JPH1030544A - 流体機械 - Google Patents
流体機械Info
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- JPH1030544A JPH1030544A JP8189745A JP18974596A JPH1030544A JP H1030544 A JPH1030544 A JP H1030544A JP 8189745 A JP8189745 A JP 8189745A JP 18974596 A JP18974596 A JP 18974596A JP H1030544 A JPH1030544 A JP H1030544A
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- Japan
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- angle
- turbine
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- runner
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-
- 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
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポンプの設計限界付近の流れを安定させ、ポ
ンプの運転可能領域を拡大することができるようにす
る。 【解決手段】 ポンプ水車におけるランナベーン２のポ
ンプ側入口部前縁のバンド３側の付け根部およびクラウ
ン１側の付け根部に、ストレーキ１３，１４をそれぞれ
設ける。両ストレーキ１３，１４を、鋭い後退角θ1 ，
θ2 を有する三角形状にする。また、両ストレーキ１
３，１４の向きを、設計時に想定した運転状態における
流体の入射角にほぼ一致させる。ポンプ運転の設計限界
付近の流れに対し、前記両ストレーキ１３，１４がボル
テックスジェネレータとして作用する。このため、渦管
状の前縁剥離渦が発生する。この渦管は、物体表面に付
着して離れない性質を有しているので、流れを安定させ
ることができる。
ンプの運転可能領域を拡大することができるようにす
る。 【解決手段】 ポンプ水車におけるランナベーン２のポ
ンプ側入口部前縁のバンド３側の付け根部およびクラウ
ン１側の付け根部に、ストレーキ１３，１４をそれぞれ
設ける。両ストレーキ１３，１４を、鋭い後退角θ1 ，
θ2 を有する三角形状にする。また、両ストレーキ１
３，１４の向きを、設計時に想定した運転状態における
流体の入射角にほぼ一致させる。ポンプ運転の設計限界
付近の流れに対し、前記両ストレーキ１３，１４がボル
テックスジェネレータとして作用する。このため、渦管
状の前縁剥離渦が発生する。この渦管は、物体表面に付
着して離れない性質を有しているので、流れを安定させ
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ水車を含む
すべてのポンプあるいはコンプレッサ等の流体機械に係
り、特にその羽根の構造の改良に関する。
すべてのポンプあるいはコンプレッサ等の流体機械に係
り、特にその羽根の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１５は、従来の一般的なフランシス形
ポンプ水車を示すもので、図中、符号１はランナの主板
をなすクラウンであり、このクラウン１は、インペラで
あるランナベーン２、ランナの側板であるバンド３、お
よび整流用のランナコーン４とともにランナを構成して
いる。そしてこのランナには、主軸５が連続されてい
る。
ポンプ水車を示すもので、図中、符号１はランナの主板
をなすクラウンであり、このクラウン１は、インペラで
あるランナベーン２、ランナの側板であるバンド３、お
よび整流用のランナコーン４とともにランナを構成して
いる。そしてこのランナには、主軸５が連続されてい
る。
【０００３】一方、ケーシング６に接続されたステーリ
ング７には、ステーベーン８が設けられているととも
に、このステーベーン８と前記ランナベーン２との間に
は、上カバー９と下カバー１０との間で支持されるガイ
ドベーン１１が配設されており、下カバー１０には、吸
出し管１２が連設されている。
ング７には、ステーベーン８が設けられているととも
に、このステーベーン８と前記ランナベーン２との間に
は、上カバー９と下カバー１０との間で支持されるガイ
ドベーン１１が配設されており、下カバー１０には、吸
出し管１２が連設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のフランシス
形ポンプ水車において、ランナがポンプとして働く揚水
運転時には、作動流体である水は、図１６に矢印で示す
ように、ランナを通して加圧、加速されて吐出口まで押
上げられることになる。ところで、運転状態が設計点付
近である定常運転においては、水の流量、流速およびラ
ンナの回転速度は、設計で意図した状態で調和し、水は
流水面に付着しながら図中矢印のような流線を描いて円
滑に押出され、ポンプは最高の効率を発揮する。
形ポンプ水車において、ランナがポンプとして働く揚水
運転時には、作動流体である水は、図１６に矢印で示す
ように、ランナを通して加圧、加速されて吐出口まで押
上げられることになる。ところで、運転状態が設計点付
近である定常運転においては、水の流量、流速およびラ
ンナの回転速度は、設計で意図した状態で調和し、水は
流水面に付着しながら図中矢印のような流線を描いて円
滑に押出され、ポンプは最高の効率を発揮する。
【０００５】これは、水力機械に限らずポンプ一般は、
その所望する流量、揚程をその設計点として最も効率よ
