JPS59126079A - 水車のステ−ベ−ン - Google Patents

水車のステ−ベ−ン

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JPS59126079A
JPS59126079A JP57233981A JP23398182A JPS59126079A JP S59126079 A JPS59126079 A JP S59126079A JP 57233981 A JP57233981 A JP 57233981A JP 23398182 A JP23398182 A JP 23398182A JP S59126079 A JPS59126079 A JP S59126079A
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stay vane
stay
angle
vane
casing
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JP57233981A
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Masami Toshima
戸嶋 正美
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は水車のステーベーンに関するものである。
〔従来技術〕
第1図は一般的なフランシス形水車の断面、第2図は第
1図のI−I断面の要部を示している。
これらの図で、1は水圧管の末端に取シ付けられだうず
巻形をしたケーシング、2は相対向する2枚の環状スピ
ードリング、3は2枚の環状スピード9772間に挾ま
れた固定のステーベーン、4は可動のガイドベーン、5
はランナ、6は吸出し管を示している。ステーベー73
及びガイドベーン4はランナ0の外側の同心円の全周に
亘って複数枚配列されている。そして、水車運転時の水
流は、うず巻形をしたケーシング1内よシスデーベ=7
3及びガイドベーン4を順次通過してランナ5に人って
、ランナ5を回転させて吸出し管6へ流出する。
ここで設けられているステーベーン3は強度面から設け
られたもので、水車専用機の場合には原価低減のため第
3図に示すような平板翼としている。そして、このよう
なステーベーンへの流入角度棲α8Gは −澁・ Bはステーベー73の軸方向の幅翰 tはステーベーン3の厚み(旬 りはステーベー73の外周直径D1(”1と内周直径D
2との平均直径(In) nはステーベーン3の枚数 となり、この(])式に基ついて決めた取り付角度で全
周同一にステーベー73を配列している。
しかし、近年、水車、ポンプ水車はますます大容量化す
る傾向にあシ、このため、わずかの効率差が大きな出力
差となって現われるので、機器の効率は経済性の見地か
ら年々高く評価される傾向にあパ国内外各社とも効率向
上に努力している状態にある。
〔発明の目的〕 本発明はこれらの状況に鑑みなされたもので、水車の性
能を向上させることができ、経済性の優れた水車のステ
ーベーンを提供すること全目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、水圧管の末端に取り付けられ、うず巻形をし
たケーシングの相対向する2枚の環状のビ スラードリンク間に複数枚設置され相互間にステーベー
ン流路を形成する水車のステーベーンにおいて、前記ス
テーベーン外周gAlu翼面上における接平面が円周方
向接線となすステーベーン入口側の取シ付は角度が、前
記ケーシング巻き終。部近傍のステーベーンではその他
の部分のステーベーンよシも犬となっていることを特徴
上するものである。
本発明は、第2図及び第3図に示される従来の水車のス
テーベーンにおける問題点の北門及び対策の検討の結果
なされたものである。
第4図は、ステーベーン3の入口部の全周の流れを実験
により測定した結果を示すもので、横軸には第2図に示
すケーシング1とステーベーン3の外周との交点Aとラ
ンナ中心とを結ぶ方向をψ−〇とし、とnをケーシング
巻き始め部としてこれから時計の針の進行方向に測った
角度ψA%縦軸にはステーベーン3への流入角度αSG
が示しである。その結果、流入角度はケーシング巻き終
シ部近傍が他の位置よりも大きく、かつ、ステーベーン
の取り付は角度よりも大きくなっており、丑だ、渦巻き
ケーシング内の流れは渦巻きケーシング内にスヒートリ
ンクが突き出した複雑な構造になっているので、完全な
自由渦流れにはならないため、ステーベーンへの流入は
全周均一にはなっておらず、ケーシング巻き終り部の方
向へ向かって除々に少なくなり、その分だけ巻き終り部
近傍で多くなっていることが明らかとなった。すなわち
、ステーベーンへの流入角度が取り付は角度よりずれる
と、流れの損失が増大し特に流量が多いとより損失は増
大することになり、このケーシング巻キ終り部での損失
が水車性能低下の大きな原因となっていることが明らか
となった。
本発明は、このような水車を対象として各流路部の流れ
を実測した結果に基づいてなされたもので、ケーシング
巻き終シ部近傍のステーベーンの入口側の取シ付は角度
を他の位置のステーベーンの入口側の取シ付は角度よシ
