JPH0262709B2

JPH0262709B2 -

Info

Publication number: JPH0262709B2
Application number: JP59155710A
Authority: JP
Inventors: Osuberugaa Kaaruufuriidoritsuhi; Parutsushu Peetaa
Original assignee: Osuberugaa Tsurubinenfuaburitsuku Unto Co GmbH
Current assignee: Osuberugaa Tsurubinenfuaburitsuku Unto Co GmbH
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1990-12-26
Also published as: ATE22965T1; CS562984A2; PL248946A1; AU562889B2; JPS6085259A; PL146546B1; AU3124984A; EP0132801A2; TR22635A; EP0132801A3; ES8504346A1; BR8403744A; EP0132801B1; DE3327457C1; CS261220B2; US4579506A; ES534705A0; DE3461000D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ケーシングと、このケーシング内に
形成された流路内に回転自在に配置され水の流れ
が外側から衝撃を与えることなしに実質的に径方
向に内側に流入しこの内部を通つて実質的に径方
向に外側に流出するランナと、入口部内に回動自
在に枢着され閉止状態の場合にはこの入口部の対
向する両面に嵌合してこの入口部を閉塞するとと
もに閉止状態以外の状態ではこの入口部を一対の
入口通路に分割するガイドベーンと、上記入口部
に連通する進入管と、出口部に連通され鉛直に延
長され吸出し管を構成する排出管とを備えた横流
タービンに関するものである。

一般に、横流タービン、略水平方向からランナ
内に流体が流入し、この流入した流体はランナと
ともに回転し、このランナから鉛直下方に流出す
るように構成されている。そして、このような横
流タービンでは、流体が正しく鉛直下方に乱れな
く流出した場合に最も流体の流れの乱れが少な
く、効率も向上する。

このような横流れタービンとしては、たとえば
ドイツ特許707839，815780および895279に開示さ
れているようなものが知られている。

これらのものは、ランナ内に衝撃を生じること
なく流体を流入させるため、ケーシング内の流路
の入口部にガイドベーンを配置し、ランナ内に流
入する流れに実質的に鉛直な成分を与えるように
構成されている。これによつて、このランナから
流出する流れの方向が実質的に鉛直方向となり、
流れの乱れや損失を低減するように構成されてい
る。

しかし、このように流体が水平方向から流入す
るもの（ドイツ特許178228参照）は、実際にはラ
ンナから流出する流れに水平方向の速度成分が含
まれことが避けられなかつた。

また、ドイツ特許347271，3831341および
388530に開示されている横流タービンはランナか
ら流出する流れが理論的には鉛直方向であるよう
に構成されている。しかし、これらの横流タービ
ンはガイドベーンを備えておらず、ランナから流
出する流れを実質的に鉛直方向とすることはでき
なかつた。

本発明は以上の事情に基づいてなされたもの
で、ケーシング内の流路の出口部において、ラン
ナから流出する流れの方向を実質的に鉛直とし、
流れの損失を低減した横流タービンを提供するも
のである。

本発明の横流タービンは全体的には前述したも
のと同様の形式のものであるが、進入管は水平方
向に延長され、この進入管からランナに流入する
流れが水平方向に対して下向きに30゜〜50゜、好ま
しくは40゜の角度をなすよようにケーシング内の
流路およびガイドベーンが構成され、このランナ
から流出する流れが実質的に鉛直となるように構
成されている。

また、上記ガイドベーンは互いに傾斜して延長
された後縁および前縁を備え、このガイドベーン
は、全開状態の場合に前記後縁２６の上面２とこ
れに対応する前記ケーシングの壁とによつて前記
一対の入口通路のうちの一方の入口通路を形成
し、これら後縁の上面およびケーシングの壁は水
平の流れ方向に対して約12゜〜20゜、好ましくは16゜
の下向きの角度ｂをなしており、また上記ガイド
ベーンの前縁の下面とこれに対応するケーシング
の壁とで前記一対の入口流路のうちの一方の出口
通路が形成され、これら前縁の下面およびケーシ
ングの壁は水平の流れ方向に対して約40゜〜50゜、
好ましくは45゜の下向きの角度をなしている。

