JP2003065198A

JP2003065198A - 水力機械

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Publication number: JP2003065198A
Application number: JP2001251983A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakamura; 高紀中村; Kotaro Tezuka; 光太郎手塚; Atsushi Murayama; 淳村山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-03-05
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP4846139B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ランナ運転中に発生するキャビテーションを抑
制するとともに、製作面および保守点検面でもその作業
の容易化を図る水力機械を提供する。【解決手段】本発明に係る水力機械は、周方向に沿って
長翼１２と短翼１３を交互に配置する中間翼付ランナ１
４を備えた水力機械において、短翼１３の出口縁辺１５
は、出口縁辺１５とバンド１１との交点と中間翼付ラン
ナ１４の回転中心を通る短翼低部側仮想線１９が出口縁
辺２１とクラウン１０との交点と中間翼付ランナ１４の
回転中心を通る短翼頂部側仮想線２５よりも中間翼付ラ
ンナ１４の回転軸１８に垂直な投影面上で短翼１３の出
口側になるように設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランナの周方向に
配置する長翼の間に短翼を配置する水力機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水力機械、例えばフランシス形ポ
ンプ水車は、図１２に示すように、ランナ１に、その周
方向に向って等間隔にランナベーン２を配置している。

【０００３】このようなランナベーン２の配置に対し、
最近では、流れの整流効果による水車部分負荷特性の改
善およびポンプ流れにおける滑りの減少に伴うポンプ特
性の改善を目的として、例えば図１３に示すように、長
翼３と短翼４を周方向に交互に配置する、いわゆる中間
翼付ランナ５が提案されている。

【０００４】また、この種のランナには、例えば特開昭
６０−５０２７４号公報が知られている。このランナ
は、等角度間隔の内周側ランナベーンの外周側に、内周
側ランナベーンの整数倍となっている外周側ランナベー
ンを持つ構造になっている。

【０００５】また、この種と同じ別のランナには、例え
ば特開昭５７−１２６５６６号公報が知られている。こ
のランナは、ランナクラウンとランナバンドとの間の入
口側流路に複数枚のランナベーンを円周方向に予め定め
られたピッチで配置し、ランナベーンの翼長よりも短
く、かつランナベーンとほぼ平行な１枚以上の中間ベー
ンを配置したものである。

【０００６】このようなランナでは、従来のベーン枚数
の少ないランナにおける入口側の３次元的な水流の乱れ
を抑制することができ、また、ベーン１枚当たりの翼負
荷を少なくさせるとともに、整流効果を向上させて翼負
圧面の圧力低下を防ぎ、動力水から動力への変換効率お
よびキャビテーション性能向上を図ることができるよう
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１３に示
した長翼３と短翼４を交互に配置する中間翼付ランナ５
は、短翼４が長翼３に対して翼長が短いことを除けば長
翼３とほぼ同じ形状であると考えられる。このため、図
１４に示すように、長翼３と短翼４では翼長が異なり、
翼面まわりの循環の強さΓａ，Γｂも異なる。すなわ
ち、長翼３と短翼４では、作用面の圧力と反作用面の圧
力との差によって決定される翼負荷が異なるため、翼面
周りに生じる渦度分布が異なる。したがって、ランナへ
流入する水流Ｗの流れが同一であっても、翼近傍の局所
的な水流Ｗ１，Ｗ２の翼への流入角度αａ，αｂは長翼
３と短翼４によって当然異なる。特に、短翼では翼長が
短いために作用面に十分な圧力が作用しないことが考え
られ、これによって循環Γｂが弱くなるために短翼４の
入口近傍での局所的な水流Ｗ２の流入角度αｂが長翼３
の入口近傍での局所的な水流Ｗ１の流入角度αａよりも
小さくなることが考えられる。そして翼への流入角度が
小さい場合、作用面側の翼入口近傍でキャビテーション
ＣＡＶが発生し易くなり、これが著しい場合、翼入口で
大きな流れの剥離が生じ、性能低下の原因にもなりう
る。

