JP2016061151A - Guide vane for hydraulic machine and repairing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a guide vane for a hydraulic machine that can ensure reliability in strength and effectively reduce operational losses.SOLUTION: A guide vane 3 according to the present embodiment includes: a blade body 20 that forms a camber line; an outlet-side connection point 21 provided at an edge of the outlet side of an outer circumferential face of the blade body 20 during a water turbine operation, the connection point coming into contact with an inner circumferential face of another adjacent guide vane during fully-closed state; and an outlet-side portion 22 provided at the outlet-side from the outlet-side connection point 21. In a cross-sectional view, an inner circumferential intersection point 24 is provided at which a straight line extending so as to be orthogonal from the outlet-side connection point 21 to the camber line CL intersects with an inner circumferential face of the blade body 20. In an inscribed circle X inscribed on an outer and inner circumferential faces of the blade body 20 at the outlet-side connection point 21 and the inner circumferential intersection point 24 respectively, a tip point 22D of the outlet-side portion 22 is located outside of the inscribed circle X, and located closer to an axis side of runner from an extension line L1 towards the outlet-side portion side of the camber line.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明の実施の形態は、水力機械のガイドベーン及びその改修方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to a guide vane for a hydraulic machine and a method for repairing the same.

水力機械としての一般的なフランシスポンプ水車では、水車運転時に、水がケーシングからステーベーン及びガイドベーンを通ってランナに流れ込み、その水流によってランナが回転駆動され、主軸を介して発電機が回転駆動される。ランナを回転駆動した水は、吸出し管を経て放水路へと流出する。一方、ポンプ運転時には、発電機が電動機として作動し、ランナが水車運転時とは逆方向に回転駆動されることで、下池の水を吸い上げる。このとき、下池からの水は、吸出し管を通り、ランナを経て、ガイドベーン、ステーベーン、及びケーシングを通り、上池に揚水される。   In a typical Francis pump turbine as a hydraulic machine, when the turbine is in operation, water flows from the casing through the stay vane and the guide vane to the runner, and the runner is rotationally driven by the water flow, and the generator is rotationally driven through the main shaft. The The water that rotationally drives the runner flows out into the water discharge channel through the suction pipe. On the other hand, during the pump operation, the generator operates as an electric motor, and the runner is driven to rotate in the direction opposite to that during the water turbine operation, thereby sucking up the water in the lower pond. At this time, water from the lower pond passes through the suction pipe, passes through the runner, passes through the guide vane, the stay vane, and the casing, and is pumped to the upper pond.

図９には、水車運転時における水流の様子が矢印で示され、図１０には、ポンプ運転時における水流の様子が矢印で示されている。図９及び図１０において、符号３０は一般的なフランシスポンプ水車に設けられたガイドベーンを示し、符号４０は一般的なフランシスポンプ水車に設けられたステーベーンを示している。   In FIG. 9, the state of the water flow during the water turbine operation is indicated by an arrow, and in FIG. 10, the state of the water flow during the pump operation is indicated by an arrow. 9 and 10, reference numeral 30 indicates a guide vane provided in a general Francis pump turbine, and reference numeral 40 indicates a stay vane provided in the general Francis pump turbine.

図９及び図１０に示すように、一般的なフランシスポンプ水車では、ガイドベーン３０及びステーベーン４０がそれぞれ、ランナの周方向に間隔を空けて複数設けられている。このうち、ガイドベーン３０のそれぞれは、図示省略する回動軸に連結され、当該回動軸を中心に回動可能とされている。これにより、ガイドベーン３０は、回動軸周りに回動されることで、その開度を調整することが可能となっている。なお、ガイドベーン３０に連結される回動軸は、ランナ４を軸線方向の両側から覆う上カバーと下カバーとに支持されている。   As shown in FIGS. 9 and 10, in a general Francis pump turbine, a plurality of guide vanes 30 and stay vanes 40 are provided at intervals in the circumferential direction of the runner. Among these, each of the guide vanes 30 is connected to a rotation shaft (not shown) and is rotatable about the rotation shaft. Thereby, the opening degree of the guide vane 30 can be adjusted by rotating around the rotation axis. The rotating shaft connected to the guide vane 30 is supported by an upper cover and a lower cover that cover the runner 4 from both sides in the axial direction.

このようなフランシスポンプ水車においては、水車運転時に、ガイドベーン３０の開度を変化させることで、ランナに流入する水の流量を調整し、発電量を変化させることができる。一方、ポンプ運転時には、揚水量または揚程に応じてランナからガイドベーン３０に入る流れの角度が異なることから、ガイドベーン３０の開度を適切な開度に設定することで、ガイドベーン３０での損失が小さくなる状態でフランシスポンプ水車をポンプ運転させることができる。   In such a Francis pump turbine, the flow rate of the water flowing into the runner can be adjusted and the power generation amount can be changed by changing the opening of the guide vane 30 during the turbine operation. On the other hand, since the angle of the flow entering the guide vane 30 from the runner differs depending on the pumping amount or the head during pump operation, the guide vane 30 is set at an appropriate opening by setting the opening of the guide vane 30 to an appropriate degree of opening. The Francis pump turbine can be pumped in a state where the loss is small.

ガイドベーン３０を回動させる機構は、ガイドベーン３０の例えば、上カバーの上方に設けられる、ガイドリング、ガイドリングを回動させるサーボモータ、及びガイドベーン３０を回動軸を介してガイドリングに連結させるガイドベーンアーム等で構成されている。ガイドベーン３０は、前記サーボモータが駆動されることで開度を変えることが可能となっている。   The mechanism for rotating the guide vane 30 includes, for example, a guide ring provided above the upper cover of the guide vane 30, a servo motor for rotating the guide ring, and the guide vane 30 via the rotation shaft. It consists of a guide vane arm to be connected. The opening degree of the guide vane 30 can be changed by driving the servo motor.

また、ガイドベーン３０は、上述のように水車運転時及びポンプ運転時に運転状態を調整する役割を有する一方で、運転停止時には、全閉状態となって流水を遮断するという役割も有している。図１１には、ガイドベーン３０の全閉状態が示され、図１２には、ガイドベーン３０が拡大されて示されている。   Further, the guide vane 30 has a role of adjusting the operation state during the water turbine operation and the pump operation as described above, and also has a role of blocking the flowing water when the operation is stopped. . FIG. 11 shows the fully closed state of the guide vane 30, and FIG. 12 shows the guide vane 30 in an enlarged manner.

図１２に示すように、ガイドベーン３０は、キャンバーラインＣＬを形成する羽根本体３０Ａと、羽根本体３０Ａよりも水車運転時における出口側に設けられた出口側部分３０Ｂと、羽根本体３０Ａよりも水車運転時における入口側に設けられた入口側部分３０Ｃと、を備えている。このうち、羽根本体３０Ａは水を効率良く通過させるように設計された部分である。また、羽根本体３０Ａの外周面と出口側部分３０Ｂの外周面との境界に、全閉状態の時に、水車運転時における出口側で隣り合う他のガイドベーン３０の内周面に接する出口側接点３０Ｄが設けられている。このようなガイドベーン３０では、図１１に示すように、全閉状態の時に、ガイドベーン３０の前述した出口側接点３０Ｄが、出口側で隣り合う他のガイドベーン３０の内周面に接すると共に、ガイドベーン３０の水車運転時における入口側部分３０Ｃ寄りの部分の内周面が、入口側で隣り合う他のガイドベーン３０の外周面に接するようになっている。   As shown in FIG. 12, the guide vane 30 includes a blade main body 30A that forms a camber line CL, an outlet side portion 30B that is provided on the outlet side during the water turbine operation than the blade main body 30A, and a water turbine than the blade main body 30A. And an inlet side portion 30C provided on the inlet side during operation. Of these, the blade body 30A is a portion designed to allow water to pass through efficiently. In addition, at the boundary between the outer peripheral surface of the blade body 30A and the outer peripheral surface of the outlet side portion 30B, an outlet-side contact that contacts the inner peripheral surface of another guide vane 30 that is adjacent on the outlet side during the water turbine operation when fully closed 30D is provided. In such a guide vane 30, as shown in FIG. 11, in the fully closed state, the aforementioned outlet side contact 30 </ b> D of the guide vane 30 is in contact with the inner peripheral surface of another guide vane 30 adjacent on the outlet side. The inner peripheral surface of the portion near the inlet side portion 30C during the water turbine operation of the guide vane 30 is in contact with the outer peripheral surface of another guide vane 30 adjacent on the inlet side.

ところで、このフランシスポンプ水車では、水車運転時またはポンプ運転時に、水流がガイドベーン３０に流入する際に発生する衝突損失、ガイドベーン３０周りの摩擦によって発生する摩擦損失、ガイドベーン３０の形状によって発生する形状損失、ガイドベーン３０の水車運転時の出口の後流またはガイドベーン３０のポンプ運転時の出口の後流によって発生する損失等が生じる。   By the way, in this Francis pump turbine, it is generated by the collision loss generated when the water flow flows into the guide vane 30 during the water turbine operation or the pump operation, the friction loss generated by the friction around the guide vane 30, and the shape of the guide vane 30. Loss due to the shape loss, the wake behind the outlet of the guide vane 30 during the water turbine operation, or the wake behind the outlet during the pump operation of the guide vane 30 occurs.

また、上述したように、運転状態に応じてガイドベーン３０を回動させることがあり、ガイドベーン３０と上カバー及び下カバーとの間のそれぞれに、隙間が設けられる。この隙間を通る流れは、ガイドベーン３０に沿わない流れとなってしまうため、この隙間における流れが大きいと損失が大きくなる。   Further, as described above, the guide vane 30 may be rotated according to the operation state, and a gap is provided between each of the guide vane 30 and the upper cover and the lower cover. Since the flow passing through this gap is a flow that does not follow the guide vane 30, a large flow in this gap increases the loss.

このうち、ガイドベーン３０と上カバー及び下カバーとの隙間による漏れ損失を低減する技術としては、ガイドベーン３０のカバー側を向く面に溝を形成して漏れ損失の低減を図る技術等が知られている。   Among them, as a technique for reducing leakage loss due to a gap between the guide vane 30 and the upper cover and the lower cover, a technique for reducing the leakage loss by forming a groove on the surface of the guide vane 30 facing the cover side is known. It has been.

