JPH07279809A - 水力機械のガイドベーン - Google Patents
水力機械のガイドベーンInfo
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- JPH07279809A JPH07279809A JP6070409A JP7040994A JPH07279809A JP H07279809 A JPH07279809 A JP H07279809A JP 6070409 A JP6070409 A JP 6070409A JP 7040994 A JP7040994 A JP 7040994A JP H07279809 A JPH07279809 A JP H07279809A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- guide vane
- groove
- blade
- vane blade
- end surface
- Prior art date
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ガイドベーン羽根端面３ｂ上で、回転する羽根
車に相対するガイドべーン羽根面３ｃに沿ってガイドベ
ーン羽根端面３ｂ上に溝１２を設けた。また、溝１２の
一端がガイドベーンステム軸３ａと接するか、大きくと
も溝１２の一端とガイドベーンステム軸３ａの間隔がガ
イドベーン羽根全長の２０％以下であるように配置し
た。 【効果】ガイドベーン羽根端面隙間を通る漏れ流れが、
溝に対しほぼ直角に流入するので、溝による流路の有効
面積を最も急拡大することができ、漏れ防止効果を最大
限発揮できる。
車に相対するガイドべーン羽根面３ｃに沿ってガイドベ
ーン羽根端面３ｂ上に溝１２を設けた。また、溝１２の
一端がガイドベーンステム軸３ａと接するか、大きくと
も溝１２の一端とガイドベーンステム軸３ａの間隔がガ
イドベーン羽根全長の２０％以下であるように配置し
た。 【効果】ガイドベーン羽根端面隙間を通る漏れ流れが、
溝に対しほぼ直角に流入するので、溝による流路の有効
面積を最も急拡大することができ、漏れ防止効果を最大
限発揮できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水車，ポンプ水車等の水
力機械に係り、特に、水力損失低減構造に関する。
力機械に係り、特に、水力損失低減構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は水力機械の代表機種であるポンプ
水車を示す。発電を行う水車運転時はケーシング１に流
入した圧力水はステーベーン２及びガイドベーン３を通
ってランナ４に流入する。この圧力水は、その水力エネ
ルギをランナ４を回転させる機械エネルギに置換された
後、吸い出し管５を通って図示していない下池に放流さ
れる。また、揚水を行うポンプ運転時は水車運転とは逆
に、吸い出し管５から流入した水はランナ４にてエネル
ギを与えられて圧力水となり、ガイドベーン３，ステー
ベーン２及びケーシング１を通って図示していない上池
に押し上げられる。
水車を示す。発電を行う水車運転時はケーシング１に流
入した圧力水はステーベーン２及びガイドベーン３を通
ってランナ４に流入する。この圧力水は、その水力エネ
ルギをランナ４を回転させる機械エネルギに置換された
後、吸い出し管５を通って図示していない下池に放流さ
れる。また、揚水を行うポンプ運転時は水車運転とは逆
に、吸い出し管５から流入した水はランナ４にてエネル
ギを与えられて圧力水となり、ガイドベーン３，ステー
ベーン２及びケーシング１を通って図示していない上池
に押し上げられる。
【０００３】ここでガイドベーン３は、流量を調節する
（水車運転時）ため、及びディフューザ効果を高める
（ポンプ運転時）ために、ステム軸を介して可動式とな
っており、ガイドベーン羽根端面と上カバー６及び下カ
バー７との間には図６に示すように隙間ｅが形成されて
いる。そのため、従来のポンプ水車ではガイドベーン羽
根端面の隙間ｅを通過する流れにより性能が低下すると
いう問題がある。
（水車運転時）ため、及びディフューザ効果を高める
（ポンプ運転時）ために、ステム軸を介して可動式とな
っており、ガイドベーン羽根端面と上カバー６及び下カ
バー７との間には図６に示すように隙間ｅが形成されて
いる。そのため、従来のポンプ水車ではガイドベーン羽
根端面の隙間ｅを通過する流れにより性能が低下すると
いう問題がある。
【０００４】理論的には隙間ｅを零にすれば性能低下を
防止できるが、流量を調節する（水車運転時）ため、及
びディフューザ効果を高める（ポンプ運転時）ために、
ステム軸を介して可動させる必要があり隙間を零にする
ことはできない。
防止できるが、流量を調節する（水車運転時）ため、及
びディフューザ効果を高める（ポンプ運転時）ために、
