JPH0633867A

JPH0633867A - 騒音防止方法及び装置

Info

Publication number: JPH0633867A
Application number: JP4191811A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Okano; 勝夫岡野; Kentaro Fujita; 健太郎藤田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】水車の水圧鉄管等から発生する騒音を可能な
限り低減し或いは防止するための方法及び装置の提供。【構成】本発明の方法は、水圧鉄管（１）に生じる圧
力脈動を測定する工程と、圧力脈動が最小になる様な水
圧鉄管（１）に接続された吸込ベルマウス付短管（１
２）の長さを演算する工程と、該工程によって得られた
長さに対応して吸込ベルマウス付短管の長さを調節する
工程、とを含む。本発明の装置は、水圧鉄管（１）に取
り付けられた圧力脈動測定装置（１６）と、圧力脈動測
定装置により測定された水圧鉄管の圧力脈動が最小とな
る様な吸込ベルマウス付短管（１２）の長さを演算する
制御装置（１８）と、制御装置の演算結果に基づいて吸
込ベルマウス付短管の長さを調節する短管長さ調節機構
（１４）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば水車等の水圧鉄
管から発生する騒音を低減するための方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車の形式としては、フランシ
ス水車の様に位置エネルギを回転のエネルギに変換する
タイプのものと、ペルトン水車の様に運動エネルギを回
転のエネルギに変換するタイプのもの、の２通りがあ
る。図４は前者のタイプ、すなわち位置エネルギを回転
のエネルギに変換するタイプの水車を水力発電所に適用
した例を示している。そして、図４において符号１は水
圧鉄管、符号２は水車、符号３は水車建屋、符号４は吸
込水槽を示している。また、図５は吸込水槽４に水圧鉄
管１が連通している態様を示しており、水圧鉄管１の端
部には吸込ベルマウス５が取り付けられている。

【０００３】ここで、図示しないランナの羽根が舌部を
通過することにより、ブレード周波数ｆ_ZN＝Ｚ・Ｎ／６
０（Ｈｚ）（Ｚ：羽根枚数、Ｎ：回転数ｍｉｎ^-1）の圧
力脈動が発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の圧力脈動は、水
車２の上流側にある水圧鉄管（ペンストック）１に伝播
する。そして水圧鉄管１が振動して周波数ｆ_ZN（Ｈｚ）
の振動が生じ、水圧鉄管１の周囲に騒音が放射される。

【０００５】ここで、該水圧鉄管が民家から遠距離の場
所にのみ設備されていれば良い。しかし、近年、水力発
電所と民家とが近接して建築されるケースが増加してお
り、この様な場合は、水圧鉄管から放射された騒音が民
家に伝播して、住民に対して耳障りとなり、騒音公害の
原因となってしまう。

【０００６】本発明は上記した問題点に鑑みて提案され
たもので、水車の水圧鉄管等から発生する騒音を可能な
限り低減し或いは防止するための方法及び装置の提供を
目的としている。

【０００７】

【課題を達成するための背景】ここで、圧力脈動の波長
λはλ＝Ｃ／ｆ_zn（但し、λ：圧力脈動の波長ｍ、
Ｃ：管路内の音の伝播速度ｍ／ｓｅｃ、ｆ_zn：圧力脈
動の周波数Ｈｚ）なる式で求まる。

【０００８】管路中の音の伝播速度ＣはＣ＝Ｃ₀／（１
＋Ｃ₀ ²（γ・ｄ／ｇ・δ・Ｅ））（但し、Ｃ₀：水中
の音速ｍ／ｓｅｃ、ｄ：管の内径ｍ、γ：水の比重
量＝１０００ｋｇｆ／ｍ³、δ：管の肉厚ｍ、ｇ＝
９．８１ｍ／ｓｅｃ²、Ｅ：管材質の縦弾性係数ｋｇ
ｆ／ｍ²）なる式で表される。ここで、鋼管の縦弾性係
数は２．１×１０¹⁰ｋｇｆ／ｍ²で、鋳鉄管の縦弾性係
数は１．３×１０¹⁰ｋｇｆ／ｍ²である。なお、水中の
音速と温度との関係が図６に示されており、鉄管中の伝
播速度の算出結果及び水中の伝播速度と温度との関係が
図７に示されている。

