JP4148519B2 - Hydroelectric power generation equipment to be installed at the head of agricultural waterways - Google Patents

Hydroelectric power generation equipment to be installed at the head of agricultural waterways Download PDF

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Description

本発明は、農業用水路等の用水路に設置される小型の水力発電装置の分野に関し、特に農業用水路等の落差工に設置して好適な水力発電装置に関する。   The present invention relates to the field of small-sized hydroelectric generators installed in irrigation canals such as agricultural canals, and more particularly to a hydroelectric generator suitable for installation in a drop work such as agricultural canals.

従来、農業用水路には、農業用水の水利権や河川漁業権や地域慣例があり、水流を阻害する障害物や構造物は、原則上、設置できないものである。
農業用水路の水流を利用する水力発電装置も、水路内に設置される物体であり、農業用水の断水や減水、越水を起こす可能性があるために、原則的には、設置はできない環境であった。
Conventionally, agricultural waterways have water rights for agricultural water, river fishery rights and local customs, and obstacles and structures that obstruct water flow cannot be installed in principle.
Hydroelectric power generation equipment that uses the water flow of agricultural canals is also an object installed in the canals, which can cause water outages, water reductions, and overflows in agricultural water. there were.

ただ、農業用水を使用した水力発電装置でも、水利権や地域慣例が許容する範囲では、設置の可能性があり、又、その他の水路では、その水流をエネルギー資源として利用できるので、制約のある状況ではあるが水路発電の開発は多数なされていた。
勿論、農業用水以外でこのような拘束のない環境においては、水路発電の需要は、クリーン発電であるために根強くある。
However, hydroelectric power generation equipment using agricultural water can be installed within the limits permitted by water rights and local customs, and other waterways can be used as energy resources, so there are restrictions. Despite the situation, there have been many developments of hydroelectric power generation.
Of course, in an environment without such restrictions other than agricultural water, the demand for water channel power generation is persistent because it is clean power generation.

さて、従来開発されている水路等の水力発電装置は、特許3425663号「堰板を備えた水車及び水力発電装置」に開示のように、水力発電装置を「投げ込み式」として、場合によっては水路から、吊り揚げて、障害物にならないような工夫がしてあるものもある。 Well-developed hydroelectric generators such as waterways are disclosed in Japanese Patent No. 3425663 “Hydraulic turbines and hydroelectric generators with weir plates”, and the hydroelectric generators are “throw-in”, and in some cases Some of them have been devised so that they cannot be hindered.

この特許3425663号では、ランナの周りには流量調整環がランナと同軸にガイドベーン内を上下に移動可能に設けられていて、流量調整環の上下動はリンク機構の操作レバーを動かすことにより行うと記載されている。
操作レバーは手動式であることが推測される。そして、水路が洪水のときには、水力発電装置を引き上げるとの記載がある。
引き上げる理由は、障害物となって水流を阻害するのを回避するためである。
この特許技術には、引き上げる前の段階での水流の確保に関する考察はなく、まして停電や機器の故障などの異常時には何ら対応する示唆はないものであった。
操作レバーでガイドベーンを全閉して過剰な回転から発電装置を保守する方法は、発電装置のためには有効でも、ガイドベーンを閉じた状態では、水流からみると、当該発電装置は単なる障害物になってしまい、下流では水流がかなり阻害され、農業用水路としては、許容できない状態となる。
異常事態として、発電装置のガイドベーン(取水翼)を閉じて水流を制御しては、下流域では、必要量の水が供給されない状況も生じる場合もあり、上流域では、水が水路から溢れ出し、過剰な水を近在の田畑に、流し込んでしまう可能性もある。
又、水力発電装置を頻繁に逐時水路から引き上げることは至難である。
In Japanese Patent No. 3425663, a flow rate adjusting ring is provided around the runner so as to be movable up and down in the guide vane coaxially with the runner, and the flow rate adjusting ring is moved up and down by moving an operation lever of the link mechanism. It is described.
The operating lever is assumed to be manual. There is a description that when the waterway is flooded, the hydroelectric generator is lifted.
The reason for raising is to avoid obstructing the water flow as an obstacle.
In this patented technology, there was no consideration about securing the water flow at the stage before pulling up, and there was no suggestion to cope with any abnormality such as a power failure or equipment failure.
Although the method of maintaining the power generation device from excessive rotation by fully closing the guide vane with the operation lever is effective for the power generation device, when the guide vane is closed, the power generation device is a mere obstacle when viewed from the water flow. In the downstream, the water flow is considerably hindered, making it unacceptable for agricultural waterways.
As an abnormal situation, if the guide vanes (intake blades) of the power generator are closed and the water flow is controlled, there may be a situation where the required amount of water is not supplied in the downstream area. In the upstream area, water overflows from the water channel. There is a possibility that excessive water will be poured into the nearby fields.
In addition, it is very difficult to frequently lift the hydroelectric generator from the water channel.

