JP3296366B2 - 水力機械 - Google Patents
水力機械Info
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- JP3296366B2 JP3296366B2 JP03670392A JP3670392A JP3296366B2 JP 3296366 B2 JP3296366 B2 JP 3296366B2 JP 03670392 A JP03670392 A JP 03670392A JP 3670392 A JP3670392 A JP 3670392A JP 3296366 B2 JP3296366 B2 JP 3296366B2
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- 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
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばカプラン水車、
チューブラ水車等の軸流羽根車を有する軸流型の水力機
械に係り、特にランナベーンの下流部分につながる吸出
し管形状の改良に関する。
チューブラ水車等の軸流羽根車を有する軸流型の水力機
械に係り、特にランナベーンの下流部分につながる吸出
し管形状の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、カプラン水車、チューブラ水車
等の軸流羽根車を有する軸流型の水力機械においては、
羽根車から流れ出た水の速度エネルギを効率よく回収す
るため、吸出し管内の流路面積を徐々に増加させ、流水
の速度を減少させて圧力エネルギにと変換させている。
したがって、吸出し管内で発生する損失である吸出し管
損失が大きい場合には、エネルギ変換が効率よくできな
くなって水車効率の低下を招くことになる。
等の軸流羽根車を有する軸流型の水力機械においては、
羽根車から流れ出た水の速度エネルギを効率よく回収す
るため、吸出し管内の流路面積を徐々に増加させ、流水
の速度を減少させて圧力エネルギにと変換させている。
したがって、吸出し管内で発生する損失である吸出し管
損失が大きい場合には、エネルギ変換が効率よくできな
くなって水車効率の低下を招くことになる。
【0003】図4は、従来の一般的な可動翼水車の縦断
面をスケルトンで示した図、図5は、図4に示す可動翼
水車の吸出し管流路面積の変化率を、吸出し管最小径
(以下、スロート径と称す)の大きさを基準とし、この
位置L0 を始点として流水方向距離に対して表わしたグ
ラフであり、図5においては、ランナコーン下端部位置
および水の流れないであろうとされる領域(死水域)を
考慮したランナコーン下流位置に対する吸出し管の流水
方向位置をそれぞれL1 、L2 としている。
面をスケルトンで示した図、図5は、図4に示す可動翼
水車の吸出し管流路面積の変化率を、吸出し管最小径
(以下、スロート径と称す)の大きさを基準とし、この
位置L0 を始点として流水方向距離に対して表わしたグ
ラフであり、図5においては、ランナコーン下端部位置
および水の流れないであろうとされる領域(死水域)を
考慮したランナコーン下流位置に対する吸出し管の流水
方向位置をそれぞれL1 、L2 としている。
【0004】図4において、符号1はケーシング、符号
2はスティベーン、符号3はガイドベーンであり、この
ガイドベーン3の下流側にはランナベーン4が配置さ
れ、このランナベーン4はランナボス5により保持され
ている。そして、このランナボス5の下端には、流路の
一部を構成するランナコーン6が連設されている。前記
ランナベーン4から流れ出た水は、図4に示すように、
吸出し管7により下池(図示せず)まで導かれるように
なっており、また、この吸出し管7の最上端部には、回
転体であるランナベーン4と静止側とのシール部を形成
するディスチャージリング8が設置されている。ところ
で、前記ランナボス5およびランナコーン6は、内部に
ランナベーン4を動作させるための機構部を内蔵するこ
とから、その大きさは、ランナベーン4の枚数によって
も異なるが、ランナボス外径Di は、通常、ランナベー
ン外径D0 の0.4〜0.6の倍程度の大きさに設定さ
れている。
2はスティベーン、符号3はガイドベーンであり、この
ガイドベーン3の下流側にはランナベーン4が配置さ
れ、このランナベーン4はランナボス5により保持され
ている。そして、このランナボス5の下端には、流路の
一部を構成するランナコーン6が連設されている。前記
