(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用水車に水を供給する通水管と前記発電用水車との間に設置され、前記発電用水車が運転時には前記発電用水車に水を供給し、前記発電用水車が停止時には前記発電用水車への水の供給を停止すると共に前記発電用水車を迂回して前記発電用水車の下流側に前記通水管から供給される水を放流する多機能型入口弁を用いた管路切換方式であって、
前記多機能型入口弁は、弁体と前記弁体を回動軸を介して回動可能に収容した弁胴とを備え、
前記弁胴には、
前記通水管から前記発電用水車に水を供給するための２つの通水用開口部と、
前記通水管から分岐した上流側バイパス管と前記発電用水車を迂回して前記発電用水車の出口側に接続される下流側バイパス管を接続して前記通水管から供給される水を前記発電用水車の下流側に放流するための２つのバイパス用開口部と、
前記発電用水車への水の供給および前記下流側への放流を停止するための２つの遮水用閉鎖部とが、
それぞれ前記回動軸に対して対称に設けられ、
前記弁体には、前記回動軸と垂直な直線状で両端に開口部を有する連通孔が、前記開口部を前記弁体の回動により選択的に、前記通水用開口部、前記バイパス用開口部又は前記遮水用閉鎖部と対向させるように設けられ、前記弁体は、前記開口部が前記通水用開口部と対向すると、前記通水用開口部を前記連通孔を介して連通させ、前記開口部が前記バイパス用開口部と対向すると、前記バイパス用開口部を前記連通孔を介して連通させ、前記開口部が前記遮水用閉鎖部と対向すると、前記通水用開口部及び前記バイパス用開口部を閉鎖することを特徴とする多機能型入口弁を用いた管路切換方式。
【請求項２】
弁胴の通水用開口部又はバイパス用開口部及び弁体の連通孔の開口部は、前記弁体の回動軸の方向に縦長に形成された請求項１に記載の多機能型入口弁を用いた管路切換方式。
【請求項３】
弁体の外周面及び弁胴の内周面は、前記弁体の回動軸の方向に傾斜したテーパー円筒状に形成され、前記弁体の外周面又は前記弁胴の内周面には、シール部材が装着され、前記弁体は、前記弁体の連通孔の開口部が前記弁胴の遮水用閉鎖部に対向した際に前記弁胴の内周面又は前記弁体の外周面が前記シール部材に密着するように、前記弁胴に対して回動しつつ軸方向へ移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の多機能型入口弁を用いた管路切換方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流込式水力発電所の水車、ダム式水力発電所の維持放流水車等に付属して設置される多機能型入口弁を用いた管路切換方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用水車の上流側には、入口弁が付属して設置されており、入口弁は、水車の運転時には、水車への水の供給（通水）を行い、水車の停止時には、水車への水の供給を確実に停止（遮水）して、水車の空転を防止し、水車内部の作業の安全性を確保する等の機能を果たしている。
【０００３】
流込式水力発電所では、使用水量の調節、水撃圧の緩和等のため導水路の末端に上水槽が設置されているが、更に、水車の停止時に、河川から引き続き流入する水を上水槽から下流へ安全に流すため、余水路、放流弁等の放流設備が入口弁とは別個に設置されているのが一般的である。また、ダム式水力発電所でも、維持放流水車の場合、水車の停止時に下流への放流を継続するため、入口弁と別個に放流設備が設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、水車の停止時のために下流への放流設備を設置すると、設備の規模が大きくなり、また、信頼性も要求されることから、施工費用が嵩み、設備の簡素化が要望されていた。また、事故等で水車を停止する場合、水車自体に設けられたガイドベーンが閉鎖されるが、ガイドベーンを急激に閉鎖すると上流の通水管（水圧鉄管）に水撃圧が作用するため、従来は、ガイドベーンを徐々に閉鎖していたが、このため、無負荷状態の水車の回転数が非常に高くなり、苛酷な運転を強いる結果となっていた。