JPH11166469A - Hydraulic machinery - Google Patents

Hydraulic machinery

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JPH11166469A
JPH11166469A JP9332866A JP33286697A JPH11166469A JP H11166469 A JPH11166469 A JP H11166469A JP 9332866 A JP9332866 A JP 9332866A JP 33286697 A JP33286697 A JP 33286697A JP H11166469 A JPH11166469 A JP H11166469A
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JP
Japan
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suction pipe
water
hydraulic machine
pressure
machine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9332866A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Otake
竹 典 男 大
Takeo Tokumiya
宮 健 男 徳
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9332866A priority Critical patent/JPH11166469A/en
Publication of JPH11166469A publication Critical patent/JPH11166469A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively suppress pulsation of water pressure, emission of noise, generation of vibration, etc., resulting from a whirl without drop of the efficiency of a hydraulic wheel while the construction costs are suppressed to possible minimum. SOLUTION: A resilient material layer 11 is furnished on the inner surface which forms the water flowing surface of a suction pipe 7 to lead the water from a runner 4 to a discharge conduit. Accordingly a whirl 8 generated in the suction pipe 7 will never collide directly with the pipe surface consisting of metal, and the collisional energy of the whirl 8 is absorbed by the resilient material layer 11, which should suppress the pulsation of water pressure, emission of noise, generation of vibration, etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、吸出し管を有する
水力機械に係り、特に吸出し管内の水圧脈動低減を図っ
た水力機械に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic machine having a suction pipe, and more particularly to a hydraulic machine for reducing water pressure pulsation in a suction pipe.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、水車或はポンプ水車等の水力機
械においては、水力機械が部分負荷で運転されると、ラ
ンナ出口からの旋回流により吸出し管中心部に、大気圧
より低い圧力をもつホワールと呼ばれる渦状の空洞(以
下ホワールという)が発生する。このホワールが吸出し
管内で振れまわると水圧脈動を増大させ、またこのホワ
ールが管内壁に衝突し崩壊する時に発生する異常音、振
動等は水力機械の安定な運転を阻害する要因となる。
2. Description of the Related Art Generally, in a hydraulic machine such as a water turbine or a pump turbine, when the hydraulic machine is operated at a partial load, a pressure lower than the atmospheric pressure is applied to a central portion of a suction pipe by a swirling flow from a runner outlet. A spiral cavity called whirl (hereinafter called whirl) is generated. When the whirl sways in the suction pipe, the water pressure pulsation increases, and the abnormal sound and vibration generated when the whirl collides with the inner wall of the pipe and collapses become a factor inhibiting the stable operation of the hydraulic machine.

【0003】図15は一般的なフランシス水車の縦断面
図であって、ケーシング1から水がステーベーン2及び
ガイドベーン3で整流されランナ室に流入すると、ラン
ナ4が回転駆動され、主軸5を介して発電機6が駆動さ
れる。一方、上記ランナ4を駆動した水は吸出し管7を
通って図示しない放水路へと流れる。
FIG. 15 is a vertical sectional view of a general Francis turbine. When water is rectified by a stay vane 2 and a guide vane 3 from a casing 1 and flows into a runner chamber, a runner 4 is driven to rotate and is driven through a main shaft 5. Thus, the generator 6 is driven. On the other hand, the water that has driven the runner 4 flows through the suction pipe 7 to a water discharge passage (not shown).

【0004】上記ガイドベーン3はそれぞれの開度を変
えることによって、発電量に見合った水量をランナ内に
流入させるという重要な役割をもっている。しかして、
水車の運転状態によってランナから流出した水は様々な
挙動を示し、特に回転方向速度成分(旋回速度)は最高
効率点を境に低落差側および部分負荷領域ではランナと
同一回転方向に、また高落差側および過負荷領域では逆
回転方向の速度成分を有する。また、この旋回流はラン
ナの内径側から外径側まで均一分布にならないため、吸
出し管内の流れにアンバランスな流れを引き起こすこと
になり、ランナコーン4aの下端付近にホワール8を発
生させる。
[0004] The guide vanes 3 have an important role in that the amount of water corresponding to the amount of power generation flows into the runner by changing the opening of each guide vane. Then
The water flowing out of the runner exhibits various behaviors depending on the operation state of the turbine. Especially, the rotational speed component (turning speed) is the same as the runner on the low drop side and the partial load area, and the high speed is higher than the efficiency point. On the head side and in the overload region, there is a speed component in the reverse rotation direction. Further, since this swirling flow does not have a uniform distribution from the inner diameter side to the outer diameter side of the runner, an unbalanced flow is caused in the flow in the suction pipe, and the whirling 8 is generated near the lower end of the runner cone 4a.

【0005】図16(a)、(b)、(c)、(d)
は、このホワールの発生挙動についての一例を示す図で
あり、水力機械の運転条件(落差、ガイドベーン開度)
によって発生挙動は大きく変化し、発生したホワールの
挙動により吸出し管内の圧力変化が影響を受ける。
FIGS. 16 (a), (b), (c), (d)
Is a diagram showing an example of the generation behavior of this whirl, and the operating conditions (head, guide vane opening) of the hydraulic machine
The generated behavior changes greatly, and the generated whirl behavior affects the pressure change in the suction pipe.

