JP2000136766A - ポンプ水車ランナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ランナの形状を複雑にすることなく羽根入口の
キャビテーションの発生を抑制することができ、ポンプ
水車のポンプ運転範囲を拡大することが可能なポンプ水
車ランナを提供する。 【解決手段】クラウン２と、該クラウンより樹立された
複数枚の羽根１と、該羽根の他方端に設けられたシュラ
ウド３とよりなるポンプ水車ランナにおいて、前記羽根
１のポンプ運転時における回転方向前縁の形状を、前縁
部における前記クラウンと羽根の交点４およびシュラウ
ドと羽根の交点５の両方が、羽根１の前縁部よりポンプ
運転時の回転方向前方となるように形成するとともに、
前記羽根の前縁部形状を滑らかな湾曲状に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポンプ水車ランナに
係わり、特にクラウンより樹立された複数枚の羽根を備
え、かつこれら羽根の他方端にシュラウドが設けられて
いるポンプ水車ランナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】揚水式発電所に用いられるフランシス型
ポンプ水車ランナは、製作および設計の制約により、ポ
ンプ運転時の回転方向よりみて、同一角度上の直線もし
くはシュラウドと羽根の交点の位置がクラウンと羽根の
交点より前方あるいは後方にある形状となっているのが
普通である。

【０００３】揚水発電所の経済メリットを追及し、建設
コストの低減および設備の有効利用するためには、揚水
式発電所に用いられるポンプ水車において、ポンプ水車
の運転可能範囲を拡大することが一方策である。一般的
に、ポンプ水車では変動流れの水圧脈動による振動、ラ
ンナ羽根に発生するキャビテーションなどの流体力学的
特性によりポンプ水車の運転可能範囲が制限されてい
る。

【０００４】特に、ランナ羽根に発生するキャビテーシ
ョンはランナ羽根の壊食をもたらしランナの寿命短縮に
つながるものであり、通常はキャビテーションが発生し
ない運転範囲で運転される。また、ポンプ水車のポンプ
運転においては、逆流特性と羽根入口キャビテーション
により運転可能範囲が規定される。

【０００５】従来一般に採用されているこの種のフラン
シス型ポンプ水車ランナは、図４にシュラウドを除いた
斜視図および図５にその平面が示されているように、ク
ラウン２より樹立された複数枚の羽根１を有し、この羽
根の他方端にはシュラウド３が設けられている構造をな
しており、そして製作および設計の制約により、ポンプ
運転時の回転方向よりみて、同一角度上の直線上に前縁
６がある形状となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように形
成されているポンプ水車ランナであると、半径が大きい
シュラウド側の周速が大きくなるため、シュラウド側の
羽根面に発生するキャビテーションによりポンプの運転
範囲が制限される嫌いがある。すなわち、図３に示す羽
根形状において、高揚程小流量側の運転領域では羽根の
反作用面に発生するキャビテーションにより、低揚程大
流量側の運転領域では羽根の作用面に発生するキャビテ
ーションによりそれぞれ運転範囲が制限される。

【０００７】また、従来のフランシス型ポンプ水車ラン
ナの中で、羽根前縁形状をシュラウド側前縁がクラウン
側よりポンプ回転方向でみて前方にある形状では、シュ
ラウドからクラウン方向に見た流れのバランスが前記の
同一角度上の直線上に前縁がある形状に比べクラウン側
に向かって偏流されるため、前記の同一角度上の直線上
に前縁がある形状に比べ、低揚程大流量側の運転領域で
は羽根の作用面に発生するキャビテーションが発生し難
くなるものの、高揚程小流量側の運転領域で羽根の反作
用面に発生するキャビテーションが発生し易くなる。し
たがって、このような形状では、羽根に発生するキャビ
テーションにより制限される運転範囲が低揚程大流量側
の運転領域に移行するだけで、運転範囲の拡大は難し
い。

【０００８】また、これと同様に、従来のフランシス型
ポンプ水車ランナの中で、羽根前縁形状をシュラウド側
前縁がクラウン側よりポンプ回転方向でみて後方にある
形状では、羽根に発生するキャビテーションにより制限
される運転範囲が高揚程小流量側の運転領域に移行する
だけで、このものでも運転範囲の拡大は難しい。

