JPH0151671B2 - - Google Patents

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JPH0151671B2
JPH0151671B2 JP59019956A JP1995684A JPH0151671B2 JP H0151671 B2 JPH0151671 B2 JP H0151671B2 JP 59019956 A JP59019956 A JP 59019956A JP 1995684 A JP1995684 A JP 1995684A JP H0151671 B2 JPH0151671 B2 JP H0151671B2
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JP
Japan
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runner
vane
inlet
once
angle
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Application number
JP59019956A
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Japanese (ja)
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JPS60164669A (en
Inventor
Jusuke Takagi
Shoji Ito
Masahiro Yamabe
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60164669A publication Critical patent/JPS60164669A/en
Publication of JPH0151671B2 publication Critical patent/JPH0151671B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F03B1/02Buckets; Bucket-carrying rotors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は貫流水車に係わり、特に性能の向上を
図つたランナベーンの形状に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a once-through water turbine, and particularly to a shape of a runner vane that improves performance.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

先ず、第1図を用いて従来の貫流水車の代表的
な構造を説明する。ケーシング1内にランナ2が
回転軸3と軸受(図示せず)によつて回転可能に
支持されており、このランナ2の外周寄りにはラ
ンナベーン4が結合されている。水流は図中の実
線の矢印で示すように入口管5より流入し、ガイ
ドベーン6と上、下水路壁7及び8とから形成さ
れる2つの導入水路9及び9′を通つてランナ2
の内部に導入され、ランナ2に回転動力を与えた
後、吸出管10内に形成された水面11に放出さ
れる。
First, a typical structure of a conventional once-through water turbine will be explained using FIG. A runner 2 is rotatably supported within the casing 1 by a rotating shaft 3 and a bearing (not shown), and a runner vane 4 is coupled to the outer periphery of the runner 2. Water flows into the runner 2 through the inlet pipe 5 as shown by the solid arrow in the figure, and passes through two inlet channels 9 and 9' formed by the guide vane 6 and the upper and upper sewer walls 7 and 8.
After applying rotational power to the runner 2, it is discharged onto the water surface 11 formed in the suction pipe 10.

次いで、第2図は第1図の貫流水車を立体的に
描いた図であるが、ガイドベーン6及びランナ2
はそれぞれ軸方向に同一の比率(1/3:2/
3)に分割されている。また、分割されたガイド
ベーン6の各部分6′と6″は互いに独立に開閉可
能となつているため、水車処理流量の季節的変動
に対応してランナ2の各部分2′と2″の両方、も
しくは片一方だけに水流を導入できるようになつ
ている。
Next, FIG. 2 is a three-dimensional drawing of the once-through turbine in FIG. 1, but the guide vane 6 and runner 2 are
have the same ratio in the axial direction (1/3:2/
3). In addition, since each part 6' and 6'' of the divided guide vane 6 can be opened and closed independently of each other, each part 2' and 2'' of the runner 2 can be opened and closed independently of each other, so that each part 2' and 2'' of the runner 2 can be opened and closed independently of each other. It is possible to introduce water flow into both or just one side.

第3図は、この場合の流量と効率の関係を示し
た説明図である。図中の実線、破線及び一点鎖線
は、水流を導入したランナ2の各部分2′と2″の
組合せに対する効率を示し、それぞれ両方に導入
2″のみに導入及び2′のみに導入した場合を示し
ている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between flow rate and efficiency in this case. The solid line, broken line, and dashed-dotted line in the figure indicate the efficiency for the combination of each part 2' and 2'' of the runner 2 where water flow is introduced, and the cases where the water flow is introduced only into 2'' and only 2', respectively. It shows.

このように構成された従来の貫流水車において
は、流量が減少した場合でも、ガイドベーン6′
もしくはガイドベーン6″を全閉とすることで、
同図下側のピークが3つある曲線に示されるよう
に、効率の低下を防止できるという利点があり、
この点が貫流水車は構造が簡単であるにもかかわ
らず軽負荷特性が良好、といわれるゆえんであつ
た。
In the conventional once-through turbine configured in this way, even when the flow rate decreases, the guide vane 6'
Or by fully closing guide vane 6″,
As shown in the curve with three peaks at the bottom of the figure, it has the advantage of preventing a decline in efficiency.
This is the reason why once-through turbines are said to have good light load characteristics despite their simple structure.