【０００８】図１５は従来の中間翼付きランナ５をラン
ナ出口下方側から鉛直上向きに見たものである。なお、
以下で単に「ランナ入口」もしくは「ランナ出口」等と
記すときは水車運転時の入口、出口をそれぞれ示すもの
とする。すなわち、「ランナ入口側」、「ランナ出口
側」はポンプ運転時にはそれぞれ水流の出口側、入口側
となる。中間翼付きランナ５の短翼４のクラウン６側と
バンド７側を繋ぐ出口縁辺８ａは、長翼３の出口縁辺８
ｂと同様に、内周側から外周側に中間翼付きランナ５の
回転中心となる回転軸９の中心Ｏから放射状に延びてい
る。このため、短翼４の翼長は、クラウン６側からバン
ド７側にかけて長翼３に対して一律短くなっている。つ
まり、長翼３と短翼４のそれぞれの出口縁辺８ａ，８ｂ
の延長線は図１５における中心Ｏで角度θをもって交わ
るように構成されており、換言すれば、中間翼付ランナ
５の回転軸に垂直な投影面上では、中間翼付きランナ５
の回転中心と長翼３、短翼４出口のクラウン６側端部と
を結んだ直線上にそれぞれの翼の出口縁辺８ａ，８ｂが
配置されている。この場合、長翼３の翼長に対する短翼
４の翼長の比は、クラウン６側よりもバンド７側の方が
小さくなる。短翼４の翼長は、相対的にクラウン６側よ
りもバンド７側で短くなり、このことによって水車運転
時には、特にバンド７側では図１４で示した短翼入口部
でのキャビテーションＣＡＶが発生しやすくなる。また
ポンプ運転時には、短翼４の翼長が相対的に短いために
長翼３のバンド７側でかなりの負荷がかかる。

【０００９】また、従来、フランシス形ポンプ水車ラン
ナは、強度面、製作面およびコストの観点から、その翼
厚は入口側から出口側まで等肉厚になっている。これに
合わせて中間翼付ランナ５の短翼４も長翼３と同じ等肉
厚構造になっていることもある。通常のランナよりも翼
の枚数が多くなる中間翼付ランナ５では、翼枚数の増加
や等翼肉厚構造に伴って翼間流路が狭くなる。翼間流路
が狭くなると、最高効率点よりも過負荷側で運転を行う
際には水の流速が大きくなることによって摩擦増加等に
よって効率が低下する、いわゆる水車過負荷側特性の低
下が起き、また流路の狭まりにより製作面・保守点検面
で、その作業性に種々不都合・不具合を来している。

【００１０】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、ランナの運転中に発生するキャビテーショ
ンを抑制するとともに、製作面および保守点検面でもそ
の作業の容易化を図る水力機械を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水力機械
は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、周方向に沿って長翼と短翼を交互に配置する中
間翼付ランナを備えた水力機械において、前記短翼の出
口縁辺は、該出口縁辺とバンドとの交点と前記中間翼付
ランナの回転中心を通る短翼低部側仮想線が該出口縁辺
とクラウンとの交点と前記中間翼付ランナの回転中心を
通る短翼頂部側仮想線よりも前記中間翼付ランナの回転
軸に垂直な投影面上で前記短翼の出口側になるように設
けてなるものである。

【００１２】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項２に記載したように、周方
向に沿って長翼と短翼を交互に配置する中間翼付ランナ
を備えた水力機械において、前記長翼の出口縁辺は、該
出口縁辺とバンドとの交点と前記中間翼付ランナの回転
中心を通る長翼低部側仮想線が該出口縁辺とクラウンと
の交点と前記中間翼付ランナの回転中心を通る長翼頂部
側仮想線よりも前記中間翼付ランナの回転軸に垂直な投
影面上で前記長翼の出口側になるように設けてなるもの
である。

【００１３】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項３に記載したように、周方
向に沿って長翼と短翼とを交互に配置する中間翼付ラン
ナを備えた水力機械において、前記短翼の翼厚みが最大
となる位置を、前記短翼の入口から出口のまでの翼長の
半分よりも前記入口側に設定したものである。

【００１４】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項４に記載したように、周方
向に沿って長翼と短翼とを交互に配置する中間翼付ラン
ナを備えた水力機械において、前記短翼の翼厚みを、前
記短翼と該短翼の作用面側に隣り合う長翼との重なり間
において、該長翼の翼厚みよりも小さく形成したもので
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水力機械の実
施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明す
る。

