JP7240303B2 - hydraulic machine runner and hydraulic machine - Google Patents

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Description

本発明の実施の形態は、水力機械のランナおよび水力機械に関する。 Embodiments of the present invention relate to hydraulic machine runners and hydraulic machines.

水力機械の一例として、フランシス水車が知られている。フランシス水車の水車運転時においては、上池から水圧鉄管を通って渦巻状のケーシングに水が流入し、ケーシングに流入した水は、ケーシングからステーベーンおよびガイドベーンを通ってランナに流入する。このランナへ流入する水によってランナが回転駆動され、ランナに主軸を介して連結された発電機が駆動され、発電が行われる。その後、水はランナから流出し、吸出し管を通って下池または放水路へ放出される。 A Francis turbine is known as an example of a hydraulic machine. During operation of the Francis turbine, water flows from the upper reservoir through the penstock into the spiral casing, and the water flowing into the casing flows from the casing through the stay vanes and guide vanes into the runner. The runner is rotationally driven by the water flowing into the runner, and a generator connected to the runner via a main shaft is driven to generate power. The water then exits the runner and is discharged through the draft pipe to a lower pond or tailrace.

ところで、一般に、流れの中に置かれた物体の後方には、カルマン渦が発生することが知られている。カルマン渦は、上述した水力機械のランナのランナ羽根後流にも発生し得る。このようなカルマン渦は、ランナ羽根の振動やランナ羽根後流の不安定化を引き起こし得る。これにより、ランナの破損や、水力機械および建屋の揺れ等が生じるおそれがある。また、カルマン渦によって、水の圧力エネルギーが損失し、出力低下に繋がるおそれもある。このため、カルマン渦の発生を抑制することが望まれる。 By the way, it is generally known that Karman vortices are generated behind an object placed in a flow. Karman vortices can also occur in the runner blade wakes of the hydraulic machinery runners described above. Such Karman vortices can cause vibration of the runner blades and destabilization of the wake of the runner blades. As a result, damage to the runners, shaking of the hydraulic machinery and buildings, etc. may occur. In addition, the Karman vortices may cause a loss of water pressure energy, leading to a decrease in output. Therefore, it is desirable to suppress the occurrence of Karman vortices.

特開2015-209783号公報JP 2015-209783 A

本発明は、カルマン渦の発生を抑制することができる水力機械のランナおよび水力機械を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hydraulic machine runner and a hydraulic machine that can suppress the generation of Karman vortices.

実施の形態による水力機械のランナは、クラウンと、クラウンの外周側に設けられたバンドと、クラウンとバンドとの間に設けられた複数のランナ羽根と、を備える。ランナ羽根は、第1面と、第1面の反対側に設けられた第2面と、第1面に設けられた、ランナ羽根の出口側端縁まで延びる第1の溝と、を有する。 A runner for a hydraulic machine according to an embodiment includes a crown, a band provided on the outer peripheral side of the crown, and a plurality of runner blades provided between the crown and the band. The runner vane has a first surface, a second surface opposite the first surface, and a first groove extending to the outlet edge of the runner vane on the first surface.

また、実施の形態による水力機械は、上述した水力機械のランナを備えている。 Further, the hydraulic machine according to the embodiment includes the runner of the hydraulic machine described above.

本発明によれば、カルマン渦の発生を抑制することができる。 According to the present invention, the occurrence of Karman vortices can be suppressed.

図1は、第1の実施の形態によるフランシス水車の子午面断面図である。FIG. 1 is a meridional sectional view of the Francis turbine according to the first embodiment. 図2は、図1のランナの部分拡大断面図である。2 is a partially enlarged sectional view of the runner of FIG. 1; FIG. 図3は、図2のランナ羽根の部分拡大断面図である。3 is a partially enlarged sectional view of the runner blade of FIG. 2. FIG. 図4は、図2のランナ羽根の部分拡大斜視図である。4 is a partially enlarged perspective view of the runner blade of FIG. 2; FIG. 図5は、図4の平面図である。5 is a plan view of FIG. 4. FIG. 図6は、第2の実施の形態によるランナのランナ羽根の部分拡大断面図である。FIG. 6 is a partially enlarged sectional view of runner blades of the runner according to the second embodiment. 図7は、第2の実施の形態によるランナのランナ羽根の部分拡大斜視図である。FIG. 7 is a partially enlarged perspective view of runner blades of the runner according to the second embodiment. 図8は、図7の平面図である。8 is a plan view of FIG. 7. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。 Hereinafter, a hydraulic machine runner and a hydraulic machine according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1~図5を用いて、第1の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。ここでは、まず、図1を用いて水力機械の一例であるフランシス水車について説明する。
(First embodiment)
A hydraulic machine runner and a hydraulic machine according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. Here, first, a Francis turbine, which is an example of a hydraulic machine, will be described with reference to FIG.

図1に示すように、フランシス水車1は、水車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、フランシス水車ランナ5(以下、単にランナ5と称する)と、を備えている。 As shown in FIG. 1, a Francis turbine 1 includes a spiral casing 2 into which water flows from an upper reservoir through a penstock (both not shown), a plurality of stay vanes 3, and a plurality of guides. It has vanes 4 and a Francis turbine runner 5 (hereinafter simply referred to as runner 5).

ステーベーン3は、ケーシング2に流入した水をガイドベーン4およびランナ5に導くように構成されており、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン3の間には、水が流れる流路が形成されている。 The stay vanes 3 are configured to guide the water that has flowed into the casing 2 to the guide vanes 4 and the runners 5, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Channels through which water flows are formed between the stay vanes 3 .

ガイドベーン4は、流入した水をランナ5に導くように構成されており、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン4の間には、水が流れる流路が形成されている。各ガイドベーン4は回動可能に構成されており、各ガイドベーン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。 The guide vanes 4 are configured to guide the inflowing water to the runners 5, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Channels through which water flows are formed between the guide vanes 4 . Each guide vane 4 is configured to be rotatable, and by rotating each guide vane 4 to change the degree of opening, the flow rate of water flowing into the runner 5 can be adjusted. In this way, the power generation amount of the generator 7, which will be described later, can be adjusted.

ランナ5は、ケーシング2に対して回転軸線Xを中心に回転可能に構成され、水車運転時にケーシング2から流入する水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ーを回転エネルギーへと変換する。 The runner 5 is configured to be rotatable about the rotation axis X with respect to the casing 2, and is rotationally driven by water flowing in from the casing 2 during operation of the water turbine. That is, the runner 5 converts pressure energy of water flowing into the runner 5 into rotational energy.

ランナ5には、主軸6を介して発電機7が連結されている。発電機7は、水車運転時には、ランナ5の回転エネルギーが伝達されて発電を行うように構成されている。 A generator 7 is connected to the runner 5 via a main shaft 6 . The power generator 7 is configured to generate power by being transmitted with the rotational energy of the runner 5 during operation of the water turbine.

