JP4072699B1 - Oscillating vane turbine - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の水力発電用の水車は、高所にある水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換し、該運動エネルギーを利用し、水車を回転させ、該水車と連結した発電機を運転し電力を得る方法が一般的である。従って、位置エネルギーを決定する水量と有効落差は大切な要因となる。豊富な流水量が確保できても、有効落差が１メートル以下となると従来の各種型式の水車の適用は難しく、適用しても高い水車効率は期待できないという問題がある。
【解決手段】 揺動ベーン水車の利用により、低落差でも、豊富な流水量が含むエネルギーを利用し、ケーシング側に配置した大きな注水口、及び排水口と共に、水車内部に形成した大きい通水口を、流水が、密閉状態で流水受圧面積の大きいベーン体に作用しながら移動する事で効率良くトルクを得る事ができ、発電機の回転駆動力源として利用できる。
【選択図】図５PROBLEM TO BE SOLVED: To convert the potential energy of water at a high place into kinetic energy, rotate the turbine using the kinetic energy, and operate a generator connected to the turbine to generate electric power. The method of obtaining is common. Therefore, the amount of water that determines potential energy and the effective head are important factors. Even if an abundant amount of water flow can be ensured, if the effective head is 1 meter or less, it is difficult to apply various types of conventional water turbines, and even if applied, high turbine efficiency cannot be expected.
By using an oscillating vane turbine, a large water inlet formed inside the turbine is used together with a large water inlet and a drain outlet arranged on the casing side by using the energy contained in abundant water flow even at a low head. Since the running water moves while acting on a vane body having a large running water pressure receiving area in a sealed state, torque can be obtained efficiently and can be used as a rotational driving force source for the generator.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は水力発電に利用する水車に関する。さらに詳しくは、水車のランナに対応する回転体として、揺動ベーン付き回転体を利用し、さらに、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングと共に水車を構成し、発電機の回転駆動力源とする水車に関する。 The present invention relates to a water turbine used for hydroelectric power generation. More specifically, a rotating body with a swing vane is used as a rotating body corresponding to the runner of the turbine, and the turbine is configured with a casing made of a cylinder whose inner surface shape is similar to an ellipse. It relates to a water turbine as a power source.
従来の回転ピストン機構においては、ケーシング中に取り付けられた回転ピストンをもち、この回転ピストンの回りには、円周方向に均等に分散した配置でいくつかの旋回スライダが回転ピストンの回転軸心に平行な軸のまわりで旋回可能に連結され、この旋回スライダは回転ピストンの回転の際に遠心力でケーシングの内周に接する回転ピストン機構を示している（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の水流を利用した回転ポンプの水圧回転方法とその装置においては、円筒形若しくは長円形の囲壁内に偏心ロータを内設し、かつ該偏心ロータに複数の羽根を出入可能に装設して囲壁内の空気を保持して流体を搬送する回転ポンプにおいて、水道管等から大量に流水される水流を利用して水圧回転させ、該水圧回転により発電機等を起動させる水流を利用した回転ポンプの水圧回転方法を示しているものもある（例えば、特許文献２参照）。A conventional rotary piston mechanism has a rotary piston mounted in a casing, and around this rotary piston, several swivel sliders are arranged at the rotational axis of the rotary piston in an evenly distributed arrangement in the circumferential direction. The rotary slider is connected so as to be rotatable around parallel axes, and the rotary slider is a rotary piston mechanism that contacts the inner periphery of the casing by centrifugal force when the rotary piston rotates (see, for example, Patent Document 1).
Further, in the conventional method and apparatus for rotating the hydraulic pressure of a rotary pump using water flow, an eccentric rotor is provided in a cylindrical or oval enclosure, and a plurality of blades can be inserted into and removed from the eccentric rotor. In the rotary pump that holds the air in the surrounding wall and conveys the fluid, the water pressure is rotated using the water flow flowing in a large amount from the water pipe or the like, and the water flow that activates the generator or the like by the water pressure rotation is used. Some have shown the water pressure rotation method of a rotary pump (for example, refer patent document 2).
