JP2019044656A - Duct of hydraulic power generator, and hydraulic power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力発電装置におけるロータの前部に配設されるダクトと、そのダクトを備える水力発電装置に関する。 The present invention relates to a duct disposed at the front of a rotor in a hydroelectric generator, and a hydroelectric generator including the duct.
水車ロータの前部にダクトを配設することは、例えば特許文献1に記載されている。 The arrangement of the duct at the front of the water turbine rotor is described, for example, in US Pat.
特許文献1に記載の発明は、長寸のダクト内に、水車のロータを配設したものであり、ダクトの前端をラッパ管状に大径としてあるが、前端が大径であっても、通過する水量が大量になる訳では無い。
本発明は、ダクトの内壁周面にライフリングを形成することによって、ダクトの内部を通過する水流を回転させて、流水を早くするとともに、水の回転する力を、ロータブレードに当てて、回転効率を高めるようにした水力発電装置のダクトと、そのダクトを備える水力発電装置を提供するものである。
In the invention described in
The present invention rotates the water flow passing through the inside of the duct by forming a life ring on the inner wall circumferential surface of the duct, thereby accelerating the flowing water and applying the rotational force of the water to the rotor blade to rotate it. Abstract: A duct of a hydroelectric device adapted to improve efficiency and a hydroelectric device provided with the duct are provided.
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。具体的な内容は次の通りである。 The present invention takes the following technical measures in order to solve the problems. The specific contents are as follows.
(1) 水車のロータブレードの前側に配設されているダクトの内径を、前端部から後端部へかけて次第に小径とするとともに、ダクトの内壁周面に、通過する水流を回転させるための、複数条のライフリングを形成し、かつ内壁面の後端部を、ロータブレードの経方向先端に設けた前向傾斜部の前面と対向させてある水力発電装置のダクト。 (1) The inner diameter of the duct disposed on the front side of the rotor blade of the water wheel is gradually reduced in diameter from the front end to the rear end, and for rotating the passing water flow around the inner wall of the duct. A duct of a hydroelectric power system, wherein a plurality of life rings are formed, and the rear end of the inner wall surface is opposed to the front surface of the forward inclined portion provided at the forward end of the rotor blade.
(2)前記ライフリングの旋条方向は、水流が揚力型ロータブレードの回転方向と逆向きに当たるように形成されている前記(1)に記載の水力発電装置のダクト。 (2) The duct of the hydroelectric generator according to (1), wherein the direction of rotation of the life ring is formed such that the water flow is in a direction opposite to the direction of rotation of the lift type rotor blade.
(3)前記ライフリングは、ダクトの内壁に設けた周方向に傾斜する複数の段差からなっている前記(1)または(2)に記載の水力発電装置のダクト。 (3) The duct of the hydraulic power unit according to (1) or (2), wherein the life ring is formed of a plurality of circumferentially inclined steps provided on an inner wall of the duct.
(4)前記ライフリングは、ダクトの内周面に周方向に定間隔をもって配設されている複数の凸条からなっている前記(1)または(2)に記載の水力発電装置のダクト。 (4) The duct of the hydroelectric power generation device according to (1) or (2), wherein the life ring is composed of a plurality of ridges arranged at regular intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the duct.
(5)前記ライフリングは、ダクトの内周面に、周方向に一定間隔で配設されている複数の凹条から成っている前記(1)または(2)に記載の水力発電装置のダクト。 (5) The duct of the hydroelectric power generation device according to (1) or (2), wherein the life ring is composed of a plurality of concave streaks arranged at regular intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the duct. .
(6)前記ダクトの後端外周面に、内部にロータを配した管体の前端に設けた外向フランジと結合するための外向フランジを形成してある前記(1)〜(5)のいずれかに記載の水力発電装置のダクト。 (6) Any one of the above-mentioned (1) to (5), wherein an outward facing flange for coupling with an outward facing flange provided at the front end of a pipe body having a rotor inside is formed on the rear end outer peripheral surface of the duct. The duct of the hydroelectric device described in.
