JPH0732941Y2 - 貫流水車の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は貫流水車の改良に関し、水車の効率向上を企図
したものである。

B.従来の技術 水力エネルギー回収の一環として貫流水車を利用した発
電システムが知られている。

第５図には従来の貫流水車の構造を表わす一部破断した
斜視を示してある。

水の位置エネルギーにより回転される複数のランナブレ
ード1aを有するランナ１は、ケーシング２内にシールが
内蔵された軸受3aを介して回転軸３に回転可能に支持さ
れている。ケーシング２とランナ１の上部外周面の間に
は、水漏れや水流の飛散を防止するために上部ノズル2a
がケーシング２から延設されている。ランナ１の上流側
において、ケーシング２には入口管４が接続され、この
入口管４の出口側に対応するケーシング２の入口側に
は、ランナ１に入る水量を調整するガイドベーン５が開
閉可能に設けられている。ランナ１の下流側において、
ケーシング２には別のケーシング６に接続され、これら
のケーシング2,6に垂下する放水管７が接続されてい
る。尚、この放水管７は放水庭の水中に導かれる。入口
管４より流入した水はガイドベーン５で調整されてラン
ナ１に入り、ランナ１を回転させた後その外周から放出
され、放水管７を通して放水庭の水中に排出される。

この水車の運転中、放水中に空気が混入して排出される
ことによりケーシング2,6等からなる水車室内は負圧と
なる。この負圧状態は入口管４からの水を強制的に吸い
込む力として作用し、結果として水車の効率を向上させ
ている。一方、水車室内が負圧になると、放水管７内の
放水面が上昇するが、ランナ１が浸るほど放水面が上昇
しては具合が悪いので、水車室内の負圧を調整して放水
面を適正にすべくケーシング６には弁装置８が設けてあ
る。つまり、水車室内の負圧がある値になると弁装置８
が開いて水車室内に空気を導き水車室内の負圧がある値
以上にならないようにしているのである。

C.考案が解決しようとする課題 第５図に示した貫流水車では、以下に示す問題があっ
た。

水車室内の負圧を調整するため、弁装置８による水車
室内への空気の補給が必要となり、吸気音が発生し騒音
の原因となるため消音器が必要となっていた。

洪水時等で放水庭の水位が水車より高くなるような場
合は、弁装置８から水が流入し水車室内に浸水する場合
があった。

最も回転軸３側を貫流してランナ１から放出される部
分の水は、ランナ１の回転に巻き込まれて排出が妨げら
れる場合があった。

水車の始動時や負荷急変時等、水車内部の流れが急激
に変化する場合に、弁装置８から水を吐出することがあ
った。

本考案は上記状況に鑑みてなされたもので、放水庭部の
空気をランナの空転部に供給する貫流水車の吸気装置を
提供し、もってランナへの水の巻き込みを阻止して空気
を水車室内に供給すると共に、水と空気の流れを整え、
水車効率向上を図ることを目的とする。

D.課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本考案の構成は、ランナブレ
ードが円筒状に配されたランナを水車室ケーシングに回
転自在に支持し、該ランナを回転させた水を放水庭に放
水する貫流水車において、水が進入する部位の回転方向
後側と水が排出される部位の回転方向前側との間におけ
る前記ランナの部位を、前記放水庭の水面上部との間で
連通路を介して連通し、該連通路に外部に開口する開口
部を形成し、該開口部に前記連通路の開閉を行なう吸気
量調整弁を取付け、該吸気量調整弁の開閉操作を外部か
ら行なう操作手段を該吸気量調整弁に設けたことを特徴
とする。

E.作用 放水庭の水面上部の空気は連通路を介して吸気量調整弁
で流量が調整されてランナの空転部に吸入され、ランナ
への水の巻き込みを阻止しつつ水車室内の負圧を調整す
る。放水庭の水位が高くなった場合、吸気量調整弁を閉
じ水車室内への水の流入を防止する。吸気量調整弁は開
口部から外すことで外部に取外すことができる。

