JPH08312517A - ポンプ水車のランナ - Google Patents
ポンプ水車のランナInfo
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- JPH08312517A JPH08312517A JP7119590A JP11959095A JPH08312517A JP H08312517 A JPH08312517 A JP H08312517A JP 7119590 A JP7119590 A JP 7119590A JP 11959095 A JP11959095 A JP 11959095A JP H08312517 A JPH08312517 A JP H08312517A
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- runner
- blade
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- 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
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 揚程特性やポンプキャビテ−ション特性に影
響を与えずに水車部分負荷効率を向上させることができ
るポンプ水車ランナを提供する。 【構成】 ランナクラウンとランナバンドとの間に固定
保持されたランナ羽根の水車流れ方向における羽根出口
端のランナバンドに近い領域が水車流れの下流方向に向
かって延長されている。この延長部は、ランナバンドに
接近するに従い漸次長くなり、さらに水車羽根出口端近
くのランナ羽根の羽根厚中心を結んでできるそり線の羽
根先端でのランナ円周方向となす角度をβとしたとき、
上記延長した羽根先端のβがランナバンドに接近するに
従い小さくなるように構成されている。
響を与えずに水車部分負荷効率を向上させることができ
るポンプ水車ランナを提供する。 【構成】 ランナクラウンとランナバンドとの間に固定
保持されたランナ羽根の水車流れ方向における羽根出口
端のランナバンドに近い領域が水車流れの下流方向に向
かって延長されている。この延長部は、ランナバンドに
接近するに従い漸次長くなり、さらに水車羽根出口端近
くのランナ羽根の羽根厚中心を結んでできるそり線の羽
根先端でのランナ円周方向となす角度をβとしたとき、
上記延長した羽根先端のβがランナバンドに接近するに
従い小さくなるように構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポンプ水車のランナに係
り、特に水車の部分負荷効率性能を改善したランナの羽
根形状に関する。
り、特に水車の部分負荷効率性能を改善したランナの羽
根形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】ポンプ水車のランナはその回転方向を変
えることにより発電及び揚水運転を行うことができる。
図９はポンプ水車の構造の概略を示しており、発電運転
中ケーシング１に流入した水はランナ２に流入し、これ
を回転駆動して吸出し管３から排出される。逆に揚水運
転中、図示しない発電電動機により発電運転時とは逆方
向にランナ２が回転駆動され、吸出し管３を通してラン
ナ室内へ導かれた水はランナ２でエネルギを与えられ、
ケーシング１を介して上池（図示せず）に揚水される。
えることにより発電及び揚水運転を行うことができる。
図９はポンプ水車の構造の概略を示しており、発電運転
中ケーシング１に流入した水はランナ２に流入し、これ
を回転駆動して吸出し管３から排出される。逆に揚水運
転中、図示しない発電電動機により発電運転時とは逆方
向にランナ２が回転駆動され、吸出し管３を通してラン
ナ室内へ導かれた水はランナ２でエネルギを与えられ、
ケーシング１を介して上池（図示せず）に揚水される。
【０００３】この種のポンプ水車のランナ２は円周方向
に等配された複数枚のランナ羽根４を有し、これらのラ
ンナ羽根４は、主軸５の下端に結合されたランナクラウ
ン６とランナバンド７との間に固定されている。図１０
はランナ２を水車出口側から見た図を示しているが、ラ
ンナ羽根の水車流れ方向の出口側先端（以下水車羽根出
口端という）８はほぼ半径方向に放射状に延在してい
る。
に等配された複数枚のランナ羽根４を有し、これらのラ
ンナ羽根４は、主軸５の下端に結合されたランナクラウ
ン６とランナバンド７との間に固定されている。図１０
はランナ２を水車出口側から見た図を示しているが、ラ
ンナ羽根の水車流れ方向の出口側先端（以下水車羽根出
口端という）８はほぼ半径方向に放射状に延在してい
る。
【０００４】上述のように、ポンプ水車は１個のランナ
