JP4550004B2 - ポンプゲートの扉門開閉方法及びポンプゲート - Google Patents

Description

本発明は、単数又は複数の扉門を備え、該扉門の開閉で水路を開閉する扉門設備に関し、特に扉門にポンプを設け、水路を閉じた状態で上流側の水を下流側に排水することができるポンプゲートの扉門開閉方法及びポンプゲートに関するものである。

現在、本川と支川との合流部に、小規模な排水施設としてポンプゲート設備を設置し、支川の氾濫を防止している。即ち大雨などで本川が増水した場合、ポンプゲート設備のゲートを閉じることで、本川側の水が支川に逆流するのを防止し、支川の上流側の水はポンプによって本川側に強制的に排水している。

図１は従来のこの種のポンプゲート設備を示す概略側断面図である。このポンプゲート設備は、水路１００を開閉するゲート１０１と、該ゲート１０１に取り付けたポンプ１０２（水中ポンプ）と、ゲート１０１に取り付けた吊り上げ部材１０３と、該吊り上げ部材１０３を上下動させゲート１０１を開閉する開閉機構（スピンドルやラック開閉機構で構成される）１０４、該開閉機構１０４をゲート１０１の上部に据え付けるためのコンクリート製構造物又は鋼製架台１０５、及び手摺１０６等を備えている。本川増水時は開閉機構１０４を駆動してゲート１０１を下降させ水路１００を閉じ、ポンプ１０２を駆動することで支川の上流側の水を下流側（本川側）に排水する。

上記従来のポンプゲート設備においては、ゲート１０１とポンプ１０２（水中ポンプ）を一体化しており、ゲート１０１は、鉛直方向に上下動するスライドゲート又はローラゲートを使用しているが、下記のような問題があった。
（イ）支川の水路の上方に立設するコンクリート製構造物又は鋼製架台や手摺を備えているため、景観を配慮する地域では採用が難しい。
（ロ）水路上部に開閉機構等の駆動機室やポンプを取り付けた扉体が残るので、通船等の水路運用に邪魔になる。
（ハ）日照の問題がある場合は採用できない。
（ニ）また、ゲートが鉛直方向に昇降して開閉する構成であるため、ゲート開閉方向と水流方向とが異なり、ゲート開閉の動力又は補助動力として水流を利用できず、専用のゲート開閉用動力機を設ける必要がある。
（ホ）また、ポンプの吐出口には逆流防止弁としてフラップ弁を設けているが、該フラップ弁は止水性が悪く、本川から支川への逆流の可能性があり、排水設備としての信頼性が劣るという問題もある。

また、景観や日照に影響を与えることなく、通船等の邪魔にならない扉門設備として、マイタゲートやスイングゲートがある。これらのゲートを構成する扉門にポンプを取り付けることも考えられるが、マイタゲートやスイングゲートに使用される扉門は荷重の支持構造が常に片持支持となるため、ポンプの荷重を支持する為には、剛性の大きい扉体構造とする必要があり、扉体が高価なものとなるという問題がある。

また、扉門を複数台設置する場合、各扉門を開閉させる駆動装置も複数台必要になると共に、各扉門に質量の大きいポンプを取り付けることにより駆動装置自体も大きくなり、これら駆動装置に駆動エネルギーを供給する電源設備等が大きくなるという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、景観や日照の障害となることなく、通船等の水路運用の邪魔になることなく、流水力及びポンプの吐出水流力を扉門開閉の動力として利用でき、止水の信頼性が高く、且つ経済的なポンプゲートの扉門開閉方法及びポンプゲートを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本願発明は、鉛直に配置された回転軸に一端が支持され、該回転軸を中心に水平方向に回転することにより水路を開閉する単数又は複数の扉門と、前記扉門の回転軸心から所定距離Ｌの位置に設けられ、前記水路を閉じた状態で上流側の水を下流側に排水する水中ポンプと、前記水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設け、前記仕切弁又は蝶型弁を開閉する駆動機とを備えたポンプゲートの扉門開閉方法であって、前記扉門の開閉時に、前記仕切弁又は蝶型弁により流量制御すると共に水中ポンプを駆動し、前記水中ポンプの正転又は逆転により発生する前記水中ポンプの吐出流の反動力により前記扉門を回転させて開閉させることを特徴とするポンプゲートの扉門開閉方法にある。

また、本願発明は、上記ポンプゲートの扉門開閉方法において、前記扉門の閉操作時は、前記仕切弁又は蝶型弁を開動作し、前記ポンプを正回転で運転することで、前記水中ポンプの吐出流の反動力を用いて前記扉門を閉じることを特徴とする。

また、本願発明は、上記ポンプゲートの扉門開閉方法において、前記扉門の閉操作時に、前記扉門の全開から第一の所定開度まで、及び、前記扉門の第二の所定開度から全閉までは、前記仕切弁又は蝶型弁を中間開度として水中ポンプの吐出量を制限し、前記扉門の回転速度を変更することを特徴とする。

また、本願発明は、鉛直に配置された回転軸に一端が支持され、該回転軸を中心に水平方向に回転することにより水路を開閉する単数又は複数の扉門と、前記扉門の回転軸心から所定距離Ｌの位置に設けられ、前記水路を閉じた状態で上流側の水を下流側に排水する水中ポンプと、前記水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設け、前記仕切弁又は蝶型弁を開閉する駆動機とを備えたポンプゲートであって、前記扉門の開閉時に、前記仕切弁又は蝶型弁により流量制御すると共に水中ポンプを駆動し、前記水中ポンプの正転又は逆転により発生する前記水中ポンプの吐出流の反動力を、前記扉門を回転させて開閉させる扉門開閉駆動手段とすることを特徴とするポンプゲートにある。

