JPH02140466A - 曲り吸出し管の旋回抑制フイン - Google Patents

曲り吸出し管の旋回抑制フイン

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JPH02140466A
JPH02140466A JP63293371A JP29337188A JPH02140466A JP H02140466 A JPH02140466 A JP H02140466A JP 63293371 A JP63293371 A JP 63293371A JP 29337188 A JP29337188 A JP 29337188A JP H02140466 A JPH02140466 A JP H02140466A
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suction pipe
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runner
less
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Yasuo Hishida
菱田 康男
Katsumasa Shinmiyou
震明 克真
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    • 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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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は曲り吸出し管の旋回抑制フィンに関するもので
ある。
〔従来の技術〕
一般にフランシス水車やプロペラ水車等の固定翼水車の
ランナから流出する水の方向は、正規の運転状態ではほ
ぼランナの回転軸方向を向いているが、それより負荷が
大きい時は回転の逆方向の旋回成分を持って流出し、負
荷が小さい時には回転と同方向の旋回成分を持って流出
する。このため曲り吸出し管中心付近にはある境界を持
った旋回流を生じ、押込み水圧が少ないとき(放水路水
位が低い時)はその中心部は低圧となって空洞を形成す
る。この過心は過負荷では比較的安定している場合が多
いが、部分負荷では龍巻状になって曲り吸出し管内を振
れ回る。この現象が激しくなると、水圧鉄管振動(鉄管
と共振した場合)、発電所建屋振動や電力動揺を誘発す
る場合があり、これらの対策として旋回流を抑制するた
めに曲り吸出し管の流水方向にフィンを取り付けること
がある。
従来、水車曲り吸出し管に設置される旋回抑制フィンは
、日本電気学会技術報告(1部)第142号(3)(昭
和58年1月)第3頁第1.第2図に記載されているよ
うに、曲り吸出し管の曲り面に関して対称位置に配置さ
れるのが常であった。
すなわち水車曲り吸出し管の従来例が示されている第8
図および第9図に示されているように。
曲り吸出し管1の旋回抑制フィン2(2A〜2D)はラ
ンナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通
る面3に関して対称に配置されている。
なお第8図でRはランナ回転方向であり、5はランナ回
転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の
下流側でない方からランナ回転軸のまわりに、ランナ回
転方向Rに測定した角度Oである。また第9図において
2Eは旋回抑制フィン2 (2A、2B、2C,2D)
の後流にできる渦心である。
〔発明が解決しようとする課題〕
旋回抑制フィンは旋回を抑制すると同時に、フィン後流
に新たな渦心を作り出す。
この渦心は上述の第9図に示されているように、旋回流
に乗って回転しながら吸出し管壁面を流れていく。
従来のフィンの配置にはこのフィンの後流の渦心の影響
に配慮がなされていなかったため、渦心が曲り吸出し管
壁面に触れる際に、壁面を形成するコンクリートや、そ
のコンクリートを保護するために設けられた鋼板製ライ
ナーを強く加振し、これらに重大な損傷を与える問題が
あった。特に、水中に土砂が混入している場合には、土
砂成分が壁面に対する打撃を助長するため、吸出し管壁
面に与える損傷は極めて甚大なものとなり、大きな問題
となっていた。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、曲り吸出
し管壁面の損傷防止を可能とした曲り吸出し管の旋回抑
制フィンを提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、フィンを、ランナ回転軸を含み、かつ曲り
吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない方からラ
ンナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角度
が70度以上230度以下の領域以外の領域に配置する
ことにより、達成される。
〔作用〕
旋回抑制フィンを、ランナ回転軸を含み、かつ曲り回出
し管出口面の中心を通る面の下流側でない方からランナ
回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角度が7
0度以上230度以下の領域以外の領域に配置したので
、旋回抑制フィンより発生し曲り吸出し管内を旋回しな
