JP2016205248A - Guide vane and hydraulic machine provided with the same - Google Patents
Guide vane and hydraulic machine provided with the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016205248A JP2016205248A JP2015088530A JP2015088530A JP2016205248A JP 2016205248 A JP2016205248 A JP 2016205248A JP 2015088530 A JP2015088530 A JP 2015088530A JP 2015088530 A JP2015088530 A JP 2015088530A JP 2016205248 A JP2016205248 A JP 2016205248A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- guide vane
- divided
- blade
- runner
- blade portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Abstract
Description
本発明の実施の形態は、ガイドベーン及びそれを備える水力機械に関する。 Embodiments described herein relate generally to a guide vane and a hydraulic machine including the guide vane.
水力機械には、フランシス水車や軸流水車等をはじめとした種々の機種が存在する。例えば、発電所に設置される一般的なフランシス水車では、上池より鉄管を通ってケーシングに導かれた圧力水が、ケーシングの内周側に配置されたステーベーン及びガイドベーンを通ってランナへ流入する。ランナへ流入した圧力水の圧力エネルギーは、ランナ内で回転エネルギーに変換される。この回転エネルギーによってランナのランナ回転軸とカップリングされた発電機が回転することにより、発電が行われる。ランナから流出する圧力水は、吸出し管を通って下流(下池)へと排出される。 There are various types of hydraulic machines including Francis turbines and axial flow turbines. For example, in a typical Francis turbine installed in a power plant, the pressure water led to the casing through the iron pipe from the upper pond flows into the runner through the stay vanes and guide vanes arranged on the inner peripheral side of the casing. To do. The pressure energy of the pressure water flowing into the runner is converted into rotational energy in the runner. Electric power is generated by rotating the generator coupled to the runner rotation shaft of the runner by this rotational energy. The pressure water flowing out of the runner is discharged downstream (lower pond) through the suction pipe.
また、一般的なフランシス水車では、上述のガイドベーンが、ランナ回転軸の周りに等ピッチで複数配置されており、各ガイドベーンは、ガイドベーン回転軸を有し、当該回転軸を中心に回転可能となっている。各ガイドベーン回転軸は、リンク機構に連結され、このリンク機構は、各ガイドベーン回転軸を回転させることにより、各ガイドベーンの角度を同時且つ一律に調整するようになっている。これにより、ガイドベーンの角度を、全閉状態からリンク機構の最大ストロークに応じて定まる全開状態までの間で調整することにより、必要な出力に見合った流量の圧力水をランナへ供給することができる。 Further, in a general Francis turbine, a plurality of the above-described guide vanes are arranged at an equal pitch around the runner rotation axis, and each guide vane has a guide vane rotation axis and rotates around the rotation axis. It is possible. Each guide vane rotating shaft is connected to a link mechanism, and this link mechanism is configured to simultaneously and uniformly adjust the angle of each guide vane by rotating each guide vane rotating shaft. As a result, by adjusting the angle of the guide vane from the fully closed state to the fully open state determined according to the maximum stroke of the link mechanism, it is possible to supply the runner with a flow rate of pressure water corresponding to the required output. it can.
このようなフランシス水車では、設置される発電所毎に固有の落差範囲及び出力範囲があり、落差範囲においては、水車を高効率で運転し得る設計落差が設定されている。しかしながら、この設計落差から外れた運転点では、ランナの入口付近でキャビテーションや剥離による渦が発生することがある。このことについて、図9乃至図11を用いて説明する。 In such a Francis turbine, there is a head range and an output range that are unique to each installed power plant. In the head range, a design head that can operate the turbine with high efficiency is set. However, at operating points that deviate from this design head, vortices due to cavitation and separation may occur near the runner entrance. This will be described with reference to FIGS.
図9には、一般的なフランシス水車の設計落差近傍の運転点におけるランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図10には、図9に示す状態から高落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図11には、図9に示す状態から低落差側の運転点となった際のランナ入口側の流れの速度三角形が示されている。図9乃至図11において、符号100は、ガイドベーンを示し、符号101は、ランナのランナ羽根を示している。また、図9乃至図11に示す各ガイドベーン100の角度は、互いに同一となっている。
FIG. 9 shows a velocity triangle of the flow on the runner inlet side at an operating point near the design head of a general Francis turbine. FIG. 10 shows a velocity triangle of the flow on the runner inlet side when the operating point on the high head side is reached from the state shown in FIG. FIG. 11 shows a flow velocity triangle on the runner inlet side when the operating point on the low head side is reached from the state shown in FIG. 9 to 11,
図9において、符号βは、ランナ入口角度を示し、符号Cuは、周速度係数を示し、符号Cvは、ガイドベーン100からランナ羽根101に流入する圧力水の絶対流速係数を示し、符号Cwは、周速度係数Cuと絶対流速係数Cvとから求められる相対速度係数を示している。また、符号αは、相対速度係数Cwと周速度係数Cuとから求められる相対流入角度を示している。
In FIG. 9, the symbol β represents the runner inlet angle, the symbol Cu represents the peripheral velocity coefficient, the symbol Cv represents the absolute flow velocity coefficient of the pressure water flowing from the
図9に示す設計落差近傍の運転点においては、ランナ入口角度βと、相対流入角度αとが、略同じ角度となっている。このような運転状況においては、キャビテーションや剥離による渦は生じ難い。 At the operating point in the vicinity of the design head shown in FIG. 9, the runner inlet angle β and the relative inflow angle α are substantially the same angle. In such operating conditions, vortices due to cavitation and separation are unlikely to occur.
