JP2014163238A - Power generating spiral turbine and manufacturing method thereof, and power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電用螺旋タービン、その製造方法、および発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation spiral turbine, a method for manufacturing the same, and a power generation apparatus.
特許文献1−3は、いわゆる螺旋タービンとそれを用いた水力発電装置を開示する。螺旋タービンとして、オープン型タービンとクローズ型タービンとが知られている。オープン型タービンは、部分円筒型の傾斜水路に螺旋状の羽根が配置され、螺旋状の羽根が回転する。一方、クローズ型タービンは、円筒の内部に螺旋状の羽根が固定され、円筒と羽根とがともに回転する。クローズ型タービンは、水の飛散が少なく、異物の噛み込みが少ないという利点がある。 Patent Documents 1-3 disclose a so-called spiral turbine and a hydroelectric generator using the so-called spiral turbine. As a spiral turbine, an open turbine and a closed turbine are known. In an open type turbine, spiral blades are arranged in a partially cylindrical inclined water channel, and the spiral blades rotate. On the other hand, in a closed type turbine, spiral blades are fixed inside a cylinder, and both the cylinder and the blades rotate. The closed-type turbine has the advantage of less scattering of water and less foreign matter biting.
螺旋タービンはアルキメデス水車とも呼ばれる。螺旋タービンは、比較的小流量、低落差の水力発電装置に利用されている。また、比較的構造が簡単であるため、農業用水などの小水路に設置される小規模の水力発電装置として適している。 Spiral turbines are also called Archimedes turbines. Spiral turbines are used in hydroelectric generators with relatively small flow rates and low heads. Moreover, since the structure is relatively simple, it is suitable as a small-scale hydroelectric generator installed in a small waterway such as agricultural water.
クローズ型タービンを構成する場合、金属製または樹脂製の円筒の内部に、金属または樹脂製の螺旋部材を固定する必要があった。ところが、金属板または樹脂板によって螺旋部材を製造するには、多くの切断作業、接合作業が必要となる。さらに、円筒の内部に螺旋部材を固定する作業においても、多くの接合作業が必要となる。この結果、安価な螺旋タービンを提供することが困難であった。 When configuring a closed type turbine, it is necessary to fix a spiral member made of metal or resin inside a cylinder made of metal or resin. However, in order to manufacture a spiral member with a metal plate or a resin plate, many cutting operations and joining operations are required. Furthermore, many joining operations are required in the operation of fixing the spiral member inside the cylinder. As a result, it has been difficult to provide an inexpensive spiral turbine.
また、多くの接合部分は、腐食、破断を生じやすいから装置の耐久性を低下させる。低い耐久性は、安定的な電力供給を困難とし、装置の信頼性を低下させる。また、低い耐久性は運用コストを増加させる。 In addition, many joints are liable to be corroded and broken, thereby reducing the durability of the apparatus. The low durability makes it difficult to supply power stably and reduces the reliability of the device. Low durability also increases operational costs.
さらに、従来のクローズ型タービンが故障した場合には、再度の接合作業が必要になる場合がある。ところが、接合作業のできる作業者が必要になる。また、螺旋タービンの設置現場によっては、接合作業が困難な場合がある。このため、迅速な修理と、発電の迅速な再開とが困難であった。 Furthermore, when a conventional closed type turbine fails, rejoining work may be required. However, an operator who can perform the joining work is required. Further, depending on the installation site of the spiral turbine, the joining work may be difficult. For this reason, it was difficult to quickly repair and quickly restart power generation.
また、従来の螺旋タービンでは入口部において水を流し込むだけであったため、入口部における流速を十分に利用できていないという問題点があった。 In addition, since the conventional spiral turbine only flows water at the inlet, there is a problem that the flow velocity at the inlet cannot be sufficiently utilized.
このような観点から、螺旋タービンおよびそれを用いた発電装置にはさらなる改良が求められている。 From such a viewpoint, further improvements are required for the spiral turbine and the power generation apparatus using the spiral turbine.
発明の目的のひとつは、製造が容易な発電用螺旋タービン、および発電装置を提供することである。 One of the objects of the invention is to provide a power generation spiral turbine and a power generation apparatus that are easy to manufacture.
発明の目的の他のひとつは、耐久性に優れた発電用螺旋タービン、および発電装置を提供することである。 Another object of the invention is to provide a helical turbine for power generation and a power generation apparatus having excellent durability.
発明の目的の他のひとつは、螺旋タービンの設置現場における保守作業が容易な発電用螺旋タービン、その製造方法、および発電装置を提供することである。 Another object of the invention is to provide a power generating spiral turbine, a manufacturing method thereof, and a power generating device that can be easily maintained at the installation site of the spiral turbine.
発明の目的の他のひとつは、効率が高い発電用螺旋タービン、および発電装置を提供することである。 Another object of the invention is to provide a spiral turbine for power generation and a power generation apparatus having high efficiency.
発明の目的の他のひとつは、発電用螺旋タービンの容易な製造方法を提供することである。 Another object of the invention is to provide an easy method for producing a power generating spiral turbine.
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The present invention employs the following technical means to achieve the above object. It should be noted that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later as one aspect, and the technical scope of the present invention It is not limited.
