JPH11311176A - 水力機械 - Google Patents
水力機械Info
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- JPH11311176A JPH11311176A JP10117515A JP11751598A JPH11311176A JP H11311176 A JPH11311176 A JP H11311176A JP 10117515 A JP10117515 A JP 10117515A JP 11751598 A JP11751598 A JP 11751598A JP H11311176 A JPH11311176 A JP H11311176A
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- pressure chamber
- hydraulic machine
- fluid
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- 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】 ランナやガイドベーンなどの無視できない壁
面や羽根面での摩擦損失を低減し、水車効率向上を図
る。 【解決手段】 水力機械内部の流路を流れる流体との間
で流体摩擦の生じる面に、所定のパターンで連続する凹
凸部１１、１２、１３、１４からなる流体摩擦低減部を
設ける。
面や羽根面での摩擦損失を低減し、水車効率向上を図
る。 【解決手段】 水力機械内部の流路を流れる流体との間
で流体摩擦の生じる面に、所定のパターンで連続する凹
凸部１１、１２、１３、１４からなる流体摩擦低減部を
設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水車やポンプ水車
等の水力機械の流体摩擦低減装置に係り、特に、水力機
械の流路内を流れる流体の摩擦抵抗を低減する水力機械
に関する。
等の水力機械の流体摩擦低減装置に係り、特に、水力機
械の流路内を流れる流体の摩擦抵抗を低減する水力機械
に関する。
【０００２】
【従来の技術】水力発電用水車の場合、水車効率の高低
がプラントの採算性を決める上で重要な要因となる。こ
のため可能な限り高い水車効率が要求されているが、最
近は設計技術が進歩したこともあり、流れと羽根角度の
不一致により発生する損失は、かなり低減されており、
水車効率向上が頭打ちの傾向になっている。このため、
現状以上の効率向上を果たすためには、流体の粘性によ
り発生する流動に伴う壁面の摩擦損失を低減することが
課題となっている。
がプラントの採算性を決める上で重要な要因となる。こ
のため可能な限り高い水車効率が要求されているが、最
近は設計技術が進歩したこともあり、流れと羽根角度の
不一致により発生する損失は、かなり低減されており、
水車効率向上が頭打ちの傾向になっている。このため、
現状以上の効率向上を果たすためには、流体の粘性によ
り発生する流動に伴う壁面の摩擦損失を低減することが
課題となっている。
【０００３】図１５は、従来の一般的なポンプ水車の縦
断面を示した図である。回転軸１の下端部には、ランナ
２が取り付けられている。ランナに流体を導く流路に
は、ステーベーン３と、ガイドベーン４が設けられてい
る。
断面を示した図である。回転軸１の下端部には、ランナ
２が取り付けられている。ランナに流体を導く流路に
は、ステーベーン３と、ガイドベーン４が設けられてい
る。
【０００４】ランナ２のランナクラウン２ａと上カバー
５とによってランナ背圧室７が形成されている。また、
ランナ２のランナバンド２ｂと下カバー６とによってラ
ンナ側圧室８が形成されている。ランナ背圧室７、ラン
ナ側圧室８は、外周シール部９、１０からの漏水により
充水されるため、ランナクラウン２ａのランナ背圧室７
側の壁面およびランナバンド２ｂのランナ側圧室８側の
壁面には、ランナ２の回転に伴って水の粘性による円板
摩擦損失が発生する。この摩擦損失は、水力機械の全損
失の３〜４割を占めることが知られている。
５とによってランナ背圧室７が形成されている。また、
ランナ２のランナバンド２ｂと下カバー６とによってラ
ンナ側圧室８が形成されている。ランナ背圧室７、ラン
ナ側圧室８は、外周シール部９、１０からの漏水により
充水されるため、ランナクラウン２ａのランナ背圧室７
側の壁面およびランナバンド２ｂのランナ側圧室８側の
壁面には、ランナ２の回転に伴って水の粘性による円板
摩擦損失が発生する。この摩擦損失は、水力機械の全損
失の３〜４割を占めることが知られている。
【０００５】さらに、ステーベーン３、ガイドベーン
４、ランナ２では、その羽根先端から発達する境界層に
より発生する摩擦があり、この摩擦損失は流量の２乗に
比例するので、特に大出力側での摩擦損失の増大は水力
性能上無視することができない。
４、ランナ２では、その羽根先端から発達する境界層に
