JP2002327675A

JP2002327675A - 水力機械

Info

Publication number: JP2002327675A
Application number: JP2001133457A
Authority: JP
Inventors: Norio Otake; 典男大竹; Koichiro Shimizu; 光一郎清水; Yasumi Kizaki; 康巳木崎
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】土砂等が動力水とともに流動して水車部品に付
着・堆積させないようにして侵食の防止を図った水力機
械を提供する。【解決手段】本発明に係る水力機械は、隙間ａからラン
ナコーン２０の内室２５に流入した土砂を含む動力水を
ランナベーン１９の下流側の流路１７に流出させる通路
２６を内室２５に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水力機械に係り、
特に、動力水中に含まれる土砂、枯葉等の異物を効果的
に除去するようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車は、設置場所により落差、
流量等の設計条件が異なるため、設置場所毎に種類・形
状の異なるものが設計製作されている。例えば、３〜２
０ｍの低落差の場合、チューブラ水車がより多く使用さ
れており、その構成として、図６に示すものがある。

【０００３】このチューブラ水車は、流路１を形成する
ケーシング２および吹出管３内の支持板４で支持させて
軸方向に延びる静止状態のトップカバー５と、このトッ
プカバー５に隙間ａを介装させて接続する回転体として
のランナコーン６とを備えた構成になっている。

【０００４】また、トップカバー５の下流側は、ガイド
ベーン７ａを備え、動力水の流れの整流化を図ってい
る。また、ランナコーン６にはランナベーン７ｂが設け
られている。

【０００５】一方、トップカバー５とランナコーン６と
の内部には、動力水の上流側に、固定子８、回転子９、
ロータ１０等で構成した発電機１１と、ロータ１０に接
続し、ランナコーン６に向って延びる主軸（回転軸）１
２の隙間ａに対峙して設けた、例えば、メカニカルシー
ル等の封水装置１３とが軸受（図示せず）とともに収容
されている。

【０００６】このような構成を備えたチューブラ水車に
おいて、上池（図示せず）からケーシング２に流入した
動力水は、ガイドベーン７ａで整流後、ランナベーン７
ｂを通過するときランナコーン６を回転させ、吹出管３
から下池（図示せず）に流出する。このとき、ランナベ
ーン６から得られた回転力で発電機１１を駆動し、電気
出力を出している。

【０００７】なお、この従来例では、発電機１１をトッ
プカバー５内に収容しているが、発電機１１の保守点検
の容易化を考慮すると、主軸１２にトルク伝達装置（図
示せず）を設け、この伝達装置の駆動力により流路１外
に設置した発電機１１を回転させるものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図６で示した従来のチ
ューブラ水車の保全再強化対策の一つとして、土砂等に
よる浸食防止策がある。

【０００９】動力水中には、例えば大量の土砂等が含ま
れている場合、流水部、例えば封水装置１３には、ノミ
で削られたような浸食を受けることがある。封水装置１
３がノミで削られたような浸食を受けると、トップカバ
ー５とランナコーン６との隙間ａは、ますます大きくな
り、水車効率が著しく低下し、さらに機械寿命の低下が
生じることがあった。

【００１０】このため、最近では、ステンレス鋼のほか
に、セラミック、金属・セラミック複合材、あるいは有
機材の適用を試みているものの、それでも寿命が僅かに
延びるだけで、恒久的なものになっていない。

【００１１】また、セラミック等は、衝撃力に弱く、常
に監視を必要とするなど種々の不具合があった。

【００１２】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、土砂等が常に動力水とともに流動して水車
部品に付着・堆積させないようにしてン浸食の防止を図
った水力機械を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水力機械
は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、流路を形成するケーシングと、このケーシング
内に略平行に設けられたトップカバーと、前記トップカ
バーを貫いて設けられた主軸に接続され、前記トップカ
バーとの間に隙間を有して設けられたランナコーンと、
このランナコーンに設けられたランナベーンを有する水
力機械において、前記ランナコーンの内室から前記ラン
ナコーンの外周部にかけて前記内室に流入した動力水を
流出させる通路を設けるものである。

