JPH05272444A - 水力機械のランナ - Google Patents

水力機械のランナ

Info

Publication number
JPH05272444A
JPH05272444A JP4068618A JP6861892A JPH05272444A JP H05272444 A JPH05272444 A JP H05272444A JP 4068618 A JP4068618 A JP 4068618A JP 6861892 A JP6861892 A JP 6861892A JP H05272444 A JPH05272444 A JP H05272444A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
runner
band
water surface
curvature
radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4068618A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichiro Shimizu
水 光一郎 清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4068618A priority Critical patent/JPH05272444A/ja
Publication of JPH05272444A publication Critical patent/JPH05272444A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速化及び小型化された水力機械について
も、ランナ羽根入口先端部の負圧面側とバンド流水面と
のコーナー部で発生する渦キャビテーションを抑制する
ことができる。 【構成】 フランシス水車のランナ羽根4の入口先端部
4aは、ランナ羽根4の負圧面側7とバンド流水面5a
とのなす角度が90°より小さい鋭角である。羽根4と
バンド流水面5aとの付け根部9の曲面は、負圧面7の
羽根入口先端部4aの曲率半径Rbがその他の部分の曲
率半径Raよりも充分に大きくなるように定められてい
る。この曲率半径Rbは、実験から求められ,ランナ出
口径を350mmに換算した時に8mm以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフランシス水車などの水
力機械のランナに係り、特にランナ羽根の負圧面側での
キャビテーションの発生を防止した水力機械のランナに
関する。
【0002】
【従来の技術】図5及び図6は水力発電所で広く使用さ
れている一般的なフランシス水車の構造を示したのも
で、主軸1に取付けられたランナ2は、クラウン3と、
周方向に等間隔に配置された複数枚のランナ羽根4と、
これらのランナ羽根4の外周部を互いに固定する環状の
ランナバンド5とから構成されている。流体がガイドベ
ーン6を介してランナ2に流入しランナ2を回転駆動
し、主軸1を介して図示を省略した発電機を回転する。
【0003】図7はランナ羽根4とランナバンド5とを
拡大して示したもので、このバンド流水面5aに沿った
ランナ羽根4の形状が図8に示されている。ランナ羽根
4の入口先端部4aは、図9に示したようにランナバン
ド側の方がクラウン側よりも回転方向に対して後方に位
置しており、ランナ羽根4の負圧面側7とバンド流水面
5aとのなす角度θが鋭角であり、圧力面側8が鈍角に
なっている。ランナ羽根4とバンド流水面5aとの境界
コーナー部、即ち付け根部9は、図8乃至図10に示し
たように、先端部4aを含め羽根4のほぼ全周囲にわた
ってほぼ同一の曲率半径Raの曲面に形成されている。
【0004】このような構成の水力機械のランナは、ラ
ンナ羽根4の入口負圧面とバンド流水面5aとの付け根
部9から渦が発生し、この渦中心の圧力低下に伴い渦キ
ャビテーションが生じる。このような渦キャビテーショ
ンは、図5に示したように羽根入口先端部4aの下流に
壊食Aを惹起し、この壊食の度合いが進行すると、水車
性能を低下させ、ついには水車の運転自体にも支障をき
たすことがある。
【0005】そこで、このような渦キャビテーションの
発生を抑制するランナ構造が、これまで種々提案されて
いる。例えば、特開昭57−37071号公報には図1
1に示したようにランナ羽根4の入口先端部4aに切欠
き10を刻設したランナが開示され、特開昭57−26
277号公報には図12に示したようにランナ羽根負圧
面に突起11を突設したランナが開示され、特公平1−
29989号公報には図13に示したようにランナ羽根
4の入口先端部の羽根倒れ曲線を回転方向に対してバン
ド5側に前進させたランナが開示されている。更に図1
4に示したようにランナ入口下流側のバンド5とランナ
羽根負圧面側とのコーナーに肉盛部12を形成したラン
ナや、図15に示したようにランナ羽根4の入口先端部
に貫通孔13を穿孔したランナや、図16及び図17に
示したようにランナ羽根4の入口先端部4aに鈍頭形状
部14を形成したランナも提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、水力
機械はコスト低減のために、高速化及び小型化が要求さ
れ、この結果、ガイドベーンからランナに流入する流れ
は非常に複雑になり、上述した従来のランナ構造では渦
キャビテーションの発生を防止できない場合があること
が判明した。これを詳述すると、ランナ羽根4の付け根
部9付近に流入する流れは、水車の運転状態が変わると
3次元的に変化し、ランナ羽根4の入口先端部4aは静
止場から回転場への境界にあたるため、流れの影響を受
け易く、従来のようなランナ羽根4の付け根部9の形状
では、ランナ羽根入口先端部4aの負圧面側7とバンド
流水面5aとのコーナー部に主流方向の流れとは異なっ
た流れが生成し、これによって、渦キャビテーションが
発生してしまうことが判明した。
【0007】そこで、本発明の目的は、高速化及び小型
化された水力機械にあってもランナ羽根入口先端部の負
圧面側とバンド流水面とのコーナー部における渦キャビ
テーションの発生を充分に抑制することができる水力機
械のランナを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】ランナ羽根の負圧面側と
ランナバンドの流水面との付け根部の形状が渦キャビテ
ーションの発生に及ぼす影響を測定する実験を行ったと
ころ、ランナ羽根の流体入口先端部における付け根部の
曲率半径が、渦キャビテーションの発生に大きな影響を
及ぼし、この曲率半径がランナ出口径を350mmに換
