JP2000205101A - ポンプ水車 - Google Patents
ポンプ水車Info
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- Y02E10/20—Hydro energy
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- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ランナの体格や外形を変えることなく揚水運転
範囲が変化してもキャビテーション特性が悪化すること
がなく、落差変動範囲を広くすることが可能なポンプ水
車を提供する。 【解決手段】長い翼長を有する羽根１０１と短い翼長を
有する羽根１０２とを備え、前記長い翼長を有する羽根
と短い翼長を有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて
交互に配置されているランナ２を備えているポンプ水車
において、前記短い翼長を有する羽根１０２の水車入り
口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根１０１の水車
入り口側がなす円筒面２ａと、長い翼長を有する羽根に
よって形成される水車入り口部最小開口面積となる面２
ｂとの間に位置するように形成した。
範囲が変化してもキャビテーション特性が悪化すること
がなく、落差変動範囲を広くすることが可能なポンプ水
車を提供する。 【解決手段】長い翼長を有する羽根１０１と短い翼長を
有する羽根１０２とを備え、前記長い翼長を有する羽根
と短い翼長を有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて
交互に配置されているランナ２を備えているポンプ水車
において、前記短い翼長を有する羽根１０２の水車入り
口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根１０１の水車
入り口側がなす円筒面２ａと、長い翼長を有する羽根に
よって形成される水車入り口部最小開口面積となる面２
ｂとの間に位置するように形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はポンプ水車の改良に
係わり、特に翼長の異なる羽根を有するランナを備えた
ポンプ水車に関するものである。
係わり、特に翼長の異なる羽根を有するランナを備えた
ポンプ水車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のポン
プ水車は、翼長が同一に形成された羽根を周方向に所定
の間隔をおいて配置したランナを備えているのが普通で
あるが、最近になり、振動や騒音を低減させる目的から
２種類の羽根、すなわち長い翼長を有する羽根と短い翼
長を有する羽根を設け、かつこの長い翼長を有する羽根
と短い翼長を有する羽根とを周方向に所定の間隔をおい
て交互に配置するようにしたものが実用化されつつあ
る。
プ水車は、翼長が同一に形成された羽根を周方向に所定
の間隔をおいて配置したランナを備えているのが普通で
あるが、最近になり、振動や騒音を低減させる目的から
２種類の羽根、すなわち長い翼長を有する羽根と短い翼
長を有する羽根を設け、かつこの長い翼長を有する羽根
と短い翼長を有する羽根とを周方向に所定の間隔をおい
て交互に配置するようにしたものが実用化されつつあ
る。
【０００３】なお、この種ポンプ水車に関連するものと
しては、例えば特開昭５７−１２６５６６号公報，実開
昭５９−１１１７０号公報あるいは特開平７−２７９８
０８号公報などが挙げられる。
しては、例えば特開昭５７−１２６５６６号公報，実開
昭５９−１１１７０号公報あるいは特開平７−２７９８
０８号公報などが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように形成された
ランナを有するポンプ水車であると、たしかに水車入り
口側での整流効果が高められ、水車出口側の流れに対す
る入り口側の流れの乱れの影響を減少させることがで
き、水流乱れに基因する振動や騒音を低減させることが
可能であるが、しかしながら最近の揚水発電所のように
ダムの利用水深範囲が大きく設定されるようになってく
ると、このようなポンプ水車であっても、新たな問題が
生じてきたのである。
ランナを有するポンプ水車であると、たしかに水車入り
口側での整流効果が高められ、水車出口側の流れに対す
る入り口側の流れの乱れの影響を減少させることがで
き、水流乱れに基因する振動や騒音を低減させることが
可能であるが、しかしながら最近の揚水発電所のように
ダムの利用水深範囲が大きく設定されるようになってく
ると、このようなポンプ水車であっても、新たな問題が
生じてきたのである。
【０００５】すなわち、このようにダムの利用水深範囲
が大きく設定された場合には、ポンプ水車はより広い落
差変動範囲（最高揚程と最低有効落差との比）で運転さ
れることになり、揚程変化に対する揚水量変化が大きく