特許3425663号の発電装置は投げ込み式であるので、異常時には水路から本体を吊り上げて開放すれば最終的には水流は復元するが、そこに至るまで実際的には操作レバーでガイドベーンを調節すると想像されるが、手動でのガイドベーン調整は手間が多く、緊急時には実際には対応しにくいと推測される。
又、増水による過剰回転から発電機を保守するためには、従来はガイドベーンを閉じて過剰水流を制御遮断して、発電機に過剰の負荷をかけないようにすることが多いが、水流調整は、越水を招き、前記のように課題が残る。
特許3425663号 「発明の名称:堰板を備えた水車及び水力発電装置」
Since the power generation device of Japanese Patent No. 3425663 is a throw-in type, if the main body is lifted from the waterway and opened in the event of an abnormality, the water flow will eventually be restored, but until reaching that point, the guide vane is actually adjusted with the operating lever As can be imagined, manual guide vane adjustment is troublesome and it is presumed that it is difficult to handle in an emergency.
In addition, in order to maintain the generator from excessive rotation due to increased water, the guide vanes are conventionally closed and the excess water flow is controlled and cut off to prevent excessive load on the generator. Invite water over and leave challenges as described above.
Japanese Patent No. 3425663 “Title of Invention: Water Turbine and Hydroelectric Generator with Dam Plate”

本発明は、現代のクリーンエネルギーの利用が高まる中で、農業用水等の水路の落差を利用した水力発電装置であって、流水を常に阻害することのない農業用水路等に設置可能な水力発電装置の開発を課題とするものである。   The present invention is a hydroelectric power generation apparatus that uses the head of a waterway such as agricultural water while the use of modern clean energy is increasing, and can be installed in an agricultural waterway that does not always impede running water Development is a challenge.

本発明では、農業用水路において、いかなる状況でも、水力発電装置が水路の障害物と化さないように、どのような水路状況でも、最終的には水流を阻害しないようにすることが、核心の課題である。 In the present invention, in order to prevent the hydroelectric power generation apparatus from becoming an obstacle to the waterway in any situation in the agricultural waterway, it is important not to obstruct the water flow in any waterway condition. It is a problem.

そのために、第一の目的としては、水力発電装置を設置して堰き止めることによっても、水流を害しないように、越水が起きることがないようなシステム全体構想をすることである。
水力発電装置を設置したままでも、配電線の停電や水車ほかの機器の故障等の異常事態に対応して、水流を阻害しない構成の装置の開発が第一の課題である。
そして、第二の目的は、最終的に水流を阻害しないように、ともかく、水力発電装置自体が水路固定型ではなく、水路からいつでも容易に外せるような構造を企図した。
Therefore, the first purpose is to design the entire system so that no water overflow occurs so as not to harm the water flow even if a hydroelectric generator is installed and blocked.
Even with the hydroelectric generator installed, the first challenge is to develop a device that does not obstruct the water flow in response to an abnormal situation such as a power failure of the distribution line or a malfunction of the water turbine or other equipment.
And the 2nd objective conceived the structure where the hydroelectric power generation device itself is not a water channel fixed type and can be easily removed from the water channel anytime so as not to disturb the water flow in the end.

この第二の目的のために、本発明の水力発電装置は、水路に既設される固定用の外枠をまず設け、この外枠から水力発電装置をいつでも容易に外せるような着脱自在な自重固定式とした。
固定用の外枠自体も、水路の障害にならないように、側枠は、水路幅より幅広で外嵌する幅寸法で設計される。
固定用の外枠は、下流を向いた前側には、堰として水を一定容積滞留でき、且ついつでも開放できるように、ハンドルで昇降動する水門扉を設けている。
異常増水の場合は、水門を開放して、下流に増水流を流すこともできるし、水門の閉塞形態(2枚の板の昇降で、上部の水、下部の水、中間の水を選択して任意に流すことができるもの等がある)では、増水した上部の水を下流に放流しながら、下部水流の流れで同時に発電を継続することもできる。
For this second purpose, the hydroelectric generator of the present invention is first provided with an outer frame for fixing that is already installed in the water channel, and is detachable by its own weight so that the hydroelectric generator can be easily removed from the outer frame at any time. Formula.
The side frame is designed to have a width that is wider than the water channel and fits outside so that the fixing outer frame itself does not become an obstacle to the water channel.
The fixing outer frame is provided with a sluice door that moves up and down with a handle so that a fixed volume of water can be retained as a weir and can be opened at any time on the front side facing downstream.
In the case of abnormal water increase, the water gate can be opened to allow the water flow to flow downstream, or the water gate can be closed (up and down the two plates to select upper water, lower water, and intermediate water). In other cases, it is possible to continue the power generation simultaneously with the flow of the lower water flow while discharging the increased upper water downstream.

次に、農業用水路などは、比較的水量が少なく且つ水量の変動が大きく、そして落差が大きくない平野地にあり、落差エネルギーがあまり大きくない水路が多い。
単に平坦な底が連続する水路の中に、水力発電装置を置いた構造では、堰き止める溝の深さでしか落差エネルギーを得ることができないため、浅い平坦な底が連続する用水路にそのまま水力発電装置を設置する形態では、発電効率が低い。
Next, agricultural waterways and the like are in a plain where the amount of water is relatively small and the fluctuation of the water amount is large and the head is not large, and there are many waterways where the head energy is not so large.
In a structure in which a hydroelectric generator is placed in a channel with a flat bottom, it is possible to obtain head energy only at the depth of the groove to be dammed. In the form of installing the device, the power generation efficiency is low.

そこで、第三の目的として、単に平坦な底が連続する水路を堰き止めるのではなく、落差エネルギーを安定してその場所に集中化するために、落差工での発電を企図しこれに好適な発電装置を目的とした。
農業用水路には既設の落差工が多数あるので、基本的にはそれを利用できる。
落差工を新設する場合は、水路の水流を調査し、年間水量状況を解析し、その地点での発生エネルギーを算出し、その上で場所を選定する。そこに固定用の外枠を設置する。
尚、自然の地形で適切な落差がある場所でも応用できることはいうまでもない。
Therefore, as a third purpose, instead of simply damming a water channel with a continuous flat bottom, in order to stably concentrate the head energy at the place, power generation by head work is contemplated and suitable for this. Aimed at power generation equipment.
Agricultural waterways have many existing drop works, which can be used basically.
When constructing a new drop work, investigate the water flow in the channel, analyze the annual water volume, calculate the energy generated at that point, and then select the location. A fixed outer frame is installed there.
Needless to say, the present invention can be applied even in a natural terrain where there is an appropriate head.

