JP5051588B2 - フラップゲート、水路仮壁および水路接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、管路や開水路などの水路を水位に応じて自動開閉するフラップゲート、このフラップゲートを用いた水路仮壁および水路接続方法に関し、特に、発電所増設工事などにおける新設水路と既設水路とを接続することに適したフラップゲート、水路仮壁および水路接続方法に関するものである。

従来、発電所の建設においては、発電機等の設備を将来的に増設することを前提として放水路等の設備を建設する場合がある。例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）を発電用燃料とする火力発電所では、冷却して液化貯蔵されたＬＮＧを気化させる気化器用の温熱媒体として海水を使用しており、気化器用海水の取り入れは、図１０、図１１および図１２に示すように、発電所用の取放水路３２に設置された取水槽３６から揚水して行っている。そして、発電機増設に伴って必要となる新設の放水路３０と既設の放水路３２とを既設の導水路３４で接続することで、新設の放水路３０からの海水をも取水槽３６に取り入れ得るようにしている。

導水路３４は、図１０〜図１２に示すように、将来増設される放水路と接続可能なように既設放水路３２と同時期に建設された開水路であり、既設放水路３２途中から増設予定の放水路３０側へ若干延びた態様で設けられる。導水路３４には水路を開閉するための角落とし４０（例えば、特許文献１参照）が設けられ、将来増設される放水路３０と既設放水路３２とを隔てる水路仮壁のようになっている。導水路３４は、角落とし４０の昇降スペース等を考慮して立坑によって構成される。

そして、既設放水路３２の横に放水路３０を増設する際には、導水路３４の角落とし４０を閉じて水路仮壁とし、既設放水路３２からの海水が建設中の新設放水路３０側へ流れ込むことを防いでいた。新設放水路３０が完成した後は、角落とし４０を引き上げて導水路３４を開通することで既設放水路３２と新設放水路３０とを接続していた。

一方、水路を開閉するゲートとして、水路側および河川側の水位差に応じて回動起立するフラップゲートや、フロートを備えるフラップゲートが知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。また、ゲートの上下動に伴って回転してゲート開口部を自動開閉する蓋や（例えば、特許文献４参照）、角落とし式のゲートの上下水位をフロートにより検知してゲートを開閉する構造が知られている（例えば、特許文献５参照）。

特開平４−１０２６１２号公報 特開２０００−２７３８５２号公報 特開平１１−１１７２６８号公報 特開平７−６２６３５号公報 特開平２−８０７０８号公報

ところで、上記の従来の角落としを引き上げて水路を接続する場合には、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す工程で行っていた。図１３（ａ）に示す角落としを閉じた状態では、潜水したダイバーによる補助作業を必要としていた。この場合、ダイバーは角落としの引き上げに伴う水路内の流況変化に留意する必要があった。また、図１３（ｂ）に示す角落としの引き上げの際には、重機・クレーンなどの動力を要し、こうした昇降機器の搬出入や設置、昇降機器の操作に係る作業が必要となっていた。

