JP2011137407A - Water turbine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水車に関するものである。 The present invention relates to a water wheel.
例えば、水車として、フランシス形水車がある。フランシス形水車は、主軸と、主軸の先端に設けられたランナと、ランナの外周側に設けられ、用水を送り込むケーシングと、ランナから放出された用水を導水するドラフトチューブ(吸出管)とを備えている。
また、フランシス形水車は、ランナと共に背圧室を形成する上カバー(前部カバー)と、ランナと共に側圧室を形成する下カバー(後部カバー)とを備えている。この下カバーにドラフトチューブが連結されている。
ランナは、主軸に固定される略円板状のクラウンと、このクラウンのドラフトチューブ側の前面に複数設けられたランナベーンとを有している。
For example, there is a Francis type turbine as a turbine. The Francis-type water turbine includes a main shaft, a runner provided at the tip of the main shaft, a casing provided on the outer peripheral side of the runner, for feeding water, and a draft tube (a suction pipe) for guiding the water discharged from the runner. ing.
The Francis-type water turbine includes an upper cover (front cover) that forms a back pressure chamber together with the runner, and a lower cover (rear cover) that forms a side pressure chamber together with the runner. A draft tube is connected to the lower cover.
The runner has a substantially disc-shaped crown fixed to the main shaft, and a plurality of runner vanes provided on the front surface of the crown on the draft tube side.
ここで、ランナを回転させると背圧室の圧力と側圧室の圧力との間に不均衡が生じ、ランナにスラスト力が作用する。スラスト力が大きくなると、これを受けるスラスト軸受けが大型化してしまうので、スラスト力を小さくするためにさまざまな技術が提案されている。
例えば、背圧室とドラフトチューブとをバランス管を介して接続し、このバランス管に調整弁を設けた技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、背圧室側の高圧の用水がバランス管を介して低圧側のドラフトチューブに流れ込むので、ランナの背圧とランナの出口圧との圧力差を調整弁によって調整することが可能になる。
Here, when the runner is rotated, an imbalance occurs between the pressure in the back pressure chamber and the pressure in the side pressure chamber, and a thrust force acts on the runner. As the thrust force increases, the thrust bearings that receive this increase in size, and various techniques have been proposed to reduce the thrust force.
For example, a technology is disclosed in which a back pressure chamber and a draft tube are connected via a balance pipe, and an adjustment valve is provided on the balance pipe (see, for example, Patent Document 1). According to this, since the high pressure water on the back pressure chamber side flows into the low pressure side draft tube via the balance pipe, the pressure difference between the runner back pressure and the runner outlet pressure can be adjusted by the regulating valve. become.
ところで、スラスト力を低減する手段として、上述の特許文献1の他に、ランナ出口におけるコーンの根元近傍にバランスホールを形成する場合がある。バランスホールは、クラウンの背面とクラウンの前面、つまり、ドラフトチューブ側の面とを連通させるように形成されている。バランスホールによりクラウンの前面に形成された開口部は、クラウンの径方向内側、つまり、クラウンの前面における低圧側に配置されている。バランスホールを形成することにより、バランス管や調整弁を設けることなく、スラスト力を低減することが可能になる。 By the way, as means for reducing the thrust force, in addition to the above-mentioned Patent Document 1, there is a case where a balance hole is formed near the root of the cone at the exit of the runner. The balance hole is formed so that the back surface of the crown communicates with the front surface of the crown, that is, the surface on the draft tube side. The opening formed in the front surface of the crown by the balance hole is arranged on the radially inner side of the crown, that is, on the low pressure side on the front surface of the crown. By forming the balance hole, it becomes possible to reduce the thrust force without providing a balance pipe or an adjustment valve.
しかしながら、バランスホールを形成する場合、このバランスホールからクラウン背面側の用水が前面に流出するので、水車の主流部の流れに悪影響を及ぼす虞がある。すなわち、バランスホールから流出する用水が主流部の流れを乱し、この結果、水車の効率が低下したり水車駆動時の振動や騒音が大きくなったりするという課題がある。
また、部分負荷(例えば、出力50%程度)の場合、用水の流量が少ない分、ランナ出口流れがランナの回転と同方向に強く旋回し、ドラフトチューブ内で水圧脈動、振動、および騒音が発生してしまうという課題がある。
また、スラスト力を低減させるために、バランスホールから流出する流量を増やすと、その漏れた分だけ水車全体の効率が低下してしまうという課題がある。
However, when forming the balance hole, the water on the crown back side flows out from the balance hole to the front surface, which may adversely affect the flow of the mainstream portion of the water turbine. That is, there is a problem that the water flowing out from the balance hole disturbs the flow of the main flow part, and as a result, the efficiency of the water turbine decreases and the vibration and noise during driving of the water turbine increase.
