JP2558315Y2

JP2558315Y2 - 貫流水車

Info

Publication number: JP2558315Y2
Application number: JP1989017841U
Authority: JP
Inventors: ▲ひと▼師山本
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2004-02-20
Also published as: JPH02110265U

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本考案は貫流水車の改良に関し、水車室内の空気導入
量調整の容易化を図ると共に水車の効率向上を企図した
ものである。

B.従来の技術水力エネルギー回収の一環として貫流水車を利用した
発電システムが知られている。

第８図には従来の貫流水車の構造を表わす一部破断し
た斜視を示してある。

水の位置エネルギーにより回転される複数のランナブ
レード1aを有するランナ１は、ケーシング２内にシール
が内蔵された軸受3aを介して回転軸３に回転可能に支持
されている。ケーシング２とランナ１の上部外周面の間
には、水漏れや水流の飛散を防止するために上部ノズル
2aがケーシング２から延設されている。ランナ１の上流
側において、ケーシング２には入口管４が接続され、こ
の入口管４の出口側に対応するケーシング２の入口側に
は、ランナ１に入る水量を調整するガイドベーン5a,5b
が開閉可能に設けられている。ランナ１の下流側におい
て、ケーシング２には別のケーシング６に接続され、こ
れらのケーシング2,6に垂下する吸出し管７が接続され
ている。尚、この吸出し管７は放水庭の水中に導かれ
る。入口管４より流入した水はガイドベーン５で調整さ
れてランナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周
から放出され、放水管７を通して放水庭の水中に排出さ
れる。尚、図中10は水車室内を仕切る仕切板である。

この水車の運転中、放水中に空気が混入して排出され
ていることによりケーシング2,6等からなる水車室内は
負圧となる。この負圧状態は入口管４からの水を強制的
に吸い込む力として作用し、結果として水車の効率を向
上させている。一方、水車室内が負圧になると、吸出し
管７内の放水面が上昇するが、ランナ１が浸るほど放水
面が上昇しては具合が悪いので、水車室内の負圧を調整
して放水面を適正にすべくケーシング６には外部から空
気を導入する弁装置８が設けてある。つまり、水車室内
の負圧がある値になると弁装置８が開いて水車室内に外
部から空気を導き水車室内の負圧がある値以上にならな
いようにしているのである。

水車室内を負圧にすることによる吸い込み効果は、吸
出し管７内の上昇水位によって左右されるため（高けれ
ば高い程効果的）、放水面をランナ１が浸らない範囲で
高く一定に維持することが望ましい。

C.考案が解決しようとする課題貫流水車の放水面はランナ１が浸らない範囲で高く一
定に維持することが運転効率上望ましいが、貫流水車の
運転中は水位や水量が変化するため、水車室内を一定の
負圧に維持し続けるためには高価で精度の良い定圧空気
弁を用いる必要がある。また、定圧空気弁の調整や保守
も熟練した作業者が行なう必要があった。

一方、第８図に示した貫流水車では、以下に示す問題
があった。

水車室内の負圧を調整するため、弁装置８による水
車室内への外部空気の補給が必要となり、吸気音が発生
し騒音の原因となるため消音器が必要となっていた。

洪水時等で放水庭の水位が水車より高くなるような
場合は、弁装置８から水が流入し水車室内に浸水する場
合があった。

水車の始動時や負荷急変時等、水車内部の流れが急
激に変化する場合に、弁装置８から外部に水を吐出する
ことがあった。

本考案は上記状況に鑑みてなされたもので、水量の変
化に係らず吸出し管内の放水面の水位を高い位置に維持
することが容易で、水車効率向上を企図した貫流水車を
提供することを目的とする。

D.課題を解決するための手段上記目的を達成するための本考案の構成は、ランナブ
レードが円筒状に配されたランナを水車室ケーシングに
回転自在に支持し、該ランナを回転させた水を放水庭に
放水する吸出し管を前記水車室ケーシングに備えた貫流
水車において、前記放水庭の水面上部と水が排出される
部位の回転方向後ろ側の前記ランナの外周近傍とを連通
する連通路を前記水車室ケーシングに設け、前記ランナ
の軸方向に延びて該ランナに近接すると共に該ランナの
回転方向に向けて空気を導入する拡幅管を前記連通路に
設け、前記連通路に吸気流量調整弁を設けたことを特徴
とする。

