし、下流側流体圧力検出器１０３によって、調節弁１０１の弁体よりも下流側の調節弁１０１の内部の流路中の流体淀み部の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出するようにしている。調節弁１０１の弁体および調節弁１０１の内部の流路中の流体淀み部については後述する。
【００２８】
また、上流側流体圧力検出器１０２によって検出される上流側流体圧力Ｐｖ１、下流側流体圧力検出器１０３によって検出される下流側流体圧力Ｐｖ２、流体温度検出器１０９によって検出される流体温度Ｔおよび弁開度検出器１０５によって検出される調節弁１０１の弁開度θをキャビテーション診断装置１００に送り、キャビテーション診断装置１００において調節弁１０１におけるキャビテーションの発生の有無を判定させるようにしている。
【００２９】
なお、以下では、本実施の形態のキャビテーション診断装置１００を１００Ａとし、図１６に示した従来のキャビテーション診断装置１００を１００Ｃとし、両者を区別する。また、このキャビテーション診断装置１００Ａを実施の形態１のキャビテーション診断装置とし、後述する実施の形態２のキャビテーション診断装置１００Ｂと区別する。キャビテーション診断装置１００Ａ，１００Ｂは、上流側流体圧力検出器１０２、下流側流体圧力検出器１０３および流体温度検出器１０９をその構成要素とする。
【００３０】
〔実施の形態１〕
キャビテーション診断装置１００Ａは、流体温度検出器１０９からの流体温度Ｔを入力とし、その流体温度Ｔから流体の飽和蒸気圧Ｐｖを算出する飽和蒸気圧算出部１００−０と、上流側流体圧力検出器１０２からの上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力検出器１０３からの下流側流体圧力Ｐｖ２と飽和蒸気圧算出部１００−０からの飽和蒸気圧Ｐｖとを入力とし、調節弁１０１の内部の圧力比ＸFv（ＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ））を算出する圧力比算出部１００−１と、弁開度検出器１０５からの調節弁１０１の弁開度θを入力とし、調節弁１０１の相対容量係数Ｃｖを算出する相対容量係数算出部１００−２と、後述する圧力比テーブルＴＢ１を記憶する記憶部１００−３と、圧力比算出部１００−１で算出された調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと相対容量係数算出部１００−２で算出された相対容量係数Ｃｖと記憶部１００−３に記憶されている圧力比テーブルＴＢ１とから調節弁１０１にキャビテーションが発生しているか否かを判定する判定部１００−４と、判定部１００−４での判定結果を診断結果として通知する診断結果出力部１００−５とを備えている。
【００３１】
〔調節弁内部の流体淀み部〕
図２に調節弁１０１の要部の断面図を示す。図１において、１は弁本体、２は弁体、２１は弁軸であり、弁軸２１は弁体２に軸着されている。４は弁本体１の上流側フランジ部で、図示しない上流側の外部配管のフランジ部と突合わされて締結部材で締結される。５は弁本体１の下流側フランジ部で、図示しない下流側の外部配管のフランジ部と突合わされて締結部材により締結される。１１は上流流路であり、弁体２よりも上流側に配置される。６は上流流路１１の上流端部の流入口である。１２は下流流路であり、弁体２よりも下流側に配置される。７は下流流路１２の下流端部の流出口である。
【００３２】
また、上流流路１１と下流流路１２の間には弁室１３が設けられており、弁体２は弁室１３内に収容されている。弁体２は流路貫通孔２３を有する中空のほゞ半球体状に形成されていて、この弁体２は流路の軸線と直交する弁軸２１に軸着され、弁軸２１と直交する面内において回転自在に軸支されている。なお、上流流路１１および下流流路１２中の各所に表されている矢印は各所での流体の流れの向き及び流速を模式的に表したものである。
【００３３】
３１は弁本体１の一部で、弁体２が全閉位置まで回転したときに、弁体２に当接するように弁本体１から突出して設けられる全閉位置規制部である。３２は弁本体１の一部で、弁体２が全開位置まで回転したときに、弁体２に当接するように弁本体１から突出して設けられる全開位置規制部である。なお、図２では弁体２の全開状態を示しており、弁体２が全開位置規制部３２に当接している。
【００３４】
弁本体１の内部で弁体２の上流側には、弁体２の外周面２４と密接するシートリング３６と、このシートリング３６を上流流路１１の軸線方向に移動自在に保持するリテーナ３７と、シートリング３６を弁体２に押圧する弾性部材３３と、シートリング３６とリテーナ３７との間をシールするＯリング３４とが配設されており、これらによってシートリング部のシール構造が構成されている。
【００３５】
