JP2009191564A - フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】
片持支持構造のフラップゲートに於いて、支持部の負担を軽減して片持支持構造のフラップゲートの実現の促進、更に工事費の軽減を図る。
【解決手段】
下端部で回転支持部３を介して片持支持され、浮力によって起立可能な扉体４と、該扉体の起立状態で扉体下端部に一方から当接する扉体当接部５と、該扉体当接部と所定距離離れて前記扉体下端部に前記扉体当接部とは反対側から当接する扉尻当接部７とを具備し、前記回転支持部は函体１に設けられた軸受ブラケットと前記扉体下端部とを連結する扉体支持軸を有し、該扉体支持軸は前記扉体が前記扉体当接部と前記扉尻当接部に当接した状態で、水平方向に遊びを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は海底に片持支持され、浮力を利用して開閉を行うフラップゲートに関するものである。

津波或は高潮等の発生時に、津波或は高潮が港湾、水路の出入口から流入することを防止する為に、津波或は高潮等の発生時にのみ、防波堤として機能するフラップゲートが港湾、水路の出入口に設けられる。

フラップゲートは大規模な装置となり、フラップゲートを開閉するには極めて大きな動力を必要とする。

この為、特許文献１に示される様に、フラップゲートの扉体を密閉中空構造とし、該扉体を海底側に片持支持し、フラップゲートを閉とする場合は、前記扉体内部に空気を充満させ、浮力によって前記扉体を起立させ、又フラップゲートを開とする場合は、前記扉体内部を空気から水に置換し、浮力をなくして前記扉体を倒伏させる様にしたものがある。

図９により、片持支持構造のフラップゲートの概略を説明する。尚、図９は、扉体が水位の高い側に傾斜する、逆フラップゲートを示している。

海底に構築された函体１には扉体収納部２が形成され、該扉体収納部２の港内側の端部に回転支持部３を介して扉体４が片持支持されている。

該扉体４は中空構造であり、内部に水が充填されている場合は、倒伏して前記扉体収納部２に収納され、内部の水が空気に置換されると、浮力によって起立する。

起立状態では、港外と港内との水位差により、前記扉体４に水圧が作用し、該扉体４には起立方向の回転力が発生する。

この回転力は、前記扉体収納部２の港内側壁面に形成した扉体当接部５からの支点反力と、前記回転支持部３の支点反力によって支持される。

ところが、片持支持構造の場合の、支点間の距離Ｌは、構造上大きくすることができない。この為、前記回転支持部３には梃子作用により極めて大きな支点反力が発生する。

前記回転支持部３は回転軸と軸受部で構成されるが、回転軸を前記扉体４全幅に亘って設け、回転軸の負担を分散させることは、極めて困難である。従って、現実には扉体の複数箇所に回転支持部３を設けることになるが、この場合、該回転支持部３、回転軸の負担は一層大きくなり、回転軸は非常に大きくならざるを得ず、加工も非常に困難となる。

特開２００３−２０１７１０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、片持支持構造のフラップゲートに於いて、支持部の負担を軽減して片持支持構造のフラップゲートの実現の促進、更に工事費の軽減を図るものである。

本発明は、下端部で回転支持部を介して片持支持され、浮力によって起立可能な扉体と、該扉体の起立状態で扉体下端部に一方から当接する扉体当接部と、該扉体当接部と所定距離離れて前記扉体下端部に前記扉体当接部とは反対側から当接する扉尻当接部とを具備し、前記回転支持部は函体に設けられた軸受ブラケットと前記扉体下端部とを連結する扉体支持軸を有し、該扉体支持軸は前記扉体が前記扉体当接部と前記扉尻当接部に当接した状態で、水平方向に遊びを有するフラップゲートに係るものである。

又本発明は、前記扉体下端部に中空の扉体側固定軸が設けられ、前記扉体支持軸が前記扉体側固定軸に内嵌し、該扉体側固定軸との間に隙間を形成するフラップゲートに係るものである。

