JP7316920B2 - impeller and hydraulic machine - Google Patents

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Description

本発明は、羽根車及び水力機械に関するものである。 The present invention relates to impellers and hydraulic machines.

下記特許文献１には、回転式ポンプにおいて、ポンプ性能を維持しつつ、キャビテーションの発生を抑制するキャビテーション抑制ポンプシステムが開示されている。このキャビテーション抑制ポンプシステムでは、該ポンプシステムに存在する低温源を利用し、この低温源により、ポンプに流入する流体と熱交換して、ポンプに流入する流体の温度を下げて、該流体の飽和蒸気圧を下げることにより、流体の圧力低下の余裕度を大きくし、キャビテーションの発生を抑制している。 Patent Literature 1 listed below discloses a cavitation suppression pump system that suppresses the occurrence of cavitation while maintaining pump performance in a rotary pump. The cavitation suppression pump system utilizes a low temperature source present in the pump system that exchanges heat with the fluid entering the pump to reduce the temperature of the fluid entering the pump and reduce saturation of the fluid. By lowering the vapor pressure, the margin for the pressure drop of the fluid is increased and the occurrence of cavitation is suppressed.

特開２００３－３５２０６号公報JP-A-2003-35206

しかしながら、上記ポンプシステムにおいては、回転式ポンプに流入する流体全体を冷却しなければならない。このため、例えば、流量が多いポンプなどでは、流体全体を冷却することが困難な場合がある。 However, in the above pump system, the entire fluid entering the rotary pump must be cooled. For this reason, it may be difficult to cool the entire fluid in, for example, a pump with a large flow rate.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、効率よくキャビテーションの発生を抑制できる羽根車及び水力機械の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an impeller and a hydraulic machine that can efficiently suppress the occurrence of cavitation.

本発明の一態様に係る羽根車は、ブレードと、前記ブレードのキャビテーションが発生する部分を局所的に冷却する冷却装置と、を備える。
上記羽根車においては、前記冷却装置は、前記ブレードの表面の一部を形成し、且つ、前記ブレードよりも熱伝導率の高い熱伝導部材と、前記熱伝導部材を冷却する熱電素子と、を備えてもよい。
また、上記羽根車においては、前記ブレードと前記熱伝導部材との間に、断熱層が設けられていてもよい。
また、上記羽根車においては、前記熱伝導部材は、前記ブレードの圧力面及び負圧面のうち、少なくとも負圧面の一部を形成していてもよい。
また、上記羽根車においては、前記冷却装置は、前記ブレードのキャビテーションが発生する部分として、前記ブレードの前縁側を冷却してもよい。
また、上記羽根車においては、前記冷却装置は、前記ブレードの前縁側で冷却した熱を、前記ブレードの後縁側から放熱してもよい。 An impeller according to an aspect of the present invention includes a blade and a cooling device that locally cools a portion of the blade where cavitation occurs.
In the above impeller, the cooling device includes a thermally conductive member that forms part of the surface of the blade and has higher thermal conductivity than the blade, and a thermoelectric element that cools the thermally conductive member. You may prepare.
Further, in the impeller, a heat insulating layer may be provided between the blade and the heat conducting member.
Further, in the impeller described above, the heat conducting member may form at least part of the suction surface of the pressure surface and the suction surface of the blade.
Further, in the impeller described above, the cooling device may cool a leading edge side of the blade as a portion of the blade where cavitation occurs.
Further, in the above impeller, the cooling device may radiate the heat cooled on the leading edge side of the blade from the trailing edge side of the blade.

また、本発明の一態様に係る水力機械は、先に記載の羽根車を備える。 A hydraulic machine according to an aspect of the present invention includes the impeller described above.

また、本発明の一態様に係る水力機械は、液体流路と、前記液体流路のキャビテーションが発生する部分を局所的に冷却する冷却装置と、を備える。 Further, a hydraulic machine according to an aspect of the present invention includes a liquid flow path and a cooling device that locally cools a portion of the liquid flow path where cavitation occurs.

また、本発明の一態様に係る液体流路形成部品は、液体流路を形成し、且つ、キャビテーションが発生する部分を局所的に冷却する冷却装置を備える。 A liquid channel forming component according to an aspect of the present invention includes a cooling device that forms a liquid channel and locally cools a portion where cavitation occurs.

上記本発明の態様によれば、流体全体を冷却するのではなく、局所的な冷却によって効率よくキャビテーションの発生を抑制できる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to efficiently suppress the occurrence of cavitation by cooling the fluid locally rather than cooling the entire fluid.

