JP4703578B2 - Francis turbine - Google Patents

Francis turbine

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Description

本発明は、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を効率よく抑制することができるフランシス型水車に関する。   The present invention relates to a Francis turbine capable of efficiently suppressing the generation of hydraulic power loss due to a secondary flow generated at a non-design point.

図８に示すように、フランシス型水車は、上池（図示せず）から水が流入するケーシング１と、一端が発電機７に連結され、回転自在に配置された主軸６と、ケーシング１内に配置され、ケーシング１内に流入する水を案内するガイドベーン３と、ケーシング１内であって、ガイドベーン３の上流側に配置されたステーベーン２と、主軸６の先端に連結され、ガイドベーン３からの水を受けて回転するランナ４とを備えている。また、図８に示すように、ケーシング１には、ランナ４を回転させた水を受けて下池（図示せず）へ排出する吸出し管５が連結されている。なお、ランナ４は、図８に示すように、クラウン９と、バンド１０と、クラウン９とバンド１０との間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部１８ｐと、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部１８ｑとを有する複数のランナ羽根１８とを備えている。   As shown in FIG. 8, the Francis type turbine includes a casing 1 into which water flows from an upper pond (not shown), a main shaft 6 that is connected to a generator 7 at one end and is rotatably arranged, and a casing 1 The guide vane 3 that guides the water flowing into the casing 1, the stay vane 2 that is disposed in the casing 1 and upstream of the guide vane 3, and the tip of the main shaft 6 are connected to the guide vane. 3, and a runner 4 that rotates in response to water from 3. As shown in FIG. 8, a suction pipe 5 that receives water obtained by rotating the runner 4 and discharges it to a lower pond (not shown) is connected to the casing 1. As shown in FIG. 8, the runner 4 is disposed between the crown 9, the band 10, and the crown 9 and the band 10, and the runner blade inlet end 18 p provided on the water inflow side. And a plurality of runner blades 18 having runner blade outlet end portions 18q provided on the side from which water flows out.

上述のような構成において、まず、上池（図示せず）からケーシング１内に、水が流入される。次に、ケーシング１内に流入された水が、ステーベーン２を経て、ガイドベーン３に達し、このガイドベーン３によってランナ４へと案内される。そして、ランナ４へ案内された水は、ランナ羽根１８を主軸６の周りで回転させて、発電機７を駆動し、電気を生成する。最後に、ランナ４を回転させた水は、吸出し管５を介して下池へ排出される。   In the configuration as described above, first, water flows into the casing 1 from the upper pond (not shown). Next, the water that has flowed into the casing 1 reaches the guide vane 3 through the stay vane 2, and is guided to the runner 4 by the guide vane 3. The water guided to the runner 4 rotates the runner blades 18 around the main shaft 6 to drive the generator 7 and generate electricity. Finally, the water that has rotated the runner 4 is discharged to the lower pond through the suction pipe 5.

上述のような水の流れにおいて、ガイドベーン３の開度を調整して、ランナ４内に流入する水の量を調整することによって発電量を調整する。このため、ランナ４内の水の流れは、運転状態（ガイドベーン３の開度）により大きく変化する。   In the flow of water as described above, the power generation amount is adjusted by adjusting the opening of the guide vane 3 and adjusting the amount of water flowing into the runner 4. For this reason, the flow of water in the runner 4 varies greatly depending on the operation state (opening degree of the guide vane 3).

図９（ａ）は、ランナ４内に流入される水量が、設計点（発電効率を最高にしたい点）にある場合におけるランナ４内の子午面流れを模式的に示したものであり、図９（ｂ）は、ランナ４内に流入される水量が、設計点における水量より少ない場合におけるランナ４内の子午面流れを模式的に示したものであり、図９（ｃ）は、ランナ４内に流入される水量が、設計点における水量より多い場合におけるランナ４内の子午面流れを模式的に示したものである。   FIG. 9A schematically shows the meridional flow in the runner 4 when the amount of water flowing into the runner 4 is at the design point (the point where power generation efficiency is to be maximized). 9 (b) schematically shows the meridian flow in the runner 4 when the amount of water flowing into the runner 4 is smaller than the amount of water at the design point. FIG. 9 (c) The figure shows schematically the meridional surface flow in the runner 4 when the amount of water flowing into the interior is larger than the amount of water at the design point.

