JPS61145369A - Kaplan turbine - Google Patents
Kaplan turbineInfo
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- JPS61145369A JPS61145369A JP59267937A JP26793784A JPS61145369A JP S61145369 A JPS61145369 A JP S61145369A JP 59267937 A JP59267937 A JP 59267937A JP 26793784 A JP26793784 A JP 26793784A JP S61145369 A JPS61145369 A JP S61145369A
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- blades
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
- F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
- F03B3/06—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
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- Y—GENERAL 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
- 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
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- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はランナ羽根の角度が可変であるカプラン水車に
係り、特に高落差に適するカプラン水車に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a Kaplan water turbine in which the angle of runner blades is variable, and particularly to a Kaplan water turbine suitable for high head.
(発明の技術的前原とその問題点)
カプラン水車は、ランナ羽根が可動であるので、負荷や
落差が変化して水の流れ方向が変った場合にそれに応じ
て羽根角度を調節して流れの剥離や渦の発生を抑制し効
率低下を防止するとともに静粛な運転を可能としている
。(Technical precursor to the invention and its problems) Kaplan turbines have movable runner blades, so when the load or head changes and the water flow direction changes, the blade angle can be adjusted accordingly to improve the flow. This suppresses the generation of separation and vortices, prevents a drop in efficiency, and enables quiet operation.
第4図(a)は従来のカプラン水車を示したもので、ケ
ーシング1に流入した高圧水はスデーベーン2とガイド
ベーン3を通った模、ランナ羽根4を駆動する。これら
のランナ羽根4は、主軸5に固着されたランナボス6の
外周に等角度間隔で取り付けられ、ランナボス6内に収
容された羽根操作機構によって、矢印六方向に回動可能
に構成されている。FIG. 4(a) shows a conventional Kaplan water turbine, in which high-pressure water flowing into the casing 1 passes through the Sude vane 2 and the guide vane 3, thereby driving the runner blades 4. These runner blades 4 are attached at equal angular intervals to the outer periphery of a runner boss 6 fixed to the main shaft 5, and are configured to be rotatable in the six directions of arrows by a blade operating mechanism housed within the runner boss 6.
このカプラン水車は、高落差の水力発電所に使用される
と流速が大きくなるため、ランナ羽根出口部にキャビテ
ーションが発生し易くなる。このキャビテーションは、
以下に詳述するようにランナ羽根の内周部よりも外周部
に発生し易い。すなわち、第4図(b)にされたように
回転中心軸Y−Yから半径」と1ゝとにそれぞれ位l!
ずるランナ羽根内周端pbと外周端POどでは、絶対流
速vb、voはともにほぼ等しいが、しかし外周端PO
の周速uOが内周端Pbの周速ubに比べてかなり大き
いため、外周端POの相対流速WOは内周端Pbの相対
流速wbより著しく大きくなる。したがってキャビテー
ションはランナ羽根外周端に発生し易い。When this Kaplan turbine is used in a hydroelectric power plant with a high head, the flow velocity increases, and cavitation is likely to occur at the runner blade outlet. This cavitation is
As will be explained in detail below, this is more likely to occur on the outer periphery of the runner blade than on the inner periphery. That is, as shown in FIG. 4(b), the radius is 1" and 1" from the center axis of rotation Y-Y, respectively.
The absolute flow velocities vb and vo are almost equal at the inner circumferential end pb and the outer circumferential end PO of the shear runner blade, however, at the outer circumferential end PO
Since the peripheral speed uO of is considerably larger than the peripheral speed ub of the inner peripheral end Pb, the relative flow velocity WO of the outer peripheral end PO is significantly larger than the relative flow velocity wb of the inner peripheral end Pb. Therefore, cavitation tends to occur at the outer peripheral edge of the runner blade.
第5図はランナ羽根4,4.・・・の最外周を展開して
示したものである。翼列のピッチをt、H弦長を1とし
たとき両者の比t/1と、トーマの初生キャビテーショ
ン係数σ0との関係は、カプラン水車の比速度nsをパ
ラメータとすると第6図のグラフに示されたように、比
t/Jが小さくなるにつれて、キャビテーション係数σ
0も小さくなる。したがって比t/41を小さくすれば
、キャビテーションの発生を抑制づることができること
になる。この比較t/1を小さくするためには、翼弦長
ρを大きくするか、響列ピッチtを小さくすればよいが
、翼弦長jの増大は、カプラン水車の構造上限界がある
ため、ランナ羽根の枚数を増加することによって翼羽根
ピッチtを小さくすることが必要となる。Figure 5 shows runner blades 4, 4. This is an expanded view of the outermost periphery of... When the pitch of the blade row is t and the H chord length is 1, the relationship between the ratio t/1 of the two and Thoma's initial cavitation coefficient σ0 is shown in the graph in Figure 6 when the specific speed ns of the Kaplan turbine is used as a parameter. As shown, as the ratio t/J decreases, the cavitation coefficient σ
0 also becomes smaller. Therefore, by reducing the ratio t/41, it is possible to suppress the occurrence of cavitation. In order to reduce this comparison t/1, it is possible to increase the chord length ρ or decrease the row pitch t, but since there is a limit to increasing the chord length j due to the structure of the Kaplan turbine, It is necessary to reduce the blade pitch t by increasing the number of runner blades.
