JP2009235951A - Vertical shaft valve type hydraulic turbine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水平流路を流れる水を縦方向流路に取り込んで水車に供給する立軸バルブ型水車発電設備に関する。 The present invention relates to a vertical shaft type water turbine power generation facility that takes water flowing in a horizontal flow channel into a vertical flow channel and supplies the water to a water turbine.
水車にプロペラ状の翼を用いて回転させるとともに、あわせて設置されるガイドベーンも可動とし、水車を通過する流体の流量変化に対して、高い効率で運転できるようにしたものをカプラン水車という。そのカプラン水車を用いた発電設備の一種である立軸バルブ型水力発電設備は、比較的低落差用に適用されることが多い。 A Kaplan turbine is a type of turbine that uses propeller-shaped blades to rotate the turbine, and the guide vanes that are installed together are movable so that it can be operated with high efficiency against changes in the flow rate of fluid passing through the turbine. Vertical shaft type hydroelectric power generation equipment, which is a kind of power generation equipment using the Kaplan turbine, is often applied for a relatively low head.
このため、水車上方の水平流路上部水面から縦方向流路の入口に至るまでの鉛直方向距離がフランシス水車などに比べて短い。また、同様に水車内を流れる水量が相対的に多い。
例えば特許文献1に開示されているように、立軸バルブ型水力発電設備を運転したときに、水平流路の水面から水車に向かって、空気吸込み渦といわれる強い旋回速度成分を有するロープ状の渦流が局所的に発生する場合がある。
For example, as disclosed in
この渦(空気吸い込み渦)は水車運転によって水が急激に水車流路へと吸引されることによって発生するものであるが、水面から水車へと連続的に発生する。このために、水車にはこの渦による大きな水力エネルギ損失が発生したり、渦が水車に衝突することで振動や騒音を発生し水車をはじめとする主要機器の運転にも支障をきたしたりすることになる。 This vortex (air suction vortex) is generated when water is suddenly sucked into the water turbine channel by the operation of the water turbine, but continuously generated from the water surface to the water turbine. For this reason, a large hydraulic energy loss due to this vortex occurs in the water turbine, and the vortex collides with the water turbine to generate vibration and noise, which may hinder the operation of main equipment such as the water turbine. become.
一般にこの空気吸込み渦は、水が流れる流路の形状に密接に関係するものであり、水平流路の水流方向速度の不均一性が旋回方向の流れを発達させ渦流となって成長するものである。また、この空気吸込み渦は、流路内のフローパターンの均一性と深く関係するものであり、流路内のフローパターンが一様で乱れがない場合は渦が発生しないことが知られている。 In general, this air suction vortex is closely related to the shape of the flow path through which water flows, and the non-uniformity of the horizontal flow speed in the horizontal flow path develops a swirl flow and grows as a vortex flow. is there. In addition, this air suction vortex is deeply related to the uniformity of the flow pattern in the flow path, and it is known that the vortex does not occur when the flow pattern in the flow path is uniform and not disturbed. .
しかし、水平流路内のフローパターンを一様にすることは、土木工事上の制限や施工上の問題等があり困難な場合が多く、このために空気吸込み渦が発生し易い状況となっている。 However, it is often difficult to make the flow pattern in the horizontal flow path uniform due to limitations in civil engineering work and problems in construction, etc., which makes it easy to generate air suction vortices. Yes.
立軸バルブ型水力発電所の水路のように、水平流路の末端底部に開口部(給水口)を有し、水平流路の下方の垂直方向に縦方向流路を形成する場合、水流の方向は水平方向から鉛直下向きに変えられるため、水平流路の末端部には下降流れが生じることになる。そのため水面に発生する渦は下方に向かって伸長しやすくなる場合がある。このとき、水平流路の水位が低くなり、水車の水量が多いほど渦強度が増し空気吸込み渦となり、縦方向流路の給水口に向かって空気が連続的あるいは断続的に吸込まれるようになる。 When the vertical flow path is formed in the vertical direction below the horizontal flow path with an opening (water supply port) at the bottom end of the horizontal flow path, as in the case of a vertical valve type hydroelectric power station, the direction of water flow Is changed from the horizontal direction to the vertically downward direction, a downward flow is generated at the end of the horizontal flow path. Therefore, the vortex generated on the water surface may be easily extended downward. At this time, as the water level in the horizontal flow path becomes lower and the amount of water in the water turbine increases, the vortex strength increases and air vortex is generated, so that air is sucked continuously or intermittently toward the water supply port of the vertical flow path. Become.
この空気吸込み渦の発生により、水車内に空気が流入することで水車運転状態に変動が生じ水車主機をはじめとする機器の運転にも支障をきたす場合がある。また、水車には大きなエネルギ損失が発生する。 Occurrence of this air suction vortex may cause fluctuations in the operation state of the water turbine due to air flowing into the water turbine, which may hinder the operation of equipment such as the main turbine. In addition, a large energy loss occurs in the water turbine.