また、本願発明は、上記ポンプゲートにおいて、前記水中ポンプの回転数および回転方向を制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とする。

また、本願発明は、上記ポンプゲートにおいて、前記水中ポンプは複数台であり、各水中ポンプは前記回転軸心からそれぞれ異なる距離の位置に配置されており、前記水中ポンプの運転台数を制御して前記扉門の開閉回転速度を制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とする。

また、本願発明は、上記ポンプゲートにおいて、前記扉門が全開及び全閉の状態で、該扉門の底面が当接する傾斜面を前記水路の底面に設け、前記扉門及び該扉門に設けた前記ポンプの荷重を該扉門の底面を介して前記傾斜面で支持することを特徴とする。

また、本願発明は、上記ポンプゲートにおいて、前記扉門の全開時、該扉門が収納されるピットを前記水路の側部に設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、鉛直に配置された回転軸に一端が支持された、回動により開閉する扉門に水中ポンプを設けたので、水路上方に扉門施設を構成する構造物が立設することなく、景観や日照を害することがない。また、扉門を開いた状態では、扉門を水路の側部に寄せて水路面を開放するので、通船等の障害にならない。また、扉門を開いた状態では、扉門は水路の側部に寄っているから、扉門やポンプの分解点検において、必要最小限の吊上げ荷重を吊上げるクレーン設備でよく、分割構造によっては、クレーン装置を架装した車両（例えばユニット車）程度で扉門施設の維持管理が可能となる。これに対して従来のポンプゲートにおいては、ゲートの分解点検やポンプの分解点検時にゲートやポンプが水路中央上部にあるためブームを長くとる必要があり、吊上げ荷重の大きいトラッククレーンを水路側部に設置し、ブームを伸ばしてゲートやポンプを移動し、分解作業を行う必要がある。また、水中ポンプの吐出流の反動力（ポンプ正転時、又はポンプ逆転時の吐出流の反動力）を主動力、又は補助動力として扉門を開閉するので、扉門を回転駆動するための駆動機構及び動力を省略、又は駆動機構の簡略化及び動力を低減することができ、補助動力源とする場合は駆動機構故障時の扉門開閉のバックアップ手段として使用可能であるから、扉門の不動作による浸水被害を回避することができ、経済性に優れたポンプゲートを提供できる。水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設けたので、閉門時の前記弁からの逆流はほぼ完全に阻止でき、弁開度を調節して流量制御することができ、扉門開閉時の扉門の回転速度（開閉速度）を制御することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記扉門の閉操作時は、前記仕切弁又は蝶型弁を開動作し、前記ポンプを正回転で運転することで、前記水中ポンプの吐出流の反動力を用いて前記扉門を閉じるので、扉門の閉鎖時には仕切弁又は蝶型弁を開いて、水中ポンプを正回転させることで、水中ポンプの吐出流の反動力によって扉門を閉じることができる。

請求項３に記載の発明によれば、扉門の閉操作時に、前記扉門の全開から第一の所定開度まで、及び、前記扉門の第二の所定開度から全閉までは、前記仕切弁又は蝶型弁を中間開度として水中ポンプの吐出量を制限し、前記扉門の回転速度を変更するので、扉門の閉鎖時には扉門の全開から第一の所定開度までは遅速で、第一の所定開度から第二の所定開度までは全速で、扉門の第二の所定開度から全閉までは遅速で閉鎖され、扉門の閉鎖開始時はゆっくりした速度でポンプモータの起動電力を抑えながら扉門を回転させ、閉鎖終了時もゆっくりした速度で閉鎖し衝撃を緩和することができる。

鉛直に配置された回転軸に一端が支持された、回動により開閉する扉門にポンプを設けたので、水路上方に扉門施設を構成する構造物が立設することなく、景観や日照を害することがない。また、扉門を開いた状態では、扉門を水路の側部に片寄せて水路面を広く開放するので、通船等の障害にならない。また、扉門を開いた状態では、扉門は水路の側部に寄っているから扉門やポンプの分解点検等において、必要最小限の吊上げ荷重を吊上げるクレーン設備でよく、分割構造によっては、クレーン装置を架装した車両（例えばユニット車）程度で扉門施設の維持管理が可能となる。これに対して従来のポンプゲートにおいては、ゲートの分解点検やポンプの分解点検時にゲートやポンプが水路中央上部にあるためブームを長くとる必要があり、容量の大きいトラッククレーンを水路側部に設置し、ブームを伸ばしてゲートやポンプを移動し、分解作業を行う必要がある。また、水中ポンプの吐出流の反動力（ポンプ正転時、又はポンプ逆転時の吐出水の反動力）を主動力、又は補助動力として扉門を開閉するので、扉門を回転駆動するための駆動機構及び動力を省略、又は駆動機構の簡略化及び動力を低減することができ、補助動力源とする場合は駆動機構故障時の扉門開閉のバックアップ手段として使用可能であるから、扉門の不動作による浸水被害を回避することができ、経済性に優れたポンプゲートを提供できる。水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設けたので、閉門時の逆流はほぼ完全に阻止でき、弁開度を調節して流量制御することができ、扉門開閉時の扉門の回転速度（開閉速度）を制御することができる。