ランナ４内における子午面流れは、ランナ４内に流入する水によって発生し、水を内周側に押し込もうとする動圧力Ｋと、ランナ４が回転することによって発生し、水を外周側に押し出そうとする遠心力Ｃのバランスにより決まる（図９（ａ）参照）。このため、図９（ｂ）に示すように、ランナ４内に流入される水量が設計点における水量より少ない場合では、遠心力Ｃが動圧力Ｋと比べて大きくなり、水の流れが外周側に偏る。このため、図９（ｂ）に示すように、水の流れない死水領域３３が、ランナ４の内周側に形成される。これに対して、図９（ｃ）に示すように、ランナ４内に流入される水量が設計点における水量より多い場合では、遠心力Ｃが動圧力Ｋと比べて小さくなり、水の流れが内周側に偏る。このため、図９（ｃ）に示すように、水の流れない死水領域３３が、ランナ４の外周側に形成される。このような偏った水の流れは、２次流れと呼ばれ、非設計点において、ランナ４内で発生する水力損失の主な原因となっている。   The meridional flow in the runner 4 is generated by the water flowing into the runner 4, and is generated by the dynamic pressure K trying to push the water into the inner peripheral side and the runner 4 rotating, and the water is moved to the outer peripheral side. It is determined by the balance of the centrifugal force C to be pushed out (see FIG. 9A). For this reason, as shown in FIG. 9B, when the amount of water flowing into the runner 4 is smaller than the amount of water at the design point, the centrifugal force C is larger than the dynamic pressure K, and the water flow is on the outer peripheral side. Biased toward For this reason, as shown in FIG. 9B, a dead water region 33 where no water flows is formed on the inner peripheral side of the runner 4. On the other hand, as shown in FIG. 9C, when the amount of water flowing into the runner 4 is larger than the amount of water at the design point, the centrifugal force C becomes smaller than the dynamic pressure K, and the flow of water is reduced. It is biased toward the inner circumference. For this reason, as shown in FIG. 9C, a dead water region 33 in which no water flows is formed on the outer peripheral side of the runner 4. Such a biased water flow is called a secondary flow and is a main cause of hydraulic loss occurring in the runner 4 at non-design points.

このような非設計点における２次流れを低減するために、図１０のように、ランナ羽根１８の側面に、ランナ羽根入口端部１８ｐからランナ羽根出口端部１８ｑ側に向かって延在するとともに、ランナ羽根１８の翼弦長より短い翼弦長の整流羽根１４を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１―３参照）。
特開昭５７−１２６５６６号公報 特開平８−２９６５４４号公報 特開２００５−１３３６９８号公報 In order to reduce the secondary flow at such a non-design point, as shown in FIG. 10, the side surface of the runner blade 18 extends from the runner blade inlet end portion 18p toward the runner blade outlet end portion 18q. A configuration in which the rectifying blade 14 having a chord length shorter than the chord length of the runner blade 18 is provided (see, for example, Patent Documents 1-3).
JP-A-57-126666 JP-A-8-296544 JP 2005-133698 A

しかしながら、整流羽根１４をランナ４のバンド１０近傍に取り付けたり、整流羽根１４の長さが不十分な場合には、水力効率が殆ど改善されず、整流羽根１４の取り付けによる製造コストだけが大きくなる事例が報告されている。これは、整流羽根１４の長さや整流羽根１４の配置位置が適正化されないと、２次流れを効果的に抑え水力損失を低減することは困難であることを示唆するものである。   However, when the rectifying blade 14 is attached in the vicinity of the band 10 of the runner 4 or the length of the rectifying blade 14 is insufficient, the hydraulic efficiency is hardly improved, and only the manufacturing cost due to the attachment of the rectifying blade 14 is increased. Cases have been reported. This suggests that it is difficult to effectively suppress the secondary flow and reduce hydraulic loss unless the length of the rectifying blades 14 and the arrangement position of the rectifying blades 14 are optimized.

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を効率よく抑制することができるフランシス型水車を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such points, and an object of the present invention is to provide a Francis-type turbine capable of efficiently suppressing the generation of hydraulic loss due to the secondary flow generated at a non-design point. .

