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JP2010112336A - Francis hydraulic machine, and runner for the same - Google Patents

Francis hydraulic machine, and runner for the same Download PDF

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JP2010112336A
JP2010112336A JP2008287623A JP2008287623A JP2010112336A JP 2010112336 A JP2010112336 A JP 2010112336A JP 2008287623 A JP2008287623 A JP 2008287623A JP 2008287623 A JP2008287623 A JP 2008287623A JP 2010112336 A JP2010112336 A JP 2010112336A
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JP
Japan
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runner
blade
crown
blades
band
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Pending
Application number
JP2008287623A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Enomoto
保之 榎本
Kazuyuki Nakamura
一幸 中村
Takanori Nakamura
高紀 中村
Akira Shinohara
朗 篠原
Kotaro Tezuka
光太郎 手塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems wherein, it is anticipated that in a runner with both a straightening blade and an intermediate blade short in blade length added to a normal runner, improved efficiency in an undesigned point is achieved in comparison with the other existing runner, however, it is still insufficient for reducing a hydraulic loss. <P>SOLUTION: The runner for a Francis hydraulic machine includes: a runner crown 2; a runner band 3; runner blades 4; the straightening blades 6 arranged along a flow passage between the runner crown 2 and the runner band 3 and intersecting with each runner blade 4; and short runner blades 5a, 5b shorter in blade length than the runner blades 4 and arranged in a flow passage formed by the runner crown, the straightening blades 6, and the adjacent blades 4. B1 represents a distance between the runner crown on the peripheral side of the runner and the straightening blade, L1 represents a distance between the runner blades in a runner blade inlet on a side formed by the runner crown and the straightening blade, and L11 represents a distance from the pressure surface of the runner blade to the vacuum surface of the short runner blade. In this case, the distance B1 between the runner crown 2 and the straightening blade 6 is set to satisfy formula (1): 0.8×L11≤B1≤1.2×L11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はフランシス型水力機械に係り、特にランナクラウンとランナバンドとの間に整流板を設けたフランシス型水力機械およびそのランナに関する。   The present invention relates to a Francis-type hydraulic machine, and more particularly to a Francis-type hydraulic machine in which a rectifying plate is provided between a runner crown and a runner band and the runner thereof.

フランシス型水力機械には、フランシス型水車、フランシス型ポンプあるいはフランシス型ポンプ水車等がある。   Francis type hydraulic machines include Francis type turbines, Francis type pumps, Francis type pump turbines, and the like.

以下、図8を参照してフランシス型水力機械の代表例として、フランシス型水車について説明する。
図8は一般的なフランシス型水車のランナ部分に注目して描いた縦断面図である。
フランシス型水車のランナ1は、主軸11の下端部に取り付けられ、ほぼ円錐状に形成されたランナクラウン2と、主軸11の中心線の延長線上にランナクラウン2から離間して配置された円環状のランナバンド3と、これらランナクラウン2およびランナバンド3の間に形成された流路に対して周方向にほぼ等ピッチで配置された翼状の複数枚のランナ羽根4とから形成されている。なお、2Cはランナクラウン2の中心部(出口側)に設けられたランナコーンである。
Hereinafter, a Francis turbine will be described as a typical example of a Francis hydraulic machine with reference to FIG.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view drawn by paying attention to a runner portion of a general Francis type turbine.
The runner 1 of the Francis-type water turbine is attached to the lower end portion of the main shaft 11, and a runner crown 2 that is formed in a substantially conical shape, and an annular shape that is disposed on the extension line of the center line of the main shaft 11 and spaced from the runner crown 2. , And a plurality of wing-like runner blades 4 arranged at a substantially equal pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown 2 and the runner band 3. Reference numeral 2C denotes a runner cone provided at the center (exit side) of the runner crown 2.

7はこのように構成されたランナ1の流水入口部となる外周部を囲繞するように形成された渦巻状のケーシングであり、このケーシング7の内周部出口の全周に亘ってほぼ等ピッチで放射状にステーベーン8を配置し、さらに、このステーベーン8のさらに内周側、すなわちステーベーン8とランナ1入口との間に開度の調整可能なガイドベーン9を設けている。   Reference numeral 7 denotes a spiral casing formed so as to surround the outer peripheral portion which becomes the running water inlet portion of the runner 1 configured as described above, and the pitch is substantially equal over the entire circumference of the inner peripheral portion outlet of the casing 7. Then, the stay vanes 8 are arranged radially, and a guide vane 9 whose opening degree can be adjusted is provided further on the inner peripheral side of the stay vane 8, that is, between the stay vane 8 and the runner 1 inlet.

フランシス型水車の発電運転時、ケーシング7からステーベーン8およびガイドベーン9を通って流出した水は、ランナ1外周部の流水入口部から中心部のランナコーン2Cに向かって流入し、軸方向下流に流出する。このとき流水はランナ羽根4に作用するので、ランナ1は反動力によって回転駆動される。ランナ1を駆動した流水はランナ出口に接続された吸出し管10を経て図示しない放水路へと流出する。そして、ランナ1は主軸11により発電機12を駆動する。   During the power generation operation of the Francis turbine, water that flows out from the casing 7 through the stay vanes 8 and the guide vanes 9 flows from the flowing water inlet of the outer periphery of the runner 1 toward the runner cone 2C in the center, and flows downstream in the axial direction. To do. At this time, since the flowing water acts on the runner blades 4, the runner 1 is rotationally driven by reaction force. The running water that has driven the runner 1 flows out to a water discharge channel (not shown) through a suction pipe 10 connected to the runner outlet. The runner 1 drives the generator 12 by the main shaft 11.

ガイドベーン9は、運転中に開度を変化させることにより、ランナ1に流入する水量を調整し、発電量を変化させている。ところで、ガイドベーン9の開度を調整し水量を変化させると、ランナ1内を流れる流水の分布は図9のように運転状態により大きく変化する。   The guide vane 9 adjusts the amount of water flowing into the runner 1 by changing the opening during operation, thereby changing the power generation amount. By the way, when the opening degree of the guide vane 9 is adjusted and the amount of water is changed, the distribution of the flowing water flowing in the runner 1 greatly changes depending on the operation state as shown in FIG.

図9は水量の違いによるランナ1内の子午面流れの模式を示したものであって、図中(a)は設計点での子午面流れの模式図、(b)は小流量運転時の子午面流れの模式図、(c)は大流量運転時の子午面流れの模式図である。   FIG. 9 shows a schematic diagram of the meridional surface flow in the runner 1 depending on the amount of water. In FIG. 9, (a) is a schematic diagram of the meridional surface flow at the design point, and (b) is a diagram at the time of small flow operation. A schematic diagram of the meridional flow, (c) is a schematic diagram of the meridional flow during a large flow rate operation.