より発生する摩擦があり、この摩擦損失は流量の２乗に
比例するので、特に大出力側での摩擦損失の増大は水力
性能上無視することができない。
【０００６】従来、このような流路壁面での摩擦損失を
低減するために、流路壁面にリブレットを入れたり、流
路壁面に高分子溶液を塗布したりことや、多孔板（ポー
ラス板とも呼ばれている）を介して供給する空気により
壁面をマイクロバルブで覆うなど種々の技術が提案され
ている。
低減するために、流路壁面にリブレットを入れたり、流
路壁面に高分子溶液を塗布したりことや、多孔板（ポー
ラス板とも呼ばれている）を介して供給する空気により
壁面をマイクロバルブで覆うなど種々の技術が提案され
ている。
【０００７】また、ランナ背圧室７およびランナ側圧室
８の壁面での摩擦損失の低減を低減するために、ランナ
背圧室７およびランナ側圧室８室の隙間寸法の適正化を
図ることにより摩擦損失を低減する方法（特公昭５９−
３４８７１号公報）や、ランナ背圧室７およびランナ側
圧室８に抗力低減物質を混入するなどの方法が知られて
いる。
８の壁面での摩擦損失の低減を低減するために、ランナ
背圧室７およびランナ側圧室８室の隙間寸法の適正化を
図ることにより摩擦損失を低減する方法（特公昭５９−
３４８７１号公報）や、ランナ背圧室７およびランナ側
圧室８に抗力低減物質を混入するなどの方法が知られて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水力プ
ラントの場合、河川に水を利用するため、たとえ毒性が
ないとはいえ、水以外の高分子溶液などの物質を付加す
るのは、その物質の漏れ対策が問題となり好ましくな
い。また、マイクロバルブの場合には、多孔板の目詰ま
りなどの問題がある。また、水車あるいはポンプ水車な
どの水力機械が、大容量、高落差化される現在において
は、ますます摩擦損失を極力低減し、高効率高性能の水
力機械を開発することが課題とされている。
ラントの場合、河川に水を利用するため、たとえ毒性が
ないとはいえ、水以外の高分子溶液などの物質を付加す
るのは、その物質の漏れ対策が問題となり好ましくな
い。また、マイクロバルブの場合には、多孔板の目詰ま
りなどの問題がある。また、水車あるいはポンプ水車な
どの水力機械が、大容量、高落差化される現在において
は、ますます摩擦損失を極力低減し、高効率高性能の水
力機械を開発することが課題とされている。
【０００９】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、無視できない壁面での摩擦損失
を低減し、効率向上を図ることのできるようにした水力
機械を提供することにある。
有する問題点を解消し、無視できない壁面での摩擦損失
を低減し、効率向上を図ることのできるようにした水力
機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、水車、ポンプ水車その他の水力機械に
おいて、環状のランナ背圧室、ランナ側圧室を水力機械
のカバーの内周面とそれぞれ形成するランナの各壁面
に、所定のパターンで連続する凹凸部からなる流体摩擦
低減部を有することを特徴とする。
めに、本発明は、水車、ポンプ水車その他の水力機械に
おいて、環状のランナ背圧室、ランナ側圧室を水力機械
のカバーの内周面とそれぞれ形成するランナの各壁面
に、所定のパターンで連続する凹凸部からなる流体摩擦
低減部を有することを特徴とする。
【００１１】さらに、本発明は、水車、ポンプ水車その
他の水力機械において、ランナまたはガイドベーンまた
はステーベーンの羽根面入口側および／または出口側に
流体の主流の流れ方向に対して一定のパターンで連続す
る複数の凹凸部からなる流体摩擦低減部を形成したこと
を特徴とする。
他の水力機械において、ランナまたはガイドベーンまた
はステーベーンの羽根面入口側および／または出口側に
流体の主流の流れ方向に対して一定のパターンで連続す
る複数の凹凸部からなる流体摩擦低減部を形成したこと
を特徴とする。
【００１２】本発明によれば、流体摩擦低減の凹部に存
在する流体が主流の流体と接するようになるので、主流
の接触する面積を減少させ、壁面全体に流体が接する場
合に生じる摩擦抵抗よりも、流体摩擦の大きさを低減さ
せることができる。
在する流体が主流の流体と接するようになるので、主流
の接触する面積を減少させ、壁面全体に流体が接する場
合に生じる摩擦抵抗よりも、流体摩擦の大きさを低減さ
せることができる。
【００１３】本発明の好適な実施形態によれば、前記凹
部は、ランナ円周方向に所定のピッチで配列したランナ
半径方向に延びる複数の溝からなる。また、前記溝を複
数の部屋に仕切ることによって、流体摩擦低減に加えて
壁面近傍において主流を横切る２次流れも抑制すること
ができる。
部は、ランナ円周方向に所定のピッチで配列したランナ
半径方向に延びる複数の溝からなる。また、前記溝を複
数の部屋に仕切ることによって、流体摩擦低減に加えて
