JP5937118B2

JP5937118B2 - 水路用制水装置

Info

Publication number: JP5937118B2
Application number: JP2014012678A
Authority: JP
Inventors: 博司片山
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: JP2015140534A

Description

本発明は、水路内を流れる水の流量が所定量よりも多くなならないように制限するための水路用制水装置に関する。

水路式の水力発電所において併設された水路には、所定の流量以上の水を流さないようにするための水路用制水装置が設けられている。この水路用制水装置は、種々提供されているが、一例とし、水路に固定される筒状の取水体と、この取水体内で回転可能に支持された水車ゲートと、水車ゲートの逆転を阻止する上部ストッパ及び下部ストッパとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

水車ゲートは、水平姿勢とされた回転軸と、この回転軸の径方向に突出した複数の遮水羽根板及び複数の取水制限羽根板とを備えている。遮水羽根板は、板状体で水の通過を阻止する。取水制限羽根板は、網状体で水を通過させる。上部ストッパ及び下部ストッパは、水車ゲートの一方向（反時計方向）の回転を許容し、他方向（時計方向）の回転を阻止する機能を有している。

水路の水位が通常水位以下のときは、水車ゲートの下向きの遮水羽根板が水圧を受けることで、遮水羽根板及び取水制限羽根板が一方向に回転する。水路の水位が設定値を超えると、上向きの遮水羽根板が水圧を受けることで、遮水羽根板及び取水制限羽根板が逆方向に回転し、遮水羽根板が上部ストッパに当接し、取水制限羽根板が下部ストッパに当接することで、水車ゲートの回転がロックされた状態に停止する。

この水車ゲートの回転がロックされた状態において、下向きとなった遮水制限羽根板を所定の流量以下の水が通過する。したがって、この水路用制水装置では、水路の水位が設定値を超えたときにおいて、水路を流れる水の流量を制限された所定量以下とすることができる。

特開２０１２−７３１２号公報

上記の水路用制水装置にあっては、水車ゲートの回転軸が取水体内に支持されているため、遮水羽根板と取水制限羽根板とが完全に水没したときに、水車ゲートが停止して、制限された流量以下の水が水路を流れる。しかし、遮水羽根板と取水制限羽根板とが完全に水没するまでの、低い水位においても、水路を流れる水の流量を制限したい場合がある。

そこで、本発明は、水路内の水位に関わりなく、水路を流れる水を制限することができるようにした水路用制水装置を提供することを課題とする。

本発明に係る水路用制水装置は、水路の所定位置に配備される水車ゲートであって、水路の伸びる方向に対して交差し、水面に浮上する浮力を有する回転軸及び該回転軸から径方向に突出した複数枚の羽根板を有する水車ゲートと、
水位の上昇によって上昇した水車ゲートの羽根板を衝止させる上部ストッパであって、水底の方を向いている羽根板の下端縁と水底との間の距離が水車ゲートよりも上流側の水の流下を制限する開度で保持されるように、水車ゲートの回転及び浮力による上昇を衝止する位置に設けられた上部ストッパとを備えていることを特徴としている。

この水路用制水装置によれば、水車ゲートが浮力を有する回転軸を有していることにより、水路を流れる水の水位が低下したり上昇したりしたときに、その水位の変動に追従して無電源で水車ゲートが下降したり上昇したりする。

また、水位が上昇することで上昇した水車ゲートは、羽根板が上部ストッパに当接することで、回転できなくなり、水車ゲートと水底との間が所定の開度に維持される。したがって、上昇した水車ゲートより上流側の水は、水車ゲートと水底との間から所定の水量以下で下流側へ流下する。

ここで、本発明に係る水路用制水装置の一態様として、水位の低下によって下降する水車ゲートを水底に衝突させないようにする下部ストッパを備えている構成を採用することができる。この水路用制水装置によれば、水位が低下することで下降した水車ゲートが下部ストッパによって、それ以上、下降しないように下限位置で規制され、羽根板が水底に衝突することなく回転するようにすることができる。

