JP2956901B2 - 貫流水車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A. 産業上の利用分野 本発明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ったものである。

B. 発明の概要 本発明の貫流水車は、ランナの回転させた吐出水が主
に流水する側とほとんど流水しない側とに隔壁によって
吸出し管内を分割し、主に流水する側が満水した場合に
のみ他方側にも水が流れ込むようにし、水量の多少の変
動に係らず吸出し管内の水位を略一定に保ち、空気導入
手段による空気量調整の容易化を図ったものである。

C. 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５図には従来の貫流水車の構造を表わす断面側面を
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内に回転軸
３を介して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５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、吸出し管７を通して
放水庭の水中に排出される。

この水車の運転中、放水中に空気が混入して排出され
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。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。

D. 発明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。

本発明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
することが容易な貫流水車を提供することを目的とす
る。

E. 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発明の構成は、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、前記水車室内の空気圧力を調整する
空気導入手段を備え、前記ランナを回転させた水を排出
する吸出し管を前記水車ケーシングに備えた貫流水車に
おいて、前記吸出し管内の水の流れに沿い前記ランナの
回転中心軸と平行で上端が前記吸出し管の上端よりも低
く下端が前記吸出し管の下端近傍に位置する隔壁を前記
吸出し管内に設けたことを特徴とする。

F. 作用 吸出し管内は隔離によって吐出水が主に流水する側と
ほとんど流水しない側とに分割され、主に流水する側が
満水した場合にのみ他方側にも水が流れ込むようになっ
ている。主に流水する側でもって放水面の高さを維持し
ておくことで、水量が増して主に流水する側が満水して
も吐出水は他方側に流れ込み放水面の高さは急上昇しな
い。水量が減った場合、主に流水する側だけに吐出水は
流れ込み、水車室内を減圧することなく放水面の高さを
維持する。

G. 実施例 第１図には本発明の一実施例に係る貫流水車の断面側
面、第２図はその吸出し管の構造概念を示してある。
尚、第５図に示したものと同一物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の内側には断面コ字
型の壁14が設けられ、壁14と吸出し管７とで囲まれた通
路15の下部開口部16は放水庭11の水面上部に開口してい
る。また、通路15の上部開口部17はランナ１に向けて開
口し、通路15の上部開口部17の近傍には開閉弁18が設け
られている。

吸出し管７の内部には隔壁21,22が設けられ、隔壁21
により吸出し管７内は室A,Bに分割されている。隔壁21
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。また、隔壁21は、上端が吸出し管
７の上端よりも低く下端が吸出し管７の下端近傍に位置
して配置されている。隔壁21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。隔壁22は隔壁21に直交している。

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。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に放水され水車内が
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空
気となる。

開閉弁18によって空気の吸込み量を加減することによ
り、吸出し管７内の水位は隔壁21の上端に近づくが、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る。室Ｂ内の水位が隔壁
21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の両方が水路となり室Ａからもランナ
１を通過した水が吐出される。これらの水の中に含有さ
れる空気は流れに逆らって浮上しようとするので、これ
までは室Ｂから水と一緒に空気が吐出され室Ａでは専ら
空気が浮上していたものが室A,B両室からの水が排出さ
れるため、両方の水速から定まる量の空気泡が放水庭11
に吐出する。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遂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開閉弁
18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開閉弁18の調整は困
難である。

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21を越えて室Ａからも排水す
る。このため、流量変化に対する水位の変化は、隔壁21
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３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。開閉弁18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21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室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
水量まで開閉弁18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。

ガイドベーン５が分割されている場合、第３図（ｄ）
に示すように、水幅も規制されて隔壁22で仕切られた更
に狭い室に流れ、水量に対する水位変化を更に小さくす
ることができる。

第４図は水位変化を小さくするために隔壁21と平行な
第二隔壁21aを設け、吸出し管７内をランナ１の回転軸
３と平行方向に三室に分けた例である。

上述した貫流水車によると、隔壁21を、上端が吸出し
管７の上端よりも低く下端が吸出し管７の下端近傍に位
置してを設けて吸出し管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開閉弁18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
と共に開閉弁18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21を設けたことで吸出し管７の剛
性，強度が向上する。

H.発明の効果 本発明の貫流水車は、吸出し管内にランナの回転中心
軸と平行で上端が吸出し管の上端よりも低く下端が吸出
し管の下端近傍に位置する隔壁を設けたので、空気導入
手段による空気量の調整を主に水が流れる側で最適に行
なうことで水車水量及び放水庭の多少の水位変動があっ
ても吸出し管内の水位を略一定に保ち効率の良い運転が
可能である。この結果、水量や放水庭水位の変化に係ら
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
が特別な技術を必要とせず容易に行なえる。また、吸出
し管内に隔壁を設けたことにより、吸出し管の剛性，強
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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
吸出し管内の水流説明図、第４図は本発明の他の実施例
に係る貫流水車の断面側面図、第５図は従来の貫流水車
の断面側面図である。 図面中、 １はランナ、 2,6はケーシング、 ３は回転軸、 ５はガイドベーン、 ７は吸出し管、 11は放水庭、 18は開閉弁、 21は隔壁である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、前記水車室内
   の空気圧力を調整する空気導入手段を備え、前記ランナ
   を回転させた水を排出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、前記吸出し管内の水の
   流れに沿い前記ランナの回転中心軸と平行で上端が前記
   吸出し管の上端よりも低く下端が前記吸出し管の下端近
   傍に位置する隔壁を前記吸出し管内に設けたことを特徴
   とする貫流水車。