JPH0684750B2 - Water wheel - Google Patents

Water wheel

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JPH0684750B2
JPH0684750B2 JP59246834A JP24683484A JPH0684750B2 JP H0684750 B2 JPH0684750 B2 JP H0684750B2 JP 59246834 A JP59246834 A JP 59246834A JP 24683484 A JP24683484 A JP 24683484A JP H0684750 B2 JPH0684750 B2 JP H0684750B2
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JP
Japan
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guide
guide vane
runner
vane
guide vanes
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JP59246834A
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Japanese (ja)
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JPS61126375A (en
Inventor
清 生田
広 松下
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/183Adjustable vanes, e.g. wicket gates
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,水車のガイドベーンに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a guide vane for a water turbine.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来の水車を第3〜5図に基づき説明する。水車のガイ
ドベーン01はランナーベーン02に適正な流量を適正な角
度で流入させるためのもので,水車の性能に大きく関係
している。また,ガイドベーン01は操作機構03により回
転支持軸中心04まわりに回動され全閉から全開まで開度
が調整されるようになっている。一般に,水車のケーシ
ングは分割して製作されることが多いためガイドベーン
01は通常16,20,24枚程度となっている。一方,製作コス
ト面の制約からガイドベーン01の枚数は少ないものが要
求される。
A conventional water turbine will be described with reference to FIGS. The guide vane 01 of the water turbine is for allowing a proper flow rate to flow into the runner vane 02 at an appropriate angle, and is greatly related to the performance of the water turbine. Further, the guide vane 01 is rotated about the rotation support shaft center 04 by the operation mechanism 03 so that the opening degree is adjusted from fully closed to fully open. In general, the casing of a water turbine is often manufactured in separate pieces, so guide vanes are used.
01 is usually about 16, 20, 24. On the other hand, the number of guide vanes 01 is required to be small due to manufacturing cost constraints.

第3図は従来のフランシス形水車に於けるガイドベーン
01が全部で16枚の場合,第4図は12枚にした場合のガイ
ドベーン01の平面図,第5図はその12枚の場合のガイド
ベーン01を出た流れの説明図にして,図に於いてガイド
ベーン01を開いて或る流量を図示しないランナーのラン
ナーベーン02に流入させるためには,ガイドベーン01の
ポート面積aの合計はガイドベーン01の数に関係なくど
ちらも同一としなければならない。但し,ポート面積を
同一にした場合ガイドベーン01の枚数が少ない程,ガイ
ドベーン01のキヤンバーライン05がランナーの中心線06
と成す角度θが大きくなるので,ガイドベーン01を出た
流れがランナーベーン02に適正な角度で流入し難くな
る。即ち,製作コスト低減のためガイドベーン01を12枚
に削減した場合,ガイドベーン01から出た流れの速度三
角形とランナーベーン02入口に於ける流れの速度三角形
とが,最高効率点に於いても一致しなくなるため水車効
率が低下する問題を有している。
Figure 3 shows the guide vanes in the conventional Francis turbine.
When 01 is 16 in total, FIG. 4 is a plan view of the guide vane 01 when it is 12 and FIG. 5 is an explanatory view of the flow out of the guide vane 01 in the case of 12 and is shown in FIG. In order to open the guide vanes 01 and cause a certain flow rate to flow into the runner vanes 02 of the unillustrated runner, the total port area a of the guide vanes 01 must be the same regardless of the number of guide vanes 01. I have to. However, if the number of guide vanes 01 is smaller when the port areas are the same, the camber line 05 of the guide vanes 01 becomes the runner center line 06.
Since the angle θ formed by is large, it becomes difficult for the flow exiting the guide vane 01 to flow into the runner vane 02 at an appropriate angle. In other words, if the number of guide vanes 01 is reduced to 12 in order to reduce the manufacturing cost, the flow velocity triangle coming out of the guide vane 01 and the flow velocity triangle at the inlet of the runner vane 02 are also at the maximum efficiency point. Since they do not match, there is a problem that the turbine efficiency decreases.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係る水車は,上記の問題点を解決しガイドベー
ンを12枚に削減した場合でも性能を保持することを目的
として,12枚のガイドベーンを具え該ガイドベーンのキ
ヤンバーラインの曲率半径を該ガイドベーンのピッチ円
直径の0.5倍ないし1.0倍としランナー側へ湾曲させてな
ることを特徴とするものである。
The water turbine according to the present invention is provided with 12 guide vanes for the purpose of solving the above-mentioned problems and maintaining the performance even when the number of guide vanes is reduced to 12, and the radius of curvature of the camber line of the guide vanes is provided. Is 0.5 to 1.0 times the pitch circle diameter of the guide vane, and is curved toward the runner side.

