JP2000320442A - Axial flow water wheel - Google Patents

Axial flow water wheel

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JP2000320442A
JP2000320442A JP11134725A JP13472599A JP2000320442A JP 2000320442 A JP2000320442 A JP 2000320442A JP 11134725 A JP11134725 A JP 11134725A JP 13472599 A JP13472599 A JP 13472599A JP 2000320442 A JP2000320442 A JP 2000320442A
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Japan
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moving blade
blade
support shaft
shaft
flow
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JP11134725A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Ishii
憲法 石居
Katsumasa Shinmei
克真 震明
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain performance lowering of a moving blade by the changes in the operation condition and obtain a high efficiency by a moving blade support shaft and supporting the angle rotatably by a main shaft (water wheel rotation shaft), at an axial flow water wheel. SOLUTION: This water wheel is provided with a casing 4, having a guide vane on its outer periphery and storing a main shaft 21 of the water wheel on its inside and a hub, on whose outer periphery a moving blade 2a is provided and in whose inside a moving blade drive mechanism in which the moving blade 2a is rotatingly driven around a support shaft 17 of this moving blade 2a is stored. In the axial flow water wheel for driving this moving blade drive mechanism by the axial direction drive of the main shaft 21, the moving blade drive mechanism is provided with a drive mechanism for driving the support shaft 17, so as to vary the angle made by the support shaft 17 and main shaft 21.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は軸流水車にかかり、
特に、動翼の主軸に対する取付角を可変にした軸流水車
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an axial flow turbine,
In particular, the present invention relates to an axial flow turbine in which a mounting angle of a moving blade with respect to a main shaft is variable.

【0002】[0002]

【従来の技術】図14ないし図15は従来の軸流水車を
示す図であり、図14は従来の軸流水車の断面図、図1
5は図14のA−A方向から見た羽根車の平面図であ
る。これらの図において、1はハブ、2は羽根車を構成
する動翼、3はランナーコーンである。ハブ1は複数の
動翼を備え、ハブの内部には前記動翼をその支持軸まわ
りに回転駆動する駆動機構を備えている。4は軸流水車
の主軸および主軸に連結した発電機を収容するケーシン
グ、12は軸流水車の主軸位置、13はケーシング12
に取り付けたガイドベーン、14はケーシング12に取
り付けたステーベーン、15は軸流水車のケーシング外
周に形成される水流、16はケーシングを流路内に据え
付けるためのシャフトである。
14 and 15 are views showing a conventional axial-flow turbine. FIG. 14 is a sectional view of the conventional axial-flow turbine.
FIG. 5 is a plan view of the impeller seen from the AA direction in FIG. In these figures, 1 is a hub, 2 is a moving blade constituting an impeller, and 3 is a runner cone. The hub 1 has a plurality of moving blades, and a drive mechanism for rotating the moving blades around a support shaft thereof is provided inside the hub. Reference numeral 4 denotes a main shaft of the axial flow turbine and a casing for accommodating a generator connected to the main shaft, 12 denotes a main shaft position of the axial flow turbine, and 13 denotes a casing 12
Is a stay vane attached to the casing 12, 15 is a water flow formed on the outer periphery of the casing of the axial flow turbine, and 16 is a shaft for mounting the casing in the flow passage.

【0003】発電機を内蔵する軸流水車のケーシング4
はシャフト16により流路内に据え付けられ、流路内に
は水流を整流するためのステーベーン14および流量を
調整するためのガイドベーン13を配置する。
[0003] Casing 4 of an axial flow turbine incorporating a generator
Is installed in a flow path by a shaft 16, and a stay vane 14 for rectifying a water flow and a guide vane 13 for adjusting a flow rate are arranged in the flow path.

【0004】水車の羽根車は複数のプロペラ状の動翼か
ら構成され、前記水流15のエネルギーから揚力を得て
羽根車を回転する。羽根車の回転により前記ハブ1およ
びランナコーン3が水車の主軸を中心にして回転し、前
記主軸に取り付けた発電機は、電力を発生し、図示しな
いケーブルを介して電力を外部に供給する。
[0004] The impeller of the water wheel is composed of a plurality of propeller-like moving blades, and the impeller rotates by obtaining lift from the energy of the water flow 15. The rotation of the impeller causes the hub 1 and the runner cone 3 to rotate about the main shaft of the water turbine, and a generator mounted on the main shaft generates electric power and supplies the electric power to the outside via a cable (not shown).