E.作用放水庭の水面上部の空気は連通路を介して吸気流量調
整弁で流量が調整され、水が排出される部位の回転方向
後ろ側のランナの空転部に拡幅管から空気が吸入され、
ランナブレードに付着した水を吹き飛ばすと共にランナ
への水の流入吐出を促進しつつ水車室内の負圧を調整
し、放水面の高さを維持する。

F.実施例第１図には本考案の一実施例に係る貫流水車の断面側
面、第２図にはその吸出し管の構造概念、第３図にはそ
の連通路出口部の概略斜視、第４図には第３図中の部分
断面を示してある。尚、第８図に示したものと同一部材
には同一符号を付して重複する説明は省略する。

吸出し管７の出口は放水庭11の水中に開口しており、
ケーシング６は架台12を介して放水庭11のコンクリート
床13に支持されている。吸出し管７には二本の骨材14が
取付けられ、骨材14には板材15が被せられて下部連通路
16が形成されている。下部連通部16の下端16aは放水庭1
1の水面上に開口し、下部連通路16の上端16bは吸出し管
７内上部に開口している。一方、ケーシング６の内部に
は断面コ字型の上部連通路17が設けられ、上部連通路17
の下端17aは下部連通路16の上端と対向している。上部
連通路17の上端17bには拡幅管18が設けられ、拡幅管18
の開口18aは、水が排出される部位の回転方向後ろ側の
ランナ１の外周に近接し回転軸３の軸方向に沿って延び
ている。従って、連通路は下部連通路16、上部連通路1
7、拡幅管18によって構成されている。

吸出し管７の内部には隔壁19が設けられ、隔壁19によ
り吸出し管７内は室A,Bに分割されている。隔壁19は、
吸出し管７内の水の流れに沿いランナ１の回転軸３と平
行となっている。隔壁19で分割された室A,Bは、室Ｂが
ランナ１からの吐出水が主に流水する側となっている。

上部連通路17の途中部には吸気流量調整弁としての弁
装置20が設けられている。弁装置20の構成を第５図，第
６図に基づいて説明する。第５図には弁装置の断面、第
６図には第５図中のVI-VI線矢視を示してある。

ケーシング６には開口部21が設けられ、開口部21に対
応した上部連通路17には仕切突起22が設けられている。
開口部21にはバルブボデー23が固定され、バルブボデー
23の上部連通路17側は開放状態になっている。バルブボ
デー23には送りナット24が固定され、送りナット24には
ねじ軸25が螺合している。バルブボデー23内におけるね
じ軸25の端部には弁体26が設けられ、ねじ軸25の回転に
より弁体26を上部連通路17側に移動させると、仕切突起
22に弁体26が嵌合し上部連通路17を閉塞できる。図中、
27はねじ軸25を回転させるためのハンドル、28は弁体26
の受座である。

上述した貫流水車の作用・効果を説明する。

入口管４より流入した水はガイドベーン５で調整され
てランナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周か
ら放出され、吸出し管７を通して放水庭11の水中に排出
される。貫流水車は、ランナ１部で水と空気が混合する
ことから吸出し管７から吐出する水には20〜30％の空気
が混水し、空気は泡として放水面に浮上する。従って、
水車内部の空気が吸出し管７を通して放出されるために
空気の補給が必要である。

ランナ１の部分で不足する空気は拡幅管18を介して供
給することになり、弁装置20で空気の吐出流量は調整さ
れる。吸出し管７から放出した水の中に含まれた空気
は、放水庭11で浮上して、下部連通路16から吸い込ま
れ、上部連通路17及び拡幅管18を介して再びランナ１部
に導入され、空気は水車内と放水庭11を循環することに
なる。

拡幅管18からの空気の導入量を弁装置20によって制限
することにより、水車内部は負圧となって吸出し管７内
は水柱となると共に負圧分は入口管４からの水を吸引す
る効果があり、吐出側の落差の一部を有効に活用し、水
車出力を増大する効果がある。

拡幅管18から水車内に入った空気は、ランナ１内に入
り、第４図で矢印で示すように、ランナ１の回転方向に
向けて空気を導入することにより、ランナブレード1aに
付着した水を吹き飛ばして次のステージの水ジェットの
吹き込みを円滑とし、水車内部の空気の流れを整える。
この結果、ランナ１内の空気と水の流れの乱れを最小限
にでき水車効率を向上させることができる。