【０００９】このように従来のポンプ水車においては、
ポンプ運転における羽根入口キャビテーションにより、
例えば揚水発電所の運転可能範囲を拡大できない問題が
あった。

【００１０】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、ランナの形状を複雑にすることな
く羽根入口のキャビテーションの発生を充分抑制するこ
とができ、ポンプ水車のポンプ運転範囲を拡大すること
が可能なこの種のポンプ水車ランナを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、クラ
ウンと、このクラウンより樹立された複数枚の羽根とよ
りなるポンプ水車ランナにおいて、前記羽根のポンプ運
転時における回転方向前縁の形状を、ポンプ運転時の回
転方向に対して凹部湾曲状となるように形成し所期の目
的を達成するようにしたものである。

【００１２】また本発明は、クラウンと、このクラウン
より樹立された複数枚の羽根と、この羽根の他方端に設
けられたシュラウドとよりなるポンプ水車ランナにおい
て、前記羽根のポンプ運転時における回転方向前縁の形
状を、前縁部における前記クラウンと羽根の交点および
シュラウドと羽根の交点の両方が、羽根前縁部よりポン
プ運転時の回転方向前方となるように形成するととも
に、前記羽根の前縁部形状を滑らかな湾曲状に形成する
ようにしたものである。

【００１３】またこの場合、前記前縁部の滑らかな湾曲
形状を、直線と曲線の混合により形成するようにしたも
のである。また、前記前縁部におけるクラウンと羽根の
交点より前記シュラウドと羽根の交点の方が、前記ポン
プ運転時における回転方向前方となるように形成したも
のである。

【００１４】すなわちこのように形成されたポンプ水車
ランナであると、羽根のポンプ運転時における回転方向
前縁の形状が、ポンプ運転時の回転方向に対して凹部湾
曲状となるように形成されていることから、シュラウド
側の羽根入口において、従来の形状に比べ圧力低下が小
さいため、シュラウド側の羽根入口キャビテーションが
発生しにくゝなり、また、クラウンと羽根の交点も他の
前縁形状の一部よりポンプ回転方向の前方にあるため、
クラウン側の圧力低下も小さいため、クラウン側の羽根
入口キャビテーションが発生しにくゝ、したがって、羽
根入口のキャビテーションの発生を充分抑制することが
でき、ポンプ水車のポンプ運転範囲を拡大することが可
能となるのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１には、ポンプ水車ランナの
羽根１とクラウン２の立体図を、ポンプ運転回転方向の
前縁が見やすいようにシュラウドを除いて示されてい
る。シュラウドは、羽根１のクラウン２の対面に取り付
けられる。

【００１６】図２には図１のポンプ水車ランナのポンプ
入口部が平面で示されている。１が羽根であり、２がク
ラウン、３がシュラウドである。すなわち、この種のフ
ランシス型ポンプ水車は、複数枚の羽根１がクラウン２
とシュラウド３の間に等間隔で配置された構造をしてい
るのである。

【００１７】本発明では、羽根１のポンプ運転の回転方
向の前縁とクラウンの交点４と羽根１のポンプ運転の回
転方向の前縁とシュラウド３との交点５が、この交点５
および交点４を除くポンプ運転の回転方向の前縁より回
転方向の前方になるように形成、すなわち凹部状に形成
し、かつこの前縁形状を曲線もしくは直線と曲線により
滑らかに形成するようにしたのである。

【００１８】このような構成であると、まず、羽根１の
ポンプ運転の回転方向の前縁とシュラウド３の交点５
が、交点４、交点５を除くポンプ運転の回転方向前縁よ
り回転方向の前方にあることにより、シュラウドからク
ラウン方向に見た流れのバランスをクラウン側に向かっ
て偏流されることができるので、低揚程大流量側の運転
領域においてキャビテーションの発生しない運転範囲を
低揚程大流量側へ拡大することができる。

