(57)【要約】【課題】構造の簡素化と小型化を図ることができ、目標の特性曲線と実際の特性曲線との誤差を低減することが可能な水力発電用水車の性能調整方法を提供する。【解決手段】ケーシング２３内に、ランナ２６と、ランナ２６の上流側に位置する静止ガイドベーン２９とが設けられ、ケーシング２３に、水車の特性を調整する調整ライナー４３が着脱自在に設けられ、ケーシング２３の内周面から静止ガイドベーン２９とランナ２６との間の流路３２に突入する突入量Ｂが異なった複数種類の調整ライナー４３を用意し、調整ライナー４３を取り替えてケーシング２３に取付けることで、静止ガイドベーン２９とランナ２６との間の流路幅を変えてランナ２６への水の流入量を調整し、実際の特性曲線を目標の特性曲線に近付けて、実際の特性曲線と目標の特性曲線との誤差を低減させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に、流入口から吐出口へ流れる流体によって回転するランナと、ランナの上流側に位置する静止ガイドベーンとが設けられた水力発電用水車であって、
水車の特性を調整する調整ライナーがケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入するように配置され、
調整ライナーはケーシングに着脱自在に取付けられていることを特徴とする水力発電用水車。
【請求項２】
調整ライナーは流路に突入する突入部を有し、
突入部は、上流側に、流れ方向に対して径方向内端部ほど下流側へ傾斜した傾斜面を有し、
傾斜面の径方向外端部がケーシングの内周面に連続していることを特徴とする請求項１記載の水力発電用水車。
【請求項３】
ケーシング内に、流入口から吐出口へ流れる流体によって回転するランナと、ランナの上流側に位置する静止ガイドベーンとが設けられた水力発電用水車の性能調整方法であって、
ケーシングに着脱自在に取付けられる調整ライナーを用意し、
調整ライナーがケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入する突入量を変えることによって、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えてランナへの流体の流入量を調整し、流量と有効落差との関係を示す実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を低減させることを特徴とする水力発電用水車の性能調整方法。
【請求項４】
ケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入する突入量が異なった複数の調整ライナーを用意し、
調整ライナーを取り替えてケーシングに取付けることで、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えることを特徴とする請求項３記載の水力発電用水車の性能調整方法。
【請求項５】
調整ライナーをケーシングから取り外して加工することによって、調整ライナーの流路への突入量を変えた後、
調整ライナーをケーシングに取付けることで、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えることを特徴とする請求項３記載の水力発電用水車の性能調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランナと静止式（固定式）のガイドベーンとを設けた水力発電用水車、および、水力発電用水車の性能調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水力発電用水車としては、例えば図１２に示すように、高低落差のある配管の途中に据え付けられる水力発電用水車１がある。この水力発電用水車１のケーシング２には流入口３と吐出口４とが形成されている。
【０００３】
ケーシング２内には、流入口３から吐出口４へ流れる水によって回転するランナ６と、ランナ６と発電機７とを連動連結する回転自在な主軸８と、ランナ６の上流側（流入口３側）に位置するガイドベーン９とが設けられている。
【０００４】
通常の発電運転時、流入口３から吐出口４へ流れる水によってランナ６が回転し、これにより、主軸８が回転して、発電機７で発電が行われる。図１３のグラフは、通常の発電運転時における水力発電用水車１の流量と有効落差との関係を示す水車の特性曲線である。このうち特性曲線Ｇａは客先等によって要求される目標の特性曲線（所定の特性曲線の一例）であり、特性曲線Ｇｂは水力発電用水車１の実際に測定された特性曲線である。
【０００５】
上記のように、目標の特性曲線Ｇａと実際の特性曲線Ｇｂとには誤差が発生し、この誤差を低減するために、ガイドベーン９を可動式にし、ガイドベーン９を開閉することによって流量を調整していた。
【０００６】
尚、可動式のガイドベーンを設けた水力発電用水車は下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平４−１１６２７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記のように可動式のガイドベーンを設けた水力発電用水車では、ガイドベーンを動かすためのリンク機構等が必要であり、構造が複雑化し且つ大型化するといった問題がある。
【０００８】
また、ガイドベーンを可動式ではなく静止式（固定式）にした場合、図１３に示した目標の特性曲線Ｇａと実際の特性曲線Ｇｂとの誤差を容易に低減することができないといった問題がある。
【０００９】