In the case of a partial load (for example, about 50% output), the runner outlet flow strongly swirls in the same direction as the runner rotation due to the low flow rate of water, and water pressure pulsation, vibration, and noise are generated in the draft tube. There is a problem of doing it.
Further, if the flow rate flowing out from the balance hole is increased in order to reduce the thrust force, there is a problem that the efficiency of the entire water turbine is reduced by the amount of leakage.
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、スラスト力を低減しつつ、水車の効率を向上して、水圧脈動、振動、および騒音を低減することができる水車を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a water turbine that can reduce the thrust force, improve the efficiency of the water turbine, and reduce hydraulic pulsation, vibration, and noise. To do.
上記の課題を解決するために、本発明に係る水車は、周方向に複数設けられたランナベーンを有するランナを備え、前記ランナにバランスホールを形成し、このバランスホールは、前記ランナベーンの後縁側に開口部を形成していると共に、この開口部と前記ランナの背面側とを連通していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a water turbine according to the present invention includes a runner having a plurality of runner vanes provided in a circumferential direction, and forms a balance hole in the runner, and the balance hole is formed on a rear edge side of the runner vane. An opening is formed, and the opening is communicated with the back side of the runner.
このように構成することで、ランナ背面側の用水をランナベーンの後縁側から流出させることができる。このため、ランナベーンの壁面に沿って開口部から用水が流出されるので、スラスト力を低減しつつ、主流部の乱れを低減でき、水車駆動時の振動や騒音を抑制することができる。
また、各ランナベーン間を通過する流量が増加するので、部分負荷の場合のドラフトチューブ内での水圧脈動、振動、および騒音を低減することができる。
さらに、ランナベーンの開口部から用水を流出させることにより、この開口部近傍での流れの剥離を防止することができる。このため、水車の翼素効率を高めることが可能になる。
By comprising in this way, the water on the runner back side can be made to flow out from the trailing edge side of the runner vane. For this reason, since irrigation water flows out from the opening along the wall surface of the runner vane, the disturbance of the mainstream portion can be reduced while reducing the thrust force, and vibration and noise during driving of the water turbine can be suppressed.
Further, since the flow rate passing between the runner vanes increases, it is possible to reduce water pressure pulsation, vibration, and noise in the draft tube in the case of partial load.
Furthermore, by causing the water to flow out from the opening of the runner vane, it is possible to prevent separation of the flow in the vicinity of the opening. For this reason, it becomes possible to improve the blade element efficiency of a water turbine.
本発明に係る水車は、前記ランナベーンの負圧面側に前記開口部を形成したことを特徴とする。 The water wheel according to the present invention is characterized in that the opening is formed on the suction surface side of the runner vane.
このように構成することで、バランスホールのランナ背面側と前面側との圧力差を確実に確保することができ、ランナ背面側の圧力を確実に低減できる。このため、確実にスラスト力を低減することが可能になる。
さらに、ランナベーンの負圧面側で生じやすい流れの剥離をより確実に防止して効率を高めることができる。
By comprising in this way, the pressure difference of the runner back side and front side of a balance hole can be ensured reliably, and the pressure of a runner back side can be reduced reliably. For this reason, it becomes possible to reduce thrust force reliably.
Furthermore, it is possible to more reliably prevent the flow separation that is likely to occur on the suction surface side of the runner vane, thereby increasing the efficiency.
本発明に係る水車は、各ランナベーンに、それぞれバランスホールが形成されていることを特徴とする。 The water wheel according to the present invention is characterized in that a balance hole is formed in each runner vane.
このように構成することで、ランナベーン間を通過する流量を確実に増加させることができるので、部分負荷の場合のランナ出口における旋回を抑制してドラフトチューブ内での水圧脈動、振動、および騒音を確実に低減することができる。 By configuring in this way, the flow rate passing between the runner vanes can be reliably increased. It can be surely reduced.