なる。すなわち、ポンプ入口部において揚水量変化に伴
う流体の羽根に対する流入角度変化が大きくなり、広い
揚水運転範囲においてはキャビテーション特性が大きく
悪化する場合があるということである。
が大きく設定された場合には、ポンプ水車はより広い落
差変動範囲（最高揚程と最低有効落差との比）で運転さ
れることになり、揚程変化に対する揚水量変化が大きく
なる。すなわち、ポンプ入口部において揚水量変化に伴
う流体の羽根に対する流入角度変化が大きくなり、広い
揚水運転範囲においてはキャビテーション特性が大きく
悪化する場合があるということである。
【０００６】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、ランナの体格や外形を変えること
なく揚水運転範囲が変化してもキャビテーション特性が
悪化することがなく、広変落差に対応，すなわち落差変
動範囲を広くすることが可能なこの種のポンプ水車を提
供することにある。
目的とするところは、ランナの体格や外形を変えること
なく揚水運転範囲が変化してもキャビテーション特性が
悪化することがなく、広変落差に対応，すなわち落差変
動範囲を広くすることが可能なこの種のポンプ水車を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、長い
翼長を有する羽根と短い翼長を有する羽根が周方向に所
定の間隔をおいて交互に配置されたランナを備えている
ポンプ水車において、前記短い翼長を有する羽根の水車
入り口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根の水車入
り口側がなす円筒面と、長い翼長を有する羽根によって
形成される水車入り口部最小開口面積となる面との間に
位置す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。
翼長を有する羽根と短い翼長を有する羽根が周方向に所
定の間隔をおいて交互に配置されたランナを備えている
ポンプ水車において、前記短い翼長を有する羽根の水車
入り口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根の水車入
り口側がなす円筒面と、長い翼長を有する羽根によって
形成される水車入り口部最小開口面積となる面との間に
位置す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。
【０００８】また本発明は、長い翼長を有する羽根と短
い翼長を有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互
に配置されたランナを備えているポンプ水車において、
前記短い翼長を有する羽根の水車入り口側端位置を、前
記長い翼長を有する羽根の水車入り口側端より水車出口
側へこむようにずらして配置するとともに、このずらし
量を、前記長い翼長を有する羽根の子午面上に投影され
た子午面流線長さの０％より１０％の範囲としたもので
ある。
い翼長を有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互
に配置されたランナを備えているポンプ水車において、
前記短い翼長を有する羽根の水車入り口側端位置を、前
記長い翼長を有する羽根の水車入り口側端より水車出口
側へこむようにずらして配置するとともに、このずらし
量を、前記長い翼長を有する羽根の子午面上に投影され
た子午面流線長さの０％より１０％の範囲としたもので
ある。
【０００９】また、長い翼長を有する羽根と短い翼長を
有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置さ
れたランナを備えているポンプ水車において、前記短い
翼長を有する羽根の羽根角度を、前記ランナ外径のほぼ
８５％からランナ外径の範囲においては、前記長い翼長
を有する羽根の羽根角度より小さく形成するようにした
ものである。
有する羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置さ
れたランナを備えているポンプ水車において、前記短い
翼長を有する羽根の羽根角度を、前記ランナ外径のほぼ
８５％からランナ外径の範囲においては、前記長い翼長
を有する羽根の羽根角度より小さく形成するようにした
ものである。
【００１０】また、この場合、前記短い翼長を有する羽
根の水車出口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根に
よって形成される水車出口部最小開口面積となる面より
水車入り口側寄りに位置させるか、あるいは水車入り口
より前記長い翼長を有する羽根の子午面上に投影された
子午面流線長さの３０〜６０％水車出口側寄りに形成す
るようにしたものである。
根の水車出口側端位置を、前記長い翼長を有する羽根に
よって形成される水車出口部最小開口面積となる面より
水車入り口側寄りに位置させるか、あるいは水車入り口
より前記長い翼長を有する羽根の子午面上に投影された
子午面流線長さの３０〜６０％水車出口側寄りに形成す
