JP2020094546A - Cross-flow water turbine - Google Patents

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Kiyoshi Kokubu
清 國分
雄基 西川
Yuki Nishikawa
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Abstract

To provide a cross-flow water turbine for small scale hydraulic power capable of suppressing vibration and noise of a water turbine main body by eliminating a branch pipe and a discharge valve by controlling an opening of a release valve obtained by providing one of guide vanes with a function as the discharge valve, and discharging water in a manner of not contributing to rotation of a runner, and being manufactured and constructed while suppressing costs of discharge facility.SOLUTION: In a cross-flow water turbine having a conduit pipe, a discharge pipe, a casing, a runner, a guide vane, and a housing having a flow channel communicated with the discharge pipe from the casing, the guide vane is divided into a plurality of guide vanes, and at least one guide vane is applied as a release valve. When water flow of which a flow rate is adjusted by an opening of the guide vane, is first water flow, and water flow of which a flow rate is adjusted by an opening of the release valve, is second water flow, the first water flow rotates and drives the runner, and the second water flow is discharged to the discharge pipe without rotating and driving the runner.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、クロスフロー水車に関する。更に詳しくは、複数枚あるガイドベーンの一部(一枚)に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、放流設備の費用を抑えて製造及び建設可能な小規模水力発電向きのクロスフロー水車に関する。 The present invention relates to a cross flow turbine. More specifically, by controlling the opening of the release valve that causes a part (one) of the multiple guide vanes to function as a discharge valve, and by discharging so as not to contribute to the rotation of the runner, The present invention relates to a cross-flow turbine for small-scale hydropower, which can be manufactured and constructed by eliminating pipes and discharge valves and suppressing the cost of discharge equipment.

近年、自然エネルギーに対する関心が高まり、太陽光発電や風力発電、或いは水力発電が脚光を浴びている。 In recent years, interest in natural energy has increased, and solar power generation, wind power generation, or hydraulic power generation has been in the spotlight.

特に、地球環境保全の1つである温暖化防止の対応として、発電においても二酸化炭素に代表される温室効果ガス排出量の削減が求められており、クリーンエネルギー開発の必要性の高まりとともに、水力発電が再び注目されている。さらに、水力発電は、昼夜、年間を通じて安定した発電が可能であり、設備利用率が50〜90%と高く、太陽光発電と比較して5〜8倍の電力量を発電でき、出力変動が少なく、系統安定、電力品質に影響を与えない等、多くのメリットを有する。 In particular, as a measure to prevent global warming, which is one of the conservation of the global environment, reduction of greenhouse gas emissions represented by carbon dioxide is required in power generation as well. Power generation is receiving attention again. Furthermore, hydropower is capable of stable power generation throughout the day and night, with a high facility utilization rate of 50-90%, capable of generating 5-8 times the amount of electricity compared to solar power generation, and fluctuations in output. There are many advantages such as low system stability and no impact on power quality.

そして、水力発電装置としては、ダムを造らずに発電を行うものとして、水路式の小水力発電が注目されている。この小水力発電には、低落差小流量であっても効率よく発電できる構造が求められている。これまでに、水力発電装置は、電力系統の安定を図る上で重要な柱となる可能性がある。このため、様々な形式の水車として、小水力用フランシス水車、ポンプ逆転水車、横軸プロペラ水車、クロスフロー水車など多面的な研究開発が行われている。 As a hydroelectric power generation device, a water-channel type small hydroelectric power generation is attracting attention as a device for generating electric power without constructing a dam. This small hydroelectric power generation is required to have a structure capable of efficiently generating power even with a low head and small flow rate. So far, hydroelectric power generation equipment may become an important pillar for stabilizing the power system. Therefore, as various types of turbines, multi-faceted research and development is being carried out such as Francis turbines for small hydropower, pump reversal turbines, horizontal propeller turbines, and cross-flow turbines.

特開昭58−67972号公報(特許文献1)及び特開昭59−138776号公報(特許文献2)には、クロスフロー水車において、ガイドベーンを設けてランナーへ流入させる水量を調整し得るような構成が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-67972 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-138767 (Patent Document 2) disclose a cross flow turbine with guide vanes so that the amount of water flowing into a runner can be adjusted. Different configurations are disclosed.

また、特開昭64−87876号公報(特許文献3)、特開平8−165981号公報(特許文献4)及び特開平4−347376号公報(特許文献5)には、クロスフロー水車において、複数に分割されたガイドベーンを用いて流量を制御する技術が開示されている。 In addition, JP-A-64-87876 (Patent Document 3), JP-A-8-165981 (Patent Document 4) and JP-A-4-347376 (Patent Document 5) disclose a plurality of cross-flow turbines. A technique for controlling the flow rate using a guide vane divided into two is disclosed.

また、特開昭54−160935号公報(特許文献6)、特開昭61−291778号公報(特許文献7)及び特開昭63−173853号公報(特許文献8)に開示されているように、一般に、水車は、水車の停止中にも下流側に水を、水車を経て放出する必要がある。特に、水車の停止中には、下流側に所要量の水の放流(放出)を必要とする場合は多い。 Further, as disclosed in JP-A-54-160935 (Patent Document 6), JP-A-61-291778 (Patent Document 7) and JP-A-63-173853 (Patent Document 8). Generally, a turbine needs to discharge water to the downstream side through the turbine even when the turbine is stopped. In particular, when the turbine is stopped, it is often necessary to discharge (release) a required amount of water on the downstream side.

そのような場合に対応する、従来の水車の構造を図1を用いて説明する。 The structure of a conventional water turbine corresponding to such a case will be described with reference to FIG.

図1に示す水車100は、水流101を導く導水管102、水流が供給されるケーシング103、ケーシング103内に配置され、水流101によって回転運動するランナー104、水流101が供給される分岐管105、水流101を放流しない場合は閉じ、水流101を放流する場合は開放される放流弁107、放流弁107から放流された水流101を外部に放流する放流管106で構成されている。水車100が動作している場合には、水流101は、導水管102内を通過してケーシング103内に導かれランナー104を回転運動させるが、水車100が停止している場合には、水流101’は停止する。それに代わって、水流101は、水流101’’として分岐管105に導かれる。そして、放流弁107が開放されることによって、放流管106から放出水(図示せず)として、下流側へ放出される。なお、図1に示す水車としては、主にフランシス水車が挙げられる。 The water turbine 100 shown in FIG. 1 is provided with a water conduit 102 that guides a water stream 101, a casing 103 to which the water stream is supplied, a runner 104 that is disposed in the casing 103 and rotates by the water stream 101, and a branch pipe 105 to which the water stream 101 is supplied. It is configured by a discharge valve 107 that is closed when the water flow 101 is not discharged, and is opened when the water flow 101 is discharged, and a discharge pipe 106 that discharges the water flow 101 discharged from the discharge valve 107 to the outside. When the water turbine 100 is operating, the water flow 101 passes through the water conduit 102 and is guided into the casing 103 to rotate the runner 104. However, when the water turbine 100 is stopped, the water flow 101 'Stops. Instead, the water stream 101 is guided to the branch pipe 105 as a water stream 101 ″. When the discharge valve 107 is opened, the discharge pipe 106 discharges the discharged water (not shown) to the downstream side. The turbine shown in FIG. 1 is mainly a Francis turbine.

