給水装置いろいろ

皆さんこんにちは。

今回は給水装置を紹介していこうと思います。消防用設備にもいろいろな水を使う設備があり、給水装置は切っても切れない装置です。

よく用いられているものとしてボールタップがありますが、他にもFMバルブや電動弁を用いたものもありますので紹介していこうと思います。また電極棒を使用しての警報や電動弁の開閉の方式についてもお話させていただきます。

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ボールタップ方式

これはごく一般的な給水装置になり、一般家庭のトイレのタンクの給水にも使用されています。

消火設備(屋内消火栓など)の呼水槽や消火水槽、高架補助水槽(充水槽)の給水装置としても用いられて、概ね配管径20A以下の比較的給水量が少なくても大丈夫な給水配管に使用されます。

写真の装置がボールタップで、先端の金色の球が浮きになっていて、水位が下がると浮きが沈みボールタップの弁が開いて給水を始めて、水位が上がってくると浮きが上がってきて弁を徐々に閉めていき、最終的に給水を止めるという仕組みになっています。

この弁に使っているのはゴムで、経年劣化してヒビが入ったり、ゴミがかんだりして定水位で給水を停止出来なくなってきたらボールタップの交換が必要になります。

ボールタップはウォーターハンマー(水撃作用)が起きやすい給水装置なので、複式と言う方式のボールタップや親子2球式のボールタップを使用してウォーターハンマーを防止(抑制)する必要があります。

給水時に水面が揺れてボールタップの浮きが揺れ、弁を開けたり閉めたりする振動がおこる場合がある時には、波消し用の囲いや、ボールタップの浮きに重り(球の中に砂が入っている)付きのものを使用してウォーターハンマーを抑制しているものもあります。

FMバルブ方式(定水位弁)

こちらは上記のボールタップでは給水量が足らない時などや、ウォーターハンマー(水撃作用)の低減を目的に配管径が概ね25A以上の給水配管に使用される給水装置になり、大容量のタンクや水槽に用いられています。

FMバルブ(定水位弁)方式の例 水槽外への設置例

FMバルブ(定水位弁)の例

FMバルブ(定水位弁)方式の例 水槽内設置の例

また、ボールタップは水槽内への設置になるのでメンテナンスや交換する場合は水槽内へアクセスしなくてはならないのに対して、FMバルブは本体(主弁)を水槽の外に設置することが出来るので、メンテナンスや交換が楽に行えるというメリットがあります。副弁は水槽内の設置になりますが。

ちなみにFMバルブのFMは「Fixed Moving」の略です。

基本的な構造は一斉開放弁(減圧開方式)に似ていて、副弁が閉鎖し主弁に圧力がかかっているときには主弁は閉じていて、副弁が開いて減圧し、主弁への圧力が減少すると主弁が開き給水を開始します。

FMバルブの動作の例

上記の図で説明します。(図の方式は説明する為に簡潔にしており、実際の方式とは異なる場合があります。)

  • (1)では、副弁が閉まっている状態なので、主弁の上部空間の水が主弁を押さえている状態になります。
  • (2)では、副弁が開いて主弁上部空間の水が排出され、主弁を押さえていた圧力が無くなった状態です。
  • (3)では、主弁上部空間への給水をオリフィスや小口径配管などを用いて流量を絞っているので副弁が閉まってもすぐには主弁が閉鎖しない状態で、主弁は下側からの圧力で持ち上げられて開きます。
  • (4)では、持ち上げられた主弁部分を通って水槽などへ給水をしている状態です。

副弁が閉まってもオリフィスなどで水をゆっくり送るので主弁にはゆっくりと圧力がかかり、主弁はゆっくりと閉鎖しますのでウォーターハンマー防止型の給水装置になります。

ですので、副弁を閉鎖してから主弁が閉鎖するのに少し時間がかかります。これは上記の様な構造になっている為で異常ではありません。

この副弁にはボールタップや電極棒を用いた方式(電磁弁や電動弁を使用して水位の変化を監視する。)を使用します。電極棒を用いた制御については後述します。

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電動弁方式

これは弁の開閉をモーターなどで直接行う方式で、簡単に言うと電気的信号を受信して弁を開閉する方式になり、電気的信号を電極棒や制御盤などから受信して弁を操作するシステムになります。

