KR19990067983A - 프란시스 구조형 수력 기계의 회전차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프란시스 구조형 수력 기계의 회전차에 관한 것으로, 특히 수력 터빈용 회전차에 대한 것이다.

본 발명에 따른 회전차는 회전차 하부와 회전차 림, 다수의 블레이드를 구비하고, 회전차 하부 상의 유출구 가장자리의 추후 진로는 교차점과 비교할 때 하류방향에 위치하여, 유출구 가장자리의 편향이 없이 한 점에서 나타나도록 상기 각 블레이드의 유출구 가장자리는 회전차의 하부의 영역에 있는 한 점에서 편향되는 것을 특징으로 한다.

Description

프란시스 구조형 수력 기계의 회전차 {Runner for a hydraulic machine of the francis structural type}

본 발명은 프란시스 구조형 수력 기계의 회전차(Runner)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프 터빈 혹은, 펌프에 관한 것으로 유입 및 유출용 연결부 뿐만 아니라 상기 회전차를 둘러싸는 하우징을 구비한다. 상기 터빈은 다수의 블레이드가 있고, 상기 회전차 또는 다른 회전차의 전후에 블레이드가 형성된 디퓨저(Diffuser)를 일반적으로 갖는다. 일예로서 US-A-4,496,282 를 참조할 수 있다.

상기 터빈의 회전차는 동작 중 발생하는 힘 때문에 높은 스트레스를 받게된다. 상기 문제는 한편으로는 블레이드와 회전차의 하부, 다른 한편으로는 블레이드와 회전차 림사이의 연결 위치에 관련된다. 특별하게는, 높은 스트레스 피크는 블레이드와 회전차의 하부 사이의 전이 영역에서 일어난다. 상기 사실은 극도의 하중을 받을 때에는 상기 위치에서 균열을 일으킬 수도 있다.

통상 취할 수 있는 조치는 극히 제한된 부분만을 해결할 수 있다. 따라서, 예를들면, 블레이드의 두께는 부분적으로 혹은 완전히 증가된다. 그러나, 균열은 여전히 발생된다. 또한, 상기 해결책은 수력상의 최적 구성에서 벗어나는 것이다.

상기 발명은 터빈의 사용수명에 충분한 강도가 적정한 터빈 구성에 악영향을 끼치지 않으면서 상기 문제의 부분에서 보장되고 이에 따라 요구되는 비용은 가능한 한 최소가 되는 터빈의 회전차의 구성을 목적으로 한다.

도1은 프란시스 터빈의 축단면도이다.

도2는 프란시스 터빈의 회전차의 부분 단면도이다.

도3은 도1의 주요부의 확대도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전차 2 : 하우징

3 : 디퓨저 4 : 축

5, 6 : 측면공간 11 : 회전차 하부

12 : 회전차 림 13 : 블레이드

131 : 유입구 가장자리 132 : 유출구 가장자리

133 : 유출구 가장자리 진로

상기 목적은 제 1 항의 특징부에 의해서 해결된다.

따라서, 개별적인 블레이드는 유출구 가장자리 영역과 회전차의 하부와 연결되는 영역에서 하류방향으로 작은 표면 요소에 의해 증가된다. 연속적인 진로를 가지는 블레이드의 유출구 가장자리는 따라서 회전차의 하부에서 소정거리 떨어진 지점에서 굴절을 가지며, 그 결과 회전차의 하부 영역에 있는 유출구 가장자리의 종점은 보통의 경우보다 더 하류 지점에 위치하게 된다.

상기 하중제거(경감) 요소는 따라서 블레이드 내에 강성을 재배치(Reorientation)시키고 노치에 민감한 영역으로 부터 최대로 발생하는 구조적 스트레스는 하중 경감요소의 큰 표면 영역 위로 옮겨지며, 동시에 스트레스 레벨도 감소한다.

따라서, 발명자는 아주 간단한 수단을 제공하였다. 상기 표면 요소는 나머지 유출구 가장자리 영역에 있는 블레이드 보다 두꺼울 필요가 없다.

블레이드와 회전차의 하부 간의 전이에 적용되는 것은 블레이드와 회전차 림 간의 전이에도 역시 적용될 수 있다. 그러나, 회전차의 하부에 가해지는 전이의 스트레스는 일반적으로 더 크며 더욱 위험하기 때문에 본 발명에 따른 수단은 더욱 중요하게 된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시된 프란시스 터빈은 주요 구성요소로써 회전차(1), 하우징(2), 디퓨저(3) 및 축(4)으로 구성된다.

회전차는 회전차 하부(11), 회전차 림(12) 및 다수의 블레이드(13)를 구비한다. 휠(회전차) 측면 공간(5)은 소위 터빈 커버(21)와 회전차 하부(11)사이에 있게 되고, 휠(회전차) 측면 공간(6)은 회전차 림(12) 및 하우징(2) 사이에 있게 된다.

도2에서 프란시스 터빈의 회전차 하부(11), 회전차 림(12), 블레이드(13)를 볼 수 있다.

블레이드(13)는 유입구 단부(131) 및 유출구 단부(132)를 갖는다.

도면에서 더 보는 바와 같이, 블레이드(132)는 회전차 바닥(11)에서 멀지 않은 곳에 굴절을 갖는다. 종래의 블레이드 내의 유출구 가장자리(132)의 진로는 점선으로 도시되어 있다. 본 발명에 따라서 종래의 블레이드와 대비되는 본 발명의 유출구 가장자리(132)의 진로에 기초하면, 블레이드(131)는 종래의 활 형상의 변화보다 분명히 큰 부가적인 블레이드 요소(131)를 갖는다. 상기 예에서는, 블레이드 요소(131)는 본질적으로 삼각형을 이루고 있다.