【0005】図16は、図14のB−B断面を示す図で
あり、動翼2の断面を表している。図において、43は
流れの方向、44は動翼断面、45は翼弦である。翼弦
45は動翼断面形状において、回転方向先端と回転方向
後端を結ぶ直線として定義する。角度46は流れの方向
43と翼弦45のなす角である。水流中においた動翼2
に発生する揚力は、流れの方向43と翼弦45のなす角
46で定まる。すなわち、動翼が全体として高性能を発
揮するためには、動翼の各断面において前記流れの方向
43と翼弦45のなす角46が前記断面形状によって定
まる最大揚力発生角度になっていることが必要である。
FIG. 16 is a view showing a cross section taken along the line BB of FIG. In the figure, 43 is the direction of flow, 44 is the blade cross section, and 45 is the chord. The chord 45 is defined as a straight line connecting the front end in the rotation direction and the rear end in the rotation direction in the blade cross-sectional shape. Angle 46 is the angle between flow direction 43 and chord 45. Blade 2 in water flow
Is determined by the angle 46 between the flow direction 43 and the chord 45. That is, in order for the moving blade to exhibit high performance as a whole, in each cross section of the moving blade, the angle 46 between the flow direction 43 and the chord 45 is a maximum lift generation angle determined by the cross-sectional shape. is necessary.

【0006】したがって、運転頻度が最も高い運転条件
において、動翼の根元から動翼の先端に至る全ての動翼
断面について最大揚力発生角度が得られるように動翼の
全体形状を設計することにより、全体として最大効率を
得ることができる。
Therefore, under the operating conditions where the operating frequency is the highest, the overall shape of the moving blade is designed so that the maximum lift generating angle can be obtained for all the moving blade sections from the root of the moving blade to the tip of the moving blade. The maximum efficiency can be obtained as a whole.

【0007】ところが、実際の軸流水車の運転ではダム
の水位の変化、使用水量の変化等によって前記運転頻度
が最も高い運転条件とは異なる運転状態で運転する必要
が生じる。このときには、前記ダムの水位の変化、使用
水量の変化等より前記流れの方向が変化する。このため
前記動翼の各断面における前記流れの方向43と翼弦4
5のなす角46は最大揚力発生角度からずれることにな
り、動翼に発生する揚力が低下して軸流水車の効率が低
下する。
However, in actual operation of the axial flow turbine, it is necessary to operate in an operating state different from the operating condition with the highest operation frequency due to a change in the water level of the dam and a change in the amount of water used. At this time, the direction of the flow changes due to a change in the water level of the dam, a change in the amount of water used, and the like. Therefore, the flow direction 43 and the chord 4 in each section of the rotor blade
The angle 46 formed by 5 deviates from the maximum lift generation angle, the lift generated on the rotor blades is reduced, and the efficiency of the axial flow turbine is reduced.

【0008】特開平3−151570号公報には、軸流
水車の動翼を動翼支持軸まわりに回転することにより、
動翼のハブへの取付角度を変化して流れの方向と翼弦の
なす角度を最大揚力発生角度に近くなるように調整して
前記効率の低下を抑制することが示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-151570 discloses that a rotating blade of an axial flow turbine is rotated around a rotating blade support shaft,
It is disclosed that the decrease in the efficiency is suppressed by changing the angle at which the rotor blade is attached to the hub and adjusting the angle between the flow direction and the chord so as to approach the maximum lift generation angle.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前記特開平3−151
570号公報に示す技術では、動翼をその支持軸のまわ
りに回転するから、動翼の根元からその先端までの動翼
全体が同一角度だけ変化する。
Problems to be Solved by the Invention
In the technique disclosed in Japanese Patent No. 570, the moving blade is rotated around its support axis, so that the entire moving blade from the root to the tip of the moving blade changes by the same angle.

【0010】一方、前記運転状態が変化することによっ
て水流が変化するとき、前記流れの方向には変動が生じ
る。このとき生じる流れの変動は、前記動翼の根元部分
から動翼の先端部分にかけて同一の角度だけ変動するわ
けではなく、前記根元部分と先端部分では変動量に差異
が生じ、例えば根元部分の変動角の方が先端部分のそれ
よりも大きい。
On the other hand, when the water flow changes due to the change in the operation state, the flow direction fluctuates. The fluctuation of the flow that occurs at this time does not always fluctuate by the same angle from the root portion of the moving blade to the tip portion of the moving blade, but a difference occurs in the amount of fluctuation between the root portion and the tip portion. The corners are larger than those at the tip.

【0011】このように、前記根元部分と先端部分で流
れの変動する角度が一定ではない。水流に対しては、動
翼を一定角度回転しても動翼の根元から動翼の先端に至
る全ての動翼断面を最大揚力発生角度にあわせることは
できない。したがって、動翼に流れの方向と翼弦のなす
角が最大揚力発生角度からずれた翼断面において動翼の
効率が低下し、高効率を得ることができない。
As described above, the angle at which the flow fluctuates between the root portion and the tip portion is not constant. Regarding the water flow, even if the moving blade is rotated by a fixed angle, not all the moving blade sections from the root of the moving blade to the tip of the moving blade can be adjusted to the maximum lift generation angle. Therefore, the efficiency of the moving blade is reduced in the blade section in which the angle between the flow direction and the chord of the moving blade deviates from the maximum lift generation angle, and high efficiency cannot be obtained.