【0006】すなわち、発生したホワールが吸出し管内
部で大きく振れ回る場合は、大きな水圧脈動が引き起こ
される。また、吸出し管の管壁に衝突した際に騒音、振
動が引き起こされ、これらの水圧脈動、衝撃音、振動が
吸出し管だけでなく、発電所全体にも及ぶことがあり、
発電所の運転に支障をきたす場合もある。
That is, when the generated whirl oscillates greatly inside the suction pipe, a large hydraulic pulsation is caused. In addition, when colliding with the pipe wall of the suction pipe, noise and vibration are caused, and these water pressure pulsation, impact sound, and vibration may affect not only the suction pipe but also the entire power plant,
The operation of the power plant may be hindered.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
吸出し管内部に発生するホワールによる水圧脈動、騒
音、振動を低減する手段として、吸出し管内に空気を注
入し、ホワールを安定化させる方法、または図15に示
すように、吸出し管の内壁面にフインの如き旋回流防止
部材9を取り付けてホワールを抑制する方法等が提案さ
れている。
SUMMARY OF THE INVENTION
As a means for reducing water pressure pulsation, noise, and vibration due to whirl generated inside the suction pipe, a method of injecting air into the suction pipe to stabilize the whirl, or as shown in FIG. A method of suppressing the whirl by attaching the swirling flow prevention member 9 as described above has been proposed.

【0008】しかしながら、前者の場合は、吸出し管内
圧力より高い圧力をもった空気を供給することが絶対条
件であり、高速度化、小型化が進められる現在では押し
込み水頭が高くなり、大気圧からの自然給気は困難な状
況下にあり、このため高圧空気生成用の専用コンプレッ
サが必要となり、建設コストの面から問題がある。
However, in the case of the former, it is an absolute condition that air having a pressure higher than the pressure in the suction pipe is supplied. Is difficult under natural circumstances, which requires a dedicated compressor for generating high-pressure air, which is problematic in terms of construction costs.

【0009】一方、後者の場合には、ホワールの抑制効
果を発揮させるためには、旋回流防止部材をその水車に
見合っただけの大きさとする必要がある。このため大形
水車に適用する場合は上記旋回流防止部材自体が大形化
するため、製造方法はもとより、吸出し管内への運転中
の脱落防止等を考慮した取付方法が問題となり、吸出し
管の構造によっては旋回流防止部材を取り付けられない
こともある等の問題がある。
On the other hand, in the latter case, it is necessary to make the swirling flow prevention member large enough to fit the water turbine in order to exert the effect of suppressing the whirl. For this reason, when applied to a large water turbine, the swirl flow prevention member itself becomes large in size.Therefore, not only the manufacturing method, but also a mounting method that takes into account the prevention of falling off during operation into the suction pipe becomes a problem. There is a problem that the swirling flow prevention member cannot be attached depending on the structure.

【0010】本発明はこのような点に鑑み、建設コスト
を最小限におさえ水車効率を低下させることなく、効果
的にホワールによる水圧脈動、騒音、振動等の発生を抑
制し得るようにした水力機械を得ることを目的とする。
In view of the foregoing, the present invention provides a hydraulic power plant capable of effectively suppressing generation of water pressure pulsation, noise, vibration, etc. due to whirl without reducing the construction cost and reducing the efficiency of the water turbine. The aim is to get the machine.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ランナから流出した水を放水路に導く吸出し管を有する
水力機械において、その吸出し管の流水面を形成する内
面に弾性材層を設けたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
In a hydraulic machine having a suction pipe for guiding water flowing out of a runner to a water discharge channel, an elastic material layer is provided on an inner surface of the suction pipe forming a water flow surface.

【0012】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明において、上記弾性材層が、弾性材からなる中
空体内に気体を密封したものであることを特徴とする。
The invention according to a second aspect is characterized in that, in the first aspect, the elastic material layer is formed by sealing a gas in a hollow body made of an elastic material.

【0013】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、弾性材層が吸出し管の内面に流水
方向に適宜間隔をもって複数個設けられていることを特
徴とする。
[0013] The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the invention described above, a plurality of elastic material layers are provided on the inner surface of the suction pipe at appropriate intervals in the flowing water direction.

【0014】請求項4記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、弾性材層が吸出し管の湾曲部内面
に局部的に設けられていることを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the first or second invention.
In the invention described above, the elastic material layer is locally provided on the inner surface of the curved portion of the suction pipe.

【0015】また、請求項5記載の発明は、吸出し管と
その吸出し管を覆うコンクリート部との間に弾性材を介
装したことを特徴とする。
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that an elastic material is interposed between the suction pipe and the concrete portion covering the suction pipe.

【0016】請求項6記載の発明は、吸出し管内の圧力
より相対的に高い圧力の水を吸出し管内に注入し、ラン
ナ出口からの旋回流によって発生するホワールを抑制す
るようにしたことを特徴とする。
[0016] The invention according to claim 6 is characterized in that water having a pressure relatively higher than the pressure in the suction pipe is injected into the suction pipe to suppress the whirl generated by the swirling flow from the runner outlet. I do.