一方、角落としを設けるための立坑工事は手間を要するとともにコストが高く、将来的には立坑も角落としも新設放水路と既設放水路とが連結されると無用のものとなることから、より安価で簡便な水路仮壁の構造の開発が求められていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、開閉操作の手間を要しない自動開閉式のフラップゲート、このフラップゲートを用いたより安価で簡便な水路仮壁および水路接続方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るフラップゲートは、水路開口の上方に設けた支軸に回転可能に軸支された扉体によって前記水路開口を開閉するフラップゲートであって、前記扉体は、水よりも軽量の構造とされ、前記扉体が水没した場合における前記扉体に働く浮力の浮心と前記支軸との水平方向の位置が異なり、前記支軸回りの前記浮力モーメントが、前記扉体を閉方向に回転させる向きの水圧モーメントを上回る場合に、前記扉体は開方向に回転することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るフラップゲートは、水路開口の上方に設けた支軸に回転可能に軸支された扉体によって前記水路開口を開閉するフラップゲートであって、前記扉体の厚さ方向の一方側が前記水路開口縁部に接することで前記水路開口を閉じるように構成され、前記扉体の厚さ方向の他方側には、水没時に前記扉体に浮力を付与可能な浮力発生手段を備え、前記浮力発生手段による前記支軸回りの浮力モーメントが、前記扉体重量および前記扉体に作用する水圧による前記扉体を閉方向に回転させる向きの前記支軸回りのモーメントよりも大きい場合には、前記扉体は開方向に回転することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るフラップゲートは、上述した請求項２において、前記浮力発生手段は、前記水路開口を閉じた状態における前記扉体の他方側の水位が所定水位を超えると水没して前記扉体に浮力を付与するように構成されるものであり、前記扉体の一方側の水位の上昇に応じて、前記扉体の他方側に作用する水圧による前記扉体を閉方向に回転させる向きの前記支軸回りのモーメントが打ち消され、前記扉体の一方側の水位が他の所定水位を超えると、前記扉体が開方向に回転することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る水路仮壁は、上述した請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のフラップゲートからなる水路仮壁であって、前記扉体の一方側の水位が所定水位以下の場合には前記水路開口を閉じて仮壁として機能し、前記扉体の一方側の水位が所定水位を超えた場合には開方向に回転して前記水路開口を開いて前記扉体の一方側と他方側の水路を接続することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る水路接続方法は、上述した請求項４に記載の水路仮壁を用いて既設水路と新設水路とを接続する水路接続方法であって、前記扉体は、前記扉体の厚さ方向の一方側に設けられる新設水路の建設中においては前記扉体の他方側における既設水路側の水位の水圧によって閉状態とされて仮壁として機能する一方、新設水路の建設完了後に新設水路側の水位を上昇させることで前記扉体を開方向に回転させて既設水路と新設水路とを接続することを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る水路接続方法は、上述した請求項５において、既設水路は、発電所における取水路や放水路などの既設水路であることを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、水路開口の上方に設けた支軸に回転可能に軸支された扉体によって水路開口を開閉するフラップゲートであり、扉体は、水よりも軽量の構造とされ、扉体が水没した場合における扉体に働く浮力の浮心と支軸との水平方向の位置が異なり、支軸回りの浮力モーメントが、扉体を閉方向に回転させる向きの水圧モーメントを上回る場合に、扉体は開方向に回転する。

すなわち、軽量の扉体が水没していると扉体には上向きの浮力が働く。浮力の浮心と支軸との水平方向の位置が異なれば、扉体には支軸回りの浮力モーメントが作用することから、扉体は開閉いずれかの方向に回転しようとする。ここで、扉体の両側の水位がほぼ同水位になると扉体に作用する水圧による支軸回りのモーメントが打ち消されるようになり、この結果、浮力モーメントが相対的に卓越した状態となって扉体が回転して水路開口を開閉する。このように、本発明によれば、軽量の扉体に水圧が作用した際の浮力によってゲート扉体が自動的に開閉することから、ゲート開閉操作の手間を要しない。なお扉体としては、例えばＦＲＰ等の軽量材料を用いて構成してもよい。

本発明の請求項２によれば、扉体の厚さ方向の一方側が水路開口縁部に接することで水路開口を閉じるように構成され、扉体の厚さ方向の他方側には、水没時に扉体に浮力を付与可能な浮力発生手段を備える。そして、浮力発生手段による支軸回りの浮力モーメントが、扉体重量および扉体に作用する水圧による扉体を閉方向に回転させる向きの支軸回りのモーメントよりも大きい場合には、扉体は開方向に回転する。このように、本発明によれば、浮力発生手段による浮力によってゲート扉体が自動的に開閉することから、ゲート開閉操作の手間を要しない。なお、この場合、扉体は水よりも軽量構造でなくてもよい。

また、本発明の水路仮壁によれば、発電所の既設水路および新設水路の接続用として適用する場合に、重機・クレーンなどの動力やダイバーによる補助作業を要しないことから、作業コストは掛からない。また、フラップゲート方式であることから、角落とし構造における立坑や昇降機器等は不要であり、工事手間やコストを削減する一方で工期短縮を図ることができる。さらに、このフラップゲート方式は、角落とし方式に比べて一般に止水性が高いことから、新設放水路の施工作業における安全性をより向上することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係るフラップゲート、水路仮壁および水路接続方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１−１は、本発明に係るフラップゲートの概略側断面図である。