ランナベーン4から流れ出た水は、図4に示すように、
吸出し管7により下池(図示せず)まで導かれるように
なっており、また、この吸出し管7の最上端部には、回
転体であるランナベーン4と静止側とのシール部を形成
するディスチャージリング8が設置されている。ところ
で、前記ランナボス5およびランナコーン6は、内部に
ランナベーン4を動作させるための機構部を内蔵するこ
とから、その大きさは、ランナベーン4の枚数によって
も異なるが、ランナボス外径Di は、通常、ランナベー
ン外径D0 の0.4〜0.6の倍程度の大きさに設定さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の水力機械に
おいて、吸出し管7は、ランナから流れ出た水の速度エ
ネルギを、効率よく圧力エネルギに変換させることをそ
の役割としている。このため、その形状は、徐々に面積
を増加させるべく円錐形をなしているのが通例である
が、スロート部の大きさ・形状が、吸出し管形状決定に
際しての重要な因子の一つとなる。また、軸流水車は、
ランナベーン4を保持するランナボス5およびランナコ
ーン6の存在が、流路面積に大きな影響を与えることに
なる。ところで、従来の吸出し管7は、図4に示すよう
に、その形状が単純な円錐形で、L0 からL1 を経てL
2 に至るまでの間、同一の拡大角(通常5〜7度)で拡
大している。このため、L0 からL2 までの流路断面の
変化をみると、図5に示すように、L0 からL1 までの
間の面積変化が、L1 以降の面積変化よりも大きくなっ
ており、特にランナコーン6の直径が急激に小さくなる
付近では、面積の増加が急激になっている。
おいて、吸出し管7は、ランナから流れ出た水の速度エ
ネルギを、効率よく圧力エネルギに変換させることをそ
の役割としている。このため、その形状は、徐々に面積
を増加させるべく円錐形をなしているのが通例である
が、スロート部の大きさ・形状が、吸出し管形状決定に
際しての重要な因子の一つとなる。また、軸流水車は、
ランナベーン4を保持するランナボス5およびランナコ
ーン6の存在が、流路面積に大きな影響を与えることに
なる。ところで、従来の吸出し管7は、図4に示すよう
に、その形状が単純な円錐形で、L0 からL1 を経てL
2 に至るまでの間、同一の拡大角(通常5〜7度)で拡
大している。このため、L0 からL2 までの流路断面の
変化をみると、図5に示すように、L0 からL1 までの
間の面積変化が、L1 以降の面積変化よりも大きくなっ
ており、特にランナコーン6の直径が急激に小さくなる
付近では、面積の増加が急激になっている。
【0006】このように、従来の単純な円錐形状の吸出
し管7においては、ランナベーン4下流からランナコー
ン6下端に至るまでの吸出し管7とランナコーン6とで
囲まれた流路部分の面積変化が、ランナコーン6下端以
降の流路部分の面積変化よりも大きくなるため、拡大損
失が増大すると共に、ランナコーン6の下端で剥離流れ
が生じ、吸出し管7の水圧脈動・振動・騒音を誘発させ
るという問題がある。そこで一部では、例えば特開昭5
5−148972号公報に示すように、吸出し管の内径
を一定にする方法が提案されているが、この方法の場合
には、ランナボスおよびランナコーンの形状が限定され
るため、最適面積変化を有する流路の形成が困難である
という問題がある。そこで、本発明の目的は、上述した
従来技術が有する問題点を解消して吸出し管効率を向上
させることができると共に、吸出し管内の水圧脈動によ
る振動・騒音を低減することができる信頼性の高い水力
機械を提供することにある。
し管7においては、ランナベーン4下流からランナコー
ン6下端に至るまでの吸出し管7とランナコーン6とで
囲まれた流路部分の面積変化が、ランナコーン6下端以
降の流路部分の面積変化よりも大きくなるため、拡大損
失が増大すると共に、ランナコーン6の下端で剥離流れ
が生じ、吸出し管7の水圧脈動・振動・騒音を誘発させ
るという問題がある。そこで一部では、例えば特開昭5
5−148972号公報に示すように、吸出し管の内径
を一定にする方法が提案されているが、この方法の場合
には、ランナボスおよびランナコーンの形状が限定され
るため、最適面積変化を有する流路の形成が困難である
という問題がある。そこで、本発明の目的は、上述した
従来技術が有する問題点を解消して吸出し管効率を向上
させることができると共に、吸出し管内の水圧脈動によ
る振動・騒音を低減することができる信頼性の高い水力
機械を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ランナベーン、ランナボス、ランナコー