【０００９】鉄管内の圧力脈動は図８で示す様に開口部
６から節７、腹８、節７の定在波となることが知られて
いる。ここで、１）管内において平面波のみである、
２）管内温度分布は一様である、３）出力端において完
全反射である、４）脈動圧は連続である、５）体積速度
も連続である、という仮定を設け、該仮定１）〜５）に
基づいて、鉄管内の圧力脈動を算出する。

【００１０】鉄管内の圧力振幅の比｜ａｘ／ａ＊｜は次
式で算出される。

【００１１】｜ａｘ／ａ＊｜＝｜ｓｉｎｋｌ_x／ｃｏｓ
ｋｌ₀｜２０・ｌｏｇ｜ａｘ／ａ＊｜＝２０・ｌｏｇ｜ｓｉｎｋ
ｌ_x／ｃｏｓｋｌ₀｜ｋ＝２πｆ_ZN／Ｃここで、ａ＊は水車から発生する圧力振幅（Ｎ／ｍ²）
であり、ａｘは開口端からｌ_xの位置における圧力振幅
（Ｎ／ｍ²）、ｌ₀は鉄管の長さ（例えば、図９の例で
は１３２．１ｍ、図１０の例では１２９．２ｍ）、ｌ_x
は開口端からの距離（ｍ）、Ｃは音速（ｍ／ｓ）、ｆ_ZN
はブレード周波数であり（図９〜１１の例では１９２．
５Ｈｚ）、Ｎは回転数（図９〜１１の例では７２０ｒｐ
ｍ）、Ｚはランナーベーン枚数（図９〜１１の例では１
６枚）である。

【００１２】上記した式に基づき、開口端からの距離と
圧力振幅の比｜ａｘ／ａ＊｜との関係を算出し、長さ１
３２．１ｍの鉄管の場合を図９、長さ１２９．２ｍの場
合を図１０で示す。その結果、鉄管内の圧力分布の腹
（図８の符号８参照）の大きさは、温度すなわち伝播速
度に大きく依存していることが分る。

【００１３】さらに、開口端からの距離が（１／４）λ
の点、すなわちｌ_x＝λ／４の腹の位置における脈動圧
力と、伝播速度との関係を図１１で示す。その結果、脈
動圧力の大きさは温度すなわち伝播速度によって大きく
変化し、共鳴する場合に非常に大きくなることが分る。

【００１４】以上より、次の３点が理解される。

【００１５】（１）図７から、鉄管内の圧力脈動の伝
播速度は温度により変化し、ｔ＝０〜２５℃でＣ＝８８
６〜９０９ｍ／ｓｅｃ．程度である事が分る。また、温
度によって伝播速度、波長が変化する。

【００１６】（２）図９、１０より、鉄管内の圧力分
布の腹の大きさは、温度、伝播速度に大きく影響する事
が分る。

【００１７】（３）図１１より、圧力脈動の大きさは
温度、伝播速度によって大きく変化し、共鳴する場合に
は非常に大きくなる事が分る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の背景に基づき、本
発明の騒音防止方法は、水圧鉄管に生じる圧力脈動を測
定する工程と、圧力脈動が最小になる様な水圧鉄管に接
続された吸込ベルマウス付短管の長さを演算する工程
と、該工程によって得られた長さに対応して吸込ベルマ
ウス付短管の長さを調節する工程、とを含んでいる。

【００１９】また、本発明の騒音防止装置は、水圧鉄管
と、水圧鉄管に接続され長さが調節可能な吸込ベルマウ
ス付短管と、水圧鉄管に取り付けられた圧力脈動測定装
置と、圧力脈動測定装置により測定された水圧鉄管の圧
力脈動が最小となる様な吸込ベルマウス付短管の長さを
演算する制御装置と、制御装置の演算結果に基づいて吸
込ベルマウス付短管の長さを調節する短管長さ調節機
構、とを含んでいる。

【００２０】本発明の方法及び装置の実施に際して、上
記水圧鉄管は吸込水槽に連通するものであるのが好まし
い。或いは、上記水圧鉄管はポンプ等の吸込配管か吐出
配管であるのが好ましい。換言すれば、本発明は水車に
おける吸込水槽への管路のみならず、ポンプの吸込配管
及び吐出配管にも適用可能である。