次に、2枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車110の外観斜視図を図2に示して説明する。なお、図2は、クロスフロー水車110のケーシング113及びハウジング117の一部を除去してクロスフロー水車110の内部が見えるようにしたクロスフロー水車110の外観斜視図(全体図)である。 Next, an external perspective view of the cross-flow turbine 110 having two guide vanes will be described with reference to FIG. 2 is an external perspective view (overall view) of the crossflow turbine 110 in which the casing 113 and the housing 117 of the crossflow turbine 110 are removed so that the inside of the crossflow turbine 110 can be seen.

図2に示すように、クロスフロー水車110のランナー114a及び114bには、両側の端板114fの間に両端を固着されたブレードであるランナベーン114dが周方向に配設されている。そして、その水車軸(軸芯)114cがシャフト114eに固着されて回転可能に形成される。それとともに、ランナー114a及び114bは、ケーシング113及びハウジング117内に収納されている。また、ガイドベーン115a及び115bは仕切板119で分割されている。なお、ガイドベーン115aが図中左側、またガイドベーン115bが図中右側の流量をそれぞれ調整するようになっている(これらのガイドベーン115a及び11bについては後に詳説する)。かくて、分割ガイドベーン式クロスフロー水車110は、それらのランナー114a及び114bが導水管(入口管)112を介して流入する水により回転される。そして、ランナー114a及び114bを回転させた水が、放流管(ドラフト管)116を介して排出されるようになっている。なお、図中120は空気導入弁、121は軸受枠である。 As shown in FIG. 2, runners 114a and 114b of the cross flow turbine 110 are provided with runner vanes 114d, which are blades having both ends fixed between the end plates 114f on both sides, in the circumferential direction. The water wheel shaft (axial center) 114c is fixed to the shaft 114e and is rotatably formed. At the same time, the runners 114a and 114b are housed in the casing 113 and the housing 117. Further, the guide vanes 115a and 115b are divided by a partition plate 119. The guide vanes 115a adjust the flow rates on the left side in the figure and the guide vanes 115b adjust the flow rates on the right side in the figure (the guide vanes 115a and 11b will be described in detail later). Thus, the split guide vane type cross-flow turbine 110 is rotated by the water whose runners 114a and 114b flow in via the water conduit (inlet tube) 112. Then, the water obtained by rotating the runners 114a and 114b is discharged through the discharge pipe (draft pipe) 116. In the figure, 120 is an air introduction valve, and 121 is a bearing frame.

次に、2枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車110の主要部平断面の内部構造の模式図を図3に、クロスフロー水車110の主要部縦断面の内部構造の模式図を図4に示して説明する。クロスフロー水車110における、ケーシング(ランナーカバー)113の入口には、導水管(給水管)112が連通接続されている。また、ケーシング113の出口には、ハウジング117の入口が連通接続されている。ハウジング117の出口は、放流管116の入口に連通接続されている。さらに、2つのランナー114a及び114bは、互いにタンデムに(並んだ配置で)結合されている。また、ガイドベーン軸115cを回転軸として、ガイドベーン115a及び115bは、回動する。 Next, FIG. 3 shows a schematic diagram of the internal structure of the cross section of the main part of the cross-flow turbine 110 having two guide vanes, and FIG. 4 shows a schematic diagram of the internal structure of the cross-section of the main part of the cross-flow turbine 110. Explain. A water conduit (water supply pipe) 112 is communicatively connected to an inlet of a casing (runner cover) 113 of the cross flow turbine 110. Further, the inlet of the housing 117 is connected to the outlet of the casing 113. The outlet of the housing 117 is communicatively connected to the inlet of the discharge pipe 116. Further, the two runners 114a and 114b are tandemly coupled (in side-by-side arrangement) to each other. In addition, the guide vanes 115a and 115b rotate about the guide vane shaft 115c as a rotation axis.

そして、図4に示すように、ガイドベーン115aの開度を高くした場合、導水管112及びケーシング113内における、ガイドベーン115aの上側水路111a及びガイドベーン115aの下側水路111bの水流は、ガイドベーン15aの開度に応じて、制御される。また、ガイドベーン115bの開度を低くした場合も同様である。 Then, as shown in FIG. 4, when the opening degree of the guide vane 115a is increased, the water flow in the upper water passage 111a of the guide vane 115a and the lower water passage 111b of the guide vane 115a in the water conduit 112 and the casing 113 is It is controlled according to the opening degree of the vane 15a. The same applies when the opening of the guide vane 115b is lowered.

また、水平方向に延びる水車軸(回転軸)114cは、ランナー114a及び114bの軸芯と同軸で、2つのランナー114a及び114bが、回転可能に架設されている。そして、2つのランナー114a及び114bは、それぞれ複数個の円弧状ブレードであるランナベーン114dをランナー114a及び114bの円周上に略等ピッチで配列されている。 Further, a water turbine shaft (rotating shaft) 114c extending in the horizontal direction is coaxial with the shaft cores of the runners 114a and 114b, and two runners 114a and 114b are rotatably installed. The two runners 114a and 114b have runner vanes 114d, which are a plurality of arcuate blades, arranged on the circumference of the runners 114a and 114b at substantially equal pitches.

また、2つのランナー114a及び114bにそれぞれ対応するガイドベーン115a、及びガイドベーン115bが、導水管112側に配設されている。 Further, a guide vane 115a and a guide vane 115b corresponding to the two runners 114a and 114b are arranged on the water conduit 112 side.

また、ガイドベーン115aと115bとの間には、仕切板119が設けられている。なお、ガイドべーン115a及び115bには、それぞれ対応するレバー(図示せず)及びリンク(図示せず)が連結される。駆動システム(図示せず)を用いて、レバー及びリンクをそれぞれ操作することによって、ガイドベーン115a及び115bの開度をそれぞれ独立に制御することができる。このようにして、2つのガイドベーン115a及び115bによって、導水管112から流入する流水の流量は、調整される。そして、流水は、ランナー114a及び114bに衝撃力又は反動力を付与した後、流水は放流管116へ放流される。 A partition plate 119 is provided between the guide vanes 115a and 115b. A corresponding lever (not shown) and a link (not shown) are connected to the guide vanes 115a and 115b, respectively. The opening degree of the guide vanes 115a and 115b can be independently controlled by operating a lever and a link using a drive system (not shown). In this way, the flow rate of the flowing water flowing from the water conduit 112 is adjusted by the two guide vanes 115a and 115b. Then, the running water is applied to the runners 114a and 114b with an impact force or a reaction force, and then the running water is discharged to the discharge pipe 116.