従来の水力発電用の水車においては、高所にある水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換し、主に該運動エネルギーを利用し、水車を回転させ、該水車と連結した発電機を運転し電力を得る方法が一般的である。従って、位置エネルギーの大きさを決定する水量と有効落差は大切な要因となる。しかし、豊富な流水量が確保できても、有効落差が１メートル以下となると従来の各種型式の水車の適用は難しく、適用しても高い水車効率は期待できないという問題がある。 In a conventional hydroelectric turbine for hydropower generation, the potential energy of water at a high place is converted into kinetic energy, the kinetic energy is mainly used, the turbine is rotated, and a generator connected to the turbine is operated to generate power. The method of obtaining is common. Therefore, the amount of water and the effective head that determine the magnitude of potential energy are important factors. However, even if an abundant amount of flowing water can be ensured, there is a problem that when the effective head is 1 meter or less, it is difficult to apply various types of conventional water turbines, and even if applied, high turbine efficiency cannot be expected.
本発明はかかる事情に鑑み、河川の中流域、あるいは下流域において、常時多量の流水量が確保できる地域において、１メートル以下の有効落差でも多量の流水が含むエネルギーを利用し、ケーシング側に配置した大きな注水口、及び排水口と共に水車内部に、流水受圧面積を大きくした状態のベーン体が通過できる大きな通水口を形成し、該通水口を大量の流水がベーン体に作用しながら通過する事で、効率良くランナを回転させ、流水の含むエネルギーを回転運動の運動エネルギーに変換し、発生したトルクを利用して発電機を運転して電力を得るという、揺動ベーン付き回転体をランナとして利用した、構造のシンプルな水車を提供する事を目的とする。有効落差が大きくなれば、即ち、流水の運動エネルギーの割合が高ければ、さらに回転の運動エネルギーが増大するのは当然である。 In view of such circumstances, the present invention uses energy contained in a large amount of flowing water even in an effective head of 1 meter or less in an area where a large amount of flowing water can be secured at all times in the middle or downstream area of a river, and is disposed on the casing side. A large water inlet through which the flow body pressure-receiving area is increased can be formed inside the water turbine together with the large water inlet and drain port, and a large amount of water flows through the water outlet while acting on the vane body. Rotating body with oscillating vanes that run the runner efficiently, convert the energy contained in running water into kinetic energy of rotational motion, and operate the generator using the generated torque to obtain power The purpose is to provide a water turbine with a simple structure. Naturally, if the effective head becomes large, that is, if the proportion of the kinetic energy of running water is high, the kinetic energy of rotation further increases.
水車のランナとしての揺動ベーン付き回転体は、両端に支軸を備えた主軸の周囲に、該主軸の軸心から同一半径で、且つ該軸心を中心とする円周を等分した複数箇所に軸の中心を定め、該軸を前記主軸の軸心方向と平行に複数配置し、主軸の外面から半径方向に伸びる板状の支持具で固定し形成した回転体本体と、薄肉円筒体を利用し、該薄肉円筒体を中心方向から等分割して得られる曲面板をベーン体として利用し、該曲面板の片側曲面端に前記回転体本体側の軸を把持する開口部を設けた円筒形の軸受けを備えた複数の軸受け付き曲面板とから構成し、軸受け付きベーン体としての軸受け付き曲面板は、該軸受けで回転体本体側の軸を離脱する事なく把持しながら該軸を中心として、回転体本体の外周の外側で自在に揺動し、全ての軸受け付きベーン体が該回転体本体の外周に閉じる事で、配置された複数の軸受け付きベーン体により外形形状が円筒体外形面と同様の円曲面を形成する事を特徴とする。 A rotating body with a swing vane as a runner of a water turbine has a plurality of parts having a same radius from the axis of the main shaft and a circumference centered on the axis equally around the main shaft having support shafts at both ends. A rotating body body formed by fixing a center of the shaft at a location, a plurality of the shafts arranged in parallel to the axial direction of the main shaft, and fixed by a plate-like support extending in the radial direction from the outer surface of the main shaft; and a thin cylindrical body A curved plate obtained by equally dividing the thin cylindrical body from the center direction is used as a vane body, and an opening for gripping the shaft on the rotating body main body side is provided on one curved surface end of the curved plate. A curved plate with a bearing as a vane body with a bearing, the curved plate with a bearing as a vane body with a bearing while holding the shaft without detaching the shaft on the rotating body body side with the bearing. As a center, all bearings swing freely outside the outer periphery of the rotating body. Attached vane body By closing the outer periphery of the rotating body, the external shape by a plurality of bearings with vane body is arranged, characterized in that it forms the same circle curved and the cylindrical body outer surface.
