JP5366382B2 - 取水口の開度調整構造 - Google Patents

Description

本発明は、取水口の開度調整構造に関し、特に、水力発電所等において、河川の本流からの取水量の不足分を支流等から補う際に使用される取水口の開度調整構造に関する。

一般に、流れ込み式の水力発電所においては、河川の本流に設置した取水ダムによってせき止めた水を導水路に導き、導水路を介して発電機に導いているが、本流からの取水量が不足する場合には、支流（渓流等）に設置した堰でせき止めた水を導水路に導き、本流の不足分を補っている。

この場合、支流からの取水についても、本流からの取水と同様に、河川法の「水利使用許可」を受けている。取水は補給水とし定義づけられているため、本流の不足分を取水するよう、支流と導水路との間を接続する取水口の開度を制御し、取水量を適正に調整する必要がある。

このような取水口の開度を制御する方法として、取水口の上流側に箱型の制水ゲートを設け、この制水ゲートに滑車を介してロープの一端を連結し、ロープの他端にカウンターウエートを連結した取水口の開度調整構造が知られている（非特許文献１参照。）。

このような構成の取水口の開度調整構造にあっては、平水時には、カウンターウエートと制水ゲートとのバランスにより、制水ゲートによる取水口の開度を一定に保持し、取水口を介して一定量の取水を行い、出水によって水位が上昇した場合には、制水ゲートの内部へ注水することにより制水ゲートの重量を増加させ、カウンターウエートと制水ゲートとのバランスを崩して制水ゲートを水中に沈め、制水ゲートによって取水口を閉塞し、補助取水口からの取水を停止している。
Ｎｏ．１２４；発電水力４８．５「無電源全自動ゲートについて」

ところで、上記のような構成の制水ゲートによって取水口を開閉する場合、制水ゲートとバランスさせるためのカウンターウエートが必要になるとともに、制水ゲート及びカウンターウエートを吊り下げるための滑車等の設備が必要になり、全体の構造が複雑になり、設置に時間、手間、及び費用がかかることになる。

また、取水口の開度の調整は、制水ゲートとカウンターウエートとのバランスにより行っているため、取水口の上流側の水位が変動した場合に、その水位の変動によって取水量が変化してしまい、適正な取水量を得ることができない。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、構造が簡単で設置に要する時間、手間、及び費用を削減することができるとともに、水位の変動に影響されることなく、適正な取水量が得られる取水口の開度調整構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、取水口の開度調整構造であって、前記取水口の上流側の水中に浮動状態に設けられて、上流側の水位の変動に追従して上下方向に移動するとともに、上流側と前記取水口との間を連通する、周囲が閉塞された開口が設けられる扉体と、該扉体を上下方向に移動可能に案内する案内手段とを備え、前記扉体は、上流側の水位が通常状態にある時には、浮動状態で前記開口と前記取水口とが完全に合致するように重なりあって、前記取水口が全開状態となり、上流側の水位が通常状態よりも上昇した時には、水位の上昇に追従して浮上し、それに応じて前記開口と前記取水口との重なり度合いが減少するように、浮力が調整されていることを特徴とする。

本発明の取水口の開度調整構造によれば、取水口の上流側の水中に浮動状態で設けられている扉体が上流側の水位の変動に追従して上下方向に移動することにより、扉体の開口と取水口との重なり度合いが変化し、その重なり度合いに応じた開度に取水口が調整される。この場合、扉体は、上流側の水位が通常状態にある時には、浮動状態で開口と取水口とが完全に合致するように重なり合って、取水口が全開状態となり、上流側の水位が通常状態よりも上昇した時には、水位の上昇に追従して浮上し、それに応じて開口と取水口との重なり度合いが減少するように、浮力が調整されているので、取水口の上流側の水位に関わらずに適正な取水量が得られることになる。また、扉体の開口は、周囲が閉塞されているので、水位の減少によって扉体の開口の上面が取水口の上面よりも下方に下がっても、扉体の開口の上面によって取水口の開度を調整できることになる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の取水口の開度調整構造であって、前記案内手段は、前記取水口の上流側の両側に前記取水口を挟んだ状態で設けられるとともに、前記扉体の両側部を上下方向に移動可能に案内する一対の案内部材と、前記扉体の両側部に設けられるとともに、前記扉体の上下方向への移動時に前記一対の案内部材上を転動する複数の案内ローラとを備えていることを特徴とする。