本発明は、クラウンと、バンドと、クラウンとバンドとの間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部と、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部とを有する複数のランナ羽根と、ランナ羽根の側面に設けられ、ランナ羽根入口端部からランナ羽根出口端部側に向かって延在する整流羽根とを備えたフランシス型水車において、ランナ羽根入口端部におけるランナ羽根の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部における整流羽根のクラウンからの高さ方向の距離ｈとの関係が、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３となることを特徴とするフランシス型水車である。   The present invention includes a crown, a band, a runner blade inlet end provided on the side from which water flows in, and a runner blade outlet provided on the side from which water flows out. In a Francis type turbine having a plurality of runner blades having end portions and rectifying blades provided on side surfaces of the runner blades and extending from the runner blade inlet end portion toward the runner blade outlet end portion side, the runner blades The relationship between the dimension H in the height direction of the runner blade at the inlet end and the distance h in the height direction from the crown of the rectifying blade at the inlet end of the runner is 0.1 ≦ h / H ≦ 0.3. It is a Francis type water wheel characterized by becoming.

本発明は、クラウンと、バンドと、クラウンとバンドとの間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部と、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部とを有する複数のランナ羽根と、ランナ羽根の側面に設けられ、ランナ羽根入口端部からランナ羽根出口端部側に向かって延在する整流羽根とを備えたフランシス型水車において、整流羽根の取付位置におけるランナ羽根の翼弦長Ｃと、整流羽根の翼弦長ｃとの関係が、０．７≦ｃ／Ｃとなることを特徴とするフランシス型水車である。   The present invention includes a crown, a band, a runner blade inlet end provided on the side from which water flows in, and a runner blade outlet provided on the side from which water flows out. In a Francis type turbine having a plurality of runner blades having end portions, and rectifying blades provided on side surfaces of the runner blades and extending from the runner blade inlet end portion toward the runner blade outlet end portion side, The Francis type turbine is characterized in that the relationship between the chord length C of the runner blade and the chord length c of the rectifying blade is 0.7 ≦ c / C.

本発明によれば、ランナ羽根入口端部におけるランナ羽根の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部における整流羽根のクラウンからの高さ方向の距離ｈの関係を調整したり、整流羽根の取付位置におけるランナ羽根の翼弦長Ｃと、整流羽根の翼弦長ｃとの関係を調整したりすることによって、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を効率よく抑制することができる。   According to the present invention, the relationship between the height direction dimension H of the runner blade at the runner blade inlet end and the distance h in the height direction from the crown of the flow straightening blade at the runner blade inlet end is adjusted. By efficiently adjusting the relationship between the chord length C of the runner blades and the chord length c of the rectifying blades at the mounting position, it is possible to efficiently suppress the generation of hydraulic loss due to the secondary flow generated at the non-design point. Can do.

第１の実施の形態
以下、本発明に係るフランシス型水車の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図５（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施の形態を示す図である。 First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a Francis type turbine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 thru | or FIG. 5 (a) (b) is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention.

図１に示すように、本実施の形態によるフランシス型水車は、上池（図示せず）から水が流入するケーシング１と、一端が発電機７に連結され、回転自在に配置された主軸６と、ケーシング１内に配置され、ケーシング１内に流入する水を案内するガイドベーン３と、ケーシング１内であって、ガイドベーン３の上流側に配置されたステーベーン２と、主軸６の先端に連結され、ガイドベーン３からの水を受けて回転するランナ４とを備えている。   As shown in FIG. 1, the Francis type turbine according to the present embodiment includes a casing 1 into which water flows from an upper pond (not shown), and a main shaft 6 that is rotatably connected to one end of a generator 7. And a guide vane 3 disposed in the casing 1 for guiding water flowing into the casing 1, a stay vane 2 disposed in the casing 1 on the upstream side of the guide vane 3, and a tip of the main shaft 6. The runner 4 is connected and rotated by receiving water from the guide vane 3.

また、図１に示すように、ケーシング１には、ランナ４を回転させた水を受けて下池（図示せず）へ排出する吸出し管５が連結されている。   As shown in FIG. 1, the casing 1 is connected to a suction pipe 5 that receives water obtained by rotating the runner 4 and discharges it to a lower pond (not shown).

