JP5044929B2 - Cross-flow turbine runner, manufacturing method thereof, and hydroelectric generator - Google Patents
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Description
本発明は、水力を利用して回転するクロスフロー水車用ランナおよびその製造方法並びにクロスフロー水車用ランナの回転により発電を行う水力発電装置に関する。 The present invention relates to a crossflow turbine runner that rotates using hydraulic power, a method for manufacturing the runner, and a hydroelectric generator that generates power by rotating the crossflow turbine runner .
水力発電装置として、水力でクロスフロー水車を回転させて発電を行うものがある。このようなクロスフロー水車の回転体であるランナの耐摩耗性を向上させるために、耐摩耗性金属を溶射する技術がある(例えば特許文献1参照)。ところで、クロスフロー水車のランナは、鋳物からなる一対のサイドプレートに取付溝を当ピッチで形成し、これらサイドプレートの取付溝にブレードを取り付けることで形成されている。
上記のように、鋳物からなる一対のサイドプレートに取付溝を当ピッチで形成し、これらサイドプレートの取付溝にブレードを取り付ける構造であると、製造コストが増大してしまうという問題があった。 As described above, there is a problem in that the manufacturing cost increases when the mounting grooves are formed in the pair of side plates made of casting at this pitch and the blades are attached to the mounting grooves of these side plates.
したがって、本発明は、製造コストを低減することができるクロスフロー水車用ランナおよびその製造方法並びにクロスフロー水車用ランナを備えた水力発電装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a crossflow turbine runner that can reduce the manufacturing cost, a method for manufacturing the crossflow turbine runner, and a hydroelectric generator that includes the crossflow turbine runner .
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、板材から板金形成される一対のサイドプレートと、板材から板金形成されるとともに前記一対のサイドプレートに支持される複数のブレードとを有し、前記一対のサイドプレートには、仮想円上に等ピッチで配置される複数の内側取付穴と、前記仮想円に対し同心且つ大径の仮想円上に等ピッチで配置される複数の外側取付穴とが形成されており、前記ブレードには、前記一対のサイドプレートのそれぞれの内側取付穴および外側取付穴に挿入される内側挿入部および外側挿入部が軸状突起部として各々ブレードの両端部より外方に突出するようにして形成されているとともに、前記ブレードの内側挿入部および外側挿入部を前記サイドプレートの内側取付穴および外側挿入穴に各々挿入した場合に、前記ブレードの両端部の外周端が前記サイドプレートの外周縁に一致する位置関係となるように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a pair of side plates formed from a sheet material and a plurality of blades formed from the sheet material and supported by the pair of side plates. The pair of side plates includes a plurality of inner mounting holes arranged at equal pitches on the virtual circle and a plurality of outer sides arranged at equal pitches on a virtual circle concentric with the virtual circle and having a large diameter. An attachment hole is formed, and the blade includes an inner insertion portion and an outer insertion portion that are inserted into the inner attachment hole and the outer attachment hole of each of the pair of side plates. together are formed so as to protrude outward from parts, each inserting the inner insert and the outer insert portion of said blade to the inner mounting hole and the outer insertion hole of the side plate When the, characterized in that the outer peripheral end of the end portions of the blades are configured such that the positional relationship to match the outer peripheral edge of the side plate.
請求項2に係る発明は、請求項1に係るクロスフロー水車を備え、当該クロスフロー水車を用いて発電を行うことを特徴とする。The invention according to claim 2 includes the crossflow turbine according to claim 1, and performs power generation using the crossflow turbine.
請求項3に係る発明は、板材から板金形成されるとともに、仮想円上に等ピッチで配置される複数の内側取付穴と前記仮想円に対し同心且つ大径の仮想円上に等ピッチで配置される複数の外側取付穴とが形成された一対のサイドプレートと、板材から板金形成されるとともに、前記一対のサイドプレートそれぞれの内側取付穴および外側取付穴に挿入される内側挿入部および外側挿入部が両側に形成された複数のブレードとを有するクロスフロー水車用ランナの製造方法であって、前記一対のサイドプレートを共通で用いる一方、内側挿入部および外側挿入部の間隔の異なるブレードを取り付けることで、前記ブレードの角度の異なる複数種類のランナを製造可能とすることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is formed of sheet metal from a sheet material, and is arranged at equal pitch on a virtual circle concentric and large in diameter with respect to the plurality of inner mounting holes arranged at equal pitch on the virtual circle. A pair of side plates formed with a plurality of outer mounting holes, and a metal plate formed from a plate material, and an inner insertion portion and an outer insertion inserted into the inner mounting hole and the outer mounting hole of each of the pair of side plates. A crossflow turbine runner manufacturing method comprising a plurality of blades having a plurality of blades formed on both sides, wherein the pair of side plates are used in common while the inner insert portion and the outer insert portion have different intervals. By attaching, it is possible to manufacture a plurality of types of runners having different blade angles.