図１−１に示すように、本発明に係るフラップゲート１０は、水平床水路２の途中に設けられた水路を開閉するためのゲートであり、水路開口４の上方に設けた水平方向の支軸６に回転可能に軸支された扉体１２からなる。この扉体１２の回転によって水路開口４を開閉する。扉体１２の厚さ方向の右側１２ａには、浮力発生手段としての浮体構造体１４が設けられる。水路２には、段差による水路開口縁部としての戸当たり８が設けられてある。

フラップゲート１０が閉状態の場合には、扉体１２の厚さ方向の左側１２ｂが戸当たり８に当接することで開口４を閉じる。一方、開状態の場合には、扉体１２は反時計方向に回転し、扉体１２の左側１２ｂが戸当たり８から離れることで水路開口４を開通する。

浮体構造体１４は、水よりも比重が小さい例えば中空の構造体であり、少なくとも一部が没水すると、扉体１２に対して支軸回り反時計方向の浮力モーメントを付与可能な形態をしている。

上記構成の動作および作用について、既設水路に新設水路を接続する場合を例にとり説明する。
図２に示すように、閉状態の扉体１２は、右側１２ａの既設水路２ａの水を堰き止め、既設水路２ａに溜まった水の水圧によって左方向に押されて戸当たり８と密着し開口４を閉じている。そして、図３に示すように、右側１２ａの水位が上昇して浮体構造体１４が没水するようになると、これによる浮力が扉体１２に作用するようになる。右側水位の水圧による支軸回りのモーメントと扉体１２の重量によるモーメントとの合計が浮力モーメントを上回る場合には、扉体１２を閉方向（時計方向）に回転させるモーメントが大きいことから、扉体１２は閉状態を維持する。

この状態で、扉体１２の左側１２ｂの新設水路２ｂ側の水位を上昇してゆくと、図４に示すように、扉体１２には左右両側から水圧が作用するようになる。扉体１２に働く水圧による閉方向のモーメントは、左側１２ｂの水位の上昇に応じて次第に小さくなり、図５に示すように、左右両側の水位がほぼ同水位になると、扉体１２に作用する水圧は左右ほぼ等しくなり水圧によるモーメントは互いにキャンセルされるようになる。この結果、浮力モーメントが水圧および扉体重量によるモーメントを上回って、扉体１２は開方向に自動的に回転し始める。

図６に示すように、扉体１２が回転すると水路開口４が開かれ、これにより既設水路２ａに新設水路２ｂが接続されて通水が可能となる。なお、扉体１２は浮体構造体１４による浮力によって右側の既設水路２ａの水面付近に位置するようになり、以後、水位が下がるまでこの状態を維持する。

この状態で水路２から抜水して水位を下げると、水位の下降に応じて扉体１２は閉方向に自動的に回転し始める。図７に示すように、浮体構造体１４が浮力を発生できなくなる位置まで水位を下げると、扉体１２はその自重によってさらに閉方向に回転し、ついには戸当たり８に当接して水路開口４を自動的に閉じるようになる。

このように本発明によれば、浮体構造体１４による浮力によってフラップゲート１０の扉体１２が自動的に開閉することから、ゲート開閉操作の手間を要しない。また、ゲート１０の開閉は、扉体１２の重量と扉体１２に作用する水圧と浮力の組み合わせによって決まることから、扉体１２両側の水位差を人為的に調整することで開閉タイミングを容易に制御することができる。さらに、浮体構造体１４の上下方向の配置位置およびその浮心位置を用途に応じて適宜設定してもよく、例えばこの場合、水路２の水位条件等が将来変更されることを見越して浮体構造体１４の上下方向の配置位置やその浮心位置を調整可能な構造としてもよい。また、扉体自体が水に浮き易いような材質や構造で構成してもよいし、用途に応じて扉体の浮心位置を適宜設定してもよい。

上記の実施形態のほかに、例えば図１−２に示すようなフラップゲートとしても、本発明と同一の作用効果を奏することができる。この構成による動作および作用について説明する。