本発明に係る水車は、前記ランナベーンのキャンバーラインにおける前記開口部に対応する箇所の接線と、前記開口部の軸線との間の角度をθとしたとき、前記角度θは、θ≦45°を満たすように設定されていることを特徴とする。 In the water wheel according to the present invention, when the angle between a tangent to the opening in the camber line of the runner vane and the axis of the opening is θ, the angle θ satisfies θ ≦ 45 °. It is set so that it may satisfy | fill.
このように構成することで、開口部から流出される用水をランナベーンの壁面に確実に沿わすことが可能になる。このため、より確実に主流部の乱れを低減でき、水車駆動時の振動や騒音を確実に抑制することができる。 By comprising in this way, it becomes possible to make sure the water which flows out of an opening part follows the wall surface of a runner vane. For this reason, the disturbance of the mainstream part can be reduced more reliably, and vibration and noise during driving of the water turbine can be reliably suppressed.
本発明に係る水車は、前記開口部の形成位置は、前記ランナベーンの後縁端からこのランナベーンの翼弦長の10%以内の範囲に設定されていることを特徴とする。 The water turbine according to the present invention is characterized in that the formation position of the opening is set within a range within 10% of the chord length of the runner vane from the trailing edge of the runner vane.
このように構成することで、バランスホールのランナ背面側と前面側との圧力差を確実に確保することができる。 By comprising in this way, the pressure difference of the runner back side and front side of a balance hole can be ensured reliably.
本発明によれば、ランナ背面側の用水をランナベーンの後縁側から流出させることができる。このため、ランナベーンの壁面に沿って開口部から用水が流出されるので、主流部への影響を低減でき、水車効率を向上しつつ、水車駆動時の振動や騒音を抑制することができる。
また、各ランナベーン間を通過する流量が増加するので、部分負荷の場合のドラフトチューブ内での水圧脈動、振動、および騒音を低減することができる。
さらに、ランナベーンの開口部から用水を流出させることにより、この開口部近傍での流れの剥離を防止することができる。このため、水車の翼素効率を高めることが可能になる。
According to the present invention, the water on the runner back side can be discharged from the rear edge side of the runner vane. For this reason, since irrigation water flows out from the opening along the wall surface of the runner vane, the influence on the mainstream portion can be reduced, and the vibration and noise during driving of the turbine can be suppressed while improving the turbine efficiency.
Further, since the flow rate passing between the runner vanes increases, it is possible to reduce water pressure pulsation, vibration, and noise in the draft tube in the case of partial load.
Furthermore, by causing the water to flow out from the opening of the runner vane, it is possible to prevent separation of the flow in the vicinity of the opening. For this reason, it becomes possible to improve the blade element efficiency of a water turbine.
(水車)
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、水車1の概略構成図である。
同図に示すように、水車1は、所謂フランシス形水車であって、主軸となる回転軸2と、回転軸2の先端に設けられたランナ10と、ランナ10の外周側に設けられて流体である用水Wを送り込むスパイラルケーシング3と、スパイラルケーシング3とランナ10とを接続するスピードリング4とを備えている。
(Water wheel)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a water turbine 1.