本発明は、構造の簡素化および小型化を図ることができ、所定の特性曲線と実際の特性曲線との誤差を容易に低減することが可能な水力発電用水車および水力発電用水車の性能調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本第１発明は、ケーシング内に、流入口から吐出口へ流れる流体によって回転するランナと、ランナの上流側に位置する静止ガイドベーンとが設けられた水力発電用水車であって、
水車の特性を調整する調整ライナーがケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入するように配置され、
調整ライナーはケーシングに着脱自在に取付けられているものである。
【００１１】
これによると、調整ライナーを着脱し、調整ライナーが流路に突入する突入量を変えることによって、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えることができる。これにより、ランナへの流体の流入量を調整することができるため、実際の特性曲線を所定の特性曲線に近付けることができ、実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を容易に低減することが可能となる。
【００１２】
このように、静止ガイドベーンを備えた水力発電用水車に調整ライナーを設けるだけで実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を低減することが可能となるため、可動式のガイドベーンを備えた水力発電用水車に比べて、リンク機構等が不要になり、構造の簡素化および小型化を図ることができる。
【００１３】
本第２発明は、調整ライナーは流路に突入する突入部を有し、
突入部は、上流側に、流れ方向に対して径方向内端部ほど下流側へ傾斜した傾斜面を有し、
傾斜面の径方向外端部がケーシングの内周面に連続しているものである。
【００１４】
これによると、ケーシングの内周面に沿って流れる流体は、調整ライナーの傾斜面に当たった際、ケーシングの内周面から傾斜面に沿って円滑に流れ、突入部を通過する。これにより、調整ライナーの突入部において流体の流れが大幅に乱れるのを防止することができる。
【００１５】
本第３発明は、ケーシング内に、流入口から吐出口へ流れる流体によって回転するランナと、ランナの上流側に位置する静止ガイドベーンとが設けられた水力発電用水車の性能調整方法であって、
ケーシングに着脱自在に取付けられる調整ライナーを用意し、
調整ライナーがケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入する突入量を変えることによって、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えてランナへの流体の流入量を調整し、流量と有効落差との関係を示す実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を低減させるものである。
【００１６】
これによると、静止ガイドベーンを備えた水力発電用水車に調整ライナーを設けるだけで実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を容易に低減することが可能となるため、可動式のガイドベーンを備えた水力発電用水車に比べて、リンク機構等が不要になり、構造の簡素化および小型化を図ることができる。
【００１７】
本第４発明は、ケーシングの内周面から静止ガイドベーンとランナとの間の流路に突入する突入量が異なった複数の調整ライナーを用意し、
調整ライナーを取り替えてケーシングに取付けることで、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えるものである。
【００１８】
本第５発明は、調整ライナーをケーシングから取り外して加工することによって、調整ライナーの流路への突入量を変えた後、
調整ライナーをケーシングに取付けることで、静止ガイドベーンとランナとの間の流路幅を変えるものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によると、静止ガイドベーンを備えた水力発電用水車に調整ライナーを設けるだけで実際の特性曲線と所定の特性曲線との誤差を容易に低減することが可能となり、これによって、可動式のガイドベーンを備えた水力発電用水車に比べて、リンク機構等が不要になり、構造の簡素化および小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、２１は、高低落差又は圧力差のある配管２２の途中に据え付けられる水力発電用水車である。水力発電用水車２１の筒状のケーシング２３には流入口２４と吐出口２５とが形成されている。ケーシング２３内には、流入口２４から吐出口２５へ流れる水（流体の一例）によって回転するランナ２６と、ランナ２６と発電機２７とを連動連結する回転自在な主軸２８と、ランナ２６の上流側（流入口２４側）に位置する静止ガイドベーン２９と、円筒部材３０とが設けられている。尚、吐出口２５は主軸２８の軸心に直交する向きに湾曲している。
【００２１】
円筒部材３０の上流側（流入口２４側）の先端部は円錐形状に尖っており、ケーシング２３の内周面と円筒部材３０の外周面との間には、流路３２が全周にわたり形成されている。また、静止ガイドベーン２９は流路３２内に固定されている。
【００２２】
主軸２８の上流側端部は円筒部材３０の内部に設けられた軸受装置３３によって回転自在に支持され、主軸２８の下流側端部はケーシング２３の外部に設けられた外部軸受装置３４に回転自在に支持され、主軸２８の中間部はケーシング２３内に設けられた水中軸受装置３５によって回転自在に支持されている。
