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公開番号2025028060
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-28
出願番号2024199757,2022099479
出願日2024-11-15,2018-04-30
発明の名称改良された可逆ポンプタービン敷設
出願人ビーエイチイーターボマシナリーリミテッドライアビリティカンパニー
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類F03B 3/02 20060101AFI20250220BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】電気エネルギーの貯蔵のために使用される、可逆ポンプタービンを提供すること
【解決手段】本発明は、電動発電機を伴う可逆ポンプタービンを、略垂直の掘削孔内の、概して、放水レベルのかなり下方に位置付けることによって、要求されるプラントキャビテーション係数を確立する。本発明は、従来の地下発電所または深部コンクリート発電所の代わりとしての、垂直シャフト内の可逆ポンプタービン敷設位置である。要求されるプラントキャビテーション係数は、深部に埋設された発電所へおよびそこから水流を経路指定するのではなく、単に、要求される深度に垂直シャフトを掘削することによって達成され得る。空気圧制御式の圧力逃し弁が、本発明の中に組み込まれ得る。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
本明細書に記載の発明。

発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーの貯蔵のために使用される、可逆ポンプタービンに関する。図２ａに示されるような従来の揚水設備は、概して、地下発電所を使用し、破壊的なキャビテーションを防止するために、ランナにおいて十分な絶対圧力を提供する。ランナの深さは、例えば、放水部（ｔａｉｌｗａｔｅｒ）の１００メートル下方にあり得る。そのような地下設備を建設し、維持することは、高価であり、より小さい設備の場合でも、費用は、サイズに準じて減少しない。したがって、北米には、１００ＭＷを下回る非常に少ない揚水設備が、存在する。典型的な従来のポンプタービンの断面立面図が、図２ａに示される。子午面に９０°の曲げ角度を伴う先行技術のポンプタービン流路が、図２ｂに図示され、これは、従来のフランシスタービンの子午面における流路と同様である。本発明は、専用タービンおよびポンプおよび可逆ポンプタービンに関する。先行技術の多段ポンプに関して、子午面におけるインペラと拡散器との間の関係が、図２（記載なし）に示され、図中、ランナ（インペラ）によって加えられる流体への加速は、外向きかつ下向きであり、これは、この場合、拡散器内に生じる最大の水路直径と比較して、不必要に小さいランナ先端直径をもたらす。この不必要に小さい直径は、各段を横断する限定される水頭差、ひいては、より多くの段およびより低い全体的効率をもたらす。
続きを表示（約 3,100 文字）【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明は、電動発電機を伴う可逆ポンプタービンを、略垂直の掘削孔内の、概して、放水レベル（ｔａｉｌｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ）のかなり下方に位置付けることによって、要求されるプラントキャビテーション係数を確立する。電動発電機を伴う可逆ポンプタービンは、本明細書では、単に、「ポンプタービン」または「機械」と称されるであろう。本明細書では、その中に位置するポンプタービンの回転シャフトとの混同を回避するために、用語「シャフト」ではなく「掘削孔」が、使用される。
【０００３】
従来の揚水設備は、ランナを放水部深さのかなり下方に位置付け、機関出力および比速度を高く保ちながらキャビテーションを抑制する。可逆ポンプタービンに関する臨界キャビテーション係数は、水理断面が、揚水と発電との間で損なわれ、いずれに関しても最適化されていないため、タービンまたはポンプのいずれか一方に関するものよりも高い。放水部の下方へのランナの位置付けは、従来、機械サイズおよび定格にかかわらず、深部かつ高価な掘削を要求した。掘削および地下建設の費用は、例えば、１００ＭＷを下回る小規模敷設に関しても、法外な費用がかかった。大規模敷設に好適な用地は、地質、地理、競合する土地使用、および十分な伝送ラインによって限定される。多くの好適なより小規模の用地が、存在するが、たとえサイズおよび定格において規模縮小されても、既存の可逆ポンプタービンが、依然として、法外な掘削および建設のコストを要求する。
【０００４】