図9(a)〜(c)において、ランナ1の子午面流れは、流れを内周側に押し込もうとする水流の動圧力14(ガイドベーン9からランナ1に流入する向きの矢印)と、流れを外周側に押し出そうとするランナ1の回転による遠心力15(矢印14と対向する矢印)のバランスにより決まる。   9 (a) to 9 (c), the meridional flow of the runner 1 is a dynamic pressure 14 of the water flow (an arrow pointing in the direction flowing into the runner 1 from the guide vane 9) to push the flow toward the inner peripheral side. , Determined by the balance of the centrifugal force 15 (arrow opposite to the arrow 14) due to the rotation of the runner 1 trying to push the flow to the outer peripheral side.

このため、図9(a)の設計点すなわち、発電効率を最高にしたい点で運転する場合は、ランナクラウン2の先端部のランナコーン2Cの直下にわずかな死水領域16ができるものの、安定流が維持されている。これに対して、設計点よりも水量が少ない運転点では遠心力15が相対的に大きくなって水の流れが外周側に偏るため、図9(b)のようにランナクラウン2からランナコーン2Cの直下に沿って大きな死水領域16ができる。逆に、設計点よりも水量が多い運転点図9(c)では遠心力15が相対的に小さくなり水の流れが内周側に偏り、吸出管10側に沿って死水領域16ができる。   For this reason, when operating at the design point of FIG. 9A, that is, at a point where the power generation efficiency is desired to be maximized, although a slight dead water region 16 is formed immediately below the runner cone 2C at the tip of the runner crown 2, a stable flow is achieved. Maintained. On the other hand, at the operating point where the amount of water is smaller than the design point, the centrifugal force 15 is relatively large and the flow of water is biased toward the outer peripheral side. Therefore, as shown in FIG. A large dead water region 16 is formed immediately below. On the contrary, in FIG. 9 (c), where the amount of water is larger than the design point, the centrifugal force 15 becomes relatively small and the flow of water is biased toward the inner peripheral side, and a dead water region 16 is formed along the suction pipe 10 side.

上述した水の流れの偏りは2次流れと称され、非設計点において、ランナ1内で発生する水力損失の主因となっている。このような、非設計点の2次流れを低減する方法として、従来、図10で示すように、ランナクラウン2とランナバンド3との間の入口側流路に、ランナ羽根4の翼弦長より短い整流羽根6を設ける方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。   The deviation of the water flow described above is referred to as a secondary flow and is a main cause of hydraulic loss occurring in the runner 1 at a non-design point. As a method of reducing the secondary flow at such a non-design point, conventionally, as shown in FIG. 10, the chord length of the runner blade 4 is provided in the inlet-side flow path between the runner crown 2 and the runner band 3. A method of providing a shorter rectifying blade 6 has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、図11で示すように、隣接する通常のランナ羽根4の間に通常のランナ羽根4よりも翼長が短いランナ羽根5を周方向に設ける方法も提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。   In addition, as shown in FIG. 11, a method has also been proposed in which runner blades 5 having a blade length shorter than the normal runner blades 4 are provided between adjacent normal runner blades 4 in the circumferential direction (for example, Patent Document 3). 4).

さらに、図示はしないが、ランナクラウンおよびランナバンドとの間の入口側流路にランナ羽根の翼弦長より短い整流板(整流羽根)を設けるとともに、隣接するランナ羽根の間に翼長が短い中間羽根を周方向に設ける方法も提案されている(例えば、特許文献5参照)。
特開平8−296544号公報、 特開2005−133698号公報、 特許第3782752号公報、 特開2003−65198号公報 特開昭57−126566号公報、
Furthermore, although not shown, a flow straightening plate (rectifying blade) shorter than the chord length of the runner blade is provided in the inlet-side flow path between the runner crown and the runner band, and the blade length is short between adjacent runner blades. A method of providing intermediate blades in the circumferential direction has also been proposed (see, for example, Patent Document 5).
JP-A-8-296544, JP 2005-133698 A, Japanese Patent No. 3782752 JP 2003-65198 A JP-A-57-126666,

しかしながら、特許文献1および2のように、ランナクラウンとランナバンドの間に整流羽根を設けたランナや、特許文献3および4のように、ランナ羽根と短翼ランナ羽根とを交互に設けたランナを適用した場合でも、非設計点での2次流れ損失を低減するには限界がある。   However, as in Patent Documents 1 and 2, a runner in which a rectifying blade is provided between the runner crown and the runner band, or a runner in which runner blades and short blade runner blades are alternately provided as in Patent Documents 3 and 4. However, there is a limit to reducing the secondary flow loss at the non-design point.

さらに、特許文献5のように、通常のランナに対して整流板および翼長が短い中間羽根の両方を付加したランナは、ほかの従来型ランナよりも非設計点での効率向上が見込まれるが、水力損失を低減する上でまだ十分とはいえない。例えば、中間羽根や整流板の位置の最適な範囲を規定するとか、あるいは水車運転時に過負荷を重視するか、部分負荷を重視するかでランナ羽根、短翼ランナ羽根の枚数を適正化することにより更なる効率向上の余地はあるものと考えられる。   Furthermore, as in Patent Document 5, a runner in which both a current plate and an intermediate blade with a short blade length are added to a normal runner is expected to improve efficiency at a non-design point compared to other conventional runners. It is still not enough to reduce hydraulic loss. For example, specify the optimal range of the position of the intermediate blades and rectifying plates, or optimize the number of runner blades and short blade runner blades depending on whether overload is important during turbine operation or partial load is important Therefore, there is room for further efficiency improvement.

そこで、本発明は、ランナクラウンとランナバンドの間の流路にランナ羽根を円周方向に所定ピッチで設け、ランナクラウンおよびランナバンドにほぼ平行な整流羽根を設け、さらに、隣接するランナ羽根間に翼長の短い短翼ランナ羽根を設けたフランシス型水力機械のランナにおいて、整流羽根の位置の最適化や、ランナ羽根、短翼ランナ羽根の枚数の適正化を図ることにより、水力損失をさらに低減することが可能なフランシス型水力機械およびそのランナを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides runner blades at a predetermined pitch in the circumferential direction in the flow path between the runner crown and the runner band, and provides straightening blades substantially parallel to the runner crown and the runner band. In a Francis-type hydraulic machine runner equipped with short blade runner blades with short blade lengths, hydraulic loss is further reduced by optimizing the position of the rectifying blades and optimizing the number of runner blades and short blade runner blades. An object of the present invention is to provide a Francis-type hydraulic machine that can be reduced and a runner thereof.

