JPS6336428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溝状に開さくされた用水路を仕切るゲ
ートにそれと一体的に昇降可能に装荷される水車
発電装置に関するもので、特に水路の下流側に対
して潅漑用水確保のために常時放流が義務づけら
れるような場合に水車発電装置の点検、修理の期
間中も用水の放流が確保できるとともに、ゲート
強度を損うことなくかつ点検、保守が容易で発電
所建屋および水路などの土木設備を省略するよう
にしたものである。

エネルギー資源の節約化が要望されている現在
未開発の水力エネルギー開発が大きな課題となつ
ている。このような要請に対する水力エネルギー
開発地点としては、中、小河川や既設のダムの放
水路や潅漑用水路等の超低落差の地点が対象とな
る。この超低落差で水力発電を行なわせるにはゲ
ート式バルブ発電機が有効なので、今後広く採用
される気運にある。特開昭55−139979のような従
来の円筒水車発電設備は、外ケーシングがゲート
に取付けられて外ケーシングの外周域と発電機を
内蔵する水車発電機本体が水中に没入し、ゲート
の強度を損うことが多く、ゲートの設計を困難に
するとともに運転中にガイドベーンの操作機構な
どの外周域に装置れている各部品を保守、点検す
るためには、取水ゲートより下流の放水路側にし
や水壁と、しや水壁の下側でゲートとの間に無水
空間となる保守、点検用の水車ピツトが区画され
る。また、排水ピツトや余水路を必要とし、土木
工事費と工期がかかり水車発電設備がコスト高と
なるなどの欠点があつた。

本発明は上記のような欠点を除去し、水車発電
設備の組立、分解が容易で土木設備を省略し、運
転中でも水車に近づいて発電機やガイドベーンな
どの操作機構の保守、点検ができることと、常時
下流側へ潅漑用水として責任放流を果しゲートを
損うことなく既存のゲートにも利用できるゲート
装荷水車発電装置を提供することを目的とする。

本発明のゲート装荷水車発電装置は、上側部分
がゲートの仕切り壁を貫通して開口し他の部分が
ゲートの仕切り壁に沿つて鉛直方向に延びその下
端が下方に向けて開口する水路外管と、該外管の
上側部分を貫通し外管の内方にステーベンを介し
て支持された水路内管と、該内管内に挿設され内
管の終端部で回転自在に支承された駆動軸と、駆
動軸の下端部に取付けた軸流形の水車ランナと、
前記水路外管の上方に駆動軸と結合された発電機
を備え、ゲートが開水路を閉鎖したとき前記水路
外管の下端開口部が開水路の床に貫設される吸出
し水路の始端部と水封的に接触し水路外管内の水
路と吸出し水路とが連通するように形成され、か
かる構成により上述の目的が達せられる。

さらに本発明において、水路外管の上側部分が
外管の他の部分と別体に構成すると、運搬、据付
を容易にする上で効果があり、水路外管の上側部
分の屈曲部に水路の整流体を設けると、流水を水
路外管内に整流するのに効果がある。さらに水路
内管をステーベンを介して水路外管に支持する
と、水路内管を剛体的に形成するによく、とくに
ステーベンが取付けられる水路外管が該外管の他
の部分と別体で構成すると、水路内管をステーベ
ンに容易に結合するのに便利である。また軸流形
の水車ランナから出た水の絶対速度を減少させる
ためのデフユーザ管を水路外管の下端部に一体構
成するのが有利である。

水路外管の下部と吸出し水路の始端をそれぞれ
フランジ状に形成し、その一方に水封パツキング
を設けると、設置上の狂いが多少あつてもゲート
閉鎖とともに水車を流れる水の通路が形成される
ので運転操作上の大きな利点が得られる。

また水車と発電機とを結合する駆動軸の水封の
ために水路内管の下方終端部と水車ランナとの間
を回転自在に水封し、水路内管へ漏水した水を外
部に排出するためのドレン管を設けると、軸承お
よび駆動軸の耐久性を損うことなく常時円滑に駆
動軸の回転を保証することができる。またこの代
案として水路内管の上端部分を該内管の他の部分
とは別体に構成して他の部分とフランジ結合し、
上端部分が発電機の固定部分の下端部まで延びて
該下端部を水封し、延在上端部分内で駆動軸と発
電機の可動部分とを結合すると、水封を静止シー
リングにより達成することができ、回転シーリン
グの摩耗等の問題を回避することができる。

