(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流速が比較的低速である円形管路の途中に設置されるゲートであって、流路を開閉する扉体とこの扉体の上下流側にそれぞれ設けた上流側ケーシング及び下流側ケーシングとを有してなるゲート部と、前記上流側ケーシングの上流側及び前記下流側ケーシングの下流側にそれぞれ設けた上流側トランジション及び下流側トランジションとを有し、前記ゲート部の流路の断面形状は矩形である一方、前記上流側トランジション及び下流側トランジションの流路の断面形状は前記ゲート部側の一端から他端に向かって前記ゲート部と同じ矩形から前記円形管路と同じ円形へと断面積を変えずに遷移しているゲートにおいて、
前記上流側トランジション及び下流側トランジションの長さは、前記上流側ケーシング及び下流側ケーシングとの一体化が可能な重量となる長さ以下であって、且つゲート高さの０．３６倍以上であることを特徴とするゲート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円形管路の途中に設置されるゲートに関し、発電所の水門設備のドラフトゲート等に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
円形管路の途中にスライドゲートを用いる場合、一般には、スライドゲートの幅（重量）を少なくするために、管路の断面形状を断面積を変えずに円形から矩形に遷移させるトランジションがゲート部の上下流側にそれぞれ設けられる。トランジションを設ける場合には、流線の乱れや流線の剥離によるキャビテーションが発生しないように断面積を変化させる必要がある。そして、トランジションの長さは、従来、例えばゲート高さの１．１９倍に設定されている（［表１］参照）。
【０００３】
図４（ａ）は従来のゲートの要部概略構造を示す平面図、図４（ｂ）は前記ゲートの要部概略構造を示す側面図、図５は前記ドラフトゲートの要部詳細構造を分解して示す縦断面の斜視図である。
【０００４】
これらの図に示すように、ゲート１は、円形管路８の途中に設置されており、ゲート部２と、このゲート部２の上下流側にそれぞれ設けられた上流側トランジション３及び下流側トランジション７とを有している。
【０００５】
ゲート部２の流路の断面形状は矩形であり、このゲート部２には、図示しない油圧シリンダーの駆動により上下にスライドして前記流路を開閉する扉体５と、この扉体５を囲むようにして扉体５の上下流側に設けられた上流側ケーシング４及び下流側ケーシング６とが備えられている。
【０００６】
上下流側トランジション３，７は、上記の如く流線の剥離等を抑制し流れのエネルギ損失を小さく保つために上流側ケーシング４の上流側及び下流側ケーシング６の下流側にそれぞれ設けられており、その流路の断面形状がゲート部２側の一端から他端に向かってゲート部２と同じ矩形から円形管路８と同じ円形へと断面積を変えずに遷移している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のゲート１では、円形管路８内の流速が比較的低速の場合でも、長管路（例えばゲート高さの１．１９倍の長さ）の上下流側トランジション３，７が適用されており、前記流速に応じた最適な設計とはなっていなかった。そして、この上下流側トランジション３，７の重量は重過ぎるため、輸送時の重量制限から、上下流側トランジション３，７と上下流側ケーシング４，６とは別設備とし、別々に現地まで輸送して、現地での据え付けの際に両者を結合させていた。即ち、従来のゲート１は輸送性や据付性の悪いものであった。
【０００８】
従って、本発明は上記従来技術に鑑み、輸送性や据付性に優れ且つ従来の性能を損なうことのないゲートを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のゲートは、円形管路内の流速が比較的低速の場合、即ち速くても５ｍ／ｓ程度である場合には、［トランジション長さ／ゲート高さ］の値を従来値（例えば１．１９）から０．３６に減じても、損失圧力の増加値が小さく、充分に実用可能であるとの知見（解析と実験とで確認）に基づくものであり（詳細後述）、以下のような構成を有する。
【００１０】