算した時に8mm以上であれば、渦キャビテーションの
発生を充分に抑制できることが実験により判明した。
【0009】そこで、本発明は、周方向に等間隔に配置
された複数のランナ羽根と、これらのランナ羽根の外周
部を互いに固定するランナバンドとを具備し、上記ラン
ナ羽根の負圧面側と上記ランナバンドの流水面との付け
根部が所定の曲率半径の曲面によって形成されている水
力機械のランナにおいて、上記曲面は、上記ランナ羽根
の流体入口先端部での曲率半径がランナ出口径を350
mmに換算した時に8mm以上であると共に、上記流体
入口先端部から下流に向かうに従って曲率半径が小さく
なるように、構成されていることを特徴とするものであ
る。
【0010】この構成にあっては、上記ランナ羽根の流
体入口先端部の付近における上記ランナ羽根の負圧面
は、上記ランナバンド流水面から大きく離れた遠方領域
と、上記ランナバンド流水面に接近しかつ上記遠方領域
に隣接した近傍領域とを少なくとも有し、上記遠方領域
は、上記ランナバンド流水面とのなす角度が90°より
もかなり小さい鋭角であり。上記近傍領域は、上記ラン
ナバンド流水面とのなす角度がほぼ90°であり、上記
曲率半径8mm以上の曲面は上記近傍領域と上記ランナ
バンド流水面との間に形成されていることが望ましい。
【0011】
【作用】ランナ羽根の負圧面側とランナバンドの流水面
との付け根部の曲率半径はランナ出口径を350mmに
換算した時に8mm以上に定められているため、上記付
け根部の曲面形状は従来の鋭角的な曲面に比べて非常に
緩い曲面になる。これによって、ランナ羽根に流入する
流れが水力機械の運転状態に応じて変化しても、泡を発
生することなくスムーズに流れ、キャビテーションの発
生を抑制する。
【0012】
【実施例】以下に本発明による水力機械のランナの実施
例を図5乃至図17と同部分には同一符号を付して示し
た図1乃至図4を参照して説明する。図1及び図2にお
いて、フランシス水車のランナ羽根4の入口先端部4a
は、負圧面側7とバンド流水面5aとのなす角度が鋭角
になり、圧力面側8が鈍角になっている。ランナ羽根4
とバンド流水面5aとの境界コーナー部、即ち付け根部
9の曲面は、負圧面7の羽根入口先端部4aの曲率半径
Rbがその他の部分の曲率半径Raよりも充分に大きく
なるように定められている。
【0013】この先端部負圧面の付け根部9の曲率半径
Rbは以下の実験から求めた。ランナ出口が350mm
の模型フランシス水車を使用して、先端部負圧面の付け
根部9の曲率半径Rbを4mm、8mm、10mm、1
5mmとしてキャビテーションの発生状況を調べた実験
結果を図3に示す。
【0014】この図3のグラフは、横軸が曲率半径Rb
であり、縦軸は模型の最高効率η0に対する相対等効率
ηの比であり、縦軸の数値の小さい方は実機の高落差運
転に相当し、大きい方は低落差運転に相当する。フラン
シス水車の場合の使用範囲は、最高効率点を中心とした
範囲であるが、最高効率点の単位回転速度に相当する落
差近傍からそれよりも低落差側の運転が一般的である。
従って、縦軸の1.0よりも大きいところでキャビテー
ションが発生した場合には、実機でも入口側にキャビテ
ーションが発生し、壊食を受ける危険度が大きいことを
示している。この実験では、縦軸の効率は曲率半径Rb
が約8mm近傍で1であり、かつ8mm以上では1より
小さい。
【0015】従って、曲率半径Rbがランナ出口径を3
50mmに換算した時に8mm以上であれば、運転範囲
内においてランナ4の入口先端部付近の付け根部9での
渦キャビテーションの発生を充分に抑制することができ
る。
【0016】図4はランナ羽根4の入口の羽根倒れが大
きい場合の本発明の第2の実施例を示したもので、ラン
ナ羽根4はその入口先端部4aの負圧面7とバンド流水
面5aとのなす角度θが90°よりもかなり小さな鋭角
に形成されている。このような場合には、入口羽根負圧
側の入口倒れ曲線をランナ羽根4の負圧面7の途中から
バンド流水面5aに垂直またはそれに近くなるように補
正した後に、付け根部9の曲率半径をRbとする。
【0017】これを詳述すると、ランナ羽根4の負圧面
7を、ランナバンド流水面5aから大きく離れた遠方領
域7aと、ランナバンド上端5aに接近しかつ遠方領域
7aに隣接した近傍領域7bとに分ける。この時、遠方
領域7aはランナバンド流水面端5aとのなす角度θが
かなり小さな鋭角である。他方、近傍領域7bはバンド
流水面5aとのなす角度が90°,またはそれに近い角
度であり、上記曲率半径8mm以上の曲面Rbは近傍領
域7bとランナバンド流水面5aとの間に形成される。
これによって、負圧面7が比較的小さな鋭角にも拘ら
ず、ランナ4の入口先端部付近の付け根部9での渦キャ
ビテーションの発生を充分に抑制することができる。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ランナ羽根の負圧面側とランナバンド流水面と
の付け根部の曲面は、ランナ羽根の流体入口先端部での
曲率半径がランナ出口径を350mmに換算した時に8
mm以上となるように構成されているため、泡キャビテ
ーションの発生を充分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水力機械のランナの第1の実施例
のランナ入口先端部とバンド流水面とを示した概略図。
【図2】上記実施例の付け根部の等高線を示した図1の
A−A線に沿った断面図。
【図3】上記実施例の付け根部の曲率半径と水車効率と
の関係を求めた実験結果を表すグラフ。
【図4】本発明による水力機械のランナの第2の実施例
のランナ入口先端部とバンド流水面とを示した概略図。
【図5】一般のフランシス水車の構造を示した断面図。
【図6】上記一般のフランシス水車のランナを示した斜
視図。
【図7】図5のランナバンドを拡大して示した断面図。
【図8】図7のバンド流水面に沿ったランナ羽根の形状
を示した断面図。
【図9】図5のランナのランナ入口先端部とバンド流水
面とを示した概略図。
【図10】付け根部の等高線を表す図9のB−B線に沿
った断面図。
【図11】従来のランナを示した断面図。
【図12】別の従来のランナを示した断面図。
【図13】別の従来のランナを示した斜視図。
【図14】別の従来のランナを示した断面図。
【図15】別の従来のランナを示した断面図。
【図16】別の従来のランナを示した断面図。
【図17】図16のC−C線に沿ったランナ羽根の形状
を示した断面図。
【符号の説明】
2 ランナ 4 ランナ羽根 4a 入口先端部 5 ランナバンド 5a ランナバンド流水面 7 負圧面 9 付け根部 Rb 曲率半径