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑み、流込式水力発電所の水車、ダム式水力発電所の維持放流水車等の放流設備の機能を代替すると共に、水車の停止時の通水管の水撃圧を抑制する多機能型入口弁を用いた管路切換方式を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明においては、発電用水車に水を供給する通水管と前記発電用水車との間に設置され、前記発電用水車が運転時には前記発電用水車に水を供給し、前記発電用水車が停止時には前記発電用水車への水の供給を停止すると共に発電用水車を迂回して発電用水車の下流側に通水管から供給される水を放流する多機能型入口弁を用いた管路切換方式であって、多機能型入口弁は、弁体と前記弁体を回動軸を介して回動可能に収容した弁胴とを備え、この弁胴には、通水管から発電用水車に水を供給するための２つの通水用開口部と、通水管から分岐した上流側バイパス管と発電用水車を迂回して発電用水車の出口側に接続される下流側バイパス管を接続して通水管から供給される水を発電用水車の下流側に放流するための２つのバイパス用開口部と、発電用水車への水の供給および下流側への放流を停止するための２つの遮水用閉鎖部とが、それぞれ前記回動軸に対して対称に設けられ、弁体には、回動軸と垂直な直線状で両端に開口部を有する連通孔が、開口部を弁体の回動により選択的に、通水用開口部、バイパス用開口部又は遮水用閉鎖部と対向させるように設けられ、弁体は、開口部が通水用開口部と対向すると、通水用開口部を連通孔を介して連通させ、開口部がバイパス用開口部と対向すると、バイパス用開口部を連通孔を介して連通させ、開口部が遮水用閉鎖部と対向すると、通水用開口部及びバイパス用開口部を閉鎖する。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、弁体の連通孔の開口部を弁胴の通水用開口部と対向させると、通水用開口部に接続される通水管等が連通して水車への水の供給等が行われ、連通孔の開口部をバイパス用開口部と対向させると、バイパス用開口部に接続されるバイパス管等が連通して水の放流等が行われ、連通孔の開口部を遮蔽用閉鎖部と対向させると、通水管及びバイパス管等が遮断されて水車への水の供給及び水の放流等が停止される。従って、入口弁が通水、遮水機能等と共に放流機能等を有するため、別個に放流設備等を設置する必要がなく、設備の規模を縮小し、施工費用を低減することができる。
【０００８】
また、弁胴の通水用開口部が弁体の回動軸に対して対称に配置され、弁体の連通孔が直線状に形成されているので、水車等への通水時の損失水頭を小さくし、弁体に作用する水圧を低減することができる。また、発電用水車に適用した場合、事故等により水車を停止させる際に、弁体を比較的遅く回動させて、弁体の連通孔の開口部を弁胴の通水用開口部からバイパス用開口部を経由して遮水用閉鎖部に対向させるようにして、バイパス放流しながら入口弁をゆっくり完全閉鎖することができ、従って、無負荷状態の水車の回転数の上昇を抑制するようにガイドベーンを比較的速く閉鎖しても、通水管等に水撃圧が作用することを防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明においては、弁胴の通水用開口部又はバイパス用開口部及び弁体の連通孔の開口部は、弁体の回動軸の方向に縦長に形成されている。請求項２に記載の発明によれば、弁胴の通水用開口部又はバイパス用開口部及び弁体の連通孔の開口部の必要な面積を確保しつつ弁胴及び弁体を小型に形成することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明においては、弁体の外周面及び弁胴の内周面は、弁体の回動軸の方向に傾斜したテーパー円筒状に形成され、弁体の外周面又は弁胴の内周面には、シール部材が装着され、弁体は、弁体の連通孔の開口部が弁胴の遮水用閉鎖部に対向した際に弁胴の内周面又は弁体の外周面がシール部材に密着するように、弁胴に対して回動しつつ軸方向へ移動する。請求項３に記載の発明によれば、弁体の連通孔の開口部を弁胴の遮水用閉鎖部に対向させて遮水する場合に、弁体と弁胴との隙間から水が漏れることを比較的簡易で小型な機構により防止し、確実に遮水することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る多機能型入口弁を示す斜視図であり、図２は、その縦断面図、図３は、その機能を示す概略図であって、通水時（ａ）、放流時（ｂ）、及び遮水時（ｃ）の横断面図である。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る多機能型入口弁は、図１〜３に示すように、弁胴（外周円筒）１０、弁胴１０内に回動可能に収容された弁体（内周円筒）２０等からなり、発電用水車（図示せず）の上流側に設置され、上流側通水管１（水圧鉄管）と下流側通水管２とを連通して水車へ水を供給する機能、上流側バイパス管５（分岐管）と下流側バイパス管６（放流管）とを連通して水車より下流側へ水を放流する機能、通水管１、２及びバイパス管５、６を遮断して水車への水の供給及び下流側への水の放流を停止する機能を、選択的に行うように構成されている。
