JP2019157776A - Hydraulic power generating equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水路に配設して、水深が浅くてもダクト内に入る水流を、堰止材によって盛り上げて、堰止材の後部に下り傾斜する後斜面に水車を配設し、高速化する水流と段差による水圧により、効率の良い発電をするようにした水力発電装置に関する。 The present invention is arranged in a water channel, and even if the water depth is shallow, the water flow entering the duct is raised by a damming material, and a water turbine is disposed on a rear slope that slopes down to the rear of the damming material, thereby increasing the speed. The present invention relates to a hydroelectric power generation apparatus capable of generating power efficiently by a water flow and a water pressure caused by a step.
プロペラロータを備えた水車を配設した水路の水位が減少した場合には、プロペラロータの上面が水面から露出するため、ロータに水力を十分に受けることができなくなり、回転トルクがあがらず、発電効率が低下する。 When the water level of a water channel equipped with a water turbine equipped with a propeller rotor decreases, the upper surface of the propeller rotor is exposed from the water surface, so that the rotor cannot receive sufficient hydropower, the rotational torque does not increase, and power generation Efficiency is reduced.
特許文献1におけるロータは、上部で軸支されたアームの下部に、抗力型ブレードのロータが配設されており、水面の上下移動に従ってロータを上下動させるものであるが、水路において、水深が浅くなると、プロペラロータにおいては、ブレード全体が水流を受けることができず、ブレードの下部だけに水流を受けても、回転トルクがあがらず、発電効率は極端に低下する。
これを解決する好ましい技術も見られないのは、プロペラロータを水車に使用した例が乏しいためである。
本発明は、プロペラロータを備えたダクトの内側前部に、水流を堰止める堰止材を設け、堰止材の上面を通過する水流を、後部が降下するトンネル内に導入して、高速でかつ水圧の高くなった水流を、ダクト後部におけるプロペラロータに当てて、効率の良い発電をさせるようにした水力発電装置を提供することを目的としている。
In the rotor in
The preferred technique for solving this problem is not found because there are few examples of using a propeller rotor in a water turbine.
In the present invention, a damming material for damming the water flow is provided at the inner front part of the duct equipped with the propeller rotor, and the water flow passing through the upper surface of the damming material is introduced into the tunnel where the rear part descends, An object of the present invention is to provide a hydroelectric power generation apparatus in which a water flow having a high water pressure is applied to a propeller rotor at the rear of a duct so that efficient power generation is performed.
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。 The present invention has taken the following technical means in order to solve the above-mentioned problems.
(1) 水路に沈設される、平面視で前部よりも後部の幅を小としたダクトの、トンネル部に底板を兼ねた堰止材を配設し、堰止材の縦断側面形は、前端からやや後部へかけて、急勾配の昇り弧曲面からなる前斜面が、少なくともブレードの回転半径より高く盛上がり、その最高部から後端部へかけて次第に降下する弧曲面からなる後斜面とし、トンネル部は、導水口よりも排水口の口径を小とし、後斜面後部に、水車ユニットにおけるプロペラロータを流水と対面するように配設し、堰止材の最高部を乗越えてトンネル部内を流下する水流によって、プロペラロータを回転させるようにした水力発電装置。 (1) In the duct that is set in the water channel and has a width smaller than the front part in the plan view, a damming material that also serves as a bottom plate is arranged in the tunnel part. From the front end to the rear part, the front slope consisting of a steep rising arc surface rises at least higher than the rotation radius of the blade, and the rear slope consists of an arc surface gradually descending from the highest part to the rear end part, The tunnel section has a smaller drainage port diameter than the water inlet, and the propeller rotor in the water turbine unit is placed at the rear of the rear slope so that it faces the running water. A hydroelectric generator that rotates the propeller rotor by the flowing water.
