JP2019007374A - Runner of movable blade water turbine, discharge ring of movable blade water turbine, and movable blade water turbine - Google Patents

Runner of movable blade water turbine, discharge ring of movable blade water turbine, and movable blade water turbine Download PDF

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Yasuyuki Enomoto
保之 榎本
秀之 川尻
Hideyuki Kawajiri
秀之 川尻
慶拓 石川
Keisuke Ishikawa
慶拓 石川
円 成川
Madoka Narukawa
円 成川
怜 田邊
Rei Tanabe
怜 田邊
昌彦 中薗
Masahiko Nakazono
昌彦 中薗
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Abstract

To provide a movable blade water turbine capable of preventing leakage flow formed around a runner vane to improve its performance.SOLUTION: A runner 5 of a movable blade water turbine is configured such that on an upstream side outer peripheral surface 12 and downstream side outer peripheral surface 13 of a runner boss 10, concave parts 14, 15 are provided respectively; a runner vane 20 has a central inner peripheral end surface 21 formed in a spherical shape so as to face a central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10, and vane extension parts 22, 23 respectively entering the concave parts 14, 15 in a case where an angle of the runner vane 20 becomes a maximum angle; and inner peripheral end surfaces of the vane extension parts 22, 23 are formed on an extension surface of the central inner peripheral end surface 21.SELECTED DRAWING: Figure 2A

Description

本発明の実施の形態は、可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車に関する。   Embodiments of the present invention relate to a runner of a movable blade turbine, a discharge ring of the movable blade turbine, and a movable blade turbine.

水力発電で使用される水力機械は衝動水車と反動水車に大きく分けられる。このうち反動水車の例としては、フランシス水車に代表される遠心水車と、デリア水車に代表される斜流水車と、カプラン水車、プロペラ水車またはバルブ水車等の軸流水車とが挙げられる。   Hydropower machines used in hydropower generation can be broadly divided into impulse turbines and reaction turbines. Examples of the reaction water turbine include a centrifugal water turbine represented by a Francis turbine, a diagonal water turbine represented by a Delia turbine, and an axial flow turbine such as a Kaplan turbine, a propeller turbine, or a valve turbine.

軸流水車のランナは、ランナボスと、ランナボスに設けられたランナベーンと、を備えている。カプラン水車やバルブ水車等の可動羽根水車では、ランナベーン全体がランナボスに対して回動可能になっている。一方、プロペラ水車では、ランナベーンは、ランナボスに溶接接合やボルト締結により固定されている。   The runner of the axial flow turbine includes a runner boss and a runner vane provided on the runner boss. In movable vane turbines such as Kaplan turbines and valve turbines, the entire runner vane is rotatable relative to the runner boss. On the other hand, in the propeller turbine, the runner vane is fixed to the runner boss by welding or bolt fastening.

可動羽根水車では、必要とされる負荷、運転落差に応じて、ランナベーンの角度とガイドベーンの開度をそれぞれ最適な状態に制御することが可能になっている。このため、可動羽根水車は、フランシス水車やプロペラ水車のようにランナベーンが固定されている水車に比べて広い運転範囲で高効率な運転が可能になっている。   In the movable impeller turbine, it is possible to control the runner vane angle and the guide vane opening to optimum states according to the required load and operating head. For this reason, the movable impeller turbine can be operated with high efficiency in a wider operation range compared to a turbine in which a runner vane is fixed like a Francis turbine or a propeller turbine.

しかしながら、ランナベーンを運転状態に応じて回動するため、ランナベーンの外周端面(チップ側端面)と静止部(ディスチャージリング)との間には隙間が設けられている。この隙間には、漏れ流れとなる水の流れが形成される。この漏れ流れは、ランナにエネルギーを与えることがないため、単に損失が発生してしまう。また、ランナベーンの内周端面(ボス側端面)とランナボスとの間にも隙間が設けられており、この隙間にも漏れ流れが形成されてしまい、損失が発生してしまう。   However, in order to rotate the runner vanes according to the operating state, a gap is provided between the outer peripheral end face (chip side end face) of the runner vane and the stationary part (discharge ring). In this gap, a water flow is formed as a leakage flow. Since this leakage flow does not give energy to the runner, it simply causes a loss. Further, a gap is also provided between the inner peripheral end surface (boss side end surface) of the runner vane and the runner boss, and a leakage flow is also formed in this gap, resulting in a loss.

特開2011−102564号公報JP 2011-102564 A

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ランナベーンの周囲に形成される漏れ流れを抑制し、性能を向上させることができる可動羽根水車を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such points, and an object of the present invention is to provide a movable impeller turbine capable of suppressing the leakage flow formed around the runner vane and improving the performance.

実施の形態による可動羽根水車のランナは、ランナボスと、ランナボスに回動可能に設けられたランナベーンと、を備えている。ランナボスは、球面状に形成された中央外周面と、中央外周面よりも上流側に設けられた上流側外周面と、中央外周面よりも下流側に設けられた下流側外周面と、を有している。上流側外周面および下流側外周面は、中央外周面の延長面よりも外周側に形成されている。上流側外周面または下流側外周面に、凹部が設けられている。ランナベーンは、ランナボスの中央外周面に対向する、球面状に形成された中央内周端面と、ランナベーンの角度が最大角度になった場合に、凹部に入り込むベーン延長部と、を有している。ベーン延長部の内周端面は、中央内周端面の延長面上に形成されている。   The runner of the movable impeller turbine according to the embodiment includes a runner boss and a runner vane that is rotatably provided on the runner boss. The runner boss has a central outer peripheral surface formed in a spherical shape, an upstream outer peripheral surface provided upstream from the central outer peripheral surface, and a downstream outer peripheral surface provided downstream from the central outer peripheral surface. doing. The upstream outer peripheral surface and the downstream outer peripheral surface are formed on the outer peripheral side with respect to the extended surface of the central outer peripheral surface. A recess is provided on the upstream outer peripheral surface or the downstream outer peripheral surface. The runner vane has a central inner peripheral end surface formed in a spherical shape that faces the central outer peripheral surface of the runner boss, and a vane extension that enters the recess when the runner vane angle reaches the maximum angle. The inner peripheral end surface of the vane extension is formed on the extended surface of the central inner peripheral end surface.

実施の形態による可動羽根水車のランナは、球面状に形成された球状内周面を有するディスチャージリングの内周側に設けられる可動羽根水車のランナである。この可動羽根水車のランナは、ランナボスと、ランナボスに回動可能に設けられたランナベーンと、を備えている。ランナベーンは、ディスチャージリングの球状内周面に対向する、球面状に形成された外周端面と、外周端面に設けられたベーン溝と、を有している。ベーン溝は、ランナベーンの外周端面とディスチャージリングの球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている。   The runner of the movable vane turbine according to the embodiment is a runner of a movable vane turbine provided on the inner peripheral side of a discharge ring having a spherical inner peripheral surface formed in a spherical shape. The runner of the movable impeller turbine includes a runner boss and a runner vane that is rotatably provided on the runner boss. The runner vane has a spherical outer peripheral end surface facing the spherical inner peripheral surface of the discharge ring, and a vane groove provided on the outer peripheral end surface. The vane groove extends in a direction intersecting with the flow direction of the leakage flow formed in the gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring.

実施の形態による可動羽根水車は、上述した可動羽根水車のランナと、可動羽根水車のランナの外周側に設けられたディスチャージリングと、を備えている。   The movable vane turbine according to the embodiment includes the above-described runner of the movable vane turbine and a discharge ring provided on the outer peripheral side of the runner of the movable vane turbine.

実施の形態による可動羽根水車のディスチャージリングは、ランナボスと、ランナボスに回動可能に設けられた、球面状に形成された外周端面を含むランナベーンとを有するランナの外周側に設けられる可動羽根水車のディスチャージリングである。この可動羽根水車のディスチャージリングは、ランナベーンの外周端面に対向する、球面状に形成された球状内周面と、球状内周面に設けられたリング溝と、を備えている。リング溝は、ランナベーンの外周端面とディスチャージリングの球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている。   The discharge ring of the movable impeller turbine according to the embodiment is a movable impeller turbine provided on the outer peripheral side of a runner having a runner boss and a runner vane including a peripheral end surface formed in a spherical shape and rotatably provided on the runner boss. It is a discharge ring. The discharge ring of the movable impeller water turbine includes a spherical inner peripheral surface formed in a spherical shape facing the outer peripheral end surface of the runner vane, and a ring groove provided in the spherical inner peripheral surface. The ring groove extends in a direction crossing the flow direction of the leakage flow formed in the gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring.

実施の形態による可動羽根水車は、上述した可動羽根水車のディスチャージリングと、ディスチャージリングの内周側に設けられたランナと、を備えている。   The movable vane turbine according to the embodiment includes the discharge ring of the movable vane turbine described above and a runner provided on the inner peripheral side of the discharge ring.

本発明によれば、ランナベーンの周囲に形成される漏れ流れを抑制し、性能を向上させることができる。   According to the present invention, the leakage flow formed around the runner vanes can be suppressed, and the performance can be improved.

