(57)【要約】【課題】放流ゲートの下向き放流、キャビテーションの発生を防止する。【解決手段】放流管路１に縮径部１２を設け、その縮径部１２には上流側に向く誘導面１２ａと、下流側に向く水密面１２ｂとを設けてその水密面１２ｂを弁座２とし、前記弁座２に接離する遮蔽板１０を下流側の軸１１を介して支持して弁孔を開閉可能にする。前記遮蔽板１０は、前記軸１１周りの球面１０ａを有して、その球面１０ａの裏面周縁には、前記誘導面１２ａの勾配以上の勾配で下流側に向かって縮径するテーパ面１０ｂを形成する。弁孔が微開すると、その弁孔に面する遮蔽板端縁１０ｃは、前記球面１０ａに沿って前記弁孔よりもやや上流側に前進し、また、その弁孔の下流側に位置する遮蔽板裏面周縁も縮径しているので、水流は、スムースに下流側に放流される。さらに、微開状態において、流路は短い距離でもって弁孔を通過し得るため、キャビテーションを生じさせない。【選択図】図１
2005226404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放流管路１に下流側に向く弁座２を設け、その弁座２に接離する遮蔽板１０を、その遮蔽板１０の下流側に設けた管路１径方向の軸１１を介して回動可能に支持し、前記遮蔽板１０を前記軸１１周りに回動させることにより、弁孔を開閉する放流ゲートにおいて、
前記放流管路１に管径方向に突出する縮径部１２を設け、その縮径部１２には上流側に向いて広がる誘導面１２ａと、その下流側には、下流側に向いて広がる水密面１２ｂとを設けるとともにその水密面１２ｂを前記弁座２とし、前記遮蔽板１０は、前記弁座２に摺接する前記回転軸１１周りの球面１０ａを有して、その遮蔽板１０の球面１０ａの裏面周縁には、前記誘導面１２ａの勾配以上の勾配で下流側に向かって縮径するテーパ面１０ｂを形成したことを特徴とする放流ゲート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダムや貯水池などの放流管路を開閉するために、その放水管路の途中又は末端に設けられる放流ゲートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダムや貯水池等には、下流に水を放流するための放流管路が設けられており、その放流管路には、放水量を調整するために、例えば、図４（ａ）に示すジェットフローゲートなどの大型の放流ゲートを介在させている。これらのゲートは、水流Ｃの流れる放流管路２１の途中又は末端に、下流方向を向く弁座２２（シール装置）が設けられており、その弁座２２に密着して弁孔を閉じる遮蔽板（扉体）２０を設置したものである。遮蔽板を図中の矢印Ｄのごとくスライドさせて弁孔を開閉操作することにより、管路２１が必要量開放され、その開放量に見合う水量の放流が行われるようになっている。
【０００３】
このスライド式の放流ゲートでは、遮蔽板２０に接する弁座２２が鉛直方向に配置されているため、図４（ｂ）に矢印Ｅで示すように、遮蔽板２０をスライドさせて、図中の隙間ｗ１のごとく微開すると、同図矢印Ｆに示すように、その放流水が下向きに水路底面２４に向かって誘導されやすい。この下向きの放流水が流路の底面２４に勢いよく衝突すると、施設の損傷を引き起こす場合もあるので、その下向き放流を防ぐための種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１，２に記載のゲートは、遮蔽板が上下方向にスライドして管路を開閉するいわゆる水門形式のゲートを構成しているため、特に、水圧の高い管路では、その水圧に抗して遮蔽板をスライド可能に強固に支える構造物が必要である。このように施設が大型化すると、それを支持する基礎等も大型化するので、地形的制約等によりこのゲートを設置できない場合が起こり得るほか、その大型化により、ゲートの設置工事やその後のメンテナンスにおいてもコスト高となるので、さらにコンパクトで低廉なゲートが求められる。
【０００５】
そこで、例えば、図５（ａ）に示すように、遮蔽板３０を、下流側に設けた回転軸３１を中心に上下方向に回転可能に支持し、その遮蔽板３０を軸周りに回転させることにより遮蔽板３０が弁座３２に接離して弁孔を開閉できるようにして、装置全体をコンパクトにした回転式の放流ゲートがある（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００６】
