JPS61501863A - 水タ−ビン用噴射装置 - Google Patents

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】 水タービン用噴射装置 本発明は、フリー７０−ホイールを備えた水タービン用噴射装置であって、少な くとも１つの矩形断面部を有する噴射ダクトと、水流の方向に垂直な軸の周シで 旋回して、前記ダクトをその角度位置により部分的または完全に閉塞するように 噴射ダクトに装着されている制御装置とを有する水タービン用の噴射装置に関す る。

本発明はまた、この噴射装置の横流タービン【直又流タービン）への使用にも関 するものでおる。

フリー７０−ホイールを備えたタービン、特に横流型のタービンにおいては、噴 射装置は一般的に２つの機能を果している。その本質的な機能は、上流で得られ る圧力エネルギーをできるだけ多く運動エネルギーに転換することである。噴射 装置はまた、水路断面を部分的に閉塞することで、流量を調節する働きもする。

円筒状かご形の外形を有するホイールを備えた横流タービンにおいては、ホイー ルに対して、その幅がホイールの幅と等しい実質的に矩形の断面を有するシート 状の水を放出し、その厚さは可動部材によって制御される。この可動部材は、一 般的に、噴射装置の放出部分を完全に閉塞することができ、従って弁のような働 きをすることができる。

周知のタイプの噴射装置では、制御装置として、シート状の水の厚さのほぼ中程 に配置され、両端部を枢着された案内羽根が用いられている。このような案内羽 根は、第１図を参照しながら後述するように、あらゆる位置で水力学的に有利な 輪郭を呈するようにするために、正面部分を膨ませた水滴形の輪郭にする必要が ある。このようにした結果、ある位置では案内羽根軸に比較的高い閉塞トルクが かかり、操作機構が大型化する上、コストも高くなる。

他方、この型式の案内羽根は、輪郭が複雑な形状であるため、特に面倒な機械加 工が必要となる。このため、それ自体は安価なタービン用のものであるのに、不 必要に価格が上昇する結果となっている。

従って、本発明の目的は、揺動式制御装置を有する上述のような型式の噴射装置 であって、低トルクで動作でき、いろいろな運転条件でタービンの効率を良好に できる上に、単純で安価な構造を有する噴射装置を提供することにある。

この目的のため、本発明による噴射装置は、制御装置が、閉塞すべき断面寸法に 対応する寸法の矩形閉塞板を有して成ると共に、制御装置の揺動軸が閉塞板の外 側でかつ水流方向に関して該閉塞板の上流に配置されていることを特徴とするも のである。

噴射ダクトは、好ましくは円筒の一分割片の形状を成す壁部から成シ、その軸は 制御装置の揺動軸と一致させ、制御装置の一部を常時この壁部と接触させておく ようにする。

有利な実施態様によると、閉塞板を実質的に一定の厚さとする。閉塞板は、円筒 の一分割片の形状を成す少なくとも１つの湾曲部を含んで成シ、その軸は揺動軸 と一致させる。また、その後縁近傍に平担部分を有するようにしても良い。

他方、制御装置は、好ましくは、その各端部において、噴射ダクトに固着された ピボットに装着された軸成るフランジとを有する。従って、制御装置の大部分を シート材の溶接で形成することができる。

よシ大きな荷重を支持するための変形！！施態様によると、制御装置が、２つの 軸ピンの間に配置された主軸と、該主軸と閉塞板とに固着されている平担板から 成る一連のフランジを有しても良い。

次く添付図面を参照しながら、横流タービン用噴射装置の好適な実施態様を例示 的に挙げて説明する。これによって本発明がよシ良く理解できよう。

添付図面中、第１因は、従来技術による噴射装置を備えた横流タービンの概略断 面図である。

第２図は、本発明による噴射装置を備えた横流タービンの概略断面図である。

第３図は、第２図に示した噴射装置の詳細側面図であり、制御装置が完全に開い た状態を示す。

第４図は、第３因と同様の図であり、ここでは制御装置が部分的に開いた位置に ある。

第５図は、相対容積流量の関数としてエネルギー効率の変動を示す。

第１図は、従来技術による噴射装置を備えた横流タービンの一例を示す。このタ ービンは、外周部に一連の羽根２を設けた全体として円筒状かご形のホイールを 有して成シ、各羽根の円錐母線はホイールの回転軸３に対して平行となっている 。このホイールは７−ド４内に装着されている。ホイール１の上流には、進入ダ クトに接続された入口６を有する噴射装置５が、ホイールに対して水をできるだ け高速度かつ最適な入射角度で当てるように、フード４に固定されている。噴射 装置の内部では、ホイール１に向かうに従って高さが低くなシ、実質的に矩形断 面を有する噴射ダクト７の中に水が循環する。