【0012】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、運転条件の変化による動翼の性能低下を抑制し、広
い運転範囲で高効率を得ることのできる軸流水車を提供
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides an axial flow turbine capable of suppressing a decrease in performance of a rotor blade due to a change in operating conditions and obtaining high efficiency in a wide operating range.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。
The present invention employs the following means in order to solve the above-mentioned problems.

【0014】外周にガイドベーンを備え、内部に水車の
主軸を収容するケーシングと、外周に動翼を備え、内部
に前記動翼を該動翼の支持軸のまわりに回転駆動する動
翼駆動機構を収容するハブを備え、前記動翼駆動機構を
前記主軸の軸方向駆動により駆動する軸流水車におい
て、前記動翼駆動機構は前記支持軸を該支持軸と前記主
軸のなす角を可変に駆動する駆動機構を備えたことを特
徴とする。
A casing having a guide vane on the outer periphery and accommodating a main shaft of a water turbine therein, and a moving blade driving mechanism having a moving blade on the outer periphery and internally rotating the moving blade around a support shaft of the moving blade. An axial flow turbine that drives the moving blade drive mechanism by axial driving of the main shaft, the moving blade drive mechanism variably drives the angle between the support shaft and the main shaft. A driving mechanism that performs the driving.

【0015】また、前記軸流水車において、前記動翼駆
動機構は前記支持軸を該支持軸と前記主軸に直交する軸
とのなす角を一定に駆動することを特徴とする。
Further, in the axial flow turbine, the blade driving mechanism drives the support shaft at a constant angle between the support shaft and an axis orthogonal to the main shaft.

【0016】また、前記軸流水車において、前記ハブは
前記支持軸がスライドする溝を備えたことを特徴とす
る。
Further, in the above axial flow turbine, the hub is provided with a groove in which the support shaft slides.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図1な
いし図13を用いて説明する。図1は本発明の実施形態
にかかる軸流水車の回転部分を示す図である。図におい
て、2aはその支持軸が回転および移動可能な動翼、5
は移動前の動翼の支持軸位置、6は移動前の動翼、7は
移動後の動翼の支持軸位置、8は移動後の動翼、9は移
動前の動翼位置、10は移動後の動翼位置、11はハブ
1に設けた溝である。ハブ1は球面状をなし、この球面
のハブに動翼の支持軸をスライドするための溝11が曲
線状に形成してある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a rotating part of an axial flow turbine according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 2a denotes a rotor blade whose support shaft is rotatable and movable, 5
Is the support shaft position of the moving blade before movement, 6 is the moving blade before movement, 7 is the supporting shaft position of the moving blade after movement, 8 is the moving blade after movement, 9 is the moving blade position before movement, and 10 is the moving blade position before movement. The blade position 11 after the movement is a groove provided in the hub 1. The hub 1 has a spherical shape, and a groove 11 for sliding a support shaft of a rotor blade is formed in a curved shape on the spherical hub.

【0018】動翼2aはその支持軸位置5のまわりに回
転可能に取り付けられている。さらに動翼支持軸は軸流
水車の主軸位置12とのなす角が変化するように移動可
能に取り付けられている。
The moving blade 2a is rotatably mounted around its support shaft position 5. Further, the rotor blade support shaft is movably mounted so that the angle between the blade and the main shaft position 12 of the axial flow turbine changes.

【0019】動翼2aは前記溝11に沿って移動する際
に、この移動と同時に動翼が動翼支持軸のまわりで回転
する。したがって、動翼の移動の前後では動翼支持軸の
回転角および動翼支持軸の軸流水車主軸とのなす角の双
方の角度が変化する。なお、図において図14に示され
る部分と同一部分については同一符号を付してその説明
を省略する。
When the moving blade 2a moves along the groove 11, the moving blade rotates around the moving blade support axis simultaneously with the movement. Therefore, before and after the movement of the moving blade, both the angle of rotation of the moving blade support shaft and the angle between the moving blade support shaft and the main shaft of the axial flow turbine change. In the drawing, the same portions as those shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0020】図2は本実施形態にかかる動翼を示す図で
あり、図2(a)は平面図、図2(b)は動翼根元位置
における断面図である。図において17は動翼2aの支
持軸、18は動翼の根元位置、19は動翼の先端位置を
示す。動翼移動の際には動翼は前記支持軸17のまわり
に回転する。
FIG. 2 is a view showing a moving blade according to the present embodiment. FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view at the root position of the moving blade. In the figure, reference numeral 17 denotes a support shaft of the moving blade 2a, 18 denotes a root position of the moving blade, and 19 denotes a tip position of the moving blade. During the movement of the moving blade, the moving blade rotates around the support shaft 17.

