JP2000319979A - 多段渦流式落差工 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡略な構成にて、高落差においても安定した
旋回流を形成でき、且つ空気の混入を抑制できるように
する。 【解決手段】 渦巻室９と、渦巻室９の下端に下方に向
かって口径が暫減するように形成したテーパ部１０と、
渦巻室９に接線方向から接続した集水管１３と、テーパ
部１０の下部に接続した直管部１１と、直管部１１内に
形成した旋回力消滅手段１８及び気体分離手段２１とを
有する上部渦流式落差工７を備え、上部渦流式落差工７
の下部に、下部渦巻室２２と、下部渦巻室２２の下端に
下方に向かって口径が暫減するように形成した下部テー
パ部２３と、下端が下部渦巻室２２に接線方向から接続
され上端が上部渦流式落差工７の直管部１１下端に接続
された接続管２５と、下部テーパ部２３の下部に接続さ
れた下部直管部２４とからなる下部渦流式落差工８を、
１段以上備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段渦流式落差工
に関するものであり、より詳しくは、高落差で水が落下
する場合においても、簡略な構成にて、落下エネルギー
を消滅させることができ、空気の混入を抑制して流出口
からの水の流出を安定させることができるようにした多
段渦流式落差工に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市部における雨水による浸水被害をな
くすために、豪雨時に降った雨水の一部を一時的に地下
に設けられた大規模な貯留管に溜めさせ、川の水位が低
下した時に、貯留管に貯留した水をポンプで汲み上げて
川へ放流するようにした浸水対策用施設が、現在計画さ
れている。

【０００３】上記浸水対策用施設において、雨水を集め
る集水管と地下深くに設けられる貯留管との間の数十メ
ートル以上にも及ぶ落差を結ぶ管路設備が落差工と呼ば
れており、落差工の一例として、図６、図７に示すよう
な渦流式落差工が検討されている。

【０００４】図６、図７は一般に知られている渦流式落
差工の一例を示したもので、図示しない分水施設などで
分水された雨水などの水１を送る集水管２が上端部に接
線方向から接続された垂直管状のドロップシャフト３を
設け、該ドロップシャフト３の下端に水平に曲げられた
流出管４を形成することにより渦流式落差工５を構成
し、前記流出管４を図示しない地下に設けられた貯留管
などの貯留部に接続している。

【０００５】上記渦流式落差工５では、図示しない分水
施設などで分水された雨水などの水１が集水管２を通っ
てドロップシャフト３の上端に接線方向から供給される
と、ドロップシャフト３の内部に旋回流６が形成され、
この旋回流６によって水流の落下エネルギーが減衰され
るようになり、この旋回流６は下方へ向かって徐々に減
衰した後、流出管４から流出されて図示しない貯留部に
送られて貯留される。

【０００６】このように、水１を旋回流６にしてドロッ
プシャフト３内を流下させると、水１の落下エネルギー
を減勢させることができ、ドロップシャフト３下端の落
下着水部分に衝撃などによる振動や損傷などを生じさせ
ずに、短時間のうちに大量の水１をスムーズに下部に流
すことができる。

【０００７】又、図６、図７に示した渦流式落差工５の
他に、ドロップシャフトの内部に螺旋板を備えることに
より、ドロップシャフトの内部に強制的に旋回流を形成
させるようにした螺旋板式落差工も考えられている。

【０００８】このような螺旋板を備えている螺旋板式落
差工は、螺旋板によって水を強制的に旋回させて流下さ
せるために、高落差によって長い長さのドロップシャフ
トとする場合においても、前記螺旋板を備えることによ
って水の落下エネルギーを有効に消滅させることができ
る利点がある反面、ドロップシャフトの内部に、螺旋板
とそれを支持するための支持軸を設けているために、構
成が複雑となって製作が非常に大変であり、そのために
装置が非常に高価なものになるという問題がある。又、
螺旋板の上端部や取付け隅部などに雨水などに含まれる
ゴミが引っかかったり付着するという問題を生じ易い。

