務報告書
平成3年度

滋賀県立機械金属工業指導所
彦根市岡町52番地
fJ‑.

ま

え

が

き

我が国の経済は､内需主導と個人消費を背景に息の長い景気拡大を続けてまいりま
したが､昨年中頃より拡大基調の変化が見られ､バブル経済の崩壊とともに､調整局面が続いております｡

また一時の厳しい状況は緩和されているものの依然として人手不足は解消されておらず､労働時間の短縮や､環境対策など新たな難題も山積しているのが実情であります｡

当所では､今後の発展､繁栄のために､新たな活路を見出し､付加価値の高い分野‑シフトしていただくために､ソフトな経営資源の充実に努力いたしております｡

特にバルブにおきましては､機能性の追求と性能面が重要な視点となっております
ことから､コソビュータによる流体解析とバルブ実流性能試験を繰り返しながら研究を進めてまいりました｡また人手不足対策として､ CAD/CAMシステムによる加工の合理化･省力化の研究にも力を注ぐとともに､ NC加工機の充実にも努めてまいりました｡

ここたその実嬢を取りまとめましたので､御高覧賜り､御意見をいただければ幸いに存ずる次第であります｡
平成4年8月

滋賀県立機械金属工業指導所
所長

上

田

成

男

吹
Ⅰ概

要

1沿

革

2

規

模

3

組

織

4

職

員

5

予算および決算

6

試験研究設備の整備状況

7

主要設備

1 2 489

II

Ⅰ

依頼業務

2.規

模

3.組

織

4.職

員

5.予算および決算

6.試験研究設備の整備状況

設備使用件数および使用料

7.主要設備

1技術アドバイザー指導事業
2‑般巡回技術指導

3

簡易巡回技術指導

4

技術相談

5

調

査

6

技術普及講習会

7

新技術技術者研修

8

出坂刊行物

9

生産技術研究会

Ⅳ研究業務
1 CAEによる低キャビテーションパルプの開発研究(2)

パルプ製品の性能に関する研究(キャビテーションの定量化に関する研究)
CAD/CAMシステムによるパルプ加工の合理化･省力化研究(cNC旋盤､精密平面研削盤における試削と操作について)
4

革1依板試験数および手数料

指導業務

3

1.沿

2

nI

2

要

概

自動制御弁の開発研究

慨存弁による駆動特性の把握と制御ソフトの基本設計)

‑‑ 19

1.沿

革

昭和21年4月

長浜市に県立長浜工業試験場を設置､機械､繊維の2部制とする｡

昭和27年4月

工業試験場を楼械部門と繊維部門に分割し､機械部は滋賀県立棟枕金属工業指導所と称す｡

昭和34年4月

本指導所の整備計画ならびに彦根市に移築を決定

昭和35年10月

庁舎竣工新庁舎にて業務を開始(現別館)

昭和38年3月

実験研究棟(精密戟枕加工室､熱処理中間試験室､ジグホ‑ラ室､その他)を増築

昭和43年1月

同上2階実験研究室を増築

昭和49年10月

本館

昭和62年12月

バルブ性能試験装置を設置

竣工

昭和63年4月

滋賀バルブ協同組合が庁舎に移転

平成2年3月高楼能バルブ開発実験棟を増築

2.規

模

敷地面積

3, 400. 69nz

建物総面積

2, 437. 38mi

本

館

実験棟1

562. 53ml (鉄筋コソクリート補強ブロック平星建)

実験棟2
そ

の

1, 017. 96m2(鉄筋コソクリート三階建)670. 96m2 (鉄筋コソクI)‑ト補強ブロック一部二階建)
他

185. 93nz(平成4年4月1日現在)

‑

1

‑

3･組

織(平成3年4月1日現在)

所寸指導係丁芸芸H^芸去芸苧去芸芸妄苧新技術に関する指導

建

物

配

置

図

試験研究係T芸雷雲警IQl芸冨丁孟警性能脚る研究
実験棟1
4.職

員

4･1職員構成(平成3年4月1日現在)
所

専

長

門

上 河村樋藤 西

田崎 口 口 田川 川井上成 明菜芳哲 栄男勲義司彦郎進 1

員

〃導
指

係

係 主

長 査

〃

試験研究係

係
主

長

松宮酒井

査

主任技師
嘱

託

E司入口E『

2‑3‑

5.予算および決算(1)平成3年度(2)平成3年度歳出予算執行状況(単位:円)

歳入予算執行状況

科目(単位:円)
款科目 劔予算通知折
款

06

俘

).逢｢

収入済額 儻9Eｲ

ﾈy乂｢収入 未済額

07

劔冰ﾈ蟀}

俘

商工費

支出済額

"

手数料

4,012,000

釘ﾃ3Cづ鉄4,348,950

0

01

商工業費

01

使用料

津ピ

田

"ﾃ

624,950

商工使用料

612,000

田#Bﾃ鉄

田#Bﾃ鉄

ﾃ3s津cモ

商工業捻務費"ﾃ33

624,950

"ﾈ;

ﾃC

ﾃ

624,950 田#Bﾃ鉄

04 商工手数料

3,724,0α)3.400,000

ﾃs#Bﾂ

05 横根金属 工業指導所 試験

鵜2

ﾃB迂

ﾃ

ﾃs#Bﾄ

旅費

92,331

4竰

120,似)

#

ﾃ

"

工業振興費

ﾃs#Bﾄ

121,902雑入#ﾃ

121,執)2

10,000ﾃ

ﾃ#srﾃ3Sr

2,277,35701

報酬

984,000

涛ィﾃ

0

4

08

###

175,α)0

sRﾃ

0

09

旅費

1,051,357

0

需用費

ﾃ

52,500

S

ﾃ3Sr

細入

120,α)0

#

ﾃ

"

#

ﾃ

"

鉄"經

#

ﾈ

121,902

X

食違費

ﾃ

10,000121,900

42,500

0

#

纉

役務費

ll.500

免ﾂﾃS

雑入

2

劔4,132.抑)

釘紊s

ﾃゴ"

4,470,852

‑

3,000

109,740,182

津sC

0

中小企業費

ﾃ

0

0

02

‑4

14 使用料及び 賃借料

ll,500

0

02
合計

0

0
02 その他役務費 免ﾂﾃS

93

0

0

12

41 経営技術等 研修講習 受講料､0002 その他需用費 鼎"ﾃS
05

0

0

01
07

0

0

ll
諸収入

涛"ﾃ33

0

3,724,(X沿3,724,000

102.331

0

03
手数料

0

0

14 使用料及び 賃借料
05 機械金属 工業指導所 田

12

備考112,119,870

2,379,688

09

07

02

俶8ｧ｢

細節

目

使用料及び

01

$(ｧ｢

目

中小企業

指導費

08

報僕費

09

旅費

迭ﾃ

74,40093,620395,α)0

都BﾃC

涛2ﾃc#

0

0

科目
款

劔冰ﾈ蟀}

俘

$(ｧ｢

目

支出済額

俶8ｧ｢

需用費

177,980

01

食榎賛

srﾃ塔

ﾈ;

02 その他需用費

12

役務費

sBﾃ塔

5,α)0

14 使用料及び 賃借料

セソタ‑辛

09

線費

12

役務費

5,000

30,00007 機械金属 二Ⅰ讃指導所費

0

ﾃcc"

0

ﾃ

02 その他役妨費

BﾃS#

1,085,184

ﾃ

委託料

1,500.736

ﾃS

ﾃs3b

109,304,520

報酬

04

共済費

137,921

3rﾃ

08

報錬衰

447,咲)0

鼎Crﾃ

09

旅費

コﾃ

ll

需用費

ィ

01 電気保安 業務委託

s2ﾃ3澱273,396

02 恒温恒湿 点検委託

ィﾃ3s

184,370

03 警備業務委託 鉄#

ﾃ3Sb

520,35604 浄化槽等維持 管理業務委託"ﾃ#s

112,270

05 ボイラー整備 検査委託 涛

ﾃ#S

91,25006 火災報知設備 保安検査委託

RﾃイB

07 排出水の 分析委託

#2ﾃc

123,600

08 冷凍機保 安点検委託

S津cS

159,650

14 使用料及び 賃借料

089,320 塔津3#02 その他需用費

12

役務■費

bﾃ3S

s

ﾃs

b

15 工事請負費

6,180,000 澱

ﾃ

r

0

18 備品購入費

78,309,992 都づ3津涛"

2,676,574

02 その他役務費

ﾃ

sb

0

168.700

0

cづs

0

7,000

16,080,367

緜sbﾃSsBﾃcsbﾃSsB

0

01 乾賀県冷凍 設備保安協 会負担金 途

270,709

ﾃ3cr

0

0

19 負担金補助 及び交付金

01 食糧費35,8440

ﾃ3Sづ

16,351,076

0

30,00001

2,358,017

備考

0

ﾃ

津3

俶8ｧ｢

0

40,662

10,662

支出済額

174,980

迭ﾃ

ﾃcc"

$(ｧ｢

細節
13

0

44,000 鼎Bﾃ

鼎

劔冰ﾈ蟀}

剿ﾚ

3,000

02 その他役務費 迭ﾈ;

工業技術

科目
款項

細節
ll

04

備考

02 会議等負担金

0

c

ﾃs

161,700

2,676,574
合計

劔

"ﾃ

津ピ

112,119.870

6.試験研究設備の整備(平成3年度)
設備名

7.主要設備I￨｢

型式

B

SYS‑20SP

排ガス洗浄装置

ｹ

(

ｨ485(

シヨア硬度計D‑D型

ｨﾚ

強度解析システム 綿

NⅠSAH 乃ﾕ$8

鯖

備考
ｸ嶌ﾔ斡

x｢

斡

〟

品名
県単

目白振補助物件

CNC.旋盤

LB25C型

ｨ4

ｸ4

ﾒ

平面研削盤

SGC‑95型

ｩ+y958ﾔ引｢亢ｸｦ

冶具申ぐり盤 倅

皐ﾕﾉ

購入年月日

ﾙ

ｴ､$Hﾅ蓙

万能工具研削盤 冏nﾈ7H8

ブロックゲ‑ジ

89

万能顧徴測定器 倅

鯖

斡

85逸

真円度円筒形状測定器

ｸﾞﾈ

ｨ抦ﾞ)

ｸﾞﾈ

EC‑3070B

アナライジソグレコーダ

キヤス試験棟ｨ抦ﾞ)B

AR3200型

CASSER‑ⅠS0‑3

憖6Hｴ

ｸ韋ﾋ

｢

〟

｢

′′

x｢

I:/

x｢

Xﾞ8ﾔ萎ﾈ

超硬工具研磨盤

ｵ

Et

^(

YZ以

38.12.23 白ｸ

39.8.18

ｴﾔﾄC

8

表面粗さ計

ﾘ8

9

40.1.14

ｵBﾔﾔ4ﾃ(ﾅ

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5

ﾘuﾘﾅ

488H8(986慰鮎i

ｸ7ｸ7X5ﾈ5ﾈ

万能フライス盤

県単

ｩ

5H7

ｩzy

ｨ5

38.

ｲ

斡

5貭

ｴﾕ8ﾅ薐

ﾉvﾙyﾘ峪

流速効果腐食試験装置 伜(ﾞカット.オフ(帯銀盤)

シヨア硬さ試験機 倅H

工業用赤外線温度計
デジマイクロ

ｸ7CHﾅ

5

液化炭酸超低温装置 冩igｹ
オートコリメ‑.タ

島津万能試験故ﾊHｸhｵDｴDﾓ#S2

ｸﾞﾈ

･dbﾓ

､

E2ﾓc

H

ｬx

$Tふ

周波数自動分析記録装置 俛ﾝｹ

Y:靆Hｸhエレマ電気炉ﾈ､8ｻｸⅹ高温鋳物砂試験畿

ﾈｹ鞅I/)

ﾈ

45.9.25h抦ｮ仂i*

^(

ﾅ
ｩ

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ｩgｸ齷5ﾘ鋹

45.10.30

Xｻｸ橙^(h抦ｮ仂i*^(

ｩgｸ齷5ﾙ

Xｻｸ橙

YZ以
YZ以

^(

YZ以

46.8.1646.9.29

ｵ4ﾒﾓ##

47.9.28

ｴ4Rﾓ#ｹ￨ﾙ￨｣Sﾂ45.9.2945.10.31

ｨ5(5ﾃdHﾅ

Xｻｸ橙YZ以44.10.29
45.8.30Dﾒ

YZ以ｩgｸ齷5ﾘ鋹竸(245.10.20
Oxｻ^(

44.10.29

ｵ4Dﾄ(ﾇi￨ｨﾊHﾅﾋh抦ｮ仂i*

44.10.21
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ﾓ

43.9.1043.ll.30

43.12.28

ｵ3CHﾇi￨ｨﾊHﾅ

ﾕﾈﾔ鮎i

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ｨ5ﾈ7

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4Dvﾂ

54U"ﾓ

7ﾘ5

ﾏXﾇhｮﾙ

プリネル硬度計 倅ｴ4

43.3.19

ｲ

プロジエクシヨソ
ｨ ｸ8ｸ684 485 84x6倆
ｲ
オプチメーター 番C#
キヤス試験棟

8

ｴ2ﾓC

Xｻｸ橙

〟
旋盤

SE‑30AKｩgｸ齷5ﾘ鋹

〟

万能工具顧徴測定器

表面粗さ測定器

38.6.17儖Xﾖﾂh抦ｮ仂i*
ｩgｸ齷5ﾘ鋹

^(

YZ以

Xｻｸ橙

^(

47.10.30

ｳ47.10.31 堤F｢

YZ以

品名

亢ｸｦ

直示式鋳物砂熱膨張計 傅ﾉ
曝熱試験器

購入年月日

)

傅ﾉ

ｸﾞﾈ

)

ｩ

ｸﾞﾈ

ｴT

2ﾓ

47.ll.20ｩ

ｴﾓﾓ

定電位電解分析装置 冩igｹ

ｸﾞﾈ､

はいじん量測定装置 韮ﾓ#

4249.8.12

メモモーシヨソ測定装置

万能基準硬さ試験棟 冖ｸﾞﾈ

蛍光Ⅹ線分析装置 凉ﾘｧy6Hｴ
CEメーター 白坪5定4

ｩ
ﾔ鮎i

5ﾈ6り6ﾒﾘ5

自動平衡型温度記録計
塗型用噴霧枚ｲ

4^(47.ll.20

ﾈﾂh抦ｮ仂i*

DT5HuE

佗h蟀

7ﾘ

YZ以

^(

YZ以

亢ｸｦ

プリネル硬さ試験機
万能試験機

49.7.31

ｩ8y,9

ｩ8y,9

ｸﾞﾈ

高周波プラズマ分析装置

ｩ8y,9

､Tｳ

ﾓ

b

舒)696

Y

ｲ

53.12.20

4

ｸ6x4

8

DD52ﾓ#UHﾅ

ｴ

dｲﾔ

ｸﾞﾈ

ｩ

ｸﾞﾈ

ｩ

ｲ

uD5

ｩ

ｩ8y,9

484x5

ｩk

ｸﾞﾈ

オシロスコープ

亳Y

ｴU

(4閂ｩ

ｩ

ｲ

Y6H

ｲ

ﾅ

56.9.19ﾅ

57.12.10

58.1.1458.ll.21 梯

ﾔ2ﾓs

ﾅ

58.ll.22

X8

ﾔ鮎hx､4Xｻｸ橙56.10.31

ﾒﾓ

ﾕdｲﾔX5h5Hｴｩgｸ齷5ﾘ鋹

剳竢封ｨ件

bﾓ

ｸﾞﾈ

微小硬度計

53.8,25

56.9.16

ｸ7hx､ﾕ｢ﾓ#小型超低温恒温器

ｸﾞﾈ

ｲ

h88

52.3.30ynﾉｩ

マイクロコンピュータ システムc5

52.3.23

儖Xﾖﾂ

ｸﾞﾈ

ｲ

ｩk

Ⅹ線マイクロアナライザ

ｸ4鑾GFﾂﾔｩ

電動ピッカース硬度計

49.10.28

B

購入年月日

最大荷重3,000k甘Y'YWB

4ｸ484ｲﾘ7H8ﾈ6(4

ﾘ687h

Xｻｸ橙

47.9.8ｲBﾓ9

品名

ｩgｸ齷5ﾘ鋹

e2ﾓG紵

傴ﾈ岔6Hｮﾙ

ｸﾇi￨ｨﾊHﾅ

儖Xﾖﾂ

58.ll.25

2ﾓS

c

ｵ$ﾒﾓ

58.7.29

マイクロロボットムーブ マスタ 倅T顧教鏡試料作成装置一式

(8bﾘ8

ｸ

59.12.26h抦ｮ仂i*

倒立型金属顕微鏡ｨ5(5ﾄUuE

BﾕDﾔR

59.12,26

冷熱衝撃試験機

484x5

侈y%

59ー9.21+ヽ丁一■l .一■･､tJLV.▲･ゝ1‑̲/r･■ヽ一.▲tr'■､L]i̲.I‑･▲r.I ､l p +.ぐ･:TJL‑.1r tl'.●‑･

PHメーター

ﾈ懐6IFyシャルピー衝撃試験機

普通騒音計

ｨ6ﾘ

y,9

ｴ

ﾓ#

ｳ3

ｶvh示ﾒ

ｸ6Е2ﾓ

2

"

53.7.10侈y%54.1,1754.8.20h抦ｮ仂i*^(YZ以

精密低温恒温槽

9wH鯖
ｸﾞﾈ
ｩ
ｲ
54.10.31
ｩgｸ齷5ﾘ鋹
Xｻｸ橙
K‑3473‑D1
剳竢封ｨ件

ストレソメーター

hｻｹ,ｩ

ﾘﾔ鮎dE

分光光

y,9

ｸﾞﾈ

度計

Rﾓ

･Ubﾓ

STメーター (残留ひずみ測定器) 兀

水圧ポソプ

伜)gｹ

X

ジェットエローション 試験棟.

