JPH10184523A - 水車のガイドベーン - Google Patents
水車のガイドベーンInfo
- Publication number
- JPH10184523A JPH10184523A JP8343047A JP34304796A JPH10184523A JP H10184523 A JPH10184523 A JP H10184523A JP 8343047 A JP8343047 A JP 8343047A JP 34304796 A JP34304796 A JP 34304796A JP H10184523 A JPH10184523 A JP H10184523A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- guide vane
- vane
- curvature
- tip end
- 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
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】部分負荷運転時でも水力損失が小さい水車のガ
イドベーンを提供する。 【解決手段】翼先端部分の翼形状を、翼そり線について
非対称に形成し、かつ、翼先端部分において、翼前縁か
らランナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベー
ン側の翼形の曲率半径より大きくした。
イドベーンを提供する。 【解決手段】翼先端部分の翼形状を、翼そり線について
非対称に形成し、かつ、翼先端部分において、翼前縁か
らランナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベー
ン側の翼形の曲率半径より大きくした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水車のガイドベーン
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１により従来技術を説明する。水車の
ガイドベーン１の翼先端部分は鈍頭で、かつ、円弧で形
成され、翼そり線５に対し対称な翼形となっている。す
なわち、ステーベーン側の曲率半径Ｒｂｏとランナ側の
曲率半径Ｒｂｉは同じである。また、図３に示すように
ガイドベーン１は負荷を調整するためにそのステム軸を
回転中心として回動する。図３では設計点の運転状態１
ｘと部分負荷の運転状態１ｙを示している。図から翼列
としてのくいちがい角８ｘ，８ｙは運転状態によって変
わることが分かる。
ガイドベーン１の翼先端部分は鈍頭で、かつ、円弧で形
成され、翼そり線５に対し対称な翼形となっている。す
なわち、ステーベーン側の曲率半径Ｒｂｏとランナ側の
曲率半径Ｒｂｉは同じである。また、図３に示すように
ガイドベーン１は負荷を調整するためにそのステム軸を
回転中心として回動する。図３では設計点の運転状態１
ｘと部分負荷の運転状態１ｙを示している。図から翼列
としてのくいちがい角８ｘ，８ｙは運転状態によって変
わることが分かる。
【０００３】一方、ステーベーンからの流れ角９ｘ，９
ｙは運転状態が変化してもほとんど変わらないから、流
れ角とくいちがい角の差で定義される入射角１０ｘ，１
０ｙは、運転状態によって変化する。
ｙは運転状態が変化してもほとんど変わらないから、流
れ角とくいちがい角の差で定義される入射角１０ｘ，１
０ｙは、運転状態によって変化する。
【０００４】ここで、ガイドベーン１ｙの時の流れ状態
を詳細に説明する。入射角９ｙでは水流６のよどみ点は
前縁２ｂよりもステーベーン側にある。したがって、よ
どみ点からガイドベーンのランナ側のガイドベーン翼面
１ｉに沿って流れる水流は、ステーベーン側翼面１ｏを
流れる水流よりも、曲率半径の小さい翼先端部分を流れ
る割合が大きい。そのため遠心力の影響が大きくなり、
翼先端部分の流速が局所的に速くなる。図４のｂはガイ
ドベーン１ｙの流速分布を流れ解析で求めたものであ
る。入射角が大きいため、局所的に流速が急増している
ことが分かる。なお、図４に示された局所的な流速の急
増は、翼先端部分の曲率半径にも関係する。曲率半径が
小さくなるほど流速が急増する。
を詳細に説明する。入射角９ｙでは水流６のよどみ点は
前縁２ｂよりもステーベーン側にある。したがって、よ
どみ点からガイドベーンのランナ側のガイドベーン翼面
１ｉに沿って流れる水流は、ステーベーン側翼面１ｏを
流れる水流よりも、曲率半径の小さい翼先端部分を流れ
る割合が大きい。そのため遠心力の影響が大きくなり、
翼先端部分の流速が局所的に速くなる。図４のｂはガイ
ドベーン１ｙの流速分布を流れ解析で求めたものであ
