JPH0363311A

JPH0363311A - 水力発電装置

Info

Publication number: JPH0363311A
Application number: JP1197977A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nonaka; 野中　正晴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2592959B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、適用高低落差が小さな水力発電装置に係り、
特にチューブラ水車等のパルプ水車を用いた低落差大流
量の水力発電装置に関する。

（従来の技術）低落差大流量の水力発電装置に用いられるパルプ水車で
は、水車ランナの出口に吸出管が設けられるが、この吸
出管出口での排棄速度水頭損失（以下、排棄損失という
）が水力発電プラント全体の損失のかなりの部分を占め
ており、発電効率が低下する原因になっている。

低落差水力発電プラントは同一電力の高落差発電プラン
トと比較するとパルプ水車の寸法が相対的に大きくなり
、パルプ水車が大型化するため、経済的負担が大きくな
る。このため、低落差水力発電装置では、パルプ水車の
製造コストの低減や水車据付けのための土木掘削量を低
減させることが重要となっている。

第５図および第６図は従来の低落差大流量水力発電装置
の概略構成を示している。この水力発電装置にはパルプ
水車としてチューブラ水車が採用される。チューブラ水
車は発電機器類がケーシング内筒１内に収容される。ケ
ーシング内筒１は上池２からの水車流路を構成するケー
シング外筒３内に収容される。ケーシング外筒３と内筒
１との間の水車流路には水流を整流させる案内羽根４が
設けられ、この案内羽根４の下流側に水車ランナ５が取
付けられ、この水車ランナ５を水流により旋回させるよ
うになっている。水車ランナ５の出口側には水流を下池
６に導く埋設式の吸出管７が接続される。

この水力発電装置は、上池２に貯められた水をケーシン
グ外筒３と内筒１との間の水車流路を通って案内羽根４
に導かれ、水車ランナ５を旋回させ、回転駆動させる。

水車ランナ５を旋回させた水流は吸出管７を通り下池６
に排出される。

この場合、水力発電装置の発電効率を向上させるために
、吸出管７出口での水流の速度水頭を可能な限り小さく
して、吸出管７からの排棄損失を低減させることが望ま
しい。吸出管７出口での水流の流速Ｖ　は第７図に示す
ように表わされ、この水流の速度エネルギが排棄損失と
なる。比速度ｎ　　＝７００　（ｍ−ｋｗ）クラスノ水
力発電フラントでは、排棄損失は概略計算で２〜２．５
％、比速度ｎ　　＝１０００（ｍ−ｋｗ）クラステは３
．５〜４％に達する。

（発明が解決しようとする課題）従来の水力発電装置において、吸出管７出口での排棄損
失を低減させるために、吸出管７の出口面積を大きくす
ることが考えられている。しかしながら、土木掘削量を
抑えるために、吸出管７の管長りを変えないで、吸出管
７の出口面積を大きくすると、吸出管７の流路面積拡大
率が適正拡大率よりも大きくなり、吸出管７内での拡流
による損失が大きくなる。また、吸出管７の流路面積拡
大率を適正に保って吸出管出口面積を大きくすると、埋
設式の吸出管７の管長りが長（なり、土木掘削量が増大
し、経済的負担が増大する。

従来の低落差大流量水力発電装置において、土木掘削量
の増大を生じさせることなく、吸出管出口での排棄損失
を低減して発電効率を向上させ、高効率運転をされるた
めに、水力発電装置を如何に構成したらよいか問題にな
っていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、土
木掘削量の著しい増大を招くことなく、排棄損失を低減
させることができ、高効率運転が可能な水力発電装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明に係る水力発電装置は、上述した課題を解決する
ために、水車ランナの出口を吸出管を介して下池に連通
させ、上記吸出管の断面積を下流側に向って拡大させた
水力発電装置において、前記吸出管の出口側に開水路を
設け、この開水路の出口断面積を前記吸出管の出口断面
積より大きくしたものである。

また、従来技術が有する課題を解決するために、本発明
の水力発電装置は、開水路を吸出管出口側の下池内に設
けて、隔壁を兼ねる側壁により下池と仕切る一方、開水
路は吸出管出口から下流側に向って流路面積を徐々に拡
大させたものである。

