JP2016031049A - Pump reversing water wheel - Google Patents

Pump reversing water wheel Download PDF

Info

Publication number
JP2016031049A
JP2016031049A JP2014153838A JP2014153838A JP2016031049A JP 2016031049 A JP2016031049 A JP 2016031049A JP 2014153838 A JP2014153838 A JP 2014153838A JP 2014153838 A JP2014153838 A JP 2014153838A JP 2016031049 A JP2016031049 A JP 2016031049A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
runner
pump
turbine
blade
during
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014153838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
山中 隆司
Takashi Yamanaka
隆司 山中
前田 和昭
Kazuaki Maeda
和昭 前田
中山 博文
Hirobumi Nakayama
博文 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2014153838A priority Critical patent/JP2016031049A/en
Publication of JP2016031049A publication Critical patent/JP2016031049A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pump reversing water wheel having a structure capable of adjusting the performance to enhance the turbine efficiency while suppressing a cost increase.SOLUTION: A pump reversing water wheel comprises: a runner 12 having a main plate 30 and a plurality of blades 14; and a casing for housing the runner 12 therein, and is enabled to run in both a withdrawal and an electric power generation by switching the rotation direction of the runner 12. The flow passage area of an introduction passage 28 in the water wheel operation of the runner 12 is set by the head drop and the flow rate at a water wheel running time.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ダム、用水路、浄水場、下水処理場、河川等において水の落差を利用した水力発電用ポンプ逆転水車に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydroelectric power generation pump reversing water turbine that uses a head of water in a dam, a water channel, a water purification plant, a sewage treatment plant, a river or the like.

水力発電用水車は従来、設置場所の水の落差と流量に合わせて最適設計を行っている。しかし、構造が特殊であり、また、毎回設置場所に合わせて設計を行うため、高価である。   Conventionally, hydropower turbines have been optimally designed according to the water drop and flow rate at the installation site. However, it is expensive because it has a special structure and is designed according to the installation location each time.

コストを下げるため、ポンプを利用し、水流を逆転させて発電を行う、「ポンプ逆転水車」という方式が一般的に存在する。
ポンプ逆転水車に用いるポンプは、一般に、モータの駆動に伴って回転する回転軸に固定した羽根車(インペラ。水車では羽根車は「ランナ」と呼ばれる。)をケーシングの内部に回転自在に配置し、電動機などの駆動源によって羽根車を回転させることで、ケーシングの軸方向から吸い込んだ液体を羽根車の回転で昇圧させ、ケーシング外側に吐出するように構成されている。
In order to reduce the cost, there is generally a method called “pump reverse turbine” that uses a pump to generate power by reversing the water flow.
In general, a pump used for a pump reversing water turbine has an impeller fixed on a rotating shaft that rotates as a motor is driven (an impeller. In a water turbine, an impeller is referred to as a “runner”) rotatably disposed inside a casing. By rotating the impeller by a driving source such as an electric motor, the liquid sucked from the axial direction of the casing is boosted by the rotation of the impeller and discharged to the outside of the casing.

この種のポンプは、ポンプとしての使用に加えて、必要に応じて液体の流れを動力に変換するポンプ逆転水車として用いられることがある。このポンプ逆転水車は、例えば、河川の上流の貯水槽に水を汲み上げるときにポンプとして作動させ、その汲み上げた水を流下させる際のエネルギーを電力として取り出すときに水車として作動させる。   In addition to being used as a pump, this type of pump may be used as a pump reversing turbine that converts a liquid flow into power as needed. For example, the pump reversing water turbine is operated as a pump when water is pumped into a water storage tank upstream of a river, and is operated as a water wheel when energy used for flowing down the pumped water is taken out as electric power.

特許文献1のポンプ逆転水車では、製品コストの高騰を招くことなく、簡単な構成によって水車効率を高めることのできるポンプ逆転水車を提供するために、インペラを変更して、各羽根の径方向外側の端縁が、先端側に向かって曲率半径が漸減する曲面形状に形成されている。   In the pump reversing turbine of Patent Document 1, in order to provide a pump reversing turbine that can increase the turbine efficiency with a simple configuration without causing an increase in product cost, the impeller is changed, and the radially outer side of each blade is changed. Is formed in a curved surface shape with a radius of curvature gradually decreasing toward the tip side.

特許文献2はポンプ逆転水車ではないが、調整ライナーという別パーツを用いて、水車性能を調整している。
特許文献3は、ポンプ逆転水車ではないポンプにおいて、その性能を低コストで調整するために、互いに隣接する羽根の間に、インペラの外径より内側に位置して一方の羽根から他方の羽根に向かって延びる仕切翼を設けることを開示する。
Although patent document 2 is not a pump reverse rotation turbine, the turbine performance is adjusted using another part called an adjustment liner.
Patent Document 3 discloses a pump that is not a pump reversing water turbine, and is located between the blades adjacent to each other between the blades adjacent to each other to adjust the performance at a low cost, from one blade to the other blade. Disclosed is a partition blade extending toward the surface.

特許文献4は、ポンプ逆転水車ではないポンプにおいて、その性能を低コストで調整するために、ケーシング内にインペラと同心円状に配置されるガイドプレートを入れ、ガイドプレートは、インペラ側とケーシング側を貫通する複数の通路を有し、複数の通路内の一つの通路が吐出口に連通することで性能調整を行うことを開示する。   In Patent Document 4, in a pump that is not a pump reversing turbine, in order to adjust its performance at low cost, a guide plate arranged concentrically with the impeller is placed in the casing, and the guide plate is arranged between the impeller side and the casing side. Disclosed is performance adjustment by having a plurality of passages penetrating and one passage in the plurality of passages communicating with a discharge port.

