[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2016056787A - Runner for hydraulic machinery - Google Patents

Runner for hydraulic machinery Download PDF

Info

Publication number
JP2016056787A
JP2016056787A JP2014186196A JP2014186196A JP2016056787A JP 2016056787 A JP2016056787 A JP 2016056787A JP 2014186196 A JP2014186196 A JP 2014186196A JP 2014186196 A JP2014186196 A JP 2014186196A JP 2016056787 A JP2016056787 A JP 2016056787A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
runner
state
peripheral side
inner peripheral
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014186196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
保之 榎本
Yasuyuki Enomoto
保之 榎本
篠原 朗
Akira Shinohara
朗 篠原
忠則 塩浦
Tadanori Shioura
忠則 塩浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014186196A priority Critical patent/JP2016056787A/en
Publication of JP2016056787A publication Critical patent/JP2016056787A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a runner for hydraulic machinery, which can reduce a hydraulic pulsation while suppressing the reduction of efficiency effectively.SOLUTION: A runner 41 according to an embodiment comprises: a runner body 4M to be rotationally driven on a rotation axis O by the water flow into from the outer peripheral side at a hydraulic turbine operation time; and a cylindrical extension member 10 disposed coaxially with the rotation axis O on the rotation axis side of the runner body 4M and extending toward the downstream side of the runner body 4M. The extension member 10 is formed with a plurality of through holes 11 for causing an inner circumferential side region In and an outer circumferential side region Ex to communicate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施の形態は、水力機械のランナに関する。   Embodiments of the present invention relate to a runner of a hydraulic machine.

水力機械としての一般的なフランシス水車では、水車運転時に、水がケーシングからステーベーン及びガイドベーンを通ってランナに流れ込み、その水流によってランナが回転駆動され、主軸を介して発電機が回転駆動される。これにより、発電が行われる。なお、ランナを回転駆動した水は、吸出し管を経て放水路へと流出するようになっている。   In a typical Francis turbine as a hydraulic machine, water flows from the casing to the runner through the stay vane and the guide vane during the operation of the turbine, and the runner is rotationally driven by the water flow, and the generator is rotationally driven through the main shaft. . Thereby, power generation is performed. In addition, the water which rotationally driven the runner flows out to the water discharge channel through the suction pipe.

このようなフランシス水車において、ランナは、クラウンと、バンドと、これらクラウンとバンドとの間に設けられる複数の羽根と、を有している。ランナにおける羽根は、設計点において水流のエネルギーをランナの回転エネルギーに効率良く変換させるように角度及び形状が設計され、クラウンとバンドとの間に固定されている。基本的に、設計点においては、ランナを通過した水の流出方向が、ランナの回転軸の軸方向と一致するようになっている。   In such a Francis turbine, the runner has a crown, a band, and a plurality of blades provided between the crown and the band. The vanes in the runner are designed with an angle and a shape so as to efficiently convert water flow energy into runner rotational energy at the design point, and are fixed between the crown and the band. Basically, at the design point, the outflow direction of the water passing through the runner coincides with the axial direction of the rotation axis of the runner.

しかし、ランナでは羽根が固定されていることで、水流が設計点から外れる場合に、水流のエネルギーをランナの回転エネルギーへと変換する効率が、設計点での効率に比較して低下してしまうことがある。この場合、ランナの下流に旋回流れが生じることがある。特に、小流量の部分負荷運転時には、旋回流れに起因して、ランナの下流に位置する吸出し管内において渦(ホワール)が発生し易い。このような渦の中心部(渦芯)は、圧力が周囲の流れに比較して著しく低いことで、空気で満たされた空洞が発生する。   However, because the vanes are fixed in the runner, when the water flow deviates from the design point, the efficiency of converting the water flow energy into the runner rotational energy is lower than the design point efficiency. Sometimes. In this case, a swirl flow may occur downstream of the runner. In particular, during partial load operation at a small flow rate, vortices (foils) are likely to occur in the suction pipe located downstream of the runner due to the swirling flow. The central part (vortex core) of such a vortex has a significantly lower pressure than the surrounding flow, and a cavity filled with air is generated.

また、部分負荷運転時には、このような渦の渦芯が螺旋状となって、渦が吸出し管内において振れ回る、換言すると、吸出し管の中心周りを公転する場合がある。この場合に、当該渦が、強い水圧脈動を発生させて、吸出し管の壁部を激しく叩いたり、振れ回る際の周波数によって水力発電所を構成している他の要素を共振させてしまったりすることがある。これにより、水力発電所内の振動及び騒音が発生し、その結果、安定した運転に影響を及ぼすことがある。特に、低落差で大流量の高比速度機においては、上述のような渦による振動及び騒音が大きくなり易い。そのため、フランシス水車の分野では、水圧脈動を低減するための種々の技術が提案されている。   Further, at the time of partial load operation, the vortex core of such a vortex becomes spiral, and the vortex swings around in the suction pipe, in other words, revolves around the center of the suction pipe. In this case, the vortex generates strong water pressure pulsation, and the wall of the suction pipe is struck violently, or other elements that make up the hydroelectric power station are caused to resonate depending on the frequency at which it swings. Sometimes. As a result, vibration and noise in the hydroelectric power plant are generated, and as a result, stable operation may be affected. In particular, in a high specific speed machine with a low head and a large flow rate, vibration and noise due to the vortex as described above tend to be large. Therefore, in the field of Francis turbines, various techniques for reducing hydraulic pulsation have been proposed.

例えば、吸出し管の内周面にフィンを設けて旋回流れの抑制を図る技術や、吸出し管の内周面に給気装置を設け、給気装置から渦に向けて給気を行うことで、当該渦の安定化(振れ回りの抑制)を図る技術が知られている。また、渦の安定化のために、ランナに連結された主軸から給気を行う技術も知られている。   For example, by providing fins on the inner peripheral surface of the suction pipe to suppress the swirling flow, or by providing an air supply device on the inner peripheral surface of the suction pipe and supplying air from the air supply device toward the vortex, A technique for stabilizing the vortex (suppressing swinging) is known. A technique for supplying air from a main shaft connected to a runner is also known for stabilizing the vortex.

吸出し管の内周面にフィンを設ける技術の中には、フィンの下流において発生する後流が吸出し管の屈曲部分の内周側の壁面に衝突して損傷を与えることを抑制するために、フィンを周方向の一方向に傾斜させる技術等もある。   In the technology of providing fins on the inner peripheral surface of the suction pipe, in order to prevent the wake generated downstream of the fins from colliding with the wall surface on the inner peripheral side of the bent portion of the suction pipe and damaging it, There is also a technique for inclining the fin in one circumferential direction.

また、吸出し管の内周面に給気装置を設ける技術の中には、簡易的な構造のものとしては、吸出し管の径方向に貫通するように給気管を設ける装置や、吸出し管の内周面に、断面が半円形の環状体の囲い体が設けられ、この囲い体の吸出し管中央側に給気孔が形成される装置等もある。   In addition, among the technologies for providing an air supply device on the inner peripheral surface of the suction pipe, as a simple structure, an apparatus for providing an air supply pipe so as to penetrate in the radial direction of the suction pipe, There is also an apparatus in which an annular enclosure having a semicircular cross section is provided on the peripheral surface, and an air supply hole is formed on the center side of the suction pipe of the enclosure.

特開平2−140466号公報JP-A-2-140466 特開平11−153081号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-153081

しかしながら、上述した吸出し管の内周面に設けられるフィンや給気装置は、吸出し管の内周面から中心側に突出する構造である。このため、吸出し管内において、フィンあるいは給気装置の近傍を旋回する水流が通過する際に、水流の剥離損失が生じ得る。これにより、効率が低下してしまう問題がある。   However, the fin and the air supply device provided on the inner peripheral surface of the suction pipe described above have a structure that protrudes toward the center from the inner peripheral surface of the suction pipe. For this reason, when the water flow swirling in the vicinity of the fins or the air supply device passes through the suction pipe, a separation loss of the water flow may occur. Thereby, there exists a problem which efficiency will fall.

本発明はこのような点に鑑み、効率の低下を効果的に抑制しつつ、水圧脈動を低減することができる水力機械のランナを提供することを目的とする。   In view of these points, an object of the present invention is to provide a hydraulic machine runner capable of reducing hydraulic pulsation while effectively suppressing a decrease in efficiency.

実施の形態による水力機械のランナは、水車運転時に外周側から流入する水流によって回転軸周りに回転駆動されるランナ本体と、前記ランナ本体の回転軸側に前記回転軸と同軸状に設けられ、前記ランナ本体の下流側に向けて延びる筒状のエクステンション部材と、を備えている。前記エクステンション部材には、その内周側領域と外周側領域とを連通する複数の貫通孔が形成されている。   The runner of the hydraulic machine according to the embodiment is provided with a runner body that is driven to rotate around a rotation axis by a water flow flowing from the outer periphery side during water turbine operation, and is provided coaxially with the rotation axis on the rotation axis side of the runner body, And a cylindrical extension member extending toward the downstream side of the runner body. The extension member is formed with a plurality of through holes that communicate the inner peripheral side region and the outer peripheral side region.