ステム軸を介して可動させる必要があり隙間を零にする
ことはできない。
【０００５】そこで、従来技術の特開平1−155078 号公
報ではガイドベーン羽根端面に高圧流体を噴射する複数
の細孔を設けている。しかし、本技術では細孔から流出
する高圧流体がガイドベーンを通過する流れを乱す問題
がある。更に、細孔を設けるには製作費用が大幅に増大
する。また、実開平3−52382号公報ではガイドベーン羽
根端面にシール材を設けている。しかし、本技術ではシ
ール材と上カバー６及び下カバー７との摩擦力により、
ガイドベーン３の回動トルクが増大する問題がある。更
に、シール材の劣化によりポンプ水車のオーバーホール
期間が短縮される可能性もあり、運転費が増大する問題
がある。
報ではガイドベーン羽根端面に高圧流体を噴射する複数
の細孔を設けている。しかし、本技術では細孔から流出
する高圧流体がガイドベーンを通過する流れを乱す問題
がある。更に、細孔を設けるには製作費用が大幅に増大
する。また、実開平3−52382号公報ではガイドベーン羽
根端面にシール材を設けている。しかし、本技術ではシ
ール材と上カバー６及び下カバー７との摩擦力により、
ガイドベーン３の回動トルクが増大する問題がある。更
に、シール材の劣化によりポンプ水車のオーバーホール
期間が短縮される可能性もあり、運転費が増大する問題
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一方、従来技術の特開
昭60−153478号公報はランナ羽根の外周端面に高圧面側
から低圧面側への流水の漏れ流れを抑制する溝を翼形に
沿って設けている。これは隙間部と溝部の構成で流路形
状を急拡大させることで漏れ流れのエネルギを損失させ
漏れ防止効果を発揮する。本技術は、羽根端面の漏れ流
れの防止技術として安価かつ効果が大きいが、これをそ
のままガイドベーン３に適用するには次の問題がある。
昭60−153478号公報はランナ羽根の外周端面に高圧面側
から低圧面側への流水の漏れ流れを抑制する溝を翼形に
沿って設けている。これは隙間部と溝部の構成で流路形
状を急拡大させることで漏れ流れのエネルギを損失させ
漏れ防止効果を発揮する。本技術は、羽根端面の漏れ流
れの防止技術として安価かつ効果が大きいが、これをそ
のままガイドベーン３に適用するには次の問題がある。
【０００７】ポンプ水車では、起動時ランナ４の回転ト
ルクを低減するためランナ４の周りを空気で満たす必要
がある。そのため、図７に示すように、ガイドベーン３
を全閉状態にする。さらに、ガイドベーン羽根端面隙間
ｅを通って、高圧水で満たされているステーベーン側の
ガイドベーン羽根面Ｐ．Ｓから、空気で満たされている
ランナ側のガイドベーン羽根面Ｓ．Ｓへ流れる漏れ流れ
を極力低減するためのシール材８が、上カバー６及び下
カバー７に設けられている（ハイドロタービン，１１７
項，日本工業出版，平成３年６月）。したがって、従来
技術をそのまま用いると、羽根端面に設けられた溝部と
シール材８が重なり合ってシール材８のシール効果が損
なわれる問題がある。
ルクを低減するためランナ４の周りを空気で満たす必要
がある。そのため、図７に示すように、ガイドベーン３
を全閉状態にする。さらに、ガイドベーン羽根端面隙間
ｅを通って、高圧水で満たされているステーベーン側の
ガイドベーン羽根面Ｐ．Ｓから、空気で満たされている
ランナ側のガイドベーン羽根面Ｓ．Ｓへ流れる漏れ流れ
を極力低減するためのシール材８が、上カバー６及び下
カバー７に設けられている（ハイドロタービン，１１７
項，日本工業出版，平成３年６月）。したがって、従来
技術をそのまま用いると、羽根端面に設けられた溝部と
シール材８が重なり合ってシール材８のシール効果が損
なわれる問題がある。
【０００８】また、ガイドベーン羽根端面隙間の漏れ流
れを可視化する実験を行ったところ、図３に示すように
水車運転時の漏れ流れ９ａは高圧側の羽根面Ｐ．Ｓより
流入し低圧側の羽根面Ｓ．Ｓに流出するが、その流線と
ガイドベーン羽根面のなす角度αはＰ．Ｓでは小さく、
次第に大きくなりＳ．Ｓ面ではほぼ羽根面に直角になる
ことが分かった。この理由は次の通りである。すなわ
ち、隙間に流入する流れはガイドベーンに並行な速度成
分と直角な速度成分を持っている。このうち、隙間に流
入するとガイドベーンに並行な速度成分はガイドベーン
羽根端面３ｂと上カバー６及び下カバー７の摩擦損失に
より小さくなる。これに対し、ガイドベーンに直角な速
度成分はＰ．ＳとＳ．Ｓ間の圧力差によりほとんど変化
しない。その結果、漏れ流れの流線が変化する。
れを可視化する実験を行ったところ、図３に示すように
水車運転時の漏れ流れ９ａは高圧側の羽根面Ｐ．Ｓより
流入し低圧側の羽根面Ｓ．Ｓに流出するが、その流線と
ガイドベーン羽根面のなす角度αはＰ．Ｓでは小さく、
次第に大きくなりＳ．Ｓ面ではほぼ羽根面に直角になる
ことが分かった。この理由は次の通りである。すなわ