特開2012−184699号JP 2012-184699 A 特開2008−248762号JP 2008-248762 A 特開2007−51592号JP 2007-51592 A 特開2012−82778号JP 2012-82778 A

ポンプ逆転水車のメリットは、ポンプ用途と水車用途を兼用して使用できるため、ポンプ運転時は揚水を行い、また水流を逆転させて、水車発電もできるという点にある。
しかし、ポンプ逆転水車は、最高効率が得られる落差と流量の関係(「性能ライン」と呼ばれる)が各ポンプ内部における流路の開口面積の大きさで一意的に決まるため、その性能ラインから外れた条件での運転点(落差と流量の関係が、性能ラインから外れている状態)では、発電効率が悪いという問題点があった。
The advantage of the pump reversing turbine is that it can be used for both pump and turbine applications, so that pumping can be performed during pump operation, and the water flow can be reversed to generate turbine power.
However, a pump reversing turbine is not within the performance line because the relationship between the head and flow rate (called the “performance line”) that gives the highest efficiency is uniquely determined by the size of the opening area of the flow path inside each pump. At the operating point under the above conditions (the relationship between the head and the flow rate is out of the performance line), the power generation efficiency is poor.

その対策として、ポンプ逆転水車が使用される場所の落差と流量(運転点)で最高効率が得られるサイズのポンプ逆転水車を製作すれば良いが、この方法には下記のデメリットがある。   As a countermeasure, it is sufficient to produce a pump reversing turbine of a size that provides the maximum efficiency in terms of the head and flow rate (operating point) where the pump reversing turbine is used, but this method has the following disadvantages.

使用される場所の落差と流量に合わせて、そのたびに最適設計を実施した場合、既存のポンプが利用できないため、コストが高くなる。
既存のポンプのラインナップ数を増やすという方法があるが、必要なポンプ製作用木型の数も増加し、管理費用が高くなるため、一台分のコストも高くなる。
If the optimum design is carried out each time according to the drop and flow rate of the place where it is used, the existing pump cannot be used, resulting in high costs.
There is a method to increase the number of existing pumps, but the number of necessary pump-making working molds also increases, and the management cost increases, so the cost for one unit also increases.

使用される場所の落差と流量に対応できるよう、逆転水車運転時のポンプインペラ外周側(水流の入口側)に、可動式のガイドベーンを設けた構造に改造する方法もある。例えば、クロスフロー水車やフランシス水車などの従来の水車専用構造ではこの方式を採用して、可動式ガイドベーンで性能変化に対応している。しかし、構造が複雑となり、コストアップにつながるため、ポンプ逆転水車のコストメリットが失われてしまう。   There is also a method of remodeling to a structure in which a movable guide vane is provided on the outer periphery of the pump impeller (water flow inlet side) during reverse water turbine operation so as to correspond to the drop and flow rate at the place of use. For example, conventional methods for exclusive use of water turbines such as cross-flow turbines and Francis turbines adopt this method and cope with performance changes with movable guide vanes. However, since the structure becomes complicated and the cost is increased, the cost merit of the pump reverse turbine is lost.

そこで本発明は、コストアップを抑制しつつ水車効率を高めるように性能調整ができる構造を有するポンプ逆転水車を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the pump reverse rotation water turbine which has a structure which can adjust a performance so that a turbine efficiency may be improved, suppressing a cost increase.

上記目的を達成するために、本発明では、主板と複数の羽根を備えたランナと、前記ランナを内部に収容するケーシングとを備え、前記ランナの回転方向を切り換えることにより揚水及び発電の両モードで運転可能にしたポンプ逆転水車において、前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積が、水車運転時における落差及び流量により設定されている。   In order to achieve the above object, in the present invention, a runner having a main plate and a plurality of blades, and a casing for accommodating the runner therein, both modes of pumping and power generation by switching the rotation direction of the runner. In the pump reverse rotation turbine that can be operated in step 1, the flow passage area of the introduction path on the suction side of the runner during the turbine operation is set by the drop and the flow rate during the turbine operation.

導入路の流路面積は、例えば、導入路の開始部である開口部の面積により設定される。
この時に、前記ランナの水車運転時吸込側の羽根高さを変更することにより、前記ランナの水車運転時吸込側の開口部の流路面積を設定することが好ましい。
The flow path area of the introduction path is set, for example, by the area of the opening that is the start part of the introduction path.
At this time, it is preferable to set the flow passage area of the opening on the suction side of the runner when the water turbine is operating by changing the blade height of the runner when the water turbine is operating.

なお、前記ランナの水車運転時吸込側の導入路は、前記主板と、前記羽根と、前記羽根に対向するサイドプレート 又はケーシング部分により構成し、前記ランナの水車運転時吸込側の羽根高さは、前記羽根の外周端部の加工量で調整し、前記サイドプレート又は前記ケーシング部分は、前記加工量に対応した形状とすることができる。   In addition, the intake path on the suction side of the runner during the water turbine operation is constituted by the main plate, the blades, and a side plate or casing portion facing the blades, and the blade height on the suction side of the runner during the water turbine operation is The side plate or the casing portion can be adjusted to the shape corresponding to the processing amount by adjusting the processing amount of the outer peripheral end of the blade.

また、前記ランナは、オープン型羽根車である。
なお、主板と複数の羽根を備えたランナと、前記ランナを内部に収容するケーシングとを備え、前記ランナの回転方向を切り換えることにより揚水及び発電の両モードで運転可能にしたポンプ逆転水車の製造方法において、前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積を、水車運転時における落差及び流量により設定された大きさに製造することが好ましい。
The runner is an open impeller.
A pump reversing turbine comprising a main plate, a runner having a plurality of blades, and a casing for accommodating the runner therein, and capable of operating in both pumping and power generation modes by switching the rotation direction of the runner. In the method, it is preferable that the flow path area of the introduction path on the suction side of the runner during the water turbine operation is manufactured to a size set by a drop and a flow rate during the water turbine operation.

