JP2001140741A - Sucking-out pipe of hydraulic turbine or pump-turbine - Google Patents
Sucking-out pipe of hydraulic turbine or pump-turbineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は水車又はポンプ水車
の吸出し管に係り、特に曲がり部を持つ吸出し管の形状
および構造の改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a suction pipe for a water turbine or a pump water turbine, and more particularly to an improvement in the shape and structure of a suction pipe having a bent portion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７に従来の水力機械の一種であるフラ
ンシス水車の構成を示す。この水車においては、図示し
ない上池から高圧の水がケーシング１に流入し、羽根車
２を回転させ、羽根車２は主軸３により発電機４を駆動
する。そして、羽根車２から流出した水は、吸出し管５
を介して、下池６に流出する。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a configuration of a Francis turbine which is a kind of a conventional hydraulic machine. In this water wheel, high-pressure water flows into a casing 1 from an upper pond (not shown), rotates an impeller 2, and the impeller 2 drives a generator 4 by a main shaft 3. Then, the water flowing out of the impeller 2 is discharged to the suction pipe 5.
Through the lower pond 6.
【０００３】吸出し管５は、吸出し管上部５ａ、曲がり
部５ｂ及び水平拡大部５ｃからなり、通常、吸出し管上
部５ａは入口断面および出口断面がともに円形である。
このため、曲がり部５ｂの入口断面は円形断面のものが
多い。一方水平拡大管５ｃの断面形状は矩形断面のもの
が多い。The suction pipe 5 comprises a suction pipe upper portion 5a, a bent portion 5b, and a horizontally enlarged portion 5c. Normally, the suction pipe upper portion 5a has a circular inlet and outlet cross section.
For this reason, the entrance cross section of the bent portion 5b often has a circular cross section. On the other hand, the cross-sectional shape of the horizontal magnifying tube 5c is often rectangular.
【０００４】吸出し管の入口では流体はＶｅ2／２ｇの
運動エネルギーを持っている。低落差の水車では、前述
の運動エネルギーは有効落差Ｈｅの１０〜２０％に達す
る。従って、この運動エネルギーを効率良く圧力エネル
ギーに変換することが吸出し管の重要な役目となってい
る。仮に運動エネルギーの半分しか圧力エネルギーに変
換されない場合は、有効落差の５〜１０％の損失が吸出
し管で発生することになる。このため、特に低落差の水
車の効率を高めるためには、損失の少ない吸出し管を作
ることが重要なポイントとなる。[0004] In the inlet of the draft tube fluid has a kinetic energy of Ve 2/2 g. In a water turbine with a low head, the aforementioned kinetic energy reaches 10 to 20% of the effective head He. Therefore, efficient conversion of the kinetic energy into pressure energy plays an important role of the suction pipe. If only half of the kinetic energy is converted to pressure energy, a loss of 5-10% of the effective head will occur in the draft tube. Therefore, in order to increase the efficiency of the water turbine with a low head, it is important to make a suction pipe with a small loss.
【０００５】図７に示すような縦軸の水車では、吸出し
管５には下向きの流水の方向を水平方向に変換する曲が
り部５ｂがあり、この曲がり部５ｂで発生する損失が吸
出し管５における損失の大きな部分を占める。従って、
損失の少ない吸出し管を作るためには曲がり部５ｂの損
失をいかに抑えるかが重要な課題となる。In the water turbine with the vertical axis as shown in FIG. 7, the suction pipe 5 has a bent portion 5b for converting the downward flowing water direction to the horizontal direction. The loss generated in the bent portion 5b causes the loss in the suction pipe 5 to be reduced. A large part of the loss. Therefore,
In order to produce a suction pipe with a small loss, it is important to control the loss of the bent portion 5b.
【０００６】一方、図７に示したような縦軸の水車で
は、吸出し管５の最下部と水車中心との垂直方向の距離
Ｆ（以下では「吸出し管深さ寸法」と呼ぶ）が大きくな
ると、吸出し管を埋設するための土木掘削量が増え、土
木掘削量の増加は発電所建設コストの高騰につながる。
このため、吸出し管は、損失が少ないだけでなく、吸出
し管深さ寸法Ｆが小さいものが望ましい。On the other hand, in a water turbine with a vertical axis as shown in FIG. 7, when a vertical distance F (hereinafter referred to as "a suction pipe depth dimension") between the lowermost portion of the suction pipe 5 and the center of the water turbine increases. In addition, the amount of civil engineering excavation for burying the suction pipe increases, and the increase in the amount of civil engineering excavation leads to a rise in power plant construction costs.
For this reason, it is desirable that the suction pipe not only has a small loss but also has a small suction pipe depth dimension F.
【０００７】また、図８は、従来の吸出し管の製作方法
を示す図であり、この図８に示すように、吸出し管上部
５ａおよび曲がり部５ｂは、流れ方向に対して複数の部
分５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、…に分割される。各部分５
ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、…は個々に平板より切り出さ
れ、その後、所定のＲ形状を有する様に曲げ加工され、
その後溶接組み立てされる。すなわち従来の吸出し管
は、あたかも海老の外殻のような構造のものとなってい
るため溶接段の数も多く、製造コストが高くなるという
問題点がある。FIG. 8 is a view showing a conventional method of manufacturing a draft tube. As shown in FIG. 8, the upper portion 5a and the bent portion 5b of the draft tube are provided with a plurality of portions 5b1, 5b2, 5b3,... Each part 5
, b1, 5b2, 5b3,... are individually cut out from a flat plate and then bent so as to have a predetermined R shape.
After that, it is assembled by welding. That is, the conventional suction pipe has a problem that the number of welding steps is large and the manufacturing cost is high because it has a structure like a shell of a shrimp.
【０００８】こうした構造の吸出し管では、図８に示す
ように流路に流れと直交する溶接線が存在するため、溶
接のビードが流路壁面から突出した場合は、流れが乱さ
れ、損失が増加するという問題がある。このため、溶接
をした後、ビード部を平滑化する等の処理が必要となり
製造コストアップを助長する。したがって、流れの方向
と直交するような溶接線は可能な限り少ない方がよく、
その方が製作コストも低減される。In the suction pipe having such a structure, as shown in FIG. 8, a welding line perpendicular to the flow exists in the flow path. Therefore, if the welding bead projects from the wall of the flow path, the flow is disturbed and the loss is reduced. There is a problem of increasing. For this reason, after welding, a treatment such as smoothing a bead portion is required, which promotes an increase in manufacturing cost. Therefore, it is better to have as few welding lines as possible perpendicular to the direction of flow,
That also reduces the production cost.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであり、土木掘削量を増やすことなく
吸出し管の流動損失を低減するとともに、吸出し管の製
作コストの低減を図り、もって高効率かつ低コストの水
力機器を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and aims to reduce the flow loss of the suction pipe without increasing the amount of civil engineering excavation and to reduce the manufacturing cost of the suction pipe. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high-efficiency and low-cost hydraulic equipment.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】まず、曲がり部での損失
を抑えるためにはどのような吸出し管が望ましいかを以
下に論ずる。ここでは従来の吸出し管の代表例として、
図９に示すような単純化した吸出し管を考える。この単
純化した吸出し管では、吸出し管上部５ａは単純な円形
断面の拡大管（下側に行くに従って拡開する円錐台形状
の管）となっており、その入口断面は直径Ｄeの円、出
口断面は直径１.４１×Ｄeの円である。曲がり部５ｂの
損失低減を考えるため、ここでは曲がり部５ｂは断面積
一定の円形断面の曲がり管とする。その曲がりの半径Ｒ
は１.４１×Ｄeとする。また、水平拡大管５ｃの断面は
直径１.４１×Ｄeの円形断面から矩形断面に徐々に変化
する。First, what suction pipe is desirable to suppress the loss at the bent portion will be discussed below. Here, as a typical example of the conventional draft tube,
Consider a simplified draft tube as shown in FIG. In this simplified suction pipe, the suction pipe upper part 5a is an enlarged pipe with a simple circular cross section (a truncated conical pipe that expands toward the lower side), the inlet cross section is a circle with a diameter De, and the outlet is The cross section is a circle with a diameter of 1.41 × De. Here, in order to reduce the loss of the bent portion 5b, the bent portion 5b is a bent tube having a circular cross section with a constant cross section. The radius of curvature R
Is 1.41 × De. The cross section of the horizontal magnifying tube 5c gradually changes from a circular cross section having a diameter of 1.41 × De to a rectangular cross section.
【００１１】ここで表１に、各種断面の曲がり管で発生
する損失の全損失係数ζを示す（日本機械学会編 技術
資料 管路・ダクトの流体抵抗 Ｐ７４の表４.１８よ
り引用）。[0011] Table 1 shows the total loss coefficient 損失 of the loss generated in the bent pipes of various cross sections (quoted from Table 4.18 of Technical Data Pipeline and Duct Fluid Resistance P74 edited by the Japan Society of Mechanical Engineers).
