JP4576414B2

JP4576414B2 - Cone and water wheel

Info

Publication number: JP4576414B2
Application number: JP2007292313A
Authority: JP
Inventors: 和芳宮川; 真丈前川; 岳志佐野; 直斗国松; 和彦森田; 展明岡本
Original assignee: Shikoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Shikoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: JP2009115061A

Description

本発明は、流入口から流れ込む用水により回転可能な水車のランナに設けられたコーンおよび水車に関するものである。 The present invention relates to a cone and a water wheel provided on a runner of a water wheel that can be rotated by water flowing from an inlet.

従来のコーンが設けられた水車ランナとして、シュラウドと、シュラウドの上方に位置するクラウンと、シュラウドとクラウンとの間に挟まれた複数の羽根（ランナベーン）と、回転軸中心に設けられたコーンと、を備えた羽根車（水車のランナ）が知られている（特許文献１参照）。このとき、羽根車のコーンの先端部は、シュラウド下端よりも飛び出ている。このコーンによりランナからの流水が下方側にスムーズに整流されることにより、吸出し管上部の内壁面に螺旋渦が衝突することによる騒音の発生を抑制している。 As a turbine runner provided with a conventional cone, a shroud, a crown located above the shroud, a plurality of blades (runner vanes) sandwiched between the shroud and the crown, and a cone provided at the center of the rotation shaft Are known (see Patent Document 1). At this time, the tip of the impeller cone protrudes from the lower end of the shroud. The flow of water from the runner is smoothly rectified downward by this cone, thereby suppressing the generation of noise caused by the spiral vortex colliding with the inner wall surface of the upper portion of the suction pipe.

特開２００３−２１０３６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-21036

従来の羽根車の構成によれば、騒音の発生を抑制することができるが、その抑制レベルは小幅であったため、さらに騒音や振動を抑制する場合は、さらなる改良が必要であった。 According to the configuration of the conventional impeller, the generation of noise can be suppressed. However, since the suppression level is small, further improvement is required when noise and vibration are further suppressed.

そこで、本発明は、簡易な構成で、螺旋渦による脈動を大幅に低減し、振動および騒音の発生を抑制することができるコーンおよび水車を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cone and a water turbine that can significantly reduce pulsation due to a spiral vortex and suppress generation of vibration and noise with a simple configuration.

本発明のコーンは、流入口から流れ込む用水により回転可能な水車のランナの回転軸の中心に配設されたコーンであって、その側面に、基端側から先端側にかけて、ランナの回転方向とは反対方向に沿った溝を設けたことを特徴とする。 The cone of the present invention is a cone disposed at the center of the rotating shaft of a runner of a water turbine that can be rotated by water flowing in from an inlet, and on the side surface thereof, from the base end side to the tip end side, the rotation direction of the runner Is provided with a groove along the opposite direction.

この場合、ランナに連なるコーン基端部と、コーン基端部に連なるコーン先端部とを備え、溝は、少なくともコーン先端部の側面に形成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that a cone base end portion connected to the runner and a cone tip end portion connected to the cone base end portion are provided, and the groove is formed at least on a side surface of the cone tip end portion.

これらの場合、溝は、断面Ｖ字状に形成されていることが、好ましい。 In these cases, the groove is preferably formed in a V-shaped cross section.

また、これらの場合、溝の深さは、コーンの最外径に対して０．００５倍以上となっていることが、好ましい。 In these cases, the depth of the groove is preferably 0.005 or more times the outermost diameter of the cone.

また、これらの場合、溝は、複数形成され、ランナは、コーンの周囲を取り囲む複数のランナベーンを有しており、溝数は、ランナベーン数の２倍以下となっていることが、好ましい。 In these cases, it is preferable that a plurality of grooves are formed, the runner has a plurality of runner vanes surrounding the cone, and the number of grooves is not more than twice the number of runner vanes.

この場合、各ランナベーンは、ランナの周方向に対し、その先端出口側をランナの内周側に傾けて配設され、各溝は、各ランナベーンの先端出口側の延長線上に沿うようにして形成されると共に、複数の溝は、コーンの回転軸の中心に向かって、螺旋状に形成されていることが、好ましい。 In this case, each runner vane is disposed with its tip outlet side inclined toward the inner peripheral side of the runner with respect to the circumferential direction of the runner, and each groove is formed along an extension line on the tip outlet side of each runner vane. In addition, the plurality of grooves are preferably formed in a spiral shape toward the center of the rotation axis of the cone.

これらの場合、基端側には、ランナの回転方向とは反対方向に沿ったフィンが設けられていることが、好ましい。 In these cases, it is preferable that a fin is provided on the base end side along the direction opposite to the rotation direction of the runner.

この場合、フィンの高さは、ランナの流出口における流路高さに対して、１／２倍以下に形成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the height of the fin is formed to be ½ times or less the flow path height at the runner outlet.

これらの場合、フィンは、複数配設され、ランナは、コーンの周囲を取り囲む複数のランナベーンを有しており、フィン数は、ランナベーン数の１／２倍以上となっていることが、好ましい。 In these cases, it is preferable that a plurality of fins are provided, the runner has a plurality of runner vanes surrounding the cone, and the number of fins is ½ or more of the number of runner vanes.

