WO2016143763A1 - 接地水車装置 - Google Patents

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WO2016143763A1
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鈴木　政彦
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株式会社ベルシオン
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a grounded water turbine device, and more particularly, to a grounded water turbine device in which a frame body that supports a water turbine housing is disposed in contact with a water bottom.
  • Patent Document 1 A water wheel installed at the bottom of a water channel is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the water wheel described in Patent Document 1 has a water wheel installed with a foundation built on the bottom of the water.
  • a water turbine casing having rotors at the front and rear is suspended horizontally at a fixed height from the bottom frame in a support frame body in which a top frame and a bottom frame are framed in columns.
  • a current plate is horizontally stretched at an interval within the height of the water turbine casing in the support frame. Ground water turbine device.
  • a plurality of blade mounting portions facing in the radial direction are formed at the rear portion of the peripheral surface of the hub, and mounting portions formed on the blade roots of the lift type blades are detachably mounted on each of them.
  • the ground turbine is submerged in a small water channel such as an agricultural water channel, Can be easily installed in a small channel by simply grounding to the bottom of the channel and fixing with a rope, and the rotor is arranged in a pair of front and rear, and a duct is arranged around the rear rotor. Therefore, efficient power generation can be performed without lowering the rotational efficiency of the rear rotor than that of the front rotor.
  • the water turbine casing described in (2) has a smaller diameter than the front portion with the shaft cylinder as a boundary, the water flow passing rearward along the circumferential surface from the front surface of the water turbine casing Since it passes at a high speed due to the effect, even if there is a water turbine casing in the front part, it can rotate unchanged from the rotor in the front part.
  • the length of the rear part is made longer than the length of the front part with the shaft tube as a boundary, so that the water flow flowing along the surface becomes a high-speed flow due to the Coanda effect.
  • the effect of turbulence by the front rotor is less likely to occur in the rear rotor.
  • the bottom plate is stretched higher than the ground surface, and the front end is a guide plate that is inclined so as to be grounded to the front and lower side.
  • the water flow along the bottom surface is guided on the bottom plate to increase the flow velocity, and the rotational efficiency of the rotor can be increased.
  • a plurality of turbine casings can be arbitrarily arranged in the support frame, for example, in two horizontal rows, so that the water flow in the water channel can be used effectively.
  • the ground water turbine device rides on the upper surface of the water turbine housing.
  • the water flow that rises by colliding with the front part of the shaft cylinder is suppressed and is allowed to flow under pressure, so that the rotor at the rear part is efficiently rotated.
  • the blade mounting portion facing the radial direction is formed at the rear surface of the rotor hub, and the blade can be detachably fixed.
  • the blade can be replaced with a blade that matches the flow velocity of the water channel, and when the rotor is installed on the front and rear of the turbine casing, the blade should be in the front direction even if the hub is in the reverse direction. Can be installed together.
  • Example 1 of the ground water turbine apparatus of the present invention It is a 1 part vertical section side view of Example 1 of the ground water turbine apparatus of the present invention. It is a top view of the state which removed the upper frame in FIG. It is a front view of the rotor in FIG. It is a top view of the rotor in FIG. FIG. 3 is a front view of a blade of the rotor in FIG. 2.
  • the grounded water turbine device 1 is arranged such that a support frame 2 that is framed in a cubic shape is grounded to a water channel bottom G.
  • a long and narrow water turbine casing 4 having horizontal shaft rotors 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B at the front and rear is disposed at the upper portion of the support frame 2 so as to have a certain height from the bottom plate 2 ⁇ / b> A. 5 is hung horizontally.
  • the support frame 2 is formed on the upper side of the bottom frame 2B assembled in a rectangular shape by composing the rectangular upper frame 2D in a cubic shape via a plurality of pillars 2C. On the left and right sides of the support frame 2, braces (not shown) that face in the front-rear direction are provided.