【0017】さらに、請求項7記載の発明は、請求項6
記載の発明において、吸出し管の管壁に1または複数個
の注水口を設け、その注水口から吸出し管内に高圧水を
注入することを特徴とする。
Further, the invention according to claim 7 is the same as the invention according to claim 6.
In the described invention, one or more water inlets are provided in the pipe wall of the suction pipe, and high-pressure water is injected into the suction pipe from the water injection port.

【0018】請求項8記載の発明は、請求項6記載の発
明において、ランナと発電機を連結する主軸に、吸出し
管内に高圧水を注入する高圧水供給孔を設けたことを特
徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention of the sixth aspect, a high-pressure water supply hole for injecting high-pressure water into a suction pipe is provided on a main shaft connecting the runner and the generator.

【0019】また、請求項9記載の発明は、請求項7ま
たは8記載の発明において、吸出し管内に高圧水を供給
する注水用配管経路には、注水タイミングを制御する自
動制御弁が設けられていることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the seventh or eighth aspect, an automatic control valve for controlling water injection timing is provided in a water supply pipe route for supplying high-pressure water into the suction pipe. It is characterized by being.

【0020】請求項10記載の発明は、請求項9記載の
発明において、自動制御弁が、水車定格出力時相当のガ
イドベーン開度に対して40〜70%の範囲の運転状態
時に開動作し、それ以外の運転状態では閉状態に維持さ
れていることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the automatic control valve is opened when the operating state of the guide vane is in the range of 40 to 70% of the guide vane opening corresponding to the rated output of the turbine. In other operating states, the closed state is maintained.

【0021】さらに、請求項11記載の発明は、請求項
9記載の発明において、吸出し管管壁には運転状態監視
装置が設置されており、測定された振動値および騒音値
が予め設定された設定値を超えた場合に自動制御弁が開
動作されることを特徴とする。
Further, in the invention according to claim 11, in the invention according to claim 9, an operation state monitoring device is installed on the suction pipe tube wall, and the measured vibration value and noise value are set in advance. The automatic control valve is opened when the set value is exceeded.

【0022】請求項12記載の発明は、請求項6乃至1
1のいずれかに記載の発明において、高圧水がケーシン
グ或は水圧鉄管から取水されることを特徴とする。
According to the twelfth aspect of the present invention, there is provided the sixth to first aspects.
The invention according to any one of the first to eighth aspects, characterized in that high-pressure water is taken from a casing or a penstock.

【0023】さらに、請求項13記載の発明は、請求項
6乃至12のいずれかに記載の発明において、吸出し管
内に高圧水を供給する注水用配管経路には、空気混入機
が接続されており、注水する高圧水に空気を混入させる
ことを特徴とする。
Further, according to a thirteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the sixth to twelfth aspects, an air mixing device is connected to a water injection pipe route for supplying high-pressure water into the suction pipe. In addition, air is mixed into high-pressure water to be injected.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図1において、ケーシ
ング1からの圧力水はステーベーン2およびガイドベー
ン3を経てランナ4内に流入し、ランナ4を回転駆動す
る。そして、上記ランナ4から流出した流水は吸出し管
7を経て図示しない放水路に放出される。上記吸出し管
7は、上部吸出し管部7a、曲がり管部7bおよび拡大
管部7cとから構成されており、水力発電所の場合、一
般に上記吸出し管7はコンクリート10中に埋設されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, pressurized water from a casing 1 flows into a runner 4 via a stay vane 2 and a guide vane 3, and drives the runner 4 to rotate. Then, the running water flowing out of the runner 4 is discharged to a water discharge passage (not shown) via the suction pipe 7. The suction pipe 7 includes an upper suction pipe 7a, a bent pipe 7b, and an enlarged pipe 7c. In the case of a hydroelectric power plant, the suction pipe 7 is generally buried in concrete 10.

【0025】ところで、上記吸出し管7の流水面を形成
する内面には、弾性材層11が、図2に示すように、複
数の取り付けボルト12によって取り付けられている。
上記弾性材層11は吸出し管7の内部に段差が生じない
ように取り付けられており、水車性能に悪影響を及ぼさ
ないようにしてある。また、弾性材層11の肉厚は衝突
エネルギーを吸収できるだけの最小限の肉厚でよい。
An elastic material layer 11 is attached to the inner surface of the suction pipe 7 forming the flowing water surface by a plurality of attachment bolts 12, as shown in FIG.
The elastic material layer 11 is attached to the inside of the suction pipe 7 so as not to cause a step, so that the water turbine performance is not adversely affected. The thickness of the elastic material layer 11 may be a minimum thickness capable of absorbing the collision energy.