【００１２】[0012]
【表１】 曲がり部で発生する損失ΔＨは、ΔＨ＝ζ×Ｖ2／２ｇ
で表される（Ｖは曲がり管入口の断面平均流速）。した
がって、発生する損失の大小は、この表の全損失係数ζ
の大小に依存する。[Table 1] The loss ΔH generated at the bent portion is ΔH = ζ × V 2 / 2g
(V is the cross-sectional average flow velocity at the entrance of the bent pipe). Therefore, the magnitude of the loss that occurs is determined by the total loss coefficient こ の
Depends on the size of
【００１３】さて、この表から最初にわかることは、ど
のような断面形状でも曲がりの半径比Ｒ／ａ（またはＲ
／（ｂ／２））が大きくなる程、損失が小さくなること
である。ただし、Ｒが大きくなると図７に示した吸出し
管の深さ寸法Ｆが大きくなるため、吸出し管を埋設する
ための土木掘削量が増えるという欠点がある。なお、前
述の図９の吸出し管の曲がり部５ｂの半径比Ｒ／ａは、
ａ＝Ｄe／２なので２.０に相当する。The first thing that can be understood from this table is that the radius ratio R / a (or R
/ (B / 2)) increases, the loss decreases. However, when R is increased, the depth dimension F of the draft pipe shown in FIG. 7 is increased, so that there is a disadvantage that the amount of civil engineering excavation for burying the draft pipe increases. Note that the radius ratio R / a of the bent portion 5b of the suction pipe in FIG.
Since a = De / 2, it corresponds to 2.0.
【００１４】一方、曲がり管の断面形状の影響について
は、円形断面の曲がり管よりも正方形断面の曲がり管の
方が損失が少なく、また、正方形断面の曲がり管よりも
ｈ／ｂ比が２の長方形断面の曲がり管の方が損失が少な
いことがわかる。On the other hand, regarding the influence of the cross-sectional shape of the bent pipe, the bent pipe having the square cross section has less loss than the bent pipe having the circular cross section, and the h / b ratio is 2 compared to the bent pipe having the square cross section. It can be seen that a bent tube having a rectangular cross section has less loss.
【００１５】以上の点を定量的に試算した結果を表２に
示す。Table 2 shows the results of quantitatively calculating the above points.
【００１６】[0016]
【表２】 [Table 2]
【００１７】この試算では、３つの断面の曲がり管につ
いて、表１の値に基づき全損失係数ζを試算した。いず
れの断面についても入口の断面積はπａ0 2とし、曲がり
半径Ｒは円形断面の曲がり管の入口半径の２倍とした
（すなわちＲ＝２×ａ0）。その結果、円形断面のζは
表１のＲ／ａ＝２からζ＝０.２４６と求められる。ま
た、正方形断面は入口断面の面積をπａ0 2とすると一辺
の長さは１.７７×ａ0 2（＝π1/2ａ0）となるので、In this calculation, the total loss coefficient ζ was calculated based on the values shown in Table 1 for bent pipes having three cross sections. In each of the cross sections, the cross-sectional area of the inlet was πa 0 2 and the bending radius R was twice as large as the inlet radius of the bent pipe having a circular cross section (that is, R = 2 × a 0 ). As a result, ζ of the circular cross section is obtained as ζ = 0.246 from R / a = 2 in Table 1. Also, assuming that the area of the square cross section is πa 0 2 , the length of one side is 1.77 × a 0 2 (= π 1/2 a 0 ).
【数１】 となり、表１から損失係数を補間すると(Equation 1) Interpolating the loss factor from Table 1 gives
【数２】 となる。この値は円形断面の曲がり管の損失係数より、
約７％小さい値である。(Equation 2) Becomes This value is calculated from the loss factor of a curved tube with a circular cross section.
It is about 7% smaller.
【００１８】損失係数が小さくなった場合の効果を定量
的に述べると以下の様になる。すなわち、吸出し管入口
の運動エネルギーの有効落差Ｈに対する割合を１５％と
し、吸出し管入口から吸出し管上部において、その１／
２が圧力エネルギーに変換され、曲がり部入口の運動エ
ネルギーの有効落差に対する割合は７．５％とすると
（すなわち、吸出し管上部で面積が１．４１倍大きくな
り、流速が１／１．４１になり、運動エネルギーの有効
落差に対する割合が、Ｖ2／（２ｇＨ）＝０．０７５と
なった）、円形断面の曲がり管の損失△Ｈは水車効率に
対して、△Ｈ／Ｈ＝０．２４６×７．５％＝１．８５％
の損失となる。一方、正方形断面の曲がり管は△Ｈ／Ｈ
＝０．２２９×７．５％＝１．７２％の損失となり、正
方形断面の曲がり管の方が、水車全体の効率では０．１
３％向上することが期待できる。The effect when the loss coefficient is reduced is quantitatively described as follows. That is, the ratio of the kinetic energy of the inlet of the suction pipe to the effective head H is 15%, and 1 /
2 is converted to pressure energy, and the ratio of the kinetic energy at the bend entrance to the effective head is 7.5% (that is, the area at the upper part of the suction pipe is increased by 1.41 times and the flow velocity is reduced to 1 / 1.41). The ratio of the kinetic energy to the effective head is V 2 / ( 2 gH) = 0.075), and the loss ΔH of the curved pipe having a circular cross section is ΔH / H = 0.246 with respect to the turbine efficiency. × 7.5% = 1.85%
Loss. On the other hand, a bent tube with a square cross section is ΔH / H
= 0.229 × 7.5% = 1.72% loss, and the bent pipe with a square cross section is 0.1% less in the overall efficiency of the turbine.
An improvement of 3% can be expected.
【００１９】一方、h／ｂ＝２の長方形の場合は、On the other hand, in the case of a rectangle of h / b = 2,
【数３】 となり、表１から損失係数を補間すると(Equation 3) Interpolating the loss factor from Table 1 gives
【数４】 となり、さらに損失係数が小さくなる。(Equation 4) And the loss factor is further reduced.
【００２０】この場合、水車効率に対しては、△Ｈ／Ｈ
＝０．１６×７．５％＝１．２％の損失となり、円形の
断面の曲がり管に場合より０．６５％も水車全体の効率
が向上することが期待できる。In this case, the efficiency of the turbine is expressed by ΔH / H
= 0.16 × 7.5% = 1.2% loss, and it can be expected that the efficiency of the whole turbine is improved by 0.65% as compared with the case of a curved pipe having a circular cross section.
【００２１】以上説明したように、（１）曲がり部の損
失は曲がりの半径Ｒの影響を受け、損失低減の観点から
は半径Ｒが大きい方が好ましいが、土木掘削量低減の観
点からは半径Ｒが小さい方が好ましいこと、かつ（２）
曲がり部入口の面積が一定の場合は、曲がり方向（縦方
向）の断面の幅（＝前述のｂ）はなるべく小さくし、そ
の分、それと直交する方向（横方向）の断面の幅を大き
くすれば曲がり部で発生する損失を小さくできることが
わかる。As described above, (1) The loss at the bent portion is affected by the radius R of the bend, and it is preferable that the radius R be large from the viewpoint of loss reduction. It is preferable that R is smaller, and (2)
When the area of the entrance of the bent portion is constant, the width of the cross section in the bending direction (vertical direction) (= b) is made as small as possible, and accordingly, the width of the cross section in the direction (lateral direction) orthogonal thereto is increased. It can be seen that the loss generated at the bent portion can be reduced.
【００２２】本発明は、上記知見に基づき、水車又はポ
ンプ水車の吸出し管の形状および構造を最適化するもの
であり、羽根車出口と放水路を連結するとともに、前記
羽根車出口に接続された吸出し管上部と、前記吸出し管
上部に接続されるととともに前記吸出し管内を通る流体
の流れの方向を変化させる曲がり部とを有する水車又は
ポンプ水車の吸出し管において、前記吸出し管のある部
位をその管路の軸線方向に垂直な面で切断して得られる
断面をその部位における垂直方向断面と呼び、かつ、あ
る垂直方向断面を含む平面と前記曲がり部の軸線を含む
平面とが交わる直線の方向をその垂直方向断面の縦方
向、縦方向に直角な方向をその垂直方向断面の横方向と
呼ぶこととした場合、前記吸出し管上部のうち少なくと
も前記曲がり部との境界から上流側の所定の範囲におけ
る垂直方向断面の断面積が、前記羽根車出口からの距離
が大きくなるに従って増加しており、かつ、前記所定の
範囲における垂直方向断面の幅の縦方向の増加割合が横
方向の増加割合と比較して少なくなっていることを特徴
としている。The present invention optimizes the shape and structure of the suction pipe of a water turbine or a pump water turbine based on the above findings, and connects an impeller outlet with a water discharge passage and is connected to the impeller outlet. In the suction pipe of a water turbine or a pump turbine having a suction pipe upper part and a bent part connected to the suction pipe upper part and changing a flow direction of a fluid passing through the suction pipe, a portion where the suction pipe is located is A cross section obtained by cutting along a plane perpendicular to the axis direction of the pipeline is called a vertical cross section at the site, and a direction of a straight line where a plane including a certain vertical cross section and a plane including the axis of the bent portion intersect with each other. The vertical direction of the vertical cross section, if the direction perpendicular to the vertical direction is called the horizontal direction of the vertical cross section, at least the bent portion of the upper part of the suction pipe The cross-sectional area of the vertical cross section in a predetermined range on the upstream side from the field increases as the distance from the impeller outlet increases, and the width of the vertical cross section in the predetermined range increases in the vertical direction. It is characterized in that the ratio is smaller than the increase ratio in the horizontal direction.