く作動流体を送り出すことができるように作られている
からである。したがって、その設計点を外れた流量、揚
程においては、効率は次第に低下していくことになる。
その所望する流量、揚程をその設計点として最も効率よ
く作動流体を送り出すことができるように作られている
からである。したがって、その設計点を外れた流量、揚
程においては、効率は次第に低下していくことになる。
【０００６】特に、設計点より低流量、高揚程の運転領
域では、効率が急激に低下することが知られている。こ
れは、ある一定以上の低流量、高揚程の運転領域では、
ポンプランナのインペラ入口部付近で、流れが逆流する
等して急激に変化するためである。
域では、効率が急激に低下することが知られている。こ
れは、ある一定以上の低流量、高揚程の運転領域では、
ポンプランナのインペラ入口部付近で、流れが逆流する
等して急激に変化するためである。
【０００７】すなわち、設計点付近の運転領域から低流
量、高揚程の方向に外れていくと、ランナ内に流入する
作動流体の流量が、羽根間固有の流路面積に対して相対
的に減少するため、流れが失速気味になる等して勢いを
失い不安定になる。一方、ランナ内の作動流体に作用す
るランナの回転に伴なう遠心力は一定であるので、流れ
や圧力に偏りが生じ、図１７に矢印で示すように、ラン
ナの周速や損失の大きいバンド３側に、渦巻くような逆
流が生じる現象が発生し、これが効率を急激に低下させ
る要因となっている。そして、これが、ポンプ一般の運
転可能領域の限界とされる。なお、前述の渦巻くような
逆流が生じる現象は、バンド３側のみならず、程度の差
こそあれ、クラウン１側にも発生する。
量、高揚程の方向に外れていくと、ランナ内に流入する
作動流体の流量が、羽根間固有の流路面積に対して相対
的に減少するため、流れが失速気味になる等して勢いを
失い不安定になる。一方、ランナ内の作動流体に作用す
るランナの回転に伴なう遠心力は一定であるので、流れ
や圧力に偏りが生じ、図１７に矢印で示すように、ラン
ナの周速や損失の大きいバンド３側に、渦巻くような逆
流が生じる現象が発生し、これが効率を急激に低下させ
る要因となっている。そして、これが、ポンプ一般の運
転可能領域の限界とされる。なお、前述の渦巻くような
逆流が生じる現象は、バンド３側のみならず、程度の差
こそあれ、クラウン１側にも発生する。
【０００８】本発明は、ポンプの設計限界付近の流れを
安定させ、他の運転領域での効率を悪化させることなく
ポンプの運転可能領域を拡大することができる流体機械
を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、ポ
ンプの設計限界付近の流れをより安定させることができ
る流体機械を提供するにある。本発明のさらに他の目的
は、水車運転時における水の流れの圧力変化を抑制し、
キャビテーションの発生を防止することができる流体機
械を提供するにある。
安定させ、他の運転領域での効率を悪化させることなく
ポンプの運転可能領域を拡大することができる流体機械
を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、ポ
ンプの設計限界付近の流れをより安定させることができ
る流体機械を提供するにある。本発明のさらに他の目的
は、水車運転時における水の流れの圧力変化を抑制し、
キャビテーションの発生を防止することができる流体機
械を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、可逆回転式ポンプ水車ランナのランナ羽根に
おけるポンプ側入口部前縁の少なくともバンド側付け根
部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を設け、こ
の張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時に想定し
た運転状態における流体の入射角にほぼ一致させるよう
にしたことを特徴とする。そしてこれにより、張出し部
が、設計限界点付近の運転での水の入射角に対しボルテ
ックスジェネレータとして作用して渦管状の前縁剥離渦
を発生させる。そして、このような渦管は物体表面に付
着して剥離せず、安定して流下するので、逆流のような
二次流れを引起こす要因に対する抵抗として作用し、周
囲の流れを安定させることが可能となる。
本発明は、可逆回転式ポンプ水車ランナのランナ羽根に
おけるポンプ側入口部前縁の少なくともバンド側付け根
部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を設け、こ
の張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時に想定し
た運転状態における流体の入射角にほぼ一致させるよう
にしたことを特徴とする。そしてこれにより、張出し部
が、設計限界点付近の運転での水の入射角に対しボルテ
ックスジェネレータとして作用して渦管状の前縁剥離渦
を発生させる。そして、このような渦管は物体表面に付
着して剥離せず、安定して流下するので、逆流のような
二次流れを引起こす要因に対する抵抗として作用し、周
囲の流れを安定させることが可能となる。
【００１０】一方、水車運転時に前記張出し部は、その
近傍の水車方向の流れの圧力の局部的な急変を緩和する
とともに、圧力損失を低減する。このため、キャビテー
ションの発生を防止することが可能となる。
近傍の水車方向の流れの圧力の局部的な急変を緩和する
とともに、圧力損失を低減する。このため、キャビテー
ションの発生を防止することが可能となる。
【００１１】本発明はまた、張出し部を、クラウン側付
け根部にも設けるようにしたことを特徴とする、前述の
ように、設計点付近の運転領域から低流量、高揚程の方
向に外れた際に生じる逆流現象は、バンド側のみならず
クラウン側にも生じるので、このクラウン側の張出し部