【００２１】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明の騒音防止
方法及び装置によれば、水圧鉄管の圧力脈動が最小とな
る様に吸込ベルマウス付短管の長さを調節出来る様にな
っている。

【００２２】上述した様に、水圧鉄管内の圧力脈動の定
在波の腹の位置における相対圧力は、図１１で示す様に
なり、脈動の伝播速度、水温により大きく変化する。よ
って、春夏秋冬の季節により水温が変動すれば、水圧鉄
管からの放射音が大きく変化する。これに対して本発明
は、水温或いは脈動の伝播速度が変化しても、水圧鉄管
の長さを調節することにより、水圧鉄管内の圧力脈動の
定在波を最小にして、水圧鉄管から放射される騒音を最
小にすることが出来る。

【００２３】換言すれば、本発明によれば、圧力変動に
起因する水車の水圧鉄管の騒音が効果的に防止される。
従って、水力発電所と民家とが近接して建築されていて
も、騒音公害が生じることは無い。

【００２４】

【実施例】以下、図１〜３を参照して、本発明の実施例
について説明する。なお、図１〜３と図４、５において
同一の部材には同一の符号を付けて説明する。

【００２５】図１は本発明の実施例の概要を説明するも
ので、全体を符号１０で示す騒音防止装置は吸込水槽４
に連通する水圧鉄管１に設けられている。この水圧鉄管
１には吸込ベルマウス付短管１２が接続され、この吸込
ベルマウス付短管１２と水圧鉄管１との接続箇所には、
短管長さを変更・調節する調節機構１４が介装されてい
る。なお、図１における符号４Ｗは、吸込水槽４の壁を
示している。

【００２６】また水圧鉄管１には、圧力脈動を測定する
ための圧力脈動測定装置である圧力脈動ピックアップ１
６が取り付けられており、ピックアップ１６の出力はラ
インＬ１を介して、制御装置であるコントローラ１８に
入力される。コントローラ１８は、入力されたピックア
ップ１６からの圧力脈動の測定結果に基づいて、該圧力
脈動を最小とする吸込ベルマウス付短管１２の長さを演
算する。この演算は、例えばコントローラ１８に記録さ
れた吸込ベルマウス付短管１２の長さと圧力脈動との関
係或いは特性に基づき、水温等も考慮しつつ行われる。

【００２７】コントローラ１８の演算結果は、ラインＬ
２を介して調節機構１４に入力される。そして後述する
態様にて、調節機構１４は吸込ベルマウス付短管１２の
長さを変化せしめるのである。その結果、水圧鉄管１の
圧力脈動は最小となり、そこから放射される騒音も低減
されるのである。

【００２８】次に図２、３を参照して、吸込ベルマウス
付短管１２の長さを調節する態様について述べる。図２
において吸込ベルマウス付短管１２は、短管部２６と、
該短管部２６と所謂「入れ子（テレスコピック）」にな
ったベルマウス部２８とから構成されている。そして、
短管部２６には液圧シリンダ（油圧シリンダ、水圧シリ
ンダをも包含する）２０が取り付けられており、この液
圧シリンダ２０のピストンロッド２２の先端部は、ベル
マウス部２８の取付部材２４に接続している。そして液
圧シリンダ２０には、圧液ラインＬ３、Ｌ４を介して圧
液（圧油、高圧水等）が供給され、或いは、該シリンダ
２０から圧液が排出される。

【００２９】図２の場合、ラインＬ４に圧液が供給さ
れ、ラインＬ３を介して圧液が排出された場合には、ピ
ストンロッド２２及びベルマウス部２８が図中左側に移
動するので、吸込ベルマウス付短管１２の左右方向寸法
は長くなる。一方、ラインＬ３に圧液が供給され、ライ
ンＬ４を介して圧液が排出された場合には、ピストンロ
ッド２２が図中右側に移動するので、吸込ベルマウス付
短管１２は短くなる。

【００３０】図３は、吸込ベルマウス付短管１２の長さ
を調節するための態様であって、図２とは異なる態様を
示している。図３では、ねじ部を形成したロッド３０が
ベルマウス部２８と短管部２６とを接続している。そし
て、ロッド３０の一端はベルマウス部２８の取付部材３
２に固定され、ねじ部３４は短管部２６に取り付けられ
たねじ送り機構３６により螺合支持されており、他端部
にはかさ歯車３８が形成されている。かさ歯車３８は、
回転駆動装置４０の出力軸４２の端部に設けられたかさ
歯車４４と螺合している。

