JP2015507139A

JP2015507139A - 分岐部を有する水力発電設備

Info

Publication number: JP2015507139A
Application number: JP2014556936A
Authority: JP
Inventors: マンフレット・シュトゥマー
Original assignee: フォイト・パテント・ゲーエムベーハー
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2013120564A3; WO2013120564A9; CA2856374A1; EP2815123A2; EP2815123B1; WO2013120564A2; CN104220744A; DE102012002809A1; CA2856374C; US20140369825A1

Abstract

本発明は、以下の特徴もしくは部材を備える水力発電設備の導管システムに関する。すなわち、タービン動翼とタービンスパイラルハウジングとを有するタービンと、ポンプ動翼とポンプスパイラルハウジングとを有するポンプとを備え、両スパイラルハウジングは互いに逆方向に設けられており、タービン動翼とポンプ動翼とが回転不能に設けられているシャフトと、シャフトと駆動接続されているかあるいは駆動接続可能な電気機械とを備え、両スパイラルハウジングの圧力管は共通の主要圧力管に合流し、タービンの駆動時に主要圧力管からポンプタービンへ水を流すためのタービン圧力管と、ポンプの駆動時にポンプタービンから主要圧力管へ水を流すための、あるいは油圧短絡の際にはタービン圧力管を通ってポンプタービンへ水を戻すための、湾曲部として構成されたポンプ圧力管と、主要圧力管とタービン圧力管とポンプ圧力管とが接続されている分岐部とを備える。本発明は、以下の特徴、すなわち、湾曲部の流れ断面は、その入口よりもその出口の方が大きいという特徴を有することを特徴とする。

Description

本発明は、水力発電設備の分野に関する。そのような水力発電設備は、少なくとも２つの油圧機械を備える。そのうち少なくとも１つの機械は、ポンプである。

上流貯水池と下流貯水池との間には、ポンプとタービンとジェネレータとを有するポンプタービンユニットがある。電気エネルギーの需要が高いときには、水は、主要圧力管を通り、上流貯水池からタービンを通って下流貯水池へ流れる。

需要が低いときには、ポンプタービンはポンプとして作動する。当該ポンプは、電気モータとして作動する電気機械によって駆動される。それでポンプは、水を、下流貯水池からポンプ圧力管および主要圧力管を通って、上流貯水池に送る。油圧短絡における出力制御の目的で、作動することも可能である。その場合、ポンプ体積流量の一部あるいはすべてが、タービンに供給される。

本設備は、分岐部を備える。当該分岐部に、主要圧力管と、タービン圧力管とポンプ圧力管とが接続されている。ポンプ圧力管は、湾曲部を含む。

パイプ管における液体の各流れには、周知のように、損失が付き物である。流れの向きが変わる際の流動損失は、特に大きい。そのため、このことは、パイプ湾曲部あるいは分岐部に当てはまる。

本発明は、ポンプ圧力管の湾曲部および分岐部における流動損失が減少するように、請求項１のおいて書きに記載のポンプタービン設備を構成することを課題としている。

この課題は、請求項１の特徴部分の特徴を備えるポンプタービン設備によって解決される。

それに従えば、ポンプ圧力管の湾曲部は、いわゆる減速湾曲部として構成される。すなわち、分岐部への入口の手前のポンプ圧力管の断面積が増加する。これによって流れのある程度の減速が起こる。これによって、湾曲部自体における流動損失も、後置の分岐部における流動損失も減少する。

減速湾曲部は、連続的に広がってよい。減速湾曲部は、断面積が流れ方向で見てセグメントごとにより大きくなる、複数のセグメントから作られていてもよい。

本発明は、図に基づいてより詳細に説明されている。そこで個別に表わされるのは以下である。

垂直のシャフトを有するポンプタービン設備の側面図の概略図である。回転軸の方向で見た、ポンプタービン設備の概略図である。図２の重要な部分、つまり分岐部と、主要圧力管と、タービン圧力管と、湾曲部の形態のポンプ圧力管とである。

図１から分かるように、タービンスパイラルハウジング１．２には、圧力管１３が接続し、ポンプスパイラルハウジング２．２には、圧力管１３が接続する。両圧力管１２、１３は、分岐部１０を介して、中に共通の遮断機構６．１がある圧力管１１と接合されている。