平野地の農業用水路に於いては、水量の変動が多く、低落差の場所が多いために単に水流だけでのエネルギーでは発電は難しく、水量も多くないことから、かえって水力発電装置には、高効率の発電機能が求められる。
加えて、配電線の停電や水車等の機器の故障などの異常時にも、水力発電装置が水流を阻害することなく、下流への一定流水量を確保することが求められる。
又移設の必要や、更に緊急状態も想定できるため、水力発電装置の設置および取外しが容易に行える構造とすることが求められる。
In plain agricultural waterways, there are many fluctuations in the amount of water, and there are many places with low heads, so it is difficult to generate electricity with only the energy of the water flow, and the amount of water is not large. An efficient power generation function is required.
In addition, even when there is an abnormality such as a power failure of a distribution line or a failure of a device such as a water turbine, it is required that the hydroelectric generator secure a constant amount of water flow downstream without obstructing the water flow.
Moreover, since it is necessary to relocate and even an emergency state can be assumed, it is required to have a structure that allows easy installation and removal of the hydroelectric generator.

第四の目的として、このような水路状況に適し、水力発電装置自体が、発電を高効率でできる構造の開発を企図した。 The fourth purpose was to develop a structure that is suitable for such a channel condition and that the hydroelectric generator itself can generate electricity with high efficiency.

この目的のために、口広の吸出し管で囲繞された反動型水車ランナベーン(翼付きの回転体)に立軸構造の回転軸を設け、この回転軸へ直接又は伝達機構を連結してなる発電機と、前記反動型水車ランナベーンに安定水流を落とし込むガイドベーンをランナベーンの上方に設け、前記ランナベーン及び前記ガイドベーンは、配電線の停電や水車や発電機の故障等の異常時にそれぞれ自動的に全開する駆動装置を備えていて、これらがケースに収納され一体ユニットとした水力発電装置を開発した。 For this purpose, a generator comprising a reaction-type water turbine runner vane (rotary body with wings) surrounded by a wide suction pipe provided with a rotating shaft having a vertical shaft structure and a transmission mechanism connected directly to the rotating shaft. And a guide vane for dropping a stable water flow into the reaction-type water turbine runner vane is provided above the runner vane, and the runner vane and the guide vane are automatically fully opened in the event of an abnormality such as a power failure of a distribution line or a failure of a turbine or a generator. We have developed a hydroelectric generator that has a drive unit and is housed in a case to form an integrated unit.

本発明では、水車機構を、水車発電機の回転数および負荷を調整するための流量を制御するガイドベーン(取水翼)と、これに連動し流入量に対し最も発電効率が高い角度位置で回転する可変翼のランナベーン(翼付き回転体)を組合せた構造として、高効率運転を可能にしている。   In the present invention, the water turbine mechanism is rotated at the angular position where the power generation efficiency is the highest with respect to the inflow amount in conjunction with the guide vane (intake blade) for controlling the flow rate for adjusting the rotation speed and load of the water turbine generator. High-efficiency operation is possible by combining a variable vane runner vane (rotary body with vanes).

そして、立軸構造の反動型水車に直接又は伝達機構で連結した発電機、ガイドベーンとその流量角度調整の駆動装置、ランナベーンとその流量角度調整の駆動装置を一体ユニットとした水力発電装置を、水路の落差工に取外し自在に設置し、異常検知時には、ランナベーン及びガイドベーンの両方又は一方を自動的に全開にする機能を備えたことを特徴とする農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置を案出した。
流量角度調整の駆動装置は、異常検知装置と、電源となる蓄電池を備えている。
停電や水車および発電機の故障などによる異常時には、ランナベーン及びガイドベーンの角度を変えて流量角度調整をする蓄電池を電源とする駆動装置は、従来のように閉じる方向に作動させるのではなく、ベーンの角度を変えて流量を最大にするように、ランナベーン及びガイドベーンを全開にするように作動する構造とした。
ランナベーン及びガイドベーンのいずれもが全開方向に駆動できるので、両方を同時に又はいずれか一方を選択的に駆動して、流路を確保することができる。
両方を全開にするか、一方のみを全開にするかは、水量や異常の状態に応じて適宜設定できる。
Then, a generator connected directly or with a transmission mechanism to a reaction-type water turbine having a vertical shaft structure, a drive device for adjusting the flow angle of the guide vane, and a hydroelectric device having an integral unit of the drive device for adjusting the flow angle of the runner vane, A hydroelectric power generator installed in a headway of an agricultural waterway or the like, which has a function of automatically installing both a runner vane and a guide vane at the time of abnormality detection. Devised.
The drive device for adjusting the flow rate angle includes an abnormality detection device and a storage battery serving as a power source.
In the event of an abnormality due to a power outage or failure of a water turbine or generator, the drive unit that uses a storage battery that adjusts the flow angle by changing the angle of the runner vanes and guide vanes is not operated in the closing direction as in the prior art. The structure is such that the runner vanes and guide vanes are fully opened so as to maximize the flow rate by changing the angle.
Since both the runner vanes and the guide vanes can be driven in the fully open direction, the flow path can be secured by driving both at the same time or one of them selectively.
Whether both of them are fully opened or only one of them can be fully opened can be appropriately set according to the amount of water and the abnormal state.

