JPH057305Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この考案は高圧スライドゲート等から放流され
る射流の減勢を行う射流減勢用デイフレクターに
関する。

＜従来の技術＞ 一般に、射流（ここでは空洞現象を発生する
7m／sec以上とする）放流口より放出される高速
流は、速度×質量をもつて大きなエネルギーを保
有している。

従来、ダム等においては、そのエネルギーを減
勢するために、放流口の下流に減勢池を設置し、
射流を減勢池の中に直接突入させるか、または、
射流を空中放流して、減勢池へ落下させ跳水を起
させる方法により、いずれも池の中で減勢して常
流にして下流へ流下させる方法がとられていた。

また、トンネルの中で放流する場合は、掘削量
が少なくなるよう放流口の高さを低く設けて、渦
流や流速剪断力等によつて減勢する跳水式減勢工
を設置し、射流を流速２〜3m／secの常流とし
て、下流のトンネル水路の方向へ流下させる方法
がとられていた。

第１５図は、上述の跳水式減勢工の一例を示す
ものであり、高圧鉄管１よりの高圧水は、高圧ス
ライドゲート４を通り放流口２から射流となつて
減勢池５へ放流される。減勢池５は、トンネル水
路７の断面よりも大きく、その長さは、放流口２
より射流の着床点までの距離L_s1と，跳水の長さ
L_b（着床点から下流のせき６までの距離に相当）
とを加えた減勢池長Ｌとなる。この減勢池５の断
面は、通常、トンネル水路７の断面より大きく、
そのため施工難と工費が嵩むという問題を内包し
ており、減勢池長Ｌは短い方が好ましい。減勢池
長Ｌは、例えば、放流口２の高さW₁を高圧スラ
イドゲート４の保守上１〜２ｍとすると、射流流
速が20m／secの場合、距離L_s1は10〜20ｍとな
り、減勢池長Ｌは38ｍ程度の長大なものとなる。
この減勢池長Ｌの内、跳水の長さL_bは、水理現
象で止むを得ない長さであり、射流の着床点まで
の距離L_s1を短くするため、従来第１６図に示す
ように平板状のデイフレクター板４１を、放出口
２の直下流に俯角を与えて装備して、射流を下方
へ変向させる対策がとられていた。

＜考案が解決しようとする課題＞ しかし、このような従来構成のデイフレクター
にあつては、射流が１〜２m³／secの小流量の場
合に、効果的に変向作用を果たすものの、それを
超えると、射流がデイフレクター板に衝突したと
き、デイフレクター板に振動が発生したり、ま
た、射流の反射波が発生して、その水圧力が後続
水流と激突して乱流を生ずるという問題を発生す
る。

前者のデイフレクター板の振動は、岩盤を伝わ
つて構造物を破損するおそれがあり、そのため、
平板状デイフレクターはロツクフイルダムには用
いられていない。後者の反射波による乱流の発生
は、変向された放流水中に圧力変動が生じ、従つ
て整流とならないため減勢効果が低下するという
問題があつた。

この考案は上記問題を解決するためになされた
ものであり、その目的とするところは、射流の衝
突による振動および反射波の発生を防止するとと
もに、射流の変向、減勢効果の大きな射流減勢用
デイフレクターを提供しようとするものである。

＜課題を解決するための手段＞ この考案は上記目的を達成するためになされた
ものであり、 放流口の直下流にその放流口より放流される射
流に対向して設けられ、その射流の方向を変向さ
せる変向面を備えた射流減勢用デイフレクターで
あつて、上記変向面は前記射流の流れ方向の縦断
面形で、下流側に行く程加速度的に下方に向う曲
線状に形成されてなる射流減勢用デイフレクター
である。

＜作用＞ この考案は上記のように構成されたものであ
り、放流口より放流された射流水束の上層部分
は、まずデイフレクター板の変向面の緩やかな曲
率部分に入射し、変向面に沿つて流下して、下流
側に行く程加速度的に下方向きに変向すると同時
に、勾配の緩やかな横方向にも変向する。

射流水束の中層部分は、上層部分の変向につれ
て下流側に行く程斜め下向きとなり、更に、下層
部分は、その中層部分につれて下流側に行く程下
向きとなる。

このようにして、射流水束は加速度的に下方に
向う曲面によつて下流側に行く程、スムーズに横
方向に拡散されて減勢し、下向きの角度で流出し
て、水路幅に一様に有効に拡散されて、着床点ま
での距離を短くする。

＜実施例＞ 以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図はこの考案の一実施例の射流減勢用デイ
フレクターの縦断面図を示し、第２図は平面図、
第３図は変向面の縦断面形の説明図である。な
お、以下の説明では従来例と同一構成要素は同一
符号を付して説明を省略する。

