JPH11125168A - 補助羽根車付水車又はポンプ水車 - Google Patents

補助羽根車付水車又はポンプ水車

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JPH11125168A
JPH11125168A JP9289819A JP28981997A JPH11125168A JP H11125168 A JPH11125168 A JP H11125168A JP 9289819 A JP9289819 A JP 9289819A JP 28981997 A JP28981997 A JP 28981997A JP H11125168 A JPH11125168 A JP H11125168A
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JP
Japan
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impeller
auxiliary
main
auxiliary impeller
turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP9289819A
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English (en)
Inventor
Mikio Sahashi
幹雄 佐橋
Yasushi Asai
靖史 淺井
Teruaki Nanba
輝晃 難波
Kazuyoshi Miyagawa
和芳 宮川
Masatake Maekawa
真丈 前川
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.)
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • 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】 【課題】 回転数を制限したり水車設置高さを掘り下げ
ることなく、小型、高速化によるキャビテーション発生
に伴う不具合を防止可能な補助羽根車付水車又はポンプ
水車を提供する。 【解決手段】 水羽根車1の下流側に、主羽根車1と一
体に回転するように着脱可能な状態で補助羽根車4が取
付けられている。補助羽根車4の羽根枚数は2〜4枚と
してあり、主羽根車1の出口形状は、補助羽根車4の負
荷分担が全負荷の5〜15%となる旋回流出成分を残す
ようにされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水車又はポンプ水
車に関し、特にキャビテーションも弊害を防止した水車
又はポンプ水車に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の水車の一例を縦断面図で図5に示
してある。図5において、01は水車羽根車(ラン
ナ)、02は吸出し管、03は水車羽根車の回転軸を示
している。
【0003】水車の小型、高速化設計をすると、羽根車
01内の流速増加に伴う静圧の低下により、羽根車出口
側01bからキャビテーションが発生する。キャビテー
ションが発達すると水車性能が低下し、また、キャビテ
ーションエロージョンにより水車羽根車01が損傷する
などの弊害が生ずる。
【0004】このため通常、回転数に上限が設けられる
か、水車設置高さを掘り下げ水車出口圧(01b側)を
大きくとった設計がなされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
の水車又はポンプ水車にあっては、キャビテーション発
生を防止するため回転数を制限したり水車設置高さを掘
り下げるなどの対策を行うため、所期の性能が得られな
かったり設置コストが嵩むという問題があった。
【0006】本発明は、回転数を制限したり水車設置高
さを掘り下げることなく、小型、高速化によるコストダ
ウンを可能とし、またキャビテーションの発生を防止可
能な水車又はポンプ水車を提供することを課題としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、主羽根車の下流側に、複数枚の羽根をもつ
補助羽根車(エクスデューサ)を前記主羽根車と一体に
回転可能で、かつ、着脱可能に取付ける。
【0008】そして、その主羽根車は、前記補助羽根車
に全負荷の5〜15%の負荷を分担させる旋回流成分を
出口で残すよう構成した水車又はポンプ水車を提供す
る。
【0009】本発明による水車又はポンプ水車において
は主羽根車出口形状は、補助羽根車における負荷分担に
相当する旋回流成分を残すようにし、補助羽根車の出口
形状は流出速度旋回成分がほぼ0となるように設計す
る。
【0010】本発明による水車又はポンプ水車は主羽根
車の下流側に補助羽根車を設けてあるので主羽根車の翼
面上に圧力が水の飽和蒸気圧より小さくなる領域を生じ
させないようにすることができる。
【0011】本発明による水車又はポンプ水車では、補
助羽根車を主羽根車と着脱可能としてあるので、補助羽