  • an auxiliary frame body having an appropriate height is detachably fixed as necessary, and the output shaft 13 is extended to match the length, and the transmission bearing 6 is also lengthened.
  • a bottom plate 2A is stretched on the upper surface of the bottom frame 2B, and the front end of the bottom plate 2A protrudes from the front end of the bottom frame 2B and protrudes obliquely downward forward so as to contact the ground in front,
  • a water guide plate 2E is formed on the bottom plate 2A.
  • a suspension plate 2F is secured to the upper surface of the upper frame 2D to fix and suspend the upper portion of the shaft cylinder 5 of the water turbine casing 4.
  • a transmission bearing 6 protrudes upward from the upper frame 2D through the shaft cylinder 5.
  • the transmission bearing 6 has a length corresponding to the water depth in the water channel, or an auxiliary bearing (not shown) is connected by flange coupling or the like.
  • the support frame 2 is, for example, a generator (not shown) disposed on a bridge (not shown) that is laid over the water channel so that the upper frame 2D protrudes above the water surface according to the water depth of the water channel.
  • the tip of the output shaft 13 is connected.
  • a plurality of hooks 2G are fixed to hang the rope 2H when suspended by a crane or the like.
  • the rope 2H is anchored to a fastener such as a side wall to hold the support frame 2 in a desired position.
  • the water turbine casing 4 is a cylindrical body that is long in the front-rear direction and gradually becomes smaller in diameter from the front part to the rear part, and a shaft cylinder 5 is erected at the center part of the upper surface. If the thickness of the rear part is made thinner than the left and right thicknesses of the front part of the shaft cylinder 5, the water flow speed increases due to the Coanda effect.
  • the front and rear rotor shafts 7, 8 facing in the front-rear direction are horizontally mounted inside the water turbine housing 4, and the front end of the rotor shaft 7 projects from the water turbine housing 4, and the rotor 3 ⁇ / b> A is fixed to the front end thereof. Yes.
  • the rear end of the rear rotor shaft 8 protrudes to the rear portion of the water turbine casing 4, and the rotor 3B is fixed to the rear end.
  • a plurality of lift-type blades 9 are mounted on the peripheral surface of the hub 10 of each rotor 3A, 3B, and the tip of the lift-type blade 9 is an inclined portion 9A that is inclined in the upstream direction.
  • a plurality (five in the figure) of blade attachment portions 10 ⁇ / b> A facing the radial direction are formed on the rear surface of the peripheral surface of the hub 10 in the rotor 3.
  • the blade mounting portion 10A has a sheath shape having a fitting hole 10B that opens in the outer diameter direction, and a fitting portion 9B formed at the blade root portion of the lift-type blade 9 is fitted in each fitting hole 10B.
  • the screw 10C is fixed to a screw hole 9C formed in the blade mounting portion 10A.
  • the gears 7A and 7B of the transmission means are fixed to the inner ends of the rotor shafts 7 and 8, respectively.
  • two transmission shafts 11 and 12 are arranged via gears 11A and 12A serving as transmission means.
  • Transmission gears 11B and 12B are fixed to the upper ends of the transmission shafts 11 and 12, respectively, and meshed with the transmission gear 13A of the output shaft 13.
  • a duct 14 having a rear diameter larger than the front diameter is fixed by a plurality of support arms 14A fixed to the rear part of the water turbine casing 4. Has been.
  • the duct 14 increases the flow rate of water toward the rotor 3B, and allows the front rotor 3A to rotate efficiently without lowering the rotational speed of the rear rotor 3B.
  • the larger diameter is fixed facing forward.
  • the grounded water turbine device 1 formed as described above is transported to the waterway, hung by a crane with the rope 2H on the hook 2G, lowered into the waterway, positioned, and the bottom frame 2C is landed on the waterway bottom G
  • the rope 2H is tethered to a fastener such as a water channel side wall so that the support frame 2 does not move in the water flow.
  • the tip of the water guide plate 2E in the support frame 2 with the bottom surface of the bottom frame 2C grounded to the water channel bottom G is also grounded at the same time.
