JP5341782B2 - Hydraulic machine and its runner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フランシス水車などの水力機械に係り、特に、水圧脈動の低減化を図った水力機械およびそのランナに関する。 The present invention relates to a hydraulic machine such as a Francis turbine, and more particularly, to a hydraulic machine and a runner thereof for reducing hydraulic pulsation.
環境意識が高まる近年、環境への負荷が低い水力発電システムは、広く注目を集めている。しかも、水力発電システムはクリーンで再生可能なエネルギーを利用する他の発電システムに比べて、経済性や安定性に優れている。このような水力発電システムは、建設地の地形条件などによって、要項(流量や落差)が異なる。したがって、システムに組み込まれる水力機械に関しては、要項に応じて様々なタイプが開発されている。 In recent years, environmental awareness has increased, and hydroelectric power generation systems with low environmental impact have attracted widespread attention. Moreover, hydroelectric power generation systems are more economical and stable than other power generation systems that use clean and renewable energy. Such hydroelectric power generation systems have different requirements (flow rate and head) depending on the topographic conditions of the construction site. Therefore, various types of hydraulic machines incorporated in the system have been developed according to the requirements.
以下、代表的な水力機械であるフランシス水車の構成について、図24、図25を用いて説明する。図24の縦断面図は、フランシス水車の一般的な構造を示している。図24に示すように、フランシス水車には、渦巻状などのケーシング12が設けられている。
Hereinafter, the configuration of a Francis turbine, which is a representative hydraulic machine, will be described with reference to FIGS. 24 and 25. The longitudinal sectional view of FIG. 24 shows a general structure of a Francis turbine. As shown in FIG. 24, the Francis turbine is provided with a
ケーシング12の内部にはステーべーン13が一体的に固定されており、さらに開度を調整可能なガイドべーン14が設置されている。また、ガイドべーン14の内側には、水流を受けるランナ15が回転自在に配置されている。ランナ15の上部中心には主軸16が取り付けられており、主軸16には発電機17が接続されている。また、ランナ15の下方には、ランナ15内を通過した水を放水路側に吸い出すための吸出し管18が設けられている。
A
ランナ15は、フランシス水車の主要部材であって、上部には円板状のランナクラウン3が設けられ、下部にはランナバンド5が設けられている。これらランナクラウン3およびランナバンド5間に、複数のランナ羽根4が円周方向に列状に配置されている。
The
以上のようなフランシス水車では、発電運転時に、水がケーシング12から流入してステーべーン13およびガイドべーン14を通過し、ランナ15に流れ込む。この水流を受けてランナ15が回転駆動する。ランナ15の回転力は主軸16を介して発電機17に伝わり、発電機17が駆動する。一方、ランナ15を駆動した水は、吸出し管18を経て放水路へと流出する。フランシス水車の本運転時には、ガイドべーン14の開度調整により、ランナ15の回転力を調整して、発電機17の発電量を制御するようになっている。
In the Francis turbine as described above, during the power generation operation, water flows from the
上記フランシス水車において、ランナ15の出口側で起きる問題として、損失増大と水圧脈動が知られている。まず、損失増大について説明する。ランナ15内部を通過した水は、ランナ15の出口から吸出し管18へ水が流出する際、吸出し管18に流入した途端に、流路が急に拡大する。この流路の急拡大によって損失が増大する。
In the Francis turbine, increased loss and water pressure pulsation are known as problems occurring on the exit side of the
このような損失増大に対する対策として、ランナクラウン3の回転軸中心の下端に、吸出し管18方向(図24の下方向)に突出した円錐状のランナコーン1が形成されている。ランナコーン1はランナ15の中心方向にカーブする曲面を持つため、ランナ15内部の水は中心方向に絞り込まれながら流出し、吸出し管18への水の流出に際して、流路の急拡大を抑えることができる。なお、ランナコーン1の内周側には強い水圧を受けてランナコーン1が変形しないように、周方向に強度を高めるべくリブ2が取り付けられている。