(7)前記6に記載のダクトの後端部に形成された外向きフランジと、内部に発電機のロータを備える管体の前部の外周面に形成されている外向フランジとを結合させて一体化させ、かつダクトの内周面の後端部を、ロータブレードの傾斜部の前面と対向させてなる水力発電装置。 (7) Combining the outward facing flange formed at the rear end of the duct according to the above-mentioned 6 with the outward facing flange formed on the outer peripheral surface of the front part of the pipe body provided with the generator rotor inside A hydroelectric power generation apparatus in which a rear end portion of an inner peripheral surface of a duct is integrated and opposed to a front surface of an inclined portion of a rotor blade.
本発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
前記(1)に記載の発明においては、ダクトの内径を、前部から後部へかけて次第に小径とするとともに、管内壁面に複数条のライフリングを形成しているので、水路においてダクト内に入る水流は、次第に圧力が高まり、かつライフリングによって、一定方向に回転しながら通過する。
またダクトの後端部が、ロータブレードの前向き傾斜部の前面と対向するようになっているので、回転する水流が、ダクトの内壁面の後端部から、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当たると、その水流の回転力と水圧によって、ロータブレードの回転効率は高められる。
In the invention described in the above (1), the inner diameter of the duct is gradually reduced in diameter from the front to the rear, and since a plurality of life rings are formed on the inner wall of the pipe, it enters the duct in the water channel The flow of water is gradually increased in pressure and passes through the life ring while rotating in a fixed direction.
Also, since the rear end of the duct faces the front surface of the forward inclined portion of the rotor blade, the rotating water flow is from the rear end of the inner wall surface of the duct to the front surface of the forward inclined portion of the rotor blade The rotor's rotational efficiency is enhanced by the rotational force and water pressure of the water flow.
前記(2)に記載の発明においては、ダクト内のライフリングの旋条の方向は、揚力型ロータブレードの逆回転方向に従っているので、ダクトを通過する水流は、ライフリングに沿って回転しながら吐出し、その回転力を、ロータブレードにおける前向傾斜部の前縁の前面に伝えるので、水の流速とライフリングによる回転力とによって、ロータは効率よく回転する。 In the invention described in (2), since the direction of rotation of the life ring in the duct follows the reverse rotation direction of the lift type rotor blade, the water flow passing through the duct rotates along the life ring. Since the discharge and the rotational force are transmitted to the front of the front edge of the forward inclined portion of the rotor blade, the rotor efficiently rotates due to the flow velocity of water and the rotational force by the life ring.
前記(3)に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内壁に設けた周方向に傾斜する複数の段差からなっているので、水流は、ライフリングに沿って旋回し、効率の良い回転をしながら通過する。 In the invention described in (3), since the life ring is composed of a plurality of circumferentially sloping steps provided on the inner wall of the duct, the water stream turns along the life ring, and the rotation is efficient. Pass while
前記(4)に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内周面に周方向に定間隔をもって配設されている複数の凸条からなっているので、ダクトの中を通過する水流は、複数の凸条に沿って回転しながら通過し、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率良く回転させる。 In the invention described in (4), since the life ring is composed of a plurality of ridges arranged at regular intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the duct, the water flow passing through the duct is , Passing while rotating along the plurality of ridges, hitting the front of the forward-facing inclined portion of the rotor blade and rotating it efficiently.
前記(5)に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内周面に一定間隔で配設されている複数の凹条からなっているので、ダクトの中を通過する水流は、複数の凹条に沿って回転しながら通過し、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率よく回転させる。 In the invention described in the above (5), the life ring is composed of a plurality of concave streaks arranged at regular intervals on the inner circumferential surface of the duct, so the water flow passing through the duct is a plurality of Passes while rotating along the groove and strikes the front face of the forward inclined portion of the rotor blade, and efficiently rotates it.