請求項５に記載の発明によれば、ポンプの回転数及び回転方向を制御するポンプ制御手段を設けたので、ポンプの吐出水流量及び吐出水流方向を制御して扉門の開閉回転速度を制御することができると共に、該扉門の全閉及び全開時の衝撃を緩和することができる。

請求項６に記載の発明によれば、回転軸心からそれぞれ異なる距離の位置に配置されている複数台の水中ポンプの運転台数を制御するポンプ制御手段を設けたので、扉門の開閉回転速度を制御することができると共に、該扉門の全閉及び全開時の衝撃を緩和することができる。

請求項７に記載の発明によれば、扉門が全開及び全閉の状態で、該扉門の底面が当接する傾斜面を水路の底面に設け、扉門及び該扉門に設けたポンプの荷重を該扉門の底面を介して傾斜面で支持するので、扉門を回転軸でのみ支持する片持ち構造に比較し、回転軸及び扉門自体の剛性を小さくできコスト低減を図ることができる。これに対し、扉門を回転軸のみで常時支持する片持ち構造では、回転軸や扉門の剛性を大きくする必要があり、その分コスト高となる。

請求項８に記載の発明によれば、扉門の全開時、該扉門が収納されるピットを水路の側部に設けたので、扉門全開時水路面は全面開放された状態となり、通船等の水路利用に支障とならない水路幅を確保できる。

以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図２（ａ）平面図、図２（ｂ）側断面図である。図において、１０は、本川と支川との合流部に設けられた水路である。本ポンプゲートは、スイングゲートと呼ばれる扉門１１を備えたポンプゲートである。扉門１１は一端が鉛直に立設配置された回転軸１２で支持され、支柱１５を中心に水平方向に回転するようになっており、水路１０の側部には扉門１１を収納するピット１３が設けられている。扉門１１を支持する回転軸１２が支柱１５を中心に回転し水路１０を塞いだ状態で扉門１１の全閉、ピット１３に収納された状態で全開という。

扉門１１には該扉門１１により水路１０を閉じた状態で水路１０の上流側（支川側）の水を下流側（本川側）に排水する２台のポンプ（水中ポンプ）１４、１４が設け（取付け）られている。扉門１１が図２（ａ）の一点鎖線で示すピット１３内に収容された状態で、ポンプ１４を起動して、吐出口１４ａから水を吐出すことにより、該噴出水流の反動力により、扉門１１が回転軸１２を介して支柱１５を中心に回転し、実線で示す位置に到達して水路１０を閉塞する。

扉門が水路１０を閉塞した状態で、ポンプ１４、１４を運転し続けると、支川側の水がポンプ１４、１４に吸い込まれ本川側に吐出される。ポンプ１４、１４は、それぞれその軸心が扉門１１の回転円の接線方向に略一致するように設けられ、且つ吐出水流の反動力が該扉門１１を開閉する十分な回転力が得られるように回転軸１２から所定の距離離間して設けられている。ポンプ１４、１４のそれぞれの吐出口にはフラップ式の逆流防止弁１６が設けられており、本川側の水位が支川側の水位より高くなってポンプ１４、１４が停止しても、ポンプ１４、１４を通って水が逆流しないようになっている。ポンプ１４、１４の運転を停止し、本川側の水位が支川側の水位より低くなった状態で、扉門１１は水路を流れる水の力、又はポンプ１４、１４の逆転による吐出水流の反動力、又はこれらの力を補助動力とする駆動力によって回転軸１２を中心に回転し、ピット１３内に収容される。なお、本実施形態例の図において、矢印Ｊは支川側から本川側に流れる水流の方向を示し、矢印Ｋは扉門の閉方向の回転方向を示す。また、ＷＬは水位を示す。

図３は本発明に係る他のポンプゲートの概略構成例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側断面図である。本ポンプゲートはマイタゲートと呼ばれる２枚の扉門１１を備えたポンプゲートである。鉛直に立設された支柱１５に回転自在に支持された回転軸１２に一端が支持された、２枚の扉門１１、１１を備え、該扉門１１、１１の他端が交互に支持し合って荷重を支える構造となっている。水路１０の両側部には扉門１１、１１を収納するピット１３、１３が設けられている。各扉門１１、１１はそれぞれ回転軸１２、１２を介して支柱１５、１５を中心に回転するようになっており、他端が互いに接近し合う方向に回転し、互いに当接し、水路１０を塞いだ状態で扉門１１、１１の全閉、他端が互いに離間する方向に回転し、ピット１３、１３に収納された状態で全開という。

各扉門１１にはポンプ（水中ポンプ）１４が設け（取付け）られている。２枚の扉門１１、１１が図３（ａ）の一点鎖線で示す両側のピット１３、１３内に収容された状態で、それぞれの扉門１１に設けたポンプ１４を起動して、吐出口１４ａ、１４ａから水を吐出すことにより、２枚の扉門１１、１１はそれぞれ回転軸１２、１２を介して支柱１５を中心に互いに反対方向に回転し、実線で示す位置、即ち扉門１１、１１の他端が互いに当接した状態で水路１０を閉塞する。