【００１３】
図２に示すように、弁胴１０は、内周面が軸方向（後述の回転軸２１の方向）に傾斜したテーパー円筒状に形成されており、図３に示すように、弁胴１０の周壁には、２つの通水用開口部１１、１１と２つのバイパス用開口部１２、１２と２つの遮水用閉鎖部１３、１３とが、それぞれ中心軸（回動軸２１）に対して対称に、周方向に６０°間隔で設けられている。なお、弁胴１０の開口部１１、１１、１２、１２は、軸方向に縦長で、必要な面積を確保しつつ周方向の幅が小さく形成されており、従って、弁胴１０全体は比較的小径に形成されている。
【００１４】
そして、弁胴１０の通水用開口部１１、１１には、上流側通水管１、下流側通水管２が接続され、バイパス用開口部１２、１２には、上流側バイパス管５、下流側バイパス管６が接続されている。そして、下流側通水管２は水車の入口側に接続されており、上流側バイパス管５は、上流側通水管１から分岐しており、下流側バイパス管６は、水車を迂回して水車の出口側に接続されている。また、弁胴１０の遮水用閉鎖部１３、１３は、閉鎖されている。
【００１５】
また、弁胴１０の内周面には、弁体２０より軟質な材料（例えば青銅合金）からなるシール部材１４、１４…が、通水用開口部１１、１１、バイパス用開口部１２、１２、遮水用閉鎖部１３、１３の周囲をそれぞれ囲むような井桁状の配置で、内周面から突出して固着されている。
【００１６】
そして、図２に示すように、弁体２０は、外周面が弁胴１０の内周面に対応した軸方向に傾斜したテーパー円筒状に形成されており、図３に示すように、弁体２０の中央部には、連通孔２５が、横向（回動軸２１に垂直）に直線状に貫通して両端に開口部を形成するように設けられている。また、弁体２０の連通孔２５の両端の開口部は、弁胴１０の開口部１１、１２に対応した大きさで、弁体２０の軸方向（回動軸２１の方向）に縦長で、必要な面積を確保しつつ周方向の幅が小さく形成されており、従って、弁体２０全体は比較的小径に形成されている。また、連通孔２５の下流側の開口部には、水車への異物の流入を阻止するスクリーン２６が装着されている。
【００１７】
そして、弁体２０は、弁胴１０内に収容され、縦向の回動軸２１を介して支持されている。そして、弁体２０は、サーボモーター等からなるアクチュエーター１６、１６により、レバー１７、１７、回動部材１８、ボールネジ等からなるカム２２、回動軸２１を介して駆動されて、周方向へ回動しつつ軸方向へも移動し、弁体２０の周方向への回動により、弁体２０の連通孔２５の両端の開口部が、弁胴１０の通水用開口部１１、１１、バイパス用開口部１２、１２又は遮水用閉鎖部１３、１３と選択的に対向すると共に、弁体２０の軸方向への移動により、連通孔２５の両端の開口部が遮水用閉鎖部１３、１３と対向した際には、弁体２０の外周面が弁胴１０の内周面のシール部材１４、１４…に密着するように構成されている。
【００１８】
このように構成される多機能型入口弁においては、図３（ａ）に示すように、弁体２０の連通孔２５の両端の開口部が弁胴１０の通水用開口部１１、１１に対向した状態にすると、弁体２０の連通孔２５を介して弁胴１０の通水用開口部１１、１１が連通し、上流側通水管１と下流側通水管２とが接続されて、下流側通水管２に接続された水車への水の供給（通水）が行われる。この際、弁体２０の連通孔２５が直線状であることによって、入口弁による損失水頭を小さくすることができ、また、弁体２０に作用する水圧が低減されるため、入口弁を比較的小型に形成することができる。
【００１９】
そして、図３（ｂ）に示すように、上述の状態から弁体２０を６０°回動させて、弁体２０の連通孔２５の両端の開口部が弁胴１０のバイパス用開口部１２、１２に対向した状態にすると、弁体２０の外周面により弁胴１０の通水用開口部１１、１１が閉鎖され、通水管１、２が遮断されて、水車への水の供給が停止されると共に、弁体２０の連通孔２５を介して弁胴のバイパス用開口部１２、１２が連通し、上流側バイパス管５と下流側バイパス管６とが接続されて、水車を迂回して水車の下流側への水の放流が行われる。従って、入口弁と別個に放流設備を設置する必要がなく、設備の規模を縮小し、施工費用を低減することができる。
【００２０】
