JP2598120B2 - 旋回流抑制型ドラフト構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水車やポンプ、ポンプ水車等のドラフト構造
に係り、特にドラフト内旋回流を抑制する旋回流抑制型
ドラフト構造に関する。

（従来の技術） 水車やポンプ、ポンプ水車等の流体回転機械において
は、ドラフト内旋回流によるドラフト振動や騒音を抑制
する対策が講じられている。特に、水車やポンプ水車等
を流れる流量が少ない小流量時に、ドラフト内旋回流に
よるドラフト振動や騒音を抑制することを目的として、
また、調相運転時やポンプ起動時におけるドラフト水面
押下げ時にドラフト水面を抑制することを目的として、
上部ドラフトの内周壁に複数個の旋回流抑制フィンを突
設したものがある。

一般に、流体回転機械としての水車は、第６図に示す
ように構成されており、この水車運転時には、そのケー
シング１からステーベーン２に案内された水がガイドベ
ーン３によって流量調節され、上カバー４と下カバー５
に収容された水車ランナ６を回転駆動させる。水車ラン
ナ６は主軸７に直結され、ランナ駆動によるエネルギは
主軸を介して取り出される。

一方、水車ランナ６を駆動してエネルギ変換された水
は上部ドラフト８を経て放水庭に放出される。そして、
上部ドラフト８にはその内周壁に、第７図に示すよう
に、流路中心側に向くように複数の旋回流抑制フィン9,
9が突設されている。

従来の水車において、水車運転時に、ガイドベーン３
による流量調整を行なって流量を小さく絞った場合、具
体的には発電出力を設計出力に対して小さくすると、水
車ランナ６を通過した水が、上部ドラフト８内でランナ
回転方向に旋回し、この旋回流によってドラフト駆動や
騒音が設計出力時に比べて増大する。このドラフト振動
や騒音の増大に対しては、旋回流抑制フィン9,9を設け
ることによって、上部ドラフト８内の旋回流が減少し、
ドラフト振動や騒音を減少させることができる。

一方、調相運転や揚水起動時には、ガイドベーン３を
全閉にして水車ランナ室6a内に空気を注入し、ランナ室
6a内の水を上部ドラフト８まで押し下げ、この水平に押
し下げた状態で水車ランナ６を空転させることが行なわ
れる。この水面押下げの場合には、水車ランナ６の回転
による風圧によって上部ドラフト８内の水面はランナ回
転方向に旋回し、大きく揺動する。このため、押下げ水
面が水車ランナ６のランナ下端より充分下方に離れてい
ないと、揺動した水が回転中の水車ランナ６のランナ羽
根に当り、その回転遠心力によってランナ外周方向に飛
ばされる。この飛散水が水車ランナ６のランナ最外周部
とガイドベーン３の間に送り込まれ、大きな入力となっ
て振動や騒音を発生させるおそれがあった。

他方、調相運転や揚水起動時に押下げ水面を下げ過ぎ
ると、水面揺動の影響が上部ドラフト８のエルボ部まで
到達し、水車ランナ室6aの空気が放水庭側に逃げてしま
う。最悪の場合には、エアーコンプレッサによるランナ
室6aへの給気が追いつかず、押下げ水面の保持が不可能
となる。

このことから、水面押し下げが行なわれる上部ドラフ
ト８は高さ方向を大きくして水面揺動角度が45度とか60
度のような大きな水面揺動（うねり）が生じても、押下
げ水面を保持できるようにしたり、あるいは旋回流抑制
フィン9,9の設置により、旋回流の発生を抑制して水面
揺動を小さくしている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の水車において、上部ドラフト８の内周壁に設け
られる旋回流抑制フィン９は内周壁面からドラフト流路
8a内に突出している。このため、小負荷運転時には旋回
流が抑制され、ドラフト振動や騒音は相対的に抑制され
るが、定常運転時においては、突出した旋回流抑制フィ
ン９に流水が激しく衝突し、ドラフト振動や騒音が相対
的に大きくなる問題があった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ド
ラフト内旋回流の抑制効果を持たせるとともに、定常運
転時に旋回流抑制フィンの流水の衝突を有効に防止し、
全ての運転領域においてドラフト振動や騒音の少ない安
定した運転を保証できる旋回流抑制型ドラフト構造を提
供することにある。

本発明の他の目的は、ドラフト高さを大きくしなくて
も、安定した水面押下げ運転を可能にした旋回流抑制型
ドラフト構造を提供するにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る旋回流抑制型ドラフト構造は、上述した
課題を解決するために、水車やポンプ、ポンプ水車等の
流体回転機械にドラフトを設けたものにおいて、前記ド
ラフトの内周壁に溝を設け、この溝内に旋回流抑制フィ
ンを流水方向に収容したものである。

