JP4369687B2 - 水ウエイト式自動水位調節ゲート - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水位の変化に応じてラジアルゲートを開閉して水位を調整する水位調節ゲートに係り、特に上流側水位の変化に対応して、水ウエイト室の水重を増減させて、これによりゲートを開閉作動させる水ウエイト式自動水位調節ゲートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水位調節ゲートは、水位の変化に応じてゲートを開閉させることにより、流入量に対応させて放出量を調整したり或いは水位を一定に保持する目的で、河川や水路等に設置されている。
このような水位調節ゲートとして、上流側水位の変化に対応して、水ウエイト室の水重を増減させて、これによりゲートを開閉作動させる水ウエイト式自動水位調節ゲート（特願２０００−１４１１６１）が本願の出願人によって特許出願されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特願２０００−１４１１６１の水ウエイト式自動水位調節ゲートは、水ウエイトの調整用としてバルブやノズル等を利用していたが、これらは土砂・塵芥等で目詰まりを生じ易く、作動不良の原因になったりしていた。又これら箇所は流量調整の状況を外部から容易に確認できずその点検が必要になっていた。
また、前記の特願２０００−１４１１６１の水ウエイト式自動水位調節ゲートは、水位を調整する越流口は水面より僅かしか下がっていないため、水路に発生する波の影響で流入量が増加したり又は流入できない状況になり易く、ゲート開度の制御がしずらい面があった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、ゲートの開度の制御が容易で、しかも土砂や塵芥等で目詰まりを起して作動不良になることもなく、さらに流出部の状況を外部より確認でき、その保守・点検も容易になる水ウエイト式自動水位調節ゲートを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方にウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰を設け、上記回動軸に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔ててウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通する上流水導入管を配設し、一端が上流水導入管に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸の一端に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に延長して横設し、上記回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００７】
また、請求項３の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔てて水路上流側に一端側が延設されたウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸に歯車伝達機構を介して連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、上記回動軸を基準として該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと同一側になる該回動軸の前方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００８】
ここで、請求項１〜請求項３の好ましい態様として、回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けてウエイトアームを延設すると共に、ウエイトアームの基端を回動軸に連結しウエイトアームの先端にカウンタウエイトを連結した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
【００１０】
〔実施の形態−１〕
ここで、図１は原理図、図２は概略部分平面図、図３（Ａ）は水ウエイト調整堰の概略正面図、図３（Ｂ）は水ウエイト調整堰の概略側断面図、図４（Ａ）は水ウエイト調整堰の他例の概略正面図、図４（Ｂ）は水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図、図５（Ａ）はウエイト室水位調整堰の概略正面図、図５（Ｂ）はウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【００１１】
図において、水路２に設置されたラジアルゲート１は上下に回動して水路２を開閉し、放流或いは水の流れを堰き止める機能を有する。ラジアルゲート１は水路上流側２ａに向けて設置されている。ラジアルゲート１は扉体３、アーム４及び回動軸５などから構成されている。
【００１２】
扉体３は直接水路２を開閉する機能を有するものであり、例えば断面円弧状のスキンプレートから構成されている。扉体３は水路２を遮断するような状態つまり水路２の水流方向に対して直角に配置され、又扉体３の円弧状の凸面側が水路上流側２ａに向くように配置されている。水路２はこの扉体２を挟んで上流側の水路上流側２ａと下流側の水路下流側２ｂに分けられる。この扉体３は一定の水圧に耐え得る強度を有する材質から造られている。
【００１３】
一方、扉体３の円弧状の凹面側の左右には、直線状のアーム４が水路下流側２ｂの上方に向けて延びている。即ち、左右に配置された各アーム４は、円弧状の扉体３の曲率中心部に横設された回動軸５に向けて延び、その終端が回動軸５に連結されている。これらのアーム４を介して扉体３は回動軸５に上下方向回動自在に支持されている。
【００１４】
回動軸５は、上下に回動して水路２を開閉するラジアルゲート１の回動中心となる部分であり、扉体３の水路下流側２ｂの上方に水平に横設され、又所定の強度に耐え得る材質からできている。回動軸５の両端は水路下流側２ｂの左右側壁の上方に設置された軸受け６にそれぞれ水平軸回りつまり上下方向回りに回動自在に軸設されている。
【００１５】
回動軸５を挟んでアーム４の反対側には直線状のウエイトアーム７の基端が回動軸５の左右両端側にそれぞれ取付けられている。左右の各ウエイトアーム７はアーム４の延長線上に取付けられている。左右のウエイトアーム７の先端間にはカウンタウエイト８が横設されている。
【００１６】
カウンタウエイト８は扉体３の重量とバランスを図り、扉体３を上下方向回りに回動させる際にその重量を軽減させるために設けられたものである。カウンタウエイト８が回動軸５に作用する回転モーメントＭＡは、扉体３が回動軸５に作用する回転モーメントＭＧより僅かに小さく、又回転方向の向きは相互に逆向きになっている。
【００１７】
ラジアルゲート１が設置された水路２の一側方には、ウエイト室９、ウエイト室９を間に挟んでバルブ室１０と貯水室１１が隔壁で仕切られて隣接して設けられている。バルブ室１０はウエイト室９の上流側に位置し、貯水室１１はウエイト室９の下流側に位置している。
【００１８】
バルブ室１０の底部には、水路上流側２ａに連通する上流水導入管１２の下流側が配管されている。上流水導入管１２はその上流端が水路上流側２ａの水路２ｂの側壁下部に接続開口されており、又下流端には常時全開の導水弁１２ａが取り付けられている。この導水弁１２ａには水ウエイト室１３に接続する上流水導入用可撓管１３ａの一端が接続している。
【００１９】
バルブ室１０内の上流水導入管１２の下流側には上流水導入バイパス管１２ｂの一端が分岐接続されている。上流水導入バイパス管１２ｂの他端はバルブ室１０とを仕切るウエイト室９の隔壁下部に接続開口されている。バルブ室１０内の上流水導入バイパス管１２ｂには、常時全閉の充水弁１２ｃが取り付けられている。
【００２０】
貯水室１１の側壁下部には、水路下流側２ｂに連通する戻り口１１ａが形成されている。貯水室１１の水位は、戻り口１１ａを通じて、水路下流側２ｂの水位と同一になる。また、ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁下部には連通路が形成され、この連通路には常時全閉のウエイト室排水弁１１ｂが取り付けられている。
【００２１】
ウエイト室９内には水ウエイト室１３が設けられている。水ウエイト室１３は後述の水ウエイトアーム１７の先端にぶら下がるように取付けられてウエイト室９内に設けられている。水ウエイト室１３は内部が空洞の水室になっていて、この空洞の水室に水路上流側２ａの水を導入してその重さを調節する構造になっている。
【００２２】
水ウエイト室１３の側部には水ウエイト室１３の変動に追従可能な上流水導入用可撓管１３ａの一端が接続されている。上流水導入用可撓管１３ａの他端はウエイト室９とバルブ室１０とを仕切る隔壁を貫通して前記上流水導入管１２の導水弁１２ａに接続されている。
【００２３】
水ウエイト室１３は、上流水導入用可撓管１３ａ、前記導水弁１２ａ、上流水導入管１２を通じて、水路上流側２ａと連通していて、水路上流側２ａの水を導入可能になっている。水ウエイト室１３の上面は開口されていて大気と連通している。
【００２４】
水ウエイト室１３の側部には内部の水をウエイト室９に排出する水ウエイト調整堰１４が設けられている。水ウエイト調整堰１４は、水ウエイト室１３の側部に開口された四角形の開口孔１４ａ、開口孔１４ａの開口幅を可変する堰板１４ｂ、堰板１４ｂの両側を案内するガイド１４ｃから構成されている。
【００２５】
堰板１４ｂは左右方向に水平スライドして開口孔１４ａの開口幅を可変する構造、例えば左側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を広げ、右側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を狭める構造の場合と、堰板１４ｂが上下方向に昇降スライドして開口孔１４ａの開口幅を可変する構造、例えば上側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を広げ、下側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を狭める構造の場合とがある。開口孔１４ａの開口幅を可変する堰板１４ｂは予め所定の設定開口幅に調整されている。
【００２６】
堰板１４ｂが水平スライドする構造の場合には、開口孔１４ａの上下側に左側に延長させてガイド１４ｃが水平方向に配置される。また、堰板１４ｂが昇降スライドする場合には、開口孔１４ａの左右両側に上方に延長させてガイド１４ｃが上下方向に配置されている。
【００２７】
水ウエイト室１３内の水位は、上流水導入用可撓管１３ａを通じて流入する水が水ウエイト調整堰１４を通じて排出される損失水頭の分（＝Δｈ）だけ、ウエイト室９の水位より高くなり、水ウエイト室１３に水重が発生して重くなる。
【００２８】
ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁にはウエイト室９内部の水を貯水室１１に排出するウエイト室水位調整堰１５が設けられている。ウエイト室水位調整堰１５は、ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝１５ａ、開口溝１５ａの越流高さを可変する堰板１５ｂ、堰板１５ｂの両側を案内するガイド１５ｃから構成されている。
【００２９】
堰板１５ｂは上下方向に昇降スライドして開口溝１５ａの越流高さを可変する構造、つまり上側にスライドして開口溝１５ａの越流高さを高くし、下側にスライドして開口溝１５ａの越流高さを低くする構造になっている。開口溝１５ａの越流高さを可変する堰板１５ｂの越流高さは予め所定の設定高さに調整されている。
【００３０】
ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝１５ａは、隔壁の中間側から上端まで開口された上下に長い長方形の溝型形状になっている。開口溝１５ａの左右両側には下方に延長させてガイド１５ｃが上下向きにそれぞれ配置されている。
【００３１】
前記回動軸５のウエイト室９側の一端には、ウエイト室９の上方に延設された水ウエイト回動軸１６が連結されていて、水ウエイト回動軸１６は回動軸５と同軸になっている。この水ウエイト回動軸１６の両端側には水ウエイトアーム１７の基端がそれぞれ連結されている。
【００３２】
左右の水ウエイトアーム１７は、回動軸５を挟んで前記アーム４と反対側に向けて延設されており、その先端には水ウエイト室１３の上部側が吊持されている。つまり、水ウエイト室１３は水ウエイトアーム１７にぶら下がるように取付けられている。
【００３３】
水ウエイト室１３の重量は、水ウエイトアーム１７及び水ウエイト回動軸１６を介して回動軸５に伝わり、扉体３の自重によって回動軸５に作用する回転モーメントＭＧと反対向きの回転モーメントＭＢを回動軸５に作用させる。これによって、扉体３は上向きに回動して開かれる。
【００３４】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
前記の構成からなる水ウエイト式自動水位調節ゲートの安定条件は
（１） ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
ここで、ＭＧ：扉体３による閉（左回り）方向の回転モーメント
ＭＡ：カウンタウエイト８による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＢ：水ウエイト室１３による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＷ：水ウエイト室１３内のΔｈの水位高さの水ウエイトｗの重量による開（右回り）方向の回転モーメント
（２）水路上流側２ａの水位面と水ウエイト室１３内の水位面は同一レベルで、ウエイト室９内の水位面は水ウエイト室１３内の水位面よりΔｈだけ低い状態で釣り合う。
【００３５】
上記（１）（２）の状況において、水路上流側２ａの上流水は、上流水導入管１２、導水弁１２ａ及び上流水導入用可撓管１３ａを通り水ウエイト室１３内に流れ込み、水ウエイト室１３の水ウエイト調整堰１４よりウエイト室９内に流出し、ウエイト室９からウエイト室水位調整堰１５を通って貯水室１１へ流れ込み、戻り口１１ａから水路下流側２ｂへ流下する。
【００３６】
前記の安定条件を維持していれば、水路２を流下する流量は設定された水路上流側２ａの上流側水位において、流下できるようにラジアルゲート１は開度Ｈを保っている。つまり、ウエイト室水位調整堰１５を通じてウエイト室９から貯水室１１に流出する水量は、水ウエイト調整堰１４を通じて水ウエイト室１３から流出される水量により補充される。水ウエイト室１３は上流水導入管１２、導水弁１２ａ及び上流水導入用可撓管１３ａを通じて水路上流側２ａの上流側水位と連通しているので、水ウエイト室１３の水ウエイト調整堰１４からの流出水量は水路上流側２ａより常に補充される。
【００３７】
水路２の流量が減少すると、ラジアルゲート１の開度Ｈのままでは水路上流側２ａの上流側水位とこれに連通する水ウエイト室１３内の水位が低下する。また、水ウエイト調整堰１４及びウエイト室水位調整堰１５からは常に水が流出しているために、水ウエイト室１３内の水位とウエイト室９内の水位は共に低下して行き、Δｈも減少してゼロ（Δｈ＝０）になる。
【００３８】
この過程において、Δｈの大きさに比例する水ウエイトｗの重量が減少して行くと、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が閉方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００３９】
ラジアルゲート１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが減少することで、上流から流れ込む流量が低下していても、水路上流側２ａの水面は上昇する。ラジアルゲート１が閉方向に作動を続けると、水路上流側２ａの水位は上昇する。
【００４０】
これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで上昇して、Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になると、ラジアルゲート１は開方向に作動する。
【００４１】
これらラジアルゲート１の開閉の作動により、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、設定水位において、流下する流量に見合ったラジアルゲート１の開度Ｈを保つようになる。
【００４２】
水路上流側２ａの水位の維持は、前記の安定条件を保つように、水ウエイト調整堰１４及びウエイト室水位調整堰１５の開度を調整し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈを一定にする。
【００４３】
ラジアルゲート１を作動させるには安定条件を崩してやればよい。
このために、ウエイト室水位調整堰１５の越流面レベルを変化させウエイト室９内の水面を変化させることで、水ウエイト室１３の内水との水位差を変え、水ウエイトｗの重量を変化させることで、安定条件を保つ水位差Δｈになるまで水ウエイト室１３が昇降し、これに連動してラジアルゲート１が開閉する。
【００４４】
ウエイト室水位調整堰１５を例えば所定量上昇（＝設定水位上昇）すると、ウエイト室水位調整堰１５からの越流量が減少し、ウエイト室９内の水位が上昇し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが減少して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が閉方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００４５】
ラジアルゲート１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが減少することで、水路上流側２ａの水位は上昇する。これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで上昇して、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート１は停止し、水位を保持するようになる。
【００４６】
ウエイト室水位調整堰１５を例えば所定量下降（＝設定水位減少）すると、ウエイト室水位調整堰１５からの越流量が増加し、ウエイト室９内の水位が下降し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが増加して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が開方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを増加させて行くことになる。
【００４７】
ラジアルゲート１が開方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが増加することで、水路上流側２ａの水位は下降する。これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで下降して、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが減少する。Δｈが減少するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が減少して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが減少し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート１は停止し、水位を保持するようになる。
【００４８】
〔実施の形態−２〕
ここで、図６は原理図、図７は概略部分平面図、図８（Ａ）は水ウエイト調整堰の概略正面図、図８（Ｂ）は水ウエイト調整堰の概略側断面図、図９（Ａ）は水ウエイト調整堰の他例の概略正面図、図９（Ｂ）は水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図、図１０（Ａ）はウエイト室水位調整堰の概略正面図、図１０（Ｂ）はウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【００４９】
図において、水路２２に設置されたラジアルゲート２１は上下に回動して水路２２を開閉し、放流或いは水の流れを堰き止める機能を有する。ラジアルゲート２１は水路上流側２２ａに向けて設置されている。ラジアルゲート２１は扉体２３、アーム２４及び回動軸２５などから構成されている。
【００５０】
扉体２３は直接水路２２を開閉する機能を有するものであり、例えば断面円弧状のスキンプレートから構成されている。扉体２３は水路２２を遮断するような状態つまり水路２２の水流方向に対して直角に配置され、又扉体２３の円弧状の凸面側が水路上流側２２ａに向くように配置されている。水路２２はこの扉体２３を挟んで上流側の水路上流側２２ａと下流側の水路下流側２２ｂに分けられる。扉体２３は一定の水圧に耐え得る強度を有する材質から造られている。
【００５１】
一方、扉体２３の円弧状の凹面側の左右には、直線状のアーム２４が水路下流側２２ｂの上方に向けて延びている。即ち、左右に配置された各アーム２４は、円弧状の扉体２３の曲率中心部に横設された回動軸２５に向けて延び、その終端が回動軸２５に連結されている。これらのアーム２４を介して扉体２３は回動軸２５に上下方向回動自在に支持されている。
【００５２】
回動軸２５は、上下に回動して水路２２を開閉するラジアルゲート２１の回動中心となる部分であり、扉体２３の水路下流側２２ｂの上方に水平に横設され、又所定の強度に耐え得る材質からできている。回動軸２５の両端は水路下流側２２ｂの左右側壁の上方に設置された軸受け２６にそれぞれ水平軸回りつまり上下方向回りに回動自在に軸設されている。