るようにしたものである。
【００１１】すなわちこのように形成されたポンプ水車
であると、短い翼長を有する羽根の水車入り口側端位置
が、長い翼長を有する羽根の水車入り口側がなす円筒面
と、長い翼長を有する羽根によって形成される水車入り
口部最小開口面積となる面との間に位置するように形成
されているので、短い翼長を有する羽根の外周側近傍で
は周速が低下することになり、この周速低下によりそれ
とほぼ等しい相対流量も低下することになり、短い翼長
を有する羽根の外周側での圧力低下が緩和され、たとえ
ダムの利用水深範囲が大きく設定されても、発電運転時
の短い翼長を有する羽根の外周側におけるキャビテーシ
ョン特性が悪化することなく、広変落差に対応，すなわ
ち落差変動範囲を広くすることが可能となるのである。
であると、短い翼長を有する羽根の水車入り口側端位置
が、長い翼長を有する羽根の水車入り口側がなす円筒面
と、長い翼長を有する羽根によって形成される水車入り
口部最小開口面積となる面との間に位置するように形成
されているので、短い翼長を有する羽根の外周側近傍で
は周速が低下することになり、この周速低下によりそれ
とほぼ等しい相対流量も低下することになり、短い翼長
を有する羽根の外周側での圧力低下が緩和され、たとえ
ダムの利用水深範囲が大きく設定されても、発電運転時
の短い翼長を有する羽根の外周側におけるキャビテーシ
ョン特性が悪化することなく、広変落差に対応，すなわ
ち落差変動範囲を広くすることが可能となるのである。
【００１２】
【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にはそのポンプ水車（フラ
ンシス型ポンプ水車）およびこのポンプ水車に用いられ
るランナが示されている。１が回転軸であり、２がラン
ナ、３がガイドベーン、４がケーシング、１０１が主翼
（翼長の長い羽根）、１０２が中間翼（翼長の短い羽
根）である。なお、５は発電電動機である。
発明を詳細に説明する。図１にはそのポンプ水車（フラ
ンシス型ポンプ水車）およびこのポンプ水車に用いられ
るランナが示されている。１が回転軸であり、２がラン
ナ、３がガイドベーン、４がケーシング、１０１が主翼
（翼長の長い羽根）、１０２が中間翼（翼長の短い羽
根）である。なお、５は発電電動機である。
【００１３】回転軸１の下端にはランナ２が固定されて
おり、このランナ２の外周側の固定部流路には、流量調
整用のガイドベーン３が周方向に所定の間隔をおいて配
置されている。ランナ２は、クラウン１０３とシュラウ
ド１０４を備えており、そしてそのクラウン１０３とシ
ュラウド１０４との間に、図１（ｂ）および図２に示さ
れているように、翼長の長い主翼１０１と翼長の短い中
間翼１０２が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置さ
れている。
おり、このランナ２の外周側の固定部流路には、流量調
整用のガイドベーン３が周方向に所定の間隔をおいて配
置されている。ランナ２は、クラウン１０３とシュラウ
ド１０４を備えており、そしてそのクラウン１０３とシ
ュラウド１０４との間に、図１（ｂ）および図２に示さ
れているように、翼長の長い主翼１０１と翼長の短い中
間翼１０２が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置さ
れている。
【００１４】この場合、特に翼長の短い中間翼１０２の
水車入り口側端位置１０２ａは、翼長の長い主翼１０１
の水車入り口側がなす円筒面２ａと、主翼１０１によっ
て形成される水車入り口部最小開口面積（詳細後述す
る）となる面２ｂとの間に位置するように形成されてい
る。
水車入り口側端位置１０２ａは、翼長の長い主翼１０１
の水車入り口側がなす円筒面２ａと、主翼１０１によっ
て形成される水車入り口部最小開口面積（詳細後述す
る）となる面２ｂとの間に位置するように形成されてい
る。
【００１５】すなわち、図３はポンプ水車ランナの子午
面形状を示したものであり，主翼１０１の子午面形状
は、子午面２０１−２０２−２０３−２０４である。な
お、線分２０１−２０４は水車入口（流水入り口）であ
り、線分２０２−２０３は水車出口（流水出口）であ
る。子午線群２１１は、クラウン１０３とシュラウド１
０４に挟まれる複数の回転面によって定義される子午線
である。
面形状を示したものであり，主翼１０１の子午面形状
は、子午面２０１−２０２−２０３−２０４である。な
お、線分２０１−２０４は水車入口（流水入り口）であ
り、線分２０２−２０３は水車出口（流水出口）であ
る。子午線群２１１は、クラウン１０３とシュラウド１
０４に挟まれる複数の回転面によって定義される子午線
である。
【００１６】線分２０５−２０６は、水車入り口側の線
分２０１−２０４を起点とし、子午線群２１１に沿っ
て、子午線群２１１の長さの１０％位置に相当する。線
分２０７−２０８は、水車入り口側の線分２０１−２０
４を起点とし、子午線群２１１に沿って、子午線群２１
１の長さの３０％位置に相当する。線分２０９−２１０
は、水車入り口側の線分２０１−２０４を起点とし、子