扉門が水路１０を閉塞した状態で、各扉門１１、１１に設けたポンプ１４、１４を運転し続けると、支川側の水がポンプ１４、１４に吸い込まれ吐出口１４ａ、１４ａから本川側に吐出される。各扉門１１、１１に設けられたポンプ１４、１４はそれぞれその軸心が扉門１１、１１の回転円の接線方向に略一致するように設けられ、且つ吐出水流の反動力が該扉門１１、１１を開閉するのに十分な回転力となるように回転軸１２、１２から所定の距離離間して設けられている。ポンプ１４の吐出口にはフラップ式の逆流防止弁１６が設けられており、本川側の水位ＷＬが支川側の水位より高くなってポンプ１４、１４が停止しても本川側の水が支川側に逆流しないようになっている。ポンプ１４、１４の運転を停止し、本川側の水位が支川側の水位より低くなった状態で、各扉門１１、１１は水路を流れる水の力、又はポンプ１４、１４の逆転による吐出水流の反動力、又はこれらの力を補助動力とする駆動力によって回転軸１２、１２を中心に回転し、両側に設けたそれぞれのピット１３、１３内に収容される。

図４はポンプにより吐出した流水の流体力Ｆと反動力Ｆ’と扉門の回転モーメントの関係を示す図で、図４（ａ）はポンプＰで流量Ｑ（ｍ³／ｓ）の水を吐出した場合の流水の流体力Ｆと反動力Ｆ’の計算例を示す図である。反動力Ｆ’は
Ｆ’＝Ｆ＝γＱΔＶ
で表される。但し、γは水の１立方メートル当りの重量（Ｋｇ／ｍ³）、Ｑは流量、ΔＶは流速である。ここで流量Ｑ＝０．５（ｍ³／ｓ）の水を流速ΔＶ＝３（ｍ／ｓ）で吐出した場合、反動力Ｆ’は、
Ｆ’＝１５００（Ｎ）
となる。回転軸１２の軸心から距離Ｌの位置から水を噴射すると扉門１１はＦＬの回転モーメントを受け回転する。

図４（ｂ）に示すように、扉門１１に回転軸１２の軸心から距離Ｌ１、Ｌ２だけ離間させて２台のポンプ１４、１４を設置した場合で、各ポンプ１４、１４から、流量Ｑ＝０．５（ｍ³／ｓ）の水を流速ΔＶ＝３（ｍ／ｓ）で吐出した場合、各ポンプ１４、１４の反動力Ｆはそれぞれ、
Ｆ’＝１５００（Ｎ）
となり、扉門１１はＦ’（Ｌ１＋Ｌ２）の回転モーメントで回転する。つまり、扉門１１の２台のポンプ１４を設けた場合、回転力が高く効率がよい。

上記例では、ポンプ１４を正回転させ、ポンプ吸込口で吸い込んだ水を吐出口１４ａから吐出し、噴流水の反動力で扉門１１を閉じる方向に回転させ、扉門１１を開く場合は水路１０を流れる水流で行う例を示したが、ポンプ１４を逆回転させることにより、扉門１１を閉じる方向にも回転させることができる。但し、この場合、図５に示すようにポンプ１４にはその吐出口１４ａにフラップ式の逆流防止弁１６をヒンジピン１７で回動自在に設けられている。したがってポンプ１４の羽根車１４ｂを正回転している場合は、図５（ａ）に示すように、吸込口１４ｃから吸い込まれた水はポンプケーシング内を通って吐出口１４ａから吐き出され、逆流防止弁１６は開くから問題はない。しかしながら、ポンプ１４を逆回転させた場合、吐出口１４ａから本川側の水を吸い込もうとしても、逆流防止弁１６が閉じて吸い込むことができない。

そこでここでは、図６に示すように、ポンプ１４のケーシングの扉門１１より支川側にケーシングの内側に開くフラップ弁１８をヒンジピン１９で回動自在に設ける。このようにフラップ弁１８を設けることにより、ポンプ１４が正回転している場合は、図６（ａ）に示すように、吸込口１４ｃから吸い込まれた水はポンプケーシング内を通って吐出口１４ａから吐き出され、フラップ弁１８は水圧に押されて閉じる。ポンプ１４を逆回転させた場合は、図６（ｂ）に示すように逆流防止弁１６が閉じ、フラップ弁体１８は開くから、ここから吸い込まれた水は吸込口１４ｃから吐き出されることになり、その噴流水の反動力で扉門１１は開く方向に回転する。従って、ポンプ１４を逆回転させることにより、その噴出水流の反動力で扉門を開く方向に回転させることができる。

扉門１１にポンプ１４を図７（ｂ）に示すように、その軸心が水平になるように取り付けた場合、ポンプ１４を正回転させると、逆流防止弁１６はヒンジピン１７を中心に回動して開放するが、水平状態になるわけではなく、下方に所定角度で傾斜した状態となる。これにより吐出口１４ａから吐き出された水流は所定角度傾斜した下向きになる。この水流の流体力Ｆは水平方向の成分Ｆｘと垂直方向の成分Ｆｙの合成となり、扉門１１の回転に寄与する反動力Ｆ’はＦ’＝Ｆｘとなり、小さい回転力しか得られない。

そこでここでは、図８（ｂ）に示すように、ポンプ１４の吐出口１４ａに設けた逆流防止弁１６の弁体を二つの弁体片１６ａ、１６ａに分割すると共に、ヒンジピン１７も二つのヒンジピン１７ａに分割している。ヒンジピン１７ａを水平より所定角度傾斜させて配置し、各弁体片１６ａはヒンジピン１７ａを中心に回動するようにしている。これにより、吐出口４１ａから吐き出された水流により、弁体１６ａは図８（ｃ）に示すようにカブトムシの羽のように両側に開いて開くことになり、吐出口１４ａから吐き出された噴出水量の多くは水平方向に流れその流体力Ｆの水平成分Ｆｘが大きくなる。従って、大きな反動力Ｆ’（＝Ｆｘ）が得られ、扉門１１は大きな回転力で回転することになる。