水の流量、従ってタービンの出力を制御するために、噴射装置は、ホイール１の 軸３に対して平行な軸９の周シで揺動されるように噴射ダクト７内に装着された 案内羽根８の形をとる制御装置を有する。軸９はこの方向制御羽根を長手方向に 貫通して延びる。方向制御羽根８は、旋回することによって、噴射ダクト７を部 分的ま九は完全に閉塞すると同時に、シート状の水を望ましい方向に向ける働き をする。一点鎖線で描いた位置では、方向制御羽根８が完全に噴射ダクトを閉塞 している。

あらゆる位置で水力学的に有利な形状を呈し、かつ部分的な荷重の下でも十分な タービン効率を提供できるように、方向制御羽根８は正面部分８ｂを膨ませた水 滴形の外形を呈し、この正面部分を揺動軸９の上流に位置させる必要がある。案 内羽根が成る位置をとると、それによって流体力学上のスラストが揺動軸９上に 比較的高い閉塞トルクを生じる。このため、比較的強力で高価な操作機構が必要 となる。

他方、第（図に示すような外形を呈する方向制御羽根は、一般的に成型部品とし て製作せねばならず、その後比較的細かく面倒な機械加工を施す必要がある。

第２図も第１図と同じ横流タービンを示しているが、ここでは本発明による噴射 装置１５が装備されている。

この噴射装置は、原理的には第１図のものと同様の噴射ダクト１７を有するが、 異なる制御装置１８を傳えている。この制御装置は、ホイールの回転軸３に平行 な軸Ｉ９の周シで揺動することができ、かつフランジ２２によって２つの横方向 の軸ピン２１と固定されている閉塞板２０から本質的に成っている。

第２図中、冥線で示した制御装置１８は完全に開放した位置にあり、一点鎖線で 示した制御装置１８は閉塞位置１３ａＶｃｉる。後者の位置で噴射ダクト１７を 完全に閉塞するために、閉塞板２０は閉塞すべき断面に対応した寸法の矩形とす る。水の流量を制御するために、制御装置１８は、第２図に示される２つの位置 の間で、どのような中間的位置でもとることができる。

前述の従来技術の場合と逆に、揺動軸１９は閉塞板の外側に配置されており、そ のため閉塞板が噴射装置の壁部に沿って滑動できるようになっていることに注目 すべきである。第３図は、第２図の噴射装置１５の側板を１枚除いて側面から見 たところをより詳細に示した図である。図面から明らかなように、閉塞板２０は その輪郭において湾曲部分２０ａを有すると共に、板の後端の近くでは直線部分 ２０ｂを有している。

湾曲部分２０ａは、制御装置の揺動軸１９とその軸が一致する円筒の一分割片の 形状を有している。ここに示す完全な開放位置では、この湾曲部分２（Ｍｆの表 面全体が、噴射ダクト１７の下壁の１１！素を構成する案内板２３と接触してい る。すなわち、閉塞板２０が噴射ダクトの下壁に当接して配置されており、従っ てその上表面のみで力学的水圧を受けている。揺動軸１９に対して湾曲した円筒 形状となっているために、閉塞板の湾曲部分２０ａは揺動軸１９に関して回転モ ーメントを生じない半径方向の圧力を受けることになる。

閉塞板のこの部分が水から受ける比較的弱い摩擦力のみが閉塞トルクを生み出す 。この閉塞トルクは、閉塞板の直線部分２０ｂにかかる通常の水圧によって部分 的に補償される。２つの部分２０αと２０ｂのそれぞれの寸法を操作することに よって、所定の運転条件については、揺動軸１９に関して水が制御装置１８に加 えるスラストにより生じるトルクを無、効にすることも可能である。その他の運 転条件についても、このトルクは圧力によるものでなく摩擦によるものであるた め、常に非常に低いトルクに止まる。

閉塞板２０は湾曲シート材を用いて非常に簡単に製作できる。この閉塞板の両端 部を軸ピン２１に連結するフランジ２２は平担板から成シ、これらの平担板がそ れぞれのビンおよび閉塞板に溶接されている。このように制御装置１８の構造が 極めて単純であるため、方向制御羽根に比べて極めて低価格で製造することがで きる。

第４図に示される噴射装置１５では、制御装置１８が中間位置Ｖｃ６る。この位 置では、閉塞板２０が噴射ダクト１７の下部を部分的に閉塞しておシ、下部輪郭 ２５が湾曲したシート状の水２４をホイールＩＫ向かつてかける。閉塞板の湾曲 部分２０ａの一部分のみが案内板２３と接触したままになっている。閉塞板と案 内板が接触しているために、その間に顕著な水流は全く生じない。噴射ダクト１ ７の側壁に当接する閉塞板２０の縁を調節することによっても、相対的な密封性 を、制御装置が閉塞位置にある時タービン出力をゼロまで減少できるほど十分な ものにすることができる。

