JP5146973B1 - Water turbine - Google Patents
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Abstract
【課題】水車の大型化を極力抑制しながら高出力が得られる上掛け水車を提供する。
【解決手段】水車羽根15を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、水車羽根15の上部5bと下部15aのなす角を135度〜155度の範囲に設定し、上部15bの回転方向の逆方向の寝かせ角を下部15aより大きくしてなる上掛け水車である。この上掛け水車においては、下部15aの取付角を放射軸線Lに対して75度から50度の範囲に設定するのがよく、また水車羽根15の先端に水留め堰17が設けられるのがよりよい。
【選択図】図1An overlying water turbine capable of obtaining a high output while suppressing an increase in size of the water turbine as much as possible is provided.
A turbine blade 15 is laid in a direction opposite to the rotation direction, and an angle formed between an upper portion 5b and a lower portion 15a of the turbine blade 15 is set in a range of 135 to 155 degrees, and the rotation direction of the upper portion 15b is reversed. This is a top water wheel having a laying angle in the direction larger than that of the lower portion 15a. In this upper water turbine, the mounting angle of the lower portion 15a is preferably set in the range of 75 degrees to 50 degrees with respect to the radial axis L, and the water retaining weir 17 is more preferably provided at the tip of the water turbine blade 15. Good.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は上掛け水車に関する。さらに詳しくは、高出力が得られる上掛け水車に関する。 The present invention relates to a top water turbine. More specifically, the present invention relates to a top water turbine that can obtain a high output.
従来より、落水を受けて回転し、その回転力を発電や製粉などに利用する上掛け水車が知られている。図4に、その一例を示す。 2. Description of the Related Art Conventionally, an overlying water turbine that rotates by receiving water and uses the rotational force for power generation or milling is known. An example is shown in FIG.
図4に示す水車では、対向する一対(図では一方のみを示す。)の輪板1の内周部に水車底板2が設けられ、水車底板2の周りに所要数の水車羽根3,3,3,・・・が放射軸線に対して等角度でそれぞれ等間隔に配設されて水車本体が形成され、水車本体は水車本体に設けられた支持部材5を介して回転軸6に固定されている。
In the water wheel shown in FIG. 4, a water
輪板1、水車底板2および水車羽根3,3,3,・・・がかかる位置関係にて配設されているところから、輪板1と隣接する水車羽根3,3と水車底板2とによりバケット4が形成される。
Since the
しかして、前記構成の上掛け水車によると、落水によりバケット4に水が溜まると、落水力とバケット4に溜められた水の自重により、水車本体は落水方向に回転を始める。ついで、その回転とともに後続のバケット4に順次水が溜まり、同様の作用が繰り返されることで水車本体は回転を持続する。また、水車本体の回転につれて下方に移動したバケット4からは水が水路(図示省略)に放出され、その水量が減少していく。 Thus, according to the above-described overturning turbine, when water is accumulated in the bucket 4 due to falling water, the turbine body starts to rotate in the falling direction due to the falling force and the weight of the water accumulated in the bucket 4. Next, water sequentially accumulates in the succeeding bucket 4 along with the rotation, and the water turbine body continues to rotate by repeating the same action. Further, water is discharged from the bucket 4 that has moved downward as the water turbine body rotates to a water channel (not shown), and the amount of water decreases.
なお、かかる上掛け水車の他の例が特許文献1に示されている。
Another example of such a top water turbine is disclosed in
しかしながら、前記従来の水車本体では、バケット4の貯留容積が小さいため、自重による回転力付与には限界が生じており、製粉などでは問題はないものの、大出力を必要とする発電用に適用するには無理があるという問題がある。 However, in the conventional turbine body, since the storage volume of the bucket 4 is small, there is a limit to the application of rotational force due to its own weight, and although there is no problem with milling or the like, it is applied for power generation that requires a large output. There is a problem that it is impossible.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、水車の外形大型化を極力抑制しながら高出力が得られる上掛け水車を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to provide an overlying water turbine capable of obtaining a high output while suppressing the increase in size of the water wheel as much as possible.
本発明は、上掛け水車において、前記水車本体は、対向する一対の輪板の内周部に水車底板が設けられ、該水車底板の周りに所要数の水車羽根が放射軸線に対して等角度でそれぞれ等間隔に配設され、前記水車羽根を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、前記水車羽根の内周端の取付角度と、前記水車羽根の内周端と外周端との間の中央部の取付角度とのなす角を135度〜155度の範囲に設定し、前記内周端の取付角を放射軸線に対して75度から45度の範囲に設定することを特徴とする。 According to the present invention , in the water turbine , the turbine body is provided with a turbine bottom plate on the inner peripheral portion of a pair of opposed wheel plates, and a required number of turbine blades are equiangular with respect to the radial axis around the turbine bottom plate. The turbine blades are laid out at equal intervals in the direction opposite to the rotation direction, and the angle between the inner peripheral end of the turbine blade and the inner peripheral end and the outer peripheral end of the turbine blade is between The angle formed with the attachment angle of the central portion is set in a range of 135 degrees to 155 degrees, and the attachment angle of the inner peripheral end is set in a range of 75 degrees to 45 degrees with respect to the radial axis .