【００３１】回転駆動装置４０を作動すれば、出力軸４
２、かさ歯車３８、４４を介してロッド３０に回転が伝
達され、ねじ送り機構３６とロッド３０のねじ部３４と
の螺合によりロッド３０及びベルマウス部２８が、図３
中左右いずれかの向きに移動する。そして、回転駆動装
置４０を逆回転すれば、ベルマウス部２８は左右方向に
ついて逆向きに移動する。これにより、吸込ベルマウス
付短管１２の左右方向長さ寸法が可変となるのである。

【００３２】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明は明細書及び図面の記載の範囲内で自由に変
更可能である。特に、吸込ベルマウス付短管１２の長さ
を調節するための態様については、図２、３に示す以外
にも、公知技術等を用いて自由に設計変更することが出
来る。

【００３３】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。

【００３４】（１）春夏秋冬の季節により水温或いは
脈動の伝播速度が変化しても、水圧鉄管の長さを調節す
ることにより、水圧鉄管内の圧力脈動の定在波を最小に
して水圧鉄管から放射される騒音を最小にすることが出
来る。

【００３５】（２）圧力変動に起因する水車の水圧鉄
管の騒音が効果的に防止される。

【００３６】（３）水力発電所と民家とが近接して建
築されていても、騒音公害が生じ無い。

【００３７】（４）水車の水圧鉄管の騒音防止のみな
らず、ポンプの吸込配管及び吐出配管における騒音防止
に適用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すブロック図。

【図２】図１の実施例において、吸込ベルマウス付短管
の長さを調節する１態様を示す側面図。

【図３】吸込ベルマウス付短管の長さを調節する態様で
あって、図２とは別の態様を示す側面図。

【図４】位置エネルギを回転のエネルギに変換するタイ
プの水車を水力発電所に適用した例を示す側面図。

【図５】従来技術を示す側面図。

【図６】水温と水中の音速との特性を示す図。

【図７】温度と伝播速度との特性を示す図。

【図８】鉄管内の圧力脈動の定在波を示す図。

【図９】鉄管内の相対圧力と開口端からの距離との特性
を示す図。

【図１０】図９の鉄管とは別の鉄管内の相対圧力と開口
端からの距離との特性を示す図。

【図１１】相対圧力と伝播速度との特性を示す図。

【符号の説明】

１・・・水圧鉄管２・・・水車３・・・水車建屋４・・・吸込水槽４Ｗ・・・吸込水槽の壁５・・・吸込ベルマウス１０・・・騒音防止装置１２・・・吸込ベルマウス付短管１４・・・調節機構１６・・・圧力脈動ピックアップ（圧力脈動測定装置）１８・・・コントローラ（制御装置）２０・・・液圧シリンダ２２・・・ピストンロッド２４、３２・・・取付部材２６・・・短管部２８・・・ベルマウス部３０・・・ロッド３４・・・ロッドのねじ部３６・・・ねじ送り機構３８、４４・・・かさ歯車４０・・・回転駆動装置４２・・・出力軸Ｌ１、Ｌ２・・・制御ラインＬ３、Ｌ４・・・圧液ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水圧鉄管に生じる圧力脈動を測定する工
程と、圧力脈動が最小になる様な水圧鉄管に接続された
吸込ベルマウス付短管の長さを演算する工程と、該工程
によって得られた長さに対応して吸込ベルマウス付短管
の長さを調節する工程、とを含むことを特徴とする騒音
防止方法。
【請求項２】水圧鉄管と、水圧鉄管に接続され長さが
調節可能な吸込ベルマウス付短管と、水圧鉄管に取り付
けられた圧力脈動測定装置と、圧力脈動測定装置により
測定された水圧鉄管の圧力脈動が最小となる様な吸込ベ
ルマウス付短管の長さを演算する制御装置と、制御装置
の演算結果に基づいて吸込ベルマウス付短管の長さを調
節する短管長さ調節機構、とを含むことを特徴とする騒
音防止装置。