【００２３】本発明によれば、曲がり部の入口における
断面の横方向の幅を縦方向の幅より大きくすることがで
き、吸出し管の深さの増大を抑えつつ吸出し管の損失を
低減することができる。According to the present invention, the width of the cross section at the entrance of the bent portion in the horizontal direction can be made larger than the width in the vertical direction, and the increase in the depth of the draft tube can be suppressed while reducing the loss of the draft tube. Can be.
【００２４】前記吸出し管上部のうち前記所定領域の垂
直方向断面の縦方向の幅は、前記羽根車出口からの距離
に関わらず一定とすることができる。The vertical width of the vertical cross section of the predetermined region in the upper part of the suction pipe may be constant regardless of the distance from the impeller outlet.
【００２５】前記吸出し管上部の前記羽根車出口側に、
前記所定領域以外の領域が存在してもよく、この場合、
前記所定領域以外の領域は、垂直方向断面の断面積が前
記羽根車出口からの距離が大きくなるに従って増加して
おり、かつ、垂直方向断面の幅の縦方向の増加割合が横
方向の増加割合と等しい円錐台形状とすることができ
る。このようにすることにより、羽根車出口から流出す
る流体とのマッチングを良好にとることができる。On the outlet side of the impeller above the suction pipe,
An area other than the predetermined area may exist, in which case,
In the region other than the predetermined region, the cross-sectional area of the vertical cross section increases as the distance from the impeller outlet increases, and the vertical increase rate of the vertical cross section width increases in the horizontal direction. Frusto-conical shape. By doing so, it is possible to satisfactorily match with the fluid flowing out from the impeller outlet.
【００２６】前記吸出し管上部と前記曲がり部との境界
における垂直方向断面は、横方向を長軸とし縦方向を短
軸とする楕円形とすることができる。また、前記吸出し
管上部と前記曲がり部との境界における前記垂直方向断
面は、横方向に延びる一対の直線と一対の半円とを組み
合わせた輪郭を有する長円形状を有するように構成する
こともできる。なお、この場合、前記所定領域の最も上
流側の部位における垂直方向断面を円形とすることがで
きる。The vertical section at the boundary between the upper part of the suction pipe and the bent portion may be elliptical with the major axis in the horizontal direction and the minor axis in the vertical direction. Also, the vertical cross section at the boundary between the upper portion of the suction pipe and the bent portion may be configured to have an oval shape having a profile obtained by combining a pair of laterally extending straight lines and a pair of semicircles. it can. In this case, the vertical section at the most upstream part of the predetermined area may be circular.
【００２７】また、前記吸出し管上部のうち前記所定領
域の垂直方向断面の縦方向の幅は、前記羽根車出口から
の距離に関わらず一定にすることができ、この場合、前
記所定領域は、横方向に関して互いに対向する一対の側
面を有し、この一対の側面は、断面が円形の直管を２分
割した部材により形成することができる。このように構
成することにより、吸出し管の製作を容易化することが
できる。Further, the vertical width of the vertical section of the predetermined region in the upper part of the suction pipe can be constant regardless of the distance from the impeller outlet. In this case, the predetermined region is It has a pair of side surfaces facing each other in the lateral direction, and the pair of side surfaces can be formed by a member obtained by dividing a straight pipe having a circular cross section into two. With this configuration, it is possible to easily manufacture the draft tube.
【００２８】また、前記曲がり部の垂直方向断面の輪郭
は、前記羽根車出口からの距離に関わらず、横方向に延
びる一対の直線と一対の半円とを組み合わせた輪郭を有
する長円形状を有するように構成することができ、か
つ、前記曲がり部のうち前記一対の直線に対応する部位
が縦方向に関して互いに対向する一対の第１の側面を構
成しており、前記曲がり部のうち前記一対の半円に対応
する部位が横方向に関して互いに対向する一対の第２の
側面を構成し、前記一対の第１の側面同士の間隔は、前
記羽根車出口からの距離に関わらず一定に構成すること
ができる。このように構成することにより、土木掘削量
を水平方向および垂直方向に関して適切にバランスさせ
ることができる。The contour of the bent section in the vertical section has an elliptical shape having a contour obtained by combining a pair of laterally extending straight lines and a pair of semicircles regardless of the distance from the impeller outlet. And a portion corresponding to the pair of straight lines in the bent portion constitutes a pair of first side surfaces facing each other in a longitudinal direction, and the pair of the bent portions has the first side surface. Constitute a pair of second side surfaces facing each other in the lateral direction, and the interval between the pair of first side surfaces is constant regardless of the distance from the impeller outlet. be able to. With this configuration, the amount of civil engineering excavation can be appropriately balanced in the horizontal direction and the vertical direction.
【００２９】この場合、前記曲がり部の第２の側面は、
円形断面を有する管をその軸線方向に沿って分割した部
材から形成することができ、また、前記曲がり部の第１
の側面は、平板を曲げ加工した部材により形成すること
ができる。このように構成することにより、吸出し管の
製造を容易化することができる。In this case, the second side surface of the bent portion is
A tube having a circular cross section can be formed from a member divided along an axial direction thereof, and a first portion of the bent portion can be formed.
Can be formed by a member obtained by bending a flat plate. With this configuration, it is possible to easily manufacture the draft tube.
【００３０】また、前記曲がり部の前記垂直方向断面
は、前記羽根車出口からの距離に関わらず横方向に延び
る一対の直線と、前記一対の直線の両端をそれぞれ接続
する一対の曲線とを組み合わせた輪郭を有し、かつ、前
記曲がり部の前記垂直方向断面の横方向幅は縦方向幅よ
り大きくなるように構成し、前記曲がり部のうち前記一
対の直線に対応する部位が縦方向に関して互いに対向す
る一対の第１の側面を構成しており、前記曲がり部のう
ち前記一対の曲線に対応する部位が横方向に関して互い
に対向する一対の第２の側面を構成するようにすること
ができる。Further, the vertical section of the bent portion is obtained by combining a pair of straight lines extending in the horizontal direction regardless of a distance from the impeller outlet and a pair of curves respectively connecting both ends of the pair of straight lines. Having a contour, and the horizontal width of the vertical cross section of the bent portion is configured to be larger than the vertical width, and portions of the bent portion corresponding to the pair of straight lines are mutually separated in the vertical direction. A pair of opposing first side surfaces may be configured, and portions of the bent portion corresponding to the pair of curves may configure a pair of second side surfaces opposing each other in the lateral direction.
【００３１】この場合、前記曲がり部の第２の側面は、
円形断面を有する管をその軸線に交差する方向に沿って
切断することにより得られた複数の部材を接合して形成
することができ、また、前記曲がり部の第１の側面は、
平板を複数の折り曲げ線に沿って折り曲げた部材により
形成することができる。このように構成することによ
り、吸出し管の製造を容易化することができる。In this case, the second side surface of the bent portion is
A plurality of members obtained by cutting a tube having a circular cross section along a direction intersecting the axis thereof can be formed by joining, and the first side surface of the bent portion is
The flat plate can be formed by a member bent along a plurality of bending lines. With this configuration, it is possible to easily manufacture the draft tube.
【００３２】また、この場合、前記一対の第１の側面間
の距離は、前記羽根車出口からの距離に関わらず一定と
することができ、このように構成することにより、土木
掘削量を水平方向および垂直方向に関して適切にバラン
スさせることができる。In this case, the distance between the pair of first side surfaces can be constant irrespective of the distance from the impeller outlet. With this configuration, the amount of civil engineering excavation can be reduced horizontally. It can be properly balanced in the direction and the vertical direction.
【００３３】なお、吸出し管の曲がり部の入口断面を正
方形または矩形断面にすることは特開昭４２−３６４５
号「水車又はポンプの吸出管」で示されているが、この
提案の目的は製造コストの低減なので、曲がり部の損失
低減は考慮されていない。前述した通り、曲がり部の入
口断面を円形断面から正方形断面にしただけで、掘削深
さまたは流動損失を低減できるが、断面の縦横比を変え
れば、その効果は更に大きくなることを前述した。本発
明の狙いは、曲がり部の入口断面の縦横寸法の比を変え
て流動損失を低減することにあり、特公昭４２−３６４
５号に開示されたものとは狙っている作用効果が異な
る。It is to be noted that Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 42-3645 discloses that the inlet section of the bent portion of the suction pipe has a square or rectangular cross section.