ちなみに、ダムや貯水池に用いられるこの種のスライド式、回転式の各放流ゲートでは、弁座は遮蔽板の上流側に位置して、その遮蔽板の上流側の面が弁座に水密に接するように構成されている。これは、仮に弁座が遮蔽板の下流側に位置し、つまり、その弁座水密面が管路内で上流側を向いた状態にあると、その水密面に流木などの異物が滞留しやすくなるので、遮蔽板の開閉に支障をきたし好ましくないからである。また、遮蔽板の下流側の面を水密面とすると、その遮蔽板は、下流方向への水圧とともに弁座に押し付けられてスライド動作が重くなるからである。
【特許文献１】特開２００３−９７７３４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３１２７号公報
【特許文献３】特開２００１−３１１１３０号公報
【特許文献４】特開２００１−１０７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記回転式の放流ゲートにおいて、特許文献３に記載の放流ゲートでは、その円筒状遮蔽板の側方、上方に設けた封止体が管路内壁面に水密に摺接するとともに、その遮蔽板下端面には、封止体を下方に向かって突出させて設けている。この下方に設けた封止体が水路底面に上下方向に接離して、放水流路を開閉するようになっている。
【０００８】
その封止体と水路底面との水密面は、高い水圧に耐え得る水密性を確保するため、前記封止体と水路底面とがその流路方向に幅をもって当接して形成している。そして、遮蔽板の上昇とともに、その当接面間に僅かな隙間が生じると、その隙間は上流から下流に向かって細長い流路を形成する。この細長い流路の介在により、水流にキャビテーションが発生しやすくなるという問題がある。これは、一般的にキャビテーションは、流水の厚み（本事例では前記当接面間の隙間）が、その流路の喉の長さ（本事例では、前記細長い流路の長さ）の１／２以下の場合に起こりやすいからである。このため、キャビテーションを誘発する範囲でゲートを微開させることは、水路の損傷を生じさせるので好ましくない。
【０００９】
また、特許文献４に記載の回転式の放流ゲートでは、図５（ａ）に示すように、回転軸３１によって円筒状遮蔽板３０が回動可能に支持され、その弁孔を開放する際には、図５（ｂ）の矢印Ｇのごとく、遮蔽板３０が軸３１周りに回動しながら、水路底面２４付近の弁孔を開放する。このとき、前記遮蔽板３０の下端において、その遮蔽板３０の円筒面３０ａよりも下流側には、弁孔を閉じた際に水路底面２４に当接する封止部３５が介在して、その封止部３５が遮蔽板３０の下方に突出して形成されているいるため、図５（ｂ）に示すゲートの微開状態にあっては、遮蔽板３０と弁座３２との当接面間に、図中に示す僅かな隙間ｗ２が生じた際に、水流がこの封止部３５に衝突しやすい。封止部３５へ衝突した水流は、水路底面２４に向かって誘導されて底面２４に衝撃を加えるので、上記特許文献３の場合と同じく、ゲートを微開させることは好ましくない。
さらに、特許文献３、特許文献４に記載の放流ゲートでは、その弁孔に接離する遮蔽板が円筒面であるため、断面円形のパイプ状の流路（管路）において、その円筒面に摺接する弁座を形成するためには、図５に示すように、そのパイプ状の流路の上方、下方、及び両側方の縁を円筒面状に切り欠くなど特別な加工が必要である。この加工は、遮蔽板にぴったりと摺接するように高い精度が要求されるものであり、この放流ゲートをパイプ状の流路に使用することが困難であった。
【００１０】
そこで、この発明は、回転式の放流ゲートにおいて、微開時の水路底面に向かう下向き放流を防止するとともに、キャビテーションを発生させないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、この発明は、放流管路に縮径部を設けて、その縮径部を弁孔とし、その縮径部の上流側、下流側の面には、それぞれ上流側、下流側に向かって広がる傾斜面を設けて、その下流側の面を弁座とするとともに、遮蔽板には前記弁座に摺接する球面を設けて、その球面に沿って回動可能とする。そして、その遮蔽板の裏面周縁は、前記縮径部の上流側の面に設けた傾斜面の勾配よりも大きな勾配でもって下流側に向かって縮径させたのである。
【００１２】