一実施形態に係る水力機械の断面構成図である。1 is a cross-sectional configuration diagram of a hydraulic machine according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係る羽根車が備えるブレードの斜視図である。1 is a perspective view of blades included in an impeller according to one embodiment; FIG. 図２に示すブレードを径方向から視た平面図である。FIG. 3 is a plan view of the blade shown in FIG. 2 viewed from the radial direction; 一実施形態に係るブレードの圧力面及び負圧面における圧力の変化を示すグラフである。4 is a graph showing pressure variation on the pressure and suction sides of a blade according to one embodiment. 一実施形態に係る水力機械の運転点が変更された場合のブレードの圧力面及び負圧面における圧力の変化を示すグラフである。5 is a graph showing changes in pressure on the pressure side and suction side of the blade when the operating point of the hydraulic machine according to one embodiment is changed; 一実施形態に係る羽根車の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the impeller which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る羽根車の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the impeller which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る羽根車の変形例を示す断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which shows the modification of the impeller which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る水力機械の変形例（水車）のブレードの圧力面及び負圧面における圧力の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the pressure in the pressure surface and negative pressure surface of the blade of the modification (water turbine) of the hydraulic machine which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る水力機械の変形例（容積型ポンプ）を示す図である。It is a figure which shows the modification (displacement type pump) of the hydraulic machine which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る液体流路形成部品の構成図である。1 is a configuration diagram of a liquid channel forming component according to one embodiment; FIG.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、水力機械としてポンプを例示する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the following description, a pump is illustrated as a hydraulic machine.

図１は、一実施形態に係る水力機械１００の断面構成図である。
図１に示す水力機械１００は、非容積型ポンプの一つである横軸軸流ポンプであり、液体を軸方向に吐出する羽根車１を備えている。羽根車１には、複数のブレード２が設けられている。なお、水力機械１００は、立軸ポンプであっても、斜流ポンプであっても、遠心ポンプであっても構わない。 FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a hydraulic machine 100 according to one embodiment.
A hydraulic machine 100 shown in FIG. 1 is a horizontal axial flow pump, which is one of non-displacement pumps, and includes an impeller 1 that discharges liquid in the axial direction. The impeller 1 is provided with a plurality of blades 2 . The hydraulic machine 100 may be a vertical shaft pump, a mixed flow pump, or a centrifugal pump.

水力機械１００は、羽根車１が固定された主軸１０１と、主軸１０１と他の軸とを連結する軸継手１０２と、主軸１０１を支持する軸受１０３と、羽根車１及び主軸１０１の一部を収容するケーシング１０４と、を備えている。ケーシング１０４は、吐出し側ケーシング１０４ａと、吐出し側ケーシング１０４ａに接続された吸込み側ケーシング１０４ｂと、を備えている。 A hydraulic machine 100 includes a main shaft 101 to which an impeller 1 is fixed, a shaft coupling 102 that connects the main shaft 101 and another shaft, a bearing 103 that supports the main shaft 101, and a part of the impeller 1 and the main shaft 101. and a casing 104 for housing. The casing 104 includes a discharge side casing 104a and a suction side casing 104b connected to the discharge side casing 104a.

吐出し側ケーシング１０４ａは、水平方向に延びる筒状に形成され、羽根車１を取り囲んでいる。吸込み側ケーシング１０４ｂは、エルボ形状に形成され、吐出し側ケーシング１０４ａの上流側に水平方向に接続されている。吸込み側ケーシング１０４ｂの吐出し側ケーシング１０４ａと接続されていない側には、液体吸込み口１０５が形成されている。 The discharge-side casing 104 a is formed in a cylindrical shape extending in the horizontal direction and surrounds the impeller 1 . The suction side casing 104b is formed in an elbow shape and is horizontally connected to the upstream side of the discharge side casing 104a. A liquid suction port 105 is formed on the side of the suction side casing 104b that is not connected to the discharge side casing 104a.

液体吸込み口１０５は、鉛直下方向を向いている。つまり、吸込み側ケーシング１０４ｂは、液体吸込み口１０５から上方に延びた後、水平方向に延び、吐出し側ケーシング１０４ａと接続されている。吐出し側ケーシング１０４ａは、吸込み側ケーシング１０４ｂと接続されていない側に、液体吐出し口１０６を備えている。 The liquid suction port 105 faces vertically downward. That is, the suction side casing 104b extends upward from the liquid suction port 105 and then horizontally extends to be connected to the discharge side casing 104a. The discharge side casing 104a has a liquid discharge port 106 on the side not connected to the suction side casing 104b.

