JPS622300Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、水車室または水車室に連なる放水室
内を負圧に保つことにより、この負圧室の水位を
持ち上げてドラフト水頭を有効活用するための空
気導入装置を有する水車装置に関する。

一般に、ベルトン水車、ジラール水車、クロス
フロー水車など水車室内にて水を開放するように
した方式の水車装置では、水車より下流に存する
落差が無駄となるため、これが効率低下の原因と
なつている。一方、ドラフト水頭の有効利用を図
るため、フランシス水車やプラン水車などの水車
装置では特に、長く且つ大きなドラフト管（放水
管）を設けるようにしている。第１図は水車室内
にて水を開放する方式の水車装置の従来例を示
し、図中、１は上流せき、２はペンストツク、３
は水車、４は水車室を形成するカバー、５は水車
室を外気に連通させる空気孔、６は放水面であ
る。同図の水車装置では、有効落差Ｈは本来上部
水位HWから放水位TWまでの差であるが、洪水
時の放水面６の上昇などを考慮すると、必要機器
の設置等の兼ね合いから水車３をある高さに維持
しておかねばならず通常、放水高さＨ_Sを設け
る。そのため元来はＨであつた有効落差が実際に
はＨ−Ｈ_Sしか水車３に作用せず、放水高さＨ_S分
は全く無駄になつてしまうのである。一方、この
無駄な落差Ｈ_Sをも有効に利用するためカプラン
水車等では長く大きいドラフト管（放水管）を設
けねばならなくなつたのである。

そこで空気孔５を塞いで水車室を空気の流入に
対し密閉しておいた場合のことを第３図について
考える。第３図のように水車室からドラフト管７
が放水面６へ導出した場合は、自然状態ではドラ
フト管７内水位即ちドラフト水位は放水位TWと
一致している。一方、水が流れ始めると水車３か
ら出た水は放水位TWに落下して行くが、この時
の水は多くの気泡を含むため水車室内の空気は多
量に放水面６に放出されることとなり、前述の如
く水車室への空気流入は閉鎖されているため、水
車室内の空気が不足して内部が負圧となる。この
負圧により、ドラフト水位が放水位TWよりも上
昇すると共にペンストツク２から水を強制的に吸
い出すこととなり、この吸出し圧のため上流せき
１からの落差が大きくなつたと同様の効果が与え
られる。またドラフト管７も短くて済むことにな
る。しかしこの場合、水が流れた状態でのドラフ
ト水位は水車３が水に没さないぎりぎりの位置が
好ましく、また水車出力による水量の増減に関係
なくドラフト水位が一定であることが望ましいの
であり、そのため所定のドラフト水位の維持を要
する。

そこで水車室のカバー４に第２図の如きバネ作
動式の空気弁８を設けて水車室内の空気圧調整に
よりドラフト水位を維持することが考えられる
が、これには次のような〜の欠点があり特に
水車装置の無人化を目指す現状では及びの欠
点は致命的なものである。なお第２図において、
９は弁体、１０はバネ、１１はロツドである。

空気弁８の開閉動作条件はバネ圧で調整する
ため、バネ１０の設定が難しい。

バネ圧と水車室内の負圧との関係で空気弁８
が開閉するため、ドラフト水位の変動に対し開
閉動作に遅れが生ずる。

水車室内の空気圧は低のため、微妙な調整を
要し、洩れが多いと動作が不確実になり易い。

放水位TWは洪水時と渇水時とでは大幅に上
下するため、その都度バネ１０の調整をやり直
さねばならない。

水車出力の増減で水量を調整することになる
が、この水量調整によつて水車室内の圧力が変
動するためこの場合もその都度バネ１０を調整
し直さねばならない。

本考案は斯かるドラフト水位調整の問題点を解
消すべく案出したものであり、具体的には空気流
入を閉鎖して水車室または水車室に連なる放水室
を負圧室とし、この負圧室に別途空気導入口を設
けてこの空気導入口に弁装置を設けると共に、負
圧室内にフロートを設けて水位上昇により弁装置
を開かせ且つ水位低下により弁装置を閉ざさせる
よう構成したものである。このような構成によ
り、負圧室の水位を持ち上げてドラフト水頭を有
効活用することが実用になり、例えばペルトン水
車、ジラール水車、クロスフロー水車など水車室
内で水を開放させる方式の水車装置では特に下流
の落差（放水高さ）Ｈ_Sが無駄にならないことか
ら、従来では放水高さＨ_Sを小さくしようとでき
るだけ機器を放水面６に近づけて設置したが本考
案の採用によりその必要はなく建設工事が容易と
なつて建設価格が引き下がり、また洪水時にも機
器の浸水の可能性が減る。しかもバネ作動式の空
気弁８の場合とは異つてフロートで直接水位を検
知して弁装置を開閉させるため、水車負荷の変動
や放水位TWの変化に伴う調整が不要となり、安
定性が高く且つ効率の良い水車装置を得ることが
できる。