このうちランナ４は、図１乃至図３に示すように、クラウン９と、バンド１０と、クラウン９とバンド１０との間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部１８ｐと、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部１８ｑとを有する複数のランナ羽根１８と、ランナ羽根１８の側面に設けられ、ランナ羽根入口端部１８ｐからランナ羽根出口端部１８ｑ側に向かって延在する整流羽根１４とを備えている。なお、図２（ａ）（ｂ）に示すように、整流羽根１４は、互いに隣接するランナ羽根１８の間に設けられている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the runner 4 is disposed between the crown 9, the band 10, the crown 9 and the band 10, and the runner blade inlet provided on the water inflow side. A plurality of runner blades 18 having end portions 18p and runner blade outlet end portions 18q provided on the side from which water flows out, and provided on the side surfaces of the runner blades 18 from the runner blade inlet end portions 18p to the runner blade outlet ends. And a straightening blade 14 extending toward the portion 18q. 2A and 2B, the rectifying blades 14 are provided between the runner blades 18 adjacent to each other.

なお、図２（ａ）は、本実施の形態によるフランシス型水車におけるランナ４の流線展開図を示し、図２（ｂ）は、本実施の形態によるフランシス型水車におけるランナ４の翼間流路図を示し、図３は、本実施の形態によるフランシス型水車におけるランナ４の子午面断面図を示している。   2A shows a streamline development view of the runner 4 in the Francis turbine according to the present embodiment, and FIG. 2B shows an inter-blade flow of the runner 4 in the Francis turbine according to the present embodiment. A road map is shown, and FIG. 3 shows a meridional section of the runner 4 in the Francis type turbine according to the present embodiment.

また、図３において、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈとの関係は、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３となっている。   Further, in FIG. 3, the relationship between the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end portion 18 p and the distance h in the height direction from the crown 9 of the rectifying blade 14 at the runner blade inlet end portion 18 p is 0.1 ≦ h / H ≦ 0.3.

次に、このような構成からなる本実施の形態のフランシス型水車の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of the Francis turbine according to the present embodiment having such a configuration will be described.

最初に、流入される水の流れに沿って、本実施の形態におけるフランシス型水車の作用効果について説明する。   Initially, the effect of the Francis type turbine in this Embodiment is demonstrated along the flow of the inflowing water.

まず、上池（図示せず）からケーシング１内に、水が流入される（流入工程８１）（図１及び図４参照）。   First, water is introduced from the upper pond (not shown) into the casing 1 (inflow process 81) (see FIGS. 1 and 4).

次に、ケーシング１内に流入された水は、ステーベーン２を経て、ガイドベーン３に達し、このガイドベーン３によってランナ４へと案内される（案内工程８２）（図１及び図４参照）。このとき、操作者が、ガイドベーン３の開度を変化させることにより、ランナ４内に流入する水の量を変化させて、フランシス型水車で生成される電気の量を調整することができる。   Next, the water that has flowed into the casing 1 reaches the guide vane 3 through the stay vane 2 and is guided to the runner 4 by this guide vane 3 (guide step 82) (see FIGS. 1 and 4). At this time, the operator can adjust the amount of electricity generated by the Francis turbine by changing the opening of the guide vane 3 to change the amount of water flowing into the runner 4.

そして、ランナ４へ案内された水は、ランナ４のランナ羽根１８を主軸６の周りで回転させる（ランナ回転工程８３）。このとき、主軸６に連結された発電機７が駆動され、電気が生成される（発電工程８４）（図１及び図４参照）。なお、このように水がランナ４内に流入し、ランナ羽根１８を主軸６の周りで回転させる際に（ランナ回転工程８３で）、水の２次流れが発生する。   The water guided to the runner 4 rotates the runner blades 18 of the runner 4 around the main shaft 6 (runner rotation step 83). At this time, the generator 7 connected to the main shaft 6 is driven to generate electricity (power generation step 84) (see FIGS. 1 and 4). In this way, when water flows into the runner 4 and the runner blade 18 is rotated around the main shaft 6 (in the runner rotation step 83), a secondary flow of water is generated.

最後に、ランナ４を回転させた水は、吸出し管５を介して下池（図示せず）へ排出される（排出工程８４）（図１及び図４参照）。   Finally, the water which rotated the runner 4 is discharged | emitted to the lower pond (not shown) through the suction pipe 5 (discharge process 84) (refer FIG.1 and FIG.4).

次に、上述したように、ランナ羽根１８を主軸６の周りで回転させる際に（ランナ回転工程８３で）発生する２次流れを低減するための構成について説明する。   Next, as described above, a configuration for reducing the secondary flow generated when the runner blade 18 is rotated around the main shaft 6 (in the runner rotation step 83) will be described.