また、本発明に係る水路用制水装置の他態様として、前記回転軸は、前記羽根板を固定するシャフトと、該シャフトの全部又は一部を囲むフロートとを備えている構成を採用することができる。この水路用制水装置によれば、羽根板がシャフトに強固に固定され、また、フロートの材質や外径などを変更することにより水車ゲートの浮力を容易に調整することができる。

また、本発明に係る水路用制水装置のさらに異なる他態様として、基端側が前記水路に支持され、先端側が前記水車ゲートの回転軸を支持するアームを備えている構成を採用することができる。この水路用制水装置によれば、水車ゲートの回転軸がアームに支持され、アームが水路に支持されることで、水車ゲートが所定の位置で上昇したり下降したりする。

この場合、前記回転軸は、筒状に成形され、前記アームは、前記各側壁に沿う平行な２本のロッド部と、該ロッド部の先端に設けられ、前記水車ゲートの筒状の回転軸に挿通される支軸部とを備えている構成を採用することができる。この水路用制水装置によれば、水車ゲートがアームの２本のロッド部によって安定して支持され、そして、支軸部が筒状の回転軸に挿通されることで、回転軸が安定して周方向に回転する。

また、本発明に係る水路用制水装置のさらに異なる他態様として、前記水車ゲートの羽根板と上部ストッパの少なくとも一方は、互いに当接する部位に緩衝部材を備えている構成を採用することができる。この水路用制水装置によれば、特に羽根板が勢いよく回転している場合であっても、羽根板に備えられた緩衝部材が上部ストッパに当接することで、又は羽根板が上部ストッパに備えられた緩衝部材に当接することで、又は羽根板に備えられた緩衝部材と上部ストッパに備えられた緩衝部材が当接することで、羽根板が衝撃力を受けないようにすることができる。

本発明によれば、水路内の水位に関わりなく、水路を流れる水を制限することができるようにした水路用制水装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、制限取水状態を示す断面正面図である。図２は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、制限取水状態を示す断面平面図である。図３は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、制限取水状態を示す断面側面図である。図４は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、通常取水状態を示す断面正面図である。図５は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、通常取水状態を示す断面側面図である。図６は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、通常取水状態を示す断面正面図である。図７は、本発明に係る水路用制水装置の一実施形態であって、通常取水状態を示す断面側面図である。

本発明に係る水路用制水装置の一実施形態について図１ないし図７を参照しながら説明する。この水路用制水装置は、水路１の所定位置に配備される。水路１は、一対の側壁２，２と、この側壁２，２の下端の水底３とによって構成される。

そして、水路用制水装置は、水位の変動に追従して下降したり上昇したりする水車ゲート１０と、上昇した水車ゲート１０を所定の位置で衝止し、それ以上上昇しないようにする上部ストッパ４０とを備えている。さらに、水路用制水装置は、水車ゲート１０を支持するアーム２０と、下降した水車ゲート１０を衝止する下部ストッパ３０とを備えている。

水車ゲート１０は、水面に浮上する浮力を有する回転軸１１と、この回転軸１１から径方向に突出した複数枚（図面では正面視が十字状の４枚であるが、２枚以上であれば何枚でもよい。）の羽根板１２とを備えている。回転軸１１は、水路１の伸びる方向と交差する方向、好ましくは直交方向に向けられる。そして、回転軸１１は、羽根板１２を固定するシャフト１１ａと、このシャフト１１ａのほぼ全長を囲む円柱状のフロート１１ｂとを備えている。

シャフト１１ａの長さは、一対の側壁２，２の間隔よりも短めとされている。また、シャフト１１ａは、筒状に形成されている。そして、フロート１１ｂの外周面から径方向に羽根板１２が突出している。フロート１１ｂは、シャフト１１ａよりも大きな浮力を有する材質で成形され、また、大きさ（直径）を変更することで、任意の浮力を有するように調整することができる。