以下、本考案の実施例を第３図〜第９図を参照
して詳細に説明する。なお図中で第１図と同一部
分には同一符号を付す。

第３図は本考案の一実施例を示し、図中Ａはフ
ロート式空気弁であり、１２はその弁装置、１３
はフロートである。この弁装置１２の構造は第６
図及び第７図を参照して後述する。また、ペンス
トツク２、カバー４及びドラフト管７で形成され
た水車室は図示しない空気導入口以外では空気流
入を閉鎖されている。第３図の構成の水車装置で
は、フロート式空気弁Ａが閉の間は空気導入口は
閉ざされているため水が流れ始めるとドラフト管
７内の水位即ちドラフト水位は徐々に上昇し、こ
の上昇はフロート式空気弁Ａが開動作するまで続
き、フロート１３の位置LWまで水位が上昇した
ところで弁装置１２が開いて空気が水車室内に吸
い込まれてそのレベルが維持される。したがつて
水車室内のドラフト水位はフロート１３の位置
LWで定めることができ、洪水や渇水で放水位
TWが上下動しても、あるいは水車出力により水
量が増減しても、これらに無関係に常に一定とな
る。よつて再調整は不要で無人化に極めて適す。
なお、フロート１３の位置LWは水車３が水に没
さないぎりぎりの位置とし、水車３の回転を阻害
させないようにする。

第４図ａ，ｂは本考案の基本的な実施例を示
す。図中、１４は空気導入口、Ｂはフロート式空
気弁、１５は弁装置、１６は弁体、１７は連結ロ
ツド、１８は弁体固定ナツト、１９はシール、２
０はフロート案内腕、２１及び２２はスライド軸
受である。そして空気導入口１４以外はペンスト
ツク２、カバー４及びドラフト管７で形成された
水車室へは空気流入が閉鎖されている。このよう
な基本的構造の実施例の水車装置では、第３図の
実施例と同様フロート１３の上下によつて弁装置
１５が開閉して水位が一定に維持され、放水高さ
Ｈ_Sに基づく負圧水車室内に生ぜしめることとな
つて上流せき１及びペンストツク２から積極的に
水を吸い出す効果が得られ、よつて放水高さＨ_S
分のドラフト水頭をこの吸い出し作用により回復
でき無駄がなくなる。

第５図はカプラン水車に適用した場合の本考案
の実施例を示す。図中、２３は渦巻管、２４はガ
イドベーン、２５はランナー、２６は空気導入
口、Ｃはフロート式空気弁、２７は弁装置、２８
は弁体、２９は戻しバネ、３０は連結レバー、３
１は支持腕、３２は放水室を形成する隔室であ
る。この場合、渦巻管２３、ドラフト管７及び隔
壁３２で水車室が形成されるのであり、放水室は
空気導入口２６以外からの空気流入は閉鎖されて
いる。この実施例においては水が流れ始めると放
水位はWL₁から上昇しだし、フロート１３が在る
位置までHL分上昇したところで弁装置２７が開
いて空気が導入され、放水位はWL₁からHLだけ
上昇したWL₂に自動的に維持される。これによ
り、従来のカプラン水車では図中二点鎖線で示す
如く長大なドラフト管３３を設けていたのに対
し、図の如く短く且つ単純な構造のドラフト管７
で同様にドラフト水頭を活用できることになる。

ここで第３図の実施例に用いたフロート式空気
弁Ａについて、第６図ａ，ｂ及び第７図ａ，ｂを
参照して詳説する。第６図及び第７図において、
３４は水車室のカバー４にあけた空気導入口であ
り、３５は中空の弁内筒、３６は弁外筒、３７は
連結レバー、３８はクレビス、３９は連結ロツ
ド、４０はロツドガイド、４１はシールである。
弁装置１２は弁内筒３５と弁外筒３６とで構成さ
れ、弁外筒３６は開口３６ａを有して水車室カバ
ー４の空気導入口３４に固定され、弁内筒３５は
弁外筒３６の開口３６ａに見合う位置に開口３５
ａを有すると共に外側端を端蓋４２で閉ざされて
弁外筒３６内に挿入される。弁内筒３５の開口す
る内側端には連通孔を有する連結レバー３７が固
着され、このレバー３７をクレビス３８及び連結
ロツド３９を介してフロート１３に連結してフロ
ート式空気弁Ａを構成してある。そして第７図ａ
の如くフロート１３が下つている状態（低水位）
では弁内筒３５と弁外筒３６とは互いの開口３５
ａ，３６ａが重ならず弁装置１２は閉となつてい
る。やがて水位が上昇してフロート１３が上る
と、これに伴つて弁内筒３５が回動し始め、第７
図ｂの如く互いの開口３５ａ，３６ａの重なりが
生じここから空気が吸い込まれる（第６図ａの矢
印参照）。この場合、開口３５ａ，３６ａを第６
図ａの如く矩形等の同形にせず、一方を第６図ｂ
の如く略三角形の開口４３などと異形にしても良
い。例えば三角形の開口４３の場合では、斜めの
部分においては弁内筒３５が回動しても開口の重
なり面積が少なくなり空気導入の微妙な制御が可
能となる。

