JPS605788B2 - 水車ケーシング - Google Patents
水車ケーシングInfo
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- JPS605788B2 JPS605788B2 JP52126060A JP12606077A JPS605788B2 JP S605788 B2 JPS605788 B2 JP S605788B2 JP 52126060 A JP52126060 A JP 52126060A JP 12606077 A JP12606077 A JP 12606077A JP S605788 B2 JPS605788 B2 JP S605788B2
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- JP
- Japan
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- flow path
- stay vane
- stay
- water turbine
- section
- Prior art date
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
- F03B3/16—Stators
-
- 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
- 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】
本発明は水車ケーシングに係り「特に２枚の環状主板の
間に侠持された複数個のステーベーン間に形成された平
行形ステ−べ−ン流路を小形にすると共に水力性能を向
上させることのできる適性な流路形状からなる水車ケー
シングに関する。
間に侠持された複数個のステーベーン間に形成された平
行形ステ−べ−ン流路を小形にすると共に水力性能を向
上させることのできる適性な流路形状からなる水車ケー
シングに関する。
近時の水車ケーシングのスピードリングは、上下方向に
一定の距離をおいて平行して対向配置された２枚の環状
主板の間の複数個のステーベーンを琢持し、ステーべ−
ンの相互の間にステーべ−ン流路を構成している。しか
して、水車運転時における水流は、うず巻ケーシングの
うず室よりステーベーン流路およびガイドベーン流路を
順次通過してランナ室に向い、ランナを回転させて吸出
し管へと流出する。
一定の距離をおいて平行して対向配置された２枚の環状
主板の間の複数個のステーベーンを琢持し、ステーべ−
ンの相互の間にステーべ−ン流路を構成している。しか
して、水車運転時における水流は、うず巻ケーシングの
うず室よりステーベーン流路およびガイドベーン流路を
順次通過してランナ室に向い、ランナを回転させて吸出
し管へと流出する。
しかしながら、上記構成を有するスピードリングにおい
ては、うず巻ケーシングのうず室とステーべ−ン流路と
の境界において流路断面が急変することになるから、そ
の部分を水流が通過する際、水流速度の変化を誘発して
水流の衝突による損失水頭の増大を伴なし、易い。また
、従来の水車ケーシングにおいては、うず巻ケーシング
内を流れる水流速度の２乗に比例する摩擦損失水頭を軽
減するために、うず巻ケーシングの流路断面積をできる
だけ大きく設計する懐向が強く、その結果、うず巻ケー
シングの製造コストが増大することはもとより、ステー
ベーン流路との境界における流路断面の変化を一層増大
させて衝突損失水頭を増大させるという問題を有してい
た。
ては、うず巻ケーシングのうず室とステーべ−ン流路と
の境界において流路断面が急変することになるから、そ
の部分を水流が通過する際、水流速度の変化を誘発して
水流の衝突による損失水頭の増大を伴なし、易い。また
、従来の水車ケーシングにおいては、うず巻ケーシング
内を流れる水流速度の２乗に比例する摩擦損失水頭を軽
減するために、うず巻ケーシングの流路断面積をできる
だけ大きく設計する懐向が強く、その結果、うず巻ケー
シングの製造コストが増大することはもとより、ステー
ベーン流路との境界における流路断面の変化を一層増大
させて衝突損失水頭を増大させるという問題を有してい
た。
そこで、本発明の目的は、摩擦損失が問題となるうず巻
ケーシング内の流路を小形にすると共にステ−べ−ン流
路における衝突損失を軽減して水力損失を総体的に減少
させることにより水力性能を向上させることができるよ
うにした水車ケーシングを提供することにある。
ケーシング内の流路を小形にすると共にステ−べ−ン流
路における衝突損失を軽減して水力損失を総体的に減少
させることにより水力性能を向上させることができるよ
うにした水車ケーシングを提供することにある。
以下本発明による水車ケーシングの実施例を図面を参照
して説明する。
して説明する。
第１図および第２図において、符号１はうず巻ケーシン
グを示し、このうず巻ケーシング１の内部には流路断面
積を漸次狭めたうず室２が形成されており、上謡うず巻
ケーシング１の内側には、複数個のステーベーン３９３
，……，３が円周方向に沿って等間隔をおいて配設され
、各隣り合った２つのステーべ−ン３，３の間にステー
ベーン流路４，４？・・・・川，４が形成されている。
グを示し、このうず巻ケーシング１の内部には流路断面
積を漸次狭めたうず室２が形成されており、上謡うず巻
