JP6570947B2 - Hydraulic machine suction pipe device - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態は、水力機械の吸出し管装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a suction pipe device of a hydraulic machine.
図7に示すように、一般的なフランシス水車40においては、発電運転時、上池(図示せず)より水圧鉄管を通って流入される水流は、ケーシング41とステーベーン42を通り、流量調整を行うガイドベーン43を通ってランナ44へと流れる。水流の圧力エネルギは、ランナ44の回転エネルギへと変換され、ランナ44の回転駆動力が主軸46を介して結合された発電機47に伝達され、発電が行われる。ランナ44を通過した水流は、吸出し管50を通って放水路(図示せず)へと排出される。このような発電運転時には、ガイドベーン43の開度を変えることにより、ランナ44に流入する水の流量を調整し、発電量を変化させている。
As shown in FIG. 7, in a general Francis
このようなフランシス水車40では、運転頻度の多い流量および落差等を想定した運転状態(設計点)において、水力損失が最も少なくなるように設計されている。このため、設計点においては、ケーシング41からステーベーン42およびガイドベーン43を通ってランナ44に流れ込む水流は、剥離および二次流れ等の少ない理想的な流れになっている。
Such a Francis
吸出し管50は、図7に示すように、ランナ44の側に設けられた上部ドラフト51と、上部ドラフト51にエルボ52を介して連結された拡大管53と、を有している。ランナ44を通過した水流は、図7の太線矢印で示す主流方向に沿って吸出し管50内を下流に向かって流れる。
As shown in FIG. 7, the
しかしながら、吸出し管50のエルボ52は、水流を大きく曲げるように形成されている。このため、吸出し管50内の水流に慣性力が働き、吸出し管50内の水流が、エルボ52の外周壁部52bの側に偏った流れとなり得る。この場合、図8に示すように、エルボ52の内周壁部52aの側において、水流の速度が低下する低速度領域55が形成され得るとともに、エルボ52の内部において、主流方向に直交する方向に、エルボ52内の流路を画定する流路壁に沿うように流れる二次流れ54が発生し得る。このため、この低速度領域55が内周壁部52aから離脱し、剥離流れが形成され得る。このようにして、エルボ52の内周壁部52aの側および拡大管53の上壁部53aの側において、剥離流れが存在する剥離領域56が形成される場合がある。この結果、大きな水力損失および水圧振動が発生する可能性がある。
However, the
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、設計点において、吸出し管内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる水力機械の吸出し管装置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 at the design point, a suction pipe device for a hydraulic machine that can suppress the occurrence of hydraulic loss and hydraulic vibration due to the separation flow in the suction pipe. The purpose is to provide.
実施の形態による水力機械の吸出し管装置は、流入する水流によって回転駆動されるランナを通過した水流を流すためのものである。この水力機械の吸出し管装置は、ランナの側に配置される上部管と、ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、上部管と拡大管とを連結し、水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、を備えている。曲がり管の内周壁部の幅方向中央部には、外周壁部に向かって突出する突出壁が設けられている。 The suction pipe device of the hydraulic machine according to the embodiment is for flowing a water flow that has passed through a runner that is rotationally driven by the flowing water flow. The suction pipe device of this hydraulic machine connects the upper pipe arranged on the runner side, the enlarged pipe arranged on the side opposite to the runner side, the upper pipe and the enlarged pipe, and has a flow path for water flow. A bent pipe that is bent, and includes a bent pipe having an inner peripheral wall portion and an outer peripheral wall portion. A protruding wall that protrudes toward the outer peripheral wall portion is provided at the center in the width direction of the inner peripheral wall portion of the bent pipe.