ピソホール探知器

2ﾓsS

ﾞ

延)

ｨ5H5ﾈ5(4Y6H

静電粉体塗̲装装置 傅ﾉnﾉ685ｨ85ifﾘxｩ

CS同時定量装置 兔Hﾙ

ﾄT4

ｲ

C"

皐ｵｨﾊIUx

ﾔ鮎i

ｨ

S

ｷ

ｴ･dRﾓ

EE

ｲ

ﾅ

54.7.14"h抦ｮ仂i*

空気圧実習装置ｨｹ駢ｩ58ﾔ

8韋ﾞﾈﾊHｸh

3"ﾓ

ｩ

ｹ9h

ｨ覈vﾂ

55.7.25

55.8.9
ｩ

侈y%

^(

YZ以

ｲ

ﾈ4

ｴ

ｴ

ｸ7C

｢ﾖﾄ

ﾅ

h抦ｮ仂i*

ｩgｸ齷5ﾘ鋹^(Xｻｸ橙60.12.18

電子天秤

^(

YZ以

H7ﾘ6x怦ｧtdﾒﾓ3b60.7.16

8x4X6

横形マシニソグセソタ 売3H

写真複写機

61.3.31 侈y%61.3.7

NC自動プログラミング 装置

55.10.31h抦ｮ仂i*

YZ以60.12.10

TﾄB

H

ｨｷｸﾞ

ｹW

8

85

X6sC
DTﾕ

2ﾓ

延2
､･

YZ以

60.12.10,

ｴErﾗTBﾓ2

TﾄJC

光学式変位測定界 途坪6剳竢封ｨ件

56.7.30

ｸ韋ﾋ

ループ検力計電気マツフル炉

55.7一17Sc

ｸ7h8ｸ

パーソナルコソピユ‑タ ネットワークシステム一式 辻

54.10.5

55.8.10

ﾈｹ鞅I

59.12.17

全自動分極測定装置 冉ｹ6ﾉ6Hﾔ
浸溝乾湿 複合サイクル試験幾ふcLECO‑CS‑144型

かじり摩耗試験枚

54.9.554.8.10ｵE$2ﾓ#u

2ﾓS

検力器負荷式 応力腐食試験機(4薤5"ﾓc8ﾅ^(

ﾓ

61.1.llc

ﾂ61.6.462.1.10h抦ｮ仂i*

ﾔ

62.1.10DTﾄr

ﾈ

62.7.14

^(

侈r

侈y%

YZ以

品名

亢ｸｦ

購入年月日

金属顕教鏡用照明装置

ｨ8(8ｨ6X6(4パルプ性能試験装置 本体

ｩgｸ怦ｧxﾔ鮎hx｢実流量変位測定器

x4h6(4閂､E4

儖Xﾖﾂ

rﾓCへﾆ

62.12.llﾓcｷ2

ｩgｸ齷5ﾘ鋹

品名62.7.14 侈y%

Xｻｸ橙

^(

YZ以

cNC旋盤

ｨ4

亢ｸｦ
ｸ4

平面研削盤

俛

ｴﾄ##T8ﾅ

ｩ+yﾔ鮎hx･5958ﾔ引ｩ

##

ﾔﾄﾂ

冖

ｸﾞﾈ

ｨ抦ﾞ)

､

Bﾔ

B

63.10.14

ﾗｨｼhx､ﾈuE

スポットエアコソ

ゴム硬度計

ﾓ#

484ﾈ5ﾈﾔ鮎e5T

ｩ8y,9

ｸﾞﾈ

ｩ

B

摩耗テスタ‑

ｨ7H4

6

ｩgｸ5(5ﾈ6x8

振動騒音解析装置

3$ﾔ

R

ｳ#

(4

ｨｮﾙ

ｩgｹ6Hｴ8xｩ

バルブ流体解析CAEシステム ソフトウエア 兔Hﾙ
ハードウエア 舒ﾈ贓,ｨxｩ

ハードウエアｩgｹ6Hｴ8xｩ

ｵ

水中マイクロホソ･溶存酸素計ｴ4bﾓ3c

純水製造装置

ビデオカメラ電磁式膜厚計

2ﾓ塔

7&ﾆV

&R蛻

ｸ6x6h5

閂ｩ

2ﾔン

ﾖ

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ｨ5

ｴ

FVﾃs

WF

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2.1.192.12.25h抦ｮ仂i*

^(

YZ以

ｳ

ｴD

2

ｴE

ｨ6ｨ5(5ﾉｲ鑾ふ$傴ﾈ岔6Hｮﾙ

ｴ蘆ﾔﾓ

ｴ鑾E4

4ﾂﾓ

uHuB

DuへﾈuHuB

ﾂﾓC

2ﾓS

H985(4Y6H

4

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強度‑解析システム 乃ﾕ$8

元.5.16 侈y%ﾕ%ｴdﾅTT蕋

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精密万能投影検元.8.30ｴ蘆ﾔE6ﾂｲHｴ8嶌ｧxﾇhｮﾘxｩ

ドラフトチヤソバー

63.9̲14l

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バルブ設計CAD/CAMシステム ソウトウエア

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3.ll.29

排ガス洗浄装置

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シヨア硬度計

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63.7.28

2

ビデオモニター 傴ﾈ岔6Hｮﾘ蝌ｼi
パーソナルコンピュータ

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元.7.31 剳竢封ｨ件
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Xｻｸ橙

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キヤス試験機ⅩYプロッタ1‑

ｵ4t2ﾓ店ﾅXｻｸ橙侈y%
アナライジソグレコーダ

重金属廃水処理装置

ｩgｸ齷5ﾘ鋹

62.12.5

其円度円筒形状測定器
ロックウェル硬度計

3.ll.15

儖Xﾖﾂ

T8ﾅ
表面粗さ測定器

リフト運搬車ﾙ

購入年月日

2.10.5侈y%2.8.20ﾓR

2.9.142.6.152.12.25
3.2.18#4.1.312

3.3.22

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Xｻｸ橙

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YZ以

ｸ韋ﾋ

ｴ

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6

4.3.24 締

ⅠⅠ依

頼

業

1･依頼試験数および手数料
2･設備使用件数および使用料

務依頼試験数および手数料
手数料

1)3,724,000円

材料試験
(内

510試料
訳)

(977試験)

抗

折

引

60試験

張

327

〟

耐力･降伏点

73

〟

伸

195

〟

び

硬さ(H B)

2)

分析試験
(内

24

〟

そ

45

〝

の

他

126試料(1,012成分)
訳)

ね

ず

鋳

鉄

12

〟

青

物

67

〟

他

30

〟

銅

鋳
の

その他の試験

158試料(266試験)

(内

組

訳)

織

試

験

257試験

その他の試験
4)

副

本

(内

訳)‑

17試料

球状黒鉛鋳鉄

そ

3)

253〟

硬さ(その他)

9

〟

145通
和

文

欧

文

111通
34〟

設備使用件数および使用料
使用料(内624,950円
訳)

オートグラフ(25T)

97回

万能試験数(1 0 0T)

133〝

ブリネル硬度計

117〟

高周波プラズマ85〟

C S同時定量装置

18〝

電子天秤

59〟

そ

の

他

20〟

計

4,348,950円

‑14‑

ⅠⅠⅠ指

導

業

1.技術アドバイザー指導事業
2.一般巡回技術指導

3.簡易巡回技術指導
4.技術相談5.調査

6.技術普及講習会

7.新技術技術者研修
8.出版刊行物

9.生産技術研究会
7‑こJ.一､1･Irl

務ギ●■ tL=7' 式L‑ ■. ･J:̲̲き 5%p ､rT チ:‑'i g< メ 】.LjS 二濁 ;T.Yi L{}i‑ ･域 i:要 で‑Y,守 ̲＼J/; 二三Si: ザ Ji一 ･fJ=′ :.̲漢 ̲1.さ㍗ ㌔学E/ ･■■∴.6‑ 与等 ̲やjr :i‑藍 ∴ ‑i ■ー̲､♪ Y ･‑I̲う +∴ .>*÷.V. ■̲■■±TL :で一芸 ｢}与 +幣■ ち.L̲ lJAi/ ■濁 すー: .丘弓､h 三も +∴ I;当 ;:I),L1 ‑l∵‑ ‑.ふ､ ㌔:カ I.̲t､ 唸耳馼 4 6 485X ｸ轌; 馼ｼb･pTさ､要一照:;UTtS .≡菜鮭賢一を撃キI.鮮蔽≡雛pたわ鼓与〆<=1Ji等 .Lモーl+∴∵二桁､ 謀:妄三つ.‑;鉛.:守;̲^}一二 八:一 ､1等を‑.潔; ご'ジ七へ雛実=:? ;=､tru‑､;lryさ■: づ.1､r‑≡を∴経ニ≡LJ:I∴､■恕≒｣.i‑

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非工業㈱

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剋w導内容

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水道用FCD仕切弁の強度計算法について
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ネギ‑バルブ工業㈱ 儘

ｨ8ﾈ484岳■;.■凍水鉄工所

帝水合金製作所

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水道用バルブに使用する0リソグの耐久性について

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柳井田勝哉

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昭和バルブ製作所 剪瘉ｳ用0リソグみぞの設計について
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中川悟孝

神沢一書

丸尾和好

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中川悟孝

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永井芳治
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水道用地下式消火栓に係る弁体強度計算について

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武田和忠

高圧力を抜く時の管路内の孔食現象について 冩h鯖68

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滋賀カツラ 刄Sムローラ製作工程における切膚､研帝ユ讃明娘と省人､自動化対策についてﾈ岑 ﾘ賈:■.=大鳥製作所
H8ﾈ6(4 域I 云 ﾈ6x8ｸ4鶫 I￨ﾘ,ﾈﾇh蟀̲ｹd , (*(,B 神沢一書

和工業㈱ 儘
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森岡忠美
ﾔ h,ﾈ淤￨x,hﾊH齷:陋ｹ 鞜H, (*(,B I+r 竹下常四郎

丁般巡回技術指導‑1.印刷､工業用各種ゴムロ‑ルの製造に係る特殊加工(W‑リカル､ダイヤカット溝加工)の内削化について･期間平成3年8月7日

指導員㈱京都試作研究所所長中川唐草
指導企業株式会社滋賀カツラ‑2.配管内に組込まれる各種バルブの制御用セソサーの選定および制御方法､制御回路の改良を行い､バルブの高付加価値化を図るo
期間平成4年2月18日.19日

指導員福井大学工学部機械工学科助手高橋善雄
指導企業株式会社昭和バルブ製作所
株式会社清水合金製作所･2‑3.工場内外の騒音､振動等の環境測定を行い､測定結果にもとずき環境保全対策等の検討､改善を行うo
期間平成4年3月20日.21日

指導員県技術アドバイザー高崎秀平

指導企業株式会社角田鉄工
有限会社飛田機工‑15‑

指導班(5企業) 試験研究係長松川進 指導係長樋口英司 主査宮川栄一 主査西川哲郎 主任技師酒井‑昭 3.簡易巡回技術指導 指導対象昭和63年〜平成2年度設備貸与､近代化資金貸付企業 期間平成3年9月13日〜9月30日 指導員長津工業㈱取締役部長丸尾和好 =菱 劔劍 /:l梨 .き.】二二㍍節驚‑ ･や̲. モモ‑‑ ﾘ+ ｲ X 9+(ﾛ ﾒ 捧Thﾚｨ6 8ｸ7Y:靠ﾉ+(ﾛ 8ｮ仂bォ D竰 y7疫ｨ 9 倬i +(ﾛ ﾙOYlﾈ､) ﾙu (ﾛ ｮ仂b ﾒ籐 ﾙOXｽ 8嶌 ｾ ﾙWI i&i+(ﾛ ｮ仂b X ｸｵｨ 淤 N ^( Xｾ 9 佛x. (ﾛ ｮ仂b 定ｵｨ X ｷ俎X ｸ橙

年月日
1̲y

‑電機㈱関西支社田中明仁 指導企業15社(近江金属工業㈱)はか14社)i‑ぷ 4.技術相談.指導 劔剪

.5.21 播ﾕ2ﾄd

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8,i

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3

剩范ｦ

金属材料33

.8%

熱処理技術

俘

4.1%

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劔

9.0% 40.9%

鋳造技術

2

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金属組織

4.7%

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分析技術 防食技術

7 21 剪

機械加工 試験法 鼎B

件数

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剋Q加人員

フアプト株式会社 ̀常務取締役原山義 倡y;hﾘｵｨ

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キヤビテ‑シヨソのメカニズムとそ の活用

8峇鞜B

2 平成2年度技術開発研究費補助事業 にかかる成果普及講習会 樹脂バルブの規格制定の背景とその 対応

1.専門分野別件数 劔劔剳ｽ成3年度研究成果発表会 激動する経済と中小企業の生きる道 今､なぜ樹脂バブルか
項目件数

講師場所

Xﾞ9Wｹzxﾔ鮎hﾘ)9ｩnXｧxﾕ｢

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32 剪

̲.新技術技術者研修 (1)コース名NCプログラミング入門コース 3(2)研修期間および時間数
平成4年2月25日(火)､26日(求)､12時間(3)場所滋賀県立磯械金属工業指導所
64 487 綯R 2 R
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電気(3.3%)その他(4.3%)県外(1.6%) 公共 (5.3%) 劔劔茶B假8ﾗX

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8.出版刊行物
平成2年度業務報告書
SHIGA機工指ニュース

Na41 Na42

9.生産技術研究会
(1)会

長

山崎

春美(昭和バルブ製作所)

幹

事

加藤

光雄(安治川鉄工建設)

清水重信(協和工業)

帝村

直幸(滞村バルブ工業)

北川

松寿(清水工業)松井

繁徳(大日本スクリーソ製造)

松川進(機械金属工業指導所)

浜口浩一(宮部鉄工)西田

書紀(日の本弁工業)

西川

哲郎(機械金属工業指導所)(2)事業概要
ア

技術講習会

イ

工場見学

り

幹事会(総会を含む)

エ

会報発行

4 24 2

回回回回

Ⅳ

研

究

業

務

1. CAEによる低キャビテーショソバルブの開発研究(2)2.パルプ製品の性能に関する研究(キャビテ‑ショソの定量化に関する研究)
3. CAD/CAMシステムによるバルブ加工の合理化･省力化研究

4.自動制御弁の開発研究(既存弁による駆動特性の把握と制御ソフトの基本設計)

TF.･ 1.I.A.IL. ■∴ ‥.1 ･ ; ヰ

CAEによる低キャビテ‑ショソバルブの開発研究(2)
試験研究係

主査

官)rI

栄一

指

主査

西川

哲郎

導

係

まじめに
バタフライ弁が､低開度を中心とする中間開度で､流量および圧力調整に使用される場合､弁体%成長･壊滅するキャビテーションが､住居地域での騒音苦情､下流配管系の壊食等をき起こし､新製品開発上の技術的問題点となっている｡水道関係ユーザーでは､全体の約10%にタフライ弁が使用されているが､浄水場施設では30%以上と使用比率が高く､今漢さらに軽量･
ゴソパクト･低価格の優位性から使用比率が高まることが予想され､今まで以上にキヤビテーショ
ソを抑えた高付加価値バルブが要求されてくる｡
本研究は､特に騒音の発生源となり､また配管系にエロージョソなどの悪影響を及ぼす､オリフイ

ス側下流に発生する亀裂状の｢特異渦キャビテーション｣のエネルギーの分散･低減を図る弁体形状を開発することを目的とし､平成2年度に本研究(1)で考案した､オリフイス噴流の形成を妨害する複数の整流ディスク付き弁体のキャビテーション低減効果を性能試験によって確認した｡
併せて､ CAEシステムを使用した流体解析と､性能試験によるキャビテ‑ショソ発生状況の観察を基に､流体解析結果からキャビテーション発生領域を推定できる解析パラメ‑タの検討を行った結果､渦強度が高く､しかも乱流運動エネルギ‑が異常に高まる領域と高い相関関係にあることが兄い出せたので以下に報告するQ

2.バルブ性能試験装置､涜体解析システム､および実用新案申請
2. 1

バルブ性能試験装置'

試験に使用した設備は､ JIS B 2005‑1987 ｢パルプの容量係数の試験方法1)｣に規定されている試験装置に準拠して製作したものを用いた｡主要部の概要を図1に示す｡

盈=コ立通駁吐出il.3.,,,in主な仕選書蓋警ooA(7.SK, 50A,80A.look,l2SA,lSDA,20OA(10r) 可丸イヒ用アクT}ル書紀℡50A‑200^(7151.lot) '紅二警榔′■in棚マイコンYEY"AC‑50Y3'it害悪.r鯛弁圧だ㌶ .脚圧箪憲一｢両石19,6g 水 有効客 !J(8h6､ﾄﾅ

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図1

バルブ性能試験装置
‑19‑

w

]

2. 2

流体解析システム

バルブ流体解析に使用したシステムは以下のとおりで､これを写真1に示す｡
1･流体解析ソフト
2.,､‑ド本体

米CREARE社

富士通㈱FLUENT/BFC Ver3.02 (差分法)
S‑4/1 16MB

25MHz 15.8MIPS

当システムの構造や解析理論の詳細については､本研
究(1)に示したとおりである｡

2. 3

実用新案申請整流ディスク付き改良弁体は､性能試験によってキャ
ビテ‑ショソ性能の向上が確認できたので､実用新案の申請を行った｡名称はバタフライ弁､出願日は平成3年
7月18日､出願番号は実願平3‑64314であるo

写真1流体解析CAEシステム

3.実験方法3. 1供試弁
3. 1. 1改良前弁体

写真2

新製品開発の改良前弁体として､弁体の中心が軸と一致し､軸が貫通していない､いわゆる非貫通同心型弁体を用いた｡

3. 4

軸非貫通同心型弁体の改良型(整涜ディスク付き)

損失係数試験

次の計算式により算出して求めた｡
3. 1. 2

改良弁体

2g･AH
ミ

改良前弁体の上流･下流側に､外周面が同心円(球)になるように複数の整流穴をあけた大小ディ

ニ

E

:損失係数

v2

AH :弁上流と弁下流の差圧(mH20)

スクを4枚取り付けた弁体を用い､これを写真2に示す｡
. 5

3. 2

一般に用いられているキャビテーション係数(q)を次式により算出して求めた.

H2+ (H.‑H,)q=(Hl‑H2) + (V2/2g)

写真撮影

キャビテーショソ発生状況を観察するのに用いた可視化

キャビテーション係数試験q

水槽を､写真3に示す｡また､キャビテーションの発生状

況を､図2に示す位置から写真撮影し､観察した｡使用し:キャビテ‑ショソ係数

H. : 760mmHg,20℃の大気圧(10.332mfも0)たフイルムは､ FUJI‑NEOPAN 400の黒白フイルムPRE

Hv :その温度における飽和蒸気圧(mH20)

STO､およびFUJトNEOPAN‑SS‑ISO 100/210

感度微粒子/黒白フイルムである｡写真撮影は､暗幕によの高Hl :弁上流圧力(mH20)

HZ :弁下流圧力(mH20)

り周囲からの光を遮断した状態で､ペソタックスおよびニⅤ:流速(m/see)コソ製カメラでストロボを発光させながら行った｡撮影条g:重力加速度(9.80665m/secZ)

写真3

件は図に示すとおりである｡

可視化水槽

rl捷15DLJlアクリルttF'1鈍化能管

3. 3

Cv値試験

下流

竺聖旦←̲

JISの｢バルブの容量係数試験｣に基づく試験結果から､次に示す式により算出して求めた｡(1)カメラCv :Cv値(容量係数)^‑ンI791 (P) :70"
=ユン

C v‑ 1. 167Q

Q

:流量

A P :弁上流と弁下流の差圧
G :流体の比重‑20‑(nl/hr)(kgf/cd)(1)

絞り

オートフォーカス(N) : 5SAtL:

シ†リー1亡'‑ト:

2.

マク

ロレンズ

1/2秒

(2けトロポ発光:1500Hz

図2

105cl
155cl

8
r一

｢

iN

l ltさ65｡.

L三̲｣古さ65cq

キャビテーション現象の写真撮影
‑21‑

一二｣上流

…恥空(D任lgl)

4.結果および考察(4)損失係数(E)4. 1改良弁体の性能試験
4. 1. 1

警1=享保｢

図6に､改良前後の損失係数を示すo開度30%

性能試験による確認

上では､整流ディスクの抵抗が非常に大きいた

整流ディスク付き改良弁体の､キャビテ‑ショソ性能が向上しているかを確認するため､敵前按の弁体について､性能試験装置により次の性能値を求め､比較検討した｡なおこの弁体は､

値は､改良前0･602､改良後3･33であるo

写真でも分かるように､開度30度(33%)において整流ディスクエッジが配管壁に最も接近する.