【００１９】しかし、これだけでは高揚程小流量側の運
転領域で羽根の反作用面に発生するキャビテーションが
発生し易くなるため、羽根１のポンプ運転の回転方向の
前縁とクラウン２との交点４が交点４、交点５を除くポ
ンプ運転の回転方向の前縁より回転方向の前方になるよ
うにする。羽根１のポンプ運転の回転方向の前縁とシュ
ラウド３の交点５が交点４、交点５を除くポンプ運転の
回転方向の前縁より回転方向の前方にあることにより、
シュラウドからクラウン方向に見た流れのバランスをク
ラウン側に向かって偏流される流れを、羽根１のポンプ
運転の回転方向の前縁とクラウン２との交点４が交点
４、交点５を除くポンプ運転の回転方向の前縁より回転
方向の前方になるようにすることにより、クラウンとシ
ュラウド間の流れのバランスをキャビテーションの発生
を見ながら制御することができる。

【００２０】図６には、キャビテーション係数とポンプ
全揚程との関係が示されている。破線が従来のものであ
り、実線が本発明のものである。この図からも明らかな
ように、その運転範囲は本発明の方が拡大していること
が分かるであろう。

【００２１】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたポンプ水車ランナであると、ランナの一部の形状を
変えるだけで特に複雑に構成することなく羽根入口のキ
ャビテーションの発生を充分抑制することができ、ポン
プ運転におけるキャビテーションの発生しない運転範囲
が拡大し、延いては揚水発電所の運用効率の向上、ダム
建設費用の低減が可能となるのである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ランナの形状を複雑にすることなく羽根入口のキャ
ビテーションの発生を充分抑制することができ、ポンプ
水車のポンプ運転範囲を拡大することが可能なこの種の
ポンプ水車ランナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポンプ水車ランナの一実施例を示す斜
視図である。

【図２】本発明のポンプ水車ランナの一実施例を示す平
面図である。

【図３】羽根入口のキャビテーションの説明する羽根の
要部線図である。

【図４】従来のポンプ水車ランナを示す斜視図である。

【図５】従来のポンプ水車ランナを示す平面図である。

【図６】ポンプ水車の運転範囲を示す図である。

【符号の説明】

１…羽根、２…クラウン、３…シュラウド、４…ポンプ
運転の羽根前縁とクラウンの交点、５…ポンプ運転の羽
根前縁とシュラウドの交点、６…ポンプ運転の羽根前
縁、７…羽根作用面、８…羽根反作用面、９…キャビテ
ーション、１０…作用面キャビテーション初生ライン、
１１…反作用面キャビテーション初生ライン、１２…設
備キャビテーション係数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 震明 克真 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 渡部 繁則 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東 京電力株式会社内 Ｆターム(参考） 3H072 AA07 BB20 CC44

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クラウンと、該クラウンより樹立された
   複数枚の羽根とよりなるポンプ水車ランナにおいて、 前記羽根のポンプ運転時における回転方向前縁の形状
   を、ポンプ運転時の回転方向に対して凹部湾曲状となる
   ように形成したことを特徴とするポンプ水車ランナ。
2. 【請求項２】 クラウンと、該クラウンより樹立された
   複数枚の羽根と、該羽根の他方端に設けられたシュラウ
   ドとよりなるポンプ水車ランナにおいて、 前記羽根のポンプ運転時における回転方向前縁の形状
   を、前縁部における前記クラウンと羽根の交点およびシ
   ュラウドと羽根の交点の両方が、羽根前縁部よりポンプ
   運転時の回転方向前方となるように形成するとともに、
   前記羽根の前縁部形状を滑らかな湾曲状に形成したこと
   を特徴とするポンプ水車ランナ。
3. 【請求項３】 前記前縁部の滑らかな湾曲形状が、直線
   と曲線の混合により形成されてなる請求項２記載のポン
   プ水車ランナ。
4. 【請求項４】 前記前縁部におけるクラウンと羽根の交
   点より前記シュラウドと羽根の交点の方が、前記ポンプ
   運転時における回転方向前方となるように形成されてな
   る請求項２または３記載のポンプ水車ランナ。