JP2014043710A - 親子式フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】１台の子ゲート用開閉装置だけで、親ゲートと子ゲートとを所定のタイミングで開閉制御することができる親子式フラップゲートを提供する。
【解決手段】子ゲート４を第４上揺動位置Ｕ４に上揺動させることで親ゲート３の開口３ａが開かれ、第４上揺動位置Ｕ４の状態で子ゲート４を上方に引き上げるのに連動して、親ゲート３が第２上揺動位置Ｕ２に上揺動されることで水路１が開かれる。第４上揺動位置Ｕ４の状態で子ゲート４を下方に引き下げるのに連動して、親ゲート３が第１下揺動位置Ｄ１に下揺動されることで水路１が閉じられ、子ゲート４を第３下揺動位置Ｄ３に下揺動させることで親ゲート３の開口３ａが閉じられるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、親子式フラップゲートに関する。

従来、図５に示すように、水路３０に上端部が支持されて、水路３０を閉じる第１下揺動位置Ｄ１と水路３０を開く第２上揺動位置Ｕ２とに揺動自在な親ゲート３１と、この親ゲート３１に上端部が支持されて、親ゲート３１の開口３１ａを閉じる第３下揺動位置Ｄ３と親ゲート３１の開口３１ａを開く第４上揺動位置Ｕ４とに揺動自在な子ゲート３２とを備えた親子式フラップゲートがある（特許文献１参照）。

この親ゲート３１は第１の開閉手段であるチェーン３３で開閉操作され、子ゲート３２は第２の開閉手段であるチェーン３４で開閉操作されるようになっている。

常時は、親ゲート３１は水路３０を閉じる第１下揺動位置Ｄ１に揺動され、子ゲート３２は開口３１ａを閉じる第３下揺動位置Ｄ３に揺動されている。

そして、放流開始時は、先ずチェーン３４を引いて子ゲート３２を第４上揺動位置Ｕ４に上揺動させて開口３１ａを開き、水位が下がった段階で、次にチェーン３３を引いて親ゲート３１を第２上揺動位置Ｕ２に上揺動させて水路３０を全開する。

これにより、子ゲート３２は親ゲート３１に比べて、水圧が作用する面積が小さいため、子ゲート３２を開くとき、親ゲート３１を開く程の大きな労力や動力を要しない。また、子ゲート３２を先に開けて放流すると水位が低下するので、親ゲート３１を開くのに要する労力や動力が軽減されるというものである。

特開２００２−２８５５２９号公報

しかしながら、親ゲート３１は第１の開閉手段（チェーン）３３で開閉操作し、子ゲート３２は第２の開閉手段（チェーン）３４で開閉操作するようになっている。

したがって、開閉手段は、親ゲートと子ゲートとは別系統になっているため、２系統の開閉手段が必要であり、部品が増加してコストが高くなるとともに、構造が複雑で設置スペースも大きくなるという問題がある。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、１台の子ゲート用開閉装置だけで、親ゲートと子ゲートとを所定のタイミングで開閉制御することができる親子式フラップゲートを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、水路に上端部が支持されて、水路を閉じる第１下揺動位置と水路を開く第２上揺動位置とに揺動自在な親ゲートと、この親ゲートに上端部が支持されて、親ゲートの開口を閉じる第３下揺動位置と親ゲートの開口を開く第４上揺動位置とに揺動自在な子ゲートとを備えた親子式フラップゲートにおいて、前記水路の上部に、前記子ゲートを、前記開口を開いた第４上揺動位置の状態で上方に引き上げ、前記開口を開いた第４上揺動位置の状態で下方に引き下げ可能な１台の開閉装置が設置されて、前記開閉装置により、前記子ゲートを第４上揺動位置に上揺動させることで前記親ゲートの開口が開かれ、第４上揺動位置の状態で前記子ゲートを上方に引き上げるのに連動して、前記親ゲートが第２上揺動位置に上揺動されることで前記水路が開かれ、前記開閉装置により、第４上揺動位置の状態で前記子ゲートを下方に引き下げるのに連動して、前記親ゲートが第１下揺動位置に下揺動されることで前記水路が閉じられ、前記子ゲートを第３下揺動位置に下揺動させることで前記親ゲートの開口が閉じられるようにしたことを特徴とする親子式フラップゲートを提供するものである。

