JP2009257094A - 軸流水力機械のランナベーン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ランナベーンの径方向断面図形のキャンバーラインのうちチップ側の部分をランナベーンの表面に向かって凸となる曲線で形成し、かつランナベーンの表面の曲率半径をρp、裏面の曲率半径をρsとしたときに、ρs<ρpとなるように構成する。これにより、チップ端へ偏る流れが抑制されるため、旋回方向速度の変化が従来よりも緩やかになる結果、吸出管の圧力回復を妨げることがなく損失を低減できる。
【選択図】図4
Description
するとこの流水は、ランナベーン4に作用してボス5を回転させることにより発電機を回転させて発電した後、ランナベーン4から流出して吸出管6を通り、下流もしくは下池へと放出される。
この通り抜け流れとランナベーン4およびディスチャージリング8の間の隙間の影響により、ランナベーン出口における流速分布はチップ端7側において乱れやすく、乱れた流れは吸出管6において十分圧力回復を図ることができずに性能低下をもたらす。
そのためランナベーン4とディスチャージリング8間の間隙が存在するこの部位は、キャビテーションが発生しやすく壊食されやすいため、このキャビテーションを抑制することは、性能低下をもたらす損失を低減させることと合わせて、ランナベーン4の延命化を図る上で重要である(例えば、下記特許文献1、2、3を参照)
しかしながら、フィレットを設けることによりキャビテーションの発生を抑制することはできるが、ランナベーン出口の流速分布を適正化することはできず、また別途フィレットを溶接する必要があって製作性も悪化する。
ランナ回転軸と同軸な複数の円筒面によって前記ランナベーンをボス部からチップ部にかけてそれぞれ周方向に切断して複数の周方向断面図形を得るとともに、
これらの周方向断面図形のうち前記ランナベーンの表面および裏面をそれぞれ表す流線を前記ランナベーンの入口端から出口端にかけて周方向に等しい長さに等分し、
各流線のうち周方向に等分された位置同士を径方向に結んだ線に沿って前記ランナベーンを径方向に切断したときに現れる径方向断面図形を見たときに、
前記径方向断面図形のキャンバーラインのうちチップ部側の部分を前記ランナベーンの表面に向かって凸となる曲線で形成し、
かつ前記ランナベーンの表面の曲率半径をρp、裏面の曲率半径をρsとしたときに、
ρs<ρp
となるように構成したことを特徴とする。
まず最初に図1〜図6を参照し、第1実施形態のランナベーンについて説明する。
そして、これらの周方向断面図形のうち、ランナベーン10の表面10aおよび裏面10bをそれぞれ表す曲線をA−A断面の流線とする。
なお、参照符号13で表す流線をボス側流線、同14で表す流線を中央流線、同15で表す流線をチップ側流線とする。
そして、この径方向断面図形を見たときに、ランナベーン10のキャンバーラインCaのうちチップ部12側の部分をランナベーン10の表面10aに向かって凸となる曲線で形成する。
さらに、ランナベーン10の表面10aおよび裏面10bにおいて、ボス側流線13、中央流線14、チップ側流線15の3点を結ぶことで得られる表面10aの曲率半径をρp、裏面10bの曲率半径をρsとしたときに、
ρs<ρp (式 1)
となるように構成する。
これにより、チップ端12側へ偏る流れが抑制されるため、旋回方向速度の変化が従来よりも緩やかになる。
その結果、流れの剥離に伴う吸出管6での圧力回復を妨げることがないから、損失を低減することが可能である。
次に図7および図8を参照し、第2実施形態のランナベーンについて説明する。
L−RB≧0.5×(RT−RB) (式 2)
となるように構成したものである。
このとき、本第2実施形態のランナベーン20は、式2で規定する径方向の範囲において第1実施形態のランナベーン10で説明した形態を実施するものであるから、流速分布の適正化を図ることができ、図8に示したように損失の低減を図ることが可能となる。
次に図9および図10を参照し、第3実施形態のランナベーンについて説明する。
このとき、本第3実施形態のランナベーン30においては、第1実施形態のランナベーン10において説明したような、そのキャンバーラインCaがランナベーン表面10aに向かって凸となる湾曲を持つ部分のランナベーン30の入口端16からの距離lを、
l≦0.8×ls (式 3)
となるように構成したものである。
次に図11を参照し、第4実施形態のランナベーンについて説明する。