本発明によれば、オープン型羽根車を有するポンプ逆転水車において、設置場所によっ
て決まる様々な運転点(設置場所の落差及び流量)に、水車の最高効率を適合させた性能調整のための改造が、低コストで実現可能である。水車としての羽根の入口側にある羽根の高さを加工によって変更し、かつ一部品(羽根に対向するケーシング部分又はサイドプレート)の形状変更のみで実現可能だからである。
According to the present invention, in a pump reversing turbine having an open impeller, modification for performance adjustment in which the maximum efficiency of the turbine is adapted to various operating points (head and flow rate of the installation location) determined by the installation location. Can be realized at low cost. This is because the height of the blade on the inlet side of the blade as a water wheel can be changed by machining and the shape can be changed only by changing the shape of one component (a casing portion or a side plate facing the blade).

例えば、予め複数の各標準サイズのポンプのうち、設置条件の運転点に最も適合するポンプで、かつ必要とする羽根の高さより大きい羽根の高さを有するポンプを選択し、当該ポンプ逆転水車の羽根の高さを、切削により調整し、当該運転点で水車の最高効率が得られるように性能を調整できる。   For example, a pump having the highest blade height than the required blade height is selected from a plurality of standard size pumps in advance, and a pump having the blade height larger than the required blade height is selected. The height of the blade can be adjusted by cutting, and the performance can be adjusted so that the maximum efficiency of the turbine is obtained at the operating point.

オープン型羽根車を具備するポンプ逆転水車は、側板がないため、ゴミ詰まりを抑制でき、かつ加工が容易であるという利点もあり、ランナ外周側の羽根の高さのみを変更することにより、多様な落差と流量の運転点で最高効率が得られるように低コストで性能調整を行うことができる。   The pump reversing turbine equipped with an open impeller has no side plate, so it has the advantage of being able to suppress clogging of dust and easy to process. By changing only the blade height on the outer periphery of the runner, The performance can be adjusted at low cost so that the highest efficiency can be obtained at the operating point of the head and flow rate.

上記のランナ外周側の羽根の高さ変更は、側板を持たないオープン型羽根車形状の特徴を利用し、ランナ製作時に羽根のオープン側端部(羽根に対向するサイドプレート(又はケーシング部分)側の端部)の加工量の変更と、加工量に対応した固定側部品(サイドプレート又はケーシング部分)の形状を変更することのみで対応することができるため、大幅なコストアップをせずに、性能調整を行うことができる。   The change in the height of the blade on the outer periphery of the runner uses the characteristics of the open impeller shape that does not have a side plate, and when the runner is manufactured, the open side end of the blade (the side plate (or casing part) facing the blade) Because it can be handled only by changing the processing amount of the end part) and changing the shape of the fixed part (side plate or casing part) corresponding to the processing amount, without significantly increasing the cost, Performance adjustment can be performed.

ランナ外周側の羽根の高さを変更する加工を行った場合、ポンプ運転時に、ランナの外周側にある羽根と、固定側ケーシングの流路(渦巻ポンプの場合、インペラの外周を取り囲むボリュート通路)との間に大きな段差が形成されるため、ポンプ運転時の流れ(水車運転時とは逆方向の流れ)では流路が急拡大となり、流れ損失が生じて、ポンプ運転効率の大幅な低下が予想される。しかし、水車運転時の流れでは段差部で縮流となるため、水車運転効率への影響は少ない。   When machining is performed to change the height of the blade on the outer periphery of the runner, the vane on the outer periphery of the runner and the flow path of the stationary casing during the pump operation (in the case of a spiral pump, the volute passage that surrounds the outer periphery of the impeller) A large step is formed between the flow path and the flow during pump operation (flow in the direction opposite to that during water turbine operation), and the flow path rapidly expands, resulting in flow loss and a significant decrease in pump operation efficiency. is expected. However, since the flow at the time of the water turbine operation is reduced at the step portion, the influence on the water turbine operation efficiency is small.

ポンプ逆転水車10の全体を鉛直方向で切った断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the whole pump reverse rotation turbine 10 by the perpendicular direction. 図2Aは、羽根14の1枚分を円周方向に投影した断面図である。図2Bは、図1のA−A断面に対応する。FIG. 2A is a cross-sectional view of one blade 14 projected in the circumferential direction. 2B corresponds to the AA cross section of FIG. 図3はサイドプレート24の形状を示し、図3Aは図3BのC−C断面を示す。FIG. 3 shows the shape of the side plate 24, and FIG. 3A shows a CC cross section of FIG. 3B. 性能ラインの一例を概念的に示すグラフである。It is a graph which shows an example of a performance line notionally. 図5は、図1のサイドプレート24部分の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of the side plate 24 portion of FIG. オープン型羽根車とクローズ型羽根車の特徴を説明する図である。It is a figure explaining the feature of an open type impeller and a closed type impeller. 「両吸込み羽根車」と「片吸込み羽根車」の特徴を説明する図である。It is a figure explaining the feature of "both suction impeller" and "single suction impeller".

次に添付図面を参照して、本発明による渦巻形ポンプ水車の実施例を詳細に説明する。図1〜3は、この発明の一実施形態に係るポンプ逆転水車10の概略構成を示す図である。図1は、ポンプ逆転水車10の全体を鉛直方向で切った断面図である。図2Aは、羽根14の1枚分を円周方向に投影した断面図である。図2Bは、図1のA−A断面に対応するランナ12を示す。図3はサイドプレート24の形状を示し、図3Aは図3BのC−C断面を示す。   Embodiments of a spiral pump turbine according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 are diagrams showing a schematic configuration of a pump reversing turbine 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the entire pump reverse turbine 10 cut in the vertical direction. FIG. 2A is a cross-sectional view of one blade 14 projected in the circumferential direction. FIG. 2B shows the runner 12 corresponding to the AA cross section of FIG. FIG. 3 shows the shape of the side plate 24, and FIG. 3A shows a CC cross section of FIG. 3B.