As shown in the figure, a water turbine 1 is a so-called Francis-type water turbine, which is a
また、ランナ10の上方(図1における上方、回転軸2の基端側)には上カバー31が設けられている一方、ランナ10の下方(図1における下方、回転軸2の先端側)には下カバー32が設けられている。この下カバー32に、回転軸2と同軸配置されてランナ10から放出された用水Wを導水するドラフトチューブ5が接続されている。回転軸2の基端には、図示しないが発電機が設けられており、回転軸2の回転により発電することが可能となっている。
Further, an
スパイラルケーシング3は渦巻き状に配設されており、断面略円管状に形成されている。そして、この内部が、用水Wが流れる案内流路3aとなっている。案内流路3aは、周方向に下流側へ向かうに従って漸次縮径するように形成されている。また、スパイラルケーシング3には、外部と接続された図示しない用水取込口が設けられているとともに、内周側で環状に開口しスピードリング4と接続された用水送出口3bが設けられている。
The
スピードリング4は略環状に形成されたものであって、内部を案内流路4aとしており、流通する用水Wを整流するためのステーベーン6が設けられている。複数のステーベーン6は、流入する用水Wの流れ角度に合わせて旋回方向に傾くように配設されている。
The speed ring 4 is formed in a substantially annular shape, and has a
また、スピードリング4と、内周側のランナ10との間には、複数枚のガイドベーン7が周方向に沿って複数枚配列している。各ガイドベーン7は、当該ガイドベーン7に設けられた回転軸7aを中心として開放位置と閉塞位置との間で回動可能に構成されている。そして、各ガイドベーン7は、位置調整駆動部7bにより開放位置と閉塞位置との間で回動可能に構成されている。そして、スパイラルケーシング3の内部からランナ10に流入する用水Wの流量を調整することができるようになっている。
A plurality of guide vanes 7 are arranged along the circumferential direction between the speed ring 4 and the
(ランナ)
図2は、ランナ10を下方のドラフトチューブ5の方向から見た下視図である。なお、図2において、説明の便宜上、シュラウド13の図示を省略している。
図1、図2に示すように、ランナ10は、回転軸2に同軸として固定される略円盤状のクラウン11と、このクラウン11の前面11aに複数設けられたランナベーン12と、略環状でクラウン11と対向配置されてランナベーン12と接続されたシュラウド13とを備えている。
(Runner)
FIG. 2 is a bottom view of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
複数のランナベーン12は、放射状に等ピッチで配設され、ランナ10に流入する用水Wの流れ角度に合わせて外周側で旋回方向に傾くように配設されていると共に、内周側に向かうに従って次第に旋回方向への傾きが強くなるように配設されている。そして、クラウン11と、隣り合う二つのランナベーン12と、シュラウド13とによって囲まれる空間を流路14として構成している。すなわち、流路14は、複数枚のランナベーン12によって複数設けられた状態となる。そして、流路14は、径方向に沿って外周側を入口14a、内周側を出口14bとして、外周側から内周側に向かうに従って次第に旋回方向に傾くように形成されている。
The plurality of
また、クラウン11の前面11aは、外周側で回転軸2に直交する平面に概略沿うように形成されているとともに、径方向内周側に向かうに従って次第に回転軸2に沿うように湾曲形成されている。これに対応するように、シュラウド13も湾曲形成されている。このため、流路14は、入口14a側となる外周側から、出口14b側となる内周側に向かうに従って、径方向から軸方向へと向かうように湾曲形成された状態になる。
In addition, the
流路14を流通する用水Wは、ランナベーン12に圧力を作用させることでランナ10を回転させつつ内周側に位置する出口14bから軸方向に沿って放出されて、ドラフトチューブ5へと流入する。また、ランナ10の軸方向先端側には、錐状のコーン8が設けられており、このコーン8によって、ランナ10の流路14から放出される用水Wがドラフトチューブ5へと案内される。
The water W flowing through the
ここで、図3、図4に基づいて、ランナベーン12の形状について詳述する。
図3は、図2のA部拡大図、図4は、ランナ10の横断面図である。
図3、図4に示すように、ランナベーン12は、軸方向平面視略円弧状に形成された流路14の入口14a側に位置する前縁部12aと、出口14b側に位置する後縁部12bと、これら前縁部12a、および後縁部12bを連続した曲面で接続し、湾曲形成された正圧面部12c、および負圧面部12dとを有している。
ランナベーン12は、正圧面部12cと負圧面部12dとによって規定される厚さが、前縁部12aから中央に向かうに従って漸次厚肉となると共に、中央から後縁部12bに向かうに従って漸次薄肉となるように形成されている。