この構成のために、停電や水車および発電機の異常時にも、ランナベーン及びガイドベーンによって最大通過流路が形成され、水流は確保され、水路の遮断は起こらない。
水力発電装置を通過するときに、障害なく、水が流れるものとなっている。
Because of this configuration, even in the event of a power outage or a malfunction of the water turbine and generator, the runner vane and the guide vane form the maximum passage flow path, the water flow is ensured, and the water channel is not blocked.
When passing through the hydroelectric generator, water flows without any obstacles.

水車は、当該落差工の想定最大流量水に耐えうる高速回転能力を備えた立軸構造の反動型水車としている。
ガイドベーンが全開になっても高速回転に耐える水車発電機は、ガイドベーンの通過水量の計算で当該落差工に適切な能力のものが設計されている。
The water turbine is a recoil-type water turbine with a vertical shaft structure that has a high-speed rotation capability capable of withstanding the assumed maximum flow rate water of the drop work.
A turbine generator that can withstand high-speed rotation even when the guide vane is fully open has been designed with a capacity suitable for the drop work by calculating the amount of water passing through the guide vane.

また本発明では、装置の運搬、現場での据付、取外し、メンテナンスを容易にするために、水力発電装置の、水車、発電機、および駆動機構など付帯機構の全てを一体構造としている。
水力発電装置の下枠台が、取付け固定用の外枠に自重嵌合する着脱自在の構造とし、水車発電機が万一故障の時にはクレーンで本体を吊り上げ外せるようになっている。
Further, in the present invention, in order to facilitate the transportation, on-site installation, removal, and maintenance of the apparatus, all the incidental mechanisms such as the water turbine, the generator, and the drive mechanism of the hydroelectric power generation apparatus are integrated.
The lower frame base of the hydroelectric power generator has a detachable structure that fits its own weight on the outer frame for mounting and fixing, so that the main body can be lifted and removed by a crane in the event of a turbine generator failure.

本発明の農業用水路の水路に設置する水力発電装置は、上記の説明のように、使用中の農業用水路等に設置した状態で、異常時でも断水、越水することなく農業用水を安定して流しながら、安全で高効率発電を行い、且つ、据付、撤去、メンテナンスが容易な水力発電装置を提案するものである。
本発明には、次の技術的効果がある。
As described above, the hydroelectric power generation device installed in the agricultural canal of the present invention is stable in the agricultural water without being interrupted or overflowed even in an abnormal state when installed in an agricultural canal that is in use. We propose a hydroelectric power generation system that is safe and highly efficient while flowing, and that is easy to install, remove, and maintain.
The present invention has the following technical effects.

(A)水力発電装置が、水路に設置された外枠に自重嵌合する着脱自在の一体構造であるので、取付け取外しや、メンテナンスが容易である。
(B)水路には落差工が設けられ、その落差下流に外枠が、水流を阻害することなく設置されて、落差エネルギーを集中できる。
(C)立軸構造の反動型水車としたので、水力発電装置の制作や、設置費用、メンテナンスが、回転軸を水路幅方向にする水車型水力発電装置を想定した場合に比べても、小型化でき、経済的である。
加えて、回転駆動が水中でなされるため、騒音などの問題もない。
(D)水力発電装置がケースに収納された一体的ユニットであるため、工場生産ができ、運搬、吊りさげ施工が容易である。
(E)異常時には、ランナベーン及びガイドベーンは自動的に全開して水を流す通路を形成するので、引き上げる前でも十分に長時間の越水の防止ができる。
(F)水路の落差工に設けられ、落差工の下流に、水力発電装置固定用の外枠が設けられるが、外枠には下流側に水門昇降扉を備えているので、この水門扉の開閉でも水流の調整ができる。
(G)水力発電装置を支持固定する外枠は、簡単な矩形枠体で、中断のストッパーで発電装置を支承するだけであり、ストッパーの位置を上げ下げするだけで、取付け高さの微調整ができる。
(A) Since the hydroelectric power generator has a detachable integrated structure that fits its own weight to an outer frame installed in the water channel, attachment / detachment and maintenance are easy.
(B) A drop work is provided in the waterway, and an outer frame is installed downstream of the drop without obstructing the water flow, so that the drop energy can be concentrated.
(C) Since the reaction-type water turbine has a vertical shaft structure, the production, installation cost, and maintenance of the hydroelectric power generator are smaller than when a water turbine-type hydroelectric power generator with the rotating shaft in the waterway width direction is assumed. Can be economical.
In addition, since the rotational drive is performed underwater, there are no problems such as noise.
(D) Since the hydroelectric generator is an integral unit housed in a case, it can be manufactured in a factory and is easy to carry and hang.
(E) At the time of abnormality, the runner vane and the guide vane are automatically fully opened to form a passage through which water flows, so that it is possible to prevent water overflow for a sufficiently long time before pulling up.
(F) It is provided at the head of the waterway, and an outer frame for fixing the hydroelectric power generator is provided downstream of the head of the head, but the outer frame is provided with a sluice lift door on the downstream side. The water flow can be adjusted by opening and closing.
(G) The outer frame that supports and fixes the hydroelectric generator is a simple rectangular frame that only supports the generator with an interrupted stopper. By simply raising and lowering the position of the stopper, the installation height can be finely adjusted. it can.

本発明に係る農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置ついて、図面を参照して、実施の最良の形態を説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings for a hydroelectric power generator installed in a head work such as an agricultural waterway according to the present invention.