ランナ羽根１８を主軸６の周りで回転させる際に（ランナ回転工程８３で）発生する２次流れのうち、外周側の２次流れは、整流羽根１４をランナ羽根１８のバンド１０側に配置することによって低減することができる。他方、内周側の２次流れは、整流羽根１４をランナ羽根１８のクラウン９側に配置することによって低減することができる。このように、整流羽根１４をランナ羽根１８のいずれの位置に配置するかによって、２次流を低減する効果が異なるため、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈを、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈで割ったｈ／Ｈには、適正値が存在することがわかる。   Of the secondary flows generated when the runner blades 18 are rotated around the main shaft 6 (in the runner rotation step 83), the secondary flow on the outer peripheral side arranges the rectifying blades 14 on the band 10 side of the runner blades 18. Can be reduced. On the other hand, the secondary flow on the inner peripheral side can be reduced by arranging the flow straightening blade 14 on the crown 9 side of the runner blade 18. As described above, since the effect of reducing the secondary flow differs depending on the position of the rectifying blade 14 at the runner blade 18, the height direction from the crown 9 of the rectifying blade 14 at the runner blade inlet end 18 p is different. It can be seen that there is an appropriate value for h / H obtained by dividing the distance h by the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p.

図５（ａ）に、整流羽根１４を備えたフランシス型水車と、整流羽根１４を備えていないフランシス型水車に関して、ランナ４内に流入する水量と、水力損失との関係を示す。また、図５（ｂ）に、代表的水量運転点（６０％水量運転点、８０％水量運転点、１００％水量運転点）に関して、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈをランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈで割ったｈ／Ｈと、水力損失低下量ΔＬとの関係を示す。   FIG. 5A shows the relationship between the amount of water flowing into the runner 4 and hydraulic loss with respect to the Francis turbine with the rectifying blades 14 and the Francis turbine without the rectifying blades 14. Further, in FIG. 5B, with respect to representative water amount operation points (60% water amount operation point, 80% water amount operation point, 100% water amount operation point), the runner blade inlet end portion 18p from the crown 9 of the rectifying blade 14 is shown. The relationship between h / H obtained by dividing the distance h in the height direction by the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p and the hydraulic loss reduction amount ΔL is shown.

なお、水力損失低下量ΔＬは、整流羽根１４を備えていないフランシス型水車における水力損失Ｌ０から、整流羽根１４を備えたフランシス型水車における水力損失Ｌ１を引いたＬ０―Ｌ１で定義される。すなわち、ΔＬ＝Ｌ０―Ｌ１となる。   The hydraulic loss reduction amount ΔL is defined as L0−L1 obtained by subtracting the hydraulic loss L1 in the Francis turbine having the rectifying blades 14 from the hydraulic loss L0 in the Francis turbine having no rectifying blades 14. That is, ΔL = L0−L1.

図５（ｂ）より、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈを、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈで割ったｈ／Ｈが、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３の関係を満たすときに、水力損失低下量ΔＬが大きくなっていることがわかる。このため、本実施の形態のように、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈを、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈで割ったｈ／Ｈが、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３となるような整流羽根１４を、ランナ羽根１８の側面に設けることによって、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を効率よく抑制することができる。   From FIG. 5 (b), the distance h in the height direction from the crown 9 of the straightening blade 14 at the runner blade inlet end 18p is divided by the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p. When h / H satisfies the relationship of 0.1 ≦ h / H ≦ 0.3, it can be seen that the hydraulic loss reduction amount ΔL is large. Therefore, as in this embodiment, the distance h in the height direction from the crown 9 of the rectifying blade 14 at the runner blade inlet end 18p is the dimension in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p. By providing the flow straightening blade 14 on the side surface of the runner blade 18 such that h / H divided by H is 0.1 ≦ h / H ≦ 0.3, the hydraulic power by the secondary flow generated at the non-design point Loss generation can be efficiently suppressed.

なお、図５（ｂ）から、数値限定の内（０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３）と、数値限定の外（ｈ／Ｈ＜０．１及びｈ／Ｈ＞０．３）で量的に顕著な差異があることは明らかである。   From FIG. 5 (b), the numerical value is limited (0.1 ≦ h / H ≦ 0.3) and the numerical value is not limited (h / H <0.1 and h / H> 0.3). It is clear that there are significant differences in quantity.