で発電運転と揚水運転を行うが、両運転時の最高効率点
は一致せず、揚水運転時の最高効率点の方が低落差側に
位置する。揚水発電所では揚水運転時のポンプ特性が最
も重要であることから、ランナはポンプ特性の最高効率
点である低い揚程で大流量の条件で設計される。したが
って、水車運転範囲は水車最高効率点から離れている。
図１１はこの説明のために定性的に表した水車特性を示
す。ここで横軸は、単位落差当りのランナ回転速度ｎ11
を、縦軸は、単位落差当たりの流量Ｑ11を表す。図中、
２点鎖線は等効率曲線を示し、これは、最高効率点η
tmax点から離れるほど水車効率が低下することを意味す
る。また、斜線部分は水車運転範囲を示している。以上
のことから、水車運転範囲の水車効率は低くなり、特に
流量の小さい部分負荷時の効率低下が大きくなる。
で発電運転と揚水運転を行うが、両運転時の最高効率点
は一致せず、揚水運転時の最高効率点の方が低落差側に
位置する。揚水発電所では揚水運転時のポンプ特性が最
も重要であることから、ランナはポンプ特性の最高効率
点である低い揚程で大流量の条件で設計される。したが
って、水車運転範囲は水車最高効率点から離れている。
図１１はこの説明のために定性的に表した水車特性を示
す。ここで横軸は、単位落差当りのランナ回転速度ｎ11
を、縦軸は、単位落差当たりの流量Ｑ11を表す。図中、
２点鎖線は等効率曲線を示し、これは、最高効率点η
tmax点から離れるほど水車効率が低下することを意味す
る。また、斜線部分は水車運転範囲を示している。以上
のことから、水車運転範囲の水車効率は低くなり、特に
流量の小さい部分負荷時の効率低下が大きくなる。
【０００５】発電専用機の場合、この水車特性を改善す
る方法として、一般にランナ水車羽根入口角度を小さく
して、羽根入口角度と流入角度とのアンマッチングによ
り生ずるエネルギ−損出（以下入口衝突損失という）特
性を高回転速度側に移動させ、水車最高効率点を高回転
速度側に移動させる方法や、羽根出口角度を小さくして
水車出口の旋回成分により吸い出し菅内で生ずるエネル
ギ損失（以下出口損失という）特性を低流量側に移動さ
せ、部分負荷効率を向上させる方法がある。
る方法として、一般にランナ水車羽根入口角度を小さく
して、羽根入口角度と流入角度とのアンマッチングによ
り生ずるエネルギ−損出（以下入口衝突損失という）特
性を高回転速度側に移動させ、水車最高効率点を高回転
速度側に移動させる方法や、羽根出口角度を小さくして
水車出口の旋回成分により吸い出し菅内で生ずるエネル
ギ損失（以下出口損失という）特性を低流量側に移動さ
せ、部分負荷効率を向上させる方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ポンプ水車
の場合、ランナ水車羽根入口角度を小さくすると、揚程
が小さくなってしまうと言う問題がある。この理由は次
の通りである。ランナ水車出口側の流入する流れが、旋
回成分を持たないとすると、理論揚程Ｈthは角運動量理
論より次式で示される。ここで、Ｕ２はランナ水車羽根
入口での周速度、Ｖm2は入口の速度の半径方向速度、β
２は羽根入口角度を示す。 Ｈth＝Ｕ2 ・Ｖu2／ｇ （１） Ｖu2＝Ｕ2 −Ｖm2／ｔａｎ（β2 ） （２） 上式より、羽根入口角度β2 が小さくなると、Ｖu2が小
さくなり、理論揚程Ｈthが小さくなり、所定の揚水運転
が不可能となる。したがって、水車性能向上のために羽
根入口角度をむやみに小さくすることはできない。
の場合、ランナ水車羽根入口角度を小さくすると、揚程
が小さくなってしまうと言う問題がある。この理由は次
の通りである。ランナ水車出口側の流入する流れが、旋
回成分を持たないとすると、理論揚程Ｈthは角運動量理
論より次式で示される。ここで、Ｕ２はランナ水車羽根
入口での周速度、Ｖm2は入口の速度の半径方向速度、β
２は羽根入口角度を示す。 Ｈth＝Ｕ2 ・Ｖu2／ｇ （１） Ｖu2＝Ｕ2 −Ｖm2／ｔａｎ（β2 ） （２） 上式より、羽根入口角度β2 が小さくなると、Ｖu2が小
さくなり、理論揚程Ｈthが小さくなり、所定の揚水運転
が不可能となる。したがって、水車性能向上のために羽
根入口角度をむやみに小さくすることはできない。
【０００７】次に、水車羽根出口角度を小さくした場
合、ポンプ運転時でのキャビテ−ション特性が問題とな
る。図１２は揚水運転時における図９のＡ−Ａ線に沿っ
た断面の水車羽根出口における流れの速度三角形を示
し、流れの絶対速度Ｃは、ランナ周速Ｕ及び相対速度Ｗ
に分解される。図１２（ａ）は、小流量である高揚程運
転時の状態を示している。この状態では、羽根角度β0
に対しランナ周速Ｕと相対速度Ｗとのなす相対流入角β
が小さくなる。その結果、羽根裏面４ａで圧力が大きく
低下し、そしてこの圧力が蒸気圧以下になるとキャビテ
