JPS61106980A

JPS61106980A - 強制送水式水力発電方式

Info

Publication number: JPS61106980A
Application number: JP59225896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasunobu; 安信　啓
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1986-05-24

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】本発明は圧力トンネル式導水路、導水路・放水路両用式
サージタンクおよびポンプポンプ水車をもつ強制送水式
水力発電方式に関する。

圧力トンネル式導水路を有する揚水式、貯水池式、調整
池式等の水力発電所は、当該導水路末端に導水路・放水
路両用式サージタンクを備えると共に電動発電機（ｍｏ
ｔｏｒ−ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　）と結合したポンプポン
プ水車（ｐｕｍｐ−ｐｕｍｐ−ｔｕｒｂｉｎｅ　）を設
置すると、同結合体は水車発電機運転（以下、水車運転
という）と流下方向ポンプ電動機運転（以下、流下ポン
プ運転という）と揚水方向ポンプ電動機運転（以下、揚
水ポンプ運転という）の三種類の運転をすることが可能
となる。ここで、ポンプポンプ水車というのは。

上記の三種類の運転に適合したポンプ水車のことである
。また。

導水路・放水路両用式サージタンクのいうのは２強制送
水時には放水路用サージタンクと同様な調圧作用をし、
非強制送水時（すなわち、自然通水時）には導水路用サ
ージタンクと同様な調圧作用をするサージタンクのこと
である。従って１本方式の強制送水は同サージタンクが
放水路用サージタンクと同様な調圧作用をするときＫな
されるので、同サージタンクの操作は電動発電機と結合
１−たポンプポンプ水車の運転と連動するよ５にするこ
とが必要である。

圧力トンネル末端の導水路・放水路両用式サージタンク
と連動１−だポンプポンプ水車が非強制送水時には従来
通りの水力発電をすると共に１強制送水時には、非強制
送水時の何倍もの水を送水することを可能にすることは
従来何ら考慮されていなかった。

本発明は、かかる点を考慮すると共に、常時の非強制送
水時には河川水力の有効利用をはかり、洪水時などの強
制送水時には大量の水を排出することを可能にする強制
送水式水力発電方式を提供することを目的とするもので
ある。

この目的を達成するため１本発明による強制送水式水力
発電方式は、ポンプポンプ水車と電動発電機の結合体と
連動する導水路・放水路両用式サージタンクを具備し、
水車運転と流下ポンプ運転と揚水ポンプ運転の三種類の
運転をすることができる。ただし。

下部貯水池のない水力発電所では、揚水ポンプ運転を行
うことができないが、後述するような特殊な増水池を設
ければ、残流などを揚水するための揚水ポンプ運転が可
能となる。

ついては２本発明は前記三種類の運転により、河川水力
の高度利用と洪水制御を可能にする点に最大の特色があ
る。

以下、添付図に示す具体的実施例について本発明を詳述
する。

第１図および第２図はそれぞれ本発明方式を揚水式発電
所に適用した場合における側面線図および平面線図を示
し、第３図は本方式を貯水池式または調整池式発電所に
適用した場合における側面縦断面図を示す。ついで、第
４図乃至第６図は本方式に備える導水路・放水路両用式
サージタンクの３例を、第７図は本方式に設置するポン
プポンプ水車の１例を、また、第８図は特別に考案ｊ９
．１　　　した取水池をそれぞれ示す。

本方式に設置するポンプポンプ水車の形式は従来のポン
プ水車と同様であるが、主として円筒水車形、カブラン
水車形および斜流水車形であり、案内羽根およびインペ
ラ・ランナ羽根は何れも開度を変えることができる構造
とする。

本方式に関する理論を９便宜−に具体的な数字を用いて
説明すれば１次の通りである。

第１図および第２図の圧力］・ンネルＴ、の通水容預は
１００７７１”／８とし１発電所Ｇには流下ポンプ運転
時の最大通水容量２５ｏｉ／ｓのボンブボジブ水車Ｐ２
台を設置する。従って２通水量は案内羽根（第７図のＶ
Ｉ参照）およびインペラ・ランナ羽根（第７図のＶ。

参照）の開度と運転台数を変えることにより、０〜５０
０靜／Ｓの範囲内で適宜調整することができるものとす
る。例えば２通水量が＋ｏｏｍ”／ｓのときには、１台
運転とし最大通水容量の４０チとすればよく、また、　
　５００靜／Ｓのときｖｒ、は、２台運転とし最大通水
容量の１００％とすればよい。

いま、同発電所の圧力トンネル式導水路は亘長ｌ！：５
ｊａｎ（第２図参照）、直径ｄ：８ｍ、断面積ａ：５０
ｔＴ？とすると共に総落差ｈ：２０ｍ（第１図参照）と
し、案内羽根Ｖ１およびインペラ・ランナ羽根Ｖ、の開
度と運転台数を変えて、使用水量または通水量を１００
ｍ”／Ｓから５００ｍ’／ｓまで増加した場合には、圧
プ丹ンネル　　　　　１の等制動水勾配、総落差損失１
１’ｃ　ｍ　）　、有効落差ｈ’（ｍ　）または揚程ｈ
’（ｍ）、および発生電力ｐｃｔ＋ｗ：＋または消費電
力ｐ’（ｋＷ）が如何に変わるかを計算すると、第１表
の使用水量１発生電力等に関する計算結果かえられる。