【０００９】これに対して、図６、図７に示した渦流式
落差工５は、内部構造がシンプルであって、螺旋板式落
差工に比して製作が非常に容易で安価に実施することが
でき、且つゴミが引っかかったり付着するという問題も
生じ難いことから有効な手段といえる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
６、図７に示した渦流式落差工５は、シンプルな構成を
有している反面、落差、流量などに対して設計自由度が
小さく、例えばドロップシャフトの直径Ｄに対して、１
５Ｄ〜２０Ｄの長さ以上（Ｄが２メートルの場合では３
０メートル〜４０メートルの長さ以上）の長さが必要な
高落差の場合には、渦流式落差工５の上部で与えた旋回
流６が、下部位置では弱まって垂直流に近い状態とな
り、このために、水の落下エネルギーを消滅させるとい
う落差工本来の目的が達成できなくなる可能性がある。

【００１１】即ち、渦流式落差工５において水１の落下
エネルギーを減衰させるためには、ドロップシャフト３
の内部全体にわたって安定した旋回流６を形成させる必
要がある。

【００１２】又、渦流式落差工５における流出管４への
空気混入率は一般に大きく、空気混入のために貯留部に
おける貯水量が減少してしまうという問題に対処するた
めに、前記流出管４或いは貯留部に空気抜きのための配
管設備などを設置して混入した空気を抜きとるようにし
ており、空気抜きのための設備費が増大するという問題
があると共に、抜きとった空気を地上に開放させる部分
において異臭を生じる場合があるといった問題がある。

【００１３】このように、渦流式落差工５を高落差の場
合に適用するには、ドロップシャフト３内部全体に安定
した旋回流６を形成させ、更に空気混入率を低下すると
いう条件を達成する必要がある。

【００１４】本発明は、上述の実情に鑑み、簡略な構成
にて、高落差においても安定した旋回流を形成でき、且
つ空気の混入を抑制できるようにした多段渦流式落差工
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、渦巻室と、渦
巻室の下端に下方に向かって口径が暫減するように形成
したテーパ部と、渦巻室に接線方向から接続した集水管
と、テーパ部の下部に接続した直管部と、直管部内に形
成した旋回力消滅手段及び気体分離手段とを有する上部
渦流式落差工を備え、上部渦流式落差工の下部に、下部
渦巻室と、下部渦巻室の下端に下方に向かって口径が暫
減するように形成した下部テーパ部と、下端が下部渦巻
室に接線方向から接続され上端が上部渦流式落差工の直
管部下端に接続された接続管と、下部テーパ部の下部に
接続した下部直管部とからなる下部渦流式落差工を、１
段以上備えたことを特徴とする多段渦流式落差工、に係
るものである。

【００１６】上記手段において、下部渦流式落差工の下
部直管部内に、旋回力消滅手段を備えてもよく、旋回力
消滅手段は、直管部の内側に突出する直管部の軸方向に
長い突起であってもよく、気体分離手段は、オリフィス
であってもよく、接続管の下端が絞り部を介して下部渦
巻室に接続されていてもよく、上部渦流式落差工の渦巻
室の軸中心部に、空気流出口を備えていてもよい。

【００１７】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００１８】上部渦流式落差工の渦巻室に接線方向から
導入されて旋回された水は、テーパ部により旋回力が高
められて下部の直管部内を強力に旋回しながら流下する
ことにより、落下エネルギーが効果的に減衰させられ
る。直管部内を流下した水は、直管部の下部内面に備え
た突起からなる旋回力消滅手段による摩擦抵抗によっ
て、旋回流が急速に消滅させられ、これによって落下エ
ネルギーが効果的に減衰され、更に、オリフィスによる
気体分離手段によって圧力損失が高められることにより
空気が確実に分離される。よって、空気混入率が低く、
落下着水部分に衝撃などによる振動や損傷などを生じさ
せない、安定した流れを形成できる。