ランナ5の水車運転時の下流側には、吸出し管8が設けられている。吸出し管8は、図示しない下池または放水路に連結されており、ランナ5を回転駆動させた水が、圧力を回復して、下池または放水路に放出されるようになっている。 A draft pipe 8 is provided on the downstream side of the runner 5 during turbine operation. The draft pipe 8 is connected to a lower pond or a water discharge channel (not shown) so that the water that rotates the runner 5 recovers its pressure and is discharged to the lower pond or water discharge channel.

なお、発電機7は、電動機としての機能をも有し、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、ポンプ水車としてポンプ運転(揚水運転)することが可能になる。この際、ガイドベーン4の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。 The generator 7 may also function as an electric motor, and may be configured to rotate the runner 5 when supplied with electric power. In this case, the water in the lower pond can be sucked up through the draft pipe 8 and discharged into the upper pond, and the Francis turbine 1 can be operated as a pump turbine (pumping operation). At this time, the opening degree of the guide vanes 4 is changed according to the lift of the pump so as to obtain an appropriate amount of pumped water.

次に、本実施の形態によるランナ5について説明する。なお、以下では、水車運転時の水の流れに従って説明する。図2における太矢印は、水車運転時の設計点においてランナ5を流れる水の流れ方向(主流方向)を示している。 Next, the runner 5 according to this embodiment will be described. In addition, below, it demonstrates according to the flow of the water at the time of water turbine operation. The thick arrow in FIG. 2 indicates the flow direction (main stream direction) of water flowing through the runner 5 at the design point during operation of the water turbine.

図2に示すように、ランナ5は、主軸6に連結されたクラウン9と、クラウン9の外周側に設けられたバンド10と、クラウン9とバンド10との間に設けられた複数のランナ羽根11と、を有している。ランナ羽根11は、周方向に所定の間隔をあけて配置されており、クラウン9とバンド10とにそれぞれ接合されている。ランナ羽根11の間には、水が流れる流路(翼間流路)が形成されている。 As shown in FIG. 2, the runner 5 includes a crown 9 connected to the main shaft 6, a band 10 provided on the outer peripheral side of the crown 9, and a plurality of runner blades provided between the crown 9 and the band 10. 11 and . The runner blades 11 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and are joined to the crown 9 and the band 10 respectively. Flow paths (inter-blade flow paths) through which water flows are formed between the runner blades 11 .

図2に示すように、ランナ羽根11は、水の入口側に配置された入口側端縁11Aと、水の出口側に配置された出口側端縁11Bと、を有している。また、図3に示すように、ランナ羽根11は、圧力面11P(第2面)と、圧力面11Pとは反対側に設けられた負圧面11N(第1面)と、を有している。圧力面11Pと負圧面11Nとによって、キャンバーラインCLが画定されている。ここで、キャンバーラインCLとは、圧力面11Pと負圧面11Nの両方に接する内接円の中心を結んでなる線を意味する。 As shown in FIG. 2, the runner blade 11 has an inlet-side edge 11A arranged on the water inlet side and an outlet-side edge 11B arranged on the water outlet side. Further, as shown in FIG. 3, the runner blade 11 has a pressure surface 11P (second surface) and a negative pressure surface 11N (first surface) provided on the opposite side of the pressure surface 11P. . A camber line CL is defined by the pressure surface 11P and the negative pressure surface 11N. Here, the camber line CL means a line connecting the centers of inscribed circles contacting both the pressure surface 11P and the negative pressure surface 11N.

本実施の形態においては、図3に示すように、ランナ羽根11は、圧力側面11PS(第2本体面)と、圧力側面11PSとは反対側に設けられた負圧側面11NS(第1本体面)と、を有する羽根本体11Sと、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13N(第1のコーティング層)と、を含んでいる。本実施の形態においては、圧力面11Pは、羽根本体11Sの圧力側面11PSによって構成されている。一方、負圧面11Nは、羽根本体11Sの負圧側面11NSのうちコーティング層13Nが設けられていない部分と、コーティング層13Nの表面13NSとによって構成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the runner blade 11 has a pressure side surface 11PS (second main body surface) and a negative pressure side surface 11NS (first main body surface) provided on the side opposite to the pressure side surface 11PS. ), and a coating layer 13N (first coating layer) provided on the negative pressure side surface 11NS. In this embodiment, the pressure surface 11P is configured by the pressure side surface 11PS of the blade main body 11S. On the other hand, the negative pressure surface 11N is composed of a portion of the negative pressure side surface 11NS of the blade main body 11S where the coating layer 13N is not provided and the surface 13NS of the coating layer 13N.

また、ランナ羽根11は、負圧面11Nに設けられた後述する溝12N(第1の溝)を有している。本実施の形態においては、溝12Nは、コーティング層13Nに形成されている。以下、このことについて説明する。 Further, the runner blade 11 has a groove 12N (first groove), which will be described later, provided on the negative pressure surface 11N. In the present embodiment, groove 12N is formed in coating layer 13N. This will be explained below.

上述したように、本実施の形態においては、ランナ羽根11は、羽根本体11Sの負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nを有している。コーティング層13Nは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bの近傍の領域に形成されている。より具体的には、コーティング層13Nは、ランナ羽根11のうちの下流側の領域に形成され、入口端13NAと出口端13NBとを有しており、圧力面11Pと負圧面11Nとの間の中間面ISに垂直な方向で(図3における上側から)見たときにコーティング層13Nの出口端13NBとランナ羽根11の出口側端縁11Bとが重なっている。ここで、中間面ISは、主流方向に沿ったランナ羽根11の断面であって、ランナ5の半径方向または回転軸線方向の任意の位置における断面のキャンバーラインCLを結んでなる面により構成される。 As described above, in the present embodiment, runner blade 11 has coating layer 13N provided on suction side surface 11NS of blade main body 11S. The coating layer 13N is formed in a region near the exit edge 11B of the runner blade 11. As shown in FIG. More specifically, the coating layer 13N is formed in the downstream region of the runner blades 11, has an inlet end 13NA and an outlet end 13NB, and is located between the pressure surface 11P and the suction surface 11N. The outlet end 13NB of the coating layer 13N and the outlet side edge 11B of the runner blade 11 overlap when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS (from the upper side in FIG. 3). Here, the intermediate plane IS is a cross section of the runner blade 11 along the mainstream direction, and is formed by a plane connecting camber lines CL of cross sections at arbitrary positions in the radial direction or the rotation axis direction of the runner 5. .