噴射装置が比較的大型の場合や、加わる圧力が比較的高い場合、閉塞板２０に相 当の荷重がかかり、ひどい変形につながることは明らかである。これＫついては 、２つの軸ピン２１の間で噴射ダクトを貫通する主軸上に制御装置を固定するこ とによって容易に解決できる。この場合、この主軸と閉塞板とに溶接された平担 板から成る一連のフランジによって、閉塞板を主軸に連結してもよい。主軸は、 噴射ダクトの上壁に設けた凹所の中に収容してもよい。

噴射装置１５の操作機構は、図示していないが、周知のものである。それは噴射 ダクト１７の外側に位置して、ビン２１に作用する。本発明による制御装置の特 別な形状のおかげで、操作トルクが特忙緩やかなものであるため、軽量で安価な 操作機構を用いることができる。このように、本発明による構成では、横流ター ビンの製造を極めて簡単にできると共に、その製造コストも大幅に低減できる。

本発明による噴射装置は、案内羽根付きの噴射装置の構造に比較して単純な構造 であるが、少なくとも同等のエネルギー効率を得ることができる。第５図は、異 なる制御装置を備えた噴射装置について測定したものと比較して、標準的な効率 特性を示している。このグラフでは、相対的容積流量を横軸に、相対的効率を縦 軸にとっている。曲線３０は、第１図に示した型式の案内羽根付噴射装置を備え たタービンの相対的効率を表しておシ、点線の曲線３１は第２図忙示した型式の 本発明による噴射装置を備えたタービンの相対的効率を表している。本発明によ る噴射装置は、従来技術による噴射装置と比較してより広い動作領域において高 い効率を得られるということが分かる。

このように、部分的な荷重の下で頻繁忙運転しようとするタービンについては、 本発明の噴射装置は有利な効率を提供し、しかも必要とする操作トルクが低いと いう二重の機能的利点を提供する。何れにせよ、従来技術による噴射装置よりは るかに簡単に製造できる。

本発明は、以上に記載した実施態様に限定されるものではなく、当業者にとって 自明であらゆる変形例や変更例にもその範囲が拡張される。

ＦＩＧ、　２ 国際調査報告 ＡＮＢＩＥＸＴｏＴｉ−＝ＩＮτＥＲＮＡ’；ｌ０ＮＡＬＳＥＡＲＣＦうＲＥＰ ＯＲＴＯｌｔＦＲ−Ａ−７４８８５２Ｎｏｎａ ＵＳ−Ａ−４１２３１０２３１／１０／７８　ＮｏｎａＵＳ−Ａ−２４９７５０ １１Ｎｏｎｅ ＣＢ−Ａ−２４０２６２Ｎｏｎｅ Ｅ’Ｒ−Ａ−８４１３５６０Ｎｏｎｅ ＣＨ−Ａ−１６４６２２Ｎｏｎａ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つの矩形断面部を有する噴射ダクトと、水流の方向に垂直な軸 の周りで揺動してその角度位置により前記ダクトを部分的または完全に閉塞する べく該噴出ダクト内に装着されている制御装置とを有して成るフリーフローホイ ール付水ターピン用噴射装置において、制御装置（１８）が、閉塞されるべき断 面の形状寸法に対応した寸法の矩形の閉塞板（２０）を有して成り、該制御装置 の揺動軸（１９）が閉塞板の外側でかつ水流の方向に関して上記閉塞板の上流側 に配置されていることを特徴とする水タービン用噴射装置。
2. ２．上記噴射ダクト（１７）が、制御装置の揺動軸（１９）と一致する軸を有す る円筒の一分割片の形状を成す壁部（２３）を有して成り、かつ制御装置の一部 がこの壁部と常時接触していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の噴射 装置。
3. ３．上記閉塞板（２０）が実質的に一定の厚さであることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の噴射装置。
4. ４．上記閉塞板（２０）が、揺動軸（１９）と一致する軸を有する円筒の一分割 片の形状を成す少なくとも１つの湾曲部分（２０°）を有して成ることを特徴と する請求の範囲第３項に記載の噴射装置。
5. ５．上記閉塞板（２０）が、その後縁近傍に平担部分（２０ｂ）を有して成るこ とを特徴とする請求の範囲第３項に記載の噴射装置。
6. ６．上記制御装置（１８）が、その各端部において、噴射ダクト（１７）に固着 されたピボットに装着されている軸ピン（２１）を有して成ることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の噴射装置。
7. ７．上記制御装置（１８）が、その各端部において、軸ピン（２１）と閉塞板（ ２０）とに固着された平担板から成るフランジ（２２）を含んで成ることを特徴 とする特許請求の範囲第６項に記載の噴射装置。
8. ８．上記制御装置（１８）が、２つの軸ピン（２１）の間に位置する主軸と、該 主軸と閉塞板（２０）とに固着されている一連のフランジとを有して成り、これ らのフランジが平担板から成ることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の噴射 装置。
9. ９．横流型タービンにおける、前記請求の範囲のいずれかに記載の噴射装置の使 用。