さて、貫流水車の性能を左右する要因として
は、導入水車9,9′の形状と、ランナベーンの
形状とが考えられる。このうち、本発明ではラン
ナ形状と水車性能との関係を検討する。
Now, factors that influence the performance of a once-through water turbine are considered to be the shape of the introduction water turbines 9, 9' and the shape of the runner vane. Among these, the present invention examines the relationship between runner shape and water turbine performance.

既に第1図に示したように、貫流水車の水流の
特徴としては、(1)水流が2次元的であること、(2)
水流はランナ内を貫通して流れ、ランナへの流入
時及びランナからの流出時の2段階で仕事を行う
こと、が挙げられる。第4図に、これら各段階に
おける速度3角形を示すが、その効率ηは以下の
オイラーの式で与えられる。
As already shown in Figure 1, the characteristics of the water flow in a once-through turbine are (1) that the water flow is two-dimensional; (2)
The water stream flows through the runner and performs work in two stages: as it enters the runner and as it exits the runner. FIG. 4 shows the velocity triangle at each of these stages, and its efficiency η is given by the Euler equation below.

ここに、g:重力加速度、H:有効落差、また
vuiはCiの周方向成分であり下式により与えられ
る。
Here, g: gravitational acceleration, H: effective head, and
v ui is the circumferential component of Ci and is given by the following formula.

vui=ui+wicosβi i=1〜4 ……(2) ここで、第4図に示したランナベーンの傾き角
βi、入口、出口における相隣るランナベーン間の
クリアランスΔ1,Δ2、ランナベーン外径D1及び
内径D2を用いると共に、(2)式を代入して整理す
れば、(1)式は以下のようになる。
v ui = u i + w i cosβ i i=1~4 ...(2) Here, the inclination angle β i of the runner vane shown in Fig. 4, the clearance between adjacent runner vanes at the inlet and outlet Δ 1 , Δ 2 , by using the runner vane outer diameter D 1 and inner diameter D 2 and substituting equation (2), equation (1) becomes as follows.

ηgH=u1(w1+w4)(cosβ1 −D2/D1 Δ1/Δ2cosβ2) ……(3) 本式にみるように、効率ηはランナベーン形状
(入口角β1、出口角β2、内外径比D2/D1、入口、
出口のクリアランスの比Δ1/Δ2)と速度成分
(入口部周速u1、第1段階入口部及び第2段階出
口部の相対速度w1及びw4)の関数となるが、出
口部の形状を示すβ2、Δ2は、さ程本質的なパラ
メータではない。その理由を以下に説明する。
ηgH=u 1 (w 1 + w 4 ) (cosβ 1 −D 2 /D 1 Δ 12 cosβ 2 ) ...(3) As seen in this equation, the efficiency η depends on the runner vane shape (inlet angle β 1 , Exit angle β 2 , inner/outer diameter ratio D 2 /D 1 , inlet,
It is a function of the exit clearance ratio Δ 12 ) and the velocity component (inlet circumferential velocity u 1 , relative speeds w 1 and w 4 of the first stage entrance and second stage exit), but the exit β 2 and Δ 2 , which indicate the shape of , are not very essential parameters. The reason for this will be explained below.

先ず出口角β2であるが、β2は通常は90度に設計
されることが多い。いま、β2<90゜とした場合を
考えると、第5図の上側の実線に示すように、第
1段階の出口部からランナ中央部に向かう水流
は、ベーン内径に対してほゞβ2なる角度に曲げら
れる。本水流は、第2段階の入口から再度ランナ
ベーン部に流入するが、該部におけるランナベー
ンの傾き角はやはりβ2であるから、水流の方向と
ベーン傾き角の相違による衝突損失は少ない。一
方、同図の破線はβ2>90゜の場合を示すが、この
場合も第2段階入口部での衝突損失は少ない。以
上の説明から、β2が90度近傍の値であれば、性能
には余り影響を及ぼさないことがわかる。
First, the exit angle β 2 is usually designed to be 90 degrees. Now, considering the case where β 2 <90°, as shown by the upper solid line in Fig. 5, the water flow from the outlet of the first stage toward the center of the runner is approximately β 2 with respect to the vane inner diameter. It can be bent at an angle. The main water flow again flows into the runner vane section from the inlet of the second stage, but since the inclination angle of the runner vane in this section is still β2 , there is little collision loss due to the difference between the direction of the water flow and the vane inclination angle. On the other hand, the broken line in the same figure shows the case where β 2 >90°, but in this case as well, the collision loss at the second stage entrance is small. From the above explanation, it can be seen that if β 2 is a value near 90 degrees, it will not affect performance much.