第２の実施の形態
次に図６及び図７（ａ）（ｂ）により本発明の第２の実施の形態について説明する。図６及び図７（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態は、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈとの関係が、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３となるような整流羽根１４を、ランナ羽根１８の側面に設ける代わりに、整流羽根１４の取付位置におけるランナ羽根１８の翼弦長Ｃと、整流羽根１４の翼弦長ｃとの関係が、０．７≦ｃ／Ｃとなるような整流羽根１４を、ランナ羽根１８の側面に設けたものであり、他は図１乃至図５（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態と略同一である。 Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7A and 7B. In the second embodiment shown in FIGS. 6 and 7A and 7B, the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p and the rectifying blade 14 at the runner blade inlet end 18p. Instead of providing the rectifying blade 14 on the side surface of the runner blade 18 such that the relationship with the distance h in the height direction from the crown 9 is 0.1 ≦ h / H ≦ 0.3, The rectifying blade 14 is provided on the side surface of the runner blade 18 such that the chord length C of the runner blade 18 at the mounting position and the chord length c of the rectifying blade 14 is 0.7 ≦ c / C. The others are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5A and 5B.

図６及び図７（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態において、図１乃至図５（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図６は、本実施の形態によるフランシス型水車の子午面断面図を示している。   In the second embodiment shown in FIGS. 6 and 7A and 7B, the same reference numerals are given to the same portions as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5A and 5B. Detailed description will be omitted. FIG. 6 shows a meridional section of the Francis type turbine according to the present embodiment.

一般的に、ランナ羽根１８の翼弦長Ｃに対して整流羽根１４の翼弦長ｃが小さいと、整流羽根１４がランナ羽根１８に対してアンバランスになり、このようなアンバランスによって発生する水力損失が、整流羽根１４による整流作用によって低減される水力損失と比べて大きくなってしまう。このため、ランナ４内における子午面流れの偏りを十分に低減することできず、水の２次流れが発生してしまう。従って、整流羽根１４の翼弦長ｃは、ランナ羽根１８の翼弦長Ｃに対して、ある程度大きくなっている必要がある。   In general, when the chord length c of the rectifying blade 14 is smaller than the chord length C of the runner blade 18, the rectifying blade 14 is unbalanced with respect to the runner blade 18 and is generated by such an unbalance. The hydraulic power loss becomes larger than the hydraulic power loss reduced by the rectifying action by the rectifying blade 14. For this reason, the deviation of the meridional flow in the runner 4 cannot be sufficiently reduced, and a secondary flow of water is generated. Therefore, the chord length c of the rectifying blade 14 needs to be somewhat larger than the chord length C of the runner blade 18.

図７（ａ）に、整流羽根１４を備えたフランシス型水車と、整流羽根１４を備えていないフランシス型水車に関して、ランナ４内に流入する水量と、水力損失との関係を示す。また、図７（ｂ）に、代表的水量運転点（６０％水量運転点、８０％水量運転点、１００％水量運転点）に関して、整流羽根１４の翼弦長ｃを、整流羽根１４の取付位置におけるランナ羽根１８の翼弦長Ｃで割ったｃ／Ｃと、水力損失低下量ΔＬとの関係を示す。   FIG. 7A shows the relationship between the amount of water flowing into the runner 4 and hydraulic loss for the Francis turbine with the rectifying blades 14 and the Francis turbine without the rectifying blades 14. FIG. 7B shows the chord length c of the rectifying blade 14 with respect to the representative water amount operating point (60% water amount operating point, 80% water amount operating point, 100% water amount operating point). The relationship between c / C divided by the chord length C of the runner blade 18 at the position and the hydraulic loss reduction amount ΔL is shown.