ケーシング１の内側には、複数個のステーベーン３９３
，……，３が円周方向に沿って等間隔をおいて配設され
、各隣り合った２つのステーべ−ン３，３の間にステー
ベーン流路４，４？・・・・川，４が形成されている。
上記スブ−べーン３，３，……予 ３の内側には複数個
のガイドベーン蚤，５，……，５が円周方向に沿って等
間隔をおいて配設され、各隣り合った２つのガイドべ−
ン５，５の間にガイドベーン流路６，６，・・…・，６
が形成されている。このガイドベーン流路６，６，・…
川，６は、それぞれランナ室７と蓮通しており、このラ
ンナ室７内にはランナ８が組込まれ〜 このランナ８は
主軸９の下端に取付けられている。しかして、前記複数
個のステーべ−ン３？ ３，……，３は、第２図から明
らかなように、相対向して配置された２枚の環状主板１
０，１０によって狭持され、全体としてスピードリング
１１を構成している。
のガイドベーン蚤，５，……，５が円周方向に沿って等
間隔をおいて配設され、各隣り合った２つのガイドべ−
ン５，５の間にガイドベーン流路６，６，・・…・，６
が形成されている。このガイドベーン流路６，６，・…
川，６は、それぞれランナ室７と蓮通しており、このラ
ンナ室７内にはランナ８が組込まれ〜 このランナ８は
主軸９の下端に取付けられている。しかして、前記複数
個のステーべ−ン３？ ３，……，３は、第２図から明
らかなように、相対向して配置された２枚の環状主板１
０，１０によって狭持され、全体としてスピードリング
１１を構成している。
したがって、上記各ステーべ−ン流路４は、隣り合った
２つのステ−べーン３，３の羽根面と上記還状主板１０
，１０の向い合った内側の対向面】２，１２とによって
画成されることになる。次に、上述したうず室２とステ
ーべ−ン流路４を流れる水流の状態について考察する。
２つのステ−べーン３，３の羽根面と上記還状主板１０
，１０の向い合った内側の対向面】２，１２とによって
画成されることになる。次に、上述したうず室２とステ
ーべ−ン流路４を流れる水流の状態について考察する。
通常、うず室２の流路断面積は、うず巻ケーシングの巻
き始めから巻き終りに至るまでの間連続的に変化してい
るが、設計上の代表流路断面は、通常、第１図において
、うず巻ケーシング１の入口管ｌａの管軸に直交し水車
主軸９の鞠心０を含む平面上にある設計流路断面Ａｓで
表わされる。
き始めから巻き終りに至るまでの間連続的に変化してい
るが、設計上の代表流路断面は、通常、第１図において
、うず巻ケーシング１の入口管ｌａの管軸に直交し水車
主軸９の鞠心０を含む平面上にある設計流路断面Ａｓで
表わされる。
この流路断面船の半径Ｒｓは、通常、巻き始め流路断面
Ａｃの半径Ｒｃと等しくなるように形成されているから
、設計流路断面Ａｓにおける全円相当断面積ＭＲｓ２と
巻き始め流路断面積Ａｃとは等しく、ここを流れる水流
の速度Ｖｓは、水流の流量をＱｃとしたとき、ＶＳ…墓
＝汀叢雫２…“……■ で表わされる。
Ａｃの半径Ｒｃと等しくなるように形成されているから
、設計流路断面Ａｓにおける全円相当断面積ＭＲｓ２と
巻き始め流路断面積Ａｃとは等しく、ここを流れる水流
の速度Ｖｓは、水流の流量をＱｃとしたとき、ＶＳ…墓
＝汀叢雫２…“……■ で表わされる。
一方、ステーベーン流路４における水流の速度状態をベ
クトルを使って考察すると、周方向接線に対して流入角
度Ｑ、水流速度Ｖで流入した水流の各成分は、第３図に
示すように、半径方向ではうず室２からステーべ−ン流
路４に向って半径方向に流入する半径方向成分速度Ｖｍ
であり、一方、周方向ではステーべ−ン流路４内の周方
向成分速度Ｖｕで表わされる。
クトルを使って考察すると、周方向接線に対して流入角
度Ｑ、水流速度Ｖで流入した水流の各成分は、第３図に
示すように、半径方向ではうず室２からステーべ−ン流
路４に向って半径方向に流入する半径方向成分速度Ｖｍ
であり、一方、周方向ではステーべ−ン流路４内の周方
向成分速度Ｖｕで表わされる。
ステーべ−ン流路４，４，・・・・・・，４に流入する
水流の流量は、連続の条件により、うず室２内に流入し
た全流量Ｑｃと等しいわけであるから、上記半径方向成
分速度Ｖｍは、ステーベーン３の外周半径をＲｏ、ステ
ーべ−ン流路の上下方向の幅をＢとすれば、Ｖｍ＝２巻
。
水流の流量は、連続の条件により、うず室２内に流入し
た全流量Ｑｃと等しいわけであるから、上記半径方向成
分速度Ｖｍは、ステーベーン３の外周半径をＲｏ、ステ
ーべ−ン流路の上下方向の幅をＢとすれば、Ｖｍ＝２巻
。
Ｂ…‐…‐‐‐‐‐■で与えられる。
次にステーべ−ン流路４の外周近傍の水流の衝突損失お
よびうず室２内の摩擦損失水頭との関係について考察す
る。
よびうず室２内の摩擦損失水頭との関係について考察す
る。
ステーべ−ン流路の外周近傍の水流の衝突損失に関与す
る水流速度の成分は、第４図に示されるよ−うに、半径
方向ではうず室２からステーベーン流路４に半径方向に
流入する半径方向成分速度Ｖｍであり、一方、周万向で
はステ‐べーン流路４内の周方向成分速度Ｖｕとうず室
２内の水流速度Ｖｓとの相対相度差Ｖｕ−Ｖｓである。
る水流速度の成分は、第４図に示されるよ−うに、半径
方向ではうず室２からステーベーン流路４に半径方向に
流入する半径方向成分速度Ｖｍであり、一方、周万向で
はステ‐べーン流路４内の周方向成分速度Ｖｕとうず室
２内の水流速度Ｖｓとの相対相度差Ｖｕ−Ｖｓである。
