JP2022021682A - 水門開閉装置及びその油圧駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】油圧回路として閉回路を採用しつつ、作動油の温度上昇を抑制して小型化、軽量化が可能な水門開閉装置及びその油圧駆動ユニットを提供する。【解決手段】水門を開閉する水門開閉装置１Ａは、水門の扉体３に連結されて、扉体３を昇降させる油圧モータ２１と、ポンプ３７ａ，３７ｂ及びポンプ３７ａ，３７ｂを駆動する電動機３９ａ，３９ｂを含み、吐出量及び吐出方向を制御可能な油圧源２５ａ，２５ｂと、油圧モータ２１とポンプ３７ａ，３７ｂとを接続する閉回路４５と、閉回路４５に接続される密閉タンク２９と、油圧モータ２１から漏れる作動油を貯留する補助タンク７１と、補助タンク７１の作動油を加圧して密閉タンク２９に供給するチャージポンプ７３と、を備える。これにより、密閉タンク２９内の作動油が閉回路４５内に流れるため、閉回路４５を冷却することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、水門を開閉する水門開閉装置及びその油圧駆動ユニットに関するものである。

通常、河川、運河、ダムに設けられる水門設備の扉体を開閉するには、扉体に連結された電動機を開閉方向に駆動させることで、扉体を昇降させている。また、大規模な災害の発生時、例えば、高潮、局地的な豪雨等による洪水の発生や地震等による津波の発生時には、迅速に水門を閉鎖する必要がある。ここで、水門とは、河川に設けられる水門だけでなく、樋門、堰、防潮ゲート、閘門、あるいは、ダムの取水又は放流設備、制水設備などゲート全般を意味するものとする。

このような、迅速に水門を閉鎖するための装置として、油圧モータの回転駆動によって、扉体を昇降させる水門開閉装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、扉体を昇降させるために油圧モータを使用する一方、災害により停電が発生するなどして動力電源が喪失した状態では、油圧モータを油圧ポンプとして使用して、扉体の自重降下速度を調整するようにした自重降下機能付きの水門開閉装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特許第５１１２１９５号公報 特許第５３１４７９１号公報

従来の水門開閉装置では、油圧モータをピストンモータとして使用した場合、油圧モータの低圧側を一定圧力以上に維持する必要がある。扉体自重の負荷により油圧モータが回される場合では、油圧モータ内のキャビテーションを防止するために、あるいは、ピストンをカムリングに押し付けるために、油圧モータの入力側（低圧側）に約１ＭＰａ程度の圧力（チャージ圧又はブースト圧）をかける必要がある。

特許文献１に記載された水門開閉装置では、油圧モータと別置きされた油圧駆動システムで閉回路によって、油圧源と油圧モータとを接続することで、回路の構成機器が減るため、抵抗による発熱が抑えられる。しかし、ダムに設置される水門などで、扉体が昇降する高さ（揚程）が高い設備では、扉体を連続して開閉する際、水門開閉装置の作動が長くなり、作動油が閉回路内を循環し続けることで、作動油の温度が上昇し、熱が蓄積される。このため、閉回路内を冷却するために、例えば、フラッシング回路を設けている。しかしながら、この場合、冷却に必要な作動油を貯留するために大容量のタンクが必要になり、また、タンクがオープン構造であるので、必要な油量に対して余裕を持たせるために空隙が必要になる。さらに、作動油が河川、ダム湖等に流出して汚染しないようにオープン構造のタンク容量に応じたオイルパン、防油堤等の漏油対策が必要となることで配置するスペースが広くなる。

特許文献２に記載された水門開閉装置では、自重降下時の作動油をオープン構造のタンクに一旦戻して冷却すると共に、油圧モータのチャタリング（異音、振動）を防止するために、油圧モータの回転により発生する油圧でブースト圧用油圧モータを回転させて、この回転により、ブースト圧用油圧モータと連結されるブースト圧用油圧ポンプが駆動して、チャージ圧を有する作動油を油圧モータの入力側（低圧側）に供給している。この場合、作動油をオープン構造のタンクに一旦戻すため、チャージ圧を有する作動油を油圧モータの入力側（低圧側）に供給するには、扉体の自重降下でタンクに流入する作動油以上の流量がないと回路に圧力が発生しないので、ブースト圧用油圧ポンプは、流入量以上の作動油を吐出する必要があるため容量が大きくなる。

また、油圧回路を閉回路とした自重降下機能付きの水門開閉装置では、重量物である扉体を高速で降下させる際、通常、流量調整弁によって、流量を絞ることで安定した速度で扉体を自重降下させているが、落下エネルギーが流量調整弁の絞りにより熱エネルギーに変換され、作動油が閉回路内を循環し続けることで、作動油の温度が急激に上昇する。このため、作動油をタンクに一旦戻して循環させて冷却するか、オイルクーラ又はフラッシング回路等の冷却設備が必要になる。
一方、流量調整弁を設けずに、閉回路を流れる作動油の流量によって、開閉操作用の油圧ポンプ及びサーボモータを回転させて、サーボモータを発電機として回生電流による回生抵抗（ダイナミックブレーキ）で自重降下させることができるが、扉体の開閉速度に対して自重降下速度が高速となるので、所要出力が大きくなり、自重降下時で発生する出力以上のサーボモータとサーボアンプとに接続する回生電流の抵抗器が必要となる。このため、機器が大きくなり、コストがかかる。

さらに、既存の水門設備の老朽化や自重降下機能の追加要請等により、水門開閉装置を交換する場合、設置スペースの関係から水門開閉装置の小型化の要求もある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、油圧回路として閉回路を採用しつつ、作動油の温度上昇を抑制して小型化、軽量化が可能な水門開閉装置及びその油圧駆動ユニットを提供することを目的とする。

