JP3668943B2 - 水門開閉装置の操作制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自重降下式ゲートを備えた水門開閉装置の操作制御システムに係り、特に、補助的に電動機を使用して水門の開、閉、停止の操作を行う水門開閉装置の操作制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に水門開閉装置は、機側操作盤の押釦操作で電動機により水門の開、閉、停止の操作を行うことができる。自重降下式ゲートにより水門の閉操作を行うときは、水門開閉装置に組み込まれているレバーを人力にて操作することにより行うことができる。遠方からの操作で電動機により水門の開、閉、停止の操作を行う場合は、押釦操作で電動機を作動させて行うことができる。自重降下式ゲートによる水門の閉操作を遠方からの操作で行う場合は、水門開閉装置に内蔵した電磁クラッチを押釦操作で開状態にすることで行うことができる。
【０００３】
従来の自重降下式ゲートの緊急遮断システムとして、例えば、特許文献１には、タイマー回路に予め設定されている時間以内に扉体の自重降下により水門が全閉されない場合は、コントローラから「入り信号」を出力して電磁クラッチを結合させて、開閉操作機構部と扉体昇降機構部を連動状態に保持したのち、コントローラから開閉操作機構部の電動機に起動信号を出力して、電動機を扉体閉方向に起動させて、扉体を強制的に下死点まで降下させることで水門を全閉することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３４５２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
水門の閉操作を遠方から電動機を作動させて行う場合、ゲートの開閉速度が０．３ｍ／ｍｉｎであるため揚程が高い場合に閉操作の所要時間が多く必要となり、例えば、揚程３ｍの場合の所要時間は１０分必要とする。また、遠方から複数の水門操作を遠隔制御する場合、１門の水門が運転開始後停止するまでは、次の水門操作に移行しない運用を行うことが多いため、１門の水門の操作時間が長くなると、一人が遠隔制御する水門の門数に限りがある。
水門の閉操作時間を短縮する手段として、ポールチェンジ電動機による速度変換機能を持たせて水門の閉操作時のみ高速度とする方法もあるが、２〜４倍程度しか水門の降下速度を上昇させることができない。また、他の手段として、インバータ電動機を使用し速度変換を行う方法もあるが、電動機の高回転に対する軸受等の問題や、インバータの起動トルクを大きくしなければならない等の問題が発生するため設備費用が高価なものとなる。
【０００６】
水門の閉操作をゲートの自重降下によってのみ行う場合、押釦操作による電気信号にて電磁クラッチを解除作動させ全閉までゲートを自重降下させていたが、降下速度が６ｍ／ｍｉｎ以下の急降下であるため、ゲートの着床時の衝撃により水密ゴムを痛めたり、構造物に対してもゲートの損傷、ラック棒の座屈、開閉装置アンカーボルトの引き抜き、門柱の割れなどのおそれがある。また、木、石、堆積がある場合局部的に荷重が作用するおそれがあるため、ゲートが閉じるときの衝撃荷重に対し強度を有するような設計を行う必要がある。さらに、水位がある場合は尚更異物の有無の確認ができないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１に開示された自重降下式ゲートは、水位が急上昇した緊急時に扉体が全閉しない場合に電動機を起動させて、扉体を強制的に降下させるものであり、通常の水門の開閉操作において自重降下式ゲートの開閉操作を制御することを考慮したものではない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、自重降下式ゲートを備えた水門開閉装置の開閉操作を高速度で安全確実に操作することができると共に一人の作業員により複数の水門を遠隔制御できる水門開閉装置の操作制御システム、特にラック式水門開閉装置の操作制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、最初に電磁クラッチを解放して遠心ブレーキでゲートの降下速度を制御しながら自重降下させ、水門が全閉する近傍で電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートの降下速度を自重降下速度よりも低速にして、ゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする。
【００１０】