また、ガイドベーン３０の水車運転時における入口側部分３０Ｃ（図１２参照）の厚さを緩やかに薄くなるようにすれば、ガイドベーン３０の水車運転時には衝突損失の低減が可能であるとともに、ポンプ運転時には後流が小さくなり損失の低減が可能であることも知られている。同様に、ガイドベーン３０の水車運転時における出口側部分３０Ｂ（図１２参照）の厚さを緩やかに薄くなるようにすれば、水車運転時に後流が小さくなり損失の低減が可能であるとともに、ポンプ運転時には衝突損失の低減が可能であることも知られている。   Further, if the thickness of the inlet-side portion 30C (see FIG. 12) during the water turbine operation of the guide vane 30 is gradually reduced, the collision loss can be reduced during the water turbine operation of the guide vane 30 and the pump It is also known that the wake becomes smaller during operation and the loss can be reduced. Similarly, if the thickness of the outlet side portion 30B (see FIG. 12) of the guide vane 30 during the water turbine operation is gradually reduced, the wake becomes smaller during the water turbine operation and the loss can be reduced. It is also known that collision loss can be reduced during pump operation.

しかしながら、水車運転時においては、ステーベーン４０におけるガイドベーン３０へ向けた流れの角度は運転状態に応じて大きく異ならない一方で、ガイドベーン３０が運転状態に応じて開度が変更される場合には、ステーベーン４０からガイドベーン３０への相対的な流入角度は変化する。この際に、ガイドベーン３０の水車運転時における入口側部分３０Ｃの厚さが過度に薄く、鋭角な形状であると、ステーベーン４０からガイドベーン３０への流れ角度とガイドベーン３０の入口角度との差が大きく異なる場合があり、逆に、損失が大きくなることがある。   However, during the water turbine operation, the angle of the flow toward the guide vane 30 in the stay vane 40 does not vary greatly depending on the operating state, while the opening degree of the guide vane 30 is changed according to the operating state. The relative inflow angle from the stay vane 40 to the guide vane 30 changes. At this time, if the thickness of the inlet side portion 30C during the water turbine operation of the guide vane 30 is excessively thin and has an acute shape, the flow angle from the stay vane 40 to the guide vane 30 and the inlet angle of the guide vane 30 are The difference may vary greatly, and conversely, the loss may increase.

このため、ガイドベーン３０の水車運転時における入口側部分３０Ｃは、通常、強度とともに損失低減を図って性能も考慮した厚さに設計されている。なお、ガイドベーン３０の水車運転時における入口側部分３０Ｃでの損失を低減する技術としては、例えば、翼形状の定義方法によって水力損失を低減する技術等が知られている。   For this reason, the inlet side portion 30C of the guide vane 30 at the time of the water turbine operation is normally designed to have a thickness that considers performance by reducing loss as well as strength. In addition, as a technique for reducing the loss at the inlet side portion 30 </ b> C during the water turbine operation of the guide vane 30, for example, a technique for reducing hydraulic loss by a blade shape defining method is known.

一方、ガイドベーン３０は、全閉状態とされる際にサーボモータによって回動され、この際、サーボモータからモーメントを受け、さらに、全閉状態では、ガイドベーン３０の前述した出口側接点３０Ｄが、他のガイドベーン３０の内周面に向けて押されることにより、締め付け力を受ける。   On the other hand, the guide vane 30 is rotated by a servo motor when the fully closed state is received. At this time, a moment is received from the servo motor. Further, in the fully closed state, the aforementioned outlet side contact 30D of the guide vane 30 is moved. By being pushed toward the inner peripheral surface of the other guide vane 30, a tightening force is received.

このため、ガイドベーン３０の出口側接点３０Ｄを含み厚さ方向に延びる部分（以下、接点部分と呼ぶ。）は、通常、運転時の水圧に耐え得る強度を有するだけでなく、サーボモータから受ける力に耐え得る強度を有する厚さに設計されている。特に、高落差のフランシスポンプ水車では、水流のエネルギーが大きく、全閉時にサーボモータから受ける締め付け力が大きくなる。そのため、ガイドベーン３０の接点部分の厚さは、一般的に厚くなるように設計されている。   For this reason, a portion extending in the thickness direction including the outlet side contact 30D of the guide vane 30 (hereinafter referred to as a contact portion) usually has a strength capable of withstanding water pressure during operation, and is also received from the servo motor. It is designed to have a thickness that can withstand force. In particular, in a high-head Francis pump turbine, the energy of the water flow is large, and the tightening force received from the servo motor when fully closed is large. Therefore, the thickness of the contact portion of the guide vane 30 is generally designed to be thick.

再度、図１２を参照し、図１２に示すガイドベーン３０においては、出口側部分３０Ｂの輪郭が円弧によって形成されており、当該円弧は、羽根本体３０Ａの外周面の出口側の端と内周面の出口側の端とで羽根本体３０Ａの外周面と内周面とに接する内接円Ｙの一部に沿って画定されている。このガイドベーン３０では、羽根本体３０Ａの外周面と出口側部分３０Ｂの外周面との境界に前述した出口側接点３０Ｄが設けられ、前述した接点部分の厚さは、内接円Ｙの直径程度に設定されており、大きく確保されている。   Referring to FIG. 12 again, in the guide vane 30 shown in FIG. 12, the contour of the outlet side portion 30B is formed by a circular arc, and the circular arc is formed on the outlet side end and the inner circumference of the outer peripheral surface of the blade body 30A. It is defined along a part of an inscribed circle Y that is in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the blade body 30A at the exit side end of the surface. In this guide vane 30, the outlet side contact 30D described above is provided at the boundary between the outer peripheral surface of the blade body 30A and the outer peripheral surface of the outlet side portion 30B, and the thickness of the contact portion described above is about the diameter of the inscribed circle Y. Is set to be large and secured.

特開平７−２７９８０９号公報JP 7-279809 A 特開平１０−１８４５２３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-184523

上述したように、水力機械のガイドベーンにおいては、損失の低減のためにガイドベーンの厚さを薄く設計することが望ましいが、強度とのバランスを考慮して厚さが設定されることが一般的である。上述したガイドベーン３０のように、一般的なフランシスポンプ水車に設けられているガイドベーンは、サーボモータからの締め付け力等を考慮して、全閉状態の時において他のガイドベーンと接する前述した接点部分の厚さが比較的厚く確保されている。しかし、接点部分よりも出口側（先端側）に位置する部分は全閉状態の時に隣り合うガイドベーンとの干渉を避けるために短くなっており、その厚さは、先端に向けて急激に小さくなっている。このため、損失の低減に改善の余地がある。   As described above, in a guide vane of a hydraulic machine, it is desirable to design the guide vane to be thin in order to reduce loss, but in general, the thickness is set in consideration of a balance with strength. Is. Like the guide vane 30 described above, a guide vane provided in a general Francis pump turbine is in contact with other guide vanes in the fully closed state in consideration of the tightening force from the servo motor. The contact portion is relatively thick. However, the part located on the outlet side (tip side) than the contact part is shortened to avoid interference with the adjacent guide vane when fully closed, and its thickness decreases rapidly toward the tip. It has become. For this reason, there is room for improvement in reducing the loss.

本発明はこのような点に鑑み、水力機械のガイドベーンであって、全閉状態の時に厚さが確保された部分で隣り合う他のガイドベーンに接することができることで強度に関する信頼性を確保できると共に、水車運転時及びポンプ運転時における損失を効果的に低減することができる水力機械のガイドベーン及びその改修方法を提供することを目的とする。   In view of these points, the present invention is a guide vane of a hydraulic machine, and can ensure reliability in strength by being able to contact another adjacent guide vane at a portion where the thickness is ensured in a fully closed state. It is another object of the present invention to provide a guide vane for a hydraulic machine and a method for repairing the same, which can effectively reduce loss during operation of a water turbine and operation of a pump.

実施の形態による水力機械のガイドベーンは、ランナの外周側に配置され、その回動軸を中心に回動可能とされており、前記回動軸の回動に応じて、前記ランナの周方向で隣り合う他のガイドベーンに接する全閉状態と、当該他のガイドベーンから離れる開放状態とを切り替えるように、水力機械に取り付けられるガイドベーンである。このガイドベーンは、キャンバーラインを形成する羽根本体と、前記羽根本体の外周面のうち水車運転時における出口側の端に設けられ、全閉状態の時に、前記出口側において隣り合う他のガイドベーンの内周面に接する出口側接点と、前記出口側接点よりも前記出口側に設けられた出口側部分と、を備える。前記回動軸に直交する方向における断面視で、前記出口側接点から前記キャンバーラインに直交するように延ばした直線が前記羽根本体の内周面と交差する内周交点が設けられる。前記出口側接点と前記内周交点とで前記羽根本体の外周面と内周面とに接する内接円を描いた場合に、前記出口側部分の先端点が、前記内接円よりも外側に位置し、且つ、前記キャンバーラインの前記出口側部分側への延長線上または該延長線よりも前記ランナの軸線側に位置する。   The guide vanes of the hydraulic machine according to the embodiment are arranged on the outer peripheral side of the runner, and are rotatable about the rotation shaft thereof. The circumferential direction of the runner is changed according to the rotation of the rotation shaft. The guide vane is attached to the hydraulic machine so as to switch between a fully closed state in contact with another adjacent guide vane and an open state away from the other guide vane. The guide vane is provided at the end of the blade body forming the camber line and the end of the outer peripheral surface of the blade body on the outlet side during the water turbine operation, and when adjacent to the guide vane on the outlet side when fully closed And an outlet side portion provided on the outlet side of the outlet side contact. An inner circumferential intersection is provided in which a straight line extending from the outlet-side contact so as to be orthogonal to the camber line intersects the inner circumferential surface of the blade body in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the rotation axis. When an inscribed circle in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the blade body is drawn at the outlet side contact point and the inner peripheral intersection point, the tip point of the outlet side portion is outside the inscribed circle. And located on the extension line of the camber line to the outlet side portion side or on the axial line side of the runner from the extension line.

また、実施の形態による水力機械のガイドベーンの改修方法は、ランナの外周側に配置され、その回動軸を中心に回動可能とされる水力機械の既存ガイドベーンを改修する水力機械のガイドベーンの改修方法である。この方法は、延長ピースを準備する工程と、前記既存ガイドベーンの出口側部分に、前記延長ピースを接合し、上記実施の形態によるガイドベーンの出口側部分を形成する工程と、を備える。   Further, the hydraulic machine guide vane repair method according to the embodiment is a hydraulic machine guide that repairs an existing guide vane of a hydraulic machine that is arranged on the outer peripheral side of the runner and is rotatable about its rotation axis. It is a method of repairing vanes. This method includes a step of preparing an extension piece, and a step of joining the extension piece to an exit side portion of the existing guide vane to form an exit side portion of the guide vane according to the above embodiment.