一方水力学では、流れの方向が変化している二次元流れ
の場で流路断面積の急変化により水流速度が急変する場
合、断面急変前の水流速度Ｖ＾と断面急変後の水流速度
ＶＢの周方向成分を添字ｔで半径方向成分を添字ｒで表
わすと、周方向における相対速度差（ＶＢｔ−Ｖ＾ｔ）
と半径方向における相対速度差（ＶＥｒ一Ｖ＾ｒ）とを
ベクトル合成した値（ＶＢ′Ｖ＾ｔ）２十（ＶＢｒ−Ｖ
＾ｒ）２からなる速度水頭｛（ＶＢｔ−ＶＡｔ）２十（
Ｖ８ｒ−Ｖ川）２ ｝ノ２のこ衝突損失係数（実験的に
求められた定数ｋｏ）を乗じた値を衝突損失水頭と定義
している。よってケーシングのうず室２内からステーべ
−ン流路４内に至る流れを二次元流れの場と仮設すると
、水流がケーシングうず室２内からステーべ−ン流路４
内に至る場合、うず室２内では周方向成分速度がＶｓ、
半径方向成分速度が零であるが、ステ−べーン流路４内
直後では第３図及び第４図に示すように周方向成分速度
がＶｕ、半径方向成分速度がＶｍである。したがって、
うず室２内からステーベーン流路４内に水流が流入する
場合、上記の水０力学の基本定義から、周万向における
相対速度差は（Ｖｕ−Ｖｓ）となりまた半径方向におけ
る相対速度差は（Ｖｍ−０）となるから、ステーべ−ン
流路４の外周方向における衝突損失に関与する水流速度
Ｖ，は、次式により表わされる。タ Ｖ．２：Ｖｍ
２十（Ｖｕ−Ｖｓ）２．．．．．．．．．■したがって
ト衝突損失水頭△日，は、△日・：ｋ・裏Ｖ・２ヱｋ・
菱｛Ｖ憎 ＋（Ｖｕ−Ｖｓ）２｝・……．．■ ０ （たゞし、ｋ，は衝突損失係数）となる。
の場で流路断面積の急変化により水流速度が急変する場
合、断面急変前の水流速度Ｖ＾と断面急変後の水流速度
ＶＢの周方向成分を添字ｔで半径方向成分を添字ｒで表
わすと、周方向における相対速度差（ＶＢｔ−Ｖ＾ｔ）
と半径方向における相対速度差（ＶＥｒ一Ｖ＾ｒ）とを
ベクトル合成した値（ＶＢ′Ｖ＾ｔ）２十（ＶＢｒ−Ｖ
＾ｒ）２からなる速度水頭｛（ＶＢｔ−ＶＡｔ）２十（
Ｖ８ｒ−Ｖ川）２ ｝ノ２のこ衝突損失係数（実験的に
求められた定数ｋｏ）を乗じた値を衝突損失水頭と定義
している。よってケーシングのうず室２内からステーべ
−ン流路４内に至る流れを二次元流れの場と仮設すると
、水流がケーシングうず室２内からステーべ−ン流路４
内に至る場合、うず室２内では周方向成分速度がＶｓ、
半径方向成分速度が零であるが、ステ−べーン流路４内
直後では第３図及び第４図に示すように周方向成分速度
がＶｕ、半径方向成分速度がＶｍである。したがって、
うず室２内からステーベーン流路４内に水流が流入する
場合、上記の水０力学の基本定義から、周万向における
相対速度差は（Ｖｕ−Ｖｓ）となりまた半径方向におけ
る相対速度差は（Ｖｍ−０）となるから、ステーべ−ン
流路４の外周方向における衝突損失に関与する水流速度
Ｖ，は、次式により表わされる。タ Ｖ．２：Ｖｍ
２十（Ｖｕ−Ｖｓ）２．．．．．．．．．■したがって
ト衝突損失水頭△日，は、△日・：ｋ・裏Ｖ・２ヱｋ・
菱｛Ｖ憎 ＋（Ｖｕ−Ｖｓ）２｝・……．．■ ０ （たゞし、ｋ，は衝突損失係数）となる。
上記ＶｕとＶｍとの関係は、第４図から明らかなように
、法則い・・・…・■ また、上記ＶｓとＶｍとの関係は、上記■式および■式
からＶｓ ２ＲＯＢ 市‐民Ｆ：ｎ…………■ ここに Ｑ：ステーベーン流路への水流の流入角度ｎ：ステ−べ
ーンの外周円周面積２ｍＲｏＢとうず室の設計流路断面
の全円相当面積ふとの面積比 一方水力学では、一定区間の閉水路を水流が流れる場合
区間の平均流速をＶとすれば、その区間の摩擦損失水頭
は平均流速Ｖの速度水頭毒に摩擦損失係数を乗じた値と
して与えられる。
、法則い・・・…・■ また、上記ＶｓとＶｍとの関係は、上記■式および■式
からＶｓ ２ＲＯＢ 市‐民Ｆ：ｎ…………■ ここに Ｑ：ステーベーン流路への水流の流入角度ｎ：ステ−べ
ーンの外周円周面積２ｍＲｏＢとうず室の設計流路断面
の全円相当面積ふとの面積比 一方水力学では、一定区間の閉水路を水流が流れる場合
区間の平均流速をＶとすれば、その区間の摩擦損失水頭
は平均流速Ｖの速度水頭毒に摩擦損失係数を乗じた値と
して与えられる。
よって水流がうず巻ケーシング１内を巻き始めから巻き
終りまでの間水流速度Ｖｓで流動する場合、発生する摩
擦損失水鏡△日２は、次式により表わされる。△Ｑ：ｋ
２袋・小・■ ただし、ｋ２：摩擦損失係数 ｇ；重力加速度 上記■式および■式に上記■および■式の関係を代入す
ると、△日・＝｛１十（ＣＯＳＱ−ｎ）２｝ｋ・裏Ｖｍ
２……■′△日２＝ｎ＆２菱Ｖｍ２‐……‐‐■′ このように、ステーべ−ン流路の外周近傍の衝突損失水
頭△日，は、式＠′より面積比ｎがｃｏｔぱに等しいと
きに最小限となるｎｌこ関する２次式からなっているか
らうず巻ケーシングの流路断面の半径Ｒｓを大きくとれ
ば衝突損失水頭△日，は増大することがわかる。
終りまでの間水流速度Ｖｓで流動する場合、発生する摩
擦損失水鏡△日２は、次式により表わされる。△Ｑ：ｋ
２袋・小・■ ただし、ｋ２：摩擦損失係数 ｇ；重力加速度 上記■式および■式に上記■および■式の関係を代入す
ると、△日・＝｛１十（ＣＯＳＱ−ｎ）２｝ｋ・裏Ｖｍ
２……■′△日２＝ｎ＆２菱Ｖｍ２‐……‐‐■′ このように、ステーべ−ン流路の外周近傍の衝突損失水
頭△日，は、式＠′より面積比ｎがｃｏｔぱに等しいと
きに最小限となるｎｌこ関する２次式からなっているか
らうず巻ケーシングの流路断面の半径Ｒｓを大きくとれ