図面の概略を説明すると、
図1は、落差工(1)に設置した一体型の水力発電装置(2)を既設の外枠(3)へ組み込んだ状態の切開側面図である。
図2は、水力発電装置(2)を装填して固定支持する外枠(3)の平面図である。
上方から、水力発電装置を吊りおろして、装填するために上方開放型である。
The outline of the drawing will be explained.
FIG. 1 is a cut-away side view of a state in which an integrated hydroelectric generator (2) installed in a drop work (1) is incorporated into an existing outer frame (3).
FIG. 2 is a plan view of the outer frame (3) that is loaded and fixedly supported by the hydroelectric generator (2).
From above, the hydroelectric generator is hung up and loaded so that it can be loaded.

図3は、手順の説明図であり、水が流れている状態の落差工(1)の斜視図を左に示し、その落差工(1)に水力発電装置(2)を着脱自在に嵌合する外枠(3)を設置する手順を示している。
コンクリート構造の落差工(1)は、水路中途に段差を設けた新設又は既設の構造体で、上段水路(11)と下段水路(12)が、立壁(13)で落差をもって形成され、上流水位(14)と、下流水位(15)に水位差がある構造である。
図4は落差工(1)において下流側に既設した外枠(3)に、水力発電装置(2)をクレーンで吊り下げ設置する状態の説明図である。
図5は、落差工(1)を平野地に設けた場合に、落差工(1)の下流の底を徐々に上げて自然の傾斜に戻すように水路の傾斜を回復形成した状態の断面図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the procedure, and a left perspective view of the head work (1) in a state where water is flowing is shown. The hydroelectric generator (2) is detachably fitted to the head work (1). The procedure for installing the outer frame (3) is shown.
The concrete structure drop work (1) is a new or existing structure with a step in the middle of the waterway. The upper waterway (11) and the lower waterway (12) are formed with a drop at the standing wall (13). (14) and downstream water level (15) have a difference in water level.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the hydroelectric generator (2) is suspended and installed on the outer frame (3) provided on the downstream side in the drop work (1) with a crane.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the slope of the water channel is restored and formed so that the bottom downstream of the drop work (1) is gradually raised and returned to the natural slope when the drop work (1) is provided on a plain. It is.

以上の図面の概略説明に続き、構成部分ごとに詳説すると、
外枠(3)は、農業用水路等に段差を設けた落差工(1)においてその下流側へ設置される。外枠(3)は、水路幅より幅広である側枠と、前側にハンドル(30)の手動操作で昇降動して開閉する水門扉(31)を備えて一定滞留容積を有するように設置された矩形の枠体である。下方中間にストッパー(4)を設けてあり、このストッパー(4)に、水力発電装置(2)を載置して支承する。
ストッパー(4)の位置を上下に調整すれば、水力発電装置(2)の取付け位置の微調整ができる。
Following the schematic description of the above drawings, each component will be described in detail.
The outer frame (3) is installed on the downstream side in the drop work (1) provided with a step in an agricultural waterway or the like. The outer frame (3) includes a side frame that is wider than the channel width, and a sluice door (31) that opens and closes by a manual operation of the handle (30) on the front side, and is installed so as to have a constant retention volume. A rectangular frame. A stopper (4) is provided in the lower middle, and the hydroelectric generator (2) is placed on and supported by the stopper (4).
If the position of the stopper (4) is adjusted up and down, the mounting position of the hydroelectric generator (2) can be finely adjusted.

前記落差工(1)は、上流側と下流側を中途の立壁(13)で段差を形成してあり、さらには図5で示すように、下流側の水路が下流になるに従い徐々に高い底になって自然傾斜に復元する傾斜底形態に形成したものである。 The head drop (1) forms a step between the upstream side and the downstream side with an intermediate wall (13), and as shown in FIG. 5, the bottom gradually increases as the downstream water channel becomes downstream. In this way, it is formed into an inclined bottom shape that is restored to a natural inclination.

水力発電装置(2)は、当該落差工(1)の最大流量水に耐えうる高速回転能力を備えて、且つランナに接続する被動回転軸を垂直方向に立設した立軸構造の反動型水車と、前記回転軸へ直接又は伝達機構を連結して回転し発電する発電機(9)と、ガイドベーン(5)とその流量角度調整の駆動装置(6)、ランナベーン(7)とその流量角度調整の駆動装置(8)、付帯設備とを、一体ユニットとしたものである。
ガイドベーン(5)はランナベーン(7)への流入水量を調節して、水流の安定に有用である。
発電機(9)は、落差工(1)の流量によって選択でき、永久磁石式交流発電機(9)、誘導発電機(9)、同期発電機(9)などで特に限定するものではない。
例えば、永久磁石式同期発電機(9)とその回転数制御をするパワーコンデショナをケース(23)内にビルトインしておき、さらにランナベーン(7)の駆動装置(8)及びガイドベーン(5)の駆動装置(6)を設けることで、より水流の阻害を防止するように設計することもできる。
The hydroelectric generator (2) has a high-speed rotation capability that can withstand the maximum flow rate water of the head drop (1), and a reaction-type water turbine having a vertical shaft structure in which a driven rotation shaft connected to a runner is vertically erected. A generator (9) that rotates and generates power by directly or directly connecting a transmission mechanism to the rotating shaft, a guide vane (5), a drive device (6) for adjusting the flow angle thereof, a runner vane (7), and adjusting the flow angle thereof The drive device (8) and the incidental equipment are integrated into a unit.
The guide vane (5) is useful for stabilizing the water flow by adjusting the amount of water flowing into the runner vane (7).
The generator (9) can be selected according to the flow rate of the drop head (1), and is not particularly limited by a permanent magnet type AC generator (9), an induction generator (9), a synchronous generator (9), or the like.
For example, a permanent magnet type synchronous generator (9) and a power conditioner for controlling the number of revolutions thereof are built in the case (23), and the drive device (8) and the guide vane (5) of the runner vane (7) are further provided. By providing the driving device (6), it can be designed to prevent the water flow from being hindered.