【００１６】図１および図２は、フランシス形ポンプ水
車を一例に採った本発明に係る水力機械の第１実施形態
を示す概略図である。なお、図１は、本発明に係る水力
機械における中間翼付ランナを示す概略半分子午断面部
分図である。また、図２は、図１のＡ矢視方向から見た
一部切欠部分図である。

【００１７】本実施形態に係る水力機械、例えばフラン
シス形ポンプ水車は、両端をクラウン１０とバンド１１
で支持させ、その周方向に向って長翼１２と短翼１３を
交互に配置した中間翼付ランナ１４になっている。

【００１８】この中間翼付ランナ１４は、短翼１３にお
ける出口縁辺１５のバンド１１側およびクラウン１０側
のそれぞれの交点を１６，１７としたとき、バンド１１
側の交点１７の位置が短翼１３の出口側に移動されてお
り、バンド１１側の交点１７と回転軸（主軸）１８の中
心Ｏとを結ぶ短翼低部側仮想線２０がクラウン１０側の
交点１６と回転軸１８の中心Ｏとを結ぶ短翼頂部側仮想
線１９よりも、回転軸に垂直な投影面上で角度θａだけ
短翼１３の出口側になるように構成されている。

【００１９】すなわち、本実施形態では図２に示すよう
に、この中間翼付ランナ１４をランナ出口下方側から鉛
直上向きに見た場合、短翼１３の出口縁辺１５は、ラン
ナ１４の中心から放射状に配置されておらず、出口縁辺
１５の延長線が回転軸１８の中心Ｏを通らないようにな
っている。そして、この出口縁辺１５はそのクラウン１
０側の端部となる交点１６側よりも、バンド１１側の端
部となる交点１７側が短翼１３の出口側に張り出した形
状となっており、図１５に示した従来の中間翼付ランナ
５と比較して、短翼１３のバンド１１側が長くなってい
る。

【００２０】図３は、図１５に示す従来の中間翼付ラン
ナ５の短翼４と長翼３について、その水車運転時のバン
ド７側での翼回りの圧力分布を示すグラフである。な
お、図中、破線は短翼４の圧力分布を、また、実線は長
翼３の圧力分布を、それぞれ示している。ここで、短翼
４、長翼３に対して、上側にある線がそれぞれ作用面
（すなわち、正圧面）の圧力分布を示しており、下側の
線が反作用面（負圧面）の圧力分布を示している。そし
て、この作用面と反作用面の圧力差を各翼の入口側から
出口側にかけて積分したものがこの位置（バンド７側）
における短翼、長翼それぞれの翼負荷を示していること
になる。

【００２１】図３によれば、図１５に示す従来の中間翼
付ランナ５を水車運転した場合、バンド７側では、その
入口側で長翼３と短翼４の圧力差が著しく異なる。ま
た、短翼４の入口部では、作用面の圧力が反作用面の圧
力を下回っており、有効な負荷を受けていないことがわ
かる。特に、入口部の作用面側に低圧部が存在するた
め、水車の運転状態の変動によって短翼４の作用面の入
口部にキャビテーションが発生することも考えられ、短
翼４のキャビテーション性能が低下していることがわか
る。

【００２２】一方、図４は図１および図２に示した本実
施形態の中間翼付ランナ１４について、図３と同様にそ
の長翼１２と短翼１３の水車運転時のバンド１１側での
翼回りの圧力分布を示すグラフである。ここで、図４に
おいても、図３と同様に、実線が長翼１２の圧力分布を
示し、破線が短翼１３の圧力分布を示している。

【００２３】図４と図３とを比較すると、図４では、短
翼１３の入口側で作用面と反作用面の圧力差が大きくな
り、長翼１２のそれとほぼ同様になっていることがわか
る。また、バンド１１側で短翼１３の長さが延びたこと
によって翼負荷が増し、逆に長翼１２の翼負荷は低減さ
れており、長翼１２、短翼１３ともほぼ等しい翼負荷で
有効に仕事をしていることがわかる。さらに、長翼１２
の翼負荷が低減されていることから、高揚程側（小流
量）でのポンプ運転時に長翼１２の出口側（つまり、ポ
ンプ運転時の水流の入口側）でのキャビテーション性能
を改善することもできる。

