JP3805775B2 - 起伏堰の空気圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、河川などに設置したＳＲ合成起伏堰の可動ゲートを圧縮空気にて駆動する際の空気圧を調整する起伏堰の空気圧制御装置に関する。

本発明は、河川、ダムなどにおける上流側と下流側とを分割する堰等に設けた可動ゲートを起立または倒伏を行うことにより、水路の流水を堰上げまたは放流している。この可動ゲートの起伏を駆動して上流側の水位を調節する方法としては、この可動ゲートを起立、倒伏させるのに鋼製扉体を油圧ジャッキで押し上げて起立させ、油圧ジャッキを縮めて倒伏させる形式の起伏装置やこの鋼製扉体（可動ゲート）を起伏させるのに空気圧による袋体を膨張収縮させて鋼製扉体の傾斜角度を調節する装置が知られている（特許文献１）。

ところが、近年鋼製扉体の起伏部に配置した袋は、袋内の空気圧や流水の水圧力や河川の流下物などの衝撃力に耐えるように袋は布で補強されたゴム製の袋体が開発され、この袋体を堰等の水路の底部に固定し、袋体に空気を圧入すれば袋体が膨らんで流水を堰上げ、袋体に設けられた開閉弁を開いて内部の圧力空気を放出すれば、袋体の自重と水圧力によって潰れて水を放出することができる堰における可動ゲートの傾斜角度を調節するゲート操作用袋体を使用するものが開発されている。このようなゲート操作用袋体への空気の給気・停止・排気の制御システムが知られている（特許文献２）。
特開２００３−６４６５１号公報図面 米国特許第第５，５３８，３６０号明細書図面

この特許文献２の米国特許第５，５３８，３６０号明細書に示される制御方法は、図４に示されるように機械式水位一定制御装置である。ゲート駆動用袋体３１へ空気を供給するコンプレッサ３０からの空気は配管３２を経由してゲート３３を起伏操作するゲート駆動用袋体３１に給気する。この配管３２の途中に分岐してゲート駆動用袋体３１の空気を排気するため配管３２に大気への排気用に排気弁３４を設けてある。また、この配管３２の排気弁３４への配管途中から流量調整弁３５にて減圧と流量制限をしたうえでダイヤフラム３６に給気し、この配管３２とダイヤフラム３６との中間に分岐して配管３７を経由してゲート３３にて貯水された水中に挿入した排気管３８より微量の空気を連続排気させる。排気管３８の開口が水中に配置されているからこれによって、ダイヤフラム３６内の圧力は挿入水深に比例した圧力（概略水深相当）を保持することができるようになっている。

このダイヤフラム３６は圧力に応じて変形し、排気弁３４、ブロアー運転制御用スイッチ３９を駆動し、排気弁３４、ブロアー運転制御用スイッチ３９の動作によって給気、排気、保持の３位置制御を行われ、自動的にゲート駆動用袋体３１の空気圧を制御することでゲート３３の堰高さを変え貯水高さの制御を行っている。例えば、以下のような３位置制御である。
ブロアースイッチ − ＯＦＦ、排気弁 − 開 排気動作
ブロアースイッチ − ＯＦＦ、排気弁 − 閉 状態保持
ブロアースイッチ − ＯＮ、 排気弁 − 閉 給気動作
この操作の繰り返しにて設定された水位を保持されている。

図４に示す従来の空気圧制御方法は、ダイヤフラムによるゲート駆動用空気圧を得るために常時水中排気管３８により空気を排出する方式では、空気の消費が問題となる。排気によりゲート駆動用袋体の圧力が下がり貯水水深が下がるため、モータ運転回数が多くなるという問題があった（空気の消費分だけ補充する必要がある）。
そこで、本発明の課題は、ＳＲ合成起伏堰の操作装置において平時の空気消費を無くすことである。
更に、本発明の他の課題は、自動倒伏機能、過給過圧防止機能を内蔵した水位一定制御装置をコンパクトに構成した起伏堰の空気圧調整装置を提供することである。
本発明の課題は、従来のような大量の空気を消費することなく、簡易な装置による起伏堰の空気圧調整装置を提供することである。