このような空気吸込み渦を回避する方法は、例えば、特許文献1に開示されているように、発電機のバルブの上面部に一端を固定支持して他端を流水路に突出した清流棒を配置することによって、水流は清流棒を中心とした穏やかな旋回を有する流れとなり局部的渦流が発生しにくくなることが知られている。 As a method for avoiding such air suction vortex, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260707, a clean flow rod having one end fixedly supported on the upper surface portion of the generator valve and the other end protruding into the water channel is used. It is known that the water flow becomes a flow having a gentle swirl around the clear flow rod, and the local vortex flow hardly occurs.
しかし、この方法では、渦が発生して棒のまわりに定常的にまとわりついた場合、渦により丸棒が加振力を受けて振動するようになり、構造物の健全性上好ましくない場合も考えられる。 However, with this method, when a vortex is generated and the rod is steadily gathered around the rod, the vortex will cause the round bar to vibrate due to the excitation force, which may be undesirable for the soundness of the structure. It is done.
また特許文献2に開示されているように、水平流路から水を取り入れるための導水口の水面付近に、ほぼ水平となるように水平整流板を配置することによって、渦の発生を抑制させることなどが知られている。
Moreover, as disclosed in
また汎用のポンプでは、上記のような空気吸込み渦を回避する手段として、吸込み配管形状の適正化や旋回流抑制の吸込み装置等が考察されているが、立軸バルブ水車においては、そのようなものが実用化されていない。 In general-purpose pumps, as a means for avoiding the above-mentioned air suction vortex, optimization of the shape of the suction pipe and a suction device for suppressing swirl flow have been considered. Has not been put to practical use.
以上述べたように、立軸バルブ型水車発電設備においては、水車の流水路を形成する水面に空気の吸込みによる渦流が、水車に向かって発生する。この空気吸込み渦が水車に到達すると、水力エネルギ損失が増大し水車性能が低下する。仮に運転可能であっても、水車性能の低下は避けられない。 As described above, in the vertical shaft type water turbine power generation facility, a vortex flow due to air suction is generated toward the water turbine on the water surface forming the water channel of the water turbine. When this air suction vortex reaches the water turbine, hydraulic energy loss increases and the turbine performance decreases. Even if it is possible to drive, a decrease in turbine performance is inevitable.
この水車は、低落差領域に適用されることから、比較的小さな損失であっても有効落差に対する比率として表される水車損失の観点からは、無視できない大きなものになる。また、渦流が水車に衝突および接触する際には、騒音および振動等の水車の運転に支障を来たす現象が生ずる。 Since this water turbine is applied to the low head region, even a relatively small loss becomes a large one that cannot be ignored from the viewpoint of the water turbine loss expressed as a ratio to the effective head. Further, when the eddy current collides with and comes into contact with the water turbine, a phenomenon that disturbs the operation of the water turbine such as noise and vibration occurs.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、立軸バルブ型水車発電設備における空気吸込み渦の発生を抑制することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress the generation of air suction vortices in a vertical shaft type water turbine power generation facility.
上記目的を達成するための本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備は、回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、前記開口部から前記開口部よりも上流側の前記水平流路に向かって湾曲しながら延びて接続されて、水流方向に対する断面積が下流側から上流側になるにしたがい滑らかに増大するように形成されたエルボ型ダクトと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an upright valve type water turbine power generation facility according to the present invention includes a water turbine arranged such that a rotating shaft faces a vertical direction, a generator connected to the water turbine and driven by the water turbine, A horizontal flow path formed so that water flows substantially horizontally toward the upper side of the water wheel with a free water surface, and an opening formed at the bottom of the horizontal flow path downward toward the generator A longitudinal flow path formed such that the water flowing through the horizontal flow path flows downward toward the water wheel, and toward the horizontal flow path upstream of the opening from the opening. And an elbow duct that is connected while extending while being curved so that the cross-sectional area with respect to the water flow direction increases smoothly from the downstream side to the upstream side.
また、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備は、回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、前記水平流路と同じ幅を保ちながら前記開口部の上方から前記水平流路内の上流側に向かって延びて面内に格子が形成された天板と、この天板の下流側端部と前記開口部よりも下流側の前記水平流路の底部に固定された鉛直板と、を具備する水流調整カバーと、を有することを特徴とする。 Further, the vertical shaft type water turbine power generation equipment according to the present invention includes a water turbine arranged so that a rotating shaft faces a vertical direction, a generator connected to the water turbine and driven by the water turbine, and a free water surface. A horizontal flow path formed so that water flows substantially horizontally toward the upper side of the water turbine, and an opening formed in a bottom portion of the horizontal flow path that extends downward toward the generator, and A vertical flow channel formed such that water flowing through the flow channel flows downward toward the water turbine, and an upstream side in the horizontal flow channel from above the opening while maintaining the same width as the horizontal flow channel And a vertical plate fixed to the bottom end of the horizontal flow path downstream of the opening and the downstream end of the top plate. And a water flow adjusting cover.