(5)弁鮮度ごとのRe数とUとの関係

うに設計･試作したため､以下に示す性能値は開度30%を境に性能値が変化している｡

国7､ 8に､改良前後の各開度ごとのRe数と(1)初生半ャビテ‑ショソ係数(q̀)

を示す｡開度30%のqlは､改良前2.67､改良後
2･14､開度100%では､改良前11･8 ､改良後6･10 ‑言;,1‑という結果が得られた｡開度30%以上で改良弁体

では大きくUが低下し､しかも実用域でのUは更に小さくなるため､キャビテーション低減効果
は極めて大きいことが分かった｡

｢7,

図3

芹II吐tヽl

図6

バタフライ弁の損失係数辞との関係を示す｡開度30%以下では､同じRe数でUが大きくなり(差圧が小さい)､ 30%以上.WrJ恥空(D任,,̲,

図3に､改良前後の初生キャビテ〜ショソ係数

脹故め,改良後の亡は大きくなっているo全開での(刊ま小さくなる(差圧が大きい)傾向がみられたoTィスク付■mJ恥S! tロt付■■)

t辞■iA恥̲〜 (ロ針5b)

初生キャビテーション係数

lP

l■l珊

liliw

7tf訟

参考までに､ JIS B 2064の水道用バタフライ弁の解説によると､次の値が示されている｡
2.5くけ:キャビテーションは発生しない

図7

Re数とキャビテーション係数の関係

図8

Re数とキャビテーション係数の関係(6)挽量と差圧の関係(流量特性)

1.5<q<2.5:軽度のキャビテ‑ショソが発生する

図9､ 10に､改良前後の流量と差圧の関係を示す｡開度30%以上で､改良後は同じ流量で差圧0.5<q<1.5:振動が発生するが非常に大きく､中間開度で整流ディスクの抵抗が非常に大きいことを示している｡

q <0.5 :使用を続けるとバルブおよび下流の配管が損傷するo■IFIJ似t DせtlO■ )fJエクサ●甘lT恥JLN (ロ昏l中一)

キャビテ‑ショソの換討として､各弁の許容キャビテーショソ係数げ｡に対して､設計キャビ

テーショソ係数が上回ることが必要であり､改良弁体では開度30%以下の低開度で初生qi自体が2.14以下となっている｡■坪軸心空くロ砂5‑)(2) Cv値

汀 二‑二王I

図4に､改良前後のC v値を示す｡開度30%まl■■

では､改良前とほぼ同じ値を示すが､開度30%〜

図9l●●′一J

Zt

バタフライ弁の流量と差圧の関係

図10

tJ'P

′■d

バタフライ弁の流量と差圧の関係

l‑

Cvq

100%の間では､ 4枚の整流ディスクの抵抗によ

4. 1. 2

1■

可視化水槽でのキャビテーション発生状況の胡察と写真撮影る影響が差圧APに表れてくるため､改良前に比可視化水槽を使用し､キヤビテ‑ショソの発生状況を､開度やRe数を変化させて観察し､同べCv値は大きく下がっている｡全開でのCv値

時に写真撮影を行った｡写真4に､開度30度の時でげを0.25ずつ変えた時の状態と､開度45度の
l

t■

Z*

)

■)

l●

●

Tt

4

4

101

井Ild叫lは､改良前1466､改良後588である｡

図4

バタフライ弁のCv値(3) C v値比(Cv/CvM,a)

抄q血〉空(̲ロ任lSb〕

時での状態を示すoまた､写真5に､開度を30度から90度まで変化させた時の状感を示す｡
しかし､写真撮影では､真上からストロボ光をあてたため､整WLディスクに遮られて､弁体やilFjl

図5に､改良前按のCv値比を示すo改良前と整流ディスクの裏側までストロボ光が届かず､光量不足で鮮明な写真が撮れなかった｡このため､

巾‑

同様､イコールパ‑セント特性を示しているが､今後､弁体の裏側までストロボ光があたるように､開度ごとに2方向の角度からストロボを照射

7℡l■

改良後はリニア直線に按近し､しかも同直線とのする必要があると考えられる｡また､流れ模様を詳細に観察するために､整流ディスクの穴に短cv恥5.
(Cr/Cr■■)

クロス点が低開度側にシフトして､高開度で飽和い紐を取れないよう多数取り付ければ､一層流れ状態が明らかになると考えられる｡:

状態になっていることを示している｡

写真4からは､開度30度でUが0,5の時では､キャビテ‑ショソ気泡は､弁体オリブイス側･
8

18

28

:諺

JO

TJa

弄完.t

図5
‑22‑

tO

lt

al

SB

led

(■

ノズル側丙エッジからの発生が激しく､しかもキャビテ‑ショソほ弁体から下流側のみで発生し､I

バタ7ライ弁のC.値比

上流側の整流ディスク間では全く発生していなかった｡‑23‑

弁開度30度

弁開度45度2

流体解析

研究では次の3つを目的として､流体解析を行ったo
1.解析技術の向上(解析精度と効率化)o.改良前後の解析結果の比較o3.キヤビテーショソ発生領域の推定方法と予測の検討o

2. 1改良前弁体の涜体解析. 2. 1. 1弁体のモデリング

口径0.15 m､開度30度の軸非貫通同心型弁体を1枚の円盤にモデル化し､解析モデルとして定義したoモデ.)ソグ構成要素は､次に示すとおりであるo (モデル名‥BV91A)

一要素名 冽i
Point

3R

Curve

写真4

i

B

要素構成データ数

3座標×135点‑405(座標数)cR

2点×165線‑330(点数)

キャビテーションの発生状況撒長井体)
Surface

オリフイス側下流では､整流ディスクによって､弁体エッジで発生したキャビテーショソ

言I#

4線×121両‑484(線数)

鼎#

1219

気泡は下流の整流ディスク(大)の上流面に沿って中央側へと流れ込むと同時に､整流ディス′■∫′

井関&30まクから下流側では､多数の整流ディスクの穴/∫

q=0.754. 2. 1. 2の効果によって､キャビテーション気泡が微有限差分グリ..Jドの生成

グリッドの形が解析結果に大きく影響を及ぼすため､細に粉砕されて白濁したようになり(霧状の弁舶&40まq=0. 73

キャビテ‑ショソ)､騒音や壊食の主原因と次の3つの基本留患点に注意するとともに､現実に合った精度よい解析結果を得るため､流れに沿ったマッピ

なる配管壁面近くに急速に成長する亀裂状のングを心掛け､特に配管と弁体問の微小隙間の形が歪特異渦キャビテーションの発生は全く起こら

井関止50丘q=0. 77なかった｡

まないように､グリッドを最適化して生成した｡(1) Near Orthgonality(直角に近日(e ≒SX)度)

ノズル側下流では､弁体エッジから下流側(2)Aspect Ratio(縦横比)に向かって亀裂状のキャビテ‑ショソが発生

井関よ60Jl o=1. 16

していることが分かった｡≒ 1 (3倍以内)(3) E町anSion Ratio(広がり比)≦1.8 (3倍以内)生成した総グリッドノード数は､(D51XU)llXtK)23‑12, 903

写真5からは､開度50度以下において､オ
井関aE70&q=1.84

リフイス側でのキャビテーション発生状態はで図11に示す｡

余り変わらなかったが､ノズル側では､開度が大きくなるに従って､亀裂状キャビテ‑ショ

弁阿Zl80よo=2.75

ソ気泡が下流側に移動していることが分かっ

4. 2. 1. 3

図11 Finite‑DifferenceGrid

物理定数

流体は､ 300QKの水として設定したoた｡

1.CONDUCTⅣlTY (熱伝導率) 0.5988
弁的dl90d o=3,68

また､開度が大きくなってくると､ポソプ

2.DENSITY(密度) 998,2

能力の関係から低開度と同じ条件が取れない

3.VISCOSITY(粘度) 1.005E 3ので､開度70度以上では､はっきりとしたキャ

4.SPEC『IC HEAT (比ビテーション気泡の撮影が困難であった｡

写真5

キャビテーションの発生状況

熱) 4182(改良弁体)‑24‑‑25‑

W/m･ oK
kg/m1

pa･S
Jノkg･ oK

4. 2. 1, 4

境界条件

流速は､弁体上流0.15mの入り口で2m/sec､配管壁はOm/sec(non slip)と設定した｡

XI M ‑○'‑TU]IBI ■lI川‑し0‑0‑0‑ 0‑‑a‑誓v I i^一一一Lrd‑JLふ‑ムームーJしんJ Jl

4. 2. 1. 5

解析条件と解析(1)初期解析

FTt:

50

1†【=

500

I ＼ロー8‑a‑ 0 ‑‑0‑Ll‑イト0‑‑a‑ ‑0 ‑ロー〕

1 ･ENERGY‑EQUATION(ェネルギ‑方程式)

Ht=7257

1.OEー5 0vERALL CONVERGENCE TOLERANCE (全収束許容差)
2 ･ VISCOSITY ‑ EQUATION

0(粘度方程式)

1

1

2

i

3

4

6

6

.,叩^,川…岬W

7O RELAXATION PARAMErER(減蓑パラメータ)

3. CONDUCTIVITY ‑ EQUATION(熱伝導度方程式)

いずれのパラメータも大きく振動するよう(質量保存方程式)

計算では､ある一定の値に収束していくこ

図13

O RELAXATION PARAMETER

Ire:looロ

Jl'

BV91A CONVERGENCE CURVElI【=2000に値が上下に変動しているが､それ以降の4. MASS ‑ CONSERVATION ‑ EQUATION

1. 0EAl OVERALL CONVERGENCE TOLERANCE

1TE=3OOOとがよく分かる｡速度の大きさについて､
ITE=4000.1'rIJ･寸,‥‑｢5. ITERATION NUMBER(計算回数)

収束過程をRASTER‑PLOT表示したも20回のを図14に示すとこのことがよく分かる｡(2)収束解析

m=5000

従って､いろんな条件で多くの解析をし2.粘度方程式

たい場合には､特に解析効率(時間)が問摩

0.5 RELAXATION PARAMmER

1IE=6000となり､ ITERATION‑2000前挨(モデル

3.勲伝導度方程式

m=7000やグリッド数によってあらかじめ求めてお0. 5 RELAXATION PARAMETERく)まで解析を繰り返せば､ほぼ最終的な5.計算回数m=7252

結果が得られることが分かる｡

N (ェネルギー方程式､質量保存方程式が収束するまで)
図14(2)解析結果について
4. 2. 1. 6

解析結果

̀▼..､.

r.‑L可.‑‑. ‥一一.+.､､ ーも..̲ 苓耳耳

ﾘ R籘B 而鉗鈔ｲ粐粐 耳

ｲ ■ ■‑▼.. Ill‑+.̲

籀8B粐ﾒ粐闔ｨvH R粐 ﾒ萃罟蓼蓼,hｽb 耳 X耳6x8

ｲ ･9 ‑負 i+ 也 ‑X

MINm4UM VALUE MAmUM VALUE‑1(1) RESⅡ)UAL VALUE(残差)収束曲線

I+"" ＼ ‑ゝ､ ‑､一対一‑. ｸ.

‑2

図12に解析パラメータの収束曲線を示す｡

ｲ

1.VELOCIm MAGNITUDE‑3

収束に最も重要なパラメータであるMASS‑4‑8

図に示すようにITERATION‑500まで急速

‑T

LIR

にRESⅡ)UAL VALUEが下がり､それ以降(速度の大きさ)043.76228

2. U‑VELOCITY(U方向速度)‑8. 833864

27. 33977

3. Ⅴ‑VELOCITY( Ⅴ方向速度)‑ 19. 28385

17. 77798

ーも.ー

‑5

‑ CONSERVATION ‑ EQUATIONでは､Raster PlotofVELOCITY‑MAGN汀UDE

解析の結果､解析パラメータの最大値および最小値は次のとおりである｡

匂4. W‑VELOCITY(W方向速度)‑41. 00817

12. 01349

‑冗
0

2

4

8

8

単位千

5.K.E.OF TURBULENT(乱流運動エネルギー)

071.78002

丁丁卿T TON

最終収束値1.OE 3に収束するまでは､単純

ロ(指数的)に減少することが分かった｡この図

ultL

+

Ultt.

0 1J‑ltL A

唯SS r TETT)∇

作6S

6. PRESSURE(圧力)‑691147. 9

7.VORTICITY MAGNITUDE (渦強度)0から､ある程度繰り返し計算して､ RESIDUAL VALUEの解析途中の値が求まれば､それをグ

8.ViSCOSITY

0 , 001005

ラフ表示することによって､目的とするRESⅡ)UAL VALUEと最終収束時間が予測できる｡今

9. CONDUCrmTY

図12

BV91A‑CONVERGENCE(渦粘度)(熱伝導度)

0. 59884733. 851

57742.00
15. 87529

94838. 1 1

回の最終繰り返し計算数は､ 7252回であった｡ (1回のiTERATIONは5分､解析時間は25.2日)

最終収束時の他のパラメータのRESⅡ)UAL VALUEは､次のとおりである｡
U‑VELOCITY V‑VELOCITY W‑VELOCITY PRESSURE
l.7Eー4

5.1Eー52.2E

4

1.4EL6

また､図13にその時の各解析パラメ‑タの収束状況を示すと､ ITERATION‑2000までは､‑26‑(2)‑1速度ベクトル[J軸スライス](図15 VELOCITY‑VECTORS)

上流からの流体は､どのスライス面でも弁体近くでオリフイス側寄りで分岐し､弁体通過後はJ‑2の配管中央付近で､オリフイス側･ノズル側ともに噴流コアを形成するように､配管壁に沿っ‑27‑

て激しく下流側‑噴き出し､特にオリブイス側では中心部分‑と噴き出している｡また､オリフィ

ス側弁体エッジのすぐ裏側では､小さな渦を形成している｡[K軸スライス](図17 VELOCm‑VECTORS)ォリフイス側(班‑2)では､集中して配管中央側に激しく流れ込む様子が如実にでており､ましかし､ J‑4からJ‑10へと配管壁に近づくにつれ､弁体のすぐ下流で大きな渦が形成される

ようになり､次第に逆流が主流となり､ ∫‑10の配管壁付近では激しく逆流して､オリフイス側
弁体エッジ部に流れ込んでいる｡また､弁体1.5D下流付近の中央は､速度の大きさが小さい､さに噴流を形成していることを示している｡この激しい流れの影響で､配管壁付近では逆流しな
がらこの流れに巻き込まれるように渦まいているo
ノズル側(K‑21)では､オリフイス側のような集中した流れは見られないものの､激しく下流

戸

いわゆる停滞領域ができている｡"へ向きをほとんど変えずに流れている｡[ Ⅰ軸スライス](図16 VELOCm‑VmORS)(2ト2速度の大きさのプロファイル(図18 PROFnES OF VELOCITY‑MAGNrrUDE)

弁体上流(Ⅰ‑10)のオリフイス側よりで､流体が配管との隙間に向かって分岐していることがオリフイス側･ノズル側で速度成分が大きいことを示し､中央部分は小さく､流れが停滞してはっきりと分かり､弁体通過中(I‑ll‑14)では､オリフイス側は外側中心に向かって激しく流いることを示す｡

れている｡弁体通過後(I‑16以降)は､中心がオリフイス側からノズル側に向かった̲2つの大きな渦が形成され､渦の中心がだんだんとオリフイス側に移動しながら､次第に消滅している｡(2) ‑3速度の大きさ(図19 RASTER PLOT OF VELOCITY‑MAGNITUDE)[J軸スライス]J‑2からJ‑4の中央部分では､オリフイス側･ノズル側とも配管と弁体の隙間から､激しく噴き出している領域で大きな値を示す一方､ J‑4からJ‑7の中間部では､弁体のすぐ裏側で速度は

J

=

J

= lヨ

)一

図17

1

tI

U, VVelocityVectors
J‑

T

L P [fj

JI

J

8

=

4

1315. f=32. 1=4O
T=45.

@15

図16

U,W Vdocity Vectors‑28‑

Velocity Vectors

図18

Ⅰ=JI8,

Ⅰ=51

ProfilesofVELOClTY‑MAGNITUDE

図19

129‑

J

=

=jl

.F

= ;〜

RasterPLotofVELOCITY‑MAGNITUDE

0小さくなっている｡また､ J‑8からJ‑10と配管壁唖づくと逆流が増してくるため､再び速度(2)‑5乱流運動エネルギー

分布が大きくなっている｡[J軸スライス](図22 RASTER PLOT OF K･E･ ‑0トTURBULENT)∫‑2からJ‑4の配管中央付近では､オリフイス側･ノズル側の両弁体エッジからその下流領域(2)‑4渦強度[J軸スライス](図20 RASTER PLOT OF VORTICITY MAGNITUDE)

い軸のスライス面においても､流れが下流に激しく噴‑るオリフイス側･ノズル側両弁体
エッジから下流にか桝､渦強度が大きく高まっているo特に配管中央部分(J‑2からJ‑4)で高と､オリフイス側下流の1‑1･5 Dの配管壁付近を中心とするの3つの領域で異常に高まっているo ∫‑5からJ‑10‑と配管壁に近づくにつれそのエネルギーも弱まり､弁体エッジ部分を除き小さくなっている｡

く､下流中央付近では､逆に渦強度が小さい領域となっている｡[ I軸スライス](図23 RASTER PLOT OF K･E･‑OF‑TURBULENT)[ Ⅰ軸スライス](図21 RASTER PLOT OF VORTJCITY MAGNITU拡)

弁体通過鮒‑16以降)のオリフイス側･ノズル側の配管壁唖った軸で､帯批渦強度が

弁体通過後から､オリフイス側･ノズル側の流れが激しく噴き出している､配管に沿った細長い領域で異常に高まっている様子がよく出ており､ Ⅰ‑38付近で､高まる領域がオリブイス側壁

面で集中していることが分かり､配管中央部分は高まらないことが分かる｡

高く､中央部分は小さくなっている｡

図20 RasterPlotofVORTJCITY‑MAGMTUDE図2‑ RasterPfotofVORTJCrTY‑MAGNITUDE
図22 RasterPlotofK･E･ ‑OF‑TURB･

図23 RasterPlotofK.E. ‑0トTURB.

‑30‑
‑31‑

4. 3. 2(2)‑6圧力(図24 RASTER PLOT OF PRESSURES)

オリフイス側の弁体エッジのすぐ裏側の領域と､弁体から0‑1.5D下流の中央部分に､大きな領域で圧力が低下する部分ができており､その額域から下流では､徐々に圧力が回復している様

改良弁体の涜体解析

4. 3. 2. 1

弁体のモデリング

昨年度､本研究で考案･試作した整流ディスク付き改良弁体(写真1)の形状をそのまま忠実にモデリソグすることは､入力データが膨大となり､しかも定義作業が複雑で作業が困難を極める｡

子が分かる｡

まを､オリフイス側弁体エッジの下流の配管壁近くで､圧力が少し高まる領域が見られるo

従って､キャビテーショソに最も影響を与えるオリフイス噴流を軽減･消滅させるという整流穴の効果を見るのに最小限の形に改良弁体を単純化した｡口径0.15m､閑度は改良前弁体と同じ30度であるが､整流ディスク大の穴は6個､整流ディスク小の穴は4個に減らしてモデリソグした｡(2) ‑7渦粘度(図25 RASTER PLOT OF VISCOSITY)

渦粘度(および熱伝導度)については､昨年の解析結果では､キャビテーションの発生領域とか

しかしそれでも､モデ[)ソグにあたって､整流ディスクをINTERIOR REGION(流体が通過なり相関関係が高いという結果が得られているが､最終的な収束結果では､弁体下流2 D付近をしない流体内部の領域)としての定義が必要で､かなり複雑なモデルとならざるをえない｡その中心とした､中央部分のかなり広い領域で高まるという結果が得られている｡

ため､線や面の定義､およびINTERIOR REGIONの境界マッピソグ中にソフト上のエラーが頻

掛こ､ U方向流れが小さいか､逆方向になっている領域(停滞領域に近い)で､渦粘度が擾端に繁に発生し､プリソフトを開発メーカーで改造してもらうことで対応した｡エラーの主な原困は､
アプリケーショソインストール時の使用可能メモリ領域が小さすぎたこと､今回のようなビッグ

高くなる頼向がみられる｡

モデルを定義する領域設定が小さすぎたこと､および定義配列やHASH TABLEが小さかったことであった｡

整流ディスク付き弁体のモデ1)ソグ構成要素は､次め表のとおりであり､全て形状を定義するのに約33万回のキー入力(約3か月)を必要とした｡ (モデル名: BV91Z)

要素名

冽i

i

B

要素構成デ‑タ数

Point

cc

3座標×1660点‑4980(座標数)

Curve

鼎C3r

2点×4437線‑8874(点数)Surface

鼎S

4線×4050面‑16200(線数)計

4. 3. 2. 2

Cr

30054

有限差分グリッドの生成

改良前弁体と同じく精度良い解析結果を得るため､

特に配管と弁体との微小隙間や整流ディスク部分の教小隙間を､歪みがなく､しかも極力広くとるようにグリッドを最適化した｡整流ディスクの穴の部分
は､基本的に(i)3 ×U)3 ×(J')3(整流ディスク大の2穴のみ(∫)3×U)3×(汰)2)とした｡総グリッドノー
ド数は､臼)66×U)21×(汰)41‑･56, 826である｡作成した有限差分グリッドを図26､訂､ 28
に示す｡

図24

図25

Raster Plot of Pressures‑32‑

Raster Plotof VLSCOSITY

図26

Finite‑Difference Grid

図27

‑33‑

Finite‑ Difference Grid(弁体部分)

4･ 3･ 2･ 3

物理定数

改良前弁体(整流ディスクなし弁体)と同一値を使用しかるoこのため､これ以上のITERATIONは中止し､最終結果として出力した｡ (解析時間は48.

