(57)【要約】【課題】２条の水圧鉄管を用いた立軸ペルトン水車において、隣り合うジェットの干渉を抑えて運転比速度を高める。【解決手段】２条の水圧鉄管１,２から分岐する複数の分岐管３〜８を通してバケット１１にジェット１２が噴射される立軸ペルトンにおいて、分岐管３〜８をノズル９の直前に曲り１３を有する曲管で構成するとともに、すべての分岐管３〜８の曲り方向をランナ１０の回転方向と同じにする。これにより、分岐管３〜８の曲り内側に生じるジェット１２のフレアー１２ｆは、すべてバケット１１の内周側に向かいジェット干渉が抑えられるので、運転点の高比速度化が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２条の水圧鉄管から分岐する複数の分岐管を通してバケットにジェットが噴射される立軸ペルトンにおいて、
前記複数の分岐管をノズルの直前に曲りを有する曲管で構成するとともに、すべての前記分岐管の曲り方向をランナの回転方向と同じにしたことを特徴とする立軸ペルトン水車。
【請求項２】
前記ランナの両側に前記２条の水圧鉄管を互いに平行に配置し、これらの水圧鉄管の先端を前記ランナに向かって互い違いに屈曲し、これらの先端に各複数の前記分岐管を前記ランナの中心に対して点対称にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１記載の立軸ペルトン水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はペルトン水車に関し、特に２条の水圧鉄管から分岐管を分岐させる立軸ペルトン水車に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルトン水車は周知の通り、水圧鉄管から分岐する複数の分岐管を通してバケットに噴射したジェットによりランナを回転させるもので、横軸では単射形、２射形、立軸では４射形、５射形、６射形が多く採用されている。横軸ペルトン水車については、例えば特許文献１に記載され、立軸ペルトン水車については、例えば特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平８−２１８９９９号公報
【特許文献２】特開平８ー１５１９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ペルトン水車にダムの水を導く水圧鉄管は一般には１条であるが、例えば横軸ペルトン水車が２台配置された発電所を１台の立軸ペルトン水車に改修する場合や、２つのダムからの水を１台の立軸ペルトン水車に集約する場合などでは、１台のペルトン水車に対して２条の水圧鉄管が存在することがある。
【０００４】
図２は、２条の水圧鉄管を有する立軸６射ペルトン水車における従来の分岐管形状を示すものである。図２において、２条の水圧鉄管１及び２からそれぞれ３本の分岐管３〜５及び６〜８が分岐し、各々の先端のノズル９から、ランナ１０のバケット１１にジェット１２が噴射され、ランナ１０は矢印方向に回転する。２条の水圧鉄管１,２の間隔は広いため、分岐管３〜５及び６〜８は、図示の通りいわばかに足状の形状が採用され、分岐管３,７は直管、分岐管４,５,６,８はノズル直前に曲り１３を有する曲管となっている。
【０００５】
図３は、ノズル直前に曲りを有する分岐管からのジェットを概念的に示す側面図である。図３に示すように、上流に曲り１３を有する分岐管のノズル９から噴射されるジェット１２には、通常、分岐管曲り方向の内側にフレアー（飛散水）１２ｆが発生する。これは、ノズル部の圧力が曲り外側で高く、曲り内側で低くなるためと考えられる。
【０００６】
一方、６射ペルトン水車は高比速度になると、ジェット干渉が生じやすくなる。比速度ｎSは次の式で与えられる。
ｎS＝ｎ・Ｐ1/2／Ｈ5/4
【０００７】
ここで、ｎ：水車回転速度（ｍｉｎ-1），Ｐ：水車出力（ｋＷ），Ｈ：有効落差（ｍ）である。この式から分かるように、有効落差が同じと仮定した場合、比速度の高い状態では回転速度が高い、もしくは水車出力つまり水車流量が大きいことになる。
【０００８】
６射ペルトン水車は６０度ごとに配置されたノズルからジェットが噴射され、バケットに流入する。その場合のバケットとジェットとの関係の変化を図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図４において、例えば第１ジェット１２（１）が太線で示すバケット１１（１）に流入し、次いで後続のバケット１１（２）に流入し始める際、バケット１１（１）,１１（２）間には空隙があるので、その空隙には飛行中の水１２（１）ａ（斜線部分）が存在する。一方、バケット１１（１）はジェット流速のほぼ半分の速度で回転しており、空隙に存在する水１２（１）ａは徐々にバケット１１（１）に流入する（図４（Ｂ）参照）。
【０００９】
