(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンド側の入口角度を１７．５〜２２．５degとし、クラウン側の入口角度を２２．５〜２７．５degとして、クラウン側の入口角度をバンド側の入口角度に比べて大きな角度にし、その間は滑らかに連続的な角度にしたランナベーンを備えたことを特徴とするポンプ水車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水力発電などに適用されるポンプ水車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は水力発電などに使用されている従来のポンプ水車の説明図である。図において、従来のポンプ水車におけるランナベーンはキャンバ中央線５で示される入口角度β1 がランナ入口８のクラウン６からバンド７まで一定の角度で形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のポンプ水車においては入口角度β1 がランナ入口８のクラウン６からバンド７まで一定の角度で形成されており、このような入口角度β1 の分布ではランナ円板における摩擦損失とランナ入口に発生するキャビテーションとの相反する両方の影響を受ける。即ち、ランナ円板における摩擦損失はランナ入口径Ｄ1 が大きくなると増大してポンプ水車の効率低下を引き起こす。また、ポンプ水車における水車流れではランナベーン４への流入角度β2 は入口角度β1 に比べて相対的に接線方向からみて小さな角度である。この流入角度β2 は低出力の開度になればなるほど小さくなるが、或る角度βC よりも小さくなるとランナ入口８の圧力面９側のバンド７側に流れの剥離によるキャビテーションが発生する。また、入口角度β1 と流入角度β2 との差によるランナ入口８における衝突による圧力損失も大きくなる。この角度βC は差Δβ＝β1 −β2 によりほぼ決まるので、入口角度β1 を小さくすることにより一層の低出力までキャビテーションを発生することなく運用することができる。また、ランナ入口８における衝突による圧力損失も小さくなる。例えば同図（ｃ）において、入口角度β1 ＝２０deg の場合とβ1 ＝２５deg の場合とを比べると、ポンプ揚程の確保のためには前者の方がランナ入口径Ｄ1 を大きくする必要があるが、そのためにランナ円板における摩擦損失が増大してポンプ水車の効率が低下する。即ち、後者の方がランナ円板における摩擦損失は小さくなる。これに対し、ランナ入口８に発生するキャビテーションを比較するとランナベーン４への流入角度β2 が同じであれば差Δβの小さい前者の方が後者よりも一層の低出力の開度までキャビテーションの発生がなく運用が可能である。一般に、ポンプ水車においてはキャビテーションが発生しない範囲で運転される。また、ランナ入口８における衝突による圧力損失も同様である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポンプ水車は上記課題の解決を目的にしており、バンド側の入口角度を１７．５〜２２．５degとし、クラウン側の入口角度を２２．５〜２７．５degとして、クラウン側の入口角度をバンド側の入口角度に比べて大きな角度にし、その間は滑らかに連続的な角度にしたランナベーンを備えた構成を特徴とする。
【０００５】
【作用】
即ち、本発明に係るポンプ水車においては、バンド側の入口角度を１７．５〜２２．５degとし、クラウン側の入口角度を２２．５〜２７．５degとして、ランナベーンのクラウン側の入口角度がバンド側の入口角度よりも大きくなっており、その間は滑らかに連続的な角度にしたので、このようにランナベーンのクラウン側の入口角度をバンド側の入口角度よりも大きく設定することによりポンプ水車の仕様を満足した上でランナ入口径を小さくすることができるとともに、キャビテーション初生が起きるランナベーンのバンド側の入口角度も小さくすることができる。
【０００６】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るポンプ水車の説明図である。図において、本実施例に係るポンプ水車は水力発電などに使用されるもので、ランナ入口８における入口角度β1 をクラウン６側からバンド７側まで同図（ａ）に示すように分布させている。即ち、バンド７側の入口角度を１７．５〜２２．５deg とし、クラウン６側の入口角度を２２．５〜２７．５deg としてクラウン６側の入口角度をバンド７側の入口角度に比べて大きな角度にし、その間は滑らかに連続的な角度にしている。このようにして従来のポンプ水車に存在するランナ円板における摩擦損失とランナ入口におけるキャビテーションにより生ずるランナ入口における衝突による圧力損失との相反する形状パラメータのとり方を解消してランナ円板における摩擦損失を小さくするとともに、ランナ入口におけるキャビテーション性能も良好で、ランナ入口における衝突による圧力損失が小さくなることなどによりポンプ水車の効率を高く、かつ低出力の開度までの運用を可能にしている。
【０００７】
同図（ｂ）はクラウン６側の入口角度を２５deg とし、バンド７側の入口角度２０deg とし、その間は滑らかに連続的な角度にした場合における本ポンプ水車と、入口角度がクラウン側からバンド側まで一定の角度で形成されている従来のポンプ水車とのランナ入口におけるキャビテーション性能の実験結果を表わしており、図に示すように点線で示す従来のポンプ水車に比べて実線で示す本ポンプ水車では低出力化が図られている。また、ランナ円板における摩擦損失、ランナ入口における衝突による圧力損失などの低減によりポンプ水車の効率向上も図られている。
【０００８】
従来のポンプ水車においては入口角度がランナ入口のクラウンからバンドまで一定の角度で形成されており、このような入口角度の分布ではランナ円板における摩擦損失とランナ入口に発生するキャビテーションとの相反する両方の影響を受けるが、本ポンプ水車においてはランナベーンにおけるバンド７側の入口角度を１７．５〜２２．５deg とし、クラウン６側の入口角度を２２．５〜２７．５deg としてクラウン６側の入口角度をバンド７側の入口角度に比べて大きな角度にしており、ランナベーンにおける入口角度β1 をこのような角度にすることにより、ポンプ水車の仕様を満足した上でランナ入口径Ｄ1 を小さくすることができるとともに、キャビテーション初生が起きるバンド７側の入口角度β1 も小さくすることが可能で、ランナ入口径Ｄ1 を小さくすることによりランナ円板における摩擦損失の低減を図ることができ、また入口角度β1 を小さくすることによりキャビテーション初生が低出力化されてランナ入口における衝突による圧力損失の低減を図ることができ、ポンプ水車の効率が向上するとともに部分負荷による運転範囲を拡大することが可能になるなどポンプ水車の流体性能を大きく向上させ得る。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係るポンプ水車は前記のように構成されており、ランナ入口径を小さくすることができるのでランナ円板における摩擦損失の低減を図ることができ、またランナベーンのバンド側の入口角度を小さくすることができるのでキャビテーション初生の低出力化、ランナ入口における衝突による圧力損失の低減を図ることができるなどポンプ水車の性能を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施例に係るポンプ水車におけるランナベーンの入口角度の分布図、同図（ｂ）はその作用説明図である。
【図２】図２（ａ）は従来のポンプ水車におけるランナベーンの正面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）はその入口角度の分布図である。
【符号の説明】
４      ランナベーン
５      キャンバ中央線
６      クラウン
７      バンド
８      ランナ入口
９      圧力面
１０    負圧面
【図１】
0003706403.tif 000002
【図２】
0003706403.tif 000003