た｡

6日)

最終収束時の他のパラメータのRESⅡ)UAL VALUEは次のとおりである｡
4･ 3･ 2. 4

境界条件

U‑VELOCITY

改良前弁体(整流ディスクなし弁体)と同一条件を使用

2･5E【2

V‑VELOC汀Y
8･2El

W‑VELOCITY
1.2E‑3

PRESSURE
2.4E‑4した｡

また､図30に解析時のCPU‑STATUS(PERFORMANCE METER)を示しているが､ほと
4･ 3･ 2. 5

んどフルにマシンが稼働していること

解析条件が分かり､非常に大きなモデルを解析

改良前弁体(整流ディスクなし弁体)と同一条件を使用する場合､解析時間が解析マシソの能した｡

力に大きく依存(制約)していることを示している｡
4･ 3･ 2･ 6

図30

解析中のCPU‑STATUS

解析結果について(2)解析結果

解析の結果､解析パラメータの最大値および最小値は次のとおりである｡(2ト1速度ベクトル(図3l VELOCITY VECTORS)
図28

MINIMUM VALUE

1 ･ VmOCITY MAGNITUDE
0[J軸スライス]93.86411

21 UIVELOCITY‑28. 68086

3. V‑VELOCITY‑20. 64536

77. 55695

4 I W‑VELOCITY

0

るoこの噴き出した流れは､巻き込むように下流の大小整流ディスク間に流365. 0745
1145330

7 ･ VORTICITY MAGNITUDE

0938021. 7

0.001005

9 , CONDUCTrVTTY

0.5988

ル側のみ激しく下流側へ噴き出してい77.31783‑ 1013722

8. VISCOSITY

改良前弁体と流れの様子が大きく異なり､ J‑2の配管中央部分では､ノズ

38. 01174‑58. 68756

5･K･E･OF TURBULENT
6. PRESSURE

Finite‑Difference Grid

MAXIMUM VALUE

11. 93697

71189.97

れ込み逆流域を形成している｡ J‑8からJ‑10のオリフイス側では渦が形成され､その渦はJ‑12からJ‑16と配管に近づくにつれ､ノズル側への流れ込みとなっている｡ ∫‑18からJ‑20の配(1) RESⅡ)U瓜Ⅴ瓜UE(残差)収束曲線

管壁付近では､弁体のオリフイス側か

MASS‑CONSERVATION‑EQUATIONでは､図29に示すようにiTERATION‑200までら極めて激しい噴き出しがみられる｡

はRESIDU瓜VALUEの収束が大きくばらつくが､それ以降ほぼ安定して減少している｡しまた､ J‑8からJ‑18の弁体から2D下流付近で停滞領域ができている｡

かし､総グリッド数が非常に多い
ことから､ 1回のITERATIONに約40分かかるため収束は遅く､
RtJSIDUAL月N[ Ⅰ軸スライス](図32 VELOCITYⅥ≡CrORS )ITERATION ‑ 1750でのRESIDUAL VALUEは2･OE‑1である｡

Ⅰ=23の弁体のすぐ上流では､改良

ところが､速度ベクトルの主成分

前弁体と同様オリフイス側で流れが分であるU速度のRESIDUAL VA

岐しており､ノズル側‑の流れが多い｡

LUEは2･5E 2と収束が進んでおⅠ=30の弁体のすぐ下流の整流ディス
ク(大)間では､弁体中心部分でオリフイ

り､最終的な結果に近いことが分

図29

BV91トCONVERGENCE

ス側からノズル側‑と流れている他､

図31 Vel∝ity Vectors

ー34‑

‑35‑

･*専尊書複雑に渦巻いている｡ I‑37の大小整流ディスク間
では､ J軸スライスと同様､ノズル側から整流ディスク間への流れ込みがはっきりあらわれ､オリフイ

ス側‑と逆流している｡大小整流ディスク通過後は､2つの大きな渦流となり､渦の中心が改良前弁体のようなオリフイス側‑の移動は見られず､次第に消滅している｡[K軸スライス](図33 VELOCITY VECrORS)

改良前弁体のオリフイス側･ノズル側流れとは全く逆の流れ模様を示している｡すなわち､ K‑2のオリフイス側では､方向を余り変えず下流へ噴出しており､ノズル側では､逆に改良前のオリフイス側の流れのように､配管中央に向かって集中している｡

図32

VelocJ'ty Vectors

喜一一･
rrJ‑一一√一一 .‑.‑,I‑. ■ ■ ■■■■■.‑ .〜(.̲. 三LI三品盲点1= 劔.''<‑, 勍d 舶

ﾕ ｦｨ

ｲ罟

図35

図36

Raster PlotofVORTICITY‑

t迫" 峰ﾄRaster plot of VORTICll7‑

MAGNITUDEMAGNITUDE(2)‑3渦強度

襄[ J軸スライス](図35 RASTER PLOT OF VORTICITY MAGNITUDE)‑.IL･p1㌔…,̲≡‑‑A‑‑ど‑‑■一■ー▲■ー"ら白劔.̲‑I一一..ーJ‑一一･.一‑

ｨ耳耳耳耳

ｸ

ﾇ

&ﾄ

苻拑?

?

改良前弁体の結果とほぼ同じく､流れが激しく噴出している額域で渦強度が高まっているが､ﾔ討

整流ディスク内部および穴の部分でも渦強度が高まっている｡また､ J‑18からJ‑20の配管壁近図33

くでは､かなりの領域にわたって高くなっており､流れの噴き出しと速度の大きさに依存した結U,VVelocity Vecbrs

果となっている｡(2)‑2速度の大きさ(図34 RASTER PLOT OF
VELOCITY)[ Ⅰ軸スライス](図36 RASTER PLOT OF VORTICITy MAGNITUDE)[J軸スライス]

弁体通過後(I‑30以降)のオリフイス側･ノズル側の隙間部分､および弁体･各整流ディスク

速度ベクトルでも見られたように､ ∫‑2の弁体ノ表面(Ⅰ‑ll,18,25,32,39)で高まっている様子がはっきりとでており､下流に行くに従ってオリズル側エッジからの激しい噴き出し部分で､大きなフイス側の高まる額域は消滅するが､ノズル側で高まる領域が残っている｡

速度の値を示し､またJ‑20のオリフイス側からの垂削､流れが見られる部分で､大きくなっている.ま(2)‑4乱流運動エネルギー

た､ J=8からJ‑20の弁体から2 D下流付近の領域[J軸スライス](図37 RASTER PLOT OF K.E, ‑OF‑TURBULENT)

では､流体がほとんど流れない停滞領域がはっきり

J‑2からJ‑4の配管中央部分では､改良前とは全く正反対にノズル側弁体エッジから下流に激と出ている｡

しく流れが噴き出す領域と､弁体のオリフイス側のすぐ下流の整流ディスク(大)の問で異常に高まる領域がある｡
図34

Raster PJotof VELOCITY‑MAGNITUDE
ー36‑

また､ ∫‑18からJ‑20の配管壁付近でも､弁体のオリフイス側下流と弁体上流部で高まっている｡‑37‑

叩=｢ せ#喝潜(a)i‑f小oU覧宴?∴Eムーij･音 LD騒

山ロコ1lN5日∑

SLO+Ua^>十!｡OLa^

図37

RasterprotofK･E. ‑0トTURB.

図38^トHUO｣山).

山口nlfN5日∑]1fSD3SJ^ゝ1iUiトt]O^

Raster pfotofK.E:OFITURB.
fj'H

N=r 堆#提唱宙(V)

図39

Raster PJotofPRESSURE
図40

‑38‑

Raster PJotofVISCOSrTY

[ Ⅰ軸スライス](図38 RASTER PLOT OF K.E, ‑OF‑TURBULENT)

Ⅰ‑23の弁体のすく･上流の特定部分で､集中的に高まる領域が見られる｡また､弁体下流では､
I‑30の弁体と整流ディスク(大)間と､オリフイス側･ノズル側下流の3つの額域で高まっている｡しかし､整流ディスク(大)より下流の部分では､専らノズル側の配管中央部分で高まっている｡(2) ‑5圧力(図39 RASTER PLOT OF PRESSURE)

いずれのスライス部分においても同じ頼向が見られ､弁体上流の整流ディスク(大)を通過してから圧力が徐々に下がり始め､弁体を通過後､極端に圧力低下している｡特に弁体のオリブイス
側エッジのすく･裏側に最低と思われる部分が見られ､整流ディスク内領域でしばらく低圧部が続いたあと､その下流では徐々に回復している様子が出ている｡(2) ‑6渦粘度(図40 RASTER PLOT OF VISCOSI¶)

渦粘度(および熟伝導度)については､弁体から2 D下流付近中央の速度が小さい､かなり広い領域で高くなっている｡整流ディスクを含めた弁体部では､高くなる領域はほとんど見られない｡
4. 3. 3

キャビテーション発生領域との相関関係(1)改良前弁体
図41‑(A)に改良前弁体のキャビテ‑ショソが発生している写真と､ J‑2の各解析パラメータの計算結果を示す｡

これらの結果から､弁体両エッジから下流にかけて発生するキャビテ〜ショソ､およびオ1)フイ

ス側の1‑1.5D下流付近の配管壁で､縦に付着するような亀裂状の特異渦キャビチ‑ショソが急成長･壊滅する3つの領域とほぼ一致した領域で､乱流運動エネルギーが異常に高まっている
ことが分かった｡またこの領域では､速度が大きく､しかも渦強度が大きく高まっているとともに､弁体下流中央で一旦下がった圧力が､勾酉己を持って回復する領域とも一致している｡さらに､

2 D下流中央部分を中心とする速度最小､渦粘度最大となる停滞領域がキャビテーションが下流に移動するのを妨げていると考えられる(その前で発生し易くしている)0
図42‑(A)に､オリフイス側の1.5D下流付近の､最もキャビテーションが激しいと思われる領域の各解析パラメータをⅠ軸スライス(i‑38)で示す.この国からは､キャビテ‑ショソが発生しているオリフイス側の領域では､激しい2つの渦を形成しているため､速度勾配が大きく渦強度が大きい｡同時に乱涜運動エネルギーが高まり圧力勾配があるoまた速度が小さく渦粘度が高くなる領域が配管中央部分に見られる｡
このことから､キヤビテーショソ発生領域では､渦の発生に伴って速度勾配を生じ､英断力が異常に高まっているため渦強度､乱流運動エネルギーが異常に高まると考えられる｡いずれの解
析パラメータともキャビテーション発生領域と相当高い相関関係を兄い出すことができる｡(2)改良弁体(整流ディスク付き)
図41‑(B)に改良弁体のキャビテーショソが発生している写真と､ J‑3の各解析パラメータの計算結果を示す｡‑39‑

これらの結果から､改良前弁体の解析結果と全く同様､
弁体両エッジ､特にノズル側から下男にかけて発生するキャビ‑ショソ､および弁体オリフイス側エッジから整流ディスク(天職‥■‑','ー‑L'u"‑rJ

大きく渦粘度は小さいo
このことから､キャビテーション発生領域では改良前とほぼ同様､速度の大きさ､渦強度､乱｢‡発生するキャビ‑ショソとはは‑した領域で､乱渦動エネルギーが異靴高まっているさ流運動エネルギー､圧力の解析パラメータと高い相関関係を兄い出すことができるo

またこの領域では速度が大きく､しかも渦強度が異常に高まっているとともに､圧力が職
'

1V

,

ーI

ry

L

t‑

U

I‑ヽ

FL/JJJ.ltiJ甥

配を持っている領域とも‑致しているoさらに､速度最小､渦粘度長大となる関原域がキャ(3)キャビテーション発生領域の推定(予測)チ‑ショソが下流鴫動するのを‑ているのも改良前の結果と同じであるQ

改良前後のキャビテーショソ発生領域と解軒もこと尭̲‑rl̲7席⊥4, .

̲. ̲

ーー

'ー

‑

‑

I‑′

V

■

̲､

′‑

､

㊨‑･一‑‑‑

ソ領域の各解析ノ

ラータをⅠ軸スライス(Ⅰ‑30)で示すoこの図からは､キャビトショ
ラータをⅠ軸スライス(Ⅰ‑30)で示すoこの図からは､キャビトショソが発生しているパラメ‑一夕を模式的に表すと図43のように

額紳士､渦強度が異常に大きく､乱流運動エネルギーが高まっている｡また

なる｡

ー'

伝心1▲̲‑.

l

L

･.1竺∴

(I.F. (......,.,,'Z'Sb I.I

析結果を総合して､相関関係があると思われU

図42‑(B)に､ノズル側エッジからの下‑大きく発生するキャビトショ
t▲t■■

I/ヽ'つ【

′

lJ

JJTVI

一･〜‑･

l

､r̲̲‥̲i.

I..̲鷲:lI'‑l ‑Il

FE‑ ‑ ‑頑';I,･t:t露,,:･5･L,5lL ,5･ I.･(1)および(2)の相関関係考察結果から､渦⑳･･rh･.‑･の発生状況､速度の大きさと速度勾配､渦強￠動‑.･,‑‑‑,1･度､乱流運動エネルギー､圧力回復勾配､渦粘度の各パラメータが､キャビテーション発
VeLocITy Vec+ors⑳･r･‑‑･･

生に大きく関与していることがはっきり分かっeい････‑.

顔 =‑一帖‑.

G)･. ･.i '盛

た｡つまり､速度が大きくて渦の発生し易い..メ F.盛.!̲

額域では､速度勾配が大きいため努断力が異̲ l
珍‑t･一一･.‑･(′砂‑･･p･･.‑A.･‑

常に増し､渦強度,乱流運動エネルギーが高VELOCHY‑MRGNHUOE

まる｡このような領域でキャビテ‑ショソのH･).Tq,衝き.I.:‑SfZ如二‡■ltL lヽ助l

発生する確率が高くなると考えられる｡しか㊨‑I‑･･‑･t◎‑･‑⑳‑.‑‑ ･,･･

も流体の流れが停滞する鎖域があれば､それ

VORTICITY‑MRGN]TUDE

以上キャビテ〜ショソ発生帯域は下流に流さ.'巨,‑獲TI‑二j

れないことも分かった｡⑳･･.･一･･‑･･

このことから､流体解析により､そのモデ

ルにおけるキャビテーショソ発生領域の予測唾)‑･･4‑･(A)改良前弁体

図43㊨..r･‑‑‑L･.

噂;3)‑‑‑･･(B)改良升体

キャビテーションと解析パラメータの相関関係が高い確率で可能と思われる｡
I(,E.‑DF‑TUREL

4. 3. 4二次元モデルの流休解析･[(yP,l∴J ･ ∴4. 3. 4. 1弁体のモデリング

三次元モデルは､流れを忠実にシミュレーショソするには理想的であるが､形状定義が複雑とPRESSUREなり､しかもモデルデータの入力に相当の時間を費やすoまた､生成される総グリッド数が膨大となるため､解析時間がかかり過ぎて効率的でない｡つまり､質量保存方程式のRESⅡ)UAL V
ALUEを1.OE 3まで収束計算させる場合､改良弁体の例では､約半年かかると思われる｡

これに反して二次元モデルでは､整流ディスク付き改良弁体をかなり細かく定義しても､総グ
VrSCOSfTY

リッド数をさほど増やさずに解析できて､しかも解析時間が短い｡つまり､二次元モデルの場合､複雑形状の場合や､遮蔽物･突起物の影響をみたり､頻繁な形状修正によるシミュレーションに大変有利である｡

今回のモデリング形状は､三次元解析で流れの変化やキャビテーション発生への影響があまり(A)改良前弁体Ⅰ‑38

図42(B)改良弁体Ⅰ‑30

キャビテーション発生領域の解析パラメータ

見られなかった上流側の整流ディスク(大･小)を省略して行った｡
口径0.15 m､開度は∽度､ディスク大の穴は8個､ディスク小の穴は5個とした｡

モデリソグ構成要素は､次の蓑のとおりである｡ (モデル名:BV92Y)
ー40‑

‑41‑

(.T 々 ? T P T T(1)収束条件と各解析パラメータの収束状況

要素名
Point

冽i
cb

i

B

要素構成データ数■二二卜M.‑.‑‑*‑‑.‑‑N一一一‑‑1‑‑‑廿.一､.一.

MASS ‑ CONSERVATION ‑ EQUATIONの+. ‑. 1.‑ .,‑+.̲汁‑.一 一.廿 ■‑●,RESⅡ)UAL VALUEは､グリッド数が少ないた

2座標×366点‑732(座標数)I,.◆p.‑..◆...†､,.‑一.‑+.‑‑,､.,..‑.+̲.̲.. ■‑7‑‑L一〇.A‑.‑ト...一‑...+:〇二め､非常に早く減少し､ ITERATION‑2430で
Curve

3r

2点×337線‑674(点数)1.OE 3に最終収束した｡ (1回のITERATIONは
計

都

2

1406

30秒､解析時間は20時間)

lt

各解析パラメータのRESⅡ)UAL VAl,UEの収4. 3. 4. 2

束状況は､図46のとおりであり､最終収束時の他

有限差分グリッドの生成

2

1T恥TICPI
O U‑LJ:し図46+…L O FYESS▲TErP X rF6S

BV92Y‑CONVERGENCEのパラメータのRESⅡ)UAL VALUEは次のとおりである｡

弁体や整流ディスク付近の微小隙間を

U‑VELOCITY V‑VELOCITY PRESSURE

広くとるように､グリッドを最適化して

生成した｡

l.1E1

3.7E

5

5.1E

B

総グリッドノード数は､ α)81×U)6
YORTl〔l11‑HFlbNJlUt)亡

1‑4,941である｡作成した有限差
図44

Finite‑Difference Grid 2D Domain

分グリッドを図44､ 45に示す｡･V4

4. 3, 4. 3

4.3

3S

32

14

YELOClTY‑HRGNHUDE

2/

物理定数

u‑VELO⊂lTY

三次元解析と同一値を使用した｡
v‑yELOClrY

4. 3. 4. 4境界条件

三次元解析と同一条件を使用した.

4. 3. 4. 5

K,亡‑OF‑TuflB

PRESSURE

解析条件

三次元解析と同一条件を使用した｡

図45

Finite‑Difference Grid 2D Domain
VJSCtJSHI4. 3. 4. 6

解析結果

解析の結果､解析パラメータの最大値および最小値は次のとおりである｡
MINMUM VALUECONDU〔TlVHY

MAXMUM VALUE
図47

1. VELOCITY MAGNITUDE
2 , U‑VELOCITY

0‑3 , 982004

3. V‑ VELOCrrY‑10.20389

4 , STREM FUNCTION‑49.53440

5.冗.E.OF TURBULENT

6. PRESSURE

0‑371964.9

7. VORTImY MAGNITUDE

0 , 0187549

8. VISCOSITY

0.001(泊59. CONDUCTmTY

0. 5988

Velocity Vectors 2D Domain

図48

Raster Plot2D Domain

24.27511
24. 27498(2)解析結果

16. 63286(2)‑1速度ベクトル(図47 VELOCITY VECTORS)

299.4611

30. 233226
3158. 389
32204. 59
18. 68872

111646.3

上流からの流体は､弁体のオリフイス側寄りで分岐して両エッジへと涜れ込み､配管との隙間
から下流へ激しく噴き出している｡
オリフイス側では､下流整流ディスク部(大)に激しくぶつかり､ディスク上流側の面に沿って

ノズル側‑と流れている｡大小整流ディスク間では下流からの逆流がみられ､整流ディスク部(小)ではいずれの穴も逆流となっている｡

ノズル側では､弁体通過按は遮蔽するものがなく､配管下流へと激しく流れている｡
整流ディスクを過ぎた後は､ 2つの大きな渦を形成している｡二次元であるため三次元解析結果で見られたようなノズル側下流の中央に向かった流れは見られない0

‑42‑

‑43‑

(2)‑2速度の大きさ(図48 RASTER PLOT OF VELOCITY MAGNITUDE,U‑ ,Ⅴ‑)

弁体オリブイス側エッジから整流ディスク(大)間に流れ込む部分､および弁体ノズル側エッジ

から下流‑の激しい噴き出し部分で､大きな速度を示している｡また､整流ディスク(小)ェッジ

7.

VORTICITYMAGNITUDE

O

289451.

8. VISCOSITY

9.

CONDUCTIVITY

0. 001005

0.

5988

7

80. 87677

483175.