午線群２１１に沿って、子午線群２１１の長さの６０％
位置に相当する。
分２０１−２０４を起点とし、子午線群２１１に沿っ
て、子午線群２１１の長さの１０％位置に相当する。線
分２０７−２０８は、水車入り口側の線分２０１−２０
４を起点とし、子午線群２１１に沿って、子午線群２１
１の長さの３０％位置に相当する。線分２０９−２１０
は、水車入り口側の線分２０１−２０４を起点とし、子
午線群２１１に沿って、子午線群２１１の長さの６０％
位置に相当する。
【００１７】領域２１２（ハッチング部）は、線分２０
１−２０５、線分２０５−２０６、線分２０６−２０４
および線分２０４−２０１によって囲まれる範囲を有す
る。領域２１３（ハッチング部）は、線分２０７−２０
９、線分２０９−２１０、線分２１０−２０８および線
分２０８−２０７によって囲まれる範囲を有する。
１−２０５、線分２０５−２０６、線分２０６−２０４
および線分２０４−２０１によって囲まれる範囲を有す
る。領域２１３（ハッチング部）は、線分２０７−２０
９、線分２０９−２１０、線分２１０−２０８および線
分２０８−２０７によって囲まれる範囲を有する。
【００１８】図４は、図３に示す子午線群２１１に沿っ
て、ポンプ水車ランナの円形翼列を２次元直線翼列に展
開して表したものである。この図において、羽根そり線
３０１ａおよび３０１ｂは主翼１０１の羽根そり線であ
り、羽根そり線３０２は中間翼１０２の羽根そり線であ
る。クリアランス３０５は、主翼１０１の水車出口側羽
根端から隣合う主翼１０１までの最短距離である。ま
た、クリアランス３０６は、主翼１０１の水車入口側羽
根端から隣合う主翼１０１までの最短距離である。
て、ポンプ水車ランナの円形翼列を２次元直線翼列に展
開して表したものである。この図において、羽根そり線
３０１ａおよび３０１ｂは主翼１０１の羽根そり線であ
り、羽根そり線３０２は中間翼１０２の羽根そり線であ
る。クリアランス３０５は、主翼１０１の水車出口側羽
根端から隣合う主翼１０１までの最短距離である。ま
た、クリアランス３０６は、主翼１０１の水車入口側羽
根端から隣合う主翼１０１までの最短距離である。
【００１９】直線３０７は、主翼１０１水車入口から、
主翼１０１の子午線群２１１の長さの１０％水車出口側
位置、すなわち図２中の線分２０５−２０６に相当す
る。領域３０８（ハッチング部）は、水車入口３０３、
クリアランス３０６および主翼羽根そり線３０１ｂによ
って形成される領域と、水車入口３０３と直線３０７に
よって形成される領域の共通部分である。
主翼１０１の子午線群２１１の長さの１０％水車出口側
位置、すなわち図２中の線分２０５−２０６に相当す
る。領域３０８（ハッチング部）は、水車入口３０３、
クリアランス３０６および主翼羽根そり線３０１ｂによ
って形成される領域と、水車入口３０３と直線３０７に
よって形成される領域の共通部分である。
【００２０】直線３０９は、水車回転中心より距離が一
定（以下、半径Ｒと称す）となる位置に相当する。羽根
角度３１０は、半径Ｒにおける主翼１０１の羽根角度で
あり、羽根角度３１１は、半径Ｒにおける中間翼１０２
の羽根角度である。
定（以下、半径Ｒと称す）となる位置に相当する。羽根
角度３１０は、半径Ｒにおける主翼１０１の羽根角度で
あり、羽根角度３１１は、半径Ｒにおける中間翼１０２
の羽根角度である。
【００２１】前述したように、中間翼１０２の水車入口
側羽根端の位置は、翼長の長い主翼１０１の水車入り口
側がなす円筒面と、主翼１０１によって形成される水車
入り口部最小開口面積となる面との間に配置されるわけ
であるが、その位置とは、このハッチングした領域３０
８内となるように形成されるのである。また、中間翼１
０２の子午面形状では、水車入口は図３中の領域２１２
に存在するのである。
側羽根端の位置は、翼長の長い主翼１０１の水車入り口
側がなす円筒面と、主翼１０１によって形成される水車
入り口部最小開口面積となる面との間に配置されるわけ
であるが、その位置とは、このハッチングした領域３０
８内となるように形成されるのである。また、中間翼１
０２の子午面形状では、水車入口は図３中の領域２１２
に存在するのである。
【００２２】一方、中間翼１０２の水車出口側羽根端位
置は、図３中の領域２１３に存在し、クリアランス３０
５より水車入口側となるように形成される。すなわち、
主翼によって形成される水車出口部最小開口面積となる
面より水車入り口側寄りに位置するように形成される。
なお、この位置を主翼１０１の子午面上に投影された子
午面流線長さとの関係でみてみると、主翼の子午面上に
投影された子午面流線長さの３０〜６０％水車出口側寄
りに位置することになる。
置は、図３中の領域２１３に存在し、クリアランス３０
５より水車入口側となるように形成される。すなわち、
主翼によって形成される水車出口部最小開口面積となる
面より水車入り口側寄りに位置するように形成される。
なお、この位置を主翼１０１の子午面上に投影された子
午面流線長さとの関係でみてみると、主翼の子午面上に
投影された子午面流線長さの３０〜６０％水車出口側寄