また、実施の形態のよる水力機械の吸出し管装置は、流入する水流によって回転駆動されるランナを通過した水流を流すためのものである。この水力機械の吸出し管装置は、ランナの側に配置される上部管と、ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、上部管と拡大管とを連結し、水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、を備えている。さらに、この水力機械の吸出し管装置は、曲がり管の内周壁部の幅方向中央部に設けられ、水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、中空弾性体の内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を備えている。そして、内部空間に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体は、外周壁部に向かって突出する突出壁を形成している。 In addition, the suction pipe device of the hydraulic machine according to the embodiment is for flowing a water flow that has passed through a runner that is rotationally driven by the flowing water flow. The suction pipe device of this hydraulic machine connects the upper pipe arranged on the runner side, the enlarged pipe arranged on the side opposite to the runner side, the upper pipe and the enlarged pipe, and has a flow path for water flow. A bent pipe that is bent, and includes a bent pipe having an inner peripheral wall portion and an outer peripheral wall portion. Further, the suction pipe device of the hydraulic machine is provided at a central portion in the width direction of the inner peripheral wall portion of the bent pipe, and the water flow is divided into a hollow elastic body having an internal space partitioned from the internal space of the hollow elastic body. A fluid supply / discharge portion for supplying and discharging fluid. When a predetermined amount of fluid is supplied to the internal space, the hollow elastic body forms a protruding wall that protrudes toward the outer peripheral wall portion.
本発明によれば、設計点において、吸出し管内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of hydraulic loss and hydraulic vibration due to the separation flow in the suction pipe at the design point.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における水力機械の吸出し管装置について説明する。 Hereinafter, a suction pipe device of a hydraulic machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1乃至図3を用いて、本発明の第1の実施の形態における水力機械の吸出し管装置について説明する。
(First embodiment)
A suction pipe device for a hydraulic machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
ここでは、まず、水力機械の一例として、吸出し管装置を備えたフランシス水車について図1を用いて説明する。図1は、フランシス水車の全体構成を示す断面模式図である。 Here, a Francis turbine equipped with a suction pipe device will be described as an example of a hydraulic machine with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a Francis turbine.
図1に示すように、フランシス水車1は、発電運転時に上池から水圧鉄管(いずれも図示せず)を通って水流が流入する渦巻き状のケーシング2と、複数のステーベーン3と、複数のガイドベーン4と、ランナ5と、を備えている。このうちステーベーン3は、ケーシング2に流入した水流をガイドベーン4およびランナ5に導くためのものであり、周方向に所定の間隔をあけて配置され、ステーベーン3の間に水流が流れる流路が形成されている。ガイドベーン4は、流入した水流をランナ5に導くためのものであり、周方向に所定の間隔をあけて配置され、ガイドベーン4の間に水流が流れる流路が形成されている。また、ガイドベーン4は回動自在に構成されており、ガイドベーン4が回動して開度を変えることにより、ランナ5に流入する水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機7の発電量が調整可能になっている。
As shown in FIG. 1, the Francis turbine 1 includes a