シートリング３６は両端開放の筒体に形成され、その上流側端部は薄肉形成されて小径部となり、一方、その下流側端部は厚肉形成されて大径部となっており、弁体２に弾性部材３３によって押圧される。リテーナ３７は両端開放の筒体に形成されて、シートリング３６を上流流路１１の軸線方向に移動自在に収納しており、上流側端部の外周面３５に雄ねじが形成され、弁本体１の上流側開口部の内周面４５に形成された雌ねじにねじ込まれている。
【００３６】
また、リテーナ３７の上流側開口部４３は、開口端面から下流側に向って小径化するテーパ穴を形成しており、その最小径部の内径はシートリング３６の穴径に等しい。また、リテーナ３７の内周面とシートリング３６の外周面との間には、弾性部材３３を収納する環状の収納部４６が形成されている。この収納部４６はシートリング３６の外周面に形成された段差部と、リテーナ３７の内周面に形成された段差部とで構成される。さらに、リテーナ３７の内周面にはＯリング３４が嵌着される環状の溝４７が形成されている。
【００３７】
リテーナ３７の上流側開口部４３のテーパ穴の最小径部付近にリテーナ３７の内周面と外周面を貫通する貫通孔からなる４つの上流側流体圧力取出部３８が円周方向に等間隔おいて形成され、さらに上流側流体圧力取出部３８が形成されている部分より下流側外周面には４つからなる上流側流体圧力連通路３９が周方向に等間隔おいて形成されている。この上流側流体圧力連通路３９はリテーナの軸線方向に形成された溝からなり、その上流側端が各上流側流体圧力取出部３８に連通している。さらに、リテーナ３７の外周面の下流側端には４つからなる上流側流体圧力連通路３９の下流側端を連通する環状溝４８が形成されている。
【００３８】
なお、上流側流体圧力が弁体２の開度によらず安定して検出できるように、上流側流体圧力取出部３８のリテーナ３７の内周面の開口部が、シートリング３６と弁体２の外周面とが当接する位置より十分に離れるようにリテーナ３７の軸方向の寸法が定められている。
【００３９】
一方、弁本体１には各上流側流体圧力連通路３９を環状溝４８を介して上流下流流体圧力検出部４４に接続する上流側流体圧力導通路１８が形成されている。上流側流体圧力導通路１８は弁体２近傍の弁本体１の上流側内周面１９と上流下流流体圧力検出部４４が装着されている弁体２近傍の弁体１の外周面１７との間に形成されているので、上流流路１１の流体圧力は、上流側流体圧力取出部３８→上流側流体圧力連通路３９→環状溝４８→上流側流体圧力導通路１８を通って上流下流流体圧力検出部４４に導かれる。
【００４０】
上流下流流体圧力検出部４４は、上流側流体圧力検出器１０２と下流側流体圧力検出器１０３とを一体に形成したものであり、上流側流体圧力Ｐｖ１を検出する一方、弁本体１の下流流路１２内の弁体２の外周面２４及び弁体２近傍の弁本体１の内周面１５とで形成された空間である流体淀み部１４に溜まった流体の淀み部分３の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出する。この上流下流流体圧力検出部４４が検出する調節弁１０１の内部の上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２が図１に示したキャビテーション診断装置１００Ａに送られる。なお、流体淀み部１４に溜まった流体の淀み部分３の流体圧力は、流体淀み部１４に面した弁本体１の内周面１５と弁本体１の外周面１７とを貫通する下流側流体圧力導通路２０を経由し、上流下流流体圧力検出部４４に導かれる。
【００４１】
〔圧力比テーブル〕
図３に調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルとの関係を求める様子を示す。同図において、図１４と同一符号は図１４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。この構成において、上流側流体圧力検出器１０２は、図２に示されるように、調節弁１０１の弁体２よりも上流側の調節弁１０１の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出し、下流側流体圧力検出器１０３は、調節弁１０１の弁体２よりも下流側の調節弁１０１の内部の流路中の流体淀み部１４の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出する。
【００４２】
調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルとの関係を求めるために、調節弁１０１の弁開度を固定して、調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvをＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ）として求める。そして、その時の騒音レベルＮｚを騒音計１０４によって測定する。この作業を調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvを変えながら繰り返し行う。