ここで、ガイドベーン115aの軸方向の長さ(幅)をL、ガイドベーン115bの長さ(幅)をL’とする。ガイドベーン115a及びガイドベーン115bの全開時における流量は、ランナー114a及び114bに流入する最大流量に対して、L/(L+L’)及びL’/(L+L’)となる。 Here, the length (width) of the guide vane 115a in the axial direction is L, and the length (width) of the guide vane 115b is L'. The flow rates when the guide vanes 115a and 115b are fully opened are L/(L+L') and L'/(L+L') with respect to the maximum flow rates flowing into the runners 114a and 114b.

一方、ガイドベーン115aによる流量制御時或いはガイドベーン115bによる流量制御時において、それぞれ水車運転効率は異なるが、一般的に、所望の流量に応じてガイドベーン115aと115bとを切り換えことによって、水車運転効率を高くして、水車を運転することができる。 On the other hand, the turbine operation efficiency is different when the flow rate is controlled by the guide vanes 115a or 115b, but generally, the turbine operation is performed by switching the guide vanes 115a and 115b according to the desired flow rate. It is possible to drive a water turbine with high efficiency.

特開昭58−67972号公報JP 58-67972 A 特開昭59−138776号公報JP-A-59-138777 特開昭64−87876号公報JP-A-64-87876 特開平8−165981号公報JP-A-8-165981 特開平4−347376号公報JP-A-4-347376 特開昭54−160935号公報JP-A-54-160935 特開昭61−291778号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-291778 特開昭63−173853号公報JP-A-63-173853

従来、水力発電所で使用される水車は、水車に流入する管と放水口に流入する管とを分け、導水管の途中に放流用の分岐管を付加したような構成とされていた。 Conventionally, a water turbine used in a hydroelectric power plant has a structure in which a pipe that flows into the water turbine and a pipe that flows into a water discharge port are separated, and a branch pipe for discharge is added in the middle of a water pipe.

そのような構成では、製作費用や建設費用が増加するばかりでなく、メンテナンス費用も上昇するため、小規模水力発電には不向きであった。 Such a configuration is not suitable for small-scale hydroelectric power generation because not only manufacturing cost and construction cost increase but also maintenance cost increases.

本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、複数枚あるガイドベーンの一枚に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、放流設備の費用を抑えて製造及び建設可能な小規模水力発電向きのクロスフロー水車を提供することにある。 The present invention has been made based on the above circumstances, the object of the present invention is to control the opening of the release valve that has a function as a discharge valve in one of the guide vane is a plurality of, In addition, it is intended to provide a cross-flow turbine for small-scale hydroelectric power generation, which can be manufactured and constructed by suppressing the cost of the discharge facility by discharging the branch pipe and the discharge valve by discharging so as not to contribute to the rotation of the runner. ..

本発明の上記目的は、導水管と、放流管と、前記導水管からの流入水をガイドする内面形状を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に支持され、回転軸を横方向に配されたランナーと、前記ケーシング内の水流の流量を調整するため、開度を変更可能なように、前記ケーシング内に配置されたガイドベーンと、前記ケーシングから前記放流管に連通する流路を有するハウジングとを有するクロスフロー水車であって、前記ガイドベーンは複数に分割され、少なくとも1つの前記ガイドベーンをリリース弁とし、前記ガイドベーンの開度により流量が調整される水流を第1の水流とし、前記リリース弁の開度により流量が調整される水流を第2の水流とし、前記第1の水流は前記ランナーを回転駆動させ、前記第2の水流は前記ランナーを回転駆動させず、前記放流管に放流されることによって達成される。 The above object of the present invention is to provide a water conduit, a discharge pipe, a casing having an inner surface shape for guiding inflow water from the water conduit, a rotatably supported inside the casing, and a rotation axis arranged laterally. A housing having a runner, a guide vane arranged in the casing so that the opening can be changed in order to adjust the flow rate of the water flow in the casing, and a flow path communicating from the casing to the discharge pipe. And a guide flow vane divided into a plurality, at least one of the guide vanes is a release valve, a water flow whose flow rate is adjusted by the opening of the guide vane is a first water flow, A water flow whose flow rate is adjusted by the opening degree of the release valve is referred to as a second water flow, the first water flow drives the runner to rotate, the second water flow does not drive the runner to rotate, and the discharge pipe It is achieved by being released to.

また、本発明の上記目的は、前記リリース弁の実際の開度を検出するリリース弁開度センサと、前記実際の開度に基づいて、制御量を算出するクロスフロー水車駆動制御部と、前記制御量に基づいて、前記リリース弁を回動するリリース弁駆動用サーボモータとを更に備えることにより、或いは前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかけることにより、より効果的に達成される。 Further, the above-mentioned object of the present invention is a release valve opening sensor that detects an actual opening of the release valve, a cross flow turbine drive control unit that calculates a control amount based on the actual opening, and A jet brake is disposed by further comprising a release valve driving servomotor that rotates the release valve based on a control amount, or a jet brake is arranged so as to penetrate the surface of the housing, and the jet brake is used to run the runner. More effectively achieved by braking the rotational movement of the.

また、前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかけるクロスフロー水車を使用した発電システムであって、前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記ジェットブレーキを制御することにより、より効果的に達成される。 Also, a power generation system using a cross-flow turbine, in which a jet brake is arranged so as to penetrate the surface of the housing, and the jet brake is used to brake the rotational motion of the runner, the system being connected to the cross-flow turbine. It is more effectively achieved by controlling the jet brake so that the rotation speed of the runner that occurs when the load is cut off does not exceed the yield strength of the generator.

また、本発明の上記目的は、上記いずれかのクロスフロー水車を使用した発電システムであって、前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記リリース弁の開度を制御することにより、より効果的に達成される。 Further, the above-mentioned object of the present invention is a power generation system using any of the above cross-flow turbines, comprising a generator connected to the cross-flow turbine, wherein the rotation speed of the runner that occurs at the time of load shedding is This can be achieved more effectively by controlling the opening of the release valve so that the yield strength of the generator is not exceeded.

本発明に係るクロスフロー水車によれば、複数枚あるガイドベーンの一枚に、放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、水車本体の振動や騒音を抑制させることができ、且つ放流設備の費用を抑えて製造及び建設をすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the cross flow turbine which concerns on this invention, the opening degree of the release valve which made one sheet of the guide vane carry out the function as a discharge valve is controlled, and it discharges so that it may not contribute to rotation of a runner. As a result, the branch pipe and the discharge valve can be eliminated, vibration and noise of the turbine main body can be suppressed, and the manufacturing and construction can be performed while suppressing the cost of the discharge facility.

さらに、本発明に係るクロスフロー水車に発電機を接続した場合において、負荷遮断時において水車ランナーの回転上昇(無拘束速度)を抑制するジェットブレーキによって、ランナーの回転速度(回転数)が、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えないように保護することができる。 Furthermore, when a generator is connected to the cross-flow turbine according to the present invention, the rotational speed (rotational speed) of the runner is crossed by the jet brake that suppresses the rotational increase (unrestrained speed) of the turbine runner when the load is cut off. It can be protected so that it does not exceed the yield strength of the flow turbine or generator.