ーション（一般にこの位置で発生するキャビテーション
をＫ2 と呼ぶ）が発生するようになる。このキャビテー
ションが長時間発生するとキャビテーション発生部付近
で壊食が起こるようになる。
合、ポンプ運転時でのキャビテ−ション特性が問題とな
る。図１２は揚水運転時における図９のＡ−Ａ線に沿っ
た断面の水車羽根出口における流れの速度三角形を示
し、流れの絶対速度Ｃは、ランナ周速Ｕ及び相対速度Ｗ
に分解される。図１２（ａ）は、小流量である高揚程運
転時の状態を示している。この状態では、羽根角度β0
に対しランナ周速Ｕと相対速度Ｗとのなす相対流入角β
が小さくなる。その結果、羽根裏面４ａで圧力が大きく
低下し、そしてこの圧力が蒸気圧以下になるとキャビテ
ーション（一般にこの位置で発生するキャビテーション
をＫ2 と呼ぶ）が発生するようになる。このキャビテー
ションが長時間発生するとキャビテーション発生部付近
で壊食が起こるようになる。
【０００８】これに対して、図１２（ｂ）は、大流量で
ある低揚程運転時の状態を示している。この状態では、
水の相対流入角βは羽根角度β0 より大きくなって、羽
根表面４ｂで圧力が大きく低下し、高揚程運転時とは逆
に羽根表面４ｂ側にキャビテーション（一般にこの位置
で発生するキャビテーションをＫ1 という）が発生する
ようになる。
ある低揚程運転時の状態を示している。この状態では、
水の相対流入角βは羽根角度β0 より大きくなって、羽
根表面４ｂで圧力が大きく低下し、高揚程運転時とは逆
に羽根表面４ｂ側にキャビテーション（一般にこの位置
で発生するキャビテーションをＫ1 という）が発生する
ようになる。
【０００９】この羽根角度β0 を単純に小さくした場
合、高揚程側のＫ2 キャビテ−ションは発生しにくくな
るが、Ｋ1 低揚程側のキャビテ−ションは逆に発生しや
すくなり、揚水運転範囲とキャビテ−ション特性との関
係が悪くなり、揚水運転範囲が狭くなる。このため、発
電運転および揚水運転での運転時間が短くなり、運用効
率が悪くなり、また、ダムの有効に利用できない貯水量
が多くなり、資源を有効に利用できないと言った問題が
あった。そこで、本発明の目的は、揚程特性やポンプキ
ャビテ−ション特性に影響を与えずに水車部分負荷効率
を向上させることができるポンプ水車ランナを提供する
ことにある。
合、高揚程側のＫ2 キャビテ−ションは発生しにくくな
るが、Ｋ1 低揚程側のキャビテ−ションは逆に発生しや
すくなり、揚水運転範囲とキャビテ−ション特性との関
係が悪くなり、揚水運転範囲が狭くなる。このため、発
電運転および揚水運転での運転時間が短くなり、運用効
率が悪くなり、また、ダムの有効に利用できない貯水量
が多くなり、資源を有効に利用できないと言った問題が
あった。そこで、本発明の目的は、揚程特性やポンプキ
ャビテ−ション特性に影響を与えずに水車部分負荷効率
を向上させることができるポンプ水車ランナを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、ランナクラウンとランナバンドとの間に複
数枚のランナ羽根を円周方向に等間隔をおいて固定保持
したポンプ水車のランナにおいて、水車流れ方向におけ
る羽根出口端のランナバンドに近い領域が水車流れの下
流方向に向かって延長され、この延長部は、ランナバン
ドに接近するに従い漸次長くなり、さらに水車羽根出口
端近くのランナ羽根の羽根厚中心を結んでできるそり線
の羽根先端でのランナ円周方向となす角度をβとしたと
き、上記延長した羽根先端のβがランナバンドに接近す
るに従い小さくなることを特徴とするものである。
に本発明は、ランナクラウンとランナバンドとの間に複
数枚のランナ羽根を円周方向に等間隔をおいて固定保持
したポンプ水車のランナにおいて、水車流れ方向におけ
る羽根出口端のランナバンドに近い領域が水車流れの下
流方向に向かって延長され、この延長部は、ランナバン
ドに接近するに従い漸次長くなり、さらに水車羽根出口
端近くのランナ羽根の羽根厚中心を結んでできるそり線
の羽根先端でのランナ円周方向となす角度をβとしたと
き、上記延長した羽根先端のβがランナバンドに接近す
るに従い小さくなることを特徴とするものである。
【００１１】この構成にあっては、前記延長部が、水車
流れの下流方向に向かって延長を開始する位置とランナ
バンドの内面のランナ出口端との半径方向の距離をＨ、
ランナバンドの内面の出口端の直径をＤとしたとき、Ｈ
が、０．０２≦Ｈ／Ｄ≦０．１０の関係にあることが望
ましい。また、前記延長部がランナバンド上で終端する
位置と、ランナクラウンに近いランナ羽根の延長されて
いない羽根先端との円周方向の距離をＬとしたとき、Ｌ
は、０．５≦Ｌ／Ｈ≦２．３の関係にあることが望まし
い。
流れの下流方向に向かって延長を開始する位置とランナ