次に、出口クリアランスΔ2であるが、この値
はβ2が上述のように90度近傍の値であれば、羽根
枚数Zにより一義的に決まつてしまうので、定数
と考えてよい。一般にZの値は、ベーンの強度計
算から求められることが多く、通常は24〜36枚に
設計される。更に、ランナベーン内外径比D2
D1の値は、通常は2/3に設計されることが多
い。
Next, regarding the exit clearance Δ 2 , if β 2 is a value near 90 degrees as described above, this value is uniquely determined by the number of blades Z, so it can be considered as a constant. Generally, the value of Z is often determined from vane strength calculations, and is usually designed to be 24 to 36 vanes. Furthermore, the runner vane inner and outer diameter ratio D 2 /
The value of D 1 is usually designed to be 2/3.

上述の説明からもわかるとおり、貫流水車の性
能は、主としてランナベース入口部の形状パラメ
ータβ1,Δ1と、相対速度w4に影響を与えるラン
ナベーンの巻き角γ(第4図参照)とにより決め
られる。
As can be seen from the above explanation, the performance of a once-through turbine is mainly determined by the shape parameters β 1 and Δ 1 of the runner base inlet, and the winding angle γ of the runner vane, which affects the relative speed w 4 (see Figure 4). It can be decided.

従来、これらパラメータを決定するにあたり、
製作性及び構造の簡単さ等の理由で、ベーン形状
を単円弧に設計することが一般的であつた。この
場合、第6図に示すように、巻き角γ及び入口ク
リアランスΔ1の値は入口角β1に対して一義的に
決まつてしまうことがわかる。その結果、第7図
に示すように、実験によつて得られる効率ηも、
β1の値によつてほゞ決つてしまい、その最大値
ηnaxは高々83%程度であつた。この値は、他形式
の水車の効率に比べて数%は低く、この点が良好
な軽負荷特性を有する反面で、貫流水車の最大の
欠点とされていた。
Conventionally, in determining these parameters,
For reasons such as ease of manufacture and simple structure, it has been common to design the vane shape as a single circular arc. In this case, as shown in FIG. 6, it can be seen that the values of the winding angle γ and the inlet clearance Δ 1 are uniquely determined with respect to the inlet angle β 1 . As a result, as shown in Fig. 7, the efficiency η obtained by the experiment also becomes
It was determined almost entirely by the value of β 1 , and its maximum value η nax was about 83% at most. This value is several percent lower than the efficiency of other types of water turbines, and while this gives good light-load characteristics, this is considered to be the biggest drawback of once-through water turbines.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記欠点を改善しようとしてなされた
もので、その目的とするところは、高効率の貫流
水車を得ることにある。
The present invention has been made to improve the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to obtain a highly efficient once-through water turbine.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、従来の貫流水車の効率の低い原因
が、ランナベーン形状の最適化がなされていなか
つた点にあることに鑑み、隣接するランナベーン
の入口クリアランス及び巻き角の影響を実験的に
確認し、それぞれの適値を求めたことに基づいて
いる。
In view of the fact that the reason for the low efficiency of conventional once-through water turbines is that the runner vane shape was not optimized, the present invention experimentally confirmed the influence of the inlet clearance and winding angle of adjacent runner vanes, It is based on finding the appropriate value for each.

