JP2003021039A - 水 車 - Google Patents

水 車

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JP2003021039A
JP2003021039A JP2001209801A JP2001209801A JP2003021039A JP 2003021039 A JP2003021039 A JP 2003021039A JP 2001209801 A JP2001209801 A JP 2001209801A JP 2001209801 A JP2001209801 A JP 2001209801A JP 2003021039 A JP2003021039 A JP 2003021039A
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JP
Japan
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runner
water
guide vanes
water turbine
vanes
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JP2001209801A
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English (en)
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Kazuyoshi Miyagawa
和芳 宮川
Teruaki Nanba
輝晃 難波
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水の流量に関わらず、騒音・振動を生じさせ
ることなく、効率的にランナへ角運動量を付与させて良
好な運転を行わせる。 【解決手段】 ハウジング17からガイドベーン15を
通過させてランナ13に送り込んでドラフトチューブ1
8へ送り出す水のエネルギーをランナベーン12に作用
させることによりランナ13を回転させる際に、水の流
量が少ない場合に、一枚おきあるいは複数枚おきのガイ
ドベーン15を所定のガイドベーン15として開き、他
のガイドベーン15を閉鎖もしくは開き角度を小さくさ
せる制御手段を設ける。ガイドベーン15を通過してラ
ンナ13側へ流入する水の絶対速度の旋回成分を小さく
し、ランナ13の出口における絶対速度の旋回成分を極
めて小さくし、ドラフトチューブ18内にて水の旋回を
なくし、水圧脈動を抑え、音・振動の誘起をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、水力発電
設備などにおいて、水車、ポンプ水車等として用いられ
る水車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、水力発電設備などにおいて、水
車、ポンプ水車等として用いられる水車の従来構造を、
図6及び図7に示すものを例にとって説明する。図に示
すように、この水車1は、その中心に、周方向へ間隔を
あけて複数のランナベーン2が設けられたランナ3を有
しており、このランナ3が主軸4の先端部に設けられて
回転可能とされている。このランナ3の外周側には、そ
れぞれ周方向へ間隔をあけて設けられた複数のガイドベ
ーン5及びステーベーン6が順に設けられており、その
外周側に、渦巻状に形成されたハウジング7が設けられ
ている。また、ランナ3の下方側には、次第に拡径され
て途中で屈曲されたドラフトチューブ8が設けられてい
る。
【0003】そして、この水車1は、上池からの水が渦
巻状のハウジング7へ送り込まれることにより、旋回し
ながら次第に中心へ送り込まれ、ステーベーン6及びガ
イドベーン5を通過してランナ3へ流れ込み、このラン
ナ3のランナベーン2によって回転力が発生し、これに
よりランナ3が回転して主軸4に接続された図示しない
発電機の回転軸が回転されて発電されるようになってい
る。そして、このランナ3を回転させた水は、ドラフト
チューブ8内を流れて下池へ送り出されるようになって
いる。なお、この水車1を揚水用のポンプとして用いる
場合は、主軸4を回転させることにより、ドラフトチュ
ーブ8からランナ3によって下池側の水が吸い上げられ
て、ガイドベーン5及びステーベーン6からハウジング
7内へ送り出されて上池へ送り込まれるようになってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の水車
1では、個々のガイドベーン5がリンク機構によって一
括に同一角度に調整されて水の流量に応じて制御される
ようになっている。つまり、ハウジング7からの水量が
多い場合は、図7に示したように、全てのガイドベーン
5の角度を大きくして各ガイドベーン5間を広げて開度
を大きくし、また、ハウジング7からの水量が少ない場
合は、図8及び図9に示すように、全てのガイドベーン
5の角度を小さくして各ガイドベーン5間を狭めて開度
を小さくし、ランナ3のランナベーン2へ、水量に応じ
て水のエネルギーを付与させるようになっている。
【0005】しかしながら、水量が少ない小流量時に、
全てのガイドベーンの角度を小さくすると、図10に示
すように、ガイドベーン5間を通過してランナ3側へ流
入する水の流入角度が接線に対して小さな角度となり、
最高効率時と比較して、ランナ3の出口Aにおける絶対
速度Vの旋回成分が増加してしまう。そして、この旋回
成分が増加すると、ランナ3の出口におけるドラフトチ
ューブ8内にて水の旋回が残留して大きな水圧脈動が発
生し、騒音・振動を誘起して、運転に支障を来す恐れが
あった。なお、図中符号R1はランナ3の外径、符号R
2はランナ3の内径である。
【0006】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、水の流量に関わらず、騒音・振動を生じさせるこ
となく、効率的にランナへ角運動量を付与させて良好な
運転を行わせることが可能な水車を提供することを目的
としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の水車は、複数のランナベーンが周方
向に沿って設けられたランナと、該ランナの外周側に設
けられた渦巻き状のハウジングと、該ハウジングの内周
側にて前記ランナの外周側にそれぞれ個別に回動可能に
設けられて前記ランナと前記ハウジングとの間にて流量
を調整する複数のガイドベーンとを有する水車であっ
て、前記ハウジングから前記ガイドベーンを通過させて
前記ランナに送り込む水のエネルギーを前記ランナベー
ンに作用させることにより前記ランナを回転させる際
に、水の流量が少ない場合に、前記ガイドベーンのうち
の所定のガイドベーンを開き、他のガイドベーンを閉鎖
もしくは開き角度を小さくする制御手段を有することを
特徴としている。
【0008】請求項2記載の水車は、請求項1記載の水
車において、前記所定のガイドベーンが、周方向へ一枚
おきあるいは複数枚おきとされていることを特徴として
いる。請求項3記載の水車は、請求項1記載の水車にお
いて、前記所定のガイドベーンが、複数枚一組とされて
いることを特徴としている。請求項4記載の水車は、請
求項3記載の水車において、前記所定のガイドベーンの
組が、周方向に複数組有することを特徴としている。
【0009】このように、上記の請求項1〜4に記載の
水車によれば、ハウジングからガイドベーンを通過させ
てランナに送り込む水のエネルギーをランナベーンに作
用させることによりランナを回転させる際に、水の流量
