JP2521604B2

JP2521604B2 - 高落差用自動定量分水装置

Info

Publication number: JP2521604B2
Application number: JP3332414A
Authority: JP
Inventors: 勲南
Original assignee: MIRAI NOGYO KOKUSAI KENKYU ZAIDAN
Current assignee: MIRAI NOGYO KOKUSAI KENKYU ZAIDAN
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JPH05187044A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高水圧状態にある幹線
管水路から受益地に分水する場合、流量変動および分水
工の数による幹線管水路内圧力の大幅な変動によって、
分水量が変化するのを減殺し、高精度の定量分水を行う
ことができる高落差用自動定量分水装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、幹線管水路と、この幹線管水路に
設けられた多数の分水点と、各分水点にそれぞれ分水装
置を介して配置された支線管水路とからなる管水路系が
普及してきている。

【０００３】このような管水路系においては、幹線管水
路内の圧力変動の影響を受けずに自動的な定量分水を行
い、かつ、各分水点での分水操作に対して管水路中に水
撃圧が発生するのを防止することができる分水装置の開
発が望まれていた。

【０００４】このため、本発明者は、特願平１−２８７
１７１号において水撃圧制御自動定量分水装置を提案し
た。

【０００５】この水撃圧制御自動定量分水装置を図９に
示す。図９において、幹線管水路３１に分水管３２の一
端が取水口３３として接続され、分水管３２の他端側は
主貯留槽３４の側壁を越えて主貯留槽３４の内部へ案内
され、先端部分３２ａが下方へ向かって略垂直にのび、
先端が放水口３５として下方を向くように配置されてい
る。

【０００６】また、主貯留槽３４に隣接して副貯留槽３
６が設けられ、主貯留槽３４および副貯留槽３６の間に
は、水量調節仕切板３７が設けられている。副貯留槽３
６には、支線管水路３８が接続されており、図示されな
いが、この管水路３８の下流端には普通の開閉バルブが
取付けられている。

【０００７】分水管３２の略垂直にのびる先端部分３２
ａには、その中心軸に沿って連結棒３９が上下に貫通
し、かつ先端部分３２ａに固定されたガイド手段４０に
よって上下運動可能に案内されている。

【０００８】主貯留槽３４の水面上には、内部に空洞４
１を有する直方体形状のフロート４２が配置され、この
フロート４２には、連結棒３９が螺合状態で差し込ま
れ、フロート４２を上下に貫通している。さらに、連結
棒３９のフロート４２から上方に突出する部分には、連
結棒３９に直交して調節ハンドル４３が設けられ、フロ
ート４２を主貯留槽３４水面上に静止させた状態で調節
ハンドル４３を介して連結棒３９を左右に回転させるこ
とにより、連結棒３９に対するフロート４２の固定位置
を選択的に変更できるようになっている。

【０００９】フロート４２の下面には、水量調節弁を備
えた吸排水孔４４が設けられ、上面には、浮力調節バル
ブ４５を備えた浮力調節管４６が設けられており、フロ
ート４２の空洞４１内に水を適当量流入させることによ
って、フロート４２の浮力の調節が可能となっている。

【００１０】連結棒３９の分水管３２の放水口３５から
下方に突出する下端には、制御板４７が、放水口３５に
平行になるように取付けられている。この制御板４７は
２枚の円板４７ａ、４７ｂを上下に重ね合わせた２層構
造を有するものであって、中心を連結棒３９に固定され
た、放水口３５より大きい直径を有し放水口３５に対応
する領域に複数の通水穴が形成された下板４７ｂと、こ
の下板４７ｂの上側において、中心を連結棒３９によっ
て貫通され連結棒３９に沿って一定の範囲内で上下運動
可能に案内された、放水口３５より小さい直径を有し下
板４７ｂの通水穴を封閉可能な上板４７ａとからなって
いる。

【００１１】そして、分水管３２からの放水流量の増
減、または支線管水路３８における水使用量の増減によ
って主貯留槽３４の水位が上下すると、それに伴ってフ
ロート４２が上下に運動する。これに連動して制御板４
７が上下運動して分水管３２の放水口３５の開度が自動
的に調節され、放水口３５からの放水流量がほぼ一定に
維持される。