5部から下流に向かって､速度がほぼ0となる2つの縞状の領域が形成され､速度ベクトルで示たU方向流れでは､この領域を囲むように逆流となる領域ができている｡

4, 4. 2(2) 13た｡繰り返し計算数は､ 1000回まで行った｡ (1回のITERATIONは5分､解析時間は3.5日)

改良前弁休､ SUCTION(吸い込み)(モデル･名: BV91AMSUC)

先に述べた改良前弁体について､出口の境界条件をOm/secから2m/secに変更して解析を行っ
渦強度(図48 RAS′IER PLOT OF VORTICITY MAGNITUDE)

三次元解析とほぼ同じ領域で渦強度が高くなっている｡また整流ディスク(大)の回りで高くなっ解析の結果､解析パラメータの最大値および最小値は次のとおりであるoている｡

加ⅢNTMUM VALUEMAX刀MUM VALUE

0

42. 87351

1. VELOCITY MAGNITUDE(2) ‑4

乱流運動エネルギーー(図48 RASTER PLOT OF K.E∴OF‑TURBULENT)

オ1)フイス側およびノズル側ともに三次元解析の結果とほぼ同じ3つの領域で異常に高まって

2. UIVmOCITY
3. Ⅴ‑VELOCITY

5.K ,E.OF TURBULENT(2)‑56. PRESSURE

圧力(図48 RASTER PLO十〇F PRESSURE)

三次元解析の結果とほぼ同様の結果が得られており､弁体を通過後､オリフイス側エッジの裏

27.01818‑21. 13939

15.31921‑40. 17255

4. W‑VELOCITY

いるQ‑31. 679844

0‑591144. 1

7. VORTICITY MAGNITUDE

0

側に最低部があり､整流ディスクより下流でしばらく低圧部が続いたあと､その下流では徐々に

8. VISCOSITY

0.001005

回復しているo

9. CONDUCTnJrrY

0. 5988(2)‑6

11.54432
123.8133
4621. 243
56569. 31
14. 70134
87824. 59

5 ,三次元流体解析結果の可視化

渦粘度(図48 RASTER PLOT OF VISCOSITY)

高まる領域が少しずれる程度で､三次元解析とほぼ同様の結果が得られている｡

5. 1

CGアニメーション化の必要性

約1万グリッドの三次元流体解析の結果で得られるデータ量は､ A4用続で295枚にものぼり､(2) ‑7これに基づいて計算結果を検討することは不可能である｡また､通常ポストプロセッサはディス

熱伝導度(図48 RASTER PLOT OF VISCOSITY)

プレイによる静止画二次元表示であり､結果の正確な把握に乏しく充分な議論ができない｡

渦粘度とほぼ同様の結果が得られている｡

ここに数値計算結果のCGアニメ‑ショソ化の必要性が生じるo流体解析で得られた三次元結
4. 4

果を動画にすれば､ダイナミックに変化する現象を的確に表示するので､流れの基本的性質を直その他の解析結果

感的に把握できるため､流れの現象や複雑な構造がわかり易く､定性的解析技術の重要な手段と4. 4. 1改良前弁休､涜速10m/see(モデル名:BV91AS)

先に述べた改良前弁体について､入り口の境界条件を2m/secから10m/secに変更して解析を行った｡最終繰り返し計算数は､ 7154回であった｡ ( 1回のITERATIONは5分､解析時間は24.

解析の結果､解析パラメータの最大値および最小値は次のとおりである｡
MINuUM VALUE

2. U‑VELOCITY
3. V‑VELOCITY

4. W‑VELOCITY
5,K.E.OF TURBULENT
6. PRESSURE

また､ EWSの最近の進歩(グラフィック棟能の向上､計算スピードアップ)により､膨大な解析データを動く映像として表示することが可能となり､利用環境が整ってきている｡

8日)

1. VELOCITY MAGNITUDE

なって､説得力が増す｡

0‑45.08131‑97. 92923‑205. 5668
0

‑ 17351000‑44‑

MAXMUM VALUE

ところで､通常アニメ‑ショソ化する場合､次の2つの目的が考えられるが､当研究においては当然(1)が主目的である｡

219.3735(1)純粋に計算された流れ場を学問的に直感的把握し､現象を検討して理解を深めるoこのた

137.4559

めには正確な解析結果を求めておく必要がある｡

88 , 77246(2)プレゼンテ‑ショソ用として､アニメーショソによるイソパクト効果を狙うもの｡これ位

60.67391

はある程度先進性や見栄え､美しきが要求され､同時にBGMや説明テロップの表示が必要とな

1522.433

り､多少の誇張やデー一夕の省略もやむを得ないo118966.6

‑45‑

5. 2

アニメーション化の手法

ギ一､圧力､渦粘度)を解析することにより､高い確率でキャビテーション発生領域を予測できるアニメーション化に用いる動画を作成する場合､テレビ画面では1秒間に数枚〜30枚の画像､と考えられる｡

また映画では､ 1秒間に18‑24コマの画像が必要であるため､当然大量の画像データを用意する必要がある｡その手法としては､次の2つの方法が考えられる｡

7.今後の課題(1)解析結果をポストプロセッサにより出力された多数の静止画像､または､解析で得られた(1)今回の流体解析では､現場での使用条件からキャビテーショソを抑制するのに重要な開度で座標値と数値データを利用し､専用アニメーショソソフトにより生成された画像を一度フイルム

ある30度を基本として実施したが､キャビテ‑ショソ発生領域との相関関係について､さらに検討

やVTRにコマ取りした後､連続的に表示させアニメーショソ化する｡

を深めるためには､他の開度の解析を含め､本研究(1)で示した他のバタフライ弁弁体形状(非対(2)コソビュータがリアルタイムに画像を次から次ぎに生成･表示を行うリアルタイムアニメ‑

称型､偏心型､傾斜型､変形型､楢歯付き整流型)での解析が必要である｡

ショソ｡これはゲームやフライトシミュレータで利用されている｡

記録媒体としては､次の3つが考えられる｡(1)映画用のフイルム

8mm､ 16mmフイルム(2)今後さらに他の弁体も含めキャビテーションの発生を抑えるためには､渦生成による大きな

速度勾配によって高まる勢断力を小さくするために､下流に噴き出した流れの速度分布変化をなる
べく小さくする方向への形状変更が必要である｡同時に､本研究で使用した整流ディスクの､効果(2)テレビ信号の記録媒体(VTRテ‑プ､光ディスク)の明らかな部分のみを取り付けた半円型整流ディスク付き弁体､騒音低減効果があると言われるS(3)RAMメモリもしくはファイル(HD､光ディスク)

ライソ型弁体の検討が望まれる｡

また最近､左右の目の視差を利用して､極めて短時間に(120Hz)左右画像を切り替え表示した(3)二次元解析は､複雑なモデルを解析する場合､三次元解析のように総グリッド数をさほど増ものを､偏光めがねを通して立体視できる機能を持つソフトも出始めている｡

やさずに解析できて､しかも解析時間が短い｡つまり､複雑形状のモデルや遮蔽物･突起物の影響を見たり､頻繁な形状修正によるシミュレーションに非常に有利であると考えられ､今後大いに利用すべきである｡

6.まとめ(1)性能試験の結果､改良弁体のqは開度30%で20%､開度40%以上で50%の大きな低下を示し､(4)流体解析で得られる結果は､通常ディスプレイによる静止画二次元表示であるため､正確なキャビテーションの発生を大きく抑制していることが分かった｡しかし､中間開度で整流ディスク現象の把握と理解に乏しい｡このため､結果を動画でダイナミックに表示すれば､流れの基本的性の抵抗が非常に大きいため､ Cv値が小さく､亡が大きい値であった｡

質を直感的に把握でき､定性的解析技術の重要な手段となりうる｡(2)流れの観察結果から､改良弁体は､改良前弁体で発生するオリフイス側下流の特異渦キャビ
テ‑ショソの発生が全く見られなかった｡これは下流の整流ディスク(大)によってオリフイス噴流

参考文献の形成が妨害され､渦による英断力が低減されるため､キャビテーションの発生が抑えられると考(1) JIS B 2005‑1987:バルブの容量係数の試験方法

えられる｡

(2)宮

川

か

: CAEによる低キャビテーショソバルブの開発研究､平成2年度技術(3)解析精度向上のため､配管と弁体および整流ディスクの徽小椋間のグリッドの形が歪まず､

(3)米

村

豊

:上水道におけるバタフライ弁の選定と使用上の留意点､配管技術､1987

ほ開発研究成果普及講習会テキスト

流れに沿うようにグリッドを最適化した｡解析時間の効率化については､解析途中のRESIDUAL(4) HANS LUGT

:渦一自然の渦と工学における渦､

vALUEをモニタリソグすることにより､一定値に収束している状態を確認すれば可能と分かった｡

(5)日

本機械学会

:熟と流れのコソビュータアナリシス､コロナ社

朝倉書店

(6)日

本棟械学会

:流れの数値シミュレーショソ､

コロナ社(7) S ･Ⅴ･PATANKAR:コソビュータによる熱移動と流れの数値解析､森北出版

高まる領域とが一致し､圧力が回復勾配にある領域とも一致するという結果が得られたo これは､

(8)登坂宣好･大西和紫:偏数分方程式の数値シミュレ‑ショソ､東京大学出版会

発生領域では弁体からの激しい噴き出しによる渦の生成に伴って､大きな速度勾配を生じて努斬力(9)日:流れのコソピュークグラフィックス(CG)､講習会教材､ 1991.6,18が異常に高まり､渦強度､乱流運動エネルギーが高まると考えられる｡(10) ㈱計算流体力学研究所:NVS2 000カタログ(4)流体解析結果から､キャビテーショソ発生領域と渦強度および乱流運動エネルギーの異常に

本親株学会(ll)㈱ソリッドレイ研究所:Fl ow Eye sカタログ(5)弁体下流に速度最小､渦粘度最大となる停滞領域が形成され､これがキャビテーショソ発生領域が下流に移動するのを妨げていると考えられる｡(12)住友金属工業㈱ :Svi vi dカタログ
(13)長

岡

均

:アニメーショソ作成システム､画像ラボ､ 1992.1(6)キャビテ‑ショソ発生債域と高い相関関係にあるパラメータ(速度､渦強度､乱流運動エネル
ー461

‑47‑

バルブ製品の性能に関する研究

2. 2キャビテーションの発生原因

キャビテ‑ショソ現象の一般的説明としては､主として流体の運動によって起こる圧力の低下(キャビテーションの定量化に関する研究)が原因で､.圧力が局所的にその温度に於ける飽和蒸気圧以下に低下するとき､沸騰して蒸気泡が生成しかつ成長して空洞を形成し､圧力回復によって急速に壊滅する過程3'とされている｡しか

専

門

主

員
査

村
西

口

明

義

川

哲

郎

し純水における気相変化の条件や実際にはキャビテ‑ショソが発生する圧力は蒸気圧以下である

場合も多い等から､流体中の不溶解性気体､不純物がキャビテーション核になるとするもの､溶解気体の成長核によるとするもの等の諸説一'があり､十分に解明されていないが荒っぽい実用上

1.はじめに

水道用､工業プラントなどで流量調節用として用いられるバタフライ弁は､中間開度域での朗の仮説としてキャビテーショソの発生する圧力は蒸気圧に等しいと仮定するのが有用である5'｡が多く､バルブ前後の差圧が高いときや2次側圧力の低い‑には､キャビ‑ショソを発生させパルプ等の流体輸送摸枕では流れが絞られ､流速が増加し静圧が低下する縮流部および3次元流

るo一般にキャビ‑ショソの発生には騒音､振動を伴い､弁本体や配管の浸食を招くことなどか

れ場における部分的な静圧の低下､渦の発生によって生起する｢減圧が支配的要因｣と考えられ

ら問額となっているoこのため昨年度は､バタフライ弁によるキャビテーションの騒音と水中マイている6'｡前述のようにバタフライ弁は流れがノズル側およびオリフイス側を噴流状となって通クロホンによる音圧測定およびキャビテ‑ショソ‑を可視化することによりキャビテーションの過するため縮流部近辺で｢低圧｣が発生することに起因することが考えられている｡しかし昨年

定量化を図ることを試みたが､本年度はキャビ‑ショソを抑制する目的でディスクを設批柵

度および今回の実験によれば一般的なバタフライ弁(キャビテ‑ショソ抑制梯能などを施していを試作し､ディスクの有無による定量化の比較を行ったのでその結果をここに報告する｡ないもの)ではオリフイス側下流1‑1･5D (D‥配管直径)の付近にキャビテ‑ショソが見られるなど｢減圧が支配的要因｣とするだけでは十分に説明できない現象もある｡
2･バタフライ弁の流れの構造

3.実験装置および実験方法

2･ 1バタフライ弁の涜れ

バタフライ弁の中間開度時の流れの様子は図1に示されるように､弁体が下流側にある開口部

3. 1実験装置

をノズル様の流れ(以下←ノズル側｣と称する) ､弁体が上流側にある開口部をオリフイス様の流れ(以下｢オリフイス側｣と称する)として説明することができるoバタフライ弁の軌の可視化の実凱よるど)､弁体回転軸に直角な管中心断面における軌の様子は､井体の中心より
オリフイス側に近いところから分流し､それぞれの弁体エッジから‑として放出されている｡
ノズル側のエッジを通過する噴流はあまり広がらず､一方オリフイス側のエッジを舶する噴流は扇形状に広がっているoまた両方の弁体に囲まれた部分には循‑の領域が存在し､噴流の先Ztt7I荘用事

端では乱れた渦となった後､再び乱れのない管内流と移行することが報告されている｡昨年度の当所の実験においても可視化の様子をビデオにより記凱たが､同様の流れを示していることが確認された2)0

なおディスクを付批弁体についての流れは非常に複雑であり､可視化の記釦ゝらは正確な様子を掌撞することができなかったo (当所の宮川は本実験に朗し‑ィスク付き弁体をモデルとして数値計算による解析を試みており､数値計算による流れの解析については当該報告を参考にしてください｡)
†リ

フ

ィ

図2

ス1>1inlヽ

試験装置配管図

実験には図2に示すような配管の装置を用いた､試験水は循環式である｡装置の仕様の概略は次のとおりである｡〈巨

水
rq ･h :丁▼/‑I l
図1バタフライ弁の流れ図

槽

容積17.8.n･

rl)

試験配管

直管部200A x約13m

試験区間

150A x2.3m

送流ポソプ

渦巻式

主送流ポンプ揚程26.3m x吐出量4 mゾmin

‑48‑
‑49‑

補助送流ポンプ揚程25.5m x吐出量1.8ml/min

流量計

電磁流量計200A流速スパン0.3‑10m/sec精度5 %

圧力検出器

小形圧カセソサ0‑3 kgf/cd

精密騒音計

マイクロホソ形式M1‑221 (コソデソサマイクロホソ)

精度±0.25%

測定範囲27‑130dB
周波数範囲

水中マイクロホン

20‑12500H2:

B&K TYPE ･r 8 1 0 3

前置アンプ

B&K TYPE : 2650

FFTアナライザー

CF‑360

温度測定器

測温抵抗体P T

2ch

周波数範囲0.1Hz〜180kHz

周波数範囲0.3Hz〜100kH

周波数レンジ

図4 可視化水槽およびディスク付き弁体設置写真

1Hz〜100kHz

3. 2実験方法

本実験ではキャビテーション騒音の計測には精密騒音計を用いた｡マイクロホソはアクリル管試験時の流量および圧力の調整はイソバータによりモータの回転数を変え､また下流側に設けの中心線上に近接するように設置した｡マイクロホソの設定位置は測定結果にほとんど影響ない

たバタフライ弁により行った｡試料水は水槽に貯溜された水道水を用いたが､脱気､整流等のたとの報告7)もあるが､本実験の場合騒音レベルが最大となる位置に設けた｡騒音レベルの測定でめの設備は特に設けていない｡キャビテーションの観察には図3のような内径150mmの透明ア

は騒音計のA特性､ FAST特性を用いた｡騒音レベルは瞬時的に変化して行くため､ 1分間のクリル管の内部に試験弁体を取り付け､アクリル管の周囲は観察および写真撮影に便利なように等価騒音レベルを用いて評価した｡なお､ポソプのモ‑タ一による暗騒音の影響をなるべく少な

同じく透明アクリルの矩形水槽で囲い水を満たしている｡アクリル樹脂は水とほぼ等質(北重I.

くするためモーター出力を一定にして下流のバタフライ弁により流量の調整を行った.なお弁の17)であり屈折等による像の歪みが少ない｡このアクリル管の中心部に水平方向に弁体回転軸を開度は全閉時を0度､全開時を90度とした｡

設け､水槽外側に弁体ストッパ機構と開度計を備えた減速機を用いて試験弁体を固定している｡

水中マイクロホソは供試弁体を設置したアクリル管内に設けることができないので､キャビテー

なお今回は可視化水槽以外にも実際のバタフライ弁(以下｢実機｣と言う｡ )を配管に設置し蘇ションを観察し易くするために設置したアクリル水槽内に設けた｡水中マイクロホソの設定位置

音測定を行った｡なお実機の場合弁鰍よ垂直方向であり､可視化水槽は水平方向となる｡図4ははアクリル管とアクリル水槽の壁との中間で最もキャピテーショソの激しい箇所(最初にキャビ可視化水槽にディスク付き弁体を設置した写真である｡

テーショソの気泡が発生す箇所)の近傍に位置した｡アクリル板の音響インピーダンスは､厳密には水と一致しないので実際の波形と異なっているものを測っているおそれがあるという文献8)もあるが､本実験では取り扱いが簡便であることと流体の流れによる騒音の影響も少ないと考えられるためこの方法によった.なお音圧は瞬時的に変化しているため一定時間内の振幅の絶対値の平均を求めて評価することとした｡またデータの処理上3Hz以下の低周波分についてはカットしているが､低周波成分については流体の流れによるものが多いと考えられるためキャビテー
ションの定量化にはカットによる影響は少ないものと推察される｡

二二 仙上■■圧力Pt六

図3

測定部の概略‑50‑

図5‑1ディスクなし弁体

図5‑2
‑51‑

ディスク付き弁体

キャビトショソの可視化の記‑っいては､写真撮影およびビデ‑よる鮪を行った｡撮
靴っいては像の歪みを少なくするためアクリル水槽に水を満たしこれを通して撮影を行った｡

単発光を閃光させる方法を用いたoなおレソズはマクロ(55mm F2.8) ､カメラはニコンF

光源にはストロボスコ‑プと補助光用としてデイライトランプを用いたoストロボス‑プは単E2､フイルムはNEOPAN SSである｡

発光(閃光時間620ps)またはマルチ(発光周波数が可変､閃光時間140‑480ps)との切り

実射こ用いたバタフライ弁およびディスク付きバタフライ弁形状および写真を図5‑1､ 5‑替えが可能なものであるo写真撮影には単発光､ビデオ撮影にはマルチ発光を(周波数1500

2､ 6､ 7に示すoバタフライ弁体は弁棒非貫通型で材質アルミ製鋳物でありディスクはステソ

1Hz)を使用したo写真撮影は絞りをf2･8でシャッターを開放し､その間にストロボスコ→のレス製であるo実機での騒音測定にはディスク付きのバタフライ弁ほか比較のために図8のようなアルミ青銅製の変形型(以下｢Sライソ型｣と言う｡)の弁体を使用した｡

図6

ディスクなし弁体の写真
図8

変形弁体(｢Sライン型｣)

二･lt.. ･J｣. i

図7

ディスク付き弁体の写真
図8

変形弁体(｢Sライン型｣)

‑52‑
‑53‑

4.実験結果

4. 2実機による騒音レベルの測定

4. 1キャビテーション係数

キャビテーションの状感を表す係数としてキャビテ‑ショソ係数が使用されるが､キャビテ‑

ショソの発生やその性質に影響を及ぼす考えられる要素としては､泳体の速度や圧力の変臥重
力による圧力の変化､液体の物理的性質(蒸発特性､表面張力､粘性など) ､液体に溶解している物質､疲体内に浮遊している物質､境界表面の粗さなどが､キャビテーションに影響のあることが研究されている9)o LかLこれらの全てを取り入れて係数を求めることは実際上不可能であ

図10に各開度におけるディスク付き弁体とディスクなし弁体のキャビテーショソ係数と騒音レベルの関係を示す｡この図からみると昨年のバタフライ弁同様にディスク付き弁体､ディスクなし弁体ともに図11のような3つの段階に分けて考えることができる｡キャビテーショソ係数の減少つまり流量の増加とともに｢IJ ｢IIJ ｢ⅠⅠ日の額域‑と遷移していく｡ ｢I｣の領域ではキャ

ビテ‑ショソ係数が減少(流量が増加)しても騒音レベルの増加はわずかな段階である. ｢II｣の額域ではキャビテ‑ショソ係数の減少に対し済音レベルが急激に増加する領域である. ｢111｣り､一般にはキャビテーショソの発生し始める時のキャビテーション係数KcはKc‑(p‑pv)/意(式4.