【0026】一般的に、ランナ4から流出した水は、前
述のように水車の運転状態によって様々な挙動を示し、
特に回転方向の速度成分は最高効率点付近を境に低落差
側および部分負荷領域ではランナと同一回転方向に、ま
た高落差側および過負荷領域では逆回転方向の速度成分
をもっている。そして、この旋回流はランナ4の内径側
から外径側まで均一にならないため、吸出し管7内の流
れにアンバランスな流れを引き起こし、ランナ下端付近
に渦状の空洞(ホワール)が発生する。特に、水車が部
分負荷で運転される時においては、このホワール8が吸
出し管7内で振れ回り、水圧脈動を増大させるととも
に、吸出し管7の内壁に衝突し崩壊し、衝撃音、振動を
引き起す。
Generally, the water flowing out of the runner 4 exhibits various behaviors depending on the operation state of the water turbine as described above.
In particular, the speed component in the rotation direction has a speed component in the same rotation direction as the runner on the low drop side and the partial load region and a reverse rotation direction in the high drop side and the overload region near the maximum efficiency point. Since this swirling flow is not uniform from the inner diameter side to the outer diameter side of the runner 4, an unbalanced flow is generated in the flow in the suction pipe 7, and a spiral cavity (whirl) is generated near the lower end of the runner. In particular, when the turbine is operated at a partial load, the whirl 8 oscillates in the suction pipe 7 to increase the water pressure pulsation, and collides with the inner wall of the suction pipe 7 so that the water wheel collapses. cause.

【0027】しかるに、この発明においては、吸出し管
7の流水面を形成する内面に弾性材層11が層着してあ
るので、上記ホワール8は吸出し管7を構成する金属面
に直接衝突することがなく、上記弾性材層11に衝突
し、この衝突時に発生する衝突エネルギーが上記弾性材
層の変形によって吸収される。したがって、ホワール8
が直接吸出し管の流水面の金属部分に衝突した瞬間に発
生する水圧脈動、衝撃音および振動が効果的に低減され
る。
According to the present invention, however, since the elastic material layer 11 is layered on the inner surface of the suction pipe 7 forming the water flow surface, the above-mentioned whirl 8 directly collides with the metal surface constituting the suction pipe 7. Therefore, it collides with the elastic material layer 11, and the collision energy generated at the time of the collision is absorbed by the deformation of the elastic material layer. Therefore, Whirl 8
The water pressure pulsation, the impact sound and the vibration generated at the moment when the water directly collides with the metal part on the flowing surface of the suction pipe are effectively reduced.

【0028】ところで、上記実施の態様において弾性材
層11はその全体にわたって均一に形成されたものでも
よく、また弾性材によって中空状に形成し、その中空内
に気体を密封したものでもよい。しかして、この場合気
体の柔軟性により優れたクッション効果が発生し、ホワ
ール8の衝突により発生する衝突エネルギー吸収能力が
一段と向上される。また、弾性材層内に気体が密封され
ているため、重量も軽減でき経済的なものとすることが
できる。
In the above-described embodiment, the elastic material layer 11 may be formed uniformly over the entire surface, or may be formed in a hollow shape by using an elastic material and a gas is sealed in the hollow. Thus, in this case, an excellent cushioning effect is generated due to the flexibility of the gas, and the ability to absorb the collision energy generated by the collision of the whirl 8 is further improved. Further, since the gas is sealed in the elastic material layer, the weight can be reduced and the cost can be reduced.

【0029】また、図1においては、吸出し管7の内面
全体に弾性材層11を設けたものを示したが、図3に示
すように、弾性材層を複数の弾性材層11a,11bに
分割し、吸出し管7の内面に断片的に取り付けてもよ
い。この場合、取り付け位置は模型試験等の観察結果に
よって最適位置を決定する。この場合も図1に示すもの
と同等の性能を発揮し、弾性材層を複数個に分けること
により、弾性材の使用量を少なくすることができ経済的
である。
FIG. 1 shows a structure in which the elastic material layer 11 is provided on the entire inner surface of the suction pipe 7, but as shown in FIG. 3, the elastic material layer is divided into a plurality of elastic material layers 11a and 11b. It may be divided and attached piecewise to the inner surface of the suction pipe 7. In this case, the optimum mounting position is determined based on observation results such as a model test. Also in this case, the same performance as that shown in FIG. 1 is exhibited, and by dividing the elastic material layer into a plurality, the use amount of the elastic material can be reduced, which is economical.

【0030】図4および図5は本発明の他の実施の形態
を示す図であり、弾性材層11は吸出し管7の曲がり管
部7bの内径側及び外径側の流水面にのみ取り付けられ
ている。
FIGS. 4 and 5 are views showing another embodiment of the present invention. The elastic material layer 11 is attached only to the flowing water surface on the inner diameter side and the outer diameter side of the bent pipe portion 7b of the suction pipe 7. ing.