(2) 前記トンネル部は、その排水口が導水口の高さよりも堰止材の最高部の高さ分だけ下っている前記(1)に記載の水力発電装置。 (2) The hydroelectric generator according to (1), wherein the drain of the tunnel portion is lower than the height of the water inlet by the height of the highest portion of the blocking member.
(3) 前記プロペラロータを備えた水車筐体を、トンネル部における後斜面と平行に配設する前記(1)または(2)に記載の水力発電装置。 (3) The hydroelectric generator according to (1) or (2), wherein the water turbine casing including the propeller rotor is disposed in parallel with a rear slope in the tunnel portion.
(4) 前記プロペラロータは、ロータ軸をトンネル部の後斜面と平行とし、ロータ軸に固定したハブの周面に固定されたブレードの先端は、トンネル部の前方向きに傾斜する前向傾斜部とされている前記(1)〜(3)のいずれかに記載の水力発電装置。 (4) The propeller rotor has a rotor shaft having a rotor shaft parallel to the rear slope of the tunnel portion, and a blade tip fixed to a peripheral surface of a hub fixed to the rotor shaft has a forward inclined portion inclined forward of the tunnel portion. The hydroelectric generator according to any one of (1) to (3).
(5) 前記ダクトの外側前部に、ヒンジを介して水路壁面との間の間隙を塞ぐためのシール材を配設した前記(1)〜(4)のいずれかに記載の水力発電装置。 (5) The hydroelectric generator according to any one of (1) to (4), wherein a seal material for closing a gap between the duct and the water channel wall surface is disposed on the outer front portion of the duct via a hinge.
(6) 前記ダクトの堰止材における前下部に、重錘部を形成した前記(1)〜(5)のいずれかに記載の水力発電装置。 (6) The hydroelectric generator according to any one of (1) to (5), wherein a weight portion is formed in a front lower portion of the duct damming material.
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 obtained.
前記(1)に記載の発明においては、ダクトのトンネル部の底に、底板を兼ねた堰止材を配設し、堰止材の縦断側面形は、前端からやや後部へかけて、急勾配の昇り弧曲面からなる前斜面が、少なくともブレードの回転半径より高く盛上がり、その最高部から後端部へかけて次第に降下する弧曲面からなる後斜面とし、トンネル部は、導水口よりも排水口を小としてあるので、水路における水深が浅くても、堰止材の前斜面によって堰止められる流水は、これを乗り越えてトンネル部内に流入する。
トンネル部内は前部が大で後部が小なので、ここに入った水流は、排水口を塞ぐように満ちるため、水路の水深が浅く、水量が少なくてもプロペラロータ全面に水流が当り、容易に回転させることができる。
またトンネル部は、後下がりに傾斜しているために、トンネル部に入った水流は、その重量が後部のプロペラロータにかかり、回転トルクを高める。
トンネル部内の後斜面後部に、水車ユニットにおける水車筐体のプロペラロータを、流水と対面するように配設したので、トンネル部を高速で通過する水流をプロペラロータの正面に直交状に受けて回転効率が高まる。
堰止材の最高部を乗越えてトンネル部内を降下する水流は、コアンダ効果によって高速流となるので、これを受けるプロペラロータの回転効率が高まる。
In the invention described in (1) above, a damming material that also serves as a bottom plate is disposed at the bottom of the tunnel portion of the duct, and the longitudinal side shape of the damming material is steep from the front end to the rear part. The front slope consisting of the rising arc curved surface is a rear slope consisting of an arc curved surface that rises higher than the turning radius of the blade and gradually descends from the highest part to the rear end part, and the tunnel part is a drain outlet rather than a water inlet Therefore, even if the water depth in the water channel is shallow, the flowing water blocked by the front slope of the blocking material passes over this and flows into the tunnel portion.
Since the front of the tunnel is large and the rear is small, the water flow entered here fills up the drain opening, so the water flow hits the entire surface of the propeller rotor even when the water depth is shallow and the water volume is small. Can be rotated.