請求項1に係る発明によれば、一対のサイドプレートに複数のブレードを支持させることで形成されることになるが、これら一対のサイドプレートおよび複数のブレードが板金形成されるため、鋳物に加工を施す場合に比して製造コストを低減することができる。さらに、ブレードの両端部に外方に突出する軸状突起部として内側挿入部と外側挿入部とをそれぞれ形成しておき、ブレードの両端部の外周端を各サイドプレートの外周縁に一致させつつ、一対のサイドプレートの内側取付穴に内側挿入部を挿入し、一対のサイドプレートの外側取付穴に外側挿入部を挿入することでブレードが一対のサイドプレートに支持されるため、組み付けも容易であり、この点でさらに製造コストを低減することができる。また、同じ一対のサイドプレートに対しブレードの挿入枚数を異ならせれば、ブレードの数の異なる複数種類のものを容易に製造できる。さらに、一の内側取付穴に対し近い外側取付穴と遠い外側取付穴とにそれぞれ取付可能な内側挿入部と外側挿入部との間隔が異なる複数種類のブレードを用意すれば、ブレードの角度の異なる複数種類のものを容易に製造できる。 According to the first aspect of the present invention, it is formed by supporting a plurality of blades on a pair of side plates. Since the pair of side plates and the plurality of blades are formed by sheet metal, they are processed into a casting. The manufacturing cost can be reduced as compared with the case of applying. Furthermore, an inner insertion portion and an outer insertion portion are formed as axial projections projecting outward at both ends of the blade, and the outer peripheral ends of both ends of the blade are aligned with the outer peripheral edges of the side plates. Since the blade is supported by the pair of side plates by inserting the inner insertion portion into the inner mounting holes of the pair of side plates and inserting the outer insertion portion into the outer mounting holes of the pair of side plates, assembly is easy. In this respect, the manufacturing cost can be further reduced. Further, if the number of blades inserted is different for the same pair of side plates, a plurality of types having different numbers of blades can be easily manufactured. Furthermore, if multiple types of blades with different intervals between the inner insertion portion and the outer insertion portion that can be attached to the outer mounting hole that is closer to the inner mounting hole and the outer mounting hole that are far from each other are prepared, the angles of the blades are different. Multiple types can be easily manufactured.
請求項2に係る発明によれば、上記のような効果を有するクロスフロー水車用ランナを用いて発電を行う水力発電装置として好適に構成することができる。According to the invention which concerns on Claim 2, it can be comprised suitably as a hydroelectric power generator which produces electric power using the runner for crossflow turbines which has the above effects.
請求項3に係る発明によれば、一対のサイドプレートの内側取付穴に内側挿入部を挿入し、一対のサイドプレートの外側取付穴に外側挿入部を挿入することでブレードが一対のサイドプレートに支持されることになるが、一対のサイドプレートを共通で用いる一方、内側挿入部および外側挿入部の間隔の異なるブレードを取り付けることで、ブレードの角度の異なる複数種類のランナを製造可能となるため、ブレードの角度の異なる複数種類のランナを容易に製造することができる。 According to the third aspect of the present invention, the inner insertion portion is inserted into the inner mounting holes of the pair of side plates, and the outer insertion portion is inserted into the outer mounting holes of the pair of side plates, so that the blade becomes the pair of side plates. Although a pair of side plates are used in common, multiple types of runners with different blade angles can be manufactured by attaching blades with different intervals between the inner insert portion and the outer insert portion. A plurality of types of runners having different blade angles can be easily manufactured.
