JP2592508B2 - 曲り吸出し管の旋回抑制フイン - Google Patents

曲り吸出し管の旋回抑制フイン

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は曲り吸出し管の旋回抑制フインに関するもの
である。
〔従来の技術〕
一般にフランシス水車やプロペラ水車等の固定翼水車
のランナから流出する水の方向は、正規の運転状態では
ほぼランナの回転軸方向を向いているが、それより負荷
が大きい時は回転の逆方向の旋回成分を持つて流出し、
負荷が小さい時には回転と同方向の旋回成分を持つて流
出する。このため曲り吸出し管中心付近にはある境界を
持つた旋回流を生じ、押込み水圧が少ないとき(放水路
水位が低い時)はその中心部は低圧となつて空洞を形成
する。この過心は過負荷では比較的安定している場合が
多いが、部分負荷では龍巻状になつて曲り吸出し管内を
振れ回る。この現象が激しくなると、水圧鉄管振動(鉄
管と共振した場合)、発電所建屋振動や電力動揺を誘発
する場合があり、これらの対策として旋回流を抑制する
ために曲り吸出し管の流水方向にフインを取り付けるこ
とがある。
従来、水車曲り吸出し管に設置される旋回抑制フイン
は、日本電気学会技術報告(II部)第142号(3)(昭
和58年1月)第3頁第1,第2図に記載されているよう
に、曲り吸出し管の曲り面に関して対称位置に配置され
るのが常であつた。
すなわち水車曲り吸出し管の従来例が示されている第
8図および第9図に示されているように、曲り吸出し管
1の旋回抑制フイン2(2A〜2D)はランナ回転軸を含
み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面3に関して
対称に配置されている。なお第8図でRはランナ回転方
向であり、5はランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管
出口面の中心を通る面の下流側でない方からランナ回転
軸のまわりに、ランナ回転方向Rに測定した角度θであ
る。また第9図において2Eは旋回抑制フイン2(2A,2B,
2C,2D)の後流にできる渦心である。
〔発明が解決しようとする課題〕
旋回抑制フインは旋回を抑制すると同時に、フイン後
流に新たな渦心を作り出す。
この渦心は上述の第9図に示されているように、旋回
流に乗つて回転しながら吸出し管壁面を流れていく。
従来のフインの配置にはこのフインの後流の渦心の影
響に配慮がなされていなかつたため、渦心が曲り吸出し
管壁面に触れる際に、壁面を形成するコンクリートや、
そのコンクリートを保護するために設けられた鋼板製ラ
イナーを強く加振し、これらに重大な損傷を与える問題
があつた。特に、水中に土砂が混入している場合には、
土砂成分が壁面に対する打撃を助長するため、吸出し管
壁面に与える損傷は極めて甚大なものとなり、大きな問
題となつていた。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、曲り吸
出し管壁面の損傷防止を可能とした曲り吸出し管の旋回
抑制フインを提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、フインを、ランナ回転軸を含み、かつ曲
り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない方から
ランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角
度が70度以上230度以下の領域以外の領域に配置するこ
とにより、達成される。
〔作用〕
旋回抑制フインを、ランナ回転軸を含み、かつ曲り回
出し管出口面の中心を通る面の下流側でない方からラン
ナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角度が
70度以上230度以下の領域以外の領域に配置したので、
旋回抑制フインより発生し曲り吸出し管内を旋回しなが
ら流れていく渦心が曲り吸出し管のベンド部内周部の低
圧領域に達することがなくなつて、渦心が曲り吸出し管
の壁面を損傷することがなくなる。
このように旋回抑制フインを、ランナ回転軸を含み、
かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない
方からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定
した角度が70度以上230度以下の領域以外の領域に配置
することにより、所期の目的が達成されるようになる
が、それを次に説明する。
一般に、曲り吸出し管内部の主流は所謂ポテンシヤル
流れの性質を持つている。すなわちベンド部の内周部で
流速が速く(従つて静圧が低く)、ベンド部の外周側で
は流速は遅い(従つて静圧が高くなる)。従つて、曲り
吸出し管の曲り部断面の壁面静圧は横軸に上述の角度θ
をとり、縦軸に吸出し管壁面静圧をとつて示した第10図
に示されているようになつている。
模型実験の結果によれば、フイン後流の渦心は曲り吸
出し管のベンド部内周部の、静圧の低い部分(角度θに