As a countermeasure against such an increase in loss, a
続いて、ランナ15の出口側で起きるもう一つの問題である、水圧脈動について述べる。ランナ15の出口側には、ランナ15の回転方向と同方向の回転成分を持つ旋回流れが生じる。この旋回流れによりホワール19と呼ばれる渦の発生が発生する。ホワール19は吸出し管18の中心軸を渦芯として揺れ動き、吸出し管18では水圧変動すなわち水圧脈動が起きる。
Next, water pressure pulsation, which is another problem that occurs on the exit side of the
特に、図25に示すように、ランナ15中心付近下方に水が流れない死水領域20が形成された場合、死水領域20の周りをホワール19が振れ回ることで、吸出し管18内で起きていた水圧脈動が増大する。その結果、場合によっては水車全体を揺さぶる程の大きな振動をもたらすことがある。
In particular, as shown in FIG. 25, when the
ホワール19による水圧脈動の低減化を図る施策としては、吸出し管18上部や主軸16などから空気を注入することで、ホワール19を安定させる方法がある。また、吸出し管18内壁にフィンを設けることにより、旋回流れの発生を防止して、ホワール19を抑制する方法も提案されている。
As a measure for reducing the water pressure pulsation by the
ところで、死水領域20は、その領域が大きければ、その分だけランナ羽根4内部での水の流れが偏ることになる。すなわち、死水領域20はホワール19による振動を大きくさせるだけではなく、ランナ15内部での損失増大を招く原因となっている。ここで、図25を用いて死水領域20の発生原理について説明する。
By the way, if the dead water area |
図25に示すように、ランナ15内部の水の流れは、実線矢印にて示した設計点での水の流れを基準として、フランシス水車の大出力時ではランナ15の内周側に偏る(一点鎖線矢印)。このため、ランナ15の中心付近にも水が流れ、ランナ15の中心下方に死水領域20が形成される可能性は低い。
As shown in FIG. 25, the flow of water inside the
これに対して、フランシス水車の低出力時では、設計点での水の流れを基準として、ランナ15の外周側に偏る(点線矢印)。このため、低出力時には、ランナ15の中心付近に水が流れ難くなり、ランナ15の中心下方に死水領域20が形成されることになる。
On the other hand, at the time of low output of the Francis turbine, it is biased toward the outer peripheral side of the
フランシス水車は大出力側での運転はもちろんであるが、負荷調整の役割も大きく、低出力側での運転頻度も高い。したがって、低出力側での運転頻度の高さに比例して死水領域も頻繁に発生するおそれがある。そこでフランシス水車においては、死水領域の発生を防ぎ、低出力側での効率を向上させることが重要な課題となっている。 Francis turbines are not only operated on the high output side, but also play a large role in load adjustment and are frequently operated on the low output side. Therefore, there is a possibility that the dead water region is frequently generated in proportion to the frequency of operation on the low output side. Therefore, in Francis turbines, it is important to prevent the occurrence of dead water areas and improve the efficiency on the low output side.
低出力側での効率向上を図る従来技術としては、例えば、特許文献1が提案されている。特許文献1のフランシス水車では、ランナコーン内部にランナ羽根の延長線上の形状を持つ補助羽根を設けている。ランナーコーンは運転状態に応じて上下させるように構成されている。
For example,
このような従来技術では、フランシス水車の低出力時にはランナコーンから補助羽根を出して流水面側に露出させる。流水面側に露出した補助羽根により、ランナの内周方向に水流を呼び込むため、外周側への偏り流れを防ぐことが提案されている。 In such a conventional technique, at the time of low output of the Francis turbine, auxiliary blades are taken out from the runner cone and exposed to the water surface side. It has been proposed to prevent a biased flow toward the outer peripheral side because the auxiliary vane exposed on the water surface side draws the water flow in the inner peripheral direction of the runner.