【００５３】
回動軸２５を挟んでアーム２４の反対側には直線状のウエイトアーム２７の基端が回動軸２５の左右両端側にそれぞれ取付けられている。左右の各ウエイトアーム２７はアーム２４の延長線上に取付けられている。左右のウエイトアーム２７の先端間にはカウンタウエイト２８が横設されている。
【００５４】
カウンタウエイト２８は扉体２３の重量とバランスを図り、扉体２３を上下方向回りに回動させる際にその重量を軽減させるために設けられたものである。カウンタウエイト２８が回動軸２５に作用する回転モーメントＭＡは、扉体２３が回動軸２５に作用する回転モーメントＭＧより僅かに小さく、又回転方向の向きは相互に逆向きになっている。
【００５５】
ラジアルゲート２１が設置された水路２２の一側方には、ウエイト室２９と貯水室３０が隔壁で仕切られて隣接して設けられている。貯水室３０はウエイト室２９の下流側に位置している。
【００５６】
ウエイト室２９の一端側は側壁を挟んで水路上流側２２ａまで延び、他端側は回動軸２５の付近に位置している。水路上流側２２ａまで延びるウエイト室２９の一端側寄りの側壁下部にはウエイト室２９と水路上流側２２ａとを連通する２本の連通路が形成され、一つの連通路には常時全開の導水弁２９ａが取り付けられている。この導水弁２９ａには水ウエイト室３１に接続する上流水導入用可撓管３１ａの一端が接続している。他の連通路には常時全閉の充水弁２９ｂが取り付けられている。
【００５７】
貯水室３０の側壁下部には、水路下流側２２ｂに連通する戻り口３０ａが形成されている。貯水室３０の水位は、戻り口３０ａを通じて、水路下流側２２ｂの水位と同一になる。また、ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁下部には連通路が形成され、この連通路には常時全閉のウエイト室排水弁３０ｂが取り付けられている。
【００５８】
ウエイト室２９内には水ウエイト室３１が設けられている。水ウエイト室３１は後述の水ウエイトアーム３５の先端にぶら下がるように取付けられてウエイト室２９内に設けられている。水ウエイト室３１は内部が空洞の水室になっていて、この空洞の水室に水路上流側２２ａの水を導入してその重さを調節する構造になっている。
【００５９】
水ウエイト室３１の側部には水ウエイト室３１の変動に追従可能な上流水導入用可撓管３１ａの一端が接続されている。上流水導入用可撓管３１ａの他端はウエイト室２９と水路上流側２２ａとを仕切る側壁下部の連通路に取り付けられた導水弁２９ａに接続されている。
【００６０】
水ウエイト室３１は、上流水導入用可撓管３１ａ、前記導水弁２９ａを通じて、水路上流側２２ａと連通していて、水路上流側２２ａの水を導入可能になっている。水ウエイト室３１の上面は開口されていて大気と連通している。
【００６１】
水ウエイト室３１の側部には内部の水をウエイト室２９に排出する水ウエイト調整堰３２が設けられている。水ウエイト調整堰３２は、水ウエイト室３１の側部に開口された四角形の開口孔３２ａ、開口孔３２ａの開口幅を可変する堰板３２ｂ、堰板３２ｂの両側を案内するガイド３２ｃから構成されている。
【００６２】
堰板３２ｂは左右方向に水平スライドして開口孔３２ａの開口幅を可変する構造、例えば左側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を広げ、右側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を狭める構造の場合と、堰板３２ｂが上下方向に昇降スライドして開口孔３２ａの開口幅を可変する構造、例えば上側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を広げ、下側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を狭める構造の場合とがある。開口孔３２ａの開口幅を可変する堰板３２ｂは予め所定の設定開口幅に調整されている。
【００６３】
堰板３２ｂが水平スライドする構造の場合には、開口孔３２ａの上下側に左側に延長させてガイド３２ｃが水平方向に配置される。また、堰板３２ｂが昇降スライドする場合には、開口孔３２ａの左右両側に上方に延長させてガイド３２ｃが上下方向に配置されている。
【００６４】
水ウエイト室３１内の水位は、上流水導入用可撓管３１ａを通じて流入する水が水ウエイト調整堰３２を通じて排出される損失水頭の分（＝Δｈ）だけ、ウエイト室２９の水位より高くなり、水ウエイト室３１に水重が発生して重くなる。
【００６５】
ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁にはウエイト室２９内部の水を貯水室３０に排出するウエイト室水位調整堰３３が設けられている。ウエイト室水位調整堰３３は、ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝３３ａ、開口溝３３ａの越流高さを可変する堰板３３ｂ、堰板３３ｂの両側を案内するガイド３３ｃから構成されている。
【００６６】
堰板３３ｂは上下方向に昇降スライドして開口溝３３ａの越流高さを可変する構造、つまり上側にスライドして開口溝３３ａの越流高さを高くし、下側にスライドして開口溝３３ａの越流高さを低くする構造になっている。開口溝３３ａの越流高さを可変する堰板３３ｂの越流高さは予め所定の設定高さに調整されている。
【００６７】
ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝３３ａは、隔壁の中間側から上端まで開口された上下に長い長方形の溝型形状になっている。開口溝３３ａの左右両側には下方に延長させてガイド３３ｃが上下向きにそれぞれ配置されている。
【００６８】
ウエイト室２９の上方には水ウエイト回動軸３４が横設されている。水ウエイト回動軸３４は前記回動軸２５の近くの上流側寄りに横設されている。水ウエイト回動軸３４の両端は軸受け３４ａに軸支されている。水ウエイト回動軸３４は歯車伝達機構３６を介して前記回動軸２５と連動連結されている。この水ウエイト回動軸３４の両端側には水ウエイトアーム３５の基端がそれぞれ連結されている。
【００６９】
左右の水ウエイトアーム３５は、回動軸２５を基準にして前記アーム２４と同一側に向けて延設されており、その先端には水ウエイト室３１の上部側が吊持されている。つまり、水ウエイト室３１は水ウエイトアーム３５にぶら下がるように取付けられている。
【００７０】
歯車伝達機構３６は、回動軸２５と水ウエイト回動軸３４との間で回転力を伝達するもので、回動軸２５の一端に取り付けられた歯車３６ａ、水ウエイト回動軸３４に取り付けられた歯車３６ｂなどから構成される。歯車伝達機構３６では歯車の歯数比を任意に設定でき、ゲート規模や仕様に合わせて水ウエイトからの伝達力を任意に増減できる利点がある。
【００７１】
回動軸２５の歯車３６ａと水ウエイト回動軸３４の歯車３６ｂとが直接噛み合って回転力を伝達する構成の場合は、回動軸２５の回転方向と水ウエイト回動軸３４の回転方向は逆向きとなる。回動軸２５の回転方向と水ウエイト回動軸３４の回転方向を同一向きにする場合には、歯車３６ａと歯車３６ｂを直接噛み合わせずにその間に別個の伝達歯車や伝達無端チェーンなどを設ける。
【００７２】
水ウエイト室３１の重量は、水ウエイトアーム３５、水ウエイト回動軸３４及び歯車伝達機構３６を介して回動軸２５に伝わり、扉体２３の自重によって回動軸２５に作用する回転モーメントＭＧと逆向き（又は同一向き）の回転モーメントＭＢを回動軸２５に作用させる。これによって、扉体２３は上向き（又は下向き）に回動して開かれる（又は閉じられる）。
【００７３】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
前記の構成からなる水ウエイト式自動水位調節ゲートの安定条件は、歯車伝達機構３６の回動軸２５の歯車３６ａと水ウエイト回動軸３４の歯車３６ｂとが直接噛み合う場合には次のようになる。
（１） ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
ここで、ＭＧ：扉体２３による閉（左回り）方向の回転モーメント
ＭＡ：カウンタウエイト２８による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＢ：水ウエイト室３１による開（左回り）方向の回転モーメント
ＭＷ：水ウエイト室３１内のΔｈの水位高さの水ウエイトｗの重量による開（左回り）方向の回転モーメント
（２）水路上流側２２ａの水位面と水ウエイト室３１内の水位面は同一レベルで、ウエイト室２９内の水位面は水ウエイト室３１内の水位面よりΔｈだけ低い状態で釣り合う。
【００７４】
上記（１）（２）の状況において、水路上流側２２ａの上流水は、導水弁２９ａ及び上流水導入用可撓管３１ａを通り水ウエイト室３１内に流れ込み、水ウエイト室３１の水ウエイト調整堰３２よりウエイト室２９内に流出し、ウエイト室２９からウエイト室水位調整堰３３を通って貯水室３０へ流れ込み、戻り口３０ａから水路下流側２２ｂへ流下する。
【００７５】
前記の安定条件を維持していれば、水路２２を流下する流量は設定された水路上流側２２ａの上流側水位において、流下できるようにラジアルゲート２１は開度Ｈを保っている。つまり、ウエイト室水位調整堰３３を通じてウエイト室２９から貯水室３０に流出する水量は、水ウエイト調整堰３２を通じて水ウエイト室３１から流出される水量により補充される。水ウエイト室３１は導水弁２９ａ及び上流水導入用可撓管３１ａを通じて水路上流側２２ａの上流側水位と連通しているので、水ウエイト室３１の水ウエイト調整堰３２からの流出水量は水路上流側２２ａより常に補充される。
【００７６】
水路２２の流量が減少すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈのままでは水路上流側２２ａの上流側水位とこれに連通する水ウエイト室３１内の水位が低下する。また、水ウエイト調整堰３２及びウエイト室水位調整堰３３からは常に水が流出しているために、水ウエイト室３１内の水位とウエイト室２９内の水位は共に低下して行き、Δｈも減少してゼロ（Δｈ＝０）になる。
【００７７】
この過程において、Δｈの大きさに比例する水ウエイトｗの重量が減少して行くと、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が閉方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００７８】
ラジアルゲート２１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが減少することで、上流から流れ込む流量が低下していても、水路上流側２２ａの水面は上昇する。ラジアルゲート２１が閉方向に作動を続けると、水路上流側２２ａの水位は上昇する。
【００７９】
これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで上昇して、Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になると、ラジアルゲート２１は開方向に作動する。