即ち、上記課題を解決する本発明のゲートは、流速が比較的低速である円形管路の途中に設置されるゲートであって、流路を開閉する扉体とこの扉体の上下流側にそれぞれ設けた上流側ケーシング及び下流側ケーシングとを有してなるゲート部と、前記上流側ケーシングの上流側及び前記下流側ケーシングの下流側にそれぞれ設けた上流側トランジション及び下流側トランジションとを有し、前記ゲート部の流路の断面形状は矩形である一方、前記上流側トランジション及び下流側トランジションの流路の断面形状は前記ゲート部側の一端から他端に向かって前記ゲート部と同じ矩形から前記円形管路と同じ円形へと断面積を変えずに遷移しているゲートにおいて、
前記上流側トランジション及び下流側トランジションの長さは、前記上流側ケーシング及び下流側ケーシングとの一体化が可能な重量となる長さ以下であって、且つゲート高さの０．３６倍以上であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係るゲートの要部概略構造を示す平面図、図１（ｂ）は前記ゲートの要部概略構造を示す側面図、図２は前記ゲートの詳細構造を縦に破断し分離して示す斜視図、図３は前記ゲートの要部詳細構造を分解して示す縦断面の斜視図である。
【００１３】
これらの図に示すように、本実施の形態に係るゲート１１は、円形管路１８の途中に設置されており、ゲート部１２と、このゲート部１２の上下流側にそれぞれ設けられた上流側トランジション１３及び下流側トランジション１７とを有している。
【００１４】
ゲート部１２の流路の断面形状は矩形であり、このゲート部２には、上下にスライドして前記流路を開閉する扉体１５と、この扉体１５を囲むようにして扉体１５の上下流側に設けられた上流側ケーシング１４及び下流側ケーシング１６とが備えられている。また、上下流側ケーシング１４，１６上には油圧シリンダー１９が設けられており、この油圧シリンダー１９によって扉体１５を上下に駆動するようになっている。
【００１５】
上下流側トランジション１３，１７の流路の断面形状は、ゲート部１２側の一端から他端に向かってゲート部１２と同じ矩形から円形管路１８と同じ円形へと断面積を変えずに遷移している。
【００１６】
そして、上下流側トランジション１３，１７の長さＬは、ゲート高さをＴとして、［トランジションの長さＬ／ゲート高さＴ］の値が０．３６〜０．５となる長さであり、この上流側トランジション１３と上流側ケーシング１４、下流側トランジション１７と下流側ケーシング１６は、それぞれ一体化されている。
【００１７】
つまり、上下流側トランジション１３，１７の長さＬをゲート高さＴの０．５倍以下とすることにより、上下流側トランジション１３，１７の重量は上下流側ケーシング１４，１６と一体化しても輸送時の重量制限を満足し得る重量となっている。しかも、上下流側トランジション１３，１７の長さＬをゲート高さＴの０．３６倍以上とすることにより、流れのエネルギー損失が小さい範囲内に抑えられている。この点を［表１］に基づいて具体的に説明する。
【００１８】
［表１］には、トランジション長さの短縮化と流れのエネルギー損失の変化との関係について解析と実験とで確認した結果を示す。
【００１９】
【表１】
0003716075.tif 000002
【００２０】
円形管路１８内の流速は速い場合でも５ｍ／ｓ程度である。従って、［表１］に示すように［トランジション長さＬ／ゲート高さＴ］の値を従来値の１．１９から０．３６に減じて損失係数が０．０４７から０．０７６に増加しても、損失圧力の増加値は約３６０Ｐａであり、充分に実用可能である。しかし、これ以上の短縮化は、損失係数が急増傾向を示しているため不適切である。そこで上記の如く、［トランジション長さＬ／ゲート高さＴ］の値の下限は０．３６としている。
【００２１】
一方、上下流側トランジション１３，１７の短縮度が小さいと、上下流側トランジション１３，１７の重量が重過ぎて上下流側ケーシング１４，１６との一体化を実現することはできないため、上記のように、上下流側トランジション１３，１７の長さＬの上限はゲート高さＴの０．５倍としている。
【００２２】
従って、本実施の形態に係るゲート１１によれば、次にような効果が得られる。
【００２３】
▲１▼  上下流側トランジション１３，１７の長さＬをゲート高さＴの０．３６〜０．５倍の範囲としたことにより、重量が大幅に低減し、ゲート１１はコスト的に優位なものとなる。
【００２４】