しかしながら、上記特許文献1の技術には以下のような課題が指摘されている。すなわち、特許文献1は、ランナ羽根を補う部材として、上下動する補助羽根を新たに取り付けたことを特徴としている。このとき、補助羽根は、補助とは言っても羽根としての役割を果たす部材であって、低出力時に水車羽根としての効果を発揮しなくてはならない。したがって、補助羽根の形状は正確にランナ羽根の延長線上となる必要があり、製造に際して高い精度が求められた。その結果、上記特許文献1の技術では生産コストが高騰し易く、水力発電システムのメリットである経済性が低下した。
However, the following problems are pointed out in the technique of the above-mentioned
本発明は、かかる従来の事情に鑑みて提案されたものであって、その目的は、低出力運転時であっても死水領域の発生を抑えることができ、ランナ内部での損失増大ならびにホワールによる振動を低減して高効率化および低振動化を図ると共に、生産コストの増大を抑えて経済性の向上に寄与する水力機械およびそのランナを提供する。 The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and the purpose thereof is to suppress the occurrence of a dead water region even during low-power operation, and due to increased loss inside the runner and the whirl. Provided are a hydraulic machine and its runner that reduce vibrations and achieve high efficiency and low vibration, and suppress an increase in production cost and contribute to improvement in economic efficiency.
上記目的を達成するため、本発明は、水力機械に回転自在に組み込まれたランナであって、上部にはランナクラウンを、下部にはランナバンドをそれぞれ設け、これらランナクラウンおよびランナバンド間には複数のランナ羽根を円周方向に列状に配置し、前記ランナクラウンの中心軸には下方に突出した円錐状のランナコーンを形成して、前記ランナコーン内部にリブを設置した水力機械のランナにおいて、前記リブは、下端側から上端側に向かって、または内側から外側に向かって、もしくは下端側から上端側に向かいつつ内側から外側に向かって、前記ランナの反回転方向に傾斜したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a runner rotatably incorporated in a hydraulic machine, wherein a runner crown is provided at the upper portion and a runner band is provided at the lower portion, and between the runner crown and the runner band, In a runner of a hydraulic machine in which a plurality of runner blades are arranged in a row in the circumferential direction, a conical runner cone protruding downward is formed on the central axis of the runner crown, and a rib is installed inside the runner cone. The rib is inclined in the counter-rotating direction of the runner from the lower end side toward the upper end side, from the inner side toward the outer side, or from the lower end side toward the upper end side, while moving from the inner side toward the outer side. To do.
本発明の水力機械およびそのランナによれば、低出力運転時であっても死水領域の発生を抑えることができ、高効率化ならびに低振動化を図ると共に、新たな部材を追加することなく生産コストを抑制して経済性の向上に寄与することができる。 According to the hydraulic machine and its runner of the present invention, it is possible to suppress the generation of dead water area even during low-power operation, and to achieve high efficiency and low vibration, and without adding new members. Costs can be suppressed and the economy can be improved.
(1)第1の実施形態
[構成]
以下、本発明に係る水力機械のライナを適用した第1の実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。図1は第1の実施形態の一部拡大縦断面図、図2はリブ21の形状を示すためのランナの一部断面図であって、上段の(a)は図1のR矢視図、下段の(b)は図1のZ矢視図である。なお、第1の実施形態における水力機械としては、図24、図25に示した従来例と同様、フランシス水車を採用しており、従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
