JP2021110247A - Diffuser for axial-flow water turbine power generation apparatus and axial-flow water turbine power generation apparatus - Google Patents

Diffuser for axial-flow water turbine power generation apparatus and axial-flow water turbine power generation apparatus Download PDF

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Abstract

To provide a diffuser for an axial-flow water turbine power generation apparatus that can reduce a draft loss.SOLUTION: A diffuser for an axial-flow water turbine power generation apparatus includes: a cylindrical body extending in an axial direction along a center axis of a draft tube; and a flange part provided in the cylindrical body. The flange part is positioned downstream as compared to an outlet end of the draft tube and orients a direction of a water flow, which flows on an outer peripheral side of the cylindrical body, in a direction separating from the center axis.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施の形態は、軸流水車発電装置のディフューザおよび軸流水車発電装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a diffuser of a deriaz turbine power generator and a deriaz turbine power generator.

低落差で大流量の水車の高性能化のために、ランナやガイドベーン等、翼の形状に起因する損失低減を図ることが多い。また、ドラフト損失の低減を図ることも行われているが、ドラフトチューブの出口端部における開口形状は、土木工事の観点から制限されているために、現状からの大幅な損失低減は困難な状況にある。 In order to improve the performance of a turbine with a low head and a large flow rate, it is often the case that losses due to the shape of the blades such as runners and guide vanes are reduced. In addition, although efforts are being made to reduce draft loss, it is difficult to significantly reduce the loss from the current situation because the opening shape at the outlet end of the draft tube is limited from the viewpoint of civil engineering work. It is in.

しかしながら、低落差の水車における全損失のうちドラフト損失が占める割合は大きい。このため、水車の性能を更に向上させるためには、ドラフト損失の低減を図ることは効果的である。 However, draft loss accounts for a large proportion of the total loss of low-head turbines. Therefore, in order to further improve the performance of the turbine, it is effective to reduce the draft loss.

特許第４００１４８５号公報Japanese Patent No. 4001485 特開２００５−２４０７８６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-240786

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ドラフト損失を低減することができる軸流水車発電装置のディフューザおよび軸流水車発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a point, and an object of the present invention is to provide a diffuser of a deriaz turbine power generator and a deriaz turbine power generator capable of reducing draft loss.

実施の形態による軸流水車発電装置のディフューザは、ドラフトチューブから流出される水流を案内する。この軸流水車発電装置のディフューザは、ドラフトチューブの中心軸線に沿う軸方向に延びる筒体と、筒体に設けられた鍔部と、を備えている。鍔部は、ドラフトチューブの出口端部よりも下流側に位置し、筒体の外周側を流れる水流の向きを中心軸線から離れる方向に向ける。 The diffuser of the deriaz turbine generator according to the embodiment guides the water flow flowing out of the draft tube. The diffuser of this axial water turbine power generation device includes a cylinder extending in the axial direction along the central axis of the draft tube, and a flange portion provided on the cylinder. The collar is located on the downstream side of the outlet end of the draft tube, and directs the water flow flowing on the outer peripheral side of the cylinder away from the central axis.

また、実施の形態による軸流水車発電装置は、ランナと、ランナから流出した水流の圧力を回復させるドラフトチューブと、ドラフトチューブから流出された水流を案内する上述の軸流水車発電装置のディフューザと、を備えている。 Further, the axial water turbine power generation device according to the embodiment includes a runner, a draft tube for recovering the pressure of the water flow flowing out from the runner, and a diffuser of the above-mentioned axial water turbine power generation device for guiding the water flow flowing out from the draft tube. , Is equipped.

本発明によれば、ドラフト損失を低減することができる。 According to the present invention, the draft loss can be reduced.

図１は、第１の実施の形態における軸流水車発電装置の全体構成を示す正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view showing the overall configuration of the axial water turbine power generation device according to the first embodiment. 図２は、図１のディフューザを下流側から見た図である。FIG. 2 is a view of the diffuser of FIG. 1 as viewed from the downstream side. 図３は、図１のディフューザを拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the diffuser of FIG. 図４は、図１の軸流水車発電装置におけるドラフトチューブ内の流れを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the flow in the draft tube in the axial water turbine power generation device of FIG. 図５は、図２のディフューザの変形例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the diffuser of FIG. 図６は、第２の実施の形態における軸流水車発電装置の全体構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the axial water turbine power generation device according to the second embodiment. 図７は、図６のディフューザを示す正面外形図である。FIG. 7 is a front outline view showing the diffuser of FIG. 図８は、図６のディフューザの変形例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the diffuser of FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における軸流水車発電装置のディフューザおよび軸流水車発電装置について説明する。 Hereinafter, the diffuser of the deriaz turbine power generation device and the deriaz turbine power generation device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
まず、図１〜図５を参照して、第１の実施の形態における軸流水車発電装置のディフューザおよび軸流水車発電装置について説明する。 (First Embodiment)
First, the diffuser of the deriaz turbine power generation device and the deriaz turbine power generation device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図１に示すように、軸流水車発電装置１０は、図示しない上池から流水を導く流水路１内に設置されている。流水路１は、土木構造物として形成された流路壁２によって画定されている。本実施の形態では、流路壁２は、水平方向に延びており、土木構造物として形成された下池３（または放水路）に接続されている。 As shown in FIG. 1, the axial water turbine power generation device 10 is installed in a water passage 1 that guides water from an upper pond (not shown). The flow channel 1 is defined by a flow path wall 2 formed as a civil engineering structure. In the present embodiment, the flow path wall 2 extends in the horizontal direction and is connected to the lower pond 3 (or the drainage channel) formed as a civil engineering structure.

図１に示すように、軸流水車発電装置１０は、流水路１内に設置された内筒１１と、内筒１１に回転可能に設けられ、水流の流体エネルギを回転エネルギに変換するランナ１２と、内筒１１に内蔵され、ランナ１２の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機（図示せず）と、を備えている。本実施の形態における軸流水車発電装置１０は、一例として、バルブ水車として構成されている。 As shown in FIG. 1, the axial water turbine generator 10 is rotatably provided in the inner cylinder 11 installed in the water flow channel 1 and the inner cylinder 11, and the runner 12 that converts the fluid energy of the water flow into rotational energy. And a generator (not shown) that is built in the inner cylinder 11 and converts the rotational energy of the runner 12 into electrical energy. The axial turbine power generation device 10 in the present embodiment is configured as a valve turbine as an example.

ランナ１２の上流側に、複数のガイドベーン１３が設けられている。ガイドベーン１３は、内筒１１の周方向に配列されている。各ガイドベーン１３は、内筒１１に対して回動可能になっており、ガイドベーン１３の開度が調整可能になっている。これにより、ランナ１２に流入する水流の流量が調整可能になっている。 A plurality of guide vanes 13 are provided on the upstream side of the runner 12. The guide vanes 13 are arranged in the circumferential direction of the inner cylinder 11. Each guide vane 13 is rotatable with respect to the inner cylinder 11, and the opening degree of the guide vane 13 can be adjusted. As a result, the flow rate of the water flow flowing into the runner 12 can be adjusted.