上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナ外周側のランナクラウンと整流羽根との距離をB1、ランナクラウンと整流羽根で形成される側のランナ羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11、としたとき、0.8×L11≦B1≦1.2×L11・・・(1)を満たすようにランナクラウンと整流羽根との距離B1を設定したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a runner crown attached to a main shaft, and an annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension line of the main shaft center line. A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, And a rectifying blade intersecting each runner blade, and a short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade. The distance between the runner crown on the outer peripheral side of the runner and the rectifying blade is B1, and the distance between the runner blades at the runner blade inlet portion on the side formed by the runner crown and the rectifying blade is When the separation is L1, and the distance from the pressure surface of the runner blade to the suction surface of the short blade runner blade is L11, 0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1) is satisfied. The distance B1 between the runner crown and the rectifying blade is set.

また、請求項2に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナ外周側の整流羽根とランナバンドとの距離をB2、ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、0.8×L22≦B2≦1.2×L22・・・(2)を満たすように整流羽根とランナバンドとの距離B2を設定したことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a runner crown attached to the main shaft, an annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main shaft center line, and the runner crown and runner band. A plurality of runner blades arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed therebetween, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersects each runner blade. And a short blade runner blade that is provided in a flow path formed by the runner band, the flow straightening blade, and the adjacent runner blade, and has a blade length shorter than that of the runner blade. The distance between the runner blade and the runner band is B2, the distance between the runner blades at the blade inlet on the side formed by the runner band and the rectifying blade is L2, from the pressure surface of the runner blade When the distance to the suction surface of the blade runner blade is L22, the distance B2 between the rectifying blade and the runner band is set so as to satisfy 0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2) It is characterized by that.

また、請求項3に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナクラウンと整流羽根で形成される側のランナ羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11としたとき、0.4×L1≦L11≦0.6×L1・・・(3)が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a runner crown attached to the main shaft, an annular runner band disposed at a position separated from the runner crown on an extension line of the main shaft center line, and the runner crown and runner band. A plurality of runner blades arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed therebetween, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersects each runner blade. And a short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the flow straightening blade, and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade. The distance between the runner blades at the runner blade inlet portion on the side to be formed is L1, and the distance from the pressure surface of the runner blade to the negative pressure surface of the short blade runner blade is L11 Then, an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L11 under the condition that 0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3) is satisfied, It is characterized in that it is set as the number of blade runner blades.

また、請求項4に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、0.4×L2≦L22≦0.6×L2・・・(4)が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a runner crown attached to the main shaft, an annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension line of the main shaft center line, and the runner crown and runner band. A plurality of runner blades arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed therebetween, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersects each runner blade. And a short blade runner blade that is shorter than the runner blade, and is provided in a flow path formed by the runner band, the flow straightening blade, and the adjacent runner blade. When the distance between the runner blades at the blade inlet on the side to be formed is L2, and the distance from the pressure surface of the runner blade to the negative pressure surface of the short blade runner blade is L22, .4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4) An integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L22 under the condition that (4) is satisfied is calculated for the runner blade and the short blade runner blade. It is set as the number of blades.

さらに、請求項5に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナ外周側のランナクラウンと整流羽根との距離をB1、ランナクラウンと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11、としたとき、0.8×L11≦B1≦1.2×L11・・・(1)を満たすようにランナクラウンと整流羽根との距離B1を設定し、かつ、0.4×L1≦L11≦0.6×L1・・・(3)が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とする。   Further, the invention according to claim 5 includes a runner crown attached to the main shaft, an annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main shaft center line, and the runner crown and the runner band. A plurality of runner blades arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed therebetween, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersects each runner blade. And a short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the flow straightening blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade, the runner crown on the outer periphery side of the runner Is the distance between the runner blades and the runner blade pressure at the blade inlet on the side formed by the runner crown and the straightener blades. When the distance from the surface to the suction surface of the short blade runner blade is L11, the distance between the runner crown and the rectifying blade so as to satisfy 0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1) An integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L11 under the condition that B1 is set and 0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3) is satisfied The number of blades of the runner blades and the short blade runner blades is set.

さらにまた、請求項6に係る発明は、主軸に取付けられたランナクラウンと、主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、ランナ外周側の整流羽根とランナバンドとの距離をB2、ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、0.8×L22≦B2≦1.2×L22・・・(2)を満たすように整流羽根とランナバンドとの距離B2を設定し、かつ、0.4×L2≦L22≦0.6×L2・・・(4)が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とする。   Furthermore, the invention according to claim 6 includes a runner crown attached to the main shaft, an annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main shaft center line, and the runner crown and runner. A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the bands, and provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and each runner blade A rectifying blade on the outer peripheral side of the runner, comprising: a straightening vane that intersects; and a short vane runner blade that is provided in a flow path formed by the runner band, the straightening vane, and the adjacent runner vane, and has a blade length shorter than the runner vane. The distance between the vane and the runner band is B2, the distance between the runner vanes at the vane inlet on the side formed by the runner band and the rectifying vane is L2, and the runner vane pressure When the distance from the suction surface to the short blade runner blade is L22, the distance B2 between the rectifying blade and the runner band is set so as to satisfy 0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2) An integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L22 under the condition that 0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4) is satisfied. And the number of blades of short blade runner blades.

本発明によれば、ランナクラウンとランナバンドの間の流路にランナ羽根を円周方向に所定ピッチで設け、ランナクラウンおよびランナバンドにほぼ平行な整流羽根を設け、さらに、隣接するランナ羽根間に翼長の短い短翼ランナ羽根を設けたフランシス型水力機械のランナにおいて、整流羽根の位置の最適化あるいは、ランナ羽根、短翼ランナ羽根の枚数の適正化を図ることにより、水力損失をさらに低減することが可能なフランシス型水力機械およびそのランナを提供することができる。   According to the present invention, runner blades are provided in the flow path between the runner crown and the runner band at a predetermined pitch in the circumferential direction, the straightening blades substantially parallel to the runner crown and the runner band are provided, and between the adjacent runner blades In a Francis hydraulic machine runner with short blade runner blades on the side, optimization of the position of the rectifying blades or optimization of the number of runner blades and short blade runner blades can further reduce hydraulic loss. It is possible to provide a Francis hydraulic machine and its runner that can be reduced.