(1) First Embodiment [Configuration]
Hereinafter, a first embodiment to which a hydraulic machine liner according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the first embodiment, FIG. 2 is a partial sectional view of a runner for showing the shape of a
第1の実施形態の構成上の特徴は、ランナコーン1内周面に取り付けたリブ21の構成にある。リブ21は、ランナ15の回転中心軸から半径方向への矢視Rでは、下方から上方に向かって、ランナ15の回転方向とは反対方向に傾斜して設けられている(図2(a)参照)。
The structural feature of the first embodiment is the configuration of the
また、リブ21はランナコーン1上端からの矢視Zでは、ランナ15の半径方向に対し放射状に延びた形状となっている(図2(b)参照)。なお、リブ21は従来のリブ2と同様、ランナコーン1の強度部材としての役割を担っている。
Further, the
[作用効果]
以上のようなリブ21を有するランナ15では、リブ21がランナ15の半径方向に傾斜しているので、ランナ15の回転に伴ってリブ21が回転すると、ランナコーン1内部でポンプ作用が発生する。すなわち、図3に示すように、ランナコーン1下端から上方に向かって、吸い込み流れ(実線矢印A)が生じる。
[Function and effect]
In the
これにより、ランナ羽根4を通った水流のうち、ランナコーン1外周部に沿った水流は、ランナコーン1内部の吸い込み流れの影響を受け、ランナコーン1を乗り越えてランナ15下部の中央付近にまで引き寄せられる(実線矢印Bにて示す)。このため、ランナ羽根4を通った水流は、ランナ15の外周側に偏らず、死水領域20の大きさを抑えることができる。
As a result, the water flow along the outer periphery of the
ここで、第1の実施形態の比較例として、従来のリブ2の形状について、図4(a)、(b)を用いて説明する。図4上段の(a)は前記図25のR矢視図、図4下段の(b)は前記図25のZ矢視図である。図4(a)、(b)に示すように、従来のリブ2は、ランナ15の半径方向にも高さ方向にも傾いた形状とはなっていない。
Here, as a comparative example of the first embodiment, the shape of the
このため、ランナコーン1内部の水流に対して、リブ2は影響を与えることがない。つまり、リブ2はランナコーン1内部でポンプ作用を起こすことなく、ランナ15の回転により旋回流れが発生するのみであって、ランナコーン1下端から上方に向かう水流は発生しない。
For this reason, the
これに対して、第1の実施形態に係るランナ15によれば、回転するリブ21がランナコーン1内部に水の流れを引き込み、フランシス水車の低出力時であっても、ランナ羽根4を通った水流がランナ15の外周側に偏ることがない。したがって、ランナ15の中心側にも流れ、死水領域20の発生を抑えることができる。その結果、死水領域20の周囲を振れ回るホワール19の動く幅も小さくなり、水圧脈動は低くなり、吸出し管18の内壁にホワール19が衝突して、大きな振動が発生する心配がない。
On the other hand, according to the
また、死水領域20の発生を抑えたことで、ランナ羽根4内部での偏り流れは小さくなり、ランナ15内部での損失増大を回避することが可能である。このように、第1の実施形態によれば、フランシス水車の低出力時であってもランナ15中心下方に水が流れて死水領域20の発生を抑えることができ、高効率で低振動のフランシス水車を実現することが可能である。
Further, by suppressing the generation of the
さらに、第1の実施形態では、強度部材であるリブ21の構成に改良を加えただけなので、特別の部材は不要である。すなわち、前記特許文献1のようにランナコーン1に対し補助羽根を出し入れ自在に取り付けるといった構成は不要であり、部材数および組立工数を減らすことができる。しかも、リブ21は、水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、リブ21を設けたにせよ、生産コストが高騰する心配はなく、優れた経済性を確保することができる。
Furthermore, in the first embodiment, a special member is unnecessary because only the structure of the
[第1の実施形態の変形例]
第1の実施形態の変形例としては、内周側から外周側に向かってランナ15の回転と反対方向に傾斜したリブ22(図5参照)や、リブ21とリブ22の形状の特徴を併せ持つリブ23(図6参照)がある。リブ23は、下方から上方に向かってランナ15回転と反対方向に傾斜すると共に、内周側から外周側に向かってランナ15の回転方向と反対方向に傾斜したものである。
[Modification of First Embodiment]
As a modified example of the first embodiment, the rib 22 (see FIG. 5) inclined in the direction opposite to the rotation of the