ランナ5は、ケーシング2に対して回転軸線Xを中心に回転自在に構成され、発電運転時にケーシング2から流入する水流によって回転駆動される。すなわち、ランナ5は、ランナ5に流入する水の圧力エネルギを回転エネルギへと変換するためのものである。本実施の形態におけるランナ5は、上方から見たときに、時計回り(右回り)に回転するようになっている。
The
ランナ5には、主軸6を介して発電機7が結合されている。この発電機7は、発電運転時には、ランナ5の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。
A
ランナ5の下流側には、ランナ5を通過した水流を放水路9に流す、吸出し管装置8Aを構成する吸出し管8が設けられている。なお、吸出し管8が図示しない下池に連結されている場合であって、発電機7が電動機としての機能をも有している場合には、発電機7は、電力が供給されることによりランナ5を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、吸出し管8を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、フランシス水車1を揚水運転することが可能になる。
On the downstream side of the
次に、上述した吸出し管装置8Aについて、図1乃至図3を用いてより詳細に説明する。ここで、図2は、図1のA−A線断面図、すなわち、水流の主流方向に直交する断面における後述のエルボ12を示す断面図であり、図3は、図2の吸出し管8の水力損失を示す図である。
Next, the above-described
図1に示すように、吸出し管装置8Aは、吸出し管8を備えている。この吸出し管8は、ランナ5の側に配置される上部ドラフト10(上部管)と、放水部9の側(ランナ5の側とは反対側)に配置される拡大管11と、上部ドラフト10と拡大管11とを連結し、水流の流路を曲げるエルボ12(曲がり管)と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
上部ドラフト10は、上部ドラフト10を流れる水流の主流方向(大局的に見たときの水の流れの方向、図1の太線矢印参照)が略垂直となるように形成され、拡大管11は、拡大管11を流れる水流の主流方向が略水平に(水平に延びるように、若しくは水平に対して所望の振り上げ角度で延びるように)形成されている。エルボ12は、このような上部ドラフト10と拡大管11とを連結するために、エルボ12を流れる水流の主流方向を曲げるように形成されている。
The
拡大管11は、流路断面積が下流側に向けて増加していくように延びている。この拡大管11は、水流の流速を減速させることで、水流の圧力回復を図っている。
The
図1に示すように、本実施の形態におけるエルボ12は、曲げられる主流方向に対して内周側に設けられた内周壁部12aと、外周側に設けられた外周壁部12bと、を有している。内周壁部12aと外周壁部12bとは、図2に示すように、側壁12c、12dによって連結されており、エルボ12は、水流の主流方向に直交する断面において、閉じられた形状を形成している。
As shown in FIG. 1, the
エルボ12の内周壁部12aの幅方向中央部には、外周壁部12bに向かって突出する突出壁13が設けられている。突出壁13は、図2に示す断面で見たときに、外周壁部12bに向かって凸となるように、概略的にV字状に形成されており、突出壁13の幅方向両側では、エルボ12内の流路を画定する流路壁が内周側(図2における上側)に凹むように形成されている。この突出壁13は、エルボ12から拡大管11内にまで主流方向に沿って延びていることが好適である。ここで、幅方向とは、水流の主流方向に直交する方向であって、図2に示す断面で見たときの横方向(水平方向)を意味している。
A protruding
図2に示すように、エルボ12は、突出壁13の突出寸法をh、内周壁部12aから外周壁部12bまでの寸法をHとしたときに、
0<h/H<0.3
を満たしていることが好適である。より具体的には、寸法hは、内周壁部12aの壁面のうち最も内周側(図2における上側)に位置する部分と、突出壁13の下端との距離を示している。また、寸法Hは、内周壁部12aの壁面のうち最も内周側に位置する部分と外周壁部12bの壁面との距離を示している。
As shown in FIG. 2, when the
0 <h / H <0.3
It is preferable that More specifically, the dimension h indicates the distance between the portion of the wall surface of the inner
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.
本実施の形態によるフランシス水車1において発電運転を行う場合、図1に示すように、上池(図示せず)から水圧鉄管を通ってケーシング2に水が流入する。ケーシング2に流入した水は、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を通ってランナ5に流入する。このランナ5へ流入した水によって、ランナ5が回転駆動される。このことにより、ランナ5に結合された発電機7が駆動されて発電が行われる。ランナ5に流入した水は、ランナ5から吸出し管8を通って、図示しない下池へ放出される。
When the power generation operation is performed in the Francis turbine 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, water flows into the
ランナ5の出口における水流は、落差や出力など運転点の違いによって大きく変化し得る。このため、ランナ5を通過し、吸出し管8に流入した水は、様々な流れでエルボ12を通過する。ところで、エルボ12は、水流の流路を曲げるために、曲がった形状を有している。このことにより、エルボ12内の水流に慣性力が働き、設計点においては、エルボ12内の水流がエルボ12の外周壁部12bの側に偏った流れとなる。このため、エルボ12の内周壁部12aの側において、水流の速度が低下する低速度領域15が形成され得るとともに、エルボ12の内部において、水流の主流方向に直交する方向に、エルボ12内の流路壁に沿うような二次流れ14が発生し得る。
The water flow at the outlet of the