そして、アーム２０は、各側壁２，２に沿う２本の平行なロッド部２１，２１と、このロッド部２１，２１の先端で架け渡され、シャフト１１ａ内に挿通される支軸部２２とを備えている。アーム２０のロッド部２１は、その基端部２１ａが側壁２，２に軸支されることで、揺動自在とされている。そして、アーム２０のロッド部２１が揺動することで、支軸部２２が上下に移動する。

また、アーム１０の支軸部２２が回転軸１１のシャフト１１ａに挿通されることで、水車ゲート１０は、羽根板１２がアーム２０，２０の先願側で回転自在に支持される。したがって、アーム２０の支軸部２２が上下に移動することで、水車ゲート１０も上下に移動する。

そして、下部ストッパ３０は、下降した水車ゲート１０の下向きとなった羽根板１２の下端縁１２ａが水底３に衝突しないようにする下限位置に設けられる。すなわち、下部ストッパ３０は、所定の位置において、アーム２０のロッド部２１の先端側を衝止するように各側壁２から突設される。この下部ストッパ３０の上面には、アーム２０のロッド部２１に衝撃力が加えられないようにするための緩衝部材３３が固着されている。

そして、上部ストッパ４０は、水車ゲート１０が上昇したときに、水底３の方（図面では真下）を向いている羽根板１２の下端縁１２ａと水底３との間が所定の開度、すなわち、水車ゲート１０よりも上流側の水の流下を制限する開度になったときに、羽根板１２が回転しないようにする位置に設けられる。したがって、上部ストッパ４０は、水車ゲート１０が所定の開度となった位置まで上昇したときに、上向きの羽根板１２の上端部１２ｂを衝止するように各側壁２から突設される。

そして、上向きの羽根板１２の上端部１２ｂが上部ストッパ４０に衝止したときに、羽根板１２に衝撃力が加えられないように、上部ストッパ４０と羽根板１２の端部とには、緩衝部材１３，４３が備えられている。ただし、緩衝部材１３，４３は、上部ストッパ４０又は羽根板１２のいずれか一方にのみ別途に固着してもよいし、上部ストッパ４０と羽根板１２の両方又は一方を軟質材で成形し，上部ストッパ４０、羽根板１２自体を緩衝部材４３，１３としてもよい。

この実施形態の水路用制水装置は、以上のように構成される。次に、この水路用制水装置の使用態様について説明する。

図１ないし図３に示すように、アーム２０に支持された状態の水車ゲート１０よりも上流側（図１及び図２では左側）の水位が上昇し、流下させる水量を制限する必要があるときはフロート１１ｂの浮力によって、水車ゲート１０が上昇している。この水車ゲート１０は、上向きの羽根板１２の上端部１２ｂが上部ストッパ４０に当接することで、回転しない。したがって、水底３の方を向いている羽根板１２の下端縁１２ａと水底３との間が所定の開度となり、水車ゲート１０から所定量以下の水が流下する。

そして、図４及び図５に示すように、水車ゲート１０よりも上流側（図４では左側）の水位が下降すると、フロート１１ｂが水面に浮くことから、水車ゲート１０が無電源で下降する。すると、水車ゲート１０の上向きの羽根板１２が上部ストッパ４０に当接しないことから、羽根板１２が回転する。したがって、水車ゲート１０よりも上流側の水が流下する。

そして、図６及び図７に示すように、水車ゲート１０よりも上流側（図６では左側）の水位がさらに下降すると、フロート１１ｂが水面に浮くことから、水車ゲート１０がさらに下降する。ただし、アーム２０の先端側が下部ストッパ３０に当たることで、それ以上下降しないように規制される。したがって、回転して下向きとなった羽根板１２の下端縁１２ａが水底３に衝突することはない。しかも、羽根板１２は回転し続けるため、水車ゲート１０よりも上流側の水が流下する。

