水力発電機事例

S型チューブラー水車設計モデルの解析による性能線図


S型チューブラー水車の初期に設計したモデルによる性能解析結果を性能線図とした事例です。 次の性能線図は流量に対する水車効率をガイドベーン開度とランナベーン開度を相互に変更しながら全部で34点も性能解析した結果からの効率グラフです。

チューブラ水車

まだ初期の設計モデルであり、最高効率も80%前半値という、これから最適化設計を繰り返す前の解析結果なのです。 それと、設計モデルの解析結果の効率値は実機の運転結果効率値より若干低く出る傾向にあり、実機は解析結果より5%程度は効率が良くなっています。 次は水車設計初期モデル解析結果の軸動力線図です。

S型チューブラ

これら詳細な解析結果を得るためには、1点の計算に1日以上かかりますので、34点なら計算マシン1台なら34日もかかることとなり、膨大な計算結果なのです。 1点計算の費用は7万円~10万円ぐらいとなりますから、総計238万円~340万円の経費を自社ではかけています。 これを再設計のたびに行うと、その費用は恐ろしくなるほどなのです。

横軸プロペラ水車発電所のタービン改修後の性能試験


横軸プロペラ水車発電所のタービン改修後の性能試験を行っている様子です。次は発電所全体です。

横軸プロペラ水車

次はタービン発電機ですが、タービン前配管に超音波流量計を付けて流量測定をしています。

プロペラ水車

次はタービン発電機から放水方向を見たものです。

発電所

今回の改修は、吸出管の放水面位置をタービン位置変更により調整したものです。 放水面位置からタービン中心までの距離が全落差に対して大きすぎるとプロペラタービンにとって充分な押し込み圧がなくなり、 流れる流量の低下とプロペラでのキャビテーション発生が見られ、結局出力に大きな影響を及ぼしてしまいます。

小水量高落差クロスフロー水車発電機の完成(1)


小水量・高落差向けの20KW発電クロスフロー水車発電機の製作が完成しました。 次図からは、クロスフロー水車発電機の製作完成写真です。

クロスフロー水車

高落差クロスフロー

小水量クロスフロー

発電出力20KWの割にはクロスフロー水車発電機全体を非常に小型に設計していますので、製作完成姿を見た時も小っちゃいな~という感想でした。 流量は毎秒0.1m3.落差は30m、クロスフロー水車回転数は1200rpmになります。 クロスフロー水車の回転数を速く設計出来たことで、発電機の規定回転数である1200rpmに直結出来ることになり、水車発電機全体が更に簡素に小型になりました。

小水量高落差クロスフロー水車発電機の完成(2)


小水量高落差クロスフロー水車発電機の完成状態での詳細部です。次は、クロスフローランナにクローズアップしています。

クロスフロー水車

次は、水車入口側から全開状態ガイドベーンと、その奥にランナベーンがちらっと見えているズーム写真です。

小水量高落差

そして最後は、このクロスフロー水車発電機を運転制御する水車制御盤になります。

水車制御盤

立軸開放型プロペラ水車計画


立軸開放型プロペラ水車の3次元計画図です。

立軸開放型

開放型とは水車がコンクリート水槽などの底に設置される型式であり、水の溜まったタンクの上面は大気に開放されることから、 開放型水車と呼ばれ、落差1.5m~5mぐらいに適用されるかなり昔には流行った型式です。

プロペラ水車

このプロペラ水車は毎秒2m^3ほどの水を飲めますので、大流量低落差の水路などに使われることとなります。