Although indicated by the number “Drain pipe of a water turbine or a pump”, since the purpose of this proposal is to reduce the manufacturing cost, reduction of the loss at the bent portion is not considered. As described above, it is possible to reduce the excavation depth or the flow loss only by changing the entrance cross section of the bent portion from a circular cross section to a square cross section, but it is described above that the effect is further increased by changing the aspect ratio of the cross section. An object of the present invention is to reduce the flow loss by changing the ratio of the vertical and horizontal dimensions of the entrance cross section of the bend.
The intended effect is different from that disclosed in No. 5.
【００３４】また、特開平２−１５７４８１号「曲り流
路」では、曲がり部での流動損失を低減するため、曲が
り部での断面積変化の方法と曲がり部の流路幅の決定方
法を示しているが、前記した表２に示されている通り、
曲がり流路の損失に大きな影響を与える因子は曲がり半
径Ｒと流路の縦方向の幅ｂとの比と断面の横方向幅ｈと
ｂの比の２つであり、特開平２−１５７４８１号に開示
された断面積変化と曲がり部の流路幅の影響は前記２つ
の因子の影響と比較すると小さい。いずれにしろ特開平
２−１５７４８１号に係る方法と本発明の方法は曲がり
部の流動損失を低減するという目的は同じであるが、作
用効果が異なっている。Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-157481 discloses a method of changing the cross-sectional area at the bent portion and a method of determining the width of the flow channel at the bent portion in order to reduce the flow loss at the bent portion. However, as shown in Table 2 above,
There are two factors that greatly affect the loss of the curved flow path: the ratio of the bending radius R to the vertical width b of the flow path and the ratio of the horizontal width h and b of the cross section. The influence of the change in the cross-sectional area and the width of the flow path at the bend as disclosed in the above is small compared to the influence of the above two factors. In any case, the method according to JP-A-2-157481 and the method according to the present invention have the same object of reducing the flow loss at the bend, but have different effects.
【００３５】[0035]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３６】［第１の実施形態］まず、図１を参照して
第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１
の実施の形態の吸出し管の形状を示す図である。なお、
図１において、図７と同様の構成要素については同じ符
号を付けている。[First Embodiment] First, a first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.
It is a figure which shows the shape of the suction pipe of embodiment. In addition,
1, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
【００３７】吸出し管５は、垂直方向を向き羽根車出口
（図１には図示せず）に接続された吸出し管上部５ａ
と、水平方向を向き下流側に向けて断面積が増大する水
平拡大部５ｃと、両端が吸出し管上部５ａと水平拡大部
５ｃとを接続する曲がり部５ｂとから構成されている。
吸出し管５内を流れる流体（水）は、曲がり部５ｂにお
いて、その流れ方向が垂直方向から水平方向に変換され
る。The suction pipe 5 has a suction pipe upper part 5a that is vertically connected to an impeller outlet (not shown in FIG. 1).
And a horizontal enlarged portion 5c having a cross-sectional area that increases in the horizontal direction toward the downstream side, and a bent portion 5b connecting both ends of the suction pipe upper portion 5a and the horizontal enlarged portion 5c.
The flow direction of the fluid (water) flowing in the suction pipe 5 is changed from the vertical direction to the horizontal direction at the bent portion 5b.
【００３８】以下、吸出し管５のある部位をその管路の
軸線（中心線）方向に垂直な面で切断して得られる断面
をその部位における「断面」と呼び（他の方法により得
られた断面と混同するおそれがある場合には、特に「垂
直方向断面」と呼ぶ）、かつ、ある断面を含む平面と前
記曲がり部の軸線を含む平面（曲がり部の軸線は曲線で
あるためこの平面は一意的に定まる）とが交わる直線の
方向をその断面の「縦方向」、縦方向に直角な方向をそ
の断面の「横方向」と呼ぶこととする。Hereinafter, a cross section obtained by cutting a portion of the suction pipe 5 at a plane perpendicular to the direction of the axis (center line) of the pipe is called a "cross section" at the portion (obtained by another method). When there is a possibility of being confused with the cross section, it is particularly called "vertical cross section"), and a plane including a certain cross section and a plane including the axis of the bent section (the plane of the bent section is a curved line, (Which is uniquely determined) is referred to as the “vertical direction” of the cross section, and the direction perpendicular to the vertical direction is referred to as the “lateral direction” of the cross section.
【００３９】吸出し管上部５ａの断面は、入口すなわち
羽根車出口からの距離が離れるに従い面積が大きくなる
ように形成している。しかも吸出し管上部５ａの断面の
縦方向および横方向の幅の関係は、縦方向の幅の増加率
の方が横方向の幅の増加率に比べて小さくしてある。The cross section of the upper part of the suction pipe 5a is formed so that the area increases as the distance from the inlet, that is, the outlet from the impeller increases. Moreover, the relationship between the vertical width and the horizontal width of the cross section of the upper part of the suction pipe 5a is smaller in the vertical width increase rate than in the horizontal width increase rate.
【００４０】その結果、吸出し管上部５ａの入口、すな
わち羽根車出口側の上端部の断面は円形であるのに対し
て、吸出し管上部５ａと曲がり部５ｂとの接続部すなわ
ち曲がり部５ｂの入口における断面の形状は、縦方向を
短軸、横方向を長軸とする楕円形となる。As a result, while the inlet of the upper part of the suction pipe 5a, that is, the cross section of the upper end on the exit side of the impeller is circular, the connection between the upper part of the suction pipe 5a and the bent part 5b, that is, the inlet of the bent part 5b. Is an elliptical shape with the short axis in the vertical direction and the long axis in the horizontal direction.
【００４１】なお、曲がり部５ｂの断面形状は、その入
口から出口（水平拡大部５ｃと曲がり部５ｂとの接続部
まで、変化することなく一定となっている。The cross-sectional shape of the bent portion 5b is constant without change from the entrance to the exit (from the connection between the horizontal enlarged portion 5c and the bent portion 5b).
【００４２】次に、本実施形態による吸出し管の効果
を、図９に示した吸出し管上部５ａが徐々に拡径する円
形断面を有する従来の吸出し管と比較して説明する。な
お、ここでは比較のため、両者の吸出し管上部５ａの入
口の断面積および曲がり部５ｂの入口の断面積は同一と
する。Next, the effect of the suction pipe according to the present embodiment will be described in comparison with a conventional suction pipe having a circular cross section in which the diameter of the suction pipe upper part 5a gradually increases as shown in FIG. Here, for comparison, it is assumed that the cross-sectional area of the inlet of the upper part 5a of the suction pipe and the cross-sectional area of the inlet of the bent part 5b are the same.
【００４３】本実施形態の吸出し管５において、曲がり
部５ｂの入口面積を図９の吸出し管と同様にπ×Ｄe2／
２とするならば、例えば曲がり部５ｂの入口の断面形状
を、短軸の長さは１.１×Ｄe、長軸の長さは１.８×Ｄe
（但しＤeは吸出し管上部５ａの入口断面の直径）の楕
円と設定することができる（図１参照）。In the suction pipe 5 of the present embodiment, the entrance area of the bent portion 5b is set to π × De 2 / similar to the suction pipe of FIG.
If it is 2, for example, the cross-sectional shape of the entrance of the bent portion 5b is as follows: the length of the short axis is 1.1 × De, and the length of the long axis is 1.8 × De.
(However, De is the diameter of the inlet cross section of the upper part of the suction pipe 5a) and can be set as an ellipse (see FIG. 1).
【００４４】ここで、曲がり部５ｂの断面の縦方向幅ｂ
と曲がりの半径Ｒの比（以下、Ｒ／ｂ比ともいう）が同
じであれば、曲がり部５ｂにおける損失係数はほぼ同等
となる（前記の表１及び表２参照）。そして、図９に示
す従来の吸出し管の曲がりの半径Ｒは１.４１×Ｄeであ
り、曲がり部５ｂの断面の縦方向幅ｂは１.４１×Ｄeで
あるため、Ｒ／ｂ比は１.０である。Here, the vertical width b of the cross section of the bent portion 5b
And the ratio of the bending radius R (hereinafter also referred to as the R / b ratio) are the same, the loss coefficient at the bending portion 5b is substantially equal (see Tables 1 and 2 above). The radius of curvature R of the conventional suction pipe shown in FIG. 9 is 1.41 × De, and the vertical width b of the cross section of the bent portion 5b is 1.41 × De, so that the R / b ratio is 1 0.0.