バンドの内面のランナ出口端との半径方向の距離をＨ、
ランナバンドの内面の出口端の直径をＤとしたとき、Ｈ
が、０．０２≦Ｈ／Ｄ≦０．１０の関係にあることが望
ましい。また、前記延長部がランナバンド上で終端する
位置と、ランナクラウンに近いランナ羽根の延長されて
いない羽根先端との円周方向の距離をＬとしたとき、Ｌ
は、０．５≦Ｌ／Ｈ≦２．３の関係にあることが望まし
い。
【００１２】
【作用】本発明のポンプ水車ランナでは、バンド付近の
水車羽根角度のみを小さくすることにより、揚水運転時
において吸出し管壁面の境界層の発達により、ランナに
流入する相対流入角度が小さくなることから、低揚程側
のキャビテ−ションに対する性能は低下せず、発電運転
時は、羽根出口側角度が小さくなるため、ランナ出口渦
損失特性が部分負荷側に移動するため部分負荷効率が向
上する。
水車羽根角度のみを小さくすることにより、揚水運転時
において吸出し管壁面の境界層の発達により、ランナに
流入する相対流入角度が小さくなることから、低揚程側
のキャビテ−ションに対する性能は低下せず、発電運転
時は、羽根出口側角度が小さくなるため、ランナ出口渦
損失特性が部分負荷側に移動するため部分負荷効率が向
上する。
【００１３】
【実施例】以下本発明によるポンプ水車のランナの一実
施例を図１乃至３を参照して説明する。図１はランナク
ラウン６とランナバンド７との間に挟持された１枚のラ
ンナ羽根４を示している。図２はランナ２の水車出口方
向から見た複数枚のランナ羽根４の構成を示している。
また、図３は図１のランナバンド７の近くに設定された
Ａ−Ａ線に沿って切断して示した隣り合った一対のラン
ナ羽根を断面で示している。本発明によれば、図１およ
び図２から明らかなように、ランナ羽根４の水車羽根出
口端８のランナバンド７に近い領域が、水車流れ方向下
流側に向かって曲線状の輪郭を成すようにして延長され
ている。図１における点Ｇは、水車羽根出口端８が水車
方向出口に向かって延長を開始する点を示しており、こ
の点Ｇ位置における水車羽根出口端８の輪郭形状は、図
３中破線で示されている。その部分における羽根先端部
の羽根厚中心を結んでできるそり線Ｔ0 の円周方向から
の角度を羽根出口角度β0 と定義する。本発明によれ
ば、点Ｇからランナバンド７に向かう部分の羽根先端部
が、実線で示したように水車流れ方向下流側に向かって
延長され、そのそり線Ｔ1 と円周方向となす羽根出口角
度をβ1 とすると、β1＜β0 となるように延長されて
いる。
施例を図１乃至３を参照して説明する。図１はランナク
ラウン６とランナバンド７との間に挟持された１枚のラ
ンナ羽根４を示している。図２はランナ２の水車出口方
向から見た複数枚のランナ羽根４の構成を示している。
また、図３は図１のランナバンド７の近くに設定された
Ａ−Ａ線に沿って切断して示した隣り合った一対のラン
ナ羽根を断面で示している。本発明によれば、図１およ
び図２から明らかなように、ランナ羽根４の水車羽根出
口端８のランナバンド７に近い領域が、水車流れ方向下
流側に向かって曲線状の輪郭を成すようにして延長され
ている。図１における点Ｇは、水車羽根出口端８が水車
方向出口に向かって延長を開始する点を示しており、こ
の点Ｇ位置における水車羽根出口端８の輪郭形状は、図
３中破線で示されている。その部分における羽根先端部
の羽根厚中心を結んでできるそり線Ｔ0 の円周方向から
の角度を羽根出口角度β0 と定義する。本発明によれ
ば、点Ｇからランナバンド７に向かう部分の羽根先端部
が、実線で示したように水車流れ方向下流側に向かって
延長され、そのそり線Ｔ1 と円周方向となす羽根出口角
度をβ1 とすると、β1＜β0 となるように延長されて
いる。
【００１４】また、図１から明らかなように、上記ラン
ナ羽根の水車羽根出口端の延長量は、ランナバンド７に
向かうに従い大きくなっている。本願発明はこのように
構成されているから、揚水運転時、図９に示したよう
に、吸出し管３から導かれた水がランナ２に流入する
が、このランナに流入する水は境界層が発達し、ランナ
バンド７の側の流速は遅くなる。
ナ羽根の水車羽根出口端の延長量は、ランナバンド７に
向かうに従い大きくなっている。本願発明はこのように
構成されているから、揚水運転時、図９に示したよう
に、吸出し管３から導かれた水がランナ２に流入する
が、このランナに流入する水は境界層が発達し、ランナ
バンド７の側の流速は遅くなる。
【００１５】図４は、境界層がなく一様絶対速度Ｃであ
るとして求めた相対流入角度βと、境界層が完全に発達
した場合の絶対速度分布を使って同様に求めた流入角度
βとの差Δβの分布を示している。横軸は図１に示すよ
うに、ランナ出口径Ｄで無次元化したランナバンド７の
出口端から羽根出口端８の延長開始点Ｇまでの半径方向