ば衝突損失水頭△日，は増大することがわかる。
第５図は、面積比ｎ、衝突損失水頭△日，「摩擦損失水
頭△比、および水力損失水頭△日との相関関係を示した
ものでありトこの図から、面積比ｎを極めて小さくして
うず室２内の摩擦損失水頭△日２を減少させても、ステ
ーべ−ン流路の外周部の衝突損失水頭△日，が増大する
ので、両方の和からなる水力損失水頭△日は軽減されず
水力機械の性能が低下することがわかる。
頭△比、および水力損失水頭△日との相関関係を示した
ものでありトこの図から、面積比ｎを極めて小さくして
うず室２内の摩擦損失水頭△日２を減少させても、ステ
ーべ−ン流路の外周部の衝突損失水頭△日，が増大する
ので、両方の和からなる水力損失水頭△日は軽減されず
水力機械の性能が低下することがわかる。
したがって、第５図において、面積比ｎが〜の条件の下
に水車ケーシングを形成すれば「流路形状の小形化をは
かって水力機械の性能を向上できることがわかる。上述
したように、ステ−べ−ンの外周円周面積２ｍＲｏＢと
うず巻ケーシングの設計流路断面の全円相当面積Ａｓと
の面積比ｎは水力損失水鏡△日に対して大きな影響を及
ぼすことが明らかである。
に水車ケーシングを形成すれば「流路形状の小形化をは
かって水力機械の性能を向上できることがわかる。上述
したように、ステ−べ−ンの外周円周面積２ｍＲｏＢと
うず巻ケーシングの設計流路断面の全円相当面積Ａｓと
の面積比ｎは水力損失水鏡△日に対して大きな影響を及
ぼすことが明らかである。
一方「水車ケーシングを小形化するうえからはうず巻ケ
ーシング１のうず室２の流路断面の水車主軸の軸Ｄから
の距離とステーべ−ン３の外周までの距離との関係が適
性である必要がある。
ーシング１のうず室２の流路断面の水車主軸の軸Ｄから
の距離とステーべ−ン３の外周までの距離との関係が適
性である必要がある。
すなわち、第２図について言えば、ステ−べーンの外周
までの半径Ｒｏに対しうず巻ケーシングーの設計流路断
面の半径Ｒｓの中心までの半径Ｒをできる限り接近させ
た相対位置関係のもとに水車ケーシングを形成すること
が小形化をはかる上からは望ましいわけである。しかし
ながら、この相対位贋関係が接近しすぎた場合には、巻
き始めから巻き終りへ流動する水流がステーべ−ン外周
部の影響により騒乱される度合が強くなり、局部的に２
次流れが発生するとともに流路断面の大きさを減ずるこ
とにもなるので水流速度Ｖｓが大きくなって摩擦損失の
増大をまねき易し、など水力的な障害をともなってくる
。第６図は、．（＝主毒三）と、この１を変えた０各実
験点の最高効率値をｉ＝０．９５の実験点の最高効率値
との相対差で表した最高効率の相対差△８（％）との関
係を示したものである。
までの半径Ｒｏに対しうず巻ケーシングーの設計流路断
面の半径Ｒｓの中心までの半径Ｒをできる限り接近させ
た相対位置関係のもとに水車ケーシングを形成すること
が小形化をはかる上からは望ましいわけである。しかし
ながら、この相対位贋関係が接近しすぎた場合には、巻
き始めから巻き終りへ流動する水流がステーべ−ン外周
部の影響により騒乱される度合が強くなり、局部的に２
次流れが発生するとともに流路断面の大きさを減ずるこ
とにもなるので水流速度Ｖｓが大きくなって摩擦損失の
増大をまねき易し、など水力的な障害をともなってくる
。第６図は、．（＝主毒三）と、この１を変えた０各実
験点の最高効率値をｉ＝０．９５の実験点の最高効率値
との相対差で表した最高効率の相対差△８（％）との関
係を示したものである。
この実験結果から、上記の問題となる相対的位置関係に
ついては・くｂ三言ミ）が。‐７５以上とあれば水力的
に問題ないと言える。このような函馬点から、フランシ
ス形ポンプ水車を対象として、翼こ羊毒らがｏ‐７５以
上という条件の下に、ステ−べ−ンの外周の全円周面積
２ｍＲｏＢと上記設計流路断面の全円相当面積ＭＲｓ２
との面積比ｈ：要撃と〜このｎを変えた各実験点の最高
効率値をｎが１．９以下である従来の水車ケーシングの
最高効率値との相対差で表わした最高効率の相対差△Ｅ
（％）との関係を図示すると第７図に示したとおりとな
る。
ついては・くｂ三言ミ）が。‐７５以上とあれば水力的
に問題ないと言える。このような函馬点から、フランシ
ス形ポンプ水車を対象として、翼こ羊毒らがｏ‐７５以
上という条件の下に、ステ−べ−ンの外周の全円周面積
２ｍＲｏＢと上記設計流路断面の全円相当面積ＭＲｓ２
との面積比ｈ：要撃と〜このｎを変えた各実験点の最高
効率値をｎが１．９以下である従来の水車ケーシングの
最高効率値との相対差で表わした最高効率の相対差△Ｅ
（％）との関係を図示すると第７図に示したとおりとな
る。
同図中■はｎが１．９以下である従来の水車ケーシング
と比較して水力性能の向上が認められる適性なｎの範囲
を示したものである。この最高効率の相対差△Ｅの変化
量は「第５図に示す水力損失水頭△日の変化量と対応し
ており、上記適性なｎの範囲で水力損失水頭△日は軽減
される。第８図は〜フランシス形水車を対象として上記
】が０．７５以上の同機な条件のもとに、上誌面糟比ｎ
と、このｎを変えた各実験点の最高効率値をｎが１．５
以下である従来の水車ケーシングの最高効率値との相対
差で表わした最高効率の相対差△Ｅ（％）との関係を示
したものであって、この結果、フランシス形水車につい
てはｎが１．５から２．１までの範囲は水力性能の向上