この場合、各ランナベーンは、ランナの周方向に対し、その先端出口側をランナの内周側に傾けて配設され、各フィンは、各ランナベーンの先端出口側の延長線上に沿うようにして配設されると共に、複数のフィンは、コーンの回転軸の中心に向かって、螺旋状に配設されていることが、好ましい。 In this case, each runner vane is disposed with its tip outlet side inclined toward the inner peripheral side of the runner with respect to the circumferential direction of the runner, and each fin is arranged along the extension line on the tip outlet side of each runner vane. It is preferable that the plurality of fins be spirally arranged toward the center of the rotation axis of the cone.

本発明の水車は、流入口から流れ込む用水により回転可能なランナと、ランナの回転軸の中心に配設されたコーンと、を備えた水車であって、コーンは、上記に記載されたコーンであることを特徴とする。 A water wheel of the present invention is a water wheel provided with a runner that can be rotated by water flowing in from an inlet, and a cone disposed at the center of the rotation shaft of the runner, the cone being the cone described above. It is characterized by being.

以上のように、請求項１のコーンおよび請求項１１の水車によれば、その側面に、水車のランナの回転方向とは反対方向に沿った溝を設けることにより、コーンの側面を流れる用水が、コーンの側面に設けた溝と干渉する。このため、コーンの側面において、剥離渦が発生することにより、螺旋渦の発達を阻害することができ、渦芯が振れ回る事によって生じる脈動を低減することができる。これにより、本発明にかかるコーンは、簡易な構成で、振動および騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。なお、水車としては、通常の水車のみならず、水車の機能を有するポンプ水車を含む。 As described above, according to the cone of claim 1 and the water turbine of claim 11, the water flowing on the side surface of the cone is provided on the side surface thereof by providing a groove along the direction opposite to the rotation direction of the runner of the water turbine. Interferes with the groove provided on the side of the cone. For this reason, when the separation vortex is generated on the side surface of the cone, the development of the spiral vortex can be inhibited, and the pulsation caused by the whirling of the vortex core can be reduced. Thereby, the cone concerning this invention has an effect that it can suppress generation | occurrence | production of a vibration and noise with a simple structure. The water wheel includes not only a normal water wheel but also a pump water wheel having a water wheel function.

請求項２のコーンによれば、コーンの少なくともコーン先端部の側面に溝を形成すれば、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を低減することができるため、コーン先端部のみに溝を設け、コーンの溝加工コストを削減してもよい。 According to the cone of claim 2, if the groove is formed at least on the side surface of the cone tip, the pulsation caused by the swirling of the vortex core can be reduced. The groove machining cost may be reduced.

請求項３のコーンによれば、溝を断面Ｖ字状に形成することで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of the third aspect, the pulsation caused by the swirling of the vortex core can be efficiently reduced by forming the groove in a V-shaped cross section.

請求項４のコーンによれば、溝の深さをコーンの最外径に対して０．００５倍以上とすることで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of the fourth aspect, the pulsation caused by the swirling of the vortex core can be efficiently reduced by setting the depth of the groove to 0.005 times or more with respect to the outermost diameter of the cone.

請求項５のコーンによれば、溝数を、ランナベーン数の２倍以下とすることで、さらに渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of claim 5, by setting the number of grooves to not more than twice the number of runner vanes, it is possible to efficiently reduce pulsation caused by the swirling of the vortex core.

請求項６のコーンによれば、各ランナベーンの先端出口側の延長線上に沿うようにして、複数の溝を螺旋状に形成することで、さらに渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of claim 6, the pulsation caused by the swirling of the vortex core is further efficiently reduced by forming a plurality of grooves spirally along the extension line on the tip outlet side of each runner vane. be able to.

請求項７のコーンによれば、コーンの基端側に、水車ランナの回転方向とは反対方向に沿ったフィンを設けることで、特定の運転領域において、さらに渦芯の振れ回りにより生じる脈動を低減することができる。 According to the cone of claim 7, by providing the fin along the direction opposite to the rotation direction of the water turbine runner on the base end side of the cone, the pulsation caused by the swirling of the vortex core is further caused in a specific operation region. Can be reduced.

請求項８のコーンによれば、フィンの高さを、水車ランナの流出口における流路高さに対して、１／２倍以下に形成することで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of claim 8, the pulsation caused by the swirling of the vortex core is made efficient by forming the fin height to be 1/2 or less the flow path height at the outlet of the water turbine runner. It can be reduced well.

請求項９のコーンによれば、フィン数を、ランナベーン数の１／２倍以上とすることで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of the ninth aspect, the pulsation caused by the swirling of the vortex core can be efficiently reduced by setting the number of fins to ½ times the number of runner vanes.

請求項１０のコーンによれば、各ランナベーンの先端出口側の延長線上に沿うようにして、複数のフィンを螺旋状に形成することで、さらに渦芯の振れ回りにより生じる脈動を効率よく低減することができる。 According to the cone of claim 10, the pulsation caused by the swirling of the vortex core is further efficiently reduced by forming the plurality of fins in a spiral shape along the extension line on the tip outlet side of each runner vane. be able to.

以下、添付した図面を参照して、本発明にかかるコーンについて説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a cone according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

ここで、図１は、ポンプ水車の概略構成図であり、図２は、コーンの外観斜視図である。また、図３は、コーンの正面図であり、図４は、コーンの下面図である。さらに、図５は、コーンのＡ−Ａ’断面図であり、図６は、従来のコーンにおける脈動と実施例１のコーンにおける脈動とを比較したグラフである。 Here, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pump turbine, and FIG. 2 is an external perspective view of a cone. FIG. 3 is a front view of the cone, and FIG. 4 is a bottom view of the cone. 5 is a cross-sectional view of the cone taken along the line A-A '. FIG. 6 is a graph comparing the pulsation in the conventional cone and the pulsation in the cone of the first embodiment.