図７（ｂ）より、整流羽根１４の翼弦長ｃを、整流羽根１４の取付位置におけるランナ羽根１８の翼弦長Ｃで割ったｃ／Ｃが、０．７≦ｃ／Ｃの関係を満たすときに、水力損失低下量ΔＬが大きくなっていることがわかる。このため、本実施の形態のように、整流羽根１４の翼弦長ｃを、整流羽根１４の取付位置におけるランナ羽根１８の翼弦長Ｃで割ったｃ／Ｃが、０．７≦ｃ／Ｃとなるような翼弦長の整流羽根１４を、ランナ羽根１８に側面に設けることによって、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を効率よく抑制することができる。   7 (b), c / C obtained by dividing the chord length c of the rectifying blade 14 by the chord length C of the runner blade 18 at the mounting position of the rectifying blade 14 has a relationship of 0.7 ≦ c / C. When satisfy | filling, it turns out that hydraulic loss reduction amount (DELTA) L is large. Therefore, as in the present embodiment, c / C obtained by dividing the chord length c of the rectifying blade 14 by the chord length C of the runner blade 18 at the mounting position of the rectifying blade 14 is 0.7 ≦ c / By providing the rectifying blades 14 having chord lengths such as C on the side surfaces of the runner blades 18, it is possible to efficiently suppress the generation of hydraulic loss due to the secondary flow generated at the non-design point.

なお、図７（ｂ）から、数値限定の内（０．７≦ｃ／Ｃ）と、数値限定の外（ｃ／Ｃ＜０．７）で量的に顕著な差異があることは明らかである。   From FIG. 7 (b), it is clear that there is a significant difference between the numerical limitation (0.7 ≦ c / C) and the numerical limitation (c / C <0.7). is there.

なお、上記では、第１の実施の形態と、第２の実施の形態を別個に説明したが、上述した第１の実施の形態で示した態様と、第２の実施の形態で示した態様とを組み合わせたフランシス型水車を用いることもできる。   In the above, the first embodiment and the second embodiment have been described separately. However, the aspect shown in the first embodiment and the aspect shown in the second embodiment are described above. It is also possible to use a Francis type turbine in combination with

すなわち、ランナ羽根入口端部１８ｐにおけるランナ羽根１８の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部１８ｐにおける整流羽根１４のクラウン９からの高さ方向の距離ｈとの関係が、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３となり、かつ整流羽根１４の取付位置におけるランナ羽根１８の翼弦長Ｃと、整流羽根１４の翼弦長ｃとの関係が、０．７≦ｃ／Ｃとなるような整流羽根１４を、ランナ羽根１８の側面に設けることもできる。   That is, the relationship between the dimension H in the height direction of the runner blade 18 at the runner blade inlet end 18p and the distance h in the height direction from the crown 9 of the rectifying blade 14 at the runner blade inlet end 18p is 0.1. ≦ h / H ≦ 0.3, and the relationship between the chord length C of the runner blade 18 and the chord length c of the rectifying blade 14 at the mounting position of the rectifying blade 14 is 0.7 ≦ c / C. Such a rectifying blade 14 may be provided on the side surface of the runner blade 18.

このようなフランシス型水車によれば、非設計点で発生する２次流れによる水力損失発生を、さらに効率よく抑制することができる。   According to such a Francis type turbine, the generation of hydraulic power loss due to the secondary flow generated at the non-design point can be more efficiently suppressed.

本発明によるフランシス型水車の第１の実施の形態を示す縦断面図。1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a Francis type turbine according to the present invention. 本発明の第１の実施の形態によるフランシス型水車におけるランナを示す流線展開図及び翼間流路図。The streamline expanded view and flow path diagram between wings which show the runner in the Francis type turbine by the 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態によるフランシス型水車におけるランナの子午面断面図。1 is a meridional section view of a runner in a Francis type turbine according to a first embodiment of the present invention. 本発明によるフランシス型水車の作用効果を説明するフロー図。The flowchart explaining the effect of the Francis type water turbine by this invention. 本発明によるフランシス型水車の第１の実施の形態における水量と水力損失、及びｈ／Ｈと水力損失低下量ΔＬとの関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the water quantity and hydraulic loss in 1st Embodiment of the Francis type turbine by this invention, and h / H and hydraulic loss fall amount (DELTA) L. 本発明の第２の実施の形態によるフランシス型水車におけるランナの子午面断面図。The meridian plane sectional view of the runner in the Francis type turbine by the 2nd embodiment of the present invention. 本発明によるフランシス型水車の第２の実施の形態における水量と水力損失、及びｈ／Ｈと水力損失低下量ΔＬとの関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the water quantity and hydraulic loss, and h / H and hydraulic loss fall amount (DELTA) L in 2nd Embodiment of the Francis type turbine by this invention. 従来のフランシス型水車を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the conventional Francis type water turbine. 従来のフランシス型水車において、ランナ内に流入する水量の違いによる子午面流れの違いを示した模式図。The schematic diagram which showed the difference in the meridional surface flow by the difference in the amount of water which flows in in a runner in the conventional Francis type water turbine. 整流羽根を備えた従来のフランシス型水車を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the conventional Francis type | mold water turbine provided with the baffle blade.

