JP2008031855A - Siphon type hydraulic turbine power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高い維持管理性と低コストの実現を図ることが出来る、自己
サイホン形成機能を有する水車発電装置の改良に関する。
The present invention relates to an improvement of a water turbine power generator having a self-siphon forming function, which can achieve high maintenance and low cost.
近年、地球温暖化現象の対策として、二酸化炭素等の温暖化ガスの排出を規制して、地球規模での環境保全が推進されている。温暖化ガスを排出する石油や石炭のような化石燃料と比べ、自然エネルギーを利用した、風力発電や水力発電、太陽光発電等は、温暖化ガスを排出しないため、これらの設備の設置が進められている。特に、水力発電は高効率で、安定した電力が得られることから利用が増している。中でも、設備費用の低コスト化が可能な小水力の水車発電装置が急増している。 In recent years, global environmental conservation has been promoted by regulating the emission of greenhouse gases such as carbon dioxide as a countermeasure against the global warming phenomenon. Compared to fossil fuels such as oil and coal that emit greenhouse gases, wind power generation, hydroelectric power generation, solar power generation, etc. that use natural energy do not emit greenhouse gases. It has been. In particular, hydroelectric power generation is increasingly used because it is highly efficient and provides stable power. Among them, the number of small hydro turbine generators that can reduce the cost of equipment is rapidly increasing.
そして、前記水車発電装置において、吸込側と吐出側との落差を利用したサイホン管式の水車発電装置は従来から使用されている。例えば、特許文献1に記載のサイホン型水力発電設備は、河川等に設けられた移動堰に、サイホン管、水車発電機、ドラフト管等を固定して設け、上流側の水をサイホン管で水車発電機に導き、水車発電機を回転させて発電している。また、特許文献2の考案では、一端をダムの貯水池の水中に開口させ、他端を貯水池の下方に配設した水車に連結してサイホン管となり得る導水管を形成し、導水管の貯水池側の開口部には、貯水池の水を導水管の頂部を越えて下方の水車に流入させるポンプを有するサイホン水車が記載されている。
And in the said turbine generator, the siphon tube type turbine generator using the head of the suction side and the discharge side has been used conventionally. For example, in the siphon type hydroelectric power generation facility described in Patent Document 1, a siphon pipe, a water turbine generator, a draft pipe, and the like are fixed to a moving weir provided in a river or the like, and water on the upstream side is a water turbine using a siphon pipe. It is led to a generator and the turbine generator is rotated to generate electricity. Moreover, in the device of
しかしながら、特許文献1の発明では、サイホンを形成するための真空ポンプを配設しており、始動時には前記真空ポンプを駆動させてサイホン管内に水を吸引し、サイホン管の頂部に配設している満水監視装置で、サイホン管内の水位を監視し、サイホン管内に水が充満すれば真空ポンプを停止させて、サイホンの形成が完了する。そしてサイホンの原理によって上流側の水は下流側の水車発電機に流入して、発電するようにしているが、サイホンを形成するための真空ポンプ、満水監視装置、真空破壊弁等の付帯設備が必要であるという課題がある。 However, in the invention of Patent Document 1, a vacuum pump for forming a siphon is provided, and at the time of start-up, the vacuum pump is driven to suck water into the siphon tube and disposed at the top of the siphon tube. The full water monitoring device monitors the water level in the siphon tube, and when the siphon tube is filled with water, the vacuum pump is stopped to complete the formation of the siphon. And by the principle of siphon, the water on the upstream side flows into the turbine generator on the downstream side to generate electricity, but there are auxiliary equipment such as a vacuum pump, full water monitoring device, vacuum breaker valve, etc. to form the siphon. There is a problem that it is necessary.