主軸１０１は、吐出し側ケーシング１０４ａに沿って水平方向に延び、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通している。軸継手１０２は、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通し、ケーシング１０４の外部に突出した主軸１０１を、図示しない駆動機と連結させさせている。吐出し側ケーシング１０４ａ内には、ガイドベーン１０７が設けられている。ガイドベーン１０７は、液体を効率的に加速するためにベーンの開放角度を変えることができる。 The main shaft 101 extends horizontally along the discharge side casing 104a and penetrates the suction side casing 104b. The shaft coupling 102 penetrates the suction-side casing 104b and connects the main shaft 101 protruding outside the casing 104 to a driving machine (not shown). A guide vane 107 is provided in the discharge side casing 104a. The guide vanes 107 can vary the opening angle of the vanes to efficiently accelerate the liquid.

主軸１０１は、上述した図示しない駆動機によって回転し、主軸１０１の回転によって羽根車１が回転する。羽根車１の回転により、取扱い液（液体、例えば水）は、液体吸込み口１０５から上方に流れ、エルボ状の吸込み側ケーシング１０４ｂにより水平方向に流れが曲げられて羽根車１へ至る。液体は、羽根車１の回転によりさらに水平方向に送られ、液体吐出し口１０６から吐出される。 The main shaft 101 is rotated by the driving machine (not shown) described above, and the rotation of the main shaft 101 causes the impeller 1 to rotate. As the impeller 1 rotates, the liquid to be handled (liquid, for example, water) flows upward from the liquid suction port 105 and reaches the impeller 1 after being bent in the horizontal direction by the elbow-shaped suction side casing 104b. The liquid is further sent horizontally by the rotation of the impeller 1 and discharged from the liquid discharge port 106 .

図２は、一実施形態に係る羽根車１が備えるブレード２の斜視図である。図３は、図２に示すブレード２を径方向から視た平面図である。
図２及び図３に示すように、羽根車１は、ブレード２の表面を局所的に冷却する冷却装置１０を備えている。 FIG. 2 is a perspective view of the blades 2 included in the impeller 1 according to one embodiment. FIG. 3 is a plan view of the blade 2 shown in FIG. 2 viewed from the radial direction.
As shown in FIGS. 2 and 3, the impeller 1 includes a cooling device 10 that locally cools the surfaces of the blades 2 .

冷却装置１０は、ブレード２の表面の一部を形成し、且つ、ブレード２よりも熱伝導率の高い熱伝導部材１１と、熱伝導部材１１を冷却する熱電素子１２と、を備えている。本実施形態の熱伝導部材１１は、羽根車１の径方向に延びる棒状に形成され、ブレード２の表面に嵌め込まれている。例えば、ブレード２が鉄系の金属から形成される場合、熱伝導部材１１は、鉄系の金属よりも熱伝導率の高い、銅系の金属から形成するとよい。 The cooling device 10 includes a thermally conductive member 11 that forms part of the surface of the blade 2 and has higher thermal conductivity than the blade 2 and a thermoelectric element 12 that cools the thermally conductive member 11 . The heat-conducting member 11 of this embodiment is formed in a bar shape extending in the radial direction of the impeller 1 and is fitted on the surface of the blade 2 . For example, when the blade 2 is made of an iron-based metal, the thermal conduction member 11 may be made of a copper-based metal, which has a higher thermal conductivity than the iron-based metal.

熱電素子１２は、例えば、ペルチェ素子であって、羽根車１の内部に収容されている。熱電素子１２は、Ｐ型端子１２ａと、Ｎ型端子１２ｂと、を備え、Ｎ型端子１２ｂから熱伝導部材１１を介してＰ型端子１２ａに電流が流れるように電源１３と接続されている。つまり、熱電素子１２の吸熱側が、熱伝導部材１１と接続されている。なお、電源１３は、上述した熱電素子１２と同様に羽根車１の内部に配置してもよいし、また、ケーシング１０４の外部に配置し、スリップリングやマイクロウェーブ送受信機などを用いて回転系の熱電素子１２と電気的なやり取りをしても構わない。 The thermoelectric element 12 is, for example, a Peltier element and housed inside the impeller 1 . The thermoelectric element 12 has a P-type terminal 12a and an N-type terminal 12b, and is connected to the power source 13 so that current flows from the N-type terminal 12b to the P-type terminal 12a via the heat conducting member 11. That is, the heat absorbing side of the thermoelectric element 12 is connected to the heat conducting member 11 . The power supply 13 may be arranged inside the impeller 1 in the same manner as the thermoelectric element 12 described above, or may be arranged outside the casing 104, and a slip ring, a microwave transceiver, or the like may be used to rotate the rotating system. may be electrically exchanged with the thermoelectric element 12 of

ブレード２と熱伝導部材１１との間には、断熱層２０が設けられている。断熱層２０は、ブレード２と熱伝導部材１１との間の熱的なやり取りを抑制する。これにより、ブレード２と熱伝導部材１１との間に、明確な温度差を付けることができる。断熱層２０としては、ブレード２よりも熱伝導率の低い金属やセラミックス、樹脂、また、断熱空間を形成する多孔質体、発泡体、ハニカム構造体などであっても構わない。 A heat insulating layer 20 is provided between the blade 2 and the heat conducting member 11 . The heat insulating layer 20 suppresses thermal exchange between the blade 2 and the heat conducting member 11 . Thereby, a clear temperature difference can be created between the blade 2 and the heat conducting member 11 . The heat insulating layer 20 may be made of metal, ceramics, or resin having a lower thermal conductivity than that of the blade 2, or may be a porous body, a foam, a honeycomb structure, or the like that forms a heat insulating space.