〔作用〕[Action]

即ち,ガイドベーンのキヤンバーラインは従来の直線状
を廃して1つの曲率半径の円弧を保たせランナー側に向
けて湾曲させており,ガイドベーンのキヤンバーライン
がランナーの中心線と成す角度を小さくしている。曲率
半径をあまり小さくするとガイドベーンの水力損失が増
加するが,各ガイドベーンの回転支持軸中心の全部をそ
の円周上に有する円の直径をガイドベーンのピッチ円直
径Dgとすると,ガイドベーンが12枚の場合キヤンバーラ
インの曲率半径Rはガイドベーンのピッチ円直径Dgの0.
5倍ないし1.0倍,即ちR=(0.5〜1.0)Dg程度が総合的
に優れており,ガイドベーンから出た流れの速度三角形
とランナーベーン入口に於ける流れの速度三角形とが最
高効率点で一致し,水車の最高効率が向上する。
In other words, the guide vane line is abolished from the conventional straight line and is curved toward the runner side while keeping an arc of one radius of curvature, and the angle formed by the guide vane line with the runner center line is I'm making it small. If the radius of curvature is made too small, the hydraulic loss of the guide vanes increases, but if the diameter of the circle with the center of the rotation support shaft of each guide vane on its circumference is the pitch diameter Dg of the guide vanes, the guide vanes will have In case of 12 sheets, the radius of curvature R of the camber line is 0 of the pitch circle diameter Dg of the guide vane.
5 times to 1.0 times, that is, R = (0.5 to 1.0) Dg is totally excellent, and the velocity triangle of the flow coming out of the guide vanes and the velocity triangle of the flow at the inlet of the runner vanes are at the maximum efficiency point. In agreement, the maximum efficiency of the water turbine is improved.

この場合,ガイドベーンの全閉から全開までの開度はキ
ヤンバーラインが直線状の場合に比べて約10%程度狭く
なるので,ガイドベーンから出た流れの速度三角形とラ
ンナーベーン入口に於ける流れの速度三角形とが一致す
る範囲が広がって水車効率が全般的にも向上し,ガイド
ベーンの操作機構も小形化出来る。一般にガイドベーン
を全閉の状態から少し開いた開度に無負荷開度が存在し
ているが,ガイドベーンを全閉の状態から少し開いた開
度でガイドベーンを出た流れがランナーの外側の方向か
ら内側へ向けられるので,キヤンバーラインが直線状の
場合に比べて少ない流量で無負荷回転数が得られる。ま
た,ガイドベーンのキヤンバーラインは1つの円弧で形
成されているので,キヤンバーラインが直線状の場合に
比べて製作が特に煩雑になることはない。
In this case, the opening from the fully closed to fully open guide vanes is about 10% narrower than the case where the line is straight, so the flow velocity triangles from the guide vanes and the runner vane inlet The range where the flow velocity triangle coincides is widened, improving the turbine efficiency overall, and the guide vane operating mechanism can be made smaller. Generally, there is a no-load opening when the guide vane is slightly opened from the fully closed state, but the flow leaving the guide vane with the guide vane slightly opened from the fully closed state is outside the runner. Since it is directed inward from the direction, the no-load rotation speed can be obtained with a smaller flow rate compared to when the camber line is straight. Further, since the camber line of the guide vane is formed by one arc, the manufacturing is not particularly complicated as compared with the case where the camber line is linear.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の構成と作用とを具体的に第1図,第2図及び第
6図に示す一実施例に基づき説明する。第1図は本発明
に係るフランシス形水車に於けるガイドベーン1が全部
で12枚の場合のガイドベーン1の平面図,第2図はその
ガイドベーン1を出た流れの説明図にして,図に於いて
ガイドベーン1のキヤンバーライン5は従来の直線状を
廃して1つの曲率半径Rの円弧を保たせランナー側に向
けて湾曲させており,ガイドベーン1のキヤンバーライ
ン5がランナーの中心線6と成す角度θを小さくしてい
る。12枚のガイドベーン1は,それぞれ回転支持軸中心
4を中心に操作機構3により回動され,全閉から全開ま
で開度が調整されるようになっている。各ガイドベーン
1の回転支持軸中心4はランナの回転中心7と同心の円
周上に等ピッチに配されており、この円周をガイドベー
ン1のピッチ円8という。
The configuration and operation of the present invention will be specifically described based on an embodiment shown in FIGS. 1, 2, and 6. FIG. 1 is a plan view of the guide vane 1 in the case where there are 12 guide vanes 1 in total in the Francis turbine according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of the flow out of the guide vane 1, In the figure, the guide line 5 of the guide vane 1 is abolished from the conventional straight line and is curved toward the runner side while keeping an arc having a radius of curvature R. The guide line 5 of the guide vane 1 is the runner. The angle θ formed with the center line 6 of is reduced. The twelve guide vanes 1 are each rotated by an operating mechanism 3 about a rotation support shaft center 4, and the opening degree is adjusted from fully closed to fully open. The rotation support shaft centers 4 of the guide vanes 1 are arranged at equal pitches on a circle concentric with the rotation center 7 of the runner, and this circle is called a pitch circle 8 of the guide vanes 1.