【0031】一般に、ランナ下端に発生するホワール8
は曲がりをもつ流路の場合、忠実に曲がり形状に沿って
流れることができないという特性がある。このためホワ
ールの殆どが曲がり管部の内壁面に衝突する。そこで、
本発明においては、ホワールが衝突しやすい上記曲がり
管部7bの内径側及び外径側の流水面に弾性材層11が
設けられているので、この弾性材層によってホワールの
衝突現象が緩和され、振動および騒音を低減させること
ができる。また、弾性材層11は局部的に設けられてい
るので、弾性材層の使用量を少なくすることができ経済
的であり、さらに吸出し管の曲がり管部分の内径側およ
び外径側は、図5に示すように、形状的に比較的平面に
近い個所であるため、取付作業も容易となる。
Generally, a whirl 8 generated at the lower end of the runner
In the case of a curved flow path, there is a characteristic that the flow cannot be faithfully performed along the curved shape. For this reason, most of the whirl collides with the inner wall surface of the bent pipe portion. Therefore,
In the present invention, since the elastic material layer 11 is provided on the inner and outer flowing water surfaces of the bent pipe portion 7b where the whirl is likely to collide, the whirl collision phenomenon is reduced by this elastic material layer. Vibration and noise can be reduced. Further, since the elastic material layer 11 is provided locally, the amount of the elastic material layer used can be reduced, which is economical. Further, the inner diameter side and the outer diameter side of the bent pipe portion of the suction pipe are not shown in FIG. As shown in FIG. 5, since the location is relatively close to a plane in shape, the mounting work is also easy.

【0032】図6は本発明のさらに他の実施の形態を示
す図であり、吸出し管7とこの吸出し管7を覆うように
設けられたコンクリート部10との間に弾性材層11が
介装されている。したがって、ホワールによる衝突エネ
ルギーが上記弾性材層11の変形により吸収され、弾性
材層の外面に密着したコンクリートまで影響が及ぶこと
がなく、吸出し管周辺機器および発電所建屋全体に振動
が誘発されることがない。
FIG. 6 is a view showing still another embodiment of the present invention, wherein an elastic material layer 11 is interposed between a suction pipe 7 and a concrete portion 10 provided so as to cover the suction pipe 7. Have been. Therefore, the collision energy due to the whirl is absorbed by the deformation of the elastic material layer 11 and does not affect the concrete in close contact with the outer surface of the elastic material layer, and vibration is induced in the peripheral equipment of the draft tube and the entire power plant building. Nothing.

【0033】また、図7は本発明の他の実施の形態を示
す図であり、吸出し管7の壁面に1または複数個の注水
口20が設けられており、この注水口20を通して吸出
し管7の内部に高圧水を注水するようにしてある。吸出
し管内圧力は、放水路水位と同等であることから、この
放水路水位よりも高い圧力を使用することになる。
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the present invention. One or a plurality of water inlets 20 are provided on the wall surface of the suction pipe 7, and the suction pipe 7 is passed through the water inlet 20. High-pressure water is injected into the inside of the. Since the pressure in the suction pipe is equal to the water level of the discharge channel, a pressure higher than the water level of the discharge channel is used.

【0034】しかして、上記高圧水の吸出し管内への注
水によって、ホワール形状が細いヒモ状の渦から内部に
大きな空洞をもつような安定した形に変化し、大きく振
れ回るホワールが消滅し、安定した流れに移行し、吸出
し管内の水圧脈動値を大きく低減させることができる。
However, by injecting the high-pressure water into the suction pipe, the whirl shape changes from a thin string-like vortex to a stable shape having a large cavity inside, and the whirl that oscillates largely disappears. The flow shifts to a flow in which the water flow is reduced, and the water pressure pulsation value in the suction pipe can be greatly reduced.

【0035】図8(a)、(b)は上述のように高圧水
を吸出し管内に注水する前後におけるランナ下端から発
生したホワールの挙動変化を示した図であり、同図
(c)はその時の水圧脈動値(ΔH)の変化を有効落差
(H)に対する比率として、水車出力を横軸にして表わ
したものであり、Aは注水しない場合、Bは注水した場
合を示す。
FIGS. 8 (a) and 8 (b) are diagrams showing changes in behavior of the whirl generated from the lower end of the runner before and after injecting high-pressure water into the suction pipe as described above, and FIG. Of the water pressure pulsation value (ΔH) is expressed as a ratio to the effective head (H) on the horizontal axis of the turbine output, where A indicates the case where water injection is not performed and B indicates the case where water injection is performed.

【0036】図9は図7に示す水力機械の変形例を示す
図であり、ランナ4と発電機6を結ぶ主軸5の内部にラ
ンナコーン4aまで達する高圧水供給孔21が設けられ
ている。また、上記主軸5の外周には上記高圧水供給孔
21と連通する注水ポケット22が設けられており、そ
の注水ポケット22に外部からの高圧水を供給する注水
用配管23が接続されている。上記高圧水供給孔21は
主軸強度が減少しない程度の大きさで必要に応じて2〜
3本設けるのが望ましい。また、注水する高圧水は吸出
し管内圧力に対して高い圧力を保有する必要がある。
FIG. 9 is a view showing a modification of the hydraulic machine shown in FIG. 7, in which a high-pressure water supply hole 21 reaching the runner cone 4a is provided inside a main shaft 5 connecting the runner 4 and the generator 6. A water injection pocket 22 communicating with the high-pressure water supply hole 21 is provided on the outer periphery of the main shaft 5, and a water injection pipe 23 for supplying high-pressure water from outside is connected to the water injection pocket 22. The high-pressure water supply hole 21 has a size such that the main shaft strength does not decrease.
It is desirable to provide three. Further, the high-pressure water to be injected needs to have a higher pressure than the pressure in the suction pipe.