【００８０】
これらラジアルゲート２１の開閉の作動により、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、設定水位において、流下する流量に見合ったラジアルゲート２１の開度Ｈを保つようになる。
【００８１】
水路上流側２２ａの水位の維持は、前記の安定条件を保つように、水ウエイト調整堰３２及びウエイト室水位調整堰３３の開度を調整し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈを一定にする。
【００８２】
ラジアルゲート２１を作動させるには安定条件を崩してやればよい。
このために、ウエイト室水位調整堰３３の越流面レベルを変化させウエイト室２９内の水面を変化させることで、水ウエイト室３１の内水との水位差を変え、水ウエイトｗの重量を変化させることで、安定条件を保つ水位差Δｈになるまで水ウエイト室３１が昇降し、これに連動してラジアルゲート２１が開閉する。
【００８３】
ウエイト室水位調整堰３３を例えば所定量上昇（＝設定水位上昇）すると、ウエイト室水位調整堰３３からの越流量が減少し、ウエイト室２９内の水位が上昇し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが減少して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が閉方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００８４】
ラジアルゲート２１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが減少することで、水路上流側２２ａの水位は上昇する。これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで上昇して、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート２１は停止し、水位を保持するようになる。
【００８５】
ウエイト室水位調整堰３３を例えば所定量下降（＝設定水位減少）すると、ウエイト室水位調整堰３３からの越流量が増加し、ウエイト室２９内の水位が下降し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが増加して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が開方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを増加させて行くことになる。
【００８６】
ラジアルゲート２１が開方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが増加することで、水路上流側２２ａの水位は下降する。これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで下降して、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが減少する。Δｈが減少するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が減少して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが減少し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート２１は停止し、水位を保持するようになる。
【００８７】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。前記の実施の形態ではカウンタウエイトが設けられている場合で説明したが、必要に応じて省略することも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１〜請求項３の発明に係る水ウエイト式自動水位調節ゲートによれば、水路上流側の水位が水路下流側の水位より高い所定高さ以上になると、水路上流側の水が上流水導入用可撓管を通じて水ウエイト室内に流入し、水ウエイト室の水ウエイト調整堰からの排水とウエイト室水位調整堰からの排水による損失水頭の分だけ、水ウエイト室内の水位がウエイト室の水位より高くなって、水ウエイト室に水重が発生して重くなった水ウエイト室によって、回動軸を挟んでその反対側のラジアルゲートを上げることができる。このように、水ウエイト室の水重の変動によってラジアルゲートを開閉して、流下する流量に見合った開度を保つようにすることができる。しかも、ウエイト室から貯水室へのウエイト室水位調整堰の越流面レベルを変化させて水路上流側の水位を調整するので、従来のバルブやノズルなどを利用したものに比べて、土砂や塵芥等で目詰まりを起こすこともなく、又これに起因する作動不良の発生もない。さらに、流出部の状況を外部より目視して確認でき、保守・点検も容易になる。
【００８９】
また、請求項３の発明に係る水ウエイト式自動水位調節ゲートによれば、前記の効果に加えて、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸との間では歯車伝達機構を介して回転力の伝達が行われるために、歯車の歯数比を任意に設定でき、ゲート規模や仕様に合わせて水ウエイトからの伝達力を任意に増減できる利点がある。また、ウエイト室を水路上流側寄りに設けることにより、ウエイト室及び貯水室の全長長さを短くすることが可能になり、建設コストの低減を図ることができる。さらに、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸との間では歯車伝達機構を介して回転力の伝達が行われるために、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸の連結又は取り外しが容易になり、運搬、据え付け等の作業が容易になる。
【００９０】
また、請求項４のように、回動軸を挟んでラジアルゲートのアームと反対側にウエイトアームを延設すると共に、ウエイトアームの基端を回動軸に連結しウエイトアームの先端にカウンタウエイトを連結した場合には、水ウエイト室の自重はカウンタウエイトと作用方向が同じであるので、水ウエイト室の自重の分だけカウンタウエイトの重量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態−１を示す原理図である。
【図２】 この発明の実施の形態−１を示す概略部分平面図である。
【図３】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の概略側断面図である。
【図４】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の他例の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図である。
【図５】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示すウエイト室水位調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示すウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態−２を示す原理図である。
【図７】 この発明の実施の形態−２を示す概略部分平面図である。
【図８】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の概略側断面図である。
【図９】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の他例の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図である。
【図１０】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示すウエイト室水位調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示すウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【符号の説明】
１ ラジアルゲート
２ 水路
２ａ 水路上流側
２ｂ 水路下流側
３ 扉体
４ アーム
５ 回動軸
６ 軸受け
７ ウエイトアーム
８ カウンタウエイト
９ ウエイト室
１０ バルブ室
１１ 貯水室
１１ａ 戻り口
１１ｂ ウエイト室排水弁
１２ 上流水導入管
１２ａ 導水弁
１２ｂ 上流水導入バイパス管
１２ｃ 充水弁
１３ 水ウエイト室
１３ａ 上流水導入用可撓管
１４ 水ウエイト調整堰
１４ａ 開口孔
１４ｂ 堰板
１４ｃ ガイド
１５ ウエイト室水位調整堰
１５ａ 開口溝
１５ｂ 堰板
１５ｃ ガイド
１６ 水ウエイト回動軸
１７ 水ウエイトアーム
２１ ラジアルゲート
２２ 水路
２２ａ 水路上流側
２２ｂ 水路下流側
２３ 扉体
２４ アーム
２５ 回動軸
２６ 軸受け
２７ ウエイトアーム
２８ カウンタウエイト
２９ ウエイト室
２９ａ 導水弁
２９ｂ 充水弁
３０ 貯水室
３０ａ 戻り口
３０ｂ ウエイト室排水弁
３１ 水ウエイト室
３１ａ 上流水導入用可撓管
３２ 水ウエイト調整堰
３２ａ 開口孔
３２ｂ 堰板
３２ｃ ガイド
３３ ウエイト室水位調整堰
３３ａ 開口溝
３３ｂ 堰板
３３ｃ ガイド
３４ 水ウエイト回動軸
３４ａ 軸受け
３５ 水ウエイトアーム
３６ 歯車伝達機構
３６ａ 歯車
３６ｂ 歯車
Δｈ 水ウエイト室内水位とウエイト室内水位との水位差
Ｈ ラジアルゲートの開度
ｗ 水ウエイト
【発明の属する技術分野】
この発明は、水位の変化に応じてラジアルゲートを開閉して水位を調整する水位調節ゲートに係り、特に上流側水位の変化に対応して、水ウエイト室の水重を増減させて、これによりゲートを開閉作動させる水ウエイト式自動水位調節ゲートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水位調節ゲートは、水位の変化に応じてゲートを開閉させることにより、流入量に対応させて放出量を調整したり或いは水位を一定に保持する目的で、河川や水路等に設置されている。
このような水位調節ゲートとして、上流側水位の変化に対応して、水ウエイト室の水重を増減させて、これによりゲートを開閉作動させる水ウエイト式自動水位調節ゲート（特願２０００−１４１１６１）が本願の出願人によって特許出願されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特願２０００−１４１１６１の水ウエイト式自動水位調節ゲートは、水ウエイトの調整用としてバルブやノズル等を利用していたが、これらは土砂・塵芥等で目詰まりを生じ易く、作動不良の原因になったりしていた。又これら箇所は流量調整の状況を外部から容易に確認できずその点検が必要になっていた。