これらのリブ22、23によっても、上記第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、リブ23は上下方向と水平方向(内周側から外周側に向かう方向)の両方に傾いているので、良好なポンプ作用を得ることができ、死水領域20の縮小効果が高い。
These
(2)第2の実施形態
[構成]
続いて、本発明に係る第2の実施形態について、図7〜図9を参照して説明する。図7、図8に示すように、第2の実施形態は、リブ21に近接してランナコーン1内部と外部を連通する連通孔6がランナコーン1に設けられている。これらの連通孔6は、ランナコーン1下端よりも上方に配置されており、ランナコーン1に対して水平に設けられている。
(2) Second embodiment
[Constitution]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 7 and 8, in the second embodiment, the
[作用効果]
図9に示すように、リブ21を有するランナ15は、上記第1の実施形態と同じく、ポンプ作用を起こすリブ21の働きにより、ランナコーン1内部への吸い込み流れが生じる。この影響を受けて、ランナ羽根4を通った水流は、ランナコーン1外側から中心側に向かうが、連通孔6を通って内側に向かった流れ(図9の実線矢印C)が生じる。つまり、ランナコーン1下端に行く前にランナコーン1内部に吸い込まれることになる。
[Function and effect]
As shown in FIG. 9, the
すなわち、第2の実施形態では、リブ21によりランナコーン1下端から水流がランナコーン1の内周側に吸い込まれると同時に、ランナコーン1に設けた連通孔6によっても、水流がランナコーン1の内周側に吸い込まれる。このため、ランナ15外周側への偏り流れを、より確実に防ぐことが可能である。
That is, in the second embodiment, the water flow is sucked into the inner peripheral side of the
このような第2の実施形態によれば、ランナコーン1に連通孔6を形成したことで、死水領域20をより小さくして損失増大を抑えつつ、ホワール19の振れ回りを小さくすることができる。これにより、第1の実施形態と同じく、優れた経済性を確保しつつ、低出力側で高効率、低振動である水力機械を実現することが可能である。
According to the second embodiment as described above, the
[第2の実施形態の変形例]
連通孔6を設けた点が特徴である第2の実施形態の変形例としては、次のようなものがある。図10、図11に示すように、ランナコーン1外側から内側に下方に傾斜させた連通孔61を設けたものも包含する。このような実施形態によれば、低出力運転時の絶対速度方向に向かって連通孔61を開口することになる。したがって、ランナコーン1内部への水流吸い込み効果がより大きくなり、死水領域20を確実に抑止することが可能である。
[Modification of Second Embodiment]
As a modification of the second embodiment, which is characterized in that the
また、図12に示す連通孔62では、外側から内側に向かってランナ15の回転方向に傾斜させている。この実施形態では、低出力運転での旋回速度方向に向かって連通孔62が開口することになる。したがって、上記変形例と同じく、ランナコーン1内部への水流吸い込み効果がより大きくなり、死水領域20を確実に抑止することが可能である。
In addition, the
なお、図10〜図12に示した第2の実施形態の変形例は、いずれも上記第1の実施形態に連通孔6、61、62を設けたものであるが、リブ22、23を持つ第1の実施形態の変形例と、第2の実施形態の変形例との組合せは適宜選択自由である。
In addition, although the modification of 2nd Embodiment shown in FIGS. 10-12 is all provided with the communicating
(3)第3の実施形態
[構成]
次に、本発明に係る第3の実施形態について、図13、図14を参照して説明する。図13、図14に示すように、第3の実施形態は、リブ21を持つ前記第1の実施形態に対し、中空のパイプ7が設けられた点に特徴がある。パイプ7は、ランナコーン1内部の回転軸中心に配置され、ランナコーン1に固定されている。パイプ7の周囲には円環状の取付板30が配置され、取付板30はパイプ7とリブ21に固定されている。ランナコーン1の上部はランナコーン1内部と取付板30で仕切られ、連通部8を形成している。パイプ7の上部は、周方向に複数形成された穴31により連通部8と連通している。
(3) Third embodiment
[Constitution]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 13 and 14, the third embodiment is characterized in that a
[作用効果]
以上のような第3の実施形態では、次のような独自の作用効果がある。図14にはフランシス水車の低出力運転時の水流の様子を示したものである。ランナコーン1内部のリブ21によりランナコーン1内部ではランナコーン1下端から上方に向かった水の流れが発生する。この水流は連通部8を通ってパイプ7に流れ込み、パイプ7から下方へと流出する(図14中の実線矢印D)。
[Function and effect]