前記揺動ベーン付き回転体をランナとする揺動ベーン水車の構成について説明する。 A description will be given of the configuration of a swing vane turbine using the rotating body with the swing vane as a runner.
揺動ベーン水車は、揺動ベーン付き回転体を水車のランナとして利用し、該ランナを内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングの内部に、さらに、ランナとしての揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心配置し、該偏心配置によるケーシング内面と、円曲面を形成した揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の狭い側に、流水漏洩防止器具として、ケーシング内面側から軸受け付きベーン体に先端が接触するように、ランナの回転方向に向けて板状の弾性体を配置し、対面間隔の広い側においては、揺動ベーン付き回転体の軸心を中心とした円弧を利用して形成したケーシング内面に、密閉作動区間の範囲を設定し、ケーシング側にランナの回転方向に従い、注水口、密閉作動区間の範囲、排水口、そして板状弾性体の順に各構成要素を設定、及び配置し、さらに、ベーン体の初期揺動動作を確保するスプリングを軸受け付きベーン体の軸受け端と主軸との間に配置し全体を構成した事を特徴とする。 An oscillating vane turbine uses a rotating body with an oscillating vane as a runner of the turbine, and the runner is rotated inside a casing made of a cylinder having an inner surface shape similar to an ellipse, and further rotated with an oscillating vane as a runner. The axis of the body is eccentrically arranged on the short axis of the ellipse from the center of the casing, and on the side where the facing distance between the inner surface of the casing by the eccentric arrangement and the outer surface of the rotating body with a swing vane forming a circular curved surface is narrow As a running water leakage prevention device, a plate-like elastic body is arranged in the direction of rotation of the runner so that the tip comes into contact with the vane body with bearings from the inner surface side of the casing. Set the range of the sealed operation section on the inner surface of the casing formed by using an arc centered on the axis of the rotating body with a water inlet, and the sealed operation section on the casing side according to the rotation direction of the runner Each component is set and arranged in the order of range, drain port, and plate elastic body, and a spring that secures the initial swinging motion of the vane body is arranged between the bearing end of the vane body with the bearing and the main shaft. It is characterized by the fact that it is composed entirely.
本明細書中において使用している用語の定義、及び意味、内容について説明する。
楕円は長軸の長さ、即ち、長径と、短軸の長さ、即ち、短径とで表されるが、短径の両端側は大きな円となり、長径の両端側は小さな円となっている。楕円に類似した形状とは、短径の片方の端側の大きな円を真円の円弧と置換して形成した楕円に類似した形状をいう。
長軸と短軸の交点、即ち、楕円の中心をケーシングの中心とし、偏心配置とは、揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心して配置するという意味である。
軸受け付き曲面板の軸受けで回転体本体側の軸を離脱する事なく把持するとは、この場合、軸受けの開口幅寸法を軸の直径より小さくしておく事により達成される。
回転体本体の外周は、主軸の軸心を中心に、主軸の軸心から半径方向へ最も離れた板状の支持具で固定された軸の端までの寸法を半径とする円の円周として示される。
流水漏洩防止器具としての板状弾性体は、長方形の板状の弾性体を利用し、該ケーシングの中心方向と平行に配置し、ケーシングの内面に板の長辺の一端を固定し、固定側と反対側の板の先端をランナの回転方向に向け、軸受け付き曲面板に接触させて配置する。
流水が含むエネルギー、即ち位置エネルギー、圧力エネルギーそして運動エネルギーは流水が揺動ベーン水車を通過する事により回転運動における運動エネルギーに変換されるが、該回転運動における運動エネルギーを回転エネルギーと名称して使用する。
名称としての密閉作動区間の範囲の意味と内容を説明すると、揺動ベーン水車において、ケーシング内面と、軸受け付きベーン体が全て閉じる事で円曲面を形成した揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の広い側において、注水口から流入する流水が、排水口に到るまでの間、ケーシング内面、軸受け付きベーン体、軸及び板状支持具、主軸外面、ケーシング両側の蓋、流水漏洩防止器具である板状弾性体等により、ケーシング内において密閉された状態でベーン体に作用しながら移動し、流水の含むエネルギーを回転エネルギーに変換しトルクを発生する区間の範囲であり、ランナの回転方向に従えば、注水口から排水口に到る間のケーシング内面の円周方向に、ランナの軸心を中心とした円の円弧で形成され、利用する軸受け付きベーン体数等に応じて注水口位置と排水口位置とを考慮して決定される区間の範囲でもある。
本明細書中で使用している軸受け付きベーン体と軸受け付き曲面板とは同義語である。The definition, meaning, and contents of terms used in this specification will be described.