壁面近傍において主流を横切る２次流れも抑制すること
ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明による水力機械の一
実施形態について、添付の図面を参照しながら説明す
る。なお、本発明の実施形態の構成要素のうち、従来の
水力機械として図１５に挙げたポンプ水車の構成要素と
同一の構成要素については、同一符号を付してその詳細
な説明は省略する。
実施形態について、添付の図面を参照しながら説明す
る。なお、本発明の実施形態の構成要素のうち、従来の
水力機械として図１５に挙げたポンプ水車の構成要素と
同一の構成要素については、同一符号を付してその詳細
な説明は省略する。
【００１５】第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。この第
１実施形態では、図１５のポンプ水車において、上カバ
ー５の内周面との間でランナ背圧室７を形成するランナ
クラウン２ａの壁面および下カバー６の内周面との間で
ランナ側圧室８を形成するランナバンド２ｂの壁面に流
体摩擦低減部を設けている。
１実施形態では、図１５のポンプ水車において、上カバ
ー５の内周面との間でランナ背圧室７を形成するランナ
クラウン２ａの壁面および下カバー６の内周面との間で
ランナ側圧室８を形成するランナバンド２ｂの壁面に流
体摩擦低減部を設けている。
【００１６】ランナクラウン２ａのランナ背圧室７側の
壁面には、半径方向に延びる方形の溝１１が複数形成さ
れている。この溝１１は、周方向に所定のピッチで全周
にわたって形成されており、溝１１同士の間には、矩形
断面で平坦な凸面を有する凸条１２が形成されている。
このようにランナクラウン２ａのランナ背圧室７側の壁
面には、溝１１、凸条１２の連続する凹凸部によって流
体摩擦低減部を構成するようになっている。
壁面には、半径方向に延びる方形の溝１１が複数形成さ
れている。この溝１１は、周方向に所定のピッチで全周
にわたって形成されており、溝１１同士の間には、矩形
断面で平坦な凸面を有する凸条１２が形成されている。
このようにランナクラウン２ａのランナ背圧室７側の壁
面には、溝１１、凸条１２の連続する凹凸部によって流
体摩擦低減部を構成するようになっている。
【００１７】同様にして、ランナバンド２ｂのランナ側
室８側の壁面についても、半径方向に延びる方向の溝１
３と、矩形断面で平坦な凸面を有する凸条１２が連続し
て形成され、全周にわたる凹凸部によって流体摩擦低減
部を構成している。
室８側の壁面についても、半径方向に延びる方向の溝１
３と、矩形断面で平坦な凸面を有する凸条１２が連続し
て形成され、全周にわたる凹凸部によって流体摩擦低減
部を構成している。
【００１８】この第１実施形態によれば、ランナ背圧室
７、ランナ側圧室８内で支配的な流れの流体は、矢印で
その回転方向を示すランナ２の回転とともに、凸条１
２、１４の凸面に接してこの凸面に摩擦抵抗が生じる
が、溝１１、１３に存在する流体もランナクラウン２
ａ、ランナバンド２ｂの回転とともに移動して主流の流
体と接するようになるので、ランナクラウン２ａ、ラン
ナバンド２ｂの壁面全体に流体が接する場合に生じる摩
擦抵抗よりも、流体摩擦の大きさを低減させることがで
きる。
７、ランナ側圧室８内で支配的な流れの流体は、矢印で
その回転方向を示すランナ２の回転とともに、凸条１
２、１４の凸面に接してこの凸面に摩擦抵抗が生じる
が、溝１１、１３に存在する流体もランナクラウン２
ａ、ランナバンド２ｂの回転とともに移動して主流の流
体と接するようになるので、ランナクラウン２ａ、ラン
ナバンド２ｂの壁面全体に流体が接する場合に生じる摩
擦抵抗よりも、流体摩擦の大きさを低減させることがで
きる。
【００１９】図２は、本実施の形態における水車効率
と、ランナに凹凸部からなる流体摩擦低減部を設けない
従来の水車の水車効率とを比較して示す図である。本実
施の形態によれば、従来の水車効率よりも、部分負荷に
おいて、Δη＝１．５〜２％、効率が向上し、過負荷に
おいては、Δη＝０．７〜１．５％、効率が向上し、部
分負荷から過負荷までの広い範囲にわたって効率を向上
されることができるという結果が得られた。
と、ランナに凹凸部からなる流体摩擦低減部を設けない
従来の水車の水車効率とを比較して示す図である。本実
施の形態によれば、従来の水車効率よりも、部分負荷に
おいて、Δη＝１．５〜２％、効率が向上し、過負荷に
おいては、Δη＝０．７〜１．５％、効率が向上し、部
分負荷から過負荷までの広い範囲にわたって効率を向上
されることができるという結果が得られた。
【００２０】第２実施形態 次に、図３に本発明の第２実施形態を示す。この実施形
態は、図１の第１実施形態の溝１２、１４の形状を変え
たものである。ランナクラウン２ａのランナ背圧室７側
の壁面で半径方向に延びる溝１５は、ランナの外周側に
向かって暫時溝幅が広くなるようになっている。この溝