そして、水力発電装置(2)は、前記のような設置環境をクリアした落差工(1)に取外し自在に設置される水力発電装置(2)であって、立軸構造の反動型水車である一体ユニットとしての前記水力発電装置(2)は、異常検知時には、ランナベーン(7)及びガイドベーン(5)を自動的に全開にする機能を備えたことを特徴とする。 The hydroelectric generator (2) is a hydroelectric generator (2) that is detachably installed on the drop head (1) that has cleared the installation environment as described above, and is a reaction-type water turbine having a vertical shaft structure. The hydroelectric generator (2) as a unit has a function of automatically opening the runner vanes (7) and guide vanes (5) when an abnormality is detected.

全開にする機能とは、配電線の停電や、水車や発電機(9)の故障等の異常検知時にそのベーンの角度を変移して流量調整により水車の回転数を調整するもので、自動的にランナベーン(7)及びガイドベーン(5)の角度を変えて水流に対して抵抗を最小限にする角度に変移できる駆動装置(8)及び駆動装置(6)を備えていることである。
換言すれば、駆動装置(6)(8)は、異常検知時に、ランナベーン(7)及びガイドベーン(5)を自動的に全開(最小抵抗角度)にする。
ランナベーン(7)及びガイドベーン(5)が全開になることで、水の流入を止めず、水車が高速回転にすることで、水路に障害物がなくなり、下流に十分な水流を維持できる。
全開には、ランナベーン(7)及びガイドベーン(5)の機械的支持を解き、水流に任せる完全フリー状態にすることも含まれる。
駆動装置(6)(8)は蓄電池電源で常時作動する。
The function to fully open is to adjust the rotation speed of the water turbine by adjusting the flow rate by changing the vane angle when detecting an abnormality such as a power failure of the distribution line or a failure of the turbine or generator (9). The drive device (8) and the drive device (6) that can change the angle of the runner vane (7) and the guide vane (5) to an angle that minimizes the resistance to water flow are provided.
In other words, the drive devices (6) and (8) automatically open the runner vanes (7) and the guide vanes (5) (minimum resistance angle) when an abnormality is detected.
When the runner vane (7) and the guide vane (5) are fully opened, the water turbine is rotated at a high speed without stopping the inflow of water, so that there is no obstacle in the water channel, and a sufficient water flow can be maintained downstream.
Full opening also includes releasing the mechanical support of the runner vanes (7) and guide vanes (5) and leaving them completely free to the water stream.
The driving devices (6) and (8) are always operated by a storage battery power source.

水力発電装置(2)は、口広の吸出し管(22)で囲繞された反動型水車ランナベーン(7)に立軸構造の回転軸に直接又は伝達機構で連結してなる発電機(9)と、前記反動型水車ランナベーン(7)に安定水流を落とし込むガイドベーン(5)を前記ランナベーン(7)の上方に設け、前記ランナベーン(7)及びガイドベーン(5)は、配電線の停電や水車や発電機(9)の故障等の異常時に検知装置で自動的に全開する駆動装置(8)及び駆動装置(6)を備えていて、これらがケース(23)に収納され一体ユニットとしている。 The hydroelectric generator (2) includes a generator (9) connected to a reaction type turbine runner vane (7) surrounded by a wide suction pipe (22) directly or with a transmission shaft of a vertical shaft structure, A guide vane (5) for dropping a stable water flow into the reaction-type water turbine runner vane (7) is provided above the runner vane (7). The runner vane (7) and the guide vane (5) A drive device (8) and a drive device (6) that are automatically fully opened by the detection device when there is an abnormality such as a failure of the machine (9) are provided, and these are housed in a case (23) to form an integrated unit.

水力発電装置(2)は、農業用水路等の落差工(1)の下流側である下段水路(12)に既設された中間にストッパー(4)を備えた外枠(3)に、その自重で鍔縁を係止して、嵌合固定して着脱自在に設置される。 The hydroelectric power generation device (2) is attached to the outer frame (3) provided with a stopper (4) in the middle of the lower waterway (12) downstream of the head work (1) such as an agricultural waterway. The hook edge is locked, fitted and fixed, and is detachably installed.

前記外枠(3)へ水力発電装置(2)を取り付けるにあたっては、立軸構造の反動型水車である一体ユニットとしての水力発電装置(2)を、少なくとも水車ランナベーン(7)の上方に位置するガイドベーン(5)が落差工(1)の上流側の底より低い位置になるように配置される。 In attaching the hydroelectric generator (2) to the outer frame (3), the hydroelectric generator (2) as an integral unit, which is a reaction type water turbine having a vertical shaft structure, is positioned at least above the turbine runner vane (7). It arrange | positions so that a vane (5) may become a position lower than the bottom of the upstream of a drop work (1).

一体ユニットとしての水力発電装置(2)は、落差工(1)に予め施工された外枠(3)へ、自重で支持する構造で、取付け取外しを自在にし且つクレーンで吊り上げだけの作業として着脱を容易にしている。 The hydroelectric generator (2) as an integrated unit is supported by its own weight on the outer frame (3) pre-installed in the drop work (1). Making it easy.