The ellipse is represented by the length of the major axis, that is, the major axis, and the length of the minor axis, that is, the minor axis, but both ends of the minor axis are large circles, and both ends of the major axis are small circles. Yes. The shape similar to an ellipse refers to a shape similar to an ellipse formed by replacing a large circle on one end side of a short diameter with a perfect circular arc.
The intersection of the long axis and the short axis, that is, the center of the ellipse is the center of the casing, and the eccentric arrangement is that the axis of the rotating body with a swing vane is arranged eccentrically on the short axis of the ellipse from the center of the casing. Meaning.
In this case, the holding of the shaft on the rotating body main body with the bearing of the curved plate with the bearing is achieved by making the opening width dimension of the bearing smaller than the diameter of the shaft.
The outer periphery of the main body of the rotating body is the circumference of a circle whose radius is the dimension from the axis of the main shaft to the end of the shaft fixed by a plate-like supporter furthest away from the axis of the main shaft in the radial direction. Indicated.
The plate-like elastic body as a flowing water leakage prevention device uses a rectangular plate-like elastic body, is arranged in parallel with the central direction of the casing, and fixes one end of the long side of the plate to the inner surface of the casing. The tip of the plate on the opposite side is directed in the direction of rotation of the runner and is placed in contact with the curved plate with bearings.
The energy contained in flowing water, that is, potential energy, pressure energy, and kinetic energy is converted into kinetic energy in rotational motion by passing the oscillating vane turbine, and the kinetic energy in the rotational motion is called rotational energy. use.
Explaining the meaning and contents of the range of the sealed operation section as a name, in the swing vane turbine, the outer surface of the rotating body with a swing vane that forms a circular curved surface by closing the inner surface of the casing and the vane body with bearings. On the side where the facing distance is wide, until the flowing water flowing from the water injection port reaches the drain port, the inner surface of the casing, the vane body with bearings, the shaft and plate support, the outer surface of the main shaft, the lids on both sides of the casing, leakage of flowing water It is the range of the section where it moves while acting on the vane body in a sealed state in the casing by a plate-like elastic body that is a prevention device, converts the energy contained in running water into rotational energy and generates torque, If it follows the direction of rotation, it is formed with a circular arc centered on the runner's axial center in the circumferential direction of the casing inner surface from the water inlet to the drain outlet, with a bearing to be used Is also the range of the section is determined considering the discharge port position and the water pouring outlet position in response to over emissions body such as the number.
The vane body with a bearing and the curved plate with a bearing used in this specification are synonymous.
揺動ベーン付き回転体について作用を説明すると、軸受け付きベーン体は、該軸受けにより回転体本体側に配置された軸を離脱する事なく把持しながら該軸を中心として軸受けの開口の範囲内にて、ベーン体が回転体本体の外周の外側で自在に揺動動作を行う事で、ベーン体の出没動作に対応する動作を行い、ベーン体の働きとして必要な流水受圧面積を変化させ、軸受け付きベーン体が回転体本体の外周に閉じる事により没入動作に対応する。複数箇所に配置された軸受け付きベーン体が全て回転体本体の外周に閉じる事により、該軸受け付きベーン体で円曲面の外形形状を形成する。 The operation of the rotating body with the oscillating vane will be described. The vane body with the bearing is within the range of the opening of the bearing around the shaft while holding the shaft disposed on the rotating body main body side without detaching the shaft. The vane body swings freely outside the outer periphery of the rotating body body, so that the vane body moves in and out, and the running water pressure area required for the vane body functions is changed to Corresponding to the immersion operation by closing the attached vane body to the outer periphery of the rotating body. By closing all the vane bodies with bearings arranged at a plurality of locations on the outer periphery of the rotating body main body, the outer shape of the circular curved surface is formed by the vane bodies with bearings.