請求項２のように、前記子ゲートにストッパー部が設けられ、このストッパー部は、前記子ゲートが第４上揺動位置に上揺動された時に前記親ゲートに当て止められる構成とすることができる。

請求項３のように、前記開閉装置は、ロープを巻き取り・巻き戻す回転ドラムを有する電動ウインチで構成され、前記ロープに連結された前記子ゲートは、第４上揺動位置の状態で上方に引き上げられ、第４上揺動位置の状態で下方に引き下げられるようになっている構成とすることができる。

請求項４のように、前記水路に、第２上揺動位置に上揺動した前記親ゲートを略水平状態で当て止める上ストッパー部が設けられている構成とすることができる。

請求項５のように、前記親ゲートと子ゲートは、水路の取水口に設けられている構成とすることができる。

請求項６のように、前記親ゲートと子ゲートは、水路の排水口に設けられている構成とすることができる。

本発明によれば、子ゲートが第３下揺動位置で親ゲートの開口を閉じ、親ゲートが第１下揺動位置で水路が全閉されている状態から、開閉装置により、子ゲートを第４上揺動位置に上揺動させることで親ゲートの開口が開かれ、この開口から取水または排水することができる。そして、第４上揺動位置の状態で子ゲートを上方に引き上げるのに連動して、親ゲートが第２上揺動位置に上揺動されることで水路が開かれ、この水路から取水または排水することができる。

一方、開閉装置により、第４上揺動位置の状態で子ゲートを下方に引き下げるのに連動して、親ゲートが第１下揺動位置に下揺動されることで水路が閉じられるが、子ゲートが第４上揺動位置に上揺動されたままであるから、親ゲートの開口が開かれ、この開口から取水または排水することができる。そして、子ゲートを第３下揺動位置に下揺動させることで親ゲートの開口が閉じられ、水路が全閉されるようになる。

このように、１台の子ゲート用開閉装置だけで、親ゲートと子ゲートとを所定のタイミングで開閉制御することができるから、特許文献１のような２系統の開閉手段と比べれば、部品が減少してコストが安くなるとともに、構造が簡単で設置スペースも小さくなる。

請求項２によれば、子ゲートが第４上揺動位置に上揺動された状態で、ストッパー部が親ゲートに当て止められることで、子ゲートを上方に引き上げるのに連動して、親ゲートを第２上揺動位置に上揺動させることができ、子ゲートを下方に引き下げるのに連動して、親ゲートを第１下揺動位置に下揺動させることができる。このように、子ゲートにストッパー部を設けるという簡単な構成だけで、親ゲートと子ゲートとを所定のタイミングで開閉制御することができる。また、ストッパー部の有る子ゲートは、ストッパー部の無い子ゲートよりも、子ゲートの開閉時間が短く、電動モータ等の小型化を図ることができる。

請求項３によれば、子ゲートに連結したロープを電動ウインチの回転ドラムで巻き取ることにより、子ゲートが第４上揺動位置に上揺動されることで親ゲートの開口が開かれ、ついで子ゲートが上方に引き上げられるのに連動して、親ゲートが第２上揺動位置に上揺動されるようになる。また、子ゲートに連結したロープを電動ウインチの回転ドラムから巻き戻すだけで、第４上揺動位置の状態で子ゲートが下方に引き下げられるのに連動して、親ゲートが第１下揺動位置に下揺動され、ついで子ゲートが第３下揺動位置に下揺動されるようになる。

したがって、１台の電動ウインチの回転ドラムの巻き取り、巻き戻しタイミングだけを制御すればよいから、親ゲートと子ゲートの自動開閉のための制御装置を簡略化することができる。

また、停電時には、電動ウインチのブレーキが解除されるように設定しておけば、親ゲートは自重でロープを巻き戻しながら、第１下揺動位置に下揺動して水路を閉じ、その後、子ゲートは自重でロープを巻き戻しながら、第３下揺動位置に下揺動して開口を閉じるようにすることもできる。

