JP2002250269A - 斜流水車 - Google Patents

斜流水車

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JP2002250269A
JP2002250269A JP2001048194A JP2001048194A JP2002250269A JP 2002250269 A JP2002250269 A JP 2002250269A JP 2001048194 A JP2001048194 A JP 2001048194A JP 2001048194 A JP2001048194 A JP 2001048194A JP 2002250269 A JP2002250269 A JP 2002250269A
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impeller
blades
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blade
boss
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JP2001048194A
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Masato Doi
正人 土居
Kazuo Nishimura
和夫 西村
Sunao Miyauchi
直 宮内
Yukihiro Yamamoto
幸広 山本
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水車羽根車の抗力を小さくして効率を高める
とともに、各羽根における入口部での「はく離」を回避
して、キャビテーションの発生を抑え、キャビテーショ
ン性能を向上させることができる斜流水車を提供する。 【解決手段】 水車軸5に羽根車ボス6を同時回転可能
に取付け、この羽根車ボス6の表面に複数の羽根12
A,12A…を一体に設けて斜流水車羽根車12を構成
し、複数の羽根12A,12A…ぞれの断面形状は、案
内羽根8側の入口部12cの翼厚を大きくし、案内羽根
反対側の出口部12dの翼厚を小さくした肉厚分布の翼
形に形成する。また、斜流水車羽根車12の上流側に
は、斜流水中ポンプで使用されている案内羽根8を配置
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は斜流水車にする。
【0002】
【従来の技術】従来より、水中斜流ポンプとして、たと
えば図4に示すものが知られている。この水中斜流ポン
プは、筒状のアウターケーシング1と、断面環状の第1
水路2を介してアウターケーシング1の内部に同心に配
置された筒状の電動機フレーム3と、この電動機フレー
ム3に収容された電動機4と、電動機フレーム3の軸方
向両端部で軸受(図示省略)により回転自在に支持され
て電動機フレーム3から導出され電動機4のロータ(回
転子)4Aと同時に回転するポンプ主軸5と、アウター
ケーシング1と電動機フレーム3の軸方向一端に取付け
られて、外周部に前記第1水路2に連通する断面環状の
第2水路7が設けられ、この第2水路7に複数の案内羽
根8を配置しているとともに、中心部には主軸5との間
に介装されて電動機フレーム3内への浸水を防止するメ
カニカルシール9(ただし図4にはメカニカルシールハ
ウジングが示されている)を備えた羽根車ケーシング1
0と、出口を断面環状の第2水路7に臨ませて羽根車ケ
ーシング10の先端に取付けられた吸込みベル11と、
羽根車ボス6を介して主軸5に同時回転可能に取付けら
れて案内羽根8の上流側で羽根車ケーシング10の内部
に回転自在に収容されている斜流羽根車12と、アウタ
ーケーシング1と電動機フレーム3の軸方向他端に取付
けられて外周部の入口を第1水路2に連通させ、出口を
一か所に合流させた吐出通路13が設けられている吐出
側ケーシング14とを備えた構造になっている。なお、
図中、15は水切りを示す。
【0003】前記構成の斜流水中ポンプによれば、電動
機4への電力供給によってロータ4A、ポンプ主軸5お
よび斜流羽根車12を回転させることにより、吸込みベ
ル11の入口から水を吸込み、羽根車ケーシング10の
第2水路7からアウターケーシング1の第1水路2を経
て、吐出側ケーシング14の吐出通路13から吐出する