本発明によれば、立軸バルブ型水車発電設備における空気吸込み渦の発生を抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of the air suction vortex in a vertical shaft type | mold water turbine power generation equipment.
以下、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の実施形態について、図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
先ず、図1および図2を用いて本発明の立軸バルブ型水車発電設備に係る第1の実施形態の構成および作用について説明する。図1は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第1の実施形態を示す概略平面図である。図2は、図1の概略側断面図である。
[First Embodiment]
First, the configuration and operation of the first embodiment according to the vertical shaft type water turbine power generation facility of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of an upright valve type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional side view of FIG.
図1および図2に示すように、水平方向に水が流れる水平流路80には自由水面20が形成され、この水平流路80の底部には、下方に延びる縦方向流路70が形成されている。この縦方向流路70の下方には、鉛直に延びる主軸3を有する水車発電機21が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
本実施形態の立軸バルブ型水車発電設備は、たまご型をしたバルブ1を有し、このバルブ1内には発電機固定子および回転子を主要構成部材とした発電機2が配置されている。主軸3は鉛直方向に配置され、主軸3の上方側の端部には、回転子が結合されており、下方側の端部にはランナ4が取り付けられている。
The vertical shaft type water turbine power generation equipment of this embodiment has an egg-
このランナ4の上方には流量を調節するガイドベーン5が複数枚円周状に配置されており、複数のガイドベーン5は、これらの外周部に位置するリンク機構等により連動するように形成されている。
Above the
ガイドベーン5の上方側(上流側)にはバルブ1を支えるためのステー6と呼ばれる支持部材が、バルブ1から縦方向流路70の外側に向かって放射状に配置されている。また、発電機2の内部を点検するための点検口8が、バルブ1の上方と下方それぞれに配置されている。
On the upper side (upstream side) of the guide vane 5, support members called
水平流路80の底部には、縦方向流路70に水を導く略円形の開口部が形成されている。本実施形態では、この開口部を縦方向給水口71と称している。この縦方向給水口71には、エルボ型ダクト10が連結されている。このエルボ型ダクト10は、縦方向流路70と水平流路80とを連結するように形成されている。
A substantially circular opening that guides water to the
このエルボ型ダクト10は、縦方向給水口71と連結された縦方向流路接続部72、水の流れを水平方向から垂直下向き方向に変化させる湾曲部73、水を取り込む矩形の水平給水口74が形成された水平流路接続部75を有している。
This elbow-
水平給水口74の間口は、少なくとも2枚の側板76および天板77により形成されている。この間口の幅が水平流路80の幅とほぼ同じ長さとなるように、側板76が配置されている。天板77の高さは、水平流路80内の自由水面20が発電所としてとりうる最低水位よりもやや低くする。すなわち、この水平給水口74よりも下流側では、外気と接する水面は存在しない。
The front opening of the horizontal
エルボ型ダクト10は、水平給水口74から下流側になるにつれて、水流方向に対する断面積が徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、エルボ型ダクト10は、水平給水口74から、この水平給水口74より下流側の水平流路接続部75、湾曲部73、縦方向流路接続部72を介して、縦方向給水口71に至るまでに、水流方向に対する断面積が徐々に小さくなるように形成されている。またこれらは、滑らかな曲面で連結されており、急激な断面積の変化がないように形成されている。
The elbow-
水車運転中の水の流れ方向を図中矢印50にて示す。水車を運転するときに、水平流路80の上流側から流れてくる水は、エルボ型ダクト10の水平給水口74の間口から流入して、次第に流速を上げて、湾曲部73で水平方向から縦方向下向きに流通方向を緩やかに変化させて、縦方向流路70に流入される。
The direction of water flow during water turbine operation is indicated by an
水平流路80の底部に形成された縦方向流路70内に流入された水は、縦方向流路70の中央部のバルブ1を取り囲む環状部を下方に向かって流れて、ガイドベーン5によって整流されて、ランナ4へと導かれる。ランナ4内で仕事をした水は、その下流に位置する吸出し管へと流出し、下池(図示せず)等へと導かれる。
The water that has flowed into the
エルボ型ダクト10の湾曲部73には、外気との境界となる水面は存在しない。すなわち湾曲部73は、水平流路80の自由水面20と隔離されているために、空気を吸い込んで発生する空気吸込み渦の発生は、抑制される。
The
また、エルボ型ダクト10の外側の水平流路末端部81の滞留水82は、エルボ型ダクト10によって縦方向流路70とは隔離されている。よって、この滞留水82が形成する自由水面20から空気を吸い込んで、水車に流入することはない。
Further, the retained
エルボ型ダクト10の湾曲部73の内壁は、滑らかな曲線を描くように形成されているため、このエルボ型ダクト10による水流の水力エネルギ損失を低く抑えることが可能である。したがって、エルボ型ダクト10を配置しない場合に比べて、本実施形態の立軸バルブ型水車発電設備は、水車に作用する落差の減少を抑制することが可能となる。
Since the inner wall of the
よって、エネルギ損失を抑制して効率的に水車を運転することが可能となる。 Therefore, it is possible to efficiently operate the water turbine while suppressing energy loss.