このように構成することにより、遠隔操作により水門開閉装置の開閉操作をする場合、電動機を補助的に使用してゲートを自重降下させることで、通常の電動操作による水門の閉操作の７倍から２０倍程度の速度で水門の閉操作を行うことができるため、水門の閉操作の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、ゲートの自重による降下操作後、ゲートの開度を検出し、ゲートが設定された開度に到達すると、電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする。
【００１２】
このように構成することにより、ゲートの自重による降下操作後、ゲートの開度を検出し、ゲートが設定された開度に到達すると、自動的に電動操作に切り替えて水門が全閉位 置に到達するまでゲートの下降操作を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、ゲートの自重による降下中に、ゲートの開度の変化を検出し、ゲートの開度信号が変化しない場合、自重で降下するゲートが途中で停止していると判断して、電磁クラッチを連結して電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする。
【００１４】
このように構成することにより、水門の閉操作中に異常事態の発生によりゲートの自重降下が妨げられて途中で停止した場合のように、ゲートの自重降下中にゲートの開度信号に変化がない場合はゲートが途中で停止していると判断して自動的に電動操作に切り替えて水門が全閉位置に到達するまでゲートの下降操作を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した発明において、複数の水門を遠隔集中制御することを特徴とする。
【００１６】
このように構成することにより、複数の水門の遠隔制御を行う場合、一人の操作員により制御できる水門の門数を多くすることができる。
【００１７】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれかに記載した発明において、前記水門開閉装置は、ラック棒に連結したゲートを自重降下させるラック式水門開閉装置であることを特徴とする。
【００１８】
このように構成することにより、ラック棒に連結したゲートを自重降下させるラック式水門開閉装置は、電気信号により断接操作される電磁クラッチを備えるため、比較的小さな自重でも、自重降下を行うことができる。また、高効率であることから、自重降下速度を速くすることが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる水門開閉装置の操作制御システムを、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
まず、図１に基いて、本発明の実施の形態に係る水門開閉装置の操作制御システムに用いるラック式水門開閉装置を説明する。ラック式水門開閉装置は、図示しないゲートに連結したラック棒１と、このラック棒１に噛み合い連結した歯車列（ピン歯車２、平歯車３、４、５）と、歯車列に噛み合い連結した遊星歯車６と、遊星歯車６の太陽歯車に駆動力を入力して歯車列を介してラック棒１を上下動させる電動機１２と、遊星歯車６のリング歯車に連結した電磁クラッチ７と、この電磁クラッチ７に平歯車８を介して連結した遠心ブレーキ９とから概略構成されている。符号１１は、ゲートの落下を防止する落下防止用ブレーキ、符号１３は、遊星歯車６と電動機１２との間に介在させたブレーキ、符号１４は、ゲートを手動で上下動させる手動操作ハンドルである。
【００２０】
つぎに、このようなラック式水門開閉装置の操作を説明する。
ゲートの自重降下を行う場合、ラック式水門開閉装置に内蔵した電磁クラッチ７は、常時はバネ力により連結され停止状態であるが、遠隔操作により電磁クラッチ７に通電して電磁クラッチ７の解放操作をすると電磁クラッチ７が解放されて、ゲートは自重降下できる状態となる。また、遠方操作盤からの電気信号にて、電磁クラッチ７を解放させるとゲートは落下防止用ブレーキ１１から切り放される。そして、ラック棒１にゲート荷重が作用すると、ゲートは自重降下を開始する。その際、ゲートは、落下防止用ブレーキ１１から切り放されて、遠心ブレーキ９に連結されるため、ゲートの落下速度は遠心ブレーキ９にて一定速度以下に速度制御される。また、電磁クラッチ７の「解放」操作により、電磁クラッチ７が落下防止用ブレーキ１１との連結状態から切り離されてゲートが自重降下を行う場合、ゲートの自重降下時の荷重は、ラック棒１からピン歯車２、平歯車３、平歯車４及び平歯車５の歯車列に伝達され、また、歯車列から遊星歯車６のリング歯車、平歯車８を介して遠心ブレーキ９に伝達される。ゲートを上昇させる場合は、電動機１２を起動して、遊星歯車６及び歯車列を介してラック棒１を上昇させてゲートを上昇させる。また、手動操作ハンドル１４によりラック棒１を直接上昇させてゲートを上昇させることもできる。
【００２１】