ランナ１２は、ランナボス１４と、ランナボス１４に保持された複数のランナベーン１５と、を含んでいる。ランナベーン１５は、ランナボス１４に対して回動可能になっており、ランナベーン１５の開度が調整可能になっている。ランナボス１４は、図示しない回転軸を介して上述した発電機に連結されている。このことにより、ランナベーン１５が水流を受けると、ランナベーン１５、ランナボス１４および回転軸が共に回転して水流の流体エネルギが回転エネルギに変換される。この回転エネルギによって発電機が発電を行い、回転エネルギが電気エネルギに変換される。 The runner 12 includes a runner boss 14 and a plurality of runner vanes 15 held by the runner boss 14. The runner vane 15 is rotatable with respect to the runner boss 14, and the opening degree of the runner vane 15 can be adjusted. The runner boss 14 is connected to the above-mentioned generator via a rotating shaft (not shown). As a result, when the runner vane 15 receives a water stream, the runner vane 15, the runner boss 14, and the rotation axis rotate together, and the fluid energy of the water stream is converted into rotational energy. This rotational energy causes the generator to generate electricity, and the rotational energy is converted into electrical energy.

本実施の形態による軸流水車発電装置１０は、ランナ１２の下流側に設けられたドラフトチューブ１６と、ドラフトチューブ１６の下流側に設けられた軸流水車発電装置のディフューザ（以下、単にディフューザ２０と記す）と、を更に備えている。 The axial water turbine power generation device 10 according to the present embodiment includes a draft tube 16 provided on the downstream side of the runner 12 and a diffuser of the axial water turbine power generation device provided on the downstream side of the draft tube 16 (hereinafter, simply diffuser 20). It is further equipped with.

ドラフトチューブ１６は、ランナ１２から流出した水流の圧力を回復させるように構成されている。ドラフトチューブ１６は、土木構造物として形成された上述した流路壁２の一部を構成している。ランナ１２から流出した水流は、このドラフトチューブ１６を通って、下池３に導かれる。下池３は、壁面３ａを有しており、この壁面３ａは、ドラフトチューブ１６の軸方向Ｘ（後述する中心軸線ＣＬに沿う方向）に垂直になっていてもよい。 The draft tube 16 is configured to relieve the pressure of the water stream flowing out of the runner 12. The draft tube 16 constitutes a part of the above-mentioned flow path wall 2 formed as a civil engineering structure. The water flow flowing out from the runner 12 is guided to the lower pond 3 through the draft tube 16. The lower pond 3 has a wall surface 3a, and the wall surface 3a may be perpendicular to the axial direction X of the draft tube 16 (the direction along the central axis CL described later).

ドラフトチューブ１６は、水平方向（図１における左右方向）に延びる中心軸線ＣＬを有している。ドラフトチューブ１６の流路断面は、下流側に向かって漸次拡大している。すなわち、ドラフトチューブ１６の流路寸法が、下流側に向かって増大している。これにより、ドラフトチューブ１６の流路で水流が剥離することを抑制でき、水流の圧力回復を効果的に行うことができる。また、ランナ１２から流出した水流の損失低減を図っている。 The draft tube 16 has a central axis CL extending in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 1). The cross section of the flow path of the draft tube 16 gradually expands toward the downstream side. That is, the flow path dimension of the draft tube 16 increases toward the downstream side. As a result, it is possible to prevent the water flow from peeling off in the flow path of the draft tube 16, and it is possible to effectively recover the pressure of the water flow. In addition, the loss of the water flow flowing out from the runner 12 is reduced.

本実施の形態においては、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬに直交する断面は、図２に示すように、高さ方向（図２における上下方向）に長手方向を有するように矩形状に形成されている。矩形の角部は丸みを帯びている。図２に示すようなドラフトチューブ１６である場合、上述した流路寸法は、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬ（または軸方向Ｘ）に直交する断面で見たときの流路の最大寸法であってもよく、図２に示す例では、流路高さ寸法（図２の上下方向寸法）であってもよい。本実施の形態によるドラフトチューブ１６の流路高さ寸法が、下流側に向かって増大している。ドラフトチューブ１６の流路幅寸法（図２の左右方向寸法）も、下流側に向かって増大していてもよい。図１に示すように、中心軸線ＣＬを含む断面で見たときに、ドラフトチューブ１６は、流路高さ寸法を一定の割合で増大させるように直線状に形成されていてもよいが、曲線状に形成されていてもよい。 In the present embodiment, the cross section of the draft tube 16 orthogonal to the central axis CL is formed in a rectangular shape so as to have a longitudinal direction in the height direction (vertical direction in FIG. 2) as shown in FIG. There is. The corners of the rectangle are rounded. In the case of the draft tube 16 as shown in FIG. 2, the above-mentioned flow path dimension is the maximum dimension of the flow path when viewed in a cross section orthogonal to the central axis CL (or axial direction X) of the draft tube 16. Also, in the example shown in FIG. 2, it may be the flow path height dimension (vertical dimension in FIG. 2). The flow path height dimension of the draft tube 16 according to the present embodiment increases toward the downstream side. The flow path width dimension of the draft tube 16 (horizontal dimension in FIG. 2) may also increase toward the downstream side. As shown in FIG. 1, when viewed in a cross section including the central axis CL, the draft tube 16 may be formed in a straight line so as to increase the height dimension of the flow path at a constant rate, but it is curved. It may be formed in a shape.

ドラフトチューブ１６は、中心軸線ＣＬに対して高さ方向に対称形状であってもよい。同様に、筒体２１は、中心軸線ＣＬに対して幅方向に対称形状であってもよい。 The draft tube 16 may have a shape symmetrical with respect to the central axis CL in the height direction. Similarly, the tubular body 21 may have a symmetrical shape in the width direction with respect to the central axis CL.

なお、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬに直交する断面は矩形状に形成されていることに限られることはなく、例えば、円筒状に形成されていてもよい。この場合、流路寸法は、流路径であってもよい。 The cross section of the draft tube 16 orthogonal to the central axis CL is not limited to being formed in a rectangular shape, and may be formed in a cylindrical shape, for example. In this case, the flow path dimension may be the flow path diameter.

次に、本実施の形態によるディフューザ２０について説明する。ディフューザ２０は、ドラフトチューブ１６から流出される水流を案内するように構成されている。 Next, the diffuser 20 according to the present embodiment will be described. The diffuser 20 is configured to guide the water flow flowing out of the draft tube 16.

図１に示すように、ディフューザ２０は、筒体２１と、筒体２１に設けられた鍔部２２と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the diffuser 20 includes a tubular body 21 and a flange portion 22 provided on the tubular body 21.

筒体２１は、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬに沿う軸方向Ｘに延びている。すなわち、筒体２１は、ドラフトチューブ１６と共通に中心軸線ＣＬを有している。筒体２１は、ドラフトチューブ１６と同芯状に形成されていてもよい。また、筒体２１の入口端部２１ａは、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａよりも上流側に位置している。すなわち、筒体２１の入口側部分が、ドラフトチューブ１６の流路に入り込んでいる。筒体２１の出口端部２１ｂは、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａよりも下流側に位置しており、下池３内に位置している。この出口端部２１ｂに鍔部２２が設けられている。 The tubular body 21 extends in the axial direction X along the central axis CL of the draft tube 16. That is, the tubular body 21 has a central axis CL in common with the draft tube 16. The tubular body 21 may be formed concentrically with the draft tube 16. Further, the inlet end portion 21a of the tubular body 21 is located on the upstream side of the outlet end portion 16a of the draft tube 16. That is, the inlet side portion of the tubular body 21 has entered the flow path of the draft tube 16. The outlet end portion 21b of the tubular body 21 is located on the downstream side of the outlet end portion 16a of the draft tube 16, and is located in the lower pond 3. A collar portion 22 is provided at the outlet end portion 21b.