[第2の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第2の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第1の実施形態の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図3は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第2の実施形態を示す概略平面図である。図4は、図3の概略側断面図である。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the first embodiment, and the same or similar parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 3 is a schematic plan view showing a second embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 4 is a schematic sectional side view of FIG.
図3および図4に示すように、本実施形態のエルボ型ダクト10の水平給水口74の間口の外側上部には、可動板12が取り付けられている。この可動板12は、全体で長方形をなし、可動板12の長手側の1辺が、水平給水口74の間口を形成する天板77の1辺にある水平回動軸12aの回りに、回動可能に取り付けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
この可動板12の幅(長手側)は、天板77の幅と同じ長さとなるように形成されている。可動板12の水流方向の長さ(短手側)は、少なくとも、天板77から水平流路80の底部までの長さよりも小さくなるように形成されることが望ましい。
The width (longitudinal side) of the
発電所の水平流路80の水位は、発電所が設置された場所の例えば天候等の自然環境や、水車の運転状態などにより変化する。一方、エルボ型ダクト10の水平給水口74の天板77の高さは、第1の実施形態と同様に、最低水位近傍に位置するように固定されている。
The water level of the
所定の水位よりも水位が上昇した場合には、エルボ型ダクト10全体が水没して、水平給水口74の外側上方の水面から空気を吸い込んで、空気吸込み渦を発生する可能性が考えられる。
When the water level rises above the predetermined water level, the
一般的には、水平給水口74における水流は、水流の水平方向成分が支配的であり、鉛直下向き成分(下降成分)は小さいものと考えられている。しかし、水位が最高水位まで上昇した場合には、水面付近の流れの状態は、下降流が発生して空気吸込み渦がエルボ型ダクト10に流入する場合も考えられる。
In general, the horizontal flow component of the water flow is dominant in the water flow at the horizontal
水位が上昇したときには、この水位上昇に応じて、水平回動軸12aと対向する可動板12の先端の辺12bの位置が、自由水面20よりも常に上方になるように可動板12の姿勢を回動させて調整する。
When the water level rises, the position of the
このとき、水平流路80を流れる水は、水平流路80の水流を受ける可動板12の面に沿って、水平給水口74に流入される。したがって、空気吸込み渦が発生するような流速の大きい下降流の発生を抑制することが可能になる。
At this time, the water flowing through the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、水平流路80の水位が最高水位付近にまで上昇した場合においても、空気吸込み渦を発生させるような下降流を抑制することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, an air suction vortex is generated even when the water level of the
[第3の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第3の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第2の実施形態の変形例であって、第2の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図5は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第3の実施形態を示す概略平面図である。図6は、図5の概略側断面図である。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the second embodiment, and the same or similar parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 5 is a schematic plan view showing a third embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 6 is a schematic sectional side view of FIG.
本実施形態では、第2の実施形態と同様に天板77に取り付けられた可動板12に、伸縮動作を行うアクチュエータ13が取り付けられて、回動動作を補助するように構成されている。このアクチュエータ13は、例えば長筒状で、長手方向に伸縮可能に駆動するように形成されている。
In the present embodiment, as in the second embodiment, an
図5および図6に示すように、水平流路80の外側(陸地)には、アクチュエータ13を設置するための取付け架台60が配置されている。この取付け架台60に治具61等を配置して、アクチュエータの一端をこの治具61にアクチュエータ13を取り付ける。
As shown in FIGS. 5 and 6, a mounting
このアクチュエータ13のもう一方の端部を、可動板12の上面、すなわち水平流路80の水流を受ける面の反対側の面に取り付ける。
The other end of the
例えば、外部制御装置(図示せず)等によりアクチュエータ13を縮まる方向に駆動する。この動作に伴い水平回動軸12aに対向する先端の辺12bの位置が上方になるように、すなわち可動板12よりも上流側の水平流路80の自由水面20と可動板12とがなす角度が大きくなるように、可動板12を回動させる。
For example, the
水平流路80の水位が上昇したときには、この水位上昇に応じて、当該角度が大きくなるように、アクチュエータ13を縮まる方向に駆動させて可動板12を回動させる。逆に水平流路80の水位が低くなったときには、当該角度が小さくなるように、アクチュエータ13を伸ばす方向に駆動させて可動板12を回動させる。
When the water level in the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第1および第2の実施形態の効果に加えて、水平流路80の水位に応じて、可動板12の回動動作を行うことが可能となる。
As is apparent from the above description, according to this embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments, the
また本実施形態によれば、例えば水平流路80の水位を監視する装置を設置して、この装置の情報に基づいて、可動板12の状態(姿勢)を自動的に制御することも可能である。
Further, according to the present embodiment, for example, a device for monitoring the water level of the
[第4の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第4の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第2の実施形態の変形例であって、第2の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図7は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第4の実施形態を示す概略平面図である。図8は、図7の概略側断面図である。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the second embodiment, and the same or similar parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 7 is a schematic plan view showing a fourth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 8 is a schematic sectional side view of FIG.