図１−２に示すように、フラップゲート１０の扉体１２自体は水に浮く材質や構造で構成されており、支軸６は、扉体１２の上方左隅に位置している。扉体１２の右側１２ａのみに水が溜まっていると、水圧により扉体１２は戸当たり８に向かって押され、開口４を閉じる状態となる。一方、扉体１２の左側１２ｂに充水し、左側１２ｂの水位を上昇していくと、扉体１２は水圧によって左側１２ｂからも押される。扉体１２両側の水圧がほぼ同程度になると支軸６回りの水圧モーメントは互いに打ち消され、この結果、支軸６回りの浮力モーメントが卓越するようになり、扉体１２が開方向（反時計方向）に回転し始める。これにより水路開口４が自動的に開かれ、扉体１２の両側の水路２は接続される。

次に、扉体１２の左側１２ｂの水位を下降させると、扉体１２を閉じようとする右側１２ａ水位による水圧モーメントが大きくなって扉体１２は自動的に閉方向（時計方向）に回転して水路開口４を閉じ、扉体１２の両側の水路２の接続を遮断する。なお、扉体１２としては、例えば扉体１２の単位体積重量が、水のそれよりも小さくなるようにＦＲＰ等を用いた軽量材料で構成したり、あるいは中空構造のものを用いてもよい。

次に、本発明のフラップゲート１０を用いた水路仮壁１００および水路接続方法の実施形態について、ＬＮＧ火力発電所増設工事（二期工事）における新設放水路と既設放水路との接続に用いられる水路仮壁を例にとり説明する。図８は、本発明に係る水路仮壁の一例を示す概略側断面図であり、図９は図８の部分拡大図である。

本発明に係る水路仮壁１００は、図８および図９に示すように、本発明のフラップゲート１０からなり、二期工事において増設される函渠型の新設放水路２０と接続可能なように、函渠型の既設導水路２４との境界に設けられる。導水路２４は、一期工事によって建設済みの函渠型の既設放水路２２の途中から新設放水路２０側へ若干延びた暗渠である。水路仮壁１００は、その右側１２ａが既設放水路２２に面し、左側１２ｂが増設予定の新設放水路２０に面するように配置される。この水路仮壁１００は、例えば、軽量のＦＲＰを用いて水よりも比重が小さくなるように構成することができる。

この構成による水路接続方法としては、まず、二期工事において既設放水路２２の横に新設放水路２０を建設する際に、導水路２４の水路仮壁１００を閉じた状態として戸当たり８に密着させて止水する。こうすることで既設放水路２２の海水を堰き止め、既設放水路２２からの海水が施工中の新設放水路２０側へ浸入することを防ぐようにする。そして、新設放水路２０が完成した後は、新設放水路２０に海水を充水して水路仮壁１００の左側１２ｂの水位を上昇させてゆき、水路仮壁１００の左右の水位をほぼ同水位にすることで浮体構造体１４の浮力によって水路仮壁１００を開方向（反時計方向）に回転させる。こうすることで、導水路２４は開通され、既設放水路２２と新設放水路２０とを自動的に接続することができる。

このように、浮体構造体１４による浮力と水路仮壁１００の左右両側の水位とに応じて、導水路２４を自動的に開閉可能であることから、従来の角落としによる水路仮壁のように、開閉作業において重機・クレーンなどの動力やダイバーによる補助作業を要しない。このため、開閉作業コストは掛からない。

さらに、水路仮壁１００は水路開口上方で水路横断方向に水平に延びる支軸６を支点として水路内を略９０度回転することで導水路２４を開閉することから、角落としのように上下方向の昇降スペースを要しない。したがって、導水路２４を立坑構造にする必要がなく、昇降機器も不要であるので、導水路工事における工事手間およびコストを削減し、工期短縮を図ることができる。

また、本発明の水路仮壁１００は、発電所が稼働中であっても浮力によって自動的に開閉可能であるため、発電所が稼働中か否かを心配する必要もない。さらに、角落とし方式に比べて一般に止水性が高いフラップゲート方式であることから、新設放水路２０の施工作業における安全性をより向上することができる。

上記の実施形態において、水路仮壁１００を開方向に回転させる場合に扉体１２の自重が比較的大きいときは回転抵抗となることから、この抵抗を打ち消すために新設放水路２０の水位を既設放水路２２よりも高く設定する場合が想定される。この場合には、放水路上流の発電所（不図示）の運転に制約が生じる可能性があるので、扉体１２を一般的な鋼製ではなく、比重１．２程度のＦＲＰを中空構造の箱型に成形した構造のものを用いることで、扉体自体が海水に浮きやすくしてもよい。