コーティング層13Nは、塗料により形成されている。コーティング層13Nは、負圧側面11NSに塗料が塗布されて硬化させることにより形成され得る。塗料として、例えばフッ素樹脂を含む塗料やシリコン樹脂を含む塗料等が用いられてもよい。また、塗料として、例えば加水分解型船底塗料が用いられてもよい。コーティング層13Nは、出口側端縁11Bに向かって厚くなるように形成されていてもよい。このようなコーティング層13Nは、例えば、既存のランナ羽根11の負圧面11Nの出口側端縁11Bの近傍の領域を切削加工等により薄くして、図3に示す負圧側面11NSのうちコーティング層13Nが設けられていない部分を形成し、当該部分に形成されてもよい。上述したように、このコーティング層13Nの表面13NSと負圧側面11NSのうちコーティング層13Nが設けられていない部分とによって、負圧面11Nが構成される。コーティング層13Nの表面13NSと負圧側面11NSのコーティング層13Nが設けられていない部分とは、滑らかに接続されている。 The coating layer 13N is made of paint. The coating layer 13N can be formed by applying paint to the negative pressure side 11NS and curing the paint. As the paint, for example, a paint containing fluororesin or a paint containing silicone resin may be used. As the paint, for example, a hydrolyzable ship bottom paint may be used. The coating layer 13N may be formed so as to become thicker toward the exit edge 11B. Such a coating layer 13N can be obtained, for example, by thinning a region in the vicinity of the outlet-side edge 11B of the suction surface 11N of the existing runner blade 11 by cutting or the like, and forming the coating layer on the suction side surface 11NS shown in FIG. A portion where 13N is not provided may be formed and may be formed in the portion. As described above, the surface 13NS of the coating layer 13N and the portion of the suction side surface 11NS where the coating layer 13N is not provided constitute the suction surface 11N. The surface 13NS of the coating layer 13N and the portion of the negative pressure side 11NS where the coating layer 13N is not provided are smoothly connected.

本実施の形態においては、図4および図5に示すように、このコーティング層13Nに、溝12Nが形成されている。溝12Nは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bまで延びている。溝12Nは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bにおいて下流側に開口している。図5に示す例においては、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nは、直線状に形成されており、コーティング層13Nの入口端13NAから出口端13NBまで延びるように形成されている。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, grooves 12N are formed in coating layer 13N. The groove 12N extends to the exit edge 11B of the runner blade 11. As shown in FIG. The groove 12N opens downstream at the exit edge 11B of the runner blade 11 . In the example shown in FIG. 5, the groove 12N is formed linearly when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, and is formed to extend from the inlet end 13NA of the coating layer 13N to the outlet end 13NB. ing.

図5に示すように、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14とは異なる方向に延びていてもよい。図示された例においては、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nは、設計点における主流方向14に対して反時計回りに角度θ1傾いた方向に延びている。これにより、溝12N内を流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Nを、中間面ISに垂直な方向で見たときに、設計点における主流方向14とは異なる方向に転向することができる。角度θ1は、例えば10度以上45度以下であってもよい。なお、溝12Nは、設計点における主流方向14に対して時計回りに傾いた方向に延びていてもよい。 As shown in FIG. 5, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, the groove 12N extends in a direction different from the mainstream direction 14 at the design point at the outlet edge 11B of the runner blade 11. good. In the illustrated example, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, the groove 12N extends in a direction inclined at an angle θ1 counterclockwise with respect to the mainstream direction 14 at the design point. As a result, when the water flowing through the groove 12N passes through the outlet side edge 11B, the water flow direction 15N is different from the mainstream direction 14 at the design point when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. direction can be turned. The angle θ1 may be, for example, 10 degrees or more and 45 degrees or less. The groove 12N may extend in a direction inclined clockwise with respect to the mainstream direction 14 at the design point.

また、図4に示すように、溝12Nは、出口側端縁11Bに向かって深くなっていてもよい。図示された例においては、溝12Nの深さは、コーティング層13Nの厚みと一致している。すなわち、溝12Nの底部では、負圧側面11NSが露出しており、溝12Nは、露出した負圧側面11NSを底面とし、露出したコーティング層13Nの壁面部分を側壁面としている。この場合、コーティング層13Nが、出口側端縁11Bに向かって厚くなるように形成されているため、溝12Nも、出口側端縁11Bに向かって深くなる。出口側端縁11Bにおける溝12Nの深さは、例えば0.5mm以上10mm以下であってもよい。なお、溝12Nの深さが、コーティング層13Nの厚みと一致していなくてもよく、例えばコーティング層13Nの厚みよりも小さくてもよい。この場合、溝12Nの底部では、負圧側面11NSは露出せず、溝12Nは、露出したコーティング層13Nの底面部分を底面とし、露出したコーティング層13Nの壁面部分を側壁面とする。 Moreover, as shown in FIG. 4, the groove 12N may be deepened toward the outlet side edge 11B. In the illustrated example, the depth of groove 12N matches the thickness of coating layer 13N. That is, the suction side surface 11NS is exposed at the bottom of the groove 12N, and the groove 12N has the exposed suction side surface 11NS as the bottom surface and the exposed wall surface of the coating layer 13N as the side wall surface. In this case, since the coating layer 13N is formed so as to become thicker toward the exit-side edge 11B, the groove 12N also becomes deeper toward the exit-side edge 11B. The depth of the groove 12N at the exit edge 11B may be, for example, 0.5 mm or more and 10 mm or less. Note that the depth of the groove 12N may not match the thickness of the coating layer 13N, and may be smaller than the thickness of the coating layer 13N, for example. In this case, the suction side surface 11NS is not exposed at the bottom of the groove 12N, and the groove 12N has the exposed bottom surface of the coating layer 13N as its bottom surface and the exposed wall surface of the coating layer 13N as its sidewall surface.

このような溝12Nが、負圧面11Nに、出口側端縁11Bに沿う方向に複数配列されていてもよい。図5に示すように、各溝12Nは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、互いに平行になるように、同じ方向に延びていてもよい。しかしながら、このことに限定されることはなく、各溝12Nは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、ランナ羽根11の出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14とは異なる方向に延びていれば、互いに異なる方向に延びていてもよい。 A plurality of such grooves 12N may be arranged on the negative pressure surface 11N in the direction along the outlet side edge 11B. As shown in FIG. 5, each groove 12N may extend in the same direction so as to be parallel to each other when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. However, without being limited to this, each groove 12N differs from the mainstream direction 14 at the design point at the outlet edge 11B of the runner blade 11 when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. They may extend in different directions as long as they extend in the same direction.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment which consists of such a structure is demonstrated.

本実施の形態によるフランシス水車1において水車運転を行う場合、図示しない上池から水圧鉄管、ケーシング2及びステーベーン3を介して水がガイドベーン4に流入し、ガイドベーン4からランナ5に水が流入する。このランナ5に流入した水によって、ランナ5が回転駆動される。回転駆動されるランナ5は、連結された主軸6を介して発電機7に回転エネルギーを伝達し、発電機7による発電が行われる。その後、水はランナ5から流入し、吸出し管8を通って、図示しない下池に放出される。 When the Francis turbine 1 according to the present embodiment is operated, water flows into the guide vanes 4 from the upper reservoir (not shown) through the penstock, the casing 2 and the stay vanes 3, and then flows into the runners 5 from the guide vanes 4. do. The runner 5 is rotationally driven by the water that has flowed into the runner 5 . The rotationally driven runner 5 transmits rotational energy to the generator 7 via the connected main shaft 6, and the generator 7 generates electricity. After that, the water flows from the runner 5, passes through the draft pipe 8, and is discharged to the lower pond (not shown).