図7および図8に示すように、本実施形態では、第2および第3の実施形態の可動板12の代わりに、内部に空洞が形成された中空の浮体可動板14が取り付けられている。浮体可動板14の取付け方法および外観形状は、第2および第3の実施形態の可動板12と同様である。この浮体可動板14は、その内部に形成された空洞によって、常に水に浮くように形成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, in this embodiment, a hollow floating body
なお、水平流路80の水平方向の流速が大きいときには、回動しうる限界の位置にストッパー等を設けておいてもよい。また、第3の実施形態のアクチュエータ13を浮体可動板14に取り付けてもよい。
In addition, when the horizontal flow velocity of the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第1および第2の実施形態の効果に加えて、浮体可動板14の水平回動軸12aと対向する先端の辺12bの位置が、常に自由水面20の上方にあるため、水位の増減に伴う浮体可動板14の状態の制御が容易になる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments, the position of the
[第5の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第5の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第1の実施形態の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図9は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第5の実施形態を示す概略平面図である。図10は、図9の概略側断面図である。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the first embodiment, and the same or similar parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 9 is a schematic plan view showing a fifth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 10 is a schematic sectional side view of FIG.
本実施形態では、エルボ型ダクト10の湾曲部73の内部で、且つ縦方向給水口71の上方に、整流装置15が配置されている。
In the present embodiment, the rectifying
本実施形態の整流装置15は、平板を湾曲させて形成された曲率半径が異なる2枚の湾曲板、すなわち第1湾曲板51および第2湾曲板52を有する。この例では、第2湾曲板52の曲率半径は、第1湾曲板51の曲率半径よりも大きくなるように形成されている。
The
湾曲部73は、水平流路80と縦方向流路70を滑らかな曲面によって連結されており、湾曲部73の内側、すなわち曲率半径が小さい部位(曲率半径小部73a)と、曲率半径が大きい部位(曲率半径大部73b)とを有する。
In the
図9および図10に示すように、本実施形態の整流装置15、すなわち第1および第2湾曲板51、52は、曲率半径小部73a側に第1湾曲板51、曲率半径大部73b側に第2湾曲板52が配置されており、湾曲した内側の面で水平流路80の水流を受けるように配置されている。したがって、曲率半径小部73a、第1湾曲板51、に第2湾曲板52、曲率半径大部73bの順に曲率半径が大きくなるように構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
エルボ型ダクト10内を流通する水は、水平方向から垂直下向きに向きを変えながら流れるため、そのままでは流体(水)には遠心力が作用して2次流れが発生する場合がある。この2次流れは、水力エネルギ損失の要因となる場合がある。本実施形態の整流装置15を配置することによって、この2次流れの発生を抑制することが可能となる。
Since the water flowing through the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、整流装置15を設けることにより、エルボ型ダクト10内の2次流れを抑制することが可能となる。したがって、第1の実施形態に比べてさらに水力エネルギ損失を抑制することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to suppress the secondary flow in the
[第6の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第6の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第1の実施形態の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図11は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第6の実施形態を示す概略平面図である。図12は、図11の概略側断面図である。図13は、図11の格子天板91の一部を示した概略斜視図である。図14は、図13の部分断面図である。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the first embodiment, and the same or similar parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 11 is a schematic plan view showing a sixth embodiment of the vertical axis valve-type water turbine power generation facility according to the present invention. 12 is a schematic sectional side view of FIG. FIG. 13 is a schematic perspective view showing a part of the
第1の実施形態のエルボ型ダクト10に代えて、格子94を有する水流調整カバー11が配置されている。この水流調整カバー11は、格子94が形成された格子天板91、この格子天板91の下流側端部に取り付けられてほぼ鉛直に配置された鉛直板92、これらの格子天板91および鉛直板92を水路幅方向から覆う2枚の側板76を、有する。なお、図11では、格子94の図示を省略している。
Instead of the elbow-
この格子天板91は、縦方向給水口71の上方から水平流路80の上流側に水平に延びるように形成されている。この格子天板91の上流側の端部には、格子天板91および2枚の側板76により水平給水口74が形成されており、この水平給水口74の幅および高さは第1の実施形態と同様に形成されている。すなわち、幅は、水平流路80の幅と同じ長さとなるように形成され、高さは、水平流路80内の自由水面20が発電所としてとりうる最低水位よりもやや低くなるように格子天板91が配置されて形成されている。