第1の実施の形態によるランナを備えるフランシス水車の子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of a Francis turbine provided with the runner by a 1st embodiment. 図1のフランシス水車のランナの子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of the runner of the Francis turbine of FIG. 図1のフランシス水車の吸出し管内において発生する渦の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the vortex which generate | occur | produces in the suction pipe of the Francis turbine of FIG. 一般的なフランシス水車の吸出し管内において発生する渦の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the vortex which generate | occur | produces in the suction pipe of a common Francis turbine. 図1のフランシス水車で発生する水圧脈動と、図4の一般的なフランシス水車で発生する水圧脈動とを比較した図である。It is the figure which compared the water pressure pulsation which generate | occur | produces with the Francis turbine of FIG. 1, and the water pressure pulsation which generate | occur | produces with the general Francis turbine of FIG. 第2の実施の形態によるランナの子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of the runner by 2nd Embodiment. 図6のランナに設けられた二重構造のエクステンション部材の動作の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of operation | movement of the extension member of the double structure provided in the runner of FIG. 図6のランナのエクステンション部材の内側部材の位置に応じた、エクステンション部材の内周側領域の圧力を示した図である。It is the figure which showed the pressure of the inner peripheral side area | region of an extension member according to the position of the inner member of the extension member of the runner of FIG. 図6のランナのエクステンション部材の内側部材が外側部材の貫通孔を覆った状態で給気を行った場合の水圧脈動と、図6のランナのエクステンション部材の内側部材が外側部材の貫通孔を覆わない状態で給気を行った場合の水圧脈動とを、給気量に応じて、比較した図である。The hydraulic pulsation when air is supplied with the inner member of the extension member of the runner of FIG. 6 covering the through hole of the outer member, and the inner member of the extension member of the runner of FIG. 6 covers the through hole of the outer member. It is the figure which compared the water pressure pulsation at the time of performing air supply in the state which does not exist according to the air supply amount. (A)は、第3の実施の形態によるランナの子午面断面図であり、(B)は、当該ランナに設けられた二重構造のエクステンション部材の動作の様子を示した図である。(A) is a meridional cross-sectional view of a runner according to the third embodiment, and (B) is a diagram showing an operation of a dual structure extension member provided in the runner. 第4の実施の形態によるランナの子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of the runner by 4th Embodiment. 第5の実施の形態によるランナの子午面断面図である。It is meridional sectional drawing of the runner by 5th Embodiment.

以下に、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態によるランナ41を備えるフランシス水車100の子午面断面図である。このフランシス水車100は、水車運転時に上池から水圧鉄管(いずれも図示せず)を通って水が流入する渦巻き状のケーシング1と、複数のステーベーン2と、複数のガイドベーン3と、ランナ41と、を備えている。ランナ41の外周側にガイドベーン3が配置され、ガイドベーン3の外周側にステーベーン2が配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a meridional cross-sectional view of a Francis turbine 100 including a runner 41 according to the first embodiment. The Francis turbine 100 includes a spiral casing 1 through which water flows from a water pond through a hydraulic iron pipe (not shown), a plurality of stay vanes 2, a plurality of guide vanes 3, and a runner 41. And. A guide vane 3 is disposed on the outer peripheral side of the runner 41, and a stay vane 2 is disposed on the outer peripheral side of the guide vane 3.

ランナ41は、主軸7を介して発電機8に結合されている。図1において、符号Oは、主軸7の回転中心を通る軸線を示している。以下では、軸線Oのことを、ランナ41の回転軸と呼ぶ場合があり、この回転軸Oに沿う方向を回転軸Oの軸方向と呼ぶ場合がある。   The runner 41 is coupled to the generator 8 via the main shaft 7. In FIG. 1, a symbol O indicates an axis passing through the rotation center of the main shaft 7. Hereinafter, the axis O may be referred to as the rotation axis of the runner 41, and the direction along the rotation axis O may be referred to as the axial direction of the rotation axis O.

ステーベーン2は、水車運転時にケーシング1に流入した水をガイドベーン3及びランナ41に導くためのものであり、ランナ41の周方向に所定の間隔をあけて配置され、ステーベーン2の間に水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン3は、水車運転時に流入した水をランナ41に導くためのものであり、ランナ41の周方向に所定の間隔をあけて配置され、ガイドベーン3の間には水が流れる流路が形成されている。   The stay vane 2 is for guiding the water flowing into the casing 1 during the operation of the water turbine to the guide vane 3 and the runner 41, and is arranged at a predetermined interval in the circumferential direction of the runner 41. A flowing channel is formed. The guide vane 3 is for guiding the water that flows in during the water turbine operation to the runner 41, and is arranged at a predetermined interval in the circumferential direction of the runner 41, and there is a flow path through which water flows between the guide vanes 3. Is formed.

一方、図2は、ランナ41の子午面断面図である。図2に示すように、ランナ41は、主軸7に連結されたクラウン4Cと、バンド4Bと、クラウン4Cとバンド4Bとの間に設けられた複数のランナ羽根4Aと、クラウン4Cの径方向の内側端部から下流側に突出する円錐台状のランナコーン4Dとで構成されるランナ本体4Mを有している。ランナ羽根4Aは、周方向に所定の間隔をあけて配置されており、ランナ羽根4Aの間に、水が流れる流路が形成されている。   On the other hand, FIG. 2 is a meridional section view of the runner 41. As shown in FIG. 2, the runner 41 includes a crown 4C coupled to the main shaft 7, a band 4B, a plurality of runner blades 4A provided between the crown 4C and the band 4B, and a radial direction of the crown 4C. It has a runner body 4M composed of a truncated cone-shaped runner cone 4D projecting downstream from the inner end. The runner blades 4A are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction, and a flow path through which water flows is formed between the runner blades 4A.

このようなフランシス水車100では、ステーベーン2を介してガイドベーン3からランナ41に水が流入することでランナ41が回転軸O周りに回転駆動され、主軸7を介して発電機8が回転駆動される。これにより、発電が行われる。ランナ41を回転駆動した水は、吸出し管5を経て放水路へと流出する。   In such a Francis turbine 100, when the water flows from the guide vane 3 to the runner 41 through the stay vane 2, the runner 41 is driven to rotate around the rotation axis O, and the generator 8 is driven to rotate through the main shaft 7. The Thereby, power generation is performed. The water that rotationally drives the runner 41 flows out to the water discharge channel through the suction pipe 5.

また、複数のガイドベーン3のそれぞれは、図示省略する回動軸に連結され、当該回動軸を中心に回動可能とされている。これにより、ガイドベーン3は、回動軸周りに回動されることで、その開度を調整することが可能となっている。ガイドベーン3の開度を変化させることで、ランナに流入する流量を調整し、発電量を変化させることができる。   Each of the plurality of guide vanes 3 is connected to a rotation shaft (not shown) and is rotatable about the rotation shaft. Thereby, the opening degree of the guide vane 3 can be adjusted by rotating around the rotation axis. By changing the opening degree of the guide vane 3, the flow rate flowing into the runner can be adjusted and the power generation amount can be changed.

以下、ランナ41について図2を参照して詳述する。なお、以下の説明では、ランナ41を回転駆動する水流の流れ方向における流入側を上流側と呼び、流出側を下流側と呼ぶものとする。   Hereinafter, the runner 41 will be described in detail with reference to FIG. In the following description, the inflow side in the flow direction of the water flow that rotationally drives the runner 41 is referred to as the upstream side, and the outflow side is referred to as the downstream side.

図2に示すように、本実施の形態のランナ41は、ランナ本体4Mの回転軸側に回転軸Oと同軸状に設けられ、ランナ本体4Mの下流側に向けて延びる筒状のエクステンション部材10をさらに備えている。詳しくは、本実施の形態では、ランナ本体4Mのうちのランナコーン4Dの先端部に、エクステンション部材10が接合されている。   As shown in FIG. 2, the runner 41 of the present embodiment is provided on the rotating shaft side of the runner body 4M coaxially with the rotating shaft O and extends toward the downstream side of the runner body 4M. Is further provided. Specifically, in the present embodiment, the extension member 10 is joined to the tip of the runner cone 4D in the runner body 4M.

エクステンション部材10は円筒状であって、回転軸Oに沿って延びている。エクステンション部材10の先端部は、回転軸O方向において羽根本体4Aよりも下流側に位置しており、回転軸O方向においてランナ41の出口側端部の近傍に至っている。   The extension member 10 is cylindrical and extends along the rotation axis O. The distal end portion of the extension member 10 is located downstream of the blade body 4A in the rotation axis O direction and reaches the vicinity of the outlet side end portion of the runner 41 in the rotation axis O direction.