また、前記の特願２０００−１４１１６１の水ウエイト式自動水位調節ゲートは、水位を調整する越流口は水面より僅かしか下がっていないため、水路に発生する波の影響で流入量が増加したり又は流入できない状況になり易く、ゲート開度の制御がしずらい面があった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、ゲートの開度の制御が容易で、しかも土砂や塵芥等で目詰まりを起して作動不良になることもなく、さらに流出部の状況を外部より確認でき、その保守・点検も容易になる水ウエイト式自動水位調節ゲートを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方にウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰を設け、上記回動軸に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔ててウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通する上流水導入管を配設し、一端が上流水導入管に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸の一端に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に延長して横設し、上記回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００７】
また、請求項３の発明は、水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔てて水路上流側に一端側が延設されたウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸に歯車伝達機構を介して連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、上記回動軸を基準として該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと同一側になる該回動軸の前方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持した手段よりなるものである。
【０００８】
ここで、請求項１〜請求項３の好ましい態様として、回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けてウエイトアームを延設すると共に、ウエイトアームの基端を回動軸に連結しウエイトアームの先端にカウンタウエイトを連結した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
【００１０】
〔実施の形態−１〕
ここで、図１は原理図、図２は概略部分平面図、図３（Ａ）は水ウエイト調整堰の概略正面図、図３（Ｂ）は水ウエイト調整堰の概略側断面図、図４（Ａ）は水ウエイト調整堰の他例の概略正面図、図４（Ｂ）は水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図、図５（Ａ）はウエイト室水位調整堰の概略正面図、図５（Ｂ）はウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【００１１】
図において、水路２に設置されたラジアルゲート１は上下に回動して水路２を開閉し、放流或いは水の流れを堰き止める機能を有する。ラジアルゲート１は水路上流側２ａに向けて設置されている。ラジアルゲート１は扉体３、アーム４及び回動軸５などから構成されている。
【００１２】
扉体３は直接水路２を開閉する機能を有するものであり、例えば断面円弧状のスキンプレートから構成されている。扉体３は水路２を遮断するような状態つまり水路２の水流方向に対して直角に配置され、又扉体３の円弧状の凸面側が水路上流側２ａに向くように配置されている。水路２はこの扉体２を挟んで上流側の水路上流側２ａと下流側の水路下流側２ｂに分けられる。この扉体３は一定の水圧に耐え得る強度を有する材質から造られている。
【００１３】
一方、扉体３の円弧状の凹面側の左右には、直線状のアーム４が水路下流側２ｂの上方に向けて延びている。即ち、左右に配置された各アーム４は、円弧状の扉体３の曲率中心部に横設された回動軸５に向けて延び、その終端が回動軸５に連結されている。これらのアーム４を介して扉体３は回動軸５に上下方向回動自在に支持されている。
【００１４】
回動軸５は、上下に回動して水路２を開閉するラジアルゲート１の回動中心となる部分であり、扉体３の水路下流側２ｂの上方に水平に横設され、又所定の強度に耐え得る材質からできている。回動軸５の両端は水路下流側２ｂの左右側壁の上方に設置された軸受け６にそれぞれ水平軸回りつまり上下方向回りに回動自在に軸設されている。
【００１５】
回動軸５を挟んでアーム４の反対側には直線状のウエイトアーム７の基端が回動軸５の左右両端側にそれぞれ取付けられている。左右の各ウエイトアーム７はアーム４の延長線上に取付けられている。左右のウエイトアーム７の先端間にはカウンタウエイト８が横設されている。
【００１６】
カウンタウエイト８は扉体３の重量とバランスを図り、扉体３を上下方向回りに回動させる際にその重量を軽減させるために設けられたものである。カウンタウエイト８が回動軸５に作用する回転モーメントＭＡは、扉体３が回動軸５に作用する回転モーメントＭＧより僅かに小さく、又回転方向の向きは相互に逆向きになっている。
【００１７】
ラジアルゲート１が設置された水路２の一側方には、ウエイト室９、ウエイト室９を間に挟んでバルブ室１０と貯水室１１が隔壁で仕切られて隣接して設けられている。バルブ室１０はウエイト室９の上流側に位置し、貯水室１１はウエイト室９の下流側に位置している。
【００１８】
バルブ室１０の底部には、水路上流側２ａに連通する上流水導入管１２の下流側が配管されている。上流水導入管１２はその上流端が水路上流側２ａの水路２ｂの側壁下部に接続開口されており、又下流端には常時全開の導水弁１２ａが取り付けられている。この導水弁１２ａには水ウエイト室１３に接続する上流水導入用可撓管１３ａの一端が接続している。
【００１９】
バルブ室１０内の上流水導入管１２の下流側には上流水導入バイパス管１２ｂの一端が分岐接続されている。上流水導入バイパス管１２ｂの他端はバルブ室１０とを仕切るウエイト室９の隔壁下部に接続開口されている。バルブ室１０内の上流水導入バイパス管１２ｂには、常時全閉の充水弁１２ｃが取り付けられている。
【００２０】
貯水室１１の側壁下部には、水路下流側２ｂに連通する戻り口１１ａが形成されている。貯水室１１の水位は、戻り口１１ａを通じて、水路下流側２ｂの水位と同一になる。また、ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁下部には連通路が形成され、この連通路には常時全閉のウエイト室排水弁１１ｂが取り付けられている。
【００２１】
ウエイト室９内には水ウエイト室１３が設けられている。水ウエイト室１３は後述の水ウエイトアーム１７の先端にぶら下がるように取付けられてウエイト室９内に設けられている。水ウエイト室１３は内部が空洞の水室になっていて、この空洞の水室に水路上流側２ａの水を導入してその重さを調節する構造になっている。
【００２２】
水ウエイト室１３の側部には水ウエイト室１３の変動に追従可能な上流水導入用可撓管１３ａの一端が接続されている。上流水導入用可撓管１３ａの他端はウエイト室９とバルブ室１０とを仕切る隔壁を貫通して前記上流水導入管１２の導水弁１２ａに接続されている。
【００２３】
水ウエイト室１３は、上流水導入用可撓管１３ａ、前記導水弁１２ａ、上流水導入管１２を通じて、水路上流側２ａと連通していて、水路上流側２ａの水を導入可能になっている。水ウエイト室１３の上面は開口されていて大気と連通している。
【００２４】
水ウエイト室１３の側部には内部の水をウエイト室９に排出する水ウエイト調整堰１４が設けられている。水ウエイト調整堰１４は、水ウエイト室１３の側部に開口された四角形の開口孔１４ａ、開口孔１４ａの開口幅を可変する堰板１４ｂ、堰板１４ｂの両側を案内するガイド１４ｃから構成されている。
【００２５】
堰板１４ｂは左右方向に水平スライドして開口孔１４ａの開口幅を可変する構造、例えば左側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を広げ、右側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を狭める構造の場合と、堰板１４ｂが上下方向に昇降スライドして開口孔１４ａの開口幅を可変する構造、例えば上側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を広げ、下側にスライドして開口孔１４ａの開口幅を狭める構造の場合とがある。開口孔１４ａの開口幅を可変する堰板１４ｂは予め所定の設定開口幅に調整されている。
【００２６】
堰板１４ｂが水平スライドする構造の場合には、開口孔１４ａの上下側に左側に延長させてガイド１４ｃが水平方向に配置される。また、堰板１４ｂが昇降スライドする場合には、開口孔１４ａの左右両側に上方に延長させてガイド１４ｃが上下方向に配置されている。
【００２７】
水ウエイト室１３内の水位は、上流水導入用可撓管１３ａを通じて流入する水が水ウエイト調整堰１４を通じて排出される損失水頭の分（＝Δｈ）だけ、ウエイト室９の水位より高くなり、水ウエイト室１３に水重が発生して重くなる。
【００２８】
ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁にはウエイト室９内部の水を貯水室１１に排出するウエイト室水位調整堰１５が設けられている。ウエイト室水位調整堰１５は、ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝１５ａ、開口溝１５ａの越流高さを可変する堰板１５ｂ、堰板１５ｂの両側を案内するガイド１５ｃから構成されている。
【００２９】
堰板１５ｂは上下方向に昇降スライドして開口溝１５ａの越流高さを可変する構造、つまり上側にスライドして開口溝１５ａの越流高さを高くし、下側にスライドして開口溝１５ａの越流高さを低くする構造になっている。開口溝１５ａの越流高さを可変する堰板１５ｂの越流高さは予め所定の設定高さに調整されている。
【００３０】
ウエイト室９と貯水室１１とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝１５ａは、隔壁の中間側から上端まで開口された上下に長い長方形の溝型形状になっている。開口溝１５ａの左右両側には下方に延長させてガイド１５ｃが上下向きにそれぞれ配置されている。
【００３１】
前記回動軸５のウエイト室９側の一端には、ウエイト室９の上方に延設された水ウエイト回動軸１６が連結されていて、水ウエイト回動軸１６は回動軸５と同軸になっている。この水ウエイト回動軸１６の両端側には水ウエイトアーム１７の基端がそれぞれ連結されている。
【００３２】