本発明による取水口の開度調整構造によれば、案内手段の一対の案内部材によって扉体の両側部が上下方向に移動可能に案内され、この際に扉体の両側部の複数の案内ローラが案内部材上を転動することにより、扉体がスムーズに上下方向に移動し、扉体の上下方向への移動に追従して扉体の開口と取水口との重なり度合いが変化し、取水口の開度が調整されることになる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の取水口の開度調整構造であって、前記案内部材の前記取水口に臨む部分には上下方向に延びる案内溝が設けられ、該案内溝内に前記扉体の両側部が上下方向に移動可能に嵌合されるとともに、前記扉体の両側部に設けられる前記案内ローラが前記案内溝の面上を転動するように構成されていることを特徴とする。

本発明による取水口の開度調整構造によれば、扉体は、両側部が案内部材の案内溝に移動可能に嵌合されることで上下方向に移動可能に案内され、この際に扉体の両側部の案内部材が案内溝の面上を転動することにより、扉体が上下方向にスムーズに移動し、扉体の上下方向の移動に追従して扉体の開口と取水口との重なり度合いが変化し、取水口の開度が調整されることになる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の取水口の開度調整構造であって、前記扉体は、中空状に形成されるとともに、中空の内部にバラスト材が充填可能に構成され、中空の内部へのバラスト材の充填量を調整することにより、前記扉体に作用する浮力が調整可能に構成されていることを特徴とする。

本発明による取水口の開度調整構造によれば、扉体の中空の内部に充填するバラス材の量を調整することにより、扉体に作用する浮力を調整することができるので、取水口の上流側の水位に応じた適正な開度に取水口を調整することが可能となり、上流側の水位の変動に関わらず適正な取水量が得られることになる。

以上、説明したように、本発明の取水口の開度調整構造によれば、取水口の上流側に浮動状態に扉体を設け、この扉体を案内手段によって上下方向に移動可能に案内すればよいので、設置に要する時間、手間、及び費用を大幅に削減することができる。
また、扉体の構造、及び扉体を案内する案内手段の構造が簡単であるので、これによっても設置に要する時間、手間、及び費用を大幅に削減することができる。
また、扉体は、上流側の水位が通常状態にある時には、浮動状態で開口と取水口とが完全に合致するように重なり合って、取水口が全開状態となり、上流側の水位が通常状態よりも上昇した時には、水位の上昇に追従して浮上し、それに応じて開口と取水口との重なり度合いが減少するように、浮力が調整されているので、取水口の上流側の水位に関わらずに適正な取水量が得られることになる。
さらに、扉体の開口は、周囲が閉塞されているので、水位の減少によって扉体の開口の上面が取水口の上面よりも下方に下がっても、扉体の開口の上面によって取水口の開度を調整できることになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による取水口の開度調整構造の一実施の形態が示されていて、図１は全体を示す断面図、図２は図１の扉体の正面図、図３は図２の側面図、図４は扉体と案内手段との関係を示す説明図である。

本実施の形態の取水口の開度調整構造は、図１に示すように、例えば、水力発電所において、河川の本流から導水路を介して取水する場合に、本流からの取水量の不足分を支流（渓流等）から補う際に使用される、支流３５と導水路３６とを接続する取水口３０に適用される。

すなわち、本実施の形態の取水口３０の開度調整構造は、図１に示すように、取水口３０の上流側の水中に浮動状態に設けられるとともに、上流側の水位に応じて上下方向に移動可能な合成樹脂製の扉体１と、扉体１を上下方向に移動可能に案内する案内手段２０とを備えている。
なお、図１においては、扉体１の平水時の位置と出水時の位置とを示しており、平水時の位置を破線で示し、出水時の位置を実線で示している。

