JPS6022076A - 水力機械 - Google Patents

水力機械

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JPS6022076A
JPS6022076A JP58129197A JP12919783A JPS6022076A JP S6022076 A JPS6022076 A JP S6022076A JP 58129197 A JP58129197 A JP 58129197A JP 12919783 A JP12919783 A JP 12919783A JP S6022076 A JPS6022076 A JP S6022076A
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JP
Japan
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runner
water
chamber
disk
upper cover
Prior art date
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Pending
Application number
JP58129197A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Kubota
裕二 久保田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to CA000457824A priority patent/CA1211340A/en
Priority to US06/626,142 priority patent/US4568241A/en
Priority to DE8484107654T priority patent/DE3474466D1/de
Priority to EP84107654A priority patent/EP0131833B1/en
Publication of JPS6022076A publication Critical patent/JPS6022076A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F03B11/04Parts 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
    • 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50Vibration damping features

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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】 〔う4明の技術分野〕 本発明は水力機械に係り、特に振動強度に対する16顆
性を高め^揚程化および旨速化を達成するフランシス形
ポンプ水車および遠心ポンプ等の水力機械に関する。
〔発明の技術的背景と問題点〕
一般にフランシス型水車は、第1図に示されるように、
水車主軸1の下端にラン、す2を備え、このランナ2が
ランナ室3内で回転するようになっている。ランナ室3
は上カバー4と下カバー5とで囲われ、ランチ室2の外
方には複数枚のガイドベーン6が配置され、さらにガイ
ドベーン6の外側にはうず巻ケージ/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6の水口を通してランチ羽根内に流入し反動力でラン
ナ2を回転させる。
このような7ランシス型水車を運転するとき、回転する
ランナ2の羽根が静止しているガイドベーン6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2の表面にも
伝播してランナ2に振動を励起し、第2図に示したよう
にランナ2のクラウン2aおよびバンド2bをそれぞれ
の面に対して垂直な方向に振動させる。
落差が比較的低い従来の低速の水車においては、このよ
うな水圧脈rIibに起因したランチの振動は、水圧脈
動のエネルギが相対的に小さかったためにランナの振動
強度に大きな影響を力えることは少なかった。ところが
、近時のように高速化高揚程化した水車においては水圧
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、ランチのj辰両強度に与える影響が増大してきた。
を時に定格回転時V(おけるランチの固有振!IIII
叔とランナに作用する水力加振周波数とが一致した場合
には危険である。
〔発明の[−1的〕 そこで、本発明の目的は、ランチの固有振動数と水力加
振周波数との一致を避けてランチに発生ずる+!、4・
’+IJ応力を著しく低・成させてり蚤1現而における
1、−i軸性を向上させた水力機械を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
上記目的t=i21成するために、本−li明は上カバ
ーと下カバーとで囲まれたランナ室内でう/すが回転す
る水力機械において、ランナと」−カッζ−との間のラ
ンナ背圧室またはランチとTカッ々−との間のランナ側
圧室内に振動体を設はランナの固有振動数を変化させる
ようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以F本発明の実施例を氾3図乃至第7図を参照して説明
する。
先ず本発明をモデル化して示した、麻3図および第4図
を参照して本発明の詳細な説明する。第3図(a)は、
第1図に示した従来のフランシス型水車をモデル化した
例であって、密閉さn、た環状流路10の内に水が満た
され、ランナに相当する環状円板11が取付けられてい
る。また、〆(fj4図は後ノホする本発明の実施例を
モデル化した例を示したもので、密閉さ7’した環状流
路10の内に水が7+M−たされ、ランナに・11]当
する」賞状円板tiが取(t hられてL/’するほか
、環状流路lO内の環状円板11の上方には振動体12
が設けられている。
これらのモデルにおいて、環状流路10内への水の出入
りは無く、流路区分10aと10bおよび流路1区分用
Cと川dとl(l eとは完全に分離され、水は非粘性
、非圧縮性のポテンシャル流とする。また”I’73図
および第4図においてrは半径方向の座標、θは円周方
向の座標、2は高さ方向の圧伸を表わすものとする。
さらに、上記環状流路lOの半径方向の幅は回転中心軸
からの半4’に比べて非常に小さく平均半径r O=(
r i + r 2 )/2を用いてr =r o と
みなすものとする。同時に半径方向の変化は無視でき、
環状流路lO内の水と環状円板11と振動体12は半径
方向には一様に]放映しているとみなす。
以上の仮足のもとに水についての2プラス方程式と環状
円板のノ辰動方程式を水の速度ポテンシャルφ、円板の
変位をWとして表わすと次のようになる。
1 δ2φ a2φ −−+ −= 0 ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(1)ro2θθ2 B
z2 なおEは円板の縦弾性係数、hは円板の板厚、ρは円板
の密度、σは円板のポアソン比、pLは円板の下面に作
用する水の変動圧、は円板のU 上面に作用する水の変動圧、tは時間を表わす。
また速度ポテンシャルφと水の変動圧pとの関係は圧力
の変動が微少であるとすると aφ p=−ρ。■・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)たy