先ず、図１を参照して、本実施例にかかるコーンを備えたポンプ水車（水車）について説明する。このポンプ水車１は、いわゆるフランシス形ポンプ水車であり、揚水を行うポンプとしての機能を有すると共に、発電を行う水車としての機能を有している。以下の説明では、主として、水車としての機能について説明する。図示は省略するが、ポンプ水車１は、取水口から導水路および水圧鉄管を介してポンプ水車１に用水を取り込むと共に、取り込んだ用水によりポンプ水車１で発電を行い、放水路を介して用水を排水口へ排出する。 First, with reference to FIG. 1, the pump water wheel (water wheel) provided with the cone concerning a present Example is demonstrated. The pump turbine 1 is a so-called Francis-type pump turbine, which has a function as a pump that performs pumping and a function as a turbine that generates power. In the following description, the function as a water wheel will be mainly described. Although illustration is omitted, the pump turbine 1 takes in water from the intake through the water conduit and the hydraulic iron pipe to the pump turbine 1, generates electric power with the pump turbine 1 using the taken-in water, and supplies the water through the discharge channel. Discharge to drain.

ポンプ水車１は、図示しない発電機に基端部を連結した主軸５と、主軸５の先端部に固定され、主軸と一体に回転するランナ６とを備えている。そして、ランナ６の回転に伴って、主軸５が回転することにより、発電機により発電が行われる。 The pump turbine 1 includes a main shaft 5 having a base end connected to a generator (not shown), and a runner 6 that is fixed to the front end of the main shaft 5 and rotates integrally with the main shaft. Then, as the runner 6 rotates, the main shaft 5 rotates to generate power by the generator.

ランナ６は、主軸５の先端部に固定される円盤状のクラウン１１と、クラウン１１と同軸上に配設されたリング状のシュラウド１２と、クラウン１１とシュラウド１２との間に挟まれた６枚のランナベーン１３とにより構成されている。 The runner 6 is sandwiched between a disc-shaped crown 11 fixed to the tip end portion of the main shaft 5, a ring-shaped shroud 12 disposed coaxially with the crown 11, and the crown 11 and the shroud 12. It is comprised with the one runner vane 13.

ランナ６へ用水が流入する用水流入口１６は、ランナ６の外周となっており、また、ランナ６から用水が流出する用水流出口１７は、ランナ６の回転軸方向となっている。そして、詳細は後述するが、ランナ６の用水流出口１７の回転軸中心には、コーン７が配設されている。 The water inlet 16 through which the water flows into the runner 6 is the outer periphery of the runner 6, and the water outlet 17 through which the water flows out from the runner 6 is in the direction of the rotation axis of the runner 6. As will be described in detail later, a cone 7 is disposed at the center of the rotation axis of the water outlet 17 of the runner 6.

クラウン１１の回転軸の中心部分には、上記したコーン７を取り付けるためのコーン取付部１４が形成されており、コーン７は、ボルトを介してコーン取付部１４に取り付けられる。 A cone attaching portion 14 for attaching the cone 7 described above is formed at the central portion of the rotation shaft of the crown 11, and the cone 7 is attached to the cone attaching portion 14 via a bolt.

６枚のランナベーン１３は、ランナ６の周方向に沿って等間隔に配設されており、各ランナベーン１３は、その先端出口側をランナ６の内周側に傾けて配置されている（図４参照）。つまり、各ランナベーン１３は、ランナ６の外周から流入した用水を、ランナ６の回転軸へ導いている。 The six runner vanes 13 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the runner 6, and each runner vane 13 is arranged with its tip outlet side inclined toward the inner peripheral side of the runner 6 (FIG. 4). reference). That is, each runner vane 13 guides the water that flows from the outer periphery of the runner 6 to the rotation shaft of the runner 6.

ランナ６の用水流入口１６から用水が流入すると、用水は、各ランナベーン１３間を通過する。すると、ランナ６は、用水を各ランナベーン１３に受けることで回転し、この後、用水は、用水流出口１７から流出する。 When the water flows from the water inlet 16 of the runner 6, the water passes between the runner vanes 13. Then, the runner 6 rotates by receiving the water in each runner vane 13, and then the water flows out from the water outlet 17.

ランナ６の周囲には、これを取り囲むように渦巻形状のスパイラルケーシング２１が配設されている。スパイラルケーシング２１は、ランナ６の用水流入口１６へ用水を送り込んでおり、その断面は円筒状に形成され、内部が流水路となっている。流水路は下流側へ向かうにつれて、その断面積が小さく、つまり、円筒の径が小さくなっている。 A spiral spiral casing 21 is disposed around the runner 6 so as to surround the runner 6. The spiral casing 21 feeds irrigation water to the irrigation water inlet 16 of the runner 6, and its cross section is formed in a cylindrical shape, and the inside is a flowing water channel. The flow channel has a smaller cross-sectional area as it goes downstream, that is, the diameter of the cylinder becomes smaller.

図示は省略するが、スパイラルケーシング２１には、取水口から導水路および水圧鉄管を介して取水した用水を取り込む用水取込口が設けられている。また、スパイラルケーシング２１の内周側には、用水送出口２６が形成されており、ここから、ランナ６の外周へ向けて用水を送り出す。 Although illustration is omitted, the spiral casing 21 is provided with a water intake port for taking in the water taken from the intake port via the water conduit and the hydraulic iron pipe. Further, a water supply outlet 26 is formed on the inner peripheral side of the spiral casing 21, and the water is sent out from here toward the outer periphery of the runner 6.