第１の実施の形態によるフランシスポンプ水車の子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of the Francis pump turbine by a 1st embodiment. 図１に示すフランシスポンプ水車のガイドベーンの全閉状態を示した図である。It is the figure which showed the fully closed state of the guide vane of the Francis pump turbine shown in FIG. 図１に示すフランシスポンプ水車のガイドベーンの断面図である。It is sectional drawing of the guide vane of the Francis pump turbine shown in FIG. 図１に示すフランシスポンプ水車と、図１２に示したガイドベーンを備える一般的なフランシスポンプ水車と、の損失を比較した図である。It is the figure which compared the loss of the Francis pump turbine shown in FIG. 1, and the common Francis pump turbine provided with the guide vane shown in FIG. 第２の実施の形態によるフランシスポンプ水車のガイドベーンの断面図である。It is sectional drawing of the guide vane of the Francis pump water turbine by a 2nd embodiment. 図５に示すフランシスポンプ水車と、図１２に示したガイドベーンを備える一般的なフランシスポンプ水車と、の損失を比較した図である。It is the figure which compared the loss of the Francis pump turbine shown in FIG. 5, and the common Francis pump turbine provided with the guide vane shown in FIG. 第３の実施の形態によるフランシスポンプ水車のガイドベーンの断面図である。It is sectional drawing of the guide vane of the Francis pump water turbine by a 3rd embodiment. 第４の実施の形態によるフランシスポンプ水車のガイドベーンの断面図である。It is sectional drawing of the guide vane of the Francis pump turbine by a 4th embodiment. 一般的なフランシスポンプ水車の水車運転時における水流の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the water flow at the time of the water turbine driving | operation of a common Francis pump water turbine. 図９に示すフランシスポンプ水車のポンプ運転時における水流の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the water flow at the time of the pump driving | operation of the Francis pump turbine shown in FIG. 図９に示すフランシスポンプ水車のガイドベーンの全閉状態を示した図である。It is the figure which showed the fully closed state of the guide vane of the Francis pump turbine shown in FIG. 図９に示すフランシスポンプ水車に設けられているガイドベーンの拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of a guide vane provided in the Francis pump turbine shown in FIG. 9.

以下に、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態による水力機械としてのフランシスポンプ水車１００の子午面断面図である。このフランシスポンプ水車１００は、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水が流入する渦巻き状のケーシング１と、複数のステーベーン２と、複数のガイドベーン３と、ランナ４と、を備えている。ランナ４の外周側にガイドベーン３が配置され、ガイドベーン３の外周側にステーベーン２が配置されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a meridional section view of a Francis pump turbine 100 as a hydraulic machine according to the first embodiment. The Francis pump turbine 100 includes a spiral casing 1 through which water flows from a water pond through a hydraulic iron pipe (not shown), a plurality of stay vanes 2, a plurality of guide vanes 3, and a runner. 4 is provided. A guide vane 3 is disposed on the outer peripheral side of the runner 4, and a stay vane 2 is disposed on the outer peripheral side of the guide vane 3.

ランナ４は、主軸７を介して発電機８に結合されている。ランナ４は、主軸７に連結されたクラウン４Ｃと、バンド４Ｂと、クラウン４Ｃとバンド４Ｂとの間に設けられた複数のランナ羽根４Ａと、を有している。ランナ羽根４Ａは、周方向に所定の間隔をあけて配置されており、ランナ羽根４Ａの間には、水が流れる流路が形成されている。   The runner 4 is coupled to the generator 8 via the main shaft 7. The runner 4 has a crown 4C connected to the main shaft 7, a band 4B, and a plurality of runner blades 4A provided between the crown 4C and the band 4B. The runner blades 4A are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction, and a flow path through which water flows is formed between the runner blades 4A.

図１において、符号Ｏは、主軸７の回転中心を通る軸線を示している。以下では、軸線Ｏのことを、ランナ４の軸線Ｏと呼ぶ場合もある。   In FIG. 1, a symbol O indicates an axis passing through the rotation center of the main shaft 7. Hereinafter, the axis O may be referred to as the axis O of the runner 4.

ステーベーン２は、水車運転時にケーシング１に流入した水をガイドベーン３及びランナ４に導くためのものであり、ランナ４の周方向に所定の間隔をあけて配置され、ステーベーン２の間に水が流れる流路が形成されている。また、ガイドベーン３は、水車運転時に流入した水をランナ４に導くためのものであり、ランナ４の周方向に所定の間隔をあけて配置され、ガイドベーン３の間には水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン３からランナ４に水が流入することでランナ４が回転駆動され、主軸７を介して発電機８が回転駆動される。これにより、発電が行われる。ランナ４を駆動した水は、吸出し管５を経て放水路へと流出する。   The stay vane 2 is for guiding the water flowing into the casing 1 during the operation of the water turbine to the guide vane 3 and the runner 4. The stay vane 2 is arranged at a predetermined interval in the circumferential direction of the runner 4. A flowing channel is formed. The guide vane 3 guides water that flows in during the operation of the water turbine to the runner 4. The guide vane 3 is arranged at a predetermined interval in the circumferential direction of the runner 4, and water flows between the guide vanes 3. A road is formed. When the water flows from the guide vane 3 to the runner 4, the runner 4 is rotationally driven, and the generator 8 is rotationally driven via the main shaft 7. Thereby, power generation is performed. The water that has driven the runner 4 flows out to the water discharge channel through the suction pipe 5.

ガイドベーン３には回動軸１４が連結され、ガイドベーン３は回動軸１４を中心に回動可能とされている。ガイドベーン３は、回動して開度を変えることにより、ランナ４に流入する水の流量を調整可能となっている。これにより、発電機８の発電量が調整され得る。回動軸１４は、ランナ４を図面における上方から覆う上カバー１０と、下方から覆う下カバー１１とに支持されている。図中の符号Ｃ１は、回動軸１４の軸線を示している。回動軸１４の軸線Ｃ１と主軸７（ランナ４）の軸線Ｏとは平行である。   A rotation shaft 14 is connected to the guide vane 3, and the guide vane 3 is rotatable about the rotation shaft 14. The guide vane 3 can adjust the flow rate of water flowing into the runner 4 by rotating and changing the opening degree. Thereby, the electric power generation amount of the generator 8 can be adjusted. The rotation shaft 14 is supported by an upper cover 10 that covers the runner 4 from above in the drawing and a lower cover 11 that covers the runner 4 from below. Reference sign C <b> 1 in the figure indicates the axis of the rotating shaft 14. The axis C1 of the rotating shaft 14 and the axis O of the main shaft 7 (runner 4) are parallel.

また、ガイドベーン３は、運転停止時に全閉状態となって流水を遮断する機能を有している。図２には、ガイドベーン３の全閉状態が示されている。図２に示すように、全閉状態のガイドベーン３においては、詳細は後述するガイドベーン３の外周面に設けられた出口側接点２１が、出口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｄの内周面に接するようになっている。また、詳細は後述するガイドベーン３の内周面に設けられた入口側接点２０Ｂが、入口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｕの外周面に接するようになっている。すなわち、ガイドベーン３は、その回動軸１４の回動に応じて、ランナ４の周方向で隣り合う他のガイドベーン３Ｕ，３Ｄに接する全閉状態と、当該他のガイドベーン３Ｕ，３Ｄから離れる開放状態と、を切り替えるように、フランシスポンプ水車１００に取り付けられている。   Moreover, the guide vane 3 has a function of being in a fully closed state and shutting off running water when operation is stopped. FIG. 2 shows the fully closed state of the guide vane 3. As shown in FIG. 2, in the fully closed guide vane 3, the outlet side contact 21 provided on the outer peripheral surface of the guide vane 3, which will be described in detail later, has an inner periphery of another guide vane 3 </ b> D adjacent on the outlet side. It comes in contact with the surface. Further, an inlet side contact 20B provided on the inner peripheral surface of the guide vane 3 described later in detail is in contact with the outer peripheral surface of another guide vane 3U adjacent on the inlet side. That is, the guide vane 3 is in a fully closed state in contact with the other guide vanes 3U and 3D adjacent in the circumferential direction of the runner 4 according to the rotation of the rotation shaft 14, and from the other guide vanes 3U and 3D. It is attached to the Francis pump turbine 100 so as to switch between the separated open state.

また、フランシスポンプ水車１００におけるポンプ運転時には、発電機８が電動機として作動し、ランナ４が水車運転時とは逆方向に回転駆動されることで、下池の水を吸い上げる。このとき、下池からの水は、吸出し管５を通り、ランナ４を経て、ガイドベーン３、ステーベーン２、及びケーシング１を通り、上池に揚水される。   Further, when the pump is operated in the Francis pump turbine 100, the generator 8 operates as an electric motor, and the runner 4 is driven to rotate in the direction opposite to that during the turbine operation, thereby sucking up water in the lower pond. At this time, water from the lower pond passes through the suction pipe 5, passes through the runner 4, passes through the guide vanes 3, the stay vanes 2, and the casing 1, and is pumped up to the upper pond.

なお、ガイドベーン３を回動させる機構は、ガイドベーン３の例えば、上カバー１０の上方に設けられる、ガイドリング、ガイドリングを回動させるサーボモータ、及びガイドベーン３を回動軸１４を介してガイドリングに連結させるガイドベーンアーム等（いずれも図示せず）で構成されている。ガイドベーン３は、前記サーボモータが駆動されることで開度を変えることが可能となっている。   The mechanism for rotating the guide vane 3 includes, for example, a guide ring provided above the upper cover 10 of the guide vane 3, a servo motor for rotating the guide ring, and the guide vane 3 via the rotation shaft 14. And a guide vane arm (not shown) connected to the guide ring. The guide vane 3 can change its opening degree by driving the servo motor.

図３は、ランナ４の軸線Ｏに直交する方向におけるガイドベーン３の断面図を示している。以下、ガイドベーン３について詳述する。なお、図３では、説明の便宜のために、ガイドベーン３の断面におけるハッチングが省略されている。また、二点鎖線で囲まれたＺ１領域が拡大されて示されている。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the guide vane 3 in a direction orthogonal to the axis O of the runner 4. Hereinafter, the guide vane 3 will be described in detail. In FIG. 3, hatching in the cross section of the guide vane 3 is omitted for convenience of explanation. Further, the Z1 region surrounded by the two-dot chain line is shown in an enlarged manner.