も大きくなるように形成し、その部分で生ずる流れの損
失を低減するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第5図は一実施例のステーベーン31を示すもので、ス
テーベーン31の内周端によって形成される円周と外周
端によって形成される円周とによって形成される円環の
幅方向のほぼ中央付近で、ステーベーン31aと31b
とに2分割されており、内周側のステーベー/31aは
従来の設計法による取り付は角度α2で取り付けられる
が、外周側のステーベーン31bは従来の設計法による
取り付は角度α1 よシも大きな取り付は角度αSで取
り付けられる。
第6図は他の実施例のステーベーン32を示fものて、
従来の設計法によるステーベーンの入口部の一部を斜め
にそいだものである。すなわち、このステーベーン32
は出口部の取り付は角度は従来の設計法による取っ付は
角度α2であるが、入口部はステーベーンの外周側近傍
の内面側全科めにそいで非対称とし、取り付は角度α8
が従来の設計法による取り付は角度α1より大きくなる
ようにしたものである。
第7図はさらに他の実施例のステーベーン33を示すも
ので、ステ−ベーン33全体を流線形にしたもので、こ
のステーベーン33も出口部の取り付は角度は従来の設
計法による取p付は角度α2であるが、入口部はステー
ベー733の外周側近傍の内面側を流線形として、取り
付は角度αSが従来の設計法による取υ伺は角度α1よ
シ大きくなるようにしたものである。
このようなステーベーンを用いる場合において、渦巻き
ケー/ングがらステーベーンへ水が流入する場合には、
周方向の流れが急激VC軸方向へ流れるための方向変化
による損失、また、ステーベーンに流入する流速の2乗
に比例する摩擦損失が発生するか、それらは次のように
表わされる。
ステーベーン内に流入する流量は、渦巻きケーシング巻
に流入した全流量Qと等しいがら、ステーベーン翼内で
の半径方向速度C□樟(第8図の速度三角形参照)は で与えられる。
従って、ステーベーン翼内の周方向速度cuはc u 
= c 、 Xcot a          、、、
 、、、 、、、(3)捷だ、ステーベーン翼外の周方
向速度c1.。はケーシング巻の流れが均一流と仮定す
ると、と表わせる。
よって、方向変化による損失ΔH1は、cu、トCuと
の速度差で表わされ、 ここでgは重力加速度となる。
また、ステーベーンに流入するときの摩擦損失ΔH2は
、 ここで1(は損失係数となる。
第9図は(5)式で算出しだ方向変化による損失ΔH1
と流入角度差Δαとの関係を示すもので、流入角度か最
適流入角度(0度)からずれると、ΔH+はそのずれ量
とともに増大している。また、第10図は(6)式で算
出した摩擦損失Δ02 と取り付は角度αlとの関係全
示すもので、ΔH2はα1が大きくなると減少する。そ
して取り利は角度が変ったことに対する損失量の変化は
ΔH2の方がΔH1よりも小さい。
従って、ステーベーンの入口側の取り付は角度を従来の
α1より大きな角度α6として流入角度と合わせると、
方向変化による損失ΔH,は減少し、かつ、摩擦損失Δ
H2はα1の大きい方が半径方向速度が小さくなるため
減少することは明らかである。
第11図は、第5図、第6図又は第7図のステーベーン
を用いる場合の周方向位置を示すもので、第2図と同一
部分には同一符号が付しである。第5図、第6図又は第
7図のステーベーンを設ける角度範囲Δψはψ−00よ
り時計の針の進行方向と逆の方向、即ちケーシング1巻
き終り部から巻き始め方向ヘーラジアン以内とするのが
最も有効である。例えば、20枚のステーベーンの設け
られている水車では、この範囲に入るステーベーンは3
枚である。
また、ケーシング巻き終シ部近傍のステーベーンの入日
側の取り付は角度はその他の部分のステーへンの入口側
の取り付は角度より5〜10度大となっている場合に良
好々結果が得られる。
なお、第5図、第6図又は第7図のステーベーン内用い
る場合、ケーシング巻き始め部” ステーベーン(ψ=
Off)、!=巻き終シ部のステーベーン間で形成され
る流路は、第6図及び第7図に示したステーベーンの場
合には、従来と同一流路幅となるが、第5図に示したス
テーベーンの場合には、流路幅は従来よりも狭くなり、
その部分の半径方向速度が犬となって損失はやや犬とな
る。しかしく2)式より明らかなように、ステーベーン
厚さt−1小さくすることによって半径方向速度を小さ
くてきるので損失増加は殆んどなくなる。なお、巻き終
り部はど単位面積当りの水圧が小さくなるのでステーベ
ーン厚さtを小としても強度面では問題はない。
また、これらのステーベーンば、巻き終り部以外の巻き
終り部近傍のステーベーンにも適用され、巻き終9部で
の損失増加分は巻き終り部近傍のステーベーンのうら巻
き終り部以外のステーベーンの損失低減分に比べて少な
いので、第5図のようなステーベーンを用いた場合でも
全体損失としてはかなり低減されることになる。
その結果、第5図のステーベーンよりも第6図又は第7
図のステ・−ベーンの方が損失低減効果は犬である。
なお、ケーシング巻き約9部の流れの損失を減少させる
のには、巻き終り部のステーベ゛−/相互の間で形成さ