また、このエクステンション部材10には、その内周側に形成される内周側領域Inとその外周側に形成される外周側領域Exとを連通する複数の貫通孔11が形成されている。貫通孔11は、エクステンション部材10の軸方向及び周方向に間隔を空けて複数形成されている。   Further, the extension member 10 is formed with a plurality of through-holes 11 communicating the inner peripheral side region In formed on the inner peripheral side thereof with the outer peripheral side region Ex formed on the outer peripheral side thereof. A plurality of through holes 11 are formed at intervals in the axial direction and the circumferential direction of the extension member 10.

次に、本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment will be described.

図3には、本実施の形態によるフランシス水車100において、螺旋状の渦Wが発生した様子が示されている。一般的に、この種のフランシス水車においては、小流量の部分負荷運転時に、旋回流れに起因して渦が発生し易く、小流量であるほど、渦の渦芯は螺旋状となり易い。そして、図3に示すような螺旋状の渦Wが発生して、強い水圧脈動が発生し得る。   FIG. 3 shows a state in which a spiral vortex W is generated in Francis turbine 100 according to the present embodiment. In general, in this type of Francis turbine, a vortex is likely to be generated due to the swirling flow during partial load operation at a small flow rate, and the vortex core of the vortex tends to be spiral as the flow rate decreases. And the spiral vortex W as shown in FIG. 3 may generate | occur | produce and a strong hydraulic pressure pulsation may generate | occur | produce.

このような渦Wは、エクステンション部材10の下流側あるいはその周囲を起点に、吸出し管5側に延びるように形成される。そして、渦Wは、特定の周期で、吸出し管5内において振れ回る、換言すると、吸出し管5の中心周り、すなわち回転軸O周りを公転する。そして、このような渦Wが発生した吸出し管5の内部では、螺旋状の渦Wが最も近接する領域における圧力が相対的に最も小さくなり、渦Wが最も離れる領域における圧力が相対的に最も大きくなる。このため、渦Wが発生した場合、吸出し管5の内部では、前記特定の周期に基づく周期的な水圧変動が生じ、その結果、水圧脈動が発生し得る。   Such a vortex W is formed so as to extend toward the suction pipe 5 starting from the downstream side of the extension member 10 or its periphery. Then, the vortex W swings around in the suction pipe 5 with a specific period, in other words, revolves around the center of the suction pipe 5, that is, around the rotation axis O. In the suction pipe 5 where such a vortex W is generated, the pressure in the region where the spiral vortex W is closest is relatively smallest, and the pressure in the region where the vortex W is farthest is relatively highest. growing. For this reason, when the vortex W is generated, a periodic water pressure fluctuation based on the specific period occurs inside the suction pipe 5, and as a result, water pressure pulsation may occur.

そして、渦Wが振れ回る状態においては、エクステンション部材10周りの領域のうちの渦Wが吸出し管5の内周面に最も近接する側の領域での圧力が最も小さくなり、渦Wが吸出し管5の内周面から最も離れる側の領域での圧力が最も大きくなる。このため、エクステンション部材10周りの領域では、渦Wの位置によって、圧力が上昇する領域(図中、「圧力高」)が生じたり、圧力が下降する領域(図中、「圧力低」)が生じたりする。一方、エクステンション部材10の内周側領域Inは、圧力変動する外周側領域Exとは区画され、且つ、渦Wの渦芯の起点に近い側に位置するため、圧力の変動が大きく生じない。   In the state where the vortex W sways, the pressure in the region closest to the inner peripheral surface of the suction pipe 5 becomes the smallest in the vortex W around the extension member 10, and the vortex W becomes the suction pipe. The pressure in the region farthest from the inner peripheral surface of 5 is the largest. For this reason, in the region around the extension member 10, there is a region where the pressure increases (“pressure high” in the drawing) or a region where the pressure decreases (“pressure low” in the drawing) depending on the position of the vortex W. It happens. On the other hand, the inner peripheral side region In of the extension member 10 is partitioned from the outer peripheral side region Ex where the pressure fluctuates, and is located on the side close to the starting point of the vortex core of the vortex W.

ここで、エクステンション部材10が設けられることによって、このエクステンション部材10が渦Wの振れ回りに対する抵抗となって、渦Wの振幅が、図4に示すような一般的なフランシス水車で生じる場合に比べて抑制される。さらに、本実施の形態では、エクステンション部材10に貫通孔11が形成されていることで、エクステンション部材10周りの領域のうち圧力が上昇した領域から、図3の矢印に示すように、貫通孔11を通して、エクステンション部材10の内部に水が流入する。これにより、エクステンション部材10周りの領域のうち、圧力が上昇した領域における圧力がエクステンション部材10の内部の圧力とバランスされることで、当該圧力が上昇した領域における圧力を低下させることができる。   Here, by providing the extension member 10, the extension member 10 becomes a resistance against the swirling of the vortex W, and the amplitude of the vortex W is generated as compared with the case of a general Francis turbine as shown in FIG. 4. Is suppressed. Further, in the present embodiment, the through-hole 11 is formed in the extension member 10, so that the through-hole 11 as shown by the arrow in FIG. 3 from the region where the pressure has increased in the region around the extension member 10. Through, the water flows into the extension member 10. Thereby, the pressure in the area | region where the pressure rose among the area | regions around the extension member 10 is balanced with the pressure inside the extension member 10, and it can reduce the pressure in the area | region where the said pressure rose.

この結果、エクステンション部材10の周りの領域のうち圧力が上昇した領域と、下降した領域との圧力差を小さくすることができ、これにより、渦Wの渦芯起点付近での圧力変動を低減することができる。このことにより、本実施の形態によれば、渦Wが振れ回る際の振幅を全体的に抑制することができるので、水圧脈動を低減することができる。   As a result, the pressure difference between the area where the pressure has increased and the area where the pressure has decreased among the areas around the extension member 10 can be reduced, thereby reducing the pressure fluctuation in the vicinity of the vortex core starting point of the vortex W. be able to. Thereby, according to this Embodiment, since the amplitude at the time of the vortex W swinging can be suppressed entirely, a hydraulic pulsation can be reduced.

図5は、図1のフランシス水車100と、図4の一般的なフランシス水車とで発生する水圧脈動を比較した図である。図5における横軸は、出力(流量)を示し、縦軸は吸出し管に設置されたセンサで測定した振れに基づく水圧脈動を示している。図5からも明らかなように、本実施の形態によれば、貫通孔11が形成されたエクステンション部材10が設けられることにより、部分負荷運転時、すなわち図中「設計点」よりも紙面左側の流量の時の水圧脈動が、一般的なフランシス水車に比べて低減されていることが分かる。   FIG. 5 is a diagram comparing hydraulic pulsations generated in the Francis turbine 100 of FIG. 1 and the general Francis turbine of FIG. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the output (flow rate), and the vertical axis indicates the water pressure pulsation based on the vibration measured by the sensor installed in the suction pipe. As is apparent from FIG. 5, according to the present embodiment, the extension member 10 having the through-holes 11 is provided, so that during partial load operation, that is, on the left side of the drawing from the “design point” in the figure. It can be seen that the water pressure pulsation at the flow rate is reduced as compared with a general Francis turbine.

以上に説明した第1の実施の形態によれば、ランナ41のランナ本体4Mの回転軸側に貫通孔11が形成された一部材のエクステンション部材10を設けるという極めて簡単な構造で、水圧脈動を低減することができる。このようなエクステンション部材10は、フランシス水車が大型であっても簡易的に設けることができ、且つ、ランナ41の回転軸O側に集約されるため、装置構成が煩雑にならない。また、エクステンション部材10は、吸出し管5内において旋回する水流が通過する位置から離れて設けられることで、吸出し管5内において水流の剥離損失が生じることを抑制することができる。したがって、装置構成を煩雑にすることなく、且つ、効率の低下を効果的に抑制しつつ、水圧脈動を低減することができる。   According to the first embodiment described above, the hydraulic pulsation is generated with an extremely simple structure in which the one extension member 10 having the through hole 11 is provided on the rotating shaft side of the runner body 4M of the runner 41. Can be reduced. Such an extension member 10 can be easily provided even if the Francis turbine is large, and is concentrated on the rotating shaft O side of the runner 41, so that the apparatus configuration is not complicated. Further, the extension member 10 is provided apart from the position where the swirling water flow passes in the suction pipe 5, thereby suppressing occurrence of water flow separation loss in the suction pipe 5. Therefore, it is possible to reduce the water pressure pulsation without complicating the apparatus configuration and effectively suppressing the decrease in efficiency.