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周方向に等間隔に配置された複数のランナ
    羽根と、これらのランナ羽根の外周部を互いに固定する
    ランナバンドとを具備し、上記ランナ羽根の負圧面側と
    上記ランナバンドの流水面との付け根部が所定の曲率半
    径の曲面によって形成されている水力機械のランナにお
    いて、上記曲面は、上記ランナ羽根の流体入口先端部で
    の曲率半径がランナ出口径を350mmに換算した時に
    8mm以上であると共に、上記流体入口先端部から下流
    に向かうに従って曲率半径が小さくなるように、構成さ
    れていることを特徴とする水力機械のランナ。
  2. 【請求項2】上記ランナ羽根の流体入口先端部の付近に
    おける上記ランナ羽根の負圧面は、上記ランナバンド流
    水面から大きく離れた遠方領域と、上記ランナバンド流
    水面に接近しかつ上記遠方領域に隣接した近傍領域とを
    少なくとも有し、上記遠方領域は上記ランナバンド流水
    面とのなす角度が90°よりもかなり小さい鋭角であ
    り、上記近傍領域は上記ランナバンド流水面とのなす角
    度がほぼ90°であり、上記曲率半径8mm以上の曲面
    は上記近傍領域と上記ランナバンド流水面との間に形成
    されていることを特徴とする請求項1に記載の水力機械
    のランナ。
JP4068618A 1992-03-26 1992-03-26 水力機械のランナ Pending JPH05272444A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4068618A JPH05272444A (ja) 1992-03-26 1992-03-26 水力機械のランナ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4068618A JPH05272444A (ja) 1992-03-26 1992-03-26 水力機械のランナ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05272444A true JPH05272444A (ja) 1993-10-19

