WO2015075828A1 - 水車 - Google Patents

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憲法 石居
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株式会社日立製作所
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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
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • 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
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/125—Rotors for radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side, e.g. for Francis-type turbines
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a water wheel, and more particularly, to a water wheel that can have high efficiency under a low flow rate condition.
  • Fig. 2 shows an example of the configuration of a general conventional turbine blade
  • Fig. 3 shows its meridional cross-sectional shape.
  • the water turbine blade shown in FIG. 2 has three blades: a plurality of runner blades 9 attached to a rotating shaft, a guide vane 4 provided on the outer periphery of the runner blade 9, and a stay vane 3 provided on the outer periphery of the guide vane 4. It consists of Further, these blades are accommodated in the spiral casing 2.
  • the guide vanes 4 are arranged outside the plurality of runner blades 9 arranged around the axis 20, and the stay vanes 3 are arranged outside the guide vanes 9. .
  • the runner blade 9 is fixed to the crown 12 at the top and the shroud 13 at the bottom, and the upper side of the stay vane 3 and the guide vane 4 is called the crown side 14 and the lower side is called the shroud side 15.
  • the stay vane 3 is a structural member of a water wheel, and its upper part is fixed to the crown side 14 and its lower part is fixed to the shroud side 15.
  • the guide vane 4 guides the flow to the runner inlet at an appropriate angle, and at the same time adjusts the flow rate, and is a movable blade that can be opened and closed. Moreover, the guide vane 4 needs to be able to realize a fully closed state in which the flow from the upstream is completely blocked by closing the blade.
  • the flow F ⁇ b> 1 flowing from the upstream changes in the direction of the flow F ⁇ b> 2 and the flow F ⁇ b> 3 between the outermost stay vane 3 and the intermediate guide vane 4 while flowing along the inside of the spiral casing 2. And finally, the direction is changed in the direction of the flow F4 with respect to the inner peripheral runner blade 9 and flows down.
  • Patent Document 1 discloses a water turbine generally having the above-described configuration.
  • Efficiency is one of the important performance indicators required for water turbines.
  • the runner (runner blade 9) is a factor that greatly affects the turbine efficiency, and its shape is designed to be the most efficient for a given design specification.
  • the flow conditions for the runner 9 are determined by the shape of the spiral casing 2, the stay vane 3, and the guide vane 4 when a certain design specification is determined. Therefore, these elements can realize a flow that increases the efficiency of the runner 9. By setting to the shape to be performed, the efficiency of the entire water turbine can be improved.
  • the flow F (F1 to F5) in the water turbine is characterized by three parameters of the turbine speed, head, and flow rate.
  • the water turbine must be in a state where the flow F flows smoothly along the blades at the highest efficiency point where the highest efficiency is required.
  • the appropriate blade shape depends on the combination of the turbine speed, head, and flow rate. Changes greatly.
  • the shape of the guide vane 4 is greatly influenced by the flow rate among these flow conditions.
  • One of the features of the guide vane shape is the blade angle 21 at the guide vane outlet (runner blade 9 side) shown in FIG. This is the angle between the camber surface defined by the midpoint between the blade surfaces on both sides of the guide vane 4 and the tangent of a circle centering on the turbine rotation shaft 20 (in FIG. 2, the axis is indicated as 20). is there.
  • the blade angle 21 of the guide vane outlet is such that the flow velocity at the guide vane outlet is a circle centering on the turbine rotation shaft 20. It is also the angle formed by the tangent.
  • reference numeral 22 denotes a flow velocity component in a direction in which the flow is directed toward the water turbine rotating shaft 20.
  • FIG. 4 is a diagram for showing the characteristics of a guide vane with a small flow rate specification in the prior art.
  • the flow velocity component 22 in the direction toward the water turbine rotating shaft 20 becomes small, so the angle between the flow and the circle centering on the water turbine rotating shaft 20 (hereinafter referred to as “flow angle”). 4), the blade angle 23 of the guide vane outlet shown in FIG. 4 needs to be smaller than the guide vane outlet blade angle 21 of FIG.
  • the blade angle 23 at the guide vane outlet needs to be reduced.
  • the minimum flow path width 24 is reduced while the guide vane inlet region 25 is increased.
  • the fluid passing through this region does not flow along the shape of the guide vane 4, and as a result, the minimum flow path width 24 is reduced.