しかしながら、ランナ羽根の枚数を増大すると、当然こ
れらのランナ羽根を回動駆動する羽根操作機構も複雑化
し、したがってこれを収納するランナボスが必然的に大
径化してしまう。このランナボスの大径化はカプラン水
車全体のサイズを大きくし水車性能を低下させる。However, when the number of runner blades is increased, the blade operation mechanism for rotationally driving these runner blades also becomes complicated, and therefore the diameter of the runner boss that accommodates the runner blades inevitably becomes larger. Increasing the diameter of the runner boss increases the overall size of the Kaplan turbine and reduces the performance of the turbine.
このように高落差用カプラン水車は、キャビテーション
の発生防止のためにはランナ羽根枚数を増大すべきであ
るが、この増大は必然的にランナボスの大径化を招来し
て水車性能の低下をもたらすため、従来tよ通常落差は
80m以下、ランナ羽根は8枚以下に押えられていた。In this way, in Kaplan turbines for high head use, the number of runner blades should be increased in order to prevent cavitation, but this increase inevitably leads to an increase in the diameter of the runner boss, resulting in a decrease in turbine performance. For this reason, the conventional t has normally had a head of less than 80 m and a number of runner blades of less than 8 blades.
そこで本発明は水車性能を低下させることなくランナ羽
根の枚数を増大できるようにしにカプラン水車を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Kaplan water turbine in which the number of runner blades can be increased without reducing the performance of the water turbine.
(発明の概要)
この目的を達成するために、本発明は羽根角度が可変で
あるランナ羽根を複数枚具備するカプラン水車において
、上記ランナ羽根の各々は外周部において複数枚の分岐
羽根部に分−岐していることを特徴とするものである。(Summary of the Invention) In order to achieve this object, the present invention provides a Kaplan water turbine equipped with a plurality of runner blades with variable blade angles, each of which is divided into a plurality of branch blade portions at the outer periphery. - It is characterized by being branched.
以下に本発明によるカプラン水車の一実施例を第1図乃
〒第3図を参照して説明する。An embodiment of a Kaplan water turbine according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
第1図(a)、(b)および(C)において羽根スピン
ドル7は第4図(a)のランナボス6に取り付けられ、
この羽根スピンドル7にはスタブ8を介してランナ羽根
9が一体的に固着されている。このランナ羽根9は、ス
タブ8に結合された内周羽根部10とこの内周羽根部1
0の先端において2枚に分岐した分岐羽根部11.12
とから構成される。一方の分岐羽根部11は内周羽根部
10のほぼ延長上に在り、他方の分岐羽根部12は羽根
部10の先端から側方へ直角に折れ曲った折曲部12a
とそこから延長した羽根部12bとから成る。またこの
分岐羽根部11の長さN1は他方の分岐羽根部12の長
さ12より長く定められている。In FIGS. 1(a), (b) and (C), the vane spindle 7 is attached to the runner boss 6 of FIG. 4(a),
A runner blade 9 is integrally fixed to the blade spindle 7 via a stub 8. This runner blade 9 includes an inner peripheral blade part 10 connected to the stub 8 and an inner peripheral blade part 1 connected to the stub 8.
Branching blade part 11.12 which branches into two pieces at the tip of 0
It consists of One branch blade part 11 is located on an almost extension of the inner circumferential blade part 10, and the other branch blade part 12 is a bent part 12a bent at a right angle from the tip of the blade part 10 to the side.
and a blade portion 12b extending therefrom. Further, the length N1 of this branch blade part 11 is set to be longer than the length 12 of the other branch blade part 12.
ランナボス内の羽根操作機構が羽根スピンドル7を駆動
すると、ランナ羽根は羽根角度が第2図(a)に示され
た最小羽根角度と第2図(b)に示された最大羽根角度
との範囲内で変化し、水の流れ方向に応じた最適1直を
とることができる。When the blade operating mechanism in the runner boss drives the blade spindle 7, the runner blade has a blade angle within a range between the minimum blade angle shown in FIG. 2(a) and the maximum blade angle shown in FIG. 2(b). It is possible to take the optimum shift depending on the direction of water flow.