ことができる。
【0004】したがって、斜流水中ポンプを送水配管系
Pに介設して、吐出側ケーシング14における吐出通路
13の出口から、矢印Fで示すように、発電用高圧水を
流入させ、斜流羽根車12およびポンプ主軸5を逆回転
させて、電動機4のロータ4Aを逆回転させることによ
り、電動機4を発電機として機能させて、斜流水中ポン
プをポンプ逆転水車として発電に使用することができ
る。
【0005】このように、量産された既存の斜流水中ポ
ンプを利用して送水配管系Pに介設することで、インラ
イン型斜流ポンプ逆転水車を構成して発電に使用すれ
ば、従来より周知のポンプ逆転水車発電装置のように、
ポンプの外部に発電機を設置したり、ポンプの外部に導
出したポンプ主軸5に発電機の入力回転軸を連結する必
要がなくなるので、カップリングなどの動力伝達手段や
軸受手段などが不要になって、発電設備の構造を簡略化
することができる。つまり、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。また、ポンプ逆
転水車外部に発電機などを設置するスペースが不要にな
るので、スペース上の制約が緩和されて、既存のポンプ
場への設置を可能にすることができる。しかも、断面環
状の第1水路2を通過する発電用高圧水により、電動機
フレーム3を介して発電機4を冷却する水冷作用を得る
ことができるので、発電機4の発熱を抑えて発電機4の
耐連続運転性能を高めることもできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、斜流水中ポ
ンプに用いられている斜流羽根車12における羽根12
A,12A…の断面形状は、図5に示すように、案内羽
根反対側の入口部12aの翼厚を厚く(大きく)、案内
羽根側の出口部12bの翼厚を薄く(小さく)した肉厚
分布の翼形に形成されている場合があり、この斜流羽根
車12をそのまま水車羽根車として発電用高圧水により
回転させると、水車羽根車における羽根の入口部の翼厚
が小さくなり、羽根の出口部の翼厚が大きくなるので、
水車羽根車の抗力が大きくなって効率を低下させるとと
もに、各羽根における入口部での「はく離」によるキャ
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。
【0007】そこで、本発明は、水車羽根車の抗力を小
さくして効率を高めるとともに、各羽根における入口部
での「はく離」を回避して、キャビテーションの発生を
抑え、キャビテーション性能を向上させることができる
斜流水車を提供することを目的としている。
【0008】
【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、羽根車ケーシングと、こ
の羽根車ケーシングの内部に回転自在に支持された水車
軸と、この水車軸に同時回転可能に取付けられた羽根車
ボスと該羽根車ボスの表面に設けられた複数の羽根とか
らなり前記羽根車ケーシング内に回転自在に収容されて
いる斜流水車羽根車と、前記羽根車ケーシング内で前記
斜流水車羽根車の上流側に複数個配置された案内羽根と
を備え、前記複数の羽根それぞれの断面形状が前記案内
羽根側の入口部の翼厚を大きくし、案内羽根反対側の出
口部の翼厚を小さくした肉厚分布の翼形に形成されてい
るとともに、前記案内羽根が斜流ポンプの斜流羽根車の
下流側に配置されている斜流ポンプの案内羽根によって
構成されていることを特徴としている。
【0009】また、請求項2に記載の発明のように、前
記羽根車ボスと前記複数の羽根を別体に作成し、前記羽
根車ボスの表面を球面に形成し、前記複数の羽根の取付
面を球面に形成して、前記羽根車ボスの表面に前記複数
の羽根の取付面を一様に当接させて、前記羽根車ボスに
前記複数の羽根を着脱可能に取付けてもよい。
【0010】請求項1に記載の発明によれば、斜流水車
羽根車を構成している複数の羽根それぞれの断面形状が
案内羽根側の入口部の翼厚を大きく、案内羽根反対側の
出口部の翼厚を小さくした肉厚分布の翼形に形成されて
いるので、発電用高圧水により斜流水車羽根車を回転さ
せた場合の抗力を小さくして効率を高めることができ
る。また、斜流水車羽根車を構成している各羽根におけ
る入口部での「はく離」を回避して、キャビテーション
の発生を抑えることができる。さらに、案内羽根が斜流
ポンプの案内羽根によって構成されていることにより、