Further, since the tunnel portion is inclined rearward and downward, the water flow entering the tunnel portion is applied to the propeller rotor at the rear portion, and the rotational torque is increased.
Since the propeller rotor of the water turbine housing in the water turbine unit is arranged on the rear slope of the tunnel portion so as to face the running water, the water flow passing at high speed through the tunnel portion is received orthogonally to the front of the propeller rotor and rotated. Increases efficiency.
Since the water flow descending the tunnel portion over the highest part of the damming material becomes a high-speed flow due to the Coanda effect, the rotational efficiency of the propeller rotor receiving this increases.
前記(2)に記載の発明においてトンネル部は、その排水口が導水口の高さよりも堰止材の最高部の高さ分だけ下がっているので、ここを通過する流水は、排水口との間に水位差が生じることとなり、プロペラロータに対して流水の重量により水圧をもかけて、回転トルクを高めることができる。 In the invention described in (2) above, the drain of the tunnel portion is lower than the height of the water inlet by the height of the highest part of the blocking material. A difference in water level will occur between them, and the rotational torque can be increased by applying water pressure to the propeller rotor by the weight of the flowing water.
前記(3)に記載の発明において水車筐体は、トンネル部における後斜面と平行に配設するので、トンネル部を通過する水流は、水車筐体におけるプロペラロータに直交状に当り、水力を均等に当てることができる。 In the invention described in (3) above, the water turbine casing is arranged in parallel with the rear slope of the tunnel portion, so that the water flow passing through the tunnel portion hits the propeller rotor in the turbine casing in an orthogonal manner and the hydraulic power is evenly distributed. Can be applied.
前記(4)に記載の発明においてプロペラロータは、ロータ軸をトンネル部の後斜面と平行とし、ロータ軸に固定したハブの周面に固定されたブレードの先端は、トンネル部の前方向きに傾斜する前向き傾斜部とされているので、トンネル部を通過してブレードに当たり、遠心方向へ移動する水流は、ブレードの前向き傾斜部の前面に当り、これを回転方向へ回動させて回転効率を高める。 In the invention described in (4) above, the propeller rotor has the rotor shaft parallel to the rear slope of the tunnel portion, and the tip of the blade fixed to the peripheral surface of the hub fixed to the rotor shaft is inclined forward of the tunnel portion. Therefore, the water flow that passes through the tunnel portion and hits the blade and moves in the centrifugal direction hits the front surface of the forward inclined portion of the blade and rotates it in the rotation direction to increase the rotation efficiency. .
前記(5)に記載の発明においては、前記ダクトの外側前部に、ヒンジを介して水路壁との間の間隙を塞ぐためのシール材を配設したので、水路壁とダクトとの間に間隙が生じる場合でも、シール材をヒンジを介して開閉することによって、その間隙を容易に閉塞して、ダクト内に充分量の水流を導入することができる。 In the invention described in (5) above, since the seal material for closing the gap between the duct wall and the duct wall is disposed on the outer front part of the duct via the hinge, the duct wall is disposed between the duct wall and the duct. Even when a gap is generated, by opening and closing the sealing material via the hinge, the gap can be easily closed and a sufficient amount of water flow can be introduced into the duct.
前記(6)に記載の発明においては、前記ダクトの堰止材における前下部に、重錘部を形成したので、重錘部に石材などの重量物を詰装することにより、ダクトを水路に固定させることができる。 In the invention described in (6) above, since the weight portion is formed at the front lower portion of the duct damming material, the weight is filled with a heavy object such as a stone, thereby making the duct into the water channel. Can be fixed.