【００１９】上部渦流式落差工にて水の落下エネルギー
が低減され、且つ混入空気が除去された水は、接続管を
介して下部渦流式落差工の下部渦巻室に接線方向から導
入されて再び旋回され、下部テーパ部にて旋回力が高め
られて下部直管部内を流下することにより、落下エネル
ギーが低減される。この時、接続管に絞り部を備えて流
速が高められた水を下部渦巻室に導入するようにしてい
るので、下部渦流式落差工内での旋回力を高められる。
更に、下部渦流式落差工の下部直管部の下部に備えた突
起からなる旋回力消滅手段による摩擦抵抗によって、旋
回流が急速に消滅させられることにより、落下エネルギ
ーが効果的に減衰される。

【００２０】よって、上記多段渦流式落差工によれば、
下部渦流式落差工の下部に、更に所要数の下部渦流式落
差工を備えることにより、超高落差の場合でも、良好に
旋回流を形成させて落下エネルギーを減衰させられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２２】図１〜図５は本発明の実施の形態の一例を
示したもので、図１では上部渦流式落差工７と、１つの
下部渦流式落差工８を備えた場合を示している。

【００２３】図１において、上部渦流式落差工７は、所
要の口径を有する円管状の渦巻室９と、渦巻室９の下部
に下方に向かって口径が暫減するように形成されたテー
パ部１０と、該テーパ部１０の下端に上端が接続された
直管部１１とを備えている。直管部１１は前記渦巻室９
に対して口径が小さくなっている。

【００２４】更に、図２に示すように、円管状から角管
状にして絞り部１２を形成した集水管１３が、前記渦巻
室９に対して接線方向から接続されている。集水管１３
は、図示しない分水施設などで分水された雨水などの水
１を、絞り部１２により流速を高めて、渦巻室９に対し
接線方向に供給するようにしている。上記渦巻室９と、
接線方向に接続された集水管１３と、テーパ部１０とに
よって渦流促進部１４が構成されている。

【００２５】更に、前記渦巻室９の上板１５における渦
巻室９の軸心位置には、渦巻室９内部を外部に開放する
空気流出口１６が設けられている。空気流出口１６に
は、二点鎖線で示すように、渦巻室９の内部に入り込ん
だ空気流出管１６Ａを備えるようにしても良い。

【００２６】前記直管部１１の下部の内面には、図１、
図３に示すように、内側に突出して旋回流６の摩擦抵抗
を増加し、圧力損失を高めて、旋回流６を消滅させるよ
うにした直管部１１の軸方向に長い複数の突起１７によ
る旋回力消滅手段１８を備えている。突起１７は、狭幅
の板材、或いは棒材を直管部１１内面に溶接にて固定す
ることによって構成することができる。

【００２７】更に、直管部１１における旋回力消滅手段
１８の下部位置には、直管部１１の口径より小さい口径
の開口１９により流路断面積を絞って圧力損失を高める
ことにより、気体を分離するようにしたオリフィス２０
による気体分離手段２１を備えている。図１では、オリ
フィス２０を１段のみ備えているが、２段以上備えるよ
うにしてもよい。

【００２８】又、上記突起１７による旋回力消滅手段１
８とオリフィス２０による気体分離手段２１の上下位置
を逆にして、気体分離手段２１を上側に、旋回力消滅手
段１８を下側に設けることもできる。

【００２９】図１において、下部渦流式落差工８は、円
管状の下部渦巻室２２と、下部渦巻室２２の下部に下方
に向かって口径が暫減するように形成された下部テーパ
部２３と、該下部テーパ部２３の下端に上端が接続され
た下部直管部２４とを備えている。下部直管部２４は、
下部渦巻室２２に対して口径が小さくなっている。

【００３０】更に、図５に示すように、上端が前記上部
渦流式落差工７の直管部１１の下端に接続したベント管
からなる接続管２５の下端を、下部渦巻室２２に対して
接線方向から接続している。

【００３１】接続管２５は、直管部１１の下端に接続さ
れた円管から縦長の角管により絞り部２６を形成してお
り、この絞り部２６により水の流速を高めて、下部渦巻
室２２に接線方向から供給するようにしている。前記下
部渦巻室２２と、接線方向に接続された接続管２５と、
下部テーパ部２３とによって下部渦流促進部２７が構成
されている。