１５は、周方向に所定のピッチで全周わたって形成され
ている。溝１５の幅の変化に対応して、凸条１６の幅
は、逆に内周側に向かって暫時狭くなっている。同様
に、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁面において
も、同じパターンの凹凸部を構成する溝１７と凸条１８
が形成されている。
態は、図１の第１実施形態の溝１２、１４の形状を変え
たものである。ランナクラウン２ａのランナ背圧室７側
の壁面で半径方向に延びる溝１５は、ランナの外周側に
向かって暫時溝幅が広くなるようになっている。この溝
１５は、周方向に所定のピッチで全周わたって形成され
ている。溝１５の幅の変化に対応して、凸条１６の幅
は、逆に内周側に向かって暫時狭くなっている。同様
に、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁面において
も、同じパターンの凹凸部を構成する溝１７と凸条１８
が形成されている。
【００２１】この第２実施形態によれば、流体摩擦を低
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、主流の流体の流速は、ランナ２の内周側よりも外周
側の方が速く、且つ流体がランナ２の壁面と接触する面
積も増大するという流れの特徴に対応するようにして流
体摩擦を低減することができる。すなわち、溝１５、１
７は外周側に向かって溝幅が次第に広くなるので、溝１
５、１７に存在する流体と主流の流体とが接触する割合
が増えることに加えて、主流の流体が凸条１６、１７の
凸面と接触する面積は外周側に向かって増えず、むしろ
減少するようになっているので、全体として流体摩擦を
より流れの特性に合わせて効果的に減じることが可能と
なる。
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、主流の流体の流速は、ランナ２の内周側よりも外周
側の方が速く、且つ流体がランナ２の壁面と接触する面
積も増大するという流れの特徴に対応するようにして流
体摩擦を低減することができる。すなわち、溝１５、１
７は外周側に向かって溝幅が次第に広くなるので、溝１
５、１７に存在する流体と主流の流体とが接触する割合
が増えることに加えて、主流の流体が凸条１６、１７の
凸面と接触する面積は外周側に向かって増えず、むしろ
減少するようになっているので、全体として流体摩擦を
より流れの特性に合わせて効果的に減じることが可能と
なる。
【００２２】第３実施形態 次に、図４に本発明の第３の実施形態を示す。この第３
実施形態では、ランナクラウン２ａのランナ背圧室７側
の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁面に
は、それぞれ断面半円状の溝２０、２１が形成されてい
る。第１実施形態の溝１１、１３および第２実施形態の
溝１５、１７はともに底面が平坦な角溝になっている
が、この第３実施形態の溝２０、２１は曲面になってい
る。
実施形態では、ランナクラウン２ａのランナ背圧室７側
の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁面に
は、それぞれ断面半円状の溝２０、２１が形成されてい
る。第１実施形態の溝１１、１３および第２実施形態の
溝１５、１７はともに底面が平坦な角溝になっている
が、この第３実施形態の溝２０、２１は曲面になってい
る。
【００２３】この第３実施形態によれば、流体摩擦を低
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、ＮＣ工作機械による溝２０、２１の荒削り加工で対
処でき、加工が容易になる利点がある。すなわち、仕上
げ加工を簡略化できるので、加工時間の短縮と加工コス
トの低減を図ることができる。
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、ＮＣ工作機械による溝２０、２１の荒削り加工で対
処でき、加工が容易になる利点がある。すなわち、仕上
げ加工を簡略化できるので、加工時間の短縮と加工コス
トの低減を図ることができる。
【００２４】第４実施形態 次に、図５に本発明による第４の実施形態を示す。この
第４実施形態は、基本的には第１実施形態と同じ形状、
パターンで連続する凹凸部からなる流体摩擦低減部をラ
ンナクラウン２ａのランナ背圧室７側の壁面と、ランナ
バンド２ｂのランナ側室８側の壁面に有している。第１
実施形態では、溝１１、溝１３を機械加工により形成す
るが、この第４実施形態では、ランナクラウン２ａのラ
ンナ背圧室７側の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側
室８側の壁面にそれぞれ凸条１２、１４に相当する細長
い角部材２２、２３を周方向に所定のピッチで溶接して
いる。したがって、それぞれ溝２４は、角部材２２、２