また、特許文献2の考案では、始動時のサイホン形成の際には、貯水池側の開口部に配設しているポンプを駆動して貯水池の水を汲み上げてサイホン管内を充満させ、サイホン形成が完了する。そして、貯水池の水はサイホンの原理によって下方の水車へと流入し、水車を回転させて、発電を行うようにしているが、この特許文献2の考案は従来の真空ポンプによるサイホン形成の代わりにポンプでサイホン形成を行うようにしている。そして、サイホン形成が完了すれば、ポンプは水車として機能し、発電を行うようにしている。また、水車発電機を別途サイホンの吐出側にも設けているので、設備費用や現地工事がコストアップとなり、発電を行うために、相当の落差が必要となるという課題や、ポンプの修理・メンテナンスを行う際には、導水管を分解して貯水池側のポンプ設備全体を抜き出す必要がある。このため、ポンプの点検・修理に多大な時間やコストが高くなるという課題もある。
本発明は、上述した従来のサイホン式水車発電装置の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、水車自身でサイホンを形成するため、真空ポンプ等の付帯装置が不用である。また、水車を貯水池側の吸込管内に配設することによって、ポンプと水車を別々に設置する必要が無く、水車の点検・修理が容易なサイホン式水車発電装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional siphon-type water turbine power generator, and an object of the present invention is to eliminate the need for an auxiliary device such as a vacuum pump because the water wheel itself forms a siphon. Another object of the present invention is to provide a siphon-type water turbine power generator that can be easily inspected and repaired by disposing a pump and a water turbine by arranging the water turbine in a suction pipe on the reservoir side.
本願の請求項1に記載の発明は、高所側の水を低所側に導くサイホン管を設けたサイホン管式の水車装置において、前記水車装置はサイホン管、水車、発電機、サイホンブレーカーで構成され、前記サイホン管の吸込側に水車を配設し、前記水車は没水状態で運転するように配置するとともに、前記水車は、発電機、主軸、軸流ランナの主要部を一体でケーシングから上方に抜き出せる構造を特徴としたサイホン式水車発電装置である。 The invention described in claim 1 of the present application is a siphon tube type water turbine device provided with a siphon tube that guides water at a high location to a low location side, wherein the water turbine device is a siphon tube, a water turbine, a generator, a siphon breaker. The turbine is arranged on the suction side of the siphon tube, and the turbine is arranged so as to be operated in a submerged state, and the turbine is integrally casing a main part of a generator, a main shaft, and an axial flow runner. It is a siphon-type water turbine power generator characterized by a structure that can be pulled out from the top.
本願の請求項2に記載の発明は、前記の水車は、立軸型の軸流ランナを用いることにより、運転起動時にはポンプとして水を吸引し、サイホン形成を行うとともに、サイホン形成後は水位差で発生する落差により、水車として発電運転を行うことを特徴としたサイホン式水車発電装置である。
In the invention according to
本願の請求項3に記載の発明は、前記水車の軸封装置において、ラビリンスシール部と吸込側水路とを連通させる連通手段を設け、前記軸封装置を無注水シールにするとともに、前記水車の発電運転時におけるサイホンを保持することを特徴としたサイホン式水車発電装置である。
Invention of
本発明に係るサイホン式水車発電装置は、自己サイホン形成機能を有する水車発電装置とし、発電機・主軸・軸流ランナ等の主要部を一体でケーシングから上方へ容易に抜き出せる構造にしたので、サイホンを形成するための真空ポンプ等の設備が不要となるとともに、水車運転中には負圧になることを利用して、軸封装置に自己注水が行える。そして、低落差でも発電が可能である。また、主要部だけを一体で抜き出せるので、水車発電装置全体を取出すこと無く、容易に点検・修理を行うことが可能である。 The siphon-type water turbine power generator according to the present invention is a water turbine power generator having a self-siphon forming function, and has a structure in which main parts such as a generator, a main shaft, and an axial flow runner can be easily extracted upward from the casing. Equipment such as a vacuum pump for forming a siphon is not necessary, and self-water injection can be performed on the shaft seal device by utilizing the negative pressure during the water turbine operation. Power generation is possible even with a low head. Moreover, since only the main part can be extracted integrally, it is possible to easily inspect and repair without taking out the entire turbine generator.