根車のエロージョン進行速度に対応して補助羽根車の交
換周期を設定し、交換又は補修しながら使用可能であ
る。
【0012】また、本発明による水車又はポンプ水車で
は、補助羽根車に対し全負荷の5〜15%の負荷分担に
制限しているので、単体効率のやや低い補助羽根車を使
用しても水車全体の効率は従来の水車効率に対し1%程
度の低下で抑えることができる。
【0013】なお、羽根枚数が少いほど流路面積が大き
く、キャビテーション気泡による流路の閉塞が生じにく
くなるが、一方、羽根枚数が少いと羽根長さが長くなっ
て補助羽根車が大型化するので、本発明による水車又は
ポンプ水車で設ける補助羽根車の羽根枚数は2〜4枚と
するのが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態による水車
について図1及び図2に基づいて具体的に説明する。図
1において、4は補助羽根車(エクスデューサ)を示
す。
【0015】この補助羽根車4は主羽根車(ランナ)1
の下流側に取り付けられ両者は同一回転数で回転する。
補助羽根車4は、主羽根車1と分離、取り外しが可能な
構造になっている。
【0016】水車用水は主羽根車入口1aから入って主
羽根車出口1bへ矢印の方向に抜け、さらに補助羽根車
4を通って吸出し管2から流出する。この流れにより主
羽根車1及び補助羽根車4が一体で回転する。
【0017】このように、補助羽根車4を設けた水車の
作用について図2を用いて説明する。図2において実線
Aは従来の水車の場合の主羽根車(ランナ)1のみの場
合の圧力分布を示し、破線Bは主羽根車1に補助羽根車
4を取り付けた図1の水車における圧力分布を示す。翼
面上の圧力Pが水の飽和蒸気Pvより小さくなる斜線の
領域でキャビテーションが発生する。
【0018】翼面の負荷は圧力分布曲線で囲まれる面積
の大小で表わされる。主羽根車(ランナ)にキャビテー
ションを発生させずに、また、相対的に効率の低い補助
羽根車が水車全体の効率をあまり下げないように(効率
低下量1%程度以内に)するために、補助羽根車4は、
全負荷の5〜15%を分担するように設計する。
【0019】図2の(a)に示されるように、最低圧力
点を補助羽根車4上に移動させることにより、水車高速
化の際のキャビテーション発生を主羽根車1ではなく、
補助羽根車4上に移すことができる。
【0020】補助羽根車4は軸流型の羽根車であり、羽
根枚数は2〜4枚とする。図3に示されるように、羽根
断面形状は板状(板厚ほぼ一定)でそりが少なく、羽根
枚数も少ないことからキャビテーション気泡による流路
の閉塞が主羽根1よりも起り難く、キャビテーションが
かなり発達しない限り水車性能の低下は見られない。
【0021】主羽根車の出口形状は、図4に示すよう
に、補助羽根車の負荷分担に相当する旋回流れ成分が残
るように設計する。
【0022】また、図4に見られるように、補助羽根車
入口の翼角は主羽根車からの流れがスムーズに流入する
角度に、出口の翼角は補助羽根車からの流出絶対速度旋
回成分がほぼ0となるように決める。
【0023】ここで、主羽根車の出口翼角に対する補助
羽根車の入口翼角の決め方、及び主羽根車と補助羽根車
の負荷分担率の決め方について少し具体的に説明する。
まず、羽根車周速Uは羽根車の直径と回転数で決まり、
絶対速度ベクトルVのメリディアン成分Vm は流量を流
出口面積で割った値で概略求められる。
【0024】主羽根車の出口角θ2 ′を決めるとそれを
基に流出角θ2 が決まり、主羽根車出口部の速度三角形
(U2,V2,W2 )が決まる。補助羽根車入口の速度三角
形(U3,V3,W3 )は主羽根車出口の速度三角形(U 2,
2,W2 )とほゞ等しいと考えてよい。
【0025】補助羽根車の入口角θ3 ′は補助羽根車入
口部の速度三角形から求める入口角θ3 とほゞ等しく決
める。水車出口からの旋回流れは損失となるので補助羽
根車出口の旋回流VU4はゼロとなるよう補助羽根車の出
口角を求める。
【0026】一方、主羽根車1と補助羽根車4の負荷す
なわち分担落差はオイラーの式により数式(1)で表わ
される。
【0027】
【数1】このオイラーの式において、VU4=0として、
EXが必要量になるようVU3すなわち補助羽根車への流
入角θ3 を決める。主羽根車の出口角θ2 ′と補助羽根
車の入口角θ3 ′をほゞ等しいとしてVU2が決まるので
主羽根車の受け持つ落差HM が所定値となるようVU1
なわち主羽根車への流入角θ1 を決める。以上により主
羽根車と補助羽根車の負荷分担率を計画値に設計でき
る。
【0028】以上のように適切に設計された補助羽根車
を取付けることにより、従来と同じ程度の水車設置高さ
で水車の高速運転が可能となる。この時、水車の性能低
下はほとんどなく、また、補助羽根車を取り外して、交
換または補修して使用することにより、長期間の運用が
可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による水車
又はポンプ水車では主羽根車の下流側に主羽根車と一体
に回転可能な補助羽根車を設け、最低圧力点を補助羽根
車上に移動させるようにしたので主羽根車の翼面上の圧