（発明の態様）
以下に示す発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項分けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれるものである。

（１）水門を開閉する水門開閉装置であって、前記水門の扉体に連結されて、該扉体を昇降させる油圧モータと、ポンプ及び該ポンプを駆動する電動機を含み、吐出量及び吐出方向を制御可能な油圧源と、前記油圧モータと前記ポンプとを接続する閉回路と、該閉回路に接続される密閉タンクと、前記油圧モータから漏れる作動油を貯留する補助タンクと、前記補助タンクの作動油を加圧して前記密閉タンクに供給するチャージポンプと、を備える水門開閉装置（請求項１）。
本項に係る水門開閉装置において、油圧モータから漏れた作動油は補助ポンプに貯留され、また、密閉タンク内に予め作動油を貯留させており、この密閉タンクを油圧モータの、扉体の降下時における吸込側に接続することで、チャージポンプは、油圧モータ及び油圧源のポンプから漏れた作動油の量以上を補助タンクから吸込んで、密閉タンクに吐出し、密閉タンクから作動油を油圧モータの吸込側に供給することで、閉回路内の作動油の流量を保つことができる。これにより、チャージポンプによる吐出量が抑えられ、チャージポンプを小型化することができる。また、補助タンク内の貯留量は、密閉タンク内の作動油によって閉回路内が冷却されることから、僅かな作動油の量だけでよいので、補助タンクを小さくすることができる。その結果、水門開閉装置の構造を小型化することができる。
さらに、水門開閉装置の構造を小型化することで、水門開閉装置の重量が抑えられ、小型化により操作室の拡張による重量増加もなくなるので、水門開閉装置を既設の水門設備に設置させても、重量増加による水門設備の耐震補強が不要となり、コストを抑えることができる。

（２）上記（１）項において、前記油圧モータの前記扉体の下降時における吐出側と前記密閉タンクとを接続する自重降下管路と、該自重降下管路に設けられる流量制御弁と、を含む自重降下装置を備える水門開閉装置（請求項２）。
本項に係る水門開閉装置において、自重降下装置によって、油圧モータと密閉タンクとを閉じた油圧回路で接続することできる。これにより、自重降下管路に流れた作動油が密閉タンク内に流入されることで、密閉タンク内に貯留された作動油が閉じた油圧回路内に流れ循環するので、作動油の入れ替えが容易であり、密閉タンク内に貯留された作動油によって、閉じた油圧回路の冷却効果を得ることができる。

（３）上記（１）又は（２）項において、前記チャージポンプの吐出管路に接続されるアキュムレータを備える水門開閉装置（請求項３）。
本項に係る水門開閉装置において、アキュムレータを設けることで、災害等により停電が発生するなどして動力電源が喪失した際、水門開閉装置側で作業員の人力によって、扉体を自重降下させることができる。

（４）上記（３）項において、前記油圧モータの出力軸を制動するブレーキ機構を備え、前記チャージポンプ又は前記アキュムレータからの油圧によって前記ブレーキ機構による制動を解除する水門開閉装置（請求項４）。
本項に係る水門開閉装置において、チャージポンプ又はアキュムレータからの油圧によって、ブレーキ機構が油圧モータの出力軸を制動又は解放させることができる。

（５）上記（１）～（４）のいずれか１項において、前記閉回路に並列に配置された少なくとも２つの前記油圧源を備える水門開閉装置（請求項５）。
本項に係る水門開閉装置において、閉回路に並列に配置された少なくとも２つ油圧源を設けることで、一方の油圧源が動作不能になっても、他方の油圧源によって、扉体を開閉させることができる。

（６）上記（１）～（５）のいずれか１項に記載の水門開閉装置に使用される油圧駆動ユニットであって、前記油圧モータと、該油圧モータに連結される減速機と、該減速機に隣接して配置される前記密閉タンクと、該密閉タンクに隣接して配置される前記油圧源及び前記チャージポンプとが一体化されている油圧駆動ユニット（請求項６）。
本項に係る油圧駆動ユニットにおいて、油圧モータ、減速機、密閉タンク、油圧源及びチャージポンプを一体化させたことで、水門設備の配置をコンパクトにすることができる。

本発明に係る水門開閉装置及びその油圧駆動ユニットによれば、扉体の自重降下時のキャビテーションを防止すると共に、水門開閉装置の構造を小型化、軽量化することで、既設の水門設備を補強することなく設置することができる。

本発明の第１実施形態に係る水門開閉装置の構成を示す概略図である。 図１に示す油圧駆動ユニットを水門開閉機に連結した状態を示す概略図である。 図１に示す油圧駆動ユニットの概略図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る水門開閉装置に採用した油圧回路図である。 本発明の第２実施形態に係る水門開閉装置の構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る水門開閉装置に採用した油圧回路図である。 本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置の構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置に採用した油圧回路図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る水門開閉装置を図１～図４に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態に係る水門開閉装置は、河川、運河、ダム等に設置される水門を開閉させるものであり、災害等により停電が発生するなどして動力電源が喪失した場合でも、扉体を自重によって降下させることができるものである。なお、以下の説明では、一例として、１モータ・１ドラム型のワイヤロープ式水門開閉装置について説明するが、１モータ・２ドラム型又は２モータ・２ドラム型等の他の形式の水門開閉装置にも同様に適用することができる。