【００２４】また、短翼１３が出口側に延長されて、短
翼１３の負荷が増したことで、短翼１３の入口側で作用
面の圧力が反作用面の圧力を下回るような現象は起こら
なくなっている。これは、短翼１３の負荷が増したこと
で短翼１３周りの循環が強くなり入口側で水が十分な角
度で流入するようになっているためと考えられ、これに
よって短翼１３のキャビテーション特性が良好になって
いる。

【００２５】図５は、図１５に示した従来の中間翼付ラ
ンナ５と図２に示した本実施形態に係る中間翼付ランナ
１４とについて、水車運転時の落差と水車出力による運
転範囲を対比して示した図である。ここで、これらの水
車においては、落差ＨｔｍｉｎからＨｔｍａｘの間で、
その際の最高出力がＰｔｍａｘ以下となるように運転さ
れるものであり、実線および破線で示された曲線は、本
実施形態の中間翼付ランナ１４を用いた水車と、図１５
として示した従来の中間翼付ランナ５を用いた水車のキ
ャビテーション発生限界をそれぞれ表しており、これら
の線で囲まれた範囲で水車の運転ができることを表して
いる。つまり、図５より明らかなように、本実施形態の
中間翼付ランナ１４を用いた水車では、運転可能な全て
の落差に対してキャビテーション発生限界がより低出力
側となっており、運転範囲がより広まっていることが判
る。すなわち上述したように、本実施形態を用いると低
出力の運転であっても十分な翼負荷を中間翼付ランナ１
４の短翼１３に与えるため、十分な強さの翼回りの循環
を得ることができ、翼入口での短翼１３への水の局所的
な流入角度を大きく取ることができるので、キャビテー
ションを発生させずに短翼１３に有効な仕事をさせるこ
とができる。

【００２６】さらに、中間翼付ランナ１４全体として、
従来の中間翼付ランナとその翼負荷を同一にするなら
ば、翼負荷のバランスを考えると短翼１２のクラウン１
０側を従来の中間翼付ランナよりも短くすることもで
き、製作面・保守点検面での作業性を向上させることが
できる。

【００２７】なお、図２に示した本実施形態に係る中間
翼付ランナ１４では、短翼１３の出口縁辺１５をバンド
１１側からクラウン１０側に亘って直線にしているが、
滑らかな曲線にしてもよい。短翼１３の出口縁辺１５を
滑らかな曲線にし、さらにθａの角度を調整すると、短
翼１３の翼負荷を微調整ができ、キャビテーション性能
などを最適に設定することができる。また、このように
すると、長翼１２と短翼１３とで形成される流路幅がバ
ンド１１側からクラウン１０側に亘って微調整できるの
で、水車運転時の中間翼付ランナ１４の出口流れを均一
化できる利点がある。

【００２８】このように、本実施形態は、短翼１３の出
口縁辺１５のクラウン１０側交点１７と回転軸１８の中
心Ｏを結ぶ短翼頂部側仮想線１９に対して、短翼１３の
出口縁辺１５のバンド１１側交点１６と回転軸１８の中
心Ｏを結ぶ短翼低部側仮想線２０が、ランナの回転軸に
垂直な投影面上で角度θａだけ短翼１３の出口側に張り
出すように短翼１３の出口縁辺１５を設けているので、
キャビテーション性能を向上させ、長翼１２と短翼１３
の負荷の均一化を図ることができる。また、このような
構成とすることで、長翼１２と短翼１３の間の流路幅を
微調整できるので、保守点検等の作業を容易にすること
も可能となる。

【００２９】図６は、フランシス形ポンプ水車を一例に
採った本発明に係る水力機械の第２実施形態を示す概略
図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分に
は同一符号を付す。

【００３０】本実施形態に係る水力機械、例えばフラン
シス形ポンプ水車の中間翼付ランナ１４は、長翼１２に
おける出口縁辺２１のバンド１１側およびクラウン１０
側のそれぞれの交点２２，２３としたとき、バンド１１
側の交点２３の位置が長翼１２の出口側に移動されてお
り、バンド１１側の交点２２と回転軸（主軸）１８の中
心Ｏとを結ぶ長翼低部側仮想線２４が、クラウン１０側
の交点２３と回転軸１８の中心Ｏとを結ぶ長翼頂部側仮
想線２５よりも、回転軸に垂直な投影面上で角度θｂだ
け長翼１２の出口側になるように構成されている。