ランナ5に流入した水は、ランナ羽根11の圧力面11Pおよび負圧面11Nのそれぞれの側において入口側端縁11Aから出口側端縁11Bに向かって流れる。この間、水の流れによってランナ羽根11の圧力面11Pと負圧面11Nとの間に差圧が生じ、ランナ5を、回転軸線Xを中心に回転させる。 The water that has flowed into the runner 5 flows from the inlet side edge 11A toward the outlet side edge 11B on each side of the pressure surface 11P and the negative pressure surface 11N of the runner blades 11 . During this time, the flow of water causes a differential pressure between the pressure surface 11P and the negative pressure surface 11N of the runner blades 11, causing the runner 5 to rotate about the rotation axis X. As shown in FIG.

ここで、圧力面11Pを流れる水は、圧力側面11PSに沿って流れて、出口側端縁11Bを通過し、ランナ羽根11の下流側に流出する。設計点と同じ条件で水車運転を行った場合、圧力面11Pにおける出口側端縁11Bでの水の流れ方向15Pは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、設計点における主流方向14とほぼ一致する。 Here, the water flowing on the pressure surface 11P flows along the pressure side surface 11PS, passes through the outlet-side edge 11B, and flows out downstream of the runner blades 11. As shown in FIG. When the water turbine is operated under the same conditions as the design point, the water flow direction 15P at the outlet side edge 11B of the pressure surface 11P is the same as the mainstream direction 14 at the design point when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. almost coincides with

一方、負圧面11Nを流れる水の一部は、負圧側面11NSに沿って流れた後、出口側端縁11Bの近傍の領域に設けられた溝12Nに入り込み、溝12Nが延びる方向に沿って流れる。その後、水は、出口側端縁11Bを通過し、ランナ羽根11の下流側に流出する。ここで、上述したように、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nは、出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14とは異なる方向に延びている。このため、設計点と同じ条件で水車運転を行った場合でも、溝12N内を流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Nは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、設計点における主流方向14とは異なる方向になる。 On the other hand, part of the water flowing on the suction side 11N flows along the suction side 11NS, enters the groove 12N provided in the vicinity of the outlet side edge 11B, and flows along the direction in which the groove 12N extends. flow. After that, the water passes through the outlet edge 11B and flows out downstream of the runner blades 11 . Here, as described above, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, the groove 12N extends in a direction different from the mainstream direction 14 at the design point at the outlet edge 11B. Therefore, even when the water turbine is operated under the same conditions as the design point, the water flow direction 15N when the water flowing in the groove 12N passes the outlet side edge 11B is the direction perpendicular to the intermediate plane IS. When viewed, it is in a different direction than the mainstream direction 14 at the design point.

一般に、水がランナ羽根11を通過する際、ランナ羽根11の下流側にカルマン渦が発生し得る。とりわけ、カルマン渦は、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとが対称になっている場合に、発生しやすい。 In general, when water passes through runner blades 11 , Karman vortices can occur downstream of runner blades 11 . Karman vortices are especially likely to occur when the water flow on the pressure surface 11P side and the water flow on the negative pressure surface 11N side are symmetrical with respect to the camber line CL of the runner blade 11 .

これに対して本実施の形態によれば、負圧面11Nに、ランナ羽根11の出口側端縁11Bまで延びる溝12Nが設けられている。このことにより、負圧面11Nを流れる水の一部は、溝12N内に入り込み、溝12N内を流れる。一方、圧力面11Pには溝が設けられていない。このため、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を抑制することができる。 In contrast, according to the present embodiment, the negative pressure surface 11N is provided with the groove 12N extending to the outlet side edge 11B of the runner blade 11. As shown in FIG. As a result, part of the water flowing on the negative pressure surface 11N enters the grooves 12N and flows through the grooves 12N. On the other hand, the pressure surface 11P is not provided with grooves. Therefore, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made asymmetric. As a result, the generation of Karman vortices can be suppressed.

とりわけ、本実施の形態によれば、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nが、ランナ羽根11の出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14とは異なる方向に延びている。このことにより、溝12N内を流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Nを、中間面ISに垂直な方向で見たときに、設計点における主流方向14とは異なる方向に転向することができる。一方、圧力面11Pには溝が設けられていないため、圧力面11Pにおける出口側端縁11Bでの水の流れ方向15Pは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、設計点における主流方向14とほぼ一致する。これにより、負圧面11Nを流れる水の流れ方向15Nと圧力面11Pを流れる水の流れ方向15Pとを異ならせることができる。このため、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を効果的に抑制することができる。 In particular, according to this embodiment, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, the groove 12N extends in a direction different from the mainstream direction 14 at the design point at the outlet edge 11B of the runner blade 11. ing. As a result, when the water flowing in the groove 12N passes through the outlet side edge 11B, the water flow direction 15N is different from the mainstream direction 14 at the design point when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. You can turn in different directions. On the other hand, since the pressure surface 11P is not provided with grooves, the water flow direction 15P at the outlet-side edge 11B of the pressure surface 11P, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, is the mainstream at the design point. It almost coincides with the direction 14. Thereby, the flow direction 15N of water flowing on the negative pressure surface 11N and the flow direction 15P of water flowing on the pressure surface 11P can be made different. Therefore, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made asymmetric. As a result, the generation of Karman vortices can be effectively suppressed.

また、本実施の形態によれば、溝12Nが、出口側端縁11Bに向かって深くなっている。このことにより、負圧面11Nを流れる水が、滑らかに溝12N内に誘導され、滑らかに溝12N内を流れることができる。このため、水の圧力エネルギーの損失を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the groove 12N is deepened toward the exit edge 11B. As a result, water flowing on the negative pressure surface 11N can be smoothly guided into the grooves 12N and smoothly flow through the grooves 12N. Therefore, loss of pressure energy of water can be suppressed.

また、本実施の形態によれば、負圧面11Nに、複数の溝12Nが設けられている。このことにより、出口側端縁11Bに沿って複数の溝12Nを配置することができ、設計点における主流方向14に直交する方向においてより広い領域で、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生を効果的に抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, a plurality of grooves 12N are provided on the negative pressure surface 11N. As a result, a plurality of grooves 12N can be arranged along the outlet edge 11B, and a wider area in the direction perpendicular to the mainstream direction 14 at the design point can be used for the flow of water on the side of the pressure surface 11P. The flow of water on the side of the pressure surface 11N can be made asymmetrical. Therefore, the generation of Karman vortices can be effectively suppressed.

また、本実施の形態によれば、溝12Nが、塗料により形成されたコーティング層13Nに形成されている、このことにより、負圧側面11NSに直接、溝12Nを形成することを不要にすることができ、溝12Nの形成を容易化することができる。このため、ランナ5の製造コストの増大を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the groove 12N is formed in the coating layer 13N made of paint, thereby eliminating the need to form the groove 12N directly on the suction side surface 11NS. can be formed, and the formation of the groove 12N can be facilitated. Therefore, an increase in manufacturing cost of the runner 5 can be suppressed.