【００１２】また、支線管水路３８における水使用量が
急激に減少した場合、または幹線管水路３１内で急激な
流速変化が生じ分水管放水口３５からの放水量が急激に
増加した場合には、主貯留槽３４の水位が急上昇しフロ
ート４２が一時的に水没する。このとき、予めフロート
４２の浮力を適当に調節しておけば、フロート４２に生
じる浮力によって制御板４７に作用する上向きの力と、
分水管放水口３５からの放水による下向きの水圧とが適
度に作用し、放水口３５からの放水の流速および放水口
３５の開度が緩やかに減少し、水撃圧の発生が防止され
る。

【００１３】さらに、幹線管水路３１内における水圧変
動の結果、分水管３２内に急激な負圧が発生した場合に
は、制御板４７が放水口３５に圧接すると同時に、制御
板上板４７ａが放水口内に進入し、一定の高さまで上昇
する。そして、制御板下板４７ｂの通水穴を通じて主貯
留槽３４内の水が分水管３２内に流入するため、水撃圧
を生じることがない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この水撃圧制御自動定
量分水装置は、広範囲にわたる条件下において所期の目
的を達成する。しかし、この装置を、高水圧状態にある
幹線管水路３１から分水を行う場合に使用すると、幹線
管水路３１から分水管３２へ伝わる圧力変動が非常に大
きいために、分水精度が著しく低下する。

【００１５】今、図８において、高圧幹線管水路３１か
ら主貯留槽３４の水面までの水位差をＺとし、分水流量
をＱm²／ｓとすれば、その流出による位置エネルギーＥ
は、Ｗを水の単位重量とすれば、Ｅ＝Ｗ×Ｚ×Ｑで与え
られる。この位置エネルギーは運動エネルギーに変換さ
れ、放水口３５と制御板４７との細隙ｈ₀を通って主貯
留槽３４内に噴流として流出し、剪断乱流のために大き
な直径をもつ渦が発生する。さらに、前記噴流が主貯留
槽３４の内壁面に沿って上昇流を形成する。その結果、
主貯留槽３４の水面は激しく動揺し、これに伴って、そ
の水面上に浮かぶフロート４２も大きく動揺し、定量分
水の精度が著しく低下する。

【００１６】したがって、本発明の課題は、分水管放水
口から吹き出す高速噴流によって発生する渦運動エネル
ギーを短時間に消滅させて、静水槽水面の動揺を抑制し
てフロートの動揺を制御し、それと同時に、分水量の予
め設定される計画値からの微小変動も確実に制御し得
る、高精度の自動定量分水を行い得る分水装置を提供す
ることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、分水槽と、前記分水槽を２つの部分に分
割する隔壁と、前記２つの部分の一方に形成された静水
槽と、前記２つの部分の他方に形成された補助水槽と、
前記補助水槽における前記隔壁に対向する壁面に形成さ
れた量水堰と、一端が幹線管水路に接続されて取水口を
形成し、他端が前記静水槽の内部に案内されて下向きの
放水口を形成する分水管と、前記放水口を通って前記分
水管を上下方向に貫通してのび、または前記分水管の外
側において前記分水管に沿って上下方向にのび、軸方向
に運動可能に案内された少なくとも１本の連結棒と、前
記静水槽の水面上に配置され、前記少なくとも１本の連
結棒に選択的に固定位置を変更可能に取り付けられた浮
力調節可能なフロートと、前記少なくとも１本の連結棒
の前記分水管の放水口より下方に突出する部分に、前記
放水口に平行となるように取り付けられた噴流減勢板と
を有し、前記噴流減勢板の上面が、前記分水管の放水口
を封閉可能な平坦な中央部分と、前記中央部分の周囲に
連続する水はね部分とを有し、前記水はね部分は、前記
連結棒の中心軸に対して実質上放射状に複数個の部分に
分割され、前記複数個の部分は、それぞれ交互に凸部お
よび凹部として形成され、前記凸部は外側に向かって次
第に高くなり、前記凹部は外側に向かって次第に低くな
るように形成されており、前記隔壁には、所定の断面積
をもつ通水開口が形成されていることを特徴とする高落
差用自動定量分水装置を構成したものである。