りに位置することになる。
【００２３】図９は、本発明のもう一つの実施例を示し
たもので、この場合には、中間翼１０２の羽根角度３１
１を、ランナ外径のほぼ８５％（仮線３０９）からラン
ナ外径の範囲においては、主翼１０１の羽根角度より小
さく形成するようにしたものである。
たもので、この場合には、中間翼１０２の羽根角度３１
１を、ランナ外径のほぼ８５％（仮線３０９）からラン
ナ外径の範囲においては、主翼１０１の羽根角度より小
さく形成するようにしたものである。
【００２４】すなわち、中間翼１０２が主翼１０１より
も翼長が短いため、水車運転時、中間翼１０２に加わる
翼負荷は、主翼１０１に加わる翼負荷より大きくなる。
したがって、中間翼１０２の水車入口部の翼面圧力は、
主翼１０１の水車入口部の翼面圧力より低下する傾向が
ある。そこで、中間翼１０２に加わる翼負荷を減じるた
めに、図８に示されているように羽根最大外径のほぼ８
５％から羽根最大外径の範囲に於いて、半径Ｒにおける
中間翼の羽根角度３１１を主翼の羽根角度３１０以下と
するようにしたものである。
も翼長が短いため、水車運転時、中間翼１０２に加わる
翼負荷は、主翼１０１に加わる翼負荷より大きくなる。
したがって、中間翼１０２の水車入口部の翼面圧力は、
主翼１０１の水車入口部の翼面圧力より低下する傾向が
ある。そこで、中間翼１０２に加わる翼負荷を減じるた
めに、図８に示されているように羽根最大外径のほぼ８
５％から羽根最大外径の範囲に於いて、半径Ｒにおける
中間翼の羽根角度３１１を主翼の羽根角度３１０以下と
するようにしたものである。
【００２５】なお、図８は、横軸は羽根最大外径距離を
１００％とした場合の水車回転軸中心からの距離の割合
を示している。縦軸は、図９（あるいは図４）における
羽根角度３１０および羽根角度３１１を示している。角
度分布７０１は主翼１０１の羽根角度３１０の分布を示
したものである。角度分布７０２は中間翼１０２の羽根
角度３１１の分布を示したものである。
１００％とした場合の水車回転軸中心からの距離の割合
を示している。縦軸は、図９（あるいは図４）における
羽根角度３１０および羽根角度３１１を示している。角
度分布７０１は主翼１０１の羽根角度３１０の分布を示
したものである。角度分布７０２は中間翼１０２の羽根
角度３１１の分布を示したものである。
【００２６】次に、以上説明してきた本発明のポンプ水
車と従来のポンプ水車とを、揚水量−揚程特性の関係か
ら比較して見る。図５は、その揚水量−揚程特性を示し
たもので、特性４０１は従来のポンプ水車の揚水量−揚
程特性であり、特性４０２は本発明のポンプ水車の特性
である。
車と従来のポンプ水車とを、揚水量−揚程特性の関係か
ら比較して見る。図５は、その揚水量−揚程特性を示し
たもので、特性４０１は従来のポンプ水車の揚水量−揚
程特性であり、特性４０２は本発明のポンプ水車の特性
である。
【００２７】本発明のポンプ水車の特性４０２と従来の
ポンプ水車の特性４０１を比較すると、揚程変化幅ΔＨ
に対する揚水量変化は、従来のポンプ水車がΔＱ１であ
るのに対して、本発明のポンプ水車はΔＱ２になってお
り、本発明のポンプ水車の方が揚水量変化が少なくなっ
ている。すなわち、主翼１０１のポンプ入口における羽
根への流入角度変化が小さい。したがって、主翼１０１
のポンプ入口翼端部における翼面圧力が低下し難くな
り、主翼１０１のポンプ入口翼端部でのキャビテーショ
ン特性が向上していることを意味しているのである。
ポンプ水車の特性４０１を比較すると、揚程変化幅ΔＨ
に対する揚水量変化は、従来のポンプ水車がΔＱ１であ
るのに対して、本発明のポンプ水車はΔＱ２になってお
り、本発明のポンプ水車の方が揚水量変化が少なくなっ
ている。すなわち、主翼１０１のポンプ入口における羽
根への流入角度変化が小さい。したがって、主翼１０１
のポンプ入口翼端部における翼面圧力が低下し難くな
り、主翼１０１のポンプ入口翼端部でのキャビテーショ
ン特性が向上していることを意味しているのである。
【００２８】また、図６は、ポンプ水車ランナのポンプ
出口部の模式図である。羽根端５０１はポンプ出口部の
羽根であり、羽根角度はβである。一般に、ポンプ出口
における流体の流出方向は、ポンプ出口羽根角度βに沿
った流出方向５０２ではなく、ポンプ出口羽根角度βよ
り若干小さい流出角度αをもつ流出方向５０３となる。
これはポンプ出口において羽根の負圧面と圧力面との圧
力差が急に無くなるので、圧力面から負圧面に向かう流
れ５０４が引き起こされるからである。そのため、揚水
運転時の全ヘッドは低下し、揚程が低下する。
出口部の模式図である。羽根端５０１はポンプ出口部の
羽根であり、羽根角度はβである。一般に、ポンプ出口
における流体の流出方向は、ポンプ出口羽根角度βに沿
った流出方向５０２ではなく、ポンプ出口羽根角度βよ
り若干小さい流出角度αをもつ流出方向５０３となる。
これはポンプ出口において羽根の負圧面と圧力面との圧
力差が急に無くなるので、圧力面から負圧面に向かう流
れ５０４が引き起こされるからである。そのため、揚水
運転時の全ヘッドは低下し、揚程が低下する。