図２に示された設備は、ポンプとタービン１とを備える。当該設備は、回転軸１４の上面図で表わされている。

分岐部１０が分かる。当該分岐部１０には、主要圧力管１１と、タービン圧力管１２と、湾曲部の形態のポンプ圧力管１３とが、接続されている。ポンプ圧力管１３は、個々のセグメントから作られており、当該セグメントについては、寸法Ａ及びＢと同じく、後でさらに言及されるはずである。

図３に示された導管システムは、中心的な部材として、分岐部１０を備える。分岐部１０には、主要圧力管１１と、タービン圧力管１２と、湾曲部として実施されているポンプ圧力管１３とが接続されている。

油圧機械の回転軸１４が分かる。

決定的に重要なのは、ポンプ圧力管１３の構成である。ポンプ圧力管の円筒形セグメント１３．１は、ここでは示されていないポンプタービンに接続されている。その後に円錐形セグメント１３．２から１３．７が続く。円錐形セグメントの断面は、セグメントごとに広がる。最後には、分岐部１０に合流する円筒形セグメント１３．８が続く。

これに対して、主要圧力管１１と、分岐部１０と、タービン圧力管１２とは、一定した同じ流れ断面を有する。

流れ方向は、矢印で具体的に示されている。主要圧力管１１は、両方の可能な流れ方向を具体的に示すために、両矢印が備わっている。タービンの駆動時には、流れは、上流貯水池から来て分岐部１０とタービン圧力管１２とを通って行く。ポンプの駆動時には、流れは、下流貯水池から来てポンプ圧力管１３を通り、分岐部１０を通り、主要圧力管１１を通って、上流貯水池へ行く。

減速湾曲部の入口直径、すなわちセグメント１３．２の入口直径は、円筒形セグメント１３．１の直径Ｄ１と同じである。それより大きいこともあり得る。

セグメント１３．８は、円錐形に形成されていてもよく、その結果ポンプの流れ方向に広がる。

セグメント１３．８は、その入口直径Ｄ２よりもいくらか大きい出口直径Ｄ３を有する。それによりここでは、セグメント１３．８の内部が広がっている。しかしながらセグメント１３．８は、円筒形であってもよい。それに従えば、入口直径Ｄ２と出口直径Ｄ３とは同じである。

セグメント１３．３から１３．７も、連続的に広がってよい。

減速湾曲部の半径Ｒは、入口直径Ｄ１の１．１倍から１０倍に等しい。

主要圧力管１１の中心軸（流路の中央）と、ポンプ圧力管１３の中心軸との間の距離Ａは、入口直径Ｄ１の２倍から２００倍の範囲にある。

セグメント１３．８の中心軸と、油圧機械の回転軸１４との間の距離Ｂは、タービン圧力管１２の直径Ｄ５の２倍から２００倍である。

タービン圧力管１２の直径Ｄ５は、減速湾曲部の出口直径Ｄ３と等しいか、あるいはこれよりも大きい。

タービン圧力管１２の直径Ｄ５は、セグメント１３．８の入口直径Ｄ２と同一であるか、あるいは言い換えれば、減速湾曲部の出口直径と同一である。

タービン圧力管１２の直径Ｄ５は、減速湾曲部の出口直径Ｄ２よりも、最大５倍まで大きくてよい。

直径Ｄ４とＤ５の両方は、同じ大きさであってよい。

セグメント１３．８の入口直径Ｄ２と出口直径Ｄ３は、同じ大きさであってよい。しかしながら、Ｄ３がＤ２よりも大きくてもよい。そうして直径Ｄ３は、直径Ｄ２よりも、最大５倍まで大きくてよい。

１タービン
１．１タービン動翼
１．２タービンスパイラルハウジング
１．２．１静翼
１．６遮断機構
２ポンプ
２．１ポンプ動翼
２．２ポンプスパイラルハウジング
３シャフト
４電気機械
６．１遮断機構
７回転軸
８吸入管
９軸受
１０分岐部
１１主要圧力管
１２タービン圧力管
１３ポンプ圧力管
１３．１円筒形セグメント
１３．２〜１３．７円錐形セグメント
１３．８円筒形セグメント
１４回転軸