ち、隙間に流入する流れはガイドベーンに並行な速度成
分と直角な速度成分を持っている。このうち、隙間に流
入するとガイドベーンに並行な速度成分はガイドベーン
羽根端面３ｂと上カバー６及び下カバー７の摩擦損失に
より小さくなる。これに対し、ガイドベーンに直角な速
度成分はＰ．ＳとＳ．Ｓ間の圧力差によりほとんど変化
しない。その結果、漏れ流れの流線が変化する。
【０００９】したがって、特開昭60−153478号公報をそ
のままガイドベーン羽根に適用しても、羽根中間部では
羽根と漏れ流れ９ａのなす角度が小さいため、漏れ流れ
防止効果が大きく低下する問題がある。これは、図５に
示すように漏れ流れ流線9aAが溝に直角に流入する場合
の有効面積ＳＡに比べ、斜めに流入する(αＢ＜αＡ)９
ａＢの有効面積ＳＢが大幅に小さくなるためである。
のままガイドベーン羽根に適用しても、羽根中間部では
羽根と漏れ流れ９ａのなす角度が小さいため、漏れ流れ
防止効果が大きく低下する問題がある。これは、図５に
示すように漏れ流れ流線9aAが溝に直角に流入する場合
の有効面積ＳＡに比べ、斜めに流入する(αＢ＜αＡ)９
ａＢの有効面積ＳＢが大幅に小さくなるためである。
【００１０】また、漏れ流れはガイドベーンステム軸に
進路を妨げられて、ステム軸直前では特に流出速度が大
きくなることが分かった。一方、カイドベーン羽根前縁
と上カバー６及び下カバー７で構成される角部では馬蹄
渦が生じることが知られており、実験結果でも確認でき
たが、更に、馬蹄渦と漏れ流れ９ａがステム軸近くの１
１で激しく干渉し合い性能低下の原因になっていること
が分かった。
進路を妨げられて、ステム軸直前では特に流出速度が大
きくなることが分かった。一方、カイドベーン羽根前縁
と上カバー６及び下カバー７で構成される角部では馬蹄
渦が生じることが知られており、実験結果でも確認でき
たが、更に、馬蹄渦と漏れ流れ９ａがステム軸近くの１
１で激しく干渉し合い性能低下の原因になっていること
が分かった。
【００１１】ポンプ運転時についても図４に示すように
水車運転と同様であることが分かった。
水車運転と同様であることが分かった。
【００１２】本発明の目的は、ポンプ運転起動時のガイ
ドベーン羽根シール効果を損ねることなく、ポンプ運転
及び水車運転の定常運転時のガイドベーン羽根端面隙間
からの漏れ流れを効果的に低減し、かつ、安価でメンテ
ナンスフリーの構造を提供するものである。
ドベーン羽根シール効果を損ねることなく、ポンプ運転
及び水車運転の定常運転時のガイドベーン羽根端面隙間
からの漏れ流れを効果的に低減し、かつ、安価でメンテ
ナンスフリーの構造を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガイドベーン
羽根端面上で、回転する羽根車に相対するガイドべーン
羽根面に沿って前記ガイドベーン羽根端面上に溝を設け
たこと、前記溝の一端がガイドベーンステム軸と接する
か、大きくとも溝の一端とガイドベーンステム軸の間隔
がガイドベーン羽根全長の２０％以下であるように配置
して所期の目的を達成するようにしたものである。
羽根端面上で、回転する羽根車に相対するガイドべーン
羽根面に沿って前記ガイドベーン羽根端面上に溝を設け
たこと、前記溝の一端がガイドベーンステム軸と接する
か、大きくとも溝の一端とガイドベーンステム軸の間隔
がガイドベーン羽根全長の２０％以下であるように配置
して所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１４】
【作用】このように形成されたガイドベーンであるた
め、ガイドベーン羽根端面隙間を通る漏れ流れは、ガイ
ドベーン羽根端面上に設けられた溝に達するまでに流線
が変化し、ほぼ溝に直角に流入するため、流路の有効面
積を最も急拡大することができ、漏れ防止効果を最大限
発揮できる。
め、ガイドベーン羽根端面隙間を通る漏れ流れは、ガイ
ドベーン羽根端面上に設けられた溝に達するまでに流線
が変化し、ほぼ溝に直角に流入するため、流路の有効面
積を最も急拡大することができ、漏れ防止効果を最大限
発揮できる。
【００１５】また、漏れ流れがガイドベーンステム軸に
進路を妨げられて、ステム軸近くから勢いよく流出する
場合でも、漏れ防止効果を発揮する溝がステム軸に接し
ているので、有効に漏れ防止効果を発揮できる。
進路を妨げられて、ステム軸近くから勢いよく流出する
場合でも、漏れ防止効果を発揮する溝がステム軸に接し
ているので、有効に漏れ防止効果を発揮できる。
【００１６】
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１７】図１はガイドベーン全体の斜視図である。
ガイドベーン羽根端面３ａ上で、回転羽根車側の羽根面
３ｃに沿って本発明の溝が設けられている。なお、溝の
一端はガイドベーンステム軸３ａに接している。図２に