発生した二次流れ14は、図2に示すように、外周壁部12bと、側壁12c、12dに沿って外周壁部12bの側から内周壁部12aの側に流れる。そして、二次流れ14は、内周壁部12aに沿って幅方向中央側へ流れる。このとき、二次流れ14は、内周壁部12aに設けられた突出壁13に沿って流れる。すなわち、二次流れ14は、外周壁部12bの側に傾いて流れる。このことにより、二次流れ14は、低速度領域15に向って流れ、低速度領域14に水を供給することができる。このため、低速度領域15が突出壁13から離脱することを抑制でき、外周壁部12bの側に偏った流れを緩和することができる。
The generated
エルボ12を通過した水流は、拡大管11に流入し、水流の流速を減速させて圧力回復をした後、放水路9へと放水される。拡大管11を流れる際においても、上述したエルボ12内での流れと同様に、拡大管11内に形成され得る低速度領域が拡大管11内に延びている突出壁13から離脱することを抑制できるとともに、偏った流れを緩和することができる。
The water flow that has passed through the
また、本実施の形態による突出壁13は、上述したように0<h/H<0.3を満たしている。ここで、図3に、吸出し管8の水力損失を示す。図3の横軸はh/Hを示し、縦軸は水力損失を示している。hを大きくするとエルボ12内での流れの運動量変化が大きくなり得るとともに、主流方向に直交する断面内での平均流速が大きくなり得るため、水力損失が、突出壁13が設けられていない場合よりも大きくなり得る。しかしながら、上述したように、h/Hを0.3未満とすることにより、運動量変化の増大や平均流速の増大を起因とした水力損失が増大することを抑制できる。
Further, the protruding
このように本実施の形態によれば、エルボ12の内周壁部12aの幅方向中央部に、外周壁部12bに向かって突出する突出壁13が設けられている。このことにより、水流の主流方向に直交する方向でエルボ12の内周壁部12aに沿って流れる二次流れ14を、突出壁13に沿わせて外周壁部12bの側に傾けることができる。このため、エルボ12の内周壁部12aの側に形成され得る低速度領域15が突出壁13から離脱することを抑制でき、エルボ12内で発生する流れの偏りを緩和することができる。この結果、エルボ12内に剥離領域が発生することを抑制することができ、設計点において、吸出し管8内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。
Thus, according to this Embodiment, the
また、本実施の形態によれば、水流の主流方向に直交する断面において、突出壁13の突出寸法hと、内周壁部12aと外周壁部12bとの距離Hとの関係が、0<h/H<0.3を満たしている。このことにより、水力損失を効果的に低減することができる。
Further, according to the present embodiment, in the cross section orthogonal to the main flow direction of the water flow, the relationship between the protruding dimension h of the protruding
(第2の実施の形態)
次に、図4A乃至図5を用いて、本発明の第2の実施の形態における水力機械の吸出し管装置について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a suction pipe device for a hydraulic machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 5.
図4A乃至図5に示す第2の実施の形態においては、突出壁の幅方向両側に設けられ、水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、中空弾性体の内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を更に備えた点が主に異なり、他の構成は、図1乃至図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図4A乃至図5において、図1乃至図3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。 In the second embodiment shown in FIG. 4A to FIG. 5, the hollow elastic body is provided on both sides in the width direction of the protruding wall and has a partitioned internal space, and the internal space of the hollow elastic body. The main difference is that it is further provided with a fluid supply / discharge section for supplying and discharging fluid, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 4A to 5, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図4Aおよび図4Bに示すように、本実施の形態による吸出し管装置8Aは、突出壁13の幅方向両側に設けられ、水流とは区画された内部空間16を有する中空弾性体17と、中空弾性体17の内部空間16に対して流体を給排する流体給排部20と、を備えている。このうち、中空弾性体17の材質としては、強度の強いゴム、例えば、硬質ゴムなどを用いることができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
中空弾性体17は、後述する流体を内部空間16に供給することにより膨張することができる。図4Aに示すように、膨張した中空弾性体17は突出壁13の下端近傍まで膨張する。このことにより、主流方向に直交する断面において、中空弾性体17と突出壁13とによって、内周壁部12aの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。この場合、当該断面におけるエルボ12内の流路壁は、全体として略矩形状になっている。
The hollow
一方、中空弾性体17は、後述する流体を内部空間16から排出することにより収縮することができる。図4Bに示すように、収縮した中空弾性体17は内周壁部12aに沿うような形状となる。このことにより、突出壁13の幅方向両側では、内周壁部12aの側の流路壁が内周側(図4Bにおける上側)に凹むようになり、主流方向に直交する断面において、エルボ12内の流路壁は概略的に前述の第1の実施の形態での図2に示す形状と同様な形状とすることができる。