【００４５】従って、本実施形態における曲がり部５ｂ
におけるＲ／ｂ比を図９に示す従来のものにおけるＲ／
ｂ比と同一にするならば、第１の実施形態の吸出し管５
の曲がり部５ｂの曲がりの半径Ｒ（曲がり部５ｂの軸線
の半径）は１.１×Ｄeとなり、従来の吸出し管より曲が
り部５ｂの曲がり半径Ｒは小さくなる。このため、図１
に示した本実施形態の吸出し管では、吸出し管５の深さ
寸法Ｆを（１．４１−１．１）×１．５×Ｄｅ＝０．４
６５×Ｄe 小さくすることができ、吸出し管５を埋設
するための土木掘削量を少なくすることができる。大形
のフランシス水車ではＤｅが１０ｍ程度のものもある。
この場合は掘削深さを５ｍ程度浅くできるため、その効
果は大きい。Therefore, the bent portion 5b in the present embodiment
The R / b ratio in the conventional device shown in FIG.
If the ratio is the same as the b ratio, the suction pipe 5 of the first embodiment is used.
Of the bent portion 5b (the radius of the axis of the bent portion 5b) is 1.1 × De, and the bent radius R of the bent portion 5b is smaller than that of the conventional suction pipe. Therefore, FIG.
In the draft tube of the present embodiment shown in FIG. 5, the depth dimension F of the draft tube 5 is set to (1.41−1.1) × 1.5 × De = 0.4.
65 × De can be reduced, and the amount of civil engineering excavation for burying the suction pipe 5 can be reduced. Some large Francis turbines have a De of about 10 m.
In this case, since the excavation depth can be reduced by about 5 m, the effect is great.
【００４６】また、曲がり部５ｂの断面の形状が楕円で
あり、楕円はその縦横比が円形より長方形に近いため、
楕円の長軸を横方向にとることにより全損失係数を低減
することができ（前述の表１参照）、曲がり部５ｂにお
ける流動損失を低減することができる。Further, since the cross-sectional shape of the bent portion 5b is an ellipse, and the ellipse has an aspect ratio closer to a rectangle than a circle,
By taking the major axis of the ellipse in the horizontal direction, the total loss coefficient can be reduced (see Table 1 above), and the flow loss in the bent portion 5b can be reduced.
【００４７】また、従来の吸出し管と同じ深さ寸法Ｆと
する場合は、吸出し管上部５ａの長さが図１の状態より
更に長くなり、これに伴い曲がり部５ｂの入口断面の縦
方向幅が大きくなる。この縦方向幅が大きくなった分、
曲がり部の曲がり半径Ｒは１.２〜１.３×Ｄe程度とな
り、曲がり部５ｂの入口の面積を図１のπ×Ｄe2／２よ
り大きくすることができる。このため、曲がり部入口の
流速が小さくなり、曲がり部５ｂでの損失係数が同一と
しても、曲がり部で発生する流動損失を低減することが
できる。従って、土木掘削量は同一の場合でも、吸出し
管全体としての損失を低減することができる。When the depth F is the same as that of the conventional suction pipe, the length of the upper portion 5a of the suction pipe is longer than that of FIG. Becomes larger. Because this vertical width became large,
Radius curvature of the curved portion R becomes about 1.2 to 1.3 × De, can be increased entrance area of the bend portion 5b than π × De 2/2 in FIG. 1. For this reason, the flow velocity at the entrance of the bend becomes small, and even if the loss coefficient at the bend 5b is the same, the flow loss generated at the bend can be reduced. Therefore, even if the amount of civil engineering excavation is the same, the loss of the entire suction pipe can be reduced.
【００４８】このように、本実施形態によれば、従来の
吸出し管と同じ程度の性能をより浅い土木掘削量で実現
することができる。また土木掘削量を同一にするならば
従来の吸出し管より流動損失を低減することができる。As described above, according to the present embodiment, the same performance as that of the conventional suction pipe can be realized with a smaller amount of civil engineering excavation. Also, if the amount of civil engineering excavation is the same, the flow loss can be reduced as compared with the conventional suction pipe.
【００４９】［第２の実施形態］次に、図２を参照して
第２の実施形態について説明する。図２は本発明の第２
の実施の形態の吸出し管の形状を示す図である。第２の
実施形態は、第１の実施形態に対して、吸出し管上部５
ａが、羽根車出口側の第１の拡大部５ａ１と、第１の拡
大部５ａ１に接続された曲がり部５ｂにつながる第２の
拡大部５ａ２との２つの部分から構成されている点が異
なり、他の構成は第１の実施形態と略同一である。[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the shape of the suction pipe of embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the upper part of the suction pipe 5
The difference is that a is composed of two parts, a first enlarged part 5a1 on the impeller outlet side and a second enlarged part 5a2 connected to a bent part 5b connected to the first enlarged part 5a1. The other configuration is substantially the same as that of the first embodiment.
【００５０】第１の拡大部５ａ１は、テーパー状に拡開
する円錐台形状を有している。すなわち第１の拡大部５
ａ１の断面は円形であり、その円の半径が羽根車から離
れるに従って大きくなっている。The first enlarged portion 5a1 has a shape of a truncated cone expanding in a tapered shape. That is, the first enlarged portion 5
The cross section of a1 is circular, and the radius of the circle increases as the distance from the impeller increases.
【００５１】第２の拡大部５ａ２の断面は、拡大部５ａ
２入口においてのみ円形であり、拡大部５ａ２入口から
下流側に行くに従って、横方向幅のみが大きくなってゆ
く（断面の縦方向幅は一定）。従って、第２の拡大部５
ａ２の入口以外の断面は、横方向幅が縦方向幅より大き
い楕円となっている。The cross section of the second enlarged portion 5a2 is
It is circular only at the two entrances, and only the width in the horizontal direction increases as going from the entrance of the enlarged portion 5a2 to the downstream side (the longitudinal width of the cross section is constant). Therefore, the second enlarged portion 5
The cross section other than the entrance of a2 is an ellipse whose width in the horizontal direction is larger than the width in the vertical direction.
【００５２】本実施形態の吸出し管５において、曲がり
部５ｂの入口面積を図８の吸出し管と同様にπ×Ｄe2／
２とするならば、第１の拡大部５ａ１および第２の拡大
部５ａ２の形状寸法は、例えば図２に示すように、第１
の拡大部５ａ１を入口の断面が直径がＤeの円形、出口
が直径１.１×Ｄeの円形とし、第２の拡大部５ａ２を入
口の断面が直径１.１×Ｄeの円形、出口の断面が短軸長
さ１.１×Ｄe、長軸長さ１.８×Ｄeの楕円とするように
設定することができる。In the suction pipe 5 of the present embodiment, the inlet area of the bent portion 5b is set to π × De 2 / similar to the suction pipe of FIG.
2, the first enlarged portion 5a1 and the second enlarged portion 5a2 have the first dimension as shown in FIG.
The enlarged section 5a1 has a circular section having a diameter of De at the entrance and a circular section having a diameter of 1.1 × De. The second enlarged section 5a2 has a circular section having a diameter of 1.1 × De and a section of the exit. Can be set to be an ellipse having a minor axis length of 1.1 × De and a major axis length of 1.8 × De.
【００５３】本実施形態においても、第１の実施形態で
説明したのと同様の理由により、従来の吸出し管と比較
して、同一の流動損失で従来の吸出し管より曲がり部の
半径が小さくなり、吸出し管の深さ寸法Ｆが小さくな
り、吸出し管を埋設するための土木掘削量を少なくする
ことができる。Also in this embodiment, for the same reason as described in the first embodiment, the radius of the bent portion is smaller than that of the conventional suction pipe with the same flow loss as that of the conventional suction pipe. Further, the depth dimension F of the suction pipe is reduced, and the amount of civil engineering excavation for burying the suction pipe can be reduced.
【００５４】また、特に本実施形態においては、吸出し
管上部５ａの入口近傍がテーパー状の円管となっており
同芯の円形断面が続くため、羽根車から流出してきた流
れとのマッチングは第１の実施形態の吸出し管より良好
であり、吸出し管上部内の流動損失を更に低減すること
ができる。また同芯のため吸出し管上部５ｂの製造も第
１の実施形態の場合より容易である。In the present embodiment, in particular, the vicinity of the inlet of the upper part of the suction pipe 5a is a tapered circular pipe and has a concentric circular section, so that the matching with the flow flowing out from the impeller is the first. This is better than the suction pipe of the first embodiment, and the flow loss in the upper part of the suction pipe can be further reduced. Also, because of the concentricity, the manufacture of the upper part 5b of the suction pipe is easier than in the first embodiment.
【００５５】［第３の実施形態］次に、図３を参照して
第３の実施形態について説明する。図３は本発明の第３
の実施の形態の吸出し管の形状を示す図である。第３の
実施形態は、第２の実施形態に対して、吸出し管上部５
ａの第２の拡大部５ａ２の形状が異なる点と、第２の拡
大部５ａ２の形状変更に伴い曲がり部５ｂの形状が変更
されている点が異なり、他は第２の実施形態と略同一で
ある。[Third Embodiment] Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the shape of the suction pipe of embodiment. The third embodiment is different from the second embodiment in that the upper part of the suction pipe 5
a is different from that of the second embodiment in that the shape of the second enlarged portion 5a2 is different from that of the second enlarged portion 5a2, and that the shape of the bent portion 5b is changed in accordance with the shape change of the second enlarged portion 5a2. It is.