도3은 상기 관계를 개별적으로 이해할 수 있도록 해준다. 도면에서 보는 바와 같이, 점선으로 나타낸 유출구 가장자리(132) 부분-종래의 블레이드의 경우에서와 같이-은 점A에서 회전차 하부(11)와 만난다. 한편, 본 발명의 진로의 경우에는, 유출구 가장자리(32)는 점 B에서 회전차 하부(11)와 만난다. 따라서 교차점 B는 본 발명에 따른 블레이드의 경우에 종래의 블레이드에 대한 교차점 A와 비교하여 하류 방향에 위치한다.

개별적으로 진로는 회전차 하부(11)의 방향에서 다음과 같이 보인다.

첫째, 제 1 라운딩(Rounding)은 유출구 가장자리의 광범위한 선형 진로에 앞서서 나타난다. 상기 제 1 라운딩은 볼록한 만곡부로 변환된다. 그 다음 다른 만곡부는 점 B에서 회전차 하부(11)의 내부 윤곽으로 완만하게 열린다.

여기에서 벗어나면, 본 발명에 따른 유출구 가장자리 진로(133)는 또한 선형으로 된다. 더욱이, 진로는 일반적으로 약간 오목하게 즉, 대부분의 범위에서 오목하게 된다.

본 발명의 부가적인 블레이드 요소(131)는 블레이드(13)에 한 부품으로 이루어 질 수 있다. 이것은 전체 회전차가 주조방법으로 제조될 때 특히 그러한 경우가 된다. 그러나, 전체 회전차는 부품으로 제조될 수도 있다. 전체 회전차는 나머지 유출구 가장자리 영역(132)과 동일한 두께를 가질 수도 있다. 그러나, 전체 회전차는 상기 두께에서 벗어나는 두께를 가질 수도 있다. 더욱이, 전체 회전차는 블레이드(13)의 일차 부분과 반대로 기울어져, 흐름의 소정의 편향은 한 방향 또는 다른 방향에서 일어난다.

본 발명의 길이방향 부분이 그 출력을 가지는 점 C의 위치는 경우마다 서로 다르다. 따라서, 점A와 점C 사이의 거리는 유출구 블레이드 가장자리(132) 전체길이의 0.1 에서 0.3 정도 된다. 치수 0.2는 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 상기 범위에서 벗어나서, 그 이상이나 그 이하에서도 역시 가능하다.

이전의 실험에 의하면 치수 B-C 뿐만 아니라 A-C는 흐름 방향에서 측정된 블레이드 길이의 적어도 5%에 달한다. 그러나, 보다 더 작은 치수도 제시된 해결책의 의미에서 개량을 가져올 수 있음을 배제할 수 없다.

따라서, 본 발명에 의하면 터빈의 사용수명에 충분한 강도가 적정한 터빈 구성에 악영향을 끼치지 않으면서 회전차와 그 연결부분에서 보장되고 이에 따라 요구되는 비용은 가능한 한 최소가 되는 터빈의 회전차를 구성할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

1. 프란시스 구조형 수력기계, 특히 수력 터빈용 회전차에 있어서,

   다수의 블레이드(13) 뿐만 아니라 회전차 하부(11), 회전차 림(12)을 가지며,

   각 블레이드(13)는 유입구 가장자리(131) 및 유출구 가장자리(132)를 가지며,

   회전차 하부(11) 상에 유출구 가장자리(132)의 추후의 진로는 교차점(A)과 비교할 때 하류방향에 위치하여, 유출구 가장자리(132)의 편향이 없이 점(B)에서 나타나도록 각 블레이드(13)의 유출구 가장자리(132)는 회전차의 하부(11)의 영역에 있는 점(C)에서 편향되는 것을 특징으로 하는 회전차.
2. 제 1 항에 있어서,

   편향점(C)과 교차점(B) 사이에 있는 유출구 가장자리(132)의 길이부분(133)이 선형인 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
3. 제 1 항에 있어서,

   편향점(C)과 교차점(B) 사이에 있는 유출구 가장자리(132)의 길이부분(133)이 오목한 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
4. 제 1 항에 있어서,

   편향점(C)과 교차점(B) 사이에 있는 유출구 가장자리(132)의 길이부분(133)이 볼록한 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
5. 제 1 항에서 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   점(A)와 점(B) 사이의 길이 부분은 유입구 가장자리와 점(A) 사이의 회전차의 하부에서 블레이드의 길이 부분의 최소한 3% 가 되는 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
6. 제 5 항에 있어서,

   점(A)와 점(B) 사이의 길이 부분은 유입구 가장자리와 점(A) 사이의 회전차의 하부에서 블레이드의 길이 부분의 최소한 5%가 되는 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   점(A)와 점(C) 사이의 거리가 유입구 가장자리와 점(A) 사이의 회전차의 하부에서 블레이드의 길이부분의 최소한 3%가 되는 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

   점(A)와 점(C) 사이의 거리가 유입구 가장자리와 점(A) 사이의 회전차의 하부에서 블레이드의 길이 부분의 최소한 5%가 되는 것을 특징으로 하는 상기 회전차.
9. 제 1 항에서 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 회전차를 특징으로 하는 프란시스 구조형의 수력 터빈.