その際、水１２（１）ａがバケット１１（１）に流入し終わる前に、第２ジェット１２（２）がバケット１１（１）に流入を開始すると、隣り合うジェット１２（１）,１２（２）同士が干渉し（図４（Ｃ）参照）、水車効率が急激に低下する。従って、６射形ペルトン水車では、このようなジェット干渉が生じないように運転点（比速度）を選定する必要がある。比速度が高い場合、バケット間の空隙が同じでもランナ回転速度が高く、もしくはジェット径が大きく（流量が多く）なるので、第1ジェット１２（１）の流入終了点が第２ジェット１２（２）の流入開始点に近づき、ジェット干渉が起こりやすくなる。
【００１０】
その場合、ジェット１２のフレアー１２ｆ（図３参照）がバケット外周側に飛散するように存在すると、図４において、第１ジェット１２（１）のバケット１１（１）への流入終了点が遅くなり、第２ジェット１２（２）の流入開始点に近づくので、ジェット干渉が一層起こりやすくなる。
【００１１】
ところが、図２に示した従来のかに足状の分岐管形状には、分岐管４,５,６においてバケット外周側に向かうフレアー１２ｆが存在する。そのため、ジェット干渉が生じやすく、結果として水圧鉄管が１条の通常の立軸水車よりも比速度の低い運転範囲しか選定できない。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、２条の水圧鉄管を用いた立軸ペルトン水車において、隣り合うジェットの干渉を抑えて運転比速度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、この発明は、２条の水圧鉄管から分岐する複数の分岐管を通してバケットにジェットが噴射される立軸ペルトンにおいて、前記複数の分岐管をノズルの直前に曲りを有する曲管で構成するとともに、すべての前記分岐管の曲り方向をランナの回転方向と同じにするものとする（請求項１）。
【００１４】
請求項１の発明において、前記ランナの両側に前記２条の水圧鉄管を互いに平行に配置し、これらの水圧鉄管の先端を前記ランナに向かって互い違いに屈曲し、これらの先端に各複数の前記分岐管を前記ランナの中心に対して点対称にそれぞれ接続するとよい（請求項２）。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、すべての分岐管の曲り方向をランナの回転方向と同じにすることにより、各分岐管から噴射されるジェットのフレアーがバケットの外周側に飛散することがなくなり、２条の水圧鉄管を用いた場合においても運転比速度の低下を免れることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１はこの発明の実施の形態を示す６射形立軸ペルトン水車の分岐管形状を示す平面図である。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。図１において、ランナ１０の両側に２条の水圧鉄管１及び２が互いに平行に配置され、これらの水圧鉄管１,２の先端１ａ,２ａはランナ１０に向かって互い違いに直角に屈曲されている。そして、これらの水圧鉄管１,２の先端１ａ,２ａに各３本の分岐管３〜５及び６〜８がランナ１０の中心に対して点対称にそれぞれ接続されている。ここで、各分岐管３〜８はノズル９の直前に曲り１３を有する曲管で構成され、これら分岐管３〜８の曲り方向はすべて矢印で示したランナ１０の回転方向と同じにされている。
【００１７】
図示水車において、分岐管３〜８の曲り内側に生じるジェット１２のフレアー１２ｆは、すべてバケット１１の内周側に向かう。その結果、フレアー１２ｆが外周側に飛散してジェット干渉を招くことがなく、従って運転点の高比速度化が可能になる。また、図示の場合は、各３本の分岐管３〜５及び６〜８がランナ１０の中心に対して点対称にそれぞれ接続されているため、ランナ１０を挟んで相対する分岐管同士の損失が等しくなり、従ってジェット流速も等しくなる結果、ジェットからランナ１０に作用する駆動力のランナ半径方向の成分（ラジアルスラスト）のバランスが良好になるなどの利点がある。なお、図示実施の形態では６射形立軸ペルトン水車の例を示したが、この発明は５射形あるいは４射形の立軸ペルトン水車に対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態を示す６射形立軸ペルトン水車の分岐管形状を示す平面図である。
【図２】従来例を示す６射形立軸ペルトン水車の分岐管形状を示す平面図である。
【図３】ノズル直前に曲りを有する分岐管からのジェットを示す側面図である。
【図４】６射形立軸ペルトン水車のバケットとジェットとの関係の変化を示す要部平面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    水圧鉄管
２    水圧鉄管
３〜８    分岐管
９    ノズル
１０    ランナ
１１    バケット
１２    ジェット
１２ｆ  フレアー
１３    分岐管の曲り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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