【0021】図3ないし図4は動翼の移動による位置変
化を示す図であり、図3は移動前の動翼位置(小流量位
置)を示し、図4は移動後の動翼位置(大流量位置)を
示す。これらの図において20は動翼の翼弦を示す。な
お、図において図1ないし図2に示される部分と同一部
分については同一符号を付してその説明を省略する。
FIGS. 3 and 4 are diagrams showing a change in position due to the movement of the moving blade. FIG. 3 shows the moving blade position (small flow rate position) before the moving, and FIG. Flow position). In these figures, reference numeral 20 denotes the chord of the rotor blade. In the drawings, the same portions as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0022】図に示すように、動翼2aは移動前位置9
から移動後位置10まで移動する際に動翼支持軸17が
回転して、翼弦20と主軸位置12のなす角度が変化す
る。同時に前記支持軸17と前記主軸位置12がなす角
度も変化する。
As shown in the drawing, the moving blade 2a is moved to the position 9 before the movement.
When moving to the post-movement position 10, the blade support shaft 17 rotates, and the angle between the chord 20 and the main shaft position 12 changes. At the same time, the angle between the support shaft 17 and the main shaft position 12 also changes.

【0023】図5ないし図9は動翼の回転移動機構を示
す図であり、図5は動翼の回転移動機構の縦断面図、図
6は図5のC−C断面図、図7は図5のD−D断面図、
図8は図5のE−E断面図、図9は図5のF−F断面図
である。これらの図において、21は軸流水車の主軸で
あり、主軸21の一方端にはハブ1を取り付け、他方端
には図示しない発電機を取り付ける。22はハブ1の内
筒に取り付けた軸受、23は固定支持軸、24はハブ1
に取り付けた軸受、25は固定支持軸23のアーム39
に回転自在に取り付けた連結軸、26は連結軸25に固
定し、駆動アーム27に回転自在に取り付けた連結クラ
ンクである。27は主軸21の一端に形成した駆動アー
ム、28はハブ1の内筒、29は動翼支持軸17に固定
した歯車であり、動翼支持軸17はアーム39に回転自
在に取り付ける。30は固定軸23に回転自在に取り付
けた歯車、31は連結軸に固定した歯車である。
5 to 9 are views showing a rotating and moving mechanism of the moving blade, FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the rotating and moving mechanism of the moving blade, FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 5, and FIG. DD sectional view of FIG.
8 is a sectional view taken along line EE of FIG. 5, and FIG. 9 is a sectional view taken along line FF of FIG. In these figures, reference numeral 21 denotes a main shaft of the axial-flow water turbine. The hub 1 is attached to one end of the main shaft 21 and a generator (not shown) is attached to the other end. 22 is a bearing mounted on the inner cylinder of the hub 1, 23 is a fixed support shaft, and 24 is a hub 1
25 is an arm 39 of the fixed support shaft 23
Reference numeral 26 denotes a connecting shaft rotatably mounted on the connecting shaft 25, and a connecting crank fixed to the connecting shaft 25 and rotatably mounted on the drive arm 27. Reference numeral 27 denotes a drive arm formed at one end of the main shaft 21, reference numeral 28 denotes an inner cylinder of the hub 1, reference numeral 29 denotes a gear fixed to the moving blade support shaft 17, and the moving blade support shaft 17 is rotatably attached to the arm 39. Reference numeral 30 denotes a gear rotatably attached to the fixed shaft 23, and reference numeral 31 denotes a gear fixed to the connection shaft.

【0024】32は油圧ケースであり、油圧ケース32
は主軸21を回転および軸方向摺動自在に支持する。ま
た油圧ケース32はハブ1を回転自在に、かつ軸方向移
動を拘束して支持する。33、34は油圧ケース内の空
間、35、36は油圧ケース内の空間33,34にそれ
ぞれ油圧を供給する給油口、37は主軸に形成した支持
円盤である。主軸21は給油口35あるいは給油口36
から油圧を供給することにより矢印38に示すように上
下方向に駆動することができる。
Reference numeral 32 denotes a hydraulic case.
Supports the main shaft 21 rotatably and slidably in the axial direction. The hydraulic case 32 supports the hub 1 rotatably and restrains the axial movement. 33 and 34 are spaces in the hydraulic case, 35 and 36 are oil supply ports for supplying hydraulic pressure to the spaces 33 and 34 in the hydraulic case, respectively, and 37 is a support disk formed on the main shaft. The main shaft 21 is provided with a filler port 35 or a filler port 36.
By supplying the oil pressure from the controller, the actuator can be driven in the vertical direction as shown by the arrow 38.

【0025】主軸21を上下方向に駆動すると、連結ク
ランク26を介して連結軸25を矢印40に示す方向に
駆動することができる。また、連結軸25を矢印40に
示す方向に駆動すると、固定支持軸のアーム39を介し
て動翼支持軸22を矢印40に示す方向に駆動すること
ができる。
When the main shaft 21 is driven in the vertical direction, the connecting shaft 25 can be driven in the direction shown by the arrow 40 via the connecting crank 26. When the connection shaft 25 is driven in the direction indicated by the arrow 40, the bucket support shaft 22 can be driven in the direction indicated by the arrow 40 via the arm 39 of the fixed support shaft.