る。入射角が大きいため、局所的に流速が急増している
ことが分かる。なお、図４に示された局所的な流速の急
増は、翼先端部分の曲率半径にも関係する。曲率半径が
小さくなるほど流速が急増する。
【０００５】一般的に、入射角の増加と共に水力損失は
増えることが知られている。これは図４のｂに示すよう
に、局所的に流速が大きくなってもその下流で減速する
から、減速の過程で境界層が厚くなり、損失が増加す
る。
増えることが知られている。これは図４のｂに示すよう
に、局所的に流速が大きくなってもその下流で減速する
から、減速の過程で境界層が厚くなり、損失が増加す
る。
【０００６】ガイドベーンは上記流れ状態に鑑み、設計
点の運転状態でステーベーンからの流れ角とくいちがい
角を一致させ、水力損失を最小にするように作られる。
点の運転状態でステーベーンからの流れ角とくいちがい
角を一致させ、水力損失を最小にするように作られる。
【０００７】したがって、翼先端部分の翼形状が翼そり
線について対称になっていると言うことは、設計点に対
し過負荷側，部分負荷側共に同じ割合で水力損失が変化
すると言うことである。
線について対称になっていると言うことは、設計点に対
し過負荷側，部分負荷側共に同じ割合で水力損失が変化
すると言うことである。
【０００８】このような従来ガイドベーンの一例とし
て、文献「ハイドロタービン」１０８ページ，図５.５
，日本工業出版がある。
て、文献「ハイドロタービン」１０８ページ，図５.５
，日本工業出版がある。
【０００９】近年、電力需要形態の変化から、水車は部
分負荷で運転されることが多くなり、資源有効活用の観
点から部分負荷運転時の効率向上が求められている。こ
れに対し、従来ガイドベーンは前述のごとく、部分負荷
運転時で入射角が大きくなり水力損失が増加するという
問題がある。
分負荷で運転されることが多くなり、資源有効活用の観
点から部分負荷運転時の効率向上が求められている。こ
れに対し、従来ガイドベーンは前述のごとく、部分負荷
運転時で入射角が大きくなり水力損失が増加するという
問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、部分負荷運
転時でも水力損失が小さい水車のガイドベーンを提供す
るものである。
転時でも水力損失が小さい水車のガイドベーンを提供す
るものである。
【００１１】さらに、製作コストが従来ガイドベーンと
同等であること。また、水車のガイドベーンに特有の全
閉止状態も従来ガイドベーンと同等である水車のガイド
ベーンを提供するものである。
同等であること。また、水車のガイドベーンに特有の全
閉止状態も従来ガイドベーンと同等である水車のガイド
ベーンを提供するものである。
【００１２】そこで本発明は、上記課題を達成するため
の水車のガイドベーンを提供することを目的とする。こ
こで、部分負荷時で高効率の水車ガイドベーンに要求さ
れる機能，課題をまとめると以下の項目に集約される。
の水車のガイドベーンを提供することを目的とする。こ
こで、部分負荷時で高効率の水車ガイドベーンに要求さ
れる機能，課題をまとめると以下の項目に集約される。
【００１３】（１）部分負荷運転時の水力損失が小さ
い。
い。
【００１４】（２）製作コストが従来ガイドベーンと同
等である。
等である。
【００１５】（３）全閉止状態が従来ガイドベーンと同
等である。
等である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の水車のガイドベ
ーンは、翼先端部分の翼形状を、翼そり線について非対
称に形成し、かつ、翼先端部分において、翼前縁からラ
ンナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側
の翼形の曲率半径より大きくしたものである。本発明で
は、ガイドベーンの翼先端部分において、翼前縁からラ
ンナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側
の翼形の曲率半径より大きくした。したがって、部分負
荷運転時の入射角度が大きくなった状態においても、よ
どみ点からランナ側の翼面を流れる水流に及ぼす遠心力
の影響は小さくなる。その結果図４のａに示すように、
局所的な流速増加が抑えられている。すなわち、水流の
減速が小さく境界層が厚くならないので、水力損失を従
来ガイドベーンに比べ低減できる。
ーンは、翼先端部分の翼形状を、翼そり線について非対
称に形成し、かつ、翼先端部分において、翼前縁からラ
ンナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側
の翼形の曲率半径より大きくしたものである。本発明で