筒体２１の流路断面は、ドラフトチューブ１６と同様に、下流側に向かって漸次拡大している。すなわち、筒体２１の流路寸法が、下流側に向かって増大している。これにより、筒体２１の内周面２１ｃで画定される内部流路で水流が剥離することを抑制でき、水流の圧力回復を効果的に行うことができる。なお、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路断面積と入口端部２１ａにおける流路断面積との差を、軸方向Ｘにおける筒体２１の寸法Ｌ（後述）で除した値を、ディフューザ２０の筒体２１の流路断面積の拡大率としたとき、この拡大率は、例えば、１．２〜１．４であってもよい。 Similar to the draft tube 16, the cross section of the flow path of the tubular body 21 gradually expands toward the downstream side. That is, the flow path dimension of the tubular body 21 increases toward the downstream side. As a result, it is possible to prevent the water flow from peeling off in the internal flow path defined by the inner peripheral surface 21c of the tubular body 21, and it is possible to effectively recover the pressure of the water flow. The diffuser is obtained by dividing the difference between the flow path cross-sectional area at the outlet end 21b of the cylinder 21 and the flow path cross-sectional area at the inlet end 21a by the dimension L (described later) of the cylinder 21 in the axial direction X. When the enlargement ratio of the flow path cross-sectional area of the cylinder 21 of 20 is taken, this enlargement ratio may be, for example, 1.2 to 1.4.

本実施の形態においては、筒体２１の中心軸線ＣＬに直交する断面は、図２に示すように、ドラフトチューブ１６と同様に、高さ方向に長手方向を有するように矩形状に形成されている。この場合、筒体２１の流路寸法は、中心軸線ＣＬに直交する断面で見たときの筒体２１の流路の最大寸法であってもよく、図２に示す例では、流路高さ寸法であってもよい。本実施の形態による筒体２１の流路高さ寸法が、下流側に向かって増大している。筒体２１の流路幅寸法も、下流側に向かって増大していてもよい。図１に示すように、中心軸線ＣＬを含む断面で見たときに、筒体２１は、流路高さ寸法を一定の割合で増大させるように直線状に形成されていてもよいが、曲線状に形成されていてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the cross section of the tubular body 21 orthogonal to the central axis CL is formed in a rectangular shape so as to have a longitudinal direction in the height direction, similarly to the draft tube 16. There is. In this case, the flow path dimension of the tubular body 21 may be the maximum dimension of the flow path of the tubular body 21 when viewed in a cross section orthogonal to the central axis CL, and in the example shown in FIG. 2, the flow path height. It may be a dimension. The flow path height dimension of the tubular body 21 according to the present embodiment increases toward the downstream side. The flow path width dimension of the tubular body 21 may also increase toward the downstream side. As shown in FIG. 1, when viewed in a cross section including the central axis CL, the tubular body 21 may be formed linearly so as to increase the height dimension of the flow path at a constant rate, but it is curved. It may be formed in a shape.

図１に示すように、筒体２１の外形寸法が、流路寸法と同様に、下流側に向かって増大している。筒体２１の板厚は、入口端部２１ａから出口端部２１ｂにわたって一定であってもよい。筒体２１の外形寸法は、中心軸線ＣＬに直交する断面で見たときの筒体２１の外形の最大寸法であってもよく、図２に示す例では、外形高さ寸法であってもよい。本実施の形態による筒体２１の外形高さ寸法も、下流側に向かって増大している。筒体２１の外形幅寸法も、下流側に向かって増大していてもよい。 As shown in FIG. 1, the external dimensions of the tubular body 21 increase toward the downstream side in the same manner as the flow path dimensions. The plate thickness of the tubular body 21 may be constant from the inlet end portion 21a to the outlet end portion 21b. The external dimension of the tubular body 21 may be the maximum external dimension of the tubular body 21 when viewed in a cross section orthogonal to the central axis CL, and may be the external height dimension in the example shown in FIG. .. The external height dimension of the tubular body 21 according to the present embodiment also increases toward the downstream side. The external width dimension of the tubular body 21 may also increase toward the downstream side.

筒体２１は、中心軸線ＣＬに対して高さ方向に対称形状であってもよい。同様に、筒体２１は、中心軸線Ｃｌに対して幅方向に対称形状であってもよい。 The tubular body 21 may have a shape symmetrical with respect to the central axis CL in the height direction. Similarly, the tubular body 21 may have a symmetrical shape in the width direction with respect to the central axis Cl.

なお、筒体２１の中心軸線ＣＬに直交する断面は矩形状に形成されていることに限られることはなく、例えば、円筒状に形成されていてもよい。この場合、流路寸法は、流路径であってもよく、外形寸法は、外径であってもよい。また、筒体２１の中心軸線ＣＬに直交する断面形状は、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬに直交する断面形状と相似であってもよい。 The cross section of the tubular body 21 orthogonal to the central axis CL is not limited to being formed in a rectangular shape, and may be formed in a cylindrical shape, for example. In this case, the flow path dimension may be the flow path diameter, and the external dimension may be the outer diameter. Further, the cross-sectional shape orthogonal to the central axis CL of the tubular body 21 may be similar to the cross-sectional shape orthogonal to the central axis CL of the draft tube 16.

図１に示すように、鍔部２２は、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａよりも下流側に位置している。そして、鍔部２２は、筒体２１の外周側を流れる水流の向きを、中心軸線ＣＬから離れる方向に向けるように構成されている。より具体的には、鍔部２２は、筒体２１の出口端部２１ｂから、中心軸線ＣＬに対して離れる方向に（半径方向外側に）延びている。本実施の形態では、鍔部２２は、軸方向Ｘに直交する方向に延びている。また、鍔部２２は、図２に示すように、筒体２１の全周にわたって設けられている。 As shown in FIG. 1, the collar portion 22 is located on the downstream side of the outlet end portion 16a of the draft tube 16. The collar portion 22 is configured so that the direction of the water flow flowing on the outer peripheral side of the tubular body 21 is directed away from the central axis CL. More specifically, the flange portion 22 extends from the outlet end portion 21b of the tubular body 21 in a direction away from the central axis CL (outward in the radial direction). In the present embodiment, the collar portion 22 extends in a direction orthogonal to the axial direction X. Further, as shown in FIG. 2, the collar portion 22 is provided over the entire circumference of the tubular body 21.

このように構成されたドラフトチューブ１６とディフューザ２０とは、以下のような寸法関係を有していてもよい。 The draft tube 16 and the diffuser 20 configured in this way may have the following dimensional relationship.