示すように、溝の幅はガイドベーン羽根厚さに対しおお
むね２０％であり、羽根面３ｃと溝の間隔も約２０％に
設定されている。このようにガイドベーン羽根端面中央
部が従来と同様に平坦に保たれているので、図２に示す
ようにポンプ運転起動時でガイドベーンを全閉状態にし
ても上カバー６及び下カバー７に取り付けられたシール
材８とのシール面を確保することができ、ポンプ運転起
動時のシール効果も発揮できる。
ガイドベーン羽根端面３ａ上で、回転羽根車側の羽根面
３ｃに沿って本発明の溝が設けられている。なお、溝の
一端はガイドベーンステム軸３ａに接している。図２に
示すように、溝の幅はガイドベーン羽根厚さに対しおお
むね２０％であり、羽根面３ｃと溝の間隔も約２０％に
設定されている。このようにガイドベーン羽根端面中央
部が従来と同様に平坦に保たれているので、図２に示す
ようにポンプ運転起動時でガイドベーンを全閉状態にし
ても上カバー６及び下カバー７に取り付けられたシール
材８とのシール面を確保することができ、ポンプ運転起
動時のシール効果も発揮できる。
【００１８】図８には本発明の別の実施例を示す。本実
施例では、加工性向上を考慮し、溝１２の一端とガイド
ベーンステム軸の間隔は若干あるが、溝１２を２段にす
ることで所期の漏れ防止効果を発揮する。
施例では、加工性向上を考慮し、溝１２の一端とガイド
ベーンステム軸の間隔は若干あるが、溝１２を２段にす
ることで所期の漏れ防止効果を発揮する。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、ガイドベーン羽根端面上で、
回転する羽根車に相対するガイドべーン羽根面に沿って
ガイドベーン羽根端面上に溝を設けたこと、また、溝の
一端がガイドベーンステム軸と接するか、大きくとも溝
の一端とガイドベーンステム軸の間隔がガイドベーン羽
根全長の２０％以下であるように配置したことにより、
高圧側のガイドベーン羽根面Ｐ．Ｓから低圧側羽根面
Ｓ．Ｓへ流れる漏れ流れがその流れ方向を変えほぼ溝に
直角に流入するので、隙間部流路の有効面積を最も急拡
大することができ、漏れ防止効果を最大限発揮できる。
これにより漏れ流れが低減するので効率が向上する。ま
た、付加する部品も無いのでメンテナンスフリーであ
る。
回転する羽根車に相対するガイドべーン羽根面に沿って
ガイドベーン羽根端面上に溝を設けたこと、また、溝の
一端がガイドベーンステム軸と接するか、大きくとも溝
の一端とガイドベーンステム軸の間隔がガイドベーン羽
根全長の２０％以下であるように配置したことにより、
高圧側のガイドベーン羽根面Ｐ．Ｓから低圧側羽根面
Ｓ．Ｓへ流れる漏れ流れがその流れ方向を変えほぼ溝に
直角に流入するので、隙間部流路の有効面積を最も急拡
大することができ、漏れ防止効果を最大限発揮できる。
これにより漏れ流れが低減するので効率が向上する。ま
た、付加する部品も無いのでメンテナンスフリーであ
る。
【図１】本発明のガイドベーンの第１実施例を示す斜視
図。
図。
【図２】図１のＩ−Ｉ矢視断面図。
【図３】水車運転時のガイドベーン羽根端面隙間の流れ
状態を示す説明図。
状態を示す説明図。
【図４】ポンプ運転時のガイドベーン羽根端面隙間の流
れ状態を示す説明図。
れ状態を示す説明図。
【図５】ガイドベーン羽根端面隙間の漏れ流れ防止効果
を示す説明図。
を示す説明図。
【図６】従来のポンプ水車の断面図。
【図７】従来のポンプ水車のガイドベーン動作を示す説
明図。
明図。
【図８】本発明のガイドベーンの第２実施例を示す斜視
図。
図。
【図９】図８のII−II矢視断面図。
３…ガイドベーン、３ａ…ガイドベーンステム軸、３ｂ
…ガイドベーン羽根端面、３ｃ…回転羽根車側のガイド
ベーン羽根面、３ｄ…ステーベーン側のガイドベーン羽
根面、１２…溝。
…ガイドベーン羽根端面、３ｃ…回転羽根車側のガイド
ベーン羽根面、３ｄ…ステーベーン側のガイドベーン羽
根面、１２…溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原野 正実 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (4)
- 【請求項１】ステム軸を介して回動可能なガイドベーン
羽根を有する水力機械の前記ガイドベーン羽根の端面上
で、回転する羽根車に相対する前記ガイドべーン羽根の
面に沿って前記ガイドベーン羽根の端面上に溝を設けた
ことを特徴とする水力機械のガイドべーン。 - 【請求項２】請求項１において、前記ガイドベーン羽根
の端面の前記溝の一方の端が、前記ステム軸に接してい
る水力機械のガイドべーン。 - 【請求項３】請求項１において、前記ガイドベーン羽根
の端面の前記溝の一方の端と、前記ステム軸との間隔
が、大きくともガイドベーン全長の２０％以下である水
力機械のガイドべーン。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記ガイ