して100度から260度の間)で最も大きく発達し、曲り吸
出し管壁面を強く打撃する。ベンド部内周部低圧力領域
6以外の高圧部ではフイン後流の渦心も大きく発達せ
ず、壁面に対する打撃も小さい。また、水車の部分負荷
運転時には曲り吸出し管内の流れはランナ回転方向の旋
回成分を持つているため、フインから発生する渦心はこ
の主流に乗つて、フインを発してからベンド部に達する
までに30度ランナ回転方向へ回転すること等が確められ
た。そこで本発明ではフインを、ランナ回転軸を含み、
かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない
方からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定
した角度が70度以上230度以下の領域以外の領域に配置
するようにした。このようにすることにより、曲り吸出
し管壁面の損傷防止を可能とした曲り吸出し管の旋回抑
制フインを得ることを可能としたものである。
それは第11図に示されていることからも明らかであ
る。同図は横軸にランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し
管出口面の中心を通る面の下流側でない方からランナ回
転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角度θをと
り、縦軸に吸出し管に沿う長さをとつて、フインから発
せられる渦心の経路を示したものである。同図から明ら
かなように、θが70度より小さい領域に配置されたフイ
ン2から発せられる渦心2Eは、30度回転してもベンド部
ではθ=100度以内の領域にあり、低圧力領域6に達し
ていない。従つてこの渦心は大きく発達せず、曲り吸出
し管壁面に損傷を与えることがない。
また、θが230度より大きい領域に配置されたフイン
2より発せられる渦心2Eは30度回転すると、ベンド部で
はθ=260度以上の領域に達するので、この渦心2Eも曲
り吸出し管壁面に損傷を与えることがない。すなわちθ
=70度から230度まではフインの禁止帯7であり、それ
以外の領域はフインの配置帯8となる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。
第1図から第3図には本発明の一実施例が示されてい
る。なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明
を省略する。本実施例では旋回抑制フイン2A0,2B0を、
ランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面3の中心
を通る面の下流側でない方からランナ回転軸のまわり
に、ランナ回転方向Rに測定した角度が70度以上230度
以下の領域以外の領域に配置した。
このようにすることにより旋回抑制フイン2A0,2B0
り発生し曲り吸出し管1内を旋回しながら流れていく渦
心がベンド部内周部の低圧領域1Aに達することがなくな
つて、曲り吸出し管壁面の損傷防止を可能とした曲り吸
出し管の旋回抑制フイン2A0,2B0を得ることができる。
すなわちランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口
面の中心を通る面の下流側でない方からランナ回転軸の
まわりに、ランナ回転方向Rに測定した角度θの対称位
置に、旋回抑制フイン2A0,2B0を2個配置した。本実施
例では角度θを50度以上70度以下に設定した。このフイ
ン2A0,2B0の一方のフイン2A0の取付角度は70度以下であ
ると同時に、他方のフイン2B0の取付角度θは230度以上
となる。従つてこれら両方のフイン2A0,2B0は上述の第1
1図に示されているように、フイン2A0,2B0の禁止帯の外
にあるので、フイン2A0,2B0の後流に発生する渦心が曲
り吸出し管1のベンド部内周側の低圧領域1Aに入ること
がなく、曲り吸出し管壁面に損傷を与えることがない。
また、2個のフイン2A0,2B0が対称に配置されているの
で、曲り吸出し管内の中に片寄つた流れを発生させるこ
とがない。
このように本実施例によれば旋回抑制フインから発生
する渦心が、曲り吸出し管のベンド部内周部の低圧領域
に達することがないので、渦心が曲り吐出し管の壁面を
損傷することがない。
第4図には本発明の他の実施例が示されている。本実
施例は旋回抑制フイン2A0,2B0,2C0を、ランナ回転軸を
含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側
でない方からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向
Rに測定した角度θが50度以上70度以下と、この50度以
上70度以下の対称位置の230度以上250度以下と、この23
0度以上250度以下からランナ回転方向Rに90度回転した
位置とに配置した。このようにすることによりフインが
2個の前述の場合よりも旋回を抑制する効果が大きくな
る。
すなわちランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口