この実施例においてポンプ逆転水車10は、渦巻ポンプ10であり、外周部に向かって延出する複数の羽根14を有するオープン型インペラ(ランナ)12と、このランナ12を内部に収容する第1ケーシング16とを備えている。ランナ12には、回転シャフト1
8が同軸に連結され、この回転シャフト18とランナ12が第1ケーシング16の軸心部に回転可能に支持されている。回転シャフト18には、発電機と電動機の機能を併せ持つ図示しない発電電動機が連結されている。ポンプ逆転水車10の軸受部は、軸受ケーシング19内に収容されている。
In this embodiment, the pump reversing turbine 10 is a centrifugal pump 10 and has an open-type impeller (runner) 12 having a plurality of blades 14 extending toward an outer peripheral portion, and a first casing that accommodates the runner 12 therein. 16. The runner 12 has a rotating shaft 1
The rotary shaft 18 and the runner 12 are rotatably supported on the axial center portion of the first casing 16. The rotating shaft 18 is connected to a generator motor (not shown) having both functions of a generator and a motor. The bearing portion of the pump reverse turbine 10 is accommodated in a bearing casing 19.

ランナ12は、回転シャフト18に連結された円盤状の主板30と複数の羽根14を備える。主板の軸に近い部分はボス部20を備え、ボス部20は、軸から半径方向外側に向かって湾曲しながら隆起する湾曲ガイド面20aが設けられている。   The runner 12 includes a disk-shaped main plate 30 and a plurality of blades 14 connected to the rotary shaft 18. A portion near the axis of the main plate is provided with a boss portion 20, and the boss portion 20 is provided with a curved guide surface 20 a that protrudes while being curved radially outward from the shaft.

羽根14に対向する側に、サイドプレート24が設置されている。サイドプレート24は、図3に示すように、導入された液体が軸方向に沿って流れるように中央が開口しており、ランナ12の軸方向の出口26である。サイドプレート24の出口26には、第2ケーシング34が設けられている。    A side plate 24 is installed on the side facing the blades 14. As shown in FIG. 3, the side plate 24 is open at the center so that the introduced liquid flows along the axial direction, and is an outlet 26 in the axial direction of the runner 12. A second casing 34 is provided at the outlet 26 of the side plate 24.

図2Bに示すように、隣接する羽根14間の隙間は、ランナ12の径方向外周側から液体(水)が導入される導入路28であり、導入路 28は、主板30と、羽根14と、羽根14のオープン側(軸方向の出口26がある側を、一般に「オープン側」と呼ぶ。)にあるサイドプレート24とにより構成される。   As shown in FIG. 2B, the gap between adjacent blades 14 is an introduction path 28 into which liquid (water) is introduced from the radially outer peripheral side of the runner 12, and the introduction path 28 includes the main plate 30, the blades 14, and , And a side plate 24 on the open side of the blade 14 (the side having the axial outlet 26 is generally referred to as “open side”).

なお、主板30の外周部の一部には、図2Bに示すように、切欠き32を設けてもよい。切欠き32を設けた目的は、主板30の裏側にゴミが引っ掛かった際に、切欠き32からゴミが外れるようにするためである。   Note that a notch 32 may be provided in a part of the outer peripheral portion of the main plate 30 as shown in FIG. 2B. The purpose of providing the notch 32 is to allow the dust to be removed from the notch 32 when the dust is caught on the back side of the main plate 30.

主板30上に配置される各羽根14は、ボス部20から径が変化する円弧状に延出している。したがって、ポンプ運転時にインペラ(ランナ)12がP方向に回転すると、各羽根14は回転中心の回りに旋回しつつ、第2ケーシング34の開口部(水車運転時の出口26)から軸方向に導入された液体を遠心力によって径方向外側に吐出する。   Each blade 14 disposed on the main plate 30 extends from the boss portion 20 in an arc shape whose diameter changes. Therefore, when the impeller (runner) 12 rotates in the P direction during the pump operation, each blade 14 turns around the rotation center and is introduced in the axial direction from the opening of the second casing 34 (the outlet 26 during the water turbine operation). The discharged liquid is discharged radially outward by centrifugal force.

水車運転時には、第1ケーシング16経由でランナ12の径方向外側から導入された液体によって各羽根14はポンプ運転時とは反対のW方向に回転させられ、出口26から軸方向に液体を吐出する。こうして、ポンプ運転時には、インペラ(ランナ)の回転によって軸方向から吸い込んだ液体を、インペラ(ランナ)の外周側に吐出し、水車運転時には、ランナの外周側から導入された液体によってランナを回転させる。   During the water turbine operation, each blade 14 is rotated in the W direction opposite to that during the pump operation by the liquid introduced from the radially outer side of the runner 12 via the first casing 16, and the liquid is discharged from the outlet 26 in the axial direction. . Thus, during pump operation, the liquid sucked from the axial direction by the rotation of the impeller (runner) is discharged to the outer peripheral side of the impeller (runner), and during runner operation, the runner is rotated by the liquid introduced from the outer peripheral side of the runner. .