【００４３】
図４に調節弁１０１の設置環境をストレート（図５（ａ））、レデューサ（図５（ｂ））、エルボ（図５（ｃ））とした場合の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルＮｚとの関係を示す。図４において、特性Ｉはストレートである場合を示し、特性IIはレデューサである場合を示し、特性IIIはエルボである場合を示している。
【００４４】
図４に示した特性Ｉ，II，IIIから分かるように、キャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFvである初生ＸFvzは、調節弁１０１の設置環境がストレートである場合の初生ＸFvzsも、レデューサである場合の初生ＸFvzrも、エルボである場合の初生ＸFvzeも全てほゞ等しくなる。すなわち、図１７に示した調節弁１０１の前後の圧力比ＸFと騒音レベルＮｚとの関係では、ＸFzs≠ＸFzr≠ＸFzeであったのが、ＸFvzs≒ＸFvzr≒ＸFvzeとなる。
【００４５】
調節弁１０１で発生するキャビテーションは、調節弁１０１内の弁体２の前後の絞り部（縮流部）の上流の圧力と縮流部を流れる流速に起因することが分かっている。調節弁１０１から直管長で一定距離離れた位置で計測される上流側流体圧力（Ｐ１，Ｐ２）は、調節弁１０１内の流速が同じであっても、調節弁１０１前後に設置されたレデューサ１０７やエルボ１０８などのような圧損の条件によって、圧力の関係が異なる。このため、調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁１０１の前後の圧力比ＸFである初生ＸFzは、調節弁１０１の設置環境によって異なるものとなる。
【００４６】
これに対し、調節弁１０１の縮流部前後の圧力は調節弁１０１の圧損だけを受けるので、調節弁１０１の前後配管の影響を受けにくく、圧力の関係は変わらない。このため、調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁１０１内部の圧力比ＸFvである初生ＸFvzは、調節弁１０１の設置環境に拘わらずほゞ等しくなる。
【００４７】
このようなことから、本実施の形態では、例えば、調節弁１０１の設置環境をストレートとして、調節弁１０１の相対容量係数Ｃｖ毎に、調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルＮｚとの関係を求め、この求めた圧力比ＸFvと騒音レベルＮｚとの関係において、キャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFv（初生ＸFvz）を閾値ＸFvthとし、相対容量係数Ｃｖ毎の閾値ＸFvthを定め、この相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvthとの関係を圧力比テーブルＴＢ１として記憶部１００−３に記憶させる。
【００４８】
図６に記憶部１００−３に記憶させる相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvthとの関係を示す圧力比テーブルＴＢ１の一例を示す。実施の形態１では、このような圧力比テーブルＴＢ１を１つだけ定め、記憶部１００−３に記憶させる。
【００４９】
〔オンラインでのキャビテーションの診断〕
以下、図７に示すフローチャートを参照して、この実施の形態１のキャビテーション診断装置１００Ａが実行するキャビテーションの診断動作について説明する。なお、キャビテーション診断装置１００Ａは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００５０】
キャビテーション診断装置１００Ａは、ステップＳ１００、Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３において、上流側流体圧力検出器１０２からの上流側流体圧力（現在の上流側流体圧力）Ｐｖ１、下流側流体圧力検出器１０３からの下流側流体圧力（現在の下流側流体圧力）Ｐｖ２、流体温度検出器１０９からの流体温度Ｔ、弁開度検出器１０５からの調節弁１０１の弁開度（現在の弁開度）θを取り込む。
【００５１】
そして、取り込んだ上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２と飽和蒸気圧算出部１００−０によって流体温度Ｔから算出された流体の飽和蒸気圧Ｐｖとから、調節弁１０１の内部の圧力比（現在の調節弁１０１の内部の圧力比）ＸFvをＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ）として算出する（ステップＳ１０４）。この調節弁１０１の現在の内部の圧力比ＸFvの算出は、キャビテーション診断装置１００Ａの圧力比算出部１００−１で行われる。