例えば、図３に示すように、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａに対応する軸方向Ｘの位置における筒体２１の外形寸法Ｄ１は、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける流路寸法Ｄ２の８０％以下であってもよい。ここでの外形寸法Ｄ１は、出口端部１６ａと同じ軸方向Ｘにおける位置での筒体２１の外形寸法であって、より詳細には、出口端部１６ａを通って中心軸線ＣＬに垂直な線（または面）と筒体２１の外周面２１ｄとの交点における筒体２１の外形寸法を意味する。一方、外形寸法Ｄ１は、流路寸法Ｄ２の４０％以上であってもよい。 For example, as shown in FIG. 3, the external dimension D1 of the tubular body 21 at the position of the axial direction X corresponding to the outlet end portion 16a of the draft tube 16 is 80 of the flow path dimension D2 at the outlet end portion 16a of the draft tube 16. It may be less than or equal to%. The external dimension D1 here is the external dimension of the tubular body 21 at the same axial direction X as the outlet end portion 16a, and more specifically, a line perpendicular to the central axis CL through the outlet end portion 16a. It means the external dimension of the cylinder 21 at the intersection of (or the surface) and the outer peripheral surface 21d of the cylinder 21. On the other hand, the external dimension D1 may be 40% or more of the flow path dimension D2.

また、例えば、軸方向Ｘに直交する方向における鍔部２２の寸法Ｂは、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の５％〜２０％であってもよい。 Further, for example, the dimension B of the flange portion 22 in the direction orthogonal to the axial direction X may be 5% to 20% of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b of the tubular body 21.

また、例えば、軸方向Ｘにおける筒体２１の寸法Ｌは、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の３０％〜１８０％であってもよい。 Further, for example, the dimension L of the tubular body 21 in the axial direction X may be 30% to 180% of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b of the tubular body 21.

さらに、例えば、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａと鍔部２２との軸方向Ｘにおける距離Ｄ４は、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３（出口寸法）の２０％以上であってもよい。 Further, for example, the distance D4 between the outlet end portion 16a of the draft tube 16 and the flange portion 22 in the axial direction X is 20% or more of the flow path dimension D3 (outlet dimension) at the outlet end portion 21b of the tubular body 21. May be good.

ところで、上述したディフューザ２０は、図示しない支持部材を介して下池３の壁面３ａや、下池３の底面に支持されるようにしてもよい。 By the way, the diffuser 20 described above may be supported by the wall surface 3a of the lower pond 3 or the bottom surface of the lower pond 3 via a support member (not shown).

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.

ランナ１２から流出した水流は、ドラフトチューブ１６内の流路を流れる。この間、ドラフトチューブ１６の流路断面が下流側に向かって漸次拡大していることから、ドラフト水流は、圧力を回復しながら下流側に流れる。また、ドラフトチューブ１６内の水流は、ランナ１２の回転方向と同じ方向に旋回しながら下流側に流れる。このことから、ドラフトチューブ１６内の水流は、ドラフトチューブ１６の内壁面の近傍に偏って流れ、図４に示すように、当該内壁面の近傍であって出口端部１６ａの近傍に、流速が比較的高い高流速領域Ｒ１が形成される。このような高流速領域Ｒ１が形成されることにより、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける水流の圧力（計測位置Ｘｍにおける圧力）が低くなる。この場合、落差が高く計測されるため、軸流水車発電装置１０の効率は低く算出されてしまう。中心軸線ＣＬの近傍には、流速が比較的低い低流速領域Ｒ２（または死水域）が形成される。 The water flow flowing out from the runner 12 flows through the flow path in the draft tube 16. During this time, since the cross section of the flow path of the draft tube 16 gradually expands toward the downstream side, the draft water flow flows to the downstream side while recovering the pressure. Further, the water flow in the draft tube 16 flows to the downstream side while turning in the same direction as the rotation direction of the runner 12. From this, the water flow in the draft tube 16 flows unevenly in the vicinity of the inner wall surface of the draft tube 16, and as shown in FIG. 4, the flow velocity is in the vicinity of the inner wall surface and in the vicinity of the outlet end portion 16a. A relatively high flow velocity region R1 is formed. By forming such a high flow velocity region R1, the pressure of the water flow (pressure at the measurement position Xm) at the outlet end 16a of the draft tube 16 becomes low. In this case, since the head is measured high, the efficiency of the axial water turbine power generation device 10 is calculated to be low. A low flow velocity region R2 (or dead water region) having a relatively low flow velocity is formed in the vicinity of the central axis CL.

高流速領域Ｒ１の水流は、旋回しながら、図１に示すように、ドラフトチューブ１６とディフューザ２０の筒体２１との間の流路に流入する。この水流は、ディフューザ２０の筒体２１の外周面２１ｄに沿って流れ、その後、鍔部２２に案内されて、流れの方向が中心軸線ＣＬから離れる方向に変えられる。そして、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路から、中心軸線ＣＬから離れる方向に、流速が高い状態を維持しながら流出する。 As shown in FIG. 1, the water flow in the high flow velocity region R1 flows into the flow path between the draft tube 16 and the cylinder 21 of the diffuser 20 while swirling. This water flow flows along the outer peripheral surface 21d of the tubular body 21 of the diffuser 20, and then is guided by the flange portion 22 to change the direction of the flow away from the central axis CL. Then, it flows out from the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22 in the direction away from the central axis CL while maintaining a high flow velocity.

一方、低流速領域Ｒ２の水流は、ディフューザ２０の筒体２１の内部流路に流入し、この内部流路を流れる。この間、ドラフトチューブ１６の流路断面が下流側に向かって漸次拡大していることから、水流は、圧力を回復しながら下流側に流れる。そして、筒体２１内の水流は、筒体２１の出口端部２１ｂから、軸方向Ｘに流出される。 On the other hand, the water flow in the low flow velocity region R2 flows into the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20 and flows through this internal flow path. During this time, since the cross section of the flow path of the draft tube 16 gradually expands toward the downstream side, the water flow flows to the downstream side while recovering the pressure. Then, the water flow in the tubular body 21 flows out from the outlet end portion 21b of the tubular body 21 in the axial direction X.

上述したように、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路から流出した水流は、中心軸線ＣＬから離れる方向に流れる。一方、筒体２１の内部流路から流出した水流は、軸方向Ｘに沿って流れる。このことにより、鍔部２２の下流側では、水流が剥離し、渦が形成される。このため、鍔部２２の下流側には、周囲の静圧よりも水流の圧力が低下し、負圧領域Ｒ３が形成される。 As described above, the water flow flowing out from the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22 flows in the direction away from the central axis CL. On the other hand, the water flow flowing out from the internal flow path of the tubular body 21 flows along the axial direction X. As a result, on the downstream side of the collar portion 22, the water flow is separated and a vortex is formed. Therefore, on the downstream side of the collar portion 22, the pressure of the water flow is lower than the ambient static pressure, and a negative pressure region R3 is formed.

この負圧領域Ｒ３に、ドラフトチューブ１６内の低流速領域Ｒ２の水流が引き込まれる。このため、ドラフトチューブ１６の流路における水流の流速およびディフューザ２０の筒体２１の内部流路における水流の流速が増大する。この場合、図４に示す高流速領域Ｒ１における水流の流速を低減することができ、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける水流の圧力（計測位置Ｘｍにおける圧力）が高くなる。このため、落差が低く計測され、軸流水車発電装置１０の効率を高く算出することができる。 The water flow in the low flow velocity region R2 in the draft tube 16 is drawn into the negative pressure region R3. Therefore, the flow velocity of the water flow in the flow path of the draft tube 16 and the flow velocity of the water flow in the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20 increase. In this case, the flow velocity of the water flow in the high flow velocity region R1 shown in FIG. 4 can be reduced, and the pressure of the water flow (pressure at the measurement position Xm) at the outlet end 16a of the draft tube 16 becomes high. Therefore, the head is measured low, and the efficiency of the axial water turbine power generation device 10 can be calculated high.