また、本発明の上掛け水車においては、水車羽根の先端に水留め堰が設けられてなるのが好ましい。 In the overlying water wheel of the present invention, it is preferable that a water retaining weir is provided at the tip of the water wheel blade.
さらに、本発明の上掛け水車においては、輪板がドーナツ板状とされ、その内径を小さくすることにより、バケットの貯留水量の増大が図られてなるのが好ましい。 Furthermore, in the overlying water wheel of the present invention, it is preferable that the ring plate is formed in a donut plate shape, and the amount of water stored in the bucket is increased by reducing the inner diameter thereof.
本発明の上掛け水車は、前記の如く構成されているので、上掛け水車の外形の大型化を回避しながら、出力の増大が図られるという優れた効果が得られる。 Since the top water turbine according to the present invention is configured as described above, it is possible to obtain an excellent effect of increasing the output while avoiding an increase in the outer shape of the top water turbine.
水車羽根の先端に水留め堰が設けられた本発明の好ましい形態においては、バケット内の貯留水の減少を遅らせることができて、出力のより一層の増大が図られるという優れた効果が得られる。 In a preferred embodiment of the present invention in which a retaining weir is provided at the tip of the water turbine blade, the reduction of the stored water in the bucket can be delayed, and an excellent effect of further increasing the output can be obtained. .
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the present invention is explained based on an embodiment, referring to an accompanying drawing, the present invention is not limited only to this embodiment.
図1に、本発明の一実施形態に係る上掛け水車(以下、単に水車という)の中央縦断面図を示す。 FIG. 1 shows a central longitudinal cross-sectional view of an overlying water wheel (hereinafter simply referred to as a water wheel) according to an embodiment of the present invention.
水車は、水車本体10と、水車本体10に一体的に配設された支持部材11と、支持部材11の中央に水車本体10と直交方向に突出させて配設された回転軸12とを主要構成要素として備えてなるものとされ、水車本体10の回転に連れて回転軸12が回転するようにされている。
The turbine is mainly composed of a turbine body 10, a support member 11 provided integrally with the turbine body 10, and a rotating
水車本体10は、対向する一対(図では一方のみを示す。)の輪板13,13と、水車底板14と、等間隔で配設された所要数の水車羽根15,15,15,・・・とを含むものとされる。
The turbine body 10 is composed of a pair of
輪板13は、例えばドーナツ円板状とされ、そのサイズは、所望出力が得られる貯留水量となるよう大型化されている。つまり、図示のように、内径を従来のものより小さくすることにより、輪板13の外寸を従来と同様にしながら貯留水量の増大が図られている。ここで、内径/外径との比は、例えば2/5〜3/5の範囲となるようにされる。
The
水車底板14は、例えば円筒状または多角形の筒状とされる。多角形の角数は、図示のように、水車羽根15の数に一致させられている。この水車底板14の両端部に輪板13,13が水密に嵌合される。
The
水車羽根15は、基端が水車底板14の外周に水密に接合され、側端が輪板13内面に水密に接合され、それによりバケット16が形成される。
The base end of the
水車羽根15の枚数は、図示例では18枚とされ、その各々が等角度で取り付けられている。
The number of
水車羽根15の形状は、図示例では、中央から上半分が回転方向とは逆方向の寝かせ角度が大きくされて「く」の字状を呈するようにされている。ただし、水車羽根15の形状は「く」の字状に限定されるものではなく、図2に示すように、角部が円弧状とされてもよい。
In the illustrated example, the shape of the
なお、上部15bの寝かせ開始位置は、厳密に中央に限定されるものではなく、中央付近であれはよい。つまり、中央から前後一割程度の裕度を認めることができる。
The laying start position of the
上部15bを寝かせる角度は、上部15bと下部15aとのなす角θ2が、145度〜155度の範囲となるようにされている。また、下部15aの寝かせ角、つまり取付角θ1、つまり放射軸線Lに対するなす角が、45度〜55度の範囲となるようにされている。
The angle at which the
図示は省略するが、水車羽根15の枚数を12枚とした場合には、上部15bと下部15aとのなす角θ2が、135度〜145度の範囲となるようにされている。また、下部15aの寝かせ角θ1、つまり放射軸線Lに対するなす角が、65度〜75度の範囲となるようにされている。また、水車羽根15の枚数を16枚とした場合には、上部15bと下部15aとのなす角θ2が、140度〜150度の範囲となるようにされている。また、下部15aの寝かせ角θ1、つまり放射軸線Lに対するなす角が、50度〜60度の範囲となるようにされている。
Although illustration is omitted, when the number of
このようにするのは、落水の取り込みの効率の向上を図るとともに、貯留水の保持時間を長くするためである。 The reason for this is to improve the efficiency of taking in falling water and to increase the retention time of the stored water.