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柵こよもJI書レ′Uレの比d (軌l I O')

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Ⅴ :水の凍速p :水の静圧(絶対圧力) pv:水のその温度における飽和水蒸気圧

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となるo水車などの流体機械ではThomaの係数と呼ばれる次のようなキャビテーション係数≡が広く使用されている1㌔

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Hv:蒸気圧+◆ビナーシ■ン■■■+,ビナ‑シ■ン■lL I

H :有効落差X4によるJifレぺノLdD也杜(肘30')

バルブに用いられるキャビテーション係数はTh omaの係数に類似した次の2の式がよく用い
8 3 弘 gF 払 特 乃 Ⅶ

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また一般にレイノルズ数Reは次の式で表される｡

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ディスク付きレイノルズ数とキャビテーション係数

の関係
‑54‑

図10

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+▼どす‑シIIン■t係数の関係を示している｡

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スクなしの弁体のレイノルズ数とキャビテーショソ

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図9は可視化水槽におけるディスク付き弁体とディ日ﾒ〓'】 ■▼▲●■Ⅴ :管内平均流速[m/S]亦

僮..‑へ,‑.一I:1一レイノルユb(式4,IB+t<+‑tr>AI J■

Ⅴ :管内平均流速
本実験では(式4. 3)を使用した｡

Re=vD/リ亦

7

各開度におけるキャビテーション係数と騒音レベルの関係‑55‑

の額域では騒音レベルは高い値となって4. 3水中マイクロホンによる音圧測定

いるがキャビテーショソ係数の減少に伴

図13に水中マイクロホソによる音圧測定の結果を示す｡ディスク付き弁体､ディスクなし弁体

う変化の少ない段階となっている｡昨年

ともに騒音レベルの測定と同様｢IJ ｢Ⅰり｢IlUの領域に分けて考えることができる｡井関度が【q p u 4(てq伽鱒報常u)でも述べたように｢l｣の段階で大きくなるにつれて｢IIJ ̲O成長領域が右側つまりキャビテーショソ係数の高い領域‑と遷移しはキャビテ‑ショソによる騒音はほとんていくとともに､ ｢IJ｢ⅠIJ｢lIUの境界域が明瞭でなくなってくる｡ディスクの有無による差どなく流体の流れによるものであり､異としては｢II｣の領域での音圧の増加の幅に違いがみられる｡ディスク付きのものはディスク｢lI｣の段階ではキャビテ‑ショソの急なしのもの比べ音圧の増加の幅が小さくなっている｡ ｢I｣の領域に注目してみると開度が大き激な成長による騒音である｡ ｢Ilりの段
水中マイクロホンによるt圧の比q (向420',1

水中マイクD兼ンl:よる育圧の比が(向Ll) 0')

階はキャビテーションの急激な発達後のチョーク状感に連するまでのなだらかなq

推移の部分である｡開度10度から20度ま主星 津 刹 妻 冰i

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キャビテーション休赦

での低閉度では前述の3つの段階が明瞭

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図11キャビテーション係数と騒音レベルの関係のモデル図にみられる｡ディスクの有無による比較I 帝

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音レベルの上昇が大きくなっているがこの理由については今のところ明確でない｡開度30度から
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40度ではともに同一線上を取る領域がみられるが､開度30度では｢I｣および｢IIJの領域の発+tLナーシ■ン■t

達の前半部で､開度40度の場合では｢Ⅰ日の発達段階の後半から同一線上の値をとっている｡開tB

1

水中マイクロホンによる菅JZの比吋(何店4D̀ )水中マイクロ,tンによる菅JZのttP (EBFl3CI')

度50度から60度ではディスクの有無により騒音レベルの値に差異がみられる｡ ｢I｣の段階では

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同じキャビテ‑ショソ係数ではディスク付きの弁体の方が騒音レベルが高くなるが､ ｢IIJの発達段階以降ではディスク付きの弁体の方が騒音レベルが低くなっている.また開度が大きくなるにしたがってその傾向が大きくなる｡これは開度が大きくなるにつれてディスクの影響が大きくl‑なるためであり､開度の増加とともにディスクによる流体抵抗が増すため｢I｣の領域ではディ

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スク付きタイプの騒音レベルが大きなるものと考えられる｡またキャビテーションの発達段階以降では後に述べる可視化の写真からも分かるようにキャビテ‑ショソにより発生する気泡の状態

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+◆ビナーシI/+8 .

+IE'ナ‑>,ン■Et Iが違うためと考えられるo図12は｢I｣と｢lIJの境界点を初生点と考えその点でのキャビテー
ション係数と井関度の関係を示したものであるo

水中マイクロJホンE:よる守FZの比瀬(句Bt50')

これによると開度30度付近まではディスクの有無にかかわらず同じような初生キャビテ‑ショソ係数であるがこれ以降初生キャビテーション係

ii iiI!lE ｢

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木中マイク口先ンによる育IZのtt頼(可,750')

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数は大きくなる｡ディスクのないタイプではディスク付きよりその傾向が大きくなる｡つまり開度が40度より大きくなるとディスクのないタイプの方が早く｢II｣の領域に遷すことになるo

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ディスク付き6匂見度tdegreeJ

図12

井関度と初生キャビテーション係数の関係
‑56‑

図13

各開度におけるキャビテーション係数と騒音レベルの関係‑57‑

くなるにともに､ディスク付き弁体の音圧が大きくなっている｡これは4. 2でも述べたように付き弁体では(写真⑲､ ⑲)弁捧およびディスクの周囲と､ノズル側下流に比較的大きなキャビ

ディスクによる流体抵抗の増加により流れによる音圧が増加したものと考えられ､開度が50度をテーショソ気泡がみられるが､ディスクなし弁体でみられたオ.)フイス側下流の特異渦キャビテー

越えるとその差が小さくなることからも推測される｡ ｢HJ ｢lI日の領域については若干の相違

ショソはみられない｡これは下流側に設けたディスクによりオリフイス側の流れが影響を与え､はみられるものの大きな違いは認められなかった｡これは今回の計測に･おいて一定時間の音圧の特異渦キャビテ‑ショソの発生の原因と考えれる強烈なオリフイス噴流を妨げたためと推察され強さの平均値を計測したためと考られる｡聴覚においては明らかに両者のキャビテーションのる｡またディスクにより妨げられた流れはディスクと弁体間を流れノズル側に向かいディスクと音の違いを感ることができたが､精密騒音計や水中マイクロホソによる音圧の強さの測定では特弁体間およびノズル側弁体の下流でのキャビテーション発生の原因となる考えれるoこれは当所徴的な違いを把握することができなかった｡つまり一定時間における音の強さの平均では両者にの宮川の報告l叫こよる数値計算による解析からも推察されるo

大きな違いはみられなかった｡今後は周波数分析などの手法を用いて定量化を検討する必要がある｡

ディスクなしヂイスク付e4. 4可視化によるキャビテーションの観察

キャビテーショソの可視化による観察は開度10度から60度における両弁体の写真撮影およびビデオ撮影により行った｡その結果10度から20度における低開度とそれ以上の開度では状況が違っておりここでは開度20度および40度の写真撮影結果を示す｡図14､ 15に開度20度におけるディス

ク付き弁体およびディスクなし弁体の写真および撮影箇所を示す｡写真①および(釦ま額域｢ I ｣写暮①

4‑一之.8

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甘■川J

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写X⑩

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写井a) q=1.3

嶺城rBj

における写真であるが､どちらの場合もキャビテーショソの気泡を確認することはできず､キャビテーショソはまだ発生していない状態である. ｢II｣の領域の写真⑦および(むではキャビテー

ションの発達段階ではあるが､キャビテーション気泡の発生頻度は少なく写真等では十分に確認することができない｡ ③および(むは｢IIJの領域のなかでも｢mJの領域に近い箇所でありキャビテーションの成長過程の後半部といえる箇所であるoディスク付きおよびディスクなしともに

弁体の端(ェッヂ部分)から霧状の非常に細かい気泡を発生しており､ノズル側の弁体下流近傍に霧状の中に少し成長した気泡がみられる｡写真④､ ⑤および⑨､ ⑲は｢IlUの領域の写真であるが､ ④､ @ではどちらの場合も弄状の細かな気泡の中で弁体のノズル側のエッヂより発達段階の気泡が確認できる｡ ⑤､ ⑲では白濁するほどに激しく発生した霧状の細かな気泡とともに弁体の周囲からも発達した気泡が噴出している.総じてみれば開度20度ではディスク付きとディスクなしの弁体では大きな違いをみることはできない｡また騒音レベルの測定の結果から考えても両q=1.0

甘域rIIlq=0.8

ませlElJ

弁体のキャビテ‑ショソ発生状況に著しい相違はないと考えられるo
図16､ 17に開度40度におけるディスク付き弁体およびディスクなし弁休の写真および撮影箇所を示す｡開度20度の場合と同様に｢I ｣および｢ⅠI｣の発達段階の途中までは写真においてはキャ
ビテ‑ショソ気泡を観察することができない(写真⑱､ ⑲および⑲､ ⑰)0 ｢IIJの発達段階の最終部付近からディスク付き弁体とディスクなし弁体ではキャビテーショソ気泡の発生に違いがみられるQ写真⑲のディスクなし弁体ではノズル側弁体先端のキャビチ‑ショソ気泡とともにオリ
フイス側下流1‑1.5D付近に管壁に垂直な紐状のキャビテーショソ気泡を確認することができるo‑I ‑‑三!,i

これは従前の報告L3)にある｢特異渦キヤビテ‑ショソ｣と呼ばれるキャビテーション気泡と推察される｡一方ディスク付き弁体ではオリブイス側下流の紐状のキャビテ‑ショソ気泡はみられず､ノズル側弁体の端および下流に設けたディスクの孔よりキャビテーショソ気泡を発生しおり､また霧状の細かな気泡がディスクの孔より吹き上がるよう発生しているのが観察される｡
写共⑥

qsO. 59(城rlpJ

写共⑩｢lII｣の段階ではこの状況がより明瞭になっている｡写真⑲､ ⑳では紐状のキャビテーショソ気泡｢特異渦キャビテ‑ショソ｣が大きく成長し､またその発生回数も多くなっている｡ディスク
ー58‑

図14

q=0.4

キャビテーション撮影結果(弁開度20度)
‑59‑

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言1牡Lf転斬(党Jl20')
写Flr''華麗きい忘貰J JIr

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図15

ディスク付せ

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キャビテーション写真撮影の箇所(井関度20度)

図17

ディスクなしキャビテーション写真撮影の箇所(井関度40度)

4. 4Sライン弁休による騒音測定

今回ディスク付き弁体による比較のほかSライソ型の弁体についても騒音測定を行った｡この中で弁体の設置方向による騒音測定を試みたところ興味深い結果となったのでここにその状況を述べる｡図18にあるように流れに対し弁体をS字型に設置した場合と逆S字型に設置した場合の
写よ⑳

q=3.2

#drlJ

写井㊨

q=3.4

頚城rIJ

比較であるが､その測定結果は図19のとおりである｡ここでも開度10度〜20度までの低開度とそれ以降の開度ではキャビテーショソ騒音とキヤビテ‑ショソ係数の関係が異なっている｡低開度における逆S字方向の弁体では早くから発達段階の｢ⅠI｣の領域に入る｡また｢ⅠHの発達段階の領域での騒音レベルの増加の幅にちがいがみられ､ ｢tIIJの領域でも騒音レベルの増加の程度が違っている｡つまり逆S字方向では発達段階で大きく騒音レベルが上昇するが､その後の騒音レベルの上昇は少なく､一方S字方向では発達段階では逆S字方向ほど上昇しないがその後もキャ
写兼㊥

q!1. 79(城rEJ

写其⑳

o=2.0

態境川l

ビテーション係数の減少とともに騒音レベルが上昇していく｡ 30度から40度の井関度ではキャビ

テーショソ騒音とキャビテーショソ係数の関係は相似形であり逆S字方向の方がキャビテ‑ショ

ソ係数の高い領域へ平行移動する結果となっている｡なぜこのような状況となるか理由は不明で

十一
写六〇

写JE㊥

q=0. 9q=o･ 7あるが､今後キャビテーショソの可視化により検討を進める考えであるo

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写井㊥

q=1.3

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q=0.8

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号甥rJnJ

rごt,E̲;̲二;二き̀

逆S字方向

S字':方向写jE㊥q=0. 6

図18

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Sライン弁体設置方向図

写井⑳ q=0. 7煎城rn)

図16

キャビテーション撮影結果(井関度40度)
‑60‑

‑61‑

ソがディスク付き弁体ではみることができなかった｡
Sライン井年設L方向によさJIiレ.Uレの出は(見よI D')

Sライン剤W■方向による瀬音レベルの比較(再見20')3)以上のことからディスク付きバタフライ弁では壊食を引き起こすと考えれている｢特異渦キャ
I .I 僮 I 豫ﾂ

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ビテーション｣の発生を抑制することができるが､音圧の強さからみたキャビテーショソ騒音

i7一一;‑メ. 劔劔ﾂ守の抑制には著しい効果は得ることはできなかった｡【一P】 Yyq̲I
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なおこの実験の遂行ならびにまとめるにあたり大阪府立工業高等専門学校摸枕工学流体研究室の

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らもアドバイスや御協力を得ました｡併せてここに感謝の意を表します｡

ltー+十どす‑レ).I+■

柳井田教授から､随所に有益な御教示を賜りました｡また県内のバルブ製造事業所の技術者の方か■

参考文献
1)辰巳･太田･北村･山崎､バタフライ弁における流れの可視化､産業用バルブに関する調査研
Sライン井仲良1方角によるdiレ̀Uレの比較(白iL30■ )Sライン弟件設1力向によるJliiL/〜レの比封(昆Jl40● )究分科会成果報告書(1987､ 8 )2)村ロ･西川､パルプ製品の性能に関する研究(キヤビテ‑ショソの定量化に関する研究) ､平払B隼兎防裾巧相島朝防

埠 的 S 叫 BgP 相 馬 S 弘
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成2年度滋賀県立機械金属工業指導所業務報告書

P683)佐藤･九本･森岡･書居､水道用バタフライ弁のキャビテ〜ショソ特性の改善について､昭和

it【q Pu ･VYユ■■l(一P] JVY･]̲●

il､l

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63年度滋賀県立機械金属工業指導所業務報告書

｢

P37

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5 ) G.K.Batchelor,入門流体力学､東京電機大学出版局

P4朗

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6)同

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■ttlf‑シ■ンJL*r+ヤビナーS'7ノ●暮

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上記

3)

7)木村･小川､ちょう形弁のキャビテーショソ振動および騒音測定､日本焼械学会論文集(B編)
52拳474号(昭和61‑2)

P5028)加藤､キャビテ‑ショソ増補版､棋書店(1990､ 6)P3369)山崎､キャビテ‑ショソ工学､日刊工業新聞社､ (昭和53､ 7)10)辰巳､パルプのキャビテーショソ､水道協会雑誌第5 3巻第3号■

図19･･‑･･･‑･････‑･･･‑

逆S字方向

S字弁体におけるキャビテーション係数と軽音レベルの関係

5.まとめ

ll)同

上

12)同

上記2)

13)伊藤他5名､ちょう形弁のまわりに発生するキャビテーショソ流れパターソの観察､日本機械学会論文集(B編) 54巻508号(昭和63112)

今回キャビテーショソを抑制する目的でディスクを設けたバタフライ弁を使用しキャビテーショ

ソ騒音を精密騒音計と水中マイクロホソにより測定するとともに可視化の様相からキャビテーショ

属工業指導所業務報告

ディスク付きバタフライ弁とディスクなレくタフライ弁について精密蘇音計および水中マイ

クロホソによる一定時間の平均音圧測定では両者の著しい差異がみられなかった｡また聴覚においては両者間の明瞭な違いを感じることができることから､周波数分析による定量化が必要
である｡

2)

ディスク付きバタフライ弁とディスクなレミタフライ弁についてキャビテーショソの可視化より10度および20度の低開度では両者に著しい差異は認められなかったが､開度40度においてディスクのない弁体にみられた｢特異渦キャビテ‑ショソ｣と考えられる紐状のキャビテーショ
ー62‑

P3317

14)宮川他､ CAEによる低キャビテーショソバルブの開発研究(2)､平成3年度乾賀県立機械金ソの定量化を試みた｡その結果をまとめると次のうようになる｡

1)

PIO

P80

‑63‑

リーグ‑‑/ミソチイソクーフェイス

CAD/CAMシステムによるバルブ(RS232C)
フロッピー入出力棟能可搬形イソタ‑フェイス

加工の合理化･省力化研究

2 ‑ 2､ ‑軸NC付精密平面研削盤

CNC旋盤､精密平面研削盤

機種における試削と操作について

株式会社

長瀬鉄工所製

SGC‑95
植松酒

口川井

英進一

司 昭

能力､容量
テ‑プル作業面

900×50Chm

テーブル上面から砥石軸芯まで700nm

テーブル左右最大移動量
1.はじめに1100Tlm

地場産業の人手不足対策と若年労働者の確保とバブル加工の合理化､省力化､高精度化を図るた

テーブル左右送り速度

め､ CAD/CAM(コソビュータ支援による設計､生産)システムとNC工作摸枕をドッキソグした設計から加工までの自動加工技術の確立をめざした研究を実施しておりますが､その一環として

1 ‑2かrn/min

サドル前後最大移動量56011m

CNC(コソビュータ制御付数値制御)旋盤および‑軸NC付き精密平面研削盤を導入､これら新鏡

サドル前後早送り速度1000叩/min

設備の操作法習得のため､若干の試削･研削を行い加工精度チェックを行いましたので報告します｡

砥石サイズ￠510×50×￠127

砥石回転数(イソバータ可変)2.設備の概要

MAX 1300rpm

特別付属品

2‑1､ CNC旋盤

機種

株式会社

バラソスペクター(NB‑55)

オークマ製

LB25C

(バラソス測定器)

能力･容量

プレーソツルアー(RS‑50H)

制御軸数

Ⅹ､ Z軸2軸

ベッド上の振り(ツル‑イング､ドレッ･シソグ装置)￠620

サインバー式永磁チャック

最大加工径×長さ

ダイヤモンドホイ‑ルSDC♯140￠360× 650

軸直径/貫通穴径SDC♯320￠120× ￠80

SDC♯600

アルミナ系PA砥粒砥石

回転送度と変換数

HA465‑3500(叩m)無段×自動

54H

2段
刃物台

型式

3. CNC旋盤における試削

V12

3‑1､試別品

油圧心押台

図1に示す口径65mm用ボールバルブのポール

心押軸直径/移動距離

弁体を試削晶として選定した｡これ以外の試別￠ 100/120

早送り速度

Ⅹ軸120mT)m/min

品では､水道用ダクタイル鋳鉄仕切弁(JWW

Z軸150α)llm/min

A B 1 22)の口径75用および口径200用の‥TT･.:I..‑‑.I.

NC制御装置OSP

弁棒(SUS304)､試削モデル2種類(S5020L

らくらく対話キット(新IGF)‑64‑

4 5C)の加工を行った｡

図1
‑65‑

￠65ボール弁休3‑2､作業の涜れZ軸の原点設定は､基準バイト

図2にNC旋盤の運転操作の手順を示しましたが､これら一連の作業が終わっ

NC旋盤運転操作の手順

により図4のⅩ軸のように加工物の端面を1回削り､長さを測ってて始めて製品の加工ができるのです｡そその測定値を入力して原点設定がれでは主な作業の概要を流れにそって説終わります｡

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明します｡

図4

(1)生爪の加工

X･Z軸の工具オ7セットの設定(3)工具データ設定(工具オフセット)

加工物を主軸につかんで回転させ､そ工具オフセットとは､加工に必要な工具をタレットに取付けたとき､それぞれの工具の長さのゼロの外周や内面を刃物で切削したり､ドリ

違いを､原点設定に使ったバイトを基準(0)として工具データ設定に入力する作業ですo

ルを使って穴を明ける作業が旋盤の仕事

X軸､ Z軸の工具オフセットの設定を図4に示す｡になるわけで､この加工物をつかむ部分(4)ユ‑ザーパラメーター設定をチェックと呼び3個の爪によって加工加工するワ‑クが変わるごとに物をがっしりとつかむわけですが､この必らず設定するパラメータで､チャッ

爪を加工物の大きさに合わせて切削､成クやセソタ一に衝突しないで加工形する作業で以降の原点設定の基準となできる最大可変位置をセットするります｡

作業でバリヤをはるとも云う｡図

この作業は簡単な動きですが､プログ

(‑X)

図5

ユーザーパラメータ設定

5にⅩ軸の最大可変位置を示す｡

ラムを作って自動運転で作業をします｡

以上で機械側の準備を終了し､プログラムの作成に入りますが､今回導入したNC制御装置にまた､生爪の加工が終わってワークを取は最近の労働環境情勢に即応したイソテリジェソト化技術が盛り込まれているo付けた時､ワークのつかみ状態を確認す

労働環境の中でも今後特に深刻化して行くであろう工場現場の作業員不足に対応する生産シス

ることが必要でこの場合､主軸を手動でテムの自動化を進めるためには､人間の代役をするためのイソテリジェソスを持った制御システ

回転させるためMD I運転を行います｡

図2

N C旋盤の運転操作手順

このMDIとはManualDatalnputの略でオペレーターが操作パネルのキーボードより､プログラムを直接入力して機械を動かす方法です｡(2)原点オフセット

ムが必要となってくる｡(5)プログラミング

図6は人工知能(AI)を応用し､旋削工程の工程設計システムAPP (AotomaticProcessplanning)が行えるCNCシステムの対話型NCプログラミング手順を示したもので､これがプログラムの基準点(0位置)を機械原点からどれだけの位置にするか設定する｡
加工に必要な刃物の中から､どれか1本を選んで基準バイトとして原点の設定に使います｡通常は､外径の荒加工用バイトが使用される｡作業原点を図3に示す｡
Ⅹ軸の原点設定は､機械毎の管理カードに検査､設定値がNC基準データ値として記載されており､その値を入力します｡『らくらく対話キット』である｡

現在､コソビュータ支援設計(CAD)システムにより設計製図の作業は非常に高能率化されている｡しかしここで作成された図面は､完成部品形状を示したものであり､精密寸法加工のための加工代をもった素材からNC加工を行う

山応用のAP システム

ための情報は与えられない｡
そこで､切削技術の心得のある摸横のオペ
レータが､ CADから出力された完成部品図

から加工形状を分析し､加工領域､加工工程､
従来の対̲孟型cNC

加工順序を決定し､その加工順序に従って､

対話形式のCNC装置に入力しなければならなかった｡この作業が工程設計であり､これを自動化しない限りCADとCAMのリンクは果たされない｡

図6

図6に示したAI応用のAPPシステムを備
‑66‑

‑67‑

人工知能(Aり応用の施削工程の自動設定(APPシステム)†与くら川JAI lこlL a:のよ"LNLth.ろHJ.