扉体１は、図２及び図３に示すように、前板２と、前板２と所定の間隔をおいて設けられる後板３と、前板２と後板３の上端間に設けられる上板４と、前板２と後板３の下端間に設けられる下板５と、前板２と後板３の両側端間に設けられる側板６とからなる中空の矩形板状をなすものであって、中央部に前板２と後板３との間を貫通する矩形状の開口７が設けられ、この開口７が取水口３０と互いに重なり合うように構成されている。

扉体１の開口７を囲む部分には、内上板８、内下板９、及び内側板１０がそれぞれ設けられ、これらによって扉体１の開口７の周囲が閉塞され、扉体１の内部に密閉された角環状の空間１１が形成されている。
なお、扉体１の開口７は、矩形に限らず、丸形、楕円形、台形等の各種の形状に形成してもよい。また、扉体１の開口７は中央部以外の部分に設けてもよい。

扉体１の上板４には、空間１１内外を貫通する注入孔１２が設けられ、この注入孔１２を介して空間１１内に砂、石等のバラスト材１４が充填可能に構成されている。注入孔１２にはキャップ１３が着脱自在に取り付けられ、キャップ１３を注入孔１２に取り付けることによって空間１１内に所定量のバラスト材１４を封入するができる。

扉体１は、適宜の水理計算によって開口７の形状及び大きさを設定し、空間１１内に充填するバラスト材１４の量を調整し、扉体１に作用する浮力を調整することにより、上流側の水中における浮動位置を任意に調整できる。

扉体１の上板４の中央部には、上方に突出した状態で略Ｕ形状の把手１５が一体に連結され、この把手１５を掴んで扉体１を上下方向に移動させることにより、扉体１を取水口３０の上流側の水中から引き上げ、又は上流側の水中内にセットすることができる。

案内手段２０は、図１及び図４に示すように、取水口３０の上流側の両側に取水口３０を挟んで設けられるとともに、扉体１を上下方向に移動可能に案内する一対の案内部材２１と、扉体１に設けられて一対の案内部材２１上を転動可能な複数の案内ローラ２５とを備えている。

案内部材２１は、図１及び図４に示すように、Ｃ型鋼等の鋼材からなる断面コ形状をなすものであって、内側に設けられる案内溝２２が取水口３０の上流側に面し、かつ上下方向に延びるように、取水口３０の上流側の両側に垂直に設けられ、この案内部材２１の案内溝２２内に扉体１の両側部が上下方向に移動可能に嵌合されている。

案内ローラ２５は、例えば、ローラと、ローラの中心部に設けられる支持軸と、支持軸を回転自在に支持するベースとから構成され、支持軸が水平方向を向き、かつローラが上下方向に回転可能となるように、ベースを介して扉体１の両側部の各部に設けられている。

なお、本実施の形態においては、案内ローラ２５は、半分が扉体１の内部に位置し、半分が扉体１の表面よりも外方に位置するように、扉体１の各部に取り付けられている。
また、案内ローラ２５は、上記の構成のものに限らず、市販の各種の案内ローラを使用することができる。

本実施の形態においては、図２〜図４に示すように、扉体１の前板２及び後板３の四隅、及び両側板６の上下端部にそれぞれ案内ローラ２５が設けられ、前板２及び後板３の各案内ローラ２５が案内部材２１の案内溝２２の側面２２ａ上を転動し、各側板６の各案内ローラ２５が案内溝２２の底面２２ｂ上を転動するように、各案内ローラ２５の取付け位置が設定されている。

図１に示すように、取水口３０の扉体１よりも上流側の部分には除塵スクリーン２６が設けられ、この除塵スクリーン２６によって上流側の水中に混入している塵芥等の異物が捕捉され、異物が補助取水口３０側に流れ込むのが防止される。

次に、上記のように構成した本実施の形態による取水口３０の開度調整構造の作用について説明する。
まず、扉体１の空間１１内へ所定量のバラスト材１４を充填し、扉体１に作用する浮力を所望の値に調整し、この状態で扉体１の両側部を各案内部材２１の各案内溝２２内に嵌合させることにより、図１に示すように、扉体１を取水口３０の上流側の水中に浮かんだ状態にセットし、扉体１を上流側の水位に追従して上下方向に移動可能とする。