第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、図１に示すように、水門を構成する左右一対の門柱５，５間に扉体３が昇降自在に支持されている。左右一対の門柱５，５の片側には、ワイヤロープ１３を巻き取る及び引き出すためのドラム９が設けられている。ドラム９は、後述する油圧駆動ユニット７（図２及び図３参照）と連結されている。ドラム９は、図１及び図２に示すように、回転軸９ｂと一体的に連結され、回転軸９ｂにはドラムギヤ９ａが一体的に連結されている。後述する油圧駆動ユニット７の減速機２３の出力軸２３ａは、ピニオンギヤ２３ｂに連結される（図２参照）。そして、ドラムギヤ９ａとピニオンギヤ２３ｂとが噛み合っており、回転軸９ｂと減速機２３の出力軸２３ａとが相互に回転トルクを伝達するように構成されている。扉体３の左右上部には、ワイヤロープ１３が巻回されている複数のシーブ１１ａ，１１ｂが設けられている（図１参照）。シーブ１１ａは、門柱５側に固定される定滑車であり、シーブ１１ｂは、扉体３側に固定される動滑車である。ここで、ワイヤロープ１３の一端は、ドラム９が配置されていない門柱５の上端に係止され、ワイヤロープ１３の他端がドラム９に巻回されている。これにより、ドラム９を開方向に回転駆動させることで、ワイヤロープ１３が巻き取られて、扉体３がシーブ１１ｂと共に上昇し、一方、ドラム９を閉方向に回転駆動させることで、ワイヤロープ１３が引き出されて、扉体３が降下するように構成される。

さらに、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａは、図１～図３に示すように、油圧モータ２１と、減速機２３と、油圧源２５と、チャージ圧源２７と、密閉タンク２９とを備える。油圧モータ２１は、減速機２３に連結される出力軸２１ａを有し、減速機２３と一体的に連結されている。減速機２３は、油圧モータ２１の回転を減速させ、トルクを増加させるものである。油圧モータ２１と減速機２３との間には、油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転運動を拘束及び解放するためのブレーキ機構３１（図１及び図４参照）が設けられる。ブレーキ機構３１は、油圧モータ２１及び減速機２３と一体的に連結されている。これにより、油圧モータ２１、減速機２３及びブレーキ機構３１が一体的に連結されたユニットとして構成される。ブレーキ機構３１は、メカニカルブレーキであり、チャージ圧源２７と接続され、バネの付勢力により、油圧モータ２１の出力軸２１ａを制動させ、チャージ圧源２７から供給される作動油の圧力によって、バネの付勢力に抗して、油圧モータ２１の出力軸２１ａの制動が解除される。

油圧源２５は、吐出量及び吐出方向を制御可能な、ＡＣサーボモータと定容量形ポンプとを組み合わせたものからなる。油圧源２５は、三相誘導モータ及びインバータと定容量形ポンプとからなるもの、又は、三相誘導モータと可変容量形ポンプとからなるものとすることができる。油圧源２５は、図１及び図４に示すように、後述する閉回路４５に並列に配置され（図４では、２つの油圧源２５ａ，２５ｂが設けられている）、ポンプ３７ａ，３７ｂと、電動機３９ａ，３９ｂとから構成される。ポンプ３７ａ，３７ｂは、作動油を２方向に吐出可能であり、電動機３９ａ，３９ｂの回転数を可変させることで、作動油の吐出量を制御可能なポンプである。ポンプ３７ａ，３７ｂは、ドレンライン３８ａ，３８ｂを介して補助タンク７１と接続されている。電動機３９ａ，３９ｂは、正逆回転可能なサーボモータであり、ポンプ３７ａ，３７ｂの軸部に連結される回転軸４３ａ，４３ｂを有する。電動機３９ａ，３９ｂは、三相電源で作動されるものであり、操作盤３３と電気的に接続され、操作盤３３によって動作制御されている。油圧モータ２１と油圧源２５ａ，２５ｂのポンプ３７ａ，３７ｂとは、図４を参照して、閉じた油圧回路（閉回路）４５によって接続されている。具体的には、油圧モータ２１の一方のポート（図４の紙面左側）と油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの一方のポート（図４の紙面左側）とを連通経路４７ａ及び接続経路４９ａ，５０ａで接続し、油圧モータ２１の他方のポート（図４の紙面右側）と油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの他方のポート（図４の紙面右側）とを連通経路４７ｂ及び接続経路４９ｂ、５０ｂで接続することで、閉回路４５として構成され、この閉回路４５によって、油圧モータ２１と油圧源２５ａ，２５ｂとが接続される。その結果、作動油が閉回路４５内を循環するように構成される。また、昇降用の回路（閉回路４５）内の構成機器を減らすことができ、抵抗による発熱を抑えられる。

閉回路４５は、図４に示すように、フラッシング機構５７と、リリーフ弁５９と、第１及び第２チェック弁６１，６１と、第１及び第２電磁切替弁６３，６３とを備える。フラッシング機構５７は、チャージ圧以上の余剰の作動油を補助タンク７１に戻すものであり、フラッシング弁５７ａ及びフラッシング用リリーフ弁５７ｂから構成されている。フラッシング弁５７ａは、油圧モータ２１の連通経路４７ａと連通経路４７ｂとの間に配置される。フラッシング用リリーフ弁５７ｂは、第１ライン６５ａを介してフラッシング弁５７ａと接続され、第２ライン６５ｂを介して補助タンク７１と接続されている。

