JP2004003330A - 流体のオーバーフロー量を測定するための堰の建造物 - Google Patents

Abstract

流量測定システムは、水塊によって前方面に境界が定められた堰壁を有しており、かつ、後方面とその水塊からの水が越えて流れる頂上端とを有している。その頂上端に、エアフォイルとして一般に形成された堰の構造体であって、前記堰壁を越えて流れる水がこの構造体を越えて流れなければならないように配置された堰の構造体が取り付けられている。

Description

【０００１】
（発明の分野）
この発明は、流体用測定堰に関するものである。この発明は、より詳しくは、川、水路、下水渠および合流式下水道排水口（ＣＳＯ）で使われる堰であって、それを越える水流の流速を測定するような堰に関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
このような堰は、それ自体を流れ越す実際の流速をリットル／秒で、あるいは流量をｍ^３／面積で決定するために使われる。良好に設けられたオーバーフロー堰にあっては限られたオーバーフロー範囲でだけ機能する、ということがさらに知られている。しかしながら、長時間のオーバーフローがどちらかというと小さくて、そのために大きい容積を少しの間に有することができるときの環境がある。長期間−短期間モードにおける広範囲の流速は正確に決定すべきである。
【０００３】
公知のオーバーフロー堰にあっては、そのオーバーフロー量とこのオーバーフロー堰の上方端の上方における上流側水位との間に、申し分のない相関関係はまったくない。オーバーフロー量を測定するために、いくつかの鋭角堰が提唱されている（ＡＴＶ　Ａ　１１１，ＩＳＯ　１４３８）。これらはレーボックの測定堰とまったく同一のものである。このような鋭角堰にあっては、３０ｍｍに満たない小さい水滴を伴った、堰の後方側からのオーバーフロー流の非制御付着あるいは非制御解放があり、従って、放出評定曲線に強い履歴現象がある。しばしば提唱された、オーバーフロー流の下側における人工曝気は、有効なものではなく、また、実際的なものでもない。１０ｍｍに満たないオーバーフロー先頭部には、水の表面張力によって生じたさらに別の問題がある。
【０００４】
鋭角堰には、実質的なオーバーフロー先頭部を伴った、ポレーニのオーバーフロー式における小文字μ値として表された流れに対する高い抵抗がある。小文字μ値によって大きい先頭部が作り出される。上流側の水路網には背水が作り出される。
【０００５】
川あるいはダム上部の流れを制御するために、丸みを帯びた頂部のある幅広隆起堰が知られている。このような丸み部分は、水の実質容積が最小の水頭損失と騒音とで通過することができるようにするために、用いられる。しかしながら、このような堰は、測定範囲が限られているため、廃水システムには利用することができない。
【０００６】
測定値を改善するために、標準的な輪郭頂部と堰の後方側から隆起して水平に延びている下流側部分との組み合せから作られたオーバーフロー測定堰についての頂部輪郭が知られている。この標準的な輪郭頂部は、比較的大きく曲がっており、また、ほとんど水平な後方表面のある凹状移行部にわたって連なる約４５度の角度がある、ほとんど真っ直ぐな後方面を形成している（ヨーロッパ特許第０，４７７，７４５号明細書）。
【０００７】
正確な測定値を得るための問題点は、浮遊物および軽流体が廃水システムから流出してしまうのを防止するように機能するスカム止めあるいはバッフルからなるオーバーフロー堰の上流側部分を使うことで、さらにいっそう重大になる。
【０００８】
（発明の目的）
従って、この発明の１つの目的は改良された流量測定堰を提供することにある。
【０００９】
別の目的は、前記の諸欠点を克服し、流れ抵抗が比較的小さく、オーバーフロー量が大きくかつ低流量では高抵抗であり、広範囲の流れにわたって正確に再現することができるとともに履歴現象のない測定値（ｆｒｅｅ　ｏｆ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）をもたらすことのできるような改良型流量測定堰を提供することにある。
【００１０】
（発明の概要）
これらの目的は、水塊によって前方面に境界が定められた堰壁を有しており、かつ、後方面とその水塊からの水が流れる頂上端とを有しており、その頂上端に構造体が設けられ、この構造体は、堰壁を越えて流れる水がその構造体を越えて流れなければならないように配置された、前記頂上端におけるエアフォイルとして一般に形成されている流量測定システムにおいて達成される。
【００１１】
空力理論によって設計されたこのような堰壁構造体によれば、実際にはその上方側面に増水が起きることはないものの、それを越えて流れる水が、その上方側面に残り、なめらかなシーツとして後方端から出て行く。このため、曝気によらなくとも、この構造体には履歴現象が起こらない。
【００１２】
この発明によれば、この構造体は、前記堰壁に取り付けられており、また、別個の要素である。標準的な用途では、その壁自体は鉄筋コンクリートから造られており、また、そのエアフォイル状構造体は建造後にその壁の上に据え付けられている。このようにすることで、組み立て時にきびしい公差をほとんど要求されることなく、その壁の頂部に完全に適合した構造体を設けることができる。
【００１３】
この発明によれば、前記構造体は、前方高位箇所と後方端とを有し、かつ、この高位箇所とこの後方端との間でなめらかにかつ徐々に上方へ凸になっている。前記構造体には、高い流速で上昇あるいは空洞現象さえ引き起こすおそれのある凹状の乱流発生部はまったくない。加えて、前記後方端は、水平後方へ向けられているとともに、鋭利なものである。従って、流速が低いかあるいは水滴が小さいときでも、水は、この後方端の充分前方に間隔を置いて配置された後方壁面にほとんど影響されることなく落下すると思われ、なめらかなカーテンとして、特定の箇所で前記構造体の前記下方端から容易に分かれて落下するであろう。