また、図７に示すように、ポンプ１４をその軸心が水平になるように扉門１１に取り付けた場合、吐出口１４ａから吐き出される水流は斜め下向きになるので、図９に示すように、ポンプ１４をその吐出口１４ａが吸込口１４ｃより上方になるようにその軸心を傾斜させて設けることにより、吐出口１４ａから吐き出される水流はより水平に近くなり、水平方向の流体力Ｆｘが大きくなり、反動力Ｆ’＝Ｆｘも大きくなる。従って扉門１１は大きな回転力で回転することになる。

図１０は本発明に係るポンプゲートの他の概略構成例を示す図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側断面図である。本ポンプゲートではポンプ１４の吐出口１４ａと逆流防止弁１６の間に完全な止水性を持つ止水弁２１を設けている。即ち、逆流防止弁１６の上流側に下流（本川側）から上流（支川側）へ向かって流れる水を完全に止めることができる止水弁２１を設けている。この止水弁２１には仕切弁又は蝶型弁を用い、駆動機２２で開閉できるようにする。該駆動機２２の設置位置は、最大水位ＨＷＬ以上の高さに設置する。このように完全な止水性を持つ止水弁２１を設けたことにより、フラップ式の逆流防止弁１６のみでは、ポンプ１４の吐出口１４ａと逆流防止弁１６の間に塵芥等の異物が挟まった場合、逆流を完全に止水することができないが、止水弁２１を設けることにより、駆動機２２により止水弁２１を閉じることにより止水できる。

なお、逆流を完全に止めることができる止水弁２１を設ける場合は、図１１に示すように、止水弁２１のみとし、フラップ式の逆流防止弁１６を省略してもよい。また、図１０ではスイングゲート式の扉門１１を備えたポンプゲートを示したが、図３に示すようなマイタゲート式の扉門１１に取り付けたポンプ１４の吐出口１４ａに止水弁２１を設けることも、当然可能できる。

図１２は図１０に示すポンプゲートのポンプ始動操作制御の一例を示す図で、図１３はポンプ停止操作制御の一例を示す図である。ポンプ１４を始動する場合は、図１２に示すように、先ずポンプ運転指令を出す（ステップＳＴ１）。駆動機２２を起動して止水弁２１の開動作を開始し（ステップＳＴ２）、止水弁２１が全開となる（ステップＳＴ３）。上記ステップＳＴ２の止水弁２１の開動作を開始すると同時にタイマをスタートさせ（ステップＳＴ４）、該タイマの設定時間後にポンプ１４に電源を供給するためのポンプ遮断器を入れる（ステップＳＴ５）。これによりポンプの始動は完了する（ステップＳＴ６）。タイマの設定時間は締切運転が不可能な軸流ポンプなどの特性に合わせて任意に時間を設定する。

ポンプを停止する場合は、図１３に示すように、ポンプ１４の故障検出（ステップＳＴ１１）又はポンプの停止指令（ステップＳＴ１２）により、ポンプ１４に電源を供給しているポンプ遮断器を切る（ステップＳＴ１３）と同時に、駆動機２２を起動して止水弁２１の閉鎖を開始する（ステップＳＴ１４）。止水弁２１が全閉となることにより（ステップＳＴ１５）、ポンプ停止は完了する（ステップＳＴ１６）。

図１０に示すポンプゲートにおいて、止水弁２１が完全に止水性を有すると共に、弁開度により流量を制御できる止水・流量制御弁を用いることにより、該止水・流量制御弁により流量制御とポンプ１４の正転逆転による吐出水流方向制御により、扉門１１の開方向及び閉方向の回転速度を制御することができる。従って、例えば扉門１１が全閉及び全開に近づいた時、回転速度を遅くすることにより、扉門１１が全閉及び全開時の衝撃を緩和することができる。

図１４は扉門１１の閉操作制御の一例を示す図である。扉門閉指令を出す（ステップＳＴ２１）。止水弁２１の開動作開始し（ステップＳＴ２２）、止水弁２１の中間開度を検知したら（ステップＳＴ２３）、ポンプ１４を正回転で運転する（ステップＳＴ２４）と同時に、止水弁２１の開動作を停止する（ステップＳＴ２５）。この状態で扉門１１を遅速で規定の開度１（中間開）まで到達させる（ステップＳＴ２６）。扉門１１が規定の開度１に到達したら、止水弁２１の開動作を開始し（ステップＳＴ２７）、この状態で扉門１１を全速で規定の開度２（全閉付近）まで到達させる（ステップＳＴ２８）。扉門１１が規定の開度２に到達したら、止水弁の閉動作を開始し（ステップＳＴ２９）、止水弁２１の中間開度を検知したら（ステップＳＴ３０）、止水弁２１の閉動作を停止する（ステップＳＴ３１）。これにより、遅速動作で扉門を開度２から全閉に移動させ、扉門１１が全閉となった状態で（ステップＳＴ３２）、ポンプ１４を停止する（ステップＳＴ３３）と同時に、止水弁２１の閉動作を開始し（ステップＳＴ３４）、止水弁２１を全閉する（ステップＳＴ３５）。