【００５６】図３に示すように、第２の拡大部５ａ２の
入口の断面は円形であり、第２の拡大部５ａ２の出口す
なわち曲がり部５ｂの入口の断面は、その輪郭が、横方
向に延びる互いに平行な一対の直線と、各直線の端部を
結ぶ一対の半円とから構成された長円となっている。As shown in FIG. 3, the cross section of the entrance of the second enlarged portion 5a2 is circular, and the cross section of the exit of the second enlarged portion 5a2, that is, the entrance of the bent portion 5b has a profile in the lateral direction. It is an ellipse constituted by a pair of parallel straight lines extending and a pair of semicircles connecting ends of the straight lines.
【００５７】また、曲がり部５ｂの垂直方向断面の形状
および寸法は、羽根車出口からの距離に関わらず一定と
なっている。従って、曲がり部５ｂの縦方向両側の側面
（各垂直方向断面の輪郭の直線部分の集合で表される）
は、それぞれ２次曲面となり、かつ２次曲面間の距離
は、羽根車出口からの距離に関わらず常に一定である。The shape and size of the vertical section of the bent portion 5b are constant irrespective of the distance from the impeller outlet. Therefore, the side surfaces on both sides in the vertical direction of the bent portion 5b (represented by a set of linear portions of the contour of each vertical cross section)
Are quadratic surfaces, and the distance between the quadratic surfaces is always constant regardless of the distance from the impeller exit.
【００５８】本実施形態では、曲がり部５ｂの入口の垂
直方向断面を楕円ではなく長円形状としているため、吸
出し管上部との断面形状のつながりの滑らかさ、製造の
容易性という点においては、第１及び第２の実施形態よ
り優れている。In this embodiment, since the vertical cross section of the entrance of the bent portion 5b is not an ellipse but an ellipse, the connection of the cross section with the upper part of the suction pipe is smooth and the manufacturing is easy. It is superior to the first and second embodiments.
【００５９】また、本実施形態の吸出し管５において、
曲がり部５ｂの入口面積を図９の吸出し管と同様にπ×
Ｄe2／２とするならば、図３に示すように、第２の拡大
部５ａ２の入口の断面を直径１.１×Ｄeの円とし、第２
の拡大部５ａ２の出口すなわち曲がり部５ｂの入口の断
面を、縦方向幅１.１×Ｄe、横方向幅１.６６×Ｄe、半
円の半径を０.５５×Ｄeの長円とすることができる。Further, in the suction pipe 5 of the present embodiment,
The entrance area of the bent portion 5b is set to π × as in the case of the draft tube of FIG.
If the de 2/2, as shown in FIG. 3, the inlet cross section of the second expansion portion 5a2 and a circle of diameter 1.1 × De, second
The cross section of the outlet of the enlarged portion 5a2, that is, the inlet of the bent portion 5b, has a vertical width of 1.1 × De, a horizontal width of 1.66 × De, and a semicircle having a radius of 0.55 × De. Can be.
【００６０】したがって、吸出し管は羽根車方向から見
た場合の曲がり部の横方向の幅が１．６６×Ｄeとな
り、第１及び第２の実施形態の吸出し管の幅（＝１．８
×Ｄe）と比較して小さくなる。このため、深さ方向の
掘削量は第１及び第２の実施形態と同等であるが、水平
方向の掘削量も含めると本実施形態の吸出し管が最も少
なくなる。Accordingly, the lateral width of the bent portion of the draft tube when viewed from the impeller direction is 1.66 × De, and the width (= 1.8) of the draft tube in the first and second embodiments is obtained.
× De). For this reason, the excavation amount in the depth direction is the same as that of the first and second embodiments, but if the excavation amount in the horizontal direction is also included, the number of the suction pipes in the present embodiment is minimized.
【００６１】本実施形態においても、第１の実施形態で
説明したのと同様の理由により、従来の吸出し管と比較
して、同一の流動損失で従来の吸出し管より曲がり部の
半径が小さくなり、吸出し管の深さ寸法Ｆが小さくな
り、吸出し管を埋設するための土木掘削量を少なくする
ことができる。In this embodiment, for the same reason as described in the first embodiment, the radius of the bent portion is smaller than that of the conventional suction pipe with the same flow loss as that of the conventional suction pipe. Further, the depth dimension F of the suction pipe is reduced, and the amount of civil engineering excavation for burying the suction pipe can be reduced.
【００６２】［第４の実施形態］次に、図４を参照して
第４の実施形態について説明する。図４は本発明の第４
の実施の形態の吸出し管を示す図である。本実施形態に
おける吸出し管５の形状は本発明の第２の実施形態のも
のと基本的に同一である。ただし、本実施形態の吸出し
管の曲がり部５は下記の様な特徴をもつ部品で構成され
ている。[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is a figure showing a suction pipe of an embodiment. The shape of the suction pipe 5 in this embodiment is basically the same as that of the second embodiment of the present invention. However, the bent portion 5 of the suction pipe according to the present embodiment is composed of components having the following features.
【００６３】まず、曲がり部５ｂのうち横方向に関して
互いに対向する両側面を構成している部材５ｆ、５ｇ
は、曲がり半径Ｒ（Ｒは円形エルボの軸線の曲がりの半
径）の円形エルボを２分割した部材によりそれぞれ形成
されている。また曲がり部５ｂのうち縦方向に関して互
いに対向する両側面を構成している部材５ｄ、５ｅは、
円筒の周面の一部をなす形状の板材により構成されてい
る。部材５ｄ、５ｅはそれぞれ、半径Ｒ＋ｒ、半径Ｒ−
ｒ（Ｒは円形エルボの軸線の曲がりの半径、ｒは円形エ
ルボの円形断面の半径）の円筒の周面の一部をなす。First, the members 5f, 5g constituting both side surfaces of the bent portion 5b facing each other in the lateral direction.
Are each formed by a member obtained by dividing a circular elbow having a bending radius R (R is the radius of the axis of the circular elbow) into two. In addition, members 5d and 5e constituting both side surfaces of the bent portion 5b facing each other in the vertical direction are:
It is constituted by a plate material having a shape that forms a part of the peripheral surface of the cylinder. The members 5d and 5e have a radius R + r and a radius R−, respectively.
r (R is the radius of curvature of the axis of the circular elbow, r is the radius of the circular cross section of the circular elbow) forms part of the peripheral surface of the cylinder.
【００６４】図４に示すように、部材５ｄ、５ｅは横方
向に関して所定の間隔をおいて配置される。そして、部
材５ｄ、５ｅは縦方向両側から部材５ｆ、５ｇに挟ま
れ、部材５ｆ、５ｇに溶接により接合される。部材（曲
面）５ｄ、５ｅの距離は曲がり部５ｂの入口から出口ま
で変化せず一定である。As shown in FIG. 4, the members 5d and 5e are arranged at predetermined intervals in the horizontal direction. The members 5d and 5e are sandwiched between the members 5f and 5g from both sides in the longitudinal direction, and are joined to the members 5f and 5g by welding. The distance between the members (curved surfaces) 5d and 5e does not change from the entrance to the exit of the bent portion 5b and is constant.
【００６５】本実施形態によれば、部材５ｆ、５ｇは円
形エルボを２分割して形成できるためされ、その製作は
容易である。また部材５ｄ、５ｅは、円筒の周面の一部
をなす単純な形状のため、平板を曲げ加工して容易に成
形することができる。このため、曲がり部５ｂを容易に
製作することができる。According to the present embodiment, the members 5f and 5g can be formed by dividing the circular elbow into two parts, and the manufacture is easy. Since the members 5d and 5e have a simple shape that forms a part of the peripheral surface of the cylinder, they can be easily formed by bending a flat plate. Therefore, the bent portion 5b can be easily manufactured.
【００６６】また、本実施形態によれば、図８に示した
従来の吸出し管のように流れと直交する溶接線が存在し
ないため、溶接のビードが突出したことに起因する損失
を無くすことができ、低流動損失の吸出し管を提供する
ことができる。Further, according to the present embodiment, since there is no welding line perpendicular to the flow unlike the conventional suction pipe shown in FIG. 8, it is possible to eliminate the loss caused by the protrusion of the welding bead. It is possible to provide a suction pipe with low flow loss.
【００６７】また曲がり部５ｂの曲がりが単純な曲がり
半径Ｒが一定の場合は、部材５ｆ、５ｇを市販のエルボ
管を加工することにより製作することができるため、製
作コストを低減することができる。When the bending radius R of the bending portion 5b is simple and the bending radius R is constant, the members 5f and 5g can be manufactured by processing a commercially available elbow tube, so that the manufacturing cost can be reduced. .