長さＨを表し、縦軸は上記Δβを表す。このグラフから
わかるように、ランナバンド７の付近のΔβが大きくな
っており、これは実際の流入角度βは小さくなっている
ことを意味する。したがって、Ｋ1 キャビテーションに
対する性能を低下させずにランナバンド７の付近のラン
ナ羽根表面側の羽根角度を小さくすることが可能であ
る。この時、上述のように本発明の実施例の羽根出口角
度β1 は揚水運転条件から決まる羽根出口角度β0 に比
べ小さく設定してあるため、羽根裏面４ａの先端角度は
揚水運転条件から決められた角度とほぼ同一となり、Ｋ
2 キャビテーションに対する性能はほとんど変わらな
い。
るとして求めた相対流入角度βと、境界層が完全に発達
した場合の絶対速度分布を使って同様に求めた流入角度
βとの差Δβの分布を示している。横軸は図１に示すよ
うに、ランナ出口径Ｄで無次元化したランナバンド７の
出口端から羽根出口端８の延長開始点Ｇまでの半径方向
長さＨを表し、縦軸は上記Δβを表す。このグラフから
わかるように、ランナバンド７の付近のΔβが大きくな
っており、これは実際の流入角度βは小さくなっている
ことを意味する。したがって、Ｋ1 キャビテーションに
対する性能を低下させずにランナバンド７の付近のラン
ナ羽根表面側の羽根角度を小さくすることが可能であ
る。この時、上述のように本発明の実施例の羽根出口角
度β1 は揚水運転条件から決まる羽根出口角度β0 に比
べ小さく設定してあるため、羽根裏面４ａの先端角度は
揚水運転条件から決められた角度とほぼ同一となり、Ｋ
2 キャビテーションに対する性能はほとんど変わらな
い。
【００１６】次に、発電運転における部分負荷時のラン
ナバンド７に近い水車羽根出口端部８の流れを図５に示
す。破線は従来の水車羽根出口端の形状および速度三角
形を示し、実線は本発明の場合を示している。従来の場
合は、羽根出口角度が大きいため、ランナ出口の流れ
は、ランナ回転方向Ｎ側に大きな周方向速度成分Ｖu1を
持つ。これに対して、本発明の場合は羽根出口角度が小
さいため、ランナ出口の流れは従来の場合に比べ周方向
速度成分Ｖu1は小さくなる。この差は流量が小さくなる
に従い大きくなる。したがって、本発明の場合は、従来
に比べ、ランナ出口の旋回によって生じる出口渦損失特
性が低流量側に移動し、部分負荷側の水車効率が向上す
る。
ナバンド７に近い水車羽根出口端部８の流れを図５に示
す。破線は従来の水車羽根出口端の形状および速度三角
形を示し、実線は本発明の場合を示している。従来の場
合は、羽根出口角度が大きいため、ランナ出口の流れ
は、ランナ回転方向Ｎ側に大きな周方向速度成分Ｖu1を
持つ。これに対して、本発明の場合は羽根出口角度が小
さいため、ランナ出口の流れは従来の場合に比べ周方向
速度成分Ｖu1は小さくなる。この差は流量が小さくなる
に従い大きくなる。したがって、本発明の場合は、従来
に比べ、ランナ出口の旋回によって生じる出口渦損失特
性が低流量側に移動し、部分負荷側の水車効率が向上す
る。
【００１７】図６は、上述の実施例による効果を検証す
るための模型試験結果を示したグラフである。横軸は、
設計点流量Ｑ0 で無次元化した水車流量Ｑを表し、縦軸
は、羽根出口端の延長の無い場合の水車最高効率η0 で
無次元化した水車効率ηを表す。このグラフから、破線
で示した水車羽根出口端に延長の無い場合の効率に比
べ、実線で示した羽根先端延長のある場合の方が水車効
率が向上し、特に部分負荷側の効率が大幅に向上してい
ることがわかる。この実施例によれば、揚水運転時のキ
ャビテ−ションに対する性能を低下させずに、水車効率
を向上できる。
るための模型試験結果を示したグラフである。横軸は、
設計点流量Ｑ0 で無次元化した水車流量Ｑを表し、縦軸
は、羽根出口端の延長の無い場合の水車最高効率η0 で
無次元化した水車効率ηを表す。このグラフから、破線
で示した水車羽根出口端に延長の無い場合の効率に比
べ、実線で示した羽根先端延長のある場合の方が水車効
率が向上し、特に部分負荷側の効率が大幅に向上してい
ることがわかる。この実施例によれば、揚水運転時のキ
ャビテ−ションに対する性能を低下させずに、水車効率
を向上できる。
【００１８】本発明の好ましい実施例によれば、図１で
ランナバンド出口端直径Ｄに対し、羽根出口端延長部の
半径方向長さをＨとした時、Ｈは下記の範囲を満足する
ように選定される。 Ｈ＝（０．０２〜０．１０）Ｄ
ランナバンド出口端直径Ｄに対し、羽根出口端延長部の
半径方向長さをＨとした時、Ｈは下記の範囲を満足する
ように選定される。 Ｈ＝（０．０２〜０．１０）Ｄ
【００１９】図７は、羽根出口端８のランナバンド上の
水車下流側への延長距離を一定にした状態で延長部の半
径方向長さＨを変化させた時の水車効率への影響を実験