(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態によるランナ42について図6乃至図9を用いて説明する。本実施の形態における第1の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を示している。以下では、主に、第1の実施の形態との相違点を説明する。
(Second Embodiment)
Next, a runner 42 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.

図6は、第2の実施の形態によるランナ42の子午面断面図である。図6に示すように、本実施の形態によるランナ42では、エクステンション部材10が、それぞれ回転軸Oと同軸状に設けられる、筒状の外側部材20と、外側部材20の内周側に配置される筒状の内側部材30と、を含んでいる。内周側領域Inは、内側部材30の内周側に形成され、外周側領域Exは、外側部材20の外周側に形成されている。   FIG. 6 is a meridional cross-sectional view of the runner 42 according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, in the runner 42 according to the present embodiment, the extension members 10 are disposed on the inner peripheral side of the cylindrical outer member 20 and the outer member 20 that are provided coaxially with the rotation axis O, respectively. And a cylindrical inner member 30. The inner peripheral side region In is formed on the inner peripheral side of the inner member 30, and the outer peripheral side region Ex is formed on the outer peripheral side of the outer member 20.

外側部材20は円筒状であって、ランナコーン4Dの先端部に接合されて、回転軸Oに沿って延びている。外側部材20の先端部は、回転軸O方向において羽根本体4Aよりも下流側に位置しており、回転軸O方向においてランナ42の出口側端部の近傍に至っている。外側部材20には、第1の実施の形態と同様の貫通孔11が形成されている。   The outer member 20 has a cylindrical shape, is joined to the tip of the runner cone 4D, and extends along the rotation axis O. The distal end portion of the outer member 20 is located downstream of the blade body 4A in the rotation axis O direction and reaches the vicinity of the outlet side end portion of the runner 42 in the rotation axis O direction. The outer member 20 is formed with the same through-hole 11 as in the first embodiment.

一方、内側部材30も円筒状であって、回転軸Oに沿って延びるように配置されている。内側部材30には、その径方向に貫通する複数の連通孔31が形成されている。図6においては、複数の連通孔31のそれぞれが、外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態になっている。すなわち、本実施の形態では、複数の連通孔31の配列パターンが、複数の貫通孔11の配列パターンと同様となっている。なお、以下では、複数の連通孔31のそれぞれが外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる、図6に示す状態を、「第1の状態」と呼ぶ。この第1の状態では、内側部材30の壁部が複数の貫通孔11を覆わずに貫通孔11が連通孔31を通して内周側領域Inと外周側領域Exとを連通する状態となっている。   On the other hand, the inner member 30 is also cylindrical and is disposed so as to extend along the rotation axis O. The inner member 30 is formed with a plurality of communication holes 31 penetrating in the radial direction. In FIG. 6, each of the plurality of communication holes 31 overlaps any one of the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction. That is, in the present embodiment, the arrangement pattern of the plurality of communication holes 31 is the same as the arrangement pattern of the plurality of through holes 11. Hereinafter, the state shown in FIG. 6 in which each of the plurality of communication holes 31 overlaps any of the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction is referred to as a “first state”. In the first state, the wall portion of the inner member 30 does not cover the plurality of through holes 11, and the through holes 11 communicate with the inner peripheral region In and the outer peripheral region Ex through the communication holes 31. .

また、本実施の形態において、内側部材30の基端は、ランナコーン4Dの内部に挿入されると共に、内側部材30の基端よりも主軸7側に配置された駆動部32に接続されている。この駆動部32によって、内側部材30は、回転軸Oに沿って移動可能となっている。   In the present embodiment, the proximal end of the inner member 30 is inserted into the runner cone 4 </ b> D and is connected to the drive unit 32 disposed on the main shaft 7 side with respect to the proximal end of the inner member 30. The inner member 30 is movable along the rotation axis O by the drive unit 32.

本実施の形態では、図6に示す第1の状態から駆動部32によって内側部材30が回転軸Oに沿って移動された場合に、複数の連通孔31のそれぞれが、複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れるようになっている(図7参照)。以下では、複数の連通孔31のそれぞれが、外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れた、図7に示す状態を、「第2の状態」と呼ぶ。この第2の状態では、複数の連通孔31のそれぞれが複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れており、内側部材30の壁部が複数の貫通孔11を覆う状態となっている。   In the present embodiment, when the inner member 30 is moved along the rotation axis O by the drive unit 32 from the first state illustrated in FIG. 6, each of the plurality of communication holes 31 corresponds to the plurality of through holes 11. It comes off from the state which overlaps with either in radial direction (refer FIG. 7). Hereinafter, the state shown in FIG. 7 in which each of the plurality of communication holes 31 is out of the state of overlapping the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction is referred to as a “second state”. Call it. In the second state, each of the plurality of communication holes 31 is out of the state of overlapping the plurality of through holes 11 in the radial direction, and the wall portion of the inner member 30 covers the plurality of through holes 11. It has become.

また、本実施の形態では、内側部材30の基端側、すなわち主軸7側には、詳細は後述する空気流通孔30Aが周方向に間隔を空けて複数形成されている。空気流通孔30Aは、給気を行うための構成の一部であり、その詳細は後述する。また、本実施の形態の主軸7は円筒状であり、上述した駆動部32は、主に主軸7の内周側に収容されている。   Further, in the present embodiment, a plurality of air flow holes 30A, which will be described in detail later, are formed at intervals in the circumferential direction on the proximal end side of the inner member 30, that is, the main shaft 7 side. The air circulation hole 30A is a part of a configuration for supplying air, and details thereof will be described later. In addition, the main shaft 7 of the present embodiment is cylindrical, and the drive unit 32 described above is accommodated mainly on the inner peripheral side of the main shaft 7.

次に、駆動部32について説明する。図6に示すように、駆動部32は、主軸7の内周面に固定されると共にその中心に貫通孔33Aが形成された円板状の案内板33と、案内板33の貫通孔33Aに摺動可能に挿入され、軸線Oに沿って内側部材30側に延びるロッド部34と、ロッド部34の先端に固定された円板状の閉鎖板35と、ロッド部34のうちの閉鎖板35と案内板33との間の中間部に固定された円板状の付勢部材保持板36と、案内板33と付勢部材保持板36との間に設けられ、これらのそれぞれに連結された付勢部材37と、を有している。   Next, the drive unit 32 will be described. As shown in FIG. 6, the drive unit 32 is fixed to the inner peripheral surface of the main shaft 7 and has a disc-shaped guide plate 33 having a through hole 33 </ b> A formed at the center thereof, and a through hole 33 </ b> A of the guide plate 33. A rod portion 34 that is slidably inserted and extends toward the inner member 30 along the axis O, a disc-shaped closing plate 35 fixed to the tip of the rod portion 34, and a closing plate 35 of the rod portions 34. And a disc-shaped biasing member holding plate 36 fixed to an intermediate portion between the guide plate 33 and the guide plate 33 and the biasing member holding plate 36. And an urging member 37.

内側部材30の基端は、閉鎖板35の吸出し管5側を向く面に固定され、これにより、駆動部32に接続されている。また、付勢部材37は、閉鎖板35の主軸7側を向く面の外周側の部分によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖されるように、ロッド部34を付勢するようになっている。そして、本実施の形態では、閉鎖板35によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖される状態において、図6に示すように、複数の連通孔31のそれぞれが「第1の状態」になっている。   A base end of the inner member 30 is fixed to a surface of the closing plate 35 facing the suction pipe 5 side, and is thereby connected to the drive unit 32. Further, the urging member 37 urges the rod portion 34 so that the peripheral portion 4CA of the central opening of the crown 4C is closed by the outer peripheral portion of the surface of the closing plate 35 facing the main shaft 7 side. It has become. In the present embodiment, in the state where the peripheral edge 4CA of the central opening of the crown 4C is closed by the closing plate 35, as shown in FIG. 6, each of the plurality of communication holes 31 is in the “first state”. It has become.

本実施の形態の主軸7の内周側は、発電機8側の部分で大気に開放しており、駆動部32では、案内板33の外周側の部分に空気流通孔33Bが形成されている。したがって、閉鎖板35によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖される状態において、クラウン4Cの開口の内部空間の圧力は、大気圧状態となっている。一方、閉鎖板35によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖される状態においては、内側部材30の内周側の内周側領域Inは、大気と連通しない状態となっている。   The inner peripheral side of the main shaft 7 of the present embodiment is open to the atmosphere at the portion on the generator 8 side, and in the drive unit 32, an air circulation hole 33B is formed in the outer peripheral side portion of the guide plate 33. . Therefore, in the state where the peripheral edge 4CA of the central opening of the crown 4C is closed by the closing plate 35, the pressure in the internal space of the opening of the crown 4C is in the atmospheric pressure state. On the other hand, in the state where the peripheral edge 4CA of the central opening of the crown 4C is closed by the closing plate 35, the inner peripheral side region In on the inner peripheral side of the inner member 30 is not in communication with the atmosphere.