揺動ベーン水車について作用を説明すると、ケーシング側の注水口から流入する流水からの作用を受けて、揺動してベーン体の先端をケーシング内面に接触させながら密閉作動区間の範囲を回転移動中の軸受け付きベーン体は、流水のもつエネルギーを回転エネルギーに変換し、発生したトルクを主軸に伝えながら回転体本体と共に回転する。前記密閉作動区間の範囲はケーシング内面とランナである揺動ベーン付き回転体との対面間隔が一定なので、ベーン体が該密閉作動区間の範囲を回転移動中はベーン体による流水受圧面積は一定となり、単位時間当たり一定量の流水の通過により、一定の回転速度、そして一定のトルクの発生となり、該発生したトルクを主軸に伝える。さらに、流水からの作用を受けて回転移動している前方のベーン体が、密閉作動区間の範囲を通過し終える前に、後続のベーン体が該密閉作動区間の範囲に進入する事で、連続した回転とトルクの発生が維持される。対面間隔の狭い側では、ケーシング内面側からの板状弾性体の先端が水圧の作用をも受け、絶えず軸受け付きベーン体側へ移動し接触する事で流水を遮り、この位置から排水口側への流水の漏洩を防止する。対面間隔の狭い位置を通過するベーン体は閉じられた状態で移動するが、軸受け端と主軸との間に配置した引きバネとしてのスプリングの作用により、密閉作動区間の範囲に進入する前に、十分揺動し安定した状態で該密閉作動区間の範囲に進入する。 The operation of the oscillating vane turbine will be explained. In response to the action from the flowing water flowing in from the casing side water inlet, the oscillating vane turbine is oscillating and rotating within the range of the sealed operation section while the tip of the vane body contacts the casing inner surface The vane body with bearings converts the energy of running water into rotational energy and rotates with the main body of the rotating body while transmitting the generated torque to the main shaft. In the range of the sealed operation section, since the facing distance between the casing inner surface and the rotating body with the swing vane as a runner is constant, the flowing water pressure receiving area by the vane body is constant while the vane body rotates in the range of the sealed operation section. By passing a constant amount of running water per unit time, a constant rotational speed and a constant torque are generated, and the generated torque is transmitted to the main shaft. Furthermore, before the vane body in front that is rotating and moving under the action of running water finishes passing through the range of the sealed operation section, the subsequent vane body enters the range of the sealed operation section, so that Rotation and torque generation are maintained. On the narrow side, the tip of the plate-like elastic body from the inner surface of the casing is also subjected to the action of water pressure, constantly moving to and contacting the vane body with bearings, blocking the flowing water from this position to the drain outlet side. Prevent leakage of running water. The vane body that passes through the narrow face-to-face distance moves in a closed state, but before entering the range of the sealed operation section by the action of a spring as a tension spring arranged between the bearing end and the main shaft, It enters into the range of the hermetic operation section with a sufficient swinging and stable state.
対面間隔の広い側において、ベーン体による流水受圧面積が一定とは、密閉作動区間の範囲におけるケーシング内面を形成する円弧の中心を、揺動ベーン付き回転体の軸心と同一にする事に基づく。
ベーンモーターにおける従来技術の中で、ローターの回転始め、あるいは低速回転時のベーンの作動を確実にする目的で、ベーンをケーシング内面に確実に接触させるため、ベーンの底部にバネを配置させる構造をとるが、本発明におけるように、揺動ベーン付き回転体を水車のランナとして利用する場合は、ベーン体の初期揺動動作が確実に、且つ安定した状態で生じるようにするため、軸受け付きベーン体を構成する軸受けの開口端と主軸との間に引きバネとしてスプリングを配置し、該スプリングの作用によりベーン体の初期揺動動作を確保する。On the side where the facing distance is wide, the constant pressure area for flowing water by the vane body is based on the fact that the center of the arc forming the casing inner surface in the range of the hermetic operation section is the same as the axis of the rotating body with the swing vane. .
In the prior art of vane motors, a spring is arranged at the bottom of the vane in order to ensure that the vane contacts the inner surface of the casing for the purpose of ensuring the operation of the vane at the start of rotation of the rotor or at low speed. However, when a rotating body with a swing vane is used as a runner of a water turbine as in the present invention, the vane with a bearing is used in order to ensure that the initial swing operation of the vane body occurs in a stable and stable state. A spring is disposed as a tension spring between the open end of the bearing constituting the body and the main shaft, and the initial swinging motion of the vane body is ensured by the action of the spring.