【００２３】
ランナ２６は、主軸２８に外嵌されて主軸２８と一体に回転するランナボス２６ａと、ランナボス２６ａに取付けられた複数の羽根２６ｂと、羽根２６ｂに外嵌されて取り付けれた円筒状の外筒枠２６ｃとで構成されている。
【００２４】
ケーシング２３は流入側のケーシング体３７と吐出側のケーシング体３８からなる。流入側および吐出側のケーシング体３７，３８は一方および他方のフランジ部３９，４０を有し、一方のフランジ部３９と他方のフランジ部４０とが複数のボルト４１によって分離可能に接合されている。
【００２５】
ケーシング２３には、水力発電用水車２１の特性を調整する調整ライナー４３が着脱自在に取付けられている。図４，図５に示すように、調整ライナー４３は、円環状の外輪体４４と、外輪体４４の内周部に全周にわたって形成された円環状の突入部４５とを有している。図６に示すように、外輪体４４は、一方のフランジ部３９の接合面に形成された凹部３９ａと他方のフランジ部４０の接合面に形成された凹部４０ａとに脱抜自在に嵌め込まれており、複数本のねじ４６（連結部材の一例）で他方のフランジ部４０に着脱自在に連結固定されている。
【００２６】
突入部４５はケーシング２３の内周面から静止ガイドベーン２９とランナ２６との間の流路３２に突入する。突入部４５は、上流側（静止ガイドベーン２９の側）に、流れ方向Ａに対して径方向内端部ほど下流側へ傾斜した傾斜面４５ａを全周にわたり有している。尚、傾斜面４５ａの径方向外端部がケーシング２３の内周面に連続している。
【００２７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）、図６〜図８に示すように、ケーシング２３の内周面から突入部４５の内周端までの突入量をＢとすると、突入量Ｂの異なる複数種類（例えば図４では三種類）の調整ライナー４３が用意されている。尚、これら調整ライナー４３には、図４（ｃ）および図８に示すように、突入量Ｂが０の調整ライナー４３も含まれており、突入量Ｂが０の調整ライナー４３をケーシング２３に取付けた場合、調整ライナー４３の内周面４３ａがケーシング２３の内周面と面一（同一面）になる。
【００２８】
以下、上記構成における作用を説明する。
通常の発電運転時、ランナ２６は流入口２４から流路３２を通って吐出口２５へ流れる水によって回転し、これにより、主軸２８が回転して、発電機２７で発電が行われる。
【００２９】
また、調整ライナー４３は下記のようにして着脱される。
すなわち、ボルト４１を取り外して、流入側のケーシング体３７と吐出側のケーシング体３８とを分離し、ねじ４６を外して、調整ライナー４３を吐出側のケーシング体３８から取り外す。これにより、調整ライナー４３がケーシング２３から取り外される。
【００３０】
また、調整ライナー４３の外輪体４４を他方のフランジ部４０の凹部４０ａに嵌め込んでねじ４６により吐出側のケーシング体３８に締結し、外輪体４４を一方のフランジ部３９の凹部３９ａに嵌め込んで、ボルト４１で一方のフランジ部３９と他方のフランジ部４０とを接合する。これにより、調整ライナー４３がケーシング２３に取付けられる。
【００３１】
このようにして突入量Ｂの異なる調整ライナー４３を取り替えてケーシング２３に取付けることにより、図３に示すように、静止ガイドベーン２９とランナ２６との間の流路３２の幅Ｃを変えることができる。
【００３２】
図９のグラフは通常の発電運転時における水力発電用水車１の特性曲線である。このうち、特性曲線Ｇ１は客先等によって要求される目標の特性曲線（所定の特性曲線の一例）であり、特性曲線Ｇ２〜Ｇ５はそれぞれ、突入量Ｂが異なった調整ライナー４３を取付けた場合の実際に測定された特性曲線である。
【００３３】
計算上目標の特性曲線Ｇ１となる突入量Ｂを有する基準の調整ライナー４３をケーシング２３に取付けて、実際の特性曲線を測定する。この際、図９のグラフに示すように、実際の特性曲線Ｇ２が目標の特性曲線Ｇ１よりも大流量側（図９では右側）にずれている場合、上記基準の調整ライナー４３よりも大きな突入量Ｂを有する別の調整ライナー４３に取り替える。これにより、上記流路３２の幅Ｃが縮小されるため、ランナ２６への水の流入量が減り、水力発電用水車１の流量が減少する。これにより、図９のグラフに示すように、実際の特性曲線Ｇ２から実際の特性曲線Ｇ３に変化して目標の特性曲線Ｇ１に近付くため、実際の特性曲線Ｇ３と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を容易に低減することができる。
【００３４】
反対に、計算上目標の特性曲線Ｇ１となる突入量Ｂを有する基準の調整ライナー４３をケーシング２３に取付けて、実際の特性曲線を測定した際、実際の特性曲線Ｇ４が目標の特性曲線Ｇ１よりも小流量側（図９では左側）にずれている場合、上記基準の調整ライナー４３よりも小さな突入量Ｂを有する別の調整ライナー４３に取り替える。これにより、上記流路３２の幅Ｃが拡大されるため、ランナ２６への水の流入量が増え、水力発電用水車１の流量が増大する。これにより、実際の特性曲線Ｇ４から実際の特性曲線Ｇ５に変化して目標の特性曲線Ｇ１に近付くため、実際の特性曲線Ｇ５と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を容易に低減することができる。
【００３５】
このように、静止ガイドベーン２９を備えた水力発電用水車２１に調整ライナー４３を設けるだけで、実際の特性曲線を目標の特性曲線に近付けて実際の特性曲線と目標の特性曲線との誤差を低減することが可能となるため、可動式のガイドベーンを備えた水力発電用水車に比べて、リンク機構等が不要になり、構造の簡素化および小型化を図ることができる。