つぎに、本発明の第一実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムを図２及び図３に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る水門開閉装置は、基本的には図１に示すラック式水門開閉装置を用いるが、図２には、主要な構成のみを示す。
水門開閉装置２３は、自重降下用の電磁クラッチ７と、図示しないゲートを上下動させる電動機１２と、ゲートの開度を表す信号を発信する制限開閉器又は開度発信器２４を備えている。また、機側操作盤２２は、ゲートの近傍に設置されており、ゲートが全閉近傍の位置にあることを制限開閉器又は開度発信器２４の出力信号に基いて検出する全閉近傍検知回路２５と、電磁クラッチ７の「連結」または「解放」の操作信号を発信する電磁クラッチ制御回路２６と、電動機１２の駆動信号を発信する電動機制御回路２７と、ゲートの自重降下指令後の経過時間をカウントする経過時間カウント回路２８を備えている。この機側操作盤２２は、遠方から遠隔操作信号を出力する遠方操作盤２１に接続されている。そして、ゲートの自重降下操作を行う場合には、まず、遠方操作盤２１からゲートの自動降下指令信号を出力する。このゲートの自重降下指令信号が機側操作盤２２の電磁クラッチ制御回路２６に入力されると、電磁クラッチ制御回路２６から水門開閉装置２３の電磁クラッチ７に「解放」信号、すなわち、ゲートの自重降下指令信号が出力されて、電磁クラッチ７は解放されて、ゲートは自重降下を開始する。ゲートが自重降下すると、制限開閉器又は開度発信器２４によりゲートの開度を検出し、全閉近傍検出回路２５によりゲートがどの位置にいてゲートがどれくらい開いているのかの開度を検出する。その後、ゲートが設定された開度に到達すると、電磁クラッチ制御回路２６から電磁クラッチ７に「連結」信号が出力され、電磁クラッチ７が連結されてゲートの自重降下は停止する。そして、電動機制御回路２７から、電動機１２に駆動信号を出力して、電動機１２の駆動力によりゲートを全閉位置まで下降させる。電磁クラッチ制御回路２６から自重降下指令が出力されている状態で、自重降下指令の経過時間カウント回路２８により一定時間が経過した後に全閉近傍検出回路２５により開度が任意に設定された開度に到達していないと判断されれば、電磁クラッチ制御回路２６から電磁クラッチ７に「連結」信号を出力して、電磁クラッチ７を連結すると共に、電動機制御回路２７から電動機１２に下降指令を出力して、ゲートを全閉位置まで下降させる。
【００２２】
つぎに、本発明の第一実施形態に係る水門閉門装置の操作制御システムの制御動作を図３のフローチャートにて説明する。
今、ゲートが上死点まで上昇して水門が全開している状態において、遠方操作盤２１から機側操作盤２２にゲートの自重降下併用閉を指令する（ステップＳ１）。機側操作盤２２はラック式水門開閉装置２３に内蔵された電磁クラッチ７に通電して（ステップＳ２）、電磁クラッチ７の連結を解除して制御システムをスタートさせる。ステップＳ２で電磁クラッチ７の連結が解除されると、ステップＳ３でゲートは遠心ブレーキ９により減速されながら適切な速度で自重降下を開始する。ゲートが通常の自重降下を行うときは、ステップＳ５で任意に設定された開度（開度３０ｃｍ）にて電磁クラッチ７の通電を解除し、電磁クラッチ７を連結する。その後、ステップＳ６で電動閉操作に切り替わりゲートを電動機１２により低速で下降させる。ステップＳ７で水門が全閉したことを確認して電動機１２を自動停止させて、ステップＳ８で水門の閉操作が完了する。
また、ステップＳ３でゲートが自重降下を開始した後、設定時間内に任意に設定された開度に到達しないときは、ゲートが閉操作中に何かの異常事態が発生したと判断して、ステップＳ４で電磁クラッチ７の通電を解除して、ステップＳ６で電動閉操作に切り替えてゲートを電動機１２により低速で下降させる。以下同様にして、ステップＳ７でゲートが全閉したことを確認して電動機１２を自動停止させて、ステップＳ８で水門の閉操作が完了する。
【００２３】
つぎに、本発明の第二実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムを図４及び図５に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る水門開閉装置は、基本的には図１に示すラック式水門開閉装置を用いるが、図４には主要な構成のみを示す。
水門開閉装置３３は、自重降下用の電磁クラッチ７と、図示しないゲートを上下動させる電動機１２と、ゲートの開度を表す信号を発信する制限開閉器又は開度発信器３４と、ゲートの開度の変化を表す信号を発信する開度発信器３８を備えている。また、機側操作盤３２は、ゲートの近傍に設けられた機側操作室に設置されており、ゲートが全閉近傍の位置にあることを制限開閉器又は開度発信器３４の出力信号に基いて検出する全閉近傍検知回路３５と、電磁クラッチ７の「連結」又は「解放」の操作信号を発信する電磁クラッチ制御回路３６と、電動機１２の駆動信号を発信する電動機制御回路３７と、ゲートの自重降下指令後にゲートの開度の変化を検出する開度信号変化有無検出回路３９を備えている。この機側操作盤３２は遠方から遠隔操作信号を出力する遠方操作盤３１に接続されている。