このような駆動部32では、内周側領域Inの圧力が所定の圧力、すなわち大気圧から付勢部材37の付勢力を減算した値よりも小さくなった際に、閉鎖板35が大気圧によって吸出し管5側に押されて、付勢部材37が伸びることで、クラウン4Cの中央の開口が開放されるようになっている。そして、この際、内側部材30は、閉鎖板35に伴ってランナ本体4Mの下流側に移動するようになっている。   In such a drive unit 32, when the pressure in the inner peripheral region In becomes smaller than a predetermined pressure, that is, a value obtained by subtracting the urging force of the urging member 37 from the atmospheric pressure, the closing plate 35 is caused by atmospheric pressure. The central member of the crown 4C is opened by being pushed toward the suction pipe 5 and the urging member 37 extends. At this time, the inner member 30 moves to the downstream side of the runner body 4M along with the closing plate 35.

そして、本実施の形態では、クラウン4Cの中央の開口が開放された状態で、図7の矢印αに示すように、主軸7の内周側、クラウン4Cの中央の開口及び内側部材30の空気流通孔30Aを介して空気が内側部材30の内周側領域Inに流入するようになっている。すなわち、主軸7の内周側、クラウン4Cの中央の開口及び内側部材30の空気流通孔30Aが、給気時の給気経路を構成している。このように本実施の形態のランナ42は、内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも小さくなった際に、主軸7の内周側及び内側部材30の内周側領域Inを通して、吸出し管5、すなわちランナ本体4Mの下流側に向けて給気(自然給気)を行うように構成されている。   In the present embodiment, with the central opening of the crown 4C opened, as shown by the arrow α in FIG. 7, the inner peripheral side of the main shaft 7, the central opening of the crown 4C, and the air in the inner member 30 Air flows into the inner circumferential side region In of the inner member 30 through the circulation hole 30A. That is, the inner peripheral side of the main shaft 7, the central opening of the crown 4C, and the air circulation hole 30A of the inner member 30 constitute an air supply path during supply. As described above, the runner 42 according to the present embodiment sucks out through the inner peripheral side of the main shaft 7 and the inner peripheral side region In of the inner member 30 when the pressure in the inner peripheral region In becomes smaller than a predetermined pressure. Air supply (natural air supply) is performed toward the downstream side of the pipe 5, that is, the runner body 4M.

なお、内側部材30内周側の内周側領域Inを通してランナ本体4Mの下流側に向けて給気される空気は、回転軸Oに沿って流れるようになっている。また、このように給気が行われるときには、図7に示すように、複数の連通孔31のそれぞれが「第2の状態」になっている。   Note that the air supplied toward the downstream side of the runner body 4M through the inner peripheral region In on the inner peripheral side of the inner member 30 flows along the rotation axis O. When air is supplied in this way, as shown in FIG. 7, each of the plurality of communication holes 31 is in the “second state”.

次に、本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment will be described.

本実施の形態では、内周側領域Inの圧力が、前述した所定の圧力、すなわち大気圧から付勢部材37の付勢力を減算した値以上となる場合には、図6に示すように、駆動部32における閉鎖板35がクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAを閉鎖した状態となる。したがって、エクステンション部材10では、内側部材30の複数の連通孔31のそれぞれが、外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態になる(第1の状態)。また、主軸7の内周側及び内側部材30の内周側領域Inを通した給気は、行われない。   In the present embodiment, when the pressure in the inner peripheral region In is equal to or higher than the predetermined pressure described above, that is, the value obtained by subtracting the biasing force of the biasing member 37 from the atmospheric pressure, as shown in FIG. The closing plate 35 in the drive unit 32 closes the peripheral edge 4CA of the opening at the center of the crown 4C. Therefore, in the extension member 10, each of the plurality of communication holes 31 of the inner member 30 overlaps with one of the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction (first state). Further, air supply through the inner peripheral side of the main shaft 7 and the inner peripheral side region In of the inner member 30 is not performed.

この状態においては、吸出し管5内に螺旋状の渦が発生し、エクステンション部材10周りあるいは吸出し管5の内部に圧力が上昇する領域と圧力が下降する領域とが生じ、水圧脈動が生じた場合に、エクステンション部材10の貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通することで、エクステンション部材10周りの領域のうち圧力が上昇した領域から、貫通孔11を通して、エクステンション部材10の内部に水を流入させることができる。これにより、圧力が上昇した領域における圧力を低下させることで、水圧脈動を低減することができる。   In this state, when a spiral vortex is generated in the suction pipe 5, a region where the pressure increases and a region where the pressure decreases are generated around the extension member 10 or inside the suction tube 5, and water pressure pulsation occurs. Furthermore, the through-hole 11 of the extension member 10 communicates the inner peripheral side region In and the outer peripheral side region Ex, so that the extension member 10 passes through the through-hole 11 from the region around the extension member 10 where the pressure has increased. Water can be allowed to flow into the interior. Thereby, water pressure pulsation can be reduced by reducing the pressure in the region where the pressure has increased.

一方、内周側領域Inの圧力が、前述した所定の圧力、すなわち大気圧から付勢部材37の付勢力を減算した値よりも小さくなる場合には、駆動部32において、図7に示すように、閉鎖板35が大気圧によって吸出し管5側に押されて、付勢部材37が伸びることで、クラウン4Cの中央の開口が開放される。これにより、主軸7の内周側及び内側部材30の内周側領域Inを通した給気が行われる。   On the other hand, when the pressure in the inner peripheral region In is smaller than the predetermined pressure described above, that is, a value obtained by subtracting the biasing force of the biasing member 37 from the atmospheric pressure, the drive unit 32 as shown in FIG. Further, the closing plate 35 is pushed toward the suction pipe 5 by the atmospheric pressure, and the biasing member 37 is extended, so that the central opening of the crown 4C is opened. Thereby, air supply through the inner peripheral side of the main shaft 7 and the inner peripheral side region In of the inner member 30 is performed.

この状態においては、吸出し管5内に螺旋状の渦が発生し、エクステンション部材10の周りあるいは吸出し管5の内部に圧力が上昇する領域と圧力が下降する領域とが生じ、水圧脈動が生じた場合に、渦の低圧の渦芯に空気が供給されることで、渦芯の圧力を上昇させて渦を安定させることができる。これにより、水圧脈動を低減することができる。また、この際、エクステンション部材10では、内側部材30の複数の連通孔31のそれぞれが、外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れる第2の状態になる。これにより、給気による水圧脈動の低減効果を高めることができる。   In this state, a spiral vortex is generated in the suction pipe 5, a region where the pressure increases around the extension member 10 or inside the suction tube 5, and a region where the pressure decreases occurs, resulting in water pressure pulsation. In this case, by supplying air to the low-pressure vortex core of the vortex, the pressure of the vortex core can be increased to stabilize the vortex. Thereby, water pressure pulsation can be reduced. At this time, in the extension member 10, the second state in which each of the plurality of communication holes 31 of the inner member 30 deviates from the state of overlapping with any of the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction. become. Thereby, the reduction effect of the water pressure pulsation by supply air can be heightened.

このことについて、図8及び図9を参照して詳述する。図8は、内側部材30の位置に応じた、エクステンション部材10の内周面側領域Inの圧力を示した図である。詳しくは、図8は、第1の状態(図中、孔有り)における内周面側領域Inの圧力(以下、給気圧)と、第2の状態(図中、孔無し)における内周面側領域Inの圧力(以下、給気圧)と、を比較した図である。   This will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram illustrating the pressure in the inner peripheral surface side region In of the extension member 10 according to the position of the inner member 30. Specifically, FIG. 8 shows the pressure (hereinafter referred to as supply air pressure) in the inner peripheral surface side region In in the first state (with holes in the drawing) and the inner peripheral surface in the second state (without holes in the drawing). It is the figure which compared the pressure (henceforth, air supply pressure) of the side area | region In.

図8において、横軸は、出力(流量)を示し、縦軸は、給気圧を示している。図8では、給気圧が横軸よりも図面における上方にある場合に、給気が有効、すなわち、主軸7から内側部材30の内部に空気を引き込むことができることを意味する。   In FIG. 8, the horizontal axis indicates the output (flow rate), and the vertical axis indicates the supply air pressure. In FIG. 8, this means that the air supply is effective when the supply air pressure is above the horizontal axis in the drawing, that is, air can be drawn into the inner member 30 from the main shaft 7.