Here, based on FIG. 3, FIG. 4, the shape of the
3 is an enlarged view of a portion A in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
図1〜図4に示すように、このように形成された各ランナベーン12には、この後縁部12b側と、ランナ10のクラウン11、および上カバー31で囲まれた背圧室33とを連通する複数のバランスホール21が形成されている。
すなわち、バランスホール21は、クラウン11の背面11bにおけるコーン8の根元部近傍からランナベーン12のシュラウド13側近傍に至る間に形成された断面円形状の本孔22と、この本孔22からランナベーン12の後縁部12b近傍であって、かつ負圧面部12dに至る間に形成された断面円形状の複数(例えば、この実施形態では4つ)の枝孔23とで構成され、これら本孔22と枝孔23とが連通している。この枝孔23の延在方向はランナベーン12の周りを流れる主流の方向と略一致するように設けることが好ましい。
As shown in FIG. 1 to FIG. 4, each
That is, the
枝孔23は、この軸線C23と、ランナベーン12のキャンバーラインC12における軸線C23と交差する箇所の接線C12’との間の角度θが
θ≦45°・・・(1)
を満たすように形成されている。したがって、枝孔23によりランナベーン12の負圧面部12dに形成された複数(例えば、この実施形態では4つ)の開口部23aは、平面視略楕円形状になっている。
The
It is formed to satisfy. Therefore, a plurality of (for example, four in this embodiment)
また、枝孔23は、各開口部23aの位置がランナベーン12の後縁部12bからランナベーン12の翼弦長Cの10%以内の範囲Xに位置するように形成されている。そして、複数の開口部23aは、ランナベーン12の後縁部12bに沿って並列配置されている。
なお、バランスホール21は、ドリル加工、放電加工、鋳造など、さまざまな手段で形成することが可能である。
Further, the
The
(作用)
次に、図1、図5に基づいて、ランナ10の作用について説明する。
図5は、ランナベーン12間を通過する用水Wの挙動説明図である。
図1、図5に示すように、スパイラルケーシング3を介してランナ10に送り込まれた用水Wにより、ランナ10が回転すると、このランナ10のドラフトチューブ5側で旋回流が発生する。ランナ10の径方向中心、つまり、コーン8の先端側ではコア部Kを形成する。
(Function)
Next, the operation of the
FIG. 5 is an explanatory diagram of the behavior of the water W passing between the runner vanes 12.
As shown in FIGS. 1 and 5, when the
また、ランナ10が回転すると、背圧室33の圧力と、ランナ10のシュラウド13、および下カバー32で囲まれた側圧室34の圧力との間に不均衡が生じ、背圧室33側の圧力は高く、側圧室34側の圧力は低くなる。すなわち、バランスホール21の出口側にあたるランナベーン12の負圧面部12d側と、入口側にあたる背圧室33側とで圧力差が生じる。このため、流路14から背圧室33内に漏れこんだ用水W’がバランスホール21を介して開口部23aから流路14上に流出する(図5参照)。これにより、背圧室33と側圧室34との圧力差の不均衡が低減され、スラスト力が低減される。
Further, when the
ここで、バランスホール21による開口部23aからの用水Wの流出量、つまり、漏れ流量は、スパイラルケーシング3を介してランナ10に送り込まれる用水W(主流部)の約3%以内となるように設定される。つまり、バランスホール21を構成する本孔22、および枝孔23の孔径は、それぞれ漏れ流量が主流部の約3%以内となるように設定される。これは、クラウン11の外周部と上カバー31との間に生じる間隙からの漏れや、シュラウド13と下カバー32との間に生じる間隙からの漏れなどを含め、水車1全体の主流部の流量に対する漏れ流量を5%以内に設定することが望ましいからである。
Here, the outflow amount of the water W from the opening 23 a by the
また、開口部23aを形成している枝孔23は、この軸線C23と、ランナベーン12のキャンバーラインC12における軸線C23と交差する箇所の接線C12’との間の角度θが式(1)を満たすように形成されているので、開口部23aから流出する用水W’は、ランナベーン12の負圧面部12dに沿うように流れる。
このため、主流の流れに沿って用水W’が流出するので、主流の乱れを低減できる。すなわち、枝孔23の軸線C23と接線C12’との間の角度θは、45°より小さいほどよいことになる。
Further, in the
For this reason, since the water W ′ flows out along the mainstream flow, the disturbance of the mainstream can be reduced. That is, the angle θ between the axis C23 of the