また、図示は省略するが、図１０のポンプゲートにおいて、ポンプ１４をインバータ装置により駆動するように構成し、該インバータ装置を制御してポンプ１４の回転数及び回転方向を制御できるようにする。これによりポンプ１４の吐出水流量及び吐出水流方向を制御できるから、扉門１１の開方向及び閉方向の速度を制御できる。従って、例えば扉門１１が全閉及び全開に近づいた時、回転速度を遅くすることにより、扉門１１が全閉及び全開時の衝撃を緩和することができる。

図２に示すポンプゲートのように、２台のポンプ１４、１４がそれぞれ回転軸１２の軸心から異なった距離離に取り付けられている場合、扉門１１は衝撃なく全閉及び全開することができる。制御方法の一例を図１５により説明する。図１５に示すように、回転軸１２の軸心に近い位置のポンプ１４−１を１号機、離れた位置のポンプ１４−２を２号機とする。扉門１１の全閉（Ａ位置）、全開（Ｂ位置）で衝撃が生じないようするには、Ａ位置、Ｂ位置付近で回転軸１２に近い１号ポンプ１４−１を運転し、回転モーメントを最小とする。これにより扉門１１の衝撃全閉、衝撃全開（急開動作）を防止できる。また、扉門１１の中間開（Ｃ位置）では回転軸１２から離れた２号ポンプ１４−２又は２号ポンプ１４−２と１号ポンプ１４−１を運転することにより、回転モーメントが大きくなり、扉門１１の開閉スピードを上げることができる。即ち、扉門１１に複数台のポンプ１４が回転軸１２からそれぞれ異なった距離で離れた位置に取り付けられている場合、ポンプの運転台数を制御することにより、扉門１１の開閉のための回転速度（開閉速度）を制御することができると共に、該扉門１１の全閉及び全開時の衝撃を緩和することができる。

図１６は本発明に係るポンプゲートの構成を示す図で、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）はＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を示す。本ポンプゲートは図２に示すポンプゲートと同様、スイングゲートと呼ばれる扉門１１を備えたポンプゲートである。図示するように扉門１１の底部は断面逆山形に形成されている。そして水路１０の底面１０ａの扉門１１の全閉位置、ピット１３の底面１３ａの扉門の全開位置には、扉門１１の底部逆山形の両斜面のいずれか一方の斜面が当接する傾斜面１０ｂ、１３ｂが形成されている。

上記のように水路１０の底面１０ａの扉門１１の全閉位置、ピット１３の底面１３ａの扉門１１の全開位置に傾斜面１０ｂ、１３ｂを設けることにより、扉門１１が全閉位置や全開位置に達すると、扉門１１の底部の傾斜面がこの傾斜面１０ｂ、１３ｂに当接し、扉門１１やポンプ１４等の荷重を扉門１１の底部の傾斜面を介して傾斜面１０ｂ、１３ｂで支持するので、扉門１１を回転軸１２でのみ支持する片持ち構造に比較し、回転軸１２及び扉門１１自体の剛性を小さくできコスト低減を図ることができる。これに対し、扉門１１やポンプ１４を回転軸１２のみで常時支持する片持ち構造では、回転軸１２や扉門１１の剛性を大きくする必要があり、その分コスト高となる。

図１７は本発明に係るポンプゲートの他の構成を示す図で、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）はＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を示す。本ポンプゲートは図３に示すポンプゲートと同様、マイタゲートと呼ばれる２枚の扉門１１を備えたポンプゲートである。図示するように扉門１１の底部は断面逆山形に形成されている。そして水路１０の底面１０ａの扉門１１の全閉位置、ピット１３の底面１３ａの扉門の全開位置には、扉門１１の底部逆山形の両斜面のいずれか一方の斜面が当接する傾斜面１０ｂ、１３ｂが形成されている。

上記のように水路１０の底面１０ａの扉門１１の全閉位置、ピット１３の底面１３ａの扉門の全開位置に傾斜面１０ｂ、１３ｂを設けることにより、扉門１１が全閉位置や全閉位置に達すると、扉門１１の底部の傾斜面がこの傾斜面１０ｂ、１３ｂに当接し、扉門１１やポンプ１４等の荷重を扉門１１の底部の傾斜面を介して傾斜面１０ｂ、１３ｂで支持するので、扉門１１を回転軸１２でのみ支持する片持ち構造に比較し、回転軸１２及び扉門１１自体の剛性を小さくできコスト低減を図ることができる。これに対し、扉門１１やポンプ１４を回転軸１２のみで常時支持する片持ち構造では、回転軸１２や扉門１１の剛性を大きくする必要があり、その分コスト高となる。

図１８は本発明に係るポンプゲートの他の構成例を示す図である。本ポンプゲートは、ホンプ１４、１４を取り付けた扉門１１を全開として一点鎖線で示すように、ピット１３内に収容した状態で、ピット１３の水路１０側に角落（仕切板）２５を取り付け、ピット１３内を水路１０から遮断できるようになっている。また、図示は省略するが、ピット１３内を水路１０から遮断した状態でピット１３内の水を排水（抜水）する排水（抜水）装置を設けている。このように扉門１１をピット１３内に収容した状態で、角落（仕切板）２５でピット１３内と水路１０を遮断し、排水（抜水）装置でピット１３内の水を排水することにより、ピット１３内でポンプ１４等の点検分解を実施することができる。また、図示は省略するが、ポンプ１４の吐出口に設けるフラップ式の逆流防止弁を、扉門１１のポンプ取付け穴の本川側に設けることにより、ポンプ点検等でポンプ１４を扉門１１から取り外しても、逆流防止弁は扉門１１に残るから、扉門１１で水路１０を閉じることにより、本川側から支川側への水の逆流を防止できる。