チャージ圧源２７は、油圧モータ２１及びブレーキ機構３１に作動油を供給するものであり、補助タンク７１と、チャージポンプ７３と、電動機７５とから構成される。補助タンク７１、チャージポンプ７３及び電動機７５は、一体的に連結されたユニットとして構成される。補助タンク７１は、解放型又は密閉型のタンクであり、吸込管路７７を介してチャージポンプ７３に接続される。吸込管路７７には、油圧フィルタ７７ａが設けられている。また、補助タンク７１は、油圧モータ２１から漏れた作動油を貯留するために、第１接続ライン７９ａを介して油圧モータ２１と接続され、ブレーキ機構３１から戻る作動油を貯留するために、第２接続ライン７９ｂを介してブレーキ機構３１と接続され、第３接続ライン７９ｃを介してチャージポンプ７３の吐出管路８５と接続される。第１接続ライン７９ａには、チェック弁８１が設けられている。第３接続ライン７９ｃには、リリーフ弁８３が設けられている。チャージポンプ７３は、吐出管路８５の第１経路８５ａを介してブレーキ機構３１に接続され、吐出管路８５の第２経路８５ｂを介して後述する密閉タンク２９に接続される。吐出管路８５の第１経路８５ａには、電磁切替弁８７ａ及びチェック弁８７ｂが設けられ、第２経路８５ｂには、チェック弁８９ａが設けられている。電動機７５は、チャージポンプ７３の軸部に連結される出力軸７５ａ（図４参照）を有する。電動機７５は、通常状態時、操作盤３３の制御電源（単相電源）で作動でき、一方、停電時、無停電電源装置（単相電源）、小型のポータブル発電機の単相電源、又は、バッテリの直流電源によって作動でき、操作盤３３と電気的に接続され、操作盤３３によって動作制御されている。

密閉タンク２９は、油圧モータ２１の、扉体３の降下時における吸込側に作動油を送るために所定量の作動油を貯留したものであり、互いに接続された、細長い略円筒状を呈する２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂから構成される。２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂ内には、扉体３の自重によって、扉体３が完全に降下するまで、油圧モータ２１と密閉タンク２９とを接続する閉じた油圧回路に循環して、冷却に必要な作動油が貯留されている。ここで、図３を参照して、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂは、減速機２３の上部に隣接して配置される。そして、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂのそれぞれの上部には、２つの油圧源２５のそれぞれが隣接して配置され、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂに架けるようにチャージ圧源２７が隣接して配置されている。これにより、油圧モータ２１、減速機２３、油圧源２５、チャージ圧源２７及び密閉タンク２９ａ，２９ｂは、それぞれが一体化した油圧駆動ユニット７として構成される（図２及び図３参照）。

密閉タンク２９（２９ａ，２９ｂ）は、図４に示すように、閉回路４５に接続されている。具体的には、密閉タンク２９ａは、自重降下装置９７を介して油圧モータ２１の連通経路４７ａと接続されている。一方、密閉タンク２９ｂは、接続ライン９９を介して油圧モータ２１の連通経路４７ｂ、及び、油圧源２５の接続経路４９ｂ，５０ｂと連通されている。この構成により、密閉タンク２９と油圧モータ２１とは、閉じた油圧回路で接続されることとなる。密閉タンク２９ｂは、排出管路１１９を介して補助タンク７１と接続されている。排出管路１１９には、安全弁１１９ａが設けられている。自重降下装置９７は、密閉タンク２９ａと油圧モータ２１の連通経路４７ａとを接続する自重降下管路１０１と、自重降下管路１０１に設けられた流量調整弁（流量制御弁）１０１ａ、仕切弁１０１ｂ、リリーフ弁１０１ｃ、電磁切替弁１０１ｄ及びチェック弁１０１ｅとを備えている。流量調整弁１０１ａは、扉体３の自重降下時、その開度を制御することにより、扉体３の降下速度を適宜変更させることができる。接続ライン９９には、仕切弁９９ａ及びチェック弁９９ｂが設けられており、閉回路４５の圧力が密閉タンク２９に作用しない構造となっている。

次に、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａを用いて、動力電源が喪失していない通常の状態において扉体３を昇降させる方法、及び、動力電源が喪失した状態（停電時）において扉体３を自重降下させる方法を図４に基づいて説明する。
まず、動力電源が喪失していない通常の状態において、扉体３を昇降させる方法について説明する。扉体３を昇降させないときには、ブレーキ機構３１が油圧モータ２１の出力軸２１ａを拘束して扉体３をその自重で降下させないようしている。このため、扉体３を昇降させるときには、作業者が操作盤３３を操作して、チャージ圧源２７の電動機７５を回転駆動させて、この回転駆動により、電動機７５と連結されるチャージポンプ７３を駆動させて、補助タンク７１から作動油を吸込み、吐出管路８５の第１経路８５ｂを介して、作動油を密閉タンク２９及び油圧モータ２１の連通経路４７ｂに供給して、チャージ圧を作用させる。