【0037】しかして、注水用配管23から注水ポケッ
ト22を介して高圧水供給孔21に高圧水が供給される
と、その高圧水が吸出し管7内に注水される。したがっ
て、この高圧水によって、ランナ出口からの旋回流によ
って発生するホワール8が抑制され、吸出し管内に発生
したホワール8が安定化され、吸出し管内の水圧脈動値
が大きく低減される。
When high-pressure water is supplied from the water supply pipe 23 to the high-pressure water supply hole 21 via the water injection pocket 22, the high-pressure water is injected into the suction pipe 7. Therefore, the high pressure water suppresses the whirl 8 generated by the swirling flow from the runner outlet, stabilizes the whirl 8 generated in the suction pipe, and greatly reduces the water pressure pulsation value in the suction pipe.

【0038】また、図10に示すように、注水用配管2
3の途中には、高圧水注水タイミングを制御する自動制
御弁24が設けられている。しかして、上記自動制御弁
24によって吸出し管7内への高圧水の注水をタイミン
グよく行うことができ、吸出し管7内のホワール8を的
確に抑制することができる。
Further, as shown in FIG.
In the middle of 3, an automatic control valve 24 for controlling high-pressure water injection timing is provided. Thus, the high-pressure water can be injected into the suction pipe 7 with good timing by the automatic control valve 24, and the whirl 8 in the suction pipe 7 can be accurately suppressed.

【0039】ところで、図8(c)に示した吸出し管内
の水圧脈動変化線図でわかるように、水圧脈動は水車出
力を基準にした場合、水車出力の70%付近から小出力
時に急増することが明らかである。また、水車出力40
%未満時においてはホワールが細い渦状を形成しなくな
るために、ホワールによる水圧脈動、振動、騒音は著し
く低減する。したがって、この水圧脈動値が急増する7
0%〜40%水車出力の運転領域に限定して高圧水を注
水することがより効果的である。
By the way, as can be seen from the hydraulic pressure pulsation change diagram in the suction pipe shown in FIG. 8C, the water pressure pulsation rapidly increases from around 70% of the turbine output when the turbine output is small, based on the turbine output. Is evident. In addition, the water turbine output 40
%, The whirl does not form a thin vortex, so that water pressure pulsation, vibration and noise due to the whirl are significantly reduced. Therefore, this water pressure pulsation value increases sharply.
It is more effective to inject high-pressure water only in the operation range of 0% to 40% turbine output.

【0040】そこで、図11に示すように、自動制御弁
24には演算装置25が接続されており、その演算装置
25を介して水車の流量を調節するガイドベーン3の開
度に関連して自動制御弁24の開度が制御されるように
してもよい。したがって、この場合水車運転状態に適応
した注水が行われ、的確なホワール抑制が行われる。ま
た、図12に示すように、吸出し管7の管壁に水車の運
転状態を監視する運転状態監視装置26を取り付け、吸
出し管7内にホワール8が発生し、運転状態監視装置2
6で測定された水圧脈動値、騒音値、振動値のいずれか
が予め予定しておいた定格値以上になったことを検知し
た場合に、自動制御弁24を開動作させるようにするこ
ともできる。この場合には、自動制御弁24と運転状態
監視装置26を連動させることで、吸出し管内部で発生
しているホワールを即座に抑制することができる。
Therefore, as shown in FIG. 11, an arithmetic unit 25 is connected to the automatic control valve 24. The arithmetic unit 25 controls the flow rate of the water turbine through the arithmetic unit 25 in relation to the opening degree of the guide vane 3. The opening of the automatic control valve 24 may be controlled. Therefore, in this case, water injection corresponding to the water turbine operation state is performed, and accurate whirl suppression is performed. Further, as shown in FIG. 12, an operation state monitoring device 26 for monitoring the operation state of the water turbine is attached to the pipe wall of the suction pipe 7, and a whirl 8 is generated in the suction pipe 7.
When it is detected that any of the water pressure pulsation value, the noise value, and the vibration value measured in Step 6 is equal to or higher than a predetermined rated value, the automatic control valve 24 may be opened. it can. In this case, the whirl generated inside the suction pipe can be immediately suppressed by linking the automatic control valve 24 and the operation state monitoring device 26.

【0041】ところで、高圧水としては放水路水位より
も高圧のものを使用すればよいので、図13に示すよう
に、注水用配管23を水圧鉄管27に接続し、高圧水を
水圧鉄管27から取水してもよい。また、上記水圧鉄管
27でなくケーシング1から取水しても同様な効果を奏
することができる。この場合、コンプレッサで生成した
高圧空気を吸出し管内部に注入し、ホワールを制御する
給気方式に比べて、高圧水を生成するための外部機器が
不必要となり、建設コストの面から大きなメリットがあ
る。
As the high-pressure water, it is sufficient to use a high-pressure water having a pressure higher than the discharge channel water level. As shown in FIG. 13, the water injection pipe 23 is connected to the penstock 27, and the high-pressure water is supplied from the penstock 27. You may take water. The same effect can be obtained by taking water from the casing 1 instead of the penstock 27. In this case, external equipment for generating high-pressure water is unnecessary compared with the air supply system that controls the whirl by injecting high-pressure air generated by the compressor into the suction pipe, which is a great advantage in terms of construction costs. is there.