提案される構成は、おそらく、直径１～３メートルの単純かつ安価な掘削孔を使用し、高比速度出力の可逆ポンプタービンを放水部深さの十分に下方に位置付け、キャビテーションを抑制する。そのような掘削孔は、合理的な価格で汎用建設業務として日常的に穿孔される。例えば、揚水用の鋼製ライナおよび導管、電気ケーブルおよび制御ケーブルが、掘削孔内の定位置に配索され得る。このタイプの敷設に適合されたポンプタービンは、単段機械として構成され得る、または多段水中ポンプ上で使用されるものに機能が類似する、特別に構成される「拡散器鉢」を利用する、多段機械として構成され得る。これらのポンプタービンは、通常は、従来の渦巻ケーシングを使用しないであろう。したがって、これらのポンプタービンの段は、標準的な水圧式設計が、広範囲の水頭条件にわたって使用されることを可能にするようにスタック可能であり得る。標準的なポンプタービン段の使用はさらに、要求されるプラントキャビテーション係数が、単に、要求される垂直の掘削孔深度を確立することによって達成されることができるという事実によって促進される。従来の地下発電所のポンプタービン敷設と比較して、大部分の場所における小さい揚水発電設備の敷設と併せて法外な費用がかかるであろう、用地特有の機械を設計かつ製造する必要性の頻度はより少なくなり、導水路導管も放水路も並外れた深部まで搬送する必要はない。標準的な構成要素の使用は、低減されたコストで同様部分の増加された数量をもたらす。低減されたコストは、ひいては、より大きい数のプロジェクトが、増加された部分の数量を用いて建設されることを可能にする。
【０００５】
可逆ポンプタービンへのおよびそれからの水流は、ポンプタービンアセンブリの上方のシャフト内に位置付けられる、同軸の導水路を通してもよい。関連付けられる電動発電機は、浸水可能であり、ある好ましい実施形態では、ポンプタービンの下方に位置してもよい。電動発電機をポンプタービンの下方に位置付けることは、所与の掘削孔サイズに関して、より大きな直径、したがって、より経済的な電動発電機を可能にする。実質的に全ての掘削孔横断面積を、電動発電機のための空間へではなく（上方および下方への）水運搬に割り当てることは、掘削孔の所与の直径に関する最大電力定格を可能にする。
【０００６】
発電機は、代替として、水路の外側に位置し、シャフトを用いてランナに接続されてもよい。そのような配列は、容易に利用可能な空冷発電機の使用を可能にしながら、渦巻ケーシングを組み込むために十分に大きい地下発電所を提供するよりも安価であり得る。
【０００７】
好ましい実施形態では、除去可能なマニホールドが、内部パイプを放水部に接続し、外部パイプを水源（ｈｅａｄｗａｔｅｒ）につながる導水路に接続するために使用され得る。概して、より小さい直径のポンプ入口／タービン出口を同軸パイプのより小さいものに接続する一方で、より大きいポンプ出口／タービン入口を２つの同軸パイプのより大きいものに接続することが、より効率的である。本発明の代替実施形態は、複数のポンプタービンが、例えば、一般的な掘削孔内の隔壁上に敷設され得るときに該当し得るように、別の配列を利用し得る。除去可能なマニホールドは、一体型の空気圧制御式圧力逃がし弁を含み得る。この一体型の圧力逃がし弁は、それ自体、調圧立坑の必要性を排除することによって、かつ導水路サージ圧力および導水路コストを低減させることによって、土木工事コストを低減させるであろう。加えて、または代替として、エアクッションが、掘削孔のカバーの下に残されてもよい。マニホールドの除去は、掘削孔からの機械類の除去を可能にする。専用の揚水機器は、限局空間作業の必要性のない敷設、点検、および保守を促進するであろう。可逆ポンプタービンの底部に取り付けられる水圧作動ピストンが、上昇および降下させるために使用され得る。ピストンと機械との間のスペーサが、機械が、上昇され、掘削孔を完全に乗り越えることを可能にするために使用され得る。
【０００８】
可変速度動作が、風力産業のために開発された電力制御電子機器の入手しやすさによって促進される。風力タービンパワーコンバータの場合におけるように、フルパワーコンバータは、永久磁石電動発電機と併用されてもよく、部分的パワーコンバータは、（概して、より大きな）二重給電誘導発電機と併用されてもよい。
【０００９】
可逆ポンプタービンが敷設される掘削孔は、保守および修理のための機器を水圧を用いて揚上し、機器を動作位置に制御可能に降下させるための主掘削孔と別個である導管を通して、シャフトの底部への加圧水の送達のための供給部を含み得る。電力接続は、好ましくは、機械が降下されると、自動的に係合し、かつ機械が上昇されると、自動的に係合解除するように構成される。そのようなコネクタは、従来の「湿潤噛合」海洋電気コネクタ技術を使用してもよい、または圧縮ガス、絶縁油、および膨張可能シールの組み合わせを使用し、例えば、接地電位から絶縁されるロバストな電気接続を確立してもよい。
【００１０】
機器が位置する掘削孔は、上側ポータル、下側ポータル、または任意の便宜的な中間場所において終端し得る。既存のパイプラインと併せての敷設の場合、垂直シャフトは、動作、負荷遮断、および他の考慮点から結果として生じる、所望される圧力プロファイルに従って位置し得る。シャフトカバーは、圧力逃がし弁を組み込んでもよく、空気を含有する調圧立坑を覆うために使用されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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