図３に示ように、ガイドベーン３は、キャンバーラインＣＬを形成する羽根本体２０と、羽根本体２０の外周面のうち水車運転時における出口側の端に設けられ、全閉状態の時に、前記出口側において隣り合う他のガイドベーン３Ｄの内周面に接する前述した出口側接点２１（図２も参照のこと）と、出口側接点２１よりも前記出口側に設けられた出口側部分２２と、を備えている。また、ガイドベーン３は、羽根本体２０の外周面のうち水車運転時における入口側の端よりも前記入口側に設けられた入口側部分２３と、羽根本体２０の内周面うち入口側部分２３寄りの部分に設けられ、全閉状態の時に、水車運転時における入口側において隣り合う他のガイドベーン３Ｕの外周面に接する入口側接点２０Ｂと、を備えている。図示のように、ガイドベーン３は全体として流線形状に形成されている。   As shown in FIG. 3, the guide vane 3 is provided at the end of the blade body 20 that forms the camber line CL, and the outer peripheral surface of the blade body 20 on the outlet side during the water turbine operation. The aforementioned outlet side contact 21 (see also FIG. 2) that contacts the inner peripheral surface of another guide vane 3D adjacent on the outlet side, and the outlet side portion 22 provided on the outlet side of the outlet side contact 21 It is equipped with. Further, the guide vane 3 includes an inlet side portion 23 provided on the inlet side of the outer peripheral surface of the blade body 20 from the inlet side end during water turbine operation, and an inlet side portion 23 of the inner peripheral surface of the blade body 20. And an inlet-side contact 20B that is in contact with the outer peripheral surface of another guide vane 3U adjacent on the inlet side when the water turbine is operating. As illustrated, the guide vane 3 is formed in a streamline shape as a whole.

このうち、羽根本体２０は、ガイドベーン３の主要部分を構成する部分であり、水を効率良く通過させるように設計された部分である。なお、図３においては、説明の便宜のために、羽根本体２０と出口側部分２２との境界線Ｂ１と、羽根本体２０と入口側部分２３との境界線Ｂ２とが、二点鎖線で示されている。   Among these, the blade | wing main body 20 is a part which comprises the main part of the guide vane 3, and is a part designed so that water may pass through efficiently. In FIG. 3, for convenience of explanation, a boundary line B1 between the blade body 20 and the outlet side portion 22 and a boundary line B2 between the blade body 20 and the inlet side portion 23 are indicated by a two-dot chain line. Has been.

本実施の形態では、ガイドベーン３の出口側部分２２における、全閉状態の時に他のガイドベーン３Ｄと接する出口側接点２１を含み、厚さ方向に延びる部分のことを接点部分ＴＨと呼ぶ。この接点部分ＴＨの厚さは、前述したサーボモータからの締め付け力等を考慮して、強度確保のために十分に厚く形成されている。   In the present embodiment, the portion of the outlet side portion 22 of the guide vane 3 that includes the outlet side contact 21 that contacts the other guide vane 3D in the fully closed state and extends in the thickness direction is referred to as a contact portion TH. The contact portion TH is formed with a sufficient thickness for securing the strength in consideration of the tightening force from the servo motor described above.

図示の出口側部分２２は、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面２２Ａと、曲率半径Ｒ２の円弧で形成された内周面２２Ｂと、外周面２２Ａのうち水車運転時における出口側の端と内周面２２Ｂのうち水車運転時における出口側の端とを接続する、曲率半径Ｒ１及び曲率半径Ｒ２とは異なる曲率半径の円弧で形成された先端面２２Ｃと、を有している。これら外周面２２Ａと、内周面２２Ｂと、先端面２２Ｃとによって、出口側部分２２の輪郭は、流線形状に画定されている。   The illustrated outlet side portion 22 includes an outer peripheral surface 22A formed by an arc having a radius of curvature R1, an inner peripheral surface 22B formed by an arc having a radius of curvature R2, and an end of the outer peripheral surface 22A on the outlet side during water turbine operation. And an end surface 22C formed of an arc having a radius of curvature different from the radius of curvature R1 and the radius of curvature R2 that connects the end of the inner peripheral surface 22B on the outlet side during water turbine operation. The outer peripheral surface 22A, the inner peripheral surface 22B, and the front end surface 22C define the contour of the outlet side portion 22 in a streamline shape.

本実施の形態では、外周面２２Ａを形成する曲率半径Ｒ１と内周面２２Ｂを形成する曲率半径Ｒ２との間には、Ｒ１＜Ｒ２の関係が成り立っている。また、本実施の形態の先端面２２Ｃは、外周面２２Ａのうち前記出口側の端と内周面２２Ｂのうち前記出口側の端から突出するように形成されており、先端面２２Ｃを形成する円弧は、外周面２２Ａの前記出口側の端と内周面２２Ｂの前記出口側の端とで、これら外周面２２Ａと内周面２２Ｂとに接する内接円の一部によって画定されている。当該内接円の半径、すなわち、先端部２２Ｃを形成する円弧の曲率半径は、曲率半径Ｒ１及び曲率半径Ｒ２よりも小さくなっている。   In the present embodiment, a relationship of R1 <R2 is established between the curvature radius R1 that forms the outer peripheral surface 22A and the curvature radius R2 that forms the inner peripheral surface 22B. Further, the front end surface 22C of the present embodiment is formed so as to protrude from the end on the outlet side of the outer peripheral surface 22A and the end on the outlet side of the inner peripheral surface 22B, thereby forming the front end surface 22C. The circular arc is defined by a part of an inscribed circle in contact with the outer peripheral surface 22A and the inner peripheral surface 22B at the outlet end of the outer peripheral surface 22A and the end of the inner peripheral surface 22B on the outlet side. The radius of the inscribed circle, that is, the radius of curvature of the arc forming the tip 22C is smaller than the radius of curvature R1 and the radius of curvature R2.

なお、図３においては、説明の便宜のために、外周面２２Ａ及び内周面２２Ｂと、先端面２２Ｃとの境界線Ｂ３が、二点鎖線で示されている。   In FIG. 3, for convenience of explanation, a boundary line B3 between the outer peripheral surface 22A, the inner peripheral surface 22B, and the distal end surface 22C is indicated by a two-dot chain line.

一方、本実施の形態の入口側部分２３の輪郭は単一の円弧で形成されている。入口側部分２３の輪郭を形成する円弧は、羽根本体２０の外周面における入口側の端と内周面における入口側の端とで羽根本体２０の外周面と内周面に接する内接円の一部によって画定されている。なお、本実施の形態のガイドベーン３は、単一の材料から形成されており、羽根本体２０、出口側部分２２、入口側部分２３等は一体に形成されている。   On the other hand, the outline of the inlet side portion 23 of the present embodiment is formed by a single arc. The arc that forms the contour of the inlet side portion 23 is an inscribed circle that is in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the blade main body 20 at the inlet side end on the outer peripheral surface of the blade main body 20 and the inlet side end on the inner peripheral surface. Defined by a part. In addition, the guide vane 3 of this Embodiment is formed from the single material, and the blade | wing main body 20, the exit side part 22, the entrance side part 23, etc. are integrally formed.

図３には、出口側接点２１からキャンバーラインＣＬに直交するように延ばした直線Ｌ１（本実施の形態では、境界線Ｂ１に重なる）が羽根本体２０の内周面と交差する、ガイドベーン３に設けられた内周交点２４が示されている。また、図３には、出口側接点２１と内周交点２４とで羽根本体２０の外周面と内周面とに接する内接円Ｘが二点鎖線で示されている。   In FIG. 3, a guide vane 3 in which a straight line L1 (in this embodiment, overlaps the boundary line B1) extending from the outlet side contact 21 so as to be orthogonal to the camber line CL intersects the inner peripheral surface of the blade body 20 is shown. The inner intersection 24 provided in FIG. In FIG. 3, an inscribed circle X that is in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the blade body 20 at the outlet side contact 21 and the inner peripheral intersection point 24 is indicated by a two-dot chain line.

ここで、本実施の形態の形態では、図３に示すように、出口側部分２２の先端面２２Ｃに含まれる先端点２２Ｄが、内接円Ｘよりも外側に位置し、且つ、キャンバーラインＣＬの出口側部分２２側への延長線Ｌ２よりもランナ４の軸線Ｏ側に位置している。先端点２２Ｄとは、先端面２２Ｃのうちの円弧の両端間の中央に位置する点である。また、本実施の形態において延長線Ｌ２は、一例として、キャンバーラインＣＬの端点（出口側部分寄りの端点）に接する接線によって画定されている。本実施の形態では、このような出口側部分２２が、全閉状態の時に隣り合う他のガイドベーン３Ｄに干渉しないように形成されている。なお、本実施の形態では、延長線Ｌ２をキャンバーラインＣＬの端点に接する接線によって画定したが、延長線Ｌ２は、その他の態様で画定してもよい。例えば、キャンバーラインＣＬの多項式近似曲線や対数近似曲線等によって延長線Ｌ２を画定してもよい。   Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the tip point 22D included in the tip surface 22C of the outlet side portion 22 is positioned outside the inscribed circle X, and the camber line CL It is located on the axis O side of the runner 4 with respect to the extension line L2 to the outlet side portion 22 side. The tip point 22D is a point located at the center between both ends of the arc of the tip surface 22C. Further, in the present embodiment, the extension line L2 is defined by a tangent line that is in contact with the end point (end point near the exit side portion) of the camber line CL as an example. In the present embodiment, such an outlet side portion 22 is formed so as not to interfere with another guide vane 3D adjacent when it is in a fully closed state. In the present embodiment, the extension line L2 is defined by a tangent line in contact with the end point of the camber line CL. However, the extension line L2 may be defined in other manners. For example, the extension line L2 may be defined by a polynomial approximation curve, a logarithmic approximation curve, or the like of the camber line CL.

なお、以上のようなガイドベーン３にランナ４の周方向で隣り合う他のガイドベーン３Ｕ，３Ｄも、ガイドベーン３と同様の形状になっている。   The other guide vanes 3U and 3D adjacent to the guide vane 3 in the circumferential direction of the runner 4 have the same shape as the guide vane 3.

次に、本実施の形態によるガイドベーン３の作用について説明する。   Next, the operation of the guide vane 3 according to the present embodiment will be described.

本実施の形態によるガイドベーン３では、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、内接円Ｘよりも外側に位置している。これにより、出口側部分２２の厚さは、先端点２２Ｄに向けて緩やかに薄くなるように形成されている。また、本実施の形態によるガイドベーン３では、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、キャンバーラインＣＬの出口側部分２２側への延長線Ｌ２よりもランナ４の軸線Ｏ側に位置している。これにより、ガイドベーン３は、全閉状態の時に、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で隣り合う他のガイドベーン３Ｄと干渉し難くなっている。   In the guide vane 3 according to the present embodiment, the tip point 22D of the outlet side portion 22 is located outside the inscribed circle X. Thereby, the thickness of the exit side part 22 is formed so that it may become thin gradually toward the front-end | tip point 22D. Further, in the guide vane 3 according to the present embodiment, the tip point 22D of the outlet side portion 22 is located on the axis O side of the runner 4 with respect to the extension line L2 to the outlet side portion 22 side of the camber line CL. As a result, when the guide vane 3 is in the fully closed state, it is difficult for the guide vane 3 to interfere with another guide vane 3D adjacent to the outlet side portion 22, that is, the portion with a thinner tip side than the outlet side contact 21.