第1ケーシング16は、図1に示すように、ランナ12の外周側を取り囲むボリュート状の通路36と、その通路36から接線方向に延出する通路38とを備え、通路36の内周側がランナ12の外周側の径方向の導入路28(隣接する羽根14間の隙間)に臨むとともに、通路38の端部がポンプ運転時に吐出側となる外部の図示しない配管に接続されている。また、第2ケーシング34の中央には、ランナ12の中央の軸方向の出口26に連通する通路が設けられ、その通路がポンプ運転時に吸入側となる外部の図示しない配管に接続されている。   As shown in FIG. 1, the first casing 16 includes a volute-shaped passage 36 that surrounds the outer peripheral side of the runner 12, and a passage 38 that extends tangentially from the passage 36. 12, the end of the passage 38 is connected to an external pipe (not shown) on the discharge side during pump operation. In addition, a passage communicating with the axial outlet 26 in the center of the runner 12 is provided in the center of the second casing 34, and the passage is connected to an external pipe (not shown) that serves as a suction side during pump operation.

通路36は、通路38と接合されており、通路36の内径は一定ではなく、通路38が接続される領域の内径が最も大きく、その領域からインペラ12の周囲に沿って延出するに従って内径が小さくなるボリュート形状となっている。   The passage 36 is joined to the passage 38, and the inner diameter of the passage 36 is not constant, the inner diameter of the region to which the passage 38 is connected is the largest, and the inner diameter increases from the region along the periphery of the impeller 12. It has a smaller volute shape.

以上のように構成されたポンプ逆転水車10をポンプとして作動させる場合には、発電電動機の動力によってインペラ(ランナ)12を図2BのP方向に駆動回転させる。こうして、インペラ(ランナ)12が回転すると、インペラ(ランナ)12上の羽根14の旋回によって出口26から吸い上げられた液体が通路36を介して通路38に吐出されるよ
うになる。
In the case where the pump reverse turbine 10 configured as described above is operated as a pump, the impeller (runner) 12 is driven to rotate in the direction P in FIG. 2B by the power of the generator motor. Thus, when the impeller (runner) 12 rotates, the liquid sucked up from the outlet 26 by the rotation of the blades 14 on the impeller (runner) 12 is discharged to the passage 38 via the passage 36.

一方、このポンプ逆転水車10を水車として作動させる場合には、通路38に導入された液体を、通路36を通してランナ12の外周側(導入路28)に流入させる。こうして、ランナ12に外周側から液体が旋回して流入すると、その液体はランナ12上の各羽根14をW方向に押圧しつつ、各羽根14の外面形状に沿って径方向外側から内側へと流入する。このときランナ12の中心側に流入した液体は出口26に排出され、ランナ12は各羽根14に作用する押圧力によってW方向に回転する。これにより、発電電動機は回転シャフト18を介して駆動され、その駆動力によって発電を行うことになる。   On the other hand, when this pump reverse rotation turbine 10 is operated as a turbine, the liquid introduced into the passage 38 is caused to flow into the outer peripheral side (introduction passage 28) of the runner 12 through the passage 36. Thus, when the liquid swirls and flows into the runner 12 from the outer peripheral side, the liquid presses each blade 14 on the runner 12 in the W direction, and from the radially outer side to the inner side along the outer surface shape of each blade 14. Inflow. At this time, the liquid flowing into the center side of the runner 12 is discharged to the outlet 26, and the runner 12 rotates in the W direction by the pressing force acting on each blade 14. As a result, the generator motor is driven through the rotary shaft 18 and generates electric power by the driving force.

ところで、水車としての最高効率が得られる落差と流量の関係(「性能ライン」)は、ランナとケーシングの形状により一意的に決まるため、その性能ラインから外れた条件での運転点では、発電効率が悪いという問題がある。性能ラインの一例を図4に、概念的に示す。   By the way, the relationship between the head and the flow rate (the `` performance line '') that gives the highest efficiency as a turbine is uniquely determined by the shape of the runner and casing, so the power generation efficiency at operating points outside the performance line There is a problem that is bad. An example of the performance line is conceptually shown in FIG.

図4の横軸は流量、縦軸は落差を示し、曲線S1〜S6は、ポンプの大きさがS1〜S6であるときのポンプ逆転水車10の性能ラインを示す。ポンプの大小は、S1が最小であり、S6が最大であり、S1<S2<S3<S4<S5<S6という大小関係があるとする。   The horizontal axis of FIG. 4 indicates the flow rate, the vertical axis indicates the drop, and the curves S1 to S6 indicate the performance line of the pump reverse turbine 10 when the pump size is S1 to S6. As for the size of the pump, S1 is the smallest, S6 is the largest, and S1 <S2 <S3 <S4 <S5 <S6.

運転点M1を例にして説明する。落差が1.5メートル、流量が0.25m/sであるM1点を設置場所として水車の運転を考えた場合、S6のポンプ逆転水車が選定される。この場合、落差が1.5メートルあり、2kwの発電が見込めるが、ポンプ逆転水車S6では、水車の性能から落差0.8メートル(M2点)分しか利用できず、1kwしか発電できない。 The operation point M1 will be described as an example. When considering operation of a water turbine with M1 point having a head of 1.5 meters and a flow rate of 0.25 m 3 / s as an installation location, the pump reverse turbine of S6 is selected. In this case, the drop is 1.5 meters and 2 kW of power generation can be expected, but the pump reverse turbine S6 can use only a drop of 0.8 meters (M2 points) due to the performance of the turbine, and can generate only 1 kW.

そこで、本発明では、図2Aに示すように、ランナ12の径方向外周側にある羽根14の回転軸方向の高さ(ランナ入口幅)42a,42b,42cを、水車運転時における落差及び流量により、例えば57mm、43mm、29mmのうちのいずれか1つに設定する。図2Aに示す高さ42a,42b,42cは、それぞれ57mm、43mm、29mmである。導入路28の開口部45の面積は、開口部45における羽根の高さ42a,42b,42cと、隣接する羽根14により形成される流路の開口部45における幅46との積である。   Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2A, the height (runner inlet width) 42 a, 42 b, 42 c of the blade 14 on the radially outer peripheral side of the runner 12 is set to a drop and a flow rate during water turbine operation. Thus, for example, one of 57 mm, 43 mm, and 29 mm is set. The heights 42a, 42b, and 42c shown in FIG. 2A are 57 mm, 43 mm, and 29 mm, respectively. The area of the opening 45 of the introduction path 28 is the product of the blade heights 42 a, 42 b, 42 c in the opening 45 and the width 46 in the opening 45 of the flow path formed by the adjacent blades 14.