は、ガイドベーンの翼先端部分において、翼前縁からラ
ンナ側の翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側
の翼形の曲率半径より大きくした。したがって、部分負
荷運転時の入射角度が大きくなった状態においても、よ
どみ点からランナ側の翼面を流れる水流に及ぼす遠心力
の影響は小さくなる。その結果図４のａに示すように、
局所的な流速増加が抑えられている。すなわち、水流の
減速が小さく境界層が厚くならないので、水力損失を従
来ガイドベーンに比べ低減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の水車のガイドベーンは、
翼先端部分の翼形状を、翼そり線について非対称に形成
し、かつ、翼先端部分において、翼前縁からランナ側の
翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側の翼形の
曲率半径より大きくしたものである。以下、図面を用い
て本発明の実施例を説明する。図１は本発明の水車のガ
イドベーンの翼断面図である。全体を符号１で示すガイ
ドベーンの翼先端部分は、翼そり線５について非対称に
形成されている。また、翼先端部分における、翼前縁２
ａからランナ側１ｉの翼形の曲率半径Ｒａｉを、翼前縁
２ａからステーベーン側１ｏの翼形の曲率半径Ｒａｏよ
り大きくしたものである。
翼先端部分の翼形状を、翼そり線について非対称に形成
し、かつ、翼先端部分において、翼前縁からランナ側の
翼形の曲率半径を、翼前縁からステーベーン側の翼形の
曲率半径より大きくしたものである。以下、図面を用い
て本発明の実施例を説明する。図１は本発明の水車のガ
イドベーンの翼断面図である。全体を符号１で示すガイ
ドベーンの翼先端部分は、翼そり線５について非対称に
形成されている。また、翼先端部分における、翼前縁２
ａからランナ側１ｉの翼形の曲率半径Ｒａｉを、翼前縁
２ａからステーベーン側１ｏの翼形の曲率半径Ｒａｏよ
り大きくしたものである。
【００１８】したがって、従来ガイドベーンでは翼前縁
２ｂが翼そり線５上にあったが、本発明のガイドベーン
の翼前縁２ａは翼そり線５上にはない。翼そり線５より
ステーベーン側に存在する。このような構造にすること
で図２に示すように、ガイドベーン全閉止状態時のガイ
ドベーン同士の接点４と翼前縁２ａの僅かな領域で、ラ
ンナ側１ｉの翼先端部分の曲率半径Ｒａｉを従来に比べ
大きくすることができる。
２ｂが翼そり線５上にあったが、本発明のガイドベーン
の翼前縁２ａは翼そり線５上にはない。翼そり線５より
ステーベーン側に存在する。このような構造にすること
で図２に示すように、ガイドベーン全閉止状態時のガイ
ドベーン同士の接点４と翼前縁２ａの僅かな領域で、ラ
ンナ側１ｉの翼先端部分の曲率半径Ｒａｉを従来に比べ
大きくすることができる。
【００１９】本実施例は、上記のような構造にすること
により、以下のような機能と効果を泰することができ
る。
により、以下のような機能と効果を泰することができ
る。
【００２０】（１）部分負荷運転時のガイドベーン入射
角が大きくなっても、翼先端部分の局所流速の増加を抑
えることができるので、水力損失を低減できる。
角が大きくなっても、翼先端部分の局所流速の増加を抑
えることができるので、水力損失を低減できる。
【００２１】（２）シンプルな構造なので、製作コスト
は従来ガイドベーンと同等である。
は従来ガイドベーンと同等である。
【００２２】（３）従来ガイドベーンとの違いは、翼先
端部分のみなので、全閉止状態についても従来ガイドベ
ーンと同等である。
端部分のみなので、全閉止状態についても従来ガイドベ
ーンと同等である。
【００２３】本発明は、以上に図示した実施例に限定さ
れるものではなく、ステーベーンからの流れ角がガイド
ベーンのスパン方向に分布を持っているときは、例え
ば、上カバーと下カバーに近いところにだけ部分的に実
施しても良い。また、既設の発電所について、補修する
形式で実施することもできる。
れるものではなく、ステーベーンからの流れ角がガイド
ベーンのスパン方向に分布を持っているときは、例え
ば、上カバーと下カバーに近いところにだけ部分的に実
施しても良い。また、既設の発電所について、補修する
形式で実施することもできる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の水車のガイドベーンは、翼先端
部分の翼形状を、翼そり線について非対称に形成し、か
つ、翼先端部分において、翼前縁からランナ側の翼形の
曲率半径を、翼前縁からステーベーン側の翼形の曲率半
径より大きくしたものである。したがって、部分負荷運