これに対して、図10に示すように、高落差側の運転点においては、符号Cv’で示される絶対流速係数に対して符号Cu’で示される周速度係数が相対的に小さくなることで、符号Cw’で示される相対速度係数と周速度係数Cu’とから求められる相対流入角度α’が、ランナ入口角度βよりも大きくなる。その結果、ランナ羽根101の入口側の負圧面でキャビテーションXが発生し易くなってしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 10, at the operating point on the high head side, the peripheral velocity coefficient indicated by the symbol Cu ′ is relatively smaller than the absolute flow velocity coefficient indicated by the symbol Cv ′. The relative inflow angle α ′ obtained from the relative speed coefficient indicated by the symbol Cw ′ and the peripheral speed coefficient Cu ′ becomes larger than the runner inlet angle β. As a result, cavitation X tends to occur on the suction surface on the inlet side of the
また、図11に示すように、低落差側の運転点においては、符号Cv’’で示される絶対流速係数に対して符号Cu’’で示される周速度係数が相対的に大きくなることで、符号Cw’’で示される相対速度係数と周速度係数Cu’’とから求められる相対流入角度α’’が、ランナ入口角度βよりも小さくなる。その結果、ランナ羽根101の入口側の圧力面で剥離による渦Yが発生し易くなってしまう。
Further, as shown in FIG. 11, at the operating point on the low head side, the peripheral speed coefficient indicated by the symbol Cu ″ is relatively larger than the absolute flow velocity coefficient indicated by the symbol Cv ″. The relative inflow angle α ″ obtained from the relative speed coefficient indicated by the symbol Cw ″ and the peripheral speed coefficient Cu ″ is smaller than the runner inlet angle β. As a result, the vortex Y due to separation tends to occur on the pressure surface on the inlet side of the
このように、一般的なフランシス水車では、設計落差から外れることにより相対流入角度とランナ入口角度との差が大きくなると、キャビテーションや剥離による渦が発生し易くなる。このようなキャビテーションや剥離による渦は、ランナ羽根101の入口端部のクラウンからバンドにかけて全体的に一律に発生することは少なく、バンド側又はクラウン側の一部から発生することが多い。
As described above, in a general Francis turbine, when the difference between the relative inflow angle and the runner inlet angle increases due to deviation from the design head, vortices due to cavitation and separation tend to occur. Such vortices due to cavitation and separation rarely occur as a whole from the crown at the inlet end of the
キャビテーションが発生した状態で長時間の運転が実行されると、キャビテーションが発生した領域でランナの流水面が壊食され、機器の寿命が縮まる虞がある。また、振動や騒音を伴う剥離による渦が発生した場合には、効率の低下に加えて運転に支障が生じ得るため、このような運転状態を避けた運転が必要になる場合がある。そのため、キャビテーションや剥離による渦の初生点は、一般的に、水車の運転範囲を制限する目安として利用されている。 If the operation is performed for a long time in a state where cavitation has occurred, the runner surface of the runner may be eroded in the region where the cavitation has occurred, and the life of the equipment may be shortened. In addition, when a vortex due to separation accompanied by vibration or noise occurs, the operation may be hindered in addition to the decrease in efficiency, and thus an operation that avoids such an operation state may be necessary. Therefore, the initial point of the vortex due to cavitation and separation is generally used as a guideline for limiting the operation range of the water turbine.