が認められ、流路の相対形状関係が適性であることがわ
かる。
と比較して水力性能の向上が認められる適性なｎの範囲
を示したものである。この最高効率の相対差△Ｅの変化
量は「第５図に示す水力損失水頭△日の変化量と対応し
ており、上記適性なｎの範囲で水力損失水頭△日は軽減
される。第８図は〜フランシス形水車を対象として上記
】が０．７５以上の同機な条件のもとに、上誌面糟比ｎ
と、このｎを変えた各実験点の最高効率値をｎが１．５
以下である従来の水車ケーシングの最高効率値との相対
差で表わした最高効率の相対差△Ｅ（％）との関係を示
したものであって、この結果、フランシス形水車につい
てはｎが１．５から２．１までの範囲は水力性能の向上
が認められ、流路の相対形状関係が適性であることがわ
かる。
上述したところから明らかなように「寸法比１が０．７
５以上という条件の下に実験した結果、フランシス形ポ
ンプ水車については面積比ｎを１．９から２．５までの
範囲に選択しＬ フランシス形水車あるいはプロペラ水
車については面積比ｎを１．５から２．１までの範囲内
に定めて水車ケーシングを構成することが有効であるこ
とがわかる。
５以上という条件の下に実験した結果、フランシス形ポ
ンプ水車については面積比ｎを１．９から２．５までの
範囲に選択しＬ フランシス形水車あるいはプロペラ水
車については面積比ｎを１．５から２．１までの範囲内
に定めて水車ケーシングを構成することが有効であるこ
とがわかる。
次に第９図および第１０図を参照してステーベーン角度
の面から水車ケーシングを小形化する手段について説明
する。
の面から水車ケーシングを小形化する手段について説明
する。
第９図において、ステーベーン３の外周半径をＲｏとし
た場合、ステーベーン３の外周から半径０．駅ｏの半径
位置までの範囲にあるステ‐べ‐ン３の外周近傍部での
平均的翼断面中心接線が円周方向接線となすステーベー
ン角度ｏｏを大きく設定してステーべ−ン３を全体的に
たてることによりステーベーン３の全長を短かくすれば
水車ケーシングを小形化することができる。
た場合、ステーベーン３の外周から半径０．駅ｏの半径
位置までの範囲にあるステ‐べ‐ン３の外周近傍部での
平均的翼断面中心接線が円周方向接線となすステーベー
ン角度ｏｏを大きく設定してステーべ−ン３を全体的に
たてることによりステーベーン３の全長を短かくすれば
水車ケーシングを小形化することができる。
しかしながら、このようにすると、水流の流入速度Ｖの
うち、周万向成分速度Ｖｕがうず巻ケーシング１のうず
室２内の水流速度Ｖ３に対して小さく、第１０図におい
て実線で示すようになる。第１０図から明らかなように
、水流の流入角ＱをＱ′に抑制して小さくすることによ
り衝突損失成分速度をＶ，からＶ，′に減少させること
ができ、これにより上記■式に示す衝突損失水頭△日，
を軽減して水力性能を向上できる。第９図において、ス
テーベーン３の外周から半径０．駅ｏの半径位置までの
範囲にあるステーベーン３の外周近傍部の外側翼面上お
よび内側翼面上における各平均的嬢平面が円周方向接線
となす角度Ｑ２，Ｑ，とすれば、Ｑ２がＱ，よりも相対
的に小さくなるようにステーベーン３の外周近傍の翼形
状を非対称に形成すれば良い。
うち、周万向成分速度Ｖｕがうず巻ケーシング１のうず
室２内の水流速度Ｖ３に対して小さく、第１０図におい
て実線で示すようになる。第１０図から明らかなように
、水流の流入角ＱをＱ′に抑制して小さくすることによ
り衝突損失成分速度をＶ，からＶ，′に減少させること
ができ、これにより上記■式に示す衝突損失水頭△日，
を軽減して水力性能を向上できる。第９図において、ス
テーベーン３の外周から半径０．駅ｏの半径位置までの
範囲にあるステーベーン３の外周近傍部の外側翼面上お
よび内側翼面上における各平均的嬢平面が円周方向接線
となす角度Ｑ２，Ｑ，とすれば、Ｑ２がＱ，よりも相対
的に小さくなるようにステーベーン３の外周近傍の翼形
状を非対称に形成すれば良い。
この結果、スプーベーン角度をＱｏからＱｏ′に４・さ
くすることができる。以上の説明から明らかなように、
本発明によれば、水車主軸の鞠心からステーべ−ンの外
周までの半径Ｒｏとうず室の設計流路断面の中心までの
距離Ｒとの位置関係およびステーベーンの外周の全円周
面積と設計流路断面の全円相当面積との面積比を適正な
範囲に限定することにより、水車ケーシング内を流れる
水流の水力損失を総体的に減少させることができ、さら
に、水車ケーシングを小形化することができる。
くすることができる。以上の説明から明らかなように、
本発明によれば、水車主軸の鞠心からステーべ−ンの外
周までの半径Ｒｏとうず室の設計流路断面の中心までの
距離Ｒとの位置関係およびステーベーンの外周の全円周
面積と設計流路断面の全円相当面積との面積比を適正な
範囲に限定することにより、水車ケーシング内を流れる
水流の水力損失を総体的に減少させることができ、さら
に、水車ケーシングを小形化することができる。
ちなみに、従来の平行ステーべ−ン流路の水車ケーシン
グ（面積比ｎ＜ｉ．９）に対し本願発明によるもの（面
積比ｎ＝１．９〜２．５の範囲）によれば１％程度の水
車効率の向上が確実である。
グ（面積比ｎ＜ｉ．９）に対し本願発明によるもの（面
積比ｎ＝１．９〜２．５の範囲）によれば１％程度の水
車効率の向上が確実である。
また、０水車ケーシングを小形比することについて言え
ば、従来の平行ステーベーン流路の水車ケーシングは面