また、図３（ｃ）に示すように、上述の状態から弁体２０を更に６０°回動させて、弁体２０の連通孔２５の両端の開口部が弁胴１０の遮水用閉鎖部１３、１３に対向した状態にすると、弁体２０の外周面により弁胴１０の開口部１１、１１、１２、１２が閉鎖され、通水管１、２及びバイパス管５、６が遮断されて、水車への水の供給及び下流側への水の放流が停止される。この際、弁体２０の外周面が弁胴１０の内周面のシール部材１４、１４…に密着し、弁体２０と弁胴１０との隙間から水が漏れることが防止されるので、弁胴１０の開口部１１、１１、１２、１２が弁体２０により確実に閉鎖され、水車への水の供給及び下流側への水の放流を確実に停止することができる。
【００２１】
また、事故等により水車を停止させる際には、水車自体のガイドベーンは比較的速く閉鎖すると共に、入口弁は、弁体２０を比較的遅く回動させて、弁体２０の連通孔２５の開口部を弁胴１０の通水用開口部１１、１１からバイパス用開口部１２、１２を経由して遮水用閉鎖部１３、１３に対向させるようにして、バイパス管５、６を介して水を下流側にバイパス放流しながら、ゆっくり完全閉鎖する。従って、無負荷状態の水車の回転数の上昇を抑制することができると共に、通水管１、２等に水撃圧が作用することを防止することができる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態では、アクチュエーター１６、１６により、レバー１７、１７、回動部材１８、カム２２、回動軸２１を介して、弁体２０を周方向へ回動しつつ軸方向へも移動させる場合について述べたが、弁体の駆動手段は、どのようなものでもよく、また、弁体は、周方向へのみ回動して軸方向へは移動しないように構成してもよい。また、上述の実施の形態では、発電用水車に適用した場合について述べたが、本発明は、発電用水車以外にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、弁体の連通孔の開口部を弁胴の通水用開口部と対向させると、通水用開口部に接続される通水管等が連通して水車への水の供給等が行われ、連通孔の開口部をバイパス用開口部と対向させると、バイパス用開口部に接続されるバイパス管等が連通して水の放流等が行われ、連通孔の開口部を遮蔽用閉鎖部と対向させると、通水管及びバイパス管等が遮断されて水車への水の供給及び水の放流等が停止される。従って、入口弁が通水、遮水機能等と共に放流機能等を有するため、別個に放流設備等を設置する必要がなく、設備の規模を縮小し、施工費用を低減くすることができる。
【００２４】
また、弁胴の通水用開口部が弁体の回動軸に対して対称に配置され、弁体の連通孔が直線状に形成されているので、水車等への通水時の損失水頭を小さくし、弁体に作用する水圧を低減することができる。また、発電用水車に適用した場合、事故等により水車を停止させる際に、弁体を比較的遅く回動させて、弁体の連通孔の開口部を弁胴の通水用開口部からバイパス用開口部を経由して遮水用閉鎖部に対向させるようにして、バイパス放流しながら入口弁をゆっくり完全閉鎖することができ、従って、無負荷状態の水車の回転数の上昇を抑制するようにガイドベーンを比較的速く閉鎖しても、通水管等に水撃圧が作用することを防止することができる。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明によれば、弁胴の通水用開口部又はバイパス用開口部及び弁体の連通孔の開口部の必要な面積を確保しつつ弁胴及び弁体を小型に形成することができる。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明によれば、弁体の連通孔の開口部を弁胴の遮水用閉鎖部に対向させて遮水する場合に、弁体と弁胴との隙間から水が漏れることを比較的簡易で小型な機構により防止し、確実に遮水することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る多機能型入口弁を示す斜視図である。
【図２】図１の多機能型入口弁の縦断面図である。
【図３】図１の多機能型入口弁の機能を示す概略図であって、通水時（ａ）、放流時（ｂ）、及び遮水時（ｃ）の横断面図である。
【符号の説明】
１  上流側通水管（水圧鉄管）
２  下流側（水車側）通水管
５  上流側バイパス管
６  下流側バイパス管（放流管）
１０  弁胴（入口弁）
１１  通水用開口部
１２  バイパス用開口部
１３  遮水用閉鎖部
１４  シール部材
１６  アクチュエーター
１７  レバー
１８  回動部材
２０  弁体（入口弁）
２１  回動軸
２２  カム
２５  連通孔
２６  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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