請求項４によれば、水路に、第２上揺動位置に上揺動した親ゲートを略水平状態で当て止める上ストッパー部を設けているから、親ゲートを上ストッパー部で当て止めた状態に保持しておけば、水流によって親ゲートが振動しなくなるので、開閉装置（例えばロープ）に異常な振動力が伝わらなくなって、開閉装置の耐久性が向上するようになる。

請求項５によれば、水路が発電施設の取水用水路である場合には、例えば津波来襲で水路を緊急に閉じる際には、親ゲートが第１下揺動位置に下揺動されて水路を閉じたとき、子ゲートは親ゲートの開口を開いたままであるから、発電施設の補機の冷却水だけは最低限で確保することができる。また、親ゲートを閉じた後、必要に応じて、子ゲートを第２下揺動位置に下揺動させることで、親ゲートの開口も閉じることもできる。

また、水路が河川や用水路である場合には、親ゲートが第１下揺動位置に下揺動されて水路を閉じたとき、子ゲートは親ゲートの開口を開いたままであるから、水路の維持放流量を確保することができる。

さらに、親ゲートが第１下揺動位置で水路が全閉されている状態から、子ゲートを第４上揺動位置に上揺動させることで親ゲートの開口を先に開くことができるから、子ゲートを充水用ゲートとして利用できる。すなわち、親ゲートの開口から、親ゲートの上流側と下流側での水位差がなくなるまで充水すれば、親ゲートの開閉荷重は自重のみになり、水圧荷重を軽減できるようになる。

請求項６によれば、親子共にフラップゲートであるから、低水位で子ゲートが先に開き、高水位で親ゲートが開くので、排水が無動力で行えるようになる。

本発明の親子式フラップゲートの側面断面図である。 （ａ）は図１の平面図、（ｂ）は図１の正面図である。 ロープ弛み検出装置を備えた本発明の親子式フラップゲートの側面断面図である。 （ａ）は図３の平面図、（ｂ）はロープ弛み検出装置の断面図である。 特許文献１の親子式フラップゲートの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は親子式フラップゲート２の側面断面図、図２（ａ）は図１の平面図、同（ｂ）は図１の正面図である。

コンクリート壁で四角筒状に形成された取水用（若しくは排水用）の水路１が設けられている。取水用水流（矢印ａ参照）は、図１において、左側から右側に流れるものとする。また、ＷＬは、最大水位である。

親子式フラップゲート２は、水路１を開閉する親ゲート３と、この親ゲート３に形成された左右２箇所の開口３ａをそれぞれ開閉する子ゲート４とで構成されている。なお、開口３ａおよび子ゲート４は、２箇所である必要はなく、１箇所または３箇所以上であってもよい。

親ゲート３は、水路１の立ち上がり壁１ａに上端部がヒンジ軸６で支持されて、水路１を閉じる第１下揺動位置Ｄ１と水路１を開く第２上揺動位置Ｕ２とに揺動自在になっている。水路１の底壁１ｂには、第１下揺動位置Ｄ１に下揺動した親ゲート３を前傾斜状態で当て止める下ストッパー部１ｃが設けられている。また、水路１の上壁１ｄの下面には、第２上揺動位置Ｕ２に上揺動した親ゲート３を略水平状態で当て止める上ストッパー部１ｅが設けられている。

子ゲート４は、親ゲート３に上流側面に上端部がヒンジ軸７で支持されて、親ゲート３の開口３ａを閉じる第３下揺動位置Ｄ３と親ゲート３の開口３ａを開く第４上揺動位置Ｕ４とに揺動自在になっている。

親ゲート３と子ゲート４は、いずれも自重で第１、第３下揺動位置Ｄ１，Ｄ３に下揺動する重量に設定されている。

子ゲート４の後端には、略Ｌ形に折り曲げられたストッパー部４ａが形成され、このストッパー部４ａは、親ゲート３の開口３ａを開く略水平な第４上揺動位置Ｕ４で、親ゲート３に当て止められて保持されるようになる（二点鎖線参照）。