高さを変えた時の開口面積の変化量は、高さが57mmのときを基準として、43mmのときは、43÷57=0.754であり、29mmのときは、29÷57=0.508であり、それぞれ、流路の開口面積が25%、50%減少する。性能調整量に対応した流路の開口面積の設定量は、羽根14の回転軸方向の高さを変更して水車性能試験を行い決定する。   When the height is changed, the amount of change in the opening area is 43 ÷ 57 = 0.754 when the height is 57 mm, and 43 ÷ 57 = 0.754 when the height is 43 mm, and 29 ÷ 57 = 0. 508, and the opening area of the flow path decreases by 25% and 50%, respectively. The set amount of the opening area of the flow path corresponding to the performance adjustment amount is determined by changing the height of the blade 14 in the rotation axis direction and performing a turbine performance test.

その時の羽根のオープン側端面の外形は、外形線40a,40b,40cのように加工される。加工量は、57mmのときを基準として、43mm又は29mmになるように、切削等の加工が行われる。外形線40b,40cは、外形線40aを平行移動したものである。外形線40aのときの開口面積が図4のS6に対応し,外形線40bのときの開口面積が図4のS6aに対応する。   The external shape of the open side end face of the blade at that time is processed as external lines 40a, 40b, and 40c. Processing such as cutting is performed so that the processing amount is 43 mm or 29 mm with reference to the time of 57 mm. The outlines 40b and 40c are obtained by translating the outline 40a. The opening area for the outer shape line 40a corresponds to S6 in FIG. 4, and the opening area for the outer shape line 40b corresponds to S6a in FIG.

羽根14のオープン側端面を、外形線40a,40b,40cのように調整すると同時に、サイドプレート24を、羽根14のオープン側端面の加工量(外形線40a,40b,40c)に対応した形状にする。これについて図5により説明する。図5は、図1のサイドプレート24部分の拡大図である。実線で示すサイドプレート24が、図2の外形線
40aに対応し、斜線で示すサイドプレート24aが、図2の外形線40bに対応する。従って、長さ44aは、57mmであり、長さ44bは、43mmである。外形線40cに対応するサイドプレート24は、図示していない。サイドプレート24aは一般的に金属製で、予め製造しておいてもよいし、出口側26の端部を加工してもよい。
At the same time as adjusting the open side end face of the blade 14 as the outer shape lines 40a, 40b, 40c, the side plate 24 has a shape corresponding to the processing amount (outer shape lines 40a, 40b, 40c) of the open side end surface of the blade 14. To do. This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged view of the side plate 24 portion of FIG. The side plate 24 shown by a solid line corresponds to the outline 40a in FIG. 2, and the side plate 24a shown by a hatched line corresponds to the outline 40b in FIG. Accordingly, the length 44a is 57 mm, and the length 44b is 43 mm. The side plate 24 corresponding to the outline 40c is not shown. The side plate 24a is generally made of metal and may be manufactured in advance, or the end of the outlet side 26 may be processed.

本発明では、サイドプレート24又はサイドプレート24aのように加工又は改造は行うが、羽根14とサイドプレート24以外のポンプ逆転水車10の各部の形状や大きさは変更しない。羽根とサイドプレートのみを変更することにより、さまざまな設置場所の落差と流量に対応可能となる。   In the present invention, processing or modification is performed like the side plate 24 or the side plate 24a, but the shape and size of each part of the pump reverse rotation turbine 10 other than the blade 14 and the side plate 24 are not changed. By changing only the blade and the side plate, it is possible to cope with the drop and flow rate at various installation locations.

本発明に係わるポンプ逆転水車の製造方法では、既述のように、羽根14の、ランナ12の外周側における高さを、水車運転時における落差及び流量を有効に利用できるように最適値に加工する。   In the method of manufacturing a pump reverse turbine according to the present invention, as described above, the height of the blade 14 on the outer peripheral side of the runner 12 is processed to an optimum value so that a head and a flow rate can be effectively used during operation of the turbine. To do.

以上説明したように、本発明では、羽根の高さは、羽根のオープン側端部の加工量で調整され、サイドプレートは、この加工量に対応した形状とする。すなわち、図2、及び図5の斜線部の加工量を変更することにより、多様な運転点で最高効率が得られる。   As described above, in the present invention, the height of the blade is adjusted by the processing amount of the open side end portion of the blade, and the side plate has a shape corresponding to the processing amount. That is, the maximum efficiency can be obtained at various operating points by changing the processing amount of the hatched portion in FIGS.

なお、本実施例では、サイドプレート24と第2ケーシング34は、別部材としたが、サイドプレート24と第2ケーシング34を一体化して、1つの部材として構成してもよい。この場合、図5に示すサイドプレート24,24aは、ケーシング部分に相当し、ケーシング部分を外形線40a,40b,40cに合わせた形状とする。   In the present embodiment, the side plate 24 and the second casing 34 are separate members, but the side plate 24 and the second casing 34 may be integrated into a single member. In this case, the side plates 24 and 24a shown in FIG. 5 correspond to the casing part, and the casing part has a shape that matches the outlines 40a, 40b, and 40c.

