JPS6011686A - フランシス型水力機械 - Google Patents

フランシス型水力機械

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JPS6011686A
JPS6011686A JP58117958A JP11795883A JPS6011686A JP S6011686 A JPS6011686 A JP S6011686A JP 58117958 A JP58117958 A JP 58117958A JP 11795883 A JP11795883 A JP 11795883A JP S6011686 A JPS6011686 A JP S6011686A
Authority
JP
Japan
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chamber
air
runner
pressure chamber
air chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP58117958A
Other languages
English (en)
Inventor
Kaneo Sugishita
杉下 懐夫
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6011686A publication Critical patent/JPS6011686A/ja
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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
    • F03B3/02Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side of rotors, e.g. Francis turbines
    • 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
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/002Injecting air or other fluid
    • 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
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/04Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator for diminishing cavitation or vibration, e.g. balancing
    • 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はフランシス型水力機械に係り、特に水圧脈動に
起因した振動騒音を低減できるようにしたフランシス型
水力機械に関する。
、、 (2) 〔発明の技術的背景と問題点〕 一般にフランシス型水車は、水車主軸の下端にランチを
備え、このランナがランナ室内で回転するようになって
いる。ランナ室は上カバーと下カバーで囲われ、ランナ
の外方には複数枚のガイドベーンが配置され、さらにガ
イドベーンの外側にはうず巻ケーシングが配置されてい
る。このケーシング内の水は、水車運転時、ガイドベー
ンの水口を通してランナ羽根内に流入し反動力でランナ
を回転させる。
このようなフランシス型水車を運転するとき、回転する
ランナの羽根が静止しているガイドベーンの近傍を通過
するごとに相互の干渉により衝撃的な水圧脈動が発生す
ることが知られている。このようにして発生した水圧脈
動はランナまわりの背圧室または側圧室に伝播し、これ
らの部分の水圧脈動となると共に上カバーまたは下カバ
ーを振動させる。
落差が比較的低い従来の低速の水車においては、このよ
うな水田脈動に起因した撮動は、水圧脈動のエネルギが
相対的に小さかったためにあまり問題とならなかった。
ところが、近時のように高速化高落差化した水車におい
ては、水田脈動のエネルギが従来のそれと比較して著し
く大きくなり、その結果、十カバーおよび下カバーなど
の水力機械の構造物が振動することはもちろん、水力機
械を設置した残尿までが振動し運転−L問題となること
が多かった。
このような振動に対処するには、水力機械又は建屋の剛
性を強化することが考えられるが、それは水力機械のコ
ストアップおよび建屋の建設費の高騰を招来し好ましい
対策ではなかった。
その解決策として、従来は背圧室または側圧室に給気管
を開口接続し、振動発生時に水車の背圧室または側圧室
に高圧空気を給気し、空気層をクッションとして作用さ
せ、ランナまわりの水圧脈動を低減すると共に水圧脈動
が十カバーまたは下カバーなどの構造物の振動に直接結
びつかないようにした工夫がなされている。しかしなが
ら、ランチ背圧室または側圧室に給気された空気層は、
ランナ室内の水流により流出されやすく、クッション効
果を発揮させるためにはかなり多量の空気を定常的に給
気しなければならない。そのために、大容量の空気コン
プレッサや付帯設備が不可欠となる。また、給気した多
量の空気が配管中に流出した場合には、配管中の低圧部
またはタンク貯水池等の低圧部で急速に膨張するため配
管又は貯水池等の水路設備に損傷を与えるという問題も
あった。
〔発明の目的〕
そこで本発明の目的は、水圧脈動に起因した振動を低減
できるようにしたフランシス型水力機械を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明はランチ背圧室または
ランナ側圧室のいずれか一方または双方の室に連通する
空気室を設け、この空気室に給気管を接続すると共にこ
の管路上に給気弁を設けたことを特徴とするものである
しかして、本発明によれば、空気室内に滞溜しく5) 
。。。
ている空気層がクッション効果を果たし、ランナ背圧室
およびランナ側王室の水圧脈動を低減し、これら水圧脈
動に起因する上カバーおよび下カバーの振動を低減でき
る。
〔発明の実施例〕
以下本発明によるフランシス型水力機械の一実施例を図
面を参照して説明する。
第1図において、符号1は水車主軸を示し、この水車主
軸]の下端にはランナ2が固着されている。このランナ
2は、ランナクラウン3とランナバンド4とこれらの間
に挾持された複数枚のランナ羽根5,5・・・、5とか
らなっている。上記ランナ2は、上カバー6と下カバー