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ボールの加工方法

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図10

蓑1 ｢らくらく対話｣の機能

えた本CNC装置では､オペレータが完成部品形状と素材形状を入力するだけで加工プログラム

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図7

1

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図9

表面あらさ測定データ
18札UX川表面あらさ測定位置Ilを作成でき､ NC加工におけるプログラミング工程の大幅な時間短縮と熟練者不足の解消に役立

仇tttQF:7 lTUlfeH lTLL.IJ,叩ITt允許I

ポ‑Vウ嘗楓つシステムであるo図7および蓑1に｢らくらく対話｣の機能とそのあらましを示す｡

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〜0々K仙3‑3､試削結果

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試削品の465ポール弁体の加工については､図8の2種類の加工方法について検討した｡ (1)FT LF,虻.(77,lJ,IL!,e51.177.Pl.I 〜

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I和J CSQ S榊I
N478B 〜

目的としたが､どんなに高精度の加工設備でも加工物を反転させて同一芯上に乗せることは困難

l別P ltRYlll=Z I

N)lPl rW S労, 61日事1耶lである｡

lPJL7 CPrl XllA I m I TPW̲Y I
rLIB.1 X;YI(2)の全円孤加工で加工したポールを図9の測定位置で表面あらさの測定を行ったデータを図10

rPIN亡羊S).Y 〜
PllP) CLI PIN 〜

仰IPr.Cgllに示す｡図11に真円度の測定データを示す｡

l■lIT CN柊, 25T 〜

岬lPeCPI Z77 Pll 61Zrl Jgl

図9の表面あらさ測定位置と図10の表面あらさデータを対比してみると測定位置によって表面

RPIH挿T 751 Z7i 57rptp 〜

l別lQOII描7rPトロ科ト.qlZI

あらさが大きく変化していることがわかる｡この変化の理由は､ Ⅹ､ Z軸の送り用ポールねじのNIIIJ Wl林!tJl

榊!‑I I
l削1261II

わずかなバックラッシュが大きな影響を与えたためと考えられる｡このあたりの詳細な加工テク

NPflJ CgIl
糊I日伊I

ニックやプログラムの修正については､バックラッシュ補正機能等の操作法を使いながら､これ

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l別l!00XllIl一
N?ll6 ll.仰fIlてI 〜

から解決をして行かなければならない問題である｡

柑rrTm7 SJ75巾l甘Il

岬lrl桝榊I
I別rI lII5 〜

人工知能(AI)応用のらくらく対話が作成した￠65ポール弁体の旋削工程を自動設定した加叩J.1rll!

工用プログラムの一部を図12に示す｡

図11真円度測定
‑68‑

図12
‑69‑

ボール弁体仕上げ加工用プログラム

4.精密平面研削盤における研削加工(3)ツルーイソグ･ドレッシソグの方法

4‑1､加工品

数多い方法がある中で､当所が導入したプレーソツルアは駆動形砥石研削法で､モーターで駆

一般構造用圧延鋼板(SS 4 1)

動されたC系砥石あるいはA系砥石を超砥粒ホイールで研削することにより､ツルーイソグ･ド
レッシソグを行うもので､剛性が高い立形である｡図13にプレーンツルアーを､表2にプレーソ

500×280×16 (AxBxT)

ステソレス銅鋼板(SUS304)

ッルアーの仕様､蓑3にツルーイソグとドレッシソグで使われる工具を示すo

300X200×20 (AxBxT)

仕tl及AI即AH

プラズマ溶射セラミック皮膜鋼材(母材SUS304鋼板にチタニアおよびクロミアを約600＼工◆ 勍̲...;/cc砥石
Al式〃m溶射)について研削加工を行った｡

月砥也ホイール

剴

品名

儚S‑50

モーター

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白

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7t柑出力 儡OW(300Qrp■､l､7krCLの叫)

定持回振放

4‑2､作業の凍れ

000rp■

支持トJL,ク

研削に使用した砥石については2項でも述べたように､アルミナ系PA砥粒砥石とダイヤモン
ドホイールであるが､ここでは今回初めて使用したダイヤモソドホイールによる研削加工につい.7krCJ■何Jl大トJLrク.6■kr⊂II

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虻lf)用E5)はLE

て述べる｡

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加工品については､ステンレス鋼板を表裏両面研削を行い片面にチタニアおよびクロミアをそ

速度Dlalfe胡連 A * LJ S 亂

れぞれ約600p m溶射した物を用いた｡

X

>一花圧

枚械加工において高能率で高精度な加工を行う場合刃物の選択､つまりいかに刃物を上手に作r00‑3000rp

1一i王lr図13‑3%(3000rp4.I.7k且.CIの時)

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プレーンツルアーR竰砥

石{芸.諾….ステ,〟.7…

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るかが重要な技術であるが､研削の場合には作業の目的に合わせて砥石の切れ刃をいかにうまくツルーイング･ドレ ッシングIー

ti:強Bl蝿 價.7kJ.CJを且えろ負荷が.J'.J5秒何Jpl)るとモータ一句絹OFF/コンrロールユニL.}HJ)抽別Z､追A挿怪iL/アラームLED,4ZTJ)^41･･･‑ ILr;
スラリー

調整するかが問題となる｡

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ダイヤモソドホイールやCBN砥石(これらを超砥粒ホイールと呼ぶ)を用いて研削作業を上′†ヤモン

手に行うためには､これら砥石の切れ刃の調整が重要となる｡この作業がツルーイングおよびド刀 ツ ポンド
フ 牧 石

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外形寸は 剄蚯387yl加8Illニッr 綿
I暮が普通であり､この振れを除去する｢振れ直し｣が必要となる｡ホイールの外周面や側面に振れがあると､その一部の作動面によって加工物が断続的に研削されるため､研削面にうねりが生じたり､セラミックスの場合はクラックやチッピソグが発生しやすく､ホイールの摩耗量も著しく

表2

剿{件l5klllニット

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表3

ツル‑インゲとドレッシングで使われる工具

プレーンツルアーの仕様(4)ツルーイソグ･ドレッシソグ条件'JJL'‑イン1

プレーソツル7‑を用いたツルーイソ

多くなる｡

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(6x8ｨ7Cx486
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外径X内LA×FFさ 90X70×3ー)倡ｹu

スティック(7ロック)地位

レッシソグと呼ばれる｡

研削作業において､超砥粒ホイールを交換した時､ホイールの外周面や側面に振れを生じるの

ドi

カylt石王l̲42/Orpn(d'}ユー▲50)

また､研削中にホイールに摩耗が生じ､摩耗量に部分的な差がある場合には､再び振れが生じるようになるo

グ､ドレッシソグについては､まったく▼4}γ>+一石.

この様にホイール作動面の部分的な摩耗によって､ホイール外周面の其円性が失はじめての作業であることから､研削盤

われると､研削面にうねりや研削焼け､割れなどが発生するようになる｡このためホイールの其メーカーの指導を受け表4の条件で実施

円性を回復する｢形直し｣が必要となる｡このような超砥粒ホイールの振れ直しや形直し作業をした｡｢ツルーイング｣と呼ばれる｡(l6〇〇一‑}ISO○̲10○)

カy74Z;

ツルーイソグとドレッシソグでは､それぞれの砥石回転数とカップ砥石の回転(2)ドレッシソグ

通常の研削砥石の場合､ほぼ50%の気孔を含んでいるので､これらが切層を排出する隙間を作

数が逆に設定され､使用するカップ砥石

ているが､超砥粒ホイールの場合には､ほとんど気孔を含まないので強制的に隙間を作ることがの粒度はツルーイソグにおいて超破粒ホ重要となる｡

イールの粒度より粗めを使い､ドレッシ

研削をはじめる前や研削過程で摩耗した切れ刃の形状を正常な形に整えたり､隙間につまった

ソグにおいては超砥粒ホイールと同粒度切層を取り除いたり､砥粒を保持する結合剤を削り取り､砥粒の突き出し高さを調整し､適度なのカップ砥石が一般的に使用されるよう隙間を作る調整作業を｢ドレッシソグ｣と呼ばれる｡

である｡◎rレyシン14作

I.2OOrpm 600rpI7' 3/4 3II7‑ 15yrrL 3胃チ‑1ル左右JりliA
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表4171‑

ツル‑インゲ･ドレソシンゲ条件

4‑4､研削結果

4‑3､研削加工

本横における研削モードとサイクル研削パターンはモードで｢手動｣と｢自動｣の選択を行い､( 1 )一般圧延鋼鋼材の研削

研削パタ‑ソでは｢手動｣モ‑ドでQ)プラソジ､ ⑦トラバース(ステップ) ､ ③トラバ‑ス(ジアルミナ系pA砥粒砥石Hグザク)､ ④ドレスの設定がスイッチの切替えで行うことができます｡ ｢自動｣モードでは①プラ

A454Hを用いて､自動サ

ソジ､⑦トラバーース(ステップ)､③プランジ十トラバース､④トラバ‑ス(ジグザク)の設定

イクル研削を行った結果と研ができます｡

削条件の概要は図17のとおり

自動運転モードでは､すべての設定データに従って運転されますので､設定デ‑タの間違いのですが､荒ドレスが中間2回ないことを確認することは当然ですが､設定デジタルスイッチの設定値の内容が理解できていな

入り､ 1ドレスの切込みが10いと暴走と云う大失敗につながる危険性があり､細心の注意力が必要となるo 自動運転モードの〝m/回で4回ドレス研削を動作フローチャートおよび手動運転モードの動作フローチャートを図14に､自動研削サイクルの行ってドレスサイクルが終了

jくす｢｢ユノ
Jl■̲;M､HE=L.E･̲.t=

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hf=3‑tL.tf LIE̲レ.=● 日となります｡このサイクルをシステム図を図15に示し､図16に研削加工パター‑ソを示すo

全研削代の中で2回行い､仕川C. E

上げドレスを1回実施するドレスパターソを設定しております｡このドレスサイクル図を図22に示しております｡
ワ,,クJ大JL古池IJ■nJつ‑クtt上けりfi

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切込み量等､研削条件的に■50'mLZ fttJIた*

甘い設定値のデータをのせて

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おりますが､作業の効率化か? hml

I LレスtL7込め71

ら切込み量を30FLmまで上げ

3で申)て研削を実施､今後は切込み

Aトしスイノクー'UL ZqBL.TTl)

は1けドレス切込1

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世上けドレスtq込8rT

3t軌

量と表面あらさの関係等高能r:Lス￠r yt〃mI Jナ▼シクJlAbとドレス托S4tの■Jl
スJT‑クアウトPけ率､高精度研削データの収集

5Jl

図15

自動研削サイクルシステム

を進めなければならないと考えております｡現状での研削①フランジ研削

甲図17

面の表面あらさについては､

SS41研削結果

十分に満足できるデータだと思いま②トラバース研削(ステップ)葛)トラ/トス研削(ジグヴク)

手動運転フローチャート
自動運転ブローチャ‑ト

図14

こ董丁宣

自動運転フローチャート

手動運転フローチャート

図16

研削加工パターン

すが､研削面に直交する面の表面ア

荒ドレス切込車

10L'm

売ドレス切込国81

2回

ラサが若干悪いと考えられるため､ジグザグ研削での砥石前後送り量とドレス条件の関係など収集すべきデー
タは山ほどある｡

Iu切込回‡ま1回色

10上11

切込

ル1切iA回才女

また､両面研削を行った場合の平行度についても若干データ取りは行っ2回
日｡切込回的2回El

lOLHl

切込

ておりますが､一面研削から表裏の両面研削と平行度は上昇しており､↑↑

ドレス刑.yI

ドレス捷嬬

兼仕上ドレスも滞日事

図18の(1)は一面研削の平行度(2)は両面研削した場合の平行度で65m,n

ドレス切込国‡iLま､コラム前進.後退のl旺牧L=I5いてドレス前耕･棺桶で切込を
2回r7fJうlサイクルを1回とします｡

間で1.55FLmと3 FLm程､平行度が
‑72‑

図22
‑73‑

自動サイクルドレス加工図

こす危険率は高い｡要するに図22で示した自動ドレスサイクルでテーブル上面からの上下位置設定のところを手動で実行､位置設定を行ってドレスサイクルを飛してしまう作業であるo(. ⊃̲)

図21の表面あらさデータからも一般鋼材やステソレス鏑とは違った､超砥粒ホトルの特徴を

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明確に表していることがわかるo〟CjE}Y .vL
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っまり､研削の方向に影響されていないことで､いずれのデータもRaに大きな差が生じていない｡

このことは′{7･ルの弁体シート面等の研削あるいは切削の方向性が問われる箇所へは有効な手段となる｡
一般那イの柳桝加工条件1r■■r‑l▼SLIS30413○)'L1041A
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図18

研削後の平行度

アップしていることがわかる｡通常は3面合わせと云って再度､最初の一面を研削することで平行度､平面度および表面あらさを向上させる研削法♯セラミックス溶射面の平面研削盤による研削JB兼
表面粗さの淵尭(仝1J一夕出力)
1.溶射面
1‑①横方向が行われている｡

i■lErナけ

1‑③gL方向lI

2.研別姓(AC)(2)ステンレス銅板の研削

I■●JtIr一･JI行っておりますので､条件的にはさらに甘く設定■■bJV ■･･▲l

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21①横方向SUS 3 0 4を一般鋼材と同一の砥石で研削をhll.一'一

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性状が結果として明らかです｡やはり難削材でしょ
うか｡

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1てPI Lq

表面あらさの測定データでは粗く､荒れた面の
図19
1.

研削方法

2.

砥石

胡勅

' Jl

回転牡(rpI)†量l

SVS304研削結果

材質にマッチした砥石の選定､研削条件等さらにはドレッシング技術が一番重要ではないかと考えられる｡㌢フ●lJ)送り速度(L/Ilin)4.

荒研削送り相盛岨)

5.

仕上研削送り(目盛偵)llの切込み回数とクーラソトの量およびそのかけるタイミング等､熟練を要する作業である｡

放代(fL■)u

切込み点(JL I)

6.

かL‑ク7外回数7.

7J卜1け'抵石種叔

‑74‑

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切込み最( fJ■)

削を行っておりますが､操作上､ダイヤモソドホ

データの設定とその手順になれないと間違いを起‑lIt‑ ltJtTlMHJ (PI

切込み長(JLJl)〝

また､この場合も自動研削モードでジグザグ研
イールの場合､自動ドレスができないため､設定‑l lldI >Itb‑Il■ tl一用迎旺(I/tin)

3.

(3)セラミックスの研削図20に示した研削条件の中でもツルーイング時

l■†

‑ll

〝

Lg)歎

研伽砥石の回晦戦くrpJl)

図20

図21セラミックスの研削結果

セラミックスの研削条件‑75‑

5.まとめ

今年度の新規導入加工設備の操作法の習得と各設備での試削および研削を実施した範囲での問題

自動制御弁の開発研究

点や今後の課題をまとめてみると｡①いずれの設備にしても､十分な使い込みを行って､加工データの収集(デ‑夕べーースとして必｢既存弁による駆動特性の把握と制御ソフトの基本設計｣

要な切削および研削条件)をできるだけ数多く蓄えてゆかなければならない｡⑦設備のもつ機能をフルに生かして､高能率､高精度加工の実施とデータ収集｡

指③ Al応用のらくらく対話を用いたNCプログラムの作成とプログラミング技術の指導o

導係長

樋松酒

ロ川井

英進 1

司 昭

試験研究係長④らくらく対話で作成されたNCプログラム瑚也‑カNC枚‑の融通性について､検討と確認｡

主任技師⑤超砥粒ホイ‑‑叫によるセラミックスの研削実験を行い､ツル‑イングやドレッシング条件および研削条件の把握とデータ収集の実施o

1.日㊥超砥粒ホトル研削において､研削の方向性がどんな条件でも影響されないのか確認実験が必要｡

的

各産業界におけるコンピュータ化への流れは､パルプ業界においても配管系の高度化となって波及してきている｡流体の多様化と各種環境下での応用面においては､バルブ単体製品から配管シ⑦ CJW/CJMシステムによる旋削プログラムの作成とCNC旋盤‑のデータ通信実験｡

ステムの一部として扱うことの認識が不可欠な要素になってきており､コソトロールできるバルブの重要性は増す傾向にある｡
一一万､彦根バルブ産地の製品で､水道用弁は公共水道用に多く使われるが､近年の都市開発によっ

参考文献(1)海野邦昭‥ CBN､ダイヤモンドホイ一一ルの軌､万､ ㈱コ三業調査会､ 1991､ 12(2)オークマ㈱サービスセンター: OSP5020L取扱説明書､ 1991､ 4て､山上あるいは地下の配管が多く見られるようになり､水道水の送水圧力も大きな差を生じるに至っている.また､一日に使用される水量は時間帯によって異なり､流量や送水圧力の変動が著し

いo流量(圧力)を常に一定に保ち､かつ能率的､効果的な水供給に自動弁の役割は大きいと言えよう.また産業用､船用弁についても､高層ビルや船舶のイソテリジェソト化､高級化など､一層精度の高い流量調節が重要になってきている｡このほか､電力や化学プラソト関係では多方面にわたる省力化はもとより､使用する流体の多様化､流体洗量の高精密化が進行し､自動化バルブの必
要性は高まっている｡そこで､昨年度に産地の活性化と技術者の養成､つまり､技術開発力を高めて優れた流体制御システム機器として､セソサ･エレクトロニクスも含めた総合技術による付加価

値の高いバルブ開発に取り組むことの重要性から､バルブの自動化に関するユーサー･ニーズの調

査把撞､そして制御に関する技術調査を実施した｡結果を要約すれば､自動制御弁の市場は広く､その使用範囲はあらゆる業界にわたっていること｡製品の製造プロセスにおける装置の一要素になっていることoまた､ユーザー仕様が多種多様であって､製品の種炉が極めて多く､さらに営業活動が非常に困難で､セールスエソジニアリソグの役割が重要になっていることなどが明らかにされた｡

特に､自動化バルブの開発上のポイソトを検討したが､メ一一カー間の相互協力が重要であり､技術力をアップすれば､中小企業のメリットを生かした付加価値化製品の開発は十分可能であると考えられる｡しかし､中小企業単独では種々の問題が懸念され､制御関連メーカー等とタイアップして､セールスエソジニアリソグ的要件は部分的に担ってもらうことが得策であり､システム的なメ

ソテの困難は避けた方がよいo

このように､計装関連メ‑カーに適度に負担してもらうことがこの種の弁開発には近道と言えそうである｡以上により､高度な製品スペックに対しても克服できるのではないかと考えられる｡

既に､制御用バルブの弁本体部と駆動部の構造などの実態調査は終えているので､今年度はコンピュータ搭載型の自動制御弁開発に際して､まず弁本体部における流体特性を把握するため､既存調節弁による実流性能試験を実施して､制御ソフト開発時に必要となる基礎データを収集したので
報告する｡
‑76‑

‑77‑

2.