また、本実施例では、オープン型羽根車を採用しているが、オープン型羽根車とは、図6Bに示すように、主板(シュラウド)30のみが有る羽根車である。主板と側板44が有る羽根車をクローズ型羽根車と呼び、図6Aに示す。クローズ型羽根車の場合、インペラの軸方向の出口(水車運転時の吐出側)に側板があるため、加工によりインペラの入口幅を変更する場合は、側板を含めて製造時に形状を変更する必要があるため容易ではなく、コストアップも招く。   Further, in this embodiment, an open type impeller is employed, but the open type impeller is an impeller having only a main plate (shroud) 30 as shown in FIG. 6B. An impeller having a main plate and a side plate 44 is referred to as a closed type impeller and is shown in FIG. 6A. In the case of a closed type impeller, there is a side plate at the impeller axial outlet (discharge side during water turbine operation), so when changing the impeller inlet width by machining, it is necessary to change the shape including the side plate during manufacturing Therefore, it is not easy and increases the cost.

上記の実施例のポンプ逆転水車は、ボリュートケーシングタイプだが、インペラの外周方向のケーシング側にディフューザを設けたディフューザポンプにも本発明を適用することができる。   The pump reverse turbine of the above embodiment is of a volute casing type, but the present invention can also be applied to a diffuser pump provided with a diffuser on the casing side in the outer peripheral direction of the impeller.

本実施例は、渦巻ポンプであるが、本発明は、インペラを通過する流れがインペラ軸心と同方向の軸流形ポンプ水車、及びインペラを通過する流れがインペラ軸心に対して斜め方向の斜流形ポンプ水車にも適用することができる。これらのポンプに本発明のオープン型羽根車構造を適用することにより、羽根とサイドプレートのみを変更することにより、さまざまな設置場所の落差と流量に対応可能となる。   The present embodiment is a centrifugal pump, but the present invention is an axial flow type pump turbine in which the flow passing through the impeller is in the same direction as the impeller shaft, and the flow passing through the impeller is oblique to the impeller shaft. It can also be applied to a mixed flow pump turbine. By applying the open type impeller structure of the present invention to these pumps, it is possible to cope with the drop and flow rate of various installation locations by changing only the blades and the side plates.

本実施例は、吸込形式としては「片吸込み」と呼ばれるものである。「片吸込み」とは、図7Bに示すように、インペラ軸心方向に出口26(水車運転時の吐出口)があり、水車運転時、インペラ軸心方向に、液体を吐出するものである。「両吸込み」とは、図7Aに示すように、インペラ軸心方向の両側に出口26a(水車運転時の吐出口)があり、水車運転時、インペラ軸心方向の両側から液体を吐出するものである。本発明は、オープン型羽根車タイプである限り、「両吸込み」と「片吸込み」の両方に適用できる。   In this embodiment, the suction type is called “single suction”. As shown in FIG. 7B, “single suction” has an outlet 26 (discharge port during water turbine operation) in the impeller axial direction, and discharges liquid in the impeller axial direction during water turbine operation. “Both suction”, as shown in FIG. 7A, has outlets 26a (discharge ports during water turbine operation) on both sides in the impeller axial direction, and discharges liquid from both sides in the impeller axial direction during water turbine operation. It is. The present invention can be applied to both “double suction” and “single suction” as long as it is an open impeller type.

本発明では、ランナの外周側にある羽根の高さが、水車運転時における落差及び流量により設定されているが、ポンプ逆転水車のランナ外周側(水車運転時の吸込み側)の導入路の開口部の面積を、ポンプ逆転水車の設置場所の落差及び流量に対して、水車としての
最高効率が得られるように設定してもよい。開口部の面積の変更方法としては、「インペラ(羽根)の高さ」と、「隣接する羽根の間にある流路の幅(羽根の間隔、又は羽根の間の隙間)」の両方又は一方を変更することができる。
In the present invention, the height of the blades on the outer peripheral side of the runner is set by the drop and flow rate during the water turbine operation, but the opening of the introduction path on the outer periphery side of the runner of the pump reverse rotation water turbine (the suction side during the water turbine operation) You may set the area of a part so that the maximum efficiency as a turbine may be acquired with respect to the head and the flow volume of the installation place of a pump reverse rotation turbine. As a method of changing the area of the opening, either or both of “the height of the impeller (blade)” and “the width of the flow path between adjacent blades (the space between the blades or the gap between the blades)” Can be changed.

また、ランナ外周側にある羽根の高さを調整する際に、図1の実施例では、水車としての羽根の入口側にある羽根のオープン側の端部を加工によって変更し、かつサイドプレート24の形状を変更したが、これとは別に、水車としての羽根の入口側にあるベースプレート22側を厚めに製造しておいて、厚みを加工によって変更し、羽根の高さの調整に対応する構造としてもよい。また、サイドプレート24の形状変更と、ベースプレート22の厚み変更を組み合わせて、羽根の高さの調整に対応する構造としてもよい。   Moreover, when adjusting the height of the blade | wing on the outer peripheral side of a runner, in the Example of FIG. 1, the edge part of the open side of the blade | wing on the inlet side of the blade | wing as a water wheel is changed by a process, and side plate 24 However, apart from this, the base plate 22 side on the inlet side of the blade as a water wheel is manufactured thicker, the thickness is changed by processing, and the structure corresponding to the adjustment of the height of the blade It is good. Moreover, it is good also as a structure corresponding to adjustment of the height of a blade | wing by combining the shape change of the side plate 24 and the thickness change of the baseplate 22. FIG.

なお、以上の説明では、液体として、水の場合について説明したが、液体であれば、水以外の液体にも本発明は適用可能である。   In the above description, the case of water has been described as the liquid. However, the present invention can be applied to a liquid other than water as long as it is a liquid.

