JPS60243371A - チユ−ブ水車構造 - Google Patents

チユ−ブ水車構造

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JPS60243371A
JPS60243371A JP59100769A JP10076984A JPS60243371A JP S60243371 A JPS60243371 A JP S60243371A JP 59100769 A JP59100769 A JP 59100769A JP 10076984 A JP10076984 A JP 10076984A JP S60243371 A JPS60243371 A JP S60243371A
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JP
Japan
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main shaft
draft tube
water turbine
liner
tube liner
Prior art date
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Pending
Application number
JP59100769A
Other languages
English (en)
Inventor
Isao Yanagida
柳田 勲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS60243371A publication Critical patent/JPS60243371A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/04Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator for diminishing cavitation or vibration, e.g. balancing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、チューブ水車構造の改良に関するものである
〔発明の背景〕
第1図は従来のチューブ水車の管路縦断面図である。図
において、1は地中に形成された管路22内のケーシン
グであシ、ケーシング1のほぼ水平状の上流側位置18
のステイリング6内には水車軸受7が固定している。3
は主軸であり水車軸受7に一端側を支持されている。水
車軸受7は主軸3の上下方向力を支持し、主軸3にはラ
ンナベ−75が取り付けられている。2はランナベーン
5の上流側に取り付けられだガイドベーン、4はランナ
ボスカバー、8はスティリング6の上流側に取シ付けら
れたトップカバーである。17は曲率半径Rの折れ曲シ
部でドラフトチューブライナー9が取り付けられており
、ドラフトチューブライナー9はケーシング1に隣接し
ほぼ水平状の上流側位置18から下流側位置19へ下方
に曲る管路22に形成されている。折れ曲シ部17には
、折れ曲り部17で水流の流れを下流側へ第1回目″に
折り曲げる第1ベンド部20を有し、21は第2ベンド
部で第1ベンド部20の下流側に隣接し第2回目の折れ
曲りを形成している。主軸3の他端側は折れ曲り部17
のドラフトチューブライナー9の側壁を貫通し主軸封水
装置10により封水し地上に突出され、軸方向及び上下
方向力を支持する発電機スラスト、ガイド軸受11及び
上下方向力を支持する発電機ガイド軸受12に支持され
ている。発電機スラスト、ガイド軸受11及び発電機ガ
イド軸受12の間の主軸3には発電機13が固定し駆動
されるようになっている。尚、15は発電機ブレーキ装
置である。
そして、ランナベーン5に回転駆動力を与える流水は、
左方から矢印Cの方向へ流れ、流水によシ駆動されたラ
ンナベーン5の回転駆動力は主軸3を経て発電機13を
駆動し電力として取り出される。ランナベーン5を駆動
した後の流水は、主軸30周りをほぼ軸方向に流れ、そ
の後、折れ曲り部17部分のドラフトチューブライナー
9内を流下し下流側位置19を経て放水路へ流出するよ
うになっている。従って、流水はこの間に流れ方向を2
度変えることになる。この現象は、発電機13が流水の
外側の大気空間へ設置されると云う構造的なものから不
可避的なものとして生じることである。
この流れの変化によυ管路22内の流水は大きな水頭損
失を生じることになる。特に、このチューブ水車は低落
差用として用いられていることから、この水頭損失の影
響は著しく大きく、水車の効率特性を低下させる要因と
なっている。このため、この流路の曲Xりによる損失を
極力少なくするよう折れ曲Xり部17の曲jh角度αを
小さく、曲メジ曲率を大きくとるような考慮が払われて
いる。
このため、ドラフトチューブライナー9の寸法は主軸3
方向に著しく長くガる結果となシ、下記の如き構造的な
難点が生じている。
(1) ドラフトチューブライナー9の主軸3方向長さ
、即ち、第1図のL1寸法が長くなり、この結果、水車