図３に示すように、熱伝導部材１１は、ブレード２の圧力面５及び負圧面６のうち、負圧面６の一部を形成している。本実施形態の熱伝導部材１１は、負圧面６の前縁３側に設けられている。なお、ここで言う前縁３側とは、ブレード２の翼弦長Ｃの半分からブレード２の前側の領域を意味する。また、後縁４側とは、ブレード２の翼弦長Ｃの半分からブレード２の後側の領域を意味する。 As shown in FIG. 3 , the heat conducting member 11 forms part of the suction surface 6 of the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 . The heat conducting member 11 of this embodiment is provided on the front edge 3 side of the negative pressure surface 6 . The term "leading edge 3 side" as used herein means a region from half the chord length C of the blade 2 to the front side of the blade 2. As shown in FIG. Further, the trailing edge 4 side means a region from half the chord length C of the blade 2 to the rear side of the blade 2 .

熱伝導部材１１が設けられた負圧面６の前縁３側は、ブレード２のキャビテーション２００が発生する部分である。
図４は、一実施形態に係るブレード２の圧力面５及び負圧面６における圧力の変化を示すグラフである。なお、図４のグラフの縦軸は圧力Ｐであり、横軸は翼弦長Ｃである。 The leading edge 3 side of the suction surface 6 where the heat conducting member 11 is provided is a portion where the cavitation 200 of the blade 2 occurs.
FIG. 4 is a graph showing pressure changes on the pressure side 5 and the suction side 6 of the blade 2 according to one embodiment. The vertical axis of the graph in FIG. 4 is the pressure P, and the horizontal axis is the blade chord length C. As shown in FIG.

図４に示すように、キャビテーション２００は、負圧面６の最低圧力Ｐｍｉｎとなる最低圧力部Ｃ１付近において発生する。キャビテーション２００は、一種の蒸発現象であるため、圧力Ｐが下がるとキャビテーション２００が発生し易くなる。図４に示すように、負圧面６の最低圧力部Ｃ１は、設計時の流体数値計算などで位置を推定することが可能である。また、通常の設計において、最低圧力部Ｃ１は、翼弦長Ｃの１／２より前半の前縁３側に存在する場合が多い。これらの情報に基づき、負圧面６の最低圧力部Ｃ１を含むように、熱伝導部材１１を負圧面６に配置するとよい。 As shown in FIG. 4, cavitation 200 occurs near the lowest pressure portion C1 where the suction surface 6 has the lowest pressure Pmin . Since cavitation 200 is a kind of evaporation phenomenon, cavitation 200 is likely to occur when pressure P decreases. As shown in FIG. 4, the position of the lowest pressure portion C1 of the negative pressure surface 6 can be estimated by fluid numerical calculations at the time of designing. Further, in a normal design, the lowest pressure portion C1 is often present on the leading edge 3 side in the front half of the chord length C of the blade. Based on these pieces of information, the heat transfer member 11 should be arranged on the suction surface 6 so as to include the lowest pressure portion C1 of the suction surface 6 .

上記構成の羽根車１によれば、ブレード２のキャビテーション２００が発生する部分を局所的に冷却することができる。キャビテーション２００の発生に要する気化熱は、キャビテーション気泡を取り巻く温度境界層を通じ、周囲液体から供給されるものと、キャビテーション気泡が接するブレード２の表面から供給するものに大別される。両者は近接している場合が多いので、上述した一つの冷却装置１０によって同時に冷却できる。なお、複数の冷却装置１０により、冷却箇所を複数にしても構わない。 According to the impeller 1 configured as described above, the portions of the blades 2 where the cavitation 200 occurs can be locally cooled. The heat of vaporization required for the generation of cavitation 200 is roughly divided into heat supplied from the surrounding liquid through the temperature boundary layer surrounding the cavitation bubble and heat supplied from the surface of the blade 2 in contact with the cavitation bubble. Since both are often close to each other, they can be cooled simultaneously by the single cooling device 10 described above. Note that a plurality of cooling locations may be provided by a plurality of cooling devices 10 .