The third embodiment as described above has the following unique operational effects. FIG. 14 shows the state of water flow during low-power operation of the Francis turbine. The
以上のような第3の実施形態によれば、ランナコーン1内部にパイプ7を設けたことで、ランナコーン1下方から上方へと流れる水流と、パイプ7を通って下方へ流れる水流とを分離することができる。すなわち、ランナコーン1外側の水流を、より効率良く吸い込むことができ、偏り流れを抑制して、死水領域20の更なる縮小化が可能である。したがって、死水領域20が小さくなった分だけ、ホワール19の振れ回る範囲も小さくなり、水圧脈動は低減する。これにより、低出力側での高効率、低振動のフランシス水車の実現に寄与することができる。
According to the third embodiment as described above, by providing the
[第3の実施形態の変形例]
第3の実施形態の変形例としては特に図示しないが、第1の実施形態の各変形例や、第2の実施形態およびその変形例に、パイプ7を設置しても良い。また、パイプ7の寸法や形状などは適宜変更可能である。
[Modification of Third Embodiment]
Although not particularly illustrated as a modification of the third embodiment, the
(4)第4の実施形態
[構成]
本発明に係る第4の実施形態について、図15〜図17を参照して説明する。これらの図に示すように、第4の実施形態の特徴は、リブ21を持つ前記第1の実施形態に対し、ランナコーン1内部に可動蓋9が設けられた点にある。
(4) Fourth embodiment
[Constitution]
A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in these drawings, the fourth embodiment is characterized in that a
可動蓋9は、上下方向に可動自在に設置されており、フランシス水車の運転状態に応じて、上下方向が移動する構造となっている。可動蓋9の中心軸9aは空洞になっており、且つ中心軸9a上方にはランナコーン1内部と連通する孔9bが設けられている。
The
[作用効果]
図16はフランシス水車の低出力運転時の水流の様子を示している。フランシス水車の低出力運転時は、可動蓋9は下方位置にあり、ランナコーン1下端と内部側は連通している。このため、ランナコーン1内部に水流を吸い込み、孔9bを通過して、可動蓋9の中心軸9aの内部を通る吸い込み流れが生じる(図16中の実線矢印E)。
[Function and effect]
FIG. 16 shows the state of water flow during low output operation of the Francis turbine. During low output operation of the Francis turbine, the
このような吸い込み流れの影響によりランナ15外周側への偏り流れを抑制することができ、死水領域20を小さくして、損失増大を防止することができる。また、死水領域20を小さくしたことで、ホワール19の振れ回りも小さくなり、水圧脈動を低減化することができる。
The bias flow toward the outer periphery of the
一方、フランシス水車の大出力運転時は、図17に示すように、可動蓋9が上方に移動する。このため、可動蓋9はランナコーン1の下端部を閉鎖する。したがって、大出力側ではランナコーン1内部の吸い込みの影響を受けることはない。
On the other hand, at the time of high output operation of the Francis turbine, the
また、中心軸9aの孔9bは、ランナコーン1内部よりも上方に位置するため、ランナコーン1内部は密室になる。このため、ランナコーン1外側からランナコーン1内部に水流を吸い込むことはない。既に述べたように、フランシス水車の大出力時は水流がランナ15の中央側に偏る傾向にある(図25参照)。
Further, since the
したがって、大出力時にランナコーン1内部への吸い込み効果があると、偏り流れがより大きくなって、効率が低下するおそれがある。そのため、第4の実施形態では可動蓋9にてランナコーン1内部を密閉することで、ランナ15中央側への偏り流れの増大を防止することができる。
Therefore, if there is a suction effect into the
これにより、フランシス水車の大出力運転時でも偏り流れがなく、効率の低下を防ぐことができる。以上述べたように、第4の実施形態によれば、低出力側で高効率、低振動であり、且つ高出力側でも性能の低下を伴わないフランシス水車を実現することが可能となる。 As a result, there is no uneven flow even when the Francis turbine is operated at a high output, and a reduction in efficiency can be prevented. As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to realize a Francis turbine that has high efficiency and low vibration on the low output side, and that does not have a decrease in performance on the high output side.