なお、水車羽根15の数は偶数に限定されるものではなく、上部15bと下部15aとのなす角θ2および下部15aの寝かせ角θ1、つまり放射軸線Lに対するなす角を適宜設定することにより、奇数枚とすることもできる。
The number of
さらに、放水の開始を遅らせるため、例えば図1に示すように、水車羽根15の先端に接線方向(回転方向とは逆方向)に水留め堰17を設けるようにされてもよい。この場合、水留め堰17の幅(接線方向の長さ)は、バケット16内に落水が容易に流入できるよう、隣り合う水車羽根15,15間の周端部間距離の三分の一程度とするのが好ましい。
Further, in order to delay the start of water discharge, for example, as shown in FIG. 1, a
しかして、例えば図1に示すような落水路18からの落水によりバケット16に水が貯留されると、落水力とバケット16に貯留された水の自重により、水車本体10は落水方向に回転を始める。その回転にともなって後続のバケット16が順次貯留されて回転が持続される。
Thus, for example, when water is stored in the bucket 16 due to the water falling from the
バケット16は、前述したようにその容量が増大させられているので、バケット16内の貯留水の自重も増加し、水車本体10の回転力、つまり出力は増大することになる。そのとき、バケット16内の貯留水量は、回転角度が増大し、その値が一定量以上になると減少し始める。しかしながら、水車羽根15の上部15bの寝かせ角が下部15aより大きくされているので、バケット16内の貯留水量の減少は穏やかである。その結果、水車本体10の出力の増大がより一層図られる。
Since the capacity of the bucket 16 is increased as described above, the weight of the stored water in the bucket 16 also increases, and the rotational force, that is, the output of the turbine body 10 increases. At that time, the amount of stored water in the bucket 16 starts to decrease when the rotation angle increases and the value exceeds a certain amount. However, since the laying angle of the
水留め堰17が設けられた本発明の好ましい実施形態においては、バケット16内の貯留水の水位S2を水留め堰17がない場合の水位S1に比して高くすることができるとともに、バケット16内の貯留水の減水開始を送られせることができ、より一層の出力の増大が図られる。
したがって、この水車を発電機に接続すれば、発電量の増大が期待される。
In a preferred embodiment of the present invention in which the
Therefore, if this water turbine is connected to a generator, an increase in the amount of power generation is expected.
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on embodiment, this invention is not limited only to this embodiment, A various change is possible.
例えば、本実施形態では、輪板13を水車底板14に嵌合することにより一体化するようにされているが、水車底板14の端面を輪板13内面に水密に接合することにより一体化するようにされてもよい。
For example, in the present embodiment, the
また、図3に示すように、水留め堰17の水車羽根15への取付部を円弧状とすることもできる。
Moreover, as shown in FIG. 3, the attachment part to the
本発明の上掛け水車は、高出力が得られるので、自然河川を利用した水力発電に適用が可能である。 Since the upper water turbine of the present invention can provide high output, it can be applied to hydroelectric power generation using natural rivers.
10 水車本体
13 輪板
14 水車底板
15 水車羽根
16 バケット
17 水留め堰
L 放射軸線
θ1 下部の取付角
θ2 下部と上部のなす角
S1,S2 水位
10
Claims (3)
前記内周端の取付角を放射軸線に対して75度から45度の範囲に設定する
ことを特徴とする上掛け水車。 In the upper water turbine, the turbine body is provided with a turbine bottom plate on the inner periphery of a pair of opposed wheel plates, and a required number of turbine blades are equidistant from the radial axis around the turbine bottom plate. The turbine blade is laid in the direction opposite to the rotation direction, and the mounting angle of the inner peripheral end of the turbine blade and the central portion between the inner peripheral end and the outer peripheral end of the turbine blade are attached. Set the angle made with the angle in the range of 135 degrees to 155 degrees,
The upper water turbine according to claim 1, wherein a mounting angle of the inner peripheral end is set in a range of 75 degrees to 45 degrees with respect to a radial axis .
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