により、ポンプの設計限界付近の流れをより安定させる
ことが可能となる。
け根部にも設けるようにしたことを特徴とする、前述の
ように、設計点付近の運転領域から低流量、高揚程の方
向に外れた際に生じる逆流現象は、バンド側のみならず
クラウン側にも生じるので、このクラウン側の張出し部
により、ポンプの設計限界付近の流れをより安定させる
ことが可能となる。
【００１２】本発明はまた、両張出し部を、ポンプ側入
口部前縁に連続して設け、かつ両張出し部の連結部を曲
面とするようにしたことを特徴とする。そしてこれによ
り、ボルテックスジェネレータとしての作用を、より緩
やかにかつ連続的に発揮させることが可能となる。
口部前縁に連続して設け、かつ両張出し部の連結部を曲
面とするようにしたことを特徴とする。そしてこれによ
り、ボルテックスジェネレータとしての作用を、より緩
やかにかつ連続的に発揮させることが可能となる。
【００１３】本発明はまた、遠心ポンプの羽根における
入口部前縁の少なくとも側板側の端部に、鋭い後退角を
有する先細状の張出し部を設け、この張出し部に所定の
迎え角を持たせて、設計時に想定した運転状態における
流体の入射角にほぼ一致させるようにしたことを特徴と
する。そしてこれにより、遠心ポンブにおいても、前記
同様の効果を得ることが可能になる。
入口部前縁の少なくとも側板側の端部に、鋭い後退角を
有する先細状の張出し部を設け、この張出し部に所定の
迎え角を持たせて、設計時に想定した運転状態における
流体の入射角にほぼ一致させるようにしたことを特徴と
する。そしてこれにより、遠心ポンブにおいても、前記
同様の効果を得ることが可能になる。
【００１４】本発明はまた、斜流ポンプまたはデリア型
ポンプ水車の羽根における入口部前縁の少なくとも側板
側の端部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を設
け、この張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時に
想定した運転状態における流体の入射角にほぼ一致させ
るようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、斜
流ポンプあるいはデリア型ポンプ水車においても、前記
同様の効果を得ることが可能となる。
ポンプ水車の羽根における入口部前縁の少なくとも側板
側の端部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を設
け、この張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時に
想定した運転状態における流体の入射角にほぼ一致させ
るようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、斜
流ポンプあるいはデリア型ポンプ水車においても、前記
同様の効果を得ることが可能となる。
【００１５】本発明はさらに、軸流ポンプ・コンプレッ
サまたはカプラン型水車の羽根における入口部前縁の少
なくともシュラウド側の端部に、鋭い後退角を有する先
細状の張出し部を設け、この張出し部に所定の迎え角を
持たせて、設計時に想定した運転状態における流体の入
射角にほぼ一致させるようにしたことを特徴とする。そ
してこれにより、軸流ポンプ・コンプレッサまたはカプ
ラン型水車においても、前記同様の効果を得ることが可
能となる。
サまたはカプラン型水車の羽根における入口部前縁の少
なくともシュラウド側の端部に、鋭い後退角を有する先
細状の張出し部を設け、この張出し部に所定の迎え角を
持たせて、設計時に想定した運転状態における流体の入
射角にほぼ一致させるようにしたことを特徴とする。そ
してこれにより、軸流ポンプ・コンプレッサまたはカプ
ラン型水車においても、前記同様の効果を得ることが可
能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る流体
機械としてのフランシス形ポンプ水車を示すもので、図
中、符号１はランナの主板をなすクラウンであり、この
クラウン１は、インペラであるランナベーン２、ランナ
の側板であるバンド３、および整流用のランナコーン４
とともにランナを構成している。そしてこのランナは、
主軸５の下端部に連結されて主軸５と一体で回転するよ
うになっている。
明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る流体
機械としてのフランシス形ポンプ水車を示すもので、図
中、符号１はランナの主板をなすクラウンであり、この
クラウン１は、インペラであるランナベーン２、ランナ
の側板であるバンド３、および整流用のランナコーン４
とともにランナを構成している。そしてこのランナは、
主軸５の下端部に連結されて主軸５と一体で回転するよ
うになっている。
【００１７】一方、ケーシング６に接続されたステーリ
ング７には、ステーベーン８が設けられているととも
に、このステーベーン８と前記ランナベーン２との間に
は、上カバー９と下カバー１０との間で支持されるガイ
ドベーン１１が配設されており、下カバー１０には、吸
出し管１２が連設されている。前記ランナベーン２にお
けるポンプ側入口部前縁のバンド３側の付け根部および
クラウン１側の付け根部には、図１ないし図３に示すよ
うに、バンド側のストレーキ１３およびクラウン側のス
トレーキ１４がそれぞれ設けられている。
ング７には、ステーベーン８が設けられているととも
に、このステーベーン８と前記ランナベーン２との間に
は、上カバー９と下カバー１０との間で支持されるガイ
ドベーン１１が配設されており、下カバー１０には、吸
出し管１２が連設されている。前記ランナベーン２にお
けるポンプ側入口部前縁のバンド３側の付け根部および
クラウン１側の付け根部には、図１ないし図３に示すよ