具体的に、上記構成の冷却装置１０によれば、ブレード２の表面（キャビテーション発生箇所）を局所的に直接冷却することができ、これによりキャビテーション気泡内の蒸気を凝縮させ、キャビテーション気泡を縮小させることができる。また、冷却装置１０は、当該キャビテーション発生箇所より若干上流のブレード２の表面も冷却することができ、それによりキャビテーション気泡周囲の液温も低下させることができる。 Specifically, according to the cooling device 10 configured as described above, the surface of the blade 2 (where cavitation occurs) can be locally and directly cooled, thereby condensing the vapor in the cavitation bubble and reducing the size of the cavitation bubble. be able to. In addition, the cooling device 10 can also cool the surface of the blade 2 slightly upstream from the cavitation occurrence site, thereby lowering the liquid temperature around the cavitation bubbles.

このように、上述した本実施形態の羽根車１によれば、ブレード２と、ブレード２のキャビテーション２００が発生する部分を局所的に冷却する冷却装置１０と、を備えているので、液体全体を冷却するのではなく、ブレード２の表面を局所的に冷却することによって、その付近における液温を低下させ、飽和蒸気圧の低下によって、効率よくキャビテーション２００の発生を抑制できる。 As described above, according to the impeller 1 of the present embodiment described above, since it includes the blades 2 and the cooling device 10 that locally cools the portion of the blades 2 where the cavitation 200 occurs, the entire liquid is By locally cooling the surface of the blade 2 instead of cooling, the liquid temperature in the vicinity thereof is lowered, and the saturated vapor pressure is lowered, thereby efficiently suppressing the occurrence of cavitation 200 .

また、本実施形態では、冷却装置１０は、ブレード２の表面の一部を形成し、且つ、ブレード２よりも熱伝導率の高い熱伝導部材１１と、熱伝導部材１１を冷却する熱電素子１２と、を備えているので、熱伝導部材１１を介してブレード２の表面を効率よく冷却することができる。また、この構成によれば、例えば、ブレード２の表面に細孔を設け、この細孔内に冷媒を供給するなどして、ブレード２の表面を冷却する構成よりも、構造的に簡単である。 In addition, in the present embodiment, the cooling device 10 includes a thermally conductive member 11 that forms part of the surface of the blade 2 and has a higher thermal conductivity than the blade 2, and a thermoelectric element 12 that cools the thermally conductive member 11. and , the surface of the blade 2 can be efficiently cooled via the heat conducting member 11 . In addition, this configuration is structurally simpler than, for example, a configuration in which the surface of the blade 2 is cooled by providing pores on the surface of the blade 2 and supplying a coolant into the pores. .

また、本実施形態では、ブレード２と熱伝導部材１１との間に、断熱層２０が設けられているので、ブレード２と熱伝導部材１１との温度差を明確に付けると共に、熱伝導部材１１よりも熱容量の大きなブレード２によって、熱伝導部材１１が温められることを抑制することができる。 Further, in the present embodiment, since the heat insulating layer 20 is provided between the blade 2 and the heat conducting member 11, the temperature difference between the blade 2 and the heat conducting member 11 is clearly provided, and the heat conducting member 11 It is possible to prevent the heat conducting member 11 from being warmed by the blade 2 having a larger heat capacity.

また、本実施形態では、熱伝導部材１１は、ブレード２の圧力面５及び負圧面６のうち、少なくとも負圧面６の一部を形成している。図４に示すように、負圧面６は、圧力面５よりも圧力Ｐが低くなるので、負圧面６を冷却することで、効率よくキャビテーション２００の発生を抑制できる。 Further, in the present embodiment, the heat conducting member 11 forms at least part of the suction surface 6 of the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 . As shown in FIG. 4 , since the pressure P on the suction surface 6 is lower than that on the pressure surface 5 , the generation of cavitation 200 can be efficiently suppressed by cooling the suction surface 6 .

また、本実施形態では、冷却装置１０は、ブレード２のキャビテーション２００が発生する部分として、ブレード２の前縁３側を冷却している。図４に示すように、ブレード２の前縁３側は、後縁４側よりも圧力Ｐが低くなるので、前縁３側を冷却することで、効率よくキャビテーション２００の発生を抑制できる。 Further, in the present embodiment, the cooling device 10 cools the leading edge 3 side of the blade 2 as a portion where the cavitation 200 of the blade 2 occurs. As shown in FIG. 4, since the pressure P on the leading edge 3 side of the blade 2 is lower than that on the trailing edge 4 side, the occurrence of cavitation 200 can be efficiently suppressed by cooling the leading edge 3 side.