7とで囲われ、上方バー6は、ランナクラウン3と対向
しその間にランナ背圧室8が形成されている。また、下
カバー7はランチバンド4と対向しその間にランナ側圧
室9が形成されている。
しかして、上記ランナ2の外周には、複数枚のガイドベ
ーン10 、10 、・・・、10が環状に配置され、
水口開度を調節して水流量を調整できるようにな、 (
6) つている。また、上記ガイドベーン10 、10 、・
・・。
10の外側にはうず巻きケーシング11が配置され、こ
のケーシング11の入口端は大口弁を介して水圧鉄管に
連接されている。
本発明によれば、前記上カバー6の外側には環状の空気
室12が形成され、この空気室12は、流路面積の小さ
い連通路13を介して前記ランナ背圧室8と連通してい
る。なお、連通路13があまり大きいと空気室12 p
’+の空気が流出してしまうため、その数および大きさ
は水力機械の仕様、背圧室の大きさ等を考慮して決定す
る必要がある。また、上記空気室12には給グ管14が
接続され、この給気管14の管路上に給気弁15が配置
されている。上記給気管14の先は空気タンクあるいは
コンプレッサ等の圧縮空気源に接続されている。なお、
上記空気室12の外側には水位検出器16がセットされ
ており、空気室12内の設定位置における水の有無を検
出できろようVC,なっている。
上記実施例においては、空気室12は環状の構成とした
が、第2図に示したように、円周方向に独立した4個の
空気室12a 、 12b 、 12c 、 12d 
を構成しても良い。この場合には、各空気室12 a 
112 b 512c、12d のそれぞれに給気管1
4を接続することはもちろんである。
なお、水圧脈動による振動が問題となる程の大型水力機
械においては、上カバー、下カバーとも一枚板構造のも
のは皆無で円板と11プの組合せによるボックス構造の
ものが一般的であって、上カバーおよび下カバー内には
密閉された小部屋がいくつもあるから、それらの一部に
背圧室に連通する連通路を設け、給気管を配管するだけ
で空気室を容易に設けることができる。
このように構成された水力機械において、上記給気弁1
5を開けて空気室12内に給気すると空気室12内の水
面位が押し下げられ、水位が水位検出器16の位置まで
下がると水位検出器16がそれを検出し給気弁15を閉
じて給気を停止する。また、時間経過と共に空気室12
内の空気が流出し水位検出器16の設定位置を越えて水
位が上ってきた時は水位検出器16がそれを検出し給気
弁15を開けて給気を再開し、空気室12内の空気を補
充する。
本発明は上述したように構成されており、水力機械の運
転中、空気室12内には高圧空気が満たされているから
、ランナ2とガイドベーン10との干渉で発生した水圧
脈動は背圧室8に伝播し、その際に空気室12内の空気
の圧縮膨張に使われ、空気室12内の空気がクッション
効果を果たす。このようにして水圧脈動のエネルギは空
気室12内の空気によって吸収され、結果として上カバ
ー6の振動が軽減される。また、空気の圧縮膨張に伴い
空気室12と背圧室8との間で連通路13を通して水の
移動が生ずるが、連通路13はその面積があまり大きく
ないために、水の移動に対する抵抗となり、振動を減衰
させるダンパとして働き、十カバーの振動を軽減する。
また、本発明では空気室12内給気した空気の大半が流
出せず空気室12に滞溜するから大量に給気しなくても
クッション効果を期待スることができる。
次に本発明の他の実施例を説明する。
第3図に示した実施例は、ランナ側圧室9に対して適用
した例を示し、下カバー7の外側に空気室17が形成さ
れ、この空気室17とランナ側圧室9とは連通路18で
接続されている。また、空気室17内には、仕切板19
が上方より吊架され、下方に通路20が形成されている
。この仕切板19は空気室12内を内側室21と外側室
22とに区画している。給気管14は上記空気室17の
外側室22に下方から差し込まれ、設定水位位置よりも
上方の位置に開口している。
なお、本発明は支軸型水力機械に限らず、横軸型の水力
機械にも適用可能である。すなわち、第1図と同一部分
に同一符号を付して示した第4図乃至第6図は横軸型フ
ランシス水車に適用した例を示している。
この実施例では、ランナ2のランチクラウン3に対向す
るカバー6の外側に空気室12が設けられている。この
空気室12は、第6図に示したように、円周方向に独立
した4個の空気室12a 、 12b 、 12c 。
12dによって構成されている。そして、各空気室とラ
ンナ背圧室8とを連絡する連通路13の開口位置は、第
6図に示したように異なっている。また、空気室12a
 、 12b 、 12d内には、それぞれ仕切板19
a 、 191〕、 19(Iが設けられており、給気
した空気が空気室内に滞溜せずに連通路からランチ背圧
室内へ流入することを防いでいる。なお、最下位置の空
気室12cは、仕切板がなくても空気室12c内に空気
が滞溜できるので仕切板は不要となる。
なお、この実施例においても各空気室12a 、 12
b 。
12c、12d に給気管14が接続され、この管路上
に給気弁15が組込まれていることは前記実施例と同様
であり、第1図に示した実施例と同様の作用効果を期待
できる。
〔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
機械のランナ背圧室またはランナ側王室に連通路を介し
て連通する空気室を設けたから、空気室内の空気がクッ
ション効果を果たしランナ背圧室および側圧室の水圧脈
動を低減し、これら水圧脈動に起因した上カバーおよび
下カバーの振動を低減できると共に水力機械を設置した
建屋の振動を低減することができる。また、空気室に滞
溜している空気の有無を水位検出器で検出し給気量を調
節することにより必要最小限の給気で所定の効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるフランシス型水車を示
した縦断面図、第2図は空気室の配置の他の例を示した
平面図、第3図は本発明の他の実施例によるフランシス
型水車の縦断面図、第4図は本発明を横軸型水車に適用
した例を示した縦断面図、第5図は空気室を示した横断
面図、第6図は空気室の配置を示した正面図である。 8・・・ランナ背圧室、9・・・ランナ側圧室、12・
・・空気室、13・・・連通路、14・・・給気管、1
5・・・給気弁、16・・・水位検出器。 出願人代理人 猪 股 清 第1回 第2図 Aく 第3図 第4図 特開昭GO−11686(5) 第5図 第6閏 1盃019゜ /づ嗜杖20 196“ポットへ公■6