図12には、一般的なフランシス水車の水車性能線図の一例が示されている。この線図において、横軸は落差を示し、縦軸は流量を示している。一点鎖線L11は、ランナ入口負圧面におけるキャビテーションの初生線を示しており、一点鎖線L12は、ランナ入口圧力面における剥離(剥離渦)の初生線を示している。また、複数の破線は、等効率線を示している。図12に示す線図では、図中でハッチングを付した運転範囲の一部に2つの初生線L11,L12で示される範囲が含まれており、このような運転点ではキャビテーションや剥離が生じる恐れがあるため、運転が制限されることがある。 FIG. 12 shows an example of a turbine performance diagram of a general Francis turbine. In this diagram, the horizontal axis indicates a drop and the vertical axis indicates a flow rate. An alternate long and short dash line L11 indicates an initial line of cavitation on the runner inlet pressure surface, and an alternate long and short dash line L12 indicates an initial line of separation (separation vortex) on the runner inlet pressure surface. A plurality of broken lines indicate isoefficiency lines. In the diagram shown in FIG. 12, the hatched portion in the drawing includes a range indicated by two primary lines L11 and L12, and cavitation and separation may occur at such an operating point. Driving may be limited.
上述のように、キャビテーション及び剥離の発生は、水車を好適に運転可能な運転範囲を制限する。このようなキャビテーション及び剥離の発生を抑制することが可能であれば、制限された運転範囲を拡大することができることになる。運転範囲の拡大は、水車を好適に運転可能となる設置条件を拡大させるため、有益である。 As described above, the occurrence of cavitation and separation limits the operating range in which the water turbine can be suitably operated. If it is possible to suppress the occurrence of such cavitation and separation, the limited operation range can be expanded. Expansion of the operating range is beneficial because it expands the installation conditions that allow the water turbine to be suitably driven.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、水力機械を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができるガイドベーン及びそれを備える水力機械を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing a guide vane which can expand the driving | running | working range which can operate a hydraulic machine suitably, and a hydraulic machine provided with the same.
実施の形態によるガイドベーンは、羽根本体と、前記羽根本体に連結され且つその回転により前記羽根本体の全体を回転させるガイドベーン回転軸と、を備えている。前記羽根本体は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向に分割された少なくとも2つの分割羽根部を有する。前記分割羽根部の各々は、前記羽根本体の出口側端部の一部を含んでいる。少なくとも1つの前記分割羽根部は、前記ガイドベーン回転軸と平行な軸線を中心に、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている。 The guide vane according to the embodiment includes a blade main body and a guide vane rotation shaft that is connected to the blade main body and rotates the entire blade main body by the rotation thereof. The blade body includes at least two divided blade portions divided in the axial direction of the guide vane rotation shaft. Each of the divided blade portions includes a part of the outlet side end portion of the blade body. At least one of the divided blade portions rotates about an axis parallel to the guide vane rotation axis independently of the entire rotation of the blade body.
また、実施の形態による水力機械は、上記のガイドベーンを備える。 Moreover, the hydraulic machine by embodiment is provided with said guide vane.
本発明によれば、水力機械を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the driving | operation range which can drive | operate a hydraulic machine suitably can be expanded.