図１から分かるように、タービンスパイラルハウジング１．２に圧力管１２が接続し、ポンプスパイラルハウジング２．２に圧力管１３が接続する。両圧力管１２、１３は、分岐部１０を介して、中に共通の遮断機構６．１がある圧力管１１と接合されている。

図２に示された設備は、ポンプ２とタービン１とを備える。当該設備は、回転軸１４の上面図で表わされている。

Claims

ポンプタービン設備であって、
タービン動翼（１．１）とタービンスパイラルハウジング（１．２）とを有するタービン（１）と、
ポンプ動翼（２．１）とポンプスパイラルハウジング（２．２）とを有するポンプ（２）と、
を備え、
前記スパイラルハウジング（１．２、２．２）双方は互いに逆方向に設けられており、
前記タービン動翼（１．１）と前記ポンプ動翼（２．１）とが回転不能に設けられているシャフト（３）と、
該シャフト（３）と駆動接続されているかあるいは駆動接続可能な電気機械（４）とを備え、
前記スパイラルハウジング（１．２、２．２）双方の圧力管（１．３、２．３）は共通の主要圧力管（１１）に合流し、
タービンの駆動時に該主要圧力管（１１）からポンプタービンへ水を流すためのタービン圧力管（１２）と、
ポンプの駆動時に前記ポンプタービンから前記主要圧力管（１１）へ水を流すための、あるいは油圧短絡の際には前記タービン圧力管（１２）を通って前記ポンプタービンへ水を戻すための、湾曲部として構成されたポンプ圧力管（１３）と、
前記主要圧力管（１１）と前記タービン圧力管（１２）と前記ポンプ圧力管（１３）とが接続されている分岐部（１０）とを備えるポンプタービン設備において、
前記湾曲部の流れ断面は、その入口よりもその出口の方が大きいことを特徴とするポンプタービン設備。
前記ポンプ圧力管（１３）は、少なくとも、流れ方向のその延在部の一部に、流れ断面が広くなるセグメント（１３．２〜１３．７）を備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部の入口直径（Ｄ１）は、前記ポンプ圧力管（１３）の直径と大きさが等しい、あるいはこれよりも大きいことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部と前記分岐部（１０）との間に、円錐形あるいは円筒形のパイプ片（１３．８）が備わっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部は、鋳造されているか、あるいはパイプセグメント（１３．２〜１３．７）が溶着され合ったものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記分岐部（１０）は、前記湾曲部に直接接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部と前記分岐部（１０）との間に、パイプセグメント（１３．８）が設置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部の断面が、流れ方向で連続的に広がることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部の半径（Ｒ）は、該湾曲部の入口直径（Ｄ１）の１．１倍から１０倍であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記主要圧力管（１１）と前記ポンプ圧力管（１３）との間の距離（Ａ）は、前記湾曲部の入口直径（Ｄ１）の２倍から２００倍の間であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
油圧機械の回転軸（１４）と前記分岐部（１０）の中心点との間の距離（Ｂ）は、前記タービン圧力管（１２）の直径（Ｄ５）の２倍から２００倍であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記湾曲部の出口直径（Ｄ２）は、該湾曲部の入口直径（Ｄ１）の１．１倍から５倍であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記タービン圧力管（１２）の直径（Ｄ５）は、前記ポンプ圧力管（１３）の直径（Ｄ１）の１．１倍から５倍であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記タービン圧力管（１２）の直径（Ｄ５）は、前記湾曲部の出口直径（Ｄ２）と等しいことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記タービン圧力管（１２）の直径（Ｄ５）は、前記湾曲部の出口直径（Ｄ２）よりも、最大５倍まで大きいことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記主要圧力管（１１）の直径（Ｄ４）は、前記タービン圧力管（１３）の直径（Ｄ５）と等しいことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
前記主要圧力管（１１）の直径（Ｄ４）は、前記タービン圧力管（１２）の直径（Ｄ５）の最大５倍までであることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
湾曲部と分岐部（１０）との間に設置されたセグメント（１３．８）の直径（Ｄ３とＤ２）は、大きさが等しいことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。
セグメント（１３．８）の直径（Ｄ３）は、直径（Ｄ２）よりも最大５倍まで大きいことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のポンプタービン設備。