これにより、本実施の形態によれば、水車運転時には、ガイドベーン３の出口側部分２２を通過した水による後流の発達を抑制して損失を低減し、ポンプ運転時には、ガイドベーン３の出口側部分２２での衝突損失を抑制して損失を低減することができる。また、全閉状態の時に、ガイドベーン３は、厚さが確保された接点部分ＴＨで隣り合う他のガイドベーン３Ｄに接することができる。   Thus, according to the present embodiment, during the water turbine operation, the development of the wake caused by the water that has passed through the outlet side portion 22 of the guide vane 3 is suppressed to reduce loss, and during the pump operation, the outlet of the guide vane 3 is reduced. It is possible to suppress the collision loss at the side portion 22 and reduce the loss. In the fully closed state, the guide vane 3 can be in contact with another adjacent guide vane 3D at the contact portion TH where the thickness is secured.

このことにより、第１の実施の形態のガイドベーン３によれば、全閉状態の時に、厚さが確保された部分（接点部分ＴＨ）で隣り合う他のガイドベーン３Ｄに接することができることで強度に関する信頼性を確保できると共に、水車運転時及びポンプ運転時における損失を効果的に低減することができる。   As a result, according to the guide vane 3 of the first embodiment, when in the fully closed state, it is possible to contact another guide vane 3D that is adjacent to the portion where the thickness is secured (contact portion TH). Reliability regarding strength can be ensured, and loss during water turbine operation and pump operation can be effectively reduced.

また、本実施の形態では、出口側部分２２が、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面２２Ａと、曲率半径Ｒ２の円弧で形成された内周面２２Ｂと、を有する。この場合、ガイドベーン３の出口側部分２２を水がスムーズに通過するために、効率の向上を図ることができる。また、Ｒ１＜Ｒ２であることで、全閉状態の時に、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分が、先端点２２Ｄに向かうに従い隣り合う他のガイドベーン３Ｄから離れるように延びるため、隣り合う他のガイドベーン３Ｄと一層干渉し難くなる。したがって、全閉状態の時に、ガイドベーン３は、厚さが確保された接点部分ＴＨで、確実に隣り合う他のガイドベーン３Ｄに接することができ、強度に関する信頼性を向上させることができる。さらに、Ｒ１＜Ｒ２である場合には、出口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｄとの干渉を回避しつつ出口側部分２２を長く延ばし易い。これにより、本実施の形態のガイドベーン３では、出口側部分２２の長さを確保することで、損失の低減効果を向上させている。なお、この種の羽根の端部では、その厚さが緩やかに薄くなる部分が長いほど、損失が低減する傾向にある。   Moreover, in this Embodiment, the exit side part 22 has 22 A of outer peripheral surfaces formed with the circular arc of curvature radius R1, and the internal peripheral surface 22B formed of the circular arc of curvature radius R2. In this case, since water passes smoothly through the outlet side portion 22 of the guide vane 3, the efficiency can be improved. In addition, when R1 <R2, when the fully closed state is reached, the outlet side portion 22, that is, the portion having a thinner tip side than the outlet side contact 21, is adjacent to another guide vane adjacent to the tip point 22D. Since it extends so that it may leave | separate from 3D, it becomes difficult to interfere with other guide vane 3D adjacent. Therefore, in the fully closed state, the guide vane 3 can be in contact with the other guide vane 3D adjacent to the adjacent guide vane 3D with the contact portion TH having a sufficient thickness, and the strength reliability can be improved. Furthermore, when R1 <R2, it is easy to extend the outlet side portion 22 long while avoiding interference with other guide vanes 3D adjacent on the outlet side. Thereby, in the guide vane 3 of this Embodiment, the reduction effect of a loss is improved by ensuring the length of the exit side part 22. FIG. In addition, in the edge part of this kind of blade | wing, it exists in the tendency for a loss to reduce, so that the part where the thickness becomes thin gradually is long.

図４は、図１に示すフランシスポンプ水車１００と、図１２に示したガイドベーン３０を備える一般的なフランシスポンプ水車と、の損失を比較した図である。図４においては、Ｒ１／Ｒ２と、図１に示すフランシスポンプ水車１００の水車運転時及びポンプ運転時の損失を図１２に示したガイドベーン３０を備えるフランシスポンプ水車の損失で除した損失比と、の関係が示されている。   FIG. 4 is a diagram comparing loss between the Francis pump turbine 100 shown in FIG. 1 and a general Francis pump turbine provided with the guide vane 30 shown in FIG. In FIG. 4, R1 / R2 and a loss ratio obtained by dividing the loss during the turbine operation and the pump operation of the Francis pump turbine 100 illustrated in FIG. 1 by the loss of the Francis pump turbine including the guide vane 30 illustrated in FIG. The relationship is shown.

図４からも明らかなように、本実施の形態のガイドベーン３が用いられるフランシスポンプ水車１００の損失は、水車運転時及びポンプ運転時の双方で、図１２に示したガイドベーン３０を備える一般的なフランシスポンプ水車の損失に比べて小さくなっている。   As is apparent from FIG. 4, the loss of the Francis pump turbine 100 in which the guide vane 3 of the present embodiment is used is provided with the guide vane 30 shown in FIG. 12 both during the turbine operation and during the pump operation. Compared to the loss of a typical Francis pump turbine.

図４では、Ｒ１／Ｒ２が大きいほど、図１に示すフランシスポンプ水車１００の水車運転時及びポンプ運転時の損失が、図１２に示したガイドベーン３０を備えるフランシスポンプ水車の損失に比べて小さくなっている。これは、Ｒ１／Ｒ２が大きいほど出口側部分２２の厚さをより緩やかに薄くできるため、損失が小さくなること意味している。また、Ｒ１／Ｒ２が小さいと、急激な形状変化になってしまうことから損失の低減効果が小さくなることを意味している。また、Ｒ１／Ｒ２が過度に小さくなると、出口側部分２２は、図１２で示したガイドベーン３０よりも長く延ばすことができなくなるため、損失としてはガイドベーン３０と大きくは変わらなくなってしまう。   In FIG. 4, the larger R1 / R2 is, the smaller the loss during the turbine operation and the pump operation of the Francis pump turbine 100 illustrated in FIG. 1 is compared to the loss of the Francis pump turbine including the guide vane 30 illustrated in FIG. It has become. This means that the larger the R1 / R2, the more gently the thickness of the outlet side portion 22 can be reduced, and the smaller the loss. Moreover, if R1 / R2 is small, it means that the shape change is abrupt, which means that the loss reduction effect is small. If R1 / R2 is excessively small, the outlet side portion 22 cannot be extended longer than the guide vane 30 shown in FIG.

一方、Ｒ１／Ｒ２が過剰に大きい場合には、出口側部分２２の外周面に、全閉状態の時に隣り合う他のガイドベーン３Ｄが、干渉する可能性が高くなり、また薄くなり過ぎて強度不足となる可能性が高くなる。図４に示すように、Ｒ１／Ｒ２が、０．２５よりも大きくなると、損失の低減効果に大きな変化が生じなくなっている。したがって、強度の確保等を考慮して、本実施の形態の出口側部分２２においては、Ｒ１／Ｒ２＜０．２５の関係をもたせることが好ましいといえる。   On the other hand, when R1 / R2 is excessively large, there is a high possibility that another guide vane 3D adjacent to the outer peripheral surface of the outlet side portion 22 will interfere with the outer peripheral surface of the outlet side portion 22 and becomes too thin. There is a high possibility of running out. As shown in FIG. 4, when R1 / R2 becomes larger than 0.25, no significant change occurs in the loss reduction effect. Therefore, it can be said that the outlet side portion 22 of the present embodiment preferably has a relationship of R1 / R2 <0.25 in consideration of securing the strength and the like.

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態によるガイドベーンについて図５及び図６を用いて説明する。本実施の形態における第１の実施の形態と同様の構成要素は同一符号で示し、説明は省略する。なお、図５においては、二点鎖線で囲まれたＺ２領域が拡大されて示されている。 (Second Embodiment)
Next, a guide vane according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 5, the Z2 region surrounded by the two-dot chain line is shown enlarged.

本実施の形態においても、ガイドベーン３の出口側部分２２は、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面２２Ａと、曲率半径Ｒ２の円弧で形成された内周面２２Ｂと、外周面２２Ａのうち水車運転時における出口側の端と内周面２２Ｂのうち水車運転時における出口側の端とを接続する、曲率半径Ｒ１及び曲率半径Ｒ２とは異なる曲率半径の円弧で形成された先端面２２Ｃと、を有している。また、本実施の形態においても、外周面２２Ａを形成する曲率半径Ｒ１と内周面２２Ｂを形成する曲率半径Ｒ２との間には、Ｒ１＜Ｒ２の関係が成り立っている。また、先端面２２Ｃを形成する円弧の曲率半径は、本実施の形態においても、曲率半径Ｒ１及び曲率半径Ｒ２よりも小さくなっている。   Also in the present embodiment, the outlet side portion 22 of the guide vane 3 includes an outer peripheral surface 22A formed by an arc having a curvature radius R1, an inner peripheral surface 22B formed by an arc having a curvature radius R2, and an outer peripheral surface 22A. Of these, the tip end surface 22C formed by an arc having a radius of curvature different from the radius of curvature R1 and the radius of curvature R2 connecting the end on the outlet side during the water turbine operation and the end on the outlet side of the inner peripheral surface 22B during the water turbine operation. And have. Also in the present embodiment, the relationship of R1 <R2 is established between the curvature radius R1 that forms the outer peripheral surface 22A and the curvature radius R2 that forms the inner peripheral surface 22B. In addition, the radius of curvature of the arc forming the tip surface 22C is smaller than the radius of curvature R1 and the radius of curvature R2 in the present embodiment as well.