【0042】また、図14は本発明の他の実施の形態を
示す図であり、自動制御弁24には空気混入機28が接
続されており、吸出し管7に注入する高圧水に或一定量
の空気を混入するようにしてある。混入させる空気量は
空気混入機28で制御するものである。また、空気混入
機内部経路に一次的に低圧となる絞り部を形成すること
で容易に空気を混入することができる。
FIG. 14 is a view showing another embodiment of the present invention. The automatic control valve 24 is connected to an air mixing machine 28, and a certain amount of high-pressure water injected into the suction pipe 7 is supplied to the automatic control valve 24. Of air is mixed. The amount of air to be mixed is controlled by the air mixing machine 28. In addition, by forming a throttle portion having a low pressure temporarily in the internal path of the air mixing machine, air can be easily mixed.

【0043】一般に、吸出し管内部流れは、前述したよ
うに内径側と外径側とで旋回流の速度が異なりアンバラ
ンスな流れになるため、渦を巻いて吸出し管下流へと流
れる。また、回転する水の内部に比重の軽い空気を注入
した場合、瞬時に内径側へと移動する特性がある。本実
施の形態はこの原理を利用したもので、高圧水に空気を
或一定量混入させたものを吸出し管内部に注水すること
で、吸出し管内径側に発生しているホワールを瞬時に安
定化させることができる。したがって、ホワールにより
発生する水圧脈動、騒音、振動を効果的に低減させるこ
とができる。
Generally, the flow inside the suction pipe is unbalanced due to the difference in the speed of the swirling flow between the inner diameter side and the outer diameter side, as described above. Further, when air having a low specific gravity is injected into the rotating water, there is a characteristic that the air instantaneously moves to the inner diameter side. This embodiment utilizes this principle, and instantly stabilizes the whirl generated on the inner diameter side of the suction pipe by injecting a certain amount of air into high-pressure water and pouring it into the suction pipe. Can be done. Therefore, water pressure pulsation, noise, and vibration generated by the whirl can be effectively reduced.

【0044】なお、図10乃至図14においては主軸に
設けた高圧水供給孔21から高圧水を供給するものにつ
いて説明したが、吸出し管7の壁面に設けた注入口から
高圧水を供給するものにも適用できる。
In FIGS. 10 to 14, a description has been given of the case where high-pressure water is supplied from the high-pressure water supply hole 21 provided on the main shaft, but the high-pressure water is supplied from the inlet provided on the wall of the suction pipe 7. Also applicable to

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、水
力機械の部分負荷運転時に発生するホワールにより引き
起こされる水圧脈動、騒音、振動を低減することがで
き、或はランナ出口からの旋回流によって発生するホワ
ールを効果的に抑制することができる。
As described above, the present invention can reduce water pressure pulsation, noise, and vibration caused by whirl generated during partial load operation of a hydraulic machine, or can reduce swirling flow from a runner outlet. Can be effectively suppressed.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す水力機械の縦
断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hydraulic machine showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線に沿う平断面図。FIG. 2 is a plan sectional view taken along the line AA of FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施の形態を示す縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の実施の形態を示す縦断面
図。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.

【図5】図4のA−A線に沿う平断面図。FIG. 5 is a plan sectional view taken along line AA of FIG. 4;

【図6】本発明の他の実施の形態を示す縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のさらに他の実施の形態を示す縦断面
図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.

【図8】(a)、(b)は注水前後におけるランナ下端
から発生したホワールの挙動変化を示す図であり、
(c)はその時の水圧脈動値の変化を示す図。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing behavior changes of a whirl generated from a lower end of a runner before and after water injection,
(C) is a diagram showing a change in a water pressure pulsation value at that time.

【図9】本発明の他の実施の形態を示す縦断面図。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図10】図9の他の変形例を示す図。FIG. 10 is a view showing another modification of FIG. 9;

【図11】図10の他の変形例を示す図。FIG. 11 is a view showing another modification of FIG. 10;

【図12】図10のさらに他の変形例を示す図。FIG. 12 is a view showing still another modified example of FIG. 10;

【図13】本発明の他の実施の形態を示す縦断面図。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図14】本発明のさらに他の実施の形態を示す縦断面
図。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.

【図15】一般的なフランシス水車の縦断面図。FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a general Francis turbine.

【図16】(a)、(b)、(c)、(d)はホワール
の発生挙動を示す図。
FIGS. 16 (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing how whirl occurs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング 2 ステーベーン 3 ガイドベーン 4 ランナ 5 主軸 6 発電機 7 吸出し管 8 ホワール 10 コンクリート 11 弾性材層 20 注水口 21 高圧水供給孔 22 注水ポケット 23 注水用配管 24 自動制御弁 25 演算装置 26 運転状態監視装置 27 水圧鉄管 28 空気混入機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Stay vane 3 Guide vane 4 Runner 5 Main shaft 6 Generator 7 Suction pipe 8 Whirl 10 Concrete 11 Elastic material layer 20 Water inlet 21 High pressure water supply hole 22 Water pouring pocket 23 Water pouring pipe 24 Automatic control valve 25 Arithmetic unit 26 Operating state Monitoring device 27 Penstock 28 Air mixing machine