Family

ID=13378930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4068618A Pending JPH05272444A (ja) 1992-03-26 1992-03-26 水力機械のランナ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05272444A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6830432B1 (en) 2003-06-24 2004-12-14 Siemens Westinghouse Power Corporation Cooling of combustion turbine airfoil fillets
WO2015190916A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-17 Ventus Nautilus Holding B.V. Device for converting kinetic energy of a flowing medium to electrical energy
EP3172431B1 (en) 2014-07-23 2019-06-05 Andritz Hydro Canada Inc. Francis turbine with short blade and short band
JP2021139339A (ja) * 2020-03-05 2021-09-16 株式会社東芝 フランシス型水車用ランナ及びフランシス型水車

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5142841A (ja) * 1974-10-11 1976-04-12 Hitachi Ltd

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5142841A (ja) * 1974-10-11 1976-04-12 Hitachi Ltd

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6830432B1 (en) 2003-06-24 2004-12-14 Siemens Westinghouse Power Corporation Cooling of combustion turbine airfoil fillets
WO2015190916A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-17 Ventus Nautilus Holding B.V. Device for converting kinetic energy of a flowing medium to electrical energy
EP3172431B1 (en) 2014-07-23 2019-06-05 Andritz Hydro Canada Inc. Francis turbine with short blade and short band
JP2021139339A (ja) * 2020-03-05 2021-09-16 株式会社東芝 フランシス型水車用ランナ及びフランシス型水車
US11359596B2 (en) * 2020-03-05 2022-06-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Francis-type turbine runner and Francis-type turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3621216B2 (ja) タービンノズル
JP4094495B2 (ja) フランシス形ランナ
US7210908B2 (en) Hydraulic machine rotor
US20140050587A1 (en) Power-conversion installation including a hydraulic machine provided with a runner
JPS5982580A (ja) フランシス型水力タ−ビン羽根車
US7198470B2 (en) Francis turbine
JP2007291874A (ja) 軸流水車ランナ
JPH05272444A (ja) 水力機械のランナ
JP2009079493A (ja) 可動翼軸流ポンプ
JP4146242B2 (ja) ペルトン水車の羽根
JP5230568B2 (ja) ランナ及び流体機械
JPS5944482B2 (ja) 軸流タ−ビン
JPH0692723B2 (ja) 軸流流体機械
JP4322986B2 (ja) ポンプ水車
JPS5941024B2 (ja) フランシス型ランナ
JP2003090279A (ja) 水力回転機械用ベーン
JP2005140078A (ja) 水力機械
JPH0689651B2 (ja) 軸流流体機械
JP4861132B2 (ja) 水力機械のランナ及び水力機械用ランナの製造方法
JP2006022694A (ja) 水力機械のランナとそのランナを有する水力機械
JP3782752B2 (ja) スプリッタランナを備えるポンプ水車
JPH03267506A (ja) 軸流タービンの静翼
JP2006291865A (ja) 水力機械のランナおよび水力機械
JPS61145399A (ja) ポンプ
JPH11241601A (ja) 軸流タービン