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、本発明の第1の実施の形態に係る水力機械としてのフランシス水車1を示している。このフランシス水車1は、図示しない上池から鉄管を通って圧力水が流入するケーシング2と、複数のステーベーン3と、複数のガイドベーン4と、ランナ5と、を備えている。ケーシング2は、上池から流入した圧力水を周方向に均一化してステーベーン3に供給する。複数のステーベーン3は、ケーシング2から流出する水をガイドベーン4に導くためのものであり、ケーシング2の内周側において周方向に所定の間隔をあけて配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a Francis turbine 1 as a hydraulic machine according to a first embodiment of the present invention. The Francis turbine 1 includes a
複数のガイドベーン4は、流入した水をランナ5に導くためのものであり、ステーベーン3の内周側において周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン4の各々は、図示省略する上カバーと下カバーとの間に形成される流路内に配置される羽根本体41と、羽根本体41に連結され且つその回転により羽根本体41の全体を回転させるガイドベーン回転軸42と、を有している。図中のL1は、ガイドベーン回転軸42の中心を通る回転軸線を示している。
The plurality of
図示の例において、ガイドベーン回転軸42は、図中の上方に向けて延び、図示省略する上カバーの外側でリンク機構を有する駆動装置6に接続されている。各ガイドベーン回転軸42は、駆動装置6のリンク機構に連結されており、駆動装置6は、リンク機構を介して各ガイドベーン回転軸42を回転させることにより、各羽根本体41の全体の角度を同時且つ一律に調整することが可能となっている。これにより、所望の流量の圧力水を、ガイドベーン4からランナ5へ供給することができる。
In the illustrated example, the guide
ランナ5は、ケーシング2に対して回転軸線C1を中心に回転可能に構成され、ガイドベーン4から流出する水によって回転する。ランナ5は、クラウン51と、バンド52と、クラウン51及びバンド52の間に設けられた複数のランナ羽根53と、を有している。複数のランナ羽根53は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。
The
ランナ5には、主軸7を介して発電機8が連結されており、発電機8は、ランナ5によって回転されることで発電を行う。また、ランナ5の下流側には、吸出し管9が設けられている。ランナ5を流出した圧力水は、吸出し管9を通って下池に放出される。
A
図1に示すように、本実施の形態において、羽根本体41は、ガイドベーン回転軸42の軸方向(回転軸線L1方向)に分割された第1分割羽根部43A、第2分割羽根部43B、及び第3分割羽根部43Cを有し、これら分割羽根部43A〜43Cの各々は、羽根本体41の出口側端部41Aの一部を含んでいる。この例では、複数のガイドベーン4の羽根本体41の各々が、第1分割羽根部43A、第2分割羽根部43B、及び第3分割羽根部43Cを有する。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
第1分割羽根部43Aは、クラウン51側に配置され、第3分割羽根部43Cは、バンド52側に配置され、第2分割羽根部43Bは、第1分割羽根部43Aと第3分割羽根部43Cとの間に配置されている。また、本実施の形態において、第1分割羽根部43Aと第2分割羽根部43Bとは、回転軸線L1に直交し羽根本体41の出口側端部41Aから入口側端部41Bにわたって延びる分割線(分割位置)によって、分割されている。同様に、第2分割羽根部43Bと第3分割羽根部43Cとは、回転軸線L1に直交し出口側端部41Aから入口側端部41Bにわたって延びる分割線によって、分割されている。
The first divided
分割羽根部43A〜43Cの各々は、ガイドベーン回転軸42と平行な軸線を中心に、羽根本体41の全体の回転とは独立して回転するようになっている。本実施の形態では、分割羽根部43A〜43Cの各々は、ガイドベーン回転軸42の回転軸線L1と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
Each of the divided blade portions 43 </ b> A to 43 </ b> C is configured to rotate independently of the entire rotation of the
分割羽根部43A〜43Cの各々を羽根本体41の全体の回転とは独立して回転させる機構としては、種々の機構が適用され得る。例えば、ガイドベーン回転軸41及び第1分割羽根部43Aの間、第1分割羽根部43A及び第2分割羽根部43Bの間、第2分割羽根部43B及び第3分割羽根部43Cの間の各々に、2つの部材間の相対回転を可能又は不能とするクラッチが設けられ、第1分割羽根部43Aを回転させる駆動軸、第2分割羽根部43Bを回転させる駆動軸、及び第3分割羽根部43Cを回転させる駆動軸が、三重に重ねて配置され、クラッチを適宜切り換えて、所望の駆動軸を回転させることにより、所望の分割羽根部43A〜43Cを回転させる機構等が、採用されてもよい。
Various mechanisms may be applied as a mechanism for rotating each of the divided
次に、本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
本実施の形態に係るフランシス水車1においては、上池から導かれた圧力水が鉄管を通ってケーシング2に導かれる。圧力水は、ケーシング2により流れが周方向に均一化され、ケーシング2の内周側に配置されたステーベーン3及びガイドベーン4を通ってランナ5へ流入する。ランナ5は、通過する圧力水の圧力エネルギーにより回転し、主軸7を介して連結する発電機8を駆動する。これにより、発電機8において発電が行われる。ランナ5から流出する圧力する水は、吸出し管9を通って下池に放出される。
In the Francis turbine 1 according to the present embodiment, the pressure water guided from the upper pond is guided to the
