下掛け水車または胴掛け水車のトルク計算を行いたい

下掛けまたは胴掛けの木製水車で小さな発電を目論んでいますが、想定される水量で必要な発電ができるのか計算式を知りたいと思っているのですが、残念ながら見当たりませんでした。
どなたかご存知であれば教えてください。

No.2 回答者： rabbit_cat 回答日時： 2017/03/05 20:55

下掛け水車の場合は、

理論上的には、流速をV (m/s)として、
H = V^2÷(2×9.8)
で、水頭（等価的な落差）を求めて、
＃１さんが示した式
Ｐｇ＝9.8ＱＨ（η／100）＝9.8ＱＨ×（ηｔ／100）×（ηｇ／100）［ｋＷ］
に代入すれば、出力が求めることになります。
ただし、下掛け水車の場合には水車効率ηｔを良くするのはかなり難しいです。（３０％いけたらかなりすごい）
（腰掛や上掛けの水車であれば、ちゃんと設計すれば、効率８０％～９０％くらいは普通にいけます。）

というわけで、実際に計算してみるとわかりますが、相当に大きな流量と流速がない限り、
下掛け水車で実際に何か仕事をさせよう、っていうのは厳しい場合が多いと思います。
いわゆるよくある「水車小屋」みたいなサイズの場合には、
上掛け水車であれば、数kW～１０数kWくらいは出ることが多いとと思いますが、
下掛け水車では、かなり条件が良い場合でも、数百Ｗかそこらでは。

この回答へのお礼

丁寧に教えていただき、ありがとうございます。
下掛けは効率が悪いと以前から聞いていますが、
お示しいただいたほどの開きがあるとは驚きです！

お礼日時：2017/03/06 17:08

No.1 回答者： 富士山兄 回答日時： 2017/03/05 16:12

「水車の出力」

水車により発電できる出力は理論式で計算できます。
ただし、水車の構造が不明です。
流水している水の全てが、水車の羽根車に当たって流れる水の運動
エネルギーが水車の回転エネルギ－になるかを検証する必要がある
と思います。
不明なら損失がどの程度になるのかを効率ηｔとして考慮すること
なります。

「発電機の出力」
発電機も同様に回転エネルギーがどの程度電気エネルギーに変換で
きるかを検証する必要があります。
水車と同様に不明なら損失がどの程度になるのかを効率ηｇとして
考慮することなります。

1)水車の理論出力

Ｐ＝9.8ＱＨ［ｋＷ］

Ｑ：流量［ｍ^3／s］
Ｈ：有効落差［ｍ］

2)発電機の出力Pg

Ｐｇ＝9.8ＱＨ（η／100）＝9.8ＱＨ×（ηｔ／100）×（ηｇ／100）［ｋＷ］

η：総合効率［％］
ηｔ：水車効率［％］
ηｇ：発電機効率［％］

（注）その他
Ｐ＝9.8ＱＨ［ｋＷ］で単純計算して、この値以上は発電出来ない
と考えます。
さらに効率を50［％］や30［％］として計画すると良いでしょう。
また、実際に発電してどの程度発電できたかを測定して計算値より
不足していれば、原因はどこにあるのかを検討し、改良を進めます。

この回答へのお礼

早速のご回答、ありがとうございます。
結局は教えていただいた式になるのですかね。
胴掛けとか上掛けの場合、バケットの容量が問題になると思いますが
下掛けだと少し変わるのですか？

参考にさせていただきます。

お礼日時：2017/03/05 16:58