そして、図５に示すように、本実施の形態では、出口側接点２１と内周交点２４との間の距離をＴ１とし、出口側部分２２の外周面２２Ａのうち出口側の端と出口側部分２２の内周面のうち出口側の端との間の距離をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≦０．７５の関係が成り立っている。なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、内接円Ｘよりも外側に位置し、且つ、キャンバーラインＣＬの出口側部分２２側への延長線Ｌ２よりもランナ４の軸線Ｏ側に位置している。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the distance between the outlet side contact 21 and the inner peripheral intersection 24 is T1, and the outlet side end and the outlet side of the outer peripheral surface 22A of the outlet side portion 22 When the distance between the inner peripheral surface of the portion 22 and the end on the outlet side is T2, the relationship T2 / T1 ≦ 0.75 is established. In the present embodiment also, as in the first embodiment, the tip point 22D of the outlet side portion 22 is located outside the inscribed circle X, and the outlet side portion 22 of the camber line CL. It is located on the axis O side of the runner 4 with respect to the extension line L2 to the side.

図６は、図５に示すフランシスポンプ水車１００と、図１２に示したガイドベーン３０を備える一般的なフランシスポンプ水車と、の損失を比較した図である。図６においては、Ｔ２／Ｔ１と、図５に示すフランシスポンプ水車１００の水車運転時及びポンプ運転時の損失を図１２に示したガイドベーン３０を備えるフランシスポンプ水車の損失で除した損失比と、の関係が示されている。   FIG. 6 is a diagram comparing the loss between the Francis pump turbine 100 shown in FIG. 5 and a general Francis pump turbine including the guide vane 30 shown in FIG. In FIG. 6, T2 / T1 and a loss ratio obtained by dividing the loss during the turbine operation and the pump operation of the Francis pump turbine 100 illustrated in FIG. 5 by the loss of the Francis pump turbine including the guide vane 30 illustrated in FIG. The relationship is shown.

図６においては、Ｔ２／Ｔ１が小さいほど、図５に示すフランシスポンプ水車１００の水車運転及びポンプ運転の損失が、図１２に示したガイドベーン３０を備えるフランシスポンプ水車の損失に比べて小さくなっている。これは、Ｔ２／Ｔ１が小さいほど、出口側部分２２が薄くなるため、損失が小さくなっているものと考えられる。特に、Ｔ２／Ｔ１＝０．７５よりも小さくなった場合に、損失比が、顕著に小さくなっている。これは、Ｔ２／Ｔ１＝０．７５であれば、損失を効果的に低減できる程度に出口側部分２２が十分に薄くなっており、Ｔ２／Ｔ１≦０．７５であれば、より効果的に低減できる程度に出口側部分２２が十分に薄くなることを示していると考えられる。したがって、本実施の形態では、Ｔ２／Ｔ１≦０．７５を満たすように、ガイドベーン３が構成されている。   In FIG. 6, as T2 / T1 is smaller, the loss of the turbine operation and the pump operation of the Francis pump turbine 100 illustrated in FIG. 5 is smaller than the loss of the Francis pump turbine including the guide vane 30 illustrated in FIG. ing. This is considered to be because the smaller the T2 / T1, the thinner the outlet side portion 22, and the smaller the loss. In particular, the loss ratio is remarkably small when T2 / T1 = 0.75. This is because if T2 / T1 = 0.75, the outlet side portion 22 is thin enough to effectively reduce the loss, and if T2 / T1 ≦ 0.75, it is more effective. It is considered that the outlet side portion 22 is sufficiently thin enough to be reduced. Therefore, in the present embodiment, the guide vane 3 is configured to satisfy T2 / T1 ≦ 0.75.

このような第２の実施の形態のガイドベーン３によれば、第１の実施の形態で説明した、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、内接円Ｘよりも外側に位置し、且つ、キャンバーラインＣＬの出口側部分２２側への延長線Ｌ２よりもランナ４の軸線Ｏ側に位置している構成に加えて、ガイドベーン３に、Ｔ２／Ｔ１≦０．７５の関係をもたせることで、確実に損失の低減を図ることができる。   According to the guide vane 3 of the second embodiment, the tip point 22D of the outlet side portion 22 described in the first embodiment is located outside the inscribed circle X, and In addition to the configuration in which the guide vane 3 is positioned on the axis O side of the runner 4 with respect to the extended line L2 to the outlet side portion 22 side of the camber line CL, the relationship of T2 / T1 ≦ 0.75 is given to the guide vane 3 Therefore, it is possible to reliably reduce the loss.

また、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、Ｒ１＜Ｒ２であることで、全閉状態の時に、ガイドベーン３は、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で隣り合う他のガイドベーン３Ｄと一層干渉し難くなる。したがって、本実施の形態においても、Ｒ１＜Ｒ２であることで、全閉状態の時に、ガイドベーン３は、厚さが確保された接点部分ＴＨで、確実に隣り合う他のガイドベーン３Ｄに接することができ、強度に関する信頼性を向上させることができる。さらに、Ｒ１＜Ｒ２である場合には、出口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｄとの干渉を回避しつつ出口側部分２２を長く延ばし易い。これにより、本実施の形態のガイドベーン３でも、出口側部分２２の長さを確保することで、損失の低減効果を向上させている。なお、本実施の形態においても、強度の確保等を考慮して、出口側部分２２においては、Ｒ１／Ｒ２＜０．２５の関係をもたせることが好ましい。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, R1 <R2, so that the guide vane 3 is more than the outlet side portion 22, that is, the outlet side contact 21 when fully closed. It becomes more difficult to interfere with other guide vanes 3D adjacent to each other at a thin portion on the tip side. Therefore, also in this embodiment, when R1 <R2, the guide vane 3 is surely in contact with another adjacent guide vane 3D at the contact portion TH where the thickness is ensured in the fully closed state. And reliability related to strength can be improved. Furthermore, when R1 <R2, it is easy to extend the outlet side portion 22 long while avoiding interference with other guide vanes 3D adjacent on the outlet side. Thereby, also in the guide vane 3 of this Embodiment, the reduction effect of a loss is improved by ensuring the length of the exit side part 22. FIG. Also in the present embodiment, it is preferable that the outlet side portion 22 has a relationship of R1 / R2 <0.25 in consideration of securing strength and the like.

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態によるガイドベーン３について図７を用いて説明する。本実施の形態における第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の構成要素は同一符号で示し、説明は省略する。本実施の形態では、既存のガイドベーンに延長ピース２８を接合して、第１の実施の形態によるガイドベーン３を得る例について説明する。なお、図７においては、二点鎖線で囲まれたＺ３領域が拡大されて示されている。 (Third embodiment)
Next, a guide vane 3 according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, an example in which the extension piece 28 is joined to an existing guide vane to obtain the guide vane 3 according to the first embodiment will be described. In FIG. 7, the Z3 region surrounded by a two-dot chain line is shown enlarged.

すなわち、本実施の形態のガイドベーン３では、図中白抜きの領域で示される既存のガイドベーンの出口側部分に、図中符号２８で示す延長ピース（ハッチング付きの部分）が接合されており、既存のガイドベーンの出口側部分よりも緩やかに薄くなる部分が形成されている。延長ピース２８は、全閉状態の時に隣り合う他のガイドベーンに干渉しないように接合されている。   That is, in the guide vane 3 of the present embodiment, an extension piece (hatched portion) indicated by reference numeral 28 is joined to the exit side portion of the existing guide vane indicated by a white area in the drawing. A portion that is gradually thinner than the exit side portion of the existing guide vane is formed. The extension piece 28 is joined so as not to interfere with other adjacent guide vanes when in the fully closed state.

具体的に、既存のガイドベーンの出口側部分に接合された延長ピース２８は、第１の実施の形態の出口側部分２２と同様の、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面２２Ａと、曲率半径Ｒ２の円弧で形成された内周面２２Ｂと、外周面２２Ａのうち水車運転時における出口側の端と内周面２２Ｂのうち水車運転時における出口側の端とを接続する、曲率半径Ｒ１及び曲率半径Ｒ２とは異なる曲率半径の円弧で形成された先端面２２Ｃと、を有している。   Specifically, the extension piece 28 joined to the exit side portion of the existing guide vane is similar to the exit side portion 22 of the first embodiment, and has an outer peripheral surface 22A formed by an arc having a radius of curvature R1, A radius of curvature that connects an inner peripheral surface 22B formed by an arc having a radius of curvature R2 and an end of the outer peripheral surface 22A on the outlet side during water turbine operation and an end of the inner peripheral surface 22B on the outlet side during water turbine operation. And a distal end surface 22C formed of an arc having a radius of curvature different from R1 and the radius of curvature R2.

本例では、既存のガイドベーン（既存ガイドベーン）として、図１２に示したガイドベーン３０が用いられている。既存のガイドベーン３０は、前述したように、キャンバーラインＣＬを形成する羽根本体３０Ａと、羽根本体３０Ａよりも水車運転時における出口側に設けられた出口側部分３０Ｂと、羽根本体３０Ａよりも水車運転時における入口側に設けられた入口側部分３０Ｃと、を備えている。このうち、出口側部分３０Ｂに、本実施の形態による延長ピース２８が接合されている。これにより、既存のガイドベーン３０は、第１の実施の形態で説明した羽根本体２０と出口側部分２２とを有するガイドベーン３として改修されている。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した羽根本体２０が、既存のガイドベーン３０のうちの羽根本体３０Ａで構成され、第１の実施の形態で説明した出口側部分２２が、既存のガイドベーン３０のうちの出口側部分３０Ｂと延長ピース２８によって形成されている。   In this example, the guide vane 30 shown in FIG. 12 is used as an existing guide vane (existing guide vane). As described above, the existing guide vane 30 includes the blade body 30A that forms the camber line CL, the outlet side portion 30B that is provided on the outlet side during the water turbine operation than the blade body 30A, and the turbine wheel than the blade body 30A. And an inlet side portion 30C provided on the inlet side during operation. Among these, the extension piece 28 by this Embodiment is joined to the exit side part 30B. As a result, the existing guide vane 30 is modified as the guide vane 3 having the blade body 20 and the outlet side portion 22 described in the first embodiment. In the present embodiment, the blade body 20 described in the first embodiment is constituted by the blade body 30A of the existing guide vanes 30, and the outlet side portion 22 described in the first embodiment. Is formed by the outlet side portion 30 </ b> B of the existing guide vane 30 and the extension piece 28.

このような第３の実施の形態では、例えば、既設のフランシスポンプ水車の既存のガイドベーンを、全閉状態の時に、厚さが確保された部分で隣り合う他のガイドベーンに接することができることで強度に関する信頼性を確保できると共に、水車運転時及びポンプ運転時における損失を効果的に低減することができるガイドベーンに、改修することができる。なお、改修したガイドベーン３は、第２の実施の形態と同様に、Ｔ１／Ｔ２≦０．７５の関係を有していてもよい。   In the third embodiment, for example, the existing guide vane of the existing Francis pump turbine can be brought into contact with another adjacent guide vane at a portion where the thickness is ensured in the fully closed state. Thus, it is possible to improve the guide vanes that can ensure reliability in strength and can effectively reduce the loss during the water turbine operation and the pump operation. The modified guide vane 3 may have a relationship of T1 / T2 ≦ 0.75 as in the second embodiment.