水車ランナにかかる水圧力は水路内管の下端部
により支承するのがよく、これにより駆動軸にス
ラスト力が掛からないようにすることができる。
以下本発明のゲート装荷水車発電装置の構造につ
いて説明する。第１図および第２図は本発明の実
施例を示し、第１図はゲート装荷水車発電装置の
平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。
図において、１１は開さくされた開水路で矢視方
向に水が流れるものとする。１２は開水路を仕切
りワイヤドラム１２ｃとガイトローラ１２ｄを介
して１３矢視方向に昇降自在に設置されるゲー
ト、１０が水車発電装置で、水路外管１４がゲー
ト１２に固定される。この水路外管１４は、入口
管１０１、上部胴管１０２、下部胴管１０３およ
びランナ外管１０４から形成されている。入口管
１０１には屈曲部１０１ａが形成されていて、こ
のの屈曲部の内側には水路の整流体１０１ｂを備
え、取水側の開口部１０１ｃがゲートの仕切り壁
１２ｂを貫通し、開水路の上流側に向けてゲート
の仕切り壁１２ｂに水封的に取付けられ、取水側
と反対の側はゲートの仕切り壁１２ｂに沿つて鉛
直に延びて胴部が支持部材１５を介して仕切り壁
１２ｂの補強フレーム１２ａに固定支持される。
上部胴管１０２はゲートの仕切り壁１２ｂに沿つ
て鉛直に配され、その一端のフランジ１６ａが入
口管１０１の下端フランジ１６ｂを介して入口管
１０１と水封的に結合され、他端のフランジ１７
ａは下部胴管１０３の一方の端部のフランジ１７
ｂを介して下部胴管１０３と水封的に結合されて
いる。下部胴管１０３はステーベン３１を内蔵
し、下端部のフランジ１８ａは鼓状のランナ外管
１０４とその上部フランジ１８ｂを介して水封的
に結合される。ランナ外管１０４は下部にフラン
ジ２０を備え、胴部が支持部材１９を介して仕切
り壁１２ｂの補強フレーム１２ａに固定支持され
ている。以上により水路外管１４が形成され、そ
の下部は先太り状のデイスチヤージリングとして
形成されている。

水路内管３０は水路外管１４の上部の前述の入
口管１０１の上方から水路外管１４の鉛直部の内
側に挿設され、下部がステーベン３１を介して水
路外管１４の下部胴管１０３に支持されるととも
に、中間部はステー３２を介して水路外管１４の
上部胴管１０２に支持されている。この水路内管
３０のステーベン３１下方の端部とランナ外管１
０４とに支承されて可動式のガイトベーン３３が
配設されている。また、水路内管３０の上端部は
入口管１０１の上部から突出して頭部にフランジ
３４を備えている。

水路内管３０の内側は駆動軸３５が挿入され、
水路内管３０の下端部に装荷された主軸承３６
と、中間軸承３７とにより回転自在に水路内管３
０に支承されている。

駆動軸３５の下端部は水路内管３０の下端部か
ら下側に突出し、該突出部に軸流形の水車ランナ
３８が取付けられている。軸流形の水車ランナ３
８は水路外管１４のランナ外管１０４により外囲
され、ランナにかかる水圧力は水路内管３０の下
端部により支えられている。また、水路内管３０
の下端面とランナボスの上端面との間は図示しな
いバツキングにより水封される。図示しないドレ
ン管が水路内管３０に漏水した水をランナコーン
３８ａに排出できるように配設される。

発電機４０は、水路外管１４の前述の入口管１
０１の上に円筒状の台座３９が設けられてその上
に設置され、支持部材４１を介して前述の仕切り
壁１２ｂの補強フレーム１２ａに頭部が固定支持
されている。発電機４０の回転軸４０ａは駆動軸
３５と結合されている。

吸出し水路５０は、開水路１１の床を貫設して
水路を開水路１１の下流側に導くもので、吸出し
管５１が開水路の床コンクリート内に埋設されて
いる。この吸出し管５１の上流側の始端開口部５
１ｃは、フランジ５１ａを備え、第３図に示すよ
うにパツキング５１ｂがそのフランジ面に装荷さ
れている。ゲート１２により開水路１１を閉鎖し
たとき、水路外管１４のランナ外管１０４の下端
開口部１０４ａのフランジ２０と吸出し管始端開
口部５１ｃのフランジ５１ａとが接触し、前記水
路外管１４と吸出し水路５０とが連通するように
なる。