図1は、第1の実施の形態におけるカプラン水車の概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a Kaplan turbine according to the first embodiment. 図2Aは、ランナベーンの角度が最大角度になった場合における図1のランナの正面図であって、主として正面に配置されたランナベーンを示す正面図である。FIG. 2A is a front view of the runner of FIG. 1 when the runner vane has a maximum angle, and is a front view mainly showing the runner vane disposed in front. 図2Bは、図2Aのランナの正面図であって、主として側方に配置されたランナベーンを示す正面図である。FIG. 2B is a front view of the runner of FIG. 2A, showing a runner vane disposed mainly laterally. 図2Cは、図2Aのランナを示す模式平面図である。FIG. 2C is a schematic plan view showing the runner of FIG. 2A. 図3(a)は、図2(a)のA−A線断面図であり、図3(b)は、図2(a)のB−B線断面図である。3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2A. 図4Aは、ランナベーンの角度が最小角度になった場合における図1のランナを示す正面図であって、主として正面に配置されたランナベーンを示す正面図である。FIG. 4A is a front view showing the runner of FIG. 1 when the angle of the runner vane is the minimum angle, and is a front view showing the runner vane arranged mainly in the front. 図4Bは、図4Aのランナの正面図であって、主として側方に配置されたランナベーンを示す正面図である。FIG. 4B is a front view of the runner of FIG. 4A, showing a runner vane disposed mainly laterally. 図4Cは、図4Aのランナを示す模式平面図である。FIG. 4C is a schematic plan view showing the runner of FIG. 4A. 図5Aは、比較例として、ランナベーンの角度が最大角度になった場合における一般的なカプラン水車のランナを示す正面図である。FIG. 5A is a front view showing a runner of a general Kaplan turbine as a comparative example when the runner vane has a maximum angle. 図5Bは、図5Aのランナを示す模式平面図である。FIG. 5B is a schematic plan view showing the runner of FIG. 5A. 図6Aは、比較例として、ランナベーンの角度が最小角度になった場合における一般的なカプラン水車のランナを示す正面図である。FIG. 6A is a front view showing a runner of a general Kaplan turbine as a comparative example when the runner vane has a minimum angle. 図6Bは、図6Aのランナを示す模式平面図である。FIG. 6B is a schematic plan view showing the runner of FIG. 6A. 図7は、比較例としての図6に示すランナベーンの周囲の流れを示す図である。FIG. 7 is a view showing a flow around the runner vane shown in FIG. 6 as a comparative example. 図8は、第1の実施の形態としての図4に示すランナベーンの周囲の流れを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a flow around the runner vane shown in FIG. 4 as the first embodiment. 図9(a)は、第2の実施の形態におけるカプラン水車において、ランナベーンの角度が最小角度になった場合におけるランナを示す正面図であり、図9(b)は、図9(a)のC−C線断面図であり、図9(c)は、図9(a)のD−D線断面図である。FIG. 9A is a front view showing the runner when the runner vane angle is the minimum angle in the Kaplan turbine in the second embodiment. FIG. 9B is a plan view of FIG. It is CC sectional view taken on the line, FIG.9 (c) is DD sectional view taken on the line of Fig.9 (a). 図10(a)は、第3の実施の形態におけるカプラン水車において、ランナベーンの角度が最小角度になった場合におけるランナを示す正面図であり、図10(b)は、図10(a)のE−E線断面図である。FIG. 10A is a front view showing a runner when the angle of the runner vane is the minimum angle in the Kaplan turbine in the third embodiment, and FIG. 10B is a plan view of FIG. It is EE sectional view taken on the line. 図11は、第4の実施の形態におけるカプラン水車において、ランナベーンの角度が最大角度になった場合におけるランナを示す正面図である。FIG. 11 is a front view showing the runner when the runner vane angle reaches the maximum angle in the Kaplan turbine according to the fourth embodiment. 図12は、図5A〜図6Bに示す比較例として示すランナベーンとディスチャージリングとの間の隙間に形成される漏れ流れを示す平面断面図である。FIG. 12 is a plan sectional view showing a leakage flow formed in a gap between a runner vane and a discharge ring shown as a comparative example shown in FIGS. 5A to 6B. 図13は、図11に示すランナベーンとディスチャージリングとの間の隙間に形成される漏れ流れを示す平面断面図である。FIG. 13 is a plan sectional view showing a leakage flow formed in a gap between the runner vane and the discharge ring shown in FIG. 図14は、図11に示すベーン溝の変形例を示す拡大正面図である。FIG. 14 is an enlarged front view showing a modification of the vane groove shown in FIG. 11. 図15は、図11に示すベーン溝の他の変形例を示す拡大正面図である。FIG. 15 is an enlarged front view showing another modification of the vane groove shown in FIG. 図16は、第5の実施の形態におけるカプラン水車において、ランナベーンの角度が最大角度になった場合におけるランナを示す正面図である。FIG. 16 is a front view showing the runner when the runner vane angle reaches the maximum angle in the Kaplan turbine according to the fifth embodiment. 図17は、図16に示すランナベーンとディスチャージリングとの間の隙間に形成される漏れ流れを示す平面断面図である。FIG. 17 is a plan sectional view showing a leakage flow formed in a gap between the runner vane and the discharge ring shown in FIG. 図18は、図16に示すランナの変形例を示す正面図である。FIG. 18 is a front view showing a modification of the runner shown in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。   Hereinafter, a runner of a movable impeller turbine, a discharge ring of a movable impeller turbine, and a movable impeller turbine in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
まず、図1〜図8を用いて、第1の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。ここでは、まず、図1を用いて可動羽根水車の一例であるカプラン水車について説明する。
(First embodiment)
First, the runner of the movable blade turbine, the discharge ring of the movable blade turbine, and the movable blade turbine according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. Here, first, a Kaplan turbine, which is an example of a movable vane turbine, will be described with reference to FIG.

図1に示すように、カプラン水車1は、図示しない上池から水が流入するケーシング2と、ケーシング2に対して回転可能に設けられた、ケーシング2からステーベーン3およびガイドベーン4を通って流入する水により回転駆動されるランナ5と、ランナ5の外周側に設けられたディスチャージリング60と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a Kaplan water turbine 1 flows from a casing 2 into which water flows from an unillustrated upper pond and a casing 2 rotatably provided to the casing 2 through a stay vane 3 and a guide vane 4. And a discharge ring 60 provided on the outer peripheral side of the runner 5.

ステーベーン3は、ケーシング2からランナ5への流路を形成するためのものであり、ケーシング2より内周側に配置されている。ガイドベーン4は、ランナ5に流入される水の流量を調整するためのものであり、ステーベーン3より内周側に配置されている。ガイドベーン4の開度を変えることにより、ケーシング2からランナ5に流入する水量を調整し、発電量を変化させるように構成されている。   The stay vane 3 is for forming a flow path from the casing 2 to the runner 5, and is disposed on the inner peripheral side from the casing 2. The guide vane 4 is for adjusting the flow rate of water flowing into the runner 5, and is arranged on the inner peripheral side from the stay vane 3. By changing the opening degree of the guide vane 4, the amount of water flowing from the casing 2 into the runner 5 is adjusted, and the power generation amount is changed.

ランナ5は、ガイドベーン4より内周側に、かつ下流側に配置されている。ケーシング2から流入する水の主流方向は、ステーベーン3およびガイドベーン4においては略半径方向を向いているが、ランナ5においてはランナ回転軸線Xの方向(鉛直方向)を向くようになっている。   The runner 5 is disposed on the inner peripheral side and on the downstream side of the guide vane 4. The main flow direction of the water flowing in from the casing 2 is substantially in the radial direction in the stay vanes 3 and the guide vanes 4, but in the runner 5 is in the direction of the runner rotation axis X (vertical direction).

ランナ5には、回転主軸6を介して発電機7が連結されている。流入した水によりランナ5が回転駆動されると、発電機7において発電が行われる。   A generator 7 is connected to the runner 5 via a rotating main shaft 6. When the runner 5 is rotationally driven by the inflowing water, the generator 7 generates power.

ランナ5の下流側には、吸出し管8が設けられている。この吸出し管8は、図示しない下池に連結されており、ランナ5を回転駆動させた水が下池に放出されるようになっている。   A suction pipe 8 is provided on the downstream side of the runner 5. The suction pipe 8 is connected to a lower pond (not shown), and water in which the runner 5 is rotationally driven is discharged to the lower pond.

ランナベーン20の外周側には、上述したディスチャージリング60が設けられている。このディスチャージリング60により、ランナ5を通過する水の流路が画定されている。   The discharge ring 60 described above is provided on the outer peripheral side of the runner vane 20. The discharge ring 60 defines a flow path of water that passes through the runner 5.

次に、本実施の形態によるランナ5についてより詳細に説明する。   Next, the runner 5 according to the present embodiment will be described in more detail.

図1に示すように、ランナ5は、ランナ回転軸線Xを中心に回転可能なランナボス10と、ランナボス10に回動可能に設けられた複数のランナベーン20と、を有している。このうちランナベーン20は、ベーン回動軸線Yを中心に回動可能になっている。また、ランナベーン20は、周方向に所定の間隔で配置されており、各ランナベーン20が回動することにより、必要とされる負荷(水の流量)や運転落差に応じてランナベーン20の角度が調整され、広い運転範囲で高効率な運転が可能になっている。なお、ランナボス10は、上述した回転主軸6に連結され、ランナボス10の回転が、回転主軸6を介して発電機7に伝達されるようになっている。   As shown in FIG. 1, the runner 5 includes a runner boss 10 that can rotate about the runner rotation axis X, and a plurality of runner vanes 20 that are rotatably provided on the runner boss 10. Of these, the runner vane 20 is rotatable about the vane rotation axis Y. The runner vanes 20 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and the angle of the runner vanes 20 is adjusted according to a required load (flow rate of water) and an operating difference by rotating each runner vane 20. Therefore, highly efficient operation is possible over a wide operation range. The runner boss 10 is connected to the rotary main shaft 6 described above, and the rotation of the runner boss 10 is transmitted to the generator 7 via the rotary main shaft 6.

図2Aおよび図2Bに示すように、ランナボス10は、球面状に形成された中央外周面11と、中央外周面11よりも上流側に設けられた上流側外周面12と、中央外周面11よりも下流側に設けられた下流側外周面13と、を有している。上流側外周面12および下流側外周面13は、中央外周面11の延長面11aよりも外周側に配置されるように、非球面状(例えば、円錐状または円筒状)に形成されている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the runner boss 10 includes a central outer peripheral surface 11 formed in a spherical shape, an upstream outer peripheral surface 12 provided upstream of the central outer peripheral surface 11, and a central outer peripheral surface 11. And the downstream outer peripheral surface 13 provided on the downstream side. The upstream outer peripheral surface 12 and the downstream outer peripheral surface 13 are formed in an aspherical shape (for example, a conical shape or a cylindrical shape) so as to be disposed on the outer peripheral side with respect to the extended surface 11 a of the central outer peripheral surface 11.

ランナベーン20は、ランナボス10の中央外周面11に対向する、球面状に形成された中央内周端面21と、上流側ベーン延長部22および下流側ベーン延長部23と、を有している。このうちランナベーン20の中央内周端面21と、ランナボス10の中央外周面11との間には、隙間が形成されており、ランナベーン20がランナボス10に対してスムースに回動可能になっている。   The runner vane 20 has a central inner peripheral end surface 21 formed in a spherical shape facing the central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10, and an upstream vane extension 22 and a downstream vane extension 23. Among these, a gap is formed between the central inner peripheral end surface 21 of the runner vane 20 and the central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10, so that the runner vane 20 can be smoothly rotated with respect to the runner boss 10.

