JPH02125971A - 水力機械の吸出管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えば流水低流量時のように非設計点運転
のときに、流水の旋回流に伴うホワールの発生防止に寄
与する水力機械の吸出管に関する。

（従来の技術） 例えば、水車運転またはポンプ水車運転に適用されるフ
ランシス水車においては、定格流量をベースに流力性能
を考慮してその口径を定めるものであるが、定格運転を
はずれると流水流量が減ってきてランナを通過して吸出
管に至るときには旋回流が発生していてホワール問題を
伴うことがある。このホワール問題は、流水を揺動させ
水圧脈動を惹起させる主要原因になっている。水圧脈動
は、水力機械の流力性能の低下をもたらすことはもとよ
Ｄ、水力機器に損耗を与えることもあって、しばしその
運転をトリップさせなければならない問題がある。

かような問題の対処策として、揚水起動あるいは調和運
転時、圧縮空気を加えて水面の揺動を防止するいわゆる
水面押下げ運転や吸出管内にフィン等の突出片を配し、
その突出片への衝突力を利用して流水の揺動エネルギを
緩和する技術（例えば特開昭５６−１０６０６９号）な
どが知られている。

ところが、前者の場合は起動当初での問題解決策であＤ
、運転途中の低流量時などではそのまま適用すれば運転
トリップは避けられず、また後者の場合は若干の効果は
見られるものの、恒久的なものにはなっていない、くわ
えて前者にしろ、後者にしろ流水の揺動を強制的に抑え
る関係上、水力機械の流力性能を犠牲にしなければなら
ない点がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種分野での研究は、例えば機械学会第４
１巻第２５５号［水車的り吸出管の研究（第２報）Ｊに
も見られるように、吸出管としてムーデイ管が適用され
、その実験結果、性能が高いと評価されている。

しかしながら、このムーディ管では、実験設備ならとも
かく、実機適用となると製作上の難度も手伝って、知見
する限り実機適用には至っていない。というのは、吸出
管をムーディ管にすると、ランナを通過する流水の流路
が大きくなって、それだけ製作上、経済上好ましくない
と考えられるからである。

この発明は、上記事情に鑑み、製作上簡易構造にして高
い流力性能が得られるようにする水力機械の吸出管を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、上記目的に沿って、ランナ出口に連接する
吸出管内に吸出管流路を狭める吸出管芯部を配し、この
吸出管芯部の直径をＤ、ランナ出口コーン部の直径をＤ
ｅとすると、吸出管芯部の直径は、 Ｄ　＝　（０，１５〜０．３）　×Ｄｅの関係を満たす
構成にしたものである。

（作用） この構成を採用した理由は以下の根拠に基づく。

吸出管に吸出管芯部を備えていない場合の吸出管を通過
する最大流量をＱ。、吸出管芯部を備えている場合の吸
出管を通過する最大流量をＱとすると、その比をＱ／Ｑ
、のパラメータにし、また吸出管芯部の直径をＤ、吸出
管芯部のないランナ出口コーン部の直径をＤｅとすると
、その比Ｄ／Ｄｅ　をパラメータにして実験結果をプロ
ットすれば、第２図に示す特性が得られる。この図から
も理解されるように、Ｄ／Ｄ＝０．３を境に、Ｑ／Ｑ、
の変化が見られる。

かかる特性から、吸出管を通過する流水の流量を犠牲に
しないように、吸出管芯部の直径りはＤ＝０．３Ｄｇ が選定される。

次に、吸出管芯部の直径りの下限選定は次に由来する。

吸出管芯部を備えていない場合の流水の揺動振幅の最大
をΔＨい吸出管芯部を備えている場合の流水の揺動振幅
の最大をΔＨとすると、その比をパラメータにし、また
吸出管芯部の直径をＤ、吸出管芯部のないランナ出口コ
ーン部の直径Ｄｅとすると、その比Ｄ／Ｄｅをパラメー
タにして実験結果をプロットすれば、第３図に示す特性
が得られる。