ここで、図１を参照すれば、親ゲート３の自重モーメントをＷＬとする。また、ストッパー部４ａの有る子ゲート４の第４上揺動位置Ｕ４に対して、ストッパー部の無い子ゲート４の第４上揺動位置をｃの位置とした場合、引き上げモーメントはＬ_１＞Ｌ_２となる。

そして、ＷＬ＝Ｐ_１Ｌ_１＝Ｐ_２Ｌ_２であるから、ストッパー部４ａの有る子ゲート４は、ストッパー部４ａの無い子ゲート４よりも、ロープ１５の巻き取りストロークが短く、巻上げ荷重Ｐ_１が小さくなる。このため、子ゲート４の開閉時間が短く、電動モータ１３（後述）の小型化を図ることができる。

水路１の上壁１ｄの上面には、子ゲート用開閉装置である電動ウインチ１２が設置されている。この電動ウインチ１２は、電動モータ１３と、減速機１４と、左右のロープ１５をそれぞれ巻き取り・巻き戻す回転ドラム１６とで構成され、各ロープ１５の一端部は各子ゲート４の下端に係止され、他端部は回転ドラム１６に係止されている。電動ウインチ１２には、親ゲート３と子ゲート４の自重降下用のブレーキとクラッチを内蔵したブレーキユニット２０が取付けられている。

前記のような親子式フラップゲート２であれば、図１の実線のように、子ゲート４が第３下揺動位置Ｄ３で親ゲート３の開口３ａを閉じ、親ゲート３が第１下揺動位置Ｄ１で水路１が全閉されているとする。

この状態から、回転ドラム１６の巻き取り回転でロープ１５が巻き取られると、子ゲート４が第４上揺動位置Ｕ４に上揺動されて親ゲート３の開口３ａを開くようになるから、この開口３ａから取水（若しくは排水）することができる。

続いてロープ１５が巻き取られると、子ゲート４のストッパー部４ａが親ゲート３に当て止められて保持されるから、子ゲート４は開口３ａを開いた第４上揺動位置Ｕ４の状態で上方に引き上げられる。

これに連動して、親ゲート３は、第２上揺動位置Ｕ２に上揺動されることで水路１が開かれ、この水路１から取水（若しくは排水）することができる。

この状態から、回転ドラム１６の巻き戻し回転でロープ１５が巻き戻されると、先ず、子ゲート４が親ゲート３の開口を開いた第４上揺動位置Ｕ４の状態で下方に引き下げられる。これに連動して、親ゲート３は、水路１を閉じる第１下揺動位置Ｄ１に下揺動されるようになる。

この親ゲート３が水路１を閉じた第１下揺動位置Ｄ１では、子ゲート４は親ゲート３の開口３ａを開いた第４上揺動位置Ｕ４の状態であるから、開口３ａを介して取水（若しくは排水）することができる。

この状態で、さらにロープ１５が巻き戻されると、子ゲート４は第３下揺動位置Ｄ３に下揺動されて親ゲート３の開口３ａを閉じるようになる。これにより、水路１が全閉されるようになる。

このように、１台の子ゲート用開閉装置（電動ウインチ１２等）だけで、親ゲート３と子ゲート４とを所定のタイミングで開閉制御することができるから、特許文献１のような２系統の開閉手段と比べれば、部品が減少してコストが安くなるとともに、構造が簡単で設置スペースも小さくなる。

また、子ゲート４が第４上揺動位置Ｕ４に上揺動された状態で、ストッパー部４ａが親ゲート３に当て止められることで、子ゲート４を上方に引き上げるのに連動して、親ゲート３を第２上揺動位置Ｕ２に上揺動させることができ、子ゲート４を下方に引き下げるのに連動して、親ゲート３を第１下揺動位置Ｄ１に下揺動させることができる。このように、子ゲート４にストッパー部４ａを設けるという簡単な構成だけで、親ゲート３と子ゲート４とを所定のタイミングで開閉制御することができる。