このように本実施の形態によれば、ディフューザ２０の軸方向Ｘに延びる筒体２１と、筒体２１に設けられた鍔部２２であって、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａよりも下流側に位置し、筒体２１の外周側を流れる水流の向きを中心軸線ＣＬから離れる方向に向ける鍔部２２と、を有している。このことにより、ドラフトチューブ１６の内壁面の近傍に形成される比較的高速の水流の向きを、ディフューザ２０を通過させることで、筒体２１の外周側を流れる水流の向きを中心軸線ＣＬから離れる方向に向けることができる。このため、鍔部２２の下流側で、水流を剥離させることができ、渦を形成することができる。この渦によって、鍔部２２の下流側の領域では、周囲の静圧よりも圧力を低下させることができる。このため、ドラフトチューブ１６内の低流速領域Ｒ２の水流を引き込むことができ、ドラフトチューブ１６の流路における水流およびディフューザ２０の筒体２１の内部流路における水流の流速を高めることができる。この結果、低流速領域Ｒ２の水流の速度を高めることができ、ドラフト損失を低減することができる。また、ドラフトチューブ１６内の水流の流速を高めることができるため、ドラフトチューブ１６内の水流の流速を均一化させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the tubular body 21 extending in the axial direction X of the diffuser 20 and the flange portion 22 provided on the tubular body 21 are on the downstream side of the outlet end portion 16a of the draft tube 16. It is located at, and has a flange portion 22 that directs the direction of the water flow flowing on the outer peripheral side of the tubular body 21 in a direction away from the central axis CL. As a result, the direction of the relatively high-speed water flow formed in the vicinity of the inner wall surface of the draft tube 16 is passed through the diffuser 20, so that the direction of the water flow flowing on the outer peripheral side of the tubular body 21 is separated from the central axis CL. Can be turned in a direction. Therefore, the water flow can be separated and a vortex can be formed on the downstream side of the collar portion 22. Due to this vortex, the pressure in the region on the downstream side of the collar portion 22 can be made lower than the ambient static pressure. Therefore, the water flow in the low flow velocity region R2 in the draft tube 16 can be drawn in, and the flow velocity of the water flow in the flow path of the draft tube 16 and the flow velocity of the water flow in the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20 can be increased. As a result, the velocity of the water flow in the low flow velocity region R2 can be increased, and the draft loss can be reduced. Further, since the flow velocity of the water flow in the draft tube 16 can be increased, the flow velocity of the water flow in the draft tube 16 can be made uniform.

また、本実施の形態によれば、筒体２１の流路断面が、下流側に向かって拡大している。このことにより、筒体２１の内部流路で、水流が剥離することを抑制でき、水流の圧力回復を効果的に行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the cross section of the flow path of the tubular body 21 is enlarged toward the downstream side. As a result, it is possible to prevent the water flow from peeling off in the internal flow path of the tubular body 21, and it is possible to effectively recover the pressure of the water flow.

また、本実施の形態によれば、ディフューザ２０の筒体２１の入口端部２１ａは、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａよりも上流側に位置している。このことにより、ドラフトチューブ１６内の高流速領域Ｒ１の水流を、ドラフトチューブ１６と筒体２１との間の流路に流入させることができる。このため、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路から流出する水流の速度を高めることができ、鍔部２２の下流側で水流を効果的に剥離させて渦を形成することができる。この結果、鍔部２２の下流側の負圧領域Ｒ３における水流の圧力を効果的に低下させることができる。 Further, according to the present embodiment, the inlet end portion 21a of the tubular body 21 of the diffuser 20 is located on the upstream side of the outlet end portion 16a of the draft tube 16. As a result, the water flow in the high flow velocity region R1 in the draft tube 16 can flow into the flow path between the draft tube 16 and the tubular body 21. Therefore, the velocity of the water flow flowing out from the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22 can be increased, and the water flow can be effectively separated on the downstream side of the collar portion 22 to form a vortex. Can be done. As a result, the pressure of the water flow in the negative pressure region R3 on the downstream side of the flange portion 22 can be effectively reduced.

また、本実施の形態によれば、鍔部２２が、筒体２１の出口端部２１ｂに設けられている。このことにより、鍔部２２の下流側における圧力が低下した負圧領域Ｒ３に、ドラフトチューブ１６内の低流速領域Ｒ２の水流を引き込みやすくすることができる。このため、ドラフトチューブ１６の流路における水流およびディフューザ２０の筒体２１の内部流路における水流の流速を高めることができる。 Further, according to the present embodiment, the collar portion 22 is provided at the outlet end portion 21b of the tubular body 21. As a result, it is possible to easily draw the water flow in the low flow velocity region R2 in the draft tube 16 into the negative pressure region R3 where the pressure on the downstream side of the flange portion 22 is reduced. Therefore, the flow velocity of the water flow in the flow path of the draft tube 16 and the flow velocity of the water flow in the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20 can be increased.

また、本実施の形態によれば、鍔部２２が、筒体２１の全周にわたって設けられている。このことにより、ディフューザ２０の筒体２１の出口端部２１ｂの周囲の全周にわたって、水流を剥離させて渦を形成することができ、出口端部２１ｂの全周にわたって、水流の圧力を低下させることができる。このため、ドラフトチューブ１６内の低流速領域Ｒ２の水流を引き込みやすくすることができ、ドラフトチューブ１６の流路における水流およびディフューザ２０の筒体２１の内部流路における水流の流速を高めることができる。 Further, according to the present embodiment, the collar portion 22 is provided over the entire circumference of the tubular body 21. As a result, the water flow can be separated to form a vortex over the entire circumference of the outlet end 21b of the cylinder 21 of the diffuser 20, and the pressure of the water flow is reduced over the entire circumference of the outlet end 21b. be able to. Therefore, it is possible to easily draw in the water flow in the low flow velocity region R2 in the draft tube 16, and it is possible to increase the flow velocity of the water flow in the flow path of the draft tube 16 and the flow velocity of the water flow in the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20. ..

また、本実施の形態によれば、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａに対応する軸方向Ｘの位置における筒体２１の外形寸法Ｄ１は、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける流路寸法Ｄ２の８０％以下になっている。このことにより、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおいてドラフトチューブ１６の内壁面と筒体２１の外周面２１ｄとの間に、水流の流路を確保することができ、ドラフトチューブ１６内の高流速領域Ｒ１の水流をドラフトチューブ１６と筒体２１との間の流路に流入させることができる。このため、鍔部２２の下流側に渦を効果的に形成することができる。一方、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける筒体２１の外形寸法Ｄ１は、ドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける流路寸法Ｄ２の４０％以上であってもよい。このことにより、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路が大きくなることを抑制し、当該流路から流出する水流の速度が低下することを抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the external dimension D1 of the tubular body 21 at the position of the axial direction X corresponding to the outlet end portion 16a of the draft tube 16 is the flow path dimension D2 at the outlet end portion 16a of the draft tube 16. It is 80% or less. As a result, at the outlet end 16a of the draft tube 16, a water flow path can be secured between the inner wall surface of the draft tube 16 and the outer peripheral surface 21d of the tubular body 21, and the high flow velocity in the draft tube 16 can be secured. The water flow in the region R1 can flow into the flow path between the draft tube 16 and the cylinder 21. Therefore, a vortex can be effectively formed on the downstream side of the collar portion 22. On the other hand, the external dimension D1 of the tubular body 21 at the outlet end 16a of the draft tube 16 may be 40% or more of the flow path dimension D2 at the outlet end 16a of the draft tube 16. As a result, it is possible to prevent the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22 from becoming large, and to prevent the speed of the water flow flowing out from the flow path from decreasing.