1.2TC≦TT≦1.6TC (式 4)
となるように構成したものである。
その結果、流れの剥離に伴う吸出管6における圧力回復を妨げることがないから、損失を低減することが可能である。
次に図12および図13を参照し、第5実施形態のランナベーンについて説明する。
L−RB≧0.8×(RT−RB) (式 5)
で規定される位置Lからチップ端側の最大厚み部19までの曲率半径をρsTとしたときに、
0.5≦(RT−L)/ρsT<1.0 (式 6)
となるように構成されている。
したがって、式6で規定される式範囲内において、本発明の十分な効果を得ることができる。
2 ステー
3 ガイドベーン
4 ランナベーン
5 ボス
6 吸出管
7 チップ端
8 ディスチャージリング
10 第1実施形態のランナベーン
10’ 変形例のランナベーン
10a 表面
10b 裏面
11 ボス端
12 チップ端
13 ボス側流線
14 中央流線
15 チップ側流線
16 入口端
17 出口端
18 キャンバーライン変曲点
19 チップ側最大厚み部
20 第2実施形態のランナベーン
30 第3実施形態のランナベーン
40 第4実施形態のランナベーン
50 第5実施形態のランナベーン
C ランナ回転軸
ρp ランナベーン表面の曲率半径
ρs ランナベーン裏面の曲率半径
TT チップ端厚み
TC 中央厚み
RB ランナ回転軸からボス側流線までの距離
RT ランナ回転軸からチップ側流線までの距離
Ca キャンバーライン
L キャンバーラインが凸となる位置のチップ端からの距離
l キャンバーラインが凸となる位置のランナベーン入口端からの距離
ls 流線上の羽根長さ
Claims (6)
- 軸流水力機械のランナベーンであって、
ランナ回転軸と同軸な複数の円筒面によって前記ランナベーンをボス部からチップ部にかけてそれぞれ周方向に切断して複数の周方向断面図形を得るとともに、
これらの周方向断面図形のうち前記ランナベーンの表面および裏面をそれぞれ表す流線を前記ランナベーンの入口端から出口端にかけて周方向に等しい長さに等分し、
各流線のうち周方向に等分された位置同士を径方向に結んだ線に沿って前記ランナベーンを径方向に切断したときに現れる径方向断面図形を見たときに、
前記径方向断面図形のキャンバーラインのうちチップ部側の部分を前記ランナベーンの表面に向かって凸となる曲線で形成し、
かつ前記ランナベーンの表面の曲率半径をρp、裏面の曲率半径をρsとしたときに、
ρs<ρp
となるように構成したことを特徴とする軸流水力機械のランナベーン。 - 前記径方向断面図形のキャンバーラインは、前記ランナベーンの径方向の中央部とチップ部の間に変曲点を有していることを特徴とする請求項1に記載した軸流水力機械のランナベーン。
- 前記ランナベーンのうちランナ回転軸よりボス部までの径方向の距離をRB、ランナ回転軸よりチップ部までの径方向の距離をRTとしたときに、
前記キャンバーラインのうち前記ランナベーンの表面に向かって凸となる曲線部分は、ランナ回転軸からの径方向の距離をLとするときに、
L−RB≧0.5×(RT−RB)
で規定される範囲にあることを特徴とする請求項1に記載した軸流水力機械のランナベーン。 - 前記ランナベーンの入口端から出口端へと周方向に向かう各流線の長さlsに対し、
前記キャンバーラインのうち前記ランナベーンの表面に向かって凸となる湾曲を持つ部分は、前記ランナベーン入口端からの周方向距離をlとしたときに、
l≦0.8×ls
で規定される範囲にあることを特徴とする請求項1に記載した軸流水力機械のランナベーン。 - 前記ランナベーンのうち径方向の中央部における厚みをTCとし、チップ部における厚みをTTとしたときに、
1.2TC≦TT≦1.6TC
であることを特徴とする請求項1に記載した軸流水力機械のランナベーン。 - 前記ランナベーンのうちランナ回転軸よりボス部までの径方向の距離をRB、ランナ回転軸よりチップ部までの径方向の距離をRTとしたときに、
前記キャンバーラインのうち前記ランナベーンの表面に向かって凸となる曲線部分は、ランナ回転軸からの径方向の距離をLとするときに、
L−RB≧0.8×(RT−RB)
で規定される範囲にあり、
かつ前記ランナベーンのうち位置Lからチップ側の最大厚み部までの曲率半径をρsTとすると、
0.5≦(RT−L)/ρsT<1.0
であることを特徴とする請求項1に記載した軸流水力機械のランナベーン。
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