【００３１】すなわち、本実施形態では図６に示すよう
に、この中間翼付ランナ１４をランナ出口下方がわから
鉛直上向きに見た場合、長翼１２の出口縁辺２１は、ラ
ンナ１４の中心から放射状には配置されておらず、出口
縁辺２１の延長線が回転軸１８の中心Ｏを通らないよう
になっている。そして、この出口縁辺２１はそのクラウ
ン１０側の端部となる交点２３側よりも、バンド１１側
の端部となる交点２２側が長翼１２の出口側に張り出し
た形状となっており、図１５に示した従来の中間翼付ラ
ンナ５と比較して、長翼１２のバンド１１側が長くなっ
ている。

【００３２】図７は、図１５に示す従来の中間翼付ラン
ナ５の長翼３と本実施形態の中間翼付ランナ１４の長翼
１２と短翼１３について、ポンプ運転時のバンド７側で
の翼回りの圧力分布を示すグラフである。なお、図中、
実線は本実施形態を適用した長翼１２の圧力分布を、破
線は短翼１３の圧力分布を示し、一点鎖線は図１５に示
す従来の中間翼付ランナ５の長翼３の圧力分布を示して
いる。ここで、本図においても図３および図４と同様
に、各翼の圧力分布に対して、上側にある線が作用面
（正圧面）の圧力分布を示し、下側にある線が反作用面
（負圧面）の圧力分布を示しており、作用面と反作用面
の圧力差を入口側から出口側まで積分したものがこの位
置（バンド１１側）における翼負荷を示していることに
なる。

【００３３】図７に示したように、本実施形態の長翼１
２では、従来の長翼よりもバンド１１側の翼長が出口側
（ポンプ運転時の水流の入口側）に延長されているため
に、出口部（ポンプ運転時の水流の入口部）での翼負荷
を従来の長翼よりも低減できることがわかる。そしてこ
のことによって、高揚程でのポンプ運転特性を向上させ
ることができ、ポンプ運転時の逆流限界を小流量側に移
行させて運転の安定化を図ることができる。

【００３４】図８は、フランシス形ポンプ水車を例に採
った本発明に係る水力機械の第３の実施形態を示す一部
切欠部分断面図である。

【００３５】本実施形態に係る中間翼付ランナ１４は、
短翼１３の翼厚みＴｂが最大翼厚Ｔｂｍａｘとなる位置
を短翼１３の入口ＩＮから出口ＥＸまでの翼長Ｌの半分
Ｌ／２よりも入口ＩＮ側に設定したものである。そし
て、短翼１３は最大翼厚Ｔｂｍａｘの位置から入口ＩＮ
側、出口ＥＸ側に滑らかにその翼厚みＴｂが減少するよ
うに構成されている。ここで、最大翼厚Ｔｂｍａｘの位
置から入口ＩＮ側にかけては、翼厚みＴｂを最大翼厚Ｔ
ｂｍａｘのままとすることもできる。

【００３６】長翼１２、および短翼１３の厚みは、それ
ぞれ作用面と反作用面の圧力差で決まる翼負荷によって
受ける力に耐えられるように決定されるが、短翼１３に
作用する翼負荷は長翼１２のそれよりも小さくなるた
め、短翼１３の翼厚みＴｂを長翼１２の翼厚みと同一に
しなくてもよい場合が多い。そして、このとき、本実施
形態のような構成とすることで、短翼１３の出口ＥＸ側
において、長翼１２と短翼１３とで形成される翼間流路
２６の幅を広く取ることができる。

【００３７】一般に、流路による摩擦損失はその流路を
流れる水の流速の２乗に比例することが知られており、
本実施形態によって翼間流路２６の幅を広く取ると翼間
流路２６での水の流速が小さくなり、翼間流路２６での
摩擦損失を低減することができるので、効率を向上させ
ることができる。

【００３８】このように、本実施形態は、中間翼付ラン
ナ１４の短翼１３の翼厚Ｔｂが最大翼厚Ｔｂｍａｘとな
る位置を、短翼１３の入口ＩＮから出口ＥＸまでの翼長
Ｌの半分Ｌ／２よりも入口ＩＮ側に設定するので、長翼
１２と短翼１３とで形成される翼間流路２６の幅を広く
することができ、翼間流路２６での摩擦損失を低減させ
ることができる。