ただし、ここに等制動水勾配とは。

実際に流量に作用する圧力をそれと等価な動水勾配で表
わしたものである。

第１表　使用水量２発生電力等に関する計算結果使用水
量ま　圧力トンネル　総　落　差　有効落差　発生電力
またたけ通水量　の等節動水　損　　　失　またに揚程
　は消費電力（ｍ’／　ｓ　）　　匂配　　　　　　　
　（ＦＦ＋）　　　　　（ｍ）　　　　　　（ｋｌｌ：
］１００　　１／３６００　　　１．６６７　　１８．
３３３　　１４．３７０１５０　　１／＋６００　　　
３．７５０　　１６．２５０　　１９．１１０２００　
　１／９００　　　６．６６７　　　１３．３３３　　
２０．９１０２５０　　１１５７６　　　１０．４１７
　　　９．５８３　　１８．７８０３００　　１／４０
０　　　１５．０００　　　５．０００　　　＋１．７
６０３４６　　１／３００　　　２０．０００　　　０
．０　　　　０．０３５０　　１／２９４　　　２０．
４１５　　−０．４．１５　　−１．７８０４００　　
１／２２５　　　２６．６６７　　−６．６６７　−３
２．６７０４５０　　１／１７８　　　３３．７４６　
　−１３．７’４６　−７５．７７０５００　　１／１
４４　　　４１．６６７　　−２１．６６７　−１３２
．７１０〔備考〕　マイナス記号は揚程または消費電力
を表わす。

第１表の計算例として、使用水量ｑが＋００ｔｙ？／８
の場合と通水量ｑ′が５ｏｏｍ’／ｓの場合を示すと２
次の通りである。

圧力トンネル内の平均流速計算法（ｍａｎｎｉｎｇ法）
＝５− によねば７−１ｒ−１ｉ（−（１）ただし、ｖ：圧力トンネル内の平均流速（ｍ／ｓ）ｎ：
粗度係数（ｎ＝０．０１３２３とする）ｒ：湿潤辺にし
てｒ　＝　ｄ／４　Ｃｍ　）１：動水勾配それ故、（１）式よりｉ＝（ｎ／ｒ１−）”ｖ”　＝６．９４６２Ｘ　１０−
’Ｘｖ’　　　　　（２）ただり、（２）式から求めた
ｉの値を等制動水勾配とする。

（１）　　使用水量ｑ＝１００ゴ／Ｓの場合ｖ＝ｑ／ａ
＝１００１５０＝２ル４ｉ＝６．９４６２Ｘ１（１→Ｘ２”−：１／３６００／
’＝５０００ｘ（１／３６００．）Ｘｌ、２＝１．６６
７ｍただ１−２総落差損失ｌ′は圧力トンネル内の落差
損失の２０チ増とする。

ｈ’＝ｈ−１’＝２０−１．６６７＝１８．３３３ｍｐ
＝９．８ｑｈ’η＝９．８　Ｘ　１００　Ｘ　１８．３
３３　Ｘ　０．８＝１４．３７０ｋＷここに、η−０８
は水車発電機運転時の発電効率（１１）通水量ｑ’−５
００，，３／ｓの場合ｖ　＝　ｑ７ａ　＝　５００１５
０　＝　Ｉ　Ｏｍ／ｓｉ　＝　６．９４６２　Ｘ　１０
−’　Ｘ　１０’キ１７１４４／’＝５０００　ｘ　（
］／１４４　）Ｘ　１．２＝４Ｌ６６７ｍｈ“＝　ＩＩ
’　　ｈ　＝　４１．６６７−２０　＝　２１．６６７
ｍｐ’＝　９．８　ｑ／ｈγη′＝９８×５００×２１
６６７１０８−１３２７１０ｋＷここに、η′はポンプ
電動機運転の効率次に、同発電所が揚水量ｑ’＝ＩｏＯ
靜／Ｓを揚水するときの計算例を示す。ただしｒＶｒ　
　＋およびｌ′の値は前記（１）の場合と同じとし、η
′は（Ｉ＋）の場合と同じとする。しかるとき、総揚程
ｈ′および消費電力ｐ＃は次の通りである。

ｈ”　＝　ｈ　十″ｈ’＝　２０　＋１．６６７　＝　
２１．６６７ｍｐ’　９．８ｑ”ｈ７η’＝　９．８　
ｘ　Ｉ　００　ｘ　２　＋、６６７１０．８　＝　２６
，５４２ｋＷ第１表かられかるように１木刀式に使用す
るポンプポンプ水車と電動発電機の結合体は、使用水量
ｑが３４６ｎＩ／ｓ以下の場合には水車運転となるが、
それ以上の場合には流下ポンプ運転となる。