弁装置20による連通路を通る空気量の調整は、ハンド
ル27を回転させることによって行なう。即ち、ハンドル
27によりねじ軸25を回転させることで弁体26がバルブボ
デー35内を移動し、上部連通路17の開閉を行ない、上部
連通路17を通る空気量を調整する。

上述した貫流水車は、空気が水車内と放水庭11を循環
し、外部から水車内部への空気補給が不要なため、吸気
音が発生せず静粛な運転が可能で消音器が不要である。

また、放水庭11の水位が上昇しても、水車内部及び水
車室（ケーシング６）と外部とを連通する開口がないの
で水が水車内に逆流することがない。

また、空気と水の流れが整えられて水の中に混入する
空気量が減少し、ランナ１に入った水を十分にランナ１
内に入り込ませると同時に直ちに吐出させ水車効率が向
上する。実験によると、低落差（落差H_e＝2m）のもの
で、1.5％〜1.8％の効率向上が確認された。

また、水車内部及び水車室（ケーシング６）と外部と
を連通する開口がないので、負荷急変や始動時に外部へ
の水漏れがない。

また、空気を循環使用するので、放水庭11の空気抜き
が省略できると共に、空気に含まれる臭気の発散がな
く、汚染水や上水（塩素ガス処理水）では水中に含まれ
る臭気の拡散防止ができる。

以上が本考案に係る貫流水車の作用・効果である。

以下、隔壁19を備えた本実施例の作用・効果を説明す
る。

入口管４より流入した水はガイドベーン５で調整され
てランナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周か
ら放出され、吸出し管７を通して放水庭11の水中に排出
される。

ところで、水車に流れる水量は、負荷または上水槽水
位によって自動的に制御されて逐次制御され変化する。
従って、吸出し管７の水位を一定に保つためには水車室
内の負圧の状況を精密に調整しなければならない。また
この水位は混入空気量や水系で定まる動揺を生じ、調整
は困難である。

弁装置20によって放水庭11からの空気の吸込み量を調
整することにより、吸出し管７の水位を一定に保つ調整
が容易となる。

上述した貫流水車では、ランナ１の外周から放出され
た水は室Ｂ側を通って放水庭11に吐出されることにな
る。水車室内の空気が放水庭11に放出された水車内が負
圧になると、吸出し管７内は水位が上昇するが、室Ｂで
は水車内の空気が多量に含まれた比重の小さい水が存在
し、室Ａでは放水庭11内の空気の含有量が少ない水が上
昇してくることになる。また、室Ａ内の水はほとんど流
れないので含有空気は浮上し空気泡の非常に少ない水と
なる。

即ち、弁装置20の調整によって吸出し管７内の水位は
隔壁19の上端に近づく。この時、室Ｂ内の水は比重が小
さいので水位が高く、室Ａ内の水は比重が大きいので水
位が低くなり、室Ｂからは水と一緒に空気が吐出され、
室Ａでは専ら空気が浮上している。

室Ｂ内の水位が隔壁19の上端に達すると、水はオーバ
ーフローして室Ａ内に流れ込み、室A,Bの両方が水路と
なって室Ａからもランナ１を通過した水が吐出される。

水の中に含有される空気は流れに逆らって浮上しよう
とするが、室A,B両室からの水が排出されるため、室A,B
両室の水速から定まる量の空気泡が放水庭11に吐出す
る。

従って、弁装置20によって放水庭11からの空気の吸込
み量を調整することにより、吸出し管７の水位を一定に
保つことができる。

上述した貫流水車では、室Ｂで排出できる水量を越え
た水量が流れ込むと、隔壁19を越えて室Ａからも排出す
る。このため、流量変化に対する水位の変化は、隔壁19
を越流する水量に見合った高さ（越流高さ）だけであ
り、大幅な流量変化に対し室Ｂから室Ａへの越流高さだ
けの変化で略一定の水位で運転できる。

この関係を第７図を用いて説明する。

（ａ）は水量が少ない時を示す。水は専ら室Ｂから放
出され、室Ａ側は水が流れないので空気が含入すること
が少なく、室Ｂの水位に対し比重差に相当するh₀だけ低
くなり水は停滞している。弁装置20はこの時の室Ｂの水
位に対応して設定しておく。