  • the passing flow flows out of the guide vane at an angle larger than the blade angle 23. This means that the angle of the flow flowing into the runner 9 deviates from the design angle of the runner, and the efficiency of the water turbine is reduced.
  • an object of the present invention is to provide a high-efficiency water turbine that realizes a flow having a small flow angle at the guide vane outlet and that has a low flow rate.
  • the spiral casing that guides the flow from the water pipe, the stay vane that is a structural member, the guide vane that adjusts the flow angle from the stay vane and the flow angle at the same time, and the guide vane are adjusted.
  • the turbine is equipped with runner blades that rotate in response to the flow, the number of stay vanes and guide vanes is the same, and when the guide vanes are fully open, the stay vanes and guide vanes form an integral blade,
  • the outlet portion circumferential length is longer than the inlet portion circumferential length
  • the guide vane has an inlet portion circumferential length longer than the outlet portion circumferential length.
  • the same number of stay vanes and guide vanes are used, and the circumferential length of the stay vane outlet and the circumferential length of the guide vane outlet are the same, so that the flow path width gradually increases from the stay vane inlet to the guide vane outlet.
  • a narrowing flow path is possible.
  • the wide guide vane inlet region 25 which has been a problem in the prior art, is eliminated, and the flow direction is gradually changed from the stay vane inlet to the guide vane outlet in a narrower channel than in the prior art.
  • a flow having a small flow angle is realized at the guide vane outlet, and a highly efficient water turbine can be realized even under a condition with a small flow rate.
  • the thickness of the movable guide vane is large, and there is no problem in strength when it is moved.
  • the figure which shows the stay vane and guide vane shape in this invention The figure which shows the whole structure of the water turbine blade in a prior art.
  • the figure which shows the meridional section of the water wheel of FIG. The figure for showing the characteristic of the guide vane of the small flow specification in the prior art.
  • FIG. 1 and FIG. 5 show an embodiment of a water turbine blade according to the present invention. 1 shows a fully open state, and FIG. 5 shows a fully closed state.
  • the stay vane 3 and the guide vane 4 are configured with the same number of blades. Further, the pair of stay vanes 3 and guide vanes 4 are arranged adjacent to each other along the flow.
  • a portion indicated by a vertical line is a stay vane 3
  • a portion indicated by a horizontal line is a guide vane 4.
  • the outlet side surface of the stay vane 3 and the inlet side surface of the guide vane 4 are opposed to each other in the region indicated by 34 in FIG. 1, so that the stay vane 3 and the guide vane 4 are as if in the fully opened state of FIG.
  • the facing of the surface may be in a contact state or includes any state in which they face each other at a certain distance.
  • FIG. 4C is the rotation axis of the guide vane 4.
  • one inlet side inner surface (surface on the axis 20 side) of the adjacent guide vane 4 and the other outlet side outer surface (surface on the stay vane 3 side). are brought into contact with each other.
  • a contact state is formed in all adjacent guide vanes, thereby forming a fully closed state.
  • the stay vane 3 and the guide vane 4 that form the fully open state and the fully closed state as described above are formed as follows from the viewpoint of further improving efficiency.
  • the outlet vane circumferential length 34 of the stay vane 3 is longer than the inlet circumferential length 33, and the guide vane 4 has an inlet circumferential length 35 of the outlet circumferential length. It is characterized by being longer than 36 mm.
  • the circumferential length 34 of the outlet portion of the stay vane 3 and the circumferential length 35 of the guide vane outlet portion are approximately the same length. This portion defines the opposing relationship between the outlet side surface of the stay vane 3 and the inlet side surface of the guide vane 4 in the fully opened state described above. Further, since the lengths are approximately the same, the circumferential position of the stay vane 3 and the guide vane 4 is such that the flow path area 38 between the stay vanes 3 and the flow path area 39 between the guide vanes 4 are smoothly connected. can do. If the length is not the same, unnecessary flow turbulence occurs in the process of transition from the flow channel region 38 to the flow channel region 39.
  • the circumferential length 35 of the inlet portion of the guide vane 4 is larger than the circumferential length 36 of the outlet portion of the guide vane 4, so that the wide guide generated in FIG.
  • the vane inlet region 25 is eliminated, and the flow between the guide vanes 4 is sufficiently rectified by the guide vanes 4 from the guide vane inlet to the outlet, and the flow angle is small at the guide vane outlet.