The
なお、この水平給水口74は、2枚の側板76を用いることなく、格子天板91および水平流路80の両側の岸に形成される流路壁によって形成されてもよい。
In addition, this horizontal
また、格子天板91の水平水流方向の長さは、水平給水口74から流入した水の流れが安定するまで、水平方向に流通させることが可能な長さであることが望ましい。
Further, the length of the
格子天板91の格子94は、例えば図13および図14に示すように、水平流路80の幅方向に延びた複数の長方形状の長平板95が、水平流路80の水流方向に互いに等間隔をあけて配置されるように形成されている。
For example, as shown in FIGS. 13 and 14, a plurality of rectangular
これらの長平板95の水平水流を受ける長方形の面は、水平流路80の下流側の長辺が下方になるように傾いている。すなわち、水平水流を受ける長方形の面の下側長辺95bが上側長辺95aよりも水平流路の下流側になるように傾けられている。
The rectangular surfaces of these
水車運転中の水の流れ方向を図中矢印50にて示す。水車を運転するときに、水平流路80の上流側から流れてくる水は、水流調整カバー11の水平給水口74の間口から流入する。しばらくの間は水流調整カバー11の内部を満たした状態で水平方向に流通する。縦方向給水口71の近傍では、垂直下向きに方向を変えて縦方向流路70に流入する。
The direction of water flow during water turbine operation is indicated by an
縦方向給水口71の上方の水面の空気を吸い込んで旋回速度を有する下降流、すなわち空気吸込み渦が発生した場合であっても、格子天板91には、この下降流に対して所定の傾きを有する格子94が形成されているため、この空気吸い込み渦が直接水車に到達することを抑制することが可能となる。すなわち、格子天板91そのものが例えば整流器としての機能を有している。
Even when a downward flow having a swirl speed by sucking air on the water surface above the vertical
また、水流調整カバー11の外側にある水平流路末端部81の滞留水82は、水流調整カバー11の鉛直板92により縦方向給水口71と隔離されているため、縦方向給水口71付近の水流の影響は抑制される。
Further, the
よって、エネルギ損失を抑制して効率的に水車を運転することが可能となる。 Therefore, it is possible to efficiently operate the water turbine while suppressing energy loss.
[第7の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第7の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第6の実施形態の特徴に第2の実施形態の特徴を組み合わせた例である。第2および第6の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図15は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第7の実施形態を示す概略平面図である。図16は、図15の概略側断面図である。
[Seventh Embodiment]
A seventh embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is an example in which the features of the second embodiment are combined with the features of the sixth embodiment. Parts that are the same as or similar to those in the second and sixth embodiments are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. FIG. 15 is a schematic plan view showing a seventh embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. FIG. 16 is a schematic sectional side view of FIG.
図15および図16に示すように、本実施形態は、第2の実施形態と同様に、格子天板91の水平給水口74の外側上方に可動板12が回動可能に取り付けられている。
As shown in FIGS. 15 and 16, in this embodiment, the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第6の実施形態の効果に加えて、水平流路80の水位が最高水位付近にまで上昇した場合においても、空気吸込み渦を発生させるような下降流の発生を抑制することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the sixth embodiment, the air suction vortex is generated even when the water level of the
[第8の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第8の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第7の実施形態の変形例であって、第7の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図17は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第8の実施形態を示す概略平面図である。図18は、図17の概略側断面図である。
[Eighth Embodiment]
The eighth embodiment of the vertical valve type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is a modification of the seventh embodiment, and the same or similar parts as those of the seventh embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 17 is a schematic plan view showing an eighth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention. 18 is a schematic sectional side view of FIG.