このように本発明は、水車を、発電機(9)の回転数および負荷を調整するための流量を制御するガイドベーン(5)と、これに連動し流入量に対し最も発電効率が高い角度位置で回転する可変翼のランナベーン(7)を組合せた構造として、且つ水車の異常時にランナベーン(7)及びガイドベーン(5)をそれぞれ全開にする駆動装置(8)及び駆動装置(6)を設けて、その両方又は一方を全開にすることで、断水や越水を防止して、高効率運転を可能にしたものである。 As described above, the present invention provides the guide vane (5) for controlling the flow rate for adjusting the rotational speed and load of the generator (9) and the angle at which the power generation efficiency is highest with respect to the inflow amount in conjunction with this. A drive device (8) and a drive device (6) are provided which are combined with a variable vane runner vane (7) rotating at a position and which fully open the runner vane (7) and the guide vane (5) when the water turbine is abnormal. By fully opening both or one of them, it is possible to prevent water outages and overflows and enable high-efficiency operation.

以上の実施の形態は、あくまで要部の一例を示すものであり、水力発電装置(2)を支持する外枠(3)内に流木や産業廃棄物等の異物が進入するのを防ぐためスクリーンを上流域に設置するなどの付帯設備や蓄電設備等のエネルギーの保管手段、送電設備は、当然に配備される。
又、外枠(3)自体も、落差工(1)から取外しが可能なように設計することもできるし、
その材質を軽金属製にして軽量化を図ることなども可能である。
この実施形態は、落差立壁(13)が1〜2m位、水量3トン〜30トン/秒程度の流量の落差工(1)を想定したものであるが、もっと小さな落差や水量の落差工(1)でも実施可能である。又、落差工(1)は、通常は新たに工作施工されるが、既設の設備を利用してできる場合もある。
The above embodiment is merely an example of a main part, and a screen for preventing foreign matter such as driftwood and industrial waste from entering the outer frame (3) that supports the hydroelectric generator (2). As a matter of course, energy storage means and power transmission equipment such as auxiliary equipment such as installing the power supply in the upstream area, power storage equipment, and the like are deployed.
Also, the outer frame (3) itself can be designed so that it can be removed from the drop work (1).
It is also possible to reduce the weight by using a light metal material.
This embodiment assumes a drop work (1) with a drop standing wall (13) of about 1 to 2 m and a flow rate of 3 to 30 tons / second, but a smaller drop or a drop work ( 1) is also possible. Moreover, although the drop work (1) is usually newly constructed, there are cases where it can be made using existing equipment.

本発明に係る農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置は、比較的平坦な平野地の水路において、落差を創出し、水の落差エネルギーを集中させて、高効率で発電するものであり、農業用水路の水流を遮断することがない特徴がある。
(A)水路に落差を作り出して落差エネルギーを集約しながら発電する小型発電機であるので、場所的条件を比較的緩やかにすることができるため、平野地や都会でも利用できる。発電で得た電気で電動ポンプを駆動して、田畑への水のくみ上げ、貯水、脱穀作業などには最適に利用できる。
(B)水路に連鎖的に設置することができるので、発電量の需要変化に対応できる。 一体的ユニットであるので、降雪などにも影響されにくく、耐久性のある構造であるので、地域を選ばない汎用利用が可能である。冷暖房への利用や、道路と平行して水路がある場合には、照明電源や融雪のための熱にも利用できる。
(C)機器の異常を検知して、ベーンを全開する機構は、当然一般河川への設置でも問題がない構造であるので、ケース内に増速機やブレーキ、トランスその他のパワー電力デバイスを付設して、更に大型に設計することも可能である。
The hydroelectric power generator installed in the head of the agricultural canal, etc. according to the present invention generates a head in a relatively flat plain waterway, and concentrates the water head energy to generate power with high efficiency. It has a feature that does not block the water flow of agricultural canals.
(A) Since it is a small generator that generates power while creating a head in the waterway and consolidating the head energy, it can be used in plains and cities because the location conditions can be made relatively gentle. Electric pumps can be driven by electricity generated by power generation, and can be optimally used for pumping water into the fields, storing water, and threshing.
(B) Since it can be installed in a chain in a waterway, it can cope with a change in demand for the amount of power generation. Since it is an integrated unit, it is not easily affected by snowfall and has a durable structure, so it can be used in any area. When there is a water channel in parallel with the road, it can also be used for lighting power and heat for melting snow.
(C) The mechanism that detects abnormalities in the equipment and opens the vanes is a structure that will naturally have no problem even when installed in a general river. A gearbox, brakes, transformer, and other power power devices are installed in the case. Thus, it is possible to design a larger size.

落差工(1)に設置した水力発電装置(2)を外枠(3)に取り付けた状態の切開側面図であるIt is an incision side view of the state which attached the hydroelectric generator (2) installed in the drop work (1) to the outer frame (3) 水力発電装置(2)を固定支持する外枠(3)の平面図である。It is a top view of the outer frame (3) which fixes and supports a hydroelectric generator (2). 落差工(1)に外枠(3)を設置する手順の説明図である。It is explanatory drawing of the procedure which installs an outer frame (3) in a head work (1). 既設した外枠(3)に、水力発電装置(2)をクレーンで吊り下げ設置する状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which hangs and installs a hydroelectric generator (2) with the crane in the existing outer frame (3). 落差工(1)の段差下流の底を徐々に上げて自然の傾斜に戻すように水路の傾斜を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which formed the inclination of the waterway so that the bottom of the level | step difference downstream of a drop work (1) may be raised gradually, and it may return to a natural inclination.