【００１４】
この発明に係る前記構造体は、前記前方高位箇所から前記後方端まで、１０から１５度の角度で下方へ延びている。この凸状構成によって、水が前記構造体の上方表面に接してとどまることが保証される。なだらかな丸み部分は完全に障壁のないものである。従って、１リットル／ｍ^２のようなきわめて軽い流れであっても、その流れ領域は、剪断応力と境界層効果とによって影響され、かつ、再現可能なμ値を測定することができる。このことは、ささやかな流れを測定するときのきわめて大きい利点である。
【００１５】
より大きい流れにあっては、エアフォイル形状は、大量の水が小さい損失でその上を流れることができるため、きわめて有利なものである。重量流はこの領域の特徴である。前記後方端を越えるある最小流が確保されると、その流量は、それを測定するための処理能力と異なることなく、事実上任意の程度まで大きくなることが可能である。
【００１６】
加えて、この発明によれば、前記前方高位箇所は、前記壁の前方面に対してほぼ水平であり、通常はそこと真っ直ぐな直線になっている。この構造体は、水平前方へ向けられたなめらかな湾曲部に対して前記高位箇所の前方に形成されている。それは、なめらかなステンレス鋼から、垂直な長孔を通って延びているねじで、例えばそれを定位置に固定することで、作られている。それは、一方が他方の水平な長孔の中に嵌められた２つの部品から作ることによって可能になる、水平に調節することのできる幅のあるものでもある。そのうえ、この構造体は、前記壁に沿って間隔を置いて配置された一連の部品から作り、かつ、熱膨脹を相殺するためにすべり継手と相互嵌合させることができる。
【００１７】
この構造体は、前記前方面の前方にある水塊の中に下方端を有している上流側のバッフルあるいはスカム止め（ｓｃｕｍｂｏａｒｄ）と連結されている。このバッフルの下方端は前記壁から離れて前方へ曲げられている。さらにまた、このバッフルの前方には、水塊の上方表面の高さを測定するためにセンサーが設けられているが、これは、実際に水に触れる必要がないように、超音波反射などによって機能するものであるのが好ましい。
【００１８】
前記の、そして他のいくつかの目的、特徴および利点は、添付図面についてなされた以下の説明と参照とから、いっそう容易に明らかになるであろう。
【００１９】
（具体的説明）
図１に見られるように、例えばコンクリートから造られた標準的な堰壁１には、一般的に廃水塊の境界を定める垂直な前方面２と、垂直な後方面３とがある。なめらかなシート状ステンレス鋼から作られ、かつ、２つの部分から形成された構造体４には、後方壁３に固定された平坦な後方部分と前方壁２に固定された平坦な前方部分とがあり、これら両部分は、垂直な長孔に嵌め込まれているスクリューアンカー１１によって、構造体４の垂直位置を調節することができるようにされている。壁１の上方端１８は、前方面２と後方面３との間を大部分が水平に延びている。
【００２０】
構造体４には、流れに対して垂直に延びている最上箇所７がある。この箇所７の前方には、前方へ凸状になり下方端が前方部分６の上方端に連なるほぼ円形断面の湾曲部がある。この箇所の後方は、１０から１５度でなめらかに後方下部へ延びてわずかに上方へ凸状になり、折り返された後方端９で終わっているが、この後方端は、後方部分５の上方端から突出している突出状フランジ１０に後方下部へ嵌めかぶせられている。２つ重ね状後方端９におけるフランジ１０の相互嵌合によって、水平に調節することのできる大きさの構造体４に相異なる幅の壁１が収容される。このように、構造体４には、前記の部分５，６とエアフォイルの形状とが本来備わっている。
【００２１】
構造体４を越える流れは、きわめてなめらかなものになるであろう。わずかな突出性と水の重量とによって、エアフォイルにおけるような増水はないであろうが、水のオーバーフロー層は、滑り後方傾斜部を越えて吸い込まれると思われ、従って、後方端９で水の層のきれいな分離があると思われる。流れは、後方面３からわきへ向けられて、なめらかなシーツのように下方へ滝のように流れ落ちるであろう。
【００２２】
このような構成は、図２に示されたような標準的な垂直バッフル１２とともに用いられる。ここで、流体表面１５は、矢印Ｆで示されたように、流れがバッフル１２の前方屈曲状下方端１３の下方を動くように、この構造体の充分上方にある。バッフル１２の上方端は、堅くするために、逆Ｊ字形になる２つの部分に折り返されている。バッフル１２の前方には、液面１５の高さを測定するセンサー１６のための支持部１７が設けられている。このセンサー１６によって、流体の表面で反射される超音波信号が出される。この信号の行程時間が測定されて、センサー１６と流体の表面との距離が表示される。
【００２３】
たいていの場合、この構造体の前方部分は、図１および図２に示されたように、真っ直ぐである。しかし、この構造体の前方端および後方端が図５および図６に示されたように湾曲していてもよい、ことはもちろんである。図５では、流れは、矢印で示されたように、湾曲部の外側から内側へ向かっている。図６では、流れは、これまた矢印で示されたように、湾曲部の内側から外側へ向かっている。
【００２４】
この構造体はまた、図３および図４に示されたように、閉鎖型構造体であってもよい。図３では、流れは円形構造体の内側から外側へ向かっており、図４では、流れは同構造体の外側から内側へ向かっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明に係る堰の垂直断面図である。
【図２】図２は、この発明に係る流量測定システムの垂直断面図における部分概略側面図である。
【図３】図３は、上方から見ることのできる堰の可能な形状である。
【図４】図４は、上方から見ることのできる堰の可能な形状である。
【図５】図５は、上方から見ることのできる堰の可能な形状である。
【図６】図６は、上方から見ることのできる堰の可能な形状である。

