JP2002195144A - ポンプうず巻ケーシングを用いた水車 - Google Patents

ポンプうず巻ケーシングを用いた水車

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JP2002195144A
JP2002195144A JP2000392210A JP2000392210A JP2002195144A JP 2002195144 A JP2002195144 A JP 2002195144A JP 2000392210 A JP2000392210 A JP 2000392210A JP 2000392210 A JP2000392210 A JP 2000392210A JP 2002195144 A JP2002195144 A JP 2002195144A
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impeller
water
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francis turbine
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Kazuo Nishimura
和夫 西村
Sunao Miyauchi
直 宮内
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽根車への発電用高圧水の流入角に羽根の入
口角を一致させて、発電用高圧水を無衝突状態で羽根車
に流入させ、「はく離」を回避して効率を高めるととも
に、キャビテーションの発生を抑えて、キャビテーショ
ン性能を向上させることができるポンプうず巻ケーシン
グを用いた水車を提供する。 【解決手段】 主軸1に固定した羽根車2と、この羽根
車2を回転自在に収容したうず巻ケーシング3とを備
え、このうず巻ケーシング3には、水の導入口12から
導入された発電用高圧水を羽根車2の外周全域に導くう
ず巻室6が設けられている。そして、前記羽根車2をフ
ランシス水車の羽根車によって構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ逆転水車に
相当する低コスト化を図れるポンプうず巻ケーシングを
用いた水車に関する。
【0002】
【従来の技術】図5および図6示すように、片吸込うず
巻ポンプは、主軸1の先端部に固定された羽根車2と、
この羽根車2を回転自在に収容したうず巻ケーシング3
とを備え、うず巻ケーシング3には、羽根車2の入口に
対向して水が吸い込まれる吸込口4が設けられていると
ともに、羽根車2の外周全域から吐出された揚水を受け
取って吐出口5に導くうず巻室6が設けられている。
【0003】片吸込うず巻ポンプは、図示していない原
動機(たとえば電動機)の出力回転軸を主軸1の後端部
に連結し、この原動機によって主軸1を矢印R方向に回
転させると吸込口4から水が吸い込まれ、吸い込まれた
水は羽根車2の外周全域から吐出されてうず巻室6に受
け取られて、矢印Fで示すように吐出口5に導かれて吐
出される。
【0004】一方、前記片吸込うず巻ポンプをポンプ逆
転水車として機能させたポンプ逆転水車発電装置が知ら
れている。この装置は、図7に示すように、片吸込うず
巻ポンプにおけるうず巻ケーシング3の吐出口5に送水
管7を接続し、うず巻ケーシング3の吸込口4に吐出管
8を接続するとともに、主軸1をうず巻ケーシング3の
外部で軸受9により回転自在に支持し、かつカップリン
グ10を介して発電機11の入力回転軸11Aに連結し
た構造になっている。
【0005】前記ポンプ逆転水車発電装置によれば、送
水管7を通って流入する発電用高圧水は、ポンプ吐出口
5からうず巻ケーシング3に流入して、うず巻室6によ
りポンプ羽根車2の出口に導かれる。この発電用高圧水
は、ポンプ羽根車2の出口から内部に流入し、複数の羽
根に沿って流れの方向を変えてポンプ羽根車2の入口か
らポンプ吸込口4を経て吐出管8に吐出される。したが
って、発電用高圧水が複数の羽根に沿って流れの方向を
変えて出て行くときに生じる反動力により、ポンプ羽根
車2を逆回転させ、ポンプ主軸1を逆回転させるととも
に、発電機11の入力回転軸11Aを回転させて、電力
を供給することができる。なお、ポンプ逆転水車として
は、前記片吸込うず巻ポンプのみならず、発電用高圧水
の水量に応じて、両吸込うず巻ポンプや多段うず巻ポン
プなども利用できる。
【0006】このような、ポンプ逆転水車発電装置は、
量産うず巻ポンプを利用することができるので、部品点
数の削減によって構造を簡略化し点検および操作を容易
にした発電装置として、低コストで提供することができ
る利点を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発電用高圧
水によりポンプ羽根車2を逆転させて逆転水車として効
率よく機能させるためには、発電用高圧水をうず巻室6