  • the water flow presses the water guide plate 2E, and the amount of water on the bottom plate 2A increases due to the water flow indicated by the arrow A rising from the water guide plate 2E to the upper surface of the bottom plate 2A. Is enhanced.
  • the water flow that flows backward from the front end of the water turbine casing 4 is caused by the Coanda effect, so that the water flow along the peripheral surface thereof is narrowed at the rear portion of the water turbine casing 4 and has a low resistance. Since the water flow coming from the front is strongly sucked backward by the difference in water pressure, the rotation speed of the blades 9 and 9 is increased.
  • the width of the support frame body 2 is wide and the water turbine casing 4 can be arranged side by side.
  • the column body 2B of the support frame 2 can be raised, and the water turbine casing 4 can be disposed above and below.
  • the water turbine casing 4 is suspended in the support frame 2, it is easy to transport, and at the site, it is lowered to the water channel bottom G and grounded, and is simply tethered by the rope 2H. Therefore, the arrangement is easy and the workability is excellent.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the design can be changed as appropriate.
  • one output shaft 13 is shown. However, the output shaft 13 can be connected to each of the transmission shafts 11 and 12 to form two generators. Further, a generator can be disposed in the water turbine casing 4.
  • the grounded water turbine apparatus of the present invention it can be easily installed just by touching the bottom of the water channel, and the change in the amount of water is less affected, so that an efficient hydroelectric generator can be obtained.

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Abstract

　小水路に容易に設置する事ができ、効率のよい安定した発電をすることが出来る接地水車装置を提供する。　上枠２Ｄと底枠２Ｂとを、柱体２Ｃで立方体状に枠組された支持枠体２内に、前後ロータ３Ａ、３Ｂを備える水車筐体４を、底枠２Ｂから一定の高さで水平に上枠に吊設し、かつ後部ロータ３Ｂの周囲にダクト14を配設した接地水車装置。