そして、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えない範囲において、ランナーの回転速度を上げることが可能になれば、クロスフロー水車及びクロスフロー水車を使用した発電設備の小型化を図れるばかりではなく、クロスフロー水車の適用範囲を拡大させることが可能になる。 Then, if it is possible to increase the rotation speed of the runner in a range that does not exceed the proof stress of the crossflow turbine or the generator, not only can the crossflow turbine and the power generation equipment using the crossflow turbine be downsized, It is possible to expand the applicable range of the cross flow turbine.

放流弁を有する、従来の水車の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional water turbine which has a discharge valve. 従来の2枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a cross-flow turbine having two conventional guide vanes. 図2のクロスフロー水車のV方向矢示図(平断面図)であり、当該クロスフロー水車の主要部平断面の内部構造の模式図である。FIG. 5 is a view (plan cross-sectional view) in the V direction of the cross-flow turbine shown in FIG. 2, and is a schematic view of an internal structure of a main-section plane cross section of the cross-flow turbine. 図2に示すクロスフロー水車を図3に示す切断線A−Aに沿って切断した縦断面図であり、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the cross-flow turbine shown in FIG. 2 taken along the cutting line AA shown in FIG. 3, and is a schematic view of an internal structure of a main-section vertical cross-section of the cross-flow turbine. 本発明の第1の実施形態に係るクロスフロー水車の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the cross-flow water turbine which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図5のクロスフロー水車のV方向矢示図(平断面図)であり、当該クロスフロー水車の主要部平断面の内部構造の模式図である。FIG. 6 is a view (plane cross-sectional view) in the direction V of the cross-flow turbine shown in FIG. 5, and is a schematic view of an internal structure of a main-section plane cross section of the cross-flow turbine. 図5に示すクロスフロー水車を図6に示す切断線A−Aに沿って切断した縦断面図であり、リリース弁の開度が低い場合における、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the cross-flow turbine shown in FIG. 5 taken along the cutting line AA shown in FIG. 6, showing the internal structure of the main-section vertical cross-section of the cross-flow turbine when the opening of the release valve is low. FIG. 図5に示すクロスフロー水車を図6に示す切断線B−Bに沿って切断した縦断面図であり、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。It is a longitudinal cross-sectional view which cut|disconnected the cross flow turbine shown in FIG. 5 along the cutting line BB shown in FIG. 6, and is a schematic diagram of the internal structure of the principal part longitudinal cross section of the said cross flow turbine. 図7に示すクロスフロー水車の模式図において、リリース弁の開度が高い場合における水路の水流の様子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state of water flow in the water channel when the opening degree of the release valve is high in the schematic view of the cross-flow turbine shown in FIG. 7. 本発明の第2の実施形態に係るクロスフロー水車についての主要部縦断面の内部構造の一例を示す模式図であって、ハウジングにジェットブレーキが貫入された様子を示す図である。It is a schematic diagram which shows an example of the internal structure of the principal part longitudinal cross section about the cross-flow turbine which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and is a figure which shows a mode that the jet brake penetrated the housing. 本発明の第3の実施形態に係るクロスフロー水車の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the cross-flow turbine which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

本発明の実施形態に係るクロスフロー水車は、複数枚あるガイドベーンの一部(一枚)に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、クロスフロー水車本体の振動や騒音を抑制させることができ、且つ放流設備の費用を抑えて製造及び建設をすることができる。 The cross-flow turbine according to the embodiment of the present invention controls the opening degree of the release valve in which a part (one) of the plurality of guide vanes functions as a discharge valve, and does not contribute to the rotation of the runner. By thus discharging, the branch pipe and the discharge valve can be eliminated, vibration and noise of the crossflow turbine main body can be suppressed, and manufacturing and construction can be performed while suppressing the cost of the discharge facility.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係るクロスフロー水車10の外観斜視図を図5に示して説明する。なお、図5は、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10のケーシング13及びハウジング17の一部を除去してクロスフロー水車10の内部が見えるようにしたクロスフロー水車10の外観斜視図(全体図)であり、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10の外観斜視図を、従来例を示す図2に対応させて示す。そして、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10と、図2に示すような従来のクロスフロー水車110とで共通する構成要素については説明を省略するが、第1の実施形態に係るクロスフロー水車の構成要素は、従来のクロスフロー水車の構成要素と明確に区別するため、異なる符号を付している。
(First embodiment)
An external perspective view of the cross-flow turbine 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 5 is an external perspective view of the crossflow turbine 10 in which the casing 13 and the housing 17 of the crossflow turbine 10 according to the first embodiment are partially removed so that the inside of the crossflow turbine 10 can be seen ( It is an overall view), and an external perspective view of the cross-flow turbine 10 according to the first embodiment is shown in correspondence with FIG. 2 showing a conventional example. The description of the components common to the cross flow turbine 10 according to the first embodiment and the conventional cross flow turbine 110 as shown in FIG. 2 is omitted, but the cross flow according to the first embodiment is omitted. The components of the water turbine are given different symbols to clearly distinguish them from the components of the conventional cross-flow turbine.

図2に示す従来のクロスフロー水車110に対して、図5に示す第1の実施形態に係るクロスフロー水車では、2枚あるガイドベーンの一枚をリリース弁15aとし、リリース弁15aの下流側空間には、ランナー14bが水車軸14cに設けられず、リリース弁15aに放流弁としての機能を担わせる点で相違するが、その余の点で略同じである。 In contrast to the conventional cross-flow turbine 110 shown in FIG. 2, in the cross-flow turbine according to the first embodiment shown in FIG. 5, one of the two guide vanes is used as the release valve 15a, and the downstream side of the release valve 15a. The space is different in that the runner 14b is not provided on the turbine shaft 14c, and the release valve 15a has a function as a discharge valve, but is substantially the same in other respects.

また、図6は、図5のクロスフロー水車10のV方向矢示図(平断面図)であり、クロスフロー水車10の主要部平断面の内部構造の模式図を示す。図6が示すように、リリース弁15aの下流側空間には、ランナーが水車軸14cに設けられていない。このため、クロスフロー水車10においては、リリース弁15aの開度に基づいて、放流管16に放流する水量を調整することができる。すなわち、リリース弁15aに放流弁としての機能を担わせることができる。なお、図6に示すように、クロスフロー水車10のガイドベーン15bとリリース弁15aは、仕切板19によって仕切られ、また、ランナー14bには、両側の端板14fの間に両端を固着されたブレードであるランナベーン114dが周方向に配設されている。また、ガイドベーン軸15cを回転軸として、ガイドベーン15a及びリリース弁15aは、回動する。 Further, FIG. 6 is a view (plan cross-sectional view) in the V direction of the cross-flow turbine 10 shown in FIG. 5, showing a schematic diagram of an internal structure of a main-section plane cross-section of the cross-flow turbine 10. As shown in FIG. 6, no runner is provided on the turbine shaft 14c in the space downstream of the release valve 15a. Therefore, in the cross flow turbine 10, the amount of water discharged to the discharge pipe 16 can be adjusted based on the opening degree of the release valve 15a. That is, the release valve 15a can be made to function as a discharge valve. As shown in FIG. 6, the guide vane 15b and the release valve 15a of the cross flow turbine 10 are partitioned by a partition plate 19, and both ends of the runner 14b are fixed between the end plates 14f on both sides. A runner vane 114d, which is a blade, is arranged in the circumferential direction. Further, the guide vane 15a and the release valve 15a rotate about the guide vane shaft 15c as a rotation axis.