On the other hand, the hollow
中空弾性体17の内部空間16に対する流体の給排は、流体給排部20によって行われる。流体給排部20は、内部空間16内に供給する流体を貯蔵する流体貯蔵部21と、内部空間16に流体を供給するポンプ22と、流体貯蔵部20と内部空間16とを連結する配管23と、を有している。この配管23に、ポンプ22が設けられており、ポンプ22は、流体貯蔵部21に貯蔵された流体を内部空間16に供給するようになっている。なお、流体としては、中空弾性体17を膨張させることが可能であれば、空気等の気体であってもよく、または水等の液体であってもよい。
Fluid supply / discharge of the fluid to / from the
流体の供給時には、ポンプ22が駆動されて、流体貯蔵部21に貯蔵された流体は、配管23を介して中空弾性体17の内部空間16に供給されて充填される。この場合、内部空間16内の流体の圧力が、エルボ12内の水流の圧力より高まる程度に内部空間16に流体が供給される。
When supplying the fluid, the
一方、流体の排出時には、ポンプ22を停止して、内部空間16に充填されていた流体が、配管23を介して流体貯蔵部21に排出されて戻される。この場合、内部空間16内の流体の圧力が、エルボ12内の水流の圧力より低くなる程度に内部空間16から流体が排出される。なお、流体の排出時には、内部空間16に充填されていた流体を図示しない系統外部へ排出するようにしてもよい。
On the other hand, when the fluid is discharged, the
設計点での発電運転時においては、図4Bに示すように、内部空間16から流体が排出され、内部空間16内の流体の圧力が低くなる。このことにより、水流の圧力を受けて中空弾性体17が収縮する。この際、エルボ12内の流路壁は、概略的に前述の第1の実施の形態での図2に示す形状と同様な形状とすることができる。
During power generation operation at the design point, as shown in FIG. 4B, the fluid is discharged from the
一方、低流量運転時においては、図4Aに示すように、内部空間16に流体が供給されて充填される。このことにより、内部空間16内の流体の圧力が高まり、中空弾性体17が膨張する。
On the other hand, at the time of low flow rate operation, as shown in FIG. As a result, the pressure of the fluid in the
ここで、低流量運転時、図5に示すように、エルボ12内の水流が、ランナ5の回転方向に沿って旋回し、旋回流れ18が発生する可能性がある。この際、旋回流れ18の流れ方向で見たときの突出壁13の下流側(図5に示す左側)において、渦19が発生する場合がある。この場合、発生した渦19により、水力損失が発生し得る。
Here, during the low flow operation, as shown in FIG. 5, the water flow in the
これに対して本実施の形態においては、低流量運転時では、上述したように中空弾性体17を膨張させる。このことにより、図4Aに示すように、中空弾性体17と突出壁13とによって、内周側壁部12aの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、図5に示すような渦19の発生を抑制できる。なお、中空弾性体17は、主流方向に延びるように、突出壁13に沿って設けられていることが好適である。このことにより、低流量運転時における渦19の発生をより一層抑制できる。
In contrast, in the present embodiment, during the low flow rate operation, the hollow
なお、高流量運転時においても、低流量運転時と同様に渦の発生を抑制することが可能である。すなわち、高流量運転時、エルボ12内の水流が、低流量運転時における旋回流れ18(図5参照)とは反対方向に旋回する旋回流れが発生し、旋回流れの流れ方向で見たときの突出壁13の下流側において、渦が発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態による吸出し管装置8Aであれば、中空弾性体17を膨張させることで、渦の発生を抑制できる。
In addition, even at the time of high flow operation, it is possible to suppress the generation of vortices as in the case of low flow operation. That is, during high flow operation, the water flow in the
このように本実施の形態によれば、内部空間16に流体を供給することで、中空弾性体17を膨張させることができる。このことにより、中空弾性体17と突出壁13とによって、内周壁部12aの側の流路壁を幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、低流量運転時や高流量運転時において、突出壁13に対して旋回流れ18の流れ方向の下流側において渦19が発生することを抑制し、水力損失を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, the hollow
また、本実施の形態によれば、内部空間16から流体を排出することで、中空弾性体17を収縮させることができる。このことにより、主流方向に直交する断面において、エルボ12内の流路壁は概略的に前述の第1の実施の形態での図2に示す形状と同様な形状とすることができる。このため、設計点において、吸出し管8内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the hollow
さらに、本実施の形態によれば、中空弾性体17の内部空間16に供給される流体が流体貯蔵部21に貯蔵されている。このことにより、中空弾性体17を膨張させるために必要な流体を予め確保しておくことができ、中空弾性体17をスムースに膨張させることが可能となる。