２の間に、溝２５は角部材２３、２３の間に形成され
る。
第４実施形態は、基本的には第１実施形態と同じ形状、
パターンで連続する凹凸部からなる流体摩擦低減部をラ
ンナクラウン２ａのランナ背圧室７側の壁面と、ランナ
バンド２ｂのランナ側室８側の壁面に有している。第１
実施形態では、溝１１、溝１３を機械加工により形成す
るが、この第４実施形態では、ランナクラウン２ａのラ
ンナ背圧室７側の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側
室８側の壁面にそれぞれ凸条１２、１４に相当する細長
い角部材２２、２３を周方向に所定のピッチで溶接して
いる。したがって、それぞれ溝２４は、角部材２２、２
２の間に、溝２５は角部材２３、２３の間に形成され
る。
【００２５】この第４実施形態によれば、溝２４、２５
を機械加工によらずにランナクラウン２ａ、ランナバン
ド２ｂへの角部材２２、２３の溶接により形成すること
ができるため、機加工加工コストを削減することができ
る。また、溶接で簡単に角部材２２、２３を取り付られ
るので、既存の水力機械のランナへの本発明の適用も容
易である。
を機械加工によらずにランナクラウン２ａ、ランナバン
ド２ｂへの角部材２２、２３の溶接により形成すること
ができるため、機加工加工コストを削減することができ
る。また、溶接で簡単に角部材２２、２３を取り付られ
るので、既存の水力機械のランナへの本発明の適用も容
易である。
【００２６】なお、角部材２２、２３は、図３の第２実
施形態における凸条１６、１８に相当する形状の部材を
用いてもよく、この場合は、凹凸部の連続パターンは、
第２実施形態と同等のものが得られる。
施形態における凸条１６、１８に相当する形状の部材を
用いてもよく、この場合は、凹凸部の連続パターンは、
第２実施形態と同等のものが得られる。
【００２７】第５実施形態 図６は、本発明による第５の実施形態を示す。この第５
実施形態は、基本的には第１実施形態と同じ形状、パタ
ーンで連続する凹凸部からなる流体摩擦低減部をランナ
クラウン２ａのランナ背圧室７側の壁面と、ランナバン
ド２ｂのランナ側室８側の壁面に有している。
実施形態は、基本的には第１実施形態と同じ形状、パタ
ーンで連続する凹凸部からなる流体摩擦低減部をランナ
クラウン２ａのランナ背圧室７側の壁面と、ランナバン
ド２ｂのランナ側室８側の壁面に有している。
【００２８】この第５実施形態では、ランナクラウン２
ａの壁面に形成される溝２６は、仕切部材２７によって
複数の部屋２８に仕切られている。ランナバンド２ｂの
壁面についても、溝２９は図示はされないが同じように
複数の部屋に仕切られている。
ａの壁面に形成される溝２６は、仕切部材２７によって
複数の部屋２８に仕切られている。ランナバンド２ｂの
壁面についても、溝２９は図示はされないが同じように
複数の部屋に仕切られている。
【００２９】この第５実施形態によれば、流体摩擦を低
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、溝２６、２９を複数の部屋に仕切きることにより、
壁面近傍において主流を横切る２次流れも抑制すること
ができる。このため、流体摩擦低減効果に加えて、２次
流れによる損失をも低減することができ、より多く水力
効率の向上を達成することができる。
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、特
に、溝２６、２９を複数の部屋に仕切きることにより、
壁面近傍において主流を横切る２次流れも抑制すること
ができる。このため、流体摩擦低減効果に加えて、２次
流れによる損失をも低減することができ、より多く水力
効率の向上を達成することができる。
【００３０】なお、溝２６、２９の形状は、第２実施形
態と同様の凹凸の連続パターンとするために、ランナ外
周部に向かって幅が広くなるようにしてもよい。また、
仕切部材２７は、ランナと別体の部材に限らず、機械加
工により溝２６、２９を仕切るようにしてもよい。
態と同様の凹凸の連続パターンとするために、ランナ外
周部に向かって幅が広くなるようにしてもよい。また、
仕切部材２７は、ランナと別体の部材に限らず、機械加
工により溝２６、２９を仕切るようにしてもよい。
【００３１】第６実施形態 次に、図７乃至図１２を参照して本発明の第６の実施形
態について説明する。図７は、ランナ２の羽根面を示
す。この第６実施形態は、ランナ２の羽根面における流
体摩擦を低減するため、羽根面の入口部と出口部に流体
摩擦低減部３０、３１を設けた実施の形態である。この
場合、水車運転をするときには、ランナ２に流れ込む流
体の流れの方向は図に矢印で示すようになり、流体摩擦
低減部３０が羽根面の入口部に相当し、流体摩擦低減部
３１が出口部に相当する。ポンプ運転時には逆になる。
態について説明する。図７は、ランナ２の羽根面を示
す。この第６実施形態は、ランナ２の羽根面における流