【0026】さらに主軸21を上下方向に駆動すると、
連結軸25が矢印41に示す方向に回転する。また、連
結軸25が矢印41に示す方向に回転すると、この回転
は連結軸25に固定した歯車31、固定支持軸23に回
転自在に取り付けた歯車30を介して動翼支持軸17に
固定した歯車29に伝達し、動翼2aを矢印42に示す
方向に駆動する。
When the main shaft 21 is further driven in the vertical direction,
The connecting shaft 25 rotates in the direction indicated by the arrow 41. When the connection shaft 25 rotates in the direction indicated by the arrow 41, the rotation is fixed to the bucket support shaft 17 via the gear 31 fixed to the connection shaft 25 and the gear 30 rotatably mounted on the fixed support shaft 23. This is transmitted to the gear 29 to drive the moving blade 2a in the direction indicated by the arrow 42.

【0027】このように、動翼2aは、その支持軸17
を固定支持軸23のアーム39に取り付け、前記固定支
持軸23は軸受22,24によりハブ1に固定され、動
翼回転移動時に動翼は固定軸23まわりに回転する。
As described above, the moving blade 2a has its support shaft 17
Is attached to the arm 39 of the fixed support shaft 23, and the fixed support shaft 23 is fixed to the hub 1 by bearings 22 and 24, and the moving blade rotates around the fixed shaft 23 when the moving blade rotates.

【0028】一方、固定支持軸23は連結軸25および
連結クランク26を介して主軸アーム27に連結してい
る。主軸21は主軸先端部に主軸アーム27を、また軸
中央部に支持円盤37を備え、該支持円盤37を油圧ケ
ース32により回転支持する。また、水車回転時には、
主軸21、ハブ1、動翼2aおよび動翼回転移動機構が
一体となって回転する。
On the other hand, the fixed support shaft 23 is connected to a main shaft arm 27 via a connecting shaft 25 and a connecting crank 26. The spindle 21 has a spindle arm 27 at the tip of the spindle and a support disk 37 at the center of the shaft. The support disk 37 is rotatably supported by a hydraulic case 32. Also, when the turbine is rotating,
The main shaft 21, the hub 1, the rotor blade 2a, and the rotor blade rotation moving mechanism rotate integrally.

【0029】以上のように、本実施形態においては、動
翼の回転移動は主軸の上下動によって行われる。主軸を
支持する油圧ケース32内は主軸の有する支持円盤によ
り二つに分割されている。上部および下部の各空間33
および34には給油口35および36を介して油を充填
し、主軸の上下方向の移動は給油口35および36から
供給する油圧により調整する。
As described above, in this embodiment, the rotating movement of the moving blade is performed by the vertical movement of the main shaft. The inside of the hydraulic case 32 supporting the main shaft is divided into two by a supporting disk of the main shaft. Upper and lower spaces 33
And 34 are filled with oil through oil filler ports 35 and 36, and the vertical movement of the main shaft is adjusted by hydraulic pressure supplied from oil filler ports 35 and 36.

【0030】次に、主軸の上下方向の移動と動翼の回転
移動との関連を図6ないし図8を用いて説明する。
Next, the relationship between the vertical movement of the main shaft and the rotational movement of the moving blade will be described with reference to FIGS.

【0031】油圧ケース32に油圧を供給することによ
って生じた主軸21の上下動38は主軸アーム27の上
下動として伝達され、さらに連結クランク26を介して
連結軸25に伝達する。連結軸25は固定支持軸のアー
ム39に取り付けているため、主軸アーム27の上下動
は連結軸25の固定軸23まわりの回転運動39に変換
される。したがって、前記固定支持軸のアーム39に取
り付けた動翼の支持軸17は固定支持軸23まわりに回
転する。動翼の支持軸17は図5に示すように固定支持
軸23に対して斜めに取り付けているため、動翼支持軸
17の固定支持軸23まわりの回転により、動翼支持軸
と主軸(水車回転軸)となす角度が変化する。
The vertical movement 38 of the main shaft 21 generated by supplying hydraulic pressure to the hydraulic case 32 is transmitted as vertical movement of the main shaft arm 27, and further transmitted to the connection shaft 25 via the connection crank 26. Since the connecting shaft 25 is attached to the arm 39 of the fixed support shaft, the vertical movement of the main shaft arm 27 is converted into a rotational motion 39 of the connecting shaft 25 about the fixed shaft 23. Therefore, the support shaft 17 of the moving blade attached to the arm 39 of the fixed support shaft rotates around the fixed support shaft 23. As shown in FIG. 5, the rotating shaft support shaft 17 is mounted obliquely with respect to the fixed support shaft 23, so that the rotating blade support shaft 17 rotates around the fixed support shaft 23, and thus the rotating blade support shaft and the main shaft (water turbine) (Rotation axis) changes.