上流側ベーン延長部22は、中央内周端面21よりも上流側に形成されており、下流側ベーン延長部23は、中央内周端面21よりも下流側に形成されている。各々のベーン延長部22、23は、中央内周端面21の延長面上で球面状に形成された内周端面22a、23aを含んでいる。すなわち、上流側ベーン延長部22は、中央内周端面21の延長面上で球面状に形成された上流側内周端面22aを含んでおり、下流側ベーン延長部23は、中央内周端面21の延長面上で球面状に形成された下流側内周端面23aを含んでいる。上流側内周端面22aおよび下流側内周端面23aは、中央内周端面21と同一球面をなしており、上流側内周端面22a、中央内周端面21および下流側内周端面23aは、連続した球面状に形成されている。   The upstream vane extension 22 is formed on the upstream side of the central inner peripheral end surface 21, and the downstream vane extension 23 is formed on the downstream side of the central inner peripheral end surface 21. Each of the vane extension portions 22 and 23 includes inner peripheral end surfaces 22 a and 23 a formed in a spherical shape on the extension surface of the central inner peripheral end surface 21. That is, the upstream vane extension portion 22 includes an upstream inner peripheral end surface 22 a formed in a spherical shape on the extension surface of the central inner peripheral end surface 21, and the downstream vane extension portion 23 includes the central inner peripheral end surface 21. A downstream inner peripheral end surface 23a formed in a spherical shape on the extended surface. The upstream inner peripheral end surface 22a and the downstream inner peripheral end surface 23a have the same spherical surface as the central inner peripheral end surface 21, and the upstream inner peripheral end surface 22a, the central inner peripheral end surface 21 and the downstream inner peripheral end surface 23a are continuous. It is formed in a spherical shape.

図2A〜図2C及び図3(a)に示すように、ランナボス10の上流側外周面12に、ランナベーン9と同数の上流側凹部14が設けられている。各々の上流側凹部14には、対応するランナベーン20の角度が最大角度になった場合に、当該ランナベーン20の上流側ベーン延長部22が入り込むようになっている。上流側凹部14は、ランナボス10の中央外周面11の延長面11a上で球面状に形成された上流側底面14aを含んでいる。上流側底面14aは、中央外周面11と同一球面をなしており、上流側底面14aと中央外周面11は、連続した球面状に形成されている。上流側凹部14は、中央外周面11まで延びている。   As shown in FIGS. 2A to 2C and FIG. 3A, the same number of upstream recesses 14 as the runner vanes 9 are provided on the upstream outer peripheral surface 12 of the runner boss 10. When the angle of the corresponding runner vane 20 reaches the maximum angle, the upstream vane extension 22 of the runner vane 20 enters each upstream recess 14. The upstream recess 14 includes an upstream bottom surface 14 a formed in a spherical shape on the extended surface 11 a of the central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10. The upstream side bottom surface 14a has the same spherical surface as the central outer peripheral surface 11, and the upstream side bottom surface 14a and the central outer peripheral surface 11 are formed in a continuous spherical shape. The upstream recess 14 extends to the central outer peripheral surface 11.

図2A〜図2Cに示すように、本実施の形態では、上流側凹部14は、ランナベーン20の角度が最大角度から所定の角度まで、ランナベーン20の上流側ベーン延長部22が入り込むように形成されている。そして、上流側凹部14は、ランナベーン20の上流側ベーン延長部22の回動軌跡に沿う方向において、ランナベーン20の角度が小さくなるに従って浅くなるように形成されている。図4A〜図4Cに示すように、本実施の形態では、上流側凹部14は、ランナベーン20の角度が最小角度になった場合においても、ランナベーン20の上流側ベーン延長部22が入り込むようになっている。すなわち、ランナベーン20の全角度範囲で、上流側ベーン延長部22が上流側凹部14に入り込んでいる。   As shown in FIGS. 2A to 2C, in the present embodiment, the upstream recess 14 is formed so that the upstream vane extension 22 of the runner vane 20 enters from the maximum angle to a predetermined angle. ing. And the upstream recessed part 14 is formed so that it may become shallow as the angle of the runner vane 20 becomes small in the direction along the rotation locus of the upstream vane extension part 22 of the runner vane 20. As shown in FIG. 4A to FIG. 4C, in the present embodiment, the upstream recess 14 enters the upstream vane extension 22 of the runner vane 20 even when the angle of the runner vane 20 becomes the minimum angle. ing. That is, the upstream vane extension 22 enters the upstream recess 14 in the entire angle range of the runner vane 20.

図2A〜図2Cおよび図3(b)に示すように、ランナボス10の下流側外周面13に、ランナベーン20と同数の下流側凹部15が設けられている。各々の下流側凹部15には、対応するランナベーン20の角度が最大角度になった場合に、当該ランナベーン20の下流側ベーン延長部23が入り込むようになっている。下流側凹部15は、ランナボス10の中央外周面11の延長面11a上で球面状に形成された下流側底面15aを含んでいる。下流側底面15aは、中央外周面11と同一球面をなしており、下流側底面15aと中央外周面11とは、連続した球面状に形成されている。下流側凹部15は、中央外周面11まで延びている。   As shown in FIGS. 2A to 2C and FIG. 3B, the same number of downstream recesses 15 as the runner vanes 20 are provided on the downstream outer peripheral surface 13 of the runner boss 10. When the angle of the corresponding runner vane 20 reaches the maximum angle, the downstream vane extension 23 of the runner vane 20 enters each downstream recess 15. The downstream recess 15 includes a downstream bottom surface 15 a formed in a spherical shape on the extended surface 11 a of the central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10. The downstream side bottom surface 15a has the same spherical surface as the central outer peripheral surface 11, and the downstream side bottom surface 15a and the central outer peripheral surface 11 are formed in a continuous spherical shape. The downstream recess 15 extends to the central outer peripheral surface 11.

図2A〜図2Cに示すように、本実施の形態では、下流側凹部15は、ランナベーン20の角度が最大角度から所定の角度まで、ランナベーン20の下流側ベーン延長部23が入り込むように形成されている。そして、下流側凹部15は、ランナベーン20の下流側ベーン延長部23の回動軌跡に沿う方向において、ランナベーン20の角度が小さくなるに従って浅くなるように形成されている。図4A〜図4Cに示すように、本実施の形態では、下流側凹部15は、ランナベーン20の角度が最小角度になった場合においても、ランナベーン20の下流側ベーン延長部23が入り込むようになっている。すなわち、ランナベーン20の全角度範囲で、下流側ベーン延長部23が下流側凹部15に入り込んでいる。   As shown in FIGS. 2A to 2C, in the present embodiment, the downstream recess 15 is formed such that the downstream vane extension 23 of the runner vane 20 enters from the maximum angle to a predetermined angle. ing. And the downstream recessed part 15 is formed so that it may become shallow as the angle of the runner vane 20 becomes small in the direction along the rotation locus of the downstream vane extension part 23 of the runner vane 20. As shown in FIG. 4A to FIG. 4C, in the present embodiment, the downstream recess 15 is adapted to receive the downstream vane extension 23 of the runner vane 20 even when the angle of the runner vane 20 becomes the minimum angle. ing. That is, the downstream vane extension 23 enters the downstream recess 15 in the entire angle range of the runner vane 20.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.

まず、図5A〜図6Bを用いて、比較例としての一般的なカプラン水車のランナについて説明する。   First, a general Kaplan turbine runner as a comparative example will be described with reference to FIGS. 5A to 6B.

一般的に、ランナベーン20を運転状態に応じて回動するために、ランナベーン20とランナボス10との間には、隙間が設けられている。この隙間は、損失となる漏れ流れが形成されるため、隙間は小さい方が好ましい。   Generally, a gap is provided between the runner vane 20 and the runner boss 10 in order to rotate the runner vane 20 according to the operating state. Since this gap forms a leakage flow that becomes a loss, it is preferable that the gap is small.

このような隙間を小さくするためには、ランナベーン20の内周端面とランナボス10の外周面をともに球面形状に形成することが好適である。しかしながら、ランナボス10の内部には、ランナベーン20を回動させるためのリンク機構(図示せず)等が設けられているために、ランナボス10の外周面のうち、最大角度になったランナベーン20の内周端面に対向する部分を、球面状に形成することは困難になっている。このことにより、ランナボス10の上流側外周面12および下流側外周面13は、中央外周面11の延長面11aよりも外周側に配置されて、円錐状または円筒状に形成されている。このため、図5Aおよび図5Bに示すように、ランナベーン20の角度が最大角度になった場合においてもランナボス10に干渉しないように、ランナベーン20の上流側内周端部および下流側内周端部が、削がれており、切欠部CUが形成されている。しかしながら、このような切欠部CUが形成されていることにより、図6Aおよび図6Bに示すように、ランナベーン20の角度が小さい場合には、これらの切欠部CUとランナボス10との間に形成される隙間が大きくなる。   In order to reduce such a gap, it is preferable to form both the inner peripheral end surface of the runner vane 20 and the outer peripheral surface of the runner boss 10 into a spherical shape. However, since a link mechanism (not shown) for rotating the runner vane 20 is provided inside the runner boss 10, the innermost runner vane 20 of the runner boss 10 has the maximum angle. It is difficult to form a portion facing the peripheral end surface in a spherical shape. Thus, the upstream outer peripheral surface 12 and the downstream outer peripheral surface 13 of the runner boss 10 are arranged on the outer peripheral side with respect to the extended surface 11a of the central outer peripheral surface 11, and are formed in a conical shape or a cylindrical shape. Therefore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the upstream inner peripheral end and the downstream inner peripheral end of the runner vane 20 are arranged so as not to interfere with the runner boss 10 even when the runner vane 20 has the maximum angle. However, it is shaved and the notch CU is formed. However, by forming such a notch CU, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the angle of the runner vane 20 is small, the notch CU is formed between the notch CU and the runner boss 10. The gap becomes larger.