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ランナから流出した水を放水路に導く吸出
し管を有する水力機械において、上記吸出し管の流水面
を形成する内面に弾性材層を設けたことを特徴とする水
力機械。
1. A hydraulic machine having a suction pipe for guiding water flowing out of a runner to a water discharge channel, wherein an elastic material layer is provided on an inner surface of the suction pipe forming a water flow surface.
【請求項2】弾性材層は、弾性材からなる中空体であっ
て、内部に気体が密封されていることを特徴とする、請
求項1記載の水力機械。
2. The hydraulic machine according to claim 1, wherein the elastic material layer is a hollow body made of an elastic material, and a gas is sealed therein.
【請求項3】弾性材層は、吸出し管の内面に流水方向に
適宜間隔をもって複数個設けられていることを特徴とす
る、請求項1または2記載の水力機械。
3. The hydraulic machine according to claim 1, wherein a plurality of elastic material layers are provided on the inner surface of the suction pipe at appropriate intervals in a flowing water direction.
【請求項4】弾性材層は、吸出し管の湾曲部内面に局部
的に設けられていることを特徴とする、請求項1または
2記載の水力機械。
4. The hydraulic machine according to claim 1, wherein the elastic material layer is provided locally on the inner surface of the curved portion of the suction pipe.
【請求項5】ランナから流出した水を放水路に導く吸出
し管を有する水力機械において、上記吸出し管とその吸
出し管を覆うコンクリート部との間に弾性材層を介装し
たことを特徴とする水力機械。
5. A hydraulic machine having a suction pipe for guiding water flowing out of a runner to a discharge channel, wherein an elastic material layer is interposed between the suction pipe and a concrete portion covering the suction pipe. Hydraulic machine.
【請求項6】ランナから流出した水を放水路に導く吸出
し管を有する水力機械において、吸出し管内の圧力より
相対的に高い圧力の水を上記吸出し管内に注入し、ラン
ナ出口からの旋回流によって発生するホワールを抑制す
るようにしたことを特徴とする水力機械。
6. A hydraulic machine having a suction pipe for guiding water flowing out of a runner to a water discharge passage, wherein water having a pressure relatively higher than the pressure in the suction pipe is injected into the suction pipe, and swirling flow from a runner outlet is used. A hydraulic machine characterized by suppressing the generation of whirl.
【請求項7】吸出し管の管壁に1または複数個の注水口
を設け、その注水口から吸出し管内に高圧水を注入する
ことを特徴とする、請求項6記載の水力機械。
7. The hydraulic machine according to claim 6, wherein one or a plurality of water inlets are provided in a pipe wall of the suction pipe, and high-pressure water is injected into the suction pipe from the water injection port.
【請求項8】ランナと発電機を連結する主軸に、吸出し
管内に高圧水を注入する高圧水供給孔を設けたことを特
徴とする、請求項6記載の水力機械。
8. The hydraulic machine according to claim 6, wherein a high-pressure water supply hole for injecting high-pressure water into the suction pipe is provided on a main shaft connecting the runner and the generator.
【請求項9】吸出し管内に高圧水を供給する注水用配管
経路には、注水タイミングを制御する自動制御弁が設け
られていることを特徴とする、請求項7または8記載の
水力機械。
9. The hydraulic machine according to claim 7, wherein an automatic control valve for controlling water injection timing is provided in a water injection pipe route for supplying high-pressure water into the suction pipe.
【請求項10】自動制御弁は、水車定格出力時相当のガ
イドベーン開度に対して40〜70%の範囲の運転状態
時に開動作し、それ以外の運転状態では閉状態に維持さ
れることを特徴とする、請求項9記載の水力機械。
10. The automatic control valve opens during an operation state in a range of 40 to 70% of the guide vane opening corresponding to the rated output of the turbine, and is kept closed in other operation states. The hydraulic machine according to claim 9, wherein:
【請求項11】吸出し管管壁には運転状態監視装置が設
置されており、測定された振動値および騒音値が予め設
定された設定値を超えた場合に自動制御弁が開動作され
ることを特徴とする、請求項9記載の水力機械。
11. An operation state monitoring device is installed on a wall of the suction pipe, and an automatic control valve is opened when a measured vibration value and a noise value exceed predetermined values. The hydraulic machine according to claim 9, wherein:
【請求項12】高圧水は、ケーシング或は水圧鉄管から
取水されることを特徴とする、請求項6乃至11のいず
れかに記載の水力機械。
12. The hydraulic machine according to claim 6, wherein the high-pressure water is taken from a casing or a penstock.
【請求項13】吸出し管内に高圧水を供給する注水用配
管経路には、空気混入機が接続されており、注水する高
圧水に空気を混入させることを特徴とする、請求項6乃
至12のいずれかに記載の水力機械。
13. A water injection pipe route for supplying high-pressure water into the suction pipe, wherein an air mixing device is connected to mix air into the high-pressure water to be injected. The hydraulic machine according to any one of the above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013031064A1 (en) * 2011-08-29 2013-03-07 Suzuki Tizuru Sealed-recirculation water channel for power generation and generation equipment using water channel

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