そして、図7は、クロスフロー水車10を図6に示す切断線A−Aに沿って切断した縦断面図であり、クロスフロー水車10の主要部縦断面の内部構造の模式図を示す。図7に示すように、リリース弁15aの開度を小さくし、地平面に対して垂直に近づけた場合、流水路Gが狭まる又は閉じる。図7に示すように、リリース弁15aの開度を低くした場合、導水管12及びケーシング13内において、リリース弁15aの上側水路11a及びリリース弁15aの下側水路11bの水流は、リリース弁15aによって、制限又は停止される。このため、ケーシング13及びハウジング17内の領域A及び領域A’には、水流の進入は制限され或いは禁止される。すなわち、リリース弁15aの開度を低くすることによって、放流管16の放流を制限或いは禁止することができる。 7 is a vertical cross-sectional view of the cross-flow turbine 10 taken along the cutting line AA shown in FIG. 6, and shows a schematic diagram of the internal structure of the main-section vertical cross-section of the cross-flow turbine 10. As shown in FIG. 7, when the opening degree of the release valve 15a is reduced to approach the vertical plane to the vertical direction, the flowing water channel G is narrowed or closed. As shown in FIG. 7, when the opening degree of the release valve 15a is lowered, the water flow in the upper water passage 11a of the release valve 15a and the lower water passage 11b of the release valve 15a in the water conduit 12 and the casing 13 is the same as that of the release valve 15a. Is restricted or stopped by Therefore, the inflow of the water flow is restricted or prohibited in the areas A and A'in the casing 13 and the housing 17. That is, by lowering the opening of the release valve 15a, the discharge of the discharge pipe 16 can be limited or prohibited.

また、図8は、クロスフロー水車10を図6に示す切断線B−Bに沿って切断した縦断面図であり、クロスフロー水車10の主要部縦断面の内部構造の模式図を示す。また、リリース弁15aの開度を高くし、地平面に対してやや水平に近づけた場合、流水路Gが広がる。図8に示すように、ガイドベーン15bの開度を高くした場合、導水管12及びケーシング13内における、ガイドベーン15bの上側水路11a及びガイドベーン15bの下側水路11bの水流は、ガイドベーン15bの開度に応じて、制御される。このため、水流は、ケーシング13及びハウジング17内の領域A及び領域A’に進入することができると同時に、その水流が、ランナー14bのランナベーン14dに衝突するエネルギーによって、ランナー14bが回転する。すなわち、ガイドベーン15bの開度を高くすることによって、ランナー14bが回転して、その水流は放流管16に放流される。 Further, FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the cross-flow turbine 10 taken along the cutting line BB shown in FIG. 6, and shows a schematic diagram of the internal structure of the main-section vertical cross-section of the cross-flow turbine 10. Further, when the opening degree of the release valve 15a is increased to be slightly horizontal to the horizon, the flowing water channel G widens. As shown in FIG. 8, when the opening of the guide vane 15b is increased, the water flow in the upper water passage 11a of the guide vane 15b and the lower water passage 11b of the guide vane 15b in the water conduit 12 and the casing 13 is the same as the guide vane 15b. It is controlled according to the opening degree of. Therefore, the water flow can enter the areas A and A'in the casing 13 and the housing 17, and at the same time, the energy of the water flow colliding with the runner vanes 14d of the runner 14b causes the runner 14b to rotate. That is, by increasing the opening of the guide vane 15b, the runner 14b rotates and the water flow is discharged to the discharge pipe 16.

次に、図9は、図7に示す第1の実施形態に係るクロスフロー水車の模式図において、リリース弁15aの開度が高い場合における各水路の水流の様子を示す。 Next, FIG. 9 shows a state of water flow in each water channel when the opening degree of the release valve 15a is high in the schematic diagram of the cross-flow turbine according to the first embodiment shown in FIG.

そして、リリース弁15aの開度が充分高い場合には、リリース弁15aの上側水路11cの水流及びリリース弁15aの下側水路11dの水流は、領域A及びA’に略抵抗なく進入する。そして、その水流は、ランナー14bを回転させることなく、放流管16に放流される。 Then, when the opening degree of the release valve 15a is sufficiently high, the water flow in the upper water passage 11c of the release valve 15a and the water flow in the lower water passage 11d of the release valve 15a enter the regions A and A'without substantial resistance. Then, the water flow is discharged to the discharge pipe 16 without rotating the runner 14b.

このため、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10を発電機(図示せず)に接続した場合、負荷遮断時において、ランナー14bの回転上昇(無拘束速度)を抑制することができる。この結果、ランナー14bの回転速度が、クロスフロー水車10に接続された発電機の耐力を超えないように保護することができる。 Therefore, when the cross-flow turbine 10 according to the first embodiment is connected to a generator (not shown), it is possible to suppress an increase in rotation (unrestrained speed) of the runner 14b when the load is cut off. As a result, the rotation speed of the runner 14b can be protected so as not to exceed the proof stress of the generator connected to the cross flow turbine 10.

以上説明したように、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10では、リリース弁15aの開度が最も低い場合には、リリース弁15aの下側水路11a及びリリース弁15aの下側水路11bの水流は、ケーシング13及びハウジング17内の領域A及びA’に進入できないため、ランナー14bのランナベーン14bに衝突せず、ランナー14bの回転には寄与しない。 As described above, in the cross-flow turbine 10 according to the first embodiment, when the opening degree of the release valve 15a is the lowest, the lower water passage 11a of the release valve 15a and the lower water passage 11b of the release valve 15a. Since the water flow cannot enter the regions A and A'in the casing 13 and the housing 17, it does not collide with the runner vanes 14b of the runner 14b and does not contribute to the rotation of the runner 14b.

そして、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10では、リリース弁15aの開度が、最も低い開度と最も高い開度との中間である場合には、リリース弁15aの下側水路11a及びリリース弁15aの上側水路11bの水流の水量は、ランナー14bの回転に寄与せずに、ケーシング13及びハウジング17内の領域A及びA’を通過して、水流は放流管16に放流される。一方、ガイドベーン15bの開度に応じて、ガイドベーン15bの下側水路(図示せず)は、ランナー14bに衝突するエネルギーによって、ランナー14bの回転に寄与することができる。 In the cross flow turbine 10 according to the first embodiment, when the opening degree of the release valve 15a is between the lowest opening degree and the highest opening degree, the lower water passage 11a of the release valve 15a and The amount of the water flow in the upper water passage 11b of the release valve 15a passes through the regions A and A'in the casing 13 and the housing 17 without contributing to the rotation of the runner 14b, and the water flow is discharged to the discharge pipe 16. On the other hand, depending on the opening degree of the guide vane 15b, the lower water channel (not shown) of the guide vane 15b can contribute to the rotation of the runner 14b by the energy that collides with the runner 14b.