図7に示すように、ランナベーン20に形成された上流側の切欠部CUとランナボス10との間に形成される隙間には、破線で示したような漏れ流れが形成される。この漏れ流れは、ランナベーン20の圧力面を通らないため、ランナ5のトルクの低下をもたらす。また、この漏れ流れは、隙間を通過すると、隣り合うランナベーン20の間を流れる主流を乱し、損失の増大をもたらし得る。場合によっては、キャビテーションが発生することも考えられる。   As shown in FIG. 7, a leakage flow as shown by a broken line is formed in a gap formed between the cutout portion CU on the upstream side formed in the runner vane 20 and the runner boss 10. Since this leakage flow does not pass through the pressure surface of the runner vane 20, the torque of the runner 5 is reduced. Further, when this leakage flow passes through the gap, the main flow flowing between the adjacent runner vanes 20 may be disturbed, resulting in an increase in loss. In some cases, cavitation may occur.

ランナベーン20の下流側の切欠部CUとランナボス10との間に形成される隙間には、ランナベーン20の圧力面上においてランナボス10の中央外周面11に沿って流れていた水の流れが流入しやすくなる。このことにより、圧力面において偏った流れが発生し、損失の増大を招く。   In the gap formed between the cutout CU on the downstream side of the runner vane 20 and the runner boss 10, the flow of water that has flowed along the central outer peripheral surface 11 of the runner boss 10 on the pressure surface of the runner vane 20 easily flows. Become. This generates a biased flow on the pressure surface, leading to an increase in loss.

これに対して本実施の形態では、図5A〜図6Bに示す切欠部CUの箇所に、図2A〜図2Cおよび図4A〜図4Cに示す上流側ベーン延長部22および下流側ベーン延長部23がそれぞれ設けられている。そして、上流側ベーン延長部22の上流側内周端面22aが、中央内周端面21の延長面上で球面状に形成されており、下流側ベーン延長部23の下流側内周端面23aが、中央内周端面21の延長面上で球面状に形成されている。このようにして、ランナベーン20の角度が最小角度になった場合においても、ランナベーン20の上流側内周端面22aとランナボス10の上流側外周面12との間の隙間が小さくなっている。同様に、ランナベーン20の下流側内周端面23aとランナボス10の下流側外周面13との間の隙間が小さくなっている。このため、図8に示すように、圧力面を通らない漏れ流れが形成されることが抑制され、ランナ5のトルクを増大させることができる。また、この場合、隙間を通過する漏れ流れが形成されることが抑制されるため、隣り合うランナベーン20の間を流れる主流が乱れることが抑制される。   On the other hand, in the present embodiment, the upstream vane extension 22 and the downstream vane extension 23 shown in FIGS. 2A to 2C and FIGS. 4A to 4C are provided at the positions of the notches CU shown in FIGS. 5A to 6B. Are provided. The upstream inner peripheral end surface 22a of the upstream vane extension 22 is formed in a spherical shape on the extension surface of the central inner peripheral end surface 21, and the downstream inner peripheral end surface 23a of the downstream vane extension 23 is A spherical surface is formed on the extended surface of the central inner peripheral end surface 21. Thus, even when the angle of the runner vane 20 becomes the minimum angle, the gap between the upstream inner peripheral end surface 22a of the runner vane 20 and the upstream outer peripheral surface 12 of the runner boss 10 is small. Similarly, the clearance gap between the downstream inner peripheral end surface 23a of the runner vane 20 and the downstream outer peripheral surface 13 of the runner boss 10 is reduced. For this reason, as shown in FIG. 8, it is suppressed that the leak flow which does not pass through a pressure surface is formed, and the torque of the runner 5 can be increased. Further, in this case, since the leakage flow passing through the gap is suppressed, the main flow flowing between the adjacent runner vanes 20 is suppressed from being disturbed.

このように本実施の形態によれば、ランナベーン20の角度が最小角度になった場合においても、ランナベーン20とランナボス10との間の隙間に形成される漏れ流れを抑制することができる。このため、損失の発生を抑制するとともに、キャビテーションの発生を抑制することができ、その結果、性能を向上させることができる。一方、ランナベーン20の角度が最大角度になった場合には、ランナベーン20の上流側ベーン延長部22は、ランナボス10の対応する上流側凹部14に入り込み、ランナベーン20の下流側ベーン延長部23は、ランナボス10の対応する下流側凹部15に入り込んでいる。このことにより、ランナベーン20がランナボス10に干渉することを回避でき、ランナベーン20をスムースに回動することができる。   Thus, according to the present embodiment, even when the angle of the runner vane 20 becomes the minimum angle, the leakage flow formed in the gap between the runner vane 20 and the runner boss 10 can be suppressed. For this reason, generation | occurrence | production of a loss can be suppressed and generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed, As a result, performance can be improved. On the other hand, when the angle of the runner vane 20 reaches the maximum angle, the upstream vane extension 22 of the runner vane 20 enters the corresponding upstream recess 14 of the runner boss 10, and the downstream vane extension 23 of the runner vane 20 The runner boss 10 enters the corresponding downstream recess 15. Thus, the runner vane 20 can be prevented from interfering with the runner boss 10, and the runner vane 20 can be smoothly rotated.

また、本実施の形態によれば、上流側凹部14は、中央外周面11の延長面11a上で球面状に形成された上流側底面14aを含んでいる。このことにより、上流側ベーン延長部22の上流側内周端面22aと、上流側底面14aとの間の隙間を小さくするこができる。このため、この隙間に漏れ流れが形成されることを抑制でき、損失の発生を抑制できる。同様に、下流側凹部15は、中央外周面11の延長面11a上で球面状に形成された下流側底面15aを含んでいる。このことにより、下流側ベーン延長部23の下流側内周端面23aと、下流側外周面13との間の隙間を小さくすることができる。このため、この隙間に漏れ流れが形成されることを抑制でき、損失の発生を抑制できる。   Further, according to the present embodiment, the upstream recess 14 includes the upstream bottom surface 14 a formed in a spherical shape on the extended surface 11 a of the central outer peripheral surface 11. Thereby, the clearance gap between the upstream inner peripheral end surface 22a of the upstream vane extension part 22 and the upstream bottom face 14a can be made small. For this reason, it can suppress that a leak flow is formed in this clearance gap, and can suppress generation | occurrence | production of a loss. Similarly, the downstream recess 15 includes a downstream bottom surface 15 a formed in a spherical shape on the extended surface 11 a of the central outer peripheral surface 11. Thereby, the clearance gap between the downstream inner peripheral end surface 23a of the downstream vane extension part 23 and the downstream outer peripheral surface 13 can be made small. For this reason, it can suppress that a leak flow is formed in this clearance gap, and can suppress generation | occurrence | production of a loss.

なお、上述した本実施の形態においては、ランナボス10の上流側外周面12に上流側凹部14が設けられているとともに、下流側外周面13に下流側凹部15が設けられており、ランナベーン20が上流側ベーン延長部22および下流側ベーン延長部23を有している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ランナベーン20は、上流側ベーン延長部22および下流側ベーン延長部23のうちの一方を有していなくてもよい。例えば、ランナベーン20が上流側ベーン延長部22を有しておらず、上流側外周面12に上流側凹部14が設けられていなくてもよい。あるいは、ランナベーン20が下流側ベーン延長部23を有しておらず、下流側外周面13に下流側凹部15が設けられていなくてもよい。この場合であっても、ランナベーン20とランナボス10との間の隙間に形成される漏れ流れを抑制することができる。   In the present embodiment described above, the upstream concave portion 14 is provided on the upstream outer peripheral surface 12 of the runner boss 10, and the downstream concave portion 15 is provided on the downstream outer peripheral surface 13. The example which has the upstream vane extension part 22 and the downstream vane extension part 23 was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and the runner vane 20 may not have one of the upstream vane extension 22 and the downstream vane extension 23. For example, the runner vane 20 does not have the upstream vane extension 22 and the upstream recess 14 may not be provided in the upstream outer peripheral surface 12. Alternatively, the runner vane 20 does not have the downstream vane extension 23, and the downstream recess 15 may not be provided on the downstream outer peripheral surface 13. Even in this case, the leakage flow formed in the gap between the runner vane 20 and the runner boss 10 can be suppressed.

(第2の実施の形態)
次に、図9を用いて、本発明の第2の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the runner of the movable vane turbine, the discharge ring of the movable vane turbine, and the movable vane turbine according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図9に示す第2の実施の形態においては、上流側凹部内および可動側凹部内に、可動壁が進退可能に設けられている点が主に異なり、他の構成は、図1〜図8に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図9において、図1〜図8に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The second embodiment shown in FIG. 9 is mainly different in that a movable wall is provided in the upstream recess and the movable recess so as to be able to advance and retreat. This is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. In FIG. 9, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態においては、図9(a)および図9(b)に示すように、各々の上流側凹部14内に上流側可動壁30が進退可能に設けられている。上流側可動壁30は、ランナ回転軸線Xを中心にした円周方向に(図9(a)において左右方向に)移動可能に設けられている。上流側可動壁30は、概略的には、上流側凹部14内において、ランナベーン20の角度が小さくなる方向に進出可能になっている。上流側可動壁30は、後退時には、ランナボス10の内部に位置付けられる。上流側凹部14の壁面には、上流側可動壁30が通過する開口部(図示せず)が設けられている。この開口部において、上流側可動壁30の周囲にはシール部材(図示せず)が設けられており、ランナボス10の内部に水が進入することを防止している。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, the upstream movable wall 30 is provided in each upstream recess 14 so as to be able to advance and retract. The upstream movable wall 30 is provided so as to be movable in the circumferential direction around the runner rotation axis X (in the left-right direction in FIG. 9A). In general, the upstream movable wall 30 can advance in the direction in which the angle of the runner vane 20 decreases in the upstream recess 14. The upstream movable wall 30 is positioned inside the runner boss 10 when retreating. An opening (not shown) through which the upstream movable wall 30 passes is provided on the wall surface of the upstream recess 14. In this opening, a seal member (not shown) is provided around the upstream movable wall 30 to prevent water from entering the runner boss 10.