遮蔽板が、前記球面に沿って回転することにより弁孔が僅かに開放されると、水流は、前記上流側に向く傾斜面を駆け上がって弁孔を通過し、管路の管軸中心寄りへと誘導される。このとき、その開放された弁孔に面する遮蔽板端縁は、その遮蔽板の回転とともに、前記球面に沿って前記弁孔よりもやや上流側に前進するので、この弁孔を通過する水流は、遮蔽板前面及びその周縁には当たらずに、スムースに下流側に放流される。また、その弁孔の下流側に位置する遮蔽板裏面周縁も縮径しているので、弁孔を通過した水流は、遮蔽板裏面にも当たらない。このため、遮蔽板の微開時において、弁孔を通過した水流が遮蔽板に衝突することによって発生する水路底面に向かう下向き放流を防止し得る。
【００１３】
具体的な構成としては、放流管路に下流側に向く弁座を設け、その弁座に接離する遮蔽板を、その遮蔽板の下流側に設けた管路径方向の軸を介して回動可能に支持し、前記遮蔽板を前記軸周りに回動させることにより、弁孔を開閉する放流ゲートにおいて、前記放流管路に管径方向に突出する縮径部を設け、その縮径部には上流側に向いて広がる誘導面と、その下流側には、下流側に向いて広がる水密面とを設けるとともにその水密面を前記弁座とし、前記遮蔽板は、前記弁座に摺接する前記回転軸周りの球面を有して、その遮蔽板の球面の裏面周縁には、前記誘導面の勾配以上の勾配で下流側に向かって縮径するテーパ面を形成したのである。
【００１４】
このようにすれば、前述のように、遮蔽板に水流が衝突して水路底面に向かう下向き放流が発生することを防止し得るとともに、その遮蔽板の裏面周縁は、下流側に向かって縮径しており、また、弁座は、下流側に向かって管路を拡径する方向に広がっているので、上記遮蔽板の微開時において、弁孔を通過する際の喉の長さが短くなりキャビテーションを生じさせない。
【００１５】
さらに、上記遮蔽板において、遮蔽板が弁座に接する面を球面状としたので、管路に設けられる弁座は、その球面に摺接するよう管路の縁に沿って環状に形成し得る。すなわち、その弁座は、管路の軸方向に直交する任意の断面がすべてその断面に沿った円形開口を有する形態となって、その形成が容易である。また、その遮蔽板に摺接する弁座は、遮蔽板に作用する水圧は、その球面全体に均等に作用しやすくなるので、遮蔽板及び回転軸に生じる撓みが減少し、回動動作、及び弁座のシール性を安定させて、遮蔽板の開度を所定のものに維持し得る。
【発明の効果】
【００１６】
回転式の放流ゲートにおいて、微開時に水流が水路底面に向かう下向き放流を防止するとともに、キャビテーションの発生も防止し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
一実施形態を図１乃至図３に示し、この実施形態の放流ゲートは、ダムや貯水池等の放流管路１に設けられ、弁孔を開閉する回転式の遮蔽板（扉体）１０を有するものである。その構成は、図１に示すように、放流管路１の途中又は末端の内周において、その管路１の管径方向内側に向かって突出する縮径部１２が設けられ、その縮径部１２は、その管軸方向に沿う断面が三角形状を成して、その断面でもって放流管路１内周全周に亘って連続的に環状に設けられている。
【００１８】
縮径部１２は、前記断面三角形状の頂部１２ｃを通る管径方向断面が、最も管径の小さい部分になっており、その頂部１２ｃを挟んで上流側には、その上流側に向いて広がる誘導面１２ａを、下流側には、下流側に向いて広がる水密面１２ｂとを設けている。なお、その誘導面１２ａは、管軸方向に対して４５度の角度でもって管路１内に勾配を形成している。
【００１９】
前記縮径部１２の上流側の管路１は、管路１の一般部との接続部分である管接続部５との間で拡径部６を構成しており、その拡径部６は、前記管接続部５から下流側に向かって前記縮径部１２の誘導面１２ａの裾に至るまで徐々に管径が太くなっており、前記管接続部５と前記頂部１２ｃとが同じ管径になっている。
【００２０】
前記縮径部１２の下流側の管路１には、図２に示すように、前記水密面１２ｂに摺動する球面１０ａを有する遮蔽板１０が設けられている。その遮蔽板１０は、同図に示すように、前記球面１０ａの水平方向両側縁から管路１の両側壁４，４に向かって弧状に延びる脚部１３，１３によって支持され、その脚部１３，１３の根元にある軸受け部１４，１４でもって軸１１を介して前記両側壁４，４に回動可能に取り付けられている。軸１１の軸中心は、その軸１１周りに位置する遮蔽板１０の球面１０ａが、その軸１１に直交する方向の断面において形成する円弧状の外形の円弧中心に一致させている。この遮蔽板１０は、この軸１１に設けられた駆動装置（図示せず）を作動させることにより、図１に示すように、上下方向に回動するようになっている。
【００２１】