うに、バンド側のストレーキ１３およびクラウン側のス
トレーキ１４がそれぞれ設けられている。
【００１８】これら各ストレーキ１３，１４は、図１お
よび図２に示すように、三角形あるいは三角形に準じた
形状で、鋭い後退角θ1 ，θ2 を有する先細状に形成さ
れており、かつこれら各ストレーキ１３，１４は、ラン
ナベーン２の方向に対し所定の迎え角θ3 を有してい
る。そしてこれにより、各ストレーキ１３，１４が、図
４に示すように、設計時に想定した運転状態における流
体の入射角とほぼ一致するようになっている。
よび図２に示すように、三角形あるいは三角形に準じた
形状で、鋭い後退角θ1 ，θ2 を有する先細状に形成さ
れており、かつこれら各ストレーキ１３，１４は、ラン
ナベーン２の方向に対し所定の迎え角θ3 を有してい
る。そしてこれにより、各ストレーキ１３，１４が、図
４に示すように、設計時に想定した運転状態における流
体の入射角とほぼ一致するようになっている。
【００１９】なお、図３において、符号１５は前縁曲率
円、符号１６は負圧面、符号１７はキャンバーライン、
符号１８は圧力面である。
円、符号１６は負圧面、符号１７はキャンバーライン、
符号１８は圧力面である。
【００２０】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。フランシス形ポンプ水車の揚水運転においては、水
は吸出し管１２からポンプ羽車であるランナに流入し、
その回転によって加圧、加速されガイドベーン１１およ
びステーベーン８の間を通過してケーシング内を経て吐
出口まで押出されていく。
る。フランシス形ポンプ水車の揚水運転においては、水
は吸出し管１２からポンプ羽車であるランナに流入し、
その回転によって加圧、加速されガイドベーン１１およ
びステーベーン８の間を通過してケーシング内を経て吐
出口まで押出されていく。
【００２１】通常、設計点付近の運転状態では、作動流
体である水は、各部の物体表面にそって円滑に流れ、剥
離や逆流を起こさないように設計されている。
体である水は、各部の物体表面にそって円滑に流れ、剥
離や逆流を起こさないように設計されている。
【００２２】ところが、運転状態がその設計点よりも低
流量、高落差側になると、ランナ内のバンド３側の端部
およびクラウン１側の端部で逆流を引起こし、急激に効
率が低下してしまう。また、この近傍は、ポンプ水車の
水車運転時には、逆に出口側になるため、水の流れの圧
力変化が大きく、圧力損失、キャビテーションあるいは
カルマン渦が発生することになるが、バンド側ストレー
キ１３およびクラウン側ストレーキ１４を設けることに
より、これらを防止することが可能となる。
流量、高落差側になると、ランナ内のバンド３側の端部
およびクラウン１側の端部で逆流を引起こし、急激に効
率が低下してしまう。また、この近傍は、ポンプ水車の
水車運転時には、逆に出口側になるため、水の流れの圧
力変化が大きく、圧力損失、キャビテーションあるいは
カルマン渦が発生することになるが、バンド側ストレー
キ１３およびクラウン側ストレーキ１４を設けることに
より、これらを防止することが可能となる。
【００２３】まず、ポンプ運転時のストレーキ１３，１
４の効果について説明する。図４は、フランシス形ポン
プ水車のポンプ運転の際の設計点付近の流れ状態におけ
るストレーキ１３，１４近傍の模式図を示し、また図５
は、図４と同様の設計限界付近の流れ状態におけるスト
レーキ１３，１４近傍の模式図を示す。
４の効果について説明する。図４は、フランシス形ポン
プ水車のポンプ運転の際の設計点付近の流れ状態におけ
るストレーキ１３，１４近傍の模式図を示し、また図５
は、図４と同様の設計限界付近の流れ状態におけるスト
レーキ１３，１４近傍の模式図を示す。
【００２４】設計点付近の流れでは、図４に示すよう
に、ストレーキ１３，１４はランナベーン翼列に流入す
る作動流体である水の流れに何等影響を及ぼさないが、
設計点よりも低流量、高落差側の運転状態においては、
図５に示すように、ストレーキ１３，１４の向きが作動
流体の入射角と一致せず、またストレーキ１３，１４は
鋭い後退角θ1 ，θ2 を有しているため、ストレーキ１
３，１４は、渦管状の前縁剥離渦を巻き上げることにな
る。
に、ストレーキ１３，１４はランナベーン翼列に流入す
る作動流体である水の流れに何等影響を及ぼさないが、
設計点よりも低流量、高落差側の運転状態においては、
図５に示すように、ストレーキ１３，１４の向きが作動
流体の入射角と一致せず、またストレーキ１３，１４は
鋭い後退角θ1 ，θ2 を有しているため、ストレーキ１
３，１４は、渦管状の前縁剥離渦を巻き上げることにな
る。
【００２５】ところで、この種の渦管は、物体表面に付
着したまま安定して流下し、周囲の流れも安定させる特
性を有しており、ボルテックスジェネレータや航空機の
ストレーキ（あるいは、Leading Edge Expansion）によ
って発生させられ航空機等で多用されている。
着したまま安定して流下し、周囲の流れも安定させる特
性を有しており、ボルテックスジェネレータや航空機の
ストレーキ（あるいは、Leading Edge Expansion）によ
って発生させられ航空機等で多用されている。
【００２６】本実施の形態においては、渦管が設計点よ
りも低流量、高落差側のポンプの部分負荷運転時に翼列
間のバンド３側およびクラウン１側に流入するので、そ
の渦管状の流れは、従来のランナでは剥離してしまうよ
うな運転領域でも、ランナベーン２とバンド３との結合
部およびランナベーン２とクラウン１との結合部に付着
したまま、剥離も逆流もしないで安定してランナから吐
出される。それと同時に、周囲の流れも影響され安定し
た状態で翼列間を通過する。
りも低流量、高落差側のポンプの部分負荷運転時に翼列
間のバンド３側およびクラウン１側に流入するので、そ
の渦管状の流れは、従来のランナでは剥離してしまうよ