【００３２】下部渦流式落差工８の下部直管部２４の下
部内面には、内側に突出して旋回流６の摩擦抵抗を増加
し、圧力損失を高めて、旋回流６を消滅させるようにし
た上下方向に長い複数の突起１７からなる旋回力消滅手
段１８を備えている。尚、下部渦流式落差工８には、旋
回力消滅手段１８は備えなくてもよい。

【００３３】又、下部直管部２４の下端には、図６に示
したような流出管４を接続する。一方、更に高落差の場
合に適用する際には、図１に示した下部渦流式落差工８
の下部に、更に所要数の下部渦流式落差工８を接続管２
５により接続して備えることができる。

【００３４】次に、上記形態例の作用を説明する。

【００３５】図１において、集水管１３から送られてく
る水１は、絞り部１２で絞られることにより流速を高め
られて渦巻室９に接線方向から導入され、これにより水
１は渦巻室内で旋回し、更にテーパ部１０を流下する際
に旋回力が高められることになり、よって落下エネルギ
ーが効果的に減衰された状態で直管部１１内を流下す
る。

【００３６】更に、前記旋回力の増加によって、水１中
の空気が、図１に示すようにテーパ部１０の中心部に気
柱Ａを形成するように集合し、集合した空気は空気流出
口１６から外部に流出されるので、直管部１１に導かれ
る水１の空気混入率を著しく低減させることができる。

【００３７】直管部１１内を旋回しながら流下した水
は、図１、図３に示すように、直管部１１内面に設けた
突起１７からなる旋回力消滅手段１８に導かれ、突起１
７による摩擦抵抗によって旋回流６が急速に消滅させら
れ、これにより落下エネルギーが効果的に減衰され、同
時に圧力損失が高められる。

【００３８】更に、旋回力消滅手段１８によって旋回流
６が消滅された水は、図１、図４に示すように、略直下
流となってオリフィス２０による気体分離手段２１に導
かれ、オリフィス２０により圧力損失が高められ、これ
によって、水１中に混入している空気は、圧力が低くな
っている上側のテーパ部１０の中心側に押しやられるよ
うに作用され、空気の分離が確実に行われるようにな
る。

【００３９】上記したように、上部渦流式落差工７によ
って空気が効果的に分離・除去されることにより、従来
流出管４や貯留部に備えていた空気抜きのための設備を
小型のものとしたり、或いはその設置を全く省略するこ
とができるようになる。

【００４０】上部渦流式落差工７によって水の落下エネ
ルギーが低減され、且つ空気が除去された水は、直管部
１１の下端から接続管２５を流下し、絞り部１２で絞ら
れて流速を高められた後、下部渦流式落差工８の下部渦
巻室２２に接線方向から導入され、これにより水１は下
部渦巻室２２内で再び旋回される。下部渦巻室２２内に
形成された旋回流６は、下部テーパ部２３を通過する際
に更に旋回力が高められて下部直管部２４を流下するこ
とになり、これによって落下エネルギーが効果的に減衰
される。

【００４１】下部直管部２４内を旋回しながら流下した
水は、下部直管部２４の下部内面に備えた突起１７から
なる旋回力消滅手段１８に導かれ、突起１７による摩擦
抵抗によって旋回流６が急速に消滅させられ、これによ
って落下エネルギーが効果的に減衰される。よって、落
下着水部分に衝撃などによる振動や損傷などを生じさせ
ずに、安定した流れとして、図６に示すような流出管４
に導くことができる。

【００４２】一方、更に高落差の場合には、図１の下部
渦流式落差工８の下部に、更に所要数の下部渦流式落差
工８を備えるようにすることができ、このようにする
と、超高落差の場合でも、落下エネルギーを良好に減衰
させて水を流下させることができる。

【００４３】尚、本発明は上述の実施の形態例にのみ限
定されるものではなく、旋回力消滅手段及び気体分離手
段は図示例以外の形状のものも採用できること、渦巻室
及び下部渦巻室に対する集水管及び接続管の接続は水平
でも或いは傾斜していてもよいこと、接続管の形状は種
々変更し得ること、その他本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ること、などは勿論であ
る。