用水取込口を介してスパイラルケーシング２１の内部に用水が流入すると、用水は、流水路に案内されて、ランナ６の周方向に沿って流れる。そして、用水は、スパイラルケーシング２１内を一周する間に、用水送出口２６からランナ６の用水流入口１６へ向けて送り出される。 When the irrigation water flows into the spiral casing 21 through the irrigation water intake, the irrigation water is guided along the flow channel and flows along the circumferential direction of the runner 6. Then, the water is sent out from the water outlet 26 toward the water inlet 16 of the runner 6 while making a round in the spiral casing 21.

スパイラルケーシング２１の内周側には、スピードリング２２が配設されており、スピードリング２２には、その周方向に沿って、スパイラルケーシング２１内に流れ込んだ用水を整流するための複数枚のステーベーン２３が設けられている。 A speed ring 22 is disposed on the inner peripheral side of the spiral casing 21, and a plurality of stay vanes for rectifying the water flowing into the spiral casing 21 along the circumferential direction of the speed ring 22. 23 is provided.

また、スピードリング２２の内周側とランナ６の外周側との間には、複数枚のガイドベーン２４がランナ６の外周に沿って配設されている。各ガイドベーン２４は、図示しない動力源により回動軸を中心として開放位置と閉塞位置との間で回動自在に移動するよう構成され、スパイラルケーシング２１内からステーベーン２３を介してランナ６に流入する用水の流量を調節している。 A plurality of guide vanes 24 are arranged along the outer periphery of the runner 6 between the inner peripheral side of the speed ring 22 and the outer peripheral side of the runner 6. Each guide vane 24 is configured to move freely between an open position and a closed position about a rotation axis by a power source (not shown), and flows into the runner 6 from the spiral casing 21 via the stay vane 23. The flow rate of water to be used is adjusted.

さらに、ランナ６の軸方向の流出側（図示下方）には、ランナ６の用水流出口１７から流し出された用水を放水路に放出するためのドラフトチューブ２５が配設されている。 Further, a draft tube 25 for discharging the water discharged from the water outlet 17 of the runner 6 to the discharge channel is disposed on the outflow side (downward in the drawing) of the runner 6 in the axial direction.

取水口から取り込んだ用水が、用水取込口を介してスパイラルケーシング２１内に流れ込むと、用水は、スパイラルケーシング２１を周方向に移動しつつ、用水送出口２６からランナ６の用水流入口１６へ向かって流れる。このとき、用水は、各ステーベーン２３間を通過することで整流され、また、各ガイドベーン２４間を通過することで流量が調節される。この状態でランナ６の用水流入口１６から用水が流れ込むと、ランナ６は、各ランナベーン１３に用水を受けて回転すると共に、主軸５を介して発電機を作動させる。この後、ランナ６に流入した用水は、ランナ６の用水流出口１７を介して、下方のドラフトチューブ２５へ向けて流れ込み、放水路を介して排水口から排水される。 When the water taken in from the water intake flows into the spiral casing 21 through the water intake, the water moves from the water outlet 26 to the water inlet 16 of the runner 6 while moving in the circumferential direction in the spiral casing 21. It flows toward. At this time, the water is rectified by passing between the stay vanes 23, and the flow rate is adjusted by passing between the guide vanes 24. In this state, when irrigation water flows from the irrigation water inlet 16 of the runner 6, the runner 6 receives the irrigation water from each runner vane 13 and rotates, and operates the generator via the main shaft 5. Thereafter, the water flowing into the runner 6 flows into the draft tube 25 below through the water outlet 17 of the runner 6 and is drained from the drain through the water discharge channel.

ところで、ランナ６に流入する用水の流量は、複数のガイドベーン２４により調節可能となっているが、例えば、最適な流量よりも少ない流量でポンプ水車１の運転を行った場合、いわゆる、部分負荷運転を行った場合、ランナ６からドラフトチューブ２５に用水が流入すると、ドラフトチューブ２５内に螺旋渦が発生する。同様に、最適な流量よりも多い流量でポンプ水車１の運転を行った場合、いわゆる、過負荷運転を行った場合も、ドラフトチューブ２５内に螺旋渦が発生する。 By the way, the flow rate of the irrigation water flowing into the runner 6 can be adjusted by a plurality of guide vanes 24. For example, when the pump turbine 1 is operated at a flow rate smaller than the optimum flow rate, so-called partial load is achieved. When the operation is performed, when irrigation water flows into the draft tube 25 from the runner 6, a spiral vortex is generated in the draft tube 25. Similarly, when the pump turbine 1 is operated at a flow rate higher than the optimum flow rate, so-called overload operation is performed, a spiral vortex is generated in the draft tube 25.

具体的には、部分負荷運転を行うと、ドラフトチューブ２５内において、死水領域が形成され、この死水領域の周りを、形成された螺旋渦が振れ回り、これがドラフトチューブ２５壁面に接触することで、振動や騒音が発生する。そこで、この問題を解消すべく、本実施例では、コーン７の表面に断面Ｖ字状に形成された溝（Ｖ溝）３５を複数形成することで渦芯が振れ回る事によって生じる脈動を抑制している。 Specifically, when a partial load operation is performed, a dead water region is formed in the draft tube 25, and the formed spiral vortex oscillates around the dead water region so that it contacts the wall surface of the draft tube 25. Vibration and noise are generated. Therefore, in order to solve this problem, in this embodiment, by forming a plurality of grooves (V grooves) 35 having a V-shaped cross section on the surface of the cone 7, the pulsation caused by the swirling of the vortex core is suppressed. is doing.