又本発明は、前記扉体側固定軸と前記扉体支持軸との間に半径方向に変形可能な中間軸を介設したフラップゲートに係るものである。

又本発明は、前記中間軸は螺旋状に形成したバネを有するフラップゲートに係るものである。

又本発明は、前記中間軸は円筒状の弾性材料を有するフラップゲートに係るものである。

又本発明は、前記中間軸に粘性流体を封入したフラップゲートに係るものである。

本発明によれば、下端部で回転支持部を介して片持支持され、浮力によって起立可能な扉体と、該扉体の起立状態で扉体下端部に一方から当接する扉体当接部と、該扉体当接部と所定距離離れて前記扉体下端部に前記扉体当接部とは反対側から当接する扉尻当接部とを具備し、前記回転支持部は函体に設けられた軸受ブラケットと前記扉体下端部とを連結する扉体支持軸を有し、該扉体支持軸は前記扉体が前記扉体当接部と前記扉尻当接部に当接した状態で、水平方向に遊びを有するので、前記扉体に水圧が作用して回転力が生じた場合に前記扉体支持軸には水平力が作用しないので、回転支持部の小型化が図れ、製作が容易となり、製作コストの低減が図れる。

又本発明によれば、前記中間軸は螺旋状に形成したバネを有するので、前記扉体支持軸が扉体側固定軸内で弾性支持され、半径方向の変位が許容される。

又本発明によれば、前記中間軸に粘性流体を封入したので、干渉機能が発揮され、前記扉体側固定軸と前記扉体支持軸間の衝突が避けられると言う優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１〜図３に於いて、本発明が実施される片持支持のフラップゲートについて説明する。尚、図１〜図３中、図９で示したものと同等のものには同符号を付してある。

海底に扉体４を支持すると共に収納する函体１が構築される。尚、該函体１には、保守点検用の検査廊１０が設けられる。

該函体１には前記扉体４の形状に合わせて扉体収納部２が凹設され、又該扉体収納部２に連続して扉尻収納部６が凹設されている。前記扉体収納部２底面の港内側に回転支持部３が設けられ、該回転支持部３に前記扉体４が回転自在に支持されている。

前記扉体４の扉尻部は該扉体４の回転により前記扉尻収納部６内を回動し、該扉尻収納部６の上部に突出している扉体当接部５と、前記扉尻収納部６の港外側壁面に形成され、前記扉体当接部５と所定距離離れた扉体下端部（扉尻当接部）７に前記扉体４が当接することで回転が拘束される様になっている。

前記扉体４の下面（起立状態では湾外側の面）には全面にスキンプレートが設けられ、前記扉体４の上面は枠材によって構成され、開放されている。又前記扉体４の先端部には気密な空間である浮力室８が形成され、前記扉体４の基端部には気密な空気室９が形成される。

該空気室９の容積は少なくとも前記浮力室８の容積と同じか、好ましくは前記浮力室８の容積に比べて充分大きく設定する。

前記空気室９と前記浮力室８とを空気配管１２によって接続し、該空気配管１２には第１空気弁１３が設けられる。尚、前記空気配管１２の基端が前記空気室９に開口する位置は、該空気室９の最上位か、最上位の近傍とされ、前記空気配管１２の先端が前記浮力室８に開口する位置は、該浮力室８の最上位か、最上位の近傍とされる。又、前記浮力室８の最上位置、その近傍に放出管（図示せず）が接続され、該放出管にリリース弁である第２空気弁１４が設けられている。

前記空気室９と前記浮力室８とは水配管１５によって接続され、該水配管１５の基端が前記空気室９に開口する位置は、該空気室９の先端側壁部の最下位か、最下位の近傍とされ、前記水配管１５の先端が前記浮力室８に開口する位置は、該浮力室８の最下位か、最下位の近傍とされる。

又、前記水配管１５には、分岐して水中に開口する分岐管１６が設けられ、前記水配管１５に第１液体弁１７、前記分岐管１６に第２液体弁１８がそれぞれ設けられる。更に、前記空気室９の最下位置には、排水弁１９が設けられる。又、該排水弁１９は前記空気室９に空気を充満させる場合を除いて閉である。

次に、前記扉体４の起立、倒伏作動について説明する。

図１は待機状態を示しており、前記浮力室８には水が充満し、前記空気室９には空気が充満している。前記第１空気弁１３、前記第２空気弁１４、前記第１液体弁１７、前記第２液体弁１８は閉である。前記空気室９の空気による浮力が働くことになるが、ピンジピン近傍に浮力中心がある為、起立しようとするモーメントは、前記扉体４自重による倒伏しようとするモーメントより小さい為、浮上することはない。

前記扉体４を浮上させる場合、前記第２空気弁１４、前記第２液体弁１８を閉じた状態で、前記第１空気弁１３、前記第１液体弁１７を開く。

前記空気室９の空気が前記空気配管１２を通って前記浮力室８に流入する。一方前記浮力室８の水は前記水配管１５、前記第１液体弁１７を介して前記空気室９に流入する。前記浮力室８は、水から空気に漸次置換され、浮力が発生し、やがて前記扉体４自重の倒伏モーメントよりも浮力起立モーメントが大きくなり起立方向（図中反時計方向）に回転する。前記扉体４が回転することで、前記浮力室８が前記空気室９より上方に位置することになり、前記浮力室８への空気の流入、水の排出は急速に行われる。