がら流れていく渦心が曲り吸出し管のベンド部内周部の
低圧領域に達することがなくなって、渦心が曲り吸出し
管の壁面を損傷することがなくなる。
このように旋回抑制フィンを、ランナ回転軸を含み、か
つ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない方
からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に測定し
た角度が70度以上230度以下の領域以外の領域に配
置することにより、所期の目的が達成されるようになる
が、それを次に説明する。
一般に、曲り吸出し管内部の主流は所謂ポテンシャル流
れの性質を持っている。すなわちベンド部の内周部で流
速が速く(従って静圧が低く)、ベンド部の外周側では
流速は遅い(従って静圧が高くなる)。従って、曲り吸
出し管の曲り部断面の壁面静圧は横軸に上述の角度θを
とり、縦軸に吸出し管壁面静圧をとって示した第10図
に示されているようになっている。
模型実験の結果によれば、フィン後流の渦心は曲り吸出
し管のベンド部内周部の、静圧の低い部分(角度θにし
て100度から260度の間)で最も大きく発達し、曲
り吸出し管壁面を強く打撃する。ベンド部内周部低圧力
領域6以外の高圧部ではフィン後流の渦心も大きく発達
せず、壁面に対する打撃も小さい。また、水車の部分負
荷運転時には曲り吸出し管内の流れはランナ回転方向の
旋回成分を持っているため、フィンから発生する渦心は
この主流に乗って、フィンを発してからベンド部に達す
るまでに30度ランナ回転方向へ回転すること等が確め
られた。そこで本発明ではフィンを、ランナ回転軸を含
み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側で
ない方からランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に
測定した角度が70度以上230度以下の領域以外の領
域に配置するようにした。このようにすることにより、
曲り吸出し管壁面の損傷防止を可能とした曲り吸出し管
の旋回抑制フィンを得ることを可能としたものである。
それは第11図に示されていることがらも明らかである
。同図は横軸にランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管
出口面の中心を通る面の下流側でない方からランナ回転
軸のまわりに、ランナ回転方向に測定した角度0をとり
、縦軸に吸出し管に沿う長さをとって、フィンから発せ
られる渦心の経路を示したものである。同図から明らか
なように、0が70度より小さい領域に配置されたフィ
ン2から発せられる渦心2Eは、30度回転してもベン
ド部ではθ=1oO度以内の領域にあり、低圧力領域6
に達していない。従ってこの渦心は大きく発達せず1曲
り吸出し管壁面に損傷を与えることがない。
また、θが230度より大きい領域に配置されたフィン
2より発せられる渦心2Eは30度回転すると、ベンド
部ではθ=260度以上の領域に達するので、この渦心
2Eも曲り吸出し管壁面に損傷を与えることがない、す
なわちθ=70度から230度まではフィンの禁止帯7
であり、それ以外の領域はフィンの配置帯8となる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図から第3図には本発明の一実施例が示されている。
なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明を省
略する。本実施例では旋回抑制フィン2Ao、2Boを
、ランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面3の中
心を通る面の下流側でない方からランナ回転軸のまわり
に、ランナ回転方向Rに測定した角度が70度以上23
0度以下の領域以外の領域に配置した。
このようにすることにより旋回抑制フィン2Ao 。
2Boより発生し曲り吸出し管1内を旋回しながら流れ
ていく渦心がベンド部内周部の低圧領域IAに達するこ
とがなくなって、曲り吸出し管壁面の損傷防止を可能と
した曲り吸出し管の旋回抑制フィン2Ao、2Boを得
ることができる。
すなわちランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面
の中心を通る面の下流側でない方がらランナ回転軸のま
わりに、ランナ回転方向Rに測定した角度0の対称位置
に、旋回抑制フィン2Ao。
2Boを2個配置した0本実施例では角度θを50度以
上70度以下に設定した。このフィン2Ao、2Boの
一方のフィン2Aoの取付角度は70度以下であると同
時に、他方のフィン2B。
の取付角度θは230度以上となる。従ってこれら両方
のフィン2Ao、2Boは上述の第11図に示されてい
るように、フィン2Ao、2Boの禁止帯の外にあるの
で、フィン2Ao、2Boの後流に発生する渦心が曲り
吸出し管1のベンド部内周側の低圧領域IAに入ること
がなく1曲り吸出し管壁面に損傷を与えることがない、
また、2個のフィン2Ao、2Boが対称に配置されて
いるので、曲り吸出し管内の中に片寄った流れを発生さ
せることがない。
このように本実施例によれば旋回抑制フィンから発生す
る清心が、曲り吸出し管のベンド部内周部の低圧領域に
達することがないので、清心が曲り吐出し管の壁面を損
傷することがない。
第4図には本発明の他の実施例が示されている。
本実施例は旋回抑制フィン2 Ao、 2 Bo、 2