ンおよびその下流側につながる吸出し管を有する軸流型
の水力機械において、前記ランナベーン出口からランナ
コーン下流端までの回転部位を円錐体あるいは截頭円錐
体で構成し、かつランナベーン出口から前記ランナコー
ン下端部以降の流路部分に生じる死水域を考慮した実質
的なランナコーン下流端までの吸出し管内の流路を第1
流路区間、第1流路区間下流側の吸出し管内の流路を第
2流路区間とした場合に、前記第1流路区間における流
れ方向任意位置での断面積変化率を、前記第2流路区間
における流れ方向任意位置での断面積変化率を超えない
値に設定したことを特徴とする。
に、本発明は、ランナベーン、ランナボス、ランナコー
ンおよびその下流側につながる吸出し管を有する軸流型
の水力機械において、前記ランナベーン出口からランナ
コーン下流端までの回転部位を円錐体あるいは截頭円錐
体で構成し、かつランナベーン出口から前記ランナコー
ン下端部以降の流路部分に生じる死水域を考慮した実質
的なランナコーン下流端までの吸出し管内の流路を第1
流路区間、第1流路区間下流側の吸出し管内の流路を第
2流路区間とした場合に、前記第1流路区間における流
れ方向任意位置での断面積変化率を、前記第2流路区間
における流れ方向任意位置での断面積変化率を超えない
値に設定したことを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明に係る水力機械においては、第1流路区
間における流れ方向任意位置での断面積変化率が、第2
流路区間における流れ方向任意位置での断面積変化率を
超えない値に設定されている。このため、ランナベーン
出口からランナコーン下流端までの回転部が円錐体で構
成されている場合はもとより、截頭円錐体で構成されて
いる場合であっても、実質的に水が流れない死水域をラ
ンナボス、ランナコーンと同様に回転体の一部と考えて
吸出し管の流路断面積を最適化できるので、ランナベー
ン下流の流路面積が急拡大して急激な流速の変化が起こ
ることがなくなり、吸出し管損失の中でも比較的大きな
ウエイトを占める拡大損失を低減することが可能となる
とともに、吸出し管内の水圧脈動による振動・騒音を低
減することも可能となる。
間における流れ方向任意位置での断面積変化率が、第2
流路区間における流れ方向任意位置での断面積変化率を
超えない値に設定されている。このため、ランナベーン
出口からランナコーン下流端までの回転部が円錐体で構
成されている場合はもとより、截頭円錐体で構成されて
いる場合であっても、実質的に水が流れない死水域をラ
ンナボス、ランナコーンと同様に回転体の一部と考えて
吸出し管の流路断面積を最適化できるので、ランナベー
ン下流の流路面積が急拡大して急激な流速の変化が起こ
ることがなくなり、吸出し管損失の中でも比較的大きな
ウエイトを占める拡大損失を低減することが可能となる
とともに、吸出し管内の水圧脈動による振動・騒音を低
減することも可能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明に係る水力機械の一例としての
可動翼水車を示す縦断面図であり、図中、符号1はケー
シング、符号2はスティベーン、符号3はガイドベーン
である。このガイドベーン3の下流側には、ランナを構
成するランナベーン4が配設されており、このランナベ
ーン4は、ランナボス5に保持されて垂直軸迴りに回転
するようになっている。ランナボス5の下端には、流路
の一部を構成するランナコーン6が連設されており、こ
のランナコーン6は、截頭円錐体で構成されている。
明する。図1は、本発明に係る水力機械の一例としての
可動翼水車を示す縦断面図であり、図中、符号1はケー
シング、符号2はスティベーン、符号3はガイドベーン
である。このガイドベーン3の下流側には、ランナを構
成するランナベーン4が配設されており、このランナベ
ーン4は、ランナボス5に保持されて垂直軸迴りに回転
するようになっている。ランナボス5の下端には、流路
の一部を構成するランナコーン6が連設されており、こ
のランナコーン6は、截頭円錐体で構成されている。
【0010】前記ランナベーン4から流れ出た水は、図
1に示すように、吸出し管17により下池(図示せず)
まで導かれるようになっており、また、この吸出し管1
7の最上端部には、回転体であるランナベーン4と静止
側とのシール部を形成するディスチャージリング8が設
置されている。前記吸出し管17は、図1に示すよう
に、従来の吸出し管7(図4参照)と異なり、その形状
が単純な円錐形には形成されておらず、吸出し管17の