Description

接地水車装置
　本発明は、接地水車装置に係り、特に水車筐体を支持する枠体を、水底に接地して配設する接地水車装置に関する。
　水路底に設置される水車は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２０１２－１８４７４６号公報
　特許文献１に記載の水車は、水底に基礎を構築して水車櫓が配設されているものである。この技術内容では、水底における基礎構築は容易ではなく、特に小水路では実用化が困難である。
　本発明は、小水路における流速、その他の条件が異なる場所において、ブレードを容易に変換して設置することが出来、かつ効率の良い発電をすることができる接地水車装置を提供することを目的としている。
　本発明の具体的な内容は、次の通りである。
（１）　上枠と底枠とを柱体で立方体状に枠組された支持枠体内に、前後にロータを備える水車筐体を、底枠から一定の高さで水平に吊設し、かつ後部ロータの周囲にダクトを配設した接地水車装置。
（２）　前記水車筐体を、その上部中央に立設した軸筒を境として、前部よりも後部を小径としてある前記（1）に記載の接地水車装置。
（３）　前記水車筐体は、軸筒を境として、前部の長さよりも後部の長さを大としてある前記（1）または（2）に記載の接地水車装置。
（４）　前記底板を、接地面よりも高く張設し、その前端を、前下方に傾斜して接地する導水板とした前記（1）～（3）のいずれかに記載の接地水車装置。
（５）　前記支持枠体には、複数の水車筐体を配設してある前記（1）～（4）のいずれかに記載の接地水車装置。
（６）　前記支持枠体内には、水車筐体の上部に、水車筐体の高さ以内の間隔で、整流板を水平に張設した前記（1）～（5）のいずれかに記載の接地水車装置。
（７）　前記ロータにおいて、ハブの周面後部に、放射方向を向く複数のブレード取付部を形成し、それらのそれぞれに、揚力型ブレードの翼根に形成した取付部を着脱可能に装着して、ブレードを交換可能としてある前記（1）～（6）のいずれかに記載の接地水車装置。
　本発明によると、次のような効果が奏せられる。
　前記（1）に記載されている接地水車装置は、支持枠体に、ロータを前後に備えた水車筐体が吊設されているので、農業用水路のような小水路の中に沈下させ、底部を水路底に接地させて索条で固定するだけで、小水路に容易に配設することができ、またロータが前後１対で配設されて、後部のロータの周囲にダクトを配設されているので、後部のロータの回転効率を前部のロータのそれよりも低下させずに、効率のよい発電をさせることができる。
　前記（2）に記載の水車筐体は、軸筒を境として、前部よりも後部が小径としてあるので、水車筐体の前面から、周面に沿って後方向へ通過する水流は、コアンダ効果によって高速となって通過するので、前部に水車筐体があっても、前部のロータと変りのない回転をすることができる。
　前記（3）に記載の水車筐体は、軸筒を境として、前部の長さよりも後部の長さを長くしてあるので、表面に沿って流れる水流は、コアンダ効果により高速流となるとともに、前部ロータによる乱流の影響が、後部ロータに生じにくい効果がある。
　前記（4）に記載の接地水車装置は、底板を、接地面より高く張設し、前端は、前下方に接地するように傾斜した案内板としたので、案内板を水流で抑えつけられ、底面に沿う水流が、底板上に誘導されて流速が早まり、ロータの回転効率を高くすることができる。
　前記（5）に記載の接地水車装置は、支持枠体内に複数の水車筐体を例えば横２列など、任意に配設できるので、水路の水流を有効に利用することができる。
　前記（6）に記載の接地水車装置は、水車筐体の上部に、水車筐体の高さ以内の間隔で、整流板が水平に張設されているので、水車筐体の上面に乗上げ、または軸筒の前部に衝突して盛上がる水流を抑止し、加圧状態で流下させるので、後部のロータを効率良く回転させる。
　前記（7）に記載の接地水車装置は、ロータのハブの周面後部に放射方向を向くブレード取付部が形成されており、ブレードを着脱可能に固定できるので、ハブはそのままで、ブレードだけを、水路の流速に合うブレードに取換えて使用することができ、また、水車筐体の前後にロータを配設する時は、ハブの向きが前後逆になっていても、ブレードを正面方向に合わせて取付けることができる。
本発明接地水車装置の実施例１の１部縦断側面図である。 図１における上枠を外した状態の平面図である。 図１におけるロータの正面図である。 図２におけるロータの平面図である。 図２におけるロータのブレードの正面図である。