【００５２】
また、キャビテーション診断装置１００Ａは、取り込んだ調節弁１０１の弁開度θから調節弁１０１の相対容量係数（現在の相対容量係数）Ｃｖを求める（ステップＳ１０５）。この調節弁１０１の現在の相対容量係数Ｃｖの算出は、キャビテーション診断装置１００Ａの相対容量係数算出部１００−２で行われる。相対容量係数算出部１００−２には、例えば、調節弁１０１の弁開度θと相対容量係数Ｃｖとの関係が定められており、この関係から現在の弁開度θに応ずる相対容量係数Ｃｖを求める。
【００５３】
次に、キャビテーション診断装置１００Ａは、記憶部１００−３に記憶されている圧力比テーブルＴＢ１（図６参照）から、ステップＳ１０５で求めた相対容量係数Ｃｖに対応する閾値ＸFvthを読み出し（ステップＳ１０６）、この読み出した閾値ＸFvthとステップＳ１０４で算出した現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvとを比較する（ステップＳ１０７）。
【００５４】
ここで、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが閾値ＸFvth以下であれば（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、調節弁１０１にはキャビテーションが発生していないと判定し（ステップＳ１０８）、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが閾値ＸFvthを超えていれば（ステップＳ１０７のＮＯ）、調節弁１０１にキャビテーションが発生していると判定する（ステップＳ１０９）。このステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理動作は、キャビテーション診断装置１００Ａの判定部１００−４で行われる。
【００５５】
そして、キャビテーション診断装置１００Ａは、ステップＳ１０８あるいはステップＳ１０９で得られた判定結果を診断結果として通知する（ステップＳ１１０）。例えば、図示されていないディスプレイに表示したり、ブザーを鳴動させるなどする。キャビテーション診断装置１００Ａは、このステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理動作を定期的に実行する。
【００５６】
なお、ステップＳ１１０での診断結果は、キャビテーション診断装置１００Ａにおいて通知するだけではなく、上位装置に送るようにしてもよい。この診断結果の通知により、調節弁１０１の運用方法を変えるなどして、調節弁１０１の長寿命化を図ることが可能となる。
【００５７】
〔実施の形態２〕
実施の形態１のキャビテーション診断装置１００Ａでは、キャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFvである初生ＸFvzを閾値ＸFvthとし、相対容量係数Ｃｖ毎の閾値ＸFvthを定め、この相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvthとの関係を圧力比テーブルＴＢ１として記憶部１００−３に記憶させるようにした。
【００５８】
これに対し、実施の形態２のキャビテーション診断装置１００Ｂでは、調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの圧力比ＸFvである初生ＸFvzを第１の閾値ＸFvth１とし、調節弁１０１にキャビテーションが定常的に発生し始めるときの圧力比ＸFvである臨界ＸFvcriを第２の閾値ＸFvth２とし、調節弁１０１の上下流の差圧を高くしても流量が増加しない状態となるときの圧力比ＸFvである閉塞ＸFvchを第３の閾値ＸFvth３とし、相対容量係数Ｃｖ毎の第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３を定め、この第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３と相対容量係数Ｃｖとの関係を圧力比テーブルＴＢ２として記憶部１００−３に記憶させるようにする。
【００５９】
図８に記憶部１００−３に記憶させる相対容量係数Ｃｖと第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３との関係を示す圧力変換テーブルＴＢ２の一例を示す。実施の形態２では、この一種類の圧力比テーブルＴＢ２を定め、記憶部１００−３に記憶させる。
【００６０】
〔オンラインでのキャビテーションの診断〕