調節弁の仕様決定について方が幾分優れていそうなことから､プログラム開発を考慮して､電一空式ポジショナにした｡この

過去の調査では調節弁の構造を把握していたが､その際に｢彦根型自動制御弁｣というものにつ他､井関度の認識方法としてリミットスイッチがある｡コソトロールパルプの全開または全閉位置

いて､次のような制御対象機種を設定していた｡①弁の種類‑玉形弁を遠隔位置に伝達Lたり､プラソトの安全位置やインターロックとして､さらには電磁弁の起動･停止､そしてシーケソス制御の採用等に使用される｡バルブの開･閉を遠隔表示したり､シーケソ②口径‑ ￠1 00前摸③材質‑ FCD (流体が水で低圧なら､特に材質的な問題はない)

スのイソタロックに使いたい時は､バルブのスト一口‑クの位置を示すリミットスイッチが必要に④制御困千一流量(圧力)なるので､これも付属させることにした｡⑤制御方式‑空圧式

そこで､これらの条件を参考にし､図1のような仕様を決定した｡まず､弁本体部の構造は調節弁で最も代表

I 弁本体静の4丑 儉 ﾈﾈ ,ﾈﾈﾈﾞﾂ

3.

試験方法

3. 1試験装置的であり､小口径の虜合や差圧が余り大きくない時､あるいは閉時の漏れをできるだけ小さくしたい場合によく試験にはバルブ性能試験装置を使用した｡これは設置以来､研究･指導に大いに利用されてい用いられる単座弁にした｡調節弁の弁全体としての動作るものであり､指導所の業務報告書等においても度々紹介されている｡そこで､ここでは参考に

は､駆動部の動作と本体部の動作との組合せで決定されできる程度として､おもな仕様を示すにとどめた｡

るが､駆動部と本体部にはそれぞれ正･逆の動作がある

ため､弁全体としての動作はこれらとも単純な正動作が可能なようにした｡駆動部は､信号量の増加に従って駆動部が突出するものが正､そして本体部の場合は､外部から弁棒を引けば弁俸が開くものが正である｡結局､弁

性 燃
E作目+

○主な仕様
･試験配管長さｭｸ488H7h8

ポジシ?ナの4枚 鳴

ﾄ

口捷
尭枯

筈

供給空気圧

簸ｶﾂ
"繙ｶ､R

3. 2
it用 兢

9

正作h用

(種別)を選択しているようである｡そこで､予め口径3.2m/sec (配管径200Aの場合)･最大圧力

2. 2k或/cm 2･計測用マイコソ

YEWMAC‑50V3

2ﾕｦﾂを設計する際には､プロセス条件から容量係数(Cv値)を算出し､最適口径を決定する｡そして､最適な弁形状

約7m3

･長大流速

ﾄｳ｢

鉄

ﾂ
調

弁本体 鳴
+

8m3

･最大流量

フエイリアポジション 俤x札#Fﾂ動)にした｡

17.8m･水槽の有効容量ﾅ

Bﾘｿ8

ーdジシきナの入力信号 釘ﾓ#

全体は信号量の増加するに従い弁体が閉まるもの(正作
次に､流体特性と制御榛樺の関連性において､調節弁ﾂ

作Jbエネルギー 仞

･yYFﾂ

偖ﾈ爾

書付考; +‑‑〉正作舟

供試弁

対象機種の調節弁は最も一

LfカセンサtNo,I)

般的な制御用バルブである.

は試験するのに適当なサイズとして中5 0に決めた｡

図2に､その構造と弁に付属

図1調節弁の基本仕様
また､弁開度と線量の関係は流量特性といわれるが､一般的には固有特性と有効特性に区別され､制御性との係わりでは､リフトと流量との関係におけしているポジショナの動作原理を示した｡この実敦では､るイコールパーセソト特性､リニア特性､クイックオープニソグ特性が示されている｡配管系に関国中の弁本体部の流体特性と係したリニアシステム特性なども知られている｡ここでは､より実用的と考えられるイコールパー

ポジショナに信号を与えた時セソト特性が大半を占めていたため､この弁種を対象にした｡の弁軸の移動量､およびポジ

アクチュエ‑タによる弁棒の駆動とポジショナの役割､調整機能という点では､調節弁の弁軸をショナによって電気信号が空動かすのがアクチュエータであり､全体的に､空気圧式のものが畿種･仕様面で充実している｡ま気信号に変換されてからアクた､防爆性に優れ､供給圧も1.2‑4.Okgf/cITはといった小さな値であるため､市販のコソプレッサ

チュエータに伝達される時のーで容易に対応できる.しかし､空気圧式もさらにロータリー､リニアの2タイプがあって､ Ij'ク

空気圧の変動が調べられるよ

チュエータについてもシリソダーとダイヤフラム､そして作動方法によって単動と複動がある｡こうに､圧カセソサと変位セン

れらもよりシソプルなものにした｡

サを取り付けた｡

特に､調節弁に欠かせない付属品がポジショナである｡アクチュエータと組み合わせると弁の制
御性が向上し､与えた信号に対応した任意の井関度にすることができる一種の変換器である｡アクチュエータに必要な操作量を伝え､電一電式ポジショナといったものもある｡調査した限りでは殆ど空‑空あるいは電一空であったので､リニア1)ティ､ヒステl)シスといった点で電一空タイプの
‑78‑

図2

供試弁の構造とポジショナの動作原理

‑79‑

3. 3

通常の性能試与剣こよるデータ収集

J i S B

2005に規定されている｢バルブの容量係数の試験方法｣に従った弁本体部の性能上試験を実施するため､まず既存弁を図3のように取り付けた｡手動操作で通常の実流試験が実施

疏できるように供試弁に適した配管にした｡弁のすぐ上･下流側には1mの透明管を､また上流側には10K ￠50用の3 mの接続用鋳鉄管1つを接続した｡容量係数の測定では､まず試験する所定

下9￨ﾘ5ｨ985C"

9￨ﾘ5ｨ5ﾈ5C

上

‑0.71

疏

‑7.88

下

‑4.00

の開度にする長め､ポジショナには所定の信号を与えておく.全開位置から1/IO春(0‑24m
疏"9￨ﾘ5ｨ985C"

6.47

9￨ﾘ5ｨ5ﾈ5C

洗

‑3.85

0̲85

"

2.59
2.29

ADCで各2.4mA毎)にポジショナの信号を増加させ､それぞれの信号(設定開度)に対応した

デー一夕を収集する｡結局､各開度において､試験時の全開時および中間開度でのレイノルズ数は
4 ×104‑1 ×106の値になるように差圧を設定し､また差圧の値は規定に従って､ 74kPaから順次減じつつ､各設定差圧での流量を測定した｡②確認
全て再入力を終えたら､再度､監視データに戻して､データが" 0.00''となっていることを確認｡

又､弁軸の位置は､アク'チュエータへの供給空気圧を2.8kgf/cm2に設定して､ポジショナに単発的な信号を手動操作で与えて変化させることにより､この時の変化量をレ‑ザ変位計で調べ
YEWMACrコントロ‑ラーた｡

これにより､信号と弁軸の移動量､すまわち､信号と井関度の関係を把握した｡

3. 4

アナライジングレコーダによるデータ収集

次に､アナライジソグレコーダに圧力(上･下流)､流量､駆動弁の空気圧､弁軸の変位量の!! 刎ﾙYＳﾕ､匹ｳ｢ Dﾈｹ餒馥｢ ﾒﾒﾘｩdﾙ )dﾂ

各セソサを取り付け､実流試験に伴う各種躯動特性のデータを収集した｡図4に実験図を､また各セソサのレコーダへの取付箇所と出力特性の範韓を図5に示した｡測点は6箇所である｡出力が電流のものは250E2の計測用精密抵抗をつけて電圧に変換したo

また測定したデータは後で解析できるようにフロッピーディスクに格納した｡ポソプの電源周波数は60Hzまでは支障ないが､群青m打井

弁上流の圧力が3 kgf///加に程度になってしまうので､安全を見込んで設定値は50Hz (1450rpm)

図3

迄とした｡

通常の実流実験

結局､アナライジソグレコーダでは次の2種類の実験を行った｡
なお､圧カセソサの調整は静水時の状態とコソビュータCRT上の監視データと一致するように次のように補正した｡(∋零点補正の手順

ア.まず､画面の監視データで上･下流の圧カセソサの出力状態を確認｡(この時､センサの出力値をメモ)

一一

一一一一>例1

ィ,流水状態で､配管内及び各圧力センサのエアー抜きを十分行う.
ウ.流れを静止させる｡

工.再び監視データで上･下流の圧カセソサの出力値をチェックする.
(出力値はメモ)

一一>例2

ここで､先のメモしたデータとの差を入力し直すことにより補正を施す｡
cf上流の圧カセソサ1の場合､‑0,71‑0.85‑‑1.56となるから､数値を改めて入力するo

図4
‑80‑

アナライジンゲレコーダによる方法‑81‑①TESTl :中間開度で静水状態からホo

変位量から単純に判断して､殆ど全開あるいは全閉状態の弁軸位置となっていることが分かる｡

ソ70出力を上昇させる試験

ただし､ ⑥では信号に対して開度との関係が完全な比例関係となっていることから､全開から全檀)TEST2 :信号に対するホ○ゾ

ショナ

閉の制御信号としては全領域使用できることが分かる｡

部の空気圧及び弁軸変化の遅延時間を調べる

実験

4. 2

①では､弁を中間開度のままにしておき､弁本体部の流体特性

図6は信号に対する弁軸の変位量､開度及び流量比と容量係数比の関係を示した｡

上流側にあるポソプの出力状態を変化させた

なお､容量係数はすべてCv値で表し､次式に従った｡

場合の各センサ出力の変化を調べるものである｡また◎は､無負荷時の弁単独での実験でCvあり､弁はできるだけ絞った状態(ここでは､‑信号MAX19.2mA[開度: 20%相当])から

1.167(4.2.1)

Q

ここに､ Cv :容量係数(rrf)

信号を除去した時の各種特性値の変化を測定

Q :流

量

(nf/hr)するものである｡

Ap :差圧(kgf/cm2)

G :水の比重

図54.試験結果アナライジンゲレコーダとの接続(1)

また､損失係数については次の式で計算した｡

4. 1制御信号と弁軸の位置との関係
表1に信号と弁軸の位置変化の測定結果を示した｡弁軸の変化は開度制御の信

2g･AH■■ ●ヽ̲̲■ 1一叩t

一■I̲I'lrA'*●一■■ ■ ▲

(4.2.2)盟iii

Zt ■ JZ

v2

号に対して､流水状態であっても静水状

ここに､ ( :損失係数

態と大差のない結果が得られ､流水状態

Q :重力加速度(9.80665m/sec2)

においても的確な位置決めができることが分かったo書t ALttlCIJCyM. rlJ) ‑JI JLtfJ LJL比lO/q̲I. rLJトll Jl tt)

AH:差

また､図6の(参から､全開

Ⅴ :流から全閉の変位量は24.4mmであり､変位量については信号2.4mA (開度90%)

圧(mH20)

速(m/see)f■ tt■▲■l■I】●一■̲■■■■̲●t I I r̲T̲'一(.

図7では各弁閲度における差圧と施量の関係を､

■▲■̲▲
▲ 一 ■

から19.2mA (開度20%)の範囲でリニ●書E 剪

また図8に参考として､耗速と旋量の関係を示し

アであるが､これ以外の外側の領域では､た｡さらに､図9には損失係数とレイノルズ数のfI■

fLA■jttCy凡仙L. rIJト･■■ tLA) ̲■

JLt比(Q/h■. rLJ) ‑+ lLL)

■一t■■▲d■dtとttO■■

関係を示した｡特に図7は､開度が小さいと差圧

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表1

制御信号と弁軸の位置変化との関係

図6
‑82‑

信号に対する弁軸の変位量､開度及び流量比と容量係数比

K
38

図7

58

78

P

■

90

流量(rrf/min)一差圧(K Pa)
‑83‑

r

･tn

l町

lⅦ■■

朋

attq

Rf

図9

損失係数5‑レイノルズ数Rem

を大きくしてもほとんど流量は得られないが､開度が大きいと設定差圧を大きくすれば､より大4. 3

きな流量が期待できることを示している｡

各種センサの出力特性(アナライジンゲレコーダによる測定)

弁軸位置を固定Lたままでポソプ出力を上昇させた時の出力特性(TESTl)を図14と図15に調節弁のカタログや技術資料などで良く見受けられるような開度(リフト)と流量の関係は図示した｡各測定値は､通常の実流試験の場合と同様の関係が認められ､出力電圧は小さい｡

10で示した｡図11のような参考図から､今回の実験がイコールパーセソテ‑ジ特性になっていることが理解できる｡

図14は上流圧の変化に対する各セソサの出力状態を､図15では時間経過に伴う各種センサの出力変化を示したものである｡また図16では､ポソプ出力の増大に従ってポジショナ部の空気圧も

図12は各測定差圧での損失係数とレイノルズ数の開陳を両対数で表現したものであり､対数上上昇しているが､弁軸位置が変化していないことが分かる｡図17のTEST2は無負荷時の弁軸とでは明確な直線関係となることが分かる｡差圧の違いも明確である｡これは､損失係数と開度のポジショナの出力空気圧の関係である｡この場合は､空気圧の増加に伴い弁軸位置が変化してい関係を示した図13においても容易に理解できる｡即ち､開度が小さいほど損失係数が大きく､そる｡これら2図の比較から､如何にうまくポジショナが与えられた信号に対して弁軸位置を維持

れだけ流速､つまりレイノルズ数も小さくなって､流れは非常に流れにくいものとなっている｡

させているかが理解できる｡なお､各セソサの出力範囲を把握するため､図の縦軸は電圧表示とした｡ "TEST2"の信号に対するアクチュエー一夕の出力状態については後述した｡

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図10

+

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I

図11調節弁の流量特性

開度と涜量の関係

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図14 上流圧の変化に対する各センサの出力状態

図16(TESTl)

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1

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2

9LEPEl

してしてし5Lm mTE JI 25GHz D CFr C EFr I qFF

弁軸位置とポジショナの出力空気圧
の関係

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I

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5■■tE Rm I 250Ilt B⊂FF

2

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Z. OG■■○
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図13

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78

88

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損失係数5一関度(%)

9B

1

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図15

図17

時間経過に伴う各センサの出力変化(TE STつ)J ド Y. ̲リ

‑84‑

′

i

′̀

2g

劔

‑85‑

弁軸位置とポジショナの出力空気圧
の関係

5.考

察

L Flp;1] ‑‑2.74175+0104700*P:流量(m3/min)′/

9Et

5. 1流量特性の推定'貫&美I'召ムF‑̲7丘｣

88

図18はバルブ性能試験で得られた特性につ′ / 碇lLtミ',.

/+冥J美也△pt57

78./

いて実験値と各推定値の比較を行ったもので

68+買収細△F‑̲4d
A

GIよ

ち

:井関度(%):差圧(kPa､国中ではP‑57kPa)

ﾂ

FJ)

ある｡
ノ

国中のA曲線は､一般に知られているイコー[注;式中の"*"と" ∩ "印は各乗算及びべき乗の指数を表す｡ ]Jf一倍式(R‑57〉

AE5
′

凵

′

以上から､曲線の推定には､一般式でなく実験で得た固有流量特性が必要であり､推定値には

30t一般式tR=細1.Jl

ルパーセソテージト特性の関係式に弁の開度′

28

実験値を分析して得られる当てはめ曲線を使用した方が良いと考えられるoこのような当てはめ

4推定耳個恥′㌢†′

値を代入することによって求められる流量曲線を利用することによって､流量の推定値はかなりのところまで近似させることが可能になるQ
38

48(%)をプロットしたものである｡計算は次式
によった｡

図18

y

‑

58

溝

68

7B

BO

ge

J

lt地
'^

5. 2

イコールパーセンテージ特性の推定式の比較

92/03/13 16:58:09

I‑･‑‑･‑ (5.1.1)

RX‑1

アクチュエータの信号に対する遅延時間

図19､ 20はTEST2の実験結果である｡図20からポジシ三

CRSE

I

y :弁容量(Cv/CvhLAX

Ⅹ '･井関度(L/L舶Ⅹ

RATE

).mJ

ナへの信号が変化してから488
ここに､

TRIGGER

5F3HPLf

TEST 2
HDD【川T

FI

250rk

Cj1.

B

OFF

20.00,ノ2

Sl̲OPE一

La尼L

C

OFF

VINOOV仰NNIN6

2.cm

D

OFF

721

牌ﾂ

G1‑‑‑}変位tン†

msec後に空気圧が変化し始め､%)%)この後､さらに116msecを経過
y V V l■ ‑2.OW ‑2.ODD 01∝伽

して弁軸の変位が変化すること

R :固有レソジアビリティが分かる｡即ち､信号の変化に固有特性は弁前後の圧力降下一定状態で流した時の特性であるから､上武で示した弁容量は4

対して､弁軸変化はかなり緩慢

項の(4.2.1)式から分かるようにQ/Q弧Xと置き換えても同じになる｡また､固有レソジ7ビである｡トリガの与え方は表3

リティについてはR‑Cv a CvhaNの関係より､本実験ではR‑57となるが､一般的なR‑5に示した｡このことから､信号0の場合も示した｡の入力あるいは出力には十分こ

なお､ B曲線は実験値を表したものであ"G2‑‑>せ号 G3‑‑‑}生気丘 (rrHt) ll1

3I

ll

1･162
62

のことを配慮する必要がある｡

0.メ̲メ‑‑ア｢触媒劔劔i284 J5.cc

る｡ C曲線については､実験データのうち(+位; JT)I/LJA)

で差圧と開度の関係として作成した衰2のPZl A JLLE■tL 剩ｿ 伜%｢

20

流量データを回帰分析した結果である｡分
PI

析結果は次式で示されるが､ここで扱った
データの変数が複数個(開度と差圧の2つ)

｢

○.Ol

LPJ

爾

APJi44

P7

ﾂ

血Pミ57

&ﾂ

0.○1

1ll一
R一

あるため､通常の単純な回帰分析では推定

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B

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【回帰式】
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弁駆動部の出力状態

おり､弁のみの制御を考えた場が不十分と考えられる｡そこで､直交多項式を用いた回帰分析を行った｡

図19

体部の流体特性は良く追随して合には信号を与えるタイミソグ

8̲55

61

ただし､弁軸変化に対する弁本

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ただし､

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‑86‑

図20

7クチュエータの信号に対する遅延時間+0.000026485*M〈3

‑87‑

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アナライジンゲレコーダによる各試験でのトリガの与え方

まとめ

自動制御弁のプログラム開発に際し､まず一般的なアクチュエータ､ポジショナといった付属品のついた調節弁において､弁本体部の流体特性を把握する実験を行い､既存井上･下流の流体特性と弁の駆動特性との関係を調べた｡その結果､制御ソフト開発時に必要となる基礎デ‑タを収集することができた｡要約すると次のようになる｡

1).容量係数試験の結果について

ポジショナに信号を与えて弁軸位置を変化させて実験したところ､実験時の弁軸位置は流れがある場合と静止した場合とでは大差がなく､流水中であっても空運転時と同様に位置決めできる｡
2).弁の固有流量特性について

実流実験によって弁固有の流量特性を把塩でき､イコールパーセソテージ特性を得た｡また､データを解析し曲線の当てはめを行うことにより､流量特性は推定式を利用できることが分った｡
3).アナライジングレコ‑ダによるデ‑タ収集結果について

アナライジソグレコーダに圧力(上･下流)､流量､駆動弁の空気圧､弁軸の変位量など各セソ

サを取り付けて､実流試験で各種特性データを収集ところ､各種セソサの出力状態を同時計測でき､時間領域での比較では弁軸変化と流量特性は良く追従している｡しかし､信号に対して､ホ○ シ〜
ショナ部の空気圧､弁軸変化にはかなりの遅延時間が認められた｡

なお､課題として､信号の与え方が単純だったので､もう少し詳しく信号の変化率と弁軸変位量の関係を調べられるようにする必要がある｡(参考文献)

1)竹中俊夫､椎木晃:調節弁の特性(1)､バルブ技報､第1巻第2号､ 1986年7月
2)椎木晃:アクチュエータ･インタフェースの動向と､標準化の状況､バルブ技報､第5巻第1号､ 1990年5月

3)三浦徹郎:調節弁の化学工業における応用､バルブ技報､第5巻第1号､ 1990年5月
4)本山のコソトロールバルブ｢ェソジニアリソグハンドブック｣､ (樵)本山製作所

5) ｢山武‑ネウエルのカタログおよび技術資料｣ ､山武‑ネウエル(秩)6)伊勢雅男:調節弁の種類と選定､配管技術' 86.増刊号

7)松川･酒井･.自動制御弁の開発研究rfTf場および制御技術に関する実態調査｣､滋賀県立機械

金属工業指導所業務報告書(平成2年度)‑88‑