開示された発電用螺旋タービンの発明は、回転軸(AX)に沿って延びるコア部材(55)と、コア部材(55)に固定され、流体を受け入れる入口開口(51a)を有し、回転軸(AX)の周りにおいて回転軸(AX)に沿って入口開口(51a)から螺旋状に延びる螺旋管(51)とを有することを特徴とする。この構成によると、螺旋管がコア部材に固定される。螺旋タービンとして機能するための螺旋通路が螺旋管によって提供されるから、螺旋通路を容易に製造することができる。 The disclosed helical turbine for power generation has a core member (55) extending along the rotation axis (AX), an inlet opening (51a) fixed to the core member (55) and receiving a fluid, and the rotation axis A spiral tube (51) extending spirally from the inlet opening (51a) along the rotation axis (AX) around (AX). According to this configuration, the spiral tube is fixed to the core member. Since the helical passage is provided by the helical tube to function as a helical turbine, the helical passage can be easily manufactured.
ひとつの実施形態では、螺旋管(51)は軟質材料製である。この構成によると、螺旋管の加工が容易である。 In one embodiment, the helical tube (51) is made of a soft material. According to this configuration, the processing of the spiral tube is easy.
ひとつの実施形態では、複数の螺旋管(51)を備えることができる。この構成によると、複数の螺旋管が配置されるから大きい回転トルクが得られる。 In one embodiment, a plurality of spiral tubes (51) can be provided. According to this configuration, a large rotational torque is obtained because a plurality of helical tubes are arranged.
ひとつの実施形態では、螺旋管(51)は、螺旋管(51)の長さ方向に直交する断面において曲げ方向に関して所定の強度を有する複数の板状部(86)と、複数の板状部の間に位置し、螺旋管(51)の長さ方向に沿って延び、板状部より曲げ方向に関して変形しやすい断面変形部(85)とを有することができる。この構成によると、螺旋管の長さ方向に直交する断面を望ましい形状に調節することができる。 In one embodiment, the spiral tube (51) includes a plurality of plate-like portions (86) having a predetermined strength in the bending direction in a cross section orthogonal to the length direction of the spiral tube (51), and a plurality of plate-like portions. And a cross-sectional deformation part (85) that extends along the length direction of the helical tube (51) and is more easily deformed in the bending direction than the plate-like part. According to this structure, the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the helical tube can be adjusted to a desired shape.
ひとつの実施形態では、板状部(86)および断面変形部(85)は螺旋管(51)の長さ方向に沿って螺旋状に延びている。この構成によると、螺旋管を提供する素材管にねじりを加えることなく断面を望ましい形状に調節することができる。 In one embodiment, the plate-like portion (86) and the cross-section deforming portion (85) extend spirally along the length direction of the helical tube (51). According to this structure, a cross section can be adjusted to a desired shape, without adding a twist to the raw material pipe | tube which provides a helical tube.
ひとつの実施形態では、螺旋管(51)は、周方向に沿って延びるリブ(83)を有するリブ付きパイプ(81)によって形成されており、断面変形部(85)はリブ(83)に形成された切込(84)によって形成される。この構成によると、リブ付きパイプを利用して螺旋通路を形成することができる。 In one embodiment, the spiral tube (51) is formed by a ribbed pipe (81) having a rib (83) extending along the circumferential direction, and the cross-section deformed portion (85) is formed in the rib (83). Formed by the cuts (84) made. According to this configuration, the spiral passage can be formed by using the ribbed pipe.
発電装置の発明は、上記発電用螺旋タービン(5)と、発電用螺旋タービンに連結された発電機(6)とを備える。 The invention of the power generation apparatus includes the power generation spiral turbine (5) and a power generator (6) connected to the power generation spiral turbine.
発電用螺旋タービンの製造方法の発明は、軟質材料製の素材管(81)を準備する第1工程と、回転軸(AX)に沿って延びるコア部材(55)に沿って素材管を配置することにより、回転軸(AX)の周りにおいて回転軸(AX)に沿って螺旋状に延びる螺旋管(51)を形成し、コア部材に素材管を固定する第2工程とを備える。この発明によると、発電用螺旋タービンを軟質材料製の素材管によって製造することができる。軟質材料製の素材管は変形が容易であるため、容易に発電用螺旋タービンを製造することができる。 In the invention of the method for manufacturing a power generation spiral turbine, a first step of preparing a raw material pipe (81) made of a soft material and a raw material pipe are arranged along a core member (55) extending along a rotation axis (AX). Thus, a spiral tube (51) extending spirally along the rotation axis (AX) around the rotation axis (AX) is formed, and a second step of fixing the material tube to the core member is provided. According to this invention, the helical turbine for power generation can be manufactured by the raw material pipe | tube made from a soft material. Since the material tube made of a soft material is easily deformed, a power generation spiral turbine can be easily manufactured.
ひとつの実施形態では、第1工程は、素材管(81)の長さ方向に直交する断面において曲げ方向に関して所定の強度を有する複数の板状部(86)、および複数の板状部の間に位置し、素材管(81)の長さ方向に沿って延び、板状部より曲げ方向に関して変形しやすい断面変形部(85)を素材管に形成する工程を含む。 In one embodiment, the first step includes a plurality of plate-like portions (86) having a predetermined strength in the bending direction in a cross section perpendicular to the length direction of the material pipe (81), and a plurality of plate-like portions. And forming a cross-section deformed portion (85) in the material tube that extends along the length direction of the material tube (81) and is more easily deformed in the bending direction than the plate-like portion.