以下、図面を参照して本発明に係るフランシス型水力機械の実施形態について説明する。
なお、各図に共通する部分には同一符号または同一符号に添字を付けることにより重複する説明を適宜省略する。
Embodiments of a Francis hydraulic machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted suitably by attaching | subjecting the same code | symbol to the part which is common in each figure, or adding the same code | symbol.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態によるフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図1(a)はフランシス型水車の子午断面、図1(b)は図1(a)のX矢視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a runner of a Francis-type hydraulic machine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a meridional section of a Francis-type turbine, and FIG. 1 (b) is a diagram of FIG. FIG.

図1(a)、(b)において、本実施形態のフランシス型水力機械のランナ(以下、単にランナと称する)1は、図示しない主軸の下端部に取り付けられ、かつ、ほぼ円錐台状に形成されたランナクラウン2と、主軸中心線の延長線上に前記ランナクラウン2の流路面から所定距離だけ離間するように配置された円環状のランナバンド3と、これらランナクラウン2およびランナバンド3の間の流路に周方向にほぼ等ピッチで配置された複数枚のランナ羽根4とを備えている。   1 (a) and 1 (b), a runner (hereinafter simply referred to as a runner) 1 of the Francis hydraulic machine of this embodiment is attached to the lower end portion of a main shaft (not shown) and is formed in a substantially truncated cone shape. Between the runner crown 2, the annular runner band 3 arranged so as to be separated from the flow passage surface of the runner crown 2 by a predetermined distance on the extension line of the main shaft center line, and between the runner crown 2 and the runner band 3 And a plurality of runner blades 4 arranged at substantially equal pitches in the circumferential direction.

そして、ランナクラウン2およびランナバンド3の流路面にほぼ平行し、かつ、複数枚の各ランナ羽根4と交差するように整流羽根6を設け、さらに、ランナクラウン2、隣接するランナ羽根4および整流羽根6で形成した流路にランナ羽根4よりも翼長の短い短翼ランナ羽根5aを設け、ランナバンド3、隣接するランナ羽根4および整流羽根6で形成した流路中にランナ羽根4よりも翼長の短い短翼ランナ羽根5bを備えている。なお、以下では、説明の便宜上、ランナ羽根4すなわち、通常の翼長を有するランナ羽根4を長翼4と称し、通常の翼長のランナ羽根4よりも翼長の短い短翼ランナ羽根5a、5bを短翼5a、5bと称する。   Then, a rectifying blade 6 is provided so as to be substantially parallel to the flow path surfaces of the runner crown 2 and the runner band 3 and intersect with each of the plurality of runner blades 4, and further, the runner crown 2, the adjacent runner blade 4 and the rectifying blade A short blade runner blade 5 a having a blade length shorter than that of the runner blade 4 is provided in the flow path formed by the blade 6, and the flow path formed by the runner band 3, the adjacent runner blade 4 and the rectifying blade 6 is more than the runner blade 4. A short blade runner blade 5b having a short blade length is provided. In the following, for convenience of explanation, the runner blade 4, that is, the runner blade 4 having a normal blade length is referred to as a long blade 4, and the short blade runner blade 5 a having a blade length shorter than that of the normal blade length runner blade 4, 5b is called short blade 5a, 5b.

本実施形態は、以上のように構成されたフランシス型水力機械のランナにおいて、整流羽根6を次の式(1)または式(2)を満たす範囲に配置したことを特徴とするものである。
0.8×L11≦B1≦1.2×L11 ・・・ (1)
0.8×L22≦B2≦1.2×L22 ・・・ (2)
ここで、
B;ランナ1入口側(ランナ1外周側)の羽根高さ、
B1;ランナクラウン2と整流羽根6との間の距離、
B2;整流羽根6とランナバンド3との間の距離、
L1;ランナクラウン2と整流羽根6で形成される側の羽根入口部での隣接する長翼4間の距離、
L2;ランナバンド3と整流羽根6で形成される側の羽根入口部での長翼4間の距離、
L11;ランナ1の回転方向と反対方向に向かって長翼4の圧力面側から隣接する短翼5aの負圧面までの距離、
L22;ランナの回転と反対方向に向かって長翼4の圧力面から短翼5aの負圧面までの距離、
とする。
The present embodiment is characterized in that in the runner of the Francis-type hydraulic machine configured as described above, the rectifying blades 6 are arranged in a range satisfying the following formula (1) or formula (2).
0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1)
0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2)
here,
B: Blade height on the runner 1 inlet side (runner 1 outer periphery side),
B1; distance between the runner crown 2 and the rectifying blade 6;
B2: distance between the rectifying blade 6 and the runner band 3;
L1; distance between adjacent long blades 4 at the blade inlet portion on the side formed by the runner crown 2 and the rectifying blade 6;
L2: distance between the long blades 4 at the blade inlet portion on the side formed by the runner band 3 and the rectifying blade 6;
L11: Distance from the pressure surface side of the long blade 4 to the suction surface of the adjacent short blade 5a in the direction opposite to the rotation direction of the runner 1,
L22: distance from the pressure surface of the long blade 4 to the suction surface of the short blade 5a in the direction opposite to the rotation of the runner,
And

上記した式(1)または式(2)を満たす場合、図1(b)で示すX矢視図のように、ランナクラウン2、整流羽根6、ランナバンド3および隣接する長翼4の圧力面と短翼5a,5bの負圧面で形成される四角形状の流路は、縦横比が1:1に近い形状になる。   When the above formula (1) or formula (2) is satisfied, the pressure surfaces of the runner crown 2, the rectifying blade 6, the runner band 3, and the adjacent long blades 4 as shown in the X arrow view of FIG. The rectangular flow path formed by the suction surfaces of the short blades 5a and 5b has a shape with an aspect ratio close to 1: 1.

図4は、ランナ1入口部におけるランナクラウン2および整流羽根6間の距離B1を変化させた時の過負荷運転時(設計点よりも流量の多い運転時)における、ランナクラウン2、整流羽根6、長翼4の圧力面と短翼5aの負圧面間で形成される領域で発生する2次流れ損失の変化を示した図である。   FIG. 4 shows the runner crown 2 and the rectifying blade 6 during overload operation (when the flow rate is higher than the design point) when the distance B1 between the runner crown 2 and the rectifying blade 6 is changed at the inlet of the runner 1. FIG. 5 is a diagram showing a change in secondary flow loss that occurs in a region formed between the pressure surface of the long blade 4 and the suction surface of the short blade 5a.

ここで、2次流れは整流羽根6側からランナクラウン2側に向かう2次流れによる損失成分と、長翼4の圧力面から負圧面に向かう2次流れ成分による損失、およびこれら2つの損失成分を合成した損失を示している。   Here, the secondary flow is a loss component due to the secondary flow from the rectifying blade 6 side toward the runner crown 2 side, a loss due to the secondary flow component from the pressure surface of the long blade 4 toward the suction surface, and these two loss components. Shows the combined loss.