本発明の実施の形態を図面に基づき詳述すると、図1はサイホン式水車発電装置の設置状態を示す概要図であって、水車1の吐出ケーシング2から突設させた複数のブラケット3・・・が貯水池Aの水路床面4に吊設した支持架台5に支架してあり、貯水池Aの放流堰6に沿って水車1を立設してある。支持架台5に支架した吐出ケーシング2の上部に発電機架台7が着脱自在に連結してあり、発電機架台7に発電機8が搭載してある。吐出ケーシング2の上部側壁に吐出管9が突設してあり、吐出管9に連結した吐出しエルボ10が放流堰6の上方に配設してあり、吐出エルボ10に接続した吐出管11が、貯水池放流先B側の放流堰6に沿って垂下してある。水車1の吸込側を貯水池Aの放流堰6の中間近傍に開口し、水車1に連結した吐出側の吐出管11を水車1の吸込側より低い貯水池放流先Bの槽底近傍に開口してあり、水車1の吐出ケーシング2の吐出管9に連結した吐出エルボ10と吐出管11がサイホン管12を形成してある。符号13は吐出管11に設けたサイホンブレーカーである。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an installation state of a siphon type turbine power generator, and a plurality of
図2は貯水池に設置した軸流型のケーシング17の縦断面図であって、支持架台5に支架した吐出ケーシング2の下部に、貯水池Aの処理水を流入させる吸込ベル14と、流入した水流を案内する円筒状のガイドケーシング15と、揚水させる円筒状の中間ケーシング16が下方から上方に順次連結してあり、軸流型のケーシング17を形成して貯水池Aに設置してある。ケーシング17は円筒状で製作が容易であり、鋼板製として重量を軽減してある。吸込ベル14の下端の吸込口14aを拡開してあり、複数の支持板18・・・が吸込ベル14に止着してある。支持板18・・・に支架したコーン状のハブ19がガイドケーシング15の内部に突設して、ハブ19の上端部に設けた開口19aにセラミック等の水中軸受20を嵌着してある。ハブ19の下端部に細孔19bが設けてあり、ハブ19内部に水を侵入させて水中軸受20を潤滑できるようにしてある。ハブ19の上部側面から突設させた水流の案内用の複数のガイドベーン21・・・をガイドケーシング15の内周壁に止着してある。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the axial-flow type casing 17 installed in the reservoir. A
図3は軸流ランナを嵌着した主軸を水車の発電機に連結して一体とした要部側面図であって、発電機架台7に載置した発電機8の駆動軸22に軸継手23を介して主軸24が連結してある。発電機架台7に軸受箱25とラビリンスシール26が配設してあり、主軸24が軸受箱25に軸受され、ラビリンスシール26に嵌挿してある。主軸24の下端部に軸流ランナ27を嵌着し、主軸24の下端に軸スリーブ28を外挿してナット29で固定してある。図4は水車の縦断面図であって、発電機8の駆動軸22に連結した主軸24が吐出ケーシング2に垂下してあり、主軸24の下端の軸スリーブ28を吸込ベル14に支架させたハブ19の開口19aの水中軸受20に軸支させて、主軸24の下端部に嵌着した軸流ランナ27をガイドケーシング15の内部に配設させている。本発明の実施例では軸封装置としてラビリンスシールを使用しているが、メカニカルシール等の周知の技術を使用しても良い。
FIG. 3 is a side view of an essential part in which a main shaft fitted with an axial flow runner is connected to a generator of a turbine and integrated, and a shaft joint is connected to a
貯水池Aに設置した水車1のガイドケーシング15が水没していれば、発電機8を電源コードに接続して発電機8を電動機として作動させれば、ガイドケーシング15に内設した軸流ランナ27が回転し、ポンプとして貯水池Aの水を吸上げることができる。吐出ケーシング2の上端部まで水位が上昇すれば、吸出管11に流下する排水でサイホン作用が発生し、サイホン作用により吸込ベル14に吸引された水流により軸流ランナ27が回転し、主軸24に連結した発電機8を駆動して発電が開始できる。タービンとして軸流ランナ27を採用しているので、サイホン形成に真空ポンプ等の補機類が不用となる。貯水池Aの水位が低下し、水車発電運転を停止させる場合には、サイホンブレーカー13を開くことにより、大気がサイホン管12内に流入して、サイホン形成を破壊し、吸込ベル14からの吸引を停止させる。
If the