また、本実施の形態によれば、軸方向Ｘに直交する方向における鍔部２２の寸法Ｂは、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の５％〜２０％である。寸法Ｂを出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の５％以上とすることにより、鍔部２２の下流側において形成される渦が小さくなることを抑制でき、圧力を効果的に低減することができる。一方、寸法Ｂを出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の２０％以下とすることにより、鍔部２２の下流側に形成される渦が、筒体２１の出口端部２１ｂから離れることを抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the dimension B of the flange portion 22 in the direction orthogonal to the axial direction X is 5% to 20% of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b of the tubular body 21. By setting the dimension B to 5% or more of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b, it is possible to suppress the vortex formed on the downstream side of the flange portion 22 from becoming smaller, and the pressure can be effectively reduced. .. On the other hand, by setting the dimension B to 20% or less of the flow path dimension D3 at the outlet end 21b, it is possible to prevent the vortex formed on the downstream side of the flange 22 from separating from the outlet end 21b of the tubular body 21. ..

また、本実施の形態によれば、軸方向Ｘにおける筒体２１の寸法Ｌは、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の３０％〜１８０％である。寸法Ｌを出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の３０％以上とすることにより、ディフューザ２０による圧力回復効果を効果的に発揮させることができる。一方、寸法Ｌを出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の１８０％以下とすることにより、ディフューザ２０の筒体２１の内部流路を流れる水流が受ける摩擦損失が増大することを抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the dimension L of the tubular body 21 in the axial direction X is 30% to 180% of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b of the tubular body 21. By setting the dimension L to 30% or more of the flow path dimension D3 at the outlet end 21b, the pressure recovery effect of the diffuser 20 can be effectively exhibited. On the other hand, by setting the dimension L to 180% or less of the flow path dimension D3 at the outlet end 21b, it is possible to suppress an increase in friction loss received by the water flow flowing through the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20.

また、本実施の形態によれば、軸方向Ｘにおけるドラフトチューブ１６の出口端部１６ａと鍔部２２との距離Ｄ４は、筒体２１の出口端部２１ｂにおける流路寸法Ｄ３の２０％以上である。このことにより、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間に、水の流路を確保することができ、ドラフトチューブ１６内の高流速領域Ｒ１の水流を、この流路に効果的に流入させることができる。このため、鍔部２２の下流側に渦を効果的に形成することができる。一方、距離Ｄ４は、上述した寸法Ｂの２倍以下であってもよい。このことにより、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路が大きくなることを抑制し、当該流路から流出する水流の速度が低下することを抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the distance D4 between the outlet end portion 16a of the draft tube 16 and the flange portion 22 in the axial direction X is 20% or more of the flow path dimension D3 at the outlet end portion 21b of the tubular body 21. be. As a result, a water flow path can be secured between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22, and the water flow in the high flow velocity region R1 in the draft tube 16 effectively flows into this flow path. Can be made to. Therefore, a vortex can be effectively formed on the downstream side of the collar portion 22. On the other hand, the distance D4 may be twice or less the above-mentioned dimension B. As a result, it is possible to prevent the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22 from becoming large, and to prevent the speed of the water flow flowing out from the flow path from decreasing.

なお、上述した本実施の形態においては、鍔部２２が、筒体２１の全周にわたって設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、鍔部２２は、筒体２１の周方向の一部に設けられていてもよい。例えば、図５に示すように、筒体２１に２つの鍔部２２が設けられており、２つの鍔部２２が、筒体２１の周方向において離間していてもよい。筒体２１の周方向における各鍔部２２の位置は、運転条件に応じて高流速領域Ｒ１が形成される位置に配置してもよい。すなわち、運転条件によってドラフトチューブ１６の出口端部１６ａにおける流速分布は変化し、筒体２１の周方向における高流速領域Ｒ１の位置が、偏る場合がある。このため、偏った高流速領域Ｒ１に鍔部２２を配置することにより、鍔部２２の下流側における負圧領域Ｒ３の圧力を効果的に低下させることができる。そして、筒体２１の周方向のうち鍔部２２が存在しない部分では、水流を下流側に流すことができ、水流の圧力損失が低減することを抑制できる。図５に示す例では、２つの鍔部２２が、中心軸線ＣＬに対して点対称となる位置に配置されているが、これに限られることはない。鍔部２２の個数は任意である。 In the present embodiment described above, an example in which the collar portion 22 is provided over the entire circumference of the tubular body 21 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the collar portion 22 may be provided in a part of the tubular body 21 in the circumferential direction. For example, as shown in FIG. 5, the tubular body 21 may be provided with two flange portions 22, and the two flange portions 22 may be separated from each other in the circumferential direction of the tubular body 21. The position of each flange portion 22 in the circumferential direction of the tubular body 21 may be arranged at a position where the high flow velocity region R1 is formed according to the operating conditions. That is, the flow velocity distribution at the outlet end 16a of the draft tube 16 changes depending on the operating conditions, and the position of the high flow velocity region R1 in the circumferential direction of the tubular body 21 may be biased. Therefore, by arranging the flange portion 22 in the biased high flow velocity region R1, the pressure in the negative pressure region R3 on the downstream side of the flange portion 22 can be effectively reduced. Then, in the portion of the circumferential direction of the tubular body 21 in which the flange portion 22 does not exist, the water flow can flow to the downstream side, and it is possible to suppress the reduction of the pressure loss of the water flow. In the example shown in FIG. 5, the two flange portions 22 are arranged at positions that are point-symmetrical with respect to the central axis CL, but the present invention is not limited to this. The number of collars 22 is arbitrary.

（第２の実施の形態）
次に、図６〜図８を用いて、第２の実施の形態による軸流水車発電装置のディフューザおよび軸流水車発電装置について説明する。 (Second Embodiment)
Next, the diffuser of the deriaz turbine power generation device and the deriaz turbine power generation device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

図６〜図８に示す第２の実施の形態においては、筒体の外周面に、周方向に配列された複数の案内翼が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１〜図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図６〜図８において、図１〜図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 The second embodiment shown in FIGS. 6 to 8 is mainly different in that a plurality of guide blades arranged in the circumferential direction are provided on the outer peripheral surface of the tubular body, and the other configurations are shown in FIG. 1-It is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. In FIGS. 6 to 8, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態においては、図６および図７に示すように、筒体２１の外周面に、周方向に配列された複数の案内翼２３が設けられている。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of guide wings 23 arranged in the circumferential direction are provided on the outer peripheral surface of the tubular body 21.