本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。図1、図2において、本発明の水力発電装置1のダクト2は、水路R底に接して配設される。
平面視では、上流側を向く正面側前部の幅は水路R幅に合わせた幅とし、後部は前部の幅より狭くして、かつプロペラロータ9の直径よりもやや大としてある。ダクト2の材質は金属、FRPなどが用いられる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2, the
In plan view, the width of the front-side front portion facing the upstream side is set to a width that matches the width of the water channel R, the rear portion is narrower than the width of the front portion, and slightly larger than the diameter of the
ダクト2の上面における前部は、前端から中央後部へかけて湾入する切欠部2Bが形成され、その後端はトンネル部2Eでの最高部2Cとされている。
またダクト2の前部外側面に、水路Rの壁面とダクト2の側面との間の間隙を塞ぐためのシール材2D、2Dが固定されている。シール材2Dは、例えば幅の広い樹脂板をヒンジにより固定すれば、間隙の大小に対応させることができる。
The front portion of the upper surface of the
Sealing
ダクト2の後部には、プロペラロータ9を備えた水車筐体7と、これをダクト2の上板2Aに支持される吊管6と、吊管6の上に連係する発電機5とからなる水車ユニット3が配設され、水路Rの両岸の間に架設された支持材4に、発電機5が配置固定されている。
The rear part of the
発電機5から垂設された吊管6における、トンネル部2E内の下部に、水車筐体7が固定され、水車筐体7内に支持され、後方外部に突出されているロータ軸8の先端に、プロペラロータ9が装着されている。
ロータ軸8の正面側の先端と吊管6内の伝動軸6Aの下端とは、図示しない傘歯車により伝動可能に連係されている。
The tip of the rotor shaft 8 is fixed to the lower part in the
The front end of the rotor shaft 8 and the lower end of the transmission shaft 6A in the
水車筐体7は、堰止材11の後斜面11Cと平行となるように設定されている。プロペラロータ9は、ハブ9Aの周面に複数の揚力型のブレード10が、その先端を放射方向へ向けて固定されている。各ブレード10の先端部は、トンネル部2Eの正面側前方に向けて傾斜する、前向傾斜部10Aとされている。
The
これにより、トンネル部2E内を通過する流水は、ブレード10の前面に直交するように当り、ブレード10の前面において遠心方向へ移動する水流は前向傾斜部10Aに当り、これを回転方向へ回転させるように作用するので、回転効率が高まる。なおプロペラロータ9は、水車筐体7の前部に配設してもかまわない。
Thereby, the flowing water passing through the
図2においてダクト2の縦断側面は、底板を兼ねた堰止材11が、前端からやや後部へかけて、急坂状に後高の昇り弧曲面を有する前斜面11Aとされ、上板2Aの最高部2Cの直下に当たる部分を最高部11Bとして、後端縁へかけて緩やかな後下がりの弧曲面を有する後斜面11Cとされている。排水口2Fにおけるトンネル部2Eの上板2Aの後端縁は、やや上向きとしてあり、トンネル部2E内を加圧されて通過する流水が、後方へ抜けやすくなっている。
In FIG. 2, the longitudinal side surface of the
前記堰止材11における最高部11Bの高さは、例えばブレード10の回転半径よりも大としてある。また、トンネル部2E内における堰止材11の上面から、その上部にある上板2Aまでの高さは、最高部2Cから後部の排水口2Fへかけて、次第に低くなるように形成されている。
The height of the
これによって、トンネル部2E内に入った水流は、堰止材11の最高部11Bを通過すると同時に、コアンダ効果により高速流となり、かつ後斜面11Cを重量により水圧をかけながら排水口2F外へ通過し、プロペラロータ9を効率良く回転させる。
As a result, the water flow that has entered the
図3における正面視において、ダクト2の高さが、横幅の長さより高く設定されている。これは堰止材11の高さを、ブレード10の回転半径よりも高くしてあるためであるが、水路Rの幅や深さにより適宜変化させる。
In the front view in FIG. 3, the height of the
図4における後面視において、排水口2Fの大きさは、トンネル部2Eの導水口と比較して小とされ、かつプロペラロータ9の直径よりもやや大としてある。