【0032】前述のように主軸アーム27の上下動は連
結軸25の固定軸23まわりの回転運動39に変換され
る。このとき、さらに連結クランク26を固定した連結
軸25自体に回転運動が生じる。この回転運動は連結軸
25に固定した歯車31、固定支持軸23に回転自在に
取り付けた歯車30を介して動翼支持軸17に固定した
歯車29に伝達し、動翼支持軸17を回転駆動する。動
翼支持軸の回転量、すなわち動翼2aの回転量は各歯車
の歯数比を変えることで調整できる。
As described above, the vertical movement of the spindle arm 27 is converted into the rotational movement 39 of the connecting shaft 25 about the fixed shaft 23. At this time, the connecting shaft 25 to which the connecting crank 26 is fixed further rotates. This rotating motion is transmitted to a gear 29 fixed to the moving blade support shaft 17 via a gear 31 fixed to the connecting shaft 25 and a gear 30 rotatably mounted to the fixed supporting shaft 23, thereby driving the moving blade support shaft 17 to rotate. I do. The rotation amount of the rotor blade support shaft, that is, the rotation amount of the rotor blade 2a, can be adjusted by changing the gear ratio of each gear.

【0033】このように、主軸21を移動することによ
り、動翼2aを動翼支持軸17のまわりに回転駆動する
のみではなく、動翼支持軸17自体を前記主軸(水車回
転軸)とのなす角度が変化するように駆動することがで
きる。
As described above, by moving the main shaft 21, not only the rotating blade 2a is driven to rotate around the moving blade support shaft 17, but also the moving blade support shaft 17 itself is connected to the main shaft (water turbine rotating shaft). It can be driven so that the angle formed changes.

【0034】次に、図10ないし図13を参照して本発
明の効果を説明する。
Next, the effects of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0035】本発明の効果を説明するに際して、まず、
流量が相異なる二つの運転条件を考える。第1の運転条
件としてダムの貯水量が多く、多くの水を流すことので
きる大流量の条件を仮定し、第2の運転条件として、ダ
ムの貯水量が少なく、多くの水を流すことができない小
流量の条件を仮定する。そしてダムの流量は年間を通し
て比較的多い場合を想定し、第1の運転条件において最
大の性能を発揮するように動翼を設計していると仮定す
る。
In describing the effects of the present invention, first,
Consider two operating conditions with different flow rates. As a first operating condition, it is assumed that there is a large amount of water stored in the dam and a large flow rate that allows a large amount of water to flow, and as a second operating condition, the amount of water stored in the dam is small and a large amount of water is allowed to flow. Assume a condition of small flow that cannot be achieved. Then, it is assumed that the flow rate of the dam is relatively large throughout the year, and it is assumed that the rotor blade is designed to exhibit the maximum performance under the first operating condition.

【0036】図10は、第1の運転条件(大流量)にお
ける流れと翼弦のなす角度の分布を示す示す図である。
縦軸は、翼弦と流れのなす角度、横軸は動翼の断面位置
である。図において、点47は動翼の根元部を示し、点
48は動翼の先端部を示す。また、実線49は、本実施
形態にかかる動翼の流れと翼弦のなす角度の分布を示
し、破線50は最大揚力を発生する流れと翼弦のなす角
度の分布を示す。51は動翼の根元部における翼弦と流
れのなす角度、52は動翼の先端部における翼弦と流れ
のなす角度である。図に示すように本実施形態にかかる
動翼は第1の運転条件において最大の性能を発揮するよ
うに動翼を設計してある。
FIG. 10 is a diagram showing the distribution of the angle between the flow and the chord under the first operating condition (large flow rate).
The vertical axis represents the angle between the chord and the flow, and the horizontal axis represents the sectional position of the moving blade. In the figure, a point 47 indicates the root of the bucket, and a point 48 indicates the tip of the bucket. A solid line 49 indicates the distribution of the angle between the flow of the moving blade and the chord according to the present embodiment, and a broken line 50 indicates the distribution of the angle between the flow generating the maximum lift and the chord. 51 is the angle between the chord and the flow at the root of the blade, and 52 is the angle between the chord and the flow at the tip of the blade. As shown in the figure, the moving blade according to the present embodiment is designed so as to exhibit the maximum performance under the first operating condition.

【0037】図11は、第2の運転条件(小流量)にお
ける流れと翼弦のなす角度の分布を示す図である。縦軸
は、翼弦と流れのなす角度、横軸は動翼の断面位置であ
る。図において、実線54は従来例にかかる動翼、すな
わち動翼をその支持軸まわりにのみ回転駆動する動翼の
流れと翼弦のなす角度の分布を示し、実線55は、本実
施形態にかかる動翼の流れと翼弦のなす角度の分布を示
し、破線50は最大揚力を発生する流れと翼弦のなす角
度の分布を示す。
FIG. 11 is a diagram showing the distribution of the angle between the flow and the chord under the second operating condition (small flow rate). The vertical axis represents the angle between the chord and the flow, and the horizontal axis represents the sectional position of the moving blade. In the figure, a solid line 54 shows a rotor blade according to a conventional example, that is, a flow of a rotor blade that rotates and drives the rotor blade only around its support axis and a distribution of an angle formed by a chord, and a solid line 55 according to the present embodiment. The distribution of the angle between the flow of the moving blade and the chord is shown, and the broken line 50 shows the distribution of the angle between the flow generating the maximum lift and the chord.