さらに、子ゲート４に連結したロープ１５を電動ウインチ１２の回転ドラム１６で巻き取ることにより、子ゲート４が第４上揺動位置Ｕ４に上揺動されることで親ゲート３の開口３ａが開かれ、ついで子ゲート４が上方に引き上げられるのに連動して、親ゲート３が第２上揺動位置Ｕ２に上揺動されるようになる。また、子ゲート４に連結したロープ１５を電動ウインチ１２の回転ドラム１６から巻き戻すだけで、第４上揺動位置Ｕ４の状態で子ゲート４が下方に引き下げられるのに連動して、親ゲート３が第１下揺動位置Ｕ１に下揺動され、ついで子ゲート４が第３下揺動位置Ｄ３に下揺動されるようになる。

したがって、１台の電動ウインチ１２の回転ドラム１６の巻き取り、巻き戻しタイミングだけを制御すればよいから、親ゲート３と子ゲート４の自動開閉のための制御装置を簡略化することができる。

また、停電時には、電動ウインチ１２のブレーキがブレーキユニット２０で解除されるように設定しておけば、親ゲート３は自重でロープ１５を巻き戻しながら、第１下揺動位置Ｄ１に下揺動して水路１を閉じ、その後、子ゲート４は自重でロープ１５を巻き戻しながら、第３下揺動位置Ｄ３に下揺動して開口３ａを閉じるようにすることもできる。

さらに、水路１の上壁１ｄの下面に、第２上揺動位置Ｕ２に上揺動した親ゲート３を略水平状態で当て止める上ストッパー部１ｅを設けているから、親ゲート３を上ストッパー部１ｅで当て止めた状態に保持しておけば、水流によって親ゲート３が振動しなくなるので、ロープ１５に異常な振動力が伝わらなくなって、ロープ（開閉装置）の耐久性が向上するようになる。

一方、水路１が発電施設の取水用水路である場合には、例えば津波来襲で水路１を緊急に閉じる際には、親ゲート３が第１下揺動位置Ｄ１に下揺動されて水路１を閉じたとき、子ゲート４は親ゲート３の開口３ａを開いたままであるから、発電施設の補機の冷却水だけは最低限で確保することができる。また、親ゲート３を閉じた後、必要に応じて、子ゲート４を第３下揺動位置Ｄ３に下揺動させることで、親ゲート３の開口３ａも閉じることもできる。

また、水路１が河川や用水路である場合には、親ゲート３が第１下揺動位置Ｄ１に下揺動されて水路１を閉じたとき、子ゲート４は親ゲート３の開口３ａを開いたままであるから、水路１の維持放流量を確保することができる。

さらに、親ゲート３が第１下揺動位置Ｄ１で水路１が全閉されている状態から、子ゲート４を第４上揺動位置Ｄ４に上揺動させることで親ゲート３の開口３ａを先に開くことができるから、子ゲート４を充水用ゲートとして利用できる。すなわち、親ゲート３の開口３ａから、親ゲート３の上流側と下流側での水位差がなくなるまで充水すれば、親ゲート３の開閉荷重は自重のみになり、水圧荷重を軽減できるようになる。

また、水路１が排水用水路である場合には、親子共にフラップゲートであるから、排水用水流（矢印ｂ参照）は、図１において右側から左側に流れるものとすると、低水位で子ゲート４が先に開き、高水位で親ゲート３が開くので、排水が無動力で行えるようになる。

このように、水路１が排水用水路である場合には、子ゲート４と親ゲート３を無動力で開くことができるが、子ゲート４と親ゲートに開き揺動に伴ってロープ１５が弛むようになる。

そこで、図３および図４に示すように、ロープ１５の一端部を子ゲート４の下端に係止するのではなく、ロープ１５を子ゲート４の下端のシーブ（滑車）２２で上方にＵターンさせて、その一端部を水路１の上壁１ｄの上面に設置したロープ弛み検出装置２３に接続する。

図４（ｂ）のように、ロープ弛み検出装置２３は、ベース板２４の球面座金２４ａを上壁１ｄの球面座金受け２５で揺動自在に支持する。また、ベース板２４上のガイド２４ｂに沿って上下動可能なばねケース２６とベース板２４との間に、ばねケース２６を上動方向に付勢するコイルばね２７を設ける。また、ばねケース２６とベース板２４と球面座金２４ａと球面座金受け２５と上壁１ｄとを一連に貫通するテンションボルト２８を設ける。