案内翼２３は、筒体２１の外周側を流れる水流の旋回成分を低減させるように構成されている。すなわち、筒体２１の外周側を流れる水流は、上述したように旋回しながら流れているため、流速の旋回成分を低減させるように、水流の向きを変えるように構成されている。より具体的には、図７に示すように、案内翼２３の入口角度（案内翼２３のキャンバーラインの入口端における接線と軸方向Ｘとがなす角度）は、旋回する水流の向きに沿うような角度に設定されていてもよい。一方、案内翼２３の出口角度（案内翼２３のキャンバーラインの出口端における接線と軸方向Ｘとがなす角度）は、入口角度よりも小さく設定されている。出口角度は、軸方向Ｘに沿うような角度に設定されていてもよい。案内翼２３の入口端と出口端の間の部分は、入口端と出口端とを滑らかに接続するように曲線状に形成されている。なお、案内翼２３は、筒体２１の外周面に対して、固定されていてもよい。この場合、所望の運転条件でドラフト損失が低減できるように、案内翼２３の入口角度と出口角度を設定してもよい。 The guide blade 23 is configured to reduce the swirling component of the water flow flowing on the outer peripheral side of the tubular body 21. That is, since the water flow flowing on the outer peripheral side of the tubular body 21 flows while swirling as described above, the direction of the water flow is changed so as to reduce the swirling component of the flow velocity. More specifically, as shown in FIG. 7, the inlet angle of the guide blade 23 (the angle formed by the tangent line at the inlet end of the camber line of the guide blade 23 and the axial direction X) is along the direction of the swirling water flow. The angle may be set. On the other hand, the outlet angle of the guide blade 23 (the angle formed by the tangent line at the outlet end of the camber line of the guide blade 23 and the axial direction X) is set to be smaller than the inlet angle. The exit angle may be set to an angle along the axial direction X. The portion between the inlet end and the outlet end of the guide blade 23 is formed in a curved shape so as to smoothly connect the inlet end and the outlet end. The guide blade 23 may be fixed to the outer peripheral surface of the tubular body 21. In this case, the inlet angle and the outlet angle of the guide blade 23 may be set so that the draft loss can be reduced under desired operating conditions.

本実施の形態において、ドラフトチューブ１６とディフューザ２０の筒体２１との間の流路に流入した高速の水流は、旋回しながら筒体２１の外周面２１ｄに沿って流れ、その後、水流の一部は、互いに隣り合う案内翼２３同士の間に形成された流路に、旋回しながら流入する。すると、水流は、案内翼２３に沿って流れて流れの角度が小さくなるように整流され、流速の旋回成分が低減される。そして、この整流された状態で、水流は、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路から流出される。 In the present embodiment, the high-speed water flow flowing into the flow path between the draft tube 16 and the cylinder 21 of the diffuser 20 flows along the outer peripheral surface 21d of the cylinder 21 while swirling, and then one of the water flows. The portions flow into the flow path formed between the guide blades 23 adjacent to each other while swirling. Then, the water flow flows along the guide blade 23 and is rectified so that the angle of the flow becomes smaller, and the swirling component of the flow velocity is reduced. Then, in this rectified state, the water flow flows out from the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22.

このように本実施の形態によれば、ディフューザ２０の筒体２１の外周面２１ｄに、周方向に配列された複数の案内翼２３が設けられており、案内翼２３が、筒体２１の外周側を流れる水流の旋回成分を低減させるように構成されている。このことにより、下池３の壁面３ａと鍔部２２との間の流路を流れる水流の旋回成分を低減するように整流することができ、当該流路から流出する水流の向きを、中心軸線ＣＬから離れる方向に効果的に変えることができる。このため、鍔部２２の下流側に形成される渦を強めることができ、鍔部２２の下流側における負圧領域Ｒ３の水流の圧力をより一層低下させることができる。従って、ドラフトチューブ１６の流路における水流およびディフューザ２０の筒体２１の内部流路における水流の流速をより一層高めることができる。この結果、低流速領域Ｒ２の水流の速度をより一層高めることができ、ドラフト損失をより一層低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of guide blades 23 arranged in the circumferential direction are provided on the outer peripheral surface 21d of the cylinder 21 of the diffuser 20, and the guide blades 23 are the outer circumference of the cylinder 21. It is configured to reduce the swirling component of the water flow flowing on the side. As a result, it is possible to rectify so as to reduce the swirling component of the water flow flowing through the flow path between the wall surface 3a of the lower pond 3 and the flange portion 22, and the direction of the water flow flowing out from the flow path can be determined by the central axis CL. It can be effectively changed in the direction away from. Therefore, the vortex formed on the downstream side of the collar portion 22 can be strengthened, and the pressure of the water flow in the negative pressure region R3 on the downstream side of the collar portion 22 can be further reduced. Therefore, the flow velocity of the water flow in the flow path of the draft tube 16 and the flow velocity of the water flow in the internal flow path of the cylinder 21 of the diffuser 20 can be further increased. As a result, the velocity of the water flow in the low flow velocity region R2 can be further increased, and the draft loss can be further reduced.

なお、上述した本実施の形態においては、案内翼２３は、筒体２１の外周面に固定されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、案内翼２３は、筒体２１の外周面２１ｄに対して回動可能になっていてもよい。すなわち、図８に示すように、案内翼２３は、筒体２１に回動可能に設けられていてもよい。そして、案内翼２３は、駆動機構２４によって筒体２１に対して回動するように構成されていてもよい。このことにより、案内翼２３の入口角度を、運転条件に応じて変わる水流の向きに整合させることができる。このため、旋回する水流を、案内翼２３に流入させやすくすることができ、案内翼２３による整流効果を高めることができる。図８に示す例では、筒体２１の中心軸線ＣＬに直交する断面は、円筒状に形成されていてもよい。この場合、ドラフトチューブ１６の中心軸線ＣＬに直交する断面も、円筒状に形成されていてもよい。 In the present embodiment described above, an example in which the guide blade 23 is fixed to the outer peripheral surface of the tubular body 21 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the guide blade 23 may be rotatable with respect to the outer peripheral surface 21d of the tubular body 21. That is, as shown in FIG. 8, the guide blade 23 may be rotatably provided on the tubular body 21. The guide blade 23 may be configured to rotate with respect to the tubular body 21 by the drive mechanism 24. As a result, the inlet angle of the guide blade 23 can be matched with the direction of the water flow that changes according to the operating conditions. Therefore, the swirling water flow can be easily flowed into the guide blade 23, and the rectifying effect of the guide blade 23 can be enhanced. In the example shown in FIG. 8, the cross section of the tubular body 21 orthogonal to the central axis CL may be formed in a cylindrical shape. In this case, the cross section orthogonal to the central axis CL of the draft tube 16 may also be formed in a cylindrical shape.