図17および図18に示すように、本実施形態では、第7の実施形態と同様に格子天板91に取り付けられた可動板12に、第3の実施形態と同様に伸縮動作を行うアクチュエータ13を取り付けて、回動動作を行うように構成されている。
As shown in FIGS. 17 and 18, in the present embodiment, the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第6および第7の実施形態の効果に加えて、水平流路80の水位に応じて、可動板12の回動動作を自動的に行うことが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the sixth and seventh embodiments, the rotating operation of the
[第9の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第9の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第6の実施形態の特徴に第4の実施形態の特徴を組み合わせたものである。第4および第6の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図19は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第9の実施形態を示す概略平面図である。図20は、図19の概略側断面図である。
[Ninth Embodiment]
A ninth embodiment of the vertical shaft type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. In this embodiment, the features of the fourth embodiment are combined with the features of the sixth embodiment. Parts that are the same as or similar to those in the fourth and sixth embodiments are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. FIG. 19 is a schematic plan view showing a ninth embodiment of the vertical axis valve-type water turbine power generation facility according to the present invention. 20 is a schematic sectional side view of FIG.
図19および図20に示すように、本実施形態では、第7および第8の実施形態の可動板12の代わりに、第4の実施形態と同様の浮体可動板14が取り付けられている。浮体可動板14の取付け方法および構成は、第4の実施形態の浮体可動板14と同様である。
As shown in FIGS. 19 and 20, in this embodiment, a floating
なお、水平流路80の水平方向の流速が大きいときには、回動しうる限界の位置にストッパー等を設けておいてもよい。また、第3および第8の実施形態のアクチュエータ13を浮体可動板14に取り付けてもよい。
In addition, when the horizontal flow velocity of the
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第7および第8の実施形態の効果に加えて、浮体可動板14の水平回動軸12aと対向する先端の辺12bの位置が、常に自由水面20の上方にあるため、水位の増減に伴う浮体可動板14の状態の制御が容易になる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in addition to the effects of the seventh and eighth embodiments, the position of the
[第10の実施形態]
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第10の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第6の実施形態の特徴に第5の実施形態の特徴を組み合わせた例である。第5および第6の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図21は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第10の実施形態を示す概略平面図である。図22は、図21の概略側断面図である。
[Tenth embodiment]
A tenth embodiment of an upright valve type water turbine power generation facility according to the present invention will be described below. This embodiment is an example in which the features of the fifth embodiment are combined with the features of the sixth embodiment. Parts that are the same as or similar to those in the fifth and sixth embodiments are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. FIG. 21 is a schematic plan view showing a tenth embodiment of the vertical axis valve-type water turbine power generation facility according to the present invention. 22 is a schematic sectional side view of FIG.
図21および図22に示すように、本実施形態では、水流調整カバー11の内部で縦方向給水口71の上方に整流装置15が配置されている。
As shown in FIGS. 21 and 22, in this embodiment, the
本実施形態の整流装置15は、平板を湾曲させて形成された3枚の湾曲板、すなわち第1湾曲板51、第2湾曲板52、および第3湾曲板53を有している。これらの湾曲板は、例えば鉛直方向および水平流路80の水流方向に延びて縦方向給水口71上方に配置された支持板54により固定されてもよい。また、これらの湾曲板はそれぞれ曲率半径が異なるように形成されており、第1湾曲板51、第2湾曲板52、第3湾曲板53の順に曲率半径が大きくなるように形成されている。
The
第1〜第3湾曲板51、52、53は、縦方向給水口71の上方に、水平流路80の上流側から、第1湾曲板51、第2湾曲板52、第3湾曲板53の順に配置されている。水平流路80の水流は、湾曲した内側の面で受けるように配置されている。
The first to third
水流調整カバー11内を流通する水は、鉛直板92で下向きの水流になるが、そのままでは不安定な流れが生じる場合もある。本実施形態の整流装置15を配置することによって、水流調整カバー11内部の水流の乱れをより抑制することが可能となる。
The water flowing through the water
したがって、第6の実施形態に比べてさらに水力エネルギ損失を抑制することが可能となる。 Therefore, hydraulic energy loss can be further suppressed as compared with the sixth embodiment.