【００６８】なお、曲がり部５ｂの曲がり半径Ｒが一定
でない場合にも、本実施形態の手法に準じた手法で曲が
り部５ｂを製作することができる。すなわちこのような
場合には、上記の市販のエルボ管を用いることはできな
くなるが、断面の半径が一定であれば、市販の直管を曲
げ加工した後これを２分割することにより部材５ｆ、５
ｇを製作することができ、部材５ｄ、５ｅは部材５ｆ、
５ｇの曲がりに対応させて平板を曲げ加工して容易に成
形することができる。従って、この場合も製作コストを
低減することができる。Even when the bending radius R of the bent portion 5b is not constant, the bent portion 5b can be manufactured by a method according to the method of the present embodiment. That is, in such a case, the above-mentioned commercially available elbow pipe cannot be used, but if the radius of the cross section is constant, the commercially available straight pipe is bent and then divided into two parts to thereby obtain the members 5f, 5
g can be manufactured, and members 5d and 5e are members 5f,
The flat plate can be easily formed by bending a flat plate corresponding to a bending of 5 g. Therefore, also in this case, the manufacturing cost can be reduced.
【００６９】このように本実施形態によれば、損失が少
なく、製作コストも少ない吸出し管を提供することがで
きる。As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a suction pipe having a small loss and a small manufacturing cost.
【００７０】［第５の実施形態］次に、図５を参照して
第５の実施形態について説明する。図５は本発明の第５
の実施形態の吸出し管を示す図である。ここで吸出し管
５の曲がり部５ｂの構成は、図４に示した第４の実施形
態のものと同一である。また、本実施形態における吸出
し管上部５ａの構成は、図３に示した第３の実施形態の
吸出し管上部５ａと同一であり、円形断面を有するテー
パー状の第１の拡大部５ａ１と、第２の拡大部５ａ２と
の２つの部分から構成されている。[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
It is a figure showing a suction pipe of an embodiment. Here, the configuration of the bent portion 5b of the suction pipe 5 is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. The configuration of the upper part 5a of the suction pipe in this embodiment is the same as the upper part 5a of the suction pipe of the third embodiment shown in FIG. 3, and includes a first enlarged portion 5a1 having a circular cross section and a tapered shape. And two enlarged portions 5a2.
【００７１】ここで、図５に示すように、第２の拡大部
５ａ２の横方向の側面は、円管を２分することにより得
られた部材５ａ２−１と部材５ａ２−２で構成され、そ
の間は三角形の平板状の部材５ａ２−３と部材５ａ２−
４とにより構成されている。Here, as shown in FIG. 5, the lateral side surface of the second enlarged portion 5a2 is composed of a member 5a2-1 and a member 5a2-2 obtained by dividing a circular pipe into two parts. In the meantime, a triangular plate-shaped member 5a2-3 and a member 5a2-
4.
【００７２】第２の拡大部５ａ２を上記のように分割さ
れた複数の部材により構成することにより、第２の拡大
部５ａ２の製作が容易となり製作コストを低減すること
ができる。By forming the second enlarged portion 5a2 by a plurality of members divided as described above, the production of the second enlarged portion 5a2 becomes easy, and the production cost can be reduced.
【００７３】また、第２の拡大部５ａ２の円断面の半径
と曲がり部５ｂの側面の円断面の半径が必然的に同一と
なるため、吸出し管内の流れに沿って著しい断面形状の
変化が無いため流動損失を低減することができる。Since the radius of the circular cross section of the second enlarged portion 5a2 and the radius of the circular cross section of the side surface of the bent portion 5b are necessarily the same, there is no significant change in the cross sectional shape along the flow in the suction pipe. Therefore, the flow loss can be reduced.
【００７４】［第６の実施形態］次に、図６を参照して
第６の実施形態について説明する。図６は本発明の第６
の実施の形態による吸出し管の製作方法を示す図であ
る。[Sixth Embodiment] Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention.
It is a figure showing a manufacturing method of a suction pipe by an embodiment.
【００７５】本実施形態の吸出し管５の吸出し管上部５
ａおよび曲がり部５ｂの形状寸法は、曲がり部５ｂの垂
直方向断面の横方向幅が一定ではなく下流側に行くに従
って増大するように若干変化している点を除いて、図４
に示した第４の実施形態と同一である。The upper part 5 of the suction pipe 5 of the suction pipe 5 of the present embodiment.
4A and 4B, except that the lateral width of the vertical cross section of the bent portion 5b is not constant but increases slightly toward the downstream side.
Is the same as the fourth embodiment shown in FIG.
【００７６】曲がり部５ｂの両側面は円形断面の直管を
２分割した部材を複数組み合わせて形成されている。図
６において符号５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、…、５ｂ１２
で示す部材は、円形断面の直管を２分割することにより
得られた部材である。The both side surfaces of the bent portion 5b are formed by combining a plurality of members obtained by dividing a straight pipe having a circular cross section into two. 6, reference numerals 5b1, 5b2, 5b3,..., 5b12
The member indicated by is a member obtained by dividing a straight pipe having a circular cross section into two parts.
【００７７】また、曲がり部５ｂの内側面および外側面
は、それぞれ単一の部材５ｂＵおよび部材５ｂＬにより
形成されている。部材５ｂＵおよび部材５ｂＬは、互い
に隣接する部材５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、…、５ｂ１２
間の継ぎ目に対応する部位で折れ曲がっており、複数の
平面から構成されている。The inner surface and the outer surface of the bent portion 5b are formed by a single member 5bU and a single member 5bL, respectively. The member 5bU and the member 5bL are adjacent members 5b1, 5b2, 5b3,.
It is bent at a portion corresponding to the seam between the two and is constituted by a plurality of planes.
【００７８】これらの部材５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、
…、５ｂ１２および５ｂＵ、５ｂＬは、溶接により互い
に接合される。従って、部材５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３、
…、５ｂ１２は、海老の外殻のように、流れ方向に相互
に連結されている。なお、部材５ｂ１〜５ｂ１２の部材
の接断面は、もとの円形断面の直管の管軸と垂直でな
く、傾いている。These members 5b1, 5b2, 5b3,
..., 5b12 and 5bU, 5bL are joined to each other by welding. Therefore, the members 5b1, 5b2, 5b3,
.., 5b12 are interconnected in the flow direction, like the shell of a shrimp. Note that the contact sections of the members 5b1 to 5b12 are not perpendicular to the pipe axis of the straight pipe having the original circular section but are inclined.
【００７９】本実施形態の吸い出し管において、曲がり
部５ｂの入口断面形状は本発明の第３の実施形態と同様
な形状で、曲がり部の内側面および外側面（横方向に互
いに対向する面）の間の距離は、第４の実施形態と同様
に一定なので、第３及び第４の実施形態と同様に、従来
の吸出し管より流動損失を低減できる。また発生する損
失を同程度にするために必要な吸出し管の深さ寸法Ｆも
従来の吸出し管より浅くなり、土木掘削量の低減が可能
となる。In the suction tube of this embodiment, the inlet 5b has the same cross-sectional shape as that of the third embodiment of the present invention, and the inner and outer surfaces of the bent portion (surfaces facing each other in the lateral direction). Is constant as in the fourth embodiment, so that the flow loss can be reduced as compared with the conventional suction pipe, as in the third and fourth embodiments. Further, the depth dimension F of the suction pipe required to make the generated loss approximately the same is smaller than that of the conventional suction pipe, and the amount of civil engineering excavation can be reduced.
【００８０】図９に示すような従来の吸出し管の製作方
法では、個々の部材５ｂ１、５ｂ２、…を形成するため
に、平面に展開した形状を求め、平板からそれらを切り
出し、更に曲げ加工を実施することが必要であったが、
本実施形態においては、円管をを切断した部材と、平板
を折り曲げ加工した部材とを準備するだけでよいので、
製造が容易で、コストの低減および納期の短縮を実現で
きる。特に、部材５ｂＬと５ｂＵには流れ方向と直交す
る折れ線はあるが溶接ビードのような流れと直交する突
起はないため、図８の従来の吸出し管より流動損失は小
さくなる。また、必要となる円管の寸法次第では、市販
の直管を使用することも可能となるため、さらに製造の
容易化、コストの低減および納期の短縮が可能となる。In the conventional method of manufacturing a draft tube as shown in FIG. 9, in order to form the individual members 5b1, 5b2,..., The shapes developed on a plane are obtained, cut out from the flat plate, and further bent. Needed to be implemented,
In the present embodiment, since it is only necessary to prepare a member obtained by cutting a circular tube and a member obtained by bending a flat plate,
It is easy to manufacture, and can reduce costs and delivery time. In particular, since the members 5bL and 5bU have polygonal lines perpendicular to the flow direction but no projections perpendicular to the flow such as welding beads, the flow loss is smaller than that of the conventional suction pipe of FIG. Further, depending on the required size of the circular pipe, a commercially available straight pipe can be used, so that the production can be further facilitated, the cost can be reduced, and the delivery time can be shortened.