以下、図９に示すフローチャートを参照して、実施の形態２のキャビテーション診断装置１００Ｂが実行するキャビテーションの診断動作について説明する。
【００６１】
キャビテーション診断装置１００Ｂは、ステップＳ２００、Ｓ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３において、上流側流体圧力検出器１０２からの上流側流体圧力（現在の上流側流体圧力）Ｐｖ１、下流側流体圧力検出器１０３からの下流側流体圧力（現在の下流側流体圧力）Ｐｖ２、流体温度検出器１０９からの流体温度Ｔ、弁開度検出器１０５からの調節弁１０１の弁開度（現在の弁開度）θを取り込む。
【００６２】
そして、取り込んだ上流側流体圧力Ｐｖ１と下流側流体圧力Ｐｖ２と飽和蒸気圧算出部１００−０によって流体温度Ｔから算出された流体の飽和蒸気圧Ｐｖとから、調節弁１０１の内部の圧力比（現在の調節弁１０１の内部の圧力比）ＸFvをＸFv＝（Ｐｖ２−Ｐｖ１）／（Ｐｖ１−Ｐｖ）として算出する（ステップＳ２０４）。この調節弁１０１の現在の内部の圧力比ＸFvの算出は、キャビテーション診断装置１００Ｂの圧力比算出部１００−１で行われる。
【００６３】
また、キャビテーション診断装置１００Ｂは、取り込んだ調節弁１０１の弁開度θから調節弁１０１の相対容量係数（現在の相対容量係数）Ｃｖを求める（ステップＳ２０５）。この調節弁１０１の現在の相対容量係数Ｃｖの算出は、キャビテーション診断装置１００Ｂの相対容量係数算出部１００−２で行われる。相対容量係数算出部１００−２には、例えば、調節弁１０１の弁開度θと相対容量係数Ｃｖとの関係が定められており、この関係から現在の弁開度θに応ずる相対容量係数Ｃｖを求める。
【００６４】
次に、キャビテーション診断装置１００Ｂは、記憶部１００−３に記憶されている圧力比テーブルＴＢ２（図８参照）から、ステップＳ２０５で求めた相対容量係数Ｃｖに対応する第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３を読み出す（ステップＳ２０６）。
【００６５】
そして、読み出した第１の閾値ＸFvth１とステップＳ２０４で算出した現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvとを比較し（ステップＳ２０７）、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが閾値ＸFvth以下であれば（ステップＳ２０７のＹＥＳ）、調節弁１０１にはキャビテーションが発生していないと判定する（ステップＳ２０８）。
【００６６】
現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが第１の閾値ＸFvth１を超えていれば（ステップＳ２０７のＮＯ）、キャビテーション診断装置１００Ｂは、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと第２の閾値ＸFvth２とを比較する（ステップＳ２０９）。
【００６７】
ここで、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが第２の閾値ＸFvth２以下であれば（ステップＳ２０９のＹＥＳ）、キャビテーション診断装置１００Ｂは、調節弁１０１にキャビテーションが発生しており、発生しているキャビテーションの程度が「警告」であると判定する（ステップＳ２１０）。
【００６８】
現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが第２の閾値ＸFvth２を超えていれば（ステップＳ２０９のＮＯ）、キャビテーション診断装置１００Ｂは、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと第３の閾値ＸFvth３とを比較する（ステップＳ２１１）。
【００６９】
ここで、現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが第３の閾値ＸFvth３以下であれば（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、キャビテーション診断装置１００Ｂは、調節弁１０１にキャビテーションが発生しており、発生しているキャビテーションの程度が「重症」であると判定する（ステップＳ２１２）。
【００７０】
現在の調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvが第３の閾値ＸFvth３を超えていれば（ステップＳ２１１のＮＯ）、キャビテーション診断装置１００Ｂは、調節弁１０１にキャビテーションが発生しており、発生しているキャビテーションの程度が「限界（故障）」であると判定する（ステップＳ２１３）。このステップＳ２０５〜Ｓ２１３の処理動作は、キャビテーション診断装置１００Ｂの判定部１００−４で行われる。
