水力タービン

横軸バルブ水車の流体設計、構造設計、製作・据付の過程


横軸バルブ水車の流体設計、構造設計、製作・据付の過程事例です。
まず次のような流体部設計を行って流体解析で性能を求めるのが最初です。

横軸バルブ水車の流体設計、構造設計、製作・据付の過程

次は実際に造る設計である構造設計を3次元CADにて行った図です。

横軸バルブ水車の流体設計、構造設計、製作・据付の過程

そして次のように製作して現地に据え付けた写真です。。

横軸バルブ水車の流体設計、構造設計、製作・据付の過程

以上の過程を実施して実際の水力発電機は出来上がっています。
これらの複雑な手間をかけることで効率高く、耐久性のある機械として完成していきます。

フランシス水車の設計手順を大まかに紹介します


フランシス水車の設計手順を大まかに紹介します。

フランシス水車の設計手順

次に下図の右下図のようなランナ流線展開図作成結果から平面流線形状と3次元流線形状を求めます。

フランシス水車の設計手順

そして最後にランナ3次元流線形状に羽根厚みを付加した次図のような3次元形状を作成します。

フランシス水車の設計手順

以上でフランシス水車流体主要部であるランナとガイドベーン部形状が完成します。
ケーシング形状は渦巻きケーシングやドラムケーシング、開放型ケーシングなど適切なものをガイドベーン外側に設計計算して構築します。

S型チューブラー水車の効率アップ設計用解析モデル


S型チューブラー水車を限界まで効率アップするために、次図にある性能解析モデルを設計して造り、
何度も何度も性能解析しては設計変更を繰り返し、やっと最近効率アップ値が目標に近づいてきました。

S型チューブラー水車の効率アップ設計用解析モデル

次に下図の右下図のようなランナ流線展開図作成結果から平面流線形状と3次元流線形状を求めます。

S型チューブラー水車の効率アップ設計用解析モデル

これまでに設計変更・性能解析を20パターンぐらいは行っています。
とにかくやればやるほど新しい知見を得られて設計変更のアイデアが出てきますので、根気がいる
性能アップ作業です。
設計変更を60回以上やればさすがに諦める時もありますが、滅多に諦められません。

S型チューブラー水車の構造設計途中過程


S型チューブラー水車の構造設計の途中過程を載せてみます。

次は、ケーシング部を透明化しています。

S型チューブラー水車の構造設計途中過程

カプラン型プロペラタービンランナが直径1.6mほどあるので、相当に大型のチューブラー水車です。
ですから、軽くて強度は高く造らないといけないので、設計は難しいのです。

1ノズルペルトン水車の外観を計画してみました


1ノズルペルトン水車の外観を計画してみました。

S型チューブラー水車の構造設計途中過程

次は、ケーシング部を透明化しています。

S型チューブラー水車の構造設計途中過程

機器全体大きさが分かる最もシンプルな外観図です。現場での機器配置検討に使います。

1ノズルペルトン水車完成時写真


1ノズルペルトン水車が工場で完成した時の写真です。

1ノズルペルトン水車

タービン出力は400KWです。
よって水車にはたらく有効落差は200m以上になります。