次に上述のゲート装荷水車発電装置の運転系統
についてその概略を説明する。水車発電装置１０
はゲート１２とともに下降し、ゲート１２より開
水路１１の水が堰止められる。水路外管１４のラ
ンナ外管下端開口部１０４ａのフランジ２０と、
吸出し管始端開口部５１ｃのフランジ５１ａとが
パツキング５１ｂを介して水封的に接触し、水路
外管１４と吸出し水路とが連通する。開水路１１
の水は水量を増して水車発電装置１０に所定量の
水が常時取水されるようになる。そして開水路の
水位は、水路外管１４の入口管開口部１０ｃより
高い１２ａと、ゲートの仕切り壁１２ｂより低い
１２ｂとの間に推移している。一方水車発電装置
１０には水路外管１４の入口管開口部１０１ｃか
ら取水され、開口部１０１ｃから流入した水は入
口管の屈曲部１０１ａの内側に配される整流体１
０１ｂにより水路外管１４と水路内管３０との間
に通流される。水路内管３０のステーベン３１下
方の端部とランナ外管１０４とに支承される可動
式のガイドベーン３３は、水路領域外の上方から
図示しない電動機を介して自動操作されて、水車
発電装置１０が最良の効率で運転できるように開
度の調整が行なわれる。水路外管１４と水路内管
３０との間を通流た流水は、この可動ガイドベー
ン３３を通過して軸流形の水車ランナ３８に当
る。軸承形の水車ランナ３８にかかる水圧力がス
テーベン３１、ステー３７を介して水路外管１４
に支持された水路内管３０の下端部に支承され、
ランナボスと水路内管３０の下端部の両端面は水
封されている。駆動軸３５は軸流形の水車ランナ
３８と一体で円滑に回転し、発電機の回転軸４０
ａが回転駆動されて発電が開始される。一方、軸
流形の水車ランナ３８に当つて下方に落ちた流水
は、水路外管１４のランナ外管１０４に沿つて連
通する吸出し管に導かれ、流速を落して開水路１
１の下流側に流出していく。

上述のことから本発明のゲート装荷水車発電装
置１０は、常時開水路の下流側に対して潅漑用水
を放流し、発電装置の事故、修理時にもゲートと
ともに水車発電装置１０を水面上に吊り上げるこ
とで下流側への責任放流が確保できる。また、洪
水時にはゲートとともに水車発電装置１０を吊り
上げて放流量を増大させることができる。発電機
４０と水路外管１４が水路領域外にあるため、運
転中でも発電機やガイドベーンの操作機構などの
水路外管の外周域に設置された各機器へ容易に近
づいて自由に保守、点検ができる。更には、ゲー
トの強度を損うことなくまた比較的軽量な部材で
コンパクトに水車発電装置を設計、製作すること
が可能となる。第４図は本発明の別の実施例を示
し、発電機下端部の縦断面図である。図において
第１図および第２図に示すものと同じ構成要素の
ものには同じ符号を付すことによりその説明を省
略する。水路内管３０の上端が発電機４０の下端
部まで延在するもので、延在部分に軸ケーシング
４２が配され、発電機４０の回転軸部４０ａに挿
入される。軸ケーシング４２は、上端部にパツキ
ング４４を備えて回転自在に回転軸４０ａを水封
するとともに、下端が水路内管３０の上端部のフ
ランジ３４とフランジ４３を介して水路内管３０
と結合されている。この軸ケーシング４２の内側
で、発電機４０の回転軸４０ａが下端にフランジ
４５ａを備えてフランジ４５ｂを介して駆動軸３
５に結合されている。

これにより発電機４０を設置する際、駆動軸３
５と発電機回転軸４０ａの芯合わせが容易に行な
われ、駆動軸３５の回転により円滑に発電機４０
が回転駆動される。軸ケーシング４２が発電機４
０の下端部まで延びて回転軸４０ａを回転自在に
水封することにより、水路内管３０内の水が発電
機４０に浸入するのを防止することができる。