一般に、過負荷運転状態ではランナバンド3側からランナクラウン2側に向かう2次流れ成分が増大し、水力損失が増大する。この2次流れは整流羽根6を設けることにより低減することが可能となるが、更に長翼4の相互間に短翼5aを設けることにより羽根の圧力面から負圧面に向かう2次流れ成分も低減することが可能となる。   Generally, in an overload operation state, the secondary flow component from the runner band 3 side to the runner crown 2 side increases, and hydraulic loss increases. This secondary flow can be reduced by providing the rectifying blade 6, but by providing the short blade 5 a between the long blades 4, the secondary flow component from the blade pressure surface to the suction surface can also be reduced. It becomes possible to reduce.

ランナクラウン2と整流羽根6間の距離B1が大きくなると、ランナクラウン2側から整流羽根6方向の2次流れ損失が増加し、逆に距離B1が小さい場合は、相対的に長翼4の圧力面から短翼5aの負圧面方向への2次流れ損失が大きくなる。これらの2次流れ損失を足し合わせると、ランナクラウン2と整流羽根6間の距離B1は、前掲の式(1)を満たす範囲で損失が小さくなっていることがわかる。   When the distance B1 between the runner crown 2 and the rectifying blade 6 is increased, the secondary flow loss in the direction of the rectifying blade 6 from the runner crown 2 side is increased, and conversely, when the distance B1 is small, the pressure of the long blade 4 is relatively increased. The secondary flow loss from the surface toward the suction surface of the short blade 5a increases. When these secondary flow losses are added together, it can be seen that the distance B1 between the runner crown 2 and the rectifying blade 6 is small in the range satisfying the above-mentioned formula (1).

図5はランナ1入口部における整流羽根6およびランナバンド3間の距離B2を変化させた時の部分負荷運転時(設計点よりも流量の少ない運転時)における、ランナバンド3、整流羽根6、長翼4の圧力面と短翼5bの負圧面間で形成される領域で発生する2次流れ損失の変化を示した図である。   FIG. 5 shows the runner band 3, the rectifying blade 6, It is the figure which showed the change of the secondary flow loss generate | occur | produced in the area | region formed between the pressure surface of the long blade 4, and the negative pressure surface of the short blade 5b.

一般に部分負荷運転時では、ランナクラウン2側からランナバンド3側に向かう2次流れ損失が増大することになるが、これも整流羽根6を配置することにより低減することが可能となる。また、長翼4の相互間に短翼5bを設けることにより長翼4の羽根圧力面から短翼5bの負圧面に向かう2次流れも低減することが可能となる。   In general, during partial load operation, the secondary flow loss from the runner crown 2 side toward the runner band 3 side increases, but this can also be reduced by arranging the rectifying blades 6. Further, by providing the short blades 5b between the long blades 4, the secondary flow from the blade pressure surface of the long blades 4 to the negative pressure surface of the short blades 5b can be reduced.

整流羽根6とランナバンド3と間の距離B2が大きくなると、整流羽根6側からランナバンド3方向の2次流れ損失が増加し、逆に距離B2が小さい場合は、相対的に長翼4の圧力面から短翼5bの負圧面方向への2次流れ損失が大きくなる。これらの2次流れ損失を足し合わせると、整流羽根6とランナバンド3と間の距離B2は、前掲の式(2)を満たす範囲で損失が小さくなっていることがわかる。   When the distance B2 between the rectifying blade 6 and the runner band 3 is increased, the secondary flow loss in the direction of the runner band 3 from the rectifying blade 6 side is increased. Conversely, when the distance B2 is small, the long blade 4 The secondary flow loss from the pressure surface toward the suction surface of the short blade 5b increases. When these secondary flow losses are added together, it can be seen that the distance B2 between the rectifying blades 6 and the runner band 3 has a small loss within a range satisfying the above-mentioned formula (2).

したがって、整流羽根6の位置を、式(1)のL11または式(2)のL22を満たす範囲に配置すると、過負荷運転または部分負荷運転で水力損失の発生を効果的に抑制することが可能となる。   Therefore, when the position of the rectifying blade 6 is arranged in a range that satisfies L11 in the formula (1) or L22 in the formula (2), it is possible to effectively suppress the occurrence of hydraulic loss in overload operation or partial load operation. It becomes.

以上は、整流羽根6の位置を、上記式(1)または式(2)を満たすように配置した場合、過負荷運転時または部分負荷運転時に水力損失の発生を効果的に抑制できることを説明したが、以下は、長翼4および短翼5a、5bの枚数を調整することで、水力損失を更に効果的に抑制できることを説明する。   As described above, when the position of the rectifying blade 6 is arranged so as to satisfy the above formula (1) or formula (2), it has been explained that the occurrence of hydraulic loss can be effectively suppressed during overload operation or partial load operation. However, the following explains that the hydraulic loss can be more effectively suppressed by adjusting the number of the long blades 4 and the short blades 5a and 5b.

図6は、短翼5aの周方向の位置を変化させた時の整流羽根6とランナクラウン2と、長翼4で形成される領域での周方向の2次流れ損失分布を示した図である。
図6において、長翼4の圧力面から短翼5aの負圧面への2次流れ損失は、初めのL11ゼロから0.4L1を少し超えた距離まではL11の増加に伴って緩やかな勾配で増加するが、0.5L1あたりから急な勾配で増加する。これに対して、短翼5aの圧力面から長翼4の負圧面への2次流れ損失は、L11がゼロの位置で最大で、L11の増加に伴って逆比例的に減少し、L1になるとゼロとなる。そして、これらの二つの損失を足し合わせた損失合計を見ると、ランナ1の回転方向と反対方向に向かって長翼4の圧力面側から隣接する短翼5aの負圧面までの距離L11が0.4L1から0.6L1の範囲にあるとき、損失合計が小さくなることがわかる。
FIG. 6 is a diagram showing a secondary flow loss distribution in the circumferential direction in a region formed by the rectifying blade 6, the runner crown 2, and the long blade 4 when the circumferential position of the short blade 5 a is changed. is there.
In FIG. 6, the secondary flow loss from the pressure surface of the long blade 4 to the suction surface of the short blade 5a has a gentle slope with the increase of L11 from the initial L11 zero to a distance slightly exceeding 0.4L1. It increases, but increases with a steep slope from around 0.5L1. On the other hand, the secondary flow loss from the pressure surface of the short blade 5a to the suction surface of the long blade 4 is maximum at the position where L11 is zero, and decreases in inverse proportion as L11 increases, to L1. Then it becomes zero. When looking at the total loss obtained by adding these two losses, the distance L11 from the pressure surface side of the long blade 4 to the negative pressure surface of the adjacent short blade 5a is 0 in the direction opposite to the rotation direction of the runner 1. It can be seen that the total loss is small when it is in the range of 4L1 to 0.6L1.