　以下本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
　本発明の接地水車装置１は、図１に示すように、立方体状に枠組みされた支持枠体２を、水路底Ｇに接地して配設されるものである。
　支持枠体２の内側には、前後に横軸ロータ３Ａ、３Ｂを備える、前後に長い水車筐体４が、底板２Ａから一定の高さとなるように、支持枠体２の上部に、軸筒５を介して水平に吊設されている。
　方形に組まれた底枠２Ｂの上側に、複数の柱体２Ｃを介して、方形の上枠２Ｄを、立方体状に組成し、支持枠体２が形成されている。支持枠体２の左右側部には、前後方向に向く図示しない筋交などが設けられている。
　水深のある水路においては、必要に応じて、適度の高さの補助枠体を着脱可能に固定し、それに合わせて、出力軸13を長く継ぎ足し、伝動軸受６も合わせて長くされる。
　底枠２Ｂの上面には、底板２Ａが張設され、底板２Ａの先端は、底枠２Ｂの前端から突出し、前方の地面に接するように、前斜め下向きに突出させて、水路における底流を、底板２Ａ上に案内する導水板２Ｅを形成してある。
　上枠２Ｄの上面には、水車筐体４の軸筒５の上部を固定して吊設する吊板２Ｆが固定されている。上枠２Ｄから軸筒５を貫通して伝動軸受６が上方へ突出されている。伝動軸受６は、水路における水深に対応して、長さを長くするか、あるいは、図示しない補助の軸受が、フランジ結合などにより連結される。
　支持枠体２は、例えば水路の水深に合わせて、上枠２Ｄが水面上に出るような高さとされ、水路を跨いで架設された図示しない跨橋上に配置されている、図示しない発電機に、出力軸13の先端は連結されている。
　上枠２Ｄの四隅には、クレーン等で吊る時に、索条２Ｈを掛ける複数のフック２Ｇが固定されている。索条２Ｈは、支持枠体２を水路底Ｇに沈設した時に、側壁などの留具に繋留して、支持枠体２を所望の位置に保持させる。
　前記水車筐体４は、前後に長く、前部から後部へかけて次第に小径とした円筒体で、上面の中央部に軸筒５が立設されている。軸筒５の前部の左右厚さよりも後部の厚さを薄くすると、コアンダ効果によって、水の流下速度が早くなる。
　水車筐体４の上部に、水車筐体４の高さよりも狭い間隔で、整流板15が支持枠体２内に張設されている。これによって、水車筐体４の上面に沿って盛上がって通過する水流は、整流板15により抑止され、流速は高められることとなる。
　水車筐体４の内部には、前後方向を向く前後のロータ軸７、８が横架され、前方のロータ軸７の先端は、水車筐体４から突出し、その前端にロータ３Ａが固定されている。
　また、後部のロータ軸８の後端は、水車筐体４の後部へ突出し、その後端にロータ３Ｂが固定されている。各ロータ３Ａ、３Ｂのハブ10の周面には、複数の揚力型ブレード９が装着されており、揚力型ブレード９の先端部は、上流方向へ向かって傾斜する傾斜部９Ａとされている。
　図３及び図４に示すように、ロータ３におけるハブ10の周面後部には、放射方向を向く複数（図では５個）のブレード取付部10Ａが形成されている。ブレード取付部10Ａは、外径方向に向かって開口する嵌合孔10Ｂを有する鞘状で、各嵌合孔10Ｂに、それぞれ揚力型ブレード９の翼根部分に形成された取付部９Ｂが嵌合され、ブレード取付部10Ａに形成されたネジ孔９Ｃに、ネジ10Ｃ留めすることにより固定されている。
　これによって、ハブ10の大きさを変化させることなく、水路Ｒの流速に合わせて、適切な寸法のブレード９を選択して、取換えることができる。なお図１において、ハブの向きは、前後で逆になっているが、前後のブレード９は、ともに上流方向へ向いている。
　ロータ軸７、８の内側端部には、それぞれ伝動手段の歯車７Ａ、７Ｂが固定されている。軸筒５内には、伝動手段の歯車11Ａ、12Ａを介して、２本の伝動軸11、12が配設されている。各伝動軸11、12の上端には、それぞれ、伝動歯車11Ｂ、12Ｂが固定され、出力軸13の伝動歯車13Ａと噛合されている。
　後部のロータ３Ｂの周囲には、図２に示すように、前部の直径よりも後部の直径を大としたダクト14が、水車筐体４の後部に固定された複数の支持腕14Ａで固定されている。
　これによって、ダクト14がロータ３Ｂに向かう水の流速を速め、前部のロータ３Ａに対して後部のロータ３Ｂの回転速度低下させることなく効率のよい回転をさせる。ダクト14を前部に着ける時には、口径の大な方を前向きとして固定する。
　上記のように形成された接地水車装置１を、水路へ運び、フック２Ｇに索条２Ｈをかけてクレーンで吊って、水路内に降ろし、位置決めをして、水路底Ｇに底枠２Ｃを着地させる。支持枠体２が水流で移動しないように、索条２Ｈを水路側壁などの留具に繋留する。