転時の水力損失を低減できるので、発電効率が向上し資
源を有効活用できる。
部分の翼形状を、翼そり線について非対称に形成し、か
つ、翼先端部分において、翼前縁からランナ側の翼形の
曲率半径を、翼前縁からステーベーン側の翼形の曲率半
径より大きくしたものである。したがって、部分負荷運
転時の水力損失を低減できるので、発電効率が向上し資
源を有効活用できる。
【図１】本発明の水車のガイドベーンを示す断面図。
【図２】本発明のガイドベーンを取り付けたときの全閉
止状態を示す断面図。
止状態を示す断面図。
【図３】従来のガイドベーンの断面図。
【図４】本発明の作用を示す説明図。
１…ガイドベーン、１ｉ…ランナ側の翼面、１ｏ…ステ
ーベーン側の翼面、２ａ…ガイドベーンの翼前縁、２ｂ
…従来ガイドベーンの翼前縁、３…ガイドベーンの後
縁、５…ガイドベーンの翼そり線。
ーベーン側の翼面、２ａ…ガイドベーンの翼前縁、２ｂ
…従来ガイドベーンの翼前縁、３…ガイドベーンの後
縁、５…ガイドベーンの翼そり線。
フロントページの続き (72)発明者 谷 清人 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (2)
- 【請求項１】ステーベーンとランナの間に複数枚配置さ
れる水車のガイドベーンにおいて、水流に対し翼先端部
分の翼形状を、翼そり線について非対称に形成したこと
を特徴とする水車のガイドベーン。 - 【請求項２】請求項１において、翼前縁よりランナ側の
翼形の曲率半径が、翼前縁よりステーベーン側の翼形の
曲率半径より大きく構成されたガイドベーン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343047A JPH10184523A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 水車のガイドベーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343047A JPH10184523A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 水車のガイドベーン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10184523A true JPH10184523A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18358536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8343047A Pending JPH10184523A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 水車のガイドベーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10184523A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010135988A1 (zh) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | 南京星飞冷却设备有限公司 | 应用于水动节能冷却塔的直联低速小型混流式水轮机座环 |
| WO2015075828A1 (ja) * | 2013-11-25 | 2015-05-28 | 株式会社日立製作所 | 水車 |
| JP2016061151A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 水力機械のガイドベーン及びその改修方法 |
-
1996
- 1996-12-24 JP JP8343047A patent/JPH10184523A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010135988A1 (zh) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | 南京星飞冷却设备有限公司 | 应用于水动节能冷却塔的直联低速小型混流式水轮机座环 |
| WO2015075828A1 (ja) * | 2013-11-25 | 2015-05-28 | 株式会社日立製作所 | 水車 |
| JP2016061151A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 水力機械のガイドベーン及びその改修方法 |
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