前記(6)に記載の発明においては、内部にロータを配設した管体の前端に設けた外向フランジと結合するための外向フランジが、ダクトの後端外周面に形成されているので、両方を結合すると、ダクト内を通過する水流が、管内周面に形成されたライフリングによって回転しながら通過し、水圧と回転力とが、後部に結合されている管体内のロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率よく回転させ、発電効率を高める。 In the invention described in (6), the outward flange for coupling with the outward flange provided at the front end of the pipe body in which the rotor is disposed is formed on the rear end outer peripheral surface of the duct. The water flow passing through the duct is passed while rotating by the life ring formed on the inner circumferential surface of the pipe, and the water pressure and the rotational force are inclined forward of the rotor blades in the pipe body connected to the rear. Hit the front of the unit and rotate it efficiently to increase power generation efficiency.
前記(7)に記載の発明においては、ダクトの内部をライフリングに沿って回転しながら後部の管体に入り、内設されているロータのロータブレードにおける傾斜部の前面に回転する水流があたるので、効率良くロータブレードを回転させることができ、発電効率が高められる。 In the invention described in the above (7), the inside of the duct is rotated along the life ring and enters the rear pipe, and the rotating water stream is applied to the front of the inclined portion of the rotor blade of the rotor installed therein. Therefore, the rotor blades can be rotated efficiently, and the power generation efficiency is enhanced.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1において、水力発電装置のダクト1は、正面視においては、円形をなし、側面視においては、前端部1Aの内径が、後端部1Bの内径よりもやや大きくなっている。
One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, the
この前後の直径の差は、軸心線に対して内壁面が2°程度、求心方向へ傾斜する程度で十分であるが、内部後縁において隘路が形成されて、後端部1Bは大きく開いていて水流を高速で通過させる。
The difference between the front and rear diameters is sufficient if the inner wall is inclined about 2 ° with respect to the axis and inclined in the centripetal direction, but a bottleneck is formed at the inner rear edge, and the
ダクト1の内周面には、通過水流と平行をなす軸線まわりに回転させるための、複数の軸線方向に捩回するライフリング2、2が、一定間隔に、かつロータブレード7の回転を増速させる方向へ向けて、段差を付けて施条されている。
On the inner peripheral surface of the
図1及び図1におけるII−II線断面を示す図2においては、前端部1A方向から後端部1B方向の右方向へ向かって深くなるように傾斜する多数の螺旋溝2Aが、帯状に形成されており、このライフリング2に沿う水流は前方から見て左廻りとなる。図3は図2におけるIII−III線断面図で、内径が小となっているので落差があると水圧が高まり高速となる。
In FIG. 2 showing a cross section taken along the line II-II in FIG. 1 and FIG. 1, a number of
ダクト1の内壁面にライフリング2を形成してあり、かつ、後部1Bの内径が前部1Aの内径よりも小であるため、ライフリング2に沿う通過水流は、コアンダ効果によってライフリング2の凹凸に沿って高速となって進み、回転水流となるとともに、高圧となる。
Since
ダクト1の内壁面の延長線は、ロータブレード7の前向傾斜部7Aの前面と対面するようになっている。そのため、ダクト1の内壁面に沿って回転しつつ排出される水流は、ロータブレード7の遠心部分である前向傾斜部7Aの前面に当たり、ブレード7を回転させる。
The extension line of the inner wall surface of the
図2に示すように、ダクト1の後端1Bの直後の軸線上には、若干の間隔を設けて、水車のロータ3が配設されている。ロータ3のロータ軸4は、軸受筐体5に支持されており、軸受筐体5は、水路に架設されている、図示しない吊枠体に垂設された吊杆6によって吊設される。吊杆6の上端面には、図示しない発電機が連結されている。