 C。
を、ランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中
心を通る面の下流側でない方からランナ回転軸のまわり
に、ランナ回転方向Rに測定した角度θが50度以上7
0度以下と、この50度以上70度以下の対称位置の2
30度以上250度以下と、この230度以上250度
以下からランナ回転方向Rに90度回転した位置とに配
置した。
このようにすることによりフィンが2個の前述の場合よ
りも旋回を抑制する効果が大きくなる。
すなわちランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面
の中心を通る面3の下流側でない方からランナ回転方向
Rへ測定した角度0の対称位置YY’ に、2個の旋回
抑制フィン2 Ao、 2 B。
が配置される。この角度0は前述の場合と同様50度以
上SO度以下に設定される。更に0=230度以上25
0度以下に設置されたフィン2Boから90度、ランナ
回転方向Rに回転した位置にもう1個フィン2COを設
置した。これら3つのフィン2Ao、2Bo、2Coは
いずれもOが70度以下かあるいは230度以上の位置
に設置されているので、フィン2 Ao、 2 Bo、
 2 G。
後流の清心が曲り吸出し管壁面に損傷を与えることはな
い。
第5図から第7図には本発明の更に他の実施例が示され
ている0本実施例は曲り吸出し管1aをS字形状に形成
したものである。この場合も第1図に示されているよう
にフィン2Ao、2Boを配置することにより1曲り吸
出し管壁面に損傷を与えることの少ないフィン2Ao、
2Boを得ることができる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は曲り吸出し管壁面の損傷が防止さ
れるようになって、曲り吸出し管壁面の損傷防止を可能
とした曲り吸出し管の旋回抑制フィンを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制フィンの一実
施例のフィンの配置を示す平面図、第2図は第1図のx
−x’線に沿う断面図、第3図は第1図のY−Y’線に
沿う断面図、第4図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制
フィンの他の実施例のフィンの配置を示す平面図、第5
図は本発明の曲り吸出し管の旋回抑制フィンの更に他の
実施例のフィンの配置を示す平面図、第6図は第5図の
x−x’線に沿う断面図、第7図は第5図のY−Y′線
に沿う断面図、第8図は従来の曲り吸出し管の旋回抑制
フィンのフィ′ンの配置を示す平面図。 第9図は第8図のx−x’線に沿う断面図、第10図は
角度θと吸出し管壁面静圧との関係を示す特性図、第1
1図は角度θと吸出し管に沿う長さとの関係を示す特性
図である。 1、la−曲り吸出し管、2.2Ao、2Bo。 2Co・・・旋回抑制フィン、2E・・・清心、3・・
・ランナ回転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心
を通る面、5(θ)・・・ランナ回転軸を含み、かつ曲
り吸出し管出口面の中心を通る面の下流側でない方から
ランナ回転軸のまわりにランナ回転方向に測定した角度
、6・・・ベンド部内周部低圧力領域。 帛 図 澄1定し7:角度 帛 巳 寓6区 第30 培4図 2Co−OEFp利フィ7 尾8図 第9図 :JE−:$1!

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、固定翼水車ランナの出口に接続される入口の流速よ
    り出口の流速の遅い末広状の流路で、少なくともランナ
    出口からランナ回転軸方向に伸びる拡大流路と、この拡
    大流路の流れの方向をランナ回転軸方向から転向させる
    ベンド部と、このベンド部で方向の変つた水流を導く拡
    大流路とからなる水車曲り吸出し管の、前記ランナ出口
    に続きランナ回転軸方向に伸びる拡大流路の内壁面に、
    流れ方向に設置され、流れの旋回を抑制する曲り吸出し
    管の旋回抑制フィンにおいて、前記フィンを、ランナ回
    転軸を含み、かつ曲り吸出し管出口面の中心を通る面か
    らランナ回転軸のまわりに、ランナ回転方向に70度以
    上230度以下の領域外の領域に配置するようにしたこ
    とを特徴とする曲り吸出し管の旋回抑制フィン。 2、前記旋回抑制フィンが、前記角度が50度以上70
    度以下と、この50度以上70度以下の対称位置の23
    0度以上250度以下とに配置されたものである特許請
    求の範囲第1項記載の曲り吸出し管の旋回抑制フィン。 3、前記旋回抑制フィンが、前記角度が50度以上70
    度以下と、この50度以上70度以下の対称位置の23
    0度以上250度以下と、この230度以上250度以
    下からランナ回転方向に90度回転した位置とに配置さ
    れたものである特許請求の範囲第1項記載の曲り吸出し
    管の旋回抑制フィン。 4、前記曲り吸出し管が、S字形状に形成されたもので
    ある特許請求の範囲第1項記載の曲り吸出し管の旋回抑
    制フィン。 5、前記フィンが、渦流が上記拡大流路の内壁面に衝突
    しないように設けられるものである特許請求の範囲第1
    項記載の曲り吸出し管の旋回抑制フィン。
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