Claims (16)

1. 水塊によって前方面に境界が定められた堰壁を有しており、かつ、後方面とその水塊からの水が越えて流れる頂上端とを有している流量測定用システムにおいて、
   その頂上端におけるエアフォイルとして一般に形成された構造体であって、前記堰壁を越えて流れる水がこの構造体を越えて流れなければならないように配置された構造体を備えてなる堰の建造物。
2. 前記構造体が、前記堰壁に取り付けられている請求項１に記載の堰の建造物。
3. 前記構造体が、前方高位箇所と後方端とを有し、かつ、この高位箇所とこの後方端との間でなめらかにかつ徐々に上方へ凸になっている請求項１に記載の堰の建造物。
4. 前記後方端が、水平後方へ向けられているとともに、鋭利なものである請求項３に記載の堰の建造物。
5. 前記構造体が、前記前方高位箇所から前記後方端まで、１０から１５度の角度で下方へ延びている請求項３に記載の堰の建造物。
6. 前記前方高位箇所が、前記壁の前記前方面に対してほぼ水平である請求項３に記載の堰の建造物。
7. 前記構造体が、前記前方高位箇所の前方に、水平前方へ向けられたなめらかな湾曲部で形成されている請求項３に記載の堰の建造物。
8. 前記構造体が、なめらかなステンレス鋼から作られている請求項１に記載の堰の建造物。
9. 前記構造体が、前記壁に対して垂直に調節することのできるものである請求項１に記載の堰の建造物。
10. 前記構造体が、水平な姿勢となることができるものである請求項１に記載の堰の建造物。
11. 前記前方面の上流側水塊の中に下方端を有しているバッフルをさらに備えている請求項１に記載の堰の建造物。
12. 前記バッフルの下方端が、前記壁から離れて上方へ曲げられている請求項１１に記載の堰の建造物。
13. 前記バッフルの前方に、前記水塊の上方表面の高さを測定するためのセンサーを含んでいる手段をさらに備えている請求項１１に記載の堰の建造物。
14. 前記構造体の前方部が、直線状である請求項１に記載の堰の建造物。
15. 前記構造体の前方部が、湾曲している請求項１に記載の堰の建造物。
16. 前記構造体の前方部が、円形である請求項１に記載の堰の建造物。

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