なお、両分枝別根部11.12の長さρ1゜N12と画
調根部の間隔dとの関係は、第2図(a)に示されたよ
うに最小羽根角度運転時に上側の分岐羽根部11と、隣
りのランナ羽根の下側分岐羽根部12とがほぼ一直線上
に並びかつ前者の出口端T1と112者の入口端T2と
が穫く接近するように選定されることが望ましい。In addition, the relationship between the length ρ1°N12 of both branch separate root parts 11 and 12 and the distance d between the drawing root parts is as shown in FIG. 2(a). 11 and the lower branched blade portion 12 of the adjacent runner blade are preferably selected so that they are aligned substantially in a straight line, and the outlet end T1 of the former and the inlet end T2 of the runner blade 112 are very close to each other.
また、ランナ羽根9の分岐羽根部11.12の位置は、
以下に述べる理由により第4図(a>に示された流路幅
Sの中央より外周側であることが望ましい。すなわちカ
プラン水車のランナ羽根面に生ずるキャビテーションは
上述したように最初羽根外周部に発生し、圧力の低下に
伴い内周側に広がってくる。しかしこのキャビデーシコ
ンの広がりが流路幅Sの中央に達する頃には、ランナ羽
根面以外の箇所、例えばランナボス面やディスチャージ
リングなどにもキャビテーションが発生する。したがっ
て、ランナ羽根以外の箇所でのキヤごチージョンの発生
時点を考慮Jると、ランナ羽根の分岐すなわち2重化は
、流路幅の中央より外周側において行うことが望ましい
。Furthermore, the positions of the branch blade portions 11 and 12 of the runner blade 9 are as follows:
For the reasons described below, it is desirable that the channel width S is located on the outer circumferential side from the center of the channel width S shown in Fig. 4 (a).In other words, cavitation that occurs on the runner blade surface of a Kaplan turbine first occurs on the outer circumference of the blade as described above. However, by the time the cavity spreads to the center of the flow path width S, it spreads to the inner circumferential side as the pressure decreases. Therefore, considering the point at which cavitation occurs at locations other than the runner blades, branching or duplication of the runner blades should be performed on the outer periphery side from the center of the flow path width. desirable.
本発明のようにランナ羽根の外周部を分岐し二枚羽根と
した場合に、羽根スピンドル7には羽根2枚分の力が作
用することになり、第3図(a)のスピンドル径d1や
、第3図(b)の羽根付根の羽根厚りをそれに応じて増
大させる必要がある。When the outer peripheral part of the runner blade is branched to form two blades as in the present invention, the force of two blades acts on the blade spindle 7, and the spindle diameter d1 in FIG. , it is necessary to increase the blade thickness at the blade root in FIG. 3(b) accordingly.
しかしながら、羽根が2重化されてもスピンドル径d1
や羽根付根厚りは2倍でなく約1.3倍とするだけで充
分である。これを詳述すると、羽根開閉操作のためのね
じりモーメントが2倍必要となっても、スピンドルのね
じり強度は直径d1の3乗に比例するため2倍のねじり
モーメントを従来と同じ応力で受けるとづると、スピン
ドル直径3□
dlは 42 1.26倍にすれば充分である。However, even if the blades are doubled, the spindle diameter d1
It is sufficient to increase the thickness of the blade root by approximately 1.3 times, not twice. To explain this in detail, even if twice the torsional moment is required to open and close the blades, the torsional strength of the spindle is proportional to the cube of the diameter d1, so if the spindle receives twice the torsional moment with the same stress as before, In other words, it is sufficient to increase the spindle diameter 3□ dl by 42 1.26 times.
また水圧がランナ羽根に及ぼす曲げモーメントによる影
響を検討すると、第3図(b)に示されたように、スタ
ブ8とランナ羽根内周部10との接続部(ダブルハツチ
ングを付した領域)の長さをblそこの羽根厚さをhと
した時、上記曲げモーメントによるランナ羽根付根の応
力はbh2に比例する。したがって2重羽根によって曲
げモーメントが2倍になったとき、これを羽根厚さhの
みで負担1′るとしても厚さhをJ2 1.41倍す
ればよく、実際には、上述のようにスピンドル径d1を
1.26倍したときスタブ8の径d2と長さbもそのと
き羽根厚さhは4丁
1、26
1.26倍するだけでよい。Furthermore, when considering the influence of the bending moment exerted on the runner blade by water pressure, we find that the connection between the stub 8 and the inner peripheral part 10 of the runner blade (double hatched area) is shown in FIG. 3(b). When the length of is bl and the thickness of the blade there is h, the stress at the root of the runner blade due to the above bending moment is proportional to bh2. Therefore, when the bending moment is doubled due to double blades, even if this is to be borne by the blade thickness h alone, it is sufficient to multiply the thickness h by J2 1.41, and in reality, as described above, When the spindle diameter d1 is multiplied by 1.26, the diameter d2 and length b of the stub 8 are also multiplied by 1.26 times the blade thickness h.