以下、図２ないし図５を参照して、コーン７について詳細に説明する。このコーン７は、筒状に形成されており、クラウン１１のコーン取付部に取り付けられるコーン基端部３１と、コーン基端部３１に連なるコーン先端部３２とから構成されている。コーン基端部３１およびコーン先端部３２は、それぞれ円錐台状に形成されている。回転軸の直交方向に対するコーン基端部３１の側面の勾配θ１は、回転軸の直交方向に対するコーン先端部３２の側面の勾配θ２に比して、小さく（緩やかと）なっている（図３参照）。このため、コーン基端部３１とコーン先端部３２との境界部分は軸心側へ屈曲した形状となっている。 Hereinafter, the cone 7 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. The cone 7 is formed in a cylindrical shape, and includes a cone base end portion 31 attached to the cone attachment portion of the crown 11 and a cone tip end portion 32 connected to the cone base end portion 31. The cone base end portion 31 and the cone tip end portion 32 are each formed in a truncated cone shape. The gradient θ1 of the side surface of the cone base end portion 31 with respect to the direction orthogonal to the rotation axis is smaller (gradual) than the gradient θ2 of the side surface of the cone tip portion 32 with respect to the direction orthogonal to the rotation axis (see FIG. 3). ). For this reason, the boundary part of the cone base end part 31 and the cone front-end | tip part 32 becomes a shape bent to the axial center side.

コーン７の側面、つまり、コーン基端部３１の側面およびコーン先端部３２の側面には、６本のＶ溝３５が形成されている。各Ｖ溝３５は、コーン７の回転軸を中心にして、コーン７の基端側縁部から先端側縁部へかけて、コーン７の回転方向と逆方向（反対方向）となるような螺旋状に形成されている。また、６本のＶ溝３５は、それぞれ等間隔となるように形成されている。 Six V grooves 35 are formed on the side surface of the cone 7, that is, on the side surface of the cone base end portion 31 and the side surface of the cone tip end portion 32. Each V-groove 35 is a spiral that is opposite to the rotation direction (opposite direction) of the cone 7 from the proximal end side edge portion to the distal end side edge portion of the cone 7 around the rotation axis of the cone 7. It is formed in a shape. The six V grooves 35 are formed at equal intervals.

このとき、図４に示すように、各Ｖ溝３５は、その延在方向が各ランナベーン１３の先端出口側の延長線上となるように形成されている。すなわち、各ランナベーン１３の先端出口側の傾きと、各Ｖ溝３５の基端部側の傾きとが、ほぼ同じ傾きとなっており、各ランナベーン１３から各Ｖ溝３５へかけて連続する流線となっている。 At this time, as shown in FIG. 4, each V-groove 35 is formed such that its extending direction is on an extension line on the tip outlet side of each runner vane 13. That is, the inclination of the runner vanes 13 on the distal end side and the inclination of the base end side of each V-groove 35 are substantially the same, and the streamlines are continuous from each runner vane 13 to each V-groove 35. It has become.

また、各Ｖ溝３５の深さは、コーン７の最外径であるコーン基端部３１側の端面（上端面）の直径に対し、０．００５倍以上となっている。つまり、例えば、コーン７の最外径が２ｍであれば、各Ｖ溝３５の深さは１ｃｍ以上であれば良い。なお、図５に示すように、本実施例では、コーン７の最外径が２ｍのときに、各Ｖ溝３５の深さが３ｃｍであることが好ましく、これにより、渦芯が振れ回る事によって生じる脈動を抑制する効果を最適とすることができる。 Further, the depth of each V-groove 35 is 0.005 times or more the diameter of the end surface (upper end surface) on the cone base end portion 31 side which is the outermost diameter of the cone 7. That is, for example, if the outermost diameter of the cone 7 is 2 m, the depth of each V-groove 35 may be 1 cm or more. As shown in FIG. 5, in this embodiment, when the outermost diameter of the cone 7 is 2 m, it is preferable that the depth of each V groove 35 is 3 cm. It is possible to optimize the effect of suppressing the pulsation caused by.

さらに、コーン７の側面に形成されるＶ溝３５の本数は、ランナベーン１３の枚数によって決定されており、Ｖ溝３５の本数は、ランナベーン１３枚数の２倍以下となっている。つまり、例えば、ランナベーン１３の枚数が６枚のとき、Ｖ溝３５の本数は１２本以下であれば良いため、場合によっては１本でもよい。なお、図４に示すように、本実施例では、Ｖ溝３５の本数は、ランナベーン１３枚数と同数となることが好ましく、この場合も、渦芯が振れ回る事によって生じる脈動を抑制する効果を最適とすることができる。 Further, the number of V grooves 35 formed on the side surface of the cone 7 is determined by the number of runner vanes 13, and the number of V grooves 35 is less than twice the number of runner vanes 13. That is, for example, when the number of runner vanes 13 is six, the number of V grooves 35 may be 12 or less, and may be one in some cases. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the number of V grooves 35 is preferably the same as the number of runner vanes 13, and also in this case, the effect of suppressing pulsation caused by the swirling of the vortex core is suppressed. Can be optimal.