なお、上述した実施の形態において、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nが、出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14とは異なる方向に延びている例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nが、出口側端縁11Bでの設計点における主流方向14と同じ方向に延びていてもよい。このような場合であっても、負圧面11Nを流れる水の一部は、溝12N内に入り込み、溝12N内を流れる。一方、圧力面11Pには溝が設けられていない。このため、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を抑制することができる。 In the above-described embodiment, an example in which the groove 12N extends in a direction different from the mainstream direction 14 at the design point at the outlet-side edge 11B when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS is shown. rice field. However, it is not limited to this, and even if the groove 12N extends in the same direction as the mainstream direction 14 at the design point at the outlet edge 11B when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. good. Even in such a case, part of the water flowing on the negative pressure surface 11N enters the grooves 12N and flows inside the grooves 12N. On the other hand, the pressure surface 11P is not provided with grooves. Therefore, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made asymmetric. As a result, the generation of Karman vortices can be suppressed.

また、上述した実施の形態において、負圧側面11NSにコーティング層13Nが設けられ、コーティング層13Nに溝12Nが形成されている例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、負圧側面11NSにコーティング層13Nが設けられず、負圧側面11NSに直接、溝12Nが形成されていてもよい。例えば、既存のランナ羽根11の負圧面11Nに対して切削加工を行うことにより、溝12Nを形成してもよい。この場合、既存のランナ羽根11の負圧面11Nの出口側端縁11Bの近傍の領域を切削加工等により薄くしなくてもよい。このような場合であっても、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生を抑制することができる。 Further, in the embodiment described above, an example in which the coating layer 13N is provided on the suction side surface 11NS and the grooves 12N are formed in the coating layer 13N is shown. However, the invention is not limited to this, and the groove 12N may be formed directly on the suction side surface 11NS without providing the coating layer 13N on the suction side surface 11NS. For example, the grooves 12N may be formed by cutting the suction surface 11N of the existing runner blade 11 . In this case, it is not necessary to reduce the thickness of the area near the exit edge 11B of the negative pressure surface 11N of the existing runner blade 11 by cutting or the like. Even in such a case, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the water flow on the pressure surface 11P side and the water flow on the negative pressure surface 11N side can be made asymmetric. Therefore, the occurrence of Karman vortices can be suppressed.

また、上述した実施の形態において、ランナ羽根11の第1面が負圧面11Nにより構成され、負圧面11Nに溝12Nが形成されている例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、ランナ羽根11の第1面が圧力面11Pにより構成され、圧力面11Pに溝が形成されていてもよい。この場合、ランナ羽根11の第2面が負圧面11Nにより構成され、負圧面11Nには溝12Nが形成されていなくてもよい。このような場合であっても、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生を抑制することができる。 Further, in the above-described embodiment, the first surface of the runner blade 11 is composed of the suction surface 11N, and the groove 12N is formed in the suction surface 11N. However, the present invention is not limited to this, and the first surface of runner blade 11 may be constituted by pressure surface 11P, and grooves may be formed in pressure surface 11P. In this case, the second surface of the runner blade 11 may be the suction surface 11N, and the groove 12N may not be formed on the suction surface 11N. Even in such a case, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the water flow on the pressure surface 11P side and the water flow on the negative pressure surface 11N side can be made asymmetric. Therefore, the occurrence of Karman vortices can be suppressed.

また、上述した実施の形態において、負圧面11Nに溝12Nが形成されているが、圧力面11Pには溝が形成されていない例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、圧力面11Pおよび負圧面11Nの両方に溝が形成されていてもよい。この場合、圧力面11Pおよび負圧面11Nのそれぞれの側において、水の一部が、溝内に入り込み、溝内を流れる。これにより、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れが、それぞれの溝によって複雑化される。このため、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を抑制することができる。 Further, in the above-described embodiment, the negative pressure surface 11N is formed with the grooves 12N, but the pressure surface 11P is not formed with the grooves. However, the present invention is not limited to this, and grooves may be formed on both the pressure surface 11P and the negative pressure surface 11N. In this case, on each side of the pressure surface 11P and the suction surface 11N, some of the water enters and flows through the grooves. As a result, the flow of water on the pressure surface 11P side and the flow of water on the negative pressure surface 11N side are complicated by the respective grooves. Therefore, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made asymmetric. As a result, the generation of Karman vortices can be suppressed.

また、この場合において、中間面ISに垂直な方向で見たときに、圧力面11Pに設けられた溝と負圧面11Nに設けられた溝とが、同じ方向に延びていてもよい。更に、この場合において、中間面ISに垂直な方向で見たときに、圧力面11Pに設けられた溝と負圧面11Nに設けられた溝とが、互いに異なる位置に配置されていてもよい。すなわち、中間面ISに垂直な方向で見たときに、圧力面11Pに設けられた溝と負圧面11Nに設けられた溝とが、重ならないように、または、部分的にのみ重なるように配置されていてもよい。この場合、キャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとをより一層非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を効果的に抑制することができる。 In this case, the grooves provided on the pressure surface 11P and the grooves provided on the negative pressure surface 11N may extend in the same direction when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. Furthermore, in this case, the grooves provided on the pressure surface 11P and the grooves provided on the negative pressure surface 11N may be arranged at different positions when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. That is, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS, the grooves provided on the pressure surface 11P and the grooves provided on the negative pressure surface 11N are arranged so as not to overlap or only partially overlap. may have been In this case, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made more asymmetric with respect to the camber line CL. As a result, the generation of Karman vortices can be effectively suppressed.

(第2の実施の形態)
次に、図6~図8を用いて、第2の実施の形態による水力機械のランナおよび水力機械について説明する。
(Second embodiment)
Next, a hydraulic machine runner and a hydraulic machine according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG.

図6~図8に示す第2の実施の形態においては、ランナ羽根が、第2面に設けられた、出口側端縁まで延びる第2の溝を有し、中間面に垂直な方向で見たときに、第1の溝と第2の溝とが、互いに異なる方向に延びている点が主に異なり、他の構成は、図1~図5に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図6~図8において、図1~図5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 a second embodiment shown in FIGS. 6 to 8, the runner vanes have a second groove on the second surface extending to the outlet edge and viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface. The main difference is that the first grooves and the second grooves extend in different directions when the groove is closed, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. is. 6 to 8, the same parts as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態においては、ランナ羽根11は、圧力面11P(第2面)に設けられた溝12P(第2の溝)を有している。溝12Pは、後述するコーティング層13P(第2のコーティング層)に形成されている。 In the present embodiment, runner blade 11 has groove 12P (second groove) provided on pressure surface 11P (second surface). The groove 12P is formed in a coating layer 13P (second coating layer), which will be described later.