符号の説明Explanation of symbols

１ ケーシング
２ ステーベーン
３ ガイドベーン
４ ランナ
６ 主軸
７ 発電機
９ クラウン
１０ バンド
１４ 整流羽根
１８ ランナ羽根
１８ｐ ランナ羽根入口端部
１８ｑ ランナ羽根出口端部
Ｈ ランナ羽根入口端部におけるランナ羽根の高さ方向の寸法
ｈ ランナ羽根入口端部における整流羽根のクラウンからの高さ方向の距離
Ｃ 整流羽根の取付位置におけるランナ羽根の翼弦長
ｃ 整流羽根の翼弦長
Ｋ ランナ内に流入する水による動圧力
Ｃ ランナが回転することによる遠心力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Stay vane 3 Guide vane 4 Runner 6 Main shaft 7 Generator 9 Crown 10 Band 14 Rectification blade 18 Runner blade 18p Runner blade inlet end 18q Runner blade outlet end H In the runner blade inlet end Dimension h Distance in the height direction from the crown of the rectifying blade at the runner blade inlet end C Length of the chord of the runner blade at the position where the rectifying blade is attached c Length of chord K of the rectifying blade K Dynamic pressure due to water flowing into the runner C Centrifugal force caused by rotating runner

Claims (3)

クラウンと、
バンドと、
クラウンとバンドとの間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部と、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部とを有する複数のランナ羽根と、
ランナ羽根の側面に設けられ、ランナ羽根入口端部からランナ羽根出口端部側に向かって延在する整流羽根とを備えたフランシス型水車において、
ランナ羽根入口端部におけるランナ羽根の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部における整流羽根のクラウンからの高さ方向の距離ｈとの関係は、
０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３
となることを特徴とするフランシス型水車。 With the crown,
With the band,
A plurality of runner blades disposed between the crown and the band and having runner blade inlet end portions provided on a water inflow side and runner blade outlet end portions provided on a water outflow side; ,
In the Francis type turbine provided with the rectifying blade provided on the side surface of the runner blade and extending from the runner blade inlet end toward the runner blade outlet end,
The relationship between the dimension H in the height direction of the runner blade at the runner blade inlet end and the distance h in the height direction from the crown of the rectifying blade at the runner blade inlet end is:
0.1 ≦ h / H ≦ 0.3
Francis type water wheel characterized by becoming. クラウンと、
バンドと、
クラウンとバンドとの間に配置されるとともに、水が流入する側に設けられたランナ羽根入口端部と、水が流出する側に設けられたランナ羽根出口端部とを有する複数のランナ羽根と、
ランナ羽根の側面に設けられ、ランナ羽根入口端部からランナ羽根出口端部側に向かって延在する整流羽根とを備えたフランシス型水車において、
整流羽根の取付位置におけるランナ羽根の翼弦長Ｃと、整流羽根の翼弦長ｃとの関係は、
０．７≦ｃ／Ｃ
となることを特徴とするフランシス型水車。 With the crown,
With the band,
A plurality of runner blades disposed between the crown and the band and having runner blade inlet end portions provided on a water inflow side and runner blade outlet end portions provided on a water outflow side; ,
In the Francis type turbine provided with the rectifying blade provided on the side surface of the runner blade and extending from the runner blade inlet end toward the runner blade outlet end,
The relationship between the chord length C of the runner blade and the chord length c of the rectifying blade at the mounting position of the rectifying blade is
0.7 ≦ c / C
Francis type water wheel characterized by becoming. ランナ羽根入口端部におけるランナ羽根の高さ方向の寸法Ｈと、ランナ羽根入口端部における整流羽根のクラウンからの高さ方向の距離ｈとの関係は、
０．１≦ｈ／Ｈ≦０．３
となることを特徴とする請求項２記載のフランシス型水車。 The relationship between the dimension H in the height direction of the runner blade at the runner blade inlet end and the distance h in the height direction from the crown of the rectifying blade at the runner blade inlet end is:
0.1 ≦ h / H ≦ 0.3
The Francis type turbine according to claim 2, wherein
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