ガイドベーン1が12枚の場合のキヤンバーライン5の曲
率半径Rについて第6図を用いて説明する。第6図は,
横軸にガイドベーン1のキヤンバーライン5の曲率半径
Rとピッチ円8直径Dgとの比α(=R/Dg)を,縦軸にガ
イドベーン1出口からの流線とランナーベーン2入口へ
の流線とのずれ角を取り,ランナの最高効率点における
両者の関係を示した図である。横軸は,αの数値が大き
いほどキヤンバーライン5の反りは緩やかであり,小さ
いほど急となることを意味し,また,縦軸は,ずれ角で
あり,ずれ角が小さいほど水車の水力性能が優れている
ということを意味している。そして,図中の2本の曲線
は,高落差用水車及び低落差用水車におけるランナの最
高効率点でのガイドベーン1出口とランナベーン2入口
における流線のずれ角を示している。なお,中落差用水
車に対する曲線は,上記2本の曲線の中間にあるので省
略した。
The radius of curvature R of the camber line 5 when the number of the guide vanes 1 is 12 will be described with reference to FIG. Figure 6 shows
The horizontal axis is the ratio α (= R / Dg) of the radius of curvature R of the canber line 5 of the guide vane 1 to the diameter Dg of the pitch circle 8 and the vertical axis is the streamline from the outlet of the guide vane 1 to the inlet of the runner vane 2. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the two at the maximum efficiency point of the runner by taking the deviation angle from the streamline of. The horizontal axis means that the greater the value of α, the more gradual the warp of the camber line 5, and the smaller the value, the steeper the curve. The vertical axis shows the deviation angle. It means that the performance is excellent. The two curves in the figure show the deviation angles of the flow lines at the guide vane 1 outlet and the runner vane 2 inlet at the maximum efficiency point of the runner in the high and low head turbines. Note that the curve for the middle head turbine is omitted because it is in the middle of the above two curves.

図より,高落差用及び低落差用両水車共に,α=0.5〜
1.0の範囲に於いて,ずれ角が小さくなっており,即ち
この範囲の曲率半径のキヤンバーライン5を採用すれば
水車の水力性能を損なうことはない。また,曲率半径R
をあまりにも小さくするとガイドベーン1の水力損出が
増加するがガイドベーン1が12枚の場合キヤンバーライ
ン5の曲率半径R=(0.5〜1.0)Dgが総合的に優れてお
り,第2図に示すようにガイドベーン1から出た流れの
速度三角形とランナーベーン2入口に於ける流れの速度
三角形とが最高効率点で略一致し,水車の最高効率が向
上する。
From the figure, α = 0.5 ~ for both high head and low head turbines.
The deviation angle is small in the range of 1.0, that is, if the camber line 5 having the radius of curvature in this range is adopted, the hydraulic performance of the water turbine is not impaired. Also, the radius of curvature R
If the value is too small, the hydraulic loss of the guide vanes 1 increases, but when the number of guide vanes 1 is 12, the radius of curvature R = (0.5 to 1.0) Dg of the camber line 5 is comprehensively excellent. As shown in (1), the velocity triangle of the flow exiting the guide vane 1 and the velocity triangle of the flow at the inlet of the runner vane 2 are substantially coincident with each other at the maximum efficiency point, and the maximum efficiency of the turbine is improved.