本発明の前記課題は、以下の構成によって達成できる。
堰に配設した可動ゲートの傾斜角度を調節するゲート操作用袋体へ空気を送気する空気圧発生源から前記ゲート操作用袋体への空気を給気・停止・排気の制御を行う起伏堰の空気圧制御装置において、空気圧発生源からゲート操作用袋体への配管途中にエアーオペレートバルブと、このエアーオペレートバルブに接続し、ゲート操作用袋体の空気圧を調整する空気を大気中に排気制御するクイックエキゾーストバルブとを配設し、他方、前記可動ゲート内の貯水水位を検知するフロートの位置によって複数個のメカニカルバルブの一個または複数個を選択的に動作し、前記エアーオペレートバルブの作動を制御し、貯水された水位を検知するフロートの動きによって選択された前記メカニカルバルブの開閉で、前記エアーオペレートバルブを制御して前記クイックエキゾーストバルブを自動制御し、前記ゲート操作用袋体の操作空気圧を調整し、前記ゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気を繰り返すことで貯水側の水位を一定に操作する起伏堰の空気圧制御装置の構成である。

また、本発明の前記課題は、貯水側内の水位が可動ゲートの自動倒伏水位以上になれば水位一定にするための前記可動ゲートの傾斜角度を調節するゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気の操作のうち排気動作をそのまま保持し、前記可動ゲートの倒伏させ、倒伏を維持するように貯水水位を検知するフロートの位置を固定するフロート固定装置を設けた前記起伏堰の空気圧制御装置の構成によって達成できる。

本発明の課題は、前記クイックエキゾーストバルブのＯＵＴ側に接続しているゲート操作用袋体への圧力がこのクイックエキゾーストバルブのエアーオペレートバルブに接続しているＩＮ側の圧力より高くなった時はこのクイックエキゾーストバルブの排気口より配管内の空気が大気中に排気され、このクイックエキゾーストバルブのＩＮ側とＯＵＴ側の圧力がバランスしたときに大気中への排気が停止する動作を過給過圧防止機能とする構成によって達成できる。

本発明の前記課題は、圧縮空気を送気する空気圧発生源と、貯水内の水位を起伏角度によって調整し、貯水槽の底部に軸支した可動ゲートと、この可動ゲートの起伏を駆動して起伏角度を制御するゲート操作用袋体と、前記空気圧発生源からの空気をゲート操作用袋体に給気、排気する配管と、前記空気圧発生源からゲート操作用袋体への配管途中に設けたエアーオペレートバルブ及びクイックエキゾートバルブと、貯水内の水位を検知するフロートと、このフロートの位置によって開閉が制御される複数個のメカニカルバルブと、を備え、貯水側の水面に設けたフロートの位置によりメカニカルバルブ群の１個または複数個を選択して開閉させて前記エアーオペレートバルブを制御して前記クイックエキゾーストバルブを自動制御し、前記ゲート操作用袋体の操作空気圧を調整し、前記ゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気を繰り返すことで貯水の水位を一定に操作する起伏堰の空気圧制御装置によって達成できる。

本発明の起伏堰の空気圧制御装置は、可動ゲートにより貯水された水面に浮かべたフロートの動きによって水位を検知し、このフロートの位置によってメカニカルバルブ群を開閉させて空気圧発生源からのゲート操作用袋体への給気による操作空気圧を制御し、エアーオペレートバルブとクイックエキゾーストバルブを制御して給気、停止、排気を繰り返すことで貯水側の水位の一定操作を実現したのである。
本発明の空気圧制御装置は、貯水の水位が自動倒伏水位以上になれば水位一定操作におけるクイックエキゾーストバルブの排気動作をそのまま保持し、自動倒伏操作となるようにフロートの移動を抑制するフロート固定装置を設けることにより正確な可動ゲートの調整が可能である。

本発明の空気圧制御装置のクイックエキゾーストバルブＯＵＴ側に接続しているゲート駆動用袋体の圧力がクイックエキゾーストバルブＩＮ側圧力（減圧弁にて制御される基準圧力）より高くなった時はクイックエキゾーストバルブＥＸＨ側より排気され、ＩＮ側とＯＵＴ側圧力がバランスしたとき排気が停止する動作を過給過圧防止機能とすることにより貯水水位のフロートによる簡易な方法で課題を達成できる。可動ゲートの自動倒伏機能は別途貯水水位により作動する排気弁を設けることによりコンパクトな装置にできる。