すなわち、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10は、リリース弁15aの開度を制御することによって、ケーシング13及びハウジング17で囲まれた領域A及びA’における水路11c及び11dに進入する水流の水量を制御することができる。 That is, the crossflow turbine 10 according to the first embodiment controls the opening degree of the release valve 15a, so that the water flow entering the water channels 11c and 11d in the regions A and A′ surrounded by the casing 13 and the housing 17. The amount of water can be controlled.

このように、リリース弁15a及びガイドベーン15bのそれぞれの開度を独立に調整することによって、ランナー14bの回転に寄与せずに放流する水流の水量と、ランナー14bの回転に寄与する水流の水量を制御することができる。 In this way, by independently adjusting the respective openings of the release valve 15a and the guide vane 15b, the amount of water flow discharged without contributing to the rotation of the runner 14b and the amount of water flow contributing to the rotation of the runner 14b. Can be controlled.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るクロスフロー水車20を図10に示して説明する。
(Second embodiment)
Next, a cross-flow turbine 20 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第2の実施形態に係るクロスフロー水車20は、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10に対して、屈曲したパイプ(円筒形)状の外観を有するジェットブレーキ21を備えている点が異なっているが、その他の構成は略同じである。よって、第1の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図10は、ジェットブレーキ21の略中央を横切るようにして切断した縦断面図であり、クロスフロー水車20の主要部縦断面の内部構造の模式図である。 The crossflow turbine 20 according to the second embodiment is different from the crossflow turbine 10 according to the first embodiment in that a jet brake 21 having a bent pipe (cylindrical) appearance is provided. However, other configurations are almost the same. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Note that FIG. 10 is a vertical cross-sectional view cut across the substantial center of the jet brake 21, and is a schematic diagram of an internal structure of a main-part vertical cross-section of the crossflow turbine 20.

第2の実施形態に係るクロスフロー水車20では、ジェットブレーキ21は、ケーシング13の面に貫入して、ランナー14bに噴射口を向けて配設される。そして、ジェットブレーキ21から噴射された流水が、ランナベーン(ランナー羽根)14dに背面に衝突する。その衝突エネルギー(ジェット力)が、ランナー14bの回転にブレーキをかけるようにする。 In the cross-flow turbine 20 according to the second embodiment, the jet brake 21 penetrates the surface of the casing 13 and is arranged with the injection port facing the runner 14b. Then, the running water injected from the jet brake 21 collides with the back surface of the runner vane (runner blade) 14d. The collision energy (jet force) brakes the rotation of the runner 14b.

第2の実施形態に係るクロスフロー水車20は、負荷遮断時においてランナー14bの回転上昇(無拘束速度)を抑制するジェットブレーキ21によって、ランナー14bの回転速度が、クロスフロー水車20の耐力を超えないように保護できる。 In the cross-flow turbine 20 according to the second embodiment, the rotational speed of the runner 14b exceeds the proof stress of the cross-flow turbine 20 by the jet brake 21 that suppresses the rotational increase (unrestrained speed) of the runner 14b when the load is cut off. You can protect it from being protected.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る水力クロスフロー水車30のブロック図を図11に示す。
(Third Embodiment)
Next, FIG. 11 shows a block diagram of a hydraulic cross-flow turbine 30 according to a third embodiment of the present invention.

第3の実施形態に係るクロスフロー水車30は、第1の実施形態に係るクロスフロー水車10又は第2の実施形態に係るクロスフロー水車20に対して、リリース弁駆動用サーボモータ31aを駆動してリリース弁15aの開度を調整し、且つガイドベーン駆動用サーボモータ31bを駆動してガイドベーン15bの開度を調整することによって、流水量の制御をするクロスフロー水車駆動制御部32を備えている点が異なっているが、その他の構成は略同じである。よって、第1及び第2の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。 The crossflow turbine 30 according to the third embodiment drives the release valve driving servomotor 31a with respect to the crossflow turbine 10 according to the first embodiment or the crossflow turbine 20 according to the second embodiment. A cross flow turbine drive control unit 32 for controlling the amount of flowing water by adjusting the opening of the release valve 15a and driving the guide vane driving servomotor 31b to adjust the opening of the guide vane 15b. However, other configurations are almost the same. Therefore, the same components as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第3の実施形態に係るクロスフロー水車30は、図11に示すように、リリース弁駆動用サーボモータ31aと、ガイドベーン駆動用サーボモータ31bと、実際のリリース弁31aの開度を検出する開度センサ35aと、実際のガイドベーン開度を検出する開度センサ35bと、開度センサ35a及び35bが計測したリリース弁15aの開度及びガイドベーン15bの開度に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ31a及びガイドベーン駆動用サーボモータ31bが、それぞれ独立にリリース弁15a及びガイドベーン15bの開度を制御するクロスフロー水車駆動制御部32とを備える。 As shown in FIG. 11, the cross-flow turbine 30 according to the third embodiment includes a release valve driving servomotor 31a, a guide vane driving servomotor 31b, and an opening for detecting the actual opening degree of the release valve 31a. Degree sensor 35a, an opening sensor 35b for detecting the actual opening of the guide vane, and a release valve drive based on the opening of the release valve 15a and the opening of the guide vane 15b measured by the opening sensors 35a and 35b. The servo motor 31a and the guide vane driving servo motor 31b are provided with a cross flow turbine drive control unit 32 that independently controls the openings of the release valve 15a and the guide vane 15b.

詳細には、実際のリリース弁15aの開度及び実際のガイドベーン15bの開度を検出するための開度センサ35a及び開度センサ35bが、リリース弁15a及びガイドベーン15bにそれぞれ設けられている。 Specifically, an opening sensor 35a and an opening sensor 35b for detecting the actual opening of the release valve 15a and the actual opening of the guide vane 15b are provided in the release valve 15a and the guide vane 15b, respectively. ..

次に、開度センサ35a及び開度センサ35bは、クロスフロー水車駆動制御部32の制御部32aに、それぞれ実際のリリース弁15a及びガイドベーン15bの開度を出力する。 Next, the opening degree sensor 35a and the opening degree sensor 35b output the actual opening degree of the release valve 15a and the guide vane 15b to the control unit 32a of the cross flow turbine drive control unit 32, respectively.