続いて、操作盤３３の制御により、油圧源２５の電動機３９ａ，３９ｂに通電して、サーボロック状態とする。そして、閉回路４５の第１及び第２電磁切替弁６３，６３を開状態とすると共に、段階的に電動機３９ａ，３９ｂの回転を上げながら、吐出管路８５の第１経路８５ａに設けられた電磁切替弁８７ａを開状態にし、油圧モータ２１の出力軸２１ａに対するブレーキ機構３１の拘束を解除して、油圧モータ２１を駆動可能な状態にさせる。そして、電動機３９ａ，３９ｂの回転駆動により、ポンプ３７ａ，３７ｂが駆動されて、閉回路４５内の作動油を、扉体３の上昇方向（図４の矢印参照）、すなわち、油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの一方（図４の紙面左側）から接続経路４９ａ，５０ａ及び連通経路４７ａを介して油圧モータ２１の一方のポート（図４の紙面左側）に供給される方向に送油することで、扉体３が上昇するようになる。一方、閉回路４５内の作動油を、扉体３の降下方向（図４の矢印参照）、すなわち、油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの他方（図４の紙面右側）から接続経路４９ｂ、５０ｂ及び連通経路４７ｂを介して油圧モータ２１の他方のポート（図４の紙面右側）に供給される方向に送油することで、扉体３が降下するようになる。ここで、作動油が油圧モータ２１に流れるとき、油圧モータ２１から漏れる作動油が第１接続ライン７９ａを介して、チャージ圧源２７の補助タンク７１に流れる。その結果、油圧モータ２１と油圧源２５との間を循環する作動油の流量が減少することとなる。作動油の減少分は、チャージ圧源２７のチャージポンプ７３が駆動されていることで、補助タンク７１内の作動油を吸込み、吐出管路８５の第２経路８５ｂを介して密閉タンク２９ａに作動油を供給する。その結果、密閉タンク２９ａ内の作動油が密閉タンク２９ｂに流れ、密閉タンク２９ｂ内の作動油が接続ライン９９を介して油圧モータ２１に供給される。これにより、油圧モータ２１によって生じる作動油の減少分を補うことができる。

そして、作動油の循環によって、油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転駆動力が、減速機２３の出力軸２３ａから、ピニオンギヤ２３ｂ、ドラムギヤ９ａ、回転軸９ｂを介してドラム９に伝達する。その結果、ドラム９によって、ワイヤロープ１３を巻き取り、又は、引き出することで、扉体３を昇降させることができる。

一方、災害等により停電が発生するなどして動力電源が喪失した場合、油圧源２５が回転駆動できなくなるが、ブレーキ機構３１によって、油圧モータ２１の出力軸２１ａが拘束されているので、扉体３が意図せず自重降下を開始することはない。災害時の停電などに、三相電源を喪失したときには、操作盤３３、チャージ圧源２７の電動機７５は、無停電電源装置や小型のポータブル発電機等の単相電源を用いることで作動させることができる。ここで、扉体３を自重降下させる際には、油圧モータ２１が、扉体３の自重降下速度を適宜速度に調整する油圧制動装置としての油圧ポンプとして機能する。

作業者が、操作盤３３にて、扉体３を自重降下させるために適宜操作することで、チャージ圧源２７の電動機７５が回転駆動して、この回転駆動により、電動機７５と連結されるチャージポンプ７３を駆動させて、補助タンク７１から作動油を吸込み、吐出管路８５の第１経路８５ｂを介して、密閉タンク２９及び油圧モータ２１の連通経路４７ｂに作動油を供給して、チャージ圧を作用させる。また、閉回路４５の第１及び第２電磁切替弁６３，６３は閉状態のままであり、自重降下装置９７の電磁切替弁１０１ｄが開状態となる。そして、吐出管路８５の第１経路８５ａに設けられた電磁切替弁８７ａが開状態となり、吐出管路８５の第１経路８５ａを介して、作動油をブレーキ機構３１に供給する。これにより、油圧モータ２１の出力軸２１ａに対するブレーキ機構３１の拘束が解除され、扉体３の自重降下が開始される。

続いて、扉体３の自重降下に伴って、ドラム９に巻き取られたワイヤロープ１３が引き出されて、ドラム９の回転軸９ｂから、ドラムギヤ９ａ、ピニオンギヤ２３ｂ、減速機２３の出力軸２３ａを介して、油圧ポンプとして機能する油圧モータ２１の出力軸２１ａが回転する。油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転に伴って、油圧モータ２１が連通経路４７ｂから吸込み、連通経路４７ａから作動油を吐出させる。そして、吐出された作動油は、自重降下装置９７の自重降下管路１０１に流れる。このとき、油圧モータ２１の吸込側（連通経路４７ｂ）が負圧となるので、チャージ圧源２７（チャージポンプ７３）によって、作動油を一定以上の圧力（チャージ圧）を油圧モータ２１の吸込側にかけると共に、油圧モータ２１から漏れる作動油を補うために、油圧モータ２１から漏れる以上の作動油の流量を吐出している。

そして、自重降下管路１０１に流れた作動油は、流量調整弁１０１ａ及び電磁切替弁１０１ｄを介して、密閉タンク２９ａ内に流れる。このとき、自重降下管路１０１に流れる作動油の流量が流量調整弁１０１ａにより絞られ制限されるため、油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転が制限されることとなる。これにより、ドラム９の回転軸９ｂの回転も制動させるので、扉体３の自重降下速度を安定させることができる。また、自重降下管路１０１内の作動油の圧力が予め設定された圧力より高くなった場合、自重降下装置９７のリリーフ弁１０１ｃにより、自重降下管路１０１内の作動油を密閉タンク２９ａに流すことができる。

続いて、密閉タンク２９ａ内に流れた作動油によって、密閉タンク２９ａ内に予め貯留された作動油が密閉タンク２９ｂに流れる。そして、密閉タンク２９ｂに流れた作動油によって、密閉タンク２９ｂ内に予め貯留された作動油が接続ライン９９を介して、油圧モータ２１の吸込側経路（連通経路４７ｂ）に流れる。このように、扉体３の自重降下の際、油圧モータ２１の吐出側経路（連通経路４７ａ）からの作動油は、自重降下装置９７及び密閉タンク２９を介して吸込側経路（連通経路４７ｂ）に流れる、すなわち、閉じた油圧回路内を循環することとなる。これにより、密閉タンク２９ａ，２９ｂにより、閉じた油圧回路内を冷却させながら、扉体３を最後まで自重降下させることができる。