この第１表の計算結果は特定の発電所に関するものであ
るが、同ｉ、、　　　　　表が示すような特性は一般的
に成立するので２本発明は有意なものである。

以上１本発明方式を特定の具体例について述べたが２種
々の変形を行うことができる。たとえば、同具体例は放
水路Ｔ、が短い場合であるが、非常に長い放水路をもつ
水力発電所に適用することができる。ただし、この場合
には、放水路用サージタンクを設置する必要があること
は云うまでもない。また、取水口もしくは放水口に、貯
水池や調整池などのない河川の場合にも２木刀式の三種
類の運転を行なわせて強制送水をすることができる。た
だし。

この場合には第８図および第９図に示すような特別産工
夫した取水池が必要である。なお１以上述べたところは
一つの強制送水式水力発電所に関するものであったが、
降雨量の少ない地域などでは、いくつかの強制送水式水
力発電所を結合してネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ　）
を形成し、豊水期の水を経済的に集水するようにするこ
ともできる。

終りに２本発明方式の構成要素である導水路・放水路両
用式サージタンクとポンプポンプ水車と特別に工夫した
取水池について示す。第４図は単動サージタンクに逆ど
め穴開閉弁ｖ′を取り付けたもので５強制送水時にはこ
れを閉じる。第５図は放水路用サー　　　　□ジタンク
と同形の密閉式であるが、空気タンクＡは十分大きくし
ておく必要がある。また、第６図は空気タンクＡと逆と
め開閉邦人に８第７図はポンプポンプ水車の一例として
円筒水車形ポンプポンプ水車を示す。本体ケーシングＢ
に本体固定板Ｆおよびス何れも開度を調整することが可
能である。ただし、同図のポンプポンプ水車は本体側か
ら見て時計回り回転のときは水車運転または流下ポンプ
運転であり２反時計回り回転のときは揚水ポンプ運転で
ある。

なお、第８図は特別に考案した取水池の一例を示す。同
取水池は右岸に造ったものであり、ＴＩおよびＴＩはそ
れぞれ圧力トンネルおよび取水口である。ただし、増水
口Ｔ、ｌは吸込み揚程以上の深さに設ける必要がある。

また、Ｖは洪水位、Ｇ′はゲート、Ｆ′は流れ方向、Ｂ
＃は河床をそれぞれ示す。従って、流量は河床Ｂ’と同
一レベルの増水池スクリンＳ′上を流れることになるが
、同取水池に近接した上流部には第一次沈砂池を設ける
ので、同取水池は第二次沈砂池の役割を兼ねる。しかし
て、同取水池の排水はゲートＧ′を閉じた後、排水用ポ
ンプＰ′によって行う。

本発明は２以上述べたように、湖水、貯水池、調整池、
河川等から取水する水力発電所の圧力トンネル式導水路
末端に導水路・放水路両用式サージタンクを備えると共
に、水車運転と流下ポンプ運転と揚水ポンプ運転の３種
類の運転をするポンプポンプ水車を設置して、従来通り
の水力発電を行うほかに、洪水時などに大量の水を流下
方向１て向けて強制送水することにより、河川水力の有
効利用、洪水制御等を行いうる点に優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明方式を揚水式発電
所に適用した場合における側面線図および平面線図を示
し、第３図は本方式を貯水池式または調整池式に適用し
た場合における側面縦断面図を示す。ついで、第４図乃
至第６図は木刀式傾備える導水路池をそれぞれ示す。第１図乃至第３図についてＵ′：上部貯水池、Ｕ＋：貯水池または調整池Ｌ＝下部
貯水池、Ｒ：河川Ｉ：取水口、０：放水口、Ｔ、二田カトンネルＴパ水圧
管、Ｔ、：放水路Ｓ：導水路・放水路両用式サージタンクＧ：水力発電所
、Ｐ：ポンプポンプ水車Ｇ１：取水ログート、Ｇ、：放
水ロゲート、ｖ：主弁ｈ：総落差、ｌ！：導水路亘長第４図乃至第６図について第７図についてＢ：本体ケージ／グ、Ｔ、：水圧管、Ｄ：吸出管Ｆ：本
体固定板、Ｓ１：ステーベノｖ１：案内羽根、■、：インペラ・ランナ羽根Ｂ、：案
内軸受、Ｂ、ニスラスト軸受Ｓパ回転軸、Ｃ：ボス力バーＡ：を様子、に：回転子［・、ｌ　　　　　Ｖ　：水車運転時流速、Ｖ′二流下
ポンプ運転時流速ｖ′：揚水ポンプ運転時流速

Claims

【特許請求の範囲】

湖水、貯水池、調整池、河川等から取水する水力発電所
の圧力トンネル式導水路末端に導水路・放水路両用式サ
ージタンクを備えると共に、水車運転と流下ポンプ運転
と揚水ポンプ運転の３種類の運転に適合するポンプポン
プ水車を設置して、従来通りの水力発電を行うほかに、
洪水時などに大量の水を流下方向に向けて強制送水する
ことを特徴とする強制送水式水力発電方式。