的に調べた結果を示している。左側の縦軸は延長のない
場合の水車最高効率η0 で無次元化した、流量比Ｑ／Ｑ
0 ＝０．８での羽根先端延長のある場合とない場合との
水車効率差Δηを表す。また、右側の縦軸は、羽根先端
延長のある場合と無い場合とのＫ１キャビテ−ション係
数差Δσi Ｋ1 を表している。
水車下流側への延長距離を一定にした状態で延長部の半
径方向長さＨを変化させた時の水車効率への影響を実験
的に調べた結果を示している。左側の縦軸は延長のない
場合の水車最高効率η0 で無次元化した、流量比Ｑ／Ｑ
0 ＝０．８での羽根先端延長のある場合とない場合との
水車効率差Δηを表す。また、右側の縦軸は、羽根先端
延長のある場合と無い場合とのＫ１キャビテ−ション係
数差Δσi Ｋ1 を表している。
【００２０】これにより、Ｈ／Ｄ＜０．０２では水車効
率への影響は大きいが、Ｈ／Ｄ＞０．０２になると、水
車効率の変化は、比較的小さくなり高い効率が得られる
ことがわかる。部分負荷運転の場合、水の流れがランナ
バンド７の側に偏るようになるため、ランナバンド７に
近い部分の羽根形状が効率性能に与える影響が大きくな
る。
率への影響は大きいが、Ｈ／Ｄ＞０．０２になると、水
車効率の変化は、比較的小さくなり高い効率が得られる
ことがわかる。部分負荷運転の場合、水の流れがランナ
バンド７の側に偏るようになるため、ランナバンド７に
近い部分の羽根形状が効率性能に与える影響が大きくな
る。
【００２１】一方、図４から明らかなように、Ｈ／Ｄ＞
０．１では境界層の影響が小さくなるため、Ｋ1 キャビ
テーションが発生しやすくなる。従って、本実施例によ
れば、揚水運転時のキャビテーションに対する性能を低
下させずに水車効率を最大限に向上できる。図１に示す
ランナ羽根先端延長部の半径方向長さＨに対し、ランナ
バンド上の延長開始点Ｇから円周方向への距離をＬとし
た時、Ｌは下記の範囲を満足するように選定される。 Ｌ＝（０．５〜２．３）Ｈ
０．１では境界層の影響が小さくなるため、Ｋ1 キャビ
テーションが発生しやすくなる。従って、本実施例によ
れば、揚水運転時のキャビテーションに対する性能を低
下させずに水車効率を最大限に向上できる。図１に示す
ランナ羽根先端延長部の半径方向長さＨに対し、ランナ
バンド上の延長開始点Ｇから円周方向への距離をＬとし
た時、Ｌは下記の範囲を満足するように選定される。 Ｌ＝（０．５〜２．３）Ｈ
【００２２】次に本実施例の作用を図８を参照して説明
する。このグラフは羽根先端延長距離Ｌを種々変えた時
の水車効率及びＫ１キャビテーションに対する性能への
影響を実験的に調査したものである。横軸は羽根先端突
出し高さＨで無次元化した先端突出し長さＬを表し、縦
軸の左側は突出しのない場合の水車最高効率η0 で無次
元化した、流量比Ｑ／Ｑ0 ＝０．８での羽根先端突出し
のある場合とない場合との水車効率差Δηを表し、右側
は図１で示したように、羽根先端突出しのない場合とあ
る場合とのＫ1 キャビテーション係数の差Δσi Ｋ1 を
表す。
する。このグラフは羽根先端延長距離Ｌを種々変えた時
の水車効率及びＫ１キャビテーションに対する性能への
影響を実験的に調査したものである。横軸は羽根先端突
出し高さＨで無次元化した先端突出し長さＬを表し、縦
軸の左側は突出しのない場合の水車最高効率η0 で無次
元化した、流量比Ｑ／Ｑ0 ＝０．８での羽根先端突出し
のある場合とない場合との水車効率差Δηを表し、右側
は図１で示したように、羽根先端突出しのない場合とあ
る場合とのＫ1 キャビテーション係数の差Δσi Ｋ1 を
表す。
【００２３】図１２に示すように、羽根先端延長距離Ｌ
が大きくなるに従い、羽根表面の出口角度が相対的に小
さくなるため、第２の実施例と同様に、部分負荷での効
率が上昇し、Ｌ／Ｈ≧０．５で水車効率上昇が比較的小
さくなる。一方、Ｌが大きくなると、逆に羽根先端表面
側の羽根角度が小さくなるためＫ１キャビテーションが
発生しやすくなり、Ｌ＞２．３Ｈでその影響が大きくな
る。従って、本実施例によれば、揚水運転時のキャビテ
ーション性能を低下させずに水車効率を最大限に向上で
きる。
が大きくなるに従い、羽根表面の出口角度が相対的に小
さくなるため、第２の実施例と同様に、部分負荷での効
率が上昇し、Ｌ／Ｈ≧０．５で水車効率上昇が比較的小
さくなる。一方、Ｌが大きくなると、逆に羽根先端表面
側の羽根角度が小さくなるためＫ１キャビテーションが
発生しやすくなり、Ｌ＞２．３Ｈでその影響が大きくな
る。従って、本実施例によれば、揚水運転時のキャビテ
ーション性能を低下させずに水車効率を最大限に向上で
きる。
【００２４】
【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、ランナ羽根の水車羽根出口端のランナバンド