発電機の機械寸法全長L2が非常に長くなり、不経済で
あると共に、発電所の建屋寸法が著しく大きくなる欠点
がある。
(2)上記(1)の結果、主軸3の長さが著しく長くな
り、かつ、横軸であるため、主軸3の撓み変位が大きく
、強度、剛性が低下し易い。また、軸受の間隔が小さく
取れないため、軸の固有振動数を充分高めることが難か
しくなシ、軸振動の問題を生じ易い。
(3)上記(2)の軸振動の問題は、寸法が大きい大容
量機になればなる程、この問題の大きさは無視できず、
対応策が採シにくい。このため、チューブ水車の大容量
化が図りにくいとされている。
(4)上記(2)の問題に対しては、主@3の直径を大
きくすると云う方法で対処するのが一般的であるが、特
に高速回転になると、この方法では対処できない領域と
なり、充分でない面がある。
〔発明の目的〕
本発明は上記の状況に鑑みなされたものであシ、主軸の
振動を減少でき水車効率特性を向上し、また、大容量化
が可能で、機器の製作及び発電所建設の際の経済性を向
上できるチューブ水車構造を提供することを目的とした
ものである。
〔発明の概要〕
本発明のチューブ水車構造は、地中に形成された管路の
ケーシング内のほぼ水平状の上流側位置に配設されるス
テイリング内に固定された水車軸受に一端側を支持され
ランナベーンが固定された主軸と、上記上流側位置が下
方へ曲り下流側位置に接続され、かつ、上記管路の上記
ケーシングの下流にドラフトチューブライナーが取り付
けられた折れ曲り部と、該折れ曲り部からほぼ水平状に
主軸封水装置を経て地上に突出された上記主軸の他端側
の軸受相互間に配設された発電機とを設けてなり、上記
折れ曲炒部の上記ドラフトチューブライナー内の第1ベ
ンド部分に、該ドラフトチューブライナー中心をほぼ中
心とする放射状位置に複数の整流ガイドが上記ドラフト
チューブライナーに固定されているものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明のチューブ水車構造を実施例を用い従来と同
部品は同符号で示し同部分の構造の説明は省略し第2図
、第3図によシ説明する。第2図は管路縦断面図、第3
図は第2図のIII−I[[矢視断面図である。図にお
いて、ケーシング1に隣接するドラフトチューブライナ
ー90入口部分の第1ベンド部20部分から管路22の
第2ベンド部21のドラフトチューブライナー9の終端
部にかけて、ドラフトチューブライナー9の内側に主軸
3及びドラフトチューブライナー9の中心を中心とする
放射状位置に4枚(複数)の整流ガイド14がドラフト
チューブライナー9内に固定されている。そして、第3
図に示すように整流ガイド14は内部側を主軸3を遊場
する筒部23に固定されている。尚、第3図でドラフト
チューブライナー9、線流ガイド14の一部は点線で展
開図状に示しである。整流ガイド14をこのように内部
側を筒部23によって固定すると強度的に好ましいが、
強度的に問題がなければ筒部23に固定する必要はない
。また、整流ガイド14は図示のようにドラフトチュー
ブライナー9の上流入口部から下流出口部までは必ずし
も設ける必要はないが、少なくともドラフトチューブラ
イナー9内上流側の入口付近の第1ベンド部20部には
必ず設置する必要がある。また、本実施例のようにドラ
フトチューブライナー9の全長にわたり整流ガイド14
を設ける場合は、ドラフトチューブライナー9の折れ曲
り形状に沿わせて管軸方向に導くように曲げて形成する
。そして、整流ガイド14は最小限度2枚を取シ付ける
ことにより目的は達成できる。
次に、整流ガイド14の作用について説明する。
第4図は整流ガイド14が設けられてないドラフトチュ
ーブライナー9のランナベーン5下流の水流の説明図で
ある。第4図において、ランナベーン5から流出した水
流は、管路22の曲がりが、仮シにない場合、もしくは
影響のない程後流に位置する場合においては、はぼ軸流
に近く、かつ、断面のどの部分をとってもほぼ等流速で
流出するため、管路22内の水頭損失もきわめて僅かで
無視できる程度である。しかし、第4図の如く管路22
の曲抄がある場合には、管路22の曲率の大きい側、即
ち、外側の曲りの大きい側A部では水流の慣性力が強く
なるため、流速Vは、曲率の小さい側の内側B部の流速
Vより著しく早くなる。
このため、管路22内の静圧力は、A部よシB部が高く
なり、管内圧力の不均等に起因して第4図の■−■断面
を示す第5図のように2次的流れ16を生じる。
この2次的流れ16は本来、管軸方向の円滑な流れとは
異なシ、渦状に管内に発達して停留する流れで、水車の
効率特性を阻害する無効水流となる。従って、効率特性
を低下させることは勿論のこと、ドラフトチューブライ
ナー9内で、水圧振動を発生させたシ、また、この2次
的流れ16を直接受けて主軸3に異常な振動を発生させ
たシすると云う問題に発展する事例があった。この問題
は上記した如く折れ曲り部17の角度を小さく、曲りの
曲率半径Rを大きくしたりすることで効果はあるが完全
に消去させることは困難である。
上記のような現象に対して本実施例の第3図の如くほぼ
放射状に複数の整流ガイド14を配置することにより、