前記斜流水車羽根車に対応する案内羽根を別途設計・製
作する手間を省くことができる。
【0011】請求項2に記載の発明のように、球面に形
成された羽根車ボスの表面に球面に形成された複数の羽
根の取付面を一様に当接させて、羽根車ボスに複数の羽
根が着脱可能に一体に取付けられることにより、羽根車
ボスの表面に対する複数の羽根の取付位置を容易に調整
することができる。このため、計画機場ごとの設計仕様
に対応して翼角変更をする場合(たとえば、落差が同一
でも大流量仕様の場合は翼角を大きくし、小流量仕様で
は翼角を小さくする)複雑な構造で高価な翼角調整機構
に頼ることなく、複数の羽根の翼角を斜流ポンプの案内
羽根にマッチングする翼角に調整して設定することがで
きる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る斜流水車を図
4および図5で挙げた斜流水中ポンプに適用した一実施
の形態として図面に基づいて説明する。なお、図4およ
び図5と同一または相当部分には、同一符号を付して重
複した構造の説明は省略する。
【0013】図1〜図3において、水車軸5に羽根車ボ
ス6が同時回転可能に取付けられ、この羽根車ボス6の
表面に複数の羽根12A,12A…が一体に設けて斜流
水車羽根車12を構成し、この斜流水車羽根車12の上
流側に図4で説明した斜流水中ポンプで使用されている
案内羽根8が配置されている。
【0014】斜流水車羽根車12における複数の羽根1
2A,12A…それぞれの断面形状は、案内羽根8側の
入口部12cの翼厚を大きくし、案内羽根反対側の出口
部12dの翼厚を小さくした肉厚分布の翼形に形成され
ている。
【0015】前記構成において、送水配管系Pに介設し
て矢印Fで示すように、発電用高圧水を流入させ、斜流
水車羽根車12および水車軸5を回転させて、電動機4
のロータ4Aを回転させることにより、電動機4を発電
機として機能させて発電し電力を外部に供給することが
できる。
【0016】また、斜流水車羽根車12を構成している
複数の羽根12A,12A…それぞれの断面形状が案内
羽根8側の入口部12cの翼厚を大きく、案内羽根8の
反対側の出口部12dの翼厚を小さくした肉厚分布の翼
形に形成されているので、発電用高圧水により斜流水車
羽根車12を回転させる場合の抗力を小さくして、効率
を高めることができる。また、斜流水車羽根車12を構
成している各羽根12A,12A…における入口部での
「はく離」を回避して、キャビテーションの発生を抑え
ることができるので、キャビテーション性能が向上す
る。さらに、案内羽根8が斜流ポンプの案内羽根によっ
て構成されていることにより、斜流水車羽根車12に対
応する案内羽根を別途設計・製作する手間を省くことが
できる。
【0017】一方、羽根車ボス6と複数の羽根12A,
12A…を別体に作成し、羽根車ボス6の表面6Aを球
面に加工形成するとともに、複数の羽根12A,12A
…の取付面16を球面に加工形成して、羽根車ボスの表
面6Aに複数の羽根12A,12A…の取付面16を一
様に当接させて、図示していない長孔を介して図示して
いないボルトにより羽根車ボス6に複数の羽根12A,
12A…を着脱可能に取付けるように構成すれれば、羽
根車ボス6の表面6Aに対する複数の羽根12A,12
A…の取付位置を容易に調整することができる。このた
め、複雑な構造で高価な翼角調整機構に頼ることなく、
複数の羽根12A,12A…の翼角を斜流ポンプの案内
羽根8にマッチングする翼角に調整して設定することが
できる。その結果、発電用高圧水が複数の羽根12A,
12A…に衝突しない無衝突状態で羽根車12A,12
A…に流入する。このため、流入の際の衝撃が緩和され
るので、発電用高圧水により斜流水車羽根車12を回転
させる場合の抗力をさらに小さく抑えて、効率を高める
ことができるとともに、「はく離」を回避して、キャビ
テーション性能を向上させることができる。
【0018】前記実施の形態では、本発明を斜流水中ポ
ンプを使用して斜流水車を構成しているが、本発明は前
記実施の形態のみに限定されるものではなく、斜流水中
ポンプ以外の斜流ポンプを使用して斜流水車を構成する
ことができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る斜流