このような横流タービンは進入管が水平に配置
されているにも係わらず、ランナから流出する流
れが実質的に鉛直な方向となる。この本発明によ
れば、ケーシング内の流路の出口部における流れ
の乱れを減少し、効率を向上させるものである。

このような作用は、上記の如くガイドベーンの
上面、下面およびケーシングの壁の角度を規制す
ることによつて確実に達成される。その理由は以
下の通りである。

すなわち、前述したような従来のものは、理論
上はランナに流入する流体の流れの方向を規制
し、このランナから流出する流体の流れを鉛直下
方にするように構成されているが、実際の横流タ
ービンはケーシングおよびランナ内の流れの状態
がきわめて複雑であり、このランナから流出する
流体の流れの方向を確実に鉛直下方にすることは
できなかつた。

しかし、本発明のものは、ガイドベーン全体の
角度ではなく、このガイドベーンの上面、下面の
角度、およびこのガイドベーンの上面、下面に対
向するチーシングの壁の角度を規制しているの
で、横流タービンの如くケーシング内の流れの状
態が複雑なものであつても、これらの間を通過す
る流体の流れを確実に規制し、ランナから流出す
る流体の流れの方向を確実に鉛直下方に規制し、
効率を向上させることができるものである。

また、このような横流れタービンではその吸出
し管の断面積を比較的大きくしなければならな
い。この吸出し管等のケーシング内の流路の断面
積を大きくするため、従来のもの（たとえばドイ
ツ特許815780）は、ケーシング内の流路の出口部
に、進入管と反対の側のランナの側部に弓形の側
空間を形成している。このような側空間は弾性的
に付設された通気弁によつて大気に連通されてお
り、吸込み管内の負圧が所定の値を超えないよう
に維持され、この吸込み管内の水位がランナの最
下位置より下方に上昇しないように構成されてい
る。

これに対して、本発明の好ましい実施例の横流
タービンは、ランナから流出する流れが実質的に
鉛直であり、またケーシング内の流路の出口部は
このランナの両側にその断面積が拡大している。
また、本発明の実施例では、第１の側空間と反対
の側のランナの側方にケーシング内の流路の出口
部の断面積を拡大する第２の側空間が形成されて
いる。この第２の側空間も流れの乱れを防止する
ため、大気に連通していることが好ましい。

以下、本発明の実施例の横流タービンを図を参
照して説明する。図中２はランナであつて、この
ランナには断面円弧状をなす複数のブレード４が
周方向に配列されている。このランナ２はケーシ
ング８内に形成された流路１０内に回転自在に配
置された水平方向の軸６に取付けられている。

上記の流路１０には入口部１２および出口部１
４が形成されている。この入口部１２は水平方向
に沿つて設けられた断面矩形の進入管１６に連通
され、また上記出口部１４は吸出し管として作用
する、鉛直方向に沿つて設けられ、断面が矩形の
排出管１８に連通している。

また、この入口部１２内にはガイドベーン２０
が設けられ、このガイドベーンは水平方向の軸２
２によつて回動自在に支承されている。このガイ
ドベーン２０には互いに約45゜の角度をなす前縁
部２４と後縁部２６とが形成されている。

このガイドベーン２０は全開位置（図示する位
置）ではこの入口部１２を一対の入口通路１２
ａ，１２ｂに分割するように構成されている。一
方の上記入口通路１２ａはガイドベーンの後縁２
６の上面２８と、これに対応するケーシングの壁
３０との間に形成されている。この後縁２６の上
面２８およびケーシングの壁３０は水平方向に対
して約12゜〜20゜、好ましくは16゜の角度ｂをなして
いる。なお、これらの後縁２６の上面２８および
ハウジングの壁３０はわずかに集束するように構
成され、上記のガイドベーン２０が全開の状態の
場合にはこの入口流路１２ａの断面積は流れの方
向に向かつてわずかに減少するように構成されて
いる。

また、他方の上記入口通路１２ｂはガイドベー
ンの前縁２４の下面３２とケーシングの壁３４の
上面３６との間に形成されている。これらの前縁
２４の下面３２およびケーシングの壁３４の上面
３６は、上記のガイドベーンが全開の状態の場合
に水平方向に対して約40゜〜50゜、好ましくは45゜の
角度をなすように構成されている。なお、この入
口流路１２ｂも流れの方向に向かつてわずかに断
面積が減少しており、この流路内の流れの速度が
増加するように構成されている。