ガイドベーン4は、ランナ5のクラウン51からバンド52までの領域に径方向に向き合う任意の高さ位置(ガイドベーン回転軸42の軸方向での位置)において、ランナ5に流入する流れの角度を様々な運転点に応じて変化させることができる。具体的に本実施の形態では、任意の高さ位置に対応する分割羽根部43A〜43Cを選択的に独立して回転させることにより、ランナ5に流入する流れの角度を様々な運転点に応じて変化させることができる。
The
図2及び図3を用いて、ガイドベーン4がランナ5に流入する流れの角度を運転点に応じて変化させる様子を具体的に説明する。
The manner in which the angle of the flow of the
図2には、フランシス水車1が設計落差の運転点からガイドベーン4の角度を所定の角度に保持されたまま高落差側の運転点となった際のランナ5の入口側の流れの速度三角形が実線で示されている。このような高落差側の運転点においては、図10でも説明したように、ランナ入口角度βに対してガイドベーン4からの相対流入角度α’が大きくなる。その結果、ランナ5のランナ羽根53の入口負圧面側にキャビテーションXが発生し易くなってしまう。
FIG. 2 shows the velocity triangle of the flow on the inlet side of the
このような状態において、本実施の形態に係るガイドベーン4は、図2の破線で示すように、キャビテーションXが発生している位置に対応する分割羽根部43A〜43Cを選択的に独立して回転させることで、キャビテーションXが発生している位置に対応する分割羽根部43A〜43Cの角度(開度)を小さくすることができる。これにより、ランナ5への相対流入角度を、α’からα1’へと小さくすることができるので、局所的な変化で相対流入角度α1’をランナ入口角度βに近づけることができる。その結果、ランナ羽根53の入口負圧面側に発生していたキャビテーションXを抑制することが可能となる。
In such a state, the
一方、図3には、フランシス水車1の設計落差の運転点からガイドベーン4の角度を所定の角度に保持されたまま低落差側の運転点となった際のランナ5の入口側の流れの速度三角形が実線で示されている。このような低落差側の運転範囲においては、図11でも説明したように、ランナ入口角度βに対してガイドベーン4からの相対流入角度α’’が小さくなる。その結果、ランナ5のランナ羽根53の入口圧力面側に剥離による渦Yが発生し易くなってしまう。
On the other hand, FIG. 3 shows the flow of the flow on the inlet side of the
このような状態において、本実施の形態に係るガイドベーン4は、図3の破線で示すように、剥離(渦Y)が発生している位置に対応する分割羽根部43A〜43Cを選択的に独立して回転させることで、剥離が発生している位置に対応する分割羽根部43A〜43Cの角度(開度)を大きくすることができる。これにより、ランナ5への相対流入角度を、α’’からα1’’へと大きくすることができ、局所的な変化でα1’’をランナ入口角度βに近づけることができる。その結果、ランナ羽根53の圧力面側に発生していた剥離を抑制することが可能となる。
In such a state, the
このように、本実施の形態によれば、ガイドベーン4の羽根本体41を任意の高さ位置において全体とは独立に回転させ、ガイドベーン4からランナ5に流入する流れの角度の適正化を図ることによってランナ5へと流入する流れの適正化が図れることになる。特に、図2及び図3で説明したように、キャビテーションや剥離といったランナ5の入口側で発生する水車の運用に様々な障害をもたらす現象を抑制することが可能となる。その結果、水車を好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
Thus, according to the present embodiment, the
図4は、第1の実施の形態の効果を説明する水車性能線図を示した図である。同図には、図12で示した一般的な水車の水車性能線図の一例及びその運転範囲等が示されている。なお、図12を用いた説明した事項と同様の事項についての説明は、省略する。 FIG. 4 is a diagram showing a water turbine performance diagram for explaining the effect of the first embodiment. In the same figure, an example of the performance chart of the general turbine shown in FIG. 12 and its operating range are shown. In addition, the description about the matter similar to the matter demonstrated using FIG. 12 is abbreviate | omitted.
すなわち、本実施の形態によれば、上述のように、キャビテーションや剥離といったランナ5の入口側で発生する水車の運用に様々な障害をもたらす現象を抑制することによって、図4の矢印D1に示すように、一般的なフランシス水車のランナの入口側のキャビテーションの初生線L11よりも、高落差側に初生線L21を移動させることができる。また、図4の矢印D2に示すように、一般的なフランシス水車のランナの入口側の剥離の初生線L12よりも、低落差側に初生線L22を移動させることができる。
That is, according to the present embodiment, as described above, the phenomenon indicated by the arrow D1 in FIG. 4 is suppressed by suppressing the phenomenon that causes various obstacles to the operation of the water turbine that occurs on the inlet side of the
このように本実施の形態によれば、一般的なフランシス水車においてキャビテーションや剥離が発生していた運転点でこれらの現象が発生することを抑制できるので、一般的なフランシス水車よりも、図中の二点鎖線で示される範囲のように、好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of these phenomena at an operating point where cavitation or separation has occurred in a general Francis turbine. As in the range indicated by the two-dot chain line, it is possible to expand the operating range in which driving can be suitably performed.