  • the circumferential length 34 of the outlet portion of the stay vane 3 is made to be approximately the same as the circumferential length 35 of the inlet portion of the guide vane, so that the flow is also conventional in the flow path from the stationary vane inlet to the stationary vane outlet.
  • the angle of flow is changed more than technology. Since the circumferential position of the stay vane and the guide vane is adjusted so that the inter-stay vane flow path 38 and the inter-guide vane flow path 39 are smoothly connected, the flow from the stay vane inlet to the guide vane outlet flows in one flow path. The flow direction is gradually changed, and the flow angle is gradually changed. Finally, a state in which the flow angle is sufficiently small at the guide vane outlet is realized. In other words, these effects. This is obtained by positioning the stay vane 3 and the guide vane 4 as if they were one blade in the fully open state.
  • the guide vane 4 is rotatable about the rotating shaft 4C, and can be rotated around the rotating shaft 4C to realize a fully closed state.
  • the guide vane 4 has a small circumferential length 36 at the guide vane outlet, but has a large circumferential length 35 at the guide vane inlet. Is high, and there is no problem in strength when rotating the guide vane.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the water turbine blade according to the present invention. Unlike the embodiment of FIG. 1 and FIG. 5, a case is shown in which the connecting portion shape 40 in the fully opened state of the stay vane 3 and the guide vane 4 is not the same circumferential shape. In this way, the guide vane 4 can be made into a single blade while satisfying the flow characteristics in the embodiments of FIGS. 1 and 5, and the rigidity of the guide vane 4 can be increased.
  • the flow angle adjustment function by the guide vane and the state in which the flow angle is small at the guide vane outlet without causing a problem in strength even in a specification with a small flow rate.

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Abstract

　ガイドベーン出口において流れの角度の小さい流れを実現し、流量の少ない条件においても高い効率の水車を提供する。　水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、ステーベーからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、ステーベーンとガイドベーンの枚数が同じで、ガイドベーンを全開状態としたときステーベーンとガイドベーンで一体の翼を形成するとともに、ステーベーンは入口部周方向長さよりも出口部周方向長さが長く、ガイドベーンは出口部周方向長さよりも入口部周方向長さが長いことを特徴とする。

Description

水車