なお、従来のようにコーン8の根元部にバランスホールが形成されていると、強い旋回流が発生している部分に旋回方向と異なる速度ベクトルを持った用水W’が流出することになる。このため、この流出した用水が主流に衝突する形となり、主流が不安定になる。これが起因となって水車に騒音や振動が発生してしまう。
If a balance hole is formed at the root of the
そして、開口部23aがランナベーン12の負圧面部12dに形成されているので、この負圧面部12dに用水W’の流れを形成することにより、ランナベーン12の負圧側で生じやすい主流部の剥離が抑制される。
And since the
ここで、流路14の出口14b近傍での用水Wの絶対流速v1は、出口14bにおけるランナ10の周速u1と、ランナベーン12に対する用水Wの相対流速w1とに基づいて決定する(図5参照)。すなわち、部分負荷運転時には、ランナベーン12に対する用水Wの相対流速w1が小さくなり(図5におけるw1’参照)、この分用水Wの絶対流速v1の速度ベクトルがランナ10の回転方向に大きく振れてしまう(図5におけるv1’参照)。換言すれば、用水Wの旋回速度成分が増大してしまう。
Here, the absolute flow velocity v1 of the water W near the
しかしながら、開口部23aから用水W’が流出することにより、流路14を流れる用水Wの流量が僅かに増大し、この結果、ランナベーン12に対する用水Wの相対流速w1を増加させることできる。相対流速w1が増加することにより、絶対流速v1の速度ベクトルが僅かに相対流速w1の速度ベクトル側に向く。このため、部分負荷運転時における主流の旋回速度成分の増大を抑制することができる。
However, when the water W ′ flows out from the
(効果)
したがって、上述の実施形態によれば、ランナ10に、ランナベーン12の後縁部12b側と、背圧室33とを連通する複数のバランスホール21を形成することにより、バランスホール21の開口部23aから流出する用水W’が主流に影響を及ぼすことがなく、水車1駆動時の振動や騒音を抑制することができる。
(effect)
Therefore, according to the above-described embodiment, the opening 23 a of the
また、各ランナベーン12間の流路14を通過する用水Wの流量が増加するので、ランナ出口旋回が抑制され、渦損失が低減する。このため、ドラフトチューブ5内での水圧脈動、振動、および騒音を低減することができる。とりわけ、部分負荷の場合にあっては、流量を増加できる分、ドラフトチューブ5内での水圧脈動、振動、および騒音を確実に低減することができる。
さらに、ランナベーン12の負圧面部12dに開口部23aを形成しているので、負圧面部12dに用水W’の流れが形成され、ランナベーン12の負圧面部12d側での主流部の剥離を抑制することができる。このため、水車1の翼素効率を高めることが可能になる。
Moreover, since the flow volume of the water W which passes the
Furthermore, since the
図6は、縦軸を効率変化量とし、横軸をバランスホール21による漏れ流量とした場合の従来に対する主流の旋回改善効果、および主流部の剥離抑制効果を示したグラフである。
同図に示すように、従来(図6におけるJ1)と比較して、漏れ流量が増加した場合の主流の乱れによる効率低下量の勾配が緩やか(S1)になることが確認できる。
また、従来と比較して、漏れ流量が増加した場合の剥離による効率低下量の勾配が緩やか(H1)になることが確認できる。
FIG. 6 is a graph showing the mainstream swirl improvement effect and the mainstream part separation suppression effect when the vertical axis is the efficiency change amount and the horizontal axis is the leakage flow rate by the
As shown in the figure, it can be confirmed that the gradient of the efficiency reduction amount due to the disturbance of the main flow when the leakage flow rate is increased (S1) as compared with the conventional case (J1 in FIG. 6).
Further, it can be confirmed that the gradient of the efficiency reduction amount due to the separation when the leakage flow rate increases is gentle (H1) as compared with the conventional case.