前記浮力室８が空気に完全に置換されると、前記扉体４の先端が水面より露出する様に起立する。尚、図２に示す様に、水位の低い状態では、完全な起立状態ではないが、図３に示す様に、水位が上昇すると、水位の上昇に追従して起立して越流を防止する。又、完全に起立した状態では、前記扉体４の上面が前記扉体当接部５に当接すると共に前記扉体４の扉尻が前記扉尻当接部７に当接して、前記扉体４に湾外からの水圧が作用した場合の回転力を支持する（図３参照）。

次に、前記扉体４を倒伏させる場合を説明する。

図３に於いて、前記第１空気弁１３、前記第１液体弁１７を閉じた状態で、前記第２空気弁１４、前記第２液体弁１８を開放する。港外側の水位は前記浮力室８の底部より上方に位置するので、水中から水が前記分岐管１６、前記第２液体弁１８、前記水配管１５を通って前記浮力室８に流入し、同時に前記浮力室８の空気が前記第２空気弁１４を介して放出され、浮力が減少して前記扉体４が沈降する。

前記浮力室８内の空気が、完全に放出されることで、該浮力室８に水が充満し、前記扉体４が完全に倒伏する。

前記空気室９に空気を充満させる場合は、前記第１空気弁１３、前記第１液体弁１７を閉とし、前記排水弁１９を開とし、又前記検査廊１０から空気を前記空気室９に供給する。前記空気室９を完全に排水し、前記排水弁１９を閉じれば、待機状態が完成する。

尚、台船の圧縮ポンプを前記空気室９に接続し、該空気室９に空気を圧送し、空気圧で前記空気室９内の水を前記排水弁１９から排出する様にしてもよい。

尚、上記実施の形態では、前記浮力室８を先端部に設けたが、設ける位置は前記扉体４の先端に限られるものではなく、前記扉体４の中間部分でもよい。前記浮力室８を基端側に設けた場合、低い水位でも起立角度が大きくなり、水の流入抑止効果が大きくなる。

次に、図４、図５に於いて、前記回転支持部３について説明する。

図４中、２１は前記扉体４下端部の港外側に設けられた軸受プレートであり、該軸受プレート２１には中空の扉体側固定軸２２が貫通して設けられている。又、２３は、前記函体１の港内側端部に設けられた軸受ブラケット２３であり、該軸受ブラケット２３には前記扉体側固定軸２２の内径よりも充分小さい中実の扉体支持軸２４が貫通して設けられている。前記扉体４の下端部は前記扉体支持軸２４を介して前記軸受ブラケット２３に連結されている。

該扉体支持軸２４に巻バネ中間軸２５が外嵌され、該巻バネ中間軸２５を介して前記扉体側固定軸２２が前記扉体支持軸２４に嵌合している。

前記巻バネ中間軸２５は、前記扉体側固定軸２２の内側に内嵌する外筒２６と前記扉体支持軸２４に外嵌する内筒２７と、それらの筒の間に挿入される螺旋状に形成されたバネ材から形成される。バネ材の外端は前記外筒２６の内側に固着され、内端は前記内筒２７の外側に固着される。

前記扉体支持軸２４は前記扉体側固定軸２２中で、前記巻バネ中間軸２５の変形分、半径方向に自在に変位可能となっている。

図８を参照して、前記回転支持部３の作動について説明する。

前記扉体４に外力が作用していない状態、即ち無負荷状態では、前記扉体４の自重で前記扉体側固定軸２２には下方の加重が作用し、前記巻バネ中間軸２５が変形して前記扉体支持軸２４は、前記扉体側固定軸２２の上部部位に前記巻バネ中間軸２５を介して当接する。

次に、図７に示される起立状態となった場合、前記扉体４には港外方向から水圧が作用し、前記扉体４には自重と、水圧による図中反時計方向の回転力が作用する。

前記扉体４に作用する反力は、前記扉体当接部５、前記扉尻当接部７、及び前記回転支持部３からの３点での支点反力となる。

前記扉体４が起立状態の前記回転支持部３の支持状態は、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）となり、図８（Ｂ）は自重が浮力より大きい場合を示し、自重と浮力との差分が下方への荷重として前記扉体支持軸２４に作用する。又、図８（Ｃ）は自重が浮力より小さい場合を示しており、自重と浮力との差分が上方への荷重として前記扉体支持軸２４に作用する。

