JP2005090318A

JP2005090318A - 水車の保護装置

Info

Publication number: JP2005090318A
Application number: JP2003323521A
Authority: JP
Inventors: Yoshisuke Nagaba; 吉資長場
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】水流の中に木の枝の折れた部分等の硬い塊が一緒に流れてきた場合でも羽根を変形又は破壊して運転不能になってしまうという不都合を解消した水車の保護装置を提供することを課題とする。
【構成】
上流側水路と下流側水路との間に羽根車を具備した水車を配置し、該羽根車に近接して胸壁を設けると共に上流側水路の水を前記羽根車の一部に導入する導水路を設けて動力を得るようにした水車において、前記羽根車の各羽根の先端部を回転方向後ろ向き内側に屈曲可能な弾性部を設けたことを特徴とする。
【選択図】
図１

Description

この発明は、羽根車と胸壁を有する水車の保護装置に関するものである。

従来から使用されている水車には種々のタイプがある。例えば、非特許文献１に記載されているような水平回転軸と水平回転軸の回りに回転する羽根車を有する水車と、非特許文献２に記載されているような垂直回転軸とバケット（例えば、ペルトン水車）又はランナー（例えば、フランシス水車）からなる回転体を有する水車とに大別できる。前者は主として小型水車であり、小さな落差（数ｍ〜２０ｍ程度）に使用され、後者は大きな落差（２００ｍ〜１８００ｍ）又は中程度の落差（４０ｍ〜５５０ｍ）に使用されている。本願発明は前者の小型水車を主に対象としている。従って、前者の背景技術について説明する。
小型水車製作ガイドブック、藤原、細川著、パワー社、１９９３年５月発行流体機械、村上、部谷著、森北出版、１９８７年３月発行

前者の小型水車は、羽根車への水の流入位置、羽根の形状、胸壁の有無によって、上掛け水車、逆掛け水車、胸掛け水車、中掛け水車、前掛け水車、下掛け水車、流し掛け水車に分類されている。これらの水車は、羽根車の直径が大きく、水平軸の回りに低速回転し、羽根車外周の一部分において水の流入と流出が行われるという特徴をもっている。図６は胸掛け水車の例を示す。図６において、胸掛け水車は羽根車６１を胸壁６２に囲んだもので、胸壁の上部に導水路６３を導き、そこにゲート（図示省略）を設けて流入水量の調整を可能にした水車である。胸掛け水車では、水車の羽根（水受け）６１ａは硬質材料（例えば、鋼製）で構成され、入り口損失ヘッドを小さくするために胸壁６２と羽根６１ａとの間隙６６は小さく選定される。又、胸壁６２の表面は流れ抵抗を小さくし、かつ羽根車６１との間隙を小さくするために金属製又は樹脂製の滑らかな表面で構成されている。

図７は下掛け水車の例を示す。図７において、下掛け水車は上流に底流ゲート７３を設けて、羽根車７１の下方の外周接線方向に水を導入させ、水のもつ運動エネルギーによって動力を得ようとするものである。胸壁７４を設けた部分では水路の底面と両側面が水車を取り囲んでいる。水路底面は図７に示すように、わずかな（短い）胸壁７４をもっている。下掛け水車では、運動エネルギーを十分に利用可能にするために、この胸壁７４と羽根車７１との間の間隙７５は狭く設定されている。

又、水車の保護装置としては、特許文献１に記載されている従来技術がある。この従来装置は土砂の衝突による影響を少なくし、ごみの引っ掛かりを少なくした保護装置である。この従来装置は図８（Ａ）に示すように、回転運動をする主軸８１と、この主軸８１と機械的に連結し、主軸８１に回転力を与える複数のランナー８２と、該ランナー８２を囲む環状水路を形成するケーシング８３と、ケーシング８３の環状水路を流れる水をランナー８２方向に案内する板状ステーベーン８５と、板状ステーベーン８５の水の流水側の少なくとも一部の先端を覆い、かつ、取り外しできるように固定された保護装置８６とから構成されている。この保護装置８６は図８（Ｂ）に示すように、ステーベーン８５の水が流入する側の先端部分に設けられ、その先端部を保護している。
公開特許公報、特開平７−４２６６０号