また、この場合、不測の事態に備え、ピット１３より下流側の水路１０も角落（仕切板）２６で仕切り、下流側（本川側）からの逆流を防ぐようにするとよい。この角落（仕切板）２６は角落（仕切板）２５と共用してもよい。なお、図１８ではスイングゲート型の扉門１１を備えたポンプゲートを示したが、図３に示すようにマイタゲート型の扉門とし、水路１０の両側部に該扉門を収納するピットを設けたポンプゲートとしてもよいことは当然である。

図１９は本発明に係るポンプゲートの他の構成例を示す図で、図１９（ａ）は扉門を全開にした状態を示し、図１９（ｂ）は扉門を全閉にした状態を示す。本ポンプゲートは、ポンプ１４、１４を取り付けた扉門１１の前面（扉門を閉じた状態で上流側面）にポンプ１４，１４に侵入しようとする塵芥を捕捉するスクリーン２７を扉門１１に取り付けている。スクリーン２７は図１９（ｂ）に示すように、扉門１１が全閉となった状態で、捕捉した塵芥をピット１３に導くように傾斜を設けて取り付けてられている。また、扉門１１が全閉となった状態でピット１３内を仕切る仕切板２８を該扉門１１と一体的に設けている。

上記のように扉門１１に塵芥補足用のスクリーン２７を一体的に設けることにより、ポンプ１４に侵入しようとする塵芥はこのスクリーン２７で捕捉されるから、ポンプ１４が大きな塵芥を吸い込んで破損したり、羽根車が拘束されるという問題は起こらない。従って、従来扉門の上流側に別途設けられていた除塵設備を省略できる。また、扉門１１を全開とした場合、スクリーン２７も扉門１１に伴ってピット１３内に収容されるから、水路１０内に残ることなく、通船や水流の障害とならない。また、スクリーン２７を捕捉した塵芥を水路１０の側部に設けたピット１３に導くように傾斜を付けて取り付けているので、スクリーン２７で捕捉された塵芥はピット１３内に導かれ、排水終了後扉門１１を開状態にすることにより、塵芥を下流へ流すことが可能となり、従来必要であった塵芥の引上げ装置及び処理が不要となり、維持管理性に優れた設備とすることが可能である。なお、ピット１３は水路１０の側部に設けられている為、ピット１３から塵芥を引き上げる場合でも安全、且つ簡易に引き上げ、除去することが可能である。

なお、図１９ではスイングゲート型の扉門１１を備えたポンプゲートを示したが、図３に示すようにマイタゲート型の扉門１１とし、扉門１１に塵芥捕捉用のスクリーン２７と仕切板２８を設け、水路１０の両側部に該扉門１１を収納するピットを設けたポンプゲートとしてもよいことは当然である。

図２０は本発明に係るポンプゲートの他の構成例を示す平面図である。本ポンプゲートは図２に示すポンプゲートと同様、ポンプ１４、１４を取り付けたスイングゲート型の扉門１１を備えたポンプゲートである。図２０において、３０は手動で操作するハンドルであり、該ハンドル３０は減速機構３１を介して回転軸１２に連結されている。減速機構３１は手動でハンドル３０を回転した場合、その回転力が回転軸１２に伝達され、扉門１１を手動で回転させることができる減速比を備えた減速機構である。このように減速機構３１の減速比をバンドル３０を手動で回転させて扉門１１を回転できる程の減速比（大きい減速比）とすることにより、ポンプ１４、１４や扉門駆動機構が故障等で扉門１１の回転できないときでも、扉門１１の回転が手動操作で可能となる。なお、ハンドル３０は陸上で操作しやすい位置に設置する。

また、扉門１１の反回転軸側に端部に略直角に屈折した操作棒３２を取り付け、該操作棒３２を人力で押すことにより、扉門１１を全閉位置（図２０のＡ位置）から中開位置（図２０のＢ位置）、中開位置から全開位置（図２０のＣ位置）へ移動、即ち扉門１１を開方向に回転移動させることができる。また、反対に扉門１１を閉方向に移動させることができる。操作棒３２の長さは人力で扉門１１を回転できる長さとする。なお、操作棒３２は扉門１１が全閉状態、全開状態で着脱できる構成としてもよい。この場合は、扉門１１の反回転軸側端部に直線状の操作棒３２の先端部が挿入できる複数の穴を設け、扉門１１の開閉度に応じて操作棒３２の先端部を挿入する穴を替えて行うようにするとよい。

なお、図２０ではスイングゲート型の扉門１１を備えたポンプゲートを示したが、図３に示すようにマイタゲート型の扉門１１とし、各扉門１１の一端が支持する回転軸１２を手動で操作できるハンドル３０と減速機構３１を設けてもよいことは当然である。また、各扉門１１の反回転軸側の端部に操作棒３２を取り付け、該操作棒３２を人力で扉門を押すことにより、扉門１１の開閉ができるようにしてもよいことは当然である。

また、上記実施形態では、ポンプ１４の吐き出し噴流水の反動力で扉門１１を開閉する例を示したが、扉門１１を開閉する回転力はこの噴流水の反動力により限定するものではなく、その他に扉門１１に回転力を与える駆動機構を設けてもよく。要はポンプ１４の吐き出し噴流水の反動力を扉門１１を回転させる主力、補充力とするものであればよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