第８図は他のフロート式空気弁Ｄの例を示す。
このフロート式空気弁Ｄはタペツトバルブ式のも
のであり、第５図の実施例におけるフロート式空
気弁Ｃもこれと略同様な構造である。第８図にお
いて、４４は空気導入口、４５はタペツト式弁装
置、４５ａはその弁体、４６はシール、４７はプ
ツシユロツド、４８は戻しバネ、４９及び５０は
ロツドガイドベアリング、５１はターンバツク
ル、５２は連結レバー、５３はレバー支持腕であ
る。このタペツトバルブ式のフロート式空気弁Ｄ
は前のフロート式空気弁Ｃと同様に大きい空気量
の導入を必要とする場合に用いて効果的である。
なおフロート式空気弁Ｄの動作は次の通りであ
る。即ち、フロート１３が下つている低水位の状
態では戻しバネ４８の弾発力によりプツシユロツ
ド４７が右方へ引かれて弁体４５ａは空気導入口
４４を閉じている。これに対し、水位が上つてフ
ロート１３が浮上するとこの浮力が戻しバネ４８
に打ち勝つてプツシユロツド４７が左方に動き弁
体４５ａは空気導入口４４を開き、空気が導入さ
れることになる。

次にフロート１３についてその改良したものを
第９図ａ〜ｄを参照して述べる。フロート１３は
通常のものでも良いが、特に水車装置の水車室ま
たは放水室内では強い流れが生じているため、波
だちや流れ勾配などが生じこれにより安定しない
可能性があるので、この点考慮を要するのであ
る。第９図ａ，ｂに示すフロート１３は多フロー
ト構成のものでフロート片５４を複数個分割して
備える。このタイプのフロート１３は水面の動揺
を平均化して検知することができる。第９図ｃ，
ｄに示すフロート１３は長く且つ大きいフロート
であり、この場合は水面に安定して浮上できる。
なお第９図ａ〜ｄ中５５は連結金具、５６は渡し
台である。

以上実施例とともに詳細に説明したように、本
考案の水車装置は放水高さＨ_Sが無駄にならない
ことから、特にペルトン水車、ジラール水車、ク
ロスフロー水車など水車室内で水を開放する方式
の水車装置に適用した場合は、機器を放水面から
離して設置してもかまわないので建設工事が容易
となつて建設価格が下がると共に、洪水があつて
も浸水のおそれがなくなる。またフランシス水車
やプラン水車などに適用した場合はドラフト管が
極めて短くて済み、またその構造も単純で済む。
更に空気導入装置をフロート式空気弁としてある
ので、負荷変動や放水位の変化に伴う再調整が不
要であり且つ安定性が高く水車装置の無人化に大
きく寄与すると共に、水車装置としての効率が良
い。また、フロートを水車室または放水室の内部
に設けたので、フロートの設置スペースを別途設
ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の水車装置の一例を示す断面図、
第２図はバネ作動式の空気弁を参考のため示す断
面図、第３〜９図は本考案の水車装置に係り、第
３図は一実施例の断面図、第４図は他の実施例に
係りａは全体の断面図、ｂはその一部を示す拡大
断面図、第５図は更に他の実施例の断面図、第６
図はフロート式空気弁の一例を示し、ａは構成
図、ｂはその変形例の説明図、第７図ａ及びｂは
第６図のフロート式空気弁の動作を説明するため
の一部破断した説明図、第８図はフロート式空気
弁の他の例を示す一部破断した構成図、第９図ａ
〜ｄはフロートの例を示し、ａは一例の正面図、
ｂはその側面図、ｃは他の例の正面図、ｄはその
側面図である。 図面中、１は上流せき、２はペンストツク、３
は水車、４は水車室を形成するカバー、６は放水
面、７はドラフト管、１２，１５，２７，４５は
弁装置、１３はフロート、１４，２６，３４，４
４は空気導入口、１７，３９は連結ロツド、１
６，２８，４５ａは弁体、２３は渦巻管、２４は
ガイドベーン、２５はランナー、２９，４８は戻
しバネ、３０，３７，５２は連結レバー、３２は
水車室を形成する隔壁、３５は弁内筒、３５ａは
その開口、３６は弁外筒、３６ａはその開口、４
７はプツシユロツド、５４はフロート片、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄはフロート式空気弁、Ｈは有効落差、
Ｈ_Sは放水高さ、HWは上部水位、TWは放水位、
LWはフロートの位置である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水車を収納する水車室または水車室に連なる放
   水室内が負圧に保たれ、この負圧室に水位が持ち
   上げられた水車装置において、負圧室に外気と連
   通する空気導入口を設けると共にこの空気導入口
   以外は前記負圧室への空気流入を閉鎖してあり、
   前記空気導入口に弁装置を設けると共に負圧室内
   の水位上昇により前記弁装置を開かせ且つ水位低
   下により弁装置を閉じさせるフロートを前記負圧
   室内に設けてあることを特徴とする空気導入装置
   を有する水車装置。