１０は射流減勢用デイフレクター（以下、デイ
フレクター１０と略称す）で、縦断面形が下流側
に行く程加速度的に下方に向かう曲線状に形成さ
れた変向面１３を有するデイフレクター板１１
と、デイフレクター板１１を補強し固定するため
のステイフナー１４と、構造物としてのコンクリ
ート壁１５と、射流に給気するエアチヤンバー１
８、給気管１９等とから構成されている。

デイフレクター板１１は、実施例ではステンレ
ス鋼板からなり、射流に接する変向面１３の縦断
面形は、第３図に示すように２次曲線である仮想
楕円Ｅの1/4円分を基本として形成されている。
即ち、仮想楕円Ｅは、例えば （Ｘ／ａ）²＋（Ｙ／ｂ）²＝１ の標準楕円形に形成され、水理実験の結果ａは高
圧鉄管１の管径Ｄの２倍前後、ｂは管径Ｄと略同
一にすることが望しい。そして、長軸Ｆを高圧鉄
管１の下側内径線に合致させ、短軸Ｇを高圧鉄管
１の末端からエアチヤンバー１８の長さＡだけ離
隔した位置に設定し、短軸Ｇの頂点を高圧鉄管１
の上側内径線の高さに合致させる。

変向面１３は、この短軸Ｇの頂点を始曲展Ｈと
し、仮想楕円Ｅの1/4円分上に終曲点を有する曲
線状に形成されている。そして、その平面形は第
２図に示すように、下流側に向かつて末広がりの
台形状に形成されている。

第３図に示す終曲点K₁，K₂，K₃は、代表的な
終曲点を示すものであり、例えば、終曲点K₁は、
管径Ｄの中心線の延長線Ｍと仮想楕円Ｅの1/4円
分との交点に位置している。この場合、射流の1/
２は変向面１３による直接変向を受け、射流は下
向き約30°の角度で流出し、着床点の中心は第２
図のP₁位置となる。

終曲点K₂は、長軸Ｆより管径Ｄの1/4だけ上方
の水平線Ｎと1/4円分との交点に位置している。
この場合、射流の3/4は変向面１３による直接変
向を受け、射流は下向き約40°の角度で流出し、
着床点の中心はP₂となる。

また、終曲点K₃は、長軸Ｆの頂点に位置して
おり、この場合、射流は下向き約45°の角度で流
出し、着床点の中心はP₃となる。

この終曲点K₁，K₂，K₃の選定は、流量、流速
等を勘案して行われるものであり、流量は10m³／
sec以上の場合は、終曲点K₁〜K₂を採用し、10
m³／sec以下の場合は終曲点K₂〜K₃が採用され
る。また、流速が15ｍ／sec以上の場合は終曲点
K₁〜K₂が採用し、15ｍ／sec以下の場合は終曲点
K₁〜K₂が採用される。なお、水中放流（放流口
２が水中にある）の場合は終曲点K₁が選定され
る。

実施例の変向面１３は、管径Ｄ＝600mmとして、
長軸Ｆの1/2を管径Ｄの1.75倍、即ち1050mm、短
軸Ｇの1/2を管径Ｄと同一の600mmとした仮想楕円
Ｅを縦断面形としており、終曲点は平均的な変
向、減勢効果を有する終曲点K₂が設定されてい
る。そして変向面１３の始曲点Ｈは、射流水束の
外周辺と円滑に接するように所定の曲率をもつて
形成され、終曲点K₂は略直角状に形成されてい
る。

このように構成された変向面１３を有するデイ
フレクター板１１は、高圧鉄管１との間にエアチ
ヤンバー１８を設けるとともに、ステイフナー１
４を介してコンクリート壁１５に固定される。

エアチヤンバー１８は、流出口２の開口部上半
に所定の長さＡを付与されて下方向きに開口する
とともに、減勢池５内の大気と給気管１９を介し
て連通されている。そして、放流口２からの射流
に対して所定量の空気を供給するように形成され
ている。

このように構成された射流減勢用デイフレクタ
ー１０は、例えば、第４図に示すように、末端部
に高圧スライドゲート４を備えた高圧鉄管１の放
流口２の直下流に装備される。

この放流口２より放流された射流は、その水束
の比較的上層部分が、デイフレクター板１１の変
向面１３の始曲点Ｈから始まる２次曲面の緩やか
な曲率部分に入射し、変向面１３に沿つて流下し
て、下流側に行く程加速的に下方向きと横方向に
変向する。

また、水束の中層部分は、水束の上層部分の変
向につれて下流側程下向きと横向きとなり、水束
の下層部分は、その中層部分につれて下流側程下
向きとなる傾向を示す。

従つて、射流は反射波の発生のない状態で、変
向面１３に沿つて滑らかに変向を行い、終曲点
K₂部においては、第５図に示すように扁平楕円
状の水束となり、横方向の拡散状態で射流強度を
大幅に減勢して、下向き約40°の角度で減勢池５
へ流出する。この終曲点K₂における射流のエネ
ルギーは、横方向の拡散効果により放流口２部の
数分の一のエネルギーとなり、着床点P₂におい
て射流は減勢池５の略幅員一杯に拡散し、次の減
勢状態に入る（第６図参照）。