れる流路を太きくシ、水流とステーベーンとの衝突をな
るべく避ける方法もある。しかし、この方法もステーベ
ーンの枚数を減らすような方法のときは、その分強度保
持のため他のステーベーンの厚さを大としなければなら
す、逆にその部分での損失が増大して好ましくない。ま
だ、ケーソン★りの面積を大きくする方法もある。この
場合は、第8図の速度三角形に一点鎖線で併記しである
ごとく、ケーシング面積を犬とすると周方向速度がCu
olで示すように小さくできる。このため、半径方向速
度を同一と考えると流入角度はα、1で示すように大き
くなって、この発明の場合と同一の効果が得られる。し
かし、ケーシングの面積を大きくすることは、第1図で
示したケーシングの内直径を大きくすることで、コスト
面で不利となり、好ましい方法ではない。
以上の如く、実施例のステーベーンはステーベーンの形
状の簡単な変形のみで、ケーシング巻き終シ部近傍のス
テーベーン入口部で発生する流れの損失全低減できるた
め水車性能の向上が可能で、経済斗の高い機器を提供す
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明は、水車の性能を向上させることができ、経済性
の優れた水車のステーベーン全提供可能とするもので、
産業上の効果の犬なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的なフランシス形水車の断面図、第2図は
第1図のI−I断面図、第3図は従来のステーベーンの
形状及び取υ付は角度の説明図、第4図は従来のステー
ベーンへの流入角度の実測分布図、第5図、第6図及び
第7図は本発明の水車のステーベーンのそれぞれ異なる
実施例の形状及び取り付は角度の説明図、第8図は流れ
の速度三角形の説明図、第9図は方向変化による損失と
流入角度差との関係を示す特性線図、第10図は摩擦損
失と取り付は角度との関係を示す特性線図、第11図は
本発明のステーベーンを用いる場合の周方向位置を示す
説明図である。 1・・・ケーシング、2・・・環状スピードリング、3
・・・ステーベーン、4・・・ガイドベーン、5・・・
ランナ、+1”l:′:j’ (ほか1名)パ 弔3図 唱5図 680   箔q図    第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1゜水圧管の末端に取シ付けられうず巻形をしたケーシ
    ングの相対向する2枚の環状のスピードリング間に複数
    枚設置され相互間にステーベーン流路を形成する水車の
    ステーベー/において、前記ステーベーン入口側翼面上
    における接平面が円周方向接線となすステーベーン入口
    側の取り付は角度が、前記ケーソング巻き終り部近傍の
    ステルベーンではその他の部分のステーベーンよりも犬
    となっていることを特徴とする水車のステーベーン。 2、前記ケーソング巻き終り部近傍が、周方向の角度範
    囲で前記ケーソング巻き約9部から巻き始め方向に一ラ
    ジアンの範囲であり、該ケーシング巻き終ぢ部近傍のス
    テーベーンの入口側の取り付は角度は、その他の部分の
    ステーベーンの入口側の取り付は角度より5〜10度大
    となっている特許請求の範囲第1項記載の水車のステー
    ベーン。
JP57233981A 1982-12-29 1982-12-29 水車のステ−ベ−ン Granted JPS59126079A (ja)

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JP57233981A JPS59126079A (ja) 1982-12-29 1982-12-29 水車のステ−ベ−ン

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JPS59126079A true JPS59126079A (ja) 1984-07-20
JPH0339196B2 JPH0339196B2 (ja) 1991-06-13

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5417547A (en) * 1992-12-25 1995-05-23 Ebara Corporation Vaned diffuser for centrifugal and mixed flow pumps
JP2011111958A (ja) * 2009-11-26 2011-06-09 Hitachi Ltd 水車ステーベーン及び水車

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5417547A (en) * 1992-12-25 1995-05-23 Ebara Corporation Vaned diffuser for centrifugal and mixed flow pumps
JP2011111958A (ja) * 2009-11-26 2011-06-09 Hitachi Ltd 水車ステーベーン及び水車

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