積比でｎ＜１．９の範囲にあるのに対し、本願発明によ
る水車ケーシングは水車効率をもっとも向上できる面積
比がｎ≠２．２であるので、従来夕のものに対して寸法
比で７％程度の４・形比をはかることができ、その結果
、従来のものに対して製造コスト比で２０％の低減が可
能となる。
ば、従来の平行ステーベーン流路の水車ケーシングは面
積比でｎ＜１．９の範囲にあるのに対し、本願発明によ
る水車ケーシングは水車効率をもっとも向上できる面積
比がｎ≠２．２であるので、従来夕のものに対して寸法
比で７％程度の４・形比をはかることができ、その結果
、従来のものに対して製造コスト比で２０％の低減が可
能となる。
第１図は本発明による水車ケーシングの流路断０面を示
す平断面図、第２図は同水車ケーシングを備えたフラン
シス形水車を示す縦断面図、第３図はステーベーン流路
に流入する水流の速度ベクトルを示す線図、第４図は同
ベクトル線図、第５図はステーベーンの外周円周面積と
うず室の設計流タ路断面の全円相当面積との面積比ｎと
、衝突損失水頭△日，、摩擦損失水頭△日２、水力損失
△日との関係を示す特性線図、第６図は・（＝三毒三）
と相対差△８（％）との関係を示す特性線図、０第７図
および第８図は上記面積比ｎと相対差△Ｅ（％）との関
係を示す特性線図、第９図はステーベーンの外周近傍部
を示す横断面図、第１０図はステーベーン流路に流入す
る水流の速度ベクトル線図である。 夕 １・・・・・・うず巻ケーシング、２・…・〇うず
室、３・・・．・・ステーベーン、４・・・・・・ステ
ーベーン流路、５・・・・・・ガイドベーン、６・・…
・ガイドベーン流路、１０・・・・・・環状主板、１２
・・…・対向面。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図
す平断面図、第２図は同水車ケーシングを備えたフラン
シス形水車を示す縦断面図、第３図はステーベーン流路
に流入する水流の速度ベクトルを示す線図、第４図は同
ベクトル線図、第５図はステーベーンの外周円周面積と
うず室の設計流タ路断面の全円相当面積との面積比ｎと
、衝突損失水頭△日，、摩擦損失水頭△日２、水力損失
△日との関係を示す特性線図、第６図は・（＝三毒三）
と相対差△８（％）との関係を示す特性線図、０第７図
および第８図は上記面積比ｎと相対差△Ｅ（％）との関
係を示す特性線図、第９図はステーベーンの外周近傍部
を示す横断面図、第１０図はステーベーン流路に流入す
る水流の速度ベクトル線図である。 夕 １・・・・・・うず巻ケーシング、２・…・〇うず
室、３・・・．・・ステーベーン、４・・・・・・ステ
ーベーン流路、５・・・・・・ガイドベーン、６・・…
・ガイドベーン流路、１０・・・・・・環状主板、１２
・・…・対向面。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 相互の間にステーベーン流路を形成する複数個のス
テーベーンを相対向する２枚の環状主板の間に挾持して
なるスピードリングと、このスピードリングの外側に配
置されたうず巻ケーシングとからなるものにおいて、水
車主軸の軸心を含み、上記うず巻ケーシングの入口管の
軸線と直交する平面上に位置するうず巻ケーシングの流
路断面の半径をＲｓ、水車主軸の軸心から上記流路断面
の中心までの距離をＲ、ステーベーンの外周半径をＲ＿
０、ステーベーンの流路の上下方向の幅をＢ、上記ステ
ーベーンの外周の全円周面積２πＲ＿０Ｂと上記流路断
面の全円相当面積πＲｓ＾２との面積比（２Ｒ＿０Ｂ）
／（Ｒｓ＾２）をｎ、上記Ｒ−Ｒ＿０とＲｓの寸法比（
Ｒ−Ｒ＿０）／（Ｒｓ）をｌとしたとき、ｌが０．７５
以上であって、かつｎが１．９から２．５までの範囲内
にあるように上記ステーベーン流路とうず室とを形成す
るようにし、フランシス形ポンプ水車に使用されるよう
にしたことを特徴とする水車ケーシング。 ２ 相互の間にステーベーン流路を形成する複数個のス
テーベーンを相対向する２枚の環状主板の間に挾持して
なるスピードリングと、このスピードリングの外側に配
置されたうず巻ケーシングとからなるものにおいて、水
車主軸の軸心を含み、上記うず巻ケーシングの入口管の
軸線と直交する平面上に位置するうず巻ケーシングの流
路断面の半径をＲｓ、水車主軸の軸心から上記流路断面
の中心までの距離をＲ、ステーベーンの外周半径をＲ＿
０、ステーベーンの流路の上下方向の幅をＢ、上記ステ
ーベーンの外周の全円周面積２πＲ＿０Ｂと上記流路断
面の全円相当面積πＲｓ＾２との面積比（２Ｒ＿０Ｂ）
／（Ｒｓ＾２）をｎ、上記Ｒ−Ｒ＿０とＲｓとの寸法比
（Ｒ−Ｒ＿０）／（Ｒｓ）をｌとしたとき、ｌが０．７
５以上であって、かつｎが１．５から２．１までの範囲
にあるように上記ステーベーン流路とうず室とを形成す
るようにし、フランシス形水車またはプロペラ形水車に
使用されるようにしたことを特徴とする水車ケーシング
。 ３ 相互の間にステーベーン流路を形成する複数個のス
テーベーンを相対向する２枚の環状主板の間に挾持して
なるスピードリングと、このスピードリングの外側に配
置されたうず巻ケーシングとからなるものにおいて、水
車主軸の軸心を含み、上記うず巻ケーシングの入口管の
軸線と直交する平面上に位置するうず巻ケーシングの流
路断面の半径をＲｓ、水車主軸の軸心から上記流路断面
の中心までの距離をＲ、ステーベーンの外周半径をＲ＿
０、ステーベーンの流路の上下方向の幅をＢ、上記ステ