【００１４】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項２に記載したように、請求
項１記載の水力機械において、通路は、内室から流路の
下流側に向って傾斜状に形成されているものである。

【００１５】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項３に記載したように、請求
項１または請求項２のいずれかに記載の水力機械におい
て、内室は流路上流側から下流方向に向って拡開径に形
成されているものである。

【００１６】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項４に記載したように、請求
項１から請求項３のいずれかに記載の水力機械におい
て、隙間からランナコーンの内室側の主軸に向って先細
状に形成されたコーンカバーを前記ランナコーンもしく
はトップカバーのいずれかに設けたものである。

【００１７】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項５に記載したように、請求
項１から請求項４のいずれかに記載の水力機械におい
て、隙間を形成するトップカバーおよびランナコーンの
端部の少なくとも一方にその内周壁から外周壁に向っ
て、周方向に傾斜した複数の溝を形成するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水力機械の実
施の形態を図面および図面に付した符号を引用して説明
する。

【００１９】図１は、本発明に係る水力機械の第１実施
形態を示す一部切欠部分断面図である。

【００２０】本実施形態に係る水力機械は、ケーシング
１５と吹出管１６とで形成する流路１７内にトップカバ
ー１８とランナベーン１９を備えたランナコーン２０と
が収容されている。

【００２１】また、トップカバー１８とランナコーン２
０との間には、隙間ａを形成するとともに、主軸（回転
軸）２１を軸支する軸受２２、支持片２３、隙間ａから
ランナコーン２０の内室２５に流入した動力水がトップ
カバー１８内に流入することを防ぐ封水装置２４が収容
されている。なお、隙間ａは、回転するランナコーン２
０と静止するトップカバー１８とが衝突することを避け
るために設けたものである。

【００２２】本実施形態に係る水力機械は、隙間ａから
流入した動力水に土砂等が含まれていると、その土砂等
が長年の使用の結果、主軸２１、軸受２２、封水装置２
４等の水車構成部品に付着・堆積して侵食を引き起こす
ことに着目したもので、ランナコーン２０の内室２５か
らランナベーン１９の下流側の流路１７に土砂等を排出
させる通路２６を設けたものである。

【００２３】この通路２６は、ランナコーン２０の内室
２５にその入口２６ａを有し、ランナコーン２０の外周
部に出口２６ｂを有するように構成されており、かつ出
口２６ｂが入口２６ａよりも流路１７の下流側となるよ
うに傾斜して設けられている。

【００２４】このような構成とすることで、隙間ａから
流入した動力水は、ランナコーン２０の回転中に発生す
る遠心力によって通路２６へ導かれて流路１７の下流側
へ流出し、内室２５内に動力水が滞留することがない。
したがって、動力水に土砂等が含まれていても、その土
砂等が封水装置２４等に付着・堆積することを防止でき
る。

【００２５】なお、通路２６の入口２６ａの圧力、つま
り内室２５内へ流入した動力水の圧力は、流路１７のラ
ンナベーン１９よりも上流側の動力水の圧力とほぼ同一
であり、通路２６の出口２６ｂの圧力は、流路１７のラ
ンナベーン１９下流の圧力に等しいので、通路２６にお
いては入口２６ａの圧力が高く、出口２６ｂでの圧力が
低くなる。したがって隙間ａから内室２５内に流入した
動力水はこの圧力差によっても流路１７の下流側に流出
することとなるので、動力水に含まれる土砂等の量に応
じて通路２６の傾斜を決定するとよい。特に、動力水に
含まれる土砂等の量は少ないが、長期間の運転による封
水装置２４等への土砂等の堆積が問題となる場合は、通
路２６を軸と平行、あるいは入口２６ａから出口２６ｂ
にかけて内周側に傾斜するように設けることも可能であ
る。この場合、内室２５に流入した動力水は圧力差によ
ってランナベーン１９の下流側に流出することとなるた
め、流量は小さくなる。しかしながら通路２６によって
内室２５での動力水の滞留は防止できるので土砂等の量
が少ない場合であっても封水装置２４等への土砂等の長
時間の堆積を防ぐことができる。