なお、前記水密面１２ｂは、その遮蔽板１０の前記球面１０ａ周縁に沿う円錘面となって、その球面１０ａに摺接する環状の弁座２を構成している。
【００２２】
また、前記遮蔽板１０は、前記弁座２に摺接する球面１０ａの裏面周縁のうち前記脚部１３，１３の取付部を除く部分には、前記誘導面１２ａの勾配以上の勾配で下流側に向かって縮径するテーパ面１０ｂを形成している。
【００２３】
縮径部１２は、図３に示すように、断面三角形を有する環状のシールリング１５、及びＯリング１６、シールリング押さえ１７からなり、シールリング押さえ１７を、ボルト（図示せず）を介して管路１に固定することにより、シールリング１５が外れないように固定されている。このシールリング１５は、わずかに上下流方向（管軸方向）に移動可能な構造になっており、上流側からの水圧を受けるとともに下流側へと移動して、遮蔽板１０の水圧による歪み、変位に対して追随して良好な水密性が維持されるようになっている。
【００２４】
この放流ゲートの作用を説明すると、遮蔽板１０が、図３（ｂ）に示す状態にある場合には、管路１は閉鎖されており、軸１１を駆動装置により回転することにより、遮蔽板１０は、図１及び図３（ａ）に矢印Ａで示す方向に回動して、管路１が必要量開放され、その開放量に見合う水量の放流が行われるようになっている。
【００２５】
遮蔽板１０を、図３（ａ）に示す微開状態とすると、管路１内の水流は、図１に示す、前記管接続部５から縮径部１２の裾へと至る拡径部６の管径の直線的な拡大、及び、誘導面１２ａの傾斜による急激な縮径の作用によりオリフィスとして機能し、管路１内にジェット流を生じさせ、弁孔を勢いよく通過する。その流れは、前記誘導面１２ａの傾斜に沿って駆け上がって、管軸中心へと誘導される。
【００２６】
このとき、遮蔽板１０は、その裏面にテーパ面１０ｂを有しているため、図３（ａ）に示す矢印Ｂのごとく、水流が遮蔽板１０に当たることなく下流側に向かって放流される。このため、水流を乱れさせない。また、その弁孔を通過する流路は、図示するように、二つの先鋭な突起、すなわち、遮蔽板１０の周縁１０ｃと、縮径部１２の頂部１２ｃとが対向する形状となって短い距離でもって弁孔を通過し得るため、その遮蔽板１０の開度が微開状態にあっても細長い（喉の長い）流路を形成することなく、キャビテーションを生じさせない。
【００２７】
この実施形態では、軸１１の軸中心は、その軸１１周りに位置する遮蔽板１０の球面１０ａが、その軸１１に直交する方向の断面において形成する円弧状の外形の円弧中心に一致させたが、この実施形態には限定されず、軸１１の軸中心が前記円弧中心と偏心している構成も採用し得る。この偏心により、遮蔽板１０と弁座２との摺動の際に生じる両者の摩擦抵抗が緩和され、遮蔽板１０の開閉操作がスムースになる。このとき、遮蔽板１０が弁孔を閉じる位置にある際に、その球面１０ａが弁座２に密着して水密の状態になることが求められる。
【００２８】
テーパ面１０ｂは、遮蔽板１０の回動により開放された弁孔に面する部分にのみ設ければ足りるが、この実施形態のように、図１に示す遮蔽板１０上部にもテーパ面１０ｂを設けても良いし、同図に示す遮蔽板１０下部にのみ限定して設けても良い。
【００２９】
前記誘導面１２ａの角度、及びテーパ面１０ｂのそれぞれ管軸に対する角度も自由であるが、前述のオリフィスの機能を求める場合には、管路１に拡径部６を設けるとともに、その拡径部６の始点である前記管接続部５と前記頂部１２ｃの位置での管径を等しくし、且つ、前記誘導面１２ａはできる限り４５度とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態の断面図
【図２】同実施形態の平面図
【図３】図１の要部拡大図で、（ａ）は微開時、（ｂ）は閉鎖時を示す。
【図４】従来例の断面図
【図５】従来例の断面図
【符号の説明】
【００３１】
１  放流管路
２  弁座
３  水路底面
４  側壁
５  管接続部
６  拡径部
１０  遮蔽板
１０ａ  球面
１０ｂ  テーパ面
１１  軸
１２  縮径部
１２ａ  誘導面
１２ｂ  水密面
１２ｃ  頂部
１３  脚部
１４  軸受け部
１５  シールリング
１６  Ｏリング
１７  シールリング押さえ
【図１】
2005226404.tif 000003
【図２】
2005226404.tif 000004
【図３】
2005226404.tif 000005
【図４】
2005226404.tif 000006
【図５】
2005226404.tif 000007