揺動ベーン付き回転体について効果を説明すると、揺動ベーン付き回転体においては、軸受け付きベーン体である軸受け付き曲面板は、回転体本体側に配置された軸を、開口部を設けた軸受けで離脱する事なく把持しながら、該軸を中心に回転体本体の外周の外側で自在に揺動動作を行う事で、ベーン体による出没動作に対応しながら流水受圧面積を変化させ、回転体本体の外周に閉じる事で没入動作に対応する。ベーン体の流水受圧面積を決定する２辺の長さの内の１辺の長さは、回転体本体の外周長さを等分した値を応用する事ができ、利用するベーン体数を少なくする事で、同一直径の他型式のベーンモーター等の回転体と比較し、流水受圧面積の大きいベーン体を備えた回転体を得る事ができる。 The effect of the rotating body with the oscillating vane will be described. In the rotating body with the oscillating vane, the curved plate with bearings, which is a vane body with bearings, has a shaft disposed on the rotating body body side as a bearing provided with an opening. Rotating body by changing the flowing water pressure receiving area while responding to the intruding operation by the vane body by swinging freely outside the outer periphery of the rotating body body around the axis while gripping without detaching Corresponds to immersive movement by closing to the outer periphery of the main body. The length of one side of the length of the two sides that determines the flowing water pressure receiving area of the vane body can be a value obtained by equally dividing the outer peripheral length of the rotating body, and the number of vane bodies to be used is reduced. By doing so, it is possible to obtain a rotating body having a vane body having a large flowing water pressure receiving area as compared with a rotating body such as another type of vane motor of the same diameter.
揺動ベーン付き回転体をランナとして利用した揺動ベーン水車について効果を説明すると、利用する軸受け付きベーン体数の少ない、即ち、流水受圧面積の大きいベーン体を備えた揺動ベーン付き回転体と、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングとの組合せにより、大きな注水口、及び排水口と共に、流水受圧面積の大きい状態のベーン体が移動通過できる大きな通水口をケーシング内部に設けた水車を構成する事ができ、低圧でも大量の流水が水車内部を通過する事ができる。密閉作動区間の範囲は回転移動中のベーン体による流水受圧面積が一定なので、単位時間当たり一定量の流水通過により、一定の回転速度、及び一定のトルクの発生となる。さらに、ケーシング内の密閉作動区間の範囲を通過する流水は、注水口から排水口に到るまでの間、軸受け付きベーン体、ケーシング内面、軸、及び板状支持具、主軸外面、ケーシング両側の蓋、及び流水漏洩防止器具の板状弾性体等により、密閉されながらベーン体に作用し、該密閉作動区間の範囲のみでトルクを発生し、流水の含むエネルギーを回転エネルギーに変換させるので、水車効率が高い。 The effect of the oscillating vane turbine using the rotator with oscillating vanes as the runner will be described. In addition, a large water inlet that allows a vane body with a large flowing water pressure area to move and pass along with a large water inlet and drain outlet is provided inside the casing in combination with a casing made of a cylinder whose shape is similar to an ellipse. A water turbine can be constructed, and a large amount of running water can pass through the water turbine even at low pressure. Since the flowing water pressure receiving area by the vane body that is rotating and moving is constant in the range of the hermetic operation section, a constant rotation speed and a constant torque are generated by passing a constant amount of flowing water per unit time. In addition, the flowing water that passes through the range of the sealed operating section in the casing is the vane body with bearing, the casing inner surface, the shaft, and the plate-shaped support, the outer surface of the main shaft, and both sides of the casing until it reaches the drain outlet. The lid and the plate-like elastic body of the running water leakage prevention device act on the vane body while being sealed, generate torque only in the range of the sealed operating section, and convert the energy contained in the running water into rotational energy. High efficiency.
揺動ベーン付き回転体について図１〜４に基づいて構成を説明する。
両端に支軸２，３を備えた主軸１の周囲に、該主軸１の軸心Ｐから同一半径で且つ、該主軸１の軸心Ｐを中心とする円周を４等分した４箇所Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に軸５の中心を定め、該軸５を主軸１の軸心方向と平行に配置するが、該軸５は主軸１の外面から半径方向に伸びる板状支持具４で主軸１に固定され、主軸１と共に回転体本体を形成する。揺動するベーン体として、薄肉円筒体を中心方向から４等分割して得られた曲面板７の片側曲面端に前記軸５を把持する開口部を設けた円筒形の軸受け６を備えた軸受け付き曲面板を形成し、軸５を軸受け６で把持しながら前記回転体本体と４個の軸受け付き曲面板とから揺動ベーン付き回転体を構成する。The configuration of the rotating body with the swing vane will be described with reference to FIGS.