上記の実施形態では、ＬＮＧ火力発電所増設工事において新設放水路と既設放水路とを接続する水路仮壁および水路接続方法について説明したが、本発明の水路仮壁および水路接続方法はこれに限るものではなく、例えば、石炭など他の燃料を使用する火力発電所や原子力発電所、水力発電所などの発電所既設水路に新設水路を接続する水路工事に適用することが可能である。さらに発電所に限らず、上下水道などの水路を有する設備における既設と新設の水路を接続する用途に対しても適用することができる。

本発明に係るフラップゲートの一例を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの他の一例を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係るフラップゲートの開閉動作状況を示す概略側断面図である。 本発明に係る水路仮壁の一例を示す概略側断面図である。 図８の部分拡大図である。 従来の火力発電所増設工事における新設放水路と既設放水路のレイアウトの一例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図である。 従来の角落としの引き上げによる水路接続方法を説明する概念図であり、（ａ）は角落としを閉じた状態、（ｂ）は角落としを引き上げた状態、（ｃ）は水路が接続した状態である。

符号の説明

２ 水路
２ａ 既設水路
２ｂ 新設水路
４ 水路開口
６ 支軸
８ 戸当たり
１０ フラップゲート
１２ 扉体
１２ａ 扉体の右側
１２ｂ 扉体の左側
１４ 浮体構造体
２０，３０ 新設放水路
２２，３２ 既設放水路
２４，３４ 導水路
３６ 取水槽
４０ 角落とし
１００ 水路仮壁

Claims (6)

1. 水路開口の上方に設けた支軸に回転可能に軸支された扉体によって前記水路開口を開閉するフラップゲートであって、
   前記扉体は、水よりも軽量の構造とされ、前記扉体が水没した場合における前記扉体に働く浮力の浮心と前記支軸との水平方向の位置が異なり、前記支軸回りの前記浮力モーメントが、前記扉体を閉方向に回転させる向きの水圧モーメントを上回る場合に、前記扉体は開方向に回転することを特徴とするフラップゲート。
2. 水路開口の上方に設けた支軸に回転可能に軸支された扉体によって前記水路開口を開閉するフラップゲートであって、
   前記扉体の厚さ方向の一方側が前記水路開口縁部に接することで前記水路開口を閉じるように構成され、
   前記扉体の厚さ方向の他方側には、水没時に前記扉体に浮力を付与可能な浮力発生手段を備え、
   前記浮力発生手段による前記支軸回りの浮力モーメントが、前記扉体重量および前記扉体に作用する水圧による前記扉体を閉方向に回転させる向きの前記支軸回りのモーメントよりも大きい場合には、前記扉体は開方向に回転することを特徴とするフラップゲート。
3. 前記浮力発生手段は、前記水路開口を閉じた状態における前記扉体の他方側の水位が所定水位を超えると水没して前記扉体に浮力を付与するように構成されるものであり、前記扉体の一方側の水位の上昇に応じて、前記扉体の他方側に作用する水圧による前記扉体を閉方向に回転させる向きの前記支軸回りのモーメントが打ち消され、前記扉体の一方側の水位が他の所定水位を超えると、前記扉体が開方向に回転することを特徴とする請求項２に記載のフラップゲート。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のフラップゲートからなる水路仮壁であって、前記扉体の一方側の水位が所定水位以下の場合には前記水路開口を閉じて仮壁として機能し、前記扉体の一方側の水位が所定水位を超えた場合には開方向に回転して前記水路開口を開いて前記扉体の一方側と他方側の水路を接続することを特徴とする水路仮壁。
5. 請求項４に記載の水路仮壁を用いて既設水路と新設水路とを接続する水路接続方法であって、前記扉体は、前記扉体の厚さ方向の一方側に設けられる新設水路の建設中においては前記扉体の他方側における既設水路側の水位の水圧によって閉状態とされて仮壁として機能する一方、新設水路の建設完了後に新設水路側の水位を上昇させることで前記扉体を開方向に回転させて既設水路と新設水路とを接続することを特徴とする水路接続方法。
6. 既設水路は、発電所における取水路や放水路などの既設水路であることを特徴とする請求項５に記載の水路接続方法。

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