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。 While the preferred embodiments of the invention have been described and described, it is to be understood that they are illustrative of the invention and should not be considered limiting. Additions, omissions, substitutions, and other modifications may be made without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention should not be viewed as limited by the foregoing description, but rather by the claims appended hereto.

図５は、一実施形態に係る水力機械１００の運転点が変更された場合のブレード２の圧力面５及び負圧面６における圧力の変化を示すグラフである。
例えば、図５に示すように、水力機械１００の運転点（例えばブレード２に対する流体の流入方向の変化など）によっては、負圧面６の最低圧力Ｐｍｉｎ１となる最低圧力部Ｃ１だけでなく、圧力面５の最低圧力Ｐｍｉｎ２となる最低圧力部Ｃ２においてもキャビテーション２００が発生する場合がある。そのため、羽根車１の圧力面５を冷却する冷却装置１０を設置してもよい。 FIG. 5 is a graph showing changes in pressure on the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 when the operating point of the hydraulic machine 100 according to one embodiment is changed.
For example, as shown in FIG. 5, depending on the operating point of the hydraulic machine 100 (for example, changes in the inflow direction of the fluid with respect to the blades 2), not only the lowest pressure portion C1 , which is the lowest pressure P min 1 on the suction surface 6, but also , cavitation 200 may also occur at the lowest pressure portion C 2 where the pressure surface 5 has the lowest pressure P min 2 . Therefore, a cooling device 10 for cooling the pressure surface 5 of the impeller 1 may be installed.

図６は、一実施形態に係る羽根車１の変形例を示す斜視図である。
例えば、図６に示すように、羽根車１は、ブレード２の前縁３を形成する熱伝導部材１１を備えていてもよい。この熱伝導部材１１は、ブレード２の圧力面５及び負圧面６の前縁３側の一部を形成している。この構成によれば、熱伝導部材１１を介してブレード２の圧力面５及び負圧面６の両方を同時に冷却し、負圧面６だけでなく、上述した圧力面５のキャビテーション２００の発生も抑制することができる。 FIG. 6 is a perspective view showing a modification of the impeller 1 according to one embodiment.
For example, as shown in FIG. 6, the impeller 1 may comprise a heat conducting member 11 forming the leading edges 3 of the blades 2 . The heat conducting member 11 forms part of the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 on the front edge 3 side. According to this configuration, both the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 are simultaneously cooled via the heat transfer member 11, and the occurrence of cavitation 200 not only on the suction surface 6 but also on the pressure surface 5 described above is suppressed. be able to.

図７は、一実施形態に係る羽根車１の変形例を示す斜視図である。
また、例えば、図７に示すように、羽根車１は、ブレード２の圧力面５及び負圧面６の両方に、断熱層２０によって熱的に隔てられた複数の熱伝導部材１１Ａ，１１Ｂを備えていてもよい。この構成によれば、ブレード２の圧力面５及び負圧面６の両方を局所的に冷却し、負圧面６だけでなく、上述した圧力面５のキャビテーション２００の発生も抑制することができる。また、冷却装置１０は、熱伝導部材１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに、上述した熱電素子１２を接続することで、圧力面５と負圧面６とを選択的に冷却することもできる。 FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the impeller 1 according to one embodiment.
Further, for example, as shown in FIG. 7, the impeller 1 includes a plurality of heat conducting members 11A and 11B thermally separated by a heat insulating layer 20 on both the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2. may be According to this configuration, both the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 can be locally cooled, and the occurrence of cavitation 200 not only on the suction surface 6 but also on the pressure surface 5 described above can be suppressed. The cooling device 10 can also selectively cool the pressure surface 5 and the negative pressure surface 6 by connecting the thermoelectric elements 12 described above to each of the heat conducting members 11A and 11B.

また、図８に示す構成を採用してもよい。
図８は、一実施形態に係る羽根車１の変形例を示す断面構成図である。
図８に示す羽根車１は、ブレード２の前縁３側で冷却した熱を、ブレード２の後縁４側から放熱する構成となっている。つまり、冷却装置１０の熱電素子１２は、吸熱側がブレード２の前縁３側に接続され、放熱側がブレード２の後縁４側に接続されている。ブレード２の後縁４側は、前縁３側と比べてキャビテーション２００が発生し難いため、前縁３側で吸熱した熱を問題なく放熱できる。なお、ブレード２の前縁３には、上述した熱伝導部材１１を配置してもよいし、ブレード２の前縁３と後縁４との間には、上述した断熱層２０ないし断熱壁を形成してもよい。 Also, the configuration shown in FIG. 8 may be employed.
FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram showing a modification of the impeller 1 according to one embodiment.
The impeller 1 shown in FIG. 8 has a configuration in which the heat cooled on the leading edge 3 side of the blade 2 is radiated from the trailing edge 4 side of the blade 2 . That is, the thermoelectric element 12 of the cooling device 10 is connected to the front edge 3 side of the blade 2 on the heat absorption side and connected to the rear edge 4 side of the blade 2 on the heat dissipation side. Since cavitation 200 is less likely to occur on the trailing edge 4 side of the blade 2 than on the leading edge 3 side, the heat absorbed on the leading edge 3 side can be radiated without problems. The above-described heat conducting member 11 may be arranged at the leading edge 3 of the blade 2, and the above-described heat insulating layer 20 or heat insulating wall may be provided between the leading edge 3 and the trailing edge 4 of the blade 2. may be formed.