本発明の空気圧制御装置では、貯水水位が変動して可動ゲートの起伏操作時の給気・排気以外はコンプレッサなどの空気圧発生源の駆動モータ運転による空気の消費はなく、貯水水位を一定にする操作用空気圧を得るための空気消費は無く、空気補給のための空気圧発生源の駆動モータ運転が必要でない。
本発明の空気圧制御装置では、可動ゲートの起伏を行うゲート操作用袋体に過大な圧力がかからないようにするための安全装置や可動ゲートの自動倒伏装置も一体化しているため装置がコンパクトである。

本発明の起伏堰の空気圧制御装置について図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は本発明の空気圧制御装置の第１の実施形態を示す概略説明図である。図２は貯水水面に配置したフロートの第２の実施形態を説明する説明図である。図３はフロートとメカニカルバルブとの関係を示す第３の実施形態の説明図である。図４は従来の可動ゲートの空気圧調整回路の概略図である。

本発明起伏堰の空気圧制御装置の第１の実施形態である図１において、コンプレッサなどの空気圧発生源１からの空気は配管３によって減圧弁２を介してエアーオペレートバルブ５、クイックエキゾーストバルブ６を通過して配管４を経てゲート操作用袋体７へ給気され、このゲート操作用袋体７の操作空気圧はクイックエキゾーストバルブ６によって調整される。
上端縁より貯水側の溢水を流下する鋼鉄製の可動ゲート８の下端が貯水槽の底部に軸支されている。この可動ゲート８の傾斜角度を調整するゲート操作用袋体７が配置してある。

起立した可動ゲート８により堰上げされた貯水槽とフロート槽９は連通しており、フロート槽９の水面は貯水水面と同じ高さになっている。フロート槽９内にフロート１０を浮かべ、設定する水位にてこのフロート１０の上下動によりメカニカルバルブ１１、１２、１３を作動する作動部１５ａとフロート１０とを棒状体１５にて連結してある。前記メカニカルバルブ１１、１２、１３はチェック弁１４、絞り弁１６等を介してエアーオペレートバルブ５に接続されている。空気圧発生源１から減圧弁２を経て配管３にてエアーオペレートバルブ５に接続してある。エアーオペレートバルブ５はクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側に接続され、このクイックエキゾーストバルブ６のＯＵＴ側は配管４を介してゲート操作用袋体７に接続されている。２２はエアーオペレートバルブ５、クイックエキゾーストバルブ６とは関係なく、可動ゲート８を手動または電動で臨時に操作するための排気装置である。

空気圧発生源１からの圧縮空気は減圧弁２にて適正な使用空気圧としたうえで配管３を経てエアーオペレートバルブ５に接続されている。貯水の水位が低くメカニカルバルブ１１が非作動時はチェック弁１４を通してエアーオペレートバルブ５のパイロットポート５ａに給気され、エアーオペレートバルブ５は作動する。このエアーオペレートバルブ５の空気圧はクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側に達し、このＯＵＴ側に出て行き、配管４を通ってゲート操作用袋体７に給気し、可動ゲート８の起立操作となる。

貯水の水位が上昇しフロート１０が上昇すると棒状体１５の作動部１５ａによってメカニカルバルブ１２、１３が作動してもエアーオペレートバルブ５のパイロットポート５ａの圧力は降下せず、起立動作を続ける。さらに水位が上昇し、メカニカルバルブ１３が作動すればエアーオペレートバルブ５のパイロットポート５ａはメカニカルバルブ１３を通して大気に開放されエアーオペレートバルブ５は非作動状態となる。配管３よりの給気が遮断されると同時にクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側はエアーオペレートバルブ５、メカニカルバルブ１２を通して大気に開放される。すると、クイックエキゾーストバルブＯＵＴ側の空気圧、すなわちゲート操作用袋体７の空気圧はクイックエキゾーストバルブ６のＥＸＨ側に排出され大気に排気される。可動ゲート８は倒伏操作となり貯水水位は下がる。