うな運転領域でも、ランナベーン２とバンド３との結合
部およびランナベーン２とクラウン１との結合部に付着
したまま、剥離も逆流もしないで安定してランナから吐
出される。それと同時に、周囲の流れも影響され安定し
た状態で翼列間を通過する。
【００２７】しかして、ポンプ、ポンプ水車のポンプ運
転時の運転可能領域を安定した状態で大幅に拡大するこ
とができる。次に、水車運転時のストレーキ１３，１４
の効果について説明する。図６は、従来のポンプ水車の
水車運転時におけるバンド側出口近傍の流れの模式図を
示し、また図７は、本実施の形態のポンプ水車の水車運
転時におけるバンド側出口近傍の流れの模式図を示し、
両図において、符号１９はバンドの曲面、符号２０は結
合部のライン、符号２１はベーンの断面、符号２２はベ
ーン前縁を示している。
転時の運転可能領域を安定した状態で大幅に拡大するこ
とができる。次に、水車運転時のストレーキ１３，１４
の効果について説明する。図６は、従来のポンプ水車の
水車運転時におけるバンド側出口近傍の流れの模式図を
示し、また図７は、本実施の形態のポンプ水車の水車運
転時におけるバンド側出口近傍の流れの模式図を示し、
両図において、符号１９はバンドの曲面、符号２０は結
合部のライン、符号２１はベーンの断面、符号２２はベ
ーン前縁を示している。
【００２８】ストレーキ１３，１４は、水車運転時には
出口側となるが、従来の水車においてランナベーン２の
バンド３側の端部では、流れが羽根の間から出る際に圧
力が大きく変化するので、図６に矢印で示すような流れ
となり、圧力損失が大きいとともに、キャビテーション
が発生し、それによってバンド３側に壊食が発生するお
それがある。特に、ポンプ側入口の羽根前縁の曲率半径
が大きいポンプ水車では、その傾向が著しい。これは、
クラウン１側の端部についても同様である。
出口側となるが、従来の水車においてランナベーン２の
バンド３側の端部では、流れが羽根の間から出る際に圧
力が大きく変化するので、図６に矢印で示すような流れ
となり、圧力損失が大きいとともに、キャビテーション
が発生し、それによってバンド３側に壊食が発生するお
それがある。特に、ポンプ側入口の羽根前縁の曲率半径
が大きいポンプ水車では、その傾向が著しい。これは、
クラウン１側の端部についても同様である。
【００２９】一方、ストレーキ１３，１４がある場合に
は、その近傍の局部的な圧力の変化が緩和され、圧力損
失やキャビテーションや振動の要因となるカルマン渦を
抑制することができる。これは、図７に示すように、鋭
い後退角θ1 を有するストレーキ１３の形状が、航空機
の胴体と翼の付け根のフィレットと同様の効果を発揮す
る、すなわちランナベーン２とバンド３との結合部でそ
れぞれの曲率の幾何学的な干渉によって、その結合部の
流水面が大きな曲率をとるために生じる急激で局部的な
圧力変化を軽減できるためであり、このことは、ストレ
ーキ１４についても同様である。
は、その近傍の局部的な圧力の変化が緩和され、圧力損
失やキャビテーションや振動の要因となるカルマン渦を
抑制することができる。これは、図７に示すように、鋭
い後退角θ1 を有するストレーキ１３の形状が、航空機
の胴体と翼の付け根のフィレットと同様の効果を発揮す
る、すなわちランナベーン２とバンド３との結合部でそ
れぞれの曲率の幾何学的な干渉によって、その結合部の
流水面が大きな曲率をとるために生じる急激で局部的な
圧力変化を軽減できるためであり、このことは、ストレ
ーキ１４についても同様である。
【００３０】しかして、水車運転時におけるキャビテー
ションの発生を有効に防止することができる。
ションの発生を有効に防止することができる。
【００３１】図８および図９は、ポンプ水車の模型完全
特性試験による検証結果を示し、図８は、従来型の模型
水車の水車方向およびポンプ方向の運転可能範囲を示
し、また図９は、本実施の形態における模型水車の水車
方向およびポンプ方向の運転可能範囲を示す。また、両
図において、横軸は、実物水車運転落差に対する模型水
車の運転状態の単位落差当りの回転速度ｎ’ｌ（rmp ）
であり、また縦軸は、単位落差当りの流量θ’（lit/
ｓ）である。
特性試験による検証結果を示し、図８は、従来型の模型
水車の水車方向およびポンプ方向の運転可能範囲を示
し、また図９は、本実施の形態における模型水車の水車
方向およびポンプ方向の運転可能範囲を示す。また、両
図において、横軸は、実物水車運転落差に対する模型水
車の運転状態の単位落差当りの回転速度ｎ’ｌ（rmp ）
であり、また縦軸は、単位落差当りの流量θ’（lit/
ｓ）である。
【００３２】両図からも明らかなように、ストレーキ１
３，１４によってポンプ運転時の運転可能領域を大幅に
拡大できることが判り、しかもこの際、ポンプ方向、水
車方向の効率は全く低下しないことも判る。
３，１４によってポンプ運転時の運転可能領域を大幅に
拡大できることが判り、しかもこの際、ポンプ方向、水
車方向の効率は全く低下しないことも判る。
【００３３】図１０は、本発明の第２の実施の形態を示
すもので、前記第１の実施の形態における両ストレーキ
１３，１４を、ランナベーン２のポンプ側入口部前縁の
すべてに亘って設けるとともに、両ストレーキ１３，１
４の連結部を曲面とし、ランナベーン２の前縁が、バン
ド３の付け根から緩やかな逆Ｓ字状のカーブとなるよう
にしたものである。
すもので、前記第１の実施の形態における両ストレーキ
１３，１４を、ランナベーン２のポンプ側入口部前縁の
すべてに亘って設けるとともに、両ストレーキ１３，１
４の連結部を曲面とし、ランナベーン２の前縁が、バン
ド３の付け根から緩やかな逆Ｓ字状のカーブとなるよう
にしたものである。
【００３４】なお、その他の点については、前記第１の
実施の形態と同一構成となっており、作用も同一であ
る。しかして、ストレーキ１３，１４の形状をこのよう
にすることにより、前記第１の実施の形態と同様の効果