効果的にこの2次的流れ16を阻止できる。即ち、整流
ガイド14は2次的流れ16を遮断する方向となってい
るため、2次的流れ16を機械的に消失せしめることが
可能である。
このように2次的流れ16を機械的に遮断するため整流
ガイド14には大きな荷重を負わせることになるので充
分な強度と剛性が必要となる。従って、ドラフトチュー
ブライナー9管壁に強固に固定すると共に、場合によっ
ては第3図のように主軸3を遊嵌する筒部23を介し互
に固定する梅漬が必要となる場合もある。
そして、整流ガイド14によシ2次的流れ16を防止す
′ることによシ水流は軸流成分とすることができるので
、整流効果の向上による水車効率特性の改善が可能とな
り、水頭損失の増大を抑制し主軸3の異常振動の防止が
図れる。この場合の2次的流れ16の防止によシ、2次
的流れによる水圧振動を、水圧変動値ΔH(m)の水車
有効落差Hとの比、ΔH/Hを2〜3チ低減できる。ま
た、整流ガイド14を取り付けることにより、従来のド
ラフトチューブライナー9よシも曲シ角度を大きく、か
つ、曲りの曲率半径を小さくできることにより、ドラフ
トチューブライナー9の長さLlとランナベーン直径り
との比、L1/Dを25%小さくでき、水車発電機の全
長L!とランナベーン直径りとの比、L2/Dも7%小
さくできる。
このため主軸30重量、長さをそれぞれ20%減少でき
、主軸3の振動も軽減され、水車発電機の製作原価を低
減でき、発1.所建屋寸法も縮少でき、チューブ水車の
容量の大形化も可能となる。さらに、2次的流れ16の
防止により主軸3に加えられる加振力も減少する。
このように本実施例のチューブ水車構造においては、管
路のドラフトチューブライナー内の折れ曲り部のために
水流の方向が変わる部分に整流ガイドを設けて2次的流
れを防止するようにしたので、主軸の振動が少なく水車
効率特性が向上し、また、大容量化が可能で、さらに、
水車発電機及び発電所建屋の小形化が可能で製造原価を
低減できる。
〔発明の効果〕
以上記述した如く本発明のチューブ水車構造は、主軸の
振動を減少でき、水車効率特性を向上し、また、大容量
化が可能で、機器の製作並びに発電所建設の際の経済性
を向上できる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
図、第3図は第2図の■−■矢視断面図、第4図は整流
ガイドを有しないドラフトチューブライナー内の水流説
明図、第5図は第4図の■−■矢視断面図である。 1・・・ケーシング、3・・・主軸、6・・・スティリ
ング、7・・・水車軸受、9・・・ドラフトチューフリ
イナー、10・・・主軸封水装置、11・・・発電機ス
ラスト、ガイド軸受、12・・・発電機ガイド軸受、1
4・・・整流ガイド、17・・・折れ曲シ部、18・・
・上流側位置、19・・・下流側位置、20・・・第1
ペンド部、22・・・管路。 茅3 ロ ア 茅4目 茅50 6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、地中に形成された管路のケーシング内のほぼ水平状
    の上流側位置に配設されるステイリング内に固定された
    水車軸受に一端側を支持されランナベーンが固定された
    主軸と、上記上流側位置が下方へ曲り下流側位置に接続
    され、かつ、上記管路の上記ケーシングの下流にドラフ
    トチューブライナーが取シ付けられた折れ曲沙部と、該
    折れ曲シ部からほぼ水平状に主軸封止装置を経て地上に
    突出された上記主軸の他端側の軸受相互間に配設された
    発電機とを設けたものにおいて、上記折れ曲り部の上記
    ドラフトチューブライナー内の第1ベンド部部分に、該
    ドラフトチューブライナー中心をほぼ中心とするほぼ放
    射状位置に複数の整流ガイドが上記ドラフトチューブラ
    イナーに固定されていることを特徴とするチューブ水車
    構造。
JP59100769A 1984-05-18 1984-05-18 チユ−ブ水車構造 Pending JPS60243371A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07119608A (ja) * 1993-06-30 1995-05-09 Kanchi Kowan Gijutsu Kenkyu Center 振子式波力発電装置
CN105649859A (zh) * 2016-03-21 2016-06-08 张秉勤 一种双轴伸无推力卧式混流水轮发电机组及其发电方法
JP6182648B1 (ja) * 2016-07-20 2017-08-16 西芝電機株式会社 横軸水車発電機
CN107178461A (zh) * 2017-07-21 2017-09-19 河南瑞发水电设备有限责任公司 一种卧式微型整装水轮发电机组
CN111980843A (zh) * 2020-08-26 2020-11-24 广州沐风信息科技有限公司 一种外转式两向旋转发电设备

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