運転開始から数十年経過するような既設のフランシスポンプ水車においてはガイドベーンの材料が、現在使用しているような強度の高いものでないことが多く、ガイドベーンが厚く設計されているものが多い。このため、ガイドベーンでの損失が大きくなり得る。ガイドベーンを現在使用されているような強度の高い材料を使用して、第１の実施の形態または第２の実施の形態で説明したようなガイドベーンを新規に製作して交換することも可能であるが、高価になり改修作業も煩雑になり得る。本実施の形態のように、既存のガイドベーンに延長ピース２８を接合することにより、ガイドベーンを改修すれば、新規にガイドベーンを製作するよりも安価な方法で損失の低減を図ることが可能である。   In existing Francis pump turbines that have been in operation for several decades, the guide vane material is often not as strong as it is currently used, and the guide vane is often designed thick. . For this reason, the loss in a guide vane can become large. It is also possible to newly manufacture and replace a guide vane as described in the first embodiment or the second embodiment by using a material having high strength such as that currently used in the guide vane. However, it becomes expensive and the repair work can be complicated. If the guide vane is repaired by joining the extension piece 28 to the existing guide vane as in the present embodiment, it is possible to reduce the loss by a cheaper method than when a new guide vane is manufactured. It is.

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態による水車のランナについて図８を用いて説明する。本実施の形態における第１〜第３の実施の形態と同様の構成要素は同一符号で示し、説明は省略する。なお、図８においては、二点鎖線で囲まれたＺ４領域が拡大されて示されている。 (Fourth embodiment)
Next, a runner of a water turbine according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. Components similar to those in the first to third embodiments in the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 8, the Z4 region surrounded by the two-dot chain line is shown enlarged.

図８に示すように、本実施の形態では、羽根本体２０の内周面に、外周面側に向けてへこむ凹部２０Ａが形成されている。凹部２０Ａは、羽根本体２０の内周面のうちの、全閉状態の時に、水車運転時における入口側において隣り合う他のガイドベーン３Ｕと接する入口側接点２０Ｂから出口側にわたる領域に形成されている。凹部２０Ａは、曲率半径Ｒ３の円弧によって形成されている。   As shown in FIG. 8, in the present embodiment, a recess 20 </ b> A that is recessed toward the outer peripheral surface is formed on the inner peripheral surface of the blade body 20. The recessed portion 20A is formed in a region extending from the inlet side contact 20B contacting the other guide vane 3U adjacent to the inlet side at the time of water turbine operation to the outlet side of the inner peripheral surface of the blade body 20 in the fully closed state. Yes. The recess 20A is formed by an arc having a radius of curvature R3.

一方、ガイドベーン３の出口側部分２２は、第１の実施の形態と同様の形状となっている。なお、ガイドベーン３は、第２の実施の形態と同様に、Ｔ１／Ｔ２≦０．７５の関係を有していてもよい。そして、本実施の形態では、出口側部分２２の外周面が曲率半径Ｒ１の円弧で形成され、この曲率半径Ｒ１と、凹部２０Ａの曲率半径Ｒ３との間で、Ｒ１＜Ｒ３の関係が成り立っている。   On the other hand, the outlet side portion 22 of the guide vane 3 has the same shape as in the first embodiment. The guide vane 3 may have a relationship of T1 / T2 ≦ 0.75 as in the second embodiment. And in this Embodiment, the outer peripheral surface of the exit side part 22 is formed by the circular arc of curvature radius R1, and the relationship of R1 <R3 is formed between this curvature radius R1 and the curvature radius R3 of 20 A of recessed parts. Yes.

そして、以上のような本実施の形態のガイドベーン３にランナ４の周方向で隣り合う他のガイドベーン３Ｕ，３Ｄも、ガイドベーン３と同様の形状になっている。したがって、ガイドベーン（３，３Ｕ，３Ｄ等）が周方向に複数設けられた場合には、隣り合うガイドベーンの間には、一方のガイドベーンの出口側部分の外周面の曲率半径が、他方のガイドベーンの内周面の凹部の曲率半径よりも小さいという関係が成り立つようになっている。   And the other guide vanes 3U and 3D which adjoin the guide vane 3 of this Embodiment as mentioned above in the circumferential direction of the runner 4 are also the shapes similar to the guide vane 3. FIG. Therefore, when a plurality of guide vanes (3, 3U, 3D, etc.) are provided in the circumferential direction, the radius of curvature of the outer peripheral surface of the outlet side portion of one guide vane is different between the adjacent guide vanes. The relationship that the radius of curvature of the concave portion of the inner peripheral surface of the guide vane is smaller is established.

図８では、ガイドベーン３Ｕ，３Ｄにおける、ガイドベーン３と同様の構成部分について同一の符号を示している。そして、図８では、ガイドベーン３の凹部２０Ａと、ガイドベーン３に入口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｕの出口側部分２２とが示されている。図示するように、全閉状態の時に、他のガイドベーン３Ｕの出口側接点２１は、ガイドベーン３の入口側接点２０Ｂに接する。他のガイドベーン３Ｕの出口側部分２２の外周面の曲率半径Ｒ１は、ガイドベーン３の凹部２０Ａの曲率半径Ｒ３よりも小さくなっている。そして、全閉状態の時には、他のガイドベーン３Ｕの出口側部分２２の外周面と、ガイドベーン３の凹部２０Ａとの間には隙間が形成されるようになっている。   In FIG. 8, the same code | symbol is shown about the component similar to the guide vane 3 in the guide vanes 3U and 3D. 8 shows a recess 20A of the guide vane 3 and an outlet side portion 22 of another guide vane 3U adjacent to the guide vane 3 on the inlet side. As shown in the figure, the outlet side contact 21 of the other guide vane 3U is in contact with the inlet side contact 20B of the guide vane 3 in the fully closed state. The curvature radius R1 of the outer peripheral surface of the outlet side portion 22 of the other guide vane 3U is smaller than the curvature radius R3 of the recess 20A of the guide vane 3. In the fully closed state, a gap is formed between the outer peripheral surface of the outlet side portion 22 of the other guide vane 3U and the recess 20A of the guide vane 3.

このような第４の実施の形態によるガイドベーン３によれば、同様の形状のガイドベーン（３Ｕ，３Ｄ等）が周方向に複数設けられた場合に、このガイドベーン３に凹部２０Ａが形成されていることで、水車運転時における入口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｕが、全閉状態の時に、その出口側部分２２、すなわちその出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で、このガイドベーン３の内周面に接し難くなる状態にすることができる。これにより、当該他のガイドベーン３Ｕが、その厚さが確保された接点部分で、確実に出口側で隣り合うガイドベーン３に接するようにすることができる。したがって、本実施の形態によるガイドベーン３によれば、隣り合う他のガイドベーン３Ｕの強度に関する信頼性を向上させることができる。一方、ガイドベーン３自身も、出口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｄに凹部２０Ａが形成されていることによって、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で他のガイドベーン３Ｄの内周面に接し難くなる状態となることで、信頼性が向上する。   According to the guide vane 3 according to the fourth embodiment as described above, when a plurality of guide vanes (3U, 3D, etc.) having the same shape are provided in the circumferential direction, the recess 20A is formed in the guide vane 3. Therefore, when the other guide vane 3U adjacent on the inlet side during the water turbine operation is in the fully closed state, the outlet side portion 22, that is, the portion on the tip side thinner than the outlet side contact 21 is a thin portion. The guide vane 3 can be brought into a state where it is difficult to contact the inner peripheral surface. Accordingly, the other guide vane 3U can be surely in contact with the adjacent guide vane 3 on the outlet side at the contact portion where the thickness is secured. Therefore, according to the guide vane 3 by this Embodiment, the reliability regarding the intensity | strength of the other adjacent guide vane 3U can be improved. On the other hand, the guide vane 3 itself also has an outlet side portion 22, that is, a portion with a thinner tip side than the outlet side contact 21 by forming the recess 20 </ b> A in the other guide vane 3 </ b> D adjacent on the outlet side. Reliability is improved by being in a state where it is difficult to contact the inner peripheral surface of another guide vane 3D.

また、本実施の形態によるガイドベーン３では、Ｒ１＜Ｒ３の関係となっている。このような関係の場合、全閉状態の時に、ガイドベーン３の内周面（凹部２０Ａ）と、前記他のガイドベーン３Ｕの出口側部分２２との間隔を広く確保し易くなるので、他のガイドベーン３Ｕが、全閉状態の時に、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分でガイドベーン３の内周面に一層接し難くなる。これにより、他のガイドベーン３Ｕの強度に関する信頼性を一層向上させることができる。一方、ガイドベーン３自身も、出口側で隣り合う他のガイドベーン３Ｄに凹部２０Ａが形成され、この凹部２０Ａとの間で、Ｒ１＜Ｒ３の関係が成り立つことで、出口側部分２２、すなわち出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で他のガイドベーン３Ｄの内周面に接し難くなる状態となることで、信頼性が一層向上する。   In the guide vane 3 according to the present embodiment, the relationship is R1 <R3. In such a relationship, it is easy to ensure a wide space between the inner peripheral surface (recess 20A) of the guide vane 3 and the outlet side portion 22 of the other guide vane 3U when the valve is fully closed. When the guide vane 3U is in the fully closed state, it becomes more difficult to contact the inner peripheral surface of the guide vane 3 at the outlet side portion 22, that is, the portion with a thinner tip side than the outlet side contact 21. Thereby, the reliability regarding the intensity | strength of the other guide vane 3U can be improved further. On the other hand, the guide vane 3 itself also has a recess 20A formed in another guide vane 3D adjacent on the outlet side, and the relationship of R1 <R3 is established between the guide vane 3D and the recess 20A. Reliability is further improved by being in a state where it is difficult to contact the inner peripheral surface of another guide vane 3D at a portion where the tip side is thinner than the side contact 21.