しρ。は水の密度である。
第3図(a)(b)に示したモデルにおいて、環状円板
11の変位をwAl 水の流路区分10aにおけ゛る・
速度ポテンシャルφ8、流路区分2o bにおける速度
ポテンシャルをφ5とすると、 φ8、φ、が満たすべき境界条件は である。いま円板が WA =ΣAncosnθj6)t ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(6)n=t た”yen:節直径数、An : n節直径モードの振
幅、ω:角振動数、j:虚数単位 で振動しているとすると、式(1)〜式(6)により環
状円板11の1妾水時の固有振1jijJfi fwa
terと空気中における固有4′i1M !wlI数f
、、airとの比はで−りえられる。こ\でρいは円板
!1の密度、hAは円板11の板厚、Ilaは流路区分
10aの深さ、ll、は流路区分1(1bの深さである
一方、第4図に示したモデルについては、円板11の変
位をw9円板12の変位をWい流路区分locにおける
速度ポテンシャルをφ。、流路区分10dにおける速度
ポテンシャルをφd1流路区分子oeにおける速度ポテ
ンシャルをφ8とすると、境界条件は、となり円板11
と円板12とが 」ωt wA=Σ Ancos nθe ”−−■・曲・(9)
n=1 jωt Wn ”Σ Bmcos mθe −−−−°(10)
m=1 のように振動しているとすると、円板11の接水時の固
有振動数fwaterと空気中におけるfAairとの
比は でIjえられる。こ\でρ8は円板12の密度、hBは
円板12の板厚、Heは流路区分用Cのt’Aさ、II
dは61E路区分10 dの深さ、lieは流路区分1
0eの深さ、fBnirは円板12の空気中における固
有(肢動数である。たソし、第4図に示したモデルにお
いて式(11)かられかるように接水時の固有振動数f
waterは各節直径モードについて2個ずつ存在する
金側として第3図に示した従来例のモデルにおいて 7.86とした場合のn = 2の2節径モードのfw
′L”r/ e式(7)K J: り請求メル(!:、
f Aa i r 一方、本発明の実施tりllをモデル化した第4図にお
いて、 トL、り%合の2節直径モード(f wAt 、e r
/fA、 a Ir )を式θl)よりめると第5図お
よび第6図に示したようになる。
ic \テi、I’; 5 図B h、、 B/hA=
1.00 トL テfB ”r/fAairのiiI′
Tを変化させた場イタの計算結果であり、u’y 6 
im (tよ 13aIr/fAair = 1.0と
してhB/hAの貞を変化させたものである。
第5図および’、66図に示したように、11a/ro
−状の謁含にhJhAの値およびfBair/fAai
rの値をie%当に選択することにより円板11のダ更
・と行なわずに汲水時における円板11の固イ1振動舷
の制御がi」]1目となる。
上述した本発明の原理に基いてランナ背圧室に411場
動体12を組込んだ実施例が第7図に示した例でl′−
)る。この実悔例においては4に動体12は環状の円板
と口て・作られ、その外周縁12aが−にカバー4の1
11すに1t11定されている。このような′ノロ施例
ではランナ2と振動体12とは水を介して連成振動系を
形成して卦り、ランナ2が1粍動したときにはJf4 
y)jlJ体1体毛2+pl) l、1.+川伝時にお
けるランナ2の固有振、Q故は振動体[2の振動特性の
影響を受ける。
したがって、振動体12の気中における固有県動数、等
価的な板厚葡適切に選び振動特性を適当に選ぶことによ
ってランナ2の運転時における固有振動数を制御するこ
とができ、定格運転時におけるランナ2の同右]辰勅数
と水力加振周波数との一致を赴はランナ2の振動強度面
における信頼性を向上させることができる。
〔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、ラン
ナ背圧室またはランチ側圧室に振りIb体を設けたから
、振動体の振動特性を適当にノペぶことによってランナ
の運転時における固有振動数を制イ卸することが0工能
となり、ランチの固有4最動数と水力加振周波数との一
致を避けてランナのIG ihb強度に対する信頼性を
向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はフランシス型水車の(”1り造を示した縦断面
図、第2図はランチの→辰動状聾を示した斜視図、a+
” 3図(、)(b)は従来の水車をモデル化した説明
図、第4図は本発明の一実施例によるフランシス水車全
モデル化した説明図、第5図およびjqr、 6図は本
発明の効果を示す計算結果の線図、第7図は本発明の一
実施例による水車を示した縦断面図である。 1・・・主軸、2・・・ランナ、3・・・ランナ室、4
・・・上カバー、5・・・丁カッ々−0 出願人代理人 猪 股 消 第5図 (fe、air / fA、air) 第6図 (hs/hA)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、上カバーと下刃・ζ−とで囲まれたランナ室内でラ
    ンチが回転する水力機械において、27すと上カバーと
    の間のランナ背圧室またはランナとFカッ々−との間の
    ランナ側圧室の少なくともいずれか一方の室に振動体を
    設けたことを特徴とする水力機械。 2、上記振動体は、上カバーまたは下カバーによって支
    持するようにしたことを!1!l徴とする特許請求の範
    囲小1項に記載の水力機械。
JP58129197A 1983-07-15 1983-07-15 水力機械 Pending JPS6022076A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58129197A JPS6022076A (ja) 1983-07-15 1983-07-15 水力機械
CA000457824A CA1211340A (en) 1983-07-15 1984-06-29 Hydraulic machines
US06/626,142 US4568241A (en) 1983-07-15 1984-06-29 Hydraulic machines
DE8484107654T DE3474466D1 (en) 1983-07-15 1984-07-02 Hydraulic machines
EP84107654A EP0131833B1 (en) 1983-07-15 1984-07-02 Hydraulic machines

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JPS6022076A true JPS6022076A (ja) 1985-02-04

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EP (1) EP0131833B1 (ja)
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US4568241A (en) 1986-02-04
EP0131833B1 (en) 1988-10-05
EP0131833A2 (en) 1985-01-23
CA1211340A (en) 1986-09-16
DE3474466D1 (en) 1988-11-10
EP0131833A3 (en) 1985-03-06

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