ランナボス10の内部には、上流側可動壁30を上流側凹部14内に進出および後退させる上流側可動壁駆動部32が設けられている。一の上流側可動壁駆動部32により、複数の上流側可動壁30を進退させるようにしてもよい。また、上流側可動壁駆動部32は、図示しない制御装置によって、ランナベーン20を回動させるベーン駆動部(図示せず)と連動することが好適である。このようにして連動させることにより、ランナベーン20の回動に伴って、上流側可動壁30を自動的に進退させることができる。上流側可動壁駆動部32は、例えば、モータによって構成することができる。   Inside the runner boss 10, an upstream movable wall drive unit 32 that moves the upstream movable wall 30 into and out of the upstream recess 14 is provided. The plurality of upstream movable walls 30 may be advanced and retracted by one upstream movable wall drive unit 32. The upstream movable wall drive unit 32 is preferably interlocked with a vane drive unit (not shown) that rotates the runner vane 20 by a control device (not shown). By interlocking in this way, the upstream movable wall 30 can be automatically advanced and retracted with the rotation of the runner vane 20. The upstream movable wall drive unit 32 can be configured by a motor, for example.

同様にして、図9(a)および図9(c)に示すように、各々の下流側凹部15内に下流側可動壁31が進退可能に設けられている。下流側可動壁31は、ランナ回転軸線Xを中心にした円周方向に移動可能に設けられている。下流側可動壁31は、概略的には、下流側凹部15内において、ランナベーン20の角度が小さくなる方向に進出可能になっている。下流側可動壁31は、後退時には、ランナボス10の内部に位置付けられる。下流側凹部15の壁面には、下流側可動壁31が通過する開口部(図示せず)が設けられている。この開口部において、下流側可動壁31の周囲にはシール部材(図示せず)が設けられており、ランナボス10の内部に水が進入することを防止している。   Similarly, as shown in FIGS. 9A and 9C, a downstream movable wall 31 is provided in each downstream recess 15 so as to be able to advance and retract. The downstream movable wall 31 is provided so as to be movable in the circumferential direction around the runner rotation axis X. The downstream movable wall 31 can be advanced in the direction in which the angle of the runner vane 20 decreases in the downstream recess 15. The downstream movable wall 31 is positioned inside the runner boss 10 when retreating. The wall surface of the downstream recess 15 is provided with an opening (not shown) through which the downstream movable wall 31 passes. In this opening, a seal member (not shown) is provided around the downstream side movable wall 31 to prevent water from entering the runner boss 10.

ランナボス10の内部には、下流側可動壁31を下流側凹部15内に進出および後退させる下流側可動壁駆動部33が設けられている。一の下流側可動壁駆動部33により、複数の下流側可動壁31を進退させるようにしてもよい。また、下流側可動壁駆動部33は、図示しない制御装置によって、ランナベーン20を回動させるベーン駆動部(図示せず)と連動することが好適である。このようにして連動させることにより、ランナベーン20の回動に伴って、下流側可動壁31を自動的に進退させることができる。下流側可動壁駆動部33は、例えば、モータによって構成することができる。   Inside the runner boss 10, a downstream movable wall drive unit 33 that moves the downstream movable wall 31 into and out of the downstream recess 15 is provided. The plurality of downstream movable walls 31 may be advanced and retracted by one downstream movable wall drive unit 33. The downstream movable wall drive unit 33 is preferably interlocked with a vane drive unit (not shown) that rotates the runner vane 20 by a control device (not shown). By interlocking in this way, the downstream movable wall 31 can be automatically advanced and retracted with the rotation of the runner vane 20. The downstream side movable wall drive unit 33 can be configured by a motor, for example.

ランナベーン20の角度が最大角度になった場合には、上流側可動壁30は、上流側凹部14から後退し、上流側凹部14は全体的に開放される。同様に、下流側可動壁31は、下流側凹部15から後退し、下流側凹部15は全体的に開放される。   When the angle of the runner vane 20 reaches the maximum angle, the upstream movable wall 30 retreats from the upstream recess 14 and the upstream recess 14 is entirely opened. Similarly, the downstream side movable wall 31 is retracted from the downstream side recessed part 15, and the downstream side recessed part 15 is entirely opened.

一方、ランナベーン20の角度が最小角度になった場合には、図9(a)に示すように、上流側可動壁30は、上流側凹部14内に進出し、ランナベーン20の上流側ベーン延長部22と干渉しない程度に、上流側凹部14を閉塞する。下流側可動壁31は、下流側凹部15内に進出し、ランナベーン20の下流側ベーン延長部23と干渉しない程度に、下流側凹部15を閉塞する。   On the other hand, when the angle of the runner vane 20 becomes the minimum angle, as shown in FIG. 9A, the upstream movable wall 30 advances into the upstream recess 14 and the upstream vane extension portion of the runner vane 20 is reached. The upstream recess 14 is closed to the extent that it does not interfere with the contact 22. The downstream movable wall 31 advances into the downstream recess 15 and closes the downstream recess 15 to the extent that it does not interfere with the downstream vane extension 23 of the runner vane 20.

このように本実施の形態によれば、上流側可動壁30が上流側凹部14を部分的に閉塞することができる。このことにより、上流側凹部14によって主流が乱れることを抑制することができる。同様に、下流側可動壁31が下流側凹部15を部分的に閉塞することができ、下流側凹部15によって主流が乱れることを抑制することができる。このため、損失をより一層低減することができ、性能をより一層向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the upstream movable wall 30 can partially close the upstream recess 14. Thereby, it is possible to suppress the main flow from being disturbed by the upstream recess 14. Similarly, the downstream movable wall 31 can partially close the downstream recess 15, and the mainstream can be prevented from being disturbed by the downstream recess 15. For this reason, loss can be further reduced and performance can be further improved.

(第3の実施の形態)
次に、図10を用いて、本発明の第3の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。
(Third embodiment)
Next, the runner of the movable blade turbine, the discharge ring of the movable blade turbine, and the movable blade turbine according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図10に示す第3の実施の形態においては、上流側凹部内および下流側凹部内に、弾性体が充填されている点が主に異なり、他の構成は、図1〜図8に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図10において、図1〜図8に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The third embodiment shown in FIG. 10 is mainly different in that the elastic body is filled in the upstream concave portion and the downstream concave portion, and other configurations are the same as those shown in FIGS. This is substantially the same as the first embodiment. In FIG. 10, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態においては、図10(a)および図10(b)に示すように、上流側凹部14内および下流側凹部15内に、例えばゴム等によって形成された弾性体40がそれぞれ充填されている。上流側凹部14内に充填された弾性体40は、上流側ベーン延長部22が上流側凹部14内に入り込む場合には凹状に弾性変形して上流側ベーン延長部22を受け入れ、上流側ベーン延長部22が上流側凹部14内に入り込まない場合には、後述する低摩擦部材41が上流側外周面12の延長面を形成する状態に復元可能な程度の弾力性を有していることが好適である。同様に、下流側凹部15内に充填された弾性体40は、下流側ベーン延長部23が下流側凹部15内に入り込む場合には凹状に弾性変形して下流側ベーン延長部23を受け入れ、下流側ベーン延長部23が下流側凹部15内に入り込まない場合には、後述する低摩擦部材41が下流側外周面13の延長面を形成する状態に復元可能な程度の弾力性を有していることが好適である。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the upstream concave portion 14 and the downstream concave portion 15 are filled with elastic bodies 40 made of, for example, rubber or the like. ing. When the upstream vane extension 22 enters the upstream recess 14, the elastic body 40 filled in the upstream recess 14 is elastically deformed into a concave shape and receives the upstream vane extension 22, and the upstream vane extension When the portion 22 does not enter the upstream concave portion 14, it is preferable that the low friction member 41 described later has elasticity that can be restored to a state in which the extended surface of the upstream outer peripheral surface 12 is formed. It is. Similarly, when the downstream vane extension 23 enters the downstream recess 15, the elastic body 40 filled in the downstream recess 15 is elastically deformed into a concave shape and receives the downstream vane extension 23. When the side vane extension 23 does not enter the downstream recess 15, the low-friction member 41 described later has elasticity that can be restored to a state in which the extension surface of the downstream outer peripheral surface 13 is formed. Is preferred.

図10(b)に示すように、弾性体40の表面(外周側面)には、低摩擦部材41が設けられている。この低摩擦部材41は、比較的小さな摩擦係数を有している。すなわち、ランナベーン20と弾性体40との摩擦係数よりも、ランナベーン20と低摩擦部材41との摩擦係数が小さくなっている。低摩擦部材41は、弾性体40の表面全体にわたって形成されていることが好適である。   As shown in FIG. 10B, a low friction member 41 is provided on the surface (outer peripheral side surface) of the elastic body 40. The low friction member 41 has a relatively small coefficient of friction. That is, the friction coefficient between the runner vane 20 and the low friction member 41 is smaller than the friction coefficient between the runner vane 20 and the elastic body 40. The low friction member 41 is preferably formed over the entire surface of the elastic body 40.

このように本実施の形態によれば、上流側凹部14および下流側凹部15が弾性体40によってそれぞれ充填されているため、上流側凹部14および下流側凹部15によって主流が乱れることを抑制することができる。一方、上流側ベーン延長部22および下流側ベーン延長部23は、弾性体40を弾性変形させて対応する凹部14、15に入り込むことができる。そして、弾性体40の表面に低摩擦部材41が設けられていることにより、ランナベーン20をスムースに回動させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the upstream concave portion 14 and the downstream concave portion 15 are filled with the elastic body 40, respectively, the main stream is prevented from being disturbed by the upstream concave portion 14 and the downstream concave portion 15. Can do. On the other hand, the upstream vane extension 22 and the downstream vane extension 23 can enter the corresponding recesses 14 and 15 by elastically deforming the elastic body 40. And the low friction member 41 is provided in the surface of the elastic body 40, and the runner vane 20 can be smoothly rotated.