このように本実施の形態によるガイドベーン３によれば、周方向に複数設けられた場合に、凹部２０Ａによって他のガイドベーンの信頼性を向上させることができる点で有益である。   As described above, according to the guide vane 3 according to the present embodiment, when a plurality of guide vanes 3 are provided in the circumferential direction, the reliability of the other guide vanes can be improved by the recess 20A.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記の実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、上述の各実施の形態では、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、キャンバーラインＣＬの出口側部分２２側への延長線Ｌ２よりもランナ４の軸線Ｏ側に位置している例を説明した。しかしながら、出口側部分２２の先端点２２Ｄは、延長線Ｌ２上に位置していてもよい。出口側部分２２の先端点２２Ｄが延長線Ｌ２上に位置する場合であっても、出口側部分２２は、その先端点２２Ｄが延長線Ｌ２よりも外周側に位置しないことで、ガイドベーン３は、全閉状態の時に、出口側接点２１よりも先端側の厚さの薄い部分で、隣り合う他のガイドベーン３Ｄと干渉し難くなる。したがって、全閉状態の時に、ガイドベーン３は、厚さが確保された接点部分ＴＨで隣り合う他のガイドベーン３Ｄに接することができ、これにより、強度に関する信頼性を確保できる。また、出口側部分２２の先端点２２Ｄが、内接円Ｘよりも外側に位置していることで、水車運転時及びポンプ運転時における損失を効果的に低減することができる。   For example, in each of the above-described embodiments, an example in which the tip point 22D of the outlet side portion 22 is located on the axis O side of the runner 4 with respect to the extension line L2 to the outlet side portion 22 side of the camber line CL will be described. did. However, the tip point 22D of the outlet side portion 22 may be located on the extension line L2. Even when the distal end point 22D of the outlet side portion 22 is located on the extension line L2, the outlet side portion 22 is not located on the outer peripheral side of the extension line L2, so that the guide vane 3 When in the fully closed state, it is difficult to interfere with another adjacent guide vane 3D at a portion where the tip side is thinner than the outlet side contact 21. Therefore, in the fully closed state, the guide vane 3 can come into contact with another guide vane 3D adjacent to the contact portion TH having a sufficient thickness, thereby ensuring the reliability regarding strength. Further, since the tip point 22D of the outlet side portion 22 is located outside the inscribed circle X, it is possible to effectively reduce the loss during the water turbine operation and the pump operation.

また、上記各実施の形態では、出口側部分２２の先端点２２Ｄを含む先端面２２Ｃが円弧で形成される例を説明したが、先端面２２Ｃは、直線状の線分、または折れ線（出口側に先細りとなるＶ字状等）で形成されてもよい。また、上記各実施の形態では、出口側部分２２の外周面２２Ａ及び内周面２２Ｃが円弧で形成される例を説明したが、外周面２２Ａ及び内周面２２Ｃは直線状であってもよい。   Further, in each of the above embodiments, an example has been described in which the tip surface 22C including the tip point 22D of the outlet side portion 22 is formed in an arc, but the tip surface 22C is a straight line segment or a broken line (outlet side). Or a V-shaped tapering taper. Further, in each of the above embodiments, the example in which the outer peripheral surface 22A and the inner peripheral surface 22C of the outlet side portion 22 are formed as arcs has been described, but the outer peripheral surface 22A and the inner peripheral surface 22C may be linear. .

３ ガイドベーン、３Ｄ，３Ｕ 他のガイドベーン、４ ランナ、７ 主軸、１４ 回動軸、２０ 羽根本体、２０Ａ 凹部、２０Ｂ 入口側接点、２１ 出口側接点、２２ 出口側部分、２２Ａ 外周面、２２Ｂ 内周面、２２Ｃ 先端面、２２Ｄ 先端点、２３ 入口側部分、２４ 内周交点、２８ 延長ピース、１００ フランシスポンプ水車、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 境界線、ＣＬ キャンバーライン、Ｃ１ 軸線(回動軸)、Ｌ１ 直線、Ｌ２ 延長線、Ｏ 軸線（主軸またはランナ）、Ｘ，Ｙ 内接円。 3 guide vanes, 3D, 3U other guide vanes, 4 runners, 7 spindles, 14 rotating shafts, 20 blade bodies, 20A recesses, 20B inlet side contacts, 21 outlet side contacts, 22 outlet side parts, 22A outer peripheral surface, 22B Inner peripheral surface, 22C distal end surface, 22D distal end point, 23 inlet side portion, 24 inner peripheral intersection, 28 extension piece, 100 Francis pump turbine, B1, B2, B3 boundary line, CL camber line, C1 axis (rotating axis) , L1 straight line, L2 extension line, O axis line (spindle or runner), X, Y inscribed circle.

Claims (9)

ランナの外周側に配置され、その回動軸を中心に回動可能とされており、前記回動軸の回動に応じて、前記ランナの周方向で隣り合う他のガイドベーンに接する全閉状態と、当該他のガイドベーンから離れる開放状態とを切り替えるように、水力機械に取り付けられる水力機械のガイドベーンであって、
キャンバーラインを形成する羽根本体と、
前記羽根本体の外周面のうち水車運転時における出口側の端に設けられ、全閉状態の時に、前記出口側において隣り合う他のガイドベーンの内周面に接する出口側接点と、
前記出口側接点よりも前記出口側に設けられた出口側部分と、を備え、
前記回動軸に直交する方向における断面視で、前記出口側接点から前記キャンバーラインに直交するように延ばした直線が前記羽根本体の内周面と交差する内周交点が設けられ、
前記出口側接点と前記内周交点とで前記羽根本体の外周面と内周面とに接する内接円を描いた場合に、前記出口側部分の先端点が、前記内接円よりも外側に位置し、且つ、前記キャンバーラインの前記出口側部分側への延長線上または該延長線よりも前記ランナの軸線側に位置することを特徴とする、水力機械のガイドベーン。 It is arranged on the outer peripheral side of the runner and is rotatable about its rotation axis, and is fully closed in contact with other guide vanes adjacent in the circumferential direction of the runner according to the rotation of the rotation axis. A hydraulic machine guide vane attached to the hydraulic machine to switch between a state and an open state away from the other guide vane,
A vane body forming a camber line;
Outlet side contact that is provided at the end on the outlet side of the outer peripheral surface of the blade body during water turbine operation, and in contact with the inner peripheral surface of another guide vane adjacent in the outlet side when fully closed;
An outlet side portion provided on the outlet side from the outlet side contact,
In a cross-sectional view in a direction orthogonal to the rotation axis, an inner peripheral intersection where a straight line extending from the outlet contact so as to be orthogonal to the camber line intersects the inner peripheral surface of the blade body is provided,
When an inscribed circle in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the blade body is drawn at the outlet side contact point and the inner peripheral intersection point, the tip point of the outlet side portion is outside the inscribed circle. A guide vane for a hydraulic machine, wherein the guide vane is located on an extension line of the camber line toward the outlet side portion side or on an axial line side of the runner with respect to the extension line. 前記出口側部分は、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面と、曲率半径Ｒ２の円弧で形成された内周面と、を有することを特徴とする、請求項１に記載の水力機械のガイドベーン。   2. The hydraulic machine according to claim 1, wherein the outlet side portion has an outer peripheral surface formed by an arc having a radius of curvature R <b> 1 and an inner peripheral surface formed by an arc having a radius of curvature R <b> 2. Guide vane. Ｒ１＜Ｒ２であることを特徴とする、請求項２に記載の水力機械のガイドベーン。   The guide vane of the hydraulic machine according to claim 2, wherein R1 <R2. Ｒ１／Ｒ２＜０．２５であることを特徴とする、請求項３に記載の水力機械のガイドベーン。   The guide vane for a hydraulic machine according to claim 3, wherein R1 / R2 <0.25. 前記出口側部分の外周面のうち前記出口側の端と、前記出口側部分の内周面のうち出口側の端とが、前記先端点を含む先端面で接続され、
前記出口側接点と前記内周交点との間の距離をＴ１とし、前記出口側部分の外周面のうち前記出口側の端と前記出口側部分の内周面のうち前記出口側の端との間の距離をＴ２としたとき、
Ｔ２／Ｔ１≦０．７５であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の水力機械のガイドベーン。 Of the outer peripheral surface of the outlet side portion, the end on the outlet side and the end on the outlet side of the inner peripheral surface of the outlet side portion are connected by a tip surface including the tip point,
The distance between the outlet-side contact and the inner intersection is T1, and the outlet-side end of the outer peripheral surface of the outlet-side portion and the outlet-side end of the inner peripheral surface of the outlet-side portion When the distance between them is T2,
The guide vane for a hydraulic machine according to claim 1, wherein T2 / T1 ≦ 0.75. 前記羽根本体の内周面に、外周面側に向けてへこむ凹部が形成され、
前記凹部は、前記羽根本体の内周面のうちの、全閉状態の時に、水車運転時における入口側において隣り合う他のガイドベーンと接する入口側接点から出口側にわたる領域に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の水力機械のガイドベーン。 On the inner peripheral surface of the blade body, a recess is formed that is recessed toward the outer peripheral surface side.
The concave portion is formed in a region extending from an inlet side contact that contacts another guide vane adjacent to the inlet side at the time of water turbine operation to an outlet side of the inner peripheral surface of the blade body in a fully closed state. A guide vane for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 5, wherein 前記凹部は、曲率半径Ｒ３の円弧によって形成され、
前記出口側部分は、曲率半径Ｒ１の円弧で形成された外周面を有し、
Ｒ１＜Ｒ３であることを特徴とする、請求項６に記載の水力機械のガイドベーン。 The recess is formed by an arc having a radius of curvature R3.
The outlet side portion has an outer peripheral surface formed by an arc having a radius of curvature R1,
The guide vane for a hydraulic machine according to claim 6, wherein R 1 <R 3. 前記出口側部分のうちの少なくとも前記内接円よりも外側に位置する部分は、前記羽根本体と別体の部材で形成されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の水力機械のガイドベーン。   8. The part according to claim 1, wherein at least a portion of the outlet side portion located outside the inscribed circle is formed of a member separate from the blade main body. Guide vanes on hydraulic machines. ランナの外周側に配置され、その回動軸を中心に回動可能とされる水力機械の既存ガイドベーンを改修する水力機械のガイドベーンの改修方法であって、
延長ピースを準備する工程と、
前記既存ガイドベーンの出口側部分に、前記延長ピースを接合し、請求項１乃至７のいずれかに記載のガイドベーンの出口側部分を形成する工程と、を備えることを特徴とする、水力機械のガイドベーンの改修方法。 A method of repairing a guide vane of a hydraulic machine that is disposed on the outer peripheral side of the runner and repairs an existing guide vane of the hydraulic machine that is rotatable about its rotation axis,
Preparing an extension piece;
A hydraulic machine comprising: a step of joining the extension piece to an outlet side portion of the existing guide vane to form an outlet side portion of the guide vane according to any one of claims 1 to 7. Guide vane repair method.
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