【0038】図12は、動翼根元部における流れと翼断
面を示す図である。図において、矢印56は第1の運転
条件における流れの方向を示し、矢印57は第2の運転
条件における流れの方向を示す。また、角度51、58
は、それぞれ流れと翼弦のなす角度を示す。
FIG. 12 is a diagram showing the flow at the blade root and the blade cross section. In the figure, arrow 56 indicates the direction of flow under the first operating condition, and arrow 57 indicates the direction of flow under the second operating condition. Also, angles 51 and 58
Indicates the angle between the flow and the chord, respectively.

【0039】図13は、動翼先端部における流れと翼断
面を示す図である。図において、矢印60は第1の運転
条件における流れの方向を示し、矢印61は第2の運転
条件における流れの方向を示す。また、角度52、62
はそれぞれ流れと翼弦のなす角度を示す。
FIG. 13 is a diagram showing the flow at the blade tip and the blade cross section. In the figure, an arrow 60 indicates the flow direction under the first operating condition, and an arrow 61 indicates the flow direction under the second operating condition. Also, the angles 52, 62
Indicates the angle between the flow and the chord, respectively.

【0040】第2の運転条件においては、流量を少なく
して運転するためにガイドベーン開度を少なくして運転
する。このためガイドベーン下流に配置した動翼に流入
する流れの角度が変化する。すなわち、動翼根元部にお
ける流れは矢印56方向から矢印57方向に変化する。
一方、動翼先端部における流れは矢印60方向から矢印
61方向に変化する。なお、これらの流れの変化は動翼
を動かすことなくガイドベーンのみによって流量を絞っ
た状態を示している。
Under the second operating condition, the operation is performed with a reduced guide vane opening in order to operate with a reduced flow rate. For this reason, the angle of the flow flowing into the rotor blade arranged downstream of the guide vane changes. That is, the flow at the blade root changes from the arrow 56 direction to the arrow 57 direction.
On the other hand, the flow at the blade tip changes from the direction of arrow 60 to the direction of arrow 61. These changes in the flow indicate a state in which the flow rate is reduced only by the guide vanes without moving the rotor blades.

【0041】すなわち、流れの角度変化量は動翼根元部
と動翼先端部では相異なり、動翼根元部で大きい。これ
に対して従来例で示したように、動翼を動翼支持軸のま
わりに回転すると動翼根元部および動翼先端部は同じ角
度だけ変化するため、前記流れの変化量を補正すること
はできず、動翼先端部を最大性能を発揮する角度にあわ
せると、動翼根元部に角度53で示すずれ角度が残留す
る。すなわち、このずれ角度によって、第2の運転条件
において性能低下が発生する。なお、前記ずれ角度53
は図12における角度58aと図13における角度62
aの差に等しくなる。
That is, the amount of change in the flow angle is different between the blade root portion and the blade tip portion, and is large at the blade root portion. On the other hand, as shown in the conventional example, when the moving blade is rotated around the moving blade support axis, the moving blade root and the moving blade tip change by the same angle. When the tip of the moving blade is adjusted to the angle at which the maximum performance is exhibited, a deviation angle indicated by an angle 53 remains at the root of the moving blade. That is, the shift angle causes performance degradation under the second operating condition. The deviation angle 53
Is the angle 58a in FIG. 12 and the angle 62 in FIG.
a.

【0042】本実施形態においては、動翼2aを動翼支
持軸17のまわりに回転駆動するのみではなく、動翼支
持軸17自体を前記主軸(水車回転軸)とのなす角度が
変化するように駆動するので、支持軸のまわりの回転に
よって得られる均一な角度補正に加えて、動翼支持軸を
傾ける新たな自由度を付加することによって、支持軸ま
わりの回転によっては得られない角度補正を実施して前
記ずれ角53を補正することができる。
In this embodiment, not only is the rotating blade 2a driven to rotate around the rotating blade support shaft 17, but also the angle formed by the rotating blade support shaft 17 itself with the main shaft (water turbine rotating shaft) changes. In addition to the uniform angle correction obtained by rotation around the support shaft, a new degree of freedom for tilting the blade support shaft is added to the angle correction that cannot be obtained by rotation around the support shaft. Is carried out to correct the deviation angle 53.

【0043】この結果、動翼をその支持軸まわりにのみ
回転駆動して得られる動翼の流れと翼弦のなす角度の分
布を図11に示す曲線54から、最大揚力を発生する流
れと翼弦のなす角度の分布を示す曲線50に近い曲線5
5まで補正することができる。
As a result, the flow of the moving blade and the distribution of the angle formed by the chord obtained by rotating the moving blade only around its support axis are shown in FIG. Curve 5 close to curve 50 showing the distribution of the angles made by the strings
Up to 5 can be corrected.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、動
翼がその支持軸まわりに回転可能であり、また、動翼支
持軸が主軸(水車回転軸)とのなす角を可変に移動可能
であるため、運転条件の変化による動翼の性能低下を抑
制し、広い運転範囲で高効率を得ることのできる軸流水
車を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the moving blade is rotatable around its support shaft, and the moving blade support shaft variably moves the angle formed by the main shaft (water turbine rotating shaft). Since it is possible, it is possible to obtain an axial flow turbine that can suppress the performance deterioration of the rotor blade due to a change in operating conditions and can obtain high efficiency in a wide operating range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態にかかる軸流水車の回転部分
を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a rotating part of an axial flow turbine according to an embodiment of the present invention.