(第4の実施の形態)
次に、図11〜図15を用いて、本発明の第4の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the runner of the movable blade turbine, the discharge ring of the movable blade turbine, and the movable blade turbine according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図11〜図15に示す第4の実施の形態においては、ディスチャージリングの球状内周面に対向する球面状に形成されたランナベーンの外周端面にベーン溝が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図1〜図8に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図11〜図15において、図1〜図8に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The fourth embodiment shown in FIGS. 11 to 15 is mainly different in that a vane groove is provided on the outer peripheral end surface of the runner vane formed in a spherical shape facing the spherical inner peripheral surface of the discharge ring, Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 11 to 15, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態においては、図11に示すように、ディスチャージリング60は、球面状に形成された球状内周面61を有している。ランナ5は、ディスチャージリング60の内周側に配置されている。ランナベーン20は、ディスチャージリング60の球状内周面61に対向する球面状に形成された外周端面50と、外周端面50に設けられたベーン溝51と、を有している。なお、図11に示す形態においては、ランナベーン20に上流側ベーン延長部22も下流側ベーン延長部23も設けられておらず、ランナボス10に上流側凹部14も下流側凹部15も設けられていない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the discharge ring 60 has a spherical inner peripheral surface 61 formed in a spherical shape. The runner 5 is disposed on the inner peripheral side of the discharge ring 60. The runner vane 20 has an outer peripheral end surface 50 formed in a spherical shape facing the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60, and a vane groove 51 provided in the outer peripheral end surface 50. In the embodiment shown in FIG. 11, the runner vane 20 is not provided with the upstream vane extension 22 and the downstream vane extension 23, and the runner boss 10 is provided with neither the upstream recess 14 nor the downstream recess 15. .

ベーン溝51は、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている。ここで、ランナベーン20の外周端面50における漏れ流れの流れ方向は、ランナベーン20の角度に応じて変化する。このため、ランナベーン20が所望の角度(ランナベーン20が最も損失を低減すべき角度)に位置付けられた場合に、ベーン溝51を、漏れ流れの流れ方向に対して最も大きな交差角度で交差させることが好適である。   The vane groove 51 extends in a direction intersecting the flow direction of the leakage flow formed in the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. Here, the flow direction of the leakage flow on the outer peripheral end face 50 of the runner vane 20 changes according to the angle of the runner vane 20. For this reason, when the runner vane 20 is positioned at a desired angle (the angle at which the runner vane 20 should most reduce the loss), the vane groove 51 may intersect at the largest intersecting angle with respect to the flow direction of the leakage flow. Is preferred.

本実施の形態では、ベーン溝51は、ランナベーン20の外周端面50におけるキャンバーラインCに沿って延びるように形成されている。図11に示す形態では、外周端面50に1つのベーン溝51が形成されており、このベーン溝51は、全体的にキャンバーラインCに沿って延びるように形成されている。   In the present embodiment, the vane groove 51 is formed so as to extend along the camber line C on the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20. In the form shown in FIG. 11, one vane groove 51 is formed on the outer peripheral end face 50, and this vane groove 51 is formed so as to extend along the camber line C as a whole.

ベーン溝51は、ランナ5のランナ回転軸線Xに沿う方向において、ディスチャージリング60の球状内周面61の上流端と、球状内周面61の下流端との間の高さ位置に配置されている。より具体的には、図11に示すように、
LR1<LD1、LR2<LD2
が満たされている。ここで、LR1は、ベーン回動軸線Yからベーン溝51の上流端までの寸法であり、LR2は、ベーン回動軸線Yからベーン溝51の下流端までの寸法である。LD1は、ベーン回動軸線Yからディスチャージリング60の球状内周面61の上流端までの寸法であり、LD2は、ベーン回動軸線Yからディスチャージリング60の球状内周面61の下流端までの寸法である。
The vane groove 51 is disposed at a height position between the upstream end of the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 and the downstream end of the spherical inner peripheral surface 61 in the direction along the runner rotation axis X of the runner 5. Yes. More specifically, as shown in FIG.
LR1 <LD1, LR2 <LD2
Is satisfied. Here, LR1 is a dimension from the vane rotation axis Y to the upstream end of the vane groove 51, and LR2 is a dimension from the vane rotation axis Y to the downstream end of the vane groove 51. LD1 is a dimension from the vane rotation axis Y to the upstream end of the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60, and LD2 is a dimension from the vane rotation axis Y to the downstream end of the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. Dimensions.

このようなベーン溝51の配置は、ランナベーン20の全角度範囲のうちの少なくとも一部において満たされていることが好適である。より好適には、ランナベーン20の角度が最大角度になった場合においても満たされていることが好適である。この場合には、ランナベーン20の角度に関わることなく、ベーン溝51を、全体的に、ディスチャージリング60の球状内周面61に対向させることができる。   Such an arrangement of the vane grooves 51 is preferably satisfied in at least a part of the entire angle range of the runner vanes 20. More preferably, it is preferable that the runner vane 20 is satisfied even when the angle reaches the maximum angle. In this case, the vane groove 51 can be entirely opposed to the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 regardless of the angle of the runner vane 20.

ここで、一般的に、ランナベーン20を運転状態に応じて回動するために、ランナベーン20とディスチャージリング60との間には、隙間が設けられている。この隙間は、損失となる漏れ流れが形成されるため、隙間は小さい方が好ましい。   Here, in general, a gap is provided between the runner vane 20 and the discharge ring 60 in order to rotate the runner vane 20 according to the operating state. Since this gap forms a leakage flow that becomes a loss, it is preferable that the gap is small.

このような隙間を小さくするためには、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の内周面をともに、球面形状に形成することが好適である。しかしながら、ランナの組立性や、上流側の流路と下流側の流路との接続のために、ディスチャージリング60の内周面のうち最大角度になったランナベーン20の外周端面50に対向する部分を、球面状に形成することは困難になっている。このため、ランナベーン20の角度が大きい場合に、上流側端部におけるランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の内周面との間に形成される隙間が大きくなる。また、下流側端部におけるランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の内周面との間に形成される隙間も大きくなる。   In order to reduce such a gap, it is preferable to form both the outer peripheral end face 50 of the runner vane 20 and the inner peripheral face of the discharge ring 60 in a spherical shape. However, a portion of the inner peripheral surface of the discharge ring 60 that faces the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 having the maximum angle for assembling the runner and connecting the upstream flow channel and the downstream flow channel. Is difficult to form in a spherical shape. For this reason, when the angle of the runner vane 20 is large, a gap formed between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the inner peripheral surface of the discharge ring 60 at the upstream end is increased. Further, a gap formed between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the inner peripheral surface of the discharge ring 60 at the downstream end is also increased.

図12に示すように、ランナベーン20の上流側端部における外周端面50とディスチャージリング60の内周面との間に形成される隙間には、破線で示したような漏れ流れが形成される。この漏れ流れは、圧力面を通らないため、ランナ5のトルクの低下をもたらす。また、この漏れ流れは、隙間を通過すると、隣り合うランナベーン20の間を流れる主流を乱し、損失の増大をもたらし得る。場合によっては、キャビテーションが発生することも考えられる。   As shown in FIG. 12, a leakage flow as shown by a broken line is formed in a gap formed between the outer peripheral end face 50 and the inner peripheral face of the discharge ring 60 at the upstream end of the runner vane 20. Since this leakage flow does not pass through the pressure surface, the torque of the runner 5 is reduced. Further, when this leakage flow passes through the gap, the main flow flowing between the adjacent runner vanes 20 may be disturbed, resulting in an increase in loss. In some cases, cavitation may occur.

ランナベーン20の下流側端部における外周端面50とディスチャージリング60の内周面との間に形成される隙間には、ランナベーン20の圧力面上においてディスチャージリング60の内周面に沿って流れていた水の流れが流入しやすくなる。このことにより、圧力面において偏った流れが発生し、損失の増大を招く。   The gap formed between the outer peripheral end face 50 and the inner peripheral face of the discharge ring 60 at the downstream end of the runner vane 20 was flowing along the inner peripheral face of the discharge ring 60 on the pressure face of the runner vane 20. Water flow becomes easy to flow in. This generates a biased flow on the pressure surface, leading to an increase in loss.

これに対して本実施の形態では、図11に示すように、ランナベーン20の外周端面50に、ベーン溝51が設けられている。そして、このベーン溝51の延びる方向が、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間に形成される漏れ流れの方向に対して交差している。すなわち、図11に矢印で示すように、当該隙間において形成される漏れ流れは、ランナベーン20の圧力面から負圧面に向かって流れるが、キャンバーラインCに直交する方向よりも下流側に向かうようになる。このことにより、漏れ流れは、ベーン溝51を交差して流れる。このため、図13に示すように、漏れ流れの一部がベーン溝51に入り込み、ベーン溝51内に渦が形成される。この渦は、この隙間を流れる漏れ流れに対する損失として作用し、隙間を通過する漏れ流れが抑制される。   In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, a vane groove 51 is provided on the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20. The extending direction of the vane groove 51 intersects the direction of the leakage flow formed in the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. That is, as indicated by arrows in FIG. 11, the leakage flow formed in the gap flows from the pressure surface of the runner vane 20 toward the negative pressure surface, but toward the downstream side of the direction perpendicular to the camber line C. Become. As a result, the leakage flow flows across the vane groove 51. For this reason, as shown in FIG. 13, part of the leakage flow enters the vane groove 51, and a vortex is formed in the vane groove 51. This vortex acts as a loss for the leakage flow that flows through this gap, and the leakage flow that passes through the gap is suppressed.

このように本実施の形態によれば、ランナベーン20の外周端面50にベーン溝51が設けられていることにより、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間において漏れ流れが形成されることを抑制できる。このことにより、主流に対する損失の発生を抑制することができる。また、ランナベーン20の圧力面から隙間に向かう偏った流れ(2次流れ)が発生することを抑制でき、2次流れ損失の低減を図ることもできる。このため、損失の発生を抑制するとともに、キャビテーションの発生を抑制することができ、その結果、性能を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the vane groove 51 is provided in the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20, the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. It is possible to suppress the formation of a leak flow at. Thereby, generation | occurrence | production of the loss with respect to a mainstream can be suppressed. Further, it is possible to suppress the occurrence of a biased flow (secondary flow) from the pressure surface of the runner vane 20 toward the gap, and it is possible to reduce the secondary flow loss. For this reason, generation | occurrence | production of a loss can be suppressed and generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed, As a result, performance can be improved.