また、上記実施形態では、水力機械１００としてポンプを例示したが、水車であっても構わない。
図９は、一実施形態に係る水力機械１００の変形例（水車）のブレード２の圧力面５及び負圧面６における圧力の変化を示すグラフである。
図９に示すように、水車であっても、キャビテーション２００は、負圧面６の最低圧力Ｐｍｉｎとなる最低圧力部Ｃ１において発生するので、羽根車１に上述した冷却装置１０を設置するとよい。なお、水車の場合、図９に示すように、負圧面６の最低圧力部Ｃ１が、翼弦長Ｃの１／２よりも後半の後縁４側に存在する場合があるため、冷却装置１０は、ブレード２のキャビテーション２００が発生する部分として、ブレード２の後縁４側を冷却してもよい。 Further, in the above-described embodiment, a pump is exemplified as the hydraulic machine 100, but it may be a water turbine.
FIG. 9 is a graph showing changes in pressure on the pressure surface 5 and the suction surface 6 of the blade 2 of the modified example (water turbine) of the hydraulic machine 100 according to one embodiment.
As shown in FIG. 9, even in a water turbine, cavitation 200 occurs in the lowest pressure portion C1 , which is the lowest pressure Pmin on the suction surface 6, so it is preferable to install the cooling device 10 described above on the impeller 1. . In the case of a water turbine, as shown in FIG. 9, the lowest pressure portion C1 of the suction surface 6 may exist on the trailing edge 4 side of the latter half of the chord length C of the blade. 10 may cool the trailing edge 4 side of the blade 2 as the portion where the cavitation 200 of the blade 2 occurs.

また、上記実施形態では、水力機械１００として非容積型ポンプ（ターボ型ポンプ）を例示したが、容積型ポンプであっても構わない。
図１０は、一実施形態に係る水力機械１００の変形例（容積型ポンプ）を示す構成図である。
図１０に示す水力機械１００は、ポンプ室を形成するシリンダ１１０と、シリンダ１１０内の容積を変化させるピストン１１１と、を備えている。シリンダ１１０には、逆止弁１１４を介して液体吸込管１１２が接続され、また、逆止弁１１５を介して液体吐出管１１３が接続されている。シリンダ１１０、液体吸込管１１２及び液体吐出管１１３は、液体流路を形成している。 Further, in the above embodiment, a non-displacement pump (turbo pump) was used as the hydraulic machine 100, but a displacement pump may be used.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a modification (displacement pump) of the hydraulic machine 100 according to one embodiment.
A hydraulic machine 100 shown in FIG. 10 includes a cylinder 110 that forms a pump chamber, and a piston 111 that changes the volume inside the cylinder 110 . A liquid suction pipe 112 is connected to the cylinder 110 via a check valve 114 , and a liquid discharge pipe 113 is connected via a check valve 115 . The cylinder 110, the liquid suction pipe 112 and the liquid discharge pipe 113 form a liquid flow path.

上記構成によれば、ピストン１１１の移動によって、シリンダ１１０内の容積が小さくなると、逆止弁１１５を介して液体吐出管１１３から液体が吐出される。この際、液体吐出管１１３の接続部付近では、液体の流速が早くなるため、ベルヌーイの定理により圧力が下がり、キャビテーション２００が発生し易くなる。このため、液体吐出管１１３の接続部付近においても、液体流路（図１０の例ではシリンダ１１０の側壁）を局所的に冷却するために、上述した冷却装置１０を設けるとよい。 According to the above configuration, when the movement of the piston 111 reduces the volume in the cylinder 110 , the liquid is discharged from the liquid discharge pipe 113 via the check valve 115 . At this time, since the flow velocity of the liquid increases in the vicinity of the connecting portion of the liquid discharge pipe 113, the pressure decreases due to Bernoulli's theorem, and cavitation 200 is likely to occur. Therefore, in order to locally cool the liquid flow path (side wall of the cylinder 110 in the example of FIG. 10) also in the vicinity of the connecting portion of the liquid discharge pipe 113, it is preferable to provide the cooling device 10 described above.