(第2の実施の形態)
次に、図5には、第2の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第1の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 5 shows a diagram for explaining the Francis turbine according to the second embodiment. The same components as those of the first embodiment described above in the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図5(A)に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン4が、ガイドベーン回転軸42の軸方向に分割された第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bと、ガイドベーン回転軸42の軸方向で隣接する2つの分割羽根部44A,44Bの流水面間を接続する弾性体60と、を有している。分割羽根部43A,43Bの各々は、羽根本体41の出口側端部41Aの一部を含んでいる。図5においては、説明の便宜上、弾性体60を、ドットを付して示している。
As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, the
第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bの各々は、ガイドベーン回転軸42と平行な軸線を中心に、羽根本体41の全体の回転とは独立して回転するようになっている。本実施の形態では、第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bの各々が、ガイドベーン回転軸42の回転軸線L1と同軸に位置する軸線を中心に回転可能となっている。また、第1分割羽根部44Aと第2分割羽根部44Bとは、回転軸線L1に直交し出口側端部41Aから入口側端部41Bにわたって延びる分割線によって、分割されている。これにより、第1分割羽根部44Aはクラウン51側に配置され、第2分割羽根部44Bはバンド52側に配置されている。
Each of the first divided blade portion 44 </ b> A and the second divided blade portion 44 </ b> B rotates around an axis parallel to the guide
弾性体60は、第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bの間に形成されるガイドベーン回転軸42の軸方向での隙間に配置されており、ガイドベーン回転軸42に直交する方向での弾性体60の断面形状は、第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bの断面形状と同一となっている。弾性体60は、圧力面と負圧面とを有している。弾性体60の圧力面は、第1分割羽根部44Aの圧力面及び第2分割羽根部44Bの圧力面の間を接続しており、弾性体60の負圧面は、第1分割羽根部44Aの負圧面及び第2分割羽根部44Bの負圧面の間を接続している。弾性体60は、第1分割羽根部44Aが第2分割羽根部44Bに対して相対回転した際に、これらの回転中心周りに弾性変形するようになっている。
The
本実施の形態によれば、図5(B)に示すように、第1分割羽根部44Aが第2分割羽根部44Bに対して相対回転した際に、弾性体60が第1分割羽根部44Aの流水面と第2分割羽根部44Bの流水面とを滑らかに接続する。これにより、第1分割羽根部44A及び第2分割羽根部44Bの間の不連続なギャップをなくすことが可能となる。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 5 (B), when the first divided
その結果、フランシス水車1における好適に運転可能な運転範囲を効果的に拡大することができる。 As a result, it is possible to effectively expand the operating range in which the Francis turbine 1 can be suitably operated.
(第3の実施の形態)
次に、図6には、第3の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第1及び第2の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 6 shows a diagram for explaining the Francis turbine according to the third embodiment. Constituent parts similar to those of the first and second embodiments described above in the present embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6(A)に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン4が、ガイドベーン回転軸42の軸方向に分割された第1分割羽根部45A及び第2分割羽根部45Bを有している。分割羽根部45A,45Bの各々は、羽根本体41の出口側端部41Aの一部を含んでいる。
As shown in FIG. 6A, in the present embodiment, the
本実施の形態では、第1分割羽根部45A及び第2分割羽根部45Bのうちの第2分割羽根部45Bが、ガイドベーン回転軸42と平行な軸線を中心に、羽根本体41の全体の回転とは独立して回転するようになっている。詳しくは、第2分割羽根部45Bは、ガイドベーン回転軸42の回転軸線L1と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
In the present embodiment, the second divided
第1分割羽根部45Aと第2分割羽根部45Bとは、回転軸線L1に直交し出口側端部41Aから入口側端部41Bに向けて延び、回転軸線L1よりも入口側端部41B側の位置で折れ曲がって当該回転軸線L1に沿ってバンド52側に延びる分割線によって、分割されている。これにより、本実施の形態では、第1分割羽根部45Aに、羽根本体41の入口側端部41Bの全体が設けられている。よって、羽根本体41の入口側端部41Bは、ガイドベーン回転軸42の軸方向に分割されずに当該軸方向に連続して延びている。
The first divided
本実施の形態によれば、ガイドベーン4の入口側端部41Bが高さ方向(ガイドベーン回転軸42の軸方向)の全体で同一形状であるため、図6(B)に示すように、上流に位置する例えば2次元翼のステーベーン3との相対的な関係を一定に維持したまま、第2分割羽根部45Bを全体とは独立に回転させ、ガイドベーン4からランナ5に流入する流れの角度の適正化を図ることができる。
According to the present embodiment, the inlet
その結果、ガイドベーン4とステーベーン3との位置関係で決まる特性を維持したまま、好適に運転可能な運転範囲を拡大することができる。
As a result, it is possible to expand the operation range that can be suitably operated while maintaining the characteristics determined by the positional relationship between the
(第4の実施の形態)
次に、図7には、第4の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第1乃至第3の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 7 shows a diagram for explaining the Francis turbine according to the fourth embodiment. The same components as those of the first to third embodiments described above in the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図7に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン4が、ガイドベーン回転軸42の軸方向に分割された第1分割羽根部46A及び第2分割羽根部46Bを有している。分割羽根部46A,46Bの各々は、羽根本体41の出口側端部41Aの一部を含んでいる。
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the