このように、羽根を2重化してもスピンドル径を1.2
6倍するだけで充分であるから、ランナボスの大径化を
防止できる。In this way, even if the blades are doubled, the spindle diameter can be reduced to 1.2
Since it is sufficient to multiply by 6, it is possible to prevent the runner boss from increasing in diameter.
上記実施例では、ランナ羽根の外周部を2枚羽根とした
が、もちろん必要に応じて3枚羽根以上としてもよい。In the above embodiment, the outer circumferential portion of the runner blade has two blades, but it may of course have three or more blades as required.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ラン
ナ羽根を外周部において複数枚の分岐羽根部に分岐した
から、ランナ羽根外周部におけるキャビテーションの発
生を抑制できる。したがって内周部のランナ羽根枚数を
従来のものと同等とした場合、水車性能を実質的に低下
させることな〈従来のカプラン水車よりも高落差の発電
所に適用でき、また従来と同等の落差に用いる場合、内
周部のランナ発枚数を減少できランナボス径を小さくで
きる。As is clear from the above description, according to the present invention, since the runner blade is branched into a plurality of branch blade portions at the outer peripheral portion, it is possible to suppress the occurrence of cavitation at the outer peripheral portion of the runner blade. Therefore, if the number of runner blades on the inner circumference is the same as that of the conventional one, there will be no substantial deterioration in the performance of the turbine. When used for this purpose, the number of runners on the inner circumference can be reduced and the runner boss diameter can be reduced.
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)、(c)はそれぞれ本発明による
カプラン水車のランナ羽根の一実施例を示した平面図、
側面図および断面図、第2図(a)、(b)はそれぞれ
最小羽根角度運転時と最小羽根角度運転時のランナ羽根
外周部を示した展開図、第3図(a)、(b)はそれぞ
れランナ羽根の一部を拡大して示した断面図と羽根付根
円板とランナ羽根との関係を示した断面図、第4図(a
)。
(b)はそれぞれ従来のカプラン水車を示した断面図と
、これのランナ羽根出口の最内周点と最外周点における
速度三角形を示した線図、第5図は従来のランナ羽根の
ピッチを示した展開図、第6図は第5図のランナ羽根の
ピッチ(と買弦艮9との比t/41と初生キャビテーシ
ョン係数σ0との関係を示したグラフである。
1・・・羽根スピンドル、9・・・ランナ羽根、10・
・・内周羽根部、11・・・分岐羽根部、12・・・分
岐羽根部、S・・・流路幅。
出願人代理人 猪 股 清本2図
44凹
巻5閏
著−6区
4り[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIGS. 1(a), (b), and (c) are plan views showing an embodiment of a runner blade for a Kaplan water turbine according to the present invention, respectively;
Side view and sectional view, Figures 2(a) and (b) are developed views showing the outer circumference of the runner blade during minimum blade angle operation and minimum blade angle operation, respectively, and Figures 3(a) and (b) FIG.
). (b) is a cross-sectional view showing a conventional Kaplan turbine, a diagram showing the velocity triangle at the innermost point and outermost point of the runner blade outlet, and Fig. 5 shows the pitch of the conventional runner blade. The developed diagram shown in FIG. 6 is a graph showing the relationship between the pitch of the runner blade in FIG. , 9... runner blade, 10...
...Inner circumferential blade part, 11... Branch blade part, 12... Branch blade part, S... Channel width. Applicant's agent Inomata Kiyomoto 2 Figure 44 Inokomaki 5 Author - 6 Ward 4 Ri
Claims (1)
カプラン水車において、上記ランナ羽根の各々は外周部
において複数枚の分岐羽根部に分岐していることを特徴
とするカプラン水車。 2、上記分岐羽根部は2枚であり、流路幅の中央より外
方において分岐していることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載のカプラン水車。[Scope of Claims] 1. A Kaplan water turbine equipped with a plurality of runner blades whose blade angles are variable, characterized in that each of the runner blades branches into a plurality of branch blade portions at an outer peripheral portion. Kaplan water wheel. 2. The Kaplan water turbine according to claim 1, wherein the branching blade portion is two in number, and is branched outward from the center of the channel width.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59267937A JPS61145369A (en) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | Kaplan turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59267937A JPS61145369A (en) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | Kaplan turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61145369A true JPS61145369A (en) | 1986-07-03 |
Family
ID=17451673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59267937A Pending JPS61145369A (en) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | Kaplan turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61145369A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200029097A (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-18 | 한국생산기술연구원 | Volumetric water wheel with twisted rotor |
-
1984
- 1984-12-19 JP JP59267937A patent/JPS61145369A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200029097A (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-18 | 한국생산기술연구원 | Volumetric water wheel with twisted rotor |
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