【００２６】このように、ランナコーン２０の内室２５
から通路２６を介して流路１７に流れる動力水は、動力
の発生に寄与しないことになるが、隙間ａおよび通路２
６のそれぞれの口径が小さいので、水車効率に大きな影
響を与えることはない。

【００２７】このように、本実施形態は、ランナコーン
２０の内室２５とランナベーン１９の下流側の流路１７
とを連通する通路２６を形成し、隙間ａから流入した動
力水を通路２６を介して流路１７に流出させ、動力水が
内室２５内に滞留することがないようにしたので、土砂
等の水車構成部品への付着・堆積を防止することがで
き、浸食の発生を防止することができる。

【００２８】図２は、本発明に係る水力機械の第２実施
形態を示す一部切欠部断面図である。なお、第１実施形
態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００２９】本実施形態に係る水力機械は、内室２５を
形成するランナコーン２０の内周壁２７を流路１７の下
流方向に向って拡開径にするとともに、拡開径の内周壁
で形成する内室２５から流路１７の下流側に向って傾斜
状の通路２６を形成したものである。他の構成部分は、
第１実施形態の構成部分と同一なので、説明を省略す
る。

【００３０】このように、本実施形態は、ランナコーン
２０の内周壁２７を流路１７の下流方向に向って拡開径
にさせるとともに、拡開した内周壁２７から流路１７の
下流側に向って傾斜状の通路２６を形成し、運転中、ラ
ンナコーン２０に発生する遠心力をより一層効果的に利
用するので、隙間ａからランナコーン２０内に流入した
動力水を通路２６を介してより一層効果的に流路１７に
流出させることができ、動力水に含まれる土砂等の水車
構成部品への付着・堆積を防止させて、土砂等による水
車構成部分の浸食を防止することができる。

【００３１】図３は、本発明に係る水力機械の第３実施
形態を示す一部切欠部分断面図である。なお、第１実施
形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００３２】本実施形態に係る水力機械は、トップカバ
ー１８とランナコーン２０との間に形成した隙間ａの側
から内室２５内の主軸２１に向って先細状のコーンカバ
ー２８を設けるとともに、ランナコーン２０の内室２５
からランナベーン１９の下流側の流路１７に向って傾斜
状の通路２６を形成したものである。

【００３３】この構成によると、水車の運転中に隙間ａ
から流入した土砂等を含む動力水は主軸２１周辺で攪拌
されて矢印ＡＲで示されるような流れとなって、コーン
カバー２８、主軸２１、およびトップカバー１８等によ
って形成される空間内で旋回する。このとき、動力水に
含まれる土砂等は遠心力の作用によってコーンカバー２
８側に流動するが、旋回流によって隙間ａの側に導かれ
て排出される。また、一部の動力水はコーンカバー２８
から内室２５内に導かれるが、この動力水については第
１実施形態と同様に通路２６を介して下流側に排出され
る。

【００３４】このように、本実施形態は、内室２５内に
コーンカバー２８を設けたことで、土砂等が含まれる動
力水が隙間ａから流入した場合でもこれらを常に流動さ
せて滞留を生じさせないので、土砂等による水車構成部
品の浸食を防止することができる。

【００３５】また、図４に示すように、コーンカバー２
８をトップカバー１８に連接して設けてもよい。この場
合コーンカバー２８は静止部となるが、このようにする
と、隙間ａより流入した動力水に含まれる土砂等が軸受
２２や封水装置２４などの水車構成部品の近傍にほとん
ど流入しないため、同様に土砂等による水車構成部品の
浸食を防止できる。またこの場合、軸受２２や封水装置
２４周辺へ動力水の供給がスムーズに行われることも考
えられるが、このような場合、トップカバー１８に給水
孔２８ａなどを設けることや、またはトップカバー２８
をメッシュ状の部材とすることで、軸受２２等への給水
性能を損なうことなく土砂等による水車構成部品の浸食
を防止できる。