ドベーン羽根端面のうち、少なくともランナバンド側の
端面に溝を設けた水力機械のガイドべーン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070409A JPH07279809A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 水力機械のガイドベーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070409A JPH07279809A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 水力機械のガイドベーン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07279809A true JPH07279809A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=13430650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6070409A Pending JPH07279809A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 水力機械のガイドベーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07279809A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013106503A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Borgwarner Inc. | Turbocharger with variable turbine geometry having grooved guide vanes |
| JP2016037875A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 東京電力株式会社 | 液体機械 |
| JP2016061151A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 水力機械のガイドベーン及びその改修方法 |
| CN106640480A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-10 | 西华大学 | 一种改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶 |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP6070409A patent/JPH07279809A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013106503A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Borgwarner Inc. | Turbocharger with variable turbine geometry having grooved guide vanes |
| CN104011345A (zh) * | 2012-01-13 | 2014-08-27 | 博格华纳公司 | 具有带槽导向叶片的可变涡轮几何形状的涡轮增压器 |
| KR20140105616A (ko) * | 2012-01-13 | 2014-09-01 | 보르그워너 인코퍼레이티드 | 홈이 형성된 가이드 베인을 가진 가변 터빈 구조를 구비한 터보차저 |
| US10138744B2 (en) | 2012-01-13 | 2018-11-27 | Borgwarner Inc. | Turbocharger with variable turbine geometry having grooved guide vanes |
| JP2016037875A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 東京電力株式会社 | 液体機械 |
| JP2016061151A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 水力機械のガイドベーン及びその改修方法 |
| CN106640480A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-10 | 西华大学 | 一种改善水轮机偏离最优工况性能的喷水导叶 |
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