F.実施例 第１図には本考案の一実施例に係る吸気装置を備えた貫
流水車の断面、第２図には吸気量調整弁の拡大状態を示
してある。

放水管７の出口は放水庭11の水中に開口しており、ケー
シング2,6は架台12を介して放水庭11のコンクリート床1
3に支持されている。放水管７の外周には補強骨14を介
して外側板15が取付けられ、外側板15と放水管７との間
に連通路16が形成されている。連通路16の下方は放水庭
11の水面上部に開口しており、連通路16の上方には外側
板15と放水管７を貫通して放水管７内を外部に開口する
開口部17が形成されている。放水管７側の開口部17はラ
ンナ１の空転部18、即ち水が進入する部位の回転方向後
側と水が排出される部位の回転方向前側に向けて開口し
ている。尚、第１図中の符号で19は波よけである。

第２図に示すように、開口部17には円筒状のバルブボデ
ー20が固定され、連通路16内におけるバルブボデー20に
は吸込口21が形成されると共に、放水管７内におけるバ
ルブボデー20には吐出口22が形成されている。吐出口22
はランナ１の回転方向に沿うように上方に向けられてい
る。放水庭11の水面上部の空気は連通路16を通って吸入
口21からバルブボデー20内に送られ、吐出口22からラン
ナ１に供給される（第２図で矢印で示す）。バルブボデ
ー20内には弁体23が移動自在に配され、弁体23の移動に
よって吸込口21が開閉される。バルブボデー20の外部側
端部には蓋24が固定され、蓋24にはねじ棒25が螺合して
いる。ねじ棒25の一端は外部に位置し、ねじ棒25の他端
は弁体23に取付けられている。つまり、ねじ棒25を回転
させることにより弁体23が移動し、吸入口21の開閉、即
ち開口部17の開閉が行なわれる。つまり、バルブボデー
20、弁体23、蓋24、ねじ棒25によって吸気量調整弁30が
構成されている。ねじ棒25の一端には操作手段としての
ハンドル26が固定され、ハンドル26を介してねじ棒25の
回動が行なわれる。尚、第２図中の符号で27は弁体23と
バルブボデー20内とのシールを行なうＯリング、28は蓋
24及びバルブボデー20を外側板15に固定するボルトであ
る。

貫流水車では、入口管４より流入した水はガイドベーン
５で調整されてランナ１に入り、ランナ１を回転させた
後その外周から放出され、放水管７を通して放水庭11の
水中に排出される。貫流水車は、ランナ１部で水と空気
が混合することから放水管７から吐出する水には20〜30
％の空気が混水し、空気は泡として放水面に浮上する。
従って、水車内部の空気が放水管７を通して放出される
ために空気の補給が必要である。

放水管７から放出した水の中に含まれた空気は、放水庭
11で浮上して連通路16内に吸い込まれて吸込口21からバ
ルブボデー20内に流入し、吐出口22から再びランナ１部
に導入され、空気は水車内と放水庭11を循環することに
なる。吸込口21からバルブボデー20内への空気の流入量
を吸気量調整弁30によって制限することにより、水車内
部は負圧となって放水管７内は水柱となると共に負圧分
は入口管４からの水を吸引する効果があり、吐出側の落
差の一部を有効に活用し、水車出力を増大する効果があ
る。吸気量調整弁30の調整は、ハンドル26を回して弁体
23を移動させることにより吸込口21の開口面積を調節し
て空気流入量を制限して行なう。

吐出口22から水車内に入った空気は、ランナ１内に入り
第１図で矢印で示すように水の境界表面を押して水の流
れを整える。また、吐出口22をランナ１の回転方向に向
けて空気を導入することにより、ランナブレード1aに付
着した水を吹き飛ばして次のステージの水ジェットの吹
き込みを円滑とし、水車内部の空気の流れを整える。こ
の結果、ランナ１内の空気と水の流れの乱れを最小限に
でき水車効率を向上させることができる。

吸気量調整弁30は、外部側から開口部17に固定され、放
水管７への加工は簡単な穴あけ加工に集約されている。
また、吸気量調整弁30自体の構造も簡単な構造であるた
め、水車据付後であっても容易に取付け調整が行なえ
る。連通路16内は砂やホコリが付着しやすい場所である
が、吸気量調整弁30は外部へ容易に取外すことができる
ので、吸気量調節弁30を取外すことにより連通路16の清
掃が容易に行なえる。