このテンションボルト２８の上部には、ばねケース２６から突出した部位にナット４０をねじ込むとともに、テンションボルト２８の下部には、ロープ１５の一端部のソケット４１をピン４２で係止する。また、ベース板２４の上には、ばねケース２６の上動を検出するリミットスイッチ４３を設ける。

コイルばね２７の押し上げ力はロープ１５の吊り上げ荷重より小さく、ロープ１５の自重より大きく設定する。また、ロープ１５の調整は、ナット４０の操作でテンションボルト２８を上げ下げすることにより行う。

常時は、図４（ｂ）のように、ロープ１５の張力で、テンションボルト２８とともにばねケース２６が下動された状態に維持されている。そして、ロープ１５が弛むと、コイルばね２７の押し上げ力でばねケース２６が上動され、上動するばねケース２６でリミットスイッチ４３がオンすることで、電動ウインチ１２がオンしてロープ１５を巻き取るようになって、ロープの弛みが無くなるようになる。ロープ１５の弛みが無くなると、テンションボルト２８とともにばねケース２６が下動されるので、リミットスイッチ４３がオフすることで、電動ウインチ１２がオフするようになる。このようにして、ロープ１５を弛みのない状態に保つことができる。

前記実施形態は、子ゲート用開閉装置として電動ウインチ１２を用いたが、電動ポンプで流体を給排するシリンダを用いて、子ゲート４を上方に引き上げ、下方に引き下げる構成とすることもできる。

１ 水路
１ａ 取水口
１ｄ 上壁
１ｅ 上ストッパー部
２ 親子式フラップゲート
３ 親ゲート
３ａ 開口
４ 子ゲート
４ａ ストッパー部
１２ 電動ウインチ
１３ 電動モータ
１５ ロープ
１６ 回転ドラム
Ｄ１ 第１下揺動位置
Ｕ２ 第２上揺動位置
Ｄ３ 第３下揺動位置
Ｕ４ 第４上揺動位置

Claims (6)

1. 水路に上端部が支持されて、水路を閉じる第１下揺動位置と水路を開く第２上揺動位置とに揺動自在な親ゲートと、この親ゲートに上端部が支持されて、親ゲートの開口を閉じる第３下揺動位置と親ゲートの開口を開く第４上揺動位置とに揺動自在な子ゲートとを備えた親子式フラップゲートにおいて、
   前記水路の上部に、前記子ゲートを、前記開口を開いた第４上揺動位置の状態で上方に引き上げ、前記開口を開いた第４上揺動位置の状態で下方に引き下げ可能な１台の開閉装置が設置されて、
   前記開閉装置により、前記子ゲートを第４上揺動位置に上揺動させることで前記親ゲートの開口が開かれ、第４上揺動位置の状態で前記子ゲートを上方に引き上げるのに連動して、前記親ゲートが第２上揺動位置に上揺動されることで前記水路が開かれ、
   前記開閉装置により、第４上揺動位置の状態で前記子ゲートを下方に引き下げるのに連動して、前記親ゲートが第１下揺動位置に下揺動されることで前記水路が閉じられ、前記子ゲートを第３下揺動位置に下揺動させることで前記親ゲートの開口が閉じられるようにしたことを特徴とする親子式フラップゲート。
2. 前記子ゲートにストッパー部が設けられ、このストッパー部は、前記子ゲートが第４上揺動位置に上揺動された時に前記親ゲートに当て止められることを特徴とする請求項１に記載の親子式フラップゲート。
3. 前記開閉装置は、ロープを巻き取り・巻き戻す回転ドラムを有する電動ウインチで構成され、前記ロープに連結された前記子ゲートは、第４上揺動位置の状態で上方に引き上げられ、第４上揺動位置の状態で下方に引き下げられるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の親子式フラップゲート。
4. 前記水路に、第２上揺動位置に上揺動した前記親ゲートを略水平状態で当て止める上ストッパー部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の親子式フラップゲート。
5. 前記親ゲートと子ゲートは、水路の取水口に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の親子式フラップゲート。
6. 前記親ゲートと子ゲートは、水路の排水口に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の親子式フラップゲート。

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