上記構成を有する水門開閉装置１Ａによれば、次のような作用効果を得ることができる。
第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、災害により停電が発生するなどして動力電源が喪失した場合に扉体３を自重降下させるとき、自重降下装置９７の自重降下管路１０１に設けられた流量調整弁１０１ａによって、作動油の流量を絞ることで発熱が生じる。しかしながら、油圧モータ２１と密閉タンク２９とが、自重降下装置９７によって、閉じた油圧回路で接続されており、密閉タンク２９内には、扉体３の自重によって、油圧モータ２１と密閉タンク２９とを接続する閉じた油圧回路に循環して、冷却に必要な作動油が貯留されている。このため、密閉タンク２９内の作動油が閉じた油圧回路に流れることで、閉じた油圧回路内を冷却することができる。また、密閉タンク２９（２９ａ，２９ｂ）は、扉体３の昇降用回路（閉回路４５）内に設けられていないため、チャージ圧（例えば、１ＭＰａの圧力）に耐えられる強度を有すればよいので、コストを抑えることができる。

第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、油圧モータ２１から漏れた作動油の油量以上を供給させれば、チャージ圧を作用させることができ、また、密閉タンク２９で冷却させることから補助タンク７１内の油量はわずかでよいので、補助タンク７１を小型化することができる。また、チャージポンプ７３は油圧モータ２１から漏れた作動油、及び、扉体３の昇降時の油圧ポンプ３７ａ，３７ｂから漏れた作動油の油量以上を吐出させればよいので、小さな出力で作動油を吐出することができ、チャージポンプ７３を小型化することができる。さらに、チャージポンプ７３を駆動させる電動機７５の出力が小さくなるため、単相モータや直流モータを用いることができことで、無停電電源装置や小型のポータブル発電機の単相電源やバッテリの直流電源を用いて作動することができる。その結果、チャージ圧源２７全体として小型化とすることができる。これにより、油圧駆動ユニット７の重量が抑えられ、既設の水門設備に油圧駆動ユニット７を設置しても、水門設備の補強が不要となり、コストを抑えることができる。

第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、自重降下装置９７によって、密閉タンク２９と油圧モータ２１とを閉じた油圧回路で接続しているため、チャージポンプ７３は油圧モータ２１から漏れた作動油の油量以上を吐出することで、油圧モータ２１の吸込側に一定以上の圧力（チャージ圧）をかけることでき、キャビテーションの発生を防ぐことができる。

第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａの油圧駆動ユニット７は、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂが減速機２３の上部に隣接して配置され、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂのそれぞれの上部に２つの油圧源２５のそれぞれが隣接して配置され、２つの密閉タンク２９ａ，２９ｂに架けるようにチャージ圧源２７が隣接して配置されていることで、それぞれが一体化したものとなる。これにより、油圧源２５及びチャージ圧源２７の配置場所が不要となり、コンパクトに配置することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂを図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａに対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂは、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａに対して、チャージ圧源２７に接続されるアキュムレータ１０７を備えていることで相違しており、他の構成は同一である。
具体的には、図５及び図６に示すように、チャージ圧源２７には、アキュムレータ１０７が備えられている。アキュムレータ１０７は、水門開閉装置１Ｂ側で作業員の手動による扉体３の自重降下を行う場合に、チャージポンプ７３の補助として設けられ、チャージポンプ７３によって加圧された作動油を蓄えている。アキュムレータ１０７は、接続ライン１０９及び吐出管路８５の第１経路８５ａを介して、ブレーキ機構３１に接続され、接続ライン１０９及び吐出管路８５の第２経路８５ｂを介して、チャージポンプ７３及び密閉タンク２９（２９ａ）に接続されている。また、アキュムレータ１０７は、排出ライン１１１を介して補助タンク７１と接続されている。ここで、アキュムレータ１０７に蓄えられた作動油が補助タンク７１に入るので、補助タンク７１は、アキュムレータ１０７の容量に応じた容量となる。接続ライン１０９には、手動で切替操作可能な電動切替弁１０９ａと、仕切弁１０９ｂとを備え、排出ライン１１１には、閉仕切弁１１１ａを備えている。

次に、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂを用いて、扉体３を自重降下させる方法を図６に基づいて説明する。なお、動力電源が喪失していない通常の状態において扉体３を昇降させる方法は、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａと同様であるため省略する。
災害により停電が発生するなどして動力電源が喪失した場合、作業員が電動切替弁１０９ａを手動操作で開状態にすることで、アキュムレータ１０７の作動油を接続ライン１１１及び吐出管路８５の第１経路８５ａを介して、ブレーキ機構３１に供給する。これにより、油圧モータ２１の出力軸２１ａに対するブレーキ機構３１の拘束が解除され、扉体３の自重降下が開始される。

扉体３の自重降下に伴って、ドラム９に巻き取られたワイヤロープ１３が引き出されて、ドラム９の回転軸９ｂから、ドラムギヤ９ａ、ピニオンギヤ２３ｂ、減速機２３の出力軸２３ａを介して、油圧ポンプとして機能する油圧モータ２１の出力軸２１ａが回転する。油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転に伴って、油圧モータ２１が連通経路４７ｂから吸込み、連通経路４７ａから作動油を吐出させる。そして、吐出された作動油は、自重降下装置９７の自重降下管路１０１に流れる。このとき、油圧モータ２１の吸込側（連通経路４７ｂ）が負圧となるので、アキュムレータ１０７によって、作動油を一定以上の圧力（チャージ圧）を油圧モータ２１の吸込側にかけると共に、油圧モータ２１から漏れる作動油を補うために、油圧モータ２１から漏れる以上の作動油の流量を吐出している。これにより、キャビテーションの発生を防ぎつつ、油圧モータ２１によって生じる作動油の減少分を補うことができる。