ここで、図６を参照して、Ｖ溝３５が形成されていない従来のコーンを用いた場合における渦芯の振れ回りにより生じる脈動、および本実施例にかかるコーン７を用いた場合における渦芯の振れ回りにより生じる脈動について、それぞれ比較する。図６は、その縦軸が、ピーク周波数時における螺旋渦の圧力脈動となっており、その横軸が、各ガイドベーン２４の開度となっている。なお、縦軸において、従来のコーンにおける最大脈動を１００％としている。また、横軸において、ガイドベーン開度が約４０％〜５０％の範囲におけるポンプ水車１の運転が部分負荷運転領域となっており、また、ガイドベーン開度が８０％のときに、ポンプ水車１が最適な運転を行うよう設計されている。さらに、黒○印は従来のコーンにおける脈動であり、黒□印は実施例１のコーン７における脈動である。 Here, referring to FIG. 6, the pulsation caused by the swirling of the vortex core in the case of using the conventional cone in which the V groove 35 is not formed, and the vortex core in the case of using the cone 7 according to the present embodiment. The pulsations caused by the swinging of each are compared. In FIG. 6, the vertical axis represents the pressure pulsation of the spiral vortex at the peak frequency, and the horizontal axis represents the opening degree of each guide vane 24. On the vertical axis, the maximum pulsation in the conventional cone is 100%. On the horizontal axis, the operation of the pump turbine 1 when the guide vane opening is in the range of about 40% to 50% is a partial load operation region, and the pump turbine is when the guide vane opening is 80%. 1 is designed for optimal operation. Further, black circles indicate pulsations in the conventional cone, and black squares indicate pulsations in the cone 7 of the first embodiment.

この図を見るに、従来のコーンにおいて、ガイドベーン開度が８０％のときには、最適な運転がなされているため、螺旋渦による脈動は抑制されている。しかし、ガイドベーン開度が１００％に近づくにつれ、言い換えれば、過負荷運転を行うと螺旋渦による脈動は徐々に上昇してゆく。同様に、ガイドベーン開度が８０％から小さくしてゆくと、螺旋渦による脈動は徐々に上昇してゆき、ガイドベーン開度が５０％あたりで、螺旋渦による脈動が最大となる。ここからさらにガイドベーン開度を小さくしてゆくと、今度は、螺旋渦による脈動が徐々に下降してゆく。 As shown in this figure, in the conventional cone, when the guide vane opening degree is 80%, the optimum operation is performed, and therefore the pulsation due to the spiral vortex is suppressed. However, as the guide vane opening approaches 100%, in other words, when overload operation is performed, the pulsation due to the spiral vortex gradually increases. Similarly, when the guide vane opening is decreased from 80%, the pulsation due to the spiral vortex gradually increases, and the pulsation due to the spiral vortex becomes maximum when the guide vane opening is around 50%. If the guide vane opening is further reduced from here, the pulsation due to the spiral vortex gradually decreases.

本実施例のコーン７も、ガイドベーン開度が８０％のときにおいて最適な運転が行われるように設計されており、従来のコーンとほぼ同様の脈動となっている。ここで、部分負荷運転領域、つまり、ガイドベーン開度が４０％〜５０％の間において、本実施例のコーン７を用いた場合の渦芯の振れ回りにより生じる脈動は、従来のコーンを用いた場合の渦芯の振れ回りにより生じる脈動に比して、低減していることが分かった。具体的には、ガイドベーン開度が５０％の時において、本実施例のコーン７の脈動は、従来のコーンの脈動に比して、約１５％程度低減されている。 The cone 7 of the present embodiment is also designed so that the optimum operation is performed when the guide vane opening degree is 80%, and has the same pulsation as the conventional cone. Here, in the partial load operation region, that is, when the guide vane opening degree is between 40% and 50%, the pulsation caused by the swirling of the vortex core when using the cone 7 of this embodiment uses the conventional cone. It was found that the pulsation caused by the swirling of the vortex core was reduced. Specifically, when the guide vane opening is 50%, the pulsation of the cone 7 of this embodiment is reduced by about 15% compared to the pulsation of the conventional cone.

同様に、過負荷運転時、つまり、ガイドベーン開度が８０％以上のときにおいても、本実施例のコーン７を用いたときの渦芯の振れ回りにより生じる脈動は、従来のコーンを用いた場合の渦芯の振れ回りにより生じる脈動に比して、低減していることが分かった。これにより、コーン７の側面にＶ溝３５を形成することで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動が抑制可能であることが分かった。 Similarly, even during overload operation, that is, when the guide vane opening is 80% or more, the pulsation caused by the swirling of the vortex core when using the cone 7 of the present embodiment uses the conventional cone. It was found that the pulsation caused by the swirling of the vortex core was reduced. Thus, it was found that by forming the V groove 35 on the side surface of the cone 7, pulsation caused by the swirling of the vortex core can be suppressed.

以上の構成によれば、コーン７の側面にＶ溝３５を形成するという簡易な構成で、渦芯の振れ回りにより生じる脈動を低減することができるため、螺旋渦の発生による振動および騒音を抑制することができる。 According to the above configuration, since the pulsation caused by the swirling of the vortex core can be reduced with a simple configuration in which the V groove 35 is formed on the side surface of the cone 7, vibration and noise due to the generation of the spiral vortex are suppressed. can do.