図8に示すように、第2の状態における内側部材30の内周面側領域Inの給気圧は、全運転範囲において、第1の状態における内側部材30の内周面側領域Inの給気圧よりも高くなっている。これは、第1の状態である場合には、内周側領域Inの圧力が、外周側領域Exの圧力の影響で、第2の状態に比べて上昇し、空気を引き込もうとする給気圧が低下するからである。このため、第1の状態で給気を行う場合には、第2の状態で給気を行う場合よりも、供給可能な空気量が少なく、給気による水圧脈動の低減効果が低下してしまう。また、図8に示すように、第2の状態における給気が有効な範囲は、第1の状態における給気が有効な範囲よりも、広くなっている。これも、第1の状態で給気を行う場合には、第2の状態で給気を行う場合よりも、水圧脈動の低減効果が得られる運転範囲が狭く、給気による水圧脈動の低減効果が低下することを意味する。したがって、給気を行う場合には、第2の状態で行う方が有効であり、このため、本実施の形態によれば、給気を行う際に第2の状態とすることで、給気による水圧脈動の低減効果を高めることができる。   As shown in FIG. 8, the supply air pressure of the inner peripheral surface side region In of the inner member 30 in the second state is the supply air pressure of the inner peripheral surface side region In of the inner member 30 in the first state in the entire operation range. Higher than. This is because, in the first state, the pressure in the inner peripheral region In increases due to the influence of the pressure in the outer peripheral region Ex compared to the second state, and the supply air pressure that tries to draw air is increased. It is because it falls. For this reason, when air is supplied in the first state, the amount of air that can be supplied is smaller than when air is supplied in the second state, and the effect of reducing water pressure pulsation due to air supply is reduced. . Further, as shown in FIG. 8, the range in which the air supply in the second state is effective is wider than the range in which the air supply in the first state is effective. Also in this case, when the air supply is performed in the first state, the operating range in which the effect of reducing the water pressure pulsation is narrower than when the air supply is performed in the second state, and the effect of reducing the water pressure pulsation due to the air supply is reduced. Means lower. Therefore, when air supply is performed, it is more effective to perform in the second state. Therefore, according to the present embodiment, the air supply is performed by setting the second state when supplying air. The effect of reducing water pressure pulsation can be enhanced.

ここで、図9は、部分負荷運転時における水圧脈動が比較的大きい状況下で、内側部材10が貫通孔11を覆った状態(第2の状態(孔無し状態))で給気を行った場合の水圧脈動と、内側部材10が貫通孔11を覆っていない状態(第1の状態(孔有り状態))で給気を行った場合の水圧脈動と、を比較した図である。図9において、横軸は、主軸7から内側部材30に供給される空気の給気量を示し、縦軸は、水圧脈動を示している。   Here, in FIG. 9, air supply is performed in a state where the inner member 10 covers the through-hole 11 (second state (no-hole state)) under a relatively large hydraulic pulsation during partial load operation. It is the figure which compared the hydraulic pressure pulsation in the case of supplying air in the state (1st state (state with a hole)) which the inner member 10 does not cover the through-hole 11 in the case. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the amount of air supplied from the main shaft 7 to the inner member 30, and the vertical axis indicates water pressure pulsation.

図9に示すように、第2の状態及び第1の状態の双方で、主軸7及び内側部材30を通して給気を行うことで水圧脈動は低減されるが、給気量が小さい領域においては、第2の状態の方が、水圧脈動が抑制されていること分かる。この図9からも、第2の状態で給気を行うことで、給気による水圧脈動の低減効果を高めることができることが分かる。   As shown in FIG. 9, the water pressure pulsation is reduced by supplying air through the main shaft 7 and the inner member 30 in both the second state and the first state, but in a region where the air supply amount is small, It can be seen that the hydraulic pulsation is suppressed in the second state. FIG. 9 also shows that the effect of reducing water pressure pulsation due to air supply can be increased by supplying air in the second state.

以上に説明した第2の実施の形態によれば、ランナ41のランナ本体4Mの回転軸側にエクステンション部材10を設けることで、水圧脈動を低減することができる。このようなエクステンション部材10は、吸出し管5内において旋回する水流が通過する位置から離れて設けられることで、吸出し管5内において水流の剥離損失が生じることを抑制することができる。したがって、効率の低下を効果的に抑制しつつ、水圧脈動を低減することができる。   According to the second embodiment described above, the hydraulic pulsation can be reduced by providing the extension member 10 on the rotating shaft side of the runner main body 4M of the runner 41. Such an extension member 10 is provided apart from the position where the swirling water flow passes in the suction pipe 5, thereby suppressing the occurrence of water flow separation loss in the suction pipe 5. Therefore, it is possible to reduce the hydraulic pulsation while effectively suppressing the decrease in efficiency.

また、本実施の形態では、給気を行わずに、エクステンション部材10の貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通することで、簡易的に、水圧脈動を低減することができるとともに、給気を行うことにより水圧脈動を低減することもできる。また、給気を行う際には、第2の状態とすることで、給気による水圧脈動の低減効果を高めることができる。   In the present embodiment, the hydraulic pulsation can be easily reduced by connecting the inner peripheral region In and the outer peripheral region Ex through the through hole 11 of the extension member 10 without supplying air. In addition, it is possible to reduce water pressure pulsation by supplying air. In addition, when supplying air, the effect of reducing water pressure pulsation by supplying air can be enhanced by setting the second state.

そして、具体的には、部分負荷運転時において内周側領域Inの圧力が所定の圧力以上の場合に、給気を行わずにエクステンション部材10の貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通することで水圧脈動を低減し、部分負荷運転時において内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも低い場合に、給気を行って水圧脈動を低減するようにしている。一般的に、螺旋状の渦が大きく振れ回る場合には、その渦芯の圧力が小さくなる。このため、本実施の形態では、部分負荷運転時において内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも低い場合には、螺旋状の渦が大きく振れ回るものと見做して、給気を行うようにしている。このことにより、螺旋状の渦が大きく振れ回る場合の水圧脈動を、給気により効果的に低減し得る。   More specifically, when the pressure in the inner peripheral region In is equal to or higher than a predetermined pressure during partial load operation, the through hole 11 of the extension member 10 is not supplied to the inner peripheral region In and the outer peripheral side without performing air supply. By communicating with the region Ex, water pressure pulsation is reduced, and when the pressure in the inner peripheral region In is lower than a predetermined pressure during partial load operation, air supply is performed to reduce the water pressure pulsation. . In general, when a spiral vortex swings greatly, the pressure of the vortex core decreases. For this reason, in the present embodiment, when the pressure in the inner peripheral region In is lower than a predetermined pressure during partial load operation, it is assumed that the spiral vortex swings greatly, and the air supply is performed. Like to do. This makes it possible to effectively reduce the water pressure pulsation when the spiral vortex swings greatly by supplying air.

そして、本実施の形態のランナ42は、内周側領域Inの圧力が、所定の圧力よりも小さくなった際に、内側部材30を第1の状態から第2の状態に移動させる駆動部32をさらに備えている。これにより、部分負荷運転時において内周側領域Inの圧力が所定の圧力以上の場合に、給気を行わずにエクステンション部材10の貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通することで水圧脈動を低減するか、または、部分負荷運転時において内周側領域Inの圧力が低い場合に、給気を行って水圧脈動を低減するか、を自動的に切り替えることができる。このため、本実施の形態によれば、駆動部32によって自動的に適切なタイミングで、螺旋状の渦が大きく振れ回る場合の水圧脈動を効果的に低減し得るので、利便性を向上させることができる。   And the runner 42 of this Embodiment is the drive part 32 which moves the inner side member 30 from a 1st state to a 2nd state, when the pressure of the inner peripheral area | region In becomes smaller than a predetermined pressure. Is further provided. As a result, when the pressure in the inner circumferential side region In is greater than or equal to a predetermined pressure during partial load operation, the through-hole 11 of the extension member 10 connects the inner circumferential side region In and the outer circumferential side region Ex without performing air supply. It is possible to automatically switch between reducing the hydraulic pulsation by communicating or reducing the hydraulic pulsation by supplying air when the pressure in the inner peripheral region In is low during partial load operation. . For this reason, according to the present embodiment, the hydraulic pulsation can be effectively reduced when the spiral vortex swings greatly at an appropriate timing automatically by the drive unit 32, so that convenience is improved. Can do.

なお、第2の実施の形態では、内側部材30に連通孔31を形成したが、内側部材30の回転軸Oに沿った移動量を十分に確保できるのであれば、連通孔31は形成しなくてもよい。すなわち、例えば、内側部材30の壁部が外側部材20の全ての貫通孔11に重ならない位置と、内側部材30の壁部が外側部材20の全ての貫通孔11に径方向で重なる位置との間を、内側部材30が移動可能な構成とすれば、連通孔31が無い場合でも、第2の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the second embodiment, the communication hole 31 is formed in the inner member 30, but the communication hole 31 is not formed as long as a sufficient amount of movement of the inner member 30 along the rotation axis O can be secured. May be. That is, for example, a position where the wall portion of the inner member 30 does not overlap all the through holes 11 of the outer member 20 and a position where the wall portion of the inner member 30 overlaps all the through holes 11 of the outer member 20 in the radial direction. If the inner member 30 is configured to be movable between the gaps, the same effects as those of the second embodiment can be obtained even when the communication hole 31 is not provided.