【００２９】ところで、圧力面と負圧面の圧力差は、羽
根枚数が多くなる程小さくなり、流れ５０４は弱くな
る。したがって、ポンプ水車ランナを構成する羽根枚数
を増やすことにより揚程を増やすことが可能となるが、
単にポンプ水車のもつ羽根形状のまま枚数を増やすと水
車出口における最小開口面積が減少し、水車出力の低下
が避けられない。そこで、翼長が異なる羽根をもつ中間
翼付きポンプ水車ランナにより、水車出口における最小
開口面積を減少させること無く、ポンプ出口における羽
根枚数を増やし揚程を増加させることが可能となるので
ある。
根枚数が多くなる程小さくなり、流れ５０４は弱くな
る。したがって、ポンプ水車ランナを構成する羽根枚数
を増やすことにより揚程を増やすことが可能となるが、
単にポンプ水車のもつ羽根形状のまま枚数を増やすと水
車出口における最小開口面積が減少し、水車出力の低下
が避けられない。そこで、翼長が異なる羽根をもつ中間
翼付きポンプ水車ランナにより、水車出口における最小
開口面積を減少させること無く、ポンプ出口における羽
根枚数を増やし揚程を増加させることが可能となるので
ある。
【００３０】図７は、図６に示したポンプ出口における
速度三角形である。流れ５０４の効果はすべり速度ｋ×
ｕ（ｋ：すべり係数、ｕ：周速）で表わされ、すべり係
数ｋは流量によらずほぼ一定である。したがって、少流
量において、ポンプ出口羽根枚数を増加させすべり係数
ｋを小さくした場合の流出角α１＊と、もとの流出角度
α１との差は大流量において、羽根枚数を増加させすべ
り係数ｋが小さくなった場合の流出角α２＊と元の流出
角度α２の差より大きくなる。すなわち、ポンプ出口の
羽根枚数を増やすことは、大流量における揚程増加量よ
り、少流量時における揚程増加量が大きくなることを意
味し、揚水量−揚程特性において、揚程変化に対する揚
水量変化が小さくなり変落差特性が向上する。
速度三角形である。流れ５０４の効果はすべり速度ｋ×
ｕ（ｋ：すべり係数、ｕ：周速）で表わされ、すべり係
数ｋは流量によらずほぼ一定である。したがって、少流
量において、ポンプ出口羽根枚数を増加させすべり係数
ｋを小さくした場合の流出角α１＊と、もとの流出角度
α１との差は大流量において、羽根枚数を増加させすべ
り係数ｋが小さくなった場合の流出角α２＊と元の流出
角度α２の差より大きくなる。すなわち、ポンプ出口の
羽根枚数を増やすことは、大流量における揚程増加量よ
り、少流量時における揚程増加量が大きくなることを意
味し、揚水量−揚程特性において、揚程変化に対する揚
水量変化が小さくなり変落差特性が向上する。
【００３１】以上説明してきたように、このように形成
されたポンプ水車であると、ランナ出口で羽根枚数が低
減されており、そのため同じ水車出力で設計してもラン
ナ出口径を小さくすることが可能であり、またランナ出
口径が小さくすることが可能であることから、ポンプ逆
流開始点の流量を小さくすることができ、高落差効率向
上を図ることができる。
されたポンプ水車であると、ランナ出口で羽根枚数が低
減されており、そのため同じ水車出力で設計してもラン
ナ出口径を小さくすることが可能であり、またランナ出
口径が小さくすることが可能であることから、ポンプ逆
流開始点の流量を小さくすることができ、高落差効率向
上を図ることができる。
【００３２】また、短い翼長を有する羽根の水車入り口
側端位置が、長い翼長を有する羽根の水車入り口側がな
す円筒面と、長い翼長を有する羽根によって形成される
水車入り口部最小開口面積となる面との間に位置してい
るので、短い翼長を有する羽根の外周側近傍での周速低
下により、相対流量も低下し、中間翼の外周側での圧力
低下が緩和され、たとえダムの利用水深範囲が大きく設
定されても、発電運転時のランナ羽根外周側におけるキ
ャビテーション特性が悪化することなく、広変落差に対
応することが可能となるのである。
側端位置が、長い翼長を有する羽根の水車入り口側がな
す円筒面と、長い翼長を有する羽根によって形成される
水車入り口部最小開口面積となる面との間に位置してい
るので、短い翼長を有する羽根の外周側近傍での周速低
下により、相対流量も低下し、中間翼の外周側での圧力
低下が緩和され、たとえダムの利用水深範囲が大きく設
定されても、発電運転時のランナ羽根外周側におけるキ
ャビテーション特性が悪化することなく、広変落差に対
応することが可能となるのである。
【００３３】また、このように形成されたポンプ水車
で、揚水量が少ない場合、従来のポンプ水車より揚程が
高くなるので、同じ最高揚程で設計しても、そのランナ
羽根外径は、従来のものより小さくすることが可能とな
るのである。
で、揚水量が少ない場合、従来のポンプ水車より揚程が
高くなるので、同じ最高揚程で設計しても、そのランナ
羽根外径は、従来のものより小さくすることが可能とな
るのである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ランナの体格や外形を変えることなく揚水運転範囲
が変化してもキャビテーション特性が悪化することがな
く、広変落差に対応，すなわち落差変動範囲を広くする