このガイドベーン２０は全開の状態（図示の状
態）から、中間の状態を介して、その後縁２６が
ケーシングの壁３０に当接し、また前縁２４がケ
ーシングの壁３４に当接してこの入口部１２を閉
止する閉止状態まで回動するように構成されてい
る。

なお、上記の角度は、実際の横流タービンを試
作し、上記各部分の角度を各種変えて試験をおこ
なつた結果得られたものである。このような横流
タービンでは、前述したようにケーシング内の流
れの状態が複雑であり、理論的な解析よりも、こ
のような実際の試験によつて角度を設定した方が
より確実にチーシング内の流れを規制することが
できる。

また、前記の出口部１４の右側（図中におい
て）には弓形の壁によつて形成され、この流路の
断面積を増加させる側空間４０が形成されてい
る。また、この流路の左側（図中において）には
ケーシングの壁３４の下面とこのケーシング８の
鉛直壁とによつて上記の側空間４０より小さい側
空間４２が形成されている。そして、これらの側
空間４０，４２によつてケーシングの流路１０の
断面積が排出管１８の断面積に対応するように増
加されている。この排出管１８の断面積は理論上
は無限大にできるが、実際には入口部１２の１倍
程度である。

上記の側空間４０は弾性的に付勢された通気弁
４６によつて大気に連通され、この側空間４０内
の負圧が所定の値を超えないようにし、この排出
管１８内の水位がランナの最下位置より上に上昇
しないように構成されている。

理論的には、上記の排出管１８内の水位を所定
の水位に維持するには、上記の側空間４０内を大
気に連通させるだけで充分であるが、実際上には
上記の他方の側空間４２も大気中に連通させれ
ば、この側空間４２内においてランナが回転する
際の流れの乱れを軽減させることができる。この
側空間４２には通路４８が連通され、この通路は
好ましくは通気弁４６を介して大気中に連通して
いる。

以上の実施例の作動を説明する。前記の進入管
１６から供給された水は水平方向から入口部１２
内に流入し、ガイドベーン２０によつてこの入口
部１２の全幅にわたつて入口通路１２ａ，１２ｂ
に分割されて流れ、このガイドベーンの後縁２６
の部分で合流する。この合流した流れはこの後縁
２６とケーシングの壁３０との間からランナ２内
に流入する。図中に矢印５０で示すように、この
流れは水平方向に対して約30゜〜50゜、好ましくは
40゜の角度ａをなしている。このランナ２のブレ
ード４の形状およびこのランナ２の回転速度は、
この流れが衝撃を与えることなくこのランナ内に
流入するように設定されている。

また、図中の破線はこのランナ２内の水の流れ
を示し、この流れは中心から離れた位置を通り、
このランナ２の最下位置から流出する。この流出
する流れの方向は図中の矢印５２で示すように実
質的に鉛直下向きである。この入口通路１２ａ内
での流れは水平方向に対して約12゜〜20゜、好まし
くは16゜の角度ｂで下向きに偏向されており、ま
た入口通路１２ｂ内の流れは水平方向に対して約
40゜〜50゜、好ましくは45゜の角度ｃで上向きに偏向
されている。このような流れの角度によつて、上
記のランナ２への流入および流出の流れのパター
ンが最良となる。

このような流れのパターンの最適化は、上記の
ようにガイドベーン２０の後縁２６の上面２８、
下面３２、およびこれらの面に対向するケーシン
グの壁３０，３４とをそれぞれ所定の角度範囲に
規制し、これによつてこのランナ２内に流入する
流れの方向を規制することによつて達成される。
すなわち、このランナ２に流入する流体は、上記
のガイドベーン２０の上面２８とこれに対向する
ケーシングの壁、３０および下面３２とこれに対
向するケーシングの壁３４との間に形成される入
口通路１２ａ，１２ｂを通ずる。したがつて、こ
れら入口通路１２ａ，１２ｂを構成する流路壁で
あるガイドベーンの上面３０および下面３２とこ
れに対向するケーシング壁３０，３４の角度を規
制することによつて、このランナ２に流入する流
れの状態を確実かつ正確に規制することができ
る。そして、このように流れを正確に規制するこ
とにより、本発明のものは、単にガイドベーンを
設けただけの従来のものと比較して全体で５％の
効率向上を達成することができる。