付近に羽根先端延長部を設けたので、揚水運転時のキャ
ビテーション性能を低下させずに水車出口流れ渦損失特
性を低流量側に移動させることができ、これによって、
水車運転時の水車効率を向上することができる。
によれば、ランナ羽根の水車羽根出口端のランナバンド
付近に羽根先端延長部を設けたので、揚水運転時のキャ
ビテーション性能を低下させずに水車出口流れ渦損失特
性を低流量側に移動させることができ、これによって、
水車運転時の水車効率を向上することができる。
【図１】本発明の一実施例によるによるポンプ水車のラ
ンナを示した部分断面図。
ンナを示した部分断面図。
【図２】図１に示したランナ羽根を水車出口側から見た
部分正面図。
部分正面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示した一対の
ランナ羽根を示した断面図。
ランナ羽根を示した断面図。
【図４】羽根出口のランナバンド側からの半径方向によ
るランナ流入角度の変化を示したグラフ。
るランナ流入角度の変化を示したグラフ。
【図５】発電運転の部分負荷時におけるランナバンド付
近の羽根出口の流れを速度三角形で模式的に示した説明
図。
近の羽根出口の流れを速度三角形で模式的に示した説明
図。
【図６】相対流量と相対効率との関係を示したグラフ。
【図７】羽根先端延長部の半径方向長さと水車効率およ
びキャビテ−ション性能への影響について示したグラ
フ。
びキャビテ−ション性能への影響について示したグラ
フ。
【図８】ランナバンド上の羽根延長部の円周方向距離と
水車効率および揚水運転時の羽根先端表面に発生するキ
ャビテ−ションに対する性能への影響について示したグ
ラフ。
水車効率および揚水運転時の羽根先端表面に発生するキ
ャビテ−ションに対する性能への影響について示したグ
ラフ。
【図９】従来のポンプ水車の構造を概略的に示した断面
図。
図。
【図１０】従来のポンプ水車のランナ羽根を水車出口側
から見た部分正面図。
から見た部分正面図。
【図１１】単位落差当りの回転速度と単位落差当りの流
量との関係を示した水車特性図。
量との関係を示した水車特性図。
【図１２】（ａ） 高揚程運転時のランナ羽根流入状態
を速度三角形で模式的に示した概略図。 （ｂ） 低揚程運転時のランナ羽根流入状態を速度三角
形で模式的に示した概略図。
を速度三角形で模式的に示した概略図。 （ｂ） 低揚程運転時のランナ羽根流入状態を速度三角
形で模式的に示した概略図。
【符号の説明】 １ ケーシング ２ ランナ ３ 吸出し管 ４ ランナ羽根 ４ａ ランナ羽根裏面 ４ｂ ランナ羽根表面 ６ ランナクラウン ７ ランナバンド ８ 水車羽根出口端
フロントページの続き (72)発明者 吉 森 隆 彦 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 鈴 木 敏 暁 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内
Claims (3)
- 【請求項１】ランナクラウンとランナバンドとの間に複
数枚のランナ羽根を円周方向に等間隔をおいて固定保持
したポンプ水車のランナにおいて、水車流れ方向におけ
る羽根出口端のランナバンドに近い領域が水車流れの下
流方向に向かって延長され、この延長部は、ランナバン
ドに接近するに従い漸次長くなり、さらに水車羽根出口
端近くのランナ羽根の羽根厚中心を結んでできるそり線
の羽根先端でのランナ円周方向となす角度をβとしたと
き、上記延長した羽根先端のβがランナバンドに接近す
るに従い小さくなることを特徴とするポンプ水車のラン
ナ。 - 【請求項２】前記延長部が、水車流れの下流方向に向か
って延長を開始する位置とランナバンドの内面のランナ
出口端との半径方向の距離をＨ、ランナバンドの内面の
出口端の直径をＤとしたとき、Ｈが、０．０２≦Ｈ／Ｄ
≦０．１０の関係にあることを特徴とする請求項１に記
載のポンプ水車のランナ。 - 【請求項３】前記延長部がランナバンド上で終端する位
置と、ランナクラウンに近いランナ羽根の延長されてい
ない羽根先端との円周方向の距離をＬとした時、Ｌは、
０．５≦Ｌ／Ｈ≦２．３の関係にあることを特徴とする
請求項１に記載のポンプ水車のランナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11959095A JP3688342B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | ポンプ水車のランナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11959095A JP3688342B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | ポンプ水車のランナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08312517A true JPH08312517A (ja) | 1996-11-26 |