によって羽根車2の羽根に無衝突状態で導くことが望ま
れる。このため、ポンプ羽根車2に流入する発電用高圧
水の相対速度の方向をポンプ羽根車2の出口角に一致さ
せてポンプ羽根車2に流入させることが必要になる。と
ころが、図8に示すように、ポンプ羽根車2の羽根2A
の出口角β(30゜)と、発電用高圧水の相対速度Wの
方向、つまりポンプ羽根車2への流入角β1(19.6
゜)には相当な差が生じているので、発電用高圧水はポ
ンプ羽根車2の羽根に衝突して流入することになる。こ
のため、流入の際の衝撃による「はく離」が生じて効率
を低下させるとともに、羽根2Aにおける圧力面2a側
でキャビテーションが発生しやすくなり、キャビテーシ
ョン性能に劣る欠点を有している。なお、2bは負圧面
を示す。
【0008】そこで、本発明は、うず巻室によって羽根
車に導かれる発電用高圧水の相対速度の方向(羽根車へ
の発電用高圧水の流入角)に羽根の入口角を一致させ
て、発電用高圧水を無衝突状態で羽根車に流入させ、
「はく離」を回避して効率を高めるとともに、キャビテ
ーションの発生を抑えて、キャビテーション性能を向上
させることができるポンプうず巻ケーシングを用いた水
車を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、主軸に固定された羽根車
と、この羽根車を回転自在に収容したうず巻ケーシング
とを備え、このうず巻ケーシングには、前記羽根車に対
向して水が吸い込まれる吸込口が設けられているととも
に、羽根車の外周全域から吐出された揚水を受け取って
吐出口に導くうず巻室が設けられているうず巻ポンプに
おいて、前記主軸に固定された羽根車がフランシス水車
の羽根車によって構成され、前記吐出口を水の導入口と
して該水の導入口から前記うず巻室に導入した水で前記
フランシス水車の羽根車を回転させることを特徴として
いる。
【0010】また、請求項2に記載の発明のように、う
ず巻室に導入された水をフランシス水車の羽根車の外周
域に設けた案内羽根によって該羽根車に導くようにして
もよい。
【0011】請求項1に記載の発明によれば、羽根車が
フランシス水車の羽根車によって構成されているので、
この羽根車の羽根の入口角がうず巻室によって羽根車に
導かれる水の相対速度の方向(羽根車への水の流入角)
に一致する。その結果、水が無衝突状態で羽根車に流入
するので、「はく離」を回避して効率を高めることがで
きるとともに、キャビテーションの発生を抑えて、キャ
ビテーション性能を向上させることができる。
【0012】請求項2に記載の発明のように、うず巻室
に導入された水を案内羽根によってフランシス水車の羽
根車に導くことで、羽根車の全周から均等に流入させる
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。図1は請求項1に記載の発明に
係るポンプうず巻ケーシングを用いた水車の一実施の形
態を示す概略正面図である。
【0014】図1において、ポンプうず巻ケーシングを
用いた水車は、片吸込うず巻ポンプ(図5および図6参
照)と同様に、主軸1の先端部に固定された羽根車2
と、この羽根車2を回転自在に収容したうず巻ケーシン
グ3とを備えている。うず巻ケーシング3には、羽根車
2の出口に対向して水を吐出する吐出口5が設けられて
いるとともに、水の導入口12から導入された水を羽根
車2の外周全域に導くうず巻室6、つまり図5および図
6で示した片吸込うず巻ポンプのうず巻室6と同じうず
巻室6が設けられている。そして、羽根車2がフランシ
ス水車の羽根車によって構成されている。
【0015】前記うず巻ケーシング3の水の導入口12
に、図2に示すように、発電用水送水管7を接続し、う
ず巻ケーシング3の吐出口5に吐出管8を接続するとと
もに、主軸1をうず巻ケーシング3の外部で軸受9によ
り回転自在に支持し、かつカップリング10を介して発
電機11の入力回転軸11Aに連結することによって、
フランシス水車発電装置を構成することができる。
【0016】このフランシス水車発電装置によれば、発
電用送水管7を通って圧送される発電用高圧水は、水の
導入口12からうず巻ケーシング3に流入して、うず巻
室6によりフランシス水車の羽根車2の入口に導かれ
る。フランシス水車の羽根車2の入口に導かれた発電用
高圧水は、該羽根車2の入口から内部に流入し、複数の
羽根に沿って流れの方向を変えて出口から吐出口5を経
て吐出管8に吐出される。したがって、発電用高圧水が
複数の羽根に沿って流れの方向を変えて出て行くときに
生じる反動力により、フランシス水車の羽根車2を回転
させ、主軸1を回転させるとともに、発電機11の入力
回転軸11Aを回転させて、電力を供給することができ
る。
【0017】羽根車2は、うず巻ケーシング3とマッチ
ングするように設計したフランシス水車の羽根車によっ
て構成されているので、図3に示すように、羽根車2の
羽根2Aの入口角θ(19.6゜)がうず巻室6によっ
て羽根車2に導かれる発電用高圧水の相対速度Wの方
向、つまり羽根車2への発電用高圧水の流入角β1(1