以上の関係から、次の(3)式が導かれる。
0.4×L1≦L11≦0.6×L1 ・・・ (3)
この(3)式が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数を長翼4および短翼5aの羽根枚数にすれば、ランナクラウン2、整流羽根6、長翼4負圧面と短翼5a圧力面間で形成される領域でも水力損失を効果的に抑制することができる。
From the above relationship, the following equation (3) is derived.
0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3)
If an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L11 under the condition that the expression (3) is satisfied is the number of blades of the long blade 4 and the short blade 5a, the runner crown 2, the rectifying blade 6 The hydraulic loss can be effectively suppressed even in the region formed between the long blade 4 suction surface and the short blade 5a pressure surface.

一方、図7は短翼5bの周方向の位置を変化させた時の整流羽根6とランナバンド3と長翼4で形成される領域での周方向の2次流れ損失分布を示した図である。
図7において、長翼4の圧力面から短翼5bの負圧面への2次流れ損失は、初めのL22がゼロから0.4L2を少し超えた距離まではL22の増加に伴って緩やかな勾配で増加するが、0.5L2あたりから急な勾配で増加する。これに対して、短翼5bの圧力面から長翼4の負圧面への2次流れ損失は、L22がゼロの位置で最大で、L22の増加に伴って逆比例的に減少し、L2になるとゼロとなる。そして、これらの二つの損失を足し合わせた損失合計を見ると、L22が0.4L2から0.6L2の範囲にあるとき、損失合計が小さくなることがわかる。
On the other hand, FIG. 7 is a diagram showing a secondary flow loss distribution in the circumferential direction in a region formed by the rectifying blade 6, the runner band 3, and the long blade 4 when the circumferential position of the short blade 5b is changed. is there.
In FIG. 7, the secondary flow loss from the pressure surface of the long blade 4 to the suction surface of the short blade 5b has a gentle slope with increasing L22 until the distance at which the initial L22 slightly exceeds 0.4L2. However, it increases with a steep slope from around 0.5L2. On the other hand, the secondary flow loss from the pressure surface of the short blade 5b to the suction surface of the long blade 4 is maximum at the position where L22 is zero, and decreases in inverse proportion as L22 increases to L2. Then it becomes zero. Then, looking at the total loss obtained by adding these two losses, it can be seen that the total loss is small when L22 is in the range of 0.4L2 to 0.6L2.

以上の関係から、次の(4)式が導かれる。
0.4×L2≦L22≦0.6×L2 ・・・ (4)
この(4)式が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数を長翼4および短翼5bの羽根枚数にすれば、ランナバンド3、整流羽根6、長翼4負圧面と短翼5a圧力面間で形成される領域でも水力損失を効果的に抑制することができる。
From the above relationship, the following equation (4) is derived.
0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4)
If an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L22 under the condition that the expression (4) is satisfied is the number of blades of the long blade 4 and the short blade 5b, the runner band 3 and the rectifying blade 6 The hydraulic loss can be effectively suppressed even in the region formed between the long blade 4 suction surface and the short blade 5a pressure surface.

以上述べたように、第1の実施形態によれば、ランナクラウンとランナバンドの間の流路にランナ羽根を円周方向に所定ピッチで設け、ランナクラウンおよびランナバンドにほぼ平行な整流羽根を設け、さらに、隣接するランナ羽根間に翼長の短い短翼ランナ羽根を設けたフランシス型水力機械のランナにおいて、整流羽根の位置の最適化し、さらに、長翼、短翼の枚数の適正化を図ることにより、特に非設計点での水力損失を低減することができる。   As described above, according to the first embodiment, the runner blades are provided in the flow path between the runner crown and the runner band at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the straightening blades substantially parallel to the runner crown and the runner band are provided. In addition, in the runner of Francis hydraulic machines with short blade runner blades between adjacent runner blades, the position of the rectifying blades is optimized, and the number of long blades and short blades is optimized. By doing so, it is possible to reduce hydraulic power loss particularly at non-design points.

(第2の実施形態)
図2は本発明の第2の実施形態を示すフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図2(a)はフランシス型水力機械の子午断面、図2(b)は図2(a)のX矢視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a runner of a Francis-type hydraulic machine showing a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a meridional section of the Francis-type hydraulic machine, and FIG. FIG.

本実施形態のフランシス型水力機械のランナが第1の実施形態のフランシス型水力機械のランナと異なるのは、図2(a)、(b)で示したように、ランナクラウン2と整流羽根6との間の短翼5aのみを残して、ランナバンド3と整流羽根6との間の短翼5bを省いた構成としたことであり、その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。   The runner of the Francis hydraulic machine of this embodiment is different from the runner of the Francis hydraulic machine of the first embodiment as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Except that the short blade 5a between the runner band 3 and the rectifying blade 6 is omitted, except for the short blade 5a between them. The other configurations are the same as those in the first embodiment. is there.

したがって、本実施形態の場合、図4および図6を参照して2次流れ損失の低減を説明することができ、整流羽根6の位置調整については前掲した式(1)を、また、長翼4および短翼5aの枚数調整については前掲した式(3)を適用することができる。
0.8×L11≦B1≦1.2×L11 ・・・ (1)
0.4×L1≦L11≦0.6×L1 ・・・ (3)
Therefore, in the case of the present embodiment, the reduction of the secondary flow loss can be described with reference to FIGS. 4 and 6. For the position adjustment of the rectifying blade 6, the above formula (1) is used, and the long blade For the adjustment of the number of 4 and the short blades 5a, the above-described formula (3) can be applied.
0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1)
0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3)

この結果、整流羽根6を0.8×L11≦B1≦1.2×L11・・・(1)に位置させることにより、過負荷運転で水力損失の発生を効果的に抑制することが可能となり、また、0.4×L1≦L11≦0.6×L1・・・(3)が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数を長翼4および短翼5aの羽根枚数に調整することにより、ランナクラウン2、整流羽根6、長翼4負圧面と短翼5a圧力面間で形成される領域でも水力損失の低減が図られることになり、更に水力損失を効果的に抑制することができる。   As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of hydraulic loss in overload operation by positioning the rectifying blade 6 at 0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1). In addition, an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L11 under the condition that 0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3) is satisfied, By adjusting the number of blades of the short blade 5a, hydraulic loss can be reduced even in the region formed between the runner crown 2, the rectifying blade 6, the long blade 4 suction surface and the pressure surface of the short blade 5a. Hydraulic loss can be effectively suppressed.