As shown in FIG. 2, the rotor 3 of the water turbine is disposed on the axis line immediately after the
ロータ軸4の前端部に固定されているハブ3Aの周面に、複数のロータブレード7が固定されており、その翼端は、前向傾斜部7Aとされている。
ダクト1の内壁面の後端部1Bは、ロータブレード7の前向傾斜部7Aの前面に対面する位置に設定されて、ダクト1の内壁面の後端部1Bから吐出する水流は、前向傾斜部1Aの前縁の前面に斜め方向から当り、ロータブレード7の表面に沿ってコアンダ効果により高速で通過する水流は、反作用としてロータブレード7を効率良く回転させるようになっている。
A plurality of
The
図2に示すように、ダクト1内を通過する水流は、内周面のライフリング2に沿って左廻りの回転をしながら、ロータブレード7の前向傾斜部7Aの前面に当り、その水圧とライフリング2によって生起された回転流は、ロータブレード7の遠心部となる前向傾斜部7Aの前面に、回転方向への強い回転力を与える。そのためロータブレード7は効率良く回転し、発電効率は高められる。
As shown in FIG. 2, the water flow passing through the inside of the
すなわち、ダクト1内を通過する水流の全体が、ライフリング2によって管内で回転させられるのではなく、ライフリング2に沿って向きが変えられて、内壁周面に沿う外側流のみが、流れの向きが変えられて、ロータブレード7の前向傾斜部7Aの前面に当ることとなる。
That is, the entire flow passing through the
図4は、本発明の別の形状のライフリングを備えるダクト1の正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
ダクト1の内周面に、正面視左廻り状に傾斜する凹条2Bからなるライフリング2が形成されている。
FIG. 4 is a front view of a
A
各ライフリング2の凹条2Bの幅は一定でもよく、または大小の幅の凹条2B
を交互に形成してもよい。このライフリング2により、図1のライフリング2と同じく、管内を通過する水流の、ライフリング2に沿う部分は、コアンダ効果によって回転させられることとなる。
The width of the
May be formed alternately. By this
図5は、ライフリングの別の形状を示すダクトの正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
ダクト1の内周面において、正面視で左廻り状に傾斜する放射状の凸条2Cからなるライフリング2が形成されている。
FIG. 5 is a front view of the duct showing another shape of the life ring. The same members as in the previous example are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
On the inner peripheral surface of the
各凸条2Cの幅は同じでもよいし、大小の幅のものを交互に形成してもよい。このライフリング2により、図1のライフリング2と同様に、ダクト1の内壁面に沿って通過する水流の、内周面に沿う部分の水流は回転させられることとなる。
The width of each of the
なお、ライフリング2の傾斜の方向は、図7に示すように揚力型ロータブレード7に対しては、その回転方向の逆向きとして、すなわち水流が図7におけるロータブレード7の前縁7B方向から前面に当たるようにすると、コアンダ効果によってブレード7の表面に沿って通過する流体の反作用によって、回転効率が高まる。
また抗力型ブレード8に対しては、図8に示すように、後縁8Bの斜後方向から水流が当たるようにすることにより、抗力型ブレードのの特徴が活かされる。
The direction of inclination of the
Further, as shown in FIG. 8, the characteristic of the drag type blade is made to take advantage of the
図6は、ダクト1の後端外周面に、外向フランジ2Dを形成した別の実施態様を示す縦段側面図である。外向フランジ2Dの後面には、前記ロータを内設した管体9の前部外示有面に形成された外向フランジ9Aの前面と当接させて結合させる。この場合ダクト1の内周面の後端部は、ロータブレード7の前向傾斜部7Aの前面に対向するように配設され、これによって水力発電装置10が形成される。
FIG. 6 is a vertical step side view showing another embodiment in which an
ダクト1の内周面に、軸線方向を向く複数のライフリング2が形成されているので、この内部を通過する水流は、ライフリング2に沿って回転しながら通過し、この水流の水圧と回転力がロータブレード7に当たると、ロータは効率良く回転をするので、水力発電装置に効果的に利用することができる。
Since a plurality of
1.ダクト
1A.前端部
1B.後端部
2.ライフリング
2A.螺旋溝
2B.凹条
2C.凸条
2D.外向フランジ
3.ロータ
3A.ハブ
4.ロータ軸
5.軸受筐体
6.吊杆
7.揚力型ロータブレード
7A.前向傾斜部
7B.前縁
7C.後縁
8.抗力型ロータブレード
8A.前縁
8B.後縁
9.管体
9A.外向フランジ
10.水力発電装置
1. duct
1A.
7B. Leading
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