Furthermore, according to the present embodiment, the fluid supplied to the
(第3の実施の形態)
次に、図6Aおよび図6Bを用いて、本発明の第3の実施の形態における水力機械の吸出し管装置について説明する。
(Third embodiment)
Next, a suction pipe device for a hydraulic machine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
図6Aおよび図6Bに示す第3の実施の形態においては、中空弾性体が曲がり管の内周壁部の幅方向中央部に設けられ、内部空間に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体が外周壁部に向かって突出する突出壁を形成する点が主に異なり、他の構成は、図4A乃至図5に示す第2の実施の形態と略同一である。なお、図6Aおよび図6Bにおいて、図4A乃至図5に示す第2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。 In the third embodiment shown in FIGS. 6A and 6B, the hollow elastic body is provided at the center in the width direction of the inner peripheral wall portion of the bent tube, and when a predetermined amount of fluid is supplied to the internal space, the hollow elastic body The main difference is that the body forms a protruding wall that protrudes toward the outer peripheral wall, and other configurations are substantially the same as those of the second embodiment shown in FIGS. 4A to 5. 6A and 6B, the same parts as those of the second embodiment shown in FIGS. 4A to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6Aおよび図6Bに示すように、本実施の形態による吸出し管装置8Aの中空弾性体17は、エルボ12の内周壁部12aの幅方向中央部に設けられている。そして、内部空間16に所定量の流体を供給したときに、中空弾性体17は、外周壁部12bに向かって突出する突出壁24を形成する。すなわち、本実施の形態による内周壁部12aには、突出壁13が設けられていない。このため、主流方向に直交する断面において、内周壁部12aは、略直線状に形成されている。そして、中空弾性体17が膨張したときに形成される突出壁24が、前述の第2の実施の形態での図4A等に示す突出壁13と同様の機能を有している。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the hollow
図6Aに示すように、収縮した中間弾性体17は、内周壁部12aに沿うような形状となる。このことにより、主流方向に直交する断面において、中空弾性体17によって、内周壁部12aの側の流路壁を、幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。この場合、当該断面におけるエルボ12内の流路壁は、全体として略矩形状になっている。
As shown in FIG. 6A, the contracted intermediate
一方、図6Bに示すように、膨張した中空弾性体17は、外周壁部12bに向かって突出する突出壁24を形成している。このことにより、突出壁24の幅方向両側では、内周壁部12aの側の流路壁が内周側(図6Bにおける上側)に凹むようになり、主流方向に直交する断面において、エルボ12内の流路壁は概略的に前述の第2の実施の形態での図4Bに示す形状と同様な形状とすることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, the expanded hollow
また、第2の実施の形態と同様に、中空弾性体17が膨張した際、エルボ12は、突出壁24の突出寸法をh、内周壁部12aから外周壁部12bまでの寸法をHとしたときに、
0<h/H<0.3
を満たしていることが好適である。より具体的には、寸法hは、内周壁部12aの壁面のうち最も内周側(図6Bにおける上側)に位置する部分と、突出壁24の下端との距離を示している。
Similarly to the second embodiment, when the hollow
0 <h / H <0.3
It is preferable that More specifically, the dimension h indicates the distance between the portion of the wall surface of the inner
設計点での発電運転時においては、図6Bに示すように、内部空間16に流体が供給されて充填される。このことにより、内部空間16内の流体の圧力が高まり、中空弾性体17が膨張する。この際、エルボ12内の流路壁は、概略的に前述の第2の実施の形態での図4Bに示す形状と同様な形状とすることができる。
During power generation operation at the design point, as shown in FIG. 6B, fluid is supplied and filled in the
一方、低流量運転時においては、図6Aに示すように、内部空間16から流体が排出され、内部空間16内の流体の圧力が低くなる。このことにより、水流の圧力を受けて中空弾性体17が収縮する。この際、エルボ12内の流路壁は、概略的に前述の第2の実施の形態での図4Aに示す形状と同様な形状とすることができる。
On the other hand, at the time of low flow operation, as shown in FIG. 6A, the fluid is discharged from the