流水方向位置に応じその拡大角が変化する多段円錐形を
なしている。
1に示すように、吸出し管17により下池(図示せず)
まで導かれるようになっており、また、この吸出し管1
7の最上端部には、回転体であるランナベーン4と静止
側とのシール部を形成するディスチャージリング8が設
置されている。前記吸出し管17は、図1に示すよう
に、従来の吸出し管7(図4参照)と異なり、その形状
が単純な円錐形には形成されておらず、吸出し管17の
流水方向位置に応じその拡大角が変化する多段円錐形を
なしている。
【0011】以下、これについて詳述する。図2は、図
1に示す可動翼水車の吸出し管流路面積の変化率を、ス
ロート径の大きさを基準とし、この位置L0 を始点とし
た流水方向距離に対して表わしたグラフであり、ランナ
コーン6の下端部位置をL1 、水の流れないであろうと
される領域(死水域)を考慮した実質的なランナコーン
6下流端、すなわちランナコーン6が円錐体と仮定した
場合の頂点位置をL2 としている。
1に示す可動翼水車の吸出し管流路面積の変化率を、ス
ロート径の大きさを基準とし、この位置L0 を始点とし
た流水方向距離に対して表わしたグラフであり、ランナ
コーン6の下端部位置をL1 、水の流れないであろうと
される領域(死水域)を考慮した実質的なランナコーン
6下流端、すなわちランナコーン6が円錐体と仮定した
場合の頂点位置をL2 としている。
【0012】図2からも明らかなように、吸出し管17
は、L0 からL2 までの第1流路区間における流路断面
積が、一定の拡大率で一定に変化するようその拡大角が
設定され、かつこの第1流路区間における流路断面積拡
大率が、L2 から下流域に至るまでの第2流路区間にお
ける流路断面積拡大率に対し、同一値もしくは小さくな
るようその拡大角が設定されている。すなわち、第1流
路区間における断面積拡大率をAX1 、第2流路区間に
おける流路面積拡大率をAX2 とした場合、AX1 ≦A
X2 が成立するよう吸出し管17の拡大角が調整されて
いる。図3は、本発明に係る吸出し管17による模型試
験結果を、従来の吸出し管7による模型試験結果と比較
して示すグラフであり、図中、実線グラフAが本発明の
試験結果、破線グラフBが従来の試験結果をそれぞれ示
している。
は、L0 からL2 までの第1流路区間における流路断面
積が、一定の拡大率で一定に変化するようその拡大角が
設定され、かつこの第1流路区間における流路断面積拡
大率が、L2 から下流域に至るまでの第2流路区間にお
ける流路断面積拡大率に対し、同一値もしくは小さくな
るようその拡大角が設定されている。すなわち、第1流
路区間における断面積拡大率をAX1 、第2流路区間に
おける流路面積拡大率をAX2 とした場合、AX1 ≦A
X2 が成立するよう吸出し管17の拡大角が調整されて
いる。図3は、本発明に係る吸出し管17による模型試
験結果を、従来の吸出し管7による模型試験結果と比較
して示すグラフであり、図中、実線グラフAが本発明の
試験結果、破線グラフBが従来の試験結果をそれぞれ示
している。
【0013】図3からも明らかなように、吸出し管17
を用いた場合には、吸出し管7を用いた場合に比較し
て、全領域において0.3〜0.5%程度の効率の上昇
が得られることが判る。これは、吸出し管17の流路面
積の変化をスムースにし、急拡大を起こすような面積変
化を排除したことで、吸出し管損失の中でも比較的大き
なウエイトを占める拡大損失等を低減できたことによる
ものである。なお、図3には示していないが、吸出し管
17を用いることで、従来水圧脈動値が大きかった運転
点においても、その大きさを低減し、信頼性の高い運転
が可能となることが予測できる。そしてこの効果は、ラ
ンナベーン枚数が多くなってランナベーン外径寸法に対
するランナボス外径寸法比が特に大きくなる高落差用軸
流水車において、一段と高いものとなる。
を用いた場合には、吸出し管7を用いた場合に比較し
て、全領域において0.3〜0.5%程度の効率の上昇
が得られることが判る。これは、吸出し管17の流路面
積の変化をスムースにし、急拡大を起こすような面積変
化を排除したことで、吸出し管損失の中でも比較的大き
なウエイトを占める拡大損失等を低減できたことによる
ものである。なお、図3には示していないが、吸出し管
17を用いることで、従来水圧脈動値が大きかった運転
点においても、その大きさを低減し、信頼性の高い運転
が可能となることが予測できる。そしてこの効果は、ラ
ンナベーン枚数が多くなってランナベーン外径寸法に対
するランナボス外径寸法比が特に大きくなる高落差用軸