そして、ゲートの自重降下操作を行う場合には、まず、遠方操作盤３１からゲートの自重降下指令信号を出力する。このゲートの自重降下指令信号が機側操作盤３２の電磁クラッチ制御回路３６に入力されると、電磁クラッチ制御回路３６から水門開閉装置３３の電磁クラッチ７に「解放」信号、すなわち、ゲートの自重降下指令信号が出力されて、電磁クラッチ７は解放されて、ゲートは自重降下を開始する。ゲートが自重降下すると、制限開閉器又は開度発信器３４によりゲートの開度を検出し、全閉近傍検出回路３５によりゲートがどの位置にいてゲートがどれくらい開いているのかの開度を検出する。その後、ゲートが設定された開度に到達すると、電磁クラッチ制御回路３６から電磁クラッチ７に「連結」信号が出力され、電磁クラッチ７が連結されてゲートの自重降下は停止する。そして、電動機制御回路３７から、電動機１２に駆動信号を出力して、電動機１２の駆動力によりゲートを全閉位置まで下降させる。電磁クラッチ制御回路３６から自重降下指令が出力されている状態で、全閉近傍検出回路３５により開度が任意に設定された開度に到達していないと判断された場合や、開度発信器３８からゲートの開度の変化を検出し、開度信号変化有無検出回路３９を作動させてゲートの開度に変化がないと判断されれば、電磁クラッチ制御回路３６から電磁クラッチ７に「連結」信号を出力して、電磁クラッチ７を連結すると共に、電動機制御回路３７から電動機１２に下降指令を出力して、ゲートを全閉位置まで下降させる。
【００２４】
つぎに、本発明の第二実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムの制御動作を図５のフローチャートにて説明する。
第一実施形態と同様にゲートが上死点まで上昇して水門が全開している状態において、遠方操作盤３１から機側操作盤３２にゲートの自重降下併用閉を指令する（ステップＳ１０）。機側操作盤３２はラック式水門開閉装置に内蔵された電磁クラッチ７に通電して（ステップＳ１１）、電磁クラッチ７の連結を解除して制御システムをスタートさせる。ステップＳ１１で電磁クラッチ７の連結が解除されると、ステップＳ１２でゲートは遠心ブレーキ９により減速されながら適切な速度で自重降下を開始する。ゲートが通常の自重降下を行うときは、ステップＳ１５で任意に設定された開度（開度３０ｃｍ）にて電磁クラッチ７の通電を解除し、電磁クラッチ７を連結する。その後、ステップＳ１６で電動閉操作に切り替わりゲートを電動機１２により低速で下降させる。ステップＳ１７で水門が全閉したことを確認して電動機１２を自動停止させて、ステップＳ１８で水門の閉操作が完了する。
また、ステップＳ１２でゲートが自重降下を開始した後、ステップＳ１３で水門に設けられた開度信号に変化がないと判断したときは、ゲートが閉操作中に何かの異常事態が発生したと判断して、ステップＳ１４で電磁クラッチ７の通電を解除して、ステップＳ１６で電動閉操作に切り替えてゲートを電動機１２により低速で下降させる。以下同様にして、ステップＳ１６でゲートが全閉したことを確認して電動機１２を自動停止させて、ステップＳ１８で水門の閉操作が完了する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、水門の閉操作をするときに最初に電磁クラッチを解放して遠心ブレーキでゲートの降下速度を制御をしながら自重降下させ、水門が全閉する近傍で、電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートの降下速度を自重降下速度よりも低速にして、ゲートを全閉位置まで下降させるようにしたので、急降下による着床時の衝撃がなく、水密ゴムを痛めたり、構造物に対して、ゲートの損傷、ラック棒の座屈、開閉機アンカーボルトの引き抜き、門柱の割れなどの発生の恐れがない。また、自重降下による衝撃荷重を設計上考慮する必要もなくなる。また、全閉近傍にて低速に切り替えることで、呑口断面が小さくなり水流によるフラッシング作用を利用し、扉体下部のゴミ及び堆砂を取り除くことができる。さらに、例えば水門の近くに係留された船が流水によりゲートの下に入り込んでしまう場合があるが、このときゲートを自重降下で全閉まで降下させると、保護機能がないため慣性力を持った衝撃力がゲート及び船に作用される。本発明に係る操作制御システムを採用することで、安全な範囲は、ゲートを自重降下で高速下降させ、船と干渉するおそれがある範囲は、電動操作で過負荷検出装置を保護装置として締め切り操作を行う。これによりゲート及び船の損傷を防止することが可能となる。