ことが可能なこの種のポンプ水車を得ることができる。
ば、ランナの体格や外形を変えることなく揚水運転範囲
が変化してもキャビテーション特性が悪化することがな
く、広変落差に対応，すなわち落差変動範囲を広くする
ことが可能なこの種のポンプ水車を得ることができる。
【図１】本発明のポンプ水車の一実施例を示す縦断側面
図およびその水車ランナの平面図である。
図およびその水車ランナの平面図である。
【図２】本発明のポンプ水車に用いられる水車ランナの
側面図である。
側面図である。
【図３】本発明のポンプ水車ランナの子午面形状であ
る。
る。
【図４】本発明のポンプ水車ランナの羽根そり線であ
る。
る。
【図５】本発明のポンプ水車の揚水量−揚程特性であ
る。
る。
【図６】ポンプ水車のポンプ出口における流出方向の模
式図である。
式図である。
【図７】ポンプ水車のポンプ出口における速度三角形図
である。
である。
【図８】本発明のポンプ水車ランナの羽根角度分布図で
ある。
ある。
【図９】本発明のポンプ水車の他の実施例を示すもの
で、その水車ランナの平面図である。
で、その水車ランナの平面図である。
１…回転軸、２…ランナ、３…ガイドベーン、４…ケー
シング、５…発電電動機、１０１…主翼（長い翼長を有
する羽根）、１０２…中間翼（短い翼長を有する羽
根）、１０３…クラウン、１０４…シュラウド、３０３
…水車入口、３０４…水車出口。
シング、５…発電電動機、１０１…主翼（長い翼長を有
する羽根）、１０２…中間翼（短い翼長を有する羽
根）、１０３…クラウン、１０４…シュラウド、３０３
…水車入口、３０４…水車出口。
───────────────────────────────────────────────────── 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 伊藤 剛 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 新倉 和夫 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 矢敷 達朗 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 古田 秀雄 大阪府大阪市住之江区南港東八丁目３番45 号 株式会社日立製作所関西支社内 (72)発明者 西尾 徹 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 垣内 隆 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 3H072 AA07 BB20 CC43 CC44
Claims (5)
- 【請求項１】 長い翼長を有する羽根と短い翼長を有す
る羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置された
ランナを備えているポンプ水車において、 前記短い翼長を有する羽根の水車入り口側端位置を、前
記長い翼長を有する羽根の水車入り口側がなす円筒面
と、長い翼長を有する羽根によって形成される水車入り
口部最小開口面積となる面との間に位置するように形成
したことを特徴とするポンプ水車。 - 【請求項２】 長い翼長を有する羽根と短い翼長を有す
る羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置された
ランナを備えているポンプ水車において、前記短い翼長
を有する羽根の水車入り口側端位置を、前記長い翼長を
有する羽根の水車入り口側端より水車出口側へこむよう
にずらして配置するとともに、このずらし量を、前記長
い翼長を有する羽根の子午面上に投影された子午面流線
長さの０％より１０％の範囲としたことを特徴とするポ
ンプ水車。 - 【請求項３】 長い翼長を有する羽根と短い翼長を有す
る羽根が周方向に所定の間隔をおいて交互に配置された
ランナを備えているポンプ水車において、前記短い翼長
を有する羽根の羽根角度を、前記ランナ外径のほぼ８５
％からランナ外径の範囲においては、前記長い翼長を有
する羽根の羽根角度より小さく形成するようにしたこと
を特徴とするポンプ水車。 - 【請求項４】 前記短い翼長を有する羽根の水車出口側
端位置が、前記長い翼長を有する羽根によって形成され
る水車出口部最小開口面積となる面より水車入り口側寄
りに位置するものである請求項１，２または３記載のポ
ンプ水車。 - 【請求項５】 前記短い翼長を有する羽根の水車出口側
端位置が、水車入り口より前記長い翼長を有する羽根の
子午面上に投影された子午面流線長さの３０〜６０％水
車出口側寄りに形成されたものである請求項１，２また