そして、吐出された作動油が流量調整弁１０１ａ及び電磁切替弁１０１ｄを介して、密閉タンク２９ａ内に流れる。このとき、自重降下管路１０１に流れる作動油の流量が流量調整弁１０１ａにより絞られ制限されるため、油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転が制限されることとなる。これにより、ドラム９の回転軸９ｂの回転も制動させるので、扉体３の自重降下速度を安定させることができる。また、自重降下管路１０１内の作動油の圧力が予め設定された圧力より高くなった場合、自重降下装置９７のリリーフ弁１０１ｃにより、自重降下管路１０１内の作動油を密閉タンク２９ａに流すことができる。そして、密閉タンク２９ａ内に予め貯留された作動油が密閉タンク２９ｂに流れ、密閉タンク２９ｂに流れた作動油によって、密閉タンク２９ｂ内に予め貯留された作動油が接続ライン９９を介して、油圧モータ２１の吸込側経路（連通経路４７ｂ）に流れる。このように、扉体３の自重降下の際、油圧モータ２１の吐出側経路（連通経路４７ａ）からの作動油は、自重降下装置９７及び密閉タンク２９を介して吸込側経路（連通経路４７ｂ）に流れるので、作動油は、閉じた油圧回路内を循環することとなる。これにより、閉じた油圧回路内を冷却させながら、扉体３を最後まで自重降下させることができる。

以上、上記構成を有する水門開閉装置１Ｂによれば、次のような作用効果を得ることができる。
作業員が、自ら電動切替弁１０９ａを手動操作で開状態にすることで、アキュムレータ１０７の作動油が油圧モータ２１及びブレーキ機構３１に供給されるので、油圧モータ２１へのチャージ及びブレーキ機構３１の解放を行うことができる。このため、チャージポンプ７３及び電動機７５を使用しなくても、扉体３を自重降下させることができる。なお、この他は、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂは、上述の第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃを図７及び図８を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａに対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃは、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａに対して、密閉タンク２９の構成、及び、自重降下装置９７が備えられていない点で相違しており、他の構成は同一である。
具体的には、本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃは、図７及び図８に示すように、動力電源が喪失していない通常の状態において扉体３を昇降させるためのみのものである。

密閉タンク２９（２９ｃ）は、１つの密閉タンクで構成され、接続ライン９９を介して油圧モータ２１の流通経路４７ｂ、及び、油圧源２５の接続経路４９ｂ，５０ｂと連通されている。密閉タンク２９ｃは、排出管路１１９を介して補助タンク７１と接続されている。排出管路１１９には、安全弁１１９ａが設けられている。

次に、第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃを用いて、扉体３を昇降させる方法を図８に基づいて説明する。
扉体３を昇降させないときには、ブレーキ機構３１が油圧モータ２１の出力軸２１ａを拘束して扉体３をその自重で降下させないようしている。このため、扉体３を昇降させるときには、作業者が操作盤３３を操作して、チャージ圧源２７の電動機７５を回転駆動させて、この回転駆動により、電動機７５と連結されるチャージポンプ７３を駆動させて、補助タンク７１から作動油を吸込み、吐出管路８５の第１経路８５ｂを介して、作動油を密閉タンク２９ｃ及び油圧モータ２１の連通経路４７ｂに供給して、チャージ圧を作用させる。

続いて、操作盤３３の制御により、油圧源２５の電動機３９ａ，３９ｂに通電して、サーボロック状態とする。そして、閉回路４５の第１及び第２電磁切替弁６３，６３を開状態とすると共に、段階的に電動機３９ａ，３９ｂの回転を上げながら、吐出管路８５の第１経路８５ａに設けられた電磁切替弁８７ａを開状態にし、油圧モータ２１の出力軸２１ａに対するブレーキ機構３１の拘束を解除して、油圧モータ２１を駆動可能な状態にさせる。そして、電動機３９ａ，３９ｂの回転駆動により、ポンプ３７ａ，３７ｂが駆動されて、閉回路４５内の作動油を、扉体３の上昇方向（図８の矢印参照）、すなわち、油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの一方（図８の紙面左側）から接続経路４９ａ，５０ａ及び連通経路４７ａを介して油圧モータ２１の一方のポート（図８の紙面左側）に供給される方向に送油することで、扉体３が上昇するようになる。一方、閉回路４５内の作動油を、扉体３の降下方向（図８の矢印参照）、すなわち、油圧源２５のポンプ３７ａ，３７ｂの他方（図８の紙面右側）から接続経路４９ｂ、５０ｂ及び連通経路４７ｂを介して油圧モータ２１の他方のポート（図８の紙面右側）に供給される方向に送油することで、扉体３が降下するようになる。ここで、作動油が油圧モータ２１に流れるとき、油圧モータ２１から漏れる作動油が第１接続ライン７９ａを介して、チャージ圧源２７の補助タンク７１に流れる。その結果、油圧モータ２１と油圧源２５との間を循環する作動油の流量が減少することとなる。作動油の減少分は、チャージ圧源２７のチャージポンプ７３が駆動されていることで、補助タンク７１内の作動油を吸込み、吐出管路８５の第２経路８５ｂを介して密閉タンク２９ｃに作動油を供給する。その結果、密閉タンク２９ｃ内の作動油が接続ライン９９を介して油圧モータ２１に供給される。これにより、油圧モータ２１によって生じる作動油の減少分を補うことができる。

そして、油圧モータ２１の出力軸２１ａの回転駆動力が、減速機２３の出力軸２３ａから、ピニオンギヤ２３ｂ、ドラムギヤ９ａ、回転軸９ｂを介してドラム９に伝達する。これにより、ドラム９によって、ワイヤロープ１３を巻き取り、又は、引き出すことで、扉体３を昇降させることができる。