Claims (6)

主板と複数の羽根を備えたランナと、
前記ランナを内部に収容するケーシングとを備え、
前記ランナの回転方向を切り換えることにより揚水及び発電の両モードで運転可能にしたポンプ逆転水車において、
前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積を、水車運転時における落差及び流量により設定することを
特徴とするポンプ逆転水車。
A runner with a main plate and a plurality of blades;
A casing that houses the runner therein,
In the pump reverse rotation turbine that can be operated in both pumping and power generation modes by switching the rotation direction of the runner,
A reverse pump turbine according to claim 1, characterized in that the flow passage area of the introduction path on the suction side of the runner during the water turbine operation is set by a drop and a flow rate during the water turbine operation.
請求項1に記載のポンプ逆転水車において、
前記ランナの水車運転時吸込側の羽根高さを変更することにより前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積を設定することを
特徴とするポンプ逆転水車。
In the pump reverse turbine according to claim 1,
A reverse pump turbine according to claim 1, wherein the flow passage area of the introduction path on the suction side when the runner is in operation is set by changing the blade height on the suction side when the runner is in operation.
請求項1又は2に記載のポンプ逆転水車において、
前記ランナの水車運転時吸込側の導入路は、前記主板と、前記羽根と、前記羽根に対向するサイドプレート 又はケーシング部分により構成され、
前記ランナの水車運転時吸込側の羽根高さは、前記羽根の外周端部の加工量で調整され、
前記サイドプレート又は前記ケーシング部分は、前記加工量に対応した形状であることを
特徴とするポンプ逆転水車。
In the pump reverse turbine according to claim 1 or 2,
The intake path on the suction side of the runner during the water turbine operation is constituted by the main plate, the blade, and a side plate or a casing portion facing the blade,
The blade height on the suction side during the water turbine operation of the runner is adjusted by the processing amount of the outer peripheral end of the blade,
The side plate or the casing portion has a shape corresponding to the machining amount, and the pump reverse rotation turbine is characterized in that
請求項1ないし2に記載のポンプ逆転水車において、
前記ランナは、オープン型羽根車であることを
特徴とするポンプ逆転水車。
The pump reverse turbine according to claim 1 or 2,
The runner is an open type impeller.
主板と複数の羽根を備えたランナと、前記ランナを内部に収容するケーシングとを備え、
前記ランナの回転方向を切り換えることにより揚水及び発電の両モードで運転可能にしたポンプ逆転水車の製造方法において、
前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積を、水車運転時における落差及び流量により設定された大きさに製造することを特徴とするポンプ逆転水車の製造方法。
A runner having a main plate and a plurality of blades, and a casing for accommodating the runner therein,
In the manufacturing method of the pump reverse rotation water turbine that can be operated in both pumping and power generation modes by switching the rotation direction of the runner,
A method of manufacturing a pump reversing turbine, characterized in that the flow passage area of the intake path on the suction side of the runner is operated to a size set by a drop and a flow rate during the operation of the turbine.
請求項5に記載のポンプ逆転水車の製造方法において、
前記ランナの水車運転時吸込側の羽根高さを変更することにより、前記ランナの水車運転時吸込側の導入路の流路面積を設定された大きさに製造することを特徴とするポンプ逆転水車の製造方法。
In the manufacturing method of the pump reverse rotation water turbine according to claim 5,
A pump reversing turbine characterized in that the flow passage area of the introduction path on the suction side of the runner during the water turbine operation is set to a set size by changing the blade height on the suction side of the runner during the water turbine operation. Manufacturing method.
JP2014153838A 2014-07-29 2014-07-29 Pump reversing water wheel Pending JP2016031049A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014153838A JP2016031049A (en) 2014-07-29 2014-07-29 Pump reversing water wheel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014153838A JP2016031049A (en) 2014-07-29 2014-07-29 Pump reversing water wheel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016031049A true JP2016031049A (en) 2016-03-07

Family

ID=55441578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014153838A Pending JP2016031049A (en) 2014-07-29 2014-07-29 Pump reversing water wheel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016031049A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107620739A (en) * 2017-10-12 2018-01-23 广州奥姆特机电设备制造有限公司 A kind of water pump seat of changeable reversible passage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107620739A (en) * 2017-10-12 2018-01-23 广州奥姆特机电设备制造有限公司 A kind of water pump seat of changeable reversible passage
CN107620739B (en) * 2017-10-12 2024-04-09 广州奥姆特机电设备制造有限公司 Water pump seat capable of switching bidirectional flow channels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003013898A (en) Axial-flow type fluid machine
WO2017033294A1 (en) Vaned diffuser and blower, fluid machine, or electric blower provided with same
RU2013158435A (en) MULTI-STAGE CENTRIFUGAL TURBO MACHINE
RU2629849C2 (en) Compact vane for francis turbine runner and method of runner configuration
JP2014152637A (en) Centrifugal compressor
JP2012007594A (en) Seal device, and fluid machine provided with the same
JP2013199870A (en) Impeller and fluid machine
JP2016031049A (en) Pump reversing water wheel
JP2018135836A (en) Centrifugal compressor
CN109885886B (en) Hydraulic design method for reducing hump of multi-stage pump head curve
JP3980708B2 (en) Impeller of sewage pump and sewage pump
JP2010190149A (en) Centrifugal compressor
RU180414U1 (en) Submersible multi-stage vane pump stage
JP2017048703A (en) Centrifugal Pump
JP2010236401A (en) Centrifugal fluid machine
JP2018091317A (en) Multi-stage pump
JP5481346B2 (en) Centrifugal pump
JP6523917B2 (en) Centrifugal pump
JP5582802B2 (en) Fluid flow structure
JP6407763B2 (en) Axial flow hydraulic machine runner vane, axial flow hydraulic machine runner and axial flow hydraulic machine
JP5688907B2 (en) Fluid machinery
JP5766461B2 (en) Pump device
JP6188133B2 (en) Coaxial pump blades integrating water wheel blades and pump blades, and pumping device using the same
JP2002195144A (en) Waterwheel using pump volute casing
JP2010112277A (en) Centrifugal compressor