即ち、本発明の特徴は、2個以上の円径の側板
と、この側板の外周寄りに複数個のランナベーン
を固定したランナを有し、このランナをケーシン
グ内に回転可能に設けた貫流水車において、ラン
ナベーンの前縁と後縁を結ぶ円弧状曲線と、この
ランナベーンの背面に隣接した他のランナベーン
の前縁から前記円弧状曲線のもつとも近い位置の
曲線までの距離をランナベーン入口隙間Δ1とな
し、ランナ外径をD1及びランナベーン枚数をZ
とした時、Δ1/D1を1.440/Z−0.008≦Δ1/D1
≦1.896/Z−0.0122に形成し、ランナ中心から
ランナベーン前縁までの直線と、ランナ中心から
ランナベーン後縁までの直線とでなす角γを18゜
≦γ≦24゜に形成した貫流水車のランナベーンに
ある。
That is, the feature of the present invention is that a once-through water turbine has a runner having two or more circular diameter side plates and a plurality of runner vanes fixed near the outer periphery of the side plate, and the runner is rotatably provided in a casing. , the distance between the arcuate curve connecting the front and rear edges of the runner vane and the front edge of another runner vane adjacent to the back of this runner vane to the closest curve of the arcuate curve is defined as the runner vane inlet gap Δ1 . , the runner outer diameter is D 1 and the number of runner vanes is Z
When Δ 1 /D 1 is 1.440/Z−0.008≦Δ 1 /D 1
≦1.896/Z−0.0122, and the angle γ between the straight line from the runner center to the leading edge of the runner vane and the straight line from the runner center to the trailing edge of the runner vane is 18°≦γ≦24°. It is in.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に本発明の一実施例を図面によつて説明す
るが、ランナベーン形状以外は従来例と同様であ
る。先ず第8図は、関係するランナベーン4の形
状パラメータを定義したものである。ここに入口
角β1は、ランナベーン4前縁のA点及びその近傍
の点B,Cを通る円弧のA点における接線と、A
点におけるランナ外径線に対する接線とのなす角
と定義する。なお、B、C点は、半径OAと5度
及び10度をなす半径と、ランナベーン4の中心線
の交点とする。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, which is the same as the conventional example except for the shape of the runner vane. First, FIG. 8 defines the related shape parameters of the runner vane 4. Here, the entrance angle β 1 is the tangent at point A of the circular arc passing through point A on the leading edge of runner vane 4 and points B and C in its vicinity, and A
Defined as the angle formed by the tangent to the runner outer diameter line at a point. Note that points B and C are the intersections of the center line of the runner vane 4 and the radius that forms 5 degrees and 10 degrees with the radius OA.

次に、巻き角γはランナベーン4後縁のD点を
通る半径ODと前記OAのなす角とする。さらに、
入口クリアランスΔ1は、下流側に隣接したラン
ナベーン前縁の点A′と前記A,B,Cを通る円
弧とのもつとも近い距離で定義する。
Next, the winding angle γ is the angle formed by the radius OD passing through point D of the trailing edge of the runner vane 4 and the aforementioned OA. moreover,
The inlet clearance Δ 1 is defined as the closest distance between a point A' on the leading edge of the runner vane adjacent to the downstream side and an arc passing through A, B, and C mentioned above.

ここで、以下の説明においては、注目するγ,
Δ1及びβ1以外のパラメータは、下記の値に固定
すると共に、ランナ外径D1=φ250mmと仮定する。
Here, in the following explanation, γ,
Parameters other than Δ 1 and β 1 are fixed to the following values, and it is assumed that the runner outer diameter D 1 =φ250 mm.

内外径比D2/D1=2/3 羽根枚数 Z =30枚 出口角 β2 =90度 ……(4) さて、本発明は、水車性能に本質的な影響を与
える巻き角γ及び入口クリアランスΔ1を、以下
のような範囲に規定した点にある。
Inside/outside diameter ratio D 2 /D 1 = 2/3 Number of blades Z = 30 blades Outlet angle β 2 = 90 degrees... (4) Now, the present invention deals with the winding angle γ and the inlet which have an essential influence on the performance of the water turbine. The point is that the clearance Δ 1 is defined in the following range.

(a) 巻き角γ=18度〜24度 ……(5) (b) 入口クリアランスΔ1=10〜12.8mm ……(6) なお、(6)式において、Δ1をランナ外径D1で無
欠元化した場合、 Δ1/D2=0.040〜0.0512 ……(6)′ である。
(a) Winding angle γ = 18 degrees to 24 degrees ……(5) (b) Inlet clearance Δ 1 = 10 to 12.8 mm ……(6) In equation (6), Δ 1 is the runner outer diameter D 1 When it is made into a non-deletion element, Δ 1 /D 2 =0.040~0.0512...(6)′.