【００３９】図９は、フランシス形ポンプ水車を一例に
採った本発明に係る水力機械の第４の実施形態を示す一
部切欠部分断面図である。

【００４０】本実施形態に係る中間翼付ランナ１４は、
短翼１３と短翼１３の作用面側（正圧面側）に隣り合う
長翼１２とが翼長方向に重なり合うＡからＢまでの重な
り間Ａ−Ｂにおいて、短翼１３の翼厚みＴｂを長翼１２
の翼厚みＴａよりも小さくなるようにしたものである。
この場合、さらに短翼１３の出口ＥＸ側に向かってはそ
の翼厚Ｔｂを漸次小さくするとよい。

【００４１】このように、本実施形態は、長翼１２と短
翼１３との翼長方向の重なり間Ａ−Ｂで短翼１３の翼厚
みＴｂを長翼１２の厚みＴａよりも小さくして翼間流路
２６の幅を広げるので、翼間流路２６での摩擦損失を低
減させることができる。さらに翼間流路２６の拡大によ
り中間翼付ランナ１４の製作時や保守点検時の作業性も
向上する。

【００４２】第３の実施形態および第４の実施形態で
は、短翼１３の翼厚みＴｂが最大翼厚Ｔｂｍａｘとなる
位置から短翼１３の出口ＥＸにかけて漸次小さくなるよ
うに構成しているが、短翼１３の翼厚みＴｂの大きさは
次のようするとよい。

【００４３】図１０は本発明に係る水力機械の第３の実
施形態もしくは第４の実施形態における中間翼付ランナ
１４の水車運転時の中央流線上での翼面圧力分布を示す
線図である。また、図１１はこの中間翼付ランナ１４の
中央流線上の長翼１２と短翼１３の翼厚みを説明するた
めに用いた一部切欠部分断面図である。

【００４４】図１０および図１１に示したように、長翼
１２の入口ＩＮ側から距離Ｌだけ離れた位置における作
用面（正圧面）と反作用面（負圧面）との圧力差ΔＰａ
と、短翼１３の入口ＩＮ側から同様に距離Ｌだけ離れた
位置における同様な圧力差ΔＰｂとを比較すると、どの
位置においても短翼１３の圧力差ΔＰｂが長翼１２の圧
力差ΔＰａよりも小さいことがわかる。すなわち、各位
置において短翼１３に作用する力は同じ位置で長翼１２
に作用する力より小さくなるため、この圧力差ΔＰａ，
ΔＰｂと長翼１２の翼厚みＴａに基づいて短翼１３の翼
厚みＴｂとの間にはある関係が存在する。すなわち、こ
の場合、短翼１３の翼厚みＴｂが例えば次式を満たすと
よい。

【００４５】

【数１】Ｔｂ≧α×（ΔＰｂ／ΔＰａ）×Ｔａ …（１）ここで、αは落差や応力等の強度面から決定される係数
である。

【００４６】このようにすると、短翼１３の翼厚みＴｂ
が、その翼負荷ΔＰｂに基づいて最大翼厚Ｔｂｍａｘと
なる位置から短翼１３の出口ＥＸにかけて漸次小さくな
るような形状となる。

【００４７】ここで、（１）式を用いて積極的に翼厚み
Ｔｂを決定するのであれば、圧力差ΔＰａ，ΔＰｂにつ
いては、ある形状の長翼１２、短翼１３についての値を
用い、このときの短翼１３の形状から（１）式を用いて
翼厚みＴｂを修正するなどとすれば、よりよい短翼１３
の形状を得ることが可能になる。このようにして翼厚み
Ｔｂを積極的に決定しようとする場合、翼厚みＴｂを修
正することによって圧力差ΔＰｂ，ΔＰａも多少変化す
るが、電子計算機を用いた数値シミュレーションによっ
て圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを求め、これから得られた翼厚
みＴｂを用いて再度圧力差ΔＰａ，ΔＰｂを算出するな
どして反復計算を行い、翼厚みＴｂを決定すれば最適な
翼形状を得ることも可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る水力
機械は、中間翼付ランナの長翼と短翼との翼幅を長くす
ることにより、長翼と短翼との翼負荷の差を少なくさせ
ることができ、短翼の水車入口キャビテーションと流れ
の剥離を抑制する一方、長翼のポンプ高揚程運転時、逆
流限界を小流量側に移行させて安定運転を維持すること
ができる。