ーベーンの外周の全円周面積２πＲ＿０Ｂと上記流路断
面の全円相当面積πＲｓ＾２との面積比（２Ｒ＿０Ｂ）
／（Ｒｓ＾２）をｎ、上記Ｒ−Ｒ＿０とＲｓとの寸法比
（Ｒ−Ｒ＿０）／（Ｒｓ）をｌとしたとき、ｌが０．７
５以上であって、かつｎが１．９から２．５までの範囲
内にあるように上記ステーベーン流路とうず室とを形成
するようにし、一方上記ステーベーンの外周から少なく
とも０．９Ｒ＿０の半径位置までの範囲に位置するステ
ーベーン外周近傍部の外側翼面上および内側翼面上にお
ける各平均的接平面が円周方向接線となす角度をα＿２
，α＿１とした場合、α＿２がα＿１よりも相対的に小
さくなるように翼形状を非対称に形成したことを特徴と
する水車ケーシング。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52126060A JPS605788B2 (ja) | 1977-10-20 | 1977-10-20 | 水車ケーシング |
| US05/949,094 US4218182A (en) | 1977-10-20 | 1978-10-06 | Casings of hydraulic machines |
| DE2844530A DE2844530C2 (de) | 1977-10-20 | 1978-10-12 | Francis- oder Propellerturbine |
| CH1069078A CH632561A5 (de) | 1977-10-20 | 1978-10-16 | Spiralgehaeuse einer hydraulischen maschine. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52126060A JPS605788B2 (ja) | 1977-10-20 | 1977-10-20 | 水車ケーシング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5459539A JPS5459539A (en) | 1979-05-14 |
| JPS605788B2 true JPS605788B2 (ja) | 1985-02-14 |
Family
ID=14925627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52126060A Expired JPS605788B2 (ja) | 1977-10-20 | 1977-10-20 | 水車ケーシング |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4218182A (ja) |
| JP (1) | JPS605788B2 (ja) |
| CH (1) | CH632561A5 (ja) |
| DE (1) | DE2844530C2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3302186A1 (de) * | 1983-01-24 | 1984-07-26 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Abgasturbolader fuer brennkraftmaschinen |
| DE3428473C1 (de) * | 1984-08-02 | 1985-12-19 | J.M. Voith Gmbh, 7920 Heidenheim | Strömungsmaschine, wie Wasserturbine, Pumpe oder Pumpenturbine, mit einem Spiralgehäuse |
| US4850795A (en) * | 1988-02-08 | 1989-07-25 | Dresser-Rand Company | Diffuser having ribbed vanes followed by full vanes |
| US4877373A (en) * | 1988-02-08 | 1989-10-31 | Dresser-Rand Company | Vaned diffuser with small straightening vanes |
| US4824325A (en) * | 1988-02-08 | 1989-04-25 | Dresser-Rand Company | Diffuser having split tandem low solidity vanes |
| US4902200A (en) * | 1988-04-25 | 1990-02-20 | Dresser-Rand Company | Variable diffuser wall with ribbed vanes |
| US4932835A (en) * | 1989-04-04 | 1990-06-12 | Dresser-Rand Company | Variable vane height diffuser |
| JP4786235B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2011-10-05 | 株式会社東芝 | ステーリング改造方法および水車改造方法 |