体摩擦を低減するため、羽根面の入口部と出口部に流体
摩擦低減部３０、３１を設けた実施の形態である。この
場合、水車運転をするときには、ランナ２に流れ込む流
体の流れの方向は図に矢印で示すようになり、流体摩擦
低減部３０が羽根面の入口部に相当し、流体摩擦低減部
３１が出口部に相当する。ポンプ運転時には逆になる。
【００３２】図８に示すように、流体摩擦低減部３０、
３１は、主流の流れに対して直角に交差するように複数
の溝３１と凸条３２からなる凹凸部のパターンが連続し
て羽根面に形成されているものである。
３１は、主流の流れに対して直角に交差するように複数
の溝３１と凸条３２からなる凹凸部のパターンが連続し
て羽根面に形成されているものである。
【００３３】図９は、ガイドベーン４の羽根面を示す。
このガイドベーン４の羽根面の入口部と出口部にも同じ
ようにして、流体摩擦低減部３３、３４が設けられてお
り、この流体摩擦低減部３３、３４も主流の流れに対し
て直角に交差するように複数の溝３５と凸条３６からな
る凹凸部のパターンが連続して羽根面に形成されている
ものである。同様に、図１０は、羽根面の入口部および
出口部に流体摩擦低減部３７、３８を有するステーベー
ン３を示し、図１１は、流体摩擦低減部３７、３８の溝
３９、凸条４０からなる凹凸部のパターンを示してい
る。
このガイドベーン４の羽根面の入口部と出口部にも同じ
ようにして、流体摩擦低減部３３、３４が設けられてお
り、この流体摩擦低減部３３、３４も主流の流れに対し
て直角に交差するように複数の溝３５と凸条３６からな
る凹凸部のパターンが連続して羽根面に形成されている
ものである。同様に、図１０は、羽根面の入口部および
出口部に流体摩擦低減部３７、３８を有するステーベー
ン３を示し、図１１は、流体摩擦低減部３７、３８の溝
３９、凸条４０からなる凹凸部のパターンを示してい
る。
【００３４】ランナ２やガイドベーン４、ステーベーン
３の羽根に流入する流体の流れは、通常、水車の運転状
態によって変化する。最高効率点などで羽根に流入する
流れの方向と羽根角度とが比較的一致している場合に
は、羽根面で流れが剥離することはないが、羽根面には
境界層が好くなからず存在するので流体の摩擦抵抗は発
生する。他方、羽根に流入する流れの方向と羽根角度が
一致しない運転状態では、最高効率点における羽根面の
境界層よりもかなり境界層が発達し、流れの剥離が生じ
たり、摩擦抵抗が増大するようになる。
３の羽根に流入する流体の流れは、通常、水車の運転状
態によって変化する。最高効率点などで羽根に流入する
流れの方向と羽根角度とが比較的一致している場合に
は、羽根面で流れが剥離することはないが、羽根面には
境界層が好くなからず存在するので流体の摩擦抵抗は発
生する。他方、羽根に流入する流れの方向と羽根角度が
一致しない運転状態では、最高効率点における羽根面の
境界層よりもかなり境界層が発達し、流れの剥離が生じ
たり、摩擦抵抗が増大するようになる。
【００３５】本発明の第６実施形態によれば、ランナ
２、ガイドベーン４、ステーベーン３の羽根面の入口
部、出口部に流体摩擦低減部３０、３１、３３、３４、
３７、３８を設けることにより、溝３１、３５、３９に
存在する流体に主流が接するので、この部分での摩擦抵
抗は凸条３２、３６、４０の凸面での摩擦抵抗よりは減
少する。すなわち、主流と接する面積が従来の羽根面よ
りも小さくなるので、広い運転範囲において流体摩擦を
低減することができる。
２、ガイドベーン４、ステーベーン３の羽根面の入口
部、出口部に流体摩擦低減部３０、３１、３３、３４、
３７、３８を設けることにより、溝３１、３５、３９に
存在する流体に主流が接するので、この部分での摩擦抵
抗は凸条３２、３６、４０の凸面での摩擦抵抗よりは減
少する。すなわち、主流と接する面積が従来の羽根面よ
りも小さくなるので、広い運転範囲において流体摩擦を
低減することができる。
【００３６】第７実施形態 図１３は、本発明による第７の実施形態を示す。これま
で説明してきた実施形態は、いずれも流体摩擦低減部を
構成する凹部が複数条の溝からなるものであるが、この
実施形態では、凹部として円形凹部４２を散点状にラン
ナクラウン２ａ、ランナバンド２ｂの壁面に形成するも
のである。
で説明してきた実施形態は、いずれも流体摩擦低減部を
構成する凹部が複数条の溝からなるものであるが、この
実施形態では、凹部として円形凹部４２を散点状にラン
ナクラウン２ａ、ランナバンド２ｂの壁面に形成するも
のである。
【００３７】この第７実施形態によれば、流体摩擦を低
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、第
６実施形態におけるランナ２、ガイドベーン４、ステー
ベーン３の羽根面の入口部、出口部に流体摩擦低減部３
０、３１、３３、３４、３７、３８も溝と凸条に代えて
円形凹部を形成するようにしてもよい。
減する基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、第