これによって、水路Rの前方からトンネル部2Eに入った水流は、口径が次第に小となり、かつ水位が低くなる排水口2Fへかけて、重量による水圧を加えて通過するので、プロペラロータ9の回転トルクを高めることになる。
In the rear view in FIG. 4, the size of the
As a result, the water flow that has entered the
水力発電装置1は、水路R内に沈設させて、繋留索12で繋留させるとか、任意の固定手段により、固定する。
或いは、図2における堰止材11の前下部に重錘部11Dを形成して、石材などの重量物を内蔵させることにより、流動を抑止することができる。
The
Alternatively, the flow can be suppressed by forming a
図2において、水路Rの水深が、例えば堰止材11の高さの半分程度に減少した場合には、プロペラロータ9の半分程度しか水没しなくなる。
しかし、本願の水力発電装置1においては、ダクト2内の堰止材11によって水路Rの流水が堰止められるので、ダクト2内に入った流水は、堰止材11の昇り弧曲面からなる前斜面11Aから、最高部11Bを越えてトンネル部2E内に入り、コアンダ効果により高速となって後斜面11Cを流下する。
In FIG. 2, when the water depth of the water channel R is reduced to, for example, about half of the height of the blocking
However, in the
この場合、最高部11Bよりも排水口2Fの位置が低いことと、排水口2Fの口径が導水口2Gのそれよりも小なので、水位差による重力と水圧がかかり、プロペラロータ9は効率の良い回転をし、発電効率を高める。
In this case, since the position of the
トンネル部2Eは、前部の幅が広く、かつ高さも高い。これに対してトンネル部2E後部の排水口2Fは、高さも前部よりも低く、幅も狭くなっているので、水路Rに6ける水深が浅くなっても、トンネル部2Eの後部ではプロペラロータ9全体を水没させ、かつ下り勾配となっているので、重量による水圧がプロペラロータ9にかかることとなり、回転効率と回転トルクが高まる。
The
水路Rが増水すると、上板2Aの部分を乗り越えて流水は流下されることとなる。水量が多い時は、ダクト2内の前斜面11Aに当る水流は、加圧されて前斜面11Aを昇り、最高部11Bを通過するとともに、コアンダ効果により高速流となって、後斜面11Cを排水口2F外へと通過する過程で、プロペラロータ9を効率良く回転させて発電させる。
When the water channel R increases, the water flows over the portion of the
前記堰止材11は、水路Rの水流を堰止めることと、トンネル部2E内の前部と後部との水位差をつける作用を有している。
トンネル部2Eは、後部を前部よりも口径を小として、かつ後下がりに傾斜させたことにより、排水口2Fへの水圧を高め、水路Rにおける少ない水流を、効率良くプロペラロータ9に供給することができる。
The blocking
The
本発明の水力発電装置は、ダクトの底板を堰止材として、水路の水流を前斜面で堰止めて、最高部からトンネル内を高速で排水口へ通過させ、後部でロータを回転させるので、水路における水量が少ない時でも、効率の良い発電をさせることのできる水力発電に利用することができる。 The hydroelectric generator of the present invention uses the bottom plate of the duct as a blocking material, blocks the water flow in the water channel at the front slope, passes the inside of the tunnel from the highest part to the drain outlet at high speed, and rotates the rotor at the rear part. Even when the amount of water in the water channel is small, it can be used for hydroelectric power generation that allows efficient power generation.
1.水力発電装置
2.ダクト
2A.上板
2B.切欠部
2C.最高部
2D.シール材
2E.トンネル部
2F.排水口
2G.導水口
3.水車ユニット
4.支持材
5.発電機
6.吊管
6A.伝動軸
7.水車筐体
8.ロータ軸
9.プロペラロータ
9A.ハブ
10.ブレード
10A.前向傾斜部
11.堰止材
11A.前斜面
11B.最高部
11C.後斜部
11D.重錘部
12.繋留索
1.
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