をより緩やかにかつ連続的に発揮させることができ、ま
たポンプ運転時の流入時および水車運転時の流出時にお
いて、それぞれの水の圧力変化をより緩和し、キャビテ
ーションを遅らせることができる。
実施の形態と同一構成となっており、作用も同一であ
る。しかして、ストレーキ１３，１４の形状をこのよう
にすることにより、前記第１の実施の形態と同様の効果
をより緩やかにかつ連続的に発揮させることができ、ま
たポンプ運転時の流入時および水車運転時の流出時にお
いて、それぞれの水の圧力変化をより緩和し、キャビテ
ーションを遅らせることができる。
【００３５】図１１は、本発明の第３の実施の形態を示
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、クラウン３１および側板３３とともにラン
ナを構成する遠心ポンプ（渦巻ポンプ）のランナベーン
３２に設けるようにしたものである。
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、クラウン３１および側板３３とともにラン
ナを構成する遠心ポンプ（渦巻ポンプ）のランナベーン
３２に設けるようにしたものである。
【００３６】しかして、ストレーキ１３，１４の設置に
より、遠心ポンプにおいてもフランシス形ポンプ水車と
同様の効果が得られる。図１２は、本発明の第４の実施
の形態を示すもので、遠心ポンプのランナベーン３２に
設けられるストレーキ１３，１４を、前記第２の実施の
形態におけるストレーキ１３，１４と同様の形状になる
ようにしたものである。しかして、ランナベーン３２の
ストレーキ１３，１４の形状をこのようにすることによ
り、遠心ポンプにおいても前記第２の実施の形態と同様
の効果が得られる。
より、遠心ポンプにおいてもフランシス形ポンプ水車と
同様の効果が得られる。図１２は、本発明の第４の実施
の形態を示すもので、遠心ポンプのランナベーン３２に
設けられるストレーキ１３，１４を、前記第２の実施の
形態におけるストレーキ１３，１４と同様の形状になる
ようにしたものである。しかして、ランナベーン３２の
ストレーキ１３，１４の形状をこのようにすることによ
り、遠心ポンプにおいても前記第２の実施の形態と同様
の効果が得られる。
【００３７】図１３は、本発明の第５の実施の形態を示
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、斜流ポンプあるいはデリア型ポンプ水車の
ランナベーン４２前縁のシュラウド４３側の端部および
ボス４１側の端部にそれぞれ設けるようにしたものであ
る。しかして、ストレーキ１３，１４を設けることによ
り、ポンプ運転時の運転可能領域を拡大することができ
るとともに、デリア型ポンプ水車の場合には、ランナベ
ーン４２の各開度における運転範囲を拡大することがで
きる。
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、斜流ポンプあるいはデリア型ポンプ水車の
ランナベーン４２前縁のシュラウド４３側の端部および
ボス４１側の端部にそれぞれ設けるようにしたものであ
る。しかして、ストレーキ１３，１４を設けることによ
り、ポンプ運転時の運転可能領域を拡大することができ
るとともに、デリア型ポンプ水車の場合には、ランナベ
ーン４２の各開度における運転範囲を拡大することがで
きる。
【００３８】図１４は、本発明の第６の実施の形態を示
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、軸流ポンプを含むコンプレッサあるいはカ
プラ型ポンプ水車のブレードあるいはランナベーン５２
前縁のシュラウド５３側の端部およびボス５１側の端部
にそれぞれ設けるようにしたものである。
すもので、前記第１の実施の形態におけるストレーキ１
３，１４を、軸流ポンプを含むコンプレッサあるいはカ
プラ型ポンプ水車のブレードあるいはランナベーン５２
前縁のシュラウド５３側の端部およびボス５１側の端部
にそれぞれ設けるようにしたものである。
【００３９】しかして、ストレーキ１３，１４を設ける
ことにより、コンプレッサやポンプの運転範囲を拡大す
ることができ、特にコンプレッサについては、低流領域
の流れや圧力変動を安定させてサージング対策の効果が
得られる。また、カプラ型ポンプ水車の場合には、ポン
プ運転時におけるランナベーン５２の各開度の運転範囲
を拡大することができる。
ことにより、コンプレッサやポンプの運転範囲を拡大す
ることができ、特にコンプレッサについては、低流領域
の流れや圧力変動を安定させてサージング対策の効果が
得られる。また、カプラ型ポンプ水車の場合には、ポン
プ運転時におけるランナベーン５２の各開度の運転範囲
を拡大することができる。
【００４０】なお、前記各実施の形態においては、いず
れも両方のストレーキ１３，１４を設ける場合について
説明したが、少なくともストレーキ１３が設けられてい
れば所期の効果は期待できる。
れも両方のストレーキ１３，１４を設ける場合について
説明したが、少なくともストレーキ１３が設けられてい
れば所期の効果は期待できる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、可逆回転
式ポンプ水車ランナのランナ羽根におけるポンプ側入口
部前縁の少なくともバンド側付け根部に、所定の張出し
部を設けるようにしているので、ポンプの設計限界付近
の流れを安定させ、ポンプや水車の効率を悪化させるこ
となく、ポンプの運転可能領域を大幅に拡大することが
できるとともに、水車運転時のキャビテーションの発生
を防止することができる。
式ポンプ水車ランナのランナ羽根におけるポンプ側入口
部前縁の少なくともバンド側付け根部に、所定の張出し
部を設けるようにしているので、ポンプの設計限界付近
の流れを安定させ、ポンプや水車の効率を悪化させるこ