【００１８】さらに、本発明の好ましい実施例におい
て、前記静水槽の内側壁面における所定の高さの位置
に、その内周に沿って、減衰格子が、格子面が前記静水
槽の水面に対して実質上平行となるように取付けられて
いる。

【００１９】

【作用】以上の構成において、高水圧状態にある幹線管
水路から分水管に分水がなされる場合、放水口から流出
する高速の噴流は、噴流減勢板の水はね部分によって、
上向きの噴流と下向きの噴流とに細かく分割され、周囲
に分散される。これによって、等方性乱流の渦を発生さ
せ、しかも渦体積を小さくすることができる。こうし
て、渦を短時間のうちに消滅させることができ、静水槽
水面の動揺を抑制することができる。

【００２０】さらに、分水管からの放水流量の増減によ
って静水槽の水位が上下すると、それに伴ってフロート
が上下に運動する。これに連動して噴流減勢板が上下動
して分水管放水口の開度が自動的に調節され、放水口か
らの放水流量が略一定に維持される。このとき、通水開
口を備えた隔壁によって、分水管からの放水流量の微小
変動に対してフロートがより敏感に上下動し、隔壁の通
水開口から補助水槽へ供給される流量を常時略一定にす
ることができ、非常に精度の高い自動定量分水が達成さ
れる。

【００２１】また、減衰格子を設けた構成とした場合に
は、噴流減勢板によって周囲に分散され、その後静水槽
の内側壁面に沿って上昇する水流が、減衰格子によっ
て、格子目の大きさの程度のより小さい渦に分割され
る。その結果、分水管放水口からの噴流による渦をより
短時間に消滅させることができ、静水槽水面の動揺をよ
り効果的に制御することができる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１に示したように、本発明による高
落差用自動定量分水装置は分水槽２２を有しており、こ
の分水槽２２は、隔壁７によって、静水槽４と補助水槽
６の２つの部分に分割されている。

【００２３】さらに、幹線管水路１に分水管２の一端が
取水口３として接続され、分水管２の他端側は静水槽４
の側壁を越えて静水槽４の内部へ案内されるとともに、
先端部分２ａが下方へ向かって実質上垂直にのび、先端
が放水口５として下方を向きかつ静水槽４の内底面から
適当な距離だけ離れるように配置される。

【００２４】静水槽４に隣接して補助水槽６が設けら
れ、静水槽４および補助水槽６は、隔壁７によって仕切
られている。この隔壁７には、後述するように適当な断
面積を有する大きさの通水開口が形成される。補助水槽
６における隔壁７に対向する壁面は、量水堰８となって
いる。量水堰８は、静水槽４の高さより低く、上端縁が
外側へ向かって下方に鋭く傾斜した薄刃として形成され
ている。補助水槽６の量水堰８の外側には、適宜、支線
管水路２０が接続された副貯留槽１９が隣接して設けら
れる。

【００２５】図２に示したように、分水管２の実質上垂
直にのびる先端部分２ａには、その中心軸に沿って連結
棒９が上下方向に貫通して配置される。さらに、連結棒
９は分水管２の先端部分の外側上端に固定された短管か
らなるガイド手段１０に挿通され軸方向に運動可能に案
内される。

【００２６】連結棒９の分水管２から上方に突出する部
分には、図示はしないが、適当な長さにわたってねじが
切られている。また、静水槽４の水面上には、直方体形
状を有し内部に空洞が形成され、上面および下面の中央
に、それぞれ連結棒９のねじに係合するねじ穴が形成さ
れたフロート１１が配置される。このフロート１１のね
じ穴には、連結棒９のねじを切られた部分が螺合状態で
差し込まれ、フロート１１を上下に貫通している。さら
に、連結棒９のフロート１１から上方に突出する部分に
は、連結棒９に直交して調節ハンドル１２が設けられ
る。そして、フロート１１を静水槽４の水面上に静止さ
せた状態で調節ハンドル１２を介して連結棒９を左右に
回転させることにより、連結棒９に対するフロート１１
の固定位置を選択的に変更することができる。