また、このドラフト構造は、上述した課題を解決する
ために、ドラフトの内周壁には流水方向に延びる溝を、
周方向に間隔をおいて複数個設け、これらの溝内に旋回
流抑制フィンをそれぞれ収容したり、ドラフトの内周壁
には周方向に延びる溝を設け、この周溝内に複数の旋回
流抑制フィンを周方向に間隔をおいてそれぞれ収容した
り、さらに、ドラフトの内周壁には周方向に連続的に延
びる溝を設け、この周溝内に収容される旋回流抑制フィ
ンと溝底との間に間隙を形成したものである。

（作用） この旋回流抑制型ドラフト構造は、ドラフトの内周壁
に溝を設け、この溝内に旋回流抑制フィンを流水方向に
設けたので、ドラフト内で旋回流の抑制効果を持たせる
ことができるとともに、旋回流抑制フィンがドラフト内
流路に突出するのを防止して定常運転時にフィンに流水
が衝突するのを防止し、ドラフト振動や騒音の発生を抑
制しており、これにより全運転領域において振動や騒音
の少ない安定した運転を行なうことができる。

また、ドラフト内周壁に溝を設け、この溝内に旋回流
抑制フィンを収容することにより、ドラフト高さを大き
くしなくても安定した水面押下げ運転を行なうことがで
きる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して
説明する。

第１図は本発明に係る旋回流抑制型ドラフト構造を流
体回転機械としての水車に適用した例を示す。この水車
はトーラス状水車ケーシング10からの水をステーベーン
11およびガイドベーン12を経て水車ランナ13に案内する
ようになっている。水車ランナ13は上カバー14と下カバ
ー15とから形成されるランナ室16内に収容される水車ラ
ンナ13には主軸17が一体あるいは一体的に設けられ、水
車ランナ13の回転による回転駆動力を主軸17を介して図
示しない発電機等に伝達するようになっている。

一方、水車ランナ13の下半部を覆う下カバー15には上
部ドラフト20が一体あるいは一体的に設けられており、
このドラフト20内に、水車ランナ13から流出される水を
案内するドラフト流路21が形成される。水車ランナ13を
駆動した水はこの流路21を経て図示しない放水庭に放出
されるようになっている。

また、上部ドラフト20にはフィン収納ボックス23が外
側から一体あるいは一体的に設けられる。フィン収納ボ
ックス23は上部ドラフト20の周方向に間隔をおいて複数
個が列状に設けられる。

上記フィン収納ボックス23により上部ドラフト20の内
周壁20aにドラフト流路21に連通する矩形の溝24,24が流
水方向に形成され、この溝24内に旋回流抑制フィン25が
流水方向に収容される。旋回流抑制フィン25は、ドラフ
ト流路21内を流れる水の旋回流を抑制するもので、ドラ
フト流路21内に突出することがないように形成されてい
る。

この旋回流抑制型ドラフト構造は、上部ドラフト20に
設けられたフィン収納ボックス23内に旋回流抑制フィン
25を収容しており、収容された旋回流抑制フィン25は上
部ドラフト20の内周壁からドラフト流路21内に突出する
ことがないために、定常運転時に、ドラフト流路21内を
流れる水はその大きな流速のために、旋回流抑制フィン
25に衝突することなくスムーズに案内される。

また、ガイドベーン12による流量調整を行なって流量
を小さく絞り込んだ小負荷運転時や、または調相運転や
揚水起動運転の際の水面押下げ時の場合には、上部ドラ
フト20内の小さな流速の旋回流に対しては、旋回方向に
矩形溝24と旋回流抑制フィン（補強リブ）25とを設けて
いるため、この溝24やフィン25により、従来の突出フィ
ンと同等の旋回流抑制効果を奏することができる。

第３図は旋回流抑制型ドラフト構造の第２実施例を示
すものである。この実施例に示されたドラフト構造は、
上部ドラフト20の全周にわたってフィン収納ボックス30
を一体あるいは一体的に設け、このフィン収納ボックス
30内に形成される環状の周溝31内に複数枚の旋回流抑制
フィン32を適宜間隔をおいて収容したものである。上記
旋回流抑制フィン32はほぼ矩形状をなし、全体として放
射状に配列したものである。