【図2】軸流水車の動翼を示す図である。FIG. 2 is a view showing a rotor blade of the axial flow turbine.

【図3】動翼の移動による位置変化を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in position due to movement of a moving blade.

【図4】動翼の移動による位置変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in position due to movement of a rotor blade.

【図5】動翼の回転移動機構の縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a rotating blade moving mechanism.

【図6】図5のC−C断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 5;

【図7】図5のD−D断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line DD of FIG. 5;

【図8】図5のE−E断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along the line EE of FIG. 5;

【図9】図5のF−F断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line FF of FIG. 5;

【図10】第1の運転条件における流れと翼弦のなす角
度の分布を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a distribution of an angle between a flow and a chord under a first operating condition.

【図11】第2の運転条件における流れと翼弦のなす角
度の分布を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a distribution of an angle between a flow and a chord under a second operating condition.

【図12】動翼根元部における流れと翼断面を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing a flow at a blade root portion and a blade cross section.

【図13】動翼先端部における流れと翼断面を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing the flow at the tip of the moving blade and the cross section of the blade.

【図14】従来の軸流水車の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of a conventional axial flow turbine.

【図15】従来の羽根車の平面図である。FIG. 15 is a plan view of a conventional impeller.

【図16】従来の動翼の断面図 である。FIG. 16 is a sectional view of a conventional rotor blade.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハブ 2,2a 動翼 3 ランナコーン 4 ケーシング 5 移動前の動翼の支持軸位置 6 移動前の動翼 7 移動後の動翼の支持軸位置 8 移動後の動翼 9 移動前の動翼位置 10 移動後の動翼位置 11 溝 12 主軸位置 13 ガイドベーン 14 ステーベーン 16 ステー 21 主軸 22,24 軸受 23 固定支持軸 25 連結軸 26 連結クランク 27 駆動アーム 28 ハブの内筒 29,20,31 歯車 32 油圧ケース 33,34 油圧ケースの空間 35,36 給油口 37 支持円盤 39 固定支持軸のアーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hub 2, 2a Moving blade 3 Runner cone 4 Casing 5 Position of supporting shaft of moving blade before moving 6 Moving blade supporting shaft position before moving 8 Moving blade 9 after moving 9 Moving blade position before moving 10 Blade position after movement 11 Groove 12 Main shaft position 13 Guide vane 14 Stay vane 16 Stay 21 Main shaft 22, 24 Bearing 23 Fixed support shaft 25 Connection shaft 26 Connection crank 27 Drive arm 28 Hub inner cylinder 29, 20, 31 Gear 32 Hydraulic case 33, 34 Space of hydraulic case 35, 36 Filler port 37 Support disk 39 Arm of fixed support shaft

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外周にガイドベーンを備え、内部に水車
の主軸を収容するケーシングと、 外周に動翼を備え、内部に前記動翼を該動翼の支持軸の
まわりに回転駆動する動翼駆動機構を収容するハブを備
え、 前記動翼駆動機構を前記主軸の軸方向駆動により駆動す
る軸流水車において、 前記動翼駆動機構は前記支持軸を該支持軸と前記主軸の
なす角を可変に駆動する駆動機構を備えたことを特徴と
する軸流水車。
1. A casing having a guide vane on an outer periphery thereof and accommodating a main shaft of a water turbine therein, and a rotor blade having a rotor blade on an outer periphery and rotatably driving the rotor blade around a support shaft of the rotor blade therein. An axial flow turbine that includes a hub that accommodates a driving mechanism, and drives the moving blade drive mechanism by driving the main shaft in an axial direction, wherein the moving blade drive mechanism varies an angle between the support shaft and the main shaft. An axial-flow water turbine comprising a driving mechanism for driving the waterwheel.
【請求項2】 請求項1の記載において、 前記動翼駆動機構は前記支持軸を該支持軸と前記主軸に
直交する軸とのなす角を一定に駆動することを特徴とす
る軸流水車。
2. The axial-flow turbine according to claim 1, wherein the blade driving mechanism drives the support shaft at a constant angle between the support shaft and an axis orthogonal to the main shaft.
【請求項3】 請求項1ないし請求項2の何れか1の記
載において、 前記ハブは前記支持軸がスライドする溝を備えたことを
特徴とする軸流水車。
3. The axial-flow water turbine according to claim 1, wherein the hub has a groove in which the support shaft slides.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111237113A (en) * 2020-01-08 2020-06-05 浙江大学 Variable pitch mechanism of ocean current energy generator set

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