以上のように、この水路用制水装置は、水面が上昇したときに、流下させる水量を所定量以下に制限し、水面が下降したときにも、水を流下させることができるようになっている。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、前記実施の形態では、回転軸１１は、シャフト１１ａとフロート１１ｂとを別体としたが、一体としてもよい。また、フロート１１ｂは、シャフト１１ａのほぼ全長でなく、部分的に囲むようにしてもよい。

また、前記のアーム２０は、２本のロッド部２１の先端に支軸部２２を架け渡したものとした。しかし、支軸部２２に替え、各ロッド部２１の先端を折り曲げただけの係入部としてもよい。この場合は、シャフト１１ａの両端部のみ筒状としてもよい。

また、アーム２０は、平行な２本のロッド部２１を備えたが、ロッド部２１を１本とし、ロッド部２１の基端部２１ａを軸支する支軸（図示せず）を両側壁２に架け渡し、ロッド部２１の先端部をシャフト１１ａの中心で外嵌するようにしてもよい。さらに、アーム２０のロッド部２１は、基端部２１ａが側壁２に軸支されず、水底３に立設した支柱又は水底３に直接、軸支され、揺動するようにしてもよい。

さらに、アーム２０に替え、各側壁２に鉛直姿勢の２本のガイド部材を固定し、このガイド部材間で回転軸１１が昇降するようにしてもよい。この場合は、当然ながら、回転軸１１の両端部が羽根板１２の端縁よりも突出する。

また、上部ストッパ４０及び下部ストッパ３０も、両側壁２に架け渡されるようにしてもよい。そして、上部ストッパ４０は、水車ゲート１０の羽根板１２でなく、回転軸１１を衝止するようにしてもよい。下部ストッパ３０は、アーム２０でなく、水車ゲート１０の回転軸１１を衝止するようにしてもよい。

また、回転軸及び羽根板の比重によっては、羽根板が水底に衝突するまで沈まない場合がある。このような場合は、下部ストッパ４０を必ずしも備えなくてもよい。

また、羽根板１２が例えば、１２０°の間隔で回転軸から突出し、真上を向いた羽根板１２が上部ストッパ４０に当接するときは、水底３を向く羽根板１２は、斜め下向きとなる。この場合は、斜め下向きの羽根板１２の先端と水底３との間隔が所定の開度となるようにする。

１…………水路
２…………側壁
３…………水底
１０………水車ゲート
１１………回転軸
１１ａ……シャフト
１１ｂ……フロート
１２………羽根板
１２ａ……下端縁
１２ｂ……上端部
１３………緩衝部材
２０………アーム
２１………ロッド部
２１ａ……基端部
２２………支軸部
３０………下部ストッパ
４０………上部ストッパ
４３………緩衝部材

Claims

水路の所定位置に配備される水車ゲートであって、水路の伸びる方向に対して交差し、水面に浮上する浮力を有する回転軸及び該回転軸から径方向に突出した複数枚の羽根板を有する水車ゲートと、
水位の上昇によって上昇した水車ゲートの羽根板を衝止させる上部ストッパであって、水底の方を向いている羽根板の下端縁と水底との間の距離が水車ゲートよりも上流側の水の流下を制限する開度で保持されるように、水車ゲートの回転及び浮力による上昇を衝止する位置に設けられた上部ストッパとを備えていることを特徴とする水路用制水装置。
水位の低下によって下降する水車ゲートを水底に衝突させないようにする下部ストッパを備えていることを特徴とする請求項１に記載の水路用制水装置。
前記回転軸は、前記羽根板を固定するシャフトと、該シャフトの全部又は一部を囲むフロートとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水路用制水装置。
基端側が前記水路に支持され、先端側が前記水車ゲートの回転軸を支持するアームを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水路用制水装置。
前記回転軸は、筒状に成形され、前記アームは、前記各側壁に沿う平行な２本のロッド部と、該ロッド部の先端に設けられ、前記水車ゲートの筒状の回転軸に挿通される支軸部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の水路用制水装置。
前記水車ゲートの羽根板と上部ストッパの少なくとも一方は、互いに当接する部位に緩衝部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水路用制水装置。