また、可動蓋9は、ランナコーン1内部を密閉可能な部材であれば良く、特許文献1の補助羽根のように、水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、ランナ羽根の延長線上としなくてはならない補助羽根と比べて、生産コストを格段に抑えることができ、優れた経済性を維持することが可能である。
Further, the
[第4の実施形態の変形例]
第4の実施形態の変形例として、可動蓋9の寸法や形状などは適宜変更可能である。また、第1〜第3の実施形態と第4の実施形態との組み合わせも、適宜選択自由である。
[Modification of Fourth Embodiment]
As a modification of the fourth embodiment, the dimensions and shape of the
(5)第5の実施形態
[構成]
さらに本発明に係る第5の実施形態について、図18〜図23を参照して説明する。これらの図に示すように、第5の実施形態は、ランナコーン1内部に、径方向に移動可能な可動リブ10が設けられている。リブ10背面には圧力室11が設けられており、圧力室11へ供給される高圧水や油圧などで可動リブ10の径方向位置が調整されるように構成されている。
(5) Fifth embodiment
[Constitution]
Furthermore, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in these drawings, in the fifth embodiment, a
図20、図21に示すように、フランシス水車の低出力運転時には、可動リブ10はランナ15の中心方向に移動して、ランナコーン1内部に突出するようになっている。一方、図22、図23に示すように、フランシス水車の大出力運転時には、可動リブ10は、ランナ15の外側方向に移動し、突出部量が少なくなるように構成されている。
As shown in FIGS. 20 and 21, the
[作用効果]
図20、図21に示したように、フランシス水車の低出力運転時では、ランナコーン1内部の可動リブ10はランナ15内周側に突出する。そのため、図20に示すように、可動リブ10の影響によりランナコーン1内部には下端から上端方向へと向かう水の流れが発生する(図20の実線矢印F)。
[Function and effect]
As shown in FIGS. 20 and 21, the
この流れの影響によりランナ15外周側への偏り流れを抑制することができ、死水領域20が小さくなって、効率の低下が抑制される。また、死水領域20が小さくなることで、ホワール19の振れ回りも小さくなり、水圧脈動を低減化することができる。
Due to the influence of this flow, a biased flow toward the outer periphery of the
一方、フランシス水車の大出力運転時は、図21、図22に示したように、可動リブ10がランナ15外周側に移動し、可動リブ10がランナ15の内面に突出しない形状となる。このため、ランナコーン1内部では吸い込み流れの効果が小さくなる。
On the other hand, when the Francis turbine is operated at a high output, as shown in FIGS. 21 and 22, the
大出力側では水流がランナ15中央に偏った流れになる。このため、ランナコーン1内部への吸い込み効果があると、偏り流れがより大きくなり、効率が低下することがある。したがって、第5の実施形態では、可動リブ10を径方向に可動にし、可動リブ10の影響を小さくすることで、効率の低下を最小限にすることが可能となる。これにより、上記第4の実施形態と同じく、低出力側で高効率、低振動で且つ、高出力側でも性能の低下を伴わないフランシス水車を実現することが可能である。
On the large output side, the water flow is biased toward the center of the
なお、可動リブ10は、ランナコーン1の径方向に移動可能に設ければよく、特許文献1の補助羽根のように水車羽根の補助として羽根の効果を持つ必要は無い。このため、上記第4の実施形態における可動蓋9と同じく、あくまでも水車羽根である補助羽根と比べれば生産コストは安価で済み、優れた経済性を発揮することが可能である。
In addition, the
1…ランナコーン
2、21、22、23…リブ
3…ランナクラウン
4…ランナ羽根
5…ランナバンド
6、61、62…連通孔
7…パイプ
8…連通部
9…可動蓋
10…可動リブ
11…圧力室
12…ケーシング
13…ステーべーン
14…ガイドべーン
15…ランナ
16…主軸
17…発電機
18…吸出し管
19…ホワール
20…死水領域
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記リブは、下端側から上端側に向かって、または内側から外側に向かって、もしくは下端側から上端側に向かいつつ内側から外側に向かって、前記ランナの反回転方向に傾斜したことを特徴とする水力機械のランナ。 A runner rotatably incorporated in a hydraulic machine, with a runner crown at the top and a runner band at the bottom. In a runner of a hydraulic machine in which a conical runner cone protruding downward is formed on the central axis of the runner crown, and a rib is installed inside the runner cone.
The rib is inclined in the counter-rotating direction of the runner from the lower end side toward the upper end side, from the inner side toward the outer side, or from the lower end side toward the upper end side, while moving from the inner side toward the outer side. Hydraulic machine runner to play.
A hydraulic machine comprising the runner according to any one of claims 1 to 6 rotatably.
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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