図８に示す案内翼２３の駆動機構２４について説明する。駆動機構２４は、各案内翼２３を連結する駆動リング２５と、駆動リング２５を回動させる駆動モータ２６と、駆動モータ２６の駆動力を駆動リング２５に伝達する伝達部２７と、を有していてもよい。駆動リング２５は、筒体２１の周方向に延びており、各案内翼２３が連結されている。駆動リング２５が筒体２１の周方向（中心軸線ＣＬを中心）に回動すると、各案内翼２３を筒体２１に対して入口角度を変更するように（回動軸線Ｙを中心に）回動させることができる。駆動モータ２６は、鍔部２２にサポート部材２８を介して取り付けられていてもよい。駆動モータ２６は、軸方向Ｘに延びる駆動軸２９を含み、駆動軸２９の先端に伝達部２７が連結されている。伝達部２７は、駆動軸２９の回動駆動力を駆動リング２５に伝達する。伝達部２７は、例えば、歯車により構成されていてもよい。また、例えば、図示しない制御部において、各種運転条件における案内翼２３の好適な入口角度を設定して記憶しておき、運転条件に基づいて案内翼２３の入口角度が好適な入口角度となるように駆動機構２４を制御するようにしてもよい。なお、案内翼２３を回動する駆動機構２４の構成は、これに限られることはない。 The drive mechanism 24 of the guide blade 23 shown in FIG. 8 will be described. The drive mechanism 24 includes a drive ring 25 that connects the guide blades 23, a drive motor 26 that rotates the drive ring 25, and a transmission unit 27 that transmits the driving force of the drive motor 26 to the drive ring 25. You may be. The drive ring 25 extends in the circumferential direction of the tubular body 21, and each guide blade 23 is connected to the drive ring 25. When the drive ring 25 rotates in the circumferential direction of the cylinder 21 (centering on the central axis CL), each guide blade 23 is rotated so as to change the inlet angle with respect to the cylinder 21 (centered on the rotation axis Y). Can be moved. The drive motor 26 may be attached to the flange portion 22 via a support member 28. The drive motor 26 includes a drive shaft 29 extending in the axial direction X, and a transmission unit 27 is connected to the tip of the drive shaft 29. The transmission unit 27 transmits the rotational driving force of the drive shaft 29 to the drive ring 25. The transmission unit 27 may be composed of, for example, a gear. Further, for example, in a control unit (not shown), a suitable inlet angle of the guide blade 23 under various operating conditions is set and stored so that the inlet angle of the guide blade 23 becomes a suitable inlet angle based on the operating conditions. The drive mechanism 24 may be controlled. The configuration of the drive mechanism 24 that rotates the guide blade 23 is not limited to this.

以上述べた実施の形態によれば、ドラフト損失を低減することができる。 According to the above-described embodiment, the draft loss can be reduced.

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

なお、上述した実施の形態では、軸流水車発電装置１０がバルブ水車として構成されている例を説明したが、このことに限られることはなく、バルブ水車以外の水車として構成される軸流水車発電装置にも、上述したディフューザ２０を適用することができる。 In the above-described embodiment, an example in which the axial turbine power generation device 10 is configured as a valve turbine has been described, but the present invention is not limited to this, and the axial turbine is configured as a turbine other than the valve turbine. The diffuser 20 described above can also be applied to the power generation device.

１０：軸流水車発電装置、１２：ランナ、１６：ドラフトチューブ、１６ａ：出口端部、２０：ディフューザ、２１：筒体、２１ａ：入口端部、２１ｂ：出口端部、２２：鍔部、２３：案内翼、ＣＬ：中心軸線、Ｘ：軸方向、 10: Axial turbine power generator, 12: Runner, 16: Draft tube, 16a: Outlet end, 20: Diffuser, 21: Cylindrical body, 21a: Inlet end, 21b: Outlet end, 22: Brim, 23 : Guide wing, CL: Central axis, X: Axial direction,

Claims (13)

ドラフトチューブから流出される水流を案内する軸流水車発電装置のディフューザであって、
前記ドラフトチューブの中心軸線に沿う軸方向に延びる筒体と、
前記筒体に設けられた鍔部であって、前記ドラフトチューブの出口端部よりも下流側に位置し、前記筒体の外周側を流れる水流の向きを前記中心軸線から離れる方向に向ける鍔部と、を備えた、軸流水車発電装置のディフューザ。 A diffuser for a deriaz turbine generator that guides the flow of water flowing out of a draft tube.
A tubular body extending in the axial direction along the central axis of the draft tube,
A collar portion provided on the cylinder body, which is located on the downstream side of the outlet end of the draft tube and directs the direction of the water flow flowing on the outer peripheral side of the cylinder body in a direction away from the central axis. And, equipped with a diffuser of an axial water turbine generator. 前記筒体の流路断面は、下流側に向かって拡大している、請求項１に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to claim 1, wherein the flow path cross section of the cylinder is enlarged toward the downstream side. 前記筒体の入口端部は、前記ドラフトチューブの出口端部よりも上流側に位置している、請求項１または２に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to claim 1 or 2, wherein the inlet end of the cylinder is located upstream of the outlet end of the draft tube. 前記鍔部は、前記筒体の出口端部に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the flange portion is provided at the outlet end of the cylinder. 前記鍔部は、前記筒体の全周にわたって設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the flange portion is provided over the entire circumference of the cylinder. 前記鍔部は、前記筒体の周方向の一部に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the flange portion is provided in a part of the tubular body in the circumferential direction. 前記ドラフトチューブの出口端部に対応する前記軸方向の位置おける前記筒体の外形寸法は、前記ドラフトチューブの出口端部における流路寸法の８０％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 Any of claims 1 to 6, wherein the external dimension of the cylinder at the axial position corresponding to the outlet end of the draft tube is 80% or less of the flow path dimension at the outlet end of the draft tube. The diffuser of the axial water turbine power generation device according to the first paragraph. 前記軸方向に直交する方向における前記鍔部の寸法は、前記筒体の出口端部における流路寸法の５％〜２０％である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The axial running water according to any one of claims 1 to 7, wherein the dimension of the collar portion in the direction orthogonal to the axial direction is 5% to 20% of the flow path dimension at the outlet end portion of the cylinder. Diffuser for car power generators. 前記軸方向における前記筒体の寸法は、前記筒体の出口端部における流路寸法の３０％〜１８０％である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The axial water turbine power generation device according to any one of claims 1 to 8, wherein the dimension of the cylinder in the axial direction is 30% to 180% of the flow path dimension at the outlet end of the cylinder. Diffuser. 前記軸方向における前記ドラフトチューブの出口端部と前記鍔部との距離は、前記筒体の出口寸法の２０％以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The axial water turbine power generation according to any one of claims 1 to 9, wherein the distance between the outlet end of the draft tube and the collar in the axial direction is 20% or more of the outlet dimension of the cylinder. Diffuser of the device. 前記筒体の外周面に、周方向に配列された複数の案内翼が設けられ、
前記案内翼は、前記筒体の外周側を流れる水流の旋回成分を低減させるように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 A plurality of guide blades arranged in the circumferential direction are provided on the outer peripheral surface of the cylinder.
The diffuser of the axial water turbine power generation device according to any one of claims 1 to 10, wherein the guide blade is configured to reduce a swirling component of a water flow flowing on the outer peripheral side of the cylinder. 前記案内翼は、前記筒体に回動可能に設けられている、請求項１１に記載の軸流水車発電装置のディフューザ。 The diffuser of the axial water turbine power generation device according to claim 11, wherein the guide blade is rotatably provided on the cylinder body. ランナと、
前記ランナから流出した水流の圧力を回復させるドラフトチューブと、
前記ドラフトチューブから流出された水流を案内する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の軸流水車発電装置のディフューザと、を備えた、軸流水車発電装置。 With Lanna
A draft tube that recovers the pressure of the water flow that flows out of the runner,
A deriaz turbine power generator comprising the diffuser of the deriaz turbine power generator according to any one of claims 1 to 12, which guides the water flow flowing out of the draft tube.
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