以上述べたように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様、整流羽根の位置の最適化し、さらに、長翼、短翼の枚数の適正化を図ることにより、特に非設計点での水力損失を低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, as in the first embodiment, by optimizing the position of the rectifying blades and further optimizing the number of long blades and short blades, it is possible to improve the design of the non-design points. The hydraulic power loss at can be reduced.

(第3の実施形態)
図3は本発明の第3の実施形態を示すフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図3(a)はフランシス型水車の子午断面、図3(b)は図3(a)のX矢視図である。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a runner of a Francis-type hydraulic machine showing a third embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a meridional section of a Francis-type turbine, and FIG. 3 (b) is FIG. 3 (a). FIG.

本実施形態のフランシス型水力機械のランナが第1の実施形態のフランシス型水力機械のランナと異なるのは、図3(a)、(b)に示したように、ランナバンド3と整流羽根6との間の短翼5bのみを残して、ランナクラウン2と整流羽根6との間の短翼5aを省いた構成としたことであり、その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。   The runner of the Francis-type hydraulic machine of the present embodiment is different from the runner of the Francis-type hydraulic machine of the first embodiment as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Except that the short blade 5b between the runner crown 2 and the rectifying blade 6 is omitted, except for the short blade 5b between them. The other configurations are the same as those in the first embodiment. is there.

したがって、本実施形態の場合、図5および図7を参照して2次流れ損失の低減を説明することができ、整流羽根6の位置調整については前掲の式(2)を、また、長翼4および短翼5bの枚数調整については前掲の(4)式を適用することができる。
0.8×L22≦B2≦1.2×L22 ・・・ (2)
0.4×L2≦L22≦0.6×L2 ・・・ (4)
Therefore, in the case of the present embodiment, the reduction of the secondary flow loss can be described with reference to FIGS. 5 and 7, and the position adjustment of the rectifying blade 6 can be performed using the above formula (2) and the long blades. For the adjustment of the number of 4 and the short blades 5b, the above-described equation (4) can be applied.
0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2)
0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4)

この結果、整流羽根6を0.8×L22≦B2≦1.2×L22・・・(2)に位置させることにより、過負荷運転で水力損失の発生を効果的に抑制することが可能となり、また、0.4×L2≦L22≦0.6×L2・・・(4)が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数を長翼4および短翼5bの羽根枚数に調整することにより、ランナバンド3、整流羽根6、長翼4負圧面と短翼5b圧力面間で形成される領域でも水力損失の低減が図られることになり、更に水力損失を効果的に抑制することができる。   As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of hydraulic loss in overload operation by positioning the rectifying blade 6 at 0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2). In addition, an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L22 under the condition that 0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4) is satisfied, By adjusting the number of blades of the short blade 5b, hydraulic loss can be reduced even in the region formed between the runner band 3, the rectifying blade 6, the long blade 4 suction surface, and the pressure surface of the short blade 5b. Hydraulic loss can be effectively suppressed.

以上述べたように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様、整流羽根の位置の最適化し、さらに、長翼、短翼の枚数の適正化を図ることにより、特に非設計点での水力損失を低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, as in the first embodiment, by optimizing the position of the rectifying blades and further optimizing the number of long blades and short blades, it is possible to improve the design of the non-design points. The hydraulic power loss at can be reduced.

本発明の第1の実施形態を示すフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図1(a)はフランシス型水力機械のランナの子午断面、図1(b)は図1(a)のX矢視図。It is a schematic cross section of the runner of the Francis type hydraulic machine which shows the 1st Embodiment of this invention, Fig.1 (a) is a meridian cross section of the runner of a Francis type hydraulic machine, FIG.1 (b) is FIG.1 (a). X arrow view. 本発明の第2の実施形態を示すフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図2(a)はフランシス型水力機械のランナの子午断面、図2(b)は図2(a)のX矢視図。It is a schematic cross section of the runner of the Francis type hydraulic machine which shows the 2nd Embodiment of this invention, Fig.2 (a) is a meridional section of the runner of a Francis type hydraulic machine, FIG.2 (b) is FIG.2 (a). X arrow view. 本発明の第3の実施形態を示すフランシス型水力機械のランナの模式断面図であり、図3(a)はフランシス型水力機械のランナの子午断面、図3(b)は図3(a)のX矢視図。It is a schematic cross section of the runner of the Francis type hydraulic machine which shows the 3rd Embodiment of this invention, Fig.3 (a) is a meridian cross section of the runner of a Francis type hydraulic machine, FIG.3 (b) is FIG.3 (a). X arrow view. 第1および第2の実施形態における水力損失と整流羽根の位置の相関図。The correlation figure of the position of the hydraulic loss and the rectifying blade in the first and second embodiments. 第1および第3の実施形態における水力損失と整流羽根の位置の相関図。The correlation figure of the hydraulic loss and the position of a rectifying blade in 1st and 3rd embodiment. 第1および第2の実施形態における水力損失と短翼位置の相関図。FIG. 5 is a correlation diagram between hydraulic loss and short blade position in the first and second embodiments. 第1および第3の実施形態における水力損失と短翼位置の相関図。The correlation figure of the hydraulic loss and short blade position in the 1st and 3rd embodiment. 従来のフランシス型水力機械のランナの模式図。The schematic diagram of the runner of the conventional Francis type hydropower machine. 水量の違いによるランナ内の子午面流れの模式図。Schematic diagram of meridional flow in the runner depending on the amount of water. 従来のフランシス型水力機械のランナ子午面形状の模式図。The schematic diagram of the runner meridional shape of the conventional Francis type hydropower machine. 従来の複数の異なる形状の羽根を有するフランシス型水力機械のランナの模式図。The schematic diagram of the runner of the Francis type hydraulic machine which has the blade | wing of the conventional several different shape.

符号の説明Explanation of symbols

1…ランナ、2…ランナクラウン、3…ランナバンド、4…ランナ羽根(長翼)、5a,5b…ランナ羽根(短翼)、6……整流羽根、7…ケーシング、8…ステーベーン、9…ガイドベーン、10…吸出し管、11…主軸、12…発電機、14…水流の動圧力、15…ランナ回転遠心力、16…死水領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... runner, 2 ... runner crown, 3 ... runner band, 4 ... runner blade (long blade), 5a, 5b ... runner blade (short blade), 6 ... rectifying blade, 7 ... casing, 8 ... stay vane, 9 ... Guide vane, 10 ... suction pipe, 11 ... main shaft, 12 ... generator, 14 ... dynamic pressure of water flow, 15 ... runner rotation centrifugal force, 16 ... dead water region.