　本発明は水車に係り、特に流量の少ない条件で高い効率をもつことができる水車に関する。
　一般的な従来の水車翼全体の構成例を図２に、その子午断面形状を図３に示す。
　図２に示す水車翼は、回転軸に取り付けられた複数のランナ翼９と、ランナ翼９の外周に設けられたガイドベーン４と、ガイドベーン４の外周に設けられたステーベーン３の３つの翼で構成されている。さらにこれらの翼は渦巻きケーシング２内に収納されている。
　これらの翼構成を高さ方向に示した図３によれば、軸心２０の周囲に配置された複数のランナ翼９の外側にガイドベーン４と、さらにその外側にステーベーン３が配置されている。
　図３のようにランナ翼９は上部をクラウン１２に、下部をシュラウド１３に固定されており、ステーベーン３、ガイドベーン４、ランナ翼の上側をクラウン側１４、下側をシュラウド側１５と呼ぶ。ステーベーン３は水車の構造部材でその上部をクラウン側１４に、下部をシュラウド側１５に固定されている。ガイドベーン４は流れをランナ入口へ適切な角度をつけて導くと同時に、流量を調整する役割を持ち、開閉可能な可動の翼となっている。また、ガイドベーン４は、翼を閉じることによって上流からの流れを完全に遮断した全閉状態を実現できる必要がある。
　図２に示すように、上流から流入する流れＦ１は、渦巻きケーシング２の内部に沿って流れながら、最外周のステーベーン３から中間周のガイドベーン４の間を流れＦ２および流れＦ３の方向に変化しながら通過し、最終的に内周のランナ翼９に対して、流れＦ４の方向に方向変更されて流下する。
　Ｆ４の方向の流れは、回転するランナ翼９の間の流路に流入することによって、その旋回エネルギーが動力として回収され、これにより、ランナ翼９はランナ回転方向７の旋回を与えられる。その後水流はランナ下流へ、図３中のドラフトチューブ１０を経由して、旋回の無い流れＦ５として放出される。
　特許文献１には、概ね上記構成を有する水車が開示されている。
特開平８－２４７０１８号公報
　水車に要求される重要な性能指標の一つに効率がある。水車効率を大きく左右する要素がランナ（ランナ翼９）で、その形状は与えられた設計仕様に対して最も効率が高くなるように設計される。ランナ９に流入する流れの条件は、ある設計仕様が決まった場合、渦巻きケーシング２、ステーベーン３、ガイドベーン４の形状で決まるため、これらの要素をランナ９の効率が高くなるような流れを実現する形状に設定することによって、水車全体の効率を向上させることができる。
　また水車内の流れＦ（Ｆ１からＦ５）は、水車回転数、ヘッド、流量の三つのパラメータで特徴づけられる。水車は、最も高い効率の求められる最高効率点において、流れＦが翼に沿ってスムーズに流れている状態になっていなければならないが、水車回転数、ヘッド、流量の組み合わせによって適切な翼の形状は大きく変化する。
　中でもガイドベーン４の形状はこれら流れの条件のうち、流量に特に大きく影響を受ける。ガイドベーン形状の特徴の一つとして、図２に示すガイドベーン出口（ランナ翼９側）の翼の角度２１がある。これは、ガイドベーン４両側の翼面の中間点で定義されるキャンバ面が、水車回転軸２０（図２では軸心を２０として表記している）を中心とする円の接線となす角度である。ガイドベーン出口（ランナ翼９側）付近では、流れはガイドベーン４に沿って流れるため、ガイドベーン出口の翼角度２１は、ガイドベーン出口での流速が、水車回転軸２０を中心とする円の接線となす角度でもある。図２で、２２は流れが水車回転軸２０に向かう方向の流速成分を示している。
　図４は従来技術における小流量仕様のガイドベーンの特性を示すための図である。この図で、流量が少ない条件では、流れの水車回転軸２０に向かう方向の流速成分２２が小さくなるので、流れと水車回転軸２０を中心とする円となす角度（以降、「流れの角度」と呼ぶ）が小さくなり、図４に示すガイドベーン出口の翼角度２３は、図２のガイドベーン出口翼角度２１に比べて小さくなっている必要がある。
　流量が小さくなればなるほど、ガイドベーン出口の翼角度２３を小さくする必要があるが、翼角度を小さくすると最小流路幅２４が小さくなる一方で、ガイドベーン入口領域２５が大きくなる。この場合、ガイドベーン入口領域では隣り合うガイドベーン間の距離が大きいため、この領域を通過する流体はガイドベーン４の形状に沿うような流れにはならず、その結果、最小流路幅２４を通過する流れが翼角度２３よりも大きな角度でガイドベーンから流出する。このことは、ランナ９に流入する流れの角度がランナの設計角度とはずれてしまい、水車の効率が低下することになることを意味している。
　従来技術を用いると、ガイドベーン出口翼角度２３が小さい場合においてガイドベーン入口領域２５を小さくするためには、ガイドベーン翼の長さを長くしなければならない。しかし、水車ではガイドベーン４を回転させることによって全閉状態を実現する必要があるため、ガイドベーン４が長くなると、流れから受ける力によってガイドベーン翼が変形する可能性があるため、強度上の観点から望ましくない。
　このため流量の少ない条件で高い効率をもつ水車を実現するためには、ガイドベーン出口において流れの角度の小さい流れ場を実現し、同時に、ガイドベーンによって全閉状態を実現する必要がある。
　以上のことから本発明においては、ガイドベーン出口において流れの角度の小さい流れを実現し、流量の少ない条件においても高い効率の水車を提供することを目的とする。