【００２７】図示はしないが、フロート１１の下面に
は、水量調節弁を備えた吸排水孔が設けられ、上面に
は、フロート１１内の吸排気を行うために、浮力調節バ
ルブを備えた浮力調節管が設けられており、フロート１
１内に適量の水を侵入させることによって浮力調節が可
能となっている。

【００２８】連結棒９の分水管２の放水口５から下方に
突出する下端には、噴流減勢板１３が、放水口５に平行
となるように取付けられる。こうして、フロート１１お
よび噴流減勢板１３は、連結棒９を介して一体的に形成
され、フロート１１の上下運動に連動して、噴流減勢板
１３が上下動することによって分水管２の放水口５の開
度が調節されるようになっている。そして、定常的に一
定水量が分水されるように、フロート１１の浮力が適当
に設定され、またフロート１１と噴流減勢板１３との距
離、すなわち分水管２の放水口５の開度が適当に設定さ
れる。

【００２９】図２および図３に示したように、噴流減勢
板１３は円板形状を有し、その上面に、分水管２の放水
口５を閉鎖可能な平坦な中央円形部分１４と、中央円形
部分１４の外周に連続する環状の水はね部分１５とを有
している。水はね部分１５は、噴流減勢板１３の中心か
ら等角度で放射状に複数個の部分に分割され（この実施
例の場合には１６等分され）、各分割部分は、交互に凸
部１５ａおよび凹部１５ｂとして形成されている。さら
に、凸部１５ａは、外側に向かって次第に高くなるよう
に傾斜し、凹部１５ｂは、外側に向かって次第に低くな
るように傾斜して形成される。

【００３０】隔壁７には、適当な断面積を有する通水開
口が形成される。この通水開口は、例えば、図４に示し
たように、適当な直径の円形の通水孔１６として形成さ
れてもよく、あるいは図５に示したように、比較的小さ
い幅の矩形の通水用欠切部１７として形成されてもよ
い。

【００３１】さらに、図２に示したように、静水槽４の
内側壁面の所定の高さの位置に、壁面の内周に沿って、
減衰格子１８が、格子面が静水槽４の底面に実質上平行
となるように取付けられている。図６に示すように、こ
の減衰格子１８の格子目１８ａは、所定の断面積を有し
ている。

【００３２】以上の構成において、高圧送水を行ってい
る幹線管水路１から分水管２を通して分水が行われる場
合、分水管２の放水口５から噴流減勢板１３に向かっ
て、高速の噴流が吹き出す。この噴流は、噴流減勢板１
３の水はね部分１５の凸部１５ａおよび凹部１５ｂによ
って、それぞれ上向きの噴流と下向きの噴流とに細かく
分割され、周囲に分散される。こうして、上向き、およ
び下向きの噴流と静水槽内緩流との間で発生する渦の直
径を著しく小さくすることができる。その結果、等方性
乱流の渦とすることができる。渦の運動エネルギーは渦
体積に比例するので、その体積を小さくすれば、その持
続時間もまた著しく小さくすることができる。すなわ
ち、噴流のもつ運動エネルギーを、これによって生じる
渦の大きさを小さくすることによって、最終的に熱エネ
ルギーに変え、水面の動揺を根本的に抑制することが可
能となる。

【００３３】さらに、噴流減勢板１３の水はね部分１５
によって周囲に分散された渦流は、その後、静水槽４の
内側壁面に沿って上昇流となるが、これは、減衰格子１
８によって、格子目１８ａの大きさ程度の渦に強制的に
分割され、より小さい渦となる。こうして、渦のもつ運
動エネルギーをより短い持続時間内において消失させ、
静水槽４の水面の動揺をより効果的に制御することがで
きる。