６実施形態におけるランナ２、ガイドベーン４、ステー
ベーン３の羽根面の入口部、出口部に流体摩擦低減部３
０、３１、３３、３４、３７、３８も溝と凸条に代えて
円形凹部を形成するようにしてもよい。
【００３８】第８実施形態 図１４は、本発明による第８の実施形態を示す。この第
８実施形態は、第４実施形態と同様に、基本的には第１
実施形態と同じ形状、パターンで連続する凹凸部からな
る流体摩擦低減部をランナクラウン２ａのランナ背圧室
７側の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁
面に有しているものである。図１４では、ランナクラウ
ン２ａを示すが、この第８実施形態の場合、凸条４４、
溝４５の連続する凹凸部は、樹脂系材料からなるシート
４６に溝４５を予め圧縮成形加工などにより形成してお
いたものからなり、これを流体摩擦低減部として固着剤
４７によりランナクラウン２ａの壁面に固着している。
同様のシートは、図示はしないがランナバンド２ｂの壁
面に対しても固着される。この８実施形態によれば、溝
４５を形成したシート４６用いて、既存の水力機械のラ
ンナへ流体摩擦低減部を容易に設けることが可能とな
り、既存の水力機械の効率を向上させることができる。
８実施形態は、第４実施形態と同様に、基本的には第１
実施形態と同じ形状、パターンで連続する凹凸部からな
る流体摩擦低減部をランナクラウン２ａのランナ背圧室
７側の壁面と、ランナバンド２ｂのランナ側室８側の壁
面に有しているものである。図１４では、ランナクラウ
ン２ａを示すが、この第８実施形態の場合、凸条４４、
溝４５の連続する凹凸部は、樹脂系材料からなるシート
４６に溝４５を予め圧縮成形加工などにより形成してお
いたものからなり、これを流体摩擦低減部として固着剤
４７によりランナクラウン２ａの壁面に固着している。
同様のシートは、図示はしないがランナバンド２ｂの壁
面に対しても固着される。この８実施形態によれば、溝
４５を形成したシート４６用いて、既存の水力機械のラ
ンナへ流体摩擦低減部を容易に設けることが可能とな
り、既存の水力機械の効率を向上させることができる。
【００３９】なお、溝４５の形状は、第２実施形態と同
様の凹凸の連続パターンとするために、ランナ外周部に
向かって幅が広くなるようにしてもよい。また、凹凸の
連続パターンを有するシート４６を第６実施形態に適用
して、ランナ２、ガイドベーン４、ステーベーン３の羽
根面に取り付けるようにしても同等の効果が得られる。
様の凹凸の連続パターンとするために、ランナ外周部に
向かって幅が広くなるようにしてもよい。また、凹凸の
連続パターンを有するシート４６を第６実施形態に適用
して、ランナ２、ガイドベーン４、ステーベーン３の羽
根面に取り付けるようにしても同等の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、水力機械内部の流路を流れる流体との間で流
体摩擦の生じる面に、所定のパターンで連続する凹凸部
からなる流体摩擦低減部を設けることにより、水力機械
で無視できない壁面や羽根面での摩擦損失を低減し、効
率向上を図ることができる。
によれば、水力機械内部の流路を流れる流体との間で流
体摩擦の生じる面に、所定のパターンで連続する凹凸部
からなる流体摩擦低減部を設けることにより、水力機械
で無視できない壁面や羽根面での摩擦損失を低減し、効
率向上を図ることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態による水力機械のラン
ナの要部を示す斜視図。
ナの要部を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態による水力機械の水車性
能を示したグラフ。
能を示したグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態による水力機械のランナ
の要部を示す斜視図。
の要部を示す斜視図。
【図４】本発明の第３実施形態による水力機械のランナ
の要部を示す斜視図。
の要部を示す斜視図。
【図５】本発明の第４実施形態による水力機械のランナ
の要部を示す斜視図。
の要部を示す斜視図。
【図６】本発明の第５実施形態による水力機械のランナ
の要部を示す斜視図。
の要部を示す斜視図。
【図７】本発明の第６実施形態による水力機械のランナ
の羽根を示す図。
の羽根を示す図。
【図８】図７のＡ部の拡大図。
【図９】本発明の第６実施形態による水力機械のガイド
ベーンの羽根を示す図。
ベーンの羽根を示す図。
【図１０】図９のＢ部の拡大図。
【図１１】本発明の第６実施形態による水力機械のステ
ーベーンの羽根を示す図。
ーベーンの羽根を示す図。
【図１２】図１１のＣ部の拡大図。
【図１３】本発明の第７実施形態による水力機械のラン
ナの要部を示す斜視図。
ナの要部を示す斜視図。