従来のポンプゲート設備の概略構成を示す側断面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側断面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側断面図である。 ポンプにより吐出した流水の流体力Ｆと反動力Ｆ’と扉門の回転モーメントの関係を示す図である。 本発明に係るポンプゲートのポンプと吸込み吐出し流を示す図である。 本発明に係るポンプゲートのポンプと吸込み吐出し流を示す図である。 本発明に係るポンプゲートのポンプをその軸心を水平に取付けた場合の流体力と扉門回転に寄与する反動力の関係を示す図である。 本発明に係るポンプゲートのポンプを吐出口に設けた逆流防止弁の構造を示す図である。 本発明に係るポンプゲートのポンプを吐出口が吸込口より高くなるように傾斜させて取付けた場合の流体力と扉門回転に寄与する反動力の関係を示す図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側断面図である。 本発明に係るポンプゲートの扉門、ポンプ、及び止水弁の概略構成例を示す側面図である。 図１０に示すポンプゲートのポンプ始動操作制御のフローを示す図である。 図１０に示すポンプゲートのポンプ停止操作制御のフローを示す図である。 図１０に示すポンプゲートの扉門の閉操作制御のフローを示す図である。 図２に示すポンプゲートの扉門閉動作のポンプの運転状態を示す図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）はＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）はＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す平面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す図で、図１９（ａ）は扉門全開状態の平面図、図１９（ｂ）はは扉門全閉状態の平面図である。 本発明に係るポンプゲートの概略構成例を示す平面図である。

符号の説明

１０ 水路
１１ 扉門
１２ 回転軸
１３ ピット
１４ ポンプ
１５ 支柱
１６ 逆流防止弁
１７ ヒンジピン
１８ フラップ弁
１９ ヒンジピン
２１ 止水弁
２２ 駆動機
２５ 角落（仕切板）
２６ 角落（仕切板）
２７ スクリーン
２８ 仕切板
３０ ハンドル
３１ 減速機構
３２ 操作棒

Claims (8)

1. 鉛直に配置された回転軸に一端が支持され、該回転軸を中心に水平方向に回転することにより水路を開閉する単数又は複数の扉門と、前記扉門の回転軸心から所定距離Ｌの位置に設けられ、前記水路を閉じた状態で上流側の水を下流側に排水する水中ポンプと、前記水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設け、前記仕切弁又は蝶型弁を開閉する駆動機とを備えたポンプゲートの扉門開閉方法であって、
   前記扉門の開閉時に、前記仕切弁又は蝶型弁により流量制御すると共に水中ポンプを駆動し、前記水中ポンプの正転又は逆転により発生する前記水中ポンプの吐出流の反動力により前記扉門を回転させて開閉させることを特徴とするポンプゲートの扉門開閉方法。
2. 請求項１に記載のポンプゲートの扉門開閉方法において、
   前記扉門の閉操作時は、前記仕切弁又は蝶型弁を開動作し、前記ポンプを正回転で運転することで、前記水中ポンプの吐出流の反動力を用いて前記扉門を閉じることを特徴とするポンプゲートの扉門開閉方法。
3. 請求項２に記載のポンプゲートの扉門開閉方法において、
   前記扉門の閉操作時に、前記扉門の全開から第一の所定開度まで、及び、前記扉門の第二の所定開度から全閉までは、前記仕切弁又は蝶型弁を中間開度として水中ポンプの吐出量を制限し、前記扉門の回転速度を変更することを特徴とするポンプゲートの扉門開閉方法。
4. 鉛直に配置された回転軸に一端が支持され、該回転軸を中心に水平方向に回転することにより水路を開閉する単数又は複数の扉門と、前記扉門の回転軸心から所定距離Ｌの位置に設けられ、前記水路を閉じた状態で上流側の水を下流側に排水する水中ポンプと、前記水中ポンプの吐出口に止水性に優れ流量制御可能な仕切弁又は蝶型弁を設け、前記仕切弁又は蝶型弁を開閉する駆動機とを備えたポンプゲートであって、
   前記扉門の開閉時に、前記仕切弁又は蝶型弁により流量制御すると共に水中ポンプを駆動し、前記水中ポンプの正転又は逆転により発生する前記水中ポンプの吐出流の反動力を、前記扉門を回転させて開閉させる扉門開閉駆動手段とすることを特徴とするポンプゲート。
5. 請求項４に記載のポンプゲートにおいて、
   前記水中ポンプの回転数および回転方向を制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とするポンプゲート。
6. 請求項４又は５に記載のポンプゲートにおいて、
   前記水中ポンプは複数台であり、各水中ポンプは前記回転軸心からそれぞれ異なる距離の位置に配置されており、前記水中ポンプの運転台数を制御して前記扉門の開閉回転速度を制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とするポンプゲート。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載のポンプゲートにおいて、
   前記扉門が全開及び全閉の状態で、該扉門の底面が当接する傾斜面を前記水路の底面に設け、前記扉門及び該扉門に設けた前記ポンプの荷重を該扉門の底面を介して前記傾斜面で支持することを特徴とするポンプゲート。
8. 請求項４乃至７のいずれか１項に記載のポンプゲートにおいて、
   前記扉門の全開時、該扉門が収納されるピットを前記水路の側部に設けたことを特徴とするポンプゲート。

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