となく、ポンプの運転可能領域を大幅に拡大することが
できるとともに、水車運転時のキャビテーションの発生
を防止することができる。
【００４２】本発明はまた、張出し部を、クラウン側付
け根部にも設けるようにしているので、ポンプの設計限
界付近の流れをより安定させることができる。本発明は
また、両張出し部を、ポンプ側入口部前縁に連続して設
け、この両張出し部の連結部を曲面とするようにしてい
るので、ボルテックスジェネレータとしての作用を、よ
り緩やかにかつ連続的に発揮させることができる。
け根部にも設けるようにしているので、ポンプの設計限
界付近の流れをより安定させることができる。本発明は
また、両張出し部を、ポンプ側入口部前縁に連続して設
け、この両張出し部の連結部を曲面とするようにしてい
るので、ボルテックスジェネレータとしての作用を、よ
り緩やかにかつ連続的に発揮させることができる。
【００４３】本発明はまた、前記同様の張出し部を、遠
心ポンプの羽根における入口部前縁の少なくとも側板側
の端部に設けるようにしているので、遠心ポンプにおい
ても前記同様の効果を得ることができる。本発明はま
た、前記同様の張出し部を、斜流ポンプまたはデリア型
ポンプ水車の羽根における入口部前縁の少なくとも側板
側の端部に設けるようにしているので、ポンプ運転時の
運転可能範囲を拡大することができ、またデリア型ポン
プ水車のランナベーンの各開度における運転範囲を拡大
することができる。
心ポンプの羽根における入口部前縁の少なくとも側板側
の端部に設けるようにしているので、遠心ポンプにおい
ても前記同様の効果を得ることができる。本発明はま
た、前記同様の張出し部を、斜流ポンプまたはデリア型
ポンプ水車の羽根における入口部前縁の少なくとも側板
側の端部に設けるようにしているので、ポンプ運転時の
運転可能範囲を拡大することができ、またデリア型ポン
プ水車のランナベーンの各開度における運転範囲を拡大
することができる。
【００４４】本発明はさらに、前記同様の張出し部を、
軸流ポンプ・コンプレッサまたはカプラン型水車の羽根
における入口部前縁の少なくともシュラウド側の端部に
設けるようにしているので、コンプレッサやポンプの運
転範囲を拡大することができ、特にコンプレッサについ
ては、低流領域の流れや圧力変動を安定させてサージン
グ対策の効果が得られる。また、カプラン型水車の場合
には、ポンプ運転時におけるランナベーンの各開度の運
転範囲を拡大することができる。
軸流ポンプ・コンプレッサまたはカプラン型水車の羽根
における入口部前縁の少なくともシュラウド側の端部に
設けるようにしているので、コンプレッサやポンプの運
転範囲を拡大することができ、特にコンプレッサについ
ては、低流領域の流れや圧力変動を安定させてサージン
グ対策の効果が得られる。また、カプラン型水車の場合
には、ポンプ運転時におけるランナベーンの各開度の運
転範囲を拡大することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体機械とし
てのフランシス形ポンプ水車を示す要部構成図である。
てのフランシス形ポンプ水車を示す要部構成図である。
【図２】図１と同様の全体構成図である。
【図３】ランナベーンとストレーキとの関係を示す説明
図である。
図である。
【図４】設計点付近の流れ状態におけるストレーキ近傍
の模式図である。
の模式図である。
【図５】設計限界付近の流れ状態におけるストレーキ近
傍の模式図である。
傍の模式図である。
【図６】従来のポンプ水車における水車運転時のバンド
側出口近傍の流れの模式図である。
側出口近傍の流れの模式図である。
【図７】本発明に係るポンプ水車における水車運転時の
バンド側出口近傍の流れの模式図である。
バンド側出口近傍の流れの模式図である。
【図８】従来のポンプ水車の完全特性グラフである。
【図９】本発明に係るポンプ水車の完全特性グラフであ
る。
る。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す要部構成図
である。
である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態を示す要部構成図
である。
である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態を示す要部構成図
である。
である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態を示す要部構成図
である。
である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態を示す要部構成図
である。
である。
【図１５】従来のフランシス形ポンプ水車を示す全体構
成図である。
成図である。
【図１６】従来のポンプ水車におけるポンプ運転時設計
点付近のランナ内の流れを示す模式図である。
点付近のランナ内の流れを示す模式図である。
【図１７】従来のポンプ水車の設計限界付近の逆流現象
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１，３１ クラウン ２，３２，４２，５２ ランナベーン ３ バンド ５ 主軸 １３，１４ ストレーキ ３３ 側板 ４１，５１ ボス ４３，５３ シュラウド θ1 ，θ2 後退角 θ3 迎え角
Claims (6)
- 【請求項１】可逆回転式ポンプ水車ランナのランナ羽根
におけるポンプ側入口部前縁の少なくともバンド側付け
根部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を設け、
この張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時に想定
した運転状態における流体の入射角にほぼ一致させたこ
とを特徴とする流体機械。 - 【請求項２】張出し部は、クラウン側付け根部にも設け