面の中心を通る面3の下流側でない方からランナ回転方
向Rへ測定した角度θの対称位置YY′に、2個の旋回抑
制フイン2A0,2B0が配置される。この角度θは前述の場
合と同様50度以上70度以下に設定される。更にθ=230
度以上250度以下に設置されたフイン2B0から90度、ラン
ナ回転方向Rに回転した位置にもう1個フイン2C0を設
置した。これら3つのフイン2A0,2B0,2C0はいずれもθ
が70度以下かあるいは230度以上の位置に設置されてい
るので、フイン2A0,2B0,2C0後流の渦心が曲り吸出し管
壁面に損傷を与えることはない。
第5図から第7図には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例は曲り吸出し管1aをS字形状に形成
したものである。この場合も第1図に示されているよう
にフイン2A0,2B0を配置することにより、曲り吸出し管
壁面に損傷を与えることの少ないフイン20,2B0を得るこ
とができる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は曲り吸出し管壁面の損傷が防止
されるようになつて、曲り吸出し管壁面の損傷防止を可
能とした曲り吸出し管の旋回抑制フインを得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制フインの一実
施例のフインの配置を示す平面図、第2図は第1図のX
−X′線に沿う断面図、第3図は第1図のY−Y′線に
沿う断面図、第4図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制
フインの他の実施例のフインの配置を示す平面図、第5
図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制フインの更に他の
実施例のフインの配置を示す平面図、第6図は第5図の
X−X′線に沿う断面図、第7図は第5図のY−Y′線
に沿う断面図、第8図は従来の曲り吸出し管の旋回抑制
フインのフインの配置を示す平面図、第9図は第8図の
X−X′線に沿う断面図、第10図は角度θと吸出し管壁
面静圧との関係を示す特性図、第11図は角度θと吸出し
管に沿う長さとの関係を示す特性図である。 1,1a……曲り吸出し管、2,2A0,2B0,2C0……旋回抑制フ
イン、2E……渦心、3……ランナ回転軸を含み、かつ曲
り吸出し管出口面の中心を通る面、5(θ)……ランナ
回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面
の下流側でない方からランナ回転軸のまわりにランナ回
転方向に測定した角度、6……ベンド部内周部低圧力領
域。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定翼水車ランナの出口に接続される入口
    の流速より出口の流速の遅い末広状の流路で、少なくと
    もランナ出口からランナ回転軸方向に伸びる拡大流路
    と、この拡大流路の流れの方向をランナ回転軸方向から
    転向させるベンド部と、このベンド部で方向の変つた水
    流を導く拡大流路とからなる水車曲り吸出し管の、前記
    ランナ出口に続きランナ回転軸方向に伸びる拡大流路の
    内壁面に、流れ方向に設置され、流れの旋回を抑制する
    曲り吸出し管の旋回抑制フインにおいて、前記フイン
    を、ランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中
    心を通る面からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方
    向に70度以上230度以下の領域外の領域に配置するよう
    にしたことを特徴とする曲り吸出し管の旋回抑制フイ
    ン。
  2. 【請求項2】前記旋回抑制フインが、前記角度が50度以
    上70度以下と、この50度以上70度以下の対称位置の230
    度以上250度以下とに配置されたものである特許請求の
    範囲第1項記載の曲り吸出し管の旋回抑制フイン。
  3. 【請求項3】前記旋回抑制フインが、前記角度が50度以
    上70度以下と、この50度以上70度以下の対称位置の230
    度以上250度以下と、この230度以上250度以下からラン
    ナ回転方向に90度回転した位置とに配置されたものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の曲り吸出し管の旋回抑制
    フイン。
  4. 【請求項4】前記曲り吸出し管が、S字形状に形成され
    たものである特許請求の範囲第1項記載の曲り吸出し管
    の旋回抑制フイン。
  5. 【請求項5】前記フインが、渦流が上記拡大流路の内壁
    面に衝突しないように設けられるものである特許請求の
    範囲第1項記載の曲り吸出し管の旋回抑制フイン。
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