本発明の一実施形態を図面を参照して以下に説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は小規模水力発電装置11を示す全体構成図であり、この小規模水力発電装置11は、小川等の高低差を有する水路12に設置される。小規模水力発電装置11は、水路12中に設置される取水口13と、取水口13に一端側が接続された取水口導水管14と、この取水口導水管14の他端側に接続されて取水口13で取水した水から主として土砂を沈降させて除去する沈砂タンク15と、沈砂タンク15に一端側が接続された発電装置導水管16と、この発電装置導水管16の他端側に接続されこの発電装置導水管16を介して導入された水の水力で発電する発電装置17と、発電装置17を通過後の水を水路12に戻す排水管18とを備えている。取水口13よりも沈砂タンク15が低位に設置され、沈砂タンク15よりも発電装置17が低位に設置されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a small-scale
発電装置17は、図2に示すように、上記発電装置導水管16につなげられるケース21と、発電装置導水管16を介してケース21内に導入された水の水力で回転する本実施形態のランナ(クロスフロー水車用ランナ)22とを有するクロスフロー水車23およびランナ22の回転軸24の回転で駆動される発電機25を有する水力発電装置ユニット26と、発電機25で発電した電力を蓄えるバッテリ27およびインバータを含むコントローラ28を有するコントロールユニット29とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
この小規模水力発電装置11は、最大出力が1kw以下の小規模のものであり、商用電源のない場所での常用電源として用いることができるもので、例えば、農場用の電源、山小屋および周辺設備の照明および浄化槽用電源、無線中継基地用電源、工事現場用移動電源、獣害防止柵用電源として用いられるものである。
This small-scale
そして、図3に示す本実施形態のランナ22は、一対の図4に示す円板状のサイドプレート31と、これらサイドプレート31の間に配置されてこれらサイドプレート31に支持される複数(具体的には30枚)の図5に示すブレード32とを有している。
The
一対のサイドプレート31は、同一のもので、図4に示すように、中心位置に回転軸24を挿通させるための軸挿通穴34が貫通形成されており、この中心位置を中心とした仮想円上に等ピッチで複数具体的には4つの図3に示す取付穴35が貫通形成されている。また、一対のサイドプレート31には、それぞれの中心を中心とした仮想円上に等ピッチで複数具体的には30カ所の内側取付穴36が形成されており、この仮想円に対し同心且つ大径の仮想円上に等ピッチで複数具体的には30カ所の外側取付穴37が形成されている。
The pair of
一対のサイドプレート31は、いずれも、上記形状に金属製の板材から板金形成されることになるが、少なくとも外径および軸挿通穴34がプレスの打ち抜きで形成されることになり、取付穴35、内側取付穴36および外側取付穴37はプレスの打ち抜き、あるいは穴あけ加工で形成される。各取付穴35には、同軸をなして図4に示すウェルドナット39が溶接されている。なお、一対のサイドプレート31のそれぞれのウェルドナット39には、発電機25と共通の図2に示す回転軸24に固定された図示略のフランジ部がボルト止めで固定される。
Each of the pair of
複数のブレード32は、すべて同じ形状をなしている。各ブレード32は、図5に示すように、長方形状の主板部41と、主板部41の幅方向両側の長さ方向の両端側からそれぞれ幅方向に沿って外方に突出する軸状突起部(内側挿入部)42および軸状突起部(外側挿入部)43とを有する形状に金属製の板材からプレスの打ち抜きで形成され、その後、主板部41が長さ方向の複数カ所の位置で幅方向に沿って折り目がつくようにプレスで屈曲形成されることで、全体として弧状をなす。軸状突起部42および軸状突起部43の間隔は、サイドプレート31の所定距離離間した内側取付穴36と外側取付穴37との間隔に等しくされている。
The plurality of
一対のサイドプレート31および複数のブレード32は、例えば、以下のようにして組み立てられてランナ22となる。
The pair of
まず、一方のサイドプレート31をウェルドナット39を上側にして置き、このサイドプレート31に対して、ブレード32を、図6に示すように、ブレード32の幅方向両端部の外周端をサイドプレート31の外周縁に一致させつつ、その幅方向一側の内側挿入部としての軸状突起部42を内側取付穴36に挿入しこの内側取付穴36と所定距離離間する外側取付穴37に幅方向同側の外側挿入部としての軸状突起部43を挿入する。このようにして、すべてのブレード32をサイドプレート31に載せると、サイドプレート31のすべての内側取付穴36および外側取付穴37がブレード32で埋められた状態となる。このとき、勿論、すべてのブレード32の湾曲方向がサイドプレート31の円周方向において同じ側に向くようにする。そして、他方のサイドプレート31をウェルドナット39を下側にして、一方のサイドプレート31に対し互いの取付穴35の位相を合わせた状態で、各内側取付穴36および各外側取付穴37にブレード32の幅方向逆側の軸状突起部42,43をすべて挿入するようにして、複数のブレード32の上に載せる。この状態で、すべてのブレード32の上側の軸状突起部42,43を加締めまたは溶接で上側のサイドプレート31に固定する。その後、下側のサイドプレート31がブレード32から外れることがないように保持しつつ下側のサイドプレート31が上側になるように上下反転し、すべてのブレード32の上側となった軸状突起部42,43を溶接または加締めで上側となったサイドプレート31に固定する。