本実施の形態では、第1分割羽根部46A及び第2分割羽根部46Bのうちの第2分割羽根部46Bが、ガイドベーン回転軸42と平行な軸線を中心に、羽根本体41の全体の回転とは独立して回転するようになっている。第2分割羽根部46Bは、ガイドベーン回転軸42の回転軸線L1と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
In the present embodiment, the second divided
第1分割羽根部46Aと第2分割羽根部46Bとは、回転軸線L1に直交し出口側端部41Aから入口側端部41Bにわたって延びる分割線によって、分割されている。第1分割羽根部46Aはクラウン51側に配置され、第2分割羽根部46Bはバンド52側に配置されている。
46 A of 1st division | segmentation blade | wing parts and the 2nd division | segmentation blade |
また、第1分割羽根部46Aと第2分割羽根部46Bとの分割線は、羽根本体41におけるバンド52側に設定されている。より具体的には、第1分割羽根部46Aと第2分割羽根部46Bとは、羽根本体41の高さ方向における中間位置よりもバンド52側で分割されている。より具体的には、第1分割羽根部46Aと第2分割羽根部46Bとは、羽根本体41の高さ方向における中間位置とバンド52側の端部との間の中間位置よりもバンド52側で分割されている。
The dividing line between the first divided
本実施の形態によれば、羽根本体41のうちのバンド52側の限られた部分だけを全体の回転とは独立して回転させることができる。図7に示すように、一般的に、キャビテーションXや剥離Yはランナ5の入口側全面に一律に発生することは少ない。そのため、本実施の形態によれば、バンド52側にキャビテーションXや剥離Yが発生し易い場合に、これらキャビテーションXや剥離Yを、比較的簡易な構造で抑制できる。
According to the present embodiment, only a limited portion of the
(第5の実施の形態)
次に、図8には、第5の実施の形態に係るフランシス水車を説明する図が示されている。本実施の形態における上述の第1乃至第4の実施の形態の構成部分と同様の構成部分については、同一の符号を示し、説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 8 shows a diagram for explaining the Francis turbine according to the fifth embodiment. Constituent parts similar to those of the first to fourth embodiments described above in the present embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図8に示すように、本実施の形態では、ガイドベーン4が、ガイドベーン回転軸42の軸方向に分割された第1分割羽根部47A及び第2分割羽根部47Bを有している。分割羽根部47A,47Bの各々は、羽根本体41の出口側端部41Aの一部を含んでいる。
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the
本実施の形態では、第1分割羽根部47A及び第2分割羽根部47Bのうちの第1分割羽根部47Aが、ガイドベーン回転軸42と平行な軸線を中心に、羽根本体41の全体の回転とは独立して回転するようになっている。第1分割羽根部47Aは、ガイドベーン回転軸42の回転軸線L1と同軸に位置する軸線を中心に、回転可能となっている。
In the present embodiment, of the first divided
第1分割羽根部47Aと第2分割羽根部47Bとは、回転軸線L1に直交し出口側端部41Aから入口側端部41Bにわたって延びる分割線によって、分割されている。第1分割羽根部47Aはクラウン51側に配置され、第2分割羽根部47Bはバンド52側に配置されている。
47 A of 1st division | segmentation blade | wing parts and the 2nd division | segmentation blade |
また、第1分割羽根部47Aと第2分割羽根部47Bとの分割線は、羽根本体41におけるクラウン51側に設定されている。より具体的には、第1分割羽根部47Aと第2分割羽根部47Bとは、羽根本体41の高さ方向における中間位置よりもクラウン51側で分割されている。より具体的には、第1分割羽根部47Aと第2分割羽根部47Bとは、羽根本体41の高さ方向における中間位置とクラウン51側の端部との間の中間位置よりもクラウン51側で分割されている。
The dividing line between the first divided
本実施の形態によれば、羽根本体41のうちのクラウン51側の限られた部分だけを全体の回転とは独立して回転させることができる。図8に示すように、一般的に、キャビテーションXや剥離Yはランナ5の入口側全面に一律に発生することは少ない。そのため、本実施の形態によれば、クラウン51側にキャビテーションXや剥離Yが発生し易い場合に、これらキャビテーションXや剥離Yを、比較的簡易な構造で抑制できる。
According to the present embodiment, only a limited portion of the
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、ガイドベーン4が、3つ又は2つの分割羽根部に分割される例を説明したが、ガイドベーン4は、4つ以上に分割されても構わない。なお、本実施の形態において説明したガイドベーン回転軸と平行な軸線とは、ガイドベーン回転軸の回転軸線と同軸の軸線又は前記回転軸線から離れて当該回転軸線に平行に延びる軸線のことを意味する。
For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the
1 フランシス水車(水力機械)、2 ケーシング、3 ステーベーン、4 ガイドベーン、5 ランナ、6 駆動装置、7 主軸、8 発電機、9 吸出し管、41 羽根本体、41A 出口側端部、41B 入口側端部、42 ガイドベーン回転軸、43A,44A,45A,46A,47A 第1分割羽根部、43B,44B,45B,46B,47B 第2分割羽根部、43C 第3分割羽根部、51 クラウン、52 バンド、53 ランナ羽根、60 弾性体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Francis turbine (hydraulic machine), 2 casing, 3 stay vane, 4 guide vane, 5 runner, 6 drive device, 7 spindle, 8 generator, 9 suction pipe, 41 blade body, 41A outlet side end, 41B inlet side end Part, 42 guide vane rotating shaft, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A first divided blade part, 43B, 44B, 45B, 46B, 47B second divided blade part, 43C third divided blade part, 51 crown, 52
Claims (6)
前記羽根本体は、前記ガイドベーン回転軸の軸方向に分割された少なくとも2つの分割羽根部を有し、
前記分割羽根部の各々は、前記羽根本体の出口側端部の一部を含んでおり、
少なくとも1つの前記分割羽根部は、前記ガイドベーン回転軸と平行な軸線を中心に、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とするガイドベーン。 A guide vane comprising: a blade body; and a guide vane rotating shaft coupled to the blade body and rotating the entire blade body by rotation thereof,
The blade body has at least two divided blade portions divided in the axial direction of the guide vane rotation shaft,
Each of the divided blade portions includes a part of the outlet side end portion of the blade body,
The guide vane is characterized in that at least one of the divided blade portions rotates about an axis parallel to the guide vane rotation axis independently of the entire rotation of the blade body.