【００３６】図５は、本発明に係る水力機械の第４実施
形態を示す正面図である。

【００３７】本実施形態に係る水力機械は、ランナベー
ン１９を備えたランナコーン２０が回転力を用いて積極
的に動力水を内室２５内から排出するもので、トップカ
バー１８もしくはランナコーン２０との間に形成する隙
間ａの端面のうち、トップカバー１８側およびランナコ
ーン２０側の少なくともいずれか一方に、内周壁２７か
ら外周壁２９に向って周方向に傾斜した複数の溝３０を
形成したものである。

【００３８】この溝３０は、ランナコーン２０の回転に
よって内室２５内の動力水を隙間ａから流路１７へと排
出するポンプとしての作用を果たすものであり、湾曲し
ていることが望ましい。

【００３９】したがって、このポンプ作用によって内室
２５内に流入した土砂等を含む動力水は溝３０を介して
流路１７に流出するので、土砂等による水車構成部品の
浸食を防止することができる。

【００４０】なお、本実施形態は、トップカバー１８側
およびランナコーン２０側のうち、いずれか一方の隙間
ａの端面に溝３０を形成したが、凹凸部を形成してもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る水力
機械は、静止部のトップカバーと回転部のランナコーン
との間に形成する隙間からランナコーンの内室に土砂等
を含む動力水が流入するとき、流入した土砂等を効果的
に流路に流出させて動力水を循環流にさせる手段を備え
たので、水車構成部品の土砂等による侵食を防止させる
ことができ、水車構成部品の寿命を長く維持させて水車
に安定運転を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水力機械の第１実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図２】本発明に係る水力機械の第２実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図３】本発明に係る水力機械の第３実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図４】本発明に係る水力機械の第４実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図５】本発明に係る水車の土砂排出装置の第４実施形
態を示すランナコーン側に向って見た正面図。

【図６】従来のチューブラ水車を示す概略一部破断断面
図。

【符号の説明】

１流路２ケーシング３吹出管４支持板５トップカバー６ランナコーン７ａガイドベーン７ｂランナベーン８固定子９回転子１０ロータ１１発電機１２主軸１３封水装置１５ケーシング１６吹出管１７流路１８トップカバー１９ランナベーン２０ランナコーン２１主軸２２軸受２３支持片２４封水装置２５内室２６通路２６ａ入口２６ｂ出口２７内周壁２８コーンカバー２９外周壁３０溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水光一郎神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者木崎康巳神奈川県川崎市幸区堀川町66番２東芝エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3H072 AA09 AA26 BB09 BB16 CC01 CC46 CC76

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路を形成するケーシングと、このケー
シング内に略平行に設けられたトップカバーと、前記ト
ップカバーを貫いて設けられた主軸に接続され、前記ト
ップカバーとの間に隙間を有して設けられたランナコー
ンと、このランナコーンに設けられたランナベーンを有
する水力機械において、前記ランナコーンの内室から前
記ランナコーンの外周部にかけて前記内室に流入した動
力水を流出させる通路を設けることを特徴とする水力機
械。
【請求項２】請求項１記載の水力機械において、通路
は、内室から流路の下流側に向って傾斜状に形成されて
いることを特徴とする水力機械。
【請求項３】請求項１または請求項２のいずれかに記
載の水力機械において、内室は流路上流側から下流方向
に向って拡開径に形成されていることを特徴とする水力
機械。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の水力機械において、隙間からランナコーンの内室側の
主軸に向って先細状に形成されたコーンカバーを前記ラ
ンナコーンもしくはトップカバーのいずれかに設けたこ
とを特徴とする水力機械。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の水力機械において、隙間を形成するトップカバーおよ
びランナコーンの端部の少なくとも一方にその内周壁か
ら外周壁に向って、周方向に傾斜した複数の溝を形成す
ることを特徴とする水力機械。