以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。 A plurality of modes for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each mode, the other modes described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, in the following embodiments, the correspondence corresponding to the matters corresponding to the matters described in the preceding embodiments is indicated by adding reference numerals that differ only by one hundred or more, and redundant description may be omitted. . Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not explicitly stated unless there is a problem with the combination. Is also possible.
(第1実施形態)
(構成)
図1から図5において、水力発電装置1は、流体を利用する螺旋タービン型の発電装置を提供する。水力発電装置1は、水路部2に設置されている。水力発電装置1は、フレーム3と、導入部4と、タービン部5とを有する。水力発電装置1は、用水路等の小水量、低落差の水路部2に設置される。水力発電設備1は、小規模発電装置を提供する。
(First embodiment)
(Constitution)
1 to 5, a
水路部2は上段水路21と下段水路22とを形成する。水路部2は上段水路21と下段水路22との間に突然の落差を形成する。下段水路22は、タービン部5から排出された水を受け流し去る排水部を提供する。フレーム3は、水路部2に固定的に設置されている。フレーム3は、水路部2の所定位置にタービン部5を位置付ける。
The
導入部4は、上段水路21に固定的に設置されている。導入部4は、フレーム3に固定されてもよい。導入部4は、上段水路21の水をタービン部5の入口53に導く。図示の例では、導入部4は、水路部2に流れる全量をタービン部5の入口53に導く。導入部4は、上段水路21を横断するように架設された濾過ネット41を備える。濾過ネット41は、異物を除去する。図中には濾過ネット41の一部の網目だけが図示されている。導入部4は、上段水路21の水流を案内し、水流の方向を偏向する堰板42を有する。堰板42は、2枚の板によって提供されている。堰板42の上流縁は、上流端開口43を区画する。堰板42の下流縁は、下流端開口44を区画する。堰板42の間隔は、上流端開口43から下流端開口44へ向けて徐々に減少する。下流端開口44は、入口53に対向して位置付けられている。
The
タービン部5は、ほぼ円柱状に形成されている。タービン部5は、螺旋タービンを提供する。タービン部5は水車部とも呼ばれる。タービン部5は、先端に入口53を有し、後端に複数の出口54を有する。タービン部5は、入口53から水を受け入れ、出口54から水を排出する。タービン部5は、回転軸AXを有する。タービン部5は、その全体が回転軸AXの周りにおいて回転可能である。入口53は落差の上部に位置付けられる。出口54は落差の下部に位置付けられる。タービン部5はその回転軸AXを傾斜させて水路部2に配置される。フレーム3はタービン部5の回転軸AXの傾斜角度を規定するように構成されている。
The
タービン部5は、回転軸AXの周りに螺旋状に延びる複数の螺旋管51を備える。それぞれの螺旋管51は、回転軸AXのまわりにおいて回転軸AXの長さ方向に沿って螺旋状に延びる螺旋通路を提供する。複数の螺旋管51は、大きい回転トルクを得るために貢献する。図示の例では、タービン部5は、4つの螺旋管51を備える。
The
タービン部5は、水を受け入れる受入バケット52を備える。受入バケット52は筒状の部材である。受入バケット52は螺旋管51より軸方向に突出して配置されている。受入バケット52は回転軸AXの周りに入口開口51aを囲むように配置されている。受入バケット52の先端は水の入口53を提供する。よって、導入部4は受入バケット52に向けて流体を導く。受入バケット52の基端には複数の螺旋管51の複数の入口開口51aが位置付けられ、開口している。図示の例では、受入バケット52の内部に4つの入口開口51aが位置付けられている。
The
図5に図示されるように、下流端開口44の中央線GCは、タービン部5の入口53の中央線FCより片方へやや偏って位置付けられている。中央線GCは、中央線FCから図中右方へ偏っている。
As shown in FIG. 5, the center line GC of the
タービン部5の入口53の中には、複数の螺旋管51が開口している。螺旋管51の入口開口51aは、タービン部5が回転方向RDへ回転するに従って、回転方向RDの進行方向へ推移する。水は、螺旋管51の入口開口51aが入口53の下側に位置しているときに流入可能である。さらに、螺旋管51の開口が下から上へ移動する領域においても水は螺旋管51に流入可能である。特に、入口開口51aが下から上へ移動する半円領域に入口開口51aが位置するときに螺旋管51は水を受け入れ易い。言い換えると、複数の螺旋管51の入口開口51aのうち、上記領域に位置するひとつまたは複数の入口開口51aが水を受け入れやすい。
A plurality of
導入部4は、入口開口51aが下から上へ移動する領域において入口開口51aに流体を直接的に当てるように水を偏らせて供給する。よって、導入部4は、水を受け入れやすい螺旋管51に多くの水を供給する。この結果、導入部4を通過した水は、受入バケット52に一旦溜まることなく、流速を維持したまま螺旋管51に流入する。
The
水が螺旋管51に流入するとき、水流の衝撃によって螺旋管51には回転方向RDのトルクが発生する。よって、流速が高い水を螺旋管51に流入させることで、大きい回転トルクを得ることができる。この構成によると、螺旋管51に流れ込む水流が有効に回転力に変換される。
When water flows into the
タービン部は、複数の螺旋管51に保持される水によってアルキメデスタービンとして機能する。これに加えて、導入部4は流水の衝撃を回転トルクに変換することを可能とする。このため、タービン部5の効率が高められる。導入部4と受入バケット52とは、上段水路21から螺旋管51の入口開口51aへ流体を導く導入機構を提供する。
The turbine unit functions as an Archimedean turbine by water held in the plurality of