次に、上記(5)、(6)式に規定する根拠を実験結果
に基づいて説明する。先ず、第9図はランナベー
ン4の円弧のつなぎ数を複数とし、入口角β1を変
化させて行つた実験の結果を、巻き角γを横軸と
して示したものである。図中の数値は、入口クリ
アランスΔ1示している。本図から、以下の点が
明らかである。
Next, the basis for defining equations (5) and (6) above will be explained based on experimental results. First, FIG. 9 shows the results of an experiment in which a plurality of arcs of the runner vane 4 were connected and the entrance angle β 1 was varied, with the winding angle γ being taken as the horizontal axis. The numbers in the figure indicate the inlet clearance Δ1 . The following points are clear from this figure.

(1) いずれのΔ1の値に対しても、効率ηのピー
クはγ≒21度近傍にある。
(1) For any value of Δ 1 , the peak of efficiency η is near γ≒21 degrees.

(2) このγの値は、第6図に示すように従来の単
円弧ベーンにおいて、入口角β1=20度における
γ=16度よりも大きい。
(2) This value of γ is larger than γ=16 degrees when the entrance angle β 1 =20 degrees in the conventional single arc vane, as shown in FIG.

すなわち、本発明では、いずれの入口クリアラ
ンスΔ1に対しても比較的効率の高いγ=18〜24
度の範囲にする理由は、次の通りである。γが18
より小さい時には、ランナベーン4に沿つて流れ
る水の流路長が短く、ランナベーン4に沿つて水
がすぐに流れてしまい、ランナベーン4に付与す
る角運転量が小さく、効率を高めることができな
い。またγが24より大きい時には、流路長が長く
なり、水の流路抵抗による損失が大きくなるこ
と、および入口クリアランスΔ1が狭くなること、
等により効率が悪くなる。したがつて、γ=18〜
24度の範囲にすれば、上述の欠点を生ずることな
く、ランナベーン4に沿つて流れる水の流路長が
適宜となり、ランナベーン4に角運動量が付与し
やすくなり、効率を高めることが出来る。
That is, in the present invention, for any inlet clearance Δ 1 , the relatively efficient γ = 18 to 24
The reason for choosing the degree range is as follows. γ is 18
When it is smaller, the flow path length of water flowing along the runner vane 4 is short, water flows quickly along the runner vane 4, the amount of angular operation given to the runner vane 4 is small, and efficiency cannot be improved. Moreover, when γ is larger than 24, the flow path length becomes long, the loss due to water flow path resistance increases, and the inlet clearance Δ 1 becomes narrow.
Efficiency deteriorates due to such factors. Therefore, γ=18~
If the angle is within the range of 24 degrees, the length of the water flowing along the runner vane 4 will be appropriate without causing the above-mentioned drawbacks, and angular momentum will be easily imparted to the runner vane 4, thereby increasing efficiency.

そして、γを上記範囲にした時に入口クリアラ
ンスΔ1は、次のように選べばよい。
Then, when γ is within the above range, the inlet clearance Δ 1 may be selected as follows.

すなわち、第10図はこの実験結果を、横軸に
入口クリアランスΔ1をとつて整理したものであ
り、パラメータは巻き角γである。本図から、以
下の点が明らかである。
That is, FIG. 10 organizes the experimental results with the inlet clearance Δ 1 plotted on the horizontal axis, and the parameter is the winding angle γ. The following points are clear from this figure.

(1) いずれのγの値に対しても、効率ηの値のピ
ークはΔ1=11.5mm(Δ1/D1=0.046)近傍にある。
(1) For any value of γ, the peak value of efficiency η is near Δ 1 =11.5 mm (Δ 1 /D 1 =0.046).

(2) このΔ1の値は、第6図に示すように単円弧
ベーンにおいて、入口角β1=20度の場合のΔ1
=13.3mmよりも小さいことがわかる。
(2) The value of Δ 1 is the value of Δ 1 when the entrance angle β 1 = 20 degrees for a single arc vane as shown in Figure 6.
= 13.3mm.