られていることを特徴とする請求項１記載の流体機械。 - 【請求項３】両張出し部は、ポンプ側入口部前縁に連続
して設けられ、かつ両張出し部の連結部は曲面をなして
いることを特徴とする請求項２記載の流体機械。 - 【請求項４】遠心ポンプの羽根における入口部前縁の少
なくとも側板側の端部に、鋭い後退角を有する先細状の
張出し部を設け、この張出し部に所定の迎え角を持たせ
て、設計時に想定した運転状態における流体の入射角に
ほぼ一致させたことを特徴とする流体機械。 - 【請求項５】斜流ポンプまたはデリア型ポンプ水車の羽
根における入口部前縁の少なくとも側板側の端部に、鋭
い後退角を有する先細状の張出し部を設け、この張出し
部に所定の迎え角を持たせて、設計時に想定した運転状
態における流体の入射角にほぼ一致させたことを特徴と
する流体機械。 - 【請求項６】軸流ポンプ・コンプレッサまたはカプラン
型水車の羽根における入口部前縁の少なくともシュラウ
ド側の端部に、鋭い後退角を有する先細状の張出し部を
設け、この張出し部に所定の迎え角を持たせて、設計時
に想定した運転状態における流体の入射角にほぼ一致さ
せたことを特徴とする流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8189745A JPH1030544A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8189745A JPH1030544A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 流体機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1030544A true JPH1030544A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16246477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8189745A Pending JPH1030544A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1030544A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6334083B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-12-25 | Hitachi, Ltd. | Intake air flow rate measurement apparatus |
| JP2007064018A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | フランシス形ランナ及び水力機械 |
| CN107143455A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-08 | 中国水利水电科学研究院 | 一种减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动危害的方法 |
| EP3683437A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-22 | GE Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP8189745A patent/JPH1030544A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6334083B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-12-25 | Hitachi, Ltd. | Intake air flow rate measurement apparatus |
| JP2007064018A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | フランシス形ランナ及び水力機械 |
| CN107143455A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-08 | 中国水利水电科学研究院 | 一种减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动危害的方法 |
| CN107143455B (zh) * | 2017-05-15 | 2020-07-24 | 中国水利水电科学研究院 | 一种减轻混流式水泵水轮机无叶区压力脉动危害的方法 |
| EP3683437A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-22 | GE Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
| WO2020148415A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-23 | Ge Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
| CN113474549A (zh) * | 2019-01-18 | 2021-10-01 | 通用电气再生能源技术公司 | 用以避免气蚀侵蚀的水力涡轮转轮叶片局部延伸部 |
| CN113474549B (zh) * | 2019-01-18 | 2023-08-22 | 通用电气再生能源技术公司 | 水力涡轮以及提高其性能的方法 |
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