この場合,ガイドベーン1の全閉から全開までの開度は
キヤンバーライン5が直線状の場合に比べて約10%程度
狭くなるので,ガイドベーン1から出た流れの速度三角
形とランナーベーン2入口に於ける流れの速度三角形と
が一致する範囲が広がって水車効率が全般的にも向上
し,ガイドベーン1の操作機構3も小形化出来る。一般
に,ガイドベーン1を全閉の状態から少し開いた開度に
無負荷開度が存在しているが,ガイドベーン1を全閉の
状態から少し開いた開度でガイドベーン1を出た流れが
ランナーの外側の方向から内側へ向けられるので,キヤ
ンバーライン5が直線状の場合に比べて少ない流量で無
負荷回転数が得られる。また,ガイドベーン1のキヤン
バーライン5は1つの円弧で形成されているので,キヤ
ンバーライン5が直線状の場合に比べて製作が特に煩雑
になることはない。
In this case, the opening of the guide vane 1 from fully closed to fully open is about 10% narrower than the case where the camber line 5 is straight, so the flow velocity triangle coming out of the guide vane 1 and the runner vane 2 The range in which the velocity triangle of the flow at the inlet coincides is widened, the turbine efficiency is generally improved, and the operating mechanism 3 of the guide vane 1 can be downsized. In general, there is a no-load opening at a slightly opened position of the guide vane 1 from the fully closed state, but the flow leaving the guide vane 1 at a slightly opened position of the guide vane 1 from the fully closed state. Is directed from the outer side to the inner side of the runner, so that the no-load rotation speed can be obtained with a smaller flow rate than in the case where the camber line 5 is linear. Further, since the camber line 5 of the guide vane 1 is formed by one arc, the manufacturing is not particularly complicated as compared with the case where the camber line 5 is linear.

〔発明の効果〕 斯かる構成と作用とに因り,ガイドベーンの数が12枚に
削減されても16枚以上の場合と同様にガイドベーンを出
た流れがランナーベーンに適正な角度で流入するので,
水車の性能が保持され且つ製作コストが低減される効果
が奏せられる。
[Effects of the Invention] Due to such a configuration and operation, even if the number of guide vanes is reduced to 12, the flow leaving the guide vanes flows into the runner vanes at an appropriate angle as in the case of 16 or more guide vanes. So
The performance of the water turbine is maintained and the manufacturing cost is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るフランシス形水車に於けるガイド
ベーンが全部で12枚の場合のガイドベーンの平面図,第
2図はそのガイドベーンを出た流れの説明図,第3図は
従来のフランシス形水車に於けるガイドベーンが全部で
16枚の場合,第4図は12枚にした場合のガイドベーンの
平面図,第5図はその12枚の場合のガイドベーンを出た
流れの説明図,第6図は,本発明に係るキヤンバーライ
ン曲率半径とずれ角との関係図である。 1……ガイドベーン,2……ランナーベーン,4……ガイド
ベーンの回転支持軸中心,5……キヤンバーライン,8……
ガイドベーンのピッチ円。
FIG. 1 is a plan view of a guide vane in the Francis type turbine according to the present invention when there are 12 guide vanes in total, FIG. 2 is an explanatory view of a flow out of the guide vane, and FIG. Guide vanes in Francis turbine
In the case of 16 sheets, FIG. 4 is a plan view of the guide vane in the case of 12 sheets, FIG. 5 is an explanatory view of the flow out of the guide vane in the case of 12 sheets, and FIG. 6 is related to the present invention. FIG. 6 is a relationship diagram between a radius of curvature of a camber line and a deviation angle. 1 …… Guide vane, 2 …… Runner vane, 4 …… Center of rotation support shaft of guide vane, 5 …… Kimber line, 8 ……
Guide vane pitch circle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−72847(JP,A) 実開 昭58−144079(JP,U) 特公 昭58−7830(JP,B2) 水車とポンプ水車 石井安男著 電気書 院 P.49−64 P.76−P.94 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-51-72847 (JP, A) Actual development: A-58-144079 (JP, U) JP-B-58-7830 (JP, B2) Turbine and pump Turbine Ishii Yasuo Den Densho Shoin P. 49-64 P. 76-P. 94

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】12枚のガイドベーンを具え該ガイドベーン
のキヤンバーラインの曲率半径を該ガイドベーンのピッ
チ円直径の0.5倍ないし1.0倍としランナー側へ湾曲させ
てなることを特徴とする水車。
1. A water turbine comprising twelve guide vanes, wherein the radius of curvature of the guide line of the guide vanes is 0.5 to 1.0 times the pitch circle diameter of the guide vanes and is curved toward the runner. .
JP59246834A 1984-11-21 1984-11-21 Water wheel Expired - Lifetime JPH0684750B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59246834A JPH0684750B2 (en) 1984-11-21 1984-11-21 Water wheel

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JPS61126375A JPS61126375A (en) 1986-06-13
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水車とポンプ水車石井安男著電気書院P.49−64P.76−P.94

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