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発電用水車(はつでんようすいしゃ)は、水の位置エネルギーを、自由落下させることによってタービンを回転させる機械的エネルギーに変換する水力発電用原動機である。

水は圧縮不能な流体すなわち液体であるので有効エネルギーの大部分が最初の段階で取り出される。

圧縮可能な流体(気体)用のタービンは複数の車輪で構成されるのとは異なり基本的には一個のみですむ。

その中でもランナを複数装備し、動的に使用するランナ数を変更することで効率を高めた水車発電機もある。

◆理論

◇比速度

比速度(ひそくど)は、実物水車を相似形で縮小したとき、単位落差で単位出力を発生するために必要な回転数である。比速度は次式で示される。

・N_s : 比速度 [外部リンク]m・kW

・N : 実物水車の回転数 [外部リンク]rpm

・H : 実物水車の有効落差 [外部リンク]m

・P : 実物水車のランナもしくはペルトン水車のノズル1個当たりの出力 [外部リンク]kW

◇無拘束速度

無拘束速度(むこうそくそくど)は、調速機が動作しない場合における、水車がある負荷・有効落差・水量で発電運転中に突然無負荷になった場合の水車の速度である。そのうちの最高速度を最高無拘束速度といい、水車はこれに1分間耐えられるように設計されている。

◆調速機

水車における調速機(ちょうそくき)は、水車の回転数を一定に保つとともに、出力の調整や緊急時における水車の保護を担う装置である。ガバナ (speed governor) とも呼ばれる。

◇速度上昇率

速度上昇率(そくどじょうしょうりつ)は、調速機が正常に働いているとき、定格回転速度で発電運転中に突然無負荷になった場合の速度変化の度合いで、次式で表される。

・δ : 速度上昇率

・N_m : 負荷が遮断された直後の水車の最大回転速度 [外部リンク]rpm

・N_n : 水車の定格回転速度 [外部リンク]rpm

◇速度調定率

速度調定率(そくどちょうていりつ)は、調速機が正常に動作しているとき、ある出力で発電運転中に出力が変化したときの速度変化の度合いである。

速度調定率は次式で表される。

・α : 速度調定率

・N_n : 水車の定格回転速度 [外部リンク]rpm

・N₁ : 負荷変動前の水車の回転速度 [外部リンク]rpm

・N₂ : 負荷変動後の水車の回転速度 [外部リンク]rpm

・P_n : 水車発電機の定格出力 [外部リンク]kW

・P₁ : 負荷変動前の水車発電機の定格出力 [外部リンク]kW

・P₂ : 負荷変動後の水車発電機の定格出力 [外部リンク]kW

◆水車の付帯設備

・サージタンク(水圧調整器) :負荷急変時の水撃作用緩和のため、水圧管内の圧力を逃がす装置。

・水位調整器 :水路式発電のヘッドタンク内の水位を一定に保つ装置。

・吸出し管 :ランナ下流から放水面までの落差を有効に利用するために設けられるもので、内部の水の重さが吸出し力として働く。キャビテーションの防止のためには、放水面までの落差が小さいほうが良い。

◆水車の種類