符号の説明Explanation of symbols

1 落差工
11 上段水路
12 下段水路
13 立壁
14 上流水位
15 下流水位
2 水車、発電機、駆動機構付帯設備を一体ユニットとした水力発電装置
22 吸出し管
23 ケース
3 外枠
30 ハンドル
31 水門扉
4 ストッパー
5 ガイドベーン
6 ガイドベーンを駆動する駆動装置
7 ランナベーン
8 ランナベーンを駆動する駆動装置
9 発電機


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drop work 11 Upper stage water channel 12 Lower stage water channel 13 Standing wall 14 Upstream water level 15 Downstream water level 2 Hydroelectric power generation device 22 with a turbine, a generator, and a driving mechanism attached as an integrated unit 22 Suction pipe 23 Case 3 Outer frame 30 Handle 31 Sluice door 4 Stopper 5 Guide vane 6 Drive device for driving guide vane 7 Runner vane 8 Drive device for driving runner vane 9 Generator


Claims (6)

立軸構造の反動型水車に連結した発電機(9)、ガイドベーン(5)とその流量角度調整の駆動装置(6)、ランナベーン(7)を一体ユニットとした水力発電装置(2)を、水路の落差工(1)に設置し、異常検知時には、ガイドベーン(5)を自動的に全開にする機能を備えたことを特徴とする農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 A generator (9), a guide vane (5), a drive device (6) for adjusting the flow angle thereof, and a hydroelectric generator (2) having a runner vane (7) as an integrated unit are connected to a reaction water turbine having a vertical shaft structure. The hydroelectric generator installed in the head of the agricultural waterway or the like, which has a function of automatically opening the guide vane (5) when an abnormality is detected . 請求項1において、落差工(1)に取外しを自在に設置される水力発電装置(2)は、落差工(1)に予め施工された外枠(3)へ、一体ユニットとしての水力発電装置(2)を嵌合構造とし、水力発電装置(2)が自重で固定する構造で、取付け取外しを自在にし且つ着脱を容易にしたことを特徴とする農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 In Claim 1, the hydroelectric generator (2) that can be freely removed from the drop work (1) is connected to the outer frame (3) previously constructed in the drop work (1). Hydroelectric power generation installed in the head of agricultural waterways, etc., characterized in that (2) is a fitting structure and the hydroelectric generator (2) is fixed by its own weight, making attachment and detachment easy and detachable apparatus. 請求項2に記載の外枠(3)は、農業用水路等に設けた落差工(1)の下流側へ、水路幅より幅広である側枠と前側に昇降動して開閉する水門扉(31)を備えて一定滞留容積を有するように設置された外枠(3)であることを特徴とする農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 The outer frame (3) according to claim 2 is a sluice gate (31) that opens and closes by moving up and down to the side frame wider than the water channel width and the front side to the downstream side of the drop work (1) provided in the agricultural water channel or the like. And a hydroelectric generator installed in a drop work such as an agricultural waterway, which is an outer frame (3) installed so as to have a constant residence volume. 前記外枠(3)へ水力発電装置(2)を取り付けるにあたっては、立軸構造の反動型水車である一体ユニットとしての水力発電装置(2)を少なくともランナベーン(7)及びガイドベーン(5)が落差工(1)の上流側底より低い位置になるように着脱自在に嵌合設置し、異常時にはガイドベーン(5)を自動的に全開にする機能を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 In attaching the hydroelectric generator (2) to the outer frame (3), at least the runner vane (7) and the guide vane (5) drop the hydroelectric generator (2) as an integral unit that is a reaction-type water turbine having a vertical shaft structure. The detachable fitting and installation is performed so that the position is lower than the bottom of the upstream side of the work (1), and the function is provided with a function of automatically opening the guide vane (5) when an abnormality occurs. A hydroelectric generator installed in a drop work such as an agricultural waterway according to claim 3. 前記水力発電装置(2)は、口広の吸出し管(22)で囲繞された反動型水車ランナベーン(7)の立軸構造の回転軸に直接又は伝達機構で連結してなる発電機(9)と、前記反動型水車ランナベーン(7)に安定水流を落とし込むガイドベーン(5)を前記ランナベーン(7)の上方に設け、前記ガイドベーン(5)は停電や機器の故障等の異常時に自動的に全開する駆動装置(6)を備えていて、これらがケース(23)に収納され一体ユニットとしていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 The hydroelectric generator (2) includes a generator (9) connected directly or by a transmission mechanism to a rotary shaft of a vertical structure of a reaction type turbine runner vane (7) surrounded by a wide suction pipe (22). A guide vane (5) for dropping a stable water flow into the reaction-type water turbine runner vane (7) is provided above the runner vane (7), and the guide vane (5) is automatically opened in the event of an abnormality such as a power failure or equipment failure. A drive device (6) is provided, and these are housed in a case (23) to form an integrated unit, which is installed in a head of an agricultural waterway or the like according to any one of claims 1 to 4. A hydroelectric generator. 前記落差工(1)は、上流側と下流側を中途の立壁(13)で段差を形成してあり、下流側の落差工(1)が下流になるに従い徐々に高い底になって自然傾斜に復元する傾斜底形態に形成したものであることを含む請求項1〜請求項5のいずれかに記載の農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置。 The head drop (1) forms a step between the upstream side and the downstream side with a standing wall (13) in the middle. The hydroelectric power generator installed in the head work of the agricultural waterway etc. in any one of Claims 1-5 including what is formed in the inclined bottom form restored | restored to.
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