が少ない場合に、制御手段が、ガイドベーンのうちの所
定のガイドベーンを開き、他のガイドベーンを閉鎖もし
くは開き角度を小さくさせるので、全てのガイドベーン
を開く場合と比較して、同一の流量を通過させるため
に、開かせた所定のガイドベーンの角度が大きくされ、
したがって、効率的に角運動量が付与される。これによ
り、ガイドベーンを通過してランナ側へ流入する水の絶
対速度の旋回成分が小さくされ、ランナの出口における
絶対速度の旋回成分が極めて小さくされ、水の旋回がほ
とんど残留することがなく、したがって、水圧脈動が抑
えられ、音・振動の誘起がなくされ、良好な運転が行わ
れる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例の水車
を図面を参照して説明する。図1において、符号11
は、本実施形態例の水車である。この水車11は、その
中心に、周方向へ間隔をあけて複数のランナベーン12
が設けられたランナ13を有しており、このランナ13
が主軸14の先端部に設けられて回転可能とされてい
る。このランナ13の外周側には、それぞれ周方向へ間
隔をあけて設けられた複数のガイドベーン15及びステ
ーベーン16が順に設けられており、その外周側に、渦
巻状に形成されたハウジング7が設けられている。
【0011】また、ランナ13の下方側には、次第に拡
径されて途中で屈曲されたドラフトチューブ18が設け
られている。そして、この水車11は、上池からの水が
渦巻状のハウジング17へ送り込まれることにより、旋
回しながら次第に中心へ送り込まれ、ステーベーン16
及びガイドベーン15を通過してランナ13へ流れ込
み、このランナ13のランナベーン12によって回転力
が発生し、これによりランナ13が回転して主軸14に
接続された図示しない発電機の回転軸が回転されて発電
されるようになっている。
【0012】そして、このランナ13を回転させた水
は、ドラフトチューブ18内を流れて下池へ送り出され
るようになっている。なお、この水車11を揚水用のポ
ンプとして用いる場合は、主軸14を回転させることに
より、ドラフトチューブ18からランナ13によって下
池側の水が吸い上げられて、ガイドベーン15及びステ
ーベーン16からハウジング17内へ送り出されて上池
へ送り込まれるようになっている。また、この水車11
では、図2にも示すように、個々のガイドベーン15に
それぞれリンク機構21を介してサーボモータ22が設
けられており、これらサーボモータ22が図示しない制
御手段によってそれぞれ個別に駆動されるようになって
いる。
【0013】つまり、制御手段によってサーボモータ2
2が駆動されると、このサーボモータ22の回転軸23
に設けられた駆動片24に連結されたリンク部材25を
介して、ガイドベーン15の支持軸27に固定されたア
ーム26に伝達され、ガイドベーン15がそれぞれ回動
されるようになっている。
【0014】そして、上記構成の水車11では、水車1
1として機能する際に、上池からハウジング17へ送り
込まれる水の量が少ない場合、制御手段によってサーボ
モータ22がそれぞれ個別に制御されて、図3及び図4
に示すように、所定のガイドベーン15として周方向に
一枚おきのガイドベーン15が開かれ、その他のガイド
ベーン15が接線方向に沿う位置である閉鎖位置に配置
されて閉ざされるようになっている。これにより、ハウ
ジング17からステーベーン16を通過した水が一枚お
きに開かれた所定のガイドベーン15を通過して、ラン
ナ13へ送り込まれるようになっている。
【0015】このように、ガイドベーン15が一枚おき
に開かれるので、全てのガイドベーン15を開く場合と
比較して、同一の流量を通過させるために、開かせたガ
イドベーン15の角度が大きくされ、したがって、効率
的にランナ13に角運動量を付与させることができる。
これにより、ガイドベーン15を通過してランナ13側
へ流入する水の流入角度が接線に対して大きな角度とな
り、図5に示すように、ランナ13へ流れる水の絶対速
度V1の旋回成分が小さくされる。
【0016】したがって、ランナ13の出口Aにおける
絶対速度V2の旋回成分が極めて小さくされ、ドラフト
チューブ18内にて水の旋回がほとんど残留することが
なく、これにより、水圧脈動が抑えられ、音・振動の誘
起がなくされ、良好な運転を行うことができる。
【0017】なお、上記の例では、ガイドベーン15の
開き角度を大きくするために、所定のガイドベーン15
を周方向の一枚おきに設定し、これら所定のガイドベー
ン15を開かせたが、所定のガイドベーン15として開
かせるガイドベーン15は、一枚おきに限ることはな
く、流量がさらに少量の場合には、所定のガイドベーン
15を数枚おきに設定して開かせる。また、所定のガイ
ドベーン15を複数枚一組として周方向に複数設定して
開かせるようにしても良く、この場合は、これら複数枚
一組の所定のガイドベーン15を、例えば、リンク機構
によって連結して連動させるようにしても良い。また、
開き角度を大きくした所定のガイドベーン15以外は、
完全に閉ざすことなく、開き角度を小さくしてもランナ
13側へ流入する水の旋回成分を低減させて水圧脈動を
抑えることができるのは勿論である。
【0018】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の水車に
よれば、下記の効果を得ることができる。請求項1〜4
に記載の水車によれば、ハウジングからガイドベーンを
通過させてランナに送り込む水のエネルギーをランナベ
ーンに作用させることによりランナを回転させる際に、
水の流量が少ない場合に、制御手段が、ガイドベーンの
うちの所定のガイドベーンを開き、他のガイドベーンを
閉鎖もしくは開き角度を小さくさせるので、全てのガイ
ドベーンを開く場合と比較して、同一の流量を通過させ
るために、開かせた所定のガイドベーンの角度が大きく
され、したがって、効率的に角運動量を付与させること
ができる。これにより、ガイドベーンを通過してランナ
側へ流入する水の絶対速度の旋回成分が小さくされ、ラ
ンナの出口における絶対速度の旋回成分が極めて小さく
され、水の旋回がほとんど残留することがなく、したが
って、水圧脈動が抑えられ、音・振動の誘起がなくさ
れ、良好な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態例の水車を説明する水車の
一部の側断面図である。
【図2】 本発明の実施形態例の水車を説明するガイド
ベーンの平面図である。
【図3】 本発明の実施形態例の水車を説明する水車の
断面図である。
【図4】 本発明の実施形態例の水車を説明するステー
ベーン及びガイドベーンの概略平面図である。
【図5】 本発明の実施形態例の水車を説明する速度線
図である。
【図6】 従来の水車の構成及び構造を説明する水車の
一部を断面視した斜視図である。
【図7】 従来の水車の構成及び構造を説明する水車の
断面図である。
【図8】 従来の水車の構成及び構造を説明する水車の
断面図である。
【図9】 従来の水車の構成及び構造を説明するステー
ベーン及びガイドベーンの概略平面図である。
【図10】 従来の水車における水の流れを示す速度線
図である。
【符号の説明】
11 水車 12 ランナベーン 13 ランナ 14 主軸 15 ガイドベーン 17 ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H072 AA07 AA17 AA27 BB19 BB29 CC26 CC42 3H073 AA08 AA12 AA26 BB23 CC02 CD18 CE09 CE27