本実施の形態においては、図6に示すように、ランナ羽根11は、圧力側面11PS(第2本体面)に設けられたコーティング層13Pを有している。コーティング層13Pは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bの近傍の領域に形成されている。より具体的には、コーティング層13Pは、ランナ羽根11の下流側の領域に形成され、入口端13PAと出口端13PBとを有しており、中間面ISに垂直な方向で見たときにコーティング層13Pの出口端13PBとランナ羽根11の出口側端縁11Bとが重なっている。コーティング層13Pは、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nと対応する位置に設けられていてもよい。すなわち、コーティング層13Pは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nと重なる位置に設けられていてもよい。しかしながら、このことに限定されることはなく、コーティング層13Pは、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nと部分的に重なっていなくてもよい。例えば、コーティング層13Pの入口端13PAが、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nの入口端13NAよりも上流側または下流側に位置していてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6, runner blade 11 has coating layer 13P provided on pressure side surface 11PS (second main body surface). The coating layer 13P is formed in a region near the exit edge 11B of the runner blade 11. As shown in FIG. More specifically, the coating layer 13P is formed in a region downstream of the runner blades 11, has an inlet end 13PA and an outlet end 13PB, and is coated when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. The outlet end 13PB of the layer 13P and the outlet side edge 11B of the runner blade 11 are overlapped. The coating layer 13P may be provided at a position corresponding to the coating layer 13N provided on the negative pressure side 11NS. That is, the coating layer 13P may be provided at a position overlapping the coating layer 13N provided on the suction side surface 11NS when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. However, the present invention is not limited to this, and the coating layer 13P may not partially overlap the coating layer 13N provided on the suction side surface 11NS. For example, the inlet end 13PA of the coating layer 13P may be located upstream or downstream of the inlet end 13NA of the coating layer 13N provided on the negative pressure side 11NS.

コーティング層13Pは、塗料により形成されている。コーティング層13Pは、圧力側面11PSに塗料が塗布されて硬化させることにより形成され得る。塗料としては、負圧側面11NSに設けられたコーティング層13Nと同じ材料が用いられてもよい。コーティング層13Pは、出口側端縁11Bに向かって厚くなるように形成されていてもよい。このようなコーティング層13Pは、例えば、既存のランナ羽根11の圧力面11Pの出口側端縁11Bの近傍の領域を切削加工等により薄くして、図6に示す圧力側面11PSのうちコーティング層13Pが設けられていない部分を形成し、当該部分に形成されてもよい。このコーティング層13Pの表面13PSと圧力側面11PSのうちコーティング層13Pが設けられていない部分とによって、圧力面11Pが構成される。コーティング層13Pの表面13PSと圧力側面11PSのコーティング層13Pが設けられていない部分とは、滑らかに接続されている。 The coating layer 13P is made of paint. The coating layer 13P can be formed by applying paint to the pressure side 11PS and curing it. As the paint, the same material as the coating layer 13N provided on the negative pressure side 11NS may be used. The coating layer 13P may be formed so as to become thicker toward the exit edge 11B. Such a coating layer 13P is obtained, for example, by thinning a region near the exit side edge 11B of the pressure surface 11P of the existing runner blade 11 by cutting or the like, and forming the coating layer 13P on the pressure side surface 11PS shown in FIG. may be formed in a portion where the is not provided. The surface 13PS of the coating layer 13P and the portion of the pressure side surface 11PS where the coating layer 13P is not provided constitute the pressure surface 11P. The surface 13PS of the coating layer 13P and the portion of the pressure side 11PS where the coating layer 13P is not provided are smoothly connected.

本実施の形態においては、図7および図8に示すように、このコーティング層13Pに、溝12Pが形成されている。溝12Pは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bまで延びている。溝12Pは、ランナ羽根11の出口側端縁11Bにおいて下流側に開口している。図8に示す例においては、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Pは、直線状に形成されており、コーティング層13Pの入口端13PAから出口端13PBまで延びるように形成されている。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, grooves 12P are formed in coating layer 13P. The groove 12P extends to the exit edge 11B of the runner blade 11. As shown in FIG. The groove 12P opens downstream at the exit edge 11B of the runner blade 11 . In the example shown in FIG. 8, the groove 12P is formed linearly when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, and is formed to extend from the inlet end 13PA of the coating layer 13P to the outlet end 13PB. ing.

図8に示すように、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nに設けられた溝12Nと圧力面11Pに設けられた溝12Pとが、互いに異なる方向に延びていてもよい。図示された例においては、中間面ISに垂直な方向で見たときに、圧力面11Pに設けられた溝12Pは、負圧面11Nに設けられた溝12Nが延びる方向とは反対側に、すなわち設計点における主流方向14に対して時計回りに、角度θ2傾いた方向に延びている。これにより、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nに設けられた溝12Nを流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Nと、圧力面11Pに設けられた溝12Pを流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Pとを異ならせることができる。角度θ2は、例えば10度以上45度以下であってもよく、角度θ1と等しくてもよい。なお、負圧面11Nに設けられた溝12Nが、設計点における主流方向14に対して時計回りに傾いた方向に延びている場合、圧力面11Pに設けられた溝12Pは、設計点における主流方向14に対して反時計回りに傾いていてもよい。 As shown in FIG. 8, even if the grooves 12N provided on the suction surface 11N and the grooves 12P provided on the pressure surface 11P extend in mutually different directions when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. good. In the illustrated example, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS, the grooves 12P provided on the pressure surface 11P are located on the opposite side of the direction in which the grooves 12N provided on the suction surface 11N extend, i.e. It extends in a direction inclined at an angle θ2 clockwise with respect to the mainstream direction 14 at the design point. As a result, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS, the flow direction 15N of water flowing through the grooves 12N provided in the negative pressure surface 11N and the pressure surface 11P when the water passes through the outlet side edge 11B. The direction 15P of water flowing through the groove 12P provided in the outlet side can be made different from the water flow direction 15P when the water passes through the outlet side edge 11B. The angle θ2 may be, for example, 10 degrees or more and 45 degrees or less, or may be equal to the angle θ1. When the groove 12N provided on the negative pressure surface 11N extends in a direction inclined clockwise with respect to the mainstream direction 14 at the design point, the groove 12P provided on the pressure surface 11P extends in the mainstream direction at the design point. 14 may be tilted counterclockwise.

また、溝12Pは、溝12Nと同様に、出口側端縁11Bに向かって深くなっていてもよい。同様に、溝12Pの深さは、コーティング層13Pの厚みと一致していてもよい。この場合、コーティング層13Pが、出口側端縁11Bに向かって厚くなるように形成されているため、溝12Pも、出口側端縁11Bに向かって深くなる。出口側端縁11Bにおける溝12Pの深さは、溝12Nの深さと同程度であってもよい。なお、溝12Pの深さが、コーティング層13Pの厚みと一致していなくてもよく、例えばコーティング層13Pの厚みよりも小さくてもよい。 Also, the groove 12P may be deepened toward the outlet side edge 11B, similarly to the groove 12N. Similarly, the depth of groove 12P may match the thickness of coating layer 13P. In this case, since the coating layer 13P is formed so as to become thicker toward the exit-side edge 11B, the groove 12P also becomes deeper toward the exit-side edge 11B. The depth of the groove 12P at the exit edge 11B may be approximately the same as the depth of the groove 12N. Note that the depth of the groove 12P may not match the thickness of the coating layer 13P, and may be smaller than the thickness of the coating layer 13P, for example.