図6および図7に図示されるように、水力発電装置1は、発電機6と、連結部7とを備える。発電機6と連結部7とは、タービン部5の回転軸AXの上に配置されている。発電機6はフレーム3に固定的に支持されている。発電機6は発電された電力を調整し、送電するための変電回路を含むことができる。連結部7はタービン部5と発電機6とを作動的に連結する。連結部7は、タービン部5によって得られた回転力を発電機6に伝達する。
As illustrated in FIGS. 6 and 7, the
連結部7は、タービン部5に連結されたシャフト71を備える。シャフト71は、タービン部5を貫通して延びている。シャフト71は、シャフト71の両端に設けられた2つの軸受によってフレーム3に支持されている。連結部7は、タービン部5において得られた回転を増速する変速機72を有する。連結部7は、変速機72の出力軸と発電機6とを連結する継手73を有する。変速機72はフレーム3に固定されている。変速機72はタービン部5と発電機6との間に設けられている。
The connecting
図8から図11において、タービン部5は、複数の螺旋管51、受入バケット52、およびコア部材55を有する。コア部材55は、金属製または樹脂製の筒状部材である。コア部材55は、螺旋管51が巻き付けられる巻き芯を提供する。コア部材55は螺旋管51を位置決めし、固定的に支持するための支持部材を提供する。
8 to 11, the
螺旋管51は、受入バケット52の基端において開口する入口開口51aを有する。複数の螺旋管51は、受入バケット52の基端において複数の入口開口51aを提供する。入口開口51aは、回転軸AXと直交する直交面において開口している。すべての複数の入口開口51aが上記直交面において開口している。入口開口51aの中には、螺旋状に延びる螺旋管51の内面が見える。
The
複数の螺旋管51は、同じ形状をもつ。複数の螺旋管51は、コア部材55の上、すなわち回転軸AXのまわりにおいて、周方向に配列されている。それぞれの螺旋管51は、回転軸AXの周りにおいて螺旋状に延びている。螺旋管51は、コア部材55の上に螺旋状に延びている。図示の例では、螺旋管51は、入口開口51aから時計周り方向へ延びている。螺旋管51は、少なくとも1回転を上回る角度範囲にわたって延びている。図示の例では、螺旋管51は、およそ450度の角度範囲にわたって延びている。
The plurality of
複数の螺旋管51は、コア部材55に固定されている。複数の螺旋管51は、コア部材55の上に接着剤によって接着することができる。複数の螺旋管51は、コア部材55の上に、ボルトまたはネジによって締結されてもよい。さらに、複数の螺旋管51は、コア部材55の上に、U字状の金具、または締結バンドによって締結されてもよい。
The plurality of
複数の螺旋管51は、コア部材55の上に密に配置されている。複数の螺旋管51は、コア部材55の上において、周方向および軸方向の両方に関して隣接する2つの螺旋管51が接触するように配置されている。
The plurality of
図9は、図8に図示された矢印XIに沿って見たタービン部5を示す。入口53の中に位置する4つの入口開口51aは、円形の入口53を均等に分割するように配置されている。それぞれの入口開口51aは、コア部材55の外側において、ほぼ扇型に開口している。図示の例では、ひとつの入口開口51aは、90度の角度範囲に開口している。入口開口51aは、回転軸AXに直交する直交面において開口している。よって、入口開口51aは、回転軸AXまわりの周方向に沿って長く開口している。このため、入口開口51aは長期間にわたって受入バケット52内から水を導入できる。入口開口51aは、螺旋管51を回転軸AXに直交する直交面において切断して得られる形状をもつ。
FIG. 9 shows the
図10は、図9に図示されたX−X線における断面を示す。図示されるように、複数の螺旋管51は、タービン部5の軸方向に沿って密に積層されて配置されている。螺旋管51は、図示されるように、その長さ方向に直交する断面が、回転軸(AX)の径方向に長軸をもつ長円形である。螺旋管51は、隣接する他の螺旋管51との接触部に平面を有する。螺旋管51は、コア部材55に面する内側に曲面を有する。螺旋管51は、タービン部5の径方向外側に面する外側に曲面を有する。タービン部5の径方向外側の表面には、複数の螺旋管51の曲面によって提供される複数の峰が螺旋状に延びている。また、タービン部5の径方向外側の表面には、隣接する螺旋管51の間に形成される複数の谷が螺旋状に延びている。
FIG. 10 shows a cross section taken along line XX shown in FIG. As illustrated, the plurality of
長円形の断面は、螺旋管51の中に保持できる水量を多くするために有効である。また、別の観点では、長円形の断面は、角部が少ない。このため、異物、藻などの付着、堆積を抑制し、腐食、破損を抑制するために有効である。
The oval cross section is effective for increasing the amount of water that can be held in the
受入バケット52は、複数の螺旋管51の外側に嵌められている。受入バケット52は、複数の螺旋管51の先端部の外側だけを覆っている。受入バケット52は、複数の螺旋管51を所定位置に位置決めするために貢献する。受入バケット52を提供する筒状部材は、複数の螺旋管51をより長い範囲にわたって覆っても良い。受入バケット52と螺旋管51との間、および螺旋管51とコア部材55との間には接着剤またはコーキング剤が充填されている。受入バケット52は、螺旋管51へ流入する水を一時的に貯めるバッファとして機能する。
The receiving
図11は、図10に図示されたXI−XI線における断面を示す。回転軸AXに垂直な断面においては、螺旋管51は、入口開口51aと同じ断面形状をもつ。螺旋管51は、そのほぼ全長にわたってコア部材55の外表面に接触している。螺旋管51は、そのほぼ全長にわたって隣接する他の螺旋管51と密に接触している。このように、隣接する複数の螺旋管51は、回転軸AXの軸方向および周方向に関して互いに接触して密に配置されている。
FIG. 11 shows a cross section taken along line XI-XI shown in FIG. In the cross section perpendicular to the rotation axis AX, the
図12は、螺旋管51を製造するための素材管81を示す。素材管81は、長さ方向に関して壁の破断を生じることなく曲げることができる柔軟な管である。素材管81の壁は、主として軟質材料によって形成されている。素材管81は、軟質材料製であるともいえる。ここにおける軟質とは、素材管81を弾性変形および/または塑性変形させながらコア部材55に巻き付けることができる程度の軟らかさを指す。後述の巻き付け工程においては、人手だけによって、または工具を利用した人手によって、もしくは機械によって素材管81がコア部材55に巻き付けられる。よって、軟質材料は、壁の破断を生じることなく素材管81のコア部材55への巻き付けを可能とする。望ましい形態では、素材管81は、人がコア部材55に巻き付けることができる程度に柔軟である。