図６又は図７に示すように、間隙６６、７５は何れも水のエネルギーを十分に活用可能にするために狭く設定されている。また、羽根車６１、７１の羽根６１ａ、７１ａは鋼製で構成されている。更に、間隙６６、７５を狭く、かつ、間隙を一定に保つために胸壁６２、７４の表面は鉄製等の硬い材料で形成する必要がある。従って、水流の中に木の枝の折れた部分等の硬い塊が一緒に流れてきた場合は羽根６１ａ、７１ａを変形又は破壊してしまうか、或いは、上記の硬い塊が間隙６６、７５の中に挟まって、水車が運転不能になってしまうという課題があった。又、特許文献１に記載された保護装置では上記課題を解決することができない。
本願発明は上記の課題を解決した水車の保護装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、上流側水路と下流側水路との間に羽根車を具備した水車を配置し、該羽根車に近接して胸壁を設けると共に上流側水路の水を前記羽根車の一部に導入する導水路を設けて動力を得るようにした水車において、前記羽根車の各羽根の先端部を回転方向後ろ向き内側に屈曲可能な弾性部を設けたことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記水車は、胸掛け水車又は下掛け水車であることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１〜請求項２に記載の発明において、前記弾性部は、前記羽根車の各羽根の本体部に前記先端部を回動自在に設けると共に、該本体部の回転方向前側に補強リブを設けて該先端部が回転方向前向きに屈曲するのを防止し、かつ、該回動部分にコイルバネを設けて該先端部を補強リブ側に付勢したことを特徴としている。

本発明は、羽根の先端部を回転方向後ろ向き内側に屈曲可能な弾性部を設けたので、羽根車と胸壁との間の間隙に硬い塊が流入しても羽根の先端部が回転方向後ろ向き内側に屈曲して、硬い塊を間隙部分から排出するので、羽根を変形又は破壊したり、硬い塊が間隙の中に挟まって、水車が運転不能になってしまうという事故を防止することできるという効果を有する。

図１は本願発明を実施した実施形態の側面図で、図２は本実施形態の正面断面図である。本実施形態は胸掛け水車の例を示している。図１、図２において、水車１の羽根車２は、胸壁２１の壁表面２２と略一定の隙間を有するように近接して設置される。胸壁２１の上部に導水路２３が設けられ、また、表面壁２２は金属又は樹脂等の材料で滑らかに構成するのが望ましい。水車１の羽根車２は中央に円筒部３を具備し、円筒部３の両端には円形状端板４が固設されている。また、円筒部３の中心には回転軸５がＶ字形状の支持板６によって固定されている。支持板６の頭端部は端板４に溶接等により固定され、支持板６の中央部が両側から回転軸５を挟むように溶接等により固定されている。回転軸５は言うに左右に軸受け７、７によって回転自在に支持されている。軸受け７は夫々基台１１の上に設置されている。

端板４、４の外側面には羽根車２の直径と略等しい直径の円形状の側面板８が溶接或いはリベット等の手段で固設されている。この羽根車２は複数の羽根９を具備し、各羽根９は羽根本体部９ａと先端部９ｂから構成されている。羽根本体部９ａは、その下端が円筒部３の外側面に溶接等により固設され、羽根本体部９ａの両側縁部は側面版８の内側面に溶接等により固定されている。羽根先端部９ｂは、その下端が羽根本体部９の先端に回動自在に連結されている。更に羽根９の回転方向裏面に補強リブ１０が羽根本体部９ａの裏面と円筒部３の表面部に溶接等により固定されている。なお、補強リブ１０と先端部９ｂとは連結されず、後述するように、先端部９ｂがバネ手段によって補強リブに対して付勢され、押し付けられた状態にある。