力を常に水の飽和蒸気圧以上に保ち主羽根車の翼面上で
のキャビテーションの発生を抑えることができる。
【0030】しかも、補助羽根車は主羽根車と分離可能
に構成しているので、補助羽根車に発生したキャビテー
ションで補助羽根車にエロージョンが発生しても、補助
羽根車を外して交換又は補修可能である。しかも補助羽
根車を安価な材料製として、交換または補修費を低減す
ることが可能である。
【0031】更に、本発明による水車又はポンプ水車で
は、主羽根車の出口で全負荷のわずか5〜15%に相当
する旋回流を残し、それを補助羽根車が分担するにとど
まるようにしているので、効率の低い補助羽根車を用い
ても水車全体の効率はあまり低下しない。
【0032】このようにして、本発明によれば主羽根車
にはキャビテーションが発生せず、キャビテーション気
泡による流路の閉塞が主羽根車で起らず、しかも水車性
能を殆んど低下させない水車が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる水車における断
面図。
【図2】本発明により補助羽根車を設けた場合の効果を
示す図面で、(a)は(b)に示す流線に沿った羽根車
上の圧力分布を示す線図、(b)は羽根車に沿う流れを
示す説明図。
【図3】補助羽根車の一定半径位置に対する翼展開図。
【図4】主羽根車及び補助羽根車における流れの状態を
示す説明図。
【図5】従来の水車の構造例を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 主羽根車 1a 主羽根車入口 1b 主羽根車出口 2 吸出し管 3 回転軸 4 補助羽根車(エクスデューサ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 輝晃 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 宮川 和芳 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 前川 真丈 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主羽根車の下流側に、複数枚の羽根をも
    つ補助羽根車を前記主羽根車と一体に回転可能で、か
    つ、着脱可能に取付け、前記主羽根車は、前記補助羽根
    車に全負荷の5〜15%の負荷を分担させる旋回流成分
    を出口で残すよう構成されていることを特徴とする補助
    羽根車付水車又はポンプ水車。
JP9289819A 1997-10-22 1997-10-22 補助羽根車付水車又はポンプ水車 Pending JPH11125168A (ja)

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JP9289819A JPH11125168A (ja) 1997-10-22 1997-10-22 補助羽根車付水車又はポンプ水車

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JP9289819A JPH11125168A (ja) 1997-10-22 1997-10-22 補助羽根車付水車又はポンプ水車

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11125168A true JPH11125168A (ja) 1999-05-11

Family

ID=17748188

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JP9289819A Pending JPH11125168A (ja) 1997-10-22 1997-10-22 補助羽根車付水車又はポンプ水車

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JP (1) JPH11125168A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030090454A (ko) * 2002-05-21 2003-11-28 박재원 스크류형펌프 수차 경사확대관시스템
KR20030090455A (ko) * 2002-05-21 2003-11-28 박재원 스크류형수차 시스템
KR20040041477A (ko) * 2002-11-11 2004-05-17 박재원 나선형수차 펌프시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030090454A (ko) * 2002-05-21 2003-11-28 박재원 스크류형펌프 수차 경사확대관시스템
KR20030090455A (ko) * 2002-05-21 2003-11-28 박재원 스크류형수차 시스템
KR20040041477A (ko) * 2002-11-11 2004-05-17 박재원 나선형수차 펌프시스템

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