上述のように本発明のゲート装荷水車発電装置
は、比較的軽量な部材でコンパクトに設計、製作
されてゲートの強度を損うことなくゲートに装荷
され、組立、分解が容易である上に土木設置を省
略し、運転中も容易に近づいて発電機やガイドベ
ーンの操作機構の保守、点検が可能である。ま
た、下流側に対し潅漑用水として常時責任放流が
可能で、製作コストの低減と工期を短縮し、既存
のゲートにも装荷できるゲート装荷水車発電装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図に本発明の実施例
を示し、第１図ａはゲート装荷水車発電装置の平
面図、第１図ｂは第１図ａの水路外管内の要部構
成図、第２図は第１図ａのＡ−Ａ断面図、第３図
は第１図のＰ部詳細図、第４図は本発明の別の実
施例を示し第１図に示す発電機下端Ｑ部の要部縦
断面図である。 １０：ゲート装荷水車発電装置、１１：開水
路、１２：ゲート、１２ｂ：ゲートの仕切り壁、
１４：水路外管、３０：水路内管、３１：ステー
ベン、３５：駆動軸、３８：軸流形の水車ラン
ナ、４０：発電機、４４，５１ｂ：パツキング、
５０：吸出し水路、５１ｃ：吸出し水路の始端
部、１０１ｂ：水路の整流体、１０４ａ：水路外
管の下端開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溝状に開さくされた開水路を仕切るゲートに
   それと一体的に昇降可能に装荷される水車発電装
   置であつて；上側部分がゲートの仕切壁を貫通し
   て開水路の上流側に開口する屈曲部として形成さ
   れ、残余部分がほぼ鉛直方向に延びてその下端が
   下方に向けて開口するよう形成された水路外管
   と、該外管の前記上側部分を上方から貫通し、下
   端が外管内で終端するよう外管に取付けられた水
   路内管と、該内管内に挿通され内管の前記終端部
   により回転自在に案内支承された駆動軸と、該駆
   動軸の下端部に取付けられた軸流形の水車ランナ
   と、前記水路外管の外側上方の位置の水路領域外
   に配設され前記駆動軸に結合された発電機とを備
   え；ゲートが開水路を閉鎖したとき、前記水路外
   管の下端開口部が、開水路の床に貫設され水路を
   開水路の下流側に導く吸出し水路の始端部と水封
   的に接触し、前記水路外管内の水路と該吸出し水
   路とが連通されるようにしたことを特徴とするゲ
   ート装荷水車発電装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置に
   おいて、水路外管の上側部分が該外管の残余部分
   とは別体に構成され、上側部分と残余部分とが水
   封的にフランジ結合されることを特徴とするゲー
   ト装荷水車発電装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の水
   車発電装置において、水路外管の上側部分内の屈
   曲部に水路の整流体が設けられたことを特徴とす
   るゲート装荷水車発電装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置に
   おいて、水路内管がステーベンを介して水路外管
   により支承されたことを特徴とするゲート装荷水
   車発電装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の水車発電装置に
   おいて、ステーベンが取付けられる水路外管の部
   分が他の部分とは別体に構成され該他の部分と水
   封的にフランジ結合されることを特徴とするゲー
   ト装荷水車発電装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置に
   おいて、水路外管の下端部がデフユーザ管として
   構成されたことを特徴とするゲート装荷水車発電
   装置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置に
   おいて、水路外管の下部および吸出し水路の始端
   がそれぞれフランジ状に形成され、少なくともそ
   の一方に水封パツキングが設けられたことを特徴
   とするゲート装荷水車発電装置。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置に
   おいて、水路内管の下方終端部と水車ランナとの
   間が回転自在に水封されたことを特徴とするゲー
   ト装荷水車発電装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の水車発電装置に
   おいて、水路内管には該内管内への漏水を外部に
   排出するドレン管が設けられたことを特徴とする
   ゲート装荷水車発電装置。 １０ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置
   において、水路内管の上端部分が発電機の固定部
   分の下端部にまで延在されて該下端部と水封的に
   結合され、水路内管の該延在上端部分内で駆動軸
   と発電機の可動部分とが結合されたことを特徴と
   するゲート装荷水車発電装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載の水車発電装
   置において、水路内管の延在上端部分が該内管の
   他の部分とは別体に構成され、該他の部分と水封
   的にフランジ結合されたことを特徴とするゲート
   装荷水車発電装置。 １２ 特許請求の範囲第１項記載の水車発電装置
   において、水車ランナにかかる水圧力が水路内管
   の下端部により支承されることを特徴とするゲー
   ト装荷水車発電装置。