(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態によるランナ43について図10を用いて説明する。本実施の形態における第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を示している。以下では、主に、第1の実施の形態及び第2の実施の形態との相違点を説明する。
(Third embodiment)
Next, a runner 43 according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals. In the following, differences from the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.

本実施の形態は、第2の実施の形態と同様に、図10(A)の矢印αに示すように、ランナ43が、主軸7(図示省略)及び内側部材30を通して、ランナ本体4Mの下流側に向けて給気を行うことが可能となっている。一方、図10(A)に示すように、外側部材20がランナコーン4Dの先端部の延長線上に延びる円錐台状に形成されている点が、第2の実施の形態と異なっている。さらに、内側部材30の先端部に円錐台状に拡がった拡大部30Cが形成されており、内側部材30には、連通孔が形成されていない点が、第2の実施の形態と異なっている。   Similar to the second embodiment, in the present embodiment, as shown by an arrow α in FIG. 10A, the runner 43 passes through the main shaft 7 (not shown) and the inner member 30, and is downstream of the runner body 4M. It is possible to supply air to the side. On the other hand, as shown to FIG. 10 (A), the point from which the outer member 20 is formed in the truncated cone shape extended on the extension line of the front-end | tip part of runner cone 4D differs from 2nd Embodiment. Further, an enlarged portion 30C that is widened in a truncated cone shape is formed at the tip of the inner member 30, and the inner member 30 is different from the second embodiment in that no communication hole is formed. .

そして、この実施の形態においても、内側部材30が回転軸Oに沿って移動可能となっている。具体的に、内側部材30は、図10(A)に示すように拡大部30Cで、内周側から外側部材20の貫通孔11を覆う状態(第2の状態)と、図10(B)に示すように拡大部30Cで貫通孔11を覆わずに貫通孔11から離間して、貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通する状態(第1の状態)とをとるように、移動可能となっている。また、内側部材30は、第2の実施の形態と同様に、内側部材30の内周側の内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも小さくなった際に、図10(B)の状態から図10(A)の状態のように、吸出し管5側に移動するようになっている。   Also in this embodiment, the inner member 30 is movable along the rotation axis O. Specifically, as shown in FIG. 10 (A), the inner member 30 has an enlarged portion 30C that covers the through hole 11 of the outer member 20 from the inner peripheral side (second state), and FIG. 10 (B). As shown in FIG. 4, the enlarged portion 30C is not covered with the through hole 11 and is separated from the through hole 11, and the through hole 11 communicates with the inner peripheral side region In and the outer peripheral side region Ex (first state). As you can see, it is movable. Further, as in the second embodiment, when the pressure in the inner peripheral side region In on the inner peripheral side of the inner member 30 becomes smaller than the predetermined pressure, the inner member 30 in FIG. It moves to the suction pipe 5 side from the state as shown in FIG. 10 (A).

以上に説明した第3の実施の形態によれば、第1の状態にて内側部材30が外側部材20から離間するため、内側部材30に第2の実施の形態で説明した連通孔31(図6を参照)を形成せずに、第2の実施の形態と同様の効果が得られる。   According to the third embodiment described above, since the inner member 30 is separated from the outer member 20 in the first state, the communication hole 31 described in the second embodiment (see FIG. 6), the same effect as in the second embodiment can be obtained.

(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態によるランナ44について図11を用いて説明する。本実施の形態における第1〜第3の実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を示している。以下では、主に、第1〜第3の実施の形態との相違点を説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a runner 44 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first to third embodiments in the present embodiment are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, differences from the first to third embodiments will be mainly described.

本実施の形態は、第2の実施の形態と同様に、ランナ44が、主軸7及び内側部材30の内周側の内周側領域Inを通して、ランナ本体4の下流側に向けて給気を行うことが可能となっている。しかしながら、駆動部32の構成と給気経路の構成とが、第2の実施の形態と異なっている。このうち、本実施の形態の駆動部32は、水流の流れ方向にみてランナ本体4Mの上流側の水の水圧によって、内側部材30を移動させる機構(水圧移動機構70)を有している。以下、本実施の形態の駆動部32ついて説明する。   In the present embodiment, as in the second embodiment, the runner 44 feeds air toward the downstream side of the runner body 4 through the inner peripheral side region In on the inner peripheral side of the main shaft 7 and the inner member 30. It is possible to do. However, the configuration of the drive unit 32 and the configuration of the air supply path are different from those of the second embodiment. Among these, the drive part 32 of this Embodiment has the mechanism (water pressure movement mechanism 70) which moves the inner member 30 with the water pressure of the water of the upstream of the runner main body 4M seeing in the flow direction of a water flow. Hereinafter, the drive unit 32 of the present embodiment will be described.

本実施の形態の駆動部32は、主軸7の内周面にその外周部が固定される円板状の固定板部63Aと、固定板部63Aの中央から吸出し管5側に延びる外形寸法が固定板部63Aの外形寸法よりも小さい円柱状の中央軸部63Bと、中央軸部63Bの先端から径方向に張り出して、その外周部が主軸7の内周面から径方向に離れて位置する円板状の先端板部63Cと、を有する主軸内固定部63を有している。   The drive unit 32 of the present embodiment has a disk-shaped fixed plate portion 63A whose outer peripheral portion is fixed to the inner peripheral surface of the main shaft 7, and an outer dimension extending from the center of the fixed plate portion 63A toward the suction pipe 5 side. A cylindrical central shaft portion 63B that is smaller than the outer dimension of the fixed plate portion 63A, and a radial projection from the tip of the central shaft portion 63B, and an outer peripheral portion thereof is located away from the inner peripheral surface of the main shaft 7 in the radial direction. It has a main shaft fixing portion 63 having a disc-shaped tip plate portion 63C.

主軸内固定部63の中央には、回転軸Oに沿って、固定板部63A、中央軸部63B及び先端板部63Cを貫通する空気流通孔63Dが形成されている。また、この主軸内固定部63は、固定板部63Aと先端板部63Cとの間であって中央軸部63Bの外周側に、水圧室63Eを形成するとともに、先端板部63Cと主軸7の内周面との間に、内側部材30を挿入するための受け入れ孔63Fを形成している。   In the center of the main shaft fixing portion 63, an air circulation hole 63D that penetrates the fixing plate portion 63A, the central shaft portion 63B, and the tip plate portion 63C is formed along the rotation axis O. The main shaft fixing portion 63 forms a hydraulic chamber 63E between the fixing plate portion 63A and the tip plate portion 63C and on the outer peripheral side of the central shaft portion 63B, and between the tip plate portion 63C and the main shaft 7. A receiving hole 63F for inserting the inner member 30 is formed between the inner peripheral surface and the inner peripheral surface.

また、中央軸部63Bには、環状のピストン部材64が摺動可能に嵌合されており、ピストン部材64は、水圧室63E内を回転軸Oの軸方向に沿って移動可能となっている。そして、ピストン部材64によって仕切られる水圧室63Eの一方の空間(紙面の上方側の空間)に、第2の実施の形態と同様の付勢部材37が設けられている。付勢部材37は、ピストン部材64と、固定板部63Aとに連結されている。   An annular piston member 64 is slidably fitted to the central shaft portion 63B, and the piston member 64 can move in the hydraulic chamber 63E along the axial direction of the rotary shaft O. . Then, an urging member 37 similar to that of the second embodiment is provided in one space of the hydraulic chamber 63E partitioned by the piston member 64 (a space above the paper surface). The biasing member 37 is connected to the piston member 64 and the fixed plate portion 63A.

そして、本実施の形態では、内側部材30が軸方向に長く形成され、内側部材30の基端は、受け入れ孔63Fを通過して、ピストン部材64に固定されている。そして、内側部材30のうちのランナコーン4Dの内部に位置する部分には、円板状の閉鎖板65が設けられている。そして、付勢部材37は、閉鎖板65の主軸7側を向く面の外周側の部分によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖されるように、内側部材30を付勢するようになっている。そして、本実施の形態では、閉鎖板65によってクラウン4Cの中央の開口の周縁部4CAが閉鎖される状態において、図11に示すように、内側部材30の複数の連通孔31のそれぞれが外側部材20の複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる第1の状態になっている。   In the present embodiment, the inner member 30 is formed long in the axial direction, and the proximal end of the inner member 30 passes through the receiving hole 63F and is fixed to the piston member 64. A disc-shaped closing plate 65 is provided in a portion of the inner member 30 located inside the runner cone 4D. The biasing member 37 biases the inner member 30 so that the peripheral edge 4CA of the center opening of the crown 4C is closed by the outer peripheral portion of the surface of the closing plate 65 facing the main shaft 7 side. It has become. In the present embodiment, when the peripheral edge 4CA of the central opening of the crown 4C is closed by the closing plate 65, as shown in FIG. 11, each of the plurality of communication holes 31 of the inner member 30 is an outer member. The first state overlaps any one of the plurality of 20 through holes 11 in the radial direction.