【００３４】なお、実際の使用に際しては、噴流減勢板
１３および隔壁７の作用によって所期の目的を達成する
ことができ、この減衰格子１８は、必要に応じて設けれ
ばよい。

【００３５】また、高圧管水路１の圧力変動のために、
予め設定される分水量Ｑの計画値からの変動ΔＱがある
と、それによって静水槽４の水位は変動し、フロート１
１が上下動する。この上下動に伴って、フロート１１に
連結された噴流減勢板１３と、分水管放水口５との間の
距離ｈ₀、すなわち噴流減勢板１３の開度が、水位変動
の方向とは逆方向に変化し、自動定量分水が達成され
る。

【００３６】隔壁７による定量分水精度の向上につい
て、数式を用いて簡単に説明する。今、隔壁７を設けな
い場合を考えると、Ｋを定数、ｈ₁を量水堰の越流水深
として、分水管からの分水量およびその変化率は、Ｑ＝Ｋ×ｈ₁ ^3/2 ｄＱ／ｄｈ₁ ＝３／２×Ｋ×ｈ₁ ^1/2 で与えられる。

【００３７】これに対し、図４に示した円形の通水孔を
備えた隔壁を設けた場合には、Ｋ₂を定数、ｈ₂を静水
槽水面および補助水槽水面の水位差として、分水管から
の分水量およびその変化率は、Ｑ＝Ｋ₂×ｈ₂ ^1/2 ｄＱ／ｄｈ₂ ＝１／２×Ｋ×ｈ₂ ^-1/2 で与えられる。上記の２つの場合において、それぞれ、
ｈ₁ 、ｈ₂の微小変化に対しては、ｄＱ／ｄｈ₂ はｄＱ
／ｄｈ₁ に比べて非常に大きくなる。すなわち、隔壁を
設けることによって、分水量の変化ΔＱに対し、フロー
トが浮かべられた水面の水位変動がより大きくなる。言
い換えれば、分水量の微小変化に対し、フロートがより
敏感に反応するようになり、定量分水の精度が著しく向
上する。

【００３８】この実施例における高落差用自動定量分水
装置の定量分水精度を確かめるために、以下の実験を行
った。実験に使用した装置は、全長３ｍ、幅１．５ｍ、
高さ１．５５ｍの鉄製水槽を、幅１．５ｍの隔壁によっ
て、長さ１．５ｍの静水槽と、長さ１．５ｍの補助水槽
に仕切ったものから形成されている。フロートは、一辺
の長さが１．３ｍのものを使用した。そして、補助水槽
内には、分水量を測定するための量水堰を設けた。さら
に、この量水堰から分水された水を、流量測定後、量水
堰の右側に設けた水中ポンプによって、再び分水管に送
水するような循環系を構成するようにしてある。こうし
て、隔壁を設けた場合、あるいは設けない場合のそれぞ
れについて、分水精度を測定した。

【００３９】特に、この装置において、直径１５ｃｍの
円形通水孔を備えた隔壁を設け、分水管の圧力変化を、
４．０ｋｇ／ｃｍ²から０ｋｇ／ｃｍ²まで変化させて
分水量の計画値からの変動を測定すると、１％以下とな
った。さらに、噴流減勢板からの噴流は、直ちに分散し
消滅することがわかった。それと同時に、静水槽水面の
動揺をゼロとし、フロートの上下の動揺を略完全に消失
せしめ得ることが確認された。また、分水管の水圧を
４．５ｋｇ／ｃｍ²から１ｋｇ／ｃｍ²まで変化させて
も、それによる分水量の計画値からの変動は１％以下と
なった。

【００４０】以上のように、本発明による高落差用自動
定量分水装置によれば、幹線管水路から高落差にある支
線管水路に分水を行う場合に、分水管の放水口から吹き
出す高速度の噴流の運動エネルギーを極めて短時間で減
衰させることができ、静水槽水面の動揺を抑制すること
ができる。同時に、通水開口を備えた隔壁を設けたこと
によって、静水槽水面の微小変動に対するフロートの上
下動の感度を向上させることができる。その結果、静水
槽から補助水槽へ供給される流量を常時略一定に維持す
ることができ、非常に精度の高い自動定量分水を行うこ
とができる。