貯水水位は下がりメカニカルバルブ１３が非作動状態になってもゲート操作用袋体７の排気が行われ、可動ゲート８の倒伏操作は続き、貯水位がさらに下がりメカニカルバルブ１２が非作動状態になるとクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側には絞り弁１６にて流量調整した空気圧がメカニカルバルブ、エアーオペレートバルブ５を通してかかる。それにより、クイックエキゾーストバルブ６のＥＸＨ側からの排気は停止し、このＩＮ側からＯＵＴ側への給気となる。給気量は絞り弁１６にて微量となっているため可動ゲート８の起立操作はほとんど無く、可動ゲート８の停止状態を保つことになる。

さらに貯水位が下がりメカニカルバルブ１１が非作動状態になればエアーオペレートバルブ５のパイロットポート５ａはメカニカルバルブ１１を通して空気圧が補給され、エアーオペレートバルブ５を介して配管４を通り、ゲート操作用袋体７に給気されて膨張し、可動ゲート８が起立状態となる。可動ゲート８は、貯水水位のフロート１０の位置によるメカニカルバルブ１１〜１３の作動位置を中心に起立、停止、倒伏の３状態を繰り返すことで貯水水位を一定に制御している。

図２は本発明の空気圧制御装置の第２の実施形態を示す。
フロート槽９内のフロート１０の棒状体１５に連結してある作動部１５ａを固定する固定フック１７と固定ピン１８とより構成する。水位の一定制御の水位より高いところに設定される自動倒伏水位に達するとフロート１０に連結された固定フック１７は上昇して固定ピン１８に掛かり、水位が下がっても作動部１５ａはその位置を保持する。そのため、メカニカルバルブ１１〜１３等の各バルブは排気状態を保つことになり可動ゲート８は倒伏を続けて全倒伏する。倒伏操作終了後は人為的に固定ピン１８と固定フック１７との掛かりを解除する操作を行ってフロート１０と棒状体１５を通常位置に戻す。

本発明の空気圧制御装置の第３の実施形態は、クイックエキゾーストバルブ６を通してゲート操作用袋体７に給排気を行う構造である。エアーオペレートバルブ５からゲート操作用袋体７への配管の途中に配置したクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側はエアーオペレートバルブ５、メカニカルバルブを介して大気に開放され、可動ゲート８の倒伏操作状態では大気に開放されてゲート操作用袋体７が収縮した状態である。ゲート起立時では空気圧発生源１から減圧弁２を経て配管３,４を通り空気が給気されている。

使用空気圧に減圧された空気圧に、起立操作途中においてはゲート操作用袋体７の圧力よりわずかに高い圧力が掛かっている。どちらの場合においてもクイックエキゾーストバルブ６のＩＮ側圧力がＯＵＴ側圧力より高い場合はＩＮ側からＯＵＴ側に空気圧が流れ、ＩＮ側、ＯＵＴ側ともほぼ同じ圧力となる。
可動ゲート８に異常な力が掛かるか、ゲート操作用袋体７の温度上昇による圧力上昇等にてクイックエキゾーストバルブ６のＯＵＴ側圧力がＩＮ側圧力より高くなった場合はサイレンサー６ａ（ＥＸＨ）側より自動的に排気され、ＯＵＴ側圧力がＩＮ側圧力と同じになる。ＩＮ側圧力は減圧弁２にて予め貯水状態でのゲート操作用袋体７の圧力に設定され常時ほぼ一定に保たれており、この圧力を基準とする圧力制御が自動的に行われる。この動作はゲート操作用袋体７への過圧過給の保護機構となる。

図３は本発明の空気圧装置の実施形態第１と第２の変形例を示す。エアーオペレートバルブ１１,１２,１３を作動する作動部１５ａとフロート１０とを棒状体１５にて連結する代わりにロープ１９にてフロート１０と円盤状のプーリー２０を連結し、プーリー２０を回転させてフロート位置の検出を行う。円盤状のプーリー２０をはさんでフロート１０の反対側にはウエイト２１を具備しフロート１０の自重と浮力のバランスをとると共に、両方向の回転力を得ている。このプーリー２０の周縁２０ａがメカニカルバルブ１１,１２,１３に当接するようになっており、それ以外は当接しないように一部切り欠きが設けてある。フロート１０が上昇すると周縁２０ａがメカニカルバルブ１１、１２１３とに接触することになり、メカニカルバルブ群を作動させる。