さて、Δ1が比較的小さい値にηのピークがあ
ることは、既述のγが比較的大なる範囲にηのピ
ークがある事実に対応するものである。すなわ
ち、γの増加はランナベーン4の傾き角を増加さ
せるが、この傾き角の増加は、羽根枚数Zが同一
であつても、ランナベーン4入口部のベーン間ク
リアランスを減少させるからである。また、高い
効率が得られるΔ1の値に下限があるのは、Δ1
過小となる場合それに対応してβ1も過小となつて
おり、この結果ランナに流入する水流の入口衝突
損失が増加するためと考えられる。このため、本
発明ではいずれのγに対しても効率ηが比較的高
いΔ1=10〜12.8mmを規定している。
Now, the fact that η has a peak in a relatively small value of Δ 1 corresponds to the fact that η has a peak in a range where γ is relatively large, as described above. That is, an increase in γ increases the inclination angle of the runner vane 4, but this increase in the inclination angle decreases the inter-vane clearance at the inlet of the runner vane 4 even if the number Z of blades remains the same. In addition, there is a lower limit to the value of Δ 1 that provides high efficiency because if Δ 1 is too small, β 1 is correspondingly too small, and as a result, the inlet collision loss of the water flow into the runner is reduced. This is thought to be due to an increase in For this reason, the present invention specifies Δ 1 =10 to 12.8 mm, where the efficiency η is relatively high for any γ.

なお、上述のΔ1の規定は、羽根枚数Z=30枚
に対してであつたが、Δ1の値はZにより影響さ
れるので、以下にその検討を行う。第11図は、
ランナ外径D1はこれまでと同様φ250mmのままで、
羽根枚数Zを変化させた場合のΔ1の上、下限値
を、第10図と同様の手法で求めたものである。
これを、式的に表わせば、以下のとおりとなる。
Note that the above-mentioned regulation of Δ 1 was for the number of blades Z = 30, but since the value of Δ 1 is influenced by Z, this will be discussed below. Figure 11 shows
The runner outer diameter D1 remains φ250mm as before.
The upper and lower limits of Δ 1 when changing the number of blades Z were determined using the same method as in FIG. 10.
This can be expressed mathematically as follows.

360 Z−2.0≦Δ1474 Z−3.0 ……(7) さらに、Δ1の値はランナ外径D1に比例するこ
とを考慮し、両者の比をとれば、下式を得る。
360 Z −2.0≦Δ 1474 Z −3.0 (7) Furthermore, considering that the value of Δ 1 is proportional to the runner outer diameter D 1 and taking the ratio of the two, the following formula is obtained.

1.440/Z−0.008≦Δ1/D1≦1.896/Z−0.012……(
7)′ 本式が、ランナ外径D1及び羽根枚数Zに対す
る、入口クリアランスΔ1の適値の一般式である。
なお、ランナベーンの肉厚T(第8図参照)を考
慮すれば、実際の入口クリアランスδ1は、下式で
表わされることがわかる。
1.440/Z−0.008≦Δ 1 /D 1 ≦1.896/Z−0.012……(
7)' This formula is a general formula for the appropriate value of the inlet clearance Δ 1 for the runner outer diameter D 1 and the number of blades Z.
In addition, if the wall thickness T of the runner vane (see FIG. 8) is taken into account, it can be seen that the actual inlet clearance δ 1 is expressed by the following formula.