そして、制御部32aは、駆動部32bに、実際のリリース弁15a及びガイドベーン15bの開度を用いて演算した制御指令値を駆動部32bに出力する。駆動部32bが、制御指令値に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ31a及びガイドベーン駆動用サーボモータ31bに制御信号を出力する。以上のような制御方法により、開度センサ35a及び開度センサ35bが、それぞれ目標のリリース弁15aの開度及び目標のカイドベーン15bの開度を検出される時点まで、クロスフロー水車駆動制御部32は、リリース弁駆動用サーボモータ31a及びガイドベーン駆動用サーボモータ31bを制御する。そうして、ランナー14bの回転に寄与せずに、放流管16に流れる水流の水量と、ランナー14bの回転に寄与する水流の水量とを共に制御することができる。 Then, the control unit 32a outputs to the drive unit 32b a control command value calculated using the actual opening amounts of the release valve 15a and the guide vane 15b. The drive unit 32b outputs a control signal to the release valve driving servomotor 31a and the guide vane driving servomotor 31b based on the control command value. By the control method as described above, the cross flow turbine drive control unit 32 is operated until the opening sensor 35a and the opening sensor 35b detect the opening of the target release valve 15a and the opening of the target guide vane 15b, respectively. Controls the release valve driving servomotor 31a and the guide vane driving servomotor 31b. Thus, the amount of water flowing in the discharge pipe 16 and the amount of water flowing in the rotation of the runner 14b can be controlled together without contributing to the rotation of the runner 14b.

以上説明したように、本発明の各実施形態に係るクロスフロー水車は、複数枚あるガイドベーンの一枚に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度により水量が調整される水流によって回転しないように、ランナーを設けることによって、以下のような格別の効果を奏する。 As described above, the cross-flow turbine according to each embodiment of the present invention uses the water flow in which the amount of water is adjusted by the opening degree of the release valve in which one of the plurality of guide vanes functions as a discharge valve. By providing the runner so as not to rotate, the following special effects are achieved.

本発明の各実施形態に係るリリース弁15aは、従来の放流管又は分岐管に配されるような放流弁の機能を兼ねることができる。 The release valve 15a according to each of the embodiments of the present invention can also have the function of a conventional discharge valve such as a discharge pipe or a branch pipe.

本発明の各実施形態に係るクロスフロー水車及びそれを使用した発電設備は、リリース弁から噴出される水エネルギーを減勢させ、クロスフロー水車本体の振動や騒音を抑制させることができる。また、負荷遮断時に起きるランナーの回転(無拘束速度)が、発電機又は発電設備の耐力を超えないように保護できる。 The cross-flow turbine according to each embodiment of the present invention and the power generation equipment using the same can reduce the water energy ejected from the release valve and suppress the vibration and noise of the main body of the cross-flow turbine. Also, the rotation of the runner (unrestrained speed) that occurs when the load is cut off can be protected so as not to exceed the proof stress of the generator or power generation equipment.

さらに、本発明の実施形態に係るクロスフロー水車においては、ランナー羽根の裏面に水流を衝突させるジェットブレーキを付加されることによって、ランナーの回転にブレーキをかけることができる。 Furthermore, in the cross-flow turbine according to the embodiment of the present invention, the rotation of the runner can be braked by adding a jet brake that causes the water flow to collide with the back surface of the runner blade.

そして、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えない範囲において、ランナーの回転速度を上げることが可能になれば、水車クロスフロー水車及びクロスフロー水車を使用した発電設備の小型化を図れるばかりではなく、クロスフロー水車を用いた発電設備の適用範囲を拡大させることが可能になる。 If it is possible to increase the rotation speed of the runner within the range that does not exceed the proof stress of the cross-flow turbine or the generator, not only can the turbine cross-flow turbine and the power generation equipment using the cross-flow turbine be downsized. , It is possible to expand the range of application of power generation equipment using cross flow turbines.

以上実施例を用いて本発明の実施形態について説明したが、各実施形態は、好ましい一例を示したものであり、同様な効果と特徴を有する他の構成又は構造は、本発明の範疇である。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the examples, each embodiment is a preferable example, and other configurations or structures having similar effects and characteristics are within the scope of the present invention. ..

そして、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の各実施形態では、2枚のガイドベーンの中から1枚をリリース弁として使用することを示したが、3枚以上のガイドベーンを設けても良い。そのような場合には、N(Nは3以上の整数)枚のガイドベーンの中から1枚をリリース弁として使用しても良い。さらに、一般化して、N(Nは2以上の整数)枚のガイドベーンの中から最大数(N−1)枚まで、ガイドベーンをリリース弁として使用しても良く、また、ガイドベーンとリリース弁との位置関係は自由に選択して良い。 In each of the embodiments of the present invention, one of the two guide vanes is used as the release valve, but three or more guide vanes may be provided. In such a case, one of N (N is an integer of 3 or more) guide vanes may be used as a release valve. Further, as a generalization, the guide vanes may be used as a release valve up to the maximum number (N-1) of the N (N is an integer of 2 or more) guide vanes. The positional relationship with the valve may be freely selected.

さらに、本発明の各実施形態では、ガイドベーンの1枚の全面をリリース弁として使用するように示したが、1枚のガイドベーンの一部分を、リリース弁として使用しても良く、そのような場合、該一部分の近傍を通過した流水が、ランナーを回転させず、放流されるようにすれば良い。 Further, in each of the embodiments of the present invention, the entire surface of one guide vane is used as the release valve, but a part of one guide vane may be used as the release valve. In this case, the flowing water that has passed near the part may be discharged without rotating the runner.

また、リリース弁15aの形状及び材質は、ガイドベーン15bと略同様である。なお、本発明の実施形態に係るリリース弁及びガイドベーンの材質としては、特に限定されず、金属製でも合成樹脂製でも構わないが、軽量で薄く強度的に優れたもの、例えば、塩ビ板、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック等のFRP(Fiber Reinforced Plastics)などの合成樹脂板、アルミニウム又はステンレス等が好適である。 The shape and material of the release valve 15a are substantially the same as those of the guide vanes 15b. The material of the release valve and the guide vane according to the embodiment of the present invention is not particularly limited and may be made of metal or synthetic resin, but is light and thin and has excellent strength, for example, a vinyl chloride plate, A synthetic resin plate such as glass fiber reinforced plastic, carbon fiber reinforced plastic, boron fiber reinforced plastic, FRP (Fiber Reinforced Plastics) such as aramid fiber reinforced plastic, aluminum or stainless steel is suitable.

さらに、ガイドベーンの材質として鋼鋳鋼品を選択した場合は、JIS(日本工業規格)SC450炭素鋼鋳鋼品、又はJIS−SCS1ステンレス鋼鋳鋼品が好適である。 Further, when a cast steel product is selected as the material of the guide vanes, a JIS (Japanese Industrial Standard) SC450 carbon steel cast product or a JIS-SCS1 stainless steel cast steel product is suitable.

本発明の第3の実施形態に係るクロスフロー水車30のガイドベーン15b及びリリース弁15aの開度を制御するクロスフロー水車駆動制御部32は、目標のガイドベーン及び目標のリリース弁の開度、並びに実際のガイドベーン15b及び実際のリリース弁15aの開度に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ31a及びガイドベーン駆動用サーボモータ31bを制御するが、PID(比例積分微分)演算制御を用いて、リリース弁駆動用サーボモータ31a及びガイドベーン駆動用サーボモータ31bを制御しても良い。 The cross flow turbine drive control unit 32, which controls the opening degrees of the guide vanes 15b and the release valves 15a of the cross flow turbine 30 according to the third embodiment of the present invention, includes a target guide vane and a target release valve opening degree. Also, the release valve driving servomotor 31a and the guide vane driving servomotor 31b are controlled based on the actual opening of the guide vane 15b and the actual release valve 15a, but PID (proportional integral derivative) calculation control is used. The release valve driving servo motor 31a and the guide vane driving servo motor 31b may be controlled.