【００４１】なお、本発明はこの実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で
種々の変形例を構成することが可能である。例えば、図
７に示したように、噴流減勢板１４を、分水管２の垂直
にのびる部分２ａの周囲に、該部分に平行に上下方向に
配置された４本の連結棒２２を介してフロート１１に連
結するような構成とすることもできる。

【００４２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、幹線管
水路から高落差にある支線管水路に分水を行う場合、幹
線管水路から分水放水される水槽水面の動揺を押さえ、
渦運動を短時間に減衰せしめることができ、非常に高精
度の自動定量分水を達成することができる。しかも、こ
れを非常に簡単な構造において達成することができ、製
作コストもあまりかからない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高落差用自動定量分水装置を示す
側断面図である。

【図２】図１の高落差用自動定量分水装置の静水槽の構
成を示す拡大された側断面図である。

【図３】図１の高落差用自動定量分水装置の噴流減勢板
の構成を示す上面図である。

【図４】図１の高落差用自動定量分水装置の隔壁の１実
施例を示す正面図である。

【図５】図１の高落差用自動定量分水装置の隔壁の別の
実施例を示す正面図である。

【図６】図１の高落差用自動定量分水装置の減衰格子を
示す拡大された上面図である。

【図７】本発明による高落差用自動定量分水装置のフロ
ートと噴流減勢板との連結構造の別の実施例を示す側断
面図である。

【図８】従来の水撃圧制御自動定量分水装置を示す側断
面図である。

【符号の説明】

１幹線管水路２分水管３取水口４静水槽５放水口６補助水槽７隔壁８量水堰９連結棒１０ガイド手段１１フロート１３噴流減勢板１４中央円形部分１５水はね部分１５ａ凸部１５ｂ凹部１６、１７通水開口１８減衰格子２２分水槽

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分水槽２２と、前記分水槽２２を２つの部分に分割する隔壁７と、前記２つの部分の一方に形成された静水槽４と、前記２つの部分の他方に形成された補助水槽６と、前記補助水槽６における前記隔壁７に対向する壁面に形
成された量水堰８と、一端が幹線管水路１に接続されて取水口３を形成し、他
端が前記静水槽４の内部に案内されて下向きの放水口５
を形成する分水管２と、前記放水口５を通って前記分水管２を上下方向に貫通し
てのび、または前記分水管２の外側において前記分水管
２に沿って上下方向にのび、軸方向に運動可能に案内さ
れた少なくとも１本の連結棒９と、前記静水槽４の水面上に配置され、前記少なくとも１本
の連結棒９に選択的に固定位置を変更可能に取り付けら
れた浮力調節可能なフロート１１と、前記少なくとも１本の連結棒９の前記分水管２の放水口
５より下方に突出する部分に、前記放水口５に平行とな
るように取り付けられた噴流減勢板１３とを有し、前記噴流減勢板１３の上面が、前記分水管２の放水口５
を封閉可能な平坦な中央部分１４と、前記中央部分１４
の周囲に連続する水はね部分１５とを有し、前記水はね
部分１５は、前記連結棒９の中心軸に対して実質上放射
状に複数個の部分に分割され、前記複数個の部分は、そ
れぞれ交互に凸部１５ａおよび凹部１５ｂとして形成さ
れ、前記凸部１５ａは外側に向かって次第に高くなり、
前記凹部１５ｂは外側に向かって次第に低くなるように
形成されており、前記隔壁７には、所定の断面積をもつ
通水開口１６、１７が形成されていることを特徴とする
高落差用自動定量分水装置。
【請求項２】前記静水槽４の内側壁面における所定の
高さの位置に、その内周に沿って、減衰格子１８が、格
子面が前記静水槽４の底面に対して実質上平行となるよ
うに取付けられていることを特徴とする請求項１に記載
の高落差用自動定量分水装置。