Around the
図５〜９に基づいて揺動ベーン水車の構成を説明する。
図７に示すように、中心をＦとする楕円Ｅの短径の片方の端側の円を、中心をＰをとする円Ａの円弧Ｑ’Ｒ’１３と置換した、楕円に類似した形状を利用してケーシング１２の筒の内面を形成し、図６に示すように、ランナとしての揺動ベーン付き回転体を該ケーシング１２の内部に、さらに、該揺動ベーン付き回転体の軸心Ｐを、ケーシングの中心Ｆから楕円Ｅの短軸上において偏心配置し、該偏心配置によるケーシング内面と、全てのベーン体が閉じて円曲面を形成した揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の狭い側に、図８に示すように、ケーシング１２の内面に板バネ９の基端部をボルト、ナット１６で固定し、該板バネ９の先端を、ランナの回転方向Ｇに向けて、軸受け付き曲面板に接触させて配置する。対面間隔の広い側のケーシング内面には、中心をＰとする円Ａにランナの回転方向Ｇに従い、密閉作動区間の開始位置をＱ’、密閉作動区間の終了位置をＲ’とした円弧Ｑ’Ｒ’１３を利用し密閉作動区間の範囲Ｓ’を設定する。ランナの回転方向Ｇに従い、ケーシング側に流水の注水口１０、密閉作動区間の範囲Ｓ’、排水口１１そして板バネ９の順に各要素を配置した構成とする。なお、注水口１０、及び排水口１１は図６に示す通りである。図８〜９に板状弾性体としての板バネ９の取り付けを拡大図として示す。The configuration of the swing vane turbine will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, a shape similar to an ellipse, in which a circle on one end side of a minor axis of an ellipse E having a center F is replaced with an arc Q′R′13 of a circle A having a center P. 6 is used to form the inner surface of the cylinder of the
利用する軸受け付きベーン体数については、４箇所の設定配置に限らず複数箇所の設定配置が考えられるが、軸受け付きベーン体数をＮとした場合に、密閉作動区間の範囲は対面間隔の広い範囲を利用し、揺動ベーン付き回転体がＮ分の１回転した際、揺動したベーン体である曲面板の先端がケーシング内面に接しながら移動した範囲をわずかに超えた範囲として、揺動ベーン付き回転体の軸心を中心とした円弧で形成されたケーシング内面円周方向に注水口と排水口の設定位置を考慮して決定する。 The number of vane bodies with bearings to be used is not limited to four setting arrangements, but a plurality of setting arrangements are conceivable. However, when the number of vane bodies with bearings is N, the range of the sealed operation section has a wide facing interval. When the rotating body with a swing vane makes 1 / N rotation using the range, it swings as a range slightly exceeding the range where the tip of the curved plate, which is the swing vane body, moves while contacting the casing inner surface. The position is determined in consideration of the setting positions of the water inlet and the outlet in the circumferential direction of the inner surface of the casing formed by an arc centered on the axis of the rotating body with vane.