【００８１】また本実施形態による構造をとることによ
り、曲がり部５ｂの流路の幅を変化させることができ、
設計の自由度が大きくなるため、第４の実施形態で説明
した構造に比べて適用範囲は広くなる。Further, by adopting the structure according to the present embodiment, the width of the flow path of the bent portion 5b can be changed,
Since the degree of freedom in design is increased, the applicable range is wider than the structure described in the fourth embodiment.
【００８２】[0082]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸出し管の損失低減、製造コストの低減、土木掘削量の
低減等を図ることができ、ひいては低コストで効率の高
い水力機械を提供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to reduce the loss of the suction pipe, reduce the manufacturing cost, reduce the amount of civil engineering excavation, and the like, and thus provide a low-cost and highly efficient hydraulic machine.
【図１】本発明の第１の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第４の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第５の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第６の実施の形態の水力機械の吸出し
管を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a suction pipe of a hydraulic machine according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】従来の水力機械の構成と吸出し管を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional hydraulic machine and a suction pipe.
【図８】従来の吸出し管の製作方法を示す図。FIG. 8 is a view showing a conventional method of manufacturing a draft tube.
【図９】従来の吸出し管の形状を示す図。FIG. 9 is a view showing the shape of a conventional suction pipe.
１ ケーシング ２ 羽根車 ５ 吸出し管 ５ａ 吸出し管上部 ５ｂ 曲がり部 ５ａ１ 吸出し管上部の第１の拡大部（所定領域以外の
領域） ５ａ２ 吸出し管上部の第２の拡大部（所定領域）DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Impeller 5 Suction tube 5a Upper suction tube 5b Bent portion 5a1 First enlarged portion at upper portion of suction tube (region other than predetermined region) 5a2 Second enlarged portion at upper portion of suction tube (predetermined region)
Claims (11)
前記羽根車出口に接続された吸出し管上部と、前記吸出
し管上部に接続されるととともに前記吸出し管内を通る
流体の流れの方向を変化させる曲がり部とを有する水車
又はポンプ水車の吸出し管において、 前記吸出し管のある部位をその管路の軸線方向に垂直な
面で切断して得られる断面をその部位における垂直方向
断面と呼び、かつ、ある垂直方向断面を含む平面と前記
曲がり部の軸線を含む平面とが交わる直線の方向をその
垂直方向断面の縦方向、縦方向に直角な方向をその垂直
方向断面の横方向と呼ぶこととした場合、 前記吸出し管上部のうち少なくとも前記曲がり部との境
界から上流側の所定の範囲における垂直方向断面の断面
積が、前記羽根車出口からの距離が大きくなるに従って
増加しており、かつ、前記所定の範囲における垂直方向
断面の幅の縦方向の増加割合が横方向の増加割合と比較
して少なくなっていることを特徴とする水車又はポンプ
水車の吸出し管。1. An impeller outlet is connected to a water discharge channel.
A suction pipe upper part connected to the impeller outlet, and a suction pipe of a water turbine or a pump turbine having a bent part connected to the suction pipe upper part and changing a direction of a flow of a fluid passing through the suction pipe. A cross section obtained by cutting a part of the suction pipe at a plane perpendicular to the axial direction of the pipe is referred to as a vertical cross section at the part, and the plane including the certain vertical cross section and the axis of the bent portion are If the direction of the straight line that intersects with the plane including the vertical direction of the vertical cross section, and the direction perpendicular to the vertical direction is referred to as the horizontal direction of the vertical cross section, at least the bent portion of the upper part of the suction pipe The cross-sectional area of the vertical section in a predetermined range on the upstream side from the boundary increases as the distance from the impeller outlet increases, and in the predetermined range. Draft tube of water turbine or pump turbine, characterized in that longitudinal rate of increase of the width of the straight cross section is low as compared to the rate of increase in the lateral direction.
直方向断面の縦方向の幅は、前記羽根車出口からの距離
に関わらず一定であることを特徴とする、請求項１に記
載の吸出し管。2. The apparatus according to claim 1, wherein a vertical width of a vertical cross section of the predetermined region in the upper portion of the suction pipe is constant regardless of a distance from the impeller outlet. Draft tube.
における垂直方向断面が、横方向を長軸とし縦方向を短
軸とする楕円形であることを特徴とする、請求項１また
は２に記載の吸出し管。3. A vertical cross section at a boundary between the upper portion of the suction pipe and the bent portion is an ellipse having a major axis in a horizontal direction and a minor axis in a vertical direction. 4. The suction tube according to 1.
における前記垂直方向断面は、横方向に延びる一対の直
線と一対の半円とを組み合わせた輪郭を有する長円形状
を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の
吸出し管。4. The vertical cross section at the boundary between the upper part of the suction pipe and the bent portion has an elliptical shape having a profile obtained by combining a pair of laterally extending straight lines and a pair of semicircles. The draft tube according to claim 1 or 2, wherein:
直方向断面の縦方向の幅は、前記羽根車出口からの距離
に関わらず一定であり、 前記所定領域は、横方向に関して互いに対向する一対の
側面を有し、この一対の側面は、断面が円形の直管を２
分割した部材により形成されていることを特徴とする、
請求項４に記載の吸出し管。5. A vertical width of a vertical cross section of the predetermined region in the upper portion of the suction pipe is constant regardless of a distance from the impeller outlet, and the predetermined regions are opposed to each other in a lateral direction. It has a pair of side surfaces, and the pair of side surfaces is a straight pipe having a circular cross section.
Characterized by being formed by divided members,
The draft tube according to claim 4.
記羽根車出口からの距離に関わらず、横方向に延びる一
対の直線と一対の半円とを組み合わせた輪郭を有する長
円形状を有しており、前記曲がり部のうち前記一対の直
線に対応する部位が縦方向に関して互いに対向する一対
の第１の側面を構成しており、前記曲がり部のうち前記
一対の半円に対応する部位が横方向に関して互いに対向
する一対の第２の側面を構成しており、 前記一対の第１の側面同士の間隔は、前記羽根車出口か
らの距離に関わらず一定であることを特徴とする、請求
項１または２に記載の吸出し管。6. A profile of a vertical cross section of the bent portion has an elliptical shape having a profile obtained by combining a pair of laterally extending straight lines and a pair of semicircles, regardless of a distance from the impeller outlet. And a portion corresponding to the pair of straight lines in the bent portion constitutes a pair of first side surfaces facing each other in the longitudinal direction, and corresponds to the pair of semicircles in the bent portion. The parts constitute a pair of second side surfaces facing each other in the lateral direction, and a distance between the pair of first side surfaces is constant regardless of a distance from the impeller outlet. The draft tube according to claim 1 or 2.
有する管をその軸線方向に沿って分割した部材から形成
されていることを特徴とする、請求項６に記載の吸出し
管。7. The draft tube according to claim 6, wherein the second side surface of the bent portion is formed of a member obtained by dividing a tube having a circular cross section along the axial direction.
加工した部材により形成されていることを特徴とする、
請求項６に記載の吸出し管。8. A first side surface of the bent portion is formed by a member obtained by bending a flat plate.
The draft tube according to claim 6.
羽根車出口からの距離に関わらず横方向に延びる一対の
直線と、前記一対の直線の両端をそれぞれ接続する一対
の曲線とを組み合わせた輪郭を有しており、かつ、前記
曲がり部の前記垂直方向断面の横方向幅は縦方向幅より
大きくなっており、 前記曲がり部のうち前記一対の直線に対応する部位が縦
方向に関して互いに対向する一対の第１の側面を構成し
ており、前記曲がり部のうち前記一対の曲線に対応する
部位が横方向に関して互いに対向する一対の第２の側面
を構成していることを特徴とする、請求項１または２に
記載の吸出し管。9. The vertical cross section of the bent portion is a combination of a pair of straight lines extending in the horizontal direction regardless of a distance from the impeller outlet and a pair of curves respectively connecting both ends of the pair of straight lines. And the horizontal width of the vertical cross section of the bent portion is greater than the vertical width, and the portions of the bent portion corresponding to the pair of straight lines are mutually separated in the vertical direction. A pair of opposing first side surfaces is formed, and portions of the bent portion corresponding to the pair of curves form a pair of second side surfaces opposing each other in the lateral direction. The draft tube according to claim 1 or 2.
を有する管をその軸線に交差する方向に沿って切断する
ことにより得られた複数の部材を接合して形成されてい
ることを特徴とする、請求項９に記載の吸出し管。10. A second side surface of the bent portion is formed by joining a plurality of members obtained by cutting a tube having a circular cross section along a direction intersecting the axis of the tube. The draft tube according to claim 9, characterized in that:
数の折り曲げ線に沿って折り曲げた部材により形成され
ていることを特徴とする、請求項９に記載の吸出し管。11. The suction pipe according to claim 9, wherein the first side surface of the bent portion is formed by a member obtained by bending a flat plate along a plurality of bending lines.
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