　以上のことから本発明においては、水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、ステーベーンからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、ステーベーンとガイドベーンの枚数が同じで、ガイドベーンを全開状態としたときステーベーンとガイドベーンで一体の翼を形成するとともに、ステーベーンは入口部周方向長さよりも出口部周方向長さが長く、ガイドベーンは出口部周方向長さよりも入口部周方向長さが長いことを特徴とする。
　本発明では、ステーベーンとガイドベーンを同じ枚数にし、さらに、ステーベーン出口の周方向長さとガイドベーン出口の周方向長さを同じにすることにより、ステーベーン入口からガイドベーン出口まで流路幅が徐々に狭まるような流路を可能にしている。これにより、従来技術で問題となっていた広いガイドベーン入口領域２５がなくなり、流れはステーベーン入口からガイドベーン出口にかけて、従来よりも狭い流路で徐々に流れの向きが変更される。その結果、ガイドベーン出口において流れの角度の小さい流れが実現され、流量の少ない条件においても高い効率の水車を実現できる。さらに、可動になっているガイドベーンの厚みは大きく、可動させる際に強度上の問題は発生しない。
本発明におけるステーベーンおよびガイドベーン形状を示す図。 従来技術における水車翼の全体構成を示す図。 図２の水車の子午断面を示す図。 従来技術における小流量仕様のガイドベーンの特性を示すための図。 本発明におけるガイドベーンの全閉状態を示す図。 本発明における他の実施形態を示す図。
　以下本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
　本発明における水車翼の実施例の一形態を図１と図５に示す。図１は全開状態、図５は全閉状態を示している。
　本発明では、ステーベーン３とガイドベーン４を同じ翼枚数で構成する。さらに１対のステーベーン３とガイドベーン４は、流れに沿って隣接配置されている。これらの図で、縦線を付して示す部分がステーベーン３、横線を付して示す部分がガイドベーン４である。図１の全開状態では、ステーベーン３の出口側面とガイドベーン４の入口側面が図１に３４で示した領域で互いに対向し、これにより図１の全開状態では、ステーベーン３とガイドベーン４はあたかも１枚の翼であるかのように位置付けられる。なおここで、面の対向とは、接触状態とされてもよいし、ある程度の距離を離して向かい合う状態のいずれをも含むものとする。
　４Ｃは、ガイドベーン４の回転軸である。ガイドベーン回転軸４Ｃが回動した全閉状態の図５では、隣接するガイドベーン４の一方の入口側内面（軸心２０側の面）と、他方の出口側外面（ステーベーン３側の面）とが互いに接触状態とされる。すべての隣接するガイドベーンにおいて接触状態が形成されることにより、全閉状態が形成される。
　上記のようにして全開状態と全閉状態を形成するステーベーン３とガイドベーン４は、さらに効率向上の観点から以下のように形成されている。
　具体的には、ステーベーン３は、その出口部周方向長さ３４が入口部周方向長さ３３よりも長く、また、ガイドベーン４は、その入口部周方向長さ３５が出口部周方向長さ３６よりも長いことを特徴としている。
　さらにステーベーン３の出口部周方向長さ３４とガイドベーン出口部周方向長さ３５は同程度の長さになるようにするのがよい。この部分により先に述べた全開状態でのステーベーン３の出口側面とガイドベーン４の入口側面の対向関係が定まる。また同程度の長さであることにより、ステーベーン３とガイドベーン４の周方向位置は、ステーベーン３間の流路領域３８とガイドベーン４間の流路領域３９が滑らかにつながるような位置関係とすることができる。同程度の長さでない場合には、流路領域３８から流路領域３９に移行する過程で不要な流れの乱れを生じることになる。
　このような形状にすると、ガイドベーン４入口部の周方向長さ３５が、ガイドベーン４出口部の周方向長さ３６に比べて大きいことから、従来技術を示す図４で生じていた広いガイドベーン入口領域２５は解消され、ガイドベーン４間を通る流れは、ガイドベーン入口から出口にかけてガイドベーン４により十分に整流され、ガイドベーン出口において流れの角度の小さい状態になる。
　さらに本発明においては、ステーベーン３出口部の周方向長さ３４をガイドベーン入口部の周方向長さ３５と同程度にしているため、流れはステーベーン入口からステーベーン出口までの流路においても、従来技術よりも十分に流れの角度が変更される。ステーベーン間流路３８とガイドベーン間流路３９が滑らかに接続されるようにステーベーンとガイドベーンの周方向位置が調整されているため、ステーベーン入口からガイドベーン出口まで、流れは一つの流路内で流れの向きを徐々に変更されながら進み、最終的にガイドベーン出口において流れの角度が十分小さくなった状態が実現される。これらの効果は、別の言い方をすると。全開状態においてステーベーン３とガイドベーン４をあたかも１枚の翼であるかのように位置付けたことにより得られているものである。
　なおステーベーン３とガイドベーン４の間の先に述べた対向関係について、ガイドベーンが全開状態のときに、ステーベーン３とガイドベーン４の間には隙間が空いていてもよいが、隙間が生じないようにステーベーン３とガイドベーン４が一体の翼を形成するようにしておくと、ステーベーン３からガイドベーン４までの流れはよりスムーズに流れるため、流路の形状としてはガイドベーン４が全開状態であるときにステーベーン３とガイドベーン４の間に隙間がないことが望ましい。
　本発明においてはガイドベーン４が回転軸４Ｃを中心にして回転可動になっており、回転軸４Ｃの周りに回転させ、全閉状態を実現することができる。全閉状態を実現した状態を示す図５において、ガイドベーン４はガイドベーン出口部における周方向長さ３６は小さいものの、ガイドベーン入口部における周方向長さ３５が大きいため、ガイドベーン全体の剛性は高く、ガイドベーンを回転させる際に強度上の問題が発生することはない。