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ランナ背圧室またはランナ側王室のいずれか一方ま
    たは双方の室に連通する空気室を設け、この空気室に給
    気管を接続すると共にこの管路上に給気弁を設けたこと
    を特徴とするフランシス型水力機械。 2、空気室はランチ背圧室またはランチ側圧室の外側に
    環状に配置されたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載のフランシス型水力機械。 3、上記空気室は円周上を間隔をおいて配置された複数
    個の独立した室からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のフランシス型水力機械。 4、上記ランチ背圧室およびランナ側圧室と空気室とは
    流路面積の小さい連通路で連絡されてい(1) 1、 ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の
    いずれかに記載のフランシス型水力機械。 5゜上記空気室内の水のレベルは、水位検出器によって
    一定となるように調節されるようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載のフランシス型水力機械
    。 6、上記ランナ側王室の下方の空気室は、仕切板によっ
    て内側室と外側室に仕切られ、画室は仕切板の下方で互
    に連通し、給気管は下方より外側室内に差し込まれ、そ
    の上端が外側室内の設定水位の上方に開口していること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のフランシス
    型水力機械。
JP58117958A 1983-06-29 1983-06-29 フランシス型水力機械 Pending JPS6011686A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110439728A (zh) * 2019-08-07 2019-11-12 中国水利水电科学研究院 一种消除混流式水轮发电机主轴弓状回旋自激振动的方法
CN111022241A (zh) * 2018-10-10 2020-04-17 林瑞麟 一种提升水轮机发电效率及抑止水轮机零配件空蚀的方法
EP3657009A1 (en) * 2018-11-24 2020-05-27 Zuei-Ling Lin A method to enhance operation efficiency of water turbines and to reduce cavitation of components thereof

Cited By (4)

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