前記羽根本体は、2つの前記分割羽根部を有し、
2つの前記分割羽根部のうち、その出口側端部が前記バンド側に位置する分割羽根部が、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のガイドベーン。 The guide vane is arranged upstream of the inlet side of the runner in which a runner blade is provided between the crown and the band,
The blade body has two divided blade portions,
Of the two divided blade portions, the divided blade portion whose outlet side end portion is located on the band side is configured to rotate independently of the entire rotation of the blade body. The guide vane according to any one of claims 1 to 3.
前記羽根本体は、2つの前記分割羽根部を有し、
2つの前記分割羽根部のうち、その出口側端部が前記クラウン側に位置する分割羽根部が、前記羽根本体の全体の回転とは独立して回転するようになっている、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のガイドベーン。 The guide vane is arranged upstream of the inlet side of the runner in which a runner blade is provided between the crown and the band,
The blade body has two divided blade portions,
Of the two divided blade portions, the divided blade portion whose outlet side end portion is located on the crown side is configured to rotate independently of the entire rotation of the blade body. The guide vane according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015088530A JP2016205248A (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Guide vane and hydraulic machine provided with the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015088530A JP2016205248A (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Guide vane and hydraulic machine provided with the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016205248A true JP2016205248A (en) | 2016-12-08 |
Family
ID=57489164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015088530A Pending JP2016205248A (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Guide vane and hydraulic machine provided with the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016205248A (en) |
-
2015
- 2015-04-23 JP JP2015088530A patent/JP2016205248A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2453111A2 (en) | Labyrinth seals for turbomachinery | |
JP2015094220A (en) | Axial flow turbine | |
JP2009085185A (en) | Axial flow turbine and axial flow turbine stage structure | |
JP2011132877A (en) | Multistage radial turbine | |
JP2011106474A (en) | Axial flow turbine stage and axial flow turbine | |
US20160160834A1 (en) | Hydraulic machine | |
JP6523857B2 (en) | Runner and hydraulic machine | |
JP5738252B2 (en) | Impulse air turbine equipment used with reverse bidirectional airflow in wave power plants | |
JP2016205248A (en) | Guide vane and hydraulic machine provided with the same | |
CN109763928B (en) | Guide vane and fluid machine | |
JP6670736B2 (en) | Hydraulic machine and its operation method | |
JP6556486B2 (en) | Runner and hydraulic machine | |
JP6407763B2 (en) | Axial flow hydraulic machine runner vane, axial flow hydraulic machine runner and axial flow hydraulic machine | |
JP6370591B2 (en) | Hydraulic machine | |
JP2005214051A (en) | Axial-flow turbine stage and axial-flow turbine | |
JP2019007374A (en) | Runner of movable blade water turbine, discharge ring of movable blade water turbine, and movable blade water turbine | |
JP4876797B2 (en) | Hydraulic machinery and hydraulic machinery staying | |
JP2016061151A (en) | Guide vane for hydraulic machine and repairing method thereof | |
JP2013072304A (en) | Hydraulic machine | |
JP7051647B2 (en) | Axial turbine | |
JP2016070226A (en) | Hydraulic machinery and operation method of the same | |
JP2019027307A (en) | Runner cone and axial flow turbine | |
JP6126483B2 (en) | Axial water turbine runner blades, axial water turbine runners and axial water turbines | |
JP6132736B2 (en) | Kaplan watermill | |
JP2007205221A (en) | Axial flow turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20171122 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20171124 |