揺動ベーン付き回転体の作用を構成に基づいて説明すると、図３に示すように、４箇所に配置された揺動するベーン体としての軸受け付き曲面板は、該軸受け６で軸５を把持しながら該軸５を中心に、回転体本体の外周の外側で自在に揺動動作を行い、ベーン体である曲面板７の流水受圧面積を変化させる、図２に示すように、軸受け付きベーン体としての軸受け付き曲面板が、全て回転体本体の外周に閉じる事で、４箇所に配置された軸受け付き曲面板により、外形形状が円筒体外形面と同様の円曲面を形成する。軸５を把持する軸受け６の開口幅寸法Ｘを軸５の直径寸法Ｙより小さく保つ事で軸５から軸受け６の離脱を防止する。なお、回転体本体の外周は、図４に示すように、主軸１の軸心Ｐから半径方向で軸５の端までの長さを寸法Ｍとすれば、主軸１の軸心Ｐを中心に寸法Ｍを半径とする円の円周で示される。 The operation of the rotating body with the swing vane will be described based on the configuration. As shown in FIG. 3, the curved plate with the bearing as the swinging vane body arranged at four positions grips the
揺動ベーン水車の作用を構成に基づいて説明すると、図５〜６に示すように、ケーシング１２側に大きく設定、配置した注水口１０から流入する流水の作用を受けて軸受け付きベーン体は密閉作動区間の範囲Ｓ’を回転移動しながら、流水が含むエネルギーを回転エネルギーに変換し、発生したトルクを回転体本体の主軸１に伝える。ベーン体である曲面板７が密閉作動区間の範囲Ｓ’を通過中はベーン体による流水受圧面積は一定なので、単位時間当たり一定量の流水からの作用によってランナに生じる回転速度、及び発生するトルクは一定となる。対面間隔の狭い側において、ケーシング内面側に配置した板バネ９は、さらに流水による圧力をも受けて先端を軸受け付きベーン体側に移動し接触する事で流水を遮り、この位置から排水口１１側への流水の漏洩を防止する。ランナとして利用した前記揺動ベーン付き回転体はベーン体数が４枚であり、密閉作動区間の範囲Ｓ’は中心をＰとする円Ａの４分の１円弧Ｓより大きく範囲を設定しているので、回転方向Ｇに従い、前方のベーン体が密閉作動区間の範囲Ｓ’を通過し終える前に、後続のベーン体が該密閉作動区間の範囲Ｓ’に進入する事で安定した連続回転が維持される。対面間隔の狭い位置を通過する際、回転体本体の外周に閉じた状態のベーン体である曲面板７は、対面間隔の広い側への回転移動に伴い、スプリング８の作用により揺動し、密閉作動区間の範囲Ｓ’に安定した状態で進入する。図８には、ケーシング内面側に基端部をボルト、ナット１６で固定し、先端を回転方向に向けて、軸受け付き曲面板に接触させた状態の板バネ９を示す。図１０〜１３は、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシング内部における、ランナの回転方向Ｇに従っての、軸受け付きベーン体の動作状態を示す。 The operation of the oscillating vane turbine will be described based on the configuration. As shown in FIGS. 5 to 6, the vane body with the bearing is hermetically sealed by the action of the flowing water flowing in from the
流体受圧面積の大きなベーン体を備えた揺動ベーン付き回転体は、ポンプのローターとして利用する事により、低速回転でも吐出容量の大きなポンプを設計できる。
河川の中流域、あるいは下流域における流水の利用に限らず、本発明における揺動ベーン水車は、農村地帯の感慨用水路における農業用水、工場地帯における工業用水、さらに下水処理施設における処理用水や山間部の渓流水等における流水を利用し発電機の回転駆動力源とする事ができる。By using the rotating body with the oscillating vane having the vane body having a large fluid pressure receiving area as a pump rotor, a pump having a large discharge capacity can be designed even at a low speed.
The rocking vane turbine in the present invention is not limited to the use of running water in the middle or downstream area of a river, but is used for agricultural water in the irrigation canal in a rural area, industrial water in a factory area, water for treatment in a sewage treatment facility, and a mountain area It can be used as a rotational drive power source for generators by using running water in mountain stream water.
１ 主軸
２ 支軸（出力軸）
３ 支軸
４ 板状支持具
５ 軸
６ 軸受け
７ 曲面板
８ スプリング
９ 板バネ
１０ 注水口
１１ 排水口
１２ ケーシング
１３ 円弧Ｑ’Ｒ’
１４ 蓋
１５ 蓋
１６ ボルト、ナット
１７ 角フランジ型ユニット
Ａ 中心をＰとする円
Ｂ 板バネ取り付け部拡大範囲
Ｃ１ 軸５の中心
Ｃ２ 軸５の中心
Ｃ３ 軸５の中心
Ｃ４ 軸５の中心
Ｐ 揺動ベーン付き回転体（ランナ）の軸心、円Ａの中心、主軸１の軸心
Ｅ 中心をＦとする楕円
Ｆ 楕円Ｅの中心、ケーシングの中心
Ｍ 寸法
Ｑ 円Ａの４分の１円弧の開始位置
Ｑ’ 密閉作動区間の開始位置
Ｒ 円Ａの４分の１円弧の終了位置
Ｒ’ 密閉作動区間の終了位置
Ｓ 中心をＰとする円Ａの４分の１円弧
Ｓ’ 密閉作動区間の範囲
Ｇ ランナの回転方向
Ｘ 軸受け６の開口幅寸法
Ｙ 軸５の直径寸法1
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