例えば、本発明の第3の実施形態に係るクロスフロー水車30において、クロスフロー水車駆動制御部32に、ガイドベーン駆動用速度制御部を設け、ガイドベーン駆動用サーボモータ31bにおける制御目標値と、検出された実際の回転速度との偏差を受けて、ガイドベーン駆動用速度制御部において、ガイドベーンの制御目標値をPID(比例積分微分)演算制御をし、ガイドベーン駆動用サーボモータ31bを制御しても良い。 For example, in the cross flow turbine 30 according to the third embodiment of the present invention, the cross flow turbine drive control unit 32 is provided with a guide vane drive speed control unit, and a control target value in the guide vane drive servomotor 31b, In response to the detected deviation from the actual rotation speed, the guide vane drive speed control section performs PID (proportional integral derivative) calculation control of the guide vane control target value to control the guide vane drive servomotor 31b. You may.

同様に、クロスフロー水車駆動制御部32に、リリース弁駆動用速度制御部を設け、リリース弁駆動用サーボモータ31aにおける制御目標値と、検出された実際の回転速度との偏差を受けて、リリース弁の制御目標値をPID(比例積分微分)演算制御をし、リリース弁駆動用サーボモータ31aを制御しても良い。なお、本発明の第3の実施形態に係るクロスフロー水車において、上記のPID演算制御に代えて、PI演算制御をしても良く、他の演算制御法を採用しても良い。 Similarly, the cross flow turbine drive control unit 32 is provided with a release valve drive speed control unit, which receives a deviation between the control target value of the release valve drive servo motor 31a and the detected actual rotation speed to release the release valve. The release valve drive servomotor 31a may be controlled by subjecting the valve control target value to PID (proportional integral derivative) calculation control. In addition, in the cross-flow water turbine which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, it may replace with said PID calculation control, PI calculation control may be used, and another calculation control method may be employ|adopted.

10、20、30、110 クロスフロー水車
11a、11c、111a 上側水路
11b、11d、111b 下側水路
12、102、112 導水管
13、103、113 ケーシング
14b、104、114a、114b ランナー
14c、114c 水車軸(軸部)
14d、114d ランナベーン(ランナー羽根)
14f、114f 端板
15a リリース弁
15b、115a、115b ガイドベーン
15c、115c ガイドベーン軸
16、106、116 放流管
17、117 ハウジング
19、119 仕切板
21 ジェットブレーキ
31a リリース弁駆動用サーボモータ
31b ガイドベーン駆動用サーボモータ
32 クロスフロー水車駆動制御部
32a 制御部
32b 駆動部
35a、35b 開度センサ
100 水車
101、101’、101’’ 流水
105 分岐管
107 放流弁
114e シャフト
120 空気導入弁
121 軸受枠
10, 20, 30, 110 Cross-flow turbines 11a, 11c, 111a Upper water channels 11b, 11d, 111b Lower water channels 12, 102, 112 Water conduits 13, 103, 113 Casings 14b, 104, 114a, 114b Runners 14c, 114c Water Axle (shaft part)
14d, 114d runner vanes (runner blades)
14f, 114f End plate 15a Release valve 15b, 115a, 115b Guide vane 15c, 115c Guide vane shaft 16, 106, 116 Discharge pipe 17, 117 Housing 19, 119 Partition plate 21 Jet brake 31a Release valve driving servo motor 31b Guide vane Drive servo motor 32 Cross flow turbine drive control section 32a Control section 32b Drive section 35a, 35b Opening sensor 100 Turbine 101, 101', 101'' Flowing water 105 Branch pipe 107 Discharge valve 114e Shaft 120 Air introduction valve 121 Bearing frame

Claims (5)

導水管と、放流管と、前記導水管からの流入水をガイドする内面形状を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に支持され、回転軸を横方向に配されたランナーと、前記ケーシング内の水流の流量を調整するため、開度を変更可能なように、前記ケーシング内に配置されたガイドベーンと、前記ケーシングから前記放流管に連通する流路を有するハウジングとを有するクロスフロー水車であって、
前記ガイドベーンは複数に分割され、
少なくとも1つの前記ガイドベーンをリリース弁とし、
前記ガイドベーンの開度により流量が調整される水流を第1の水流とし、
前記リリース弁の開度により流量が調整される水流を第2の水流とし、
前記第1の水流は前記ランナーを回転駆動させ、
前記第2の水流は前記ランナーを回転駆動させず、前記放流管に放流されることを特徴とするクロスフロー水車。
A water guide pipe, a discharge pipe, a casing having an inner surface shape for guiding inflow water from the water guide pipe, a runner rotatably supported in the casing, and a rotation axis arranged laterally, and the inside of the casing. A cross-flow turbine having a guide vane arranged in the casing and a housing having a flow path communicating with the discharge pipe from the casing so that the opening can be changed in order to adjust the flow rate of the water flow. There
The guide vane is divided into a plurality,
At least one of the guide vanes is a release valve,
The water flow whose flow rate is adjusted by the opening of the guide vane is referred to as a first water flow,
The water flow whose flow rate is adjusted by the opening degree of the release valve is referred to as a second water flow,
The first water stream drives the runner to rotate,
A cross flow turbine, wherein the second water flow is discharged to the discharge pipe without rotating the runner.
前記リリース弁の実際の開度を検出するリリース弁開度センサと、
前記実際の開度に基づいて、制御量を算出するクロスフロー水車駆動制御部と、
前記制御量に基づいて、前記リリース弁を回動するリリース弁駆動用サーボモータとを更に備える請求項1に記載のクロスフロー水車。
A release valve opening sensor for detecting the actual opening of the release valve,
Based on the actual opening, a cross flow turbine drive control unit for calculating a control amount,
The crossflow turbine according to claim 1, further comprising a release valve driving servomotor that rotates the release valve based on the control amount.
前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、
前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかける請求項1又は2に記載のクロスフロー水車。
A jet brake is placed through the surface of the housing,
The crossflow turbine according to claim 1 or 2, wherein the jet brake is used to brake the rotational movement of the runner.
請求項3に記載のクロスフロー水車を使用した発電システムであって、
前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、
負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記ジェットブレーキを制御することを特徴とする発電システム。
A power generation system using the cross flow turbine according to claim 3,
A generator connected to the cross-flow turbine,
A power generation system, wherein the jet brake is controlled so that the rotation speed of the runner that occurs when the load is cut off does not exceed the yield strength of the generator.
請求項1又は2に記載のクロスフロー水車を使用した発電システムであって、
前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、
負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記リリース弁の開度を制御することを特徴とする発電システム。







A power generation system using the cross-flow turbine according to claim 1 or 2,
A generator connected to the cross-flow turbine,
A power generation system characterized in that the opening of the release valve is controlled so that the rotation speed of the runner that occurs when the load is cut off does not exceed the yield strength of the generator.







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