（ｂ）は水量が増加した時を示す。水量が増え且つ空
気の吐出量も増加することから、水車室内が更に負圧と
なるため室Ｂの水位はh₁だけ上昇し、水は隔壁19を越え
て室Ａ側にも流れ室A,Bの両方から放出される。従っ
て、室A,Bの両方に流れることから吸出し管７内の流速
は低下し、混入空気の一部は一旦水に混入したものが再
び浮上することになる。

（ｃ）は最大水量に近い状態を示す。（ａ）の時より
も水位がh₂上昇し水は室A,Bと両方に分割して流れるこ
とから、吸出し管７内の流速は室A,B共同じとなり混入
空気の再浮上するものは更に増加する。

このように、水位はh₂だけの変化で最少水量から最大
水量まで弁装置20を調整することなく自動的に排出水路
を選び、極めて安定した水位を保ちながら運転されるこ
とになる。

上述した貫流水車によると、隔壁19を設けて吸出し管
７内を室A,Bに分けたので、室Ｂの最上部付近に水位を
維持するように弁装置20を一点に調整することで、水車
水量や放水庭11の水位に変動があっても吸出し管７の水
位を略一定に保つことができると共に弁装置20の調整も
極めて容易に行なえる。また、吸出し管７内に隔壁19を
設けたことで吸出し管７の剛性，強度が向上する。

以上が隔壁を設けた場合の作用・効果である。

G.考案の効果本考案の貫流水車は、放水庭の水面上とランナの外周
部とを連通路で連通し、ランナの軸方向に延びる拡幅管
を介して水が排出される部位の後ろ側のランナの外周近
傍に連通路を開口し、連通路に吸気流量調整弁を設けた
ので、放水庭部の空気を簡単な弁装置によってランナの
外周部に回転方向に向けて供給することができる。この
結果、ランナブレードに付着した水を吹き飛ばして次の
ステージの水ジェットの吹き込みを円滑とし、水車内部
の空気の流れを整え、ランナへの水の巻き込みを阻止し
て空気を水車室内に供給し、水と空気の流れを整えると
共に水車室内の負圧を容易に調整でき、放水面の高さを
維持して水車効率向上が図れる。

また、放水庭と水車室内とで空気を循環させるため、
外部からの空気を水車室内に導入する弁装置を水車室に
設ける必要がなく、水車室外からの空気の補給や放水庭
の空気抜きが不要で、吸気音が生じない静粛な運転が可
能になる。

また、吸気流量調整弁を連通路に設けたことにより、
水車内部及び水車室と外部とを連通する開口が存在せ
ず、水位が上昇しても外部からの水の逆流がない。ま
た、水車内部及び水車室と外部とを連通する開口が存在
しないので、負荷急変時等に外部への水漏れが防げる。

また、吸気流量調整弁は水車室ケーシングの連通路に
設けられているので、吸気流量調整弁の調整が容易に行
なえ、放水管の圧力状況を見ながら吸気流量調整弁の調
整作業ができると共に、保守点検が容易に実施できる。

更に、連通路によって水車室ケーシングに構造物が追
加された状態になり、強制剛性が向上して振動・騒音が
減少し、安全性の向上及び環境改善が図れる。

この結果、水量や放水庭水位の変化に係わらず吸出し
管内の放水面の水位を高い位置に維持することが、特別
な技術や高価な弁装置を必要とせず容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る貫流水車の断面側面
図、第２図はその吸出し管の構造概念図、第３図はその
連通路出口部の概略斜視図、第４図は第３図中の部分断
面図、第５図は弁装置の断面図、第６図は第５図中のVI
-VI線断面図、第７図は吸出し管の水流説明図、第８図
は従来の貫流水車の一部破断斜視図である。図面中、１はランナ、７は吸出し管、11は放水庭、16は下部連通
路、17は上部連通路、18は拡幅管、19は隔壁、20は弁装
置である。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ランナブレードが円筒状に配されたランナ
を水車室ケーシングに回転自在に支持し、該ランナを回
転させた水を放水庭に放水する吸出し管を前記水車室ケ
ーシングに備えた貫流水車において、前記放水庭の水面
上部と水が排出される部位の回転方向後ろ側の前記ラン
ナの外周近傍とを連通する連通路を前記水車室ケーシン
グに設け、前記ランナの軸方向に延びて該ランナに近接
すると共に該ランナの回転方向に向けて空気を導入する
拡幅管を前記連通路に設け、前記連通路に吸気流量調整
弁を設けたことを特徴とする貫流水車。