また、本実施の形態によれば、ベーン溝51は、ランナ5のランナ回転軸線Xに沿う方向において、ディスチャージリング60の球状内周面61の上流端と、球状内周面61の下流端との間の高さ位置に配置されている。このことにより、ベーン溝51を、ディスチャージリング60の球状内周面61に対向させることができる。すなわち、ベーン溝51は、ディスチャージリング60の球状内周面61よりも上流側の面または下流側の面に対向する場合には、ランナベーン20とディスチャージリング60との間の大きな隙間に対向してしまう。この場合、ベーン溝51を通り抜ける流れが発生しやすくなり、漏れ損失が増大し得る。これに対して本実施の形態によれば、ベーン溝51がディスチャージリング60の球状内周面61に対向しているため、対向する隙間が小さくなる。このため、通り抜け流れが発生することを抑制でき、漏れ損失を抑制することができる。   Further, according to the present embodiment, the vane groove 51 includes the upstream end of the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 and the downstream end of the spherical inner peripheral surface 61 in the direction along the runner rotation axis X of the runner 5. It is arranged at the height position between. Thus, the vane groove 51 can be opposed to the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. That is, the vane groove 51 faces a large gap between the runner vane 20 and the discharge ring 60 when facing the surface upstream or downstream of the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. End up. In this case, a flow passing through the vane groove 51 is likely to occur, and leakage loss may increase. On the other hand, according to the present embodiment, since the vane groove 51 faces the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60, the facing gap is reduced. For this reason, generation | occurrence | production of a flow through can be suppressed and a leakage loss can be suppressed.

なお、上述した本実施の形態においては、ベーン溝51が、ランナベーン20の外周端面50におけるキャンバーラインCに沿って形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ベーン溝51が、漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びていれば、任意である。   In the above-described embodiment, the example in which the vane groove 51 is formed along the camber line C on the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is optional as long as the vane groove 51 extends in a direction crossing the flow direction of the leakage flow.

例えば、図14に示すように、ベーン溝51が、ランナベーン20が所望の角度に位置付けられた場合に、ランナ回転軸線Xに対して直交する方向(水平方向)に延びるように形成されていてもよい。図14においては、ランナベーン20の外周端面50に、複数のベーン溝51が設けられており、各ベーン溝51が、ランナ回転軸線Xに対して直交する方向に延びている例が示されている。複数のベーン溝51は、ランナ回転軸線Xに沿う方向において、互いに異なる位置に離間して配置されている。   For example, as shown in FIG. 14, the vane groove 51 may be formed so as to extend in a direction (horizontal direction) orthogonal to the runner rotation axis X when the runner vane 20 is positioned at a desired angle. Good. FIG. 14 shows an example in which a plurality of vane grooves 51 are provided on the outer peripheral end face 50 of the runner vane 20, and each vane groove 51 extends in a direction orthogonal to the runner rotation axis X. . The plurality of vane grooves 51 are spaced apart from each other in the direction along the runner rotation axis X.

また、例えば、ランナベーン20の外周端面50に、互いに異なる方向に延びる複数のベーン溝51a、51b、51cが設けられていてもよい。図15に示す形態においては、ランナベーン20の外周端面50に第1のベーン溝51aと、複数の第2のベーン溝51bと、複数の第3のベーン溝51cとが設けられている。このうち第1のベーン溝51aが、図11に示すベーン溝51と同様に、キャンバーラインCに沿って延びるように形成されている。第2のベーン溝51bが、図14に示すベーン溝51と同様にランナ回転軸線Xに対して直交する方向に延びるように形成されている。そして、第3のベーン溝51cが、ランナ回転軸線Xに沿う方向に延びるように形成されている。第1のベーン溝51aに、第2のベーン溝51bおよび第3のベーン溝51cが連通している。このように、互いに異なる方向に延びる複数のベーン溝51a、51b、51cを設けることにより、ランナベーン20の角度に関わることなく、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間を通過する漏れ流れを、ベーン溝51a、51b、51cの少なくとも一部を交差させることができ、漏れ流れが形成されることを抑制できる。   Further, for example, a plurality of vane grooves 51 a, 51 b, 51 c extending in different directions may be provided on the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20. In the form shown in FIG. 15, a first vane groove 51 a, a plurality of second vane grooves 51 b, and a plurality of third vane grooves 51 c are provided on the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20. Among these, the 1st vane groove | channel 51a is formed so that it may extend along the camber line C similarly to the vane groove | channel 51 shown in FIG. The second vane groove 51b is formed to extend in a direction orthogonal to the runner rotation axis X, similarly to the vane groove 51 shown in FIG. The third vane groove 51c is formed to extend in a direction along the runner rotation axis X. The second vane groove 51b and the third vane groove 51c communicate with the first vane groove 51a. In this way, by providing a plurality of vane grooves 51a, 51b, 51c extending in different directions, the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 are not affected by the angle of the runner vane 20. The leakage flow passing through the gap between them can cross at least a part of the vane grooves 51a, 51b, 51c, and the formation of the leakage flow can be suppressed.

(第5の実施の形態)
次に、図16〜図18を用いて、本発明の第5の実施の形態における可動羽根水車のランナ、可動羽根水車のディスチャージリングおよび可動羽根水車について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, the runner of the movable blade turbine, the discharge ring of the movable blade turbine, and the movable blade turbine according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図16〜図18に示す第4の実施の形態においては、ランナベーンの外周端面に対向する球面状に形成されたディスチャージリングの球状内周面にベーン溝が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図11〜図15に示す第4の実施の形態と略同一である。なお、図16〜図18において、図11〜図15に示す第4の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The fourth embodiment shown in FIGS. 16 to 18 is mainly different in that a vane groove is provided on the spherical inner peripheral surface of the discharge ring formed in a spherical shape facing the outer peripheral end surface of the runner vane. Other configurations are substantially the same as those of the fourth embodiment shown in FIGS. 16 to 18, the same parts as those of the fourth embodiment shown in FIGS. 11 to 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態においては、図16に示すように、ディスチャージリング60の球状内周面61に、リング溝62が設けられている。なお、本実施の形態においては、ランナベーン20にベーン溝51は設けられていない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 16, a ring groove 62 is provided on the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. In the present embodiment, the runner vane 20 is not provided with the vane groove 51.

リング溝62は、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている。ここで、ランナベーン20が最も損失を低減すべき角度に位置付けられた場合に、リング溝62を、漏れ流れの流れ方向に対して最も大きな交差角度で交差させることが好適である。   The ring groove 62 extends in a direction crossing the flow direction of the leakage flow formed in the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. Here, when the runner vane 20 is positioned at an angle at which the loss should be reduced most, it is preferable that the ring groove 62 intersects with the largest crossing angle with respect to the flow direction of the leakage flow.

本実施の形態では、球状内周面61に、複数のリング溝62が設けられており、各リング溝62が、ランナ回転軸線Xに直交する方向(水平方向)延びている。そして、各リング溝62は、環状に、すなわちランナ回転軸線Xを中心にして全周にわたって形成されている。複数のリング溝62は、ランナ回転軸線Xに沿う方向において、互いに異なる位置に離間して配置されている。図16においては、紙面手前側に形成されるリング溝62を二点鎖線で示している。   In the present embodiment, a plurality of ring grooves 62 are provided on the spherical inner peripheral surface 61, and each ring groove 62 extends in a direction (horizontal direction) orthogonal to the runner rotation axis X. Each ring groove 62 is formed in an annular shape, that is, over the entire circumference around the runner rotation axis X. The plurality of ring grooves 62 are spaced apart from each other in the direction along the runner rotation axis X. In FIG. 16, the ring groove 62 formed on the front side of the drawing is indicated by a two-dot chain line.

このように本実施の形態によれば、ディスチャージリング60の球状内周面61にリング溝62が設けられ、リング溝62が、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている。この場合、図17に示すように、漏れ流れの一部がリング溝62に入り込み、リング溝62内に渦が形成される。そして、この渦が損失として漏れ流れに作用して、漏れ流れを抑制することができる。このことにより、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間において漏れ流れが形成されることを抑制できる。このため、主流に対する損失の発生を抑制することができる。また、ランナベーン20の圧力面から隙間に向かう偏った流れ(2次流れ)が発生することを抑制でき、2次流れ損失の低減を図ることもできる。従って、損失の発生を抑制するとともに、キャビテーションの発生を抑制することができ、その結果、性能を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the ring groove 62 is provided on the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60, and the ring groove 62 includes the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. It extends in a direction crossing the flow direction of the leakage flow formed in the gap between them. In this case, as shown in FIG. 17, part of the leakage flow enters the ring groove 62, and a vortex is formed in the ring groove 62. The vortex acts as a loss on the leakage flow, and the leakage flow can be suppressed. This can suppress the formation of a leak flow in the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60. For this reason, generation | occurrence | production of the loss with respect to a mainstream can be suppressed. Further, it is possible to suppress the occurrence of a biased flow (secondary flow) from the pressure surface of the runner vane 20 toward the gap, and it is possible to reduce the secondary flow loss. Therefore, generation | occurrence | production of a loss can be suppressed and generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed, As a result, performance can be improved.

また、本実施の形態によれば、リング溝62が、ランナ回転軸線Xに直交する方向に延びている。このことにより、ランナ5が回転している間、ランナベーン20の位置に関わることなく、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間に漏れ流れが形成されることを抑制することができる。   Further, according to the present embodiment, the ring groove 62 extends in a direction orthogonal to the runner rotation axis X. As a result, while the runner 5 is rotating, a leakage flow is formed in the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 without being related to the position of the runner vane 20. This can be suppressed.

なお、上述した本実施の形態においては、リング溝62が、ランナ回転軸線Xに直交する方向に延びている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、リング溝62は、図18に示すように、ランナベーン20の外周端面50におけるキャンバーラインCに直交する方向に延びていてもよい。この場合においても、ランナベーン20の外周端面50とディスチャージリング60の球状内周面61との間の隙間を通過する漏れ流れを、リング溝62を交差させることができ、漏れ流れが形成されることを抑制できる。図18においては、紙面手前側に形成されるリング溝62を二点鎖線で示している。   In the above-described embodiment, the example in which the ring groove 62 extends in the direction orthogonal to the runner rotation axis X has been described. However, the present invention is not limited to this, and the ring groove 62 may extend in a direction perpendicular to the camber line C on the outer peripheral end face 50 of the runner vane 20 as shown in FIG. Even in this case, the leakage flow that passes through the gap between the outer peripheral end surface 50 of the runner vane 20 and the spherical inner peripheral surface 61 of the discharge ring 60 can intersect the ring groove 62, thereby forming a leakage flow. Can be suppressed. In FIG. 18, the ring groove 62 formed on the front side of the drawing is indicated by a two-dot chain line.