左右の水ウエイトアーム１７は、回動軸５を挟んで前記アーム４と反対側に向けて延設されており、その先端には水ウエイト室１３の上部側が吊持されている。つまり、水ウエイト室１３は水ウエイトアーム１７にぶら下がるように取付けられている。
【００３３】
水ウエイト室１３の重量は、水ウエイトアーム１７及び水ウエイト回動軸１６を介して回動軸５に伝わり、扉体３の自重によって回動軸５に作用する回転モーメントＭＧと反対向きの回転モーメントＭＢを回動軸５に作用させる。これによって、扉体３は上向きに回動して開かれる。
【００３４】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
前記の構成からなる水ウエイト式自動水位調節ゲートの安定条件は
（１） ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
ここで、ＭＧ：扉体３による閉（左回り）方向の回転モーメント
ＭＡ：カウンタウエイト８による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＢ：水ウエイト室１３による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＷ：水ウエイト室１３内のΔｈの水位高さの水ウエイトｗの重量による開（右回り）方向の回転モーメント
（２）水路上流側２ａの水位面と水ウエイト室１３内の水位面は同一レベルで、ウエイト室９内の水位面は水ウエイト室１３内の水位面よりΔｈだけ低い状態で釣り合う。
【００３５】
上記（１）（２）の状況において、水路上流側２ａの上流水は、上流水導入管１２、導水弁１２ａ及び上流水導入用可撓管１３ａを通り水ウエイト室１３内に流れ込み、水ウエイト室１３の水ウエイト調整堰１４よりウエイト室９内に流出し、ウエイト室９からウエイト室水位調整堰１５を通って貯水室１１へ流れ込み、戻り口１１ａから水路下流側２ｂへ流下する。
【００３６】
前記の安定条件を維持していれば、水路２を流下する流量は設定された水路上流側２ａの上流側水位において、流下できるようにラジアルゲート１は開度Ｈを保っている。つまり、ウエイト室水位調整堰１５を通じてウエイト室９から貯水室１１に流出する水量は、水ウエイト調整堰１４を通じて水ウエイト室１３から流出される水量により補充される。水ウエイト室１３は上流水導入管１２、導水弁１２ａ及び上流水導入用可撓管１３ａを通じて水路上流側２ａの上流側水位と連通しているので、水ウエイト室１３の水ウエイト調整堰１４からの流出水量は水路上流側２ａより常に補充される。
【００３７】
水路２の流量が減少すると、ラジアルゲート１の開度Ｈのままでは水路上流側２ａの上流側水位とこれに連通する水ウエイト室１３内の水位が低下する。また、水ウエイト調整堰１４及びウエイト室水位調整堰１５からは常に水が流出しているために、水ウエイト室１３内の水位とウエイト室９内の水位は共に低下して行き、Δｈも減少してゼロ（Δｈ＝０）になる。
【００３８】
この過程において、Δｈの大きさに比例する水ウエイトｗの重量が減少して行くと、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が閉方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００３９】
ラジアルゲート１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが減少することで、上流から流れ込む流量が低下していても、水路上流側２ａの水面は上昇する。ラジアルゲート１が閉方向に作動を続けると、水路上流側２ａの水位は上昇する。
【００４０】
これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで上昇して、Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になると、ラジアルゲート１は開方向に作動する。
【００４１】
これらラジアルゲート１の開閉の作動により、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、設定水位において、流下する流量に見合ったラジアルゲート１の開度Ｈを保つようになる。
【００４２】
水路上流側２ａの水位の維持は、前記の安定条件を保つように、水ウエイト調整堰１４及びウエイト室水位調整堰１５の開度を調整し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈを一定にする。
【００４３】
ラジアルゲート１を作動させるには安定条件を崩してやればよい。
このために、ウエイト室水位調整堰１５の越流面レベルを変化させウエイト室９内の水面を変化させることで、水ウエイト室１３の内水との水位差を変え、水ウエイトｗの重量を変化させることで、安定条件を保つ水位差Δｈになるまで水ウエイト室１３が昇降し、これに連動してラジアルゲート１が開閉する。
【００４４】
ウエイト室水位調整堰１５を例えば所定量上昇（＝設定水位上昇）すると、ウエイト室水位調整堰１５からの越流量が減少し、ウエイト室９内の水位が上昇し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが減少して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が閉方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００４５】
ラジアルゲート１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが減少することで、水路上流側２ａの水位は上昇する。これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで上昇して、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート１は停止し、水位を保持するようになる。
【００４６】
ウエイト室水位調整堰１５を例えば所定量下降（＝設定水位減少）すると、ウエイト室水位調整堰１５からの越流量が増加し、ウエイト室９内の水位が下降し、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが増加して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート１が開方向に作動し、ラジアルゲート１の開度Ｈを増加させて行くことになる。
【００４７】
ラジアルゲート１が開方向に作動すると、ラジアルゲート１の開度Ｈが増加することで、水路上流側２ａの水位は下降する。これにより、水路上流側２ａと連通する水ウエイト室１３内の水位も同一レベルで下降して、ウエイト室９と水ウエイト室１３の水位差Δｈが減少する。Δｈが減少するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が減少して、ラジアルゲート１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが減少し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート１は停止し、水位を保持するようになる。
【００４８】
〔実施の形態−２〕
ここで、図６は原理図、図７は概略部分平面図、図８（Ａ）は水ウエイト調整堰の概略正面図、図８（Ｂ）は水ウエイト調整堰の概略側断面図、図９（Ａ）は水ウエイト調整堰の他例の概略正面図、図９（Ｂ）は水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図、図１０（Ａ）はウエイト室水位調整堰の概略正面図、図１０（Ｂ）はウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【００４９】
図において、水路２２に設置されたラジアルゲート２１は上下に回動して水路２２を開閉し、放流或いは水の流れを堰き止める機能を有する。ラジアルゲート２１は水路上流側２２ａに向けて設置されている。ラジアルゲート２１は扉体２３、アーム２４及び回動軸２５などから構成されている。
【００５０】
扉体２３は直接水路２２を開閉する機能を有するものであり、例えば断面円弧状のスキンプレートから構成されている。扉体２３は水路２２を遮断するような状態つまり水路２２の水流方向に対して直角に配置され、又扉体２３の円弧状の凸面側が水路上流側２２ａに向くように配置されている。水路２２はこの扉体２３を挟んで上流側の水路上流側２２ａと下流側の水路下流側２２ｂに分けられる。扉体２３は一定の水圧に耐え得る強度を有する材質から造られている。
【００５１】
一方、扉体２３の円弧状の凹面側の左右には、直線状のアーム２４が水路下流側２２ｂの上方に向けて延びている。即ち、左右に配置された各アーム２４は、円弧状の扉体２３の曲率中心部に横設された回動軸２５に向けて延び、その終端が回動軸２５に連結されている。これらのアーム２４を介して扉体２３は回動軸２５に上下方向回動自在に支持されている。
【００５２】
回動軸２５は、上下に回動して水路２２を開閉するラジアルゲート２１の回動中心となる部分であり、扉体２３の水路下流側２２ｂの上方に水平に横設され、又所定の強度に耐え得る材質からできている。回動軸２５の両端は水路下流側２２ｂの左右側壁の上方に設置された軸受け２６にそれぞれ水平軸回りつまり上下方向回りに回動自在に軸設されている。
【００５３】
回動軸２５を挟んでアーム２４の反対側には直線状のウエイトアーム２７の基端が回動軸２５の左右両端側にそれぞれ取付けられている。左右の各ウエイトアーム２７はアーム２４の延長線上に取付けられている。左右のウエイトアーム２７の先端間にはカウンタウエイト２８が横設されている。
【００５４】
カウンタウエイト２８は扉体２３の重量とバランスを図り、扉体２３を上下方向回りに回動させる際にその重量を軽減させるために設けられたものである。カウンタウエイト２８が回動軸２５に作用する回転モーメントＭＡは、扉体２３が回動軸２５に作用する回転モーメントＭＧより僅かに小さく、又回転方向の向きは相互に逆向きになっている。
【００５５】
ラジアルゲート２１が設置された水路２２の一側方には、ウエイト室２９と貯水室３０が隔壁で仕切られて隣接して設けられている。貯水室３０はウエイト室２９の下流側に位置している。
【００５６】
ウエイト室２９の一端側は側壁を挟んで水路上流側２２ａまで延び、他端側は回動軸２５の付近に位置している。水路上流側２２ａまで延びるウエイト室２９の一端側寄りの側壁下部にはウエイト室２９と水路上流側２２ａとを連通する２本の連通路が形成され、一つの連通路には常時全開の導水弁２９ａが取り付けられている。この導水弁２９ａには水ウエイト室３１に接続する上流水導入用可撓管３１ａの一端が接続している。他の連通路には常時全閉の充水弁２９ｂが取り付けられている。
【００５７】
貯水室３０の側壁下部には、水路下流側２２ｂに連通する戻り口３０ａが形成されている。貯水室３０の水位は、戻り口３０ａを通じて、水路下流側２２ｂの水位と同一になる。また、ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁下部には連通路が形成され、この連通路には常時全閉のウエイト室排水弁３０ｂが取り付けられている。