δ1=Δ1−T (8) 上述のとおり、本発明では貫流水車の効率を本
質的に左右する巻き角γ及び入口クリアランス
Δ1を、単円弧ベーンという条件を取り外して行
つた実験による適値に設定している。このよう
に、上述の(7)′式で入口クリアランスΔ1の値を求
めれば、巻き角γ=18゜〜24゜を選定しても、ラン
ナベーン4の入口部のベーン間のクリアランス
Δ1を減少させることがないので、一定の流量を
ランナベーン4に流すことができる。この結果、
従来の単円弧ベーンの場合に比べ、効率ηの絶対
値が向上し、入口クリアランスΔ1を考慮するこ
とによりηnax=85%更に巻き角γを考慮すること
によつてηnax=86.5%を得ることが可能となつ
た。
δ 1 = Δ 1 −T (8) As mentioned above, in the present invention, the winding angle γ and the inlet clearance Δ 1 , which essentially affect the efficiency of a once-through turbine, are determined based on experiments conducted by removing the single-arc vane condition. is set to the value. In this way, if the value of the inlet clearance Δ 1 is calculated using the above equation (7)′, even if the winding angle γ = 18° to 24° is selected, the clearance Δ 1 between the vanes at the inlet of the runner vane 4 will be Since the flow rate is not reduced, a constant flow rate can be passed to the runner vane 4. As a result,
Compared to the case of conventional single arc vanes, the absolute value of efficiency η is improved, and by considering the inlet clearance Δ 1 , η nax = 85%, and by considering the wrap angle γ, η nax = 86.5%. It became possible to obtain it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、従来のランナに比べて高効率
が得られ、軽負荷特性が良好という貫流水車固有
の長所に加え、高性能な貫流水車を提供すること
ができる。
According to the present invention, it is possible to provide a high-performance once-through water turbine in addition to the inherent advantages of a once-through water turbine, such as higher efficiency and better light load characteristics than conventional runners.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の貫流水車の縦断面図、第2図は
第1図貫流水車の立体図、第3図は流量と効率の
関係を示す説明図、第4図は貫流水車の速度3角
形の説明図、第5図はランナ内の水流の方向を示
す説明図、第6図は従来例の巻き角と入口クリア
ランスの値を示す線図、第7図は従来例の効率と
入口角との関係を示す線図、第8図は本発明の形
状パラメータの定義を示す説明図、第9図及び第
10図は本発明の規定の根拠を示す実験結果の線
図、第11図は本発明の入口クリアランスと羽根
枚数との関係を示す線図である。 1…ケーシング、2…ランナ、3…回転軸、4
…ランナベーン、5…入口管、6…ガイドベー
ン、7,8…水路壁、9,9′…導入水路、10
…吸出管、11…水面。
Figure 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional once-through water turbine, Figure 2 is a three-dimensional view of the once-through water turbine shown in Figure 1, Figure 3 is an explanatory diagram showing the relationship between flow rate and efficiency, and Figure 4 is a speed triangle of a once-through water turbine. Fig. 5 is an explanatory drawing showing the direction of water flow in the runner, Fig. 6 is a diagram showing the winding angle and inlet clearance values of the conventional example, and Fig. 7 is a diagram showing the efficiency and inlet angle of the conventional example. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the definition of the shape parameters of the present invention, FIGS. 9 and 10 are diagrams of experimental results showing the basis of the regulations of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing the definition of the shape parameters of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the inlet clearance and the number of blades according to the invention. 1...Casing, 2...Runner, 3...Rotating shaft, 4
...Runner vane, 5...Inlet pipe, 6...Guide vane, 7, 8...Waterway wall, 9,9'...Introduction channel, 10
...Suction pipe, 11...Water surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 2個以上の円径の側板と、この側板の外周寄
りに複数個のランナベーンを固定したランナを有
し、このランナをケーシング内に回転可能に設け
た貫流水車において、ランナベーンの前縁と後縁
を結ぶ円弧状曲線と、このランナベーンの背面に
隣接した他のランナベーンの前縁から前記円弧状
曲線のもつとも近い位置と曲線までの距離をラン
ナベーン入口隙間Δ1となし、ランナ外径をD1
びランナベーン枚数をZとしたとき、Δ1/D1
1.440/Z−0.008≦Δ1/D1≦0.896/Z−0.0122に
形成し、ランナ中心からランナベーン前縁までの
直線と、ランナ中心からランナベーン後縁までの
直線とでなす角γを18゜≦γ≦24゜に形成したこと
を特徴とする貫流水車のランナベーン。
1. In a once-through water turbine that has two or more side plates with a circular diameter and a runner with a plurality of runner vanes fixed near the outer periphery of the side plate, and the runner is rotatably installed in a casing, the leading edge and rear edge of the runner vane The distance from the front edge of another runner vane adjacent to the back surface of this runner vane to the closest position and curve of the arcuate curve connecting the edges is defined as runner vane inlet gap Δ 1 , and the runner outer diameter is D 1 And when the number of runner vanes is Z, Δ 1 /D 1 is
1.440/Z-0.008≦Δ 1 /D 1 ≦0.896/Z-0.0122, and the angle γ formed by the straight line from the runner center to the leading edge of the runner vane and the straight line from the runner center to the trailing edge of the runner vane is 18° ≤ A runner vane for a once-through water turbine characterized by being formed so that γ≦24°.
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