図5は主軸の軸封装置の拡大図であって、ラビリンスシール26に注水管30が連結してあり、注水管30の他端は貯水池Aに接続して軸封装置31を構成している。発電時に水車1内部のサイホン作用による負圧を利用して、軸封装置31に吸引作用を発生させて貯水池Aの水を注水するようにしてある。水車運転時に軸封装置31の内部を負圧により吸引させて満水することで、サイホンを維持可能な無注水シールが可能となる。 FIG. 5 is an enlarged view of the main shaft seal device, in which a water injection pipe 30 is connected to the labyrinth seal 26, and the other end of the water injection pipe 30 is connected to the reservoir A to constitute a shaft seal device 31. . The negative pressure generated by the siphon action inside the water wheel 1 is used during power generation to generate a suction action in the shaft seal device 31 to inject water from the reservoir A. By filling the inside of the shaft seal device 31 with a negative pressure while the water turbine is operating, the non-water-filling seal capable of maintaining the siphon becomes possible.
発動機8を載置した発電機架台7を吐出しケーシング2の上部にボルト等で連結してあり、ボルト等を取外せば、図3に示す電動機8に連結した主軸24を、図2に示す状態の、貯水池Aに設置した軸流型のケーシング17から上方に抜き出すことができる。主軸24に止着した軸流ランナ27等の主要部が発動機8を載置した発電機架台7とともに地上に抜出せるので、維持管理のための内部点検や清掃が容易となる。さらに、下水処理場の処理水の放流などによる低い落差を有効に利用でき、CO2の発生の無いクリーンな再生可能エネルギーである水力発電が可能となる。また、本発明の水車1を複数台、貯水池Aに設置しておくことにより、流量変動時の対応が可能となる。すなわち、流量増加時には全台、発電運転を行い、流量低下時には水量に対応させて、必要台数だけサイホン破壊すれば、水位の異常低下を防止しながら、発電運転を継続することもできる。
The
この発明に係わるサイホン式水車発電装置は、水車の出口側にサイホン管を配設して軸流ランナを採用したので、負圧により軸封装置を満水させて無注水シールが可能となり、サイホン形成に真空ポンプ等の補機類が不用となる。そして、貯水池に設置した軸流型のケーシングから、主軸に止着した軸流ランナ等の主要部を発動機とともに地上に抜き出せるので、ランニングコスト及びイニシャルコストの両面から廉価なマイクロ水力発電の実現が可能となる。従って、下水処理場の処理水の放流などによる低い落差を有効に利用でき、CO2の発生の無いクリーンな再生可能エネルギーである水力発電が可能なサイホン式水車発電装置となる。 The siphon-type turbine generator according to the present invention employs an axial flow runner with a siphon pipe disposed on the outlet side of the turbine, so that the shaft seal device can be filled with negative pressure and a non-water-filling seal can be formed. In addition, auxiliary equipment such as a vacuum pump becomes unnecessary. And, from the axial flow type casing installed in the reservoir, the main parts such as the axial flow runner fixed to the main shaft can be pulled out together with the engine to realize low-cost micro hydropower generation from both the running cost and the initial cost. Is possible. Therefore, a siphon-type turbine power generator capable of effectively utilizing a low head due to the discharge of treated water at a sewage treatment plant and capable of hydroelectric power generation, which is clean renewable energy without generation of CO 2 .
1 水車
8 発電機
12 サイホン管
13 サイホンブレーカー
17 ケーシング
24 主軸
26 ラビリンスシール
27 軸流ランナ
30 注水管
31 軸封装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Watermill 8 Generator 12 Siphon pipe 13 Siphon breaker 17 Casing 24 Main shaft 26 Labyrinth seal 27 Axial flow runner 30 Injection pipe 31 Shaft seal device
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