【００５８】
ウエイト室２９内には水ウエイト室３１が設けられている。水ウエイト室３１は後述の水ウエイトアーム３５の先端にぶら下がるように取付けられてウエイト室２９内に設けられている。水ウエイト室３１は内部が空洞の水室になっていて、この空洞の水室に水路上流側２２ａの水を導入してその重さを調節する構造になっている。
【００５９】
水ウエイト室３１の側部には水ウエイト室３１の変動に追従可能な上流水導入用可撓管３１ａの一端が接続されている。上流水導入用可撓管３１ａの他端はウエイト室２９と水路上流側２２ａとを仕切る側壁下部の連通路に取り付けられた導水弁２９ａに接続されている。
【００６０】
水ウエイト室３１は、上流水導入用可撓管３１ａ、前記導水弁２９ａを通じて、水路上流側２２ａと連通していて、水路上流側２２ａの水を導入可能になっている。水ウエイト室３１の上面は開口されていて大気と連通している。
【００６１】
水ウエイト室３１の側部には内部の水をウエイト室２９に排出する水ウエイト調整堰３２が設けられている。水ウエイト調整堰３２は、水ウエイト室３１の側部に開口された四角形の開口孔３２ａ、開口孔３２ａの開口幅を可変する堰板３２ｂ、堰板３２ｂの両側を案内するガイド３２ｃから構成されている。
【００６２】
堰板３２ｂは左右方向に水平スライドして開口孔３２ａの開口幅を可変する構造、例えば左側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を広げ、右側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を狭める構造の場合と、堰板３２ｂが上下方向に昇降スライドして開口孔３２ａの開口幅を可変する構造、例えば上側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を広げ、下側にスライドして開口孔３２ａの開口幅を狭める構造の場合とがある。開口孔３２ａの開口幅を可変する堰板３２ｂは予め所定の設定開口幅に調整されている。
【００６３】
堰板３２ｂが水平スライドする構造の場合には、開口孔３２ａの上下側に左側に延長させてガイド３２ｃが水平方向に配置される。また、堰板３２ｂが昇降スライドする場合には、開口孔３２ａの左右両側に上方に延長させてガイド３２ｃが上下方向に配置されている。
【００６４】
水ウエイト室３１内の水位は、上流水導入用可撓管３１ａを通じて流入する水が水ウエイト調整堰３２を通じて排出される損失水頭の分（＝Δｈ）だけ、ウエイト室２９の水位より高くなり、水ウエイト室３１に水重が発生して重くなる。
【００６５】
ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁にはウエイト室２９内部の水を貯水室３０に排出するウエイト室水位調整堰３３が設けられている。ウエイト室水位調整堰３３は、ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝３３ａ、開口溝３３ａの越流高さを可変する堰板３３ｂ、堰板３３ｂの両側を案内するガイド３３ｃから構成されている。
【００６６】
堰板３３ｂは上下方向に昇降スライドして開口溝３３ａの越流高さを可変する構造、つまり上側にスライドして開口溝３３ａの越流高さを高くし、下側にスライドして開口溝３３ａの越流高さを低くする構造になっている。開口溝３３ａの越流高さを可変する堰板３３ｂの越流高さは予め所定の設定高さに調整されている。
【００６７】
ウエイト室２９と貯水室３０とを仕切る隔壁の中央側に開口された開口溝３３ａは、隔壁の中間側から上端まで開口された上下に長い長方形の溝型形状になっている。開口溝３３ａの左右両側には下方に延長させてガイド３３ｃが上下向きにそれぞれ配置されている。
【００６８】
ウエイト室２９の上方には水ウエイト回動軸３４が横設されている。水ウエイト回動軸３４は前記回動軸２５の近くの上流側寄りに横設されている。水ウエイト回動軸３４の両端は軸受け３４ａに軸支されている。水ウエイト回動軸３４は歯車伝達機構３６を介して前記回動軸２５と連動連結されている。この水ウエイト回動軸３４の両端側には水ウエイトアーム３５の基端がそれぞれ連結されている。
【００６９】
左右の水ウエイトアーム３５は、回動軸２５を基準にして前記アーム２４と同一側に向けて延設されており、その先端には水ウエイト室３１の上部側が吊持されている。つまり、水ウエイト室３１は水ウエイトアーム３５にぶら下がるように取付けられている。
【００７０】
歯車伝達機構３６は、回動軸２５と水ウエイト回動軸３４との間で回転力を伝達するもので、回動軸２５の一端に取り付けられた歯車３６ａ、水ウエイト回動軸３４に取り付けられた歯車３６ｂなどから構成される。歯車伝達機構３６では歯車の歯数比を任意に設定でき、ゲート規模や仕様に合わせて水ウエイトからの伝達力を任意に増減できる利点がある。
【００７１】
回動軸２５の歯車３６ａと水ウエイト回動軸３４の歯車３６ｂとが直接噛み合って回転力を伝達する構成の場合は、回動軸２５の回転方向と水ウエイト回動軸３４の回転方向は逆向きとなる。回動軸２５の回転方向と水ウエイト回動軸３４の回転方向を同一向きにする場合には、歯車３６ａと歯車３６ｂを直接噛み合わせずにその間に別個の伝達歯車や伝達無端チェーンなどを設ける。
【００７２】
水ウエイト室３１の重量は、水ウエイトアーム３５、水ウエイト回動軸３４及び歯車伝達機構３６を介して回動軸２５に伝わり、扉体２３の自重によって回動軸２５に作用する回転モーメントＭＧと逆向き（又は同一向き）の回転モーメントＭＢを回動軸２５に作用させる。これによって、扉体２３は上向き（又は下向き）に回動して開かれる（又は閉じられる）。
【００７３】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
前記の構成からなる水ウエイト式自動水位調節ゲートの安定条件は、歯車伝達機構３６の回動軸２５の歯車３６ａと水ウエイト回動軸３４の歯車３６ｂとが直接噛み合う場合には次のようになる。
（１） ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
ここで、ＭＧ：扉体２３による閉（左回り）方向の回転モーメント
ＭＡ：カウンタウエイト２８による開（右回り）方向の回転モーメント
ＭＢ：水ウエイト室３１による開（左回り）方向の回転モーメント
ＭＷ：水ウエイト室３１内のΔｈの水位高さの水ウエイトｗの重量による開（左回り）方向の回転モーメント
（２）水路上流側２２ａの水位面と水ウエイト室３１内の水位面は同一レベルで、ウエイト室２９内の水位面は水ウエイト室３１内の水位面よりΔｈだけ低い状態で釣り合う。
【００７４】
上記（１）（２）の状況において、水路上流側２２ａの上流水は、導水弁２９ａ及び上流水導入用可撓管３１ａを通り水ウエイト室３１内に流れ込み、水ウエイト室３１の水ウエイト調整堰３２よりウエイト室２９内に流出し、ウエイト室２９からウエイト室水位調整堰３３を通って貯水室３０へ流れ込み、戻り口３０ａから水路下流側２２ｂへ流下する。
【００７５】
前記の安定条件を維持していれば、水路２２を流下する流量は設定された水路上流側２２ａの上流側水位において、流下できるようにラジアルゲート２１は開度Ｈを保っている。つまり、ウエイト室水位調整堰３３を通じてウエイト室２９から貯水室３０に流出する水量は、水ウエイト調整堰３２を通じて水ウエイト室３１から流出される水量により補充される。水ウエイト室３１は導水弁２９ａ及び上流水導入用可撓管３１ａを通じて水路上流側２２ａの上流側水位と連通しているので、水ウエイト室３１の水ウエイト調整堰３２からの流出水量は水路上流側２２ａより常に補充される。
【００７６】
水路２２の流量が減少すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈのままでは水路上流側２２ａの上流側水位とこれに連通する水ウエイト室３１内の水位が低下する。また、水ウエイト調整堰３２及びウエイト室水位調整堰３３からは常に水が流出しているために、水ウエイト室３１内の水位とウエイト室２９内の水位は共に低下して行き、Δｈも減少してゼロ（Δｈ＝０）になる。
【００７７】
この過程において、Δｈの大きさに比例する水ウエイトｗの重量が減少して行くと、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が閉方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００７８】
ラジアルゲート２１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが減少することで、上流から流れ込む流量が低下していても、水路上流側２２ａの水面は上昇する。ラジアルゲート２１が閉方向に作動を続けると、水路上流側２２ａの水位は上昇する。
【００７９】
これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで上昇して、Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になると、ラジアルゲート２１は開方向に作動する。
【００８０】
これらラジアルゲート２１の開閉の作動により、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、設定水位において、流下する流量に見合ったラジアルゲート２１の開度Ｈを保つようになる。
【００８１】
水路上流側２２ａの水位の維持は、前記の安定条件を保つように、水ウエイト調整堰３２及びウエイト室水位調整堰３３の開度を調整し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈを一定にする。
【００８２】
ラジアルゲート２１を作動させるには安定条件を崩してやればよい。
このために、ウエイト室水位調整堰３３の越流面レベルを変化させウエイト室２９内の水面を変化させることで、水ウエイト室３１の内水との水位差を変え、水ウエイトｗの重量を変化させることで、安定条件を保つ水位差Δｈになるまで水ウエイト室３１が昇降し、これに連動してラジアルゲート２１が開閉する。
【００８３】
ウエイト室水位調整堰３３を例えば所定量上昇（＝設定水位上昇）すると、ウエイト室水位調整堰３３からの越流量が減少し、ウエイト室２９内の水位が上昇し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが減少して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＞ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が閉方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを減少させて行くことになる。
【００８４】