そして、平水時には、扉体１は作用する浮力によって平水時の水位に応じた位置に浮動状態に保持される。この場合、扉体１の開口７と取水口３０とは完全に合致するように重なり合い、取水口３０の開度が全開状態となり、この全開状態の取水口３０を介して支流から導水路への取水が行われる。

一方、出水時には、扉体１は作用する浮力によって出水時の水位に応じた位置に浮動状態に保持される。つまり、扉体１は水位の変動（上昇）によって平水時よりも上方に移動し、扉体１の開口７と取水口３０との重なり度合いが減少し、取水口３０の開度が小さく絞られ、この小さく絞られた取水口３０を介して支流から導水路への取水が行われる。

このように、本実施の形態による取水口３０の開度調整構造にあっては、取水口３０の上流側の水中に扉体１を浮動状態に設けて、この扉体１を取水口３０の上流側の両側に設けた一対の案内部材２１と扉体１側に設けた複数の案内ローラ２５との協働により上下方向に移動可能に案内したので、上流側の水位の変動に影響されることになく、常に適正な取水量が得られることになる。

また、扉体１の上下方向への移動は上流側の水位の変動によって行われ、動力源が不要であるので、電源確保が困難な山間部等においても設置することができ、適用可能な範囲を広げることができる。さらに、扉体１、案内部材２１、及び案内ローラ２５は、簡単な構造であるので、容易に設置することができ、設置に要する時間、手間、及び費用を大幅に削減することができる。

なお、前記の説明においては、本発明による取水口３０の開度調整構造を、水力発電所の導水路３６と支流３５との接続部に設けられる取水口３０に適用したが、これに限定することなく、取水量の調整が必要な各種の取水口の開度の調整に適用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏することは勿論である。

本発明による取水口の開度調整構造の一実施の形態の全体を示す断面図である。 図１の扉体の正面図である。 図２の側面図である。 扉体と案内手段との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 扉体 ２ 前板
３ 後板 ４ 上板
５ 下板 ６ 側板
７ 開口 ８ 内上板
９ 内下板 １０ 内側板
１１ 空間 １２ 注入孔
１３ キャップ １４ バラスト材
１５ 把手 ２０ 案内手段
２１ 案内部材 ２２ 案内溝
２２ａ 側面 ２２ｂ 底面
２５ 案内ローラ ２６ 除塵スクリーン
３０ 取水口 ３５ 支流
３６ 導水路

Claims (4)

1. 取水口の開度調整構造であって、
   前記取水口の上流側の水中に浮動状態に設けられて、上流側の水位の変動に追従して上下方向に移動するとともに、上流側と前記取水口との間を連通する、周囲が閉塞された開口が設けられる扉体と、該扉体を上下方向に移動可能に案内する案内手段とを備え、
   前記扉体は、上流側の水位が通常状態にある時には、浮動状態で前記開口と前記取水口とが完全に合致するように重なりあって、前記取水口が全開状態となり、
   上流側の水位が通常状態よりも上昇した時には、水位の上昇に追従して浮上し、それに応じて前記開口と前記取水口との重なり度合いが減少するように、浮力が調整されていることを特徴とする取水口の開度調整構造。
2. 前記案内手段は、前記取水口の上流側の両側に前記取水口を挟んだ状態で設けられるとともに、前記扉体の両側部を上下方向に移動可能に案内する一対の案内部材と、前記扉体の両側部に設けられるとともに、前記扉体の上下方向への移動時に前記一対の案内部材上を転動する複数の案内ローラとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の取水口の開度調整構造。
3. 前記案内部材の前記取水口に臨む部分には上下方向に延びる案内溝が設けられ、該案内溝内に前記扉体の両側部が上下方向に移動可能に嵌合されるとともに、前記扉体の両側部に設けられる前記案内ローラが前記案内溝の面上を転動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の取水口の開度調整構造。
4. 前記扉体は、中空状に形成されるとともに、中空の内部にバラスト材が充填可能に構成され、中空の内部へのバラスト材の充填量を調整することにより、前記扉体に作用する浮力が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の取水口の開度調整構造。

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