【００４９】また、本発明に係る水力機械は、中間翼付
ランナの長翼と短翼との流路幅を拡げることにより、水
力効率をより一層向上させることができ、さらに製作面
・保守点検面でその作業性を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水力機械における中間翼付ランナ
を示す概略半分子午断面部分図。

【図２】図１のＡ矢視方向から見た一部切欠部分図。

【図３】従来の中間翼付ランナの長翼および短翼のそれ
ぞれの作用面および反作用面に加わる圧力分布線図。

【図４】本発明に係る水力機械における中間翼付ランナ
の長翼および短翼のそれぞれの作用面および反作用面に
加わる圧力分布線図。

【図５】従来の中間翼付ランナと本発明に係る中間翼付
ランナとの各入口におけるキャビテーション特性を対比
させた線図。

【図６】本発明に係る水力機械の第２実施形態を示す概
略図。

【図７】従来の中間翼付ランナの長翼の作用面および反
作用面に加わる圧力分布と、本発明に係る中間翼付ラン
ナの長翼の作用面および反作用面に加わる圧力分布とを
対比させた線図。

【図８】本発明に係る水力機械の第３実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図９】本発明に係る水力機械の第４実施形態を示す一
部切欠部分断面図。

【図１０】本発明に係る水力機械の第５実施形態におい
て、中間翼付ランナの水車運転時、中央流線上の翼面圧
力分布を示す線図。

【図１１】本発明に係る水力機械の第５実施形態におい
て、中間翼付ランナの中央流線上の長翼と短翼の翼厚み
を説明するために用いた一部切欠部分断面図。

【図１２】従来の中間翼付ランナを示す概略図。

【図１３】従来の中間翼付ランナの入口付近における水
流の流れを説明するために用いた図。

【図１４】従来の中間翼付ランナをランナ出口下方側か
ら鉛直上向きに見た図。

【図１５】従来のポンプ水車ランナを示す概念図。

【符号の説明】

１ランナ２ランナベーン３長翼４短翼５中間翼付ランナ６クラウン７バンド８ａ，８ｂ出口縁辺９回転軸１０クラウン１１バンド１２長翼１３短翼１４中間翼付ランナ１５出口縁辺１６，１７交点１８回転軸１９短翼低部側仮想線２０長翼低部側仮想線２１出口縁辺２２，２３交点２４長翼頂部側仮想線２５短翼頂部側仮想線２６流路２７，２７ａ，２７ｂ作用面２８，２８ａ，２８ｂ反作用面２９入口

フロントページの続き (72)発明者村山淳神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 3H072 AA07 AA17 BB06 BB20 BB31 BB33 CC44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向に沿って長翼と短翼を交互に配置
する中間翼付ランナを備えた水力機械において、前記短
翼の出口縁辺は、該出口縁辺とバンドとの交点と前記中
間翼付ランナの回転中心を通る短翼低部側仮想線が該出
口縁辺とクラウンとの交点と前記中間翼付ランナの回転
中心を通る短翼頂部側仮想線よりも前記中間翼付ランナ
の回転軸に垂直な投影面上で前記短翼の出口側になるよ
うに設けてなることを特徴とする水力機械。
【請求項２】周方向に沿って長翼と短翼を交互に配置
する中間翼付ランナを備えた水力機械において、前記長
翼の出口縁辺は、該出口縁辺とバンドとの交点と前記中
間翼付ランナの回転中心を通る長翼低部側仮想線が該出
口縁辺とクラウンとの交点と前記中間翼付ランナの回転
中心を通る長翼頂部側仮想線よりも前記中間翼付ランナ
の回転軸に垂直な投影面上で前記長翼の出口側になるよ
うに設けてなることを特徴とする水力機械。
【請求項３】周方向に沿って長翼と短翼とを交互に配
置する中間翼付ランナを備えた水力機械において、前記
短翼の翼厚みが最大となる位置を、前記短翼の入口から
出口のまでの翼長の半分よりも前記入口側に設定したこ
とを特徴とする水力機械。
【請求項４】周方向に沿って長翼と短翼とを交互に配
置する中間翼付ランナを備えた水力機械において、前記
短翼の翼厚みを、前記短翼と該短翼の作用面側に隣り合
う長翼との重なり間において、該長翼の翼厚みよりも小
さく形成したことを特徴とする水力機械。