| CN100457381C (zh) * | 2006-09-29 | 2009-02-04 | 四川东风电机厂有限公司 | 椭圆蜗壳的大小圆展开及成形方法 |
| DE102008039086A1 (de) * | 2008-08-21 | 2010-02-25 | Daimler Ag | Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs |
| JP2014047775A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Hitachi Ltd | ディフューザ、そのディフューザが備わる遠心圧縮機および送風機 |
| KR20170120202A (ko) * | 2013-01-23 | 2017-10-30 | 컨셉츠 이티아이 인코포레이티드 | 터보머신들의 인접한 블레이드 요소들의 흐름장들의 결합을 가하는 구조들 및 방법들, 그리고 그들을 포함하는 터보머신들 |
| JP6866019B2 (ja) | 2014-06-24 | 2021-04-28 | コンセプツ エヌアールイーシー，エルエルシー | ターボ機械の流動制御構造及びその設計方法 |
| EP3276157A1 (en) * | 2016-07-25 | 2018-01-31 | GE Renewable Technologies | Hydraulic turbine |
| US10934992B2 (en) * | 2019-02-18 | 2021-03-02 | Toto Ltd. | Hydraulic generator, spouting apparatus, and method for manufacturing hydraulic generator |
| WO2022032296A1 (en) | 2020-08-07 | 2022-02-10 | Concepts Nrec, Llc | Flow control structures for enhanced performance and turbomachines incorporating the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50119140A (ja) * | 1974-03-06 | 1975-09-18 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR485420A (fr) * | 1916-06-02 | 1918-01-09 | Edmond Fulpius | Bache fermée en béton armé pour turbines francis |
| US1483995A (en) * | 1922-04-24 | 1924-02-19 | Taylor Harvey Birchard | Composite spiral casing |
| US2944786A (en) * | 1953-10-15 | 1960-07-12 | Thompson Ramo Wooldridge Inc | Super and subsonic vaneless nozzle |
| DE1258360B (de) * | 1962-09-15 | 1968-01-04 | Voith Gmbh J M | Spiralgehaeuse fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere Turbinen, Pumpen oder Pumpenturbinen |
| US3186685A (en) * | 1963-09-18 | 1965-06-01 | Dominion Eng Works Ltd | Method for construction of hydraulic turbine spiral cases |
-
1977
- 1977-10-20 JP JP52126060A patent/JPS605788B2/ja not_active Expired
-
1978
- 1978-10-06 US US05/949,094 patent/US4218182A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-10-12 DE DE2844530A patent/DE2844530C2/de not_active Expired
- 1978-10-16 CH CH1069078A patent/CH632561A5/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50119140A (ja) * | 1974-03-06 | 1975-09-18 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH632561A5 (de) | 1982-10-15 |
| DE2844530C2 (de) | 1985-11-14 |
| DE2844530A1 (de) | 1979-04-26 |
| JPS5459539A (en) | 1979-05-14 |
| US4218182A (en) | 1980-08-19 |
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