ラジアルゲート２１が閉方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが減少することで、水路上流側２２ａの水位は上昇する。これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで上昇して、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈも増加する。Δｈが増加するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が増加して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが増加し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート２１は停止し、水位を保持するようになる。
【００８５】
ウエイト室水位調整堰３３を例えば所定量下降（＝設定水位減少）すると、ウエイト室水位調整堰３３からの越流量が増加し、ウエイト室２９内の水位が下降し、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが増加して、前記の（１）の釣り合いの条件が崩れ、
ＭＧ＜ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
になり、ラジアルゲート２１が開方向に作動し、ラジアルゲート２１の開度Ｈを増加させて行くことになる。
【００８６】
ラジアルゲート２１が開方向に作動すると、ラジアルゲート２１の開度Ｈが増加することで、水路上流側２２ａの水位は下降する。これにより、水路上流側２２ａと連通する水ウエイト室３１内の水位も同一レベルで下降して、ウエイト室２９と水ウエイト室３１の水位差Δｈが減少する。Δｈが減少するとこれに比例する水ウエイトｗの重量が減少して、ラジアルゲート２１を開放する方向に作用する回転モーメントＭＷが減少し、
ＭＧ≒ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＷ
の条件を満足するような位置になり、開閉するラジアルゲート２１は停止し、水位を保持するようになる。
【００８７】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。前記の実施の形態ではカウンタウエイトが設けられている場合で説明したが、必要に応じて省略することも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１〜請求項３の発明に係る水ウエイト式自動水位調節ゲートによれば、水路上流側の水位が水路下流側の水位より高い所定高さ以上になると、水路上流側の水が上流水導入用可撓管を通じて水ウエイト室内に流入し、水ウエイト室の水ウエイト調整堰からの排水とウエイト室水位調整堰からの排水による損失水頭の分だけ、水ウエイト室内の水位がウエイト室の水位より高くなって、水ウエイト室に水重が発生して重くなった水ウエイト室によって、回動軸を挟んでその反対側のラジアルゲートを上げることができる。このように、水ウエイト室の水重の変動によってラジアルゲートを開閉して、流下する流量に見合った開度を保つようにすることができる。しかも、ウエイト室から貯水室へのウエイト室水位調整堰の越流面レベルを変化させて水路上流側の水位を調整するので、従来のバルブやノズルなどを利用したものに比べて、土砂や塵芥等で目詰まりを起こすこともなく、又これに起因する作動不良の発生もない。さらに、流出部の状況を外部より目視して確認でき、保守・点検も容易になる。
【００８９】
また、請求項３の発明に係る水ウエイト式自動水位調節ゲートによれば、前記の効果に加えて、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸との間では歯車伝達機構を介して回転力の伝達が行われるために、歯車の歯数比を任意に設定でき、ゲート規模や仕様に合わせて水ウエイトからの伝達力を任意に増減できる利点がある。また、ウエイト室を水路上流側寄りに設けることにより、ウエイト室及び貯水室の全長長さを短くすることが可能になり、建設コストの低減を図ることができる。さらに、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸との間では歯車伝達機構を介して回転力の伝達が行われるために、ラジアルゲートの回動軸と水ウエイト回動軸の連結又は取り外しが容易になり、運搬、据え付け等の作業が容易になる。
【００９０】
また、請求項４のように、回動軸を挟んでラジアルゲートのアームと反対側にウエイトアームを延設すると共に、ウエイトアームの基端を回動軸に連結しウエイトアームの先端にカウンタウエイトを連結した場合には、水ウエイト室の自重はカウンタウエイトと作用方向が同じであるので、水ウエイト室の自重の分だけカウンタウエイトの重量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態−１を示す原理図である。
【図２】 この発明の実施の形態−１を示す概略部分平面図である。
【図３】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の概略側断面図である。
【図４】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の他例の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示す水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図である。
【図５】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−１を示すウエイト室水位調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−１を示すウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態−２を示す原理図である。
【図７】 この発明の実施の形態−２を示す概略部分平面図である。
【図８】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の概略側断面図である。
【図９】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の他例の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示す水ウエイト調整堰の他例の概略側断面図である。
【図１０】 （Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示すウエイト室水位調整堰の概略正面図である。
（Ｂ）はこの発明の実施の形態−２を示すウエイト室水位調整堰の概略側断面図である。
【符号の説明】
１ ラジアルゲート
２ 水路
２ａ 水路上流側
２ｂ 水路下流側
３ 扉体
４ アーム
５ 回動軸
６ 軸受け
７ ウエイトアーム
８ カウンタウエイト
９ ウエイト室
１０ バルブ室
１１ 貯水室
１１ａ 戻り口
１１ｂ ウエイト室排水弁
１２ 上流水導入管
１２ａ 導水弁
１２ｂ 上流水導入バイパス管
１２ｃ 充水弁
１３ 水ウエイト室
１３ａ 上流水導入用可撓管
１４ 水ウエイト調整堰
１４ａ 開口孔
１４ｂ 堰板
１４ｃ ガイド
１５ ウエイト室水位調整堰
１５ａ 開口溝
１５ｂ 堰板
１５ｃ ガイド
１６ 水ウエイト回動軸
１７ 水ウエイトアーム
２１ ラジアルゲート
２２ 水路
２２ａ 水路上流側
２２ｂ 水路下流側
２３ 扉体
２４ アーム
２５ 回動軸
２６ 軸受け
２７ ウエイトアーム
２８ カウンタウエイト
２９ ウエイト室
２９ａ 導水弁
２９ｂ 充水弁
３０ 貯水室
３０ａ 戻り口
３０ｂ ウエイト室排水弁
３１ 水ウエイト室
３１ａ 上流水導入用可撓管
３２ 水ウエイト調整堰
３２ａ 開口孔
３２ｂ 堰板
３２ｃ ガイド
３３ ウエイト室水位調整堰
３３ａ 開口溝
３３ｂ 堰板
３３ｃ ガイド
３４ 水ウエイト回動軸
３４ａ 軸受け
３５ 水ウエイトアーム
３６ 歯車伝達機構
３６ａ 歯車
３６ｂ 歯車
Δｈ 水ウエイト室内水位とウエイト室内水位との水位差
Ｈ ラジアルゲートの開度
ｗ 水ウエイト
Claims (4)
- 水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方にウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰を設け、上記回動軸に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持したことを特徴とする水ウエイト式自動水位調節ゲート。
- 水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔ててウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通する上流水導入管を配設し、一端が上流水導入管に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸の一端に連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に延長して横設し、上記回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持したことを特徴とする水ウエイト式自動水位調節ゲート。
- 水路上方に横設された回動軸にアームを介して連結された扉体が上下回りに回動して水路を開閉するラジアルゲートを水路上流側に向けて設置し、該ラジアルゲートの側方に側壁を隔てて水路上流側に一端側が延設されたウエイト室及び水路下流側と連通する貯水室を設け、内部に水室を有する水ウエイト室を上記ウエイト室内に設け、一端側が水路上流側に連通し他端が上記水ウエイト室に連通する上流水導入用可撓管を上記ウエイト室内に配設し、上記水ウエイト室の側部に内部の水の流出を調整する水ウエイト調整堰を設け、上記ウエイト室から上記貯水室への水の流出を調整するウエイト室水位調整堰をウエイト室と貯水室を仕切る隔壁に設け、上記回動軸に歯車伝達機構を介して連動連結される水ウエイト回動軸をウエイト室の上方に横設し、上記回動軸を基準として該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと同一側になる該回動軸の前方側に向けて水ウエイトアームを延設すると共に、水ウエイトアームの基端を水ウエイト回動軸に連結し水ウエイトアームの先端に上記水ウエイト室を吊持したことを特徴とする水ウエイト式自動水位調節ゲート。
- 回動軸を挟んで該回動軸の前方側に位置するラジアルゲートのアームと反対側になる該回動軸の後方側に向けてウエイトアームを延設すると共に、ウエイトアームの基端を回動軸に連結しウエイトアームの先端にカウンタウエイトを連結した請求項１〜請求項３の何れかに記載の水ウエイト式自動水位調節ゲート。
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