なお、本実施例においては、コーン基端部３１の側面およびコーン先端部３２の側面に亘って、Ｖ溝３５を形成したが、少なくともコーン先端部３２の側面にＶ溝３５を形成すればよい。この構成によれば、Ｖ溝３５の加工をコーン先端部３２にのみ行えばよいため、加工コストを削減することができる。また、本実施例では、コーン７の側面にＶ溝を形成したが、これに限らず、Ｕ溝等にしてもよい。さらに、本実施例において、ランナ６およびコーン７は別体としたが、一体に形成しても良い。 In this embodiment, the V-groove 35 is formed over the side surface of the cone base end portion 31 and the side surface of the cone tip portion 32. However, the V-groove 35 may be formed at least on the side surface of the cone tip portion 32. . According to this configuration, it is only necessary to process the V-groove 35 only on the cone tip portion 32, so that the processing cost can be reduced. In this embodiment, the V-groove is formed on the side surface of the cone 7. However, the present invention is not limited to this, and a U-groove may be used. Further, in the present embodiment, the runner 6 and the cone 7 are separated, but may be formed integrally.

次に、図７ないし図９を参照して、実施例２にかかるコーン４０について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図７は、コーンの外観斜視図であり、図８は、コーンの上面図である。また、図９は、コーンのＢ−Ｂ’断面図である。 Next, the cone 40 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Only different parts will be described in order to avoid duplicate descriptions. FIG. 7 is an external perspective view of the cone, and FIG. 8 is a top view of the cone. FIG. 9 is a B-B ′ sectional view of the cone.

実施例１にかかるコーン７では、コーン先端部３２の側面およびコーン基端部３１の側面に亘ってＶ溝を形成したが、実施例２にかかるコーン４０では、コーン先端部３２の側面にＶ溝を形成し、コーン基端部３１の側面に６枚のフィン４１を配設している。すなわち、実施例１のコーン基端部３１に形成された６本のＶ溝３５に代えて、６枚のフィン４１が配設されている。 In the cone 7 according to the first embodiment, the V-groove is formed over the side surface of the cone distal end portion 32 and the side surface of the cone proximal end portion 31, but in the cone 40 according to the second embodiment, V is formed on the side surface of the cone distal end portion 32. A groove is formed, and six fins 41 are arranged on the side surface of the cone base end portion 31. That is, instead of the six V grooves 35 formed in the cone base end portion 31 of the first embodiment, six fins 41 are disposed.

図８に示すように、６枚のフィン４１は、コーン先端部３２の周囲を取り囲むように等間隔に配設されている。つまり、実施例１においてコーン基端部３１に形成された各Ｖ溝３５上に、各フィン４１が配置されている。このため、６枚のフィン４１も、コーン４０の回転軸を中心に螺旋状に配設されている。同様に、各フィン４１は、その延在方向が各ランナベーン１３の先端出口側の延長線上となるように形成されている。すなわち、各ランナベーン１３の先端出口側の傾きと、各フィン４１の基端部側の傾きとが、ほぼ同じ傾きとなっており、各ランナベーン１３から各フィン４１へかけて連続する流線となっている。 As shown in FIG. 8, the six fins 41 are arranged at equal intervals so as to surround the periphery of the cone tip portion 32. That is, each fin 41 is arranged on each V groove 35 formed in the cone base end portion 31 in the first embodiment. For this reason, the six fins 41 are also arranged in a spiral shape around the rotation axis of the cone 40. Similarly, each fin 41 is formed such that its extending direction is on an extension line on the tip outlet side of each runner vane 13. That is, the inclination of the end outlet side of each runner vane 13 and the inclination of the base end side of each fin 41 are substantially the same inclination, resulting in continuous streamlines from each runner vane 13 to each fin 41. ing.

また、図９に示すように、各フィン４１は、正面視三角形状に形成されると共に、コーン基端部３１とコーン先端部３２との境界部分からコーン基端部３１の基端側へかけて、各フィン４１の高さが徐々に高くなるよう形成されている。基端側における各フィン４１の高さは、ランナ６の用水流出口１７におけるクラウン１１およびシュラウド１２の間の流路高さに対して、１／２倍以下に形成されている。 Further, as shown in FIG. 9, each fin 41 is formed in a triangular shape in front view, and extends from the boundary portion between the cone base end portion 31 and the cone tip end portion 32 to the base end side of the cone base end portion 31. Thus, the height of each fin 41 is gradually increased. The height of each fin 41 on the base end side is formed to be ½ times or less the flow path height between the crown 11 and the shroud 12 at the water outlet 17 of the runner 6.

また、フィン４１の枚数は、ランナベーン１３の枚数によって決定されており、フィン４１の枚数は、ランナベーン１３の枚数の１／２倍以上となっている。つまり、例えば、ランナベーン１３の枚数が６枚であれば、フィン４１の枚数は３枚以上であれば良い。なお、本実施例では、フィン４１の枚数は、ランナベーン１３の枚数と同数となっている。 Further, the number of fins 41 is determined by the number of runner vanes 13, and the number of fins 41 is at least ½ times the number of runner vanes 13. That is, for example, if the number of runner vanes 13 is six, the number of fins 41 may be three or more. In the present embodiment, the number of fins 41 is the same as the number of runner vanes 13.