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。
【0020】すなわち、請求項1に記載の発明によれ
ば、斜流水車羽根車を構成している複数の羽根それぞれ
の断面形状が案内羽根側の入口部翼厚を大きく、案内羽
根の反対側の出口部の翼厚を小さくした肉厚分布の翼形
に形成されているので、発電用高圧水により斜流水車羽
根車を回転させる場合の抗力を小さくして、効率を高め
ることができる。また、複数の羽根における入口部での
「はく離」を回避して、キャビテーションの発生を抑え
ることにより、キャビテーション性能を向上させること
ができる。さらに、案内羽根が斜流ポンプの案内羽根に
よって構成されていることにより、斜流水車羽根車に対
応する案内羽根を別途設計・製作する手間を省くことが
できる。
【0021】また、請求項2に記載の発明によれば、羽
根車ボスの表面に対する複数の羽根の取付位置を容易に
調整することができるので、複雑な構造で高価な翼角調
整機構に頼ることなく、複数の羽根の翼角を斜流ポンプ
の案内羽根にマッチングする翼角に調整して設定するこ
とができる。その結果、発電用高圧水が複数の羽根に衝
突しない無衝突状態で羽根車に流入させて、流入の際の
衝撃を緩和できるので、発電用高圧水により斜流水車羽
根車を回転させる場合の抗力をさらに小さく抑えて、効
率を高めることができるとともに、「はく離」を回避し
て、キャビテーション性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す全体断面図であ
る。
【図2】斜流水車羽根車を拡大して示す斜視図である。
【図3】斜流水車羽根車の羽根と発電用高圧水との関係
を示す説明図である。
【図4】水中斜流ポンプの一例を示す全体断面図であ
る。
【図5】斜流ポンプ羽根車の羽根と水との関係を示す説
明図である。
【符号の説明】
5 水車軸 6 羽根車ボス 6A 羽根車ボスの表面 8 案内羽根 10 羽根車ケーシング 12 斜流水車羽根車 12A 羽根 12c 案内羽根側の入口部 12d 案内羽根反対側の出口部 16 複数の羽根の取付面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 直 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 山本 幸広 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 Fターム(参考) 3H033 AA01 AA19 BB07 BB12 CC01 DD03 DD12 DD17 EE07 EE08 EE19 3H072 AA08 AA17 AA26 BB20 BB31 CC01 CC17 CC44 CC52

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 羽根車ケーシングと、この羽根車ケーシ
    ングの内部に回転自在に支持された水車軸と、この水車
    軸に同時回転可能に取付けられた羽根車ボスと該羽根車
    ボスの表面に設けられた複数の羽根とからなり前記羽根
    車ケーシング内に回転自在に収容されている斜流水車羽
    根車と、前記羽根車ケーシング内で前記斜流水車羽根車
    の上流側に複数個配置された案内羽根とを備え、前記複
    数の羽根それぞれの断面形状が前記案内羽根側の入口部
    の翼厚を大きくし、案内羽根反対側の出口部の翼厚を小
    さくした肉厚分布の翼形に形成されているとともに、前
    記案内羽根が斜流ポンプの斜流羽根車の下流側に配置さ
    れている斜流ポンプの案内羽根によって構成されている
    ことを特徴とする斜流水車。
  2. 【請求項2】 前記羽根車ボスと前記複数の羽根が別体
    に作成され、前記羽根車ボスの表面が球面に形成され、
    前記複数の羽根の取付面が球面に形成されて、前記羽根
    車ボスの表面に前記複数の羽根の取付面が一様に当接し
    て、前記羽根車ボスに前記複数の羽根が着脱可能に取付
    けられている請求項1に記載の斜流水車。
JP2001048194A 2001-02-23 2001-02-23 斜流水車 Pending JP2002250269A (ja)

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