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のランナベーンが周方向に沿って設
    けられたランナと、該ランナの外周側に設けられた渦巻
    き状のハウジングと、該ハウジングの内周側にて前記ラ
    ンナの外周側にそれぞれ個別に回動可能に設けられて前
    記ランナと前記ハウジングとの間にて流量を調整する複
    数のガイドベーンとを有する水車であって、 前記ハウジングから前記ガイドベーンを通過させて前記
    ランナに送り込む水のエネルギーを前記ランナベーンに
    作用させることにより前記ランナを回転させる際に、水
    の流量が少ない場合に、前記ガイドベーンのうちの所定
    のガイドベーンを開き、他のガイドベーンを閉鎖もしく
    は開き角度を小さくする制御手段を有することを特徴と
    する水車。
  2. 【請求項2】 前記所定のガイドベーンは、周方向へ一
    枚おきあるいは複数枚おきとされていることを特徴とす
    る請求項1記載の水車。
  3. 【請求項3】 前記所定のガイドベーンは、複数枚一組
    とされていることを特徴とする請求項1記載の水車。
  4. 【請求項4】 前記所定のガイドベーンの組が、周方向
    に複数組有することを特徴とする請求項3記載の水車。
JP2001209801A 2001-07-10 2001-07-10 水 車 Withdrawn JP2003021039A (ja)

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JP2006138251A (ja) * 2004-11-11 2006-06-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水車およびその制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138251A (ja) * 2004-11-11 2006-06-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水車およびその制御方法
JP4690702B2 (ja) * 2004-11-11 2011-06-01 三菱重工業株式会社 水車およびその制御方法

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