このような溝12Pが、圧力面11Pに、出口側端縁11Bに沿う方向に複数配列されていてもよい。図8に示すように、各溝12Pは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、互いに平行になるように、同じ方向に延びていてもよい。しかしながら、このことに限定されることはなく、各溝12Pは、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nに設けられた溝12Nが延びる方向とは異なる方向に延びていれば、互いに異なる方向に延びていてもよい。 A plurality of such grooves 12P may be arranged on the pressure surface 11P in the direction along the outlet side edge 11B. As shown in FIG. 8, each groove 12P may extend in the same direction so as to be parallel to each other when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS. However, the present invention is not limited to this, and each groove 12P may extend in a direction different from the direction in which the grooves 12N provided in the suction surface 11N extend when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. For example, they may extend in different directions.

圧力面11Pを流れる水の一部は、圧力側面11PSに沿って流れた後、出口側端縁11Bの近傍の領域に設けられた溝12Pに入り込み、溝12Pが延びる方向に沿って流れる。その後、水は、出口側端縁11Bを通過し、溝12Pが延びる方向に沿ってランナ羽根11の下流側に流出する。 After flowing along the pressure side 11PS, part of the water flowing on the pressure side 11P enters the grooves 12P provided in the vicinity of the outlet edge 11B and flows along the extending direction of the grooves 12P. After that, the water passes through the outlet edge 11B and flows out downstream of the runner blade 11 along the direction in which the groove 12P extends.

一方、負圧面11Nを流れる水の一部は、負圧側面11NSに沿って流れた後、出口側端縁11Bの近傍の領域に設けられた溝12Nに入り込み、溝12Nが延びる方向に沿って流れる。その後、水は、出口側端縁11Bを通過し、溝12Nが延びる方向に沿ってランナ羽根11の下流側に流出する。 On the other hand, part of the water flowing on the suction side 11N flows along the suction side 11NS, enters the groove 12N provided in the vicinity of the outlet side edge 11B, and flows along the direction in which the groove 12N extends. flow. After that, the water passes through the outlet edge 11B and flows out downstream of the runner blade 11 along the direction in which the groove 12N extends.

ここで、上述したように、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nに設けられた溝12Nと圧力面11Pに設けられた溝12Pとが、互いに異なる方向に延びている。このため、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nに設けられた溝12Nを流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Nと、圧力面11Pに設けられた溝12Pを流れた水が出口側端縁11Bを通過するときの水の流れ方向15Pとは、異なる方向になる。 Here, as described above, the grooves 12N provided on the suction surface 11N and the grooves 12P provided on the pressure surface 11P extend in mutually different directions when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS. . Therefore, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS, the flow direction 15N of water flowing through the grooves 12N provided on the negative pressure surface 11N and the pressure surface 11P when the water passes through the outlet side edge 11B. It is different from the water flow direction 15P when the water flowing through the groove 12P provided in the outlet side edge 11B passes through.

このように本実施の形態によれば、圧力面11Pに、ランナ羽根11の出口側端縁11Bまで延びる溝12Pが設けられ、中間面ISに垂直な方向で見たときに、溝12Nと溝12Pとが、互いに異なる方向に延びている。このことにより、中間面ISに垂直な方向で見たときに、負圧面11Nを流れる水の流れ方向15Nと圧力面11Pを流れる水の流れ方向15Pとを異ならせることができる。このため、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。この結果、カルマン渦の発生を効果的に抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, the pressure surface 11P is provided with the groove 12P extending to the outlet side edge 11B of the runner blade 11, and when viewed in a direction perpendicular to the intermediate plane IS, the groove 12N and the groove 12P extend in different directions. As a result, when viewed in a direction perpendicular to the intermediate surface IS, the flow direction 15N of water flowing on the negative pressure surface 11N can be made different from the flow direction 15P of water flowing on the pressure surface 11P. Therefore, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the flow of water on the side of the pressure surface 11P and the flow of water on the side of the negative pressure surface 11N can be made asymmetric. As a result, the generation of Karman vortices can be effectively suppressed.

また、本実施の形態によれば、溝12Pが、出口側端縁11Bに向かって深くなっている。このことにより、圧力面11Pを流れる水が、滑らかに溝12P内に誘導され、滑らかに溝12P内を流れることができる。このため、水の圧力エネルギーの損失を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the groove 12P becomes deeper toward the outlet side edge 11B. As a result, the water flowing on the pressure surface 11P can be smoothly guided into the grooves 12P and smoothly flow through the grooves 12P. Therefore, loss of pressure energy of water can be suppressed.

また、本実施の形態によれば、圧力面11Pに、複数の溝12Pが設けられている。このことにより、出口側端縁11Bに沿って複数の溝12Pを配置することができ、設計点における主流方向14に直交する方向においてより広い領域で、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生をより一層効果的に抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the plurality of grooves 12P are provided on the pressure surface 11P. As a result, a plurality of grooves 12P can be arranged along the outlet edge 11B, and a wider area in the direction perpendicular to the mainstream direction 14 at the design point can be applied to the water flow on the side of the pressure surface 11P. The flow of water on the side of the pressure surface 11N can be made asymmetrical. Therefore, the generation of Karman vortices can be suppressed more effectively.

また、本実施の形態によれば、溝12Pが、塗料により形成されたコーティング層13Pに形成されている、このことにより、圧力側面11PSに直接、溝12Pを形成することを不要にすることができ、溝12Pの形成を容易化することができる。このため、ランナ5の製造コストの増大を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, the grooves 12P are formed in the coating layer 13P made of paint, which eliminates the need to form the grooves 12P directly on the pressure side surface 11PS. It is possible to facilitate the formation of the groove 12P. Therefore, an increase in manufacturing cost of the runner 5 can be suppressed.

なお、上述した実施の形態において、圧力側面11PSにコーティング層13Pが設けられ、コーティング層13Pに溝12Pが形成されている例を示した。しかしながら、このことに限定されることがなく、圧力側面11PSにコーティング層13Pが設けられず、圧力側面11PSに直接、溝12Pが形成されていてもよい。例えば、既存のランナ羽根11の圧力面11Pに対して切削加工を行うことにより、溝12Pを形成してもよい。この場合、既存のランナ羽根11の圧力面11Pの出口側端縁11Bの近傍の領域を切削加工等により薄くしなくてもよい。このような場合であっても、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生を抑制することができる。 In addition, in the embodiment described above, an example in which the coating layer 13P is provided on the pressure side surface 11PS and the grooves 12P are formed in the coating layer 13P is shown. However, without being limited to this, the pressure side surface 11PS may not be provided with the coating layer 13P, and the grooves 12P may be formed directly on the pressure side surface 11PS. For example, the groove 12P may be formed by cutting the pressure surface 11P of the existing runner blade 11 . In this case, it is not necessary to thin the area in the vicinity of the outlet side edge 11B of the pressure surface 11P of the existing runner blade 11 by cutting or the like. Even in such a case, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the water flow on the pressure surface 11P side and the water flow on the negative pressure surface 11N side can be made asymmetric. Therefore, the occurrence of Karman vortices can be suppressed.