　図６には本発明における水車翼の実施例の他の一形態を示す。図１、図５の実施形態と異なり、ステーベーン３とガイドベーン４の全開状態での接続部形状４０が同一円周状にない場合を示している。このようにすると、図１、図５の実施例における流れの特徴を満たしたまま、ガイドベーン４をより単翼化することができ、ガイドベーン４の剛性を増すことができる。
　上記の様な形態のガイドベーン４によって、本発明では、流量が少ない仕様においても、強度上の問題を生じることなく、ガイドベーン出口において流れの角度の小さい状態と、ガイドベーンによる流量調整機能を同時に実現し、高い効率の水車を提供することができる。
２：渦巻きケーシング，３：ステーベーン，４：ガイドベーン，４Ｃ：ガイドベーン回転軸，７：ランナ回転方向，９：ランナ翼，１０：ドラフトチューブ，１２：クラウン，１３：シュラウド，１４：ステーベーン、ガイドベーン、ランナのクラウン側，１５：ステーベーン、ガイドベーン、ランナのシュラウド側，２１：ガイドベーン出口翼角度，２２：水車回転軸に向かう方向の流速成分，２３：従来技術における小流量仕様ガイドベーンの出口翼角度，２４：従来技術におけるガイドベーン間流路幅，２５：ガイドベーン入口領域，３３：ステーベーン入口部の周方向長さ，３４：ステーベーン出口部の周方向長さ，３５：ガイドベーン入口部の周方向長さ，３６：ガイドベーン出口部の周方向長さ，３８：ステーベーン間流路領域，３９：ガイドベーン間流路領域，４０：ステーベーンとガイドベーンの接続部形状，Ｆ１：上流から流入する流れ，Ｆ２：ステーベーン翼間の流れ，Ｆ３：ガイドベーン翼間の流れ，Ｆ４：ランナ翼間の流れ，Ｆ５：下流へ流出する流れ

Claims (8)

  1. 　水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、該ステーベーンからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、該ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、
    　ステーベーンとガイドベーンの枚数が同じで、ガイドベーンを全開状態としたときステーベーンとガイドベーンで一体の翼を形成するとともに、ステーベーンは入口部周方向長さよりも出口部周方向長さが長く、ガイドベーンは出口部周方向長さよりも入口部周方向長さが長いことを特徴とする水車。
  2. 　請求項１に記載の水車であって、
    　ステーベーン出口部の周方向長さとガイドベーン入口部の周方向長さが同程度であることを特徴とする水車。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の水車であって、
    　ガイドベーンを全開状態としたとき、ステーベーンとガイドベーンで一体の翼を形成することを特徴とする水車。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水車であって、
    　ガイドベーンを全開状態としたとき、ステーベーンの出口側面とガイドベーンの入口側面が互いに対向する位置に位置づけられていることを特徴とする水車。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水車であって、
    　ステーベーンとガイドベーンの周方向位置は、ステーベーン間の流路領域とガイドベーン間の流路領域が滑らかにつながるような位置関係とすることを特徴とする水車。
  6. 　水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、該ステーベーンからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、該ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、
    　ガイドベーンを全開状態としたとき、ステーベーンの出口側面とガイドベーンの入口側面が互いに対向する位置に位置づけられていることを特徴とする水車。
  7. 　水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、該ステーベーンからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、該ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、
    　ガイドベーンを全閉状態としたとき隣接するガイドベーンの一方の入口側内面と、他方の出口側外面とが互いに接触状態とされることを特徴とする水車。
  8. 　水管からの流れをガイドする渦巻きケーシングと、構造部材であるステーベーンと、該ステーベーンからの流れを調整すると同時に流れの角度を調整するガイドベーンと、該ガイドベーンで調整された流れを受けて回転するランナ翼を備えた水車であって、
    　ガイドベーンを全開状態としたときステーベーンの出口側面とガイドベーンの入口側面が互いに対向する位置に位置づけられており、ガイドベーンを全閉状態としたとき隣接するガイドベーンの一方の入口側内面と、他方の出口側外面とが互いに接触状態とされることを特徴とする水車。
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