この実施形態においては、プーリー２０の側面に固定ピン１８を植立してあり、この固定ピン１８に係合する固定フック１７はプーリー２０の支持枠に設けられており、プーリー２０が所定角度回転したときにフック１７が固定ピン１８に係合する。これによりフロート１０の位置は固定され、可動ゲート８は倒伏状態が維持される。

本発明の空気圧制御装置の第１の実施の形態の全体の回路図である。 本発明の空気圧制御装置の第２の実施の形態の概略説明図である。 本発明の空気圧装置の第３の実施の形態の変形例の概略説明図である。 従来の可動ゲートの空気圧調整回路の概略図である。

符号の説明

１ 空気圧発生源
２ 減圧弁
３ 配管
４ 配管
５ エアーオペレートバルブ
６ クイックエキゾーストバルブ
７ ゲート操作用袋体
８ 可動ゲート
９ フロート槽
１０ フロート
１１ メカニカルバルブ
１２ メカニカルバルブ
１３ メカニカルバルブ
１４ チェック弁
１５ 棒状体
１６ 絞り弁
１７ 固定フック
１８ 固定ピン
１９ ロープ
２０ プーリー
２１ ウエイト

Claims (4)

1. 堰に配設した可動ゲートの傾斜角度を調節するゲート操作用袋体へ空気を送気する空気圧発生源から前記ゲート操作用袋体への空気を給気・停止・排気の制御を行う起伏堰の空気圧制御装置において、
   空気圧発生源からゲート操作用袋体への配管途中にエアーオペレートバルブと、このエアーオペレートバルブに接続し、ゲート操作用袋体の空気圧を調整する空気を大気中に排気制御するクイックエキゾーストバルブとを配設し、他方、前記可動ゲート内の貯水水位を検知するフロートの位置によって複数個のメカニカルバルブの一個または複数個を選択的に動作し、前記エアーオペレートバルブの作動を制御し、貯水された水位を検知するフロートの動きによって選択された前記メカニカルバルブの開閉で、前記エアーオペレートバルブを制御して前記クイックエキゾーストバルブを自動制御し、前記ゲート操作用袋体の操作空気圧を調整し、前記ゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気を繰り返すことで貯水側の水位を一定に操作することを特徴とする起伏堰の空気圧制御装置。
2. 貯水側内の水位が可動ゲートの自動倒伏水位以上になれば水位一定にするための前記可動ゲートの傾斜角度を調節するゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気の操作のうち排気動作をそのまま保持し、前記可動ゲートの倒伏させ、前記可動ゲートの倒伏を維持するように貯水水位を検知するフロートの位置を固定するフロート固定装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の起伏堰の空気圧制御装置。
3. 前記クイックエキゾーストバルブのＯＵＴ側に接続しているゲート操作用袋体への圧力がこのクイックエキゾーストバルブのエアーオペレートバルブに接続したＩＮ側の圧力より高くなった時はこのクイックエキゾーストバルブの排気口より配管内の空気が大気中に排気され、このクイックエキゾーストバルブのＩＮ側とＯＵＴ側の圧力がバランスしたときに大気中への排気が停止する動作を過給過圧防止機能とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の起伏堰の空気圧制御装置。
4. 圧縮空気を送気する空気圧発生源と、
   貯水内の水位を起伏角度によって調整し、貯水槽の底部に軸支した可動ゲートと、
   この可動ゲートの起伏を駆動して起伏角度を制御するゲート操作用袋体と、
   前記空気圧発生源からの空気をゲート操作用袋体に給気、排気する配管と、
   前記空気圧発生源からゲート操作用袋体への配管途中に設けたエアーオペレートバルブ及びクイックエキゾートバルブと、
   貯水の水位を検知するフロートと、
   このフロートの位置によって開閉が制御される複数個のメカニカルバルブと、
   を備え、貯水の水面に設けたフロートの位置によりメカニカルバルブ群の１個または複数個を選択して開閉させて前記エアーオペレートバルブを制御して前記クイックエキゾーストバルブを自動制御し、前記ゲート操作用袋体の操作空気圧を調整し、前記ゲート操作用袋体への空気の給気、停止、排気を繰り返すことで貯水の水位を一定に操作することを特徴とする起伏堰の空気圧制御装置。
   

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