また、上述した実施の形態において、圧力側面11PSおよび負圧側面11NSの両方の面にコーティング層13Pが設けられている例を示した。しかしながら、このことに限定されることはなく、負圧側面11NSおよび圧力側面11PSの一方の面にコーティング層が設けられ、他方の面にコーティング層が設けられていなくてもよい。すなわち、例えば、負圧側面11NSにコーティング層13Nが設けられ、コーティング層13Nに溝12Nが形成されているが、圧力側面11PSにはコーティング層13Pが設けられず、圧力側面11PSに直接、溝12Pが形成されていてもよい。あるいは、圧力側面11PSにコーティング層13Pが設けられ、コーティング層13Pに溝12Pが形成されているが、負圧側面11NSにはコーティング層13Nが設けられず、負圧側面11NSに直接、溝12Nが形成されていてもよい。このような場合であっても、ランナ羽根11のキャンバーラインCLを基準として、圧力面11Pの側の水の流れと負圧面11Nの側の水の流れとを非対称にすることができる。このため、カルマン渦の発生を抑制することができる。 Moreover, in the embodiment described above, an example in which the coating layer 13P is provided on both the pressure side surface 11PS and the negative pressure side surface 11NS has been shown. However, the present invention is not limited to this, and one of the suction side 11NS and the pressure side 11PS may be provided with a coating layer and the other side may not be provided with a coating layer. That is, for example, the suction side surface 11NS is provided with the coating layer 13N, and the coating layer 13N is provided with the grooves 12N. may be formed. Alternatively, the coating layer 13P is provided on the pressure side 11PS and the grooves 12P are formed in the coating layer 13P, but the coating layer 13N is not provided on the suction side 11NS, and the grooves 12N are formed directly on the suction side 11NS. may be formed. Even in such a case, with the camber line CL of the runner blade 11 as a reference, the water flow on the pressure surface 11P side and the water flow on the negative pressure surface 11N side can be made asymmetric. Therefore, the occurrence of Karman vortices can be suppressed.

以上述べた実施の形態によれば、カルマン渦の発生を抑制することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to suppress the occurrence of Karman vortices.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これらの新規な実施の形態は、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。これらの実施の形態やその変形は、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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications 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 scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

なお、上述した各実施の形態では、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、フランシス水車以外の水力機械にも、本発明を適用することができる。また、ポンプ運転を行わない反動水車にも当然に適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the Francis turbine has been described as an example of a hydraulic machine, but the present invention is not limited to this and can be applied to hydraulic machines other than the Francis turbine. . In addition, it can of course be applied to a reaction water turbine that does not operate a pump.

1:フランシス水車、5:ランナ、9:クラウン、10:バンド、11:ランナ羽根、11B:出口側端縁、11N:負圧面、11NS:負圧側面、11P:圧力面、11PS:圧力側面、12N,12P:溝、13N,13P:コーティング層、14:設計点における主流方向、IS:中間面 1: Francis turbine, 5: runner, 9: crown, 10: band, 11: runner blade, 11B: outlet side edge, 11N: suction surface, 11NS: suction side, 11P: pressure surface, 11PS: pressure side, 12N, 12P: groove, 13N, 13P: coating layer, 14: mainstream direction at design point, IS: intermediate surface

Claims (10)

クラウンと、
前記クラウンの外周側に設けられたバンドと、
前記クラウンと前記バンドとの間に設けられた複数のランナ羽根と、を備え、
前記ランナ羽根は、第1面と、前記第1面の反対側に設けられた第2面と、前記第1面に設けられた、前記ランナ羽根の出口側端縁まで延びる第1の溝と、前記第2面に設けられた、前記出口側端縁まで延びる第2の溝と、を有
前記第1面と前記第2面との間の中間面に垂直な方向で見たときに、前記第1の溝と前記第2の溝とが、互いに異なる方向に延びている、水力機械のランナ。
a crown;
a band provided on the outer peripheral side of the crown;
a plurality of runner blades provided between the crown and the band;
The runner blade has a first surface, a second surface provided on the opposite side of the first surface, and a first groove extending to an outlet-side edge of the runner blade provided on the first surface. and a second groove in the second surface extending to the outlet edge,
Hydraulic machine, wherein the first groove and the second groove extend in different directions when viewed in a direction perpendicular to an intermediate plane between the first surface and the second surface. runner.
前記第1面と前記第2面との間の中間面に垂直な方向で見たときに、前記第1の溝が、前記出口側端縁での設計点における主流方向とは異なる方向に延びている、請求項1に記載の水力機械のランナ。 When viewed in a direction perpendicular to an intermediate plane between the first and second surfaces, the first groove extends in a direction different from the mainstream direction at a design point at the outlet edge. 2. A runner of a hydraulic machine according to claim 1, wherein the runner is 前記第1の溝が、前記出口側端縁に向かって深くなっている、請求項1または2に記載の水力機械のランナ。 3. A runner for a hydraulic machine according to claim 1 or 2, wherein said first groove is deepened toward said outlet edge. 前記第1面に、複数の前記第1の溝が設けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。 4. The runner for a hydraulic machine according to claim 1, wherein said first surface is provided with a plurality of said first grooves. 前記ランナ羽根が、第1本体面と、前記第1本体面の反対側に設けられた第2本体面と、を有する羽根本体と、前記第1本体面に設けられた、塗料により形成された第1のコーティング層と、を含み、
前記第1の溝が、前記第1のコーティング層に形成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の水力機械のランナ。
The runner blade is formed of a blade body having a first body surface and a second body surface provided on the opposite side of the first body surface, and a paint provided on the first body surface. a first coating layer;
5. The hydraulic machine runner according to any one of claims 1 to 4, wherein said first groove is formed in said first coating layer.
前記第2の溝が、前記出口側端縁に向かって深くなっている、請求項からのいずれか一項に記載の水力機械のランナ。 6. A runner for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 5 , wherein said second grooves are deepened toward said outlet edge. 前記第2面に、複数の前記第2の溝が設けられている、請求項からのいずれか一項に記載の水力機械のランナ。 The runner for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 6 , wherein the second surface is provided with a plurality of the second grooves. 前記ランナ羽根が、第1本体面と、前記第1本体面の反対側に設けられた第2本体面と、を有する羽根本体と、前記第2本体面に設けられた、塗料により形成された第2のコーティング層と、を含み、
前記第2の溝が、前記第2のコーティング層に形成されている、請求項からのいずれか一項に記載の水力機械のランナ。
The runner blade is formed of a blade body having a first body surface and a second body surface provided on the opposite side of the first body surface, and a paint provided on the second body surface. a second coating layer;
8. The hydraulic machine runner according to any one of claims 1 to 7 , wherein said second groove is formed in said second coating layer.
前記ランナ羽根が、前記第1本体面に設けられた、塗料により形成された第1のコーティング層を更に含み、
前記第1の溝が、前記第1のコーティング層に形成されている、請求項に記載の水力機械のランナ。
The runner blade further includes a first coating layer formed of paint and provided on the first body surface,
9. The hydraulic machine runner according to claim 8 , wherein said first groove is formed in said first coating layer.
請求項1からのいずれか一項に記載の水力機械のランナを備える水力機械。 A hydraulic machine comprising a hydraulic machine runner according to any one of claims 1 to 9 .
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