First, one of the
このようにして、一つのサイドプレート31に形成された内側取付穴36の数つまり外側取付穴37の数と同枚数(具体的には30枚)のブレード32が一対のサイドプレート31で支持されたランナ22が形成される。
Thus, the same number (specifically 30) of
本実施形態によれば、一対のサイドプレート31に複数のブレード32を支持させることで形成されることになるが、これら一対のサイドプレート31および複数のブレード32が板材から板金形成されるため、鋳物に加工を施す場合に比して製造コストを低減することができる。
According to the present embodiment, the pair of
また、ブレード32の両端部の外周端を各サイドプレート31の外周縁に一致させつつ、一対のサイドプレート31の内側取付穴36に内側挿入部としての軸状突起部42を挿入し、一対のサイドプレート31の外側取付穴37に外側挿入部としての軸状突起部43を挿入することでブレード32が一対のサイドプレート31に支持されるため、組み付けも容易であり、この点でさらに製造コストを低減することができる。
Further, while the outer peripheral ends of both end portions of the
ここで、図7に示すように、上記と同じ一対のサイドプレート31を用いる一方、内側取付穴36の一つ置きおよび外側取付穴37の一つ置きに上記と同じブレード32を取り付けることで、内側取付穴36の数つまり外側取付穴37の数の半分(具体的には15枚)のブレード32が一対のサイドプレート31で支持された、上記とは異なる種類のランナ45を形成することも可能である。さらに、図示は略すが、内側取付穴36の二つ置きおよび外側取付穴37の二つ置きに上記と同じブレード32を取り付けることで、内側取付穴36の数つまり外側取付穴37の数の1/3(具体的には10枚)のブレード32が一対のサイドプレート31で支持されたランナを形成することも可能である。つまり、内側取付穴36の数および外側取付穴37の数をそれぞれ等分する位置にブレード32を設けることでブレード32を間引いた異なる種類のランナ45等が製造可能となる。
Here, as shown in FIG. 7, while using the same pair of
このように、同じ一対のサイドプレート31に対しブレード32の挿入枚数を異ならせれば、ブレード32の数の異なる複数種類のものを容易に製造できる。
As described above, if the number of
また、上記した一対のサイドプレート31を共通で用いる一方、軸状突起部42および軸状突起部43の間隔の上記とは異なるブレード48を取り付けることで、角度の異なるブレード48を有するランナ49も製造可能である。
Further, while using the pair of
つまり、上記したブレード32の軸状突起部42と軸状突起部43との間隔に対し、突軸状起部42と軸状突起部43との間隔が異なるブレード、例えば、図8に示すように、サイドプレート31の上記より長い距離離間した内側取付穴36と外側取付穴37との間隔に等しいブレード48を上記と同様に板金形成し、このようなブレード48を複数(具体的には30枚)一対のサイドプレート31に取り付けることで、上記とは角度の異なるブレード48を有するランナ49を製造できるのである。さらには、図示は略すが、サイドプレート31のさらに距離の長い内側取付穴36と外側取付穴37との間隔に等しいブレードを上記と同様に板金形成し、このようなブレードを複数(具体的には30枚)、一対のサイドプレート31に取り付けることで、上記とは角度の異なるブレードを有するランナを製造できる。
That is, with respect to the interval between the shaft-
このように、一の内側取付穴36に対し近い外側取付穴37と遠い外側取付穴37とにそれぞれ取付可能な軸状突起部42と軸状突起部43との間隔が異なる複数種類のブレード32,48を用意すれば、角度の異なるブレード32,48を有するランナ22,49を容易に製造できる。
Thus, one more types of spacing is different between the outer mounting
なお、このように角度を異ならせる場合も、内側取付穴36の数および外側取付穴37の数をそれぞれ等分する位置にブレード48を設けてブレード48を間引くことが可能である。さらには、ブレードのさらに詳細な角度変更を可能とするために、内側取付穴36の数および外側取付穴37の数をさらに増やすことも可能である。
Even when the angles are varied as described above, the
22,45,46,49 ランナ(クロスフロー水車用ランナ)
31 サイドプレート
32,48 ブレード
36 内側取付穴
37 外側取付穴
42 軸状突起部(内側挿入部)
43 軸状突起部(外側挿入部)
22, 45, 46, 49 Runner (cross-flow turbine runner)
31
43- axis projection (outside insertion part)
Claims (3)
板材から板金形成されるとともに前記一対のサイドプレートに支持される複数のブレードとを有し、
前記一対のサイドプレートには、仮想円上に等ピッチで配置される複数の内側取付穴と、前記仮想円に対し同心且つ大径の仮想円上に等ピッチで配置される複数の外側取付穴とが形成されており、
前記ブレードには、前記一対のサイドプレートのそれぞれの内側取付穴および外側取付穴に挿入される内側挿入部および外側挿入部が軸状突起部として各々ブレードの両端部より外方に突出するようにして形成されているとともに、