電動弁方式の例

水槽に設置された電極棒で、水位の増減により電動弁の開や閉の指令を出したり、満水警報や減水警報をだしたりします。電極棒方式の制御については後述します。

電極棒の検知や電動弁の開閉の信号を送受信するのに専用の受信盤(制御盤)が必要になります。

受信盤などから信号を受けて弁上部にあるモーターが回転して、その力を弁に伝えて弁を開け閉めします。回転力で弁を開閉するので弁はボールバルブをよく用います。ボールバルブは玉の形状をしているので、回転力を伝えるのにちょうど良いからです。

これもモーターによりゆっくりと弁を開け閉めするので、ウォーターハンマーの起きにくい給水装置と言えます。

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電極棒による水位検知

電極棒収納箱の例

電極棒(3本式)の配置例

電極棒(5本式)の配置例

これは呼水槽や消火水槽などで減水や満水の警報を出したり、上記の電動弁の開閉信号の送出の為の水位検知によく用いられる方式になります。

一般的に警報を出すだけの場合(又は電動弁などの開閉信号だけの場合)は電極棒を3本使用して、警報と電動弁などの開閉信号を使用する場合には電極棒は5本になります。

消防用設備では警報を出すことが重要なので、電極棒が3本の時は概ね警報のみの方式になります。

電極棒は一番短い棒がE1になり、短い棒から順番にE1、E2、E3、E4、E5となり一番長い棒がE5(電極棒が3本のものはE3)になります。(異なる場合があります。)

一番長い棒(E3又はE5)を共通線として使用して、各電極棒との導通を検知して各警報(減水・満水)や信号(給水開始と停止)を制御盤(フロートレスリレーなど)を経由して送出します。

電極棒(3本方式)と水位の関係図

では上図で説明していきます。(もっとも一般的な方式になりますが、異なる場合があります。)

  • (1)は水位がE1とE2の間にあり平常状態(警報が出ていない状態)になります。E2とE3が導通しているので減水警報は送出されません。
  • (2)は水位がE2の電極棒よりも減少してE2とE3の導通がない状態ですので、制御盤が導通がないことを検知して減水警報を送出します。
  • (3)は水位が増しE1の電極棒に触れてE1とE3が導通していますので、満水警報を送出します。

以上のことから、警報を試験で送出する場合は電極棒端子台で、満水警報をだすならE1とE3とショート(短絡)させて、減水警報をだすならE2の端子を外せば減水警報が送出されます。

電極棒(5本方式)と水位の関係図

また上図で説明していきます。(よくある方式ですが、異なる場合があります。)

  • (1)は水位がE2とE3の間にあり、警報や給水動作もない平常状態になります。
  • (2)は水位がE4よりも下がって、E4とE5に導通がなくなっているので減水警報を送出します。
  • (3)は水位がE1の電極棒の触れて、E1とE5が導通しているので満水警報を送出します。
  • (4)は水位がE3の電極棒より下がって、E3とE5に導通がなくなっているので給水を開始(電動弁などの開信号)します。
  • (5)は水位がE2の電極棒に触れて、E2とE5が導通しているので給水を停止(電動弁などの閉信号)します。

以上のことから、水位がE3電極棒より下がると給水を開始して、水位が上がりE2電極棒まで来ると給水が停止する方式になります。なので水位がE3より下がらないと給水しません。そして万が一給水が開始しない又は停止しない場合に警報を送出する方式です。

まとめ

最後までご覧頂きありがとうございます。

今回は給水装置のお話でしたが、終わってみたら電極棒方式のお話も盛り上がってしまいました。まぁ電極棒も給水装置の付属装置と考えれば良いのかなぁと思います。

一般的には給水装置=ボールタップみたいな感じですが、最近はFMバルブを使用する水槽が増えてきています。呼水槽みたいな小さい水槽はボールタップですが、消火水槽や中間水槽は流量が必要なのかFMバルブを用いる水層が増えてきています。

FMバルブは副弁にボールタップを使用することがあるので、良く確認しないと給水装置=ボールタップになってしまいがちです。ボールタップを下げて給水量が少ない場合はFMバルブの可能性を考えましょう。

「知らぬは一生の恥」といいますので、当ブログで知識を蓄えて頂ければ幸いです。