さらに、この水力発電装置は、下池を仕切る側壁間に形
成される開水路の流路幅や流路高さが適正流路面積拡大
率となるように、下流側に向って徐々に拡大させたもの
である。

（作用）この水力発電装置は、吸出管の出口側に開水路を設け、
この開水路の出口断面積を吸出管の出口断面積より大き
くしただけであるから、吸出管の管長を従来より長くす
る必要がなく、土木掘削量の増大を招くことがない。ま
た、吸出管の出口側に設けられた出口断面積の大きな開
水路を設けることにより、放水路の排気損失を低減させ
て水車の高効率運転が可能になる。

（実施例）本発明に係る水力発電装置の一実施例について添付図面
を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明の水力発電装置としてチュ
ーブラ水車を備えた低落差大流量水力発電装置を示す側
面図および平面図であり、図中符号１０は上池１１から
の水車流路１２を画成するケーシング外筒を示す。この
ケーシング外筒１０内にはケーシング内筒１３が収容さ
れ、このケーシング内筒１３内に発電機器類が内蔵され
ている。

ケーシング内筒１３は取付ブラケット１４により支持さ
れる。

ケーシング外筒１０と内筒１３との間には、水車流路１
２を通る水流を整流にする案内羽根１５が形成され、こ
の案内羽根１５に隣接して下流側に水車ランナ１６が設
けられる。水車ランナ１６を水流により旋回させること
により、図示しない発電機を回転駆動させるようになっ
ている。

水車ランナ１６の出口側には埋設式の吸出管１７が接続
され、この吸出管１７を介して水車ランナ１６は出口側
が下池１８に連通される。吸出管１７は下流側に向って
流路面積が徐々に拡大するように拡管されており、その
流路面積拡大率は適正面積拡大率となるように、経済的
に定められる。

経験則によると第３図に示すように、吸出管１７の片方
の側壁の拡がり角度θ１は０度から１０度の範囲に設定
され、約６度程度が好ましい。

また、吸出管１７の出口側に開水路２０が設けられる。

この開水路２０は下池１８内に設置され、この下池１８
とは隔壁を兼ねる側壁２１により仕切られ、区画されて
いる。開水路２０は吸出管出口から下流側に向って徐々
に拡大され、その流路面積拡大率は経験上適正面積拡大
率となるように流路幅Ｗおよび流路高さＨが設定される
。

具体的には、開水路２０を画成する側壁２１の内壁面は
拡がり角度θ２が片側が流れ方向に対して０度〜１０度
の範囲、好ましくは約６度程度に設定され、開水路２０
の底面も例えば約６度程度の下り勾配（角度θ３）を有
するように形成される。

次に、低落差水力発電装置の作用を説明する。

上池１１から水車流路１２に案内される水流により水車
ランナ１６が旋回され、図示しない発電機が回転駆動さ
れる。水車ランナ１６を旋回させた水流は吸出管１７を
通り、開水路２０から下池１８に導かれる。

その際、開水路２０は隔壁を兼ねる側壁２１で下池１８
と仕切られ、しかも開水路２０の流路面積は下流側に向
って徐々に拡大しており、開水路２０の出口流路断面積
は吸出管出口流路断面積より大きい。このため、開水路
２０内を通水は徐々に遅くなり、水流の速度水頭が低下
する。この結果、第１図に示す水面ＷＬは開水路２０内
で徐々に上昇し、開水路２０の出口で下池１８の水位と
一致する。開水路２０の流路断面積を下流側に向って徐
々に拡大させることにより、吸出管出口の速度水頭が圧
力水頭に徐々に転換されるので、下池１８に排出される
速度水頭が低減され、その結果排棄損失を低減させるこ
とができ、水車の高効率運転が可能となる。

このように、吸出管１７の出口側に隔壁により仕切られ
る開水路２０を設けるだけで、水流による排棄損失を低
減させることができ、吸出管１７の出口側に埋設式の第
２吸出管を設けたり、吸出管を延長させる場合に較べ、
土木作業が簡素化され、建設コストの大幅な低減を図る
ことができる。