FIG. 12 shows a
軟質材料は、軟質塩化ビニール、シリコーン、ナイロンなどの樹脂、ゴム、または複合材料、もしくはアルミニウム合金または鉄などの金属によって提供することができる。図示の例では、素材管81は樹脂製である。よって、螺旋管51も樹脂製である。この実施形態では、素材管81は透明樹脂製である。透明樹脂の使用は、螺旋管51の内部の目視を可能とし、容易な保守管理を可能とする。
The soft material can be provided by a resin such as soft vinyl chloride, silicone, nylon, rubber, or a composite material, or a metal such as an aluminum alloy or iron. In the illustrated example, the
素材管81は、円筒状の壁を提供する壁面部82を有する。壁面部82は、人が素材管81をコア部材55に巻き付けるときに素材管81の変形を許容する程度の厚さを有する。さらに、素材管81は、その断面形状を維持するための補強部として設けられた補強リブ83を有する。補強リブ83は、壁面部82より径方向外側に突出している。補強リブ83は、素材管81の長さ方向に沿って螺旋状に延びている。補強リブ83は、壁面部82と同じ材料によって形成されている。補強リブ83の径方向の厚さは、壁面部82より大きい。
The
素材管81は、リブ付きホース、補強入りホース、蛇腹ホースなどとも呼ばれる。素材管81は、市場において入手することができる。補強リブ83は、壁面部82の外側に突出して配置された異種材料によって提供されてもよい。例えば、補強リブ83は、壁面部82を提供する樹脂材料より硬質の硬質樹脂、または金属材料によって提供することができる。
The
図12および図14に図示されるように、素材管81は、補強リブ83に形成された複数の切込84を有する。切込84は、補強リブ83に部分的な低強度部を提供する。切込84は、切込84の位置における素材管81の変形を容易にする。切込84は、素材管81の断面形状の変形を容易にする。
As shown in FIGS. 12 and 14, the
複数の切込84は、素材管81の軸方向、すなわち長さ方向に沿って螺旋状に並ぶように配列されている。1本の螺旋に沿って並ぶ複数の切込84は、断面変形部85を提供する。断面変形部85は、素材管81の軸方向に沿って螺旋状に延びるように形成されている。断面変形部85が提供する螺旋の角度は、螺旋管51の螺旋角度に基づいて設定される。すなわち、素材管81をコア部材55に巻き付けた場合に、断面変形部85が所定の位置に位置付けられるように、断面変形部85は素材管81に形成される。
The plurality of
断面変形部85は、素材管81の長さ方向と直交する直交断面において、補強リブ83よりも変形しやすい部位を提供する。断面変形部85は、素材管81の断面形状の変形を許容しやすい折り曲げ線を規定する。断面変形部85は、素材管81の断面形状を螺旋管51の断面形状に変形させるために予定された予定折り曲げ線を規定する。素材管81には、直交断面において複数の断面変形部85が形成されている。図示の例では、素材管81の直交断面に6本の断面変形部85が形成されている。
The
断面変形部85の間には、断面変形部85よりも変形しにくい板状部86が形成される。板状部86は、素材管81の長さ方向に沿って帯状に延びている。言い換えると、素材管81、すなわち螺旋管51は、螺旋管51の長さ方向に直交する断面において曲げ方向に関して所定の強度を有する複数の板状部86を有する。板状部86は、周方向に沿って延びる複数の補強リブ83を有するから、周方向に関して断面変形部85より変形しにくい。また、素材管81、すなわち螺旋管51は、複数の板状部86の間に位置し、螺旋管51の長さ方向に沿って延び、板状部86より曲げ方向に関して変形しやすい断面変形部85を有する。この構成により、螺旋管51の長さ方向に直交する断面を望ましい形状に調節することができる。
Between the
板状部86および断面変形部85は螺旋管51の長さ方向に沿って螺旋状に延びている。この構成により、螺旋管51を提供する素材管81に加えられるねじりを抑制しながら、螺旋管51の断面を望ましい形状に調節することができる。螺旋管51は、周方向に沿って延びるリブ83を有するリブ付きパイプ81によって形成されている。断面変形部85はリブ83に形成された切込84によって形成されている。この構成により、入手が容易なリブ付きパイプ81を利用して螺旋管51を形成することができる。
The plate-
図14は、螺旋管51の断面形状に変形した素材管81を示す。ひとつの断面変形部85は、螺旋管51の曲面上に位置付けられる。曲面上に位置付けられた断面変形部85は、補強リブ83が小さい半径に曲げられることを許容する。曲面においては、断面変形部85を提供する切込84は開かれる。ひとつの断面変形部85は、螺旋管51の曲面と平面との境界部に位置付けられる。境界部においては、切込84は閉じられる。
FIG. 14 shows a
(製造方法)
水力発電装置1のタービン部5の製造方法は、第1工程と、第2工程とを備える。第1工程では、軟質材料製の素材管81を準備する。第2工程では、回転軸AXに沿って延びるコア部材55に沿って素材管81を配置する。これにより、第2工程では、回転軸AXの周りにおいて回転軸AXに沿って螺旋状に延びる螺旋管51を形成する。さらに、第2工程では、コア部材に素材管81が固定される。
(Production method)
The method for manufacturing the
第1工程は、素材管81を準備する工程でもある。第1工程では、断面変形部85を有する素材管81が製造される。第1工程は、複数の板状部86、および複数の断面変形部85を素材管81に形成する工程を含む。第1工程は、素材管81の長さ方向に沿って螺旋状に延びるように板状部86および断面変形部85を形成する。
The first step is also a step of preparing the
図示の例では、素材管81は、周方向に沿って延びるリブ83を有するリブ付きパイプである。第1工程は、リブ83に切込84を形成することにより断面変形部85を形成する。螺旋状に並ぶ複数の切込84を形成することによって、ひとつの断面変形部85が形成される。複数の螺旋に沿って複数の切込84が形成される。この結果、複数の断面変形部85を有する素材管81が製造される。
In the illustrated example, the
第2工程では、複数の素材管81がコア部材55に沿って配置される。複数の素材管81は、コア部材55の面上に巻き付けられる。素材管81は、断面変形部85を所定の位置に位置付けながら、コア部材55の外側に巻き付けられ、固定される。素材管81は、接着剤および/または締結部材によってコア部材55上に固定される。第2工程では、複数の素材管81がコア部材55の上に巻き付けられ、固定される。素材管81に形成された螺旋状の断面変形部85および板状部86は、素材管81のねじり変形を抑制しながら、素材管81をコア部材55上に螺旋状に巻き付けることを可能とする。