また、前記周溝31は上部ドラフト20の内周壁に周方向
にわたって連続的に形成され、ドラフト流路21に連通し
ている。

この場合にも、第１図および第２図に示される旋回流
抑制型ドラフト構造と同等の作用効果を奏することがで
きる。

第４図は旋回流抑制型ドラフト構造の第３実施例を示
すものである。

この実施例に示されたドラフト構造は、第３図に示さ
れるドラフト構造に類似しており、第３図のドラフト構
造とは、フィン収納ボックス35と旋回流抑制フィン36の
形状が基本的に異なるだけである。フィン収納ボックス
35の断面形状は半円形に限らず、半楕円形、半長円形、
三角形等の多角形形状のように種々考えられる。

この場合にも、第１図に示すドラフト構造と同等の作
用効果を奏する。

第５図は旋回流抑制型ドラフト構造の第４実施例を示
すものである。

この実施例に示されたドラフト構造は、フィン収納ボ
ックス38内に形成される周溝39の溝底（最外周側壁）38
aと旋回流抑制フィン40との間に間隙δを形成し、この
間隙δを介してフィン収納ボックス38内に流入した水を
周方向にも案内できるようにしたものである。

ところで、調相運転やポンプ起動運転の際には、ガイ
ドベーン12を全閉して水車ランナ13のランナ室16に空気
を充満させ、水面を押し下げた状態で水車ランナ13を回
転駆動させるようになっており、この回転駆動時には押
下げ水面は水車ランナ13の回転による影響を受けて水面
揺動が生じる。しかし、ドラフト構造を第５図に示すよ
うに構成することにより、ドラフト内水面揺動によって
フィン収納ボックス38内に流入した水を旋回流抑制フィ
ン40で受け止め、旋回流を抑制する形でフィン収納ボッ
クス38の最外周部に案内し、この最外周部から低圧側
（水面の低い側）に返すことにより、ドラフト内水面揺
動による振動や騒音を軽減させ得るようにしたものであ
る。

なお、フィン収納ボックス38内に収容される旋回流抑
制フィン40のフィン形状は、円形や矩形のものに限定さ
れず、三角形、台形、半楕円形等種々考えられる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る旋回流抑制型ドラフ
ト構造においては、ドラフトの内周壁に溝を設け、この
溝内に旋回流抑制フィンを流れ方向に収容したので、定
常運転時には流水が旋回流抑制フィンに衝突して振動や
騒音を発生させるのを有効的に抑制するとともに、小負
荷運転時には、ドラフト内旋回流を溝や旋回流抑制フィ
ンで抑制することができ、全運転範囲にわたってドラフ
ト振動や騒音を抑制し、軽減させることができ、安定し
た運転を保証できる。

また、調相運転やポンプ起動時のような水面押下げ運
転時には、押下げ水面の揺動を溝および旋回流抑制フィ
ンにより抑制することができるので、ドラフトの高さを
低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る旋回流抑制型ドラフト構造を備え
た水車を示す図、第２図は第１図の要部を拡大して示す
図、第３図ないし第５図は本発明の旋回流抑制型ドラフ
ト構造の第２実施例ないし第４実施例をそれぞれ示す
図、第６図は従来の水車に組み込まれた旋回流抑制型ド
ラフト構造を示す図、第７図は第６図のVII−VII線に沿
う図である。 10……ケーシング、11……ステーベーン、12……ガイド
ベーン、13……水車ポンプ、14……上カバー、15……下
カバー、16……ランナ室、17……主軸、20……上部ドラ
フト（ドラフト）、21……ドラフト流路、23,30,35,38
……フィン収納ボックス、24,31,39……溝、25,32,36,4
0……旋回流抑制フィン。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水車やポンプ、ポンプ水車等の流体回転機
   械にドラフトを設けたものにおいて、前記ドラフトの内
   周壁に溝を設け、この溝内に旋回流抑制フィンを流水方
   向に収容したことを特徴とする旋回流抑制型ドラフト構
   造。
2. 【請求項２】ドラフトの内周壁には流水方向に延びる溝
   を、周方向に間隔をおいて複数個設け、これらの溝内に
   旋回流抑制フィンをそれぞれ収容した請求項１記載の旋
   回流抑制型ドラフト構造。
3. 【請求項３】ドラフトの内周壁には周方向に延びる溝を
   設け、この周溝内に複数の旋回流抑制フィンを周方向に
   間隔をおいてそれぞれ収容した請求項１記載の旋回流抑
   制型ドラフト構造。
4. 【請求項４】ドラフトの内周壁には周方向に連続的に延
   びる溝を設け、この周溝内に収容される旋回流抑制フィ
   ンと溝底との間に間隙を形成した請求項１記載の旋回流
   抑制型ドラフト構造。