ちなみに、比速度ｎ　　＝７００　（ｍ−ｋｗ）りラス
の水力発電プラントの場合、吸出管１７の出口側に開水
路２０を設けた場合の排棄損失は、約１．３％程度とな
り、開水路を設けない場合の約２．２％に較べ、１％程
度の効率を改善することができる。このときの高低落差
Ｈは約１２ｍ１流量Ｑは約１９０ｎ”　／ｓｅｅ　、吸
出管出口の流速■　は約２．　３ｍ／ｓｅｃであり、開
水路２０の入口流路面積は９．　　ＯＸ９．２ｔｄ、出
口流路面積は９．８５Ｘ１０．９ｄ、流路長は８．１ｍ
である。

第４図および第５図は本発明の水力発電装置の他の実施
例を示すものである。

この実施例に示された水力発電装置は、吸出管１７の出
口側に設けられる開水路２５の流路断面形状を基本的に
異にしたもので、他の構成は一実施例で示したものと実
質的に異ならないので同じ符号を付して説明を省略する
。

第４図および第５図に示された開水路２５の流路断面積
は平行な側壁２６により画成され、上流側から下流側に
向ってほぼ一定であり、異ならない。ただ、開水路２５
の出口流路断面積は、吸出管１７の出口流路断面積より
大きい。

この場合、吸出管１７の出口において流路断面積が急激
に拡大するため、流れの急膨脹による損失が発生するか
、開水路２５の出口断面積は吸出管１７の出口断面積よ
り大きいため、水面ＷＬが徐々に上昇して水深方向の流
速分布が変化し、開水路２５の出口における流速は、吸
出管１７出口の流速より減速され小さくなる。このため
、水流の速度水頭が徐々の圧力水頭に変化し、水流によ
る排臭損失は開水路２５を設けない場合より小さくなり
、高効率運転が可能になる。

また、吸出管出口の流路幅を開水路入口の流路幅と同じ
にし、開水路を流路幅を入口側から出口側にかけてほぼ
同じになるように形成しても、開水路に案内される水流
は、水面ＷＬが徐々に上昇して水深方向の流速分布が変
化するので、開水路の出口断面積は、吸出管の出口断面
積より大きくなって、減速効果が得られ、排臭損失の低
減を図ることができる。

なお、開水路は下池内に必ずしも設置する必要がなく、
吸出管出口と下池とを連通ずる連通路の役割を果すもの
であればよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る水力発電装置は、吸出
管の出口側に開水路を設け、この開水路の出口断面積を
吸出管の出口断面積より大きくしたから、水力発電プラ
ント全体損失の大部分を占めていた吸出管出口における
排気損失を低減でき、水車の高効率運転が可能となり、
発電効率を向上させることができる。

また、吸出管の出口側に埋設管を設置する必要がなく、
開水路を設けるだけでよいから、土木掘削量が増大せず
、土木作業を簡素化でき、経済的負担が軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水力発電装置の一実施例を示す概
略側断面図、第２図は第１図の水力発電装置の平断面図
、第３図は本発明に係る水力発電装置の他の実施例を示
す概略側断面図、第４図は第３図の平断面図、第５図お
よび第６図は従来の低落差水力発電装置を示す側断面図
および平断面図、第７図は吸出管出口部における速度分
布を概略的に示す側断面図である。１０・・・ケーシング外筒、１１・・・上池、１２・・
・水車流路、１３・・・ケーシング内筒、１５・・・案
内羽根、１６・・・水平ランナ、１７・・・吸出管、１
８・・・下池、２０．２５・・・開水路、２１．２６・
・・側壁（隔壁）。第１図１

Claims

【特許請求の範囲】１、水車ランナの出口を吸出管を介して下池に連通させ
、上記吸出管の断面積を下流側に向って拡大させた水力
発電装置において、前記吸出管の出口側に開水路を設け
、この開水路の出口断面積を前記吸出管の出口断面積よ
り大きくしたことを特徴とする水力発電装置。２、開水路は吸出管出口側の下池内に設けられ、隔壁を
兼ねる側壁により下池とは仕切られる一方、開水路は吸
出管出口から下流側に向って流路面積を徐々に拡大させ
た請求項１に記載の水力発電装置。３、開水路は、下池を仕切る側壁間に形成される流路幅
や流路高さが適正流路面積拡大率となるように、下流側
に向って徐々に拡大された請求項１に記載の水力発電装
置。