9.6゜))に一致する。その結果、発電用高圧水が羽
根2Aに衝突しない無衝突状態で羽根車2に流入する。
このため、流入の際の衝撃が緩和されるので、「はく
離」を回避して効率を高めることができるとともに、羽
根2Aにおける圧力面2a側でのキャビテーションの発
生を抑えて、キャビテーション性能を向上させることが
できる。
【0018】一方、図4に示すように、うず巻室6にお
ける羽根車2の外周域に、羽根車2を取り囲む案内羽根
13を設けることで、水の導入口12からうず巻室6に
導入された発電用高圧水を案内羽根13によって矢印群
Fで示すようにフランシス水車の羽根車2に導いて、羽
根車2の全周から均等に流入させて、効率をより一層高
めることができる。
【0019】前記各実施の形態では、片吸込うず巻ポン
プのうず巻ケーシング3に一つのフランシス水車の羽根
車2を回転自在に収容した構成で説明しているが、両吸
込うず巻ポンプのうず巻ケーシング3に一つのフランシ
ス水車の羽根車2を回転自在に収容した構成あるいは多
段うず巻ポンプのうず巻ケーシング3に段数に相当する
個数のフランシス水車の羽根車2,2…を回転自在に収
容した構成であってもよい。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るポン
プうず巻ケーシングを用いた水車は構成されているの
で、以下のような格別の効果を奏する。
【0021】すなわち、請求項1に記載の発明によれ
ば、羽根車がフランシス水車の羽根車によって構成され
ているので、この羽根車の羽根の入口角がうず巻室によ
って羽根車に導かれる水の相対速度の方向(羽根車への
水の流入角)に一致する。その結果、水が無衝突状態で
羽根車に流入するので、流入の際の衝撃が緩和され、
「はく離」を回避して効率を高めることができるととも
に、キャビテーションの発生を抑えて、キャビテーショ
ン性能を向上させることができる。
【0022】また、請求項2に記載の発明のように、う
ず巻室に導入された水をフランシス水車の羽根車の外周
域に設けた案内羽根によって該羽根車に導くことによ
り、羽根車の全周から均等に流入させて、効率をより一
層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の一実施の形態を示す概
略正面図である。
【図2】請求項1に記載の発明の使用例を示す概略構成
図である。
【図3】請求項1に記載の発明の羽根の入口角と発電用
高圧水の流入角との関係を示すベクトル図である。
【図4】請求項2に記載の発明の一実施の形態を示す概
略縦断正面図である。
【図5】片吸込うず巻ポンプの一例を示す概略正面図で
ある。
【図6】図5のA−A線断面図である。
【図7】片吸込うず巻ポンプを使用したポンプ逆転水車
発電装置の一例を示す概略構成図である。
【図8】片吸込うず巻ポンプの羽根の出口角と発電用高
圧水の流入角との関係を示すベクトル図である。
【符号の説明】
1 主軸 2 羽根車(フランシス水車の羽根車) 3 うず巻ケーシング 4 吸込口 5 吐出口 6 うず巻室 12 水の導入口 13 案内羽根

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主軸に固定された羽根車と、この羽根車
    を回転自在に収容したうず巻ケーシングとを備え、この
    うず巻ケーシングには、前記羽根車に対向して水が吸い
    込まれる吸込口が設けられているとともに、羽根車の外
    周全域から吐出された揚水を受け取って吐出口に導くう
    ず巻室が設けられているうず巻ポンプにおいて、前記主
    軸に固定された羽根車がフランシス水車の羽根車によっ
    て構成され、前記吐出口を水の導入口として該水の導入
    口から前記うず巻室に導入した水で前記フランシス水車
    の羽根車を回転させることを特徴とするポンプうず巻ケ
    ーシングを用いた水車。
  2. 【請求項2】 前記うず巻室に導入された水を前記フラ
    ンシス水車の羽根車に導く案内羽根が該フランシス水車
    の羽根車の外周域に設けられている請求項1に記載のポ
    ンプうず巻ケーシングを用いた水車。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012184699A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ポンプ逆転水車
CN102844526A (zh) * 2009-12-31 2012-12-26 吉尔伯特·里 独立于外部环境的高效动力单元
JP2015038321A (ja) * 2011-11-09 2015-02-26 鈴木 俊樹 潮流発電用高トルク・スクリュー部材
CN107956737A (zh) * 2017-12-16 2018-04-24 山东双轮股份有限公司 低汽蚀余量低压力脉动离心泵

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