尚、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）いずれの場合も前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４との間には水平方向に遊びがあり、前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４との間で水平方向の荷重伝達はない。水平方向の荷重伝達は、前記扉体４と前記扉体当接部５、前記扉体４と前記扉尻当接部７との間で行われる。

而して、前記扉体４に作用する回転力は、前記扉体当接部５、前記扉尻当接部７によって支持され、前記扉体４に作用する重力に関する垂直力は前記回転支持部３によって支持される。従って、回転方向に対しては支点反力は２点支持となり、不静定構造を回避することができる。前記回転支持部３には前記扉体４自重と浮力の合力のスキンプレート方向成分のみが作用し、水圧力が作用しないので、小型化が可能であり、製作費の低減が図れる。

図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に見られる様に、前記扉体４の起立、倒伏過程、或は自重と浮力との大小が入替る場合、又波浪による荷重の変動がある場合、前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４の間の荷重方向が変化することがあり、前記扉体支持軸２４が前記扉体側固定軸２２の中で急激に移動する場合があるが、前記扉体支持軸２４の移動は前記巻バネ中間軸２５の間に介在する水の移動を伴い、水は前記扉体側固定軸２２と前記軸受ブラケット２３で閉塞された空間の渦巻状の空間を移動することになり、水の移動がダンパーとして作用して、前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４との衝突を防止する。尚、前記巻バネ中間軸２５のダンパー作用をより効果的にする為、より粘性の高い粘性流体、例えばグリース等を封入してもよい。

尚、前記巻バネ中間軸２５はゴム等、高弾性材料から成る円筒状の中空軸としてもよい。又、金属綿、合成繊維綿の様に変形が容易な材質を前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４間に封入してもよく、或は単に前記扉体側固定軸２２と前記扉体支持軸２４間に隙間を設けるだけでもよい。

要は、前記扉体４が前記扉体当接部５と前記扉尻当接部７とで回転を拘束された状態で、前記扉体支持軸２４が前記扉体側固定軸２２内で、或は、前記軸受ブラケット２３に対して水平方向に変位が可能な状態で支持されていればよい。

（Ａ）は本発明の実施の形態に係るフラップゲートの断面図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ矢視図である。 該フラップゲートの水面浮上状態を示す作動説明図である。 該フラップゲートの起立状態を示す作動説明図である。 本発明に用いられる回転支持部の断面図である。 図４のＢ−Ｂ矢視図である。 巻バネ中間軸の説明図である。 起立状態の扉体に作用する荷重、反力模式図である。 軸部の荷重状態を示す説明図であり、（Ａ）は無負荷状態、（Ｂ）は起立状態で自重が大きい場合、（Ｃ）は起立状態で浮力が大きい場合を示す。 従来のフラップゲートを示す説明図である。

符号の説明

１ 函体
２ 扉体収納部
３ 回転支持部
４ 扉体
５ 扉体当接部
６ 扉尻収納部
７ 扉尻当接部
８ 浮力室
９ 空気室
２２ 扉体側固定軸
２３ 軸受ブラケット
２４ 扉体支持軸
２５ 巻バネ中間軸

Claims (6)

1. 下端部で回転支持部を介して片持支持され、浮力によって起立可能な扉体と、該扉体の起立状態で扉体下端部に一方から当接する扉体当接部と、該扉体当接部と所定距離離れて前記扉体下端部に前記扉体当接部とは反対側から当接する扉尻当接部とを具備し、前記回転支持部は函体に設けられた軸受ブラケットと前記扉体下端部とを連結する扉体支持軸を有し、該扉体支持軸は前記扉体が前記扉体当接部と前記扉尻当接部に当接した状態で、水平方向に遊びを有することを特徴とするフラップゲート。
2. 前記扉体下端部に中空の扉体側固定軸が設けられ、前記扉体支持軸が前記扉体側固定軸に内嵌し、該扉体側固定軸との間に隙間を形成する請求項１のフラップゲート。
3. 前記扉体側固定軸と前記扉体支持軸との間に半径方向に変形可能な中間軸を介設した請求項２のフラップゲート。
4. 前記中間軸は螺旋状に形成したバネを有する請求項３のフラップゲート。
5. 前記中間軸は円筒状の弾性材料を有する請求項３のフラップゲート。
6. 前記中間軸に粘性流体を封入した請求項４のフラップゲート。

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