▲２▼  また、上下流側トランジション１３，１７の長さＬをゲート高さＴの０．５倍以下として、この上下流側トランジション１３，１７と上下流側ケーシング１４，１６とを一体化したことにより、機能的且つコンパクトな構造となる。しかも、上下流側トランジション１３，１７の長さＬをゲート高さＴの０．３６倍以上とすることにより、流れのエネルギー損失を小さい範囲内に抑えることができ、従来の性能を損なうことはない。
【００２５】
▲３▼  そして、上下流側トランジション１３，１７と上下流側ケーシング１４，１６とを一体化したことにより、これらを一括して現地まで輸送することができ、現地での据え付けも容易になるため、ゲート１１は輸送性及び据付性に優れたものとなる。
【００２６】
なお、上記では上下流側ケーシング１３，１７の長さＬの上限をゲート高さＴの０．５倍としているが、必ずしもこれに限定するものではなく、条件に応じて異なる可能性がある。例えば、管径の比較的小さい円形管路に本発明のゲートを用いる場合には、このゲートに備える上下流側トランジションも比較的小さなものになるため、この場合の上下流側トランジションは、その長さをゲート高さの０．５倍より多少長くして上下流側ケーシングと一体化しても、輸送時の重量制限を満たすことができる可能性がある。
【００２７】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明のゲートは、流速が比較的低速である円形管路の途中に設置されるゲートであって、流路を開閉する扉体とこの扉体の上下流側にそれぞれ設けた上流側ケーシング及び下流側ケーシングとを有してなるゲート部と、前記上流側ケーシングの上流側及び前記下流側ケーシングの下流側にそれぞれ設けた上流側トランジション及び下流側トランジションとを有し、前記ゲート部の流路の断面形状は矩形である一方、前記上流側トランジション及び下流側トランジションの流路の断面形状は前記ゲート部側の一端から他端に向かって前記ゲート部と同じ矩形から前記円形管路と同じ円形へと断面積を変えずに遷移しているゲートにおいて、
前記上流側トランジション及び下流側トランジションの長さは、前記上流側ケーシング及び下流側ケーシングとの一体化が可能な重量となる長さ以下であって、且つゲート高さの０．３６倍以上であることを特徴とする。
【００２８】
従って、このゲートによれば、次にような効果が得られる。
【００２９】
▲１▼  上下流側トランジションの長さを上下流側ケーシングとの一体化が可能な重量となる長さであって且つゲート高さの０．３６倍以上としたことにより、重量が大幅に低減し、ゲートはコスト的に優位なものとなる。
【００３０】
▲２▼  また、上下流側トランジションの長さを上下流側ケーシングとの一体化が可能な重量となる長さとしたことにより、上下流側トランジションと上下流側ケーシングとを一体化して機能的且つコンパクトな構造とすることができる。しかも、上下流側トランジションの長さをゲート高さの０．３６倍以上とすることにより、流れのエネルギー損失を小さい範囲内に抑えることができ、従来の性能を損なうことはない。
【００３１】
▲３▼  そして、上下流側トランジションと上下流側ケーシングとを一体化することにより、これらを一括して現地まで輸送することができ、現地での据え付けも容易になるため、ゲートは輸送性及び据付性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係るゲートの要部概略構造を示す平面図、（ｂ）は前記ゲートの要部概略構造を示す側面図である。
【図２】前記ゲートの詳細構造を縦に破断し分離して示す斜視図である。
【図３】前記ゲートの要部詳細構造を分解して示す縦断面の斜視図である。
【図４】（ａ）は従来のゲートの要部概略構造を示す平面図、（ｂ）は前記ゲートの要部概略構造を示す側面図である。
【図５】前記ドラフトゲートの要部詳細構造を分解して示す縦断面の斜視図である。
【符号の説明】
１１  ゲート
１２  ゲート部
１３  上流側トランジション
１４  上流側ケーシング
１５  扉体
１６  下流側ケーシング
１７  下流側トランジション
１８  円形管路
Ｌ  トランジション長さ
Ｔ  ゲート高さ
【図１】
0003716075.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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