このように本実施の形態によれば、内部空間16に流体を供給することで、中空弾性体17を膨張させることができる。このことにより、中空弾性体17が突出壁24を形成することができ、主流方向に直交する断面において、エルボ12内の流路壁は概略的に前述の第2の実施の形態での図4Bに示す形状と同様な形状とすることができる。このため、設計点において、吸出し管8内の剥離流れに起因した水力損失および水圧振動の発生を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, the hollow
また、本実施の形態によれば、内部空間16から流体を排出することで、中空弾性体17を収縮させることができる。このことにより、主流方向に直交する断面において、内周壁部12aの側の流路壁を幅方向に延びるような略直線状に形成することができる。このため、低流量運転時や高流量運転時において、突出壁24に対して旋回流れ方向の下流側において渦が発生することを抑制し、水力損失を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the hollow
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.
さらに、上述した実施の形態では、水力機械の一例としてフランシス水車を例にとって説明したが、このことに限られることはなく、エルボ(曲がり管)を有する吸出し管装置を備えた水力機械であればフランシス水車以外の水力機械にも、本発明による水力機械の吸出し管装置を適用することもできる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the Francis turbine has been described as an example of the hydraulic machine. However, the hydraulic machine is not limited to this, and any hydraulic machine including a suction pipe device having an elbow (bent pipe) may be used. The suction pipe device of the hydraulic machine according to the present invention can also be applied to a hydraulic machine other than the Francis turbine.
5 ランナ
8A 吸出し管装置
10 上部ドラフト
11 拡大管
12 エルボ
12a 内周壁部
12b 外周壁部
13 突出壁
16 内部空間
17 中空弾性体
20 流体給排部
21 流体貯蔵部
22 ポンプ
24 突出壁
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ランナの側に配置される上部管と、
前記ランナの側とは反対側に配置される拡大管と、
前記上部管と前記拡大管とを連結し、前記水流の流路を曲げる曲がり管であって、内周壁部と外周壁部とを有する曲がり管と、
前記水流とは区画された内部空間を有する中空弾性体と、
前記中空弾性体の前記内部空間に対して流体を給排する流体給排部と、を備え、
前記曲がり管の前記内周壁部の幅方向中央部に、前記外周壁部に向かって突出する突出壁が設けられ、
前記中空弾性体は、前記突出壁の幅方向両側に設けられていることを特徴とする水力機械の吸出し管装置。 A suction pipe device of a hydraulic machine for flowing the water flow that has passed through a runner that is rotationally driven by an inflowing water flow,
An upper tube disposed on the runner side;
An expansion tube disposed on the opposite side of the runner;
A bent pipe that connects the upper pipe and the expansion pipe and bends the flow path of the water flow, and has a inner peripheral wall portion and an outer peripheral wall portion;
The water stream is a hollow elastic body having a partitioned internal space;
A fluid supply / discharge portion that supplies and discharges fluid to and from the internal space of the hollow elastic body ,
A protruding wall that protrudes toward the outer peripheral wall portion is provided at a central portion in the width direction of the inner peripheral wall portion of the bent pipe ,
The suction pipe device for a hydraulic machine, wherein the hollow elastic body is provided on both sides of the protruding wall in the width direction .
0<h/H<0.3
を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の水力機械の吸出し管装置。 In a cross section perpendicular to the main flow direction of the water flow, when the projecting dimension of the projecting wall is h, and the dimension from the inner peripheral wall part to the outer peripheral wall part is H,
0 <h / H <0.3
The suction pipe device for a hydraulic machine according to claim 1, wherein:
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