図３は羽根本体部９ａと先端部９ｂの連結状態を示す。また、図４（Ａ）、（Ｂ）は各部材の詳細を示す。図３に示すように、羽根本体部９ａと先端部９ｂの連結部分は交互に切り込みが設けられ、一方の凹部に他方の凸部が両側に余裕をもって挿入される。又、両者９ａ、９ｂの凸部１３ａ、１３ｂには図４に示すようにリング部１５ａ、１５ｂが設けられており、リング部１５ａ、１５ｂにピン１６を貫通させることにより、先端部９ｂが羽根本体部９ａに対して回動自在に連結される。なお、ピン１６は側面板８にナット等の手段により固定されている。更に、凸部１３ａ、１３ｂとの隙間に、図４（Ｂ）に示すようなコイルバネ１７が先端部９ｂを補強リブ１０に対して付勢するようにピン１６に設けられている。なお、図４（Ｂ）はコイルバネ１７の側面図及び正面図を示し、２点差線はコイルバネ１７に力が作用して曲げられた状態を示す。

本実施形態は以上に説明したように構成されており、以下のように機能する。即ち、正常状態では先端部９ｂはコイルバネ１７によって付勢されているので、羽根９は図１に示すように先端部９ｂの背面が補強リブ１０に密着した状態にある。従って、導水路２３から流入した水は羽根９と両側板８、８によって形成される水槽内に溜まり、水の位置エネルギーにより羽根９が下方に押され、羽根車２は図１に示すように反時計方向に回転する。

また、導水路２３から流入水に石や木の根っこ等の障害物が混じって流入した場合は羽根車２が回転するにつれて、障害物は羽根９の付け根から離れて、壁面２２に接した状態になる（図５（Ａ）参照）。この状態で次の羽根が来ると障害物は羽根９の先端と壁面２２に挟まれた状態になる。しかし、本実施形態では羽根９の先端部９ｂが回転後方内側に屈曲可能に設けられているので、図５（Ｂ）に示すように、先端部９ｂが屈曲しながら羽根車２が回転し、障害物２４が羽根車の回転領域から下流に放出される。障害物２４放出後は、コイルバネ１７によって、先端部９ｂは元の状態に復帰する。図５はこの変化を説明した図で、図５（Ａ）は障害物２４が壁面２２に接した状態を示し、図５（Ｂ）は障害物２４が羽根９の先端部９ｂと壁面２２に挟まれた状態を示す。

従って、本実施形態によれば、導水路２３から流入水に混じって石や木の根っこ等の障害物が混じって流入した場合にも羽根９が故障し、羽根車２が回転不能になる事故を回避できるという効果がある。
上記実施形態は胸掛け水車の例を説明したが、本発明はこの場合に限られず、下掛け水車やその他の胸壁を有する水車にも適用できるものである。

本願発明を実施した実施形態の図２のＡ−Ａから見た側面図を示す。本実施形態の正面図を示す。羽根本体部９ａの先端部９ｂの連結状態を示す。図（Ａ）は連結部の構成を示し、図（Ｂ）はコイルバネを示す。図（Ａ）は障害物２４が壁面２２に接した状態を示し、図（Ｂ）は障害物２４が羽根９の先端部９ｂと壁面２２に挟まれた状態を示す。従来の胸掛け水車の例を示す。従来の下掛け水車の例を示す。従来の羽根保護装置を具備した水車の例を示す。

符号の説明

１水車
２羽根車
３円筒部
４円形状端板
５回転軸
６支持板
７軸受け
８側面板
９羽根
９ａ羽根本体部
９ｂ先端部
１０補強リブ
１３ａ、１３ｂ羽根本体部及び先端部の凸部
１６連結ピン
１７コイルバネ
２１胸壁
２２壁表面
２３導水路

Claims

上流側水路と下流側水路との間に羽根車を具備した水車を配置し、該羽根車に近接して胸壁を設けると共に上流側水路の水を前記羽根車の一部に導入する導水路を設けて動力を得るようにした水車において、前記羽根車の各羽根の先端部を回転方向後ろ向き内側に屈曲可能な弾性部を設けたことを特徴とする水車の保護装置。
前記水車は、胸掛け水車又は下掛け水車であることを特徴とする請求項１に記載の水車の保護装置。
前記弾性部は、前記羽根車の各羽根の本体部に前記先端部を回動自在に設けると共に、該本体部の回転方向前側に補強リブを設けて該先端部が回転方向前向きに屈曲するのを防止し、かつ、該回動部分にコイルバネを設けて該先端部を補強リブ側に付勢したことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１に記載の水車の保護装置。