【００７１】
そして、キャビテーション診断装置１００Ｂは、ステップＳ２０８，Ｓ２１０，Ｓ２１２あるいはＳ２１３での判定結果を診断結果として通知する（ステップＳ２１４）。例えば、図示されていないディスプレイに表示したり、ブザーの音色を変えて鳴動させるなどする。キャビテーション診断装置１００Ｂは、このステップＳ２００〜Ｓ２１４の処理動作を定期的に実行する。
【００７２】
以上の説明から分かるように、実施の形態１のキャビテーション診断装置１００Ａでは、調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁１０１の内部の圧力比ＸFv（初生ＸFvz）を閾値ＸFvthとし、この閾値ＸFvthと調節弁１０１の相対容量係数Ｃｖとの関係を定めた１種類の圧力比テーブルＴＢのみで、ストレートやエルボなど、調節弁１０１の設置環境の制約を受けずに、キャビテーションが発生しているか否かを判定することができる。これにより、調節弁１０１の設置環境（配管レイアウト）のバリエーションに対して、多種類の圧力比テーブルを準備することなく（大容量のメモリを必要とせず）、しかも高精度でキャビテーションの診断を行うことができるようになる。
【００７３】
また、 実施の形態２のキャビテーション診断装置１００Ｂでは、調節弁１０１にキャビテーションが発生し始めるときの調節弁１０１の内部の圧力比ＸFv（初生ＸFvz）を第１の閾値ＸFvth１とし、調節弁１０１にキャビテーションが定常的に発生し始めるときの圧力比ＸFv（臨界ＸFvcri）を第２の閾値ＸFvth２とし、調節弁１０１の上下流の差圧を高くしても流量が増加しない状態となるときの圧力比ＸFv（閉塞ＸFvch）を第３の閾値ＸFvth３とし、この第１の閾値ＸFvth１、第２の閾値ＸFvth２および第３の閾値ＸFvth３と相対容量係数Ｃｖとの関係を定めた１種類の圧力比テーブルＴＢ１のみで、ストレートやエルボなど、調節弁１０１の設置環境の制約を受けずに、キャビテーションが発生しているか否かに加え、発生しているキャビテーションの程度を判定することができる。これにより、調節弁１０１の設置環境（配管レイアウト）のバリエーションに対して、多種類の圧力比テーブルを準備することなく（大容量のメモリを必要とせず）、しかも高精度でキャビテーションの診断を行うことができるようになる。また、キャビテーションの発生だけではなく、発生しているキャビテーションの程度も知ることができ、例えば警告が発せられた時点で調節弁１０１を交換するなど、調節弁１０１の交換時期を運用状況に応じて延ばすことも可能となる。
【００７４】
また、このキャビテーション診断装置１００Ａ，１００Ｂでは、調節弁１０１の弁体２よりも下流側の調節弁１０１の内部の流路中の流体の流れに淀みを生じさせる流体淀み部１４の流体圧力を下流側流体圧力Ｐｖ２として検出しているので、動圧の影響を受けない流体淀み部１４で下流側流体圧力Ｐｖ２が検出されるものとなる。これにより、調節弁１０１の前後配管の影響を受けにくくし、調節弁１０１の圧損だけを受ける調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvを求めることができ、キャビテーションの診断精度がさらに向上する。
【００７５】
また、このキャビテーション診断装置１００Ａ，１００Ｂでは、調節弁１０１の弁体２よりも上流側の調節弁１０１の内部の流路の流体圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出するが、円周方向に等間隔おいて形成された４つの上流側流体圧力取出部３８から流体を流入させ、合流した流体の圧力を上流側流体圧力Ｐｖ１として検出するようにしているので、偏流による圧力分布のムラが平均化され、上流側流体圧力Ｐｖ１に偏流によるムラが生じないものとなる。これにより、調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvをさらに精度よく求めることができ、キャビテーションの診断精度がさらに向上する。
【００７６】
〔騒音レベルからの流水音の除去〕
上述した実施の形態１，２において、圧力比テーブルＴＢ１，ＴＢ２の作成に用いた騒音には、キャビテーションによる騒音と流水音が含まれており、流水音の影響を受けてキャビテーションの発生状態の変化が騒音レベルの違いとして現れにくくなる場合がある。
【００７７】
そこで、本願の発明者は、キャビテーションによる騒音の特徴である気泡が崩壊する時の周波数成分に注目し、その周波数成分の音圧特性を推定する方法を検討した。周波数成分の評価方法としては、図１０に示すように、キャビテーションが間欠的に発生する圧力条件にし、キャビテーション発生時（Ａ点、Ｃ点）と未発生時（Ｂ点、Ｄ点）における音圧データの１／３オクターブバンド分析の結果を比較する。その結果を図１１に示す。図１１により、キャビテーションの発生と未発生との違いが２．５ｋHz〜２０ｋHzの周波数帯に現れることが分かった。