In the second step, the plurality of
第2工程は、素材管81を断面変形部85において変形させる工程を含む。第2工程は、素材管81の長さ方向に直交する円形の断面を、回転軸AXの径方向に長軸をもつ長円形に変形させる。素材管81は、素材管81の直径を小さくするように変形される。素材管81は、回転軸AXの軸方向に沿って直交断面の直径を小さくするように変形される。第2工程では、素材管81の直交断面の形状が変形され、螺旋管51が提供される。回転軸AXの軸方向における螺旋管51の幅は、素材管81の直径より狭い。
The second step includes a step of deforming the
製造方法は、入口開口51aを形成する工程を含む。形成工程は、巻き付け工程の後に、螺旋状に巻かれた複数の素材管81を回転軸AXに直交する断面において切断する工程を含むことができる。形成工程は、準備工程において、それぞれの素材管81の端部を入口開口51aを形成するように切断する工程を含むことができる。
The manufacturing method includes a step of forming the
巻き付け工程の後に、入口開口51aを形成受入バケット52が装着される。さらに、受入バケット52と螺旋管51との間、および螺旋管51とコア部材55との間に接着剤またはコーキング剤が充填される。これにより、タービン部5が提供される。
After the winding step, the receiving
この後、タービン部5はフレーム3に装着され、連結部7および発電機6と連結される。さらに、水力発電装置1の設置工事においては、導入部4が水路部2に設置される。また、フレーム3に架設されたタービン部5が水路部2に設置される。これにより水力発電装置1が完成する。
Thereafter, the
ひとつまたは複数の螺旋管51を交換する場合、既存の螺旋管51が取り除かれる。螺旋管51は軟質であるため、容易に除去することができる。交換作業では、準備工程において準備された素材管81が用いられる。素材管81は市場において入手可能なパイプによって提供されるから、交換用の素材管81の調達が容易である。さらに、素材管81は軟質であるため、人がコア部材55に巻き付けることができる。このような特徴は、水力発電装置1の設置現場における修理を可能とする。
When replacing one or
(作動)
水路部2に水か供給されると、導入部4は、水を受入バケット52の入口53に流し込む。水は、受入バケット52から、複数の螺旋管51に流れ込む。水は、タービン部5の回転方向RDの進行方向前方に偏って供給される。よって、水を受け入れやすい位置に入口開口51aが位置する螺旋管51に多くの水が、速い流速を伴って供給される。流水の速度は、螺旋管51内の傾斜した壁面によって回転力に変換される。これによりタービン部5の効率向上が可能となる。
(Operation)
When water is supplied to the
螺旋管51に流れ込んだ水は、重力によって螺旋管51に回転トルクを与える。図示の例では、螺旋管51は反時計方向へ回る。螺旋管51の回転に伴って水は流れ下る。やがて、出口54に到達した水は、螺旋管51から水路部2に排出される。複数の螺旋管51において次々と回転トルクが発生する。この結果、タービン部5は滑らかに回転する。
The water that flows into the
螺旋管51は、クローズ型タービンを提供する。タービン部5は、全体が回転する。よって、水漏れ、異物の噛み込みが抑制される。また、螺旋管51は素材管81によって提供されるから、少ない部品点数によって構成される。この結果、比較的低価格のタービン部5、および水力発電装置1が提供される。
The
タービン部5の回転は、コア部材55およびシャフト71を回転させる。タービン部5の回転は、変速機72によって増速され、発電機6に伝達される。発電機6が回転すると、発電機6は発電し、電力を出力する。発電された電力は、所定の電気負荷、または電力系統に供給される。
The rotation of the
この実施形態によると、螺旋タービンとして機能するための螺旋管51が軟質材料によって提供されるから、螺旋管を容易に製造することができる。また、螺旋管51の交換が容易である。
According to this embodiment, since the
(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、螺旋管51は接着剤によってコア部材55に固定される。接着剤に代えて、または、加えて、図15のに図示される締結部材288を採用してもよい。
(Second Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the above embodiment, the
締結部材288は、金属製または樹脂製の部材である。締結部材288は、U字型部材である。締結部材288は、コア部材55に固定され、コア部材55から径方向へ延び出す一対の両端腕部を有する。締結部材288は、両端腕部に固定され、螺旋管51の径方向外側に位置付けられるアーチ部を有する。一対の両端腕部は、素材管81の直径より狭い間隔をもって固定されている。
The
一対の両端腕部は、素材管81を変形させて得られる螺旋管51の幅に相当する間隔をもって固定されている。コア部材55には、複数の締結部材288が固定される。これら複数の締結部材288は、コア部材55上において、螺旋管51の軸方向および径方向における位置を決める。よって、複数の締結部材288は、コア部材55上において螺旋管51を位置決めする位置決め部を提供する。締結部材288、すなわち位置決め部はコア部材55上に設けられている。締結部材288は、コア部材55上への素材管81の巻き付け位置を明示するから、巻き付け作業を支援する。
The pair of both end arms are fixed at an interval corresponding to the width of the
締結部材288は、コア部材55に固定されることによって、螺旋管51をコア部材55に固定的に支持する。また、図示されるように、タービン部5は、単一の螺旋管51を備える構成を採用してもよい。
The
(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、回転軸AXに直交する直交面に開口する入口開口51aを形成した。これに代えて、図16に図示される入口開口351aを採用してもよい。入口開口351aは、螺旋管51の長さ方向に直交する端面において開口している。言い換えると、入口開口351aは、タービン部5の回転方向RDの前方だけに向けて開口している。この形状でも、受入バケット52が設けられることによって、それぞれの螺旋管51へ所定量の水を導入することができる。ただし、入口開口351aは、回転軸AXを含む断面において開口しており、回転軸AXの周りにおいて周方向へ開口していない。このため、入口開口351aは、受入バケット52内の水面より下に位置する期間だけ水を導入する。また、導入部4から受入バケット52に供給される水は、入口開口351a内に直接的に流入しにくい。