| JP3688342B2 JP3688342B2 (ja) | 2005-08-24 |
Family
ID=14765145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11959095A Expired - Lifetime JP3688342B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | ポンプ水車のランナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3688342B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7195459B2 (en) | 2003-08-11 | 2007-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Francis turbine |
| US7198470B2 (en) | 2003-06-16 | 2007-04-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Francis turbine |
| JP2010090720A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Toshiba Corp | 水力機械 |
| EP3683437A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-22 | GE Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110454310B (zh) * | 2019-08-07 | 2021-04-27 | 东方电气集团东方电机有限公司 | 一种仿生学水轮机 |
-
1995
- 1995-05-18 JP JP11959095A patent/JP3688342B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7198470B2 (en) | 2003-06-16 | 2007-04-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Francis turbine |
| CN1329630C (zh) * | 2003-06-16 | 2007-08-01 | 株式会社东芝 | 轴向辐流式涡轮 |
| US7195459B2 (en) | 2003-08-11 | 2007-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Francis turbine |
| CN100398811C (zh) * | 2003-08-11 | 2008-07-02 | 株式会社东芝 | 轴向辐流式涡轮机 |
| JP2010090720A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Toshiba Corp | 水力機械 |
| US9181957B2 (en) | 2008-10-03 | 2015-11-10 | Yasuyuki Enomoto | Hydraulic machine |
| EP3683437A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-22 | GE Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
| WO2020148415A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-23 | Ge Renewable Technologies | Hydroturbine runner blade local extension to avoid cavitation erosion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3688342B2 (ja) | 2005-08-24 |
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Legal Events
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