ここで再び、図６を参照して、溝が形成されていない従来のコーンを用いた場合における渦芯の振れ回りにより生じる脈動、および実施例２にかかるコーン４０を用いた場合における渦芯の振れ回りにより生じる脈動について、それぞれ比較する。図６において、黒△印は、実施例２のコーン４０における脈動である。 Here, referring again to FIG. 6, the pulsation caused by the whirling of the vortex core in the case of using the conventional cone in which no groove is formed, and the vortex core in the case of using the cone 40 according to the second embodiment are used. The pulsations caused by the swinging are compared. In FIG. 6, black Δ marks are pulsations in the cone 40 of the second embodiment.

この図を見るに、ガイドベーン開度が５０％の時において、実施例２のコーン４０の脈動は、従来のコーンおよび実施例１のコーン７の脈動に比して、抑制されている。これにより、コーン４０のコーン先端部３２の側面にＶ溝３５を形成し、コーン４０のコーン基端部の側面にフィン４１を配設することで、渦芯の振れ回りにより生じる脈動をさらに効果的に抑制できることが分かった。 Referring to this figure, when the guide vane opening is 50%, the pulsation of the cone 40 of the second embodiment is suppressed as compared with the pulsation of the conventional cone and the cone 7 of the first embodiment. Thereby, the V groove 35 is formed on the side surface of the cone tip portion 32 of the cone 40, and the fin 41 is disposed on the side surface of the cone base end portion of the cone 40, thereby further improving the pulsation caused by the swirling of the vortex core. It was found that it can be suppressed.

以上の構成によれば、実施例２にかかるコーン４０は、実施例１のコーン７に比して、加工は複雑になるものの、フィン４１を設けることにより、特定のガイドベーン開度において、渦芯の振れ回りにより生じる脈動をさらに低減することができる。このため、螺旋渦の発生による振動および騒音を抑制することができる。 According to the above configuration, the cone 40 according to the second embodiment is more complicated to process than the cone 7 according to the first embodiment. However, by providing the fins 41, a vortex can be obtained at a specific guide vane opening. The pulsation caused by the swinging of the core can be further reduced. For this reason, vibration and noise due to the generation of the spiral vortex can be suppressed.

以上のように、本発明にかかるコーンは、ポンプ水車等の水車に有用であり、特に、螺旋渦が発生する場合に適している。 As described above, the cone according to the present invention is useful for a turbine such as a pump turbine, and is particularly suitable when a spiral vortex is generated.

実施例１にかかるコーンを備えたポンプ水車の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the pump water turbine provided with the cone concerning Example 1. FIG. 実施例１にかかるコーンの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the cone concerning Example 1. FIG. コーンの正面図である。It is a front view of a cone. コーンの下面図である。It is a bottom view of a cone. コーンのＡ−Ａ’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of a cone. 従来のコーンにおける脈動と実施例１のコーンにおける脈動とを比較したグラフである。It is the graph which compared the pulsation in the conventional cone and the pulsation in the cone of Example 1. FIG. 実施例２にかかるコーンの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the cone concerning Example 2. FIG. コーンの下面図である。It is a bottom view of a cone. コーンのＢ−Ｂ’断面図である。It is B-B 'sectional drawing of a cone.

Explanation of symbols

１ポンプ水車
６ランナ
７コーン（実施例１）
１３ランナベーン
２５ドラフトチューブ
３１コーン基端部
３２コーン先端部
３５Ｖ溝
４０コーン（実施例２）
４１フィン 1 pump turbine 6 runner 7 cone (Example 1)
13 Lanna Vane 25 Draft Tube 31 Cone Base End 32 Cone Tip 35 V Groove 40 Cone (Example 2)
41 fins

Claims

A cone disposed at the center of a rotating shaft of a runner of a water turbine that can be rotated by water flowing from an inflow port;
A cone having a groove along a direction opposite to a rotation direction of the runner from a proximal end side to a distal end side.

A cone base end continuous with the runner, and a cone tip continuous with the cone base end;
The cone according to claim 1, wherein the groove is formed at least on a side surface of the cone tip.

The cone according to claim 1, wherein the groove has a V-shaped cross section.

The cone according to any one of claims 1 to 3, wherein a depth of the groove is 0.005 times or more with respect to an outermost diameter of the cone.

A plurality of the grooves are formed,
The runner has a plurality of runner vanes surrounding the cone;
The cone according to any one of claims 1 to 4, wherein the number of grooves is not more than twice the number of runner vanes.

Each runner vane is disposed with its tip outlet side inclined toward the inner peripheral side of the runner with respect to the circumferential direction of the runner,
Each of the grooves is formed so as to extend along an extension line on the tip outlet side of each of the runner vanes, and the plurality of grooves are formed in a spiral shape toward the center of the rotation axis of the cone. The cone according to claim 5.

The cone according to any one of claims 1 to 6, wherein a fin is provided on the base end side along a direction opposite to a rotation direction of the runner.

The cone according to claim 7, wherein a height of the fin is formed to be ½ times or less a flow path height at an outlet of the runner.

A plurality of the fins are disposed,
The runner has a plurality of runner vanes surrounding the cone;
The cone according to claim 7 or 8, wherein the number of fins is ½ or more of the number of runner vanes.

Each runner vane is disposed with its tip outlet side inclined toward the inner peripheral side of the runner with respect to the circumferential direction of the runner,
Each of the fins is disposed along an extension line on the tip outlet side of each runner vane, and the plurality of fins are spirally disposed toward the center of the rotation axis of the cone. The cone according to claim 9, wherein

A water turbine comprising: a runner rotatable with water flowing from an inflow port; and a cone disposed at a center of a rotation shaft of the runner;
11. The water wheel according to claim 1, wherein the cone is the cone according to any one of claims 1 to 10.