(Third embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In the embodiment described above, the
(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the invention have been described above, but the invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The technical scope of invention is not limited to the range of these description. The invention is not limited to the combinations shown in the embodiments, and can be implemented independently. Some technical scope of the invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the scope of claims.
上記実施形態ではシャフト71によってタービン部5を回転可能に支持した。これに代えて、タービン部5の外周に環状レールを設け、この環状レールを支持するローラをフレーム3上に設けることにより、タービン部5を回転可能に支持してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、回転軸AX上に発電機6を配置した。これに代えて、タービン部5の上に回転軸AXと平行に発電機6を配置し、ギヤまたはベルトなどの伝達機構を介して発電機6を駆動してもよい。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態では、補強リブ83をもつリブ付きホースを素材管81として採用した。これに代えて、金属製または繊維製の螺旋状補強部または同心環状補強部をもつホースを素材管81として採用してもよい。これらの構成においても、螺旋状補強部または同心環状補強部に切込を設けることによって断面変形部85を形成することができる。さらに、所定の厚さをもつホースに断面変形部85に相当する螺旋状の溝を形成して素材管を提供してもよい。かかる構成においても、断面変形部85において素材管を変形しやすく形成することができる。このため、コア部材55への素材管の巻き付け作業を容易にできる。しかも、断面変形部85を設けることによって、所定の断面形状をもつ螺旋管51を素材管81から容易に形成することができる。
In the above embodiment, a ribbed hose having the reinforcing
また、上記実施形態では、複数の素材管81を順に巻き付けて複数の螺旋管51を形成した。これに代えて、複数の素材管81を回転軸AXの周りに平行に配置し、それらを回転軸AXの周りにおいて捩じることによって複数の螺旋管51を形成してもよい。
Moreover, in the said embodiment, the some raw material pipe |
また、上記実施形態では、円形断面をもつ素材管81を採用した。これに代えて、四角形などの多角形または多面形の断面をもつ素材管を採用してもよい。そのような非円形断面をもつ素材管を採用する場合にも、多面形の面と角部とを螺旋状に形成することにより、板状部と断面変形部とを提供することができる。
Moreover, in the said embodiment, the raw material pipe |
また、上記実施形態では、コア部材55を巻き芯として、その外側に螺旋管51を配置した。これに代えて、円筒状のコア部材55の内面に沿って螺旋管51を配置してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、タービン部5は、4本の螺旋管51を備える。これに代えて、単一、2本、3本、5本、6本などの螺旋管51を採用してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、水を利用した。これに代えて、水以外の流体、例えば、温水、薬品、オイルなどの流体を発電装置1に供給してもよい。
Moreover, in the said embodiment, water was utilized. Instead of this, a fluid other than water, for example, a fluid such as warm water, chemicals, or oil may be supplied to the
1 水力発電装置、
2 水路部、 3 フレーム、 4 導入部、
5 タービン部、 6 発電機、 7 連結部、
21 上段水路、 22 下段水路、
41 濾過ネット、 42 堰板、
51 螺旋管、 51a、351a 入口開口、 52 受入バケット、
53 入口、 54 出口、 55 コア部材、
71 シャフト、 72 変速機、 73 継手、
81 素材管、 82 壁面部、 83 補強リブ、 84 切込、
85 断面変形部、 86 板状部、 288 締結部材。
1 Hydroelectric generator,
2 waterway, 3 frame, 4 introduction,
5 Turbine part, 6 Generator, 7 Connecting part,
21 Upper canal, 22 Lower canal,
41 filtration net, 42 dam plate,
51 spiral tube, 51a, 351a inlet opening, 52 receiving bucket,
53 inlet, 54 outlet, 55 core member,
71 shaft, 72 transmission, 73 joint,
81 material pipe, 82 wall surface part, 83 reinforcing rib, 84 notch,
85 cross-sectional deformation part, 86 plate-like part, 288 fastening member.
Claims (22)
前記コア部材(55)に固定され、流体を受け入れる入口開口(51a)を有し、前記回転軸(AX)の周りにおいて前記回転軸(AX)に沿って前記入口開口(51a)から螺旋状に延びる螺旋管(51)とを有することを特徴とする発電用螺旋タービン。 A core member (55) extending along the rotation axis (AX);