【００４４】

【発明の効果】上部渦流式落差工の渦巻室に接線方向か
ら導入されて旋回された水は、テーパ部により旋回力が
高められて下部の直管部内を強力に旋回しながら流下す
ることにより、落下エネルギーが効果的に減衰させられ
る効果がある。直管部内を流下した水は、直管部の下部
内面に備えた突起からなる旋回力消滅手段による摩擦抵
抗によって、旋回流が急速に消滅させられ、これによっ
て落下エネルギーが効果的に減衰される効果があり、更
に、オリフィスによる気体分離手段によって圧力損失が
高められることにより空気が確実に分離される効果があ
る。よって、空気混入率が低く、落下着水部分に衝撃な
どによる振動や損傷などを生じさせない、安定した流れ
を形成できる効果がある。

【００４５】上部渦流式落差工にて水の落下エネルギー
が低減され、且つ混入空気が除去された水は、接続管を
介して下部渦流式落差工の下部渦巻室に接線方向から導
入されて再び旋回され、更に下部テーパ部により旋回力
が高められて下部直管部内を流下することにより、落下
エネルギーが低減される効果がある。この時、接続管に
絞り部を備えて流速が高められた水を下部渦巻室に導入
するようにしているので、下部渦流式落差工内での旋回
力を高められる効果がある。更に、下部渦流式落差工の
下部直管部の下部に備えた突起からなる旋回力消滅手段
による摩擦抵抗によって、旋回流が急速に消滅させられ
ることにより、落下エネルギーが効果的に減衰される効
果がある。

【００４６】上記した多段渦流式落差工によれば、下部
渦流式落差工の下部に、更に所要数の下部渦流式落差工
を備えることにより、超高落差の場合でも、良好に旋回
流を形成させて落下エネルギーを減衰させられる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示した縦断面図で
ある。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ方向矢視図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ方向矢視図である。

【図６】従来の渦流式落差工の一例を示す側面図であ
る。

【図７】図６の平面図である。

【符号の説明】

１ 水 ６ 旋回流 ７ 上部渦流式落差工 ８ 下部渦流式落差工 ９ 渦巻室 １０ テーパ部 １１ 直管部 １３ 集水管 １６ 空気流出口 １６Ａ 空気流出管 １７ 突起 １８ 旋回力消滅手段 ２０ オリフィス ２１ 気体分離手段 ２２ 下部渦巻室 ２３ 下部テーパ部 ２４ 下部直管部（直管部） ２５ 接続管 ２６ 絞り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 聡 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 Ｆターム(参考） 2D063 CA25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 渦巻室と、渦巻室の下端に下方に向かっ
   て口径が暫減するように形成したテーパ部と、渦巻室に
   接線方向から接続した集水管と、テーパ部の下部に接続
   した直管部と、直管部内に形成した旋回力消滅手段及び
   気体分離手段とを有する上部渦流式落差工を備え、上部
   渦流式落差工の下部に、下部渦巻室と、下部渦巻室の下
   端に下方に向かって口径が暫減するように形成した下部
   テーパ部と、下端が下部渦巻室に接線方向から接続され
   上端が上部渦流式落差工の直管部下端に接続された接続
   管と、下部テーパ部の下部に接続した下部直管部とから
   なる下部渦流式落差工を、１段以上備えたことを特徴と
   する多段渦流式落差工。
2. 【請求項２】 下部渦流式落差工の下部直管部内に、旋
   回力消滅手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   多段渦流式落差工。
3. 【請求項３】 旋回力消滅手段が、直管部の内側に突出
   する直管部の軸方向に長い突起であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の多段渦流式落差工。
4. 【請求項４】 気体分離手段が、オリフィスであること
   を特徴とする請求項１、２又は３記載の多段渦流式落差
   工。
5. 【請求項５】 接続管の下端が絞り部を介して下部渦巻
   室に接続されていることを特徴とする請求項１、２、３
   又は４記載の多段渦流式落差工。
6. 【請求項６】 上部渦流式落差工の渦巻室の軸中心部
   に、空気流出口を備えていることを特徴とする請求項
   １、２、３、４又は５記載の多段渦流式落差工。