は３記載のポンプ水車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00618599A JP4322986B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ポンプ水車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00618599A JP4322986B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ポンプ水車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205101A true JP2000205101A (ja) | 2000-07-25 |
| JP4322986B2 JP4322986B2 (ja) | 2009-09-02 |
Family
ID=11631509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00618599A Expired - Lifetime JP4322986B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ポンプ水車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4322986B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003065198A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-05 | Toshiba Corp | 水力機械 |
| US6820333B2 (en) | 2002-03-27 | 2004-11-23 | Hitachi, Ltd. | Method of converting storage pumps into reversible pump-turbines |
| JP2008121691A (ja) * | 2008-02-12 | 2008-05-29 | Toshiba Corp | スプリッタランナおよび水力機械 |
| JP2011174474A (ja) * | 2011-06-15 | 2011-09-08 | Toshiba Corp | 水力機械 |
| CN102606368A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国水电顾问集团北京勘测设计研究院 | 可逆式水泵水轮机转轮直径的计算方法 |
| CN104791172A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-07-22 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 双向分流的混流式水泵水轮机叶片空间位置的确定方法 |
| CN113969855A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-25 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
-
1999
- 1999-01-13 JP JP00618599A patent/JP4322986B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003065198A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-05 | Toshiba Corp | 水力機械 |
| US6820333B2 (en) | 2002-03-27 | 2004-11-23 | Hitachi, Ltd. | Method of converting storage pumps into reversible pump-turbines |
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| CN102606368A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国水电顾问集团北京勘测设计研究院 | 可逆式水泵水轮机转轮直径的计算方法 |
| CN104791172A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-07-22 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 双向分流的混流式水泵水轮机叶片空间位置的确定方法 |
| CN113969855A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-25 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
| CN113969855B (zh) * | 2021-10-15 | 2022-08-02 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4322986B2 (ja) | 2009-09-02 |
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