Fixed to the core member (55), has an inlet opening (51a) for receiving fluid, and spirals from the inlet opening (51a) along the rotational axis (AX) around the rotational axis (AX). A spiral turbine for power generation, characterized in that the spiral turbine (51) extends.
前記螺旋管(51)の長さ方向に直交する断面において曲げ方向に関して所定の強度を有する複数の板状部(86)と、
複数の前記板状部の間に位置し、前記螺旋管(51)の長さ方向に沿って延び、前記板状部より前記曲げ方向に関して変形しやすい断面変形部(85)とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発電用螺旋タービン。 The spiral tube (51)
A plurality of plate-like portions (86) having a predetermined strength with respect to the bending direction in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the helical tube (51);
It has a cross-sectional deformation part (85) which is located between a plurality of the plate-like parts, extends along the length direction of the spiral tube (51), and is more easily deformed in the bending direction than the plate-like part. The helical turbine for power generation according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記断面変形部(85)は前記リブ(83)に形成された切込(84)によって形成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の発電用螺旋タービン。 The spiral tube (51) is formed by a ribbed pipe (81) having a rib (83) extending along the circumferential direction,
The spiral turbine for power generation according to claim 3 or 4, wherein the cross-sectional deformation portion (85) is formed by a notch (84) formed in the rib (83).
前記回転軸(AX)の周りに前記入口開口(51a)を囲むように配置された受入バケット(52)と、
前記受入バケットに向けて流体を導く導入部(4)とを備えることを特徴とする請求項9に記載の発電用螺旋タービン。 The introduction mechanism is
A receiving bucket (52) arranged to surround the inlet opening (51a) around the rotational axis (AX);
The power generating spiral turbine according to claim 9, further comprising an introduction portion (4) for guiding a fluid toward the receiving bucket.
前記発電用螺旋タービンに連結された発電機(6)とを備えることを特徴とする発電装置。 A helical turbine for power generation (5) according to any one of claims 1 to 14,
A power generator comprising: a generator (6) coupled to the power generating spiral turbine.
回転軸(AX)に沿って延びるコア部材(55)に沿って前記素材管を配置することにより、前記回転軸(AX)の周りにおいて前記回転軸(AX)に沿って螺旋状に延びる螺旋管(51)を形成し、前記コア部材に前記素材管を固定する第2工程とを備える発電用螺旋タービンの製造方法。 A first step of preparing a material pipe (81) made of a soft material;
A spiral tube extending spirally along the rotation axis (AX) around the rotation axis (AX) by disposing the material tube along the core member (55) extending along the rotation axis (AX). And a second step of forming (51) and fixing the material pipe to the core member.
前記第1工程は、前記リブ(83)に切込(84)を形成することにより前記断面変形部(85)を形成することを特徴とする請求項17または請求項18に記載の発電用螺旋タービンの製造方法。 The material pipe (81) is a ribbed pipe having a rib (83) extending along the circumferential direction,
19. The power generation spiral according to claim 17, wherein the first step forms the cross-sectional deformation portion (85) by forming a cut (84) in the rib (83). A method for manufacturing a turbine.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016033333A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社堀田電機製作所 | Rotation propulsion force device with helical pipe and low hydraulic generating equipment with rotation propulsion force device |
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