このデイフレクター１０は、実験において流量
6.5m³／sec、流速25ｍ／secのとき、その変向、
減勢効果により、距離L_s2が６ｍとなり、従来例
の場合の距離L_s121ｍに対し大幅に短縮されるこ
とが確認された。

第７図〜第１０図はこの考案の他の実施例を示
し、変向面の構成に特徴を有する。

この第２実施例のデイフレクター板２１は、中
央部に前後方向に延びる分水板２２が垂下状の設
けられており、下流側に行く程加速度的に下方へ
向うとともに、側端部より分水板２２へ行く程加
速度的に下方へ向う３次曲面状の変向面２３，２
３が形成されている。

この変向面２３の最下点は、分水板２２と同一
高さに形成されており、下想楕円Ｅの1/4円分上
の所定位置を終曲点K₄とし、放流口２よりの射
流に対し所定の俯角をもつて対向するように設置
されている。

このデイフレクター板２１によれば、射流は第
１０図の２点鎖線矢印に示すように横方向に積極
的に拡散され、第１実施例のデイフレクター板１
１よりも、大きな横方向拡散による減勢効果をあ
げることができる。

第１１〜第１３図はこの考案の第３の実施例を
示し、変向面の構成に特徴を有する。

この第３実施例のデイフレクター板３１には、
中央部に前後方向に延びる分水板３２が垂下状に
設けられており、左右の側端部には、分水板３２
と同一高さの側壁部３４，３４が垂下状に設けら
れ、分水板３２と側壁部３４とは、下流側で連続
するように形成されている。

そして、分水板３２と側壁部３４，３４との間
に、左右に分けられた射流の流れ方向（第１１図
に２点鎖線矢印で示す）の縦断面形が、下流側に
行く程加速度的に下方に向うとともに、横断面形
が下向きの略Ｕ字状の３次曲面状の変向面３３，
３３が形成されている。この変向面３３の終曲点
は、前述の仮想楕円Ｅの1/4円分の終曲点K₃が設
定されている。

このデイフレクター板３１によれば、上記デイ
フレクター板１１および２１に比べて、より大き
な変向、減勢効果をあげることができる。

なお、この考案は上述の説明および図例に限定
されることなく、この考案の技術的思想から逸脱
しない範囲において、その実施態様を変更するこ
とができる。例えば、デイフレクター板１１は、
平面図で第１４図に示すデイフレクター板１１Ａ
のように、その終曲点側の端縁を、高圧鉄管１の
軸線に対して、水平方向に70°前後の捻り角を与
えて装備してもよい。この場合、射流水束の拡散
は左右不均等となるが、水束の一層の分散を行つ
て減勢効果を上げることができる。

また、終曲点は、第３図におけるK₁，K₂，K₃
以外の点であつてもよいことはもちろんである。

＜考案の効果＞ この考案による射流減勢用デイフレクターは、
以上のような構成よりなるものであり、放流され
る高速射流を緩やかな曲率部分で受容して、下流
側に行く程加速度的に下方向きに変向するので、
射流の衝突によるデイフレクター板の振動発生
や、射流の反射波の発生が防止される。

従つて、射流を円滑に下向きに変向して、着床
点までの距離を短くするとともに、水束を横方向
に拡散して射流強度を大幅に減勢して、減勢池長
を従来例の約60％に至るまで短縮できる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の射流減勢用デイフ
レクターの縦断面図、第２図は同じく平面図、第
３図は変向面の縦断面形の説明図、第４図はトン
ネル水路の減勢工に本デイフレクターを装備した
例を示す縦断面図、第５図は第２図Ｒ−Ｒ線断面
図、第６図は第２図Ｓ−Ｓ線断面図、第７図は第
２実施例のデイフレクター板の側面図、第８図は
第７図のＴ矢視図、第９図は第７図および第１０
図のＷ−Ｗ線断面図、第１０図は第７図のＵ矢視
図、第１１図は第３実施例のデイフレクター板の
底面図、第１２図は第１１図Ｘ−Ｘ線断面図、第
１３図は第１１図および第１２図のＹ−Ｙ線断面
図、第１４図は第１実施例のデイフレクターの変
形例を示す平面図、第１５図は従来例のトンネル
水路の減勢工を示す縦断面図、第１６図は従来例
の平板状デイフレクター板を示す縦断面図であ
る。 ２……放流口、１０……射流減勢用デイフレク
ター、１１，２１，３１……デイフレクター板、
１３，２３，３３……変向面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 放流口の直下流にその放流口より放流される射
   流に対向して設けられ、その射流の方向を変向さ
   せる変向面を備えた射流減勢用デイフレクターで
   あつて、 前記変向面は前記射流の流れ方向の縦断面形
   が、下流側に行く程加速度的に下方に向う曲線状
   に形成されてなることを特徴とする射流減勢用デ
   イフレクター。