Claims (7)

主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナ外周側のランナクラウンと整流羽根との距離をB1、ランナクラウンと整流羽根で形成される側のランナ羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11としたとき、次の式(1)を満たすようにランナクラウンと整流羽根との距離B1を設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.8×L11≦B1≦1.2×L11 ・・・ (1)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade;
The distance between the runner crown on the outer peripheral side of the runner and the straightening blade is B1, the distance between the runner blades at the runner blade inlet portion formed by the runner crown and the straightening blade is L1, and the short blade runner blade from the pressure surface of the runner blade A runner for a Francis hydraulic machine, wherein the distance B1 between the runner crown and the rectifying blades is set so as to satisfy the following formula (1), where L11 is the distance to the suction surface.
0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1)
主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナ外周側の整流羽根とランナバンドとの距離をB2、ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、次の式(2)を満たすように整流羽根とランナバンドとの距離B2を設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.8×L22≦B2≦1.2×L22 ・・・ (2)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner band, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade,
The distance between the rectifier blade on the outer peripheral side of the runner and the runner band is B2, the distance between the runner blades at the blade inlet portion on the side formed by the runner band and the rectifier blade is L2, and from the pressure surface of the runner blade to the short blade runner blade A runner for a Francis hydraulic machine, wherein the distance B2 between the rectifying blades and the runner band is set so as to satisfy the following formula (2) when the distance to the suction surface is L22.
0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2)
主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナクラウンと整流羽根で形成される側のランナ羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11としたとき、次の式(3)が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.4×L1≦L11≦0.6×L1 ・・・ (3)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade;
When the distance between the runner blades at the runner blade inlet portion on the side formed by the runner crown and the rectifying blade is L1, and the distance from the pressure surface of the runner blade to the negative pressure surface of the short blade runner blade is L11, An integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L11 under the condition that (3) is satisfied is set as the number of blades of the runner blades and the short blade runner blades. Lanna.
0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3)
主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、次の式(4)が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.4×L2≦L22≦0.6×L2 ・・・ (4)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner band, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade,
When the distance between the runner blades at the blade inlet portion on the side formed by the runner band and the rectifying blade is L2, and the distance from the pressure surface of the runner blade to the negative pressure surface of the short blade runner blade is L22, the following formula ( 4) A runner for a Francis hydraulic machine characterized in that an integer close to the value obtained by dividing the length of the outer periphery of the runner by L22 under the condition 4) is set as the number of runner blades and short blade runner blades. .
0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4)
主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナクラウン、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナ外周側のランナクラウンと整流羽根との距離をB1、ランナクラウンと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL1、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL11としたとき、次の式(1)を満たすようにランナクラウンと整流羽根との距離B1を設定し、かつ、次の式(3)が満たされる条件でランナ外周の長さをL11で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.8×L11≦B1≦1.2×L11 ・・・ (1)
0.4×L1≦L11≦0.6×L1 ・・・ (3)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner crown, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade;
The distance between the runner crown on the outer periphery side of the runner and the flow straightening blade is B1, the distance between the runner blades at the blade inlet on the side formed by the runner crown and the flow straightening blade is L1, and When the distance to the suction surface is L11, the distance B1 between the runner crown and the rectifying blade is set so as to satisfy the following equation (1), and the condition of the outer periphery of the runner is satisfied under the condition that the following equation (3) is satisfied. A runner for a Francis hydraulic machine, wherein an integer close to the value obtained by dividing the length by L11 is set as the number of blades of the runner blades and the short blade runner blades.
0.8 × L11 ≦ B1 ≦ 1.2 × L11 (1)
0.4 × L1 ≦ L11 ≦ 0.6 × L1 (3)
主軸に取付けられたランナクラウンと、
主軸中心線の延長線上の前記ランナクラウンから離間した位置に配置された円環状のランナバンドと、
これらランナクラウンおよびランナバンド間に形成された流路に対して周方向にほぼ所定ピッチで複数枚配置されたランナ羽根と、
前記ランナクラウンおよびランナバンド間の流路に沿うように設けられ、かつ、各ランナ羽根と交差する整流羽根と、
前記ランナバンド、整流羽根および隣接するランナ羽根で形成された流路に設けられ、前記ランナ羽根よりも翼長が短い短翼ランナ羽根と、を備え、
ランナ外周側の整流羽根とランナバンドとの距離をB2、ランナバンドと整流羽根で形成される側の羽根入口部でのランナ羽根間の距離をL2、ランナ羽根の圧力面から短翼ランナ羽根の負圧面までの距離をL22としたとき、次の式(2)を満たすように整流羽根とランナバンドとの距離B2を設定し、かつ、次の式(4)が満たされる条件でランナ外周の長さをL22で分割して得られた値に近い整数をランナ羽根および短翼ランナ羽根の羽根枚数として設定したことを特徴とするフランシス型水力機械のランナ。
0.8×L22≦B2≦1.2×L22 ・・・ (2)
0.4×L2≦L22≦0.6×L2 ・・・ (4)
A runner crown attached to the spindle,
An annular runner band disposed at a position spaced from the runner crown on an extension of the main axis of the spindle;
A plurality of runner blades arranged at a substantially predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the flow path formed between the runner crown and the runner band;
A rectifying blade provided along the flow path between the runner crown and the runner band, and intersecting each runner blade,
A short blade runner blade provided in a flow path formed by the runner band, the rectifying blade and the adjacent runner blade, and having a blade length shorter than the runner blade,
The distance between the rectifier blades on the outer periphery of the runner and the runner band is B2, the distance between the runner blades at the blade inlet on the side formed by the runner band and the rectifier blades is L2, and from the pressure surface of the runner blade to the short blade runner blade When the distance to the suction surface is L22, the distance B2 between the rectifying blade and the runner band is set so as to satisfy the following equation (2), and the condition of the outer periphery of the runner is satisfied under the condition that the following equation (4) is satisfied. A runner for a Francis hydraulic machine, wherein an integer close to the value obtained by dividing the length by L22 is set as the number of blades of the runner blades and the short blade runner blades.
0.8 × L22 ≦ B2 ≦ 1.2 × L22 (2)
0.4 × L2 ≦ L22 ≦ 0.6 × L2 (4)
請求項1乃至6のいずれかに記載のフランシス型水力機械のランナを備えたフランシス型水力機械。   A Francis-type hydraulic machine comprising the Francis-type hydraulic machine runner according to any one of claims 1 to 6.
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