　水路底Ｇに、底枠２Ｃの底面を接地された支持枠体２における、導水板２Ｅの先端も、同時に接地する。水流は、導水板２Ｅを押しつけ、導水板２Ｅから底板２Ａの上面に上がるＡ矢示の水流によって、底板２Ａ上の水量は増加し、流速を早めて通過するため、後部のロータ３Ｂの回転効率は高められる。
　水中に水車筐体４がある場合、水車筐体４の周面に沿う水流は、放射方向へ移動する。図１において、導水板２Ｅの後部においては、前方から流下した水流は、底板２Ａの上方へ移動している。
　水車筐体４の先端から後方へ流動する水流は、コアンダ効果によって、その周面に沿う水流は、水車筐体４の後部は細くなって抵抗が低くなるため、高速で通過し、ロータ３の前方から来る水流を、後方へ水圧の差で強く吸引するので、ブレード９、９の回転速度が高められる。
　この接地水車装置１を、水路幅が広いところで使用する時には、支持枠体２の幅を広いものとして、水車筐体４を左右に並設することができる。水深が大きい場合には、支持枠体２の柱体２Ｂを高くして、上下に水車筐体４を配設することができる。
　このように、水車筐体４は、支持枠体２内に吊設されているので、運搬が容易であり、現場で、そのまま水路底Ｇに降して接地させ、索条２Ｈで繋留するだけでよいので、配設が容易で、作業性にも優れている。
　なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、適宜設計変更をすることが出来る。支持枠体２の前面には、平面視∧形状の簀の子状の塵埃除を配設することがある。
　また図21においては、出力軸13が１本示されているが、伝動軸11、12ごとに出力軸13を連結して発電機を２台とすることもできる。
　更に水車筐体４内に発電機を配設することもできる。
　本発明の接地水車装置においては、水路の底に接地するだけで、容易に配設する事が出来、水量の変化にも影響が少ないので、効率の良い水力発電機とすることができる。
１．接地水車装置
２．支持枠体
２Ａ．底板
２Ｂ．底枠
２Ｃ．柱体
２Ｄ．上板
２Ｅ．導水板
２Ｆ．吊設板
２Ｇ．フック
２Ｈ．索条
３Ａ、３Ｂ．ロータ
４．水車筐体
５．軸筒
６．伝動軸受
７、８．ロータ軸
９．揚力型ブレード
９Ａ．傾斜部
９Ｂ．取付部
９Ｃ．ネジ孔
10．ハブ
10Ａ．ブレード取付部
10Ｂ．嵌合孔
10Ｃ．ネジ
11、12．伝動軸
11Ａ．11Ｂ．12Ａ．12Ｂ．伝動歯車
13．出力軸
13Ａ．伝動歯車
14．ダクト
14Ａ．支持腕
15．整流板
Ａ．流水
Ｇ．水路底

Claims (7)

  1. 　上枠と底枠とを柱体で立方体状に枠組された支持枠体内に、前後にロータを備える水車筐体を、底枠から一定の高さで水平に吊設し、かつ後部ロータの周囲にダクトを配設した接地水車装置。
  2. 　前記水車筐体を、上部中央に立設した軸筒を境として、前部よりも後部を小径としてあることを特徴とする請求項１に記載の接地水車装置。
  3. 　前記水車筐体は、軸筒を境として、前部の長さよりも後部の長さを大としてあることを特徴とする請求項1または２に記載の接地水車装置。
  4. 　前記底板を、接地面よりも高く張設し、その前端を前下方に傾斜して接地する導水板としたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の接地水車装置。
  5. 　前記支持枠体には、複数の水車筐体を配設してあることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の接地水車装置。
  6. 　前記支持枠体内には、水車筐体の上部に、水車筐体の高さ以内の間隔で整流板を水平に張設したことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の接地水車装置。
  7. 　前記ロータにおいて、ハブの周面後部に、放射方向を向く複数のブレード取付部を形成し、それらのそれぞれに、揚力型ブレードの翼根に形成した取付部を着脱可能に装着して、ブレードを交換可能としてあることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の接地水車装置。
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Citations (5)

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