また、この横流タービンが部分負荷の場合に
は、上記のガイドベーン２０は中間位置になる
が、この場合の流れのパターンも基本的には上述
の流れのパターンと同様である。

このような流れのパターンを達成することによ
つて、また出口部の両方の側空間を大気に連通す
ることによつて、この出口部１４での流れの乱れ
が減少し、効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の縦断面図である。２……ランナ、４……ブレード、８……ケーシ
ング、１０……流路、１２……入口部、１２ａ，
１２ｂ……入口通路、１４……出口部、１６……
進入管、１８……排出管、２０……ガイドベー
ン、４０，４２……側空間、４６……通気弁、４
８……通路。

Claims

【特許請求の範囲】１ケーシングと、このケーシング内に形成され
た流路内に回転自在に配置され水の流れが外側か
ら衝撃を与えることなしに実質的に径方向に内側
に流入しこの内部を通つて実質的に径方向に外側
に流出するランナと、入口部内に回動自在に枢着
され閉止状態の場合にはこの入口部の対向する両
面に嵌合してこの入口部を閉塞するとともに閉止
状態以外の状態ではその入口部を一対の入口通路
に分割するガイドベーンと、上記入口部に連通す
る進入管と、出口部に連通され鉛直に延長され吸
出し管を構成する排出管とを備えたものにおい
て、上記進入管１６は水平方向に延長され、また
上記ケーシング内の流路１０およびガイドベーン
２０は上記ランナ２内に流入する合成された流れ
が水平方向に対して実質的に30゜〜50゜、好ましく
は40゜の下向きの角度ａをなすように構成され、
その結果このランナ２から流出する流れが実質的
に鉛直となり、また上記ガイドベーンは互いに傾
斜して延長された後縁および前縁を備え、このガ
イドベーン２０は、全開状態の場合に上記後縁２
６の上面２８とこれに対応する前記ケーシングの
壁３０とによつて前記一対の入口通路のうちの一
方の入口通路１２ａを形成し、これら後縁２６の
上面２８およびケーシングの壁３０は水平の流れ
方向に対して約12゜〜20゜、好ましくは16゜の下向き
の角度ｂをなしており、また上記ガイドベーンの
前縁２４の下面３２とこれに対応するケーシング
の壁３４とで上記一対の入口流路のうちの一方の
入口通路１２ｂが形成され、これら前縁の下面３
２およびケーシングの壁３４は水平の流れ方向に
対して約40゜〜50゜、好ましくは45゜の下向きの角度
をなしていることを特徴とする横流タービン。２前記ケーシング内の流路の出口部には、前記
進入管から離れた側の前記ランナの側方において
この出口部の断面積を拡大する第１の側空間が形
成され、また前記ケーシングの流路１０の出口部
１４には、前記第１の側空間４０と反対側の前記
ランナ２の側部においてこの出口部の断面積を拡
大する第２の側空間４２が形成されていることを
特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の横流
タービン。３前記第２の側空間４２は、前記ランナ２の周
面まで斜め上方に延長されたケーシングの壁３４
の下面４４側に形成され、この壁３４の上面３６
と前記ガイドベーン２０とで前記一対の入口通路
のうちの一方の入口通路１２ｂを形成しているこ
とを特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の
横流タービン。４前記ケーシングの壁３４の下面４４は水平方
向に対して約50゜〜70゜、好ましくは60゜の角度ｄを
なしていることを特徴とする前記特許請求の範囲
第３項記載の横流タービン。５前記第１の側空間は弾性的に付勢された通気
弁によつて大気に連通されて所定の負圧に維持さ
れ、また前記第２の側空間４２も大気に連通され
所定の負圧に維持されることを特徴とする前記特
許請求の範囲第３項または第４項記載の横流ター
ビン。６前記第２の側空間４２は通路４８を介して前
記第１の側空間４０の通気弁４６に連通している
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第５項記載
の横流タービン。