また、上記実施形態では、本発明の適用例として水力機械を例示したが、液体の流速が早くなり、圧力が下がるものであれば、液体流路形成部品であっても構わない。
図１１は、一実施形態に係る液体流路形成部品１２０の構成図である。
図１１に示す液体流路形成部品１２０は、バルブの一例であって、液体流路を形成する配管部１２１と、配管部１２１を開閉する弁体１２２と、を備えている。弁体１２２は、回動軸１２２ａを介して外部から操作（回動）可能に配管部１２１に支持されている。この構成では、弁体１２２を僅かに開き、流路面積が小さいときに、液体の流速が早くなって圧力が下がり、キャビテーション２００が発生し易くなるので、弁体１２２の一部（先端部）ないし配管部１２１の一部（弁体１２２の先端部に対向する部分）に上述した冷却装置１０を設けるとよい。
なお、キャビテーション２００が発生し易い液体流路形成部品としては、バルブの他に、オリフィスなどを例示することができる。 Further, in the above-described embodiment, a hydraulic machine was exemplified as an application example of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a liquid channel forming component 120 according to one embodiment.
A liquid channel forming component 120 shown in FIG. 11 is an example of a valve, and includes a pipe portion 121 that forms a liquid channel and a valve body 122 that opens and closes the pipe portion 121 . The valve body 122 is supported by the piping portion 121 so as to be operable (rotatable) from the outside via a rotating shaft 122a. In this configuration, when the valve body 122 is slightly opened and the flow passage area is small, the flow velocity of the liquid increases and the pressure decreases, making it easier for cavitation 200 to occur. Alternatively, the above-described cooling device 10 may be provided on a portion of the piping portion 121 (the portion facing the tip portion of the valve body 122).
In addition to valves, orifices and the like can be exemplified as liquid flow path forming components that are likely to cause cavitation 200 .

また、例えば、上記実施形態では、熱電素子１２としてペルチェ素子を例示したが、ゼーベック効果、トムソン効果などにより、熱伝導部材１１を冷却する熱電素子を備えていても構わない。 Further, for example, in the above-described embodiment, a Peltier element was exemplified as the thermoelectric element 12, but a thermoelectric element that cools the heat conducting member 11 by the Seebeck effect, the Thomson effect, or the like may be provided.

１ 羽根車
２ ブレード
３ 前縁
４ 後縁
５ 圧力面
６ 負圧面
１０ 冷却装置
１１ 熱伝導部材
１２ 熱電素子
２０ 断熱層
１００ 水力機械
１２０ 液体流路形成部品
２００ キャビテーション REFERENCE SIGNS LIST 1 impeller 2 blade 3 leading edge 4 trailing edge 5 pressure surface 6 negative pressure surface 10 cooling device 11 heat conduction member 12 thermoelectric element 20 heat insulating layer 100 hydraulic machine 120 liquid channel forming component 200 cavitation

Claims (6)

ブレードと、
前記ブレードのキャビテーションが発生する部分を局所的に冷却する冷却装置と、を備え、
前記冷却装置は、
前記ブレードの表面の一部を形成し、且つ、前記ブレードよりも熱伝導率の高い熱伝導部材と、
前記熱伝導部材を冷却する熱電素子と、を備える、ことを特徴とする羽根車。 a blade;
a cooling device that locally cools a portion of the blade where cavitation occurs ,
The cooling device
a thermally conductive member forming part of the surface of the blade and having a higher thermal conductivity than the blade;
and a thermoelectric element that cools the heat-conducting member . 前記ブレードと前記熱伝導部材との間に、断熱層が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の羽根車。 2. The impeller according to claim 1 , wherein a heat insulating layer is provided between said blade and said heat conducting member. 前記熱伝導部材は、前記ブレードの圧力面及び負圧面のうち、少なくとも負圧面の一部を形成している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の羽根車。 3. The impeller according to claim 1 , wherein the heat-conducting member forms at least a part of the suction surface of the pressure surface and the suction surface of the blade. 前記冷却装置は、前記ブレードのキャビテーションが発生する部分として、前記ブレードの前縁側を冷却する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の羽根車。 The impeller according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling device cools a leading edge side of the blade as a portion of the blade where cavitation occurs. 前記冷却装置は、前記ブレードの前縁側で冷却した熱を、前記ブレードの後縁側から放熱する、ことを特徴とする請求項４に記載の羽根車。 5. The impeller according to claim 4, wherein the cooling device radiates the heat cooled on the leading edge side of the blade from the trailing edge side of the blade. 請求項１～５のいずれか一項に記載の羽根車を備える、ことを特徴とする水力機械。 A hydraulic machine comprising the impeller according to any one of claims 1 to 5 .
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