[その他の実施形態]
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
[Other Embodiments]
The description of the above embodiment is an example for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
エルボ型ダクト10または水流調整カバー11の水平給水口74の幅を水平流路80の幅と同じ長さとしているが、水路によっては必ずしも同じである必要はなく、発電所の設置環境に応じて決定すればよい。
The width of the horizontal
また、第3および第8の実施形態のアクチュエータ13は、伸縮タイプに限らない。例えば屈伸タイプを用いて可動板12を回動させることも可能である。
Further, the
また、水流調整カバー11の格子天板91に形成される格子94は、水流方向に対して所定の傾斜を有するものであれば、図13および図14に示したものに限定されない。
Further, the
1…バルブ、2…発電機、3…主軸、4…ランナ、5…ガイドベーン、6…ステー、8…点検口、10…エルボ型ダクト、11…水流調整カバー、12…可動板、12a…水平回動軸、12b…先端の辺、13…アクチュエータ、14…浮体可動板、15…整流装置、20…自由水面、21…水車発電機、51…第1湾曲板、52…第2湾曲板、53…第3湾曲板、54…支持板、60…取付け架台、61…治具、70…縦方向流路、71…縦方向給水口、72…縦方向流路接続部、73…湾曲部、73a…曲率半径小部、73b…曲率半径大部、74…水平給水口、75…水平流路接続部、76…側板、77…天板、80…水平流路、81…水平流路末端部、82…滞留水、91…格子天板、92…鉛直板、94…格子、95…長平板、95a…上側長辺、95b…下側長辺
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、
自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、
前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、
前記開口部から前記開口部よりも上流側の前記水平流路に向かって湾曲しながら延びて接続されて、水流方向に対する断面積が下流側から上流側になるにしたがい滑らかに増大するように形成されたエルボ型ダクトと、
を有することを特徴とする立軸バルブ型水車発電設備。 A water turbine arranged such that the rotation axis faces the vertical direction;
A generator connected to and driven by the water wheel;
A horizontal flow path formed such that a free water surface is formed and water flows substantially horizontally toward the top of the water wheel;
A vertical flow path that extends downward from the opening formed at the bottom of the horizontal flow path toward the generator and that flows through the horizontal flow path to flow downward toward the water turbine. When,
Extending and connecting from the opening to the horizontal flow path upstream from the opening, and connected so that the cross-sectional area in the water flow direction increases smoothly from the downstream to the upstream. Elbow-shaped duct,
A vertical shaft type water turbine power generation facility characterized by comprising:
前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、
自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、
前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、
前記水平流路と同じ幅を保ちながら前記開口部の上方から前記水平流路内の上流側に向かって延びて面内に格子が形成された天板と、この天板の下流側端部と前記開口部よりも下流側の前記水平流路の底部に固定された鉛直板と、を具備する水流調整カバーと、
を有することを特徴とする立軸バルブ型水車発電設備。 A water turbine arranged such that the rotation axis faces the vertical direction;
A generator connected to and driven by the water wheel;
A horizontal flow path formed such that a free water surface is formed and water flows substantially horizontally toward the top of the water wheel;
A vertical flow path that extends downward from the opening formed at the bottom of the horizontal flow path toward the generator and that flows through the horizontal flow path to flow downward toward the water turbine. When,
A top plate having a lattice formed in a plane extending from the upper side of the opening to the upstream side in the horizontal channel while maintaining the same width as the horizontal channel, and a downstream end of the top plate A water flow adjusting cover comprising: a vertical plate fixed to the bottom of the horizontal flow path downstream from the opening;
A vertical shaft type water turbine power generation facility characterized by comprising:
これらの長平板の水平水流を受ける長方形の面は、水平流路の下流側の長辺が下方になるように傾いていること、を特徴とする請求項2に記載の立軸バルブ型水車発電設備。 The lattice is formed such that a plurality of rectangular long plates extending in the width direction of the horizontal flow path are arranged at equal intervals in the water flow direction of the horizontal flow path,
The vertical valve-type water turbine power generation equipment according to claim 2, wherein the rectangular plane that receives the horizontal water flow of the long flat plate is inclined so that the long side on the downstream side of the horizontal flow path is downward. .
前記水平給水口は、前記水平流路内に配置された天板および前記水平流路の底部に囲まれて形成された矩形形状であって、
前記水平給水口を形成する天板の1辺に沿って配置された水平回動軸の周りに回動可能に、前記水平給水口の上流側に可動板が取り付けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の立軸バルブ型水車発電設備。 On the upstream side of the horizontal flow path of the top plate, a horizontal water supply port for taking in water flowing through the horizontal flow path is formed,
The horizontal water supply port is a rectangular shape formed by being surrounded by a top plate disposed in the horizontal flow path and a bottom of the horizontal flow path,
A movable plate is attached to the upstream side of the horizontal water supply port so as to be rotatable around a horizontal rotation shaft arranged along one side of the top plate forming the horizontal water supply port. The vertical axis | shaft valve-type water turbine power generation equipment as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008081154A JP2009235951A (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Vertical shaft valve type hydraulic turbine generator |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010090822A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Toshiba Corp | Vertical shaft valve type hydraulic turbine generator |
CN104329203A (en) * | 2014-10-31 | 2015-02-04 | 冉井福 | Attraction type spout hydraulic generator |
JP2017172406A (en) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | 株式会社東芝 | Hydraulic machine equipment |
KR102220554B1 (en) * | 2020-03-02 | 2021-02-25 | 엠디코리아(주) | Tubular type watertightness permanent magnet synchronous power generation system with vortex prevention guide vane |
-
2008
- 2008-03-26 JP JP2008081154A patent/JP2009235951A/en not_active Withdrawn
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