【００３６】
また、図６，図７に示すように、ケーシング２３の内周面に沿って流れる水は、調整ライナー４３の傾斜面４５ａに当たった際、ケーシング２３の内周面から傾斜面４５ａに沿って円滑に流れ、突入部４５を通過する。これにより、突入部４５において水の流れが大幅に乱れるのを防止することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図８，図１０に示すように、突入量Ｂが０の調整ライナー４３をケーシング２３に取付けた場合、流路３２の幅Ｃが最大になり、この時の実際の特性曲線Ｇ２が目標の特性曲線Ｇ１よりも大流量側（図１０では右側）にずれるように予め設計しておく。
【００３８】
先ず、図８に示すように、突入量Ｂが０の調整ライナー４３をケーシング２３に取付けて、図１０に示すように、実際の特性曲線Ｇ２と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を確認する。その後、調整ライナー４３を取り替えて図７から図６に示すように次第に突入量Ｂを大きくしていくことにより、流路３２の幅Ｃが次第に縮小され、ランナ２６への水の流入量が減り、水力発電用水車１の流量が次第に減少する。これにより、図１０の二点鎖線と点線とで示すように、実際の特性曲線Ｇ２が次第に目標の特性曲線Ｇ１に近付くため、実際の特性曲線と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を容易に低減することができる。
【００３９】
上記第１および第２の実施の形態では、図４に示すように、突入量Ｂの異なる三種類の調整ライナー４３を用いて水力発電用水車１の性能を調整しているが、三種類に限定されるものではなく、三種類以外の複数種類の調整ライナー４３を用いてもよい。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図６，図１１に示すように、突入量Ｂが最大である調整ライナー４３を用意し、この調整ライナー４３をケーシング２３に取付けた場合、流路３２の幅Ｃが最小になり、この時の実際の特性曲線Ｇ２が目標の特性曲線Ｇ１よりも小流量側（図１１では左側）にずれるように設計しておく。
【００４１】
先ず、図６に示すように、上記調整ライナー４３をケーシング２３に取付けて、実際の特性曲線Ｇ２と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を確認する。その後、調整ライナー４３を一旦ケーシング２３から取り外して、調整ライナー４３の突入部４５を切削加工し、図７に示すように突入量Ｂを減少させる。その後、この調整ライナー４３をケーシング２３に取付けて実際の特性曲線を測定する。
【００４２】
この際、上記切削加工によって突入量Ｂが減少しているため、流路３２の幅Ｃが拡大され、水力発電用水車１の流量が増大し、実際の特性曲線Ｇ２が大流量側に変化する。このような工程を繰り返すことにより、実際の特性曲線Ｇ２を目標の特性曲線Ｇ１に近付けることができるため、実際の特性曲線と目標の特性曲線Ｇ１との誤差を容易に低減することができる。
【００４３】
上記各実施の形態では流体の一例として水を挙げたが、水以外の液体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における水力発電用水車の縦断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図３】同、水力発電用水車の調整ライナー取付け部分の拡大縦断面図である。
【図４】同、水力発電用水車の突入量の異なる三種類の調整ライナーの断面図である。
【図５】図４（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図６】同、水力発電用水車に、突入量が大きい調整ライナーを取付けた拡大縦断面図である。
【図７】同、水力発電用水車に、突入量が小さい調整ライナーを取付けた拡大縦断面図である。
【図８】同、水力発電用水車に、突入量が０の調整ライナーを取付けた拡大縦断面図である。
【図９】同、水力発電用水車の特性曲線を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における水力発電用水車の特性曲線を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における水力発電用水車の特性曲線を示すグラフである。
【図１２】従来の水力発電用水車の縦断面図である。
【図１３】従来の水力発電用水車の特性曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
２１      水力発電用水車
２３      ケーシング
２４      流入口
２５      吐出口
２６      ランナ
２９      静止ガイドベーン
３２      流路
４３      調整ライナー
４５      突入部
４５ａ    傾斜面
Ａ      流れ方向
Ｂ      突入量
Ｃ      流路の幅
Ｇ１      目標の特性曲線（所定の特性曲線）
Ｇ２〜Ｇ５    実際の特性曲線
【図１】
2008248762.tif 000003
【図２】
2008248762.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008248762.tif 000012
【図１１】
2008248762.tif 000013
【図１２】
2008248762.tif 000014
【図１３】
2008248762.tif 000015