流水車において、一段と高いものとなる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ランナベ
ーン下流の吸出し管形状を実質的に水が流れない死水域
をランナボス、ランナコーンと同様に回転体の一部と考
えて設計し、吸出し管の流路断面積を最適化したスムー
ズな流路断面積変化を形成することができ、吸出し管損
失の中でも比較的大きなウエイトを占める拡大損失を低
減し、運転効率を高めることができる。また、吸出し管
内に発生するホワール流の低減が可能となることから、
水圧脈動・振動・騒音等を低減でき、信頼性の高い運転
が可能となる。
ーン下流の吸出し管形状を実質的に水が流れない死水域
をランナボス、ランナコーンと同様に回転体の一部と考
えて設計し、吸出し管の流路断面積を最適化したスムー
ズな流路断面積変化を形成することができ、吸出し管損
失の中でも比較的大きなウエイトを占める拡大損失を低
減し、運転効率を高めることができる。また、吸出し管
内に発生するホワール流の低減が可能となることから、
水圧脈動・振動・騒音等を低減でき、信頼性の高い運転
が可能となる。
【図1】本発明の一実施例に係る水力機械を示した縦断
面図。
面図。
【図2】図1の水力機械における吸出し管流路断面積変
化率を示したグラフ。
化率を示したグラフ。
【図3】図1の水力機械における水力効率を従来の水力
機械における水車効率と比較して示したグラフ。
機械における水車効率と比較して示したグラフ。
【図4】従来の水力機械を示した低断面図。
【図5】図4の水力機械における吸出し管流路断面積変
化率を示したグラフ。
化率を示したグラフ。
1 ケーシング 4 ランナベーン 5 ランナボス 6 ランナコーン 7,17 吸出し管 8 ディスチャージリング
Claims (1)
- 【請求項1】ランナベーン、ランナボス、ランナコーン
およびその下流側につながる吸出し管を有する軸流型の
水力機械において、前記ランナベーン出口からランナコ
ーン下流端までの回転部位を円錐体あるいは截頭円錐体
で構成し、かつランナベーン出口から前記ランナコーン
下端部以降の流路部分に生じる死水域を考慮した実質的
なランナコーン下流端までの吸出し管内の流路を第1流
路区間、第1流路区間下流側の吸出し管内の流路を第2
流路区間とした場合に、前記第1流路区間における流れ
方向任意位置での断面積変化率を、前記第2流路区間に
おける流れ方向任意位置での断面積変化率を超えない値
に設定したことを特徴とする水力機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03670392A JP3296366B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 水力機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03670392A JP3296366B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 水力機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05231295A JPH05231295A (ja) | 1993-09-07 |
| JP3296366B2 true JP3296366B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=12477132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03670392A Expired - Fee Related JP3296366B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 水力機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3296366B2 (ja) |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP03670392A patent/JP3296366B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05231295A (ja) | 1993-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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