【００７８】
この結果から、特定周波数帯（一例として8kHz）の周波数成分に着目し、その音圧特性を確認した。図１２に一例として、キャビテーションの発生の状態の推定が困難であった口径の圧力比ＸFvと騒音特性（図１２（ｂ））および特定周波数帯音圧特性（図１２（ａ））の関係を示す。図１２より、図１２（ｂ）の騒音特性よりも図１２（ａ）の特定周波数帯音圧特性の方がその変化が明確で、キャビテーションの発生状態を推定するための近似直線も容易に引くことができることが分かった。
【００７９】
以上のことから、実施の形態１，２のキャビテーション診断装置１００Ａ，１００Ｂにおいて、圧力比テーブルＴＢ１，ＴＢ２は、相対容量係数Ｃｖ毎に調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと調節弁１０１が発する騒音の特定周波数帯の音圧レベル（一例として、８ｋHzの周波数成分の音圧レベル）との関係を実験により求め、この実験により求めた相対容量係数Ｃｖ毎の圧力比ＸFvと特定周波数帯の音圧レベル（一例として、８ｋHzの周波数成分の音圧レベル）との関係より作成することが望ましい。
【００８０】
〔キャビテーション診断機能の信頼性評価〕
参考として、実際の調節弁を用い、本発明に係るキャビテーション診断装置を用いた場合のキャビテーション診断機能の信頼性を評価した。
【００８１】
実施手順として、先ず実験により調節弁の相対容量係数Ｃｖ毎に絞り前後の圧力から求める圧力比ＸFvと音圧レベルの関係を求め、圧力比テーブルを作成した。そして、信頼性評価のためにテーブル値と圧力比ＸFvとを比較してキャビテーションの発生状態を判断するロジックを組んだ診断プログラムを作成した。
【００８２】
評価方法としては、圧力比テーブル作成に使用していない調節弁に対して、実験により初生、臨界点の圧力比ＸFvを確認し、圧力比テーブルと比較することで診断機能の信頼性を評価した。図１３にキャビテーション診断の結果を示す。
【００８３】
評価の結果、相対容量係数Ｃｖ毎の圧力比ＸFvと音圧レベルとの関係から作成した圧力比テーブルによるキャビテーション診断方法より妥当な診断ができることが概ね確認された。
【００８４】
なお、上述した実施の形態では、調節弁１０１の弁開度の関数を相対容量係数Ｃｖとし、この相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvthとの関係を定めた圧力比テーブルＴＢ１や相対容量係数Ｃｖと閾値ＸFvth１，ＸFvth２，ＸFvth３との関係を定めた圧力比テーブルＴＢ１を用いるものとしたが、相対容量係数Ｃｖの代わりに最大弁開度θｍａｘに対する弁開度θの割合を用いるようにしてもよい。また、最大弁開度θｍａｘが１００％開度であれば、調節弁１０１の弁開度の関数として弁開度θそのものを用いるようにしてもよい。
【００８５】
また、上述した実施の形態１では、初生ＸFvzを閾値ＸFvthとしたが、この閾値ＸFvthは初生ＸFvzでなくてもよく、例えば初生ＸFvzから臨界ＸFvcrまでの間において任意に定めた圧力比であってもよい。また、実施の形態２でも同様に、初生ＸFvzを第１の閾値ＸFvth１とし、臨界ＸFvcを第２の閾値ＸFvth２とし、閉塞ＸFvchを第３の閾値ＸFvth３としたが、これら閾値についても調節弁１０１の内部の圧力比ＸFvと騒音レベルＮｚとの関係を示す特性上で多少前後してもよいことは言うまでもない。
【００８６】
図１では、調節弁１０１の外部にキャビテーション診断装置１００（１００Ａ，１００Ｂ）を設けるようにしているが、調節弁１０１の内部にキャビテーション診断装置１００（１００Ａ，１００Ｂ）を設けるようにしてもよい。
【００８７】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１００（１００Ａ，１００Ｂ）…キャビテーション診断装置、１００−０…飽和蒸気圧算出部、１００−１…圧力比算出部、１００−２…相対容量係数算出部、１００−３…記憶部、１００−４…判定部、１００−５…診断結果出力部、ＴＢ１，ＴＢ２…圧力比テーブル、１０１…調節弁、２…弁体、１４…流体淀み部、１８…上流側流体圧力導通路、２０…下流側流体圧力導通路、３８…上流側流体圧力取出部、４４…上流下流流体圧力検出部、１０２…上流側流体圧力検出器、１０３…下流側流体圧力検出器、１０４…騒音計、１０５…弁開度検出器、１０９…流体温度検出器。
【図１】
2014077517.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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