水力発電機事例

小水力発電用 フロンタル型フランシス式水力タービン発電機 全体完成

小水力発電に使われる、フロンタル型フランシス式水力タービン発電機の3次元設計完成です。

プロペラ水車組み立て途中1

上が全体組図であり、この事例ではガイドベーン駆動用リンクモーション機構が付いています。

プロペラ水車組み立て途中2

ケーシング部分を透明化して、内部を見られるようにしたのが、上の3次元CAD図となります。
全体は円筒形の造り易いシンプルな構造となっていますが、やはり少々リンクモーション部が複雑すぎるかもしれません。
このタイプで小水力発電のかなりの範囲に適応可能な水力タービン=水車となります。

上水道減圧用水力タービン発電機 設置構想図

軸流ファン設計用ソフトウェアの紹介1

上水道配管網のところどころに生じる余分な圧力を減じる減圧弁の箇所に、減圧弁の代わりとして次の図の「上水道減圧用水力タービン発電機」を設置すれば発電を行うことが出来、大変に有効な省エネ設備となります。 次の図は、クレーンでピット型上水道発電装置を設置する構想図です。

軸流ファン設計用ソフトウェアの紹介2

水車発電機廻りの装置配管までの図が次です。

軸流ファン設計用ソフトウェアの紹介3

次の図は、フロンタルバレルケーシング型フランシス式水車発電機のズームとなります。

軸流ファン設計用ソフトウェアの紹介4

次の図は水車(水力タービン)部を透明化してみたものです。

軸流ファン設計用ソフトウェアの紹介5

また発電装置配管廻りを別角度から見た図が次です。

以上のようなピット型上水道減圧水力発電装置は、パッケージ式にて手軽に据え付けることが出来、上水道施設の省エネルギーに大きく貢献します。

450KWクロスフロー水車製作事例

割と大型のクロスフロー水車の製作事例となります。その水車出力は450KWほどなので、クロスフロー水車としては最大級に近いでしょう。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

このクロスフロー水車ももちろんガイドベーン分割構造をしており、それにより低流量時の効率改善を実現しています。
クロスフロー水車はフランシス水車に比較して低落差・大流量も処理出来るタービン方式ですが、このクロスフロー水車はその大きな発電出力で分かるように水量も多いが落差もある程度取れる使用点を持つタイプです。
このような大きなクロスフロー水車と同程度の出力のフランシス水車で大きく異なる点としては色々ありますが、 自分として大きく違うと思う点はその主軸の軸受けがフランシス水車ではすべり軸受けが使われることが多いのに、このような大きな出力のクロスフロー水車であっても軸受けはコロ式転がり軸受けを使っている点です。
これは理由があり、クロスフロー水車のランナはスパンが大きく回転数は低いのと、流れの周期的な衝動力を受け続けることから頑丈であるコロ軸受けが選定されます。

自然エネルギー発電 水力発電フランシス水車の羽根設計はこんな感じです

自然エネルギー発電において、水力発電で最も多く使われているフランシス水車の羽根設計は次の図のような感じです。
最初は下図のように自社開発のフランシス水車羽根設計ソフトウェアで発電所仕様に合わせて最適な羽根設計を行います。
その時に同時にガイドベーン部も自動設計します。

プロペラ水車組み立て途中1

次の図は、上のフランシス水車羽根設計ソフトウェアから得た形状データにて、3次元CADでフランシス水車実機の設計を行ったものです。

プロペラ水車組み立て途中2

以上のようにして高性能なフランシス水車水力発電装置が設計されていきます
実際のところフランシス水車の羽根設計は大変に難しく、正しい設計手法と経験が必要となります。
そのような長年の設計経験を詳細な設計データベースとして利用出来るようにしているのが自社開発のフランシス水車設計ソフトウェアなので、とても役に立つ設計ツールとなっています。

地下設置 15KW 1射ペルトン水車水力発電機 21年前

21年前に地下発電所での水力発電実験の為に製作した、15KWの1射ペルトン水車水力発電機です。

水力エネルギー利用のもうひとつの形 圧力エネルギー回収1

水力発電機全体を写した写真はノズル側から見た上の写真しか残っていなく、全体が分かりづらいものとなってしまいました。
下の写真はその水力発電機のペルトン水車ランナ(回転動翼)となります。
このランナの作りは、ランナバケットひとつずつを鋳造で製作して機械加工で仕上げ、それらをランナディスクにボルト締結で組み上げていくものです。
ペルトンランナはすべてのランナバケットを一体で鋳造する方法もあり、そのようなものはある程度出力の大きいペルトン水車では普通になっています。
地下発電所とはこの場合は、ある鉱山の坑道内にある湧水の坑道内落差を使い水力発電を行うことを意味します。
よって水力発電装置そのものも地下の坑道空きスペースに設けられ、非常に稀な水力発電所として運転を行うものです。

フランシス水車水力発電装置 2機種を同時に製作 23年前

太陽光とのハイブリッド発電用水力発電装置とバレル型ケーシングフランシス水車発電装置の2機種を同時に組み立てている、23年前の写真が次となります。

写真に少しなにかの一部が(たぶん自分の軍手でしょうか?)写っていて見づらくなっています。
一番上の写真は、2種類のフランシス水車の部品が集まり、その組立てが少し進んでいる状態を示しています。
真ん中の写真は、太陽光発電とのハイブリッド発電用小型水力発電装置の制御盤での制御を、最終調整しているものと記憶しています。
最後の写真は、スパイラルケーシング型フランシス式水車発電機とバレルケーシング型フランシス式水車発電機の両方が組み上がった状態を示しています。
両機種共に10KW程度の発電出力の水力発電機なので、タービンの大きさはかなり小さいことが写真から分かって頂けると思います。
昔はこの事例のように自分でタービンの組立て調整を行っていましたので、組立てを順調に行う為の加工への希望事項や設計での要点などたくさん勉強できたと思います。
理想は、自分が設計したものは自分で組立ててみることが、より良い設計につながることだと考えています。
また、加工機械で部品を加工している様子を見るのも、設計時での造り易いものへの設計を実現するのに重要と思います。