上述した吸気装置は、室内への空気補給が不要なため、
吸気音が発生せず静粛な運転が可能で消音器が不要であ
る。また、放水庭の水位が上昇しても、流量制御弁18を
閉じることによって水が水車内に逆流することがない。
また、空気と水の流れが整えられて水の中に混入する空
気量が減少し、ランナ１に付着して巻き込まれる水の流
れを阻止し水車効率が向上する。実験によると、低落差
（落差Hs＝2m）のもので、1.5％〜1.8％の効率向上が確
認された。また、負荷急変や始動時の水漏れがない。ま
た、空気を循環使用するので、放水庭11の空気抜きが省
略できると共に、空気に含まれる臭気の発散がなく、汚
染水や上水（塩素ガス処理水）では水中に含まれる臭気
の拡散防止ができる。

次に、第３図、第４図に基づいて本考案の第二実施例を
説明する。第３図には本考案の第二実施例に係る吸気装
置の吸気量調整弁の断面、第４図には第３図中のIV-IV
線矢視を示してある。

放水管７の内側には断面コ字型の隔壁31が設けられ、隔
壁31と放水管７とで囲まれた部位が連通路32となってい
る。連通路32の上部はランナ１の空転部18に向けて開口
し、連通路32の下部は放水庭11の水面上部に開口してい
る。連通路32の上部開口近傍における放水管７には開口
部33が設けられ、開口部33に対応した連通路32には仕切
突起34が設けられている。開口部33にはバルブボデー35
が取付けられ、バルブボデー35の連通路16側は開放状態
になっている。バルブボデー35の外部側は蓋36が一体形
成され、蓋36には第２図で示したものと同一のねじ棒25
が螺合している。またバルブボデー35内におけるねじ棒
25の端部には第２図で示したものと同一の弁体23が設け
られ、ねじ棒25の回転により弁体23を連通路32側に移動
させると、仕切突起34に弁体23が嵌合し連通路32を閉塞
できる。図中37は加工用の穴、38は穴37を塞ぐ盲板、26
は第２図で示したものと同一のハンドルである。

上述した吸気量調整弁40では、ハンドル26によりねじ棒
25を回転させることで弁体23がバルブボデー35内を移動
し、連通路32の開閉を行ない、連通路32を通る空気量を
調整する。第二実施例に係る吸気量調整弁40も前述した
吸気量調整弁30と同様に外部への取外しが容易に行なえ
るものである。

G.考案の効果 本考案の貫流水車の吸気装置は、放水庭の水面上とラン
ナの空転部とを連通路で連通したので、放水庭部の空気
をランナの空転部に供給することができる。この結果、
ランナへの水の巻き込みを阻止して空気を水車室内に供
給し、水と空気の流れを整え水車効率向上が図れる。ま
た、放水庭と水車室内とで空気を循環させるため、空気
の補給や放水庭の空気抜きが不要で、吸気音が生じない
静粛な運転が可能になる。また、吸気量調整弁を設けた
ことにより水位が上昇しても水の逆流がなく、負荷急変
時等の水漏れが防げる。また、吸気量調整弁を連通路の
外部に開口する開口部に取付けたので、取付け取外しが
容易に行なえ、水車を据付けた状態で吸気装置の点検、
保守が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第一実施例に係る吸気装置を備えた貫
流水車の断面図、第２図は吸気量調整弁取付部の拡大
図、第３図は本考案の第二実施例に係る吸気装置におけ
る吸気量調整弁取付部の断面図、第４図は第３図中のIV
-IV線矢視図、第５図は従来の貫流水車の一部破断斜視
図である。 図面中、 １はランナ、７は放水管、11は放水庭、16,32は連通
路、17,33は開口部、20,35はバルブボデー、23は弁体、
26はハンドル、30,40は吸気量調整弁である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ランナブレードが円筒状に配されたランナ
   を水車室ケーシングに回転自在に支持し、該ランナを回
   転させた水を放水庭に放水する貫流水車において、水が
   進入する部位の回転方向後側と水が排出される部位の回
   転方向前側との間における前記ランナの部位を、前記放
   水庭の水面上部との間で連通路を介して連通し、該連通
   路に外部に開口する開口部を形成し、該開口部に前記連
   通路の開閉を行なう吸気量調整弁を取付け、該吸気量調
   整弁の開閉操作を外部から行なう操作手段を該吸気量調
   整弁に設けたことを特徴とする貫流水車の吸気装置。