【図１４】本発明の第８実施形態による水力機械のラン
ナの要部の断面図。
ナの要部の断面図。
【図１５】従来の水車を示す断面図。
１ 回転軸 ２ ランナ ３ ステーベーン ４ ガイドベーン ５ 上カバー ６ 下カバー ７ ランナ背圧室 ８ ランナ側圧室 １１ 溝部 １２ 凸条 １３ 溝部 １４ 凸条 １５ 溝部 １６ 凸条 １７ 溝部 １８ 凸条 ２７ 仕切部材
Claims (7)
- 【請求項１】水車、ポンプ水車その他の水力機械におい
て、 環状のランナ背圧室、ランナ側圧室を水力機械のカバー
の内周面とそれぞれ形成するランナの各壁面に、所定の
パターンで連続する凹凸部からなる流体摩擦低減部を有
することを特徴とする水力機械。 - 【請求項２】前記凹部は、ランナ円周方向に所定のピッ
チで配列したランナ半径方向に延びる複数の溝からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の水力機械。 - 【請求項３】前記溝は、複数の部屋に仕切られているこ
とを特徴とする請求項１乃至２のいずれかの項に記載の
水力機械。 - 【請求項４】水車、ポンプ水車その他の水力機械におい
て、 ランナまたはガイドベーンまたはステーベーンの羽根面
入口側および／または出口側に流体の主流の流れ方向に
対して一定のパターンで連続する複数の凹凸部からなる
流体摩擦低減部を形成したことを特徴とする水力機械。 - 【請求項５】前記凹部は、流体の主流の流れ方向に対し
て交差する方向に延びる複数の溝からなることを特徴と
する請求項４に記載の水力機械。 - 【請求項６】前記凹部は、散点状に形成された円形凹部
からなることを特徴とする請求項２または４に記載の水
力機械。 - 【請求項７】前記流体摩擦低減部は、所定のパターンで
連続する凹凸部が形成された樹脂系シートからなること
を特徴とする請求項１または４に記載の水力機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10117515A JPH11311176A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 水力機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10117515A JPH11311176A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 水力機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311176A true JPH11311176A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14713682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10117515A Pending JPH11311176A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 水力機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11311176A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013167180A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水車用ランナおよび水車 |
| JP2015178829A (ja) * | 2013-08-20 | 2015-10-08 | 株式会社東芝 | 水車および配管 |
-
1998
- 1998-04-27 JP JP10117515A patent/JPH11311176A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013167180A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水車用ランナおよび水車 |
| JP2015178829A (ja) * | 2013-08-20 | 2015-10-08 | 株式会社東芝 | 水車および配管 |
| US10087906B2 (en) | 2013-08-20 | 2018-10-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydraulic turbine and pipe |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070111 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070119 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070605 |