以上述べた実施の形態によれば、ランナベーンの周囲に形成される漏れ流れを抑制し、性能を向上させることができる。   According to the embodiment described above, the leakage flow formed around the runner vanes can be suppressed and the performance can be improved.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。     Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof. Moreover, as a matter of course, these embodiments can be partially combined as appropriate within the scope of the present invention.

例えば、第1の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせてもよく、あるいは、第1の実施の形態と第3の実施の形態とを組み合わせてもよい。この場合には、ランナベーン20とランナボス10との間の隙間に漏れ流れが形成されることを抑制することができるとともに、ランナベーン20とディスチャージリング60との間の隙間に漏れ流れが形成されることを抑制することができ、性能をより一層向上させることができる。   For example, the first embodiment and the second embodiment may be combined, or the first embodiment and the third embodiment may be combined. In this case, it is possible to suppress a leakage flow from being formed in the gap between the runner vane 20 and the runner boss 10, and to form a leakage flow in the gap between the runner vane 20 and the discharge ring 60. Can be suppressed, and the performance can be further improved.

1:カプラン水車、5:ランナ、10:ランナボス、11:中央外周面、11a:延長面、12:上流側外周面、13:下流側外周面、14:上流側凹部、14a:上流側底面、15:下流側凹部、15a:下流側底面、20:ランナベーン、21:中央内周端面、22:上流側ベーン延長部、22a:上流側内周端面、23:下流側ベーン延長部、23a:下流側内周端面、30:上流側可動壁、31:下流側可動壁、32:上流側可動壁駆動部、33:下流側可動壁駆動部、40:弾性体、50:外周端面、51:ベーン溝、60:ディスチャージリング、61:球状内周面、62:リング溝、C:キャンバーライン、X:ランナ回転軸線 1: Kaplan water wheel, 5: Runner, 10: Runner boss, 11: Center outer peripheral surface, 11a: Extension surface, 12: Upstream outer peripheral surface, 13: Downstream outer peripheral surface, 14: Upstream concave portion, 14a: Upstream bottom surface, 15: Downstream concave portion, 15a: Downstream bottom surface, 20: Runner vane, 21: Central inner peripheral end surface, 22: Upstream vane extension, 22a: Upstream inner peripheral end surface, 23: Downstream vane extension, 23a: Downstream Side inner peripheral end surface, 30: upstream movable wall, 31: downstream movable wall, 32: upstream movable wall drive unit, 33: downstream movable wall drive unit, 40: elastic body, 50: outer peripheral end surface, 51: vane Groove, 60: discharge ring, 61: spherical inner peripheral surface, 62: ring groove, C: camber line, X: runner rotation axis

Claims (11)

ランナボスと、
前記ランナボスに回動可能に設けられたランナベーンと、を備え、
前記ランナボスは、球面状に形成された中央外周面と、前記中央外周面よりも上流側に設けられた上流側外周面と、前記中央外周面よりも下流側に設けられた下流側外周面と、を有し、
前記上流側外周面および前記下流側外周面は、前記中央外周面の延長面よりも外周側に形成され、
前記上流側外周面または前記下流側外周面に、凹部が設けられ、
前記ランナベーンは、前記ランナボスの前記中央外周面に対向する、球面状に形成された中央内周端面と、前記ランナベーンの角度が最大角度になった場合に、前記凹部に入り込むベーン延長部と、を有し、
前記ベーン延長部の内周端面は、前記中央内周端面の延長面上に形成されている、可動羽根水車のランナ。
With Lanna Boss,
A runner vane rotatably provided on the runner boss,
The runner boss includes a spherical outer peripheral surface, an upstream outer peripheral surface provided upstream of the central outer peripheral surface, and a downstream outer peripheral surface provided downstream of the central outer peripheral surface. Have
The upstream outer peripheral surface and the downstream outer peripheral surface are formed on the outer peripheral side than the extended surface of the central outer peripheral surface,
A concave portion is provided on the upstream outer peripheral surface or the downstream outer peripheral surface,
The runner vane has a central inner peripheral end surface formed in a spherical shape facing the central outer peripheral surface of the runner boss, and a vane extension portion that enters the recess when the angle of the runner vane reaches a maximum angle. Have
An inner peripheral end surface of the vane extension portion is a runner of a movable vane turbine, which is formed on an extended surface of the central inner peripheral end surface.
前記凹部は、前記中央外周面の延長面上で球面状に形成された底面を含んでいる、請求項1に記載の可動羽根水車のランナ。 The runner of the movable vane turbine according to claim 1, wherein the concave portion includes a bottom surface formed in a spherical shape on an extended surface of the central outer peripheral surface. 前記凹部内に進退可能に設けられた可動壁と、
前記可動壁を前記凹部内に進出および後退させる可動壁駆動部と、を更に備えた、請求項1または2に記載の可動羽根水車のランナ。
A movable wall provided in the recess so as to be capable of advancing and retracting;
The runner of the movable vane turbine according to claim 1, further comprising: a movable wall driving unit that moves the movable wall into and out of the recessed portion.
前記凹部内に充填された弾性体を更に備えた、請求項1または2に記載の可動羽根水車のランナ。   The runner of the movable vane turbine according to claim 1 or 2, further comprising an elastic body filled in the recess. 前記ランナベーンは、前記ランナの外周側に設けられるディスチャージリングの球状内周面に対向する、球面状に形成された外周端面と、前記外周端面に設けられたベーン溝と、を更に有し、
前記ベーン溝は、前記ランナベーンの前記外周端面と前記ディスチャージリングの前記球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の可動羽根水車のランナ。
The runner vane further includes a spherical outer peripheral end surface facing a spherical inner peripheral surface of a discharge ring provided on the outer peripheral side of the runner, and a vane groove provided on the outer peripheral end surface,
The vane groove extends in a direction intersecting with a flow direction of a leakage flow formed in a gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring. The runner of the movable impeller water wheel as described in any one of Claims.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の前記可動羽根水車のランナと、
前記可動羽根水車のランナの外周側に設けられたディスチャージリングと、を備え、
前記ディスチャージリングは、前記ランナベーンの外周端面に対向する、球面状に形成された球状内周面と、前記球状内周面に設けられたリング溝と、を有し、
前記リング溝は、前記ランナベーンの前記外周端面と前記ディスチャージリングの前記球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている、可動羽根水車。
The runner of the movable impeller turbine according to any one of claims 1 to 4,
A discharge ring provided on the outer peripheral side of the runner of the movable impeller, and
The discharge ring has a spherical inner peripheral surface formed in a spherical shape facing the outer peripheral end surface of the runner vane, and a ring groove provided in the spherical inner peripheral surface,
The ring groove is a movable impeller turbine that extends in a direction intersecting a flow direction of a leakage flow formed in a gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring.
球面状に形成された球状内周面を有するディスチャージリングの内周側に設けられる可動羽根水車のランナであって、
ランナボスと、
前記ランナボスに回動可能に設けられたランナベーンと、を備え、
前記ランナベーンは、前記ディスチャージリングの前記球状内周面に対向する、球面状に形成された外周端面と、前記外周端面に設けられたベーン溝と、を有し、
前記ベーン溝は、前記ランナベーンの前記外周端面と前記ディスチャージリングの前記球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている、可動羽根水車のランナ。
A runner of a movable vane turbine provided on the inner peripheral side of a discharge ring having a spherical inner peripheral surface formed in a spherical shape,
With Lanna Boss,
A runner vane rotatably provided on the runner boss,
The runner vane has a spherical outer peripheral end surface facing the spherical inner peripheral surface of the discharge ring, and a vane groove provided in the outer peripheral end surface,
The vane groove is a runner of a movable vane turbine that extends in a direction intersecting a flow direction of a leakage flow formed in a gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring.
前記ベーン溝は、前記ランナの回転軸線に沿う方向において、前記ディスチャージリングの前記球状内周面の上流端と、前記球状内周面の下流端との間に配置されている、請求項7に記載の可動羽根水車のランナ。   The vane groove is disposed between an upstream end of the spherical inner peripheral surface of the discharge ring and a downstream end of the spherical inner peripheral surface in a direction along the rotation axis of the runner. The runner of the movable vane turbine described. 請求項1〜5、7および8のいずれか一項に記載の前記可動羽根水車のランナと、
前記可動羽根水車のランナの外周側に設けられたディスチャージリングと、を備えた、可動羽根水車。
A runner of the movable impeller water wheel according to any one of claims 1 to 5, 7 and 8,
A movable impeller turbine comprising: a discharge ring provided on an outer peripheral side of a runner of the movable impeller turbine.
ランナボスと、ランナボスに回動可能に設けられた、球面状に形成された外周端面を含むランナベーンとを有するランナの外周側に設けられる可動羽根水車のディスチャージリングであって、
前記ランナベーンの前記外周端面に対向する、球面状に形成された球状内周面と、
前記球状内周面に設けられたリング溝と、を備え、
前記リング溝は、前記ランナベーンの前記外周端面と前記ディスチャージリングの前記球状内周面との間の隙間に形成される漏れ流れの流れ方向に交差する方向に延びている、可動羽根水車のディスチャージリング。
A discharge ring of a movable impeller turbine provided on the outer peripheral side of a runner having a runner boss and a runner vane including a runner vane formed in a spherical shape and rotatably provided on the runner boss,
A spherical inner peripheral surface formed in a spherical shape opposite to the outer peripheral end surface of the runner vane;
A ring groove provided on the spherical inner peripheral surface,
The ring groove extends in a direction intersecting a flow direction of a leakage flow formed in a gap between the outer peripheral end surface of the runner vane and the spherical inner peripheral surface of the discharge ring. .
請求項10に記載の前記可動羽根水車のディスチャージリングと、
前記可動羽根水車のディスチャージリングの内周側に設けられた前記ランナと、を備えた、可動羽根水車。
A discharge ring of the movable impeller turbine according to claim 10;
A movable impeller turbine comprising: the runner provided on an inner peripheral side of a discharge ring of the movable impeller turbine.
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