また、ランナベーン12の負圧面部12dに開口部23aを形成すると共に、この開口部23aの位置がランナベーン12の後縁部12bからランナベーン12の翼弦長Cの10%以内の範囲Xに位置するように形成されている(図4参照)。
このため、開口部23aと背圧室33との圧力差を確実に確保することができ、確実にバランスホール21を介して開口部23aから用水W’を流出させることができる。よって、確実にスラスト力を低減することが可能になる。
An
For this reason, the pressure difference between the opening 23 a and the back pressure chamber 33 can be ensured reliably, and the water W ′ can be reliably discharged from the opening 23 a through the
ここで、図4に示すように、ランナベーン12は、中央から後縁部12bに向かうに従って漸次薄肉となるように形成されているので、後縁部12bに向かうに従ってバランスホール21(枝孔23)の形成が困難になる。しかしながら、開口部23aの位置が翼弦長Cの10%以内の範囲Xにあれば開口部23aと背圧室33との圧力差を確実に確保することができるので、ランナベーン12の形状に応じて開口部23aの位置を変化させることにより、容易にバランスホール21を形成することができる。
Here, as shown in FIG. 4, the
さらに、各ランナベーン12にそれぞれ複数のバランスホール21が形成されているので、ランナベーン12間の流路14を通過する用水Wの流量を確実に増加させることができる。このため、とりわけ部分負荷の場合において、ドラフトチューブ5内での水圧脈動、振動、および騒音を確実に低減することができる。
Furthermore, since the plurality of balance holes 21 are formed in each
そして、バランスホール21の開口部23aを形成している枝孔23は、この軸線C23と、キャンバーラインC12の接線C12’との間の角度θが式(1)を満たすように形成されている。このため、開口部23aから流出する用水W’は、ランナベーン12の負圧面部12dに沿うように流れるので、確実に主流部の乱れを低減でき、水車1駆動時の振動や騒音を確実に抑制することができる。
The
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ランナベーン12の負圧面部12dに開口部23aを形成すると共に、この開口部23aの位置がランナベーン12の後縁部12bからランナベーン12の翼弦長Cの10%以内の範囲Xに位置するように形成されている場合について説明した。しかしながら、バランスホール21の形状はこれに限られるものではなく、開口部23aと背圧室33との圧力差を確保でき、開口部23aから用水W’が流出可能になっていればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
すなわち、開口部23aの形成位置を、ランナベーン12の後縁部12b近傍であって、かつ正圧面部12c側に設定してもよい。さらに、開口部23aの形成位置を、後縁部12bからランナベーン12の翼弦長Cの10%以内の範囲Xよりも前縁部12a側に設定してもよい。この場合、少なくともランナベーン12の中央よりも後縁部12b側に開口部23aを形成することが望ましい。これにより、開口部23aと背圧室33との圧力差を確保できる。
That is, the formation position of the
また、上述の実施形態では、各ランナベーン12にバランスホール21を形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、周方向に等間隔にバランスホール21を形成してもよい。例えば、周方向に隣接する各ランナベーン12のうち、1枚置き、2枚置き、および3枚置きの何れかのランナベーン12にバランスホール21を形成してもよい。
さらに、上述の実施形態では、1枚のランナベーン12に、開口部23aが4つ形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも1つ開口部23aが形成されていればよい。
In the above-described embodiment, the case where the
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where four
そして、上述の実施形態では、バランスホール21の本孔22がクラウン11の背面11bにおけるコーン8の根元部近傍からランナベーン12のシュラウド13側近傍に至る間に形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、本孔22は、ランナ10の背面側の圧力(背圧)と枝孔23とを連通するように形成されていればよい。
また、上述の実施形態では、本孔22や枝孔23の断面を円形状に形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、楕円や長孔、多角形などに形成してもよく、1つ以上のスリットを後縁部12bに沿って形成してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
Moreover, in the above-mentioned embodiment, the case where the cross section of the
1 水車
10 ランナ
11 クラウン
11b 背面
12 ランナベーン
12b 後縁部(後縁)
12d 負圧面部(負圧面)
21 バランスホール
22 本孔
23 枝孔
23a 開口部
33 背圧室
C 翼弦長
C12 キャンバーライン
C12’ 接線
C23 軸線
X 範囲
θ 角度
1
12d Negative pressure surface (negative pressure surface)
21
Claims (5)
前記ランナにバランスホールを形成し、
このバランスホールは、
前記ランナベーンの後縁側に開口部を形成していると共に、この開口部と前記ランナの背面側とを連通していることを特徴とする水車。 A runner having a plurality of runner vanes provided in the circumferential direction;
Forming a balance hole in the runner,
This balance hole
An opening is formed in the rear edge side of the runner vane, and the opening is in communication with the back side of the runner.
前記角度θは、
θ≦45°
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載の水車。 When the angle between the tangent corresponding to the opening in the camber line of the runner vane and the axis of the opening is θ,
The angle θ is
θ ≦ 45 °
The water turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the water wheel is set so as to satisfy.
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