前記ブレードの内側挿入部および外側挿入部を前記サイドプレートの内側取付穴および外側挿入穴に各々挿入した場合に、前記ブレードの両端部の外周端が前記サイドプレートの外周縁に一致する位置関係となるように構成されていることを特徴とするクロスフロー水車用ランナ。 A pair of side plates formed from sheet metal,
A plurality of blades formed from a sheet material and supported by the pair of side plates;
The pair of side plates include a plurality of inner mounting holes arranged at equal pitch on the virtual circle and a plurality of outer mounting holes arranged at equal pitch on a virtual circle concentric with the virtual circle and having a large diameter. And are formed,
The blade includes an inner insertion portion and an outer insertion portion that are inserted into the inner attachment hole and the outer attachment hole of the pair of side plates, respectively, and project outward from both end portions of the blade as axial protrusions. with are formed Te,
When the inner insertion portion and the outer insertion portion of the blade are respectively inserted into the inner mounting hole and the outer insertion hole of the side plate, the outer peripheral ends of both end portions of the blade are aligned with the outer peripheral edge of the side plate; It is comprised so that it may become . The runner for crossflow water turbines characterized by the above-mentioned .
板材から板金形成されるとともに、前記一対のサイドプレートそれぞれの内側取付穴および外側取付穴に挿入される内側挿入部および外側挿入部が両側に形成された複数のブレードとを有するクロスフロー水車用ランナの製造方法であって、
前記一対のサイドプレートを共通で用いる一方、内側挿入部および外側挿入部の間隔の異なるブレードを取り付けることで、前記ブレードの角度の異なる複数種類のランナを製造可能とすることを特徴とするクロスフロー水車用ランナの製造方法。
A plurality of inner mounting holes that are formed of a sheet metal from a sheet material and are arranged at an equal pitch on the virtual circle, and a plurality of outer mounting holes that are arranged at an equal pitch on a virtual circle that is concentric with the virtual circle and has a large diameter. A pair of side plates formed with,
A cross-flow turbine for forming a sheet metal from a sheet material, and having a plurality of blades each having an inner insertion portion and an outer insertion portion that are inserted into the inner attachment hole and the outer attachment hole of each of the pair of side plates. A method of manufacturing a runner,
Cross flow characterized in that a plurality of types of runners having different angles of the blades can be manufactured by attaching the blades having different intervals between the inner insertion portion and the outer insertion portion while using the pair of side plates in common. A method for producing a runner for a water turbine.
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