上記構成を有する水門開閉装置１Ｃによれば、次のような作用効果を得ることができる。
第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃでは、扉体３が昇降する高さ（揚程）が高い設備で連続して運転する時間が長い場合でも、チャージポンプ７３から供給される作動油によって、密閉タンク２９ｃ内の作動油が閉回路４５内に流れ、その作動油が閉回路４５内を循環することで、閉回路４５内を冷却させることができる。

第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃでは、密閉タンク２９ｃは、吐出管路８５の第２経路８５ｂを介してチャージ圧源２７（チャージポンプ７３）と接続されており、第２経路８５ｂには、密閉タンク２９ｃからチャージ圧源２７への作動油の流れを防ぐチェック弁８９ａが設けられているため、密閉タンク２９ｃとチャージ圧源２７とが閉じた油圧回路で接続されている。このため、密閉タンク２９ｃの圧力が逃げることがなく、密閉タンク２９ｃの圧力を維持することができる。また、密閉タンク２９ｃは、タンク内に余分な空隙が必要なく、小型化することができる。これにより、油圧駆動ユニット７の重量が抑えられ、既設の水門設備に油圧駆動ユニット７を設置しても、水門設備の補強が不要となり、コストを抑えることができる。なお、万一、密閉タンク２９ｃから作動油が漏れた場合、密閉タンク２９ｃは、閉じた油圧回路であり、作動油が漏れ続けることがないため、オープン構造の補助タンク７１の容量に余裕を持たせただけの小容量のオイルパン、防油堤等で作動油を河川、ダム湖等に流出しないように防止すればよい。

なお、本発明の第１～第３実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃがワイヤロープ式であるが、チェーン式、ラック式等の他の水門開閉装置であってもよい。

本発明の第１～第３実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、油圧モータ２１、減速機２３、油圧源２５、チャージ圧源２７及び密閉タンク２９は、それぞれが一体化した油圧駆動ユニット７として構成されているが、例えば、密閉タンク２９やチャージ圧源２７を減速機２３から分離又は着脱可能に取り付けてもよく、分離した油圧駆動ユニット７であってもよい。また、減速機２３の出力軸２３ａのトルクによっては、減速機２３を設けずに、油圧モータ２１の出力軸２１ａを直接ピニオンギヤ２３ｂ若しくは回転軸９ｂに接続するようにしてもよい。

本発明の第１～第３実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、ブレーキ機構３１は、油圧モータ２１と減速機２３と一体的に連結されているが、油圧モータ２１及び減速機２３から分離して配置してもよい。

本発明の第１及び第２実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂでは、密閉タンク２９（２９ａ，２９ｂ）が２つ設けられ、本発明の第３実施形態に係る水門開閉装置１Ｃでは、密閉タンク２９（２９ｃ）が１つ設けられているが、密閉タンク２９の設置数は適宜変更することができる。

本発明の第１～第３実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、密閉タンク２９（２９ｂ，２９ｃ）は、接続ライン９９を介して、油圧モータ２１の吸込側（連通経路４７ｂ）に接続されているが、閉回路４５にシャトル弁等を設けて、閉回路４５、すなわち、油圧モータ２１の吐出側（連通経路４７ａ）及び吸込側（連通経路４７ｂ）に接続されてもよい。

本発明の第１及び第２実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂにおいて、流量調整弁（流量制御弁）１０１ａは、自重降下管路１０１に１つ設けられているが、流量調整弁１０１ａの個数を適宜変更して自重降下速度を可変させることができる。

本発明の第１～第３実施形態に係る水門開閉装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、油圧を用いているが、他の液圧を用いてもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…水門開閉装置、３…扉体、２１…油圧モータ、２５ａ，２５ｂ…油圧源、２９…密閉タンク、３７ａ，３７ｂ…ポンプ、３９ａ，３９ｂ…電動機、４５…閉回路、７１…補助タンク、７３…チャージポンプ

Claims (6)

1. 水門を開閉する水門開閉装置であって、
   前記水門の扉体に連結されて、該扉体を昇降させる油圧モータと、
   ポンプ及び該ポンプを駆動する電動機を含み、吐出量及び吐出方向を制御可能な油圧源と、
   前記油圧モータと前記ポンプとを接続する閉回路と、
   該閉回路に接続される密閉タンクと、
   前記油圧モータから漏れる作動油を貯留する補助タンクと、
   前記補助タンクの作動油を加圧して前記密閉タンクに供給するチャージポンプと、を備えることを特徴とする水門開閉装置。
2. 前記油圧モータの前記扉体の下降時における吐出側と前記密閉タンクとを接続する自重降下管路と、該自重降下管路に設けられる流量制御弁と、を含む自重降下装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の水門開閉装置。
3. 前記チャージポンプの吐出管路に接続されるアキュムレータを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水門開閉装置。
4. 前記油圧モータの出力軸を制動するブレーキ機構を備え、前記チャージポンプ又は前記アキュムレータからの油圧によって前記ブレーキ機構による制動を解除することを特徴とする請求項３に記載の水門開閉装置。
5. 前記閉回路に並列に配置された少なくとも２つの前記油圧源を備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の水門開閉装置。
6. 請求項１～５のいずれか1項に記載の水門開閉装置に使用される油圧駆動ユニットであって、
   前記油圧モータと、該油圧モータに連結される減速機と、該減速機に隣接して配置される前記密閉タンクと、該密閉タンクに隣接して配置される前記油圧源及び前記チャージポンプとが一体化されていることを特徴とする油圧駆動ユニット。
   

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