この特性から、Ｄ／Ｄｅ＝０．１５では吸出管芯部のな
い場合における流水の揺動振幅よりも４０％低下してい
る。Ｄ／Ｄｅ＝０．１５のときはその振幅低下にバラツ
キがあって不確実性がある。

かような理由から Ｄ＝０．１５Ｄｅ が選定される。

したがって、吸出管芯部の直径は、」１記理由によって
選定されるので、水力機械の流力特性を損なうことのな
い好ましい適用範囲になＤ、また、吸出管芯部を吸出管
内に配するだけなので、製作上もきわめて簡易である。

（実施例） この発明にかかる水力機械の吸出管の一実施例について
図面を参照して説明する。

第１図において、渦巻き環状管なるケーシング１には流
路口が配され、この流路口から次順に下流側に向かって
ステーベン２ａ、ガイドベーン２ｂ、ランナ３が備えら
れている。ランナ３はコーン状に形成されていて、その
一端に回転軸３ａを有し、他端を流水が中心部に集まる
よう曲面を備える。

ランナ出口コーン部は吸出管５に連接し、流水の圧力回
復のための流路を形成している。吸出管５は直管部と蛇
行部とを備え、ランナ通過後の流水を放水池に送り出す
。

上記吸出管５内には同心状に配された吸出管芯部６を備
え、この吸出管芯部６は蛇行部からランす３の内部コー
ン突出部４まで真直に延びている。

吸出管芯部６は中空、中実のいずれでもよく、またその
形状は蛇行部からランナの内部コーン突出部に向かって
漸近曲線を描くようにしてもよい。

流力性能に悪影響を与えないからである。

さて、吸出管芯部６の寸法形状は、上記根拠に基づき。

Ｄ　＝　（０，１５〜０．３）　×Ｄｅとして好ましく
選定されるものであるが、この選定にもとづく効率、水
圧脈動もすぐれた結果が得られる。

第４図は、水車効率を示すグラフで、縦軸にη／η。を
、横軸にＱ／Ｑ、を採る。ここで、η。。

Ｑｏは吸出管芯部を備えていない場合の水車効率、流量
を、またη、Ｑは吸出管芯部を備えている場合の水車効
率、流量をそれぞれ示す。この図から、吸出管芯部を備
えている方がすぐれていることが理解されるであろう。

また、第５図は流水の揺動による水圧脈動の振幅を示す
グラフで、縦軸にΔＨを、横軸にＱ／Ｑ、を採る。ここ
でΔＨは振幅の変化割合を、Ｑ、Ｑ、は上記と同じ意味
である。この場合も、吸出管芯部を備えている方が振幅
の変化割合が低いことを証明している。

〔発明の効果〕

以上の説明から明確なように、この発明では吸出管内に
吸出管芯部を配し、吸出管芯部の直径を好ましい適用範
囲に選定しているので、設計点をはなれた運転、例えば
低流量水のときでも流水の揺動変化を極力抑えておＤ、
構造的にもいたって簡易にしてあＤ、実機への適用が期
待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に適用される水力機械の吸出管を示す
概念図、第２図および第３図はこの発明にかかる吸出管
芯部の直径を選定する根拠となるグラフで、第２図は流
量特性を、また第３図は流水の揺動振幅値を示し、第４
図は水車効率特性の面から吸出管芯部の有無の場合の比
較図、第５図は水圧脈動の大小特性面から吸出管芯部の
有無の場合の比較図である。 ｌ・・・ケーシング ３・・・ランナ ４・・・内部コーン突出部 ５・・・吸出管 ６・・・吸出管芯部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ランナ出口に連接する吸出管内に、吸出管流路を狭める
   吸出管芯部を配し、この吸出管芯部の直径をＤ、ランナ
   出口コーン部の直径をＤｅとすると、吸出管芯部の直径
   は、 Ｄ＝（０．１５〜０．３）×Ｄｅ の関係を満たすように与えられることを特徴とする水力
   機械の吸出管。