また、遠隔操作により水門開閉装置の開閉操作をする場合、電動機を補助的に使用してゲートを自重降下させることで、通常の電動操作による水門の閉操作の７倍から２０倍程度の速度で水門の閉操作を行うことができるため、水門の閉操作の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００２６】
請求項２に記載した発明によれば、ゲートの自重による降下操作後、ゲートの開度を検出し、ゲートが設定された開度に到達すると、電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させるようにしたので、ゲートの自重による降下操作後、ゲートの開度を検出し、ゲートが設定された開度に到達すると、自動的に電動操作に切り替えて確実に水門が全閉位置に到達するまでゲートの下降操作を行うことができる。
【００２７】
請求項３に記載した発明によれば、ゲートの自重による降下中に、ゲートの開度の変化を検出し、ゲートの開度信号が変化しない場合、自重で降下するゲートが途中で停止していると判断して、電磁クラッチを連結して電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させるようにしたので、水門が閉門途中に何かの異常事態の発生により扉体の自重降下が妨げられて途中で停止した場合も、ゲートの自重降下中にゲートの開度信号の変化がない場合はゲートが途中で停止していると判断して自動的に電動操作に切り替えて確実に水門が全閉位置に到達するまでゲートの下降操作を行うことができる。
【００２８】
請求項４に記載した発明によれば、複数の水門を遠隔集中制御できるようにしたので、複数の水門の遠隔制御を行う場合、一人の操作員により複数の水門の閉操作を短時間に制御することができる。
【００２９】
請求項５に記載した発明によれば、請求項１〜４のいずれかの操作制御システムに使用する水門開閉装置は、ラック棒を連結したゲートを自重降下させるラック式水門開閉装置であって、該ラック式水門開閉装置は、電気信号により断接操作させる電磁クラッチを備えるので、噛合い効率が良く比較的小さな自重でも、自重降下を行うことができる。また、高効率であることから、自重降下速度を速くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るラック式水門開閉装置を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムを示す概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムのフローチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムを示す概略図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る水門開閉装置の操作制御システムのフローチャートである。
【符号の説明】
１ ラック棒
７ 電磁クラッチ
９ 遠心ブレーキ
１２ 電動機
２１、３１ 遠方操作盤
２２、３２ 機側操作盤
２３、３３ 水門開閉装置

Claims (5)

1. 最初に電磁クラッチを解放して遠心ブレーキでゲートの降下速度を制御しながら自重降下させ、水門が全閉する近傍で電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートの降下速度を自重降下速度よりも低速にして、ゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする水門開閉装置の操作制御システム。
2. ゲートの自重による降下操作後、ゲートの開度を検出し、ゲートが設定された開度に到達すると、電磁クラッチを連結してゲートの自重による降下を停止し、その後、電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする請求項１に記載の操作制御システム。
3. ゲートの自重による降下中に、ゲートの開度の変化を検出し、ゲートの開度信号が変化しない場合、自重で降下するゲートが途中で停止していると判断して、電磁クラッチを連結して電動操作に切り替えて、電動機を駆動してゲートを全閉位置まで下降させることを特徴とする請求項１に記載の操作制御システム。
4. 複数の水門を遠隔集中制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の操作制御システム。
5. 前記水門開閉装置は、ラック棒に連結したゲートを自重降下させるラック式水門開閉装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の操作制御システム。

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