また、本実施の形態においても、閉鎖板65よりも吸出し管5側における内側部材30の内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも小さくなった際に、付勢部材37が伸び、複数の連通孔31のそれぞれが外側部材20の複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れる第2の状態となるように構成されている。そして、この第2の状態で、内側部材30を通して吸出し管5の内部に向けて給気(自然吸気)が行われるようになっている。ここで、内側部材30には、閉鎖板65の軸方向における一方側及び他方側に空気流通孔30Aが形成されている。   Also in the present embodiment, when the pressure in the inner peripheral side region In of the inner member 30 on the suction pipe 5 side with respect to the closing plate 65 becomes smaller than a predetermined pressure, the urging member 37 extends and a plurality of Each of the communication holes 31 is configured to be in a second state that is out of a state where it overlaps with any of the plurality of through holes 11 of the outer member 20 in the radial direction. In this second state, air supply (natural intake) is performed toward the inside of the suction pipe 5 through the inner member 30. Here, the inner member 30 is formed with air circulation holes 30 </ b> A on one side and the other side in the axial direction of the closing plate 65.

そして、給気の際には、主軸7の内周側、空気流通孔63D、クラウン4Cの中央の開口及び内側部材30の空気流通孔30Aを介して空気が内側部材30の内周側領域Inに流入する。すなわち、主軸7の内周側、空気流通孔63D、クラウン4Cの中央の開口及び内側部材30の空気流通孔30Aが、給気時の給気経路を構成している。このように本実施の形態のランナ44も、内周側領域Inの圧力が所定の圧力よりも小さくなった際に、主軸7の内周側及び内側部材30の内周側領域Inを通して、吸出し管5、すなわちランナ本体4Mの下流側に向けて給気(自然給気)を行うように構成されている。   When the air is supplied, the air passes through the inner peripheral side region In of the inner member 30 through the inner peripheral side of the main shaft 7, the air circulation hole 63 </ b> D, the central opening of the crown 4 </ b> C and the air circulation hole 30 </ b> A of the inner member 30. Flow into. That is, the inner peripheral side of the main shaft 7, the air circulation hole 63D, the central opening of the crown 4C, and the air circulation hole 30A of the inner member 30 form an air supply path during supply. As described above, the runner 44 of the present embodiment also sucks out through the inner peripheral side of the main shaft 7 and the inner peripheral side region In of the inner member 30 when the pressure in the inner peripheral region In becomes smaller than a predetermined pressure. Air supply (natural air supply) is performed toward the downstream side of the pipe 5, that is, the runner body 4M.

一方、本実施の形態では、ピストン部材64によって仕切られる水圧室63Eの一方の空間を外部に連通させる水路66が形成され、水路66とケーシング1とが配管67によって接続されている。配管67には、開閉バルブ68が設けられている。本実施の形態では、この開閉バルブ68を開くことで、ケーシング1内の水を水路66を介して水圧室66Eに導き、内側部材30を強制的に吸出し管5側に移動させることが可能となっている。   On the other hand, in the present embodiment, a water channel 66 that allows one space of the hydraulic chamber 63E partitioned by the piston member 64 to communicate with the outside is formed, and the water channel 66 and the casing 1 are connected by a pipe 67. The pipe 67 is provided with an opening / closing valve 68. In the present embodiment, by opening the opening / closing valve 68, the water in the casing 1 can be guided to the water pressure chamber 66E through the water channel 66, and the inner member 30 can be forcibly moved to the suction pipe 5 side. It has become.

以上に説明した第4の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、開閉バルブ38Eを開くことで、内側部材30を強制的に吸出し管5側に移動させることができる。これにより、任意のタイミングで、給気を行うことができるため、水圧脈動をより効果的に低減することができる。   According to the fourth embodiment described above, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the inner member 30 is forcibly moved to the suction pipe 5 side by opening the opening / closing valve 38E. Can be made. Thereby, since air can be supplied at an arbitrary timing, the hydraulic pulsation can be more effectively reduced.

(第5の実施の形態)
次に、第5の実施の形態によるランナ45について図12を用いて説明する。本実施の形態における第1〜第4実施の形態と同様の構成部分については、同一の符号を示している。以下では、主に、第1〜第4の実施の形態との相違点を説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a runner 45 according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first to fourth embodiments in the present embodiment are denoted by the same reference numerals. In the following, differences from the first to fourth embodiments will be mainly described.

本実施の形態は、第2の実施の形態と同様に、エクステンション部材10が、主軸7の内周側及び内側部材30の内周側領域Inを通して、ランナ本体4Mの下流側に向けて給気を行うことが可能となっている。一方、内側部材30は、回転軸O周りに回転移動可能となっている。   In the present embodiment, the extension member 10 supplies air toward the downstream side of the runner body 4M through the inner peripheral side region In of the main shaft 7 and the inner member 30 as in the second embodiment. It is possible to do. On the other hand, the inner member 30 can be rotated around the rotation axis O.

図12においては、内側部材30に形成された複数の連通孔31のそれぞれが、外側部材20に形成された複数の貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態、すなわち第1の状態が示されている。   FIG. 12 shows a state in which each of the plurality of communication holes 31 formed in the inner member 30 overlaps with one of the plurality of through holes 11 formed in the outer member 20 in the radial direction, that is, the first state. Has been.

そして、本実施の形態においては、駆動部32がサーボモータとなっている点で、第2の実施の形態とは異なっている。そして、本実施の形態では、サーボモータである駆動部32によって、内側部材30が、連通孔31のそれぞれが貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態となって、貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通する第1の状態と、連通孔31のそれぞれが貫通孔11のいずれかに径方向で重なる状態から外れて、当該内側部材30の壁部で、貫通孔11を内周側から覆う第2の状態とをとるように、回転軸Oの周方向に回転移動可能に構成されている。さらに、本実施の形態では、駆動部32が、ガイドベーン3の開度に連動して、内側部材30の回転位置を調整する、すなわち第1の状態または第2の状態に移動させるようになっている。詳しくは、ガイドベーン3は、サーボモータ3Mに接続され、サーボモータ3Mの駆動によって回動される。サーボモータ3Mの回動は、制御部3Sが制御するようになっている。この制御部3Sが、駆動部32に電気的に接続されており、この制御部3Sからの指令に応じて、駆動部32が、ガイドベーン3の開度に連動して、内側部材30を第1の状態または第2の状態に移動させるようになっている。   The present embodiment is different from the second embodiment in that the drive unit 32 is a servo motor. In the present embodiment, the drive member 32 that is a servo motor causes the inner member 30 to be in a state in which each of the communication holes 31 overlaps any one of the through holes 11 in the radial direction, so that the through hole 11 has an inner circumference. The first state in which the side region In and the outer peripheral side region Ex communicate with each other and the state in which each of the communication holes 31 overlaps any of the through holes 11 in the radial direction, and the wall portion of the inner member 30 penetrates. It is configured to be able to rotate and move in the circumferential direction of the rotary shaft O so as to take a second state in which the hole 11 is covered from the inner peripheral side. Further, in the present embodiment, the drive unit 32 adjusts the rotational position of the inner member 30 in conjunction with the opening of the guide vane 3, that is, moves to the first state or the second state. ing. Specifically, the guide vane 3 is connected to the servo motor 3M and rotated by driving the servo motor 3M. The rotation of the servo motor 3M is controlled by the control unit 3S. The control unit 3S is electrically connected to the drive unit 32. In response to a command from the control unit 3S, the drive unit 32 links the inner member 30 with the opening degree of the guide vane 3. The state is moved to the first state or the second state.

以上に説明した第5の実施の形態によれば、ランナ41のランナ本体4Mの回転軸側にエクステンション部材10を設けることで、水圧脈動を低減することができる。このようなエクステンション部材10は、吸出し管5内において旋回する水流が通過する位置から離れて設けられることで、吸出し管5内において水流の剥離損失が生じることを抑制することができる。したがって、効率の低下を効果的に抑制しつつ、水圧脈動を低減することができる。   According to the fifth embodiment described above, the hydraulic pulsation can be reduced by providing the extension member 10 on the rotating shaft side of the runner body 4M of the runner 41. Such an extension member 10 is provided apart from the position where the swirling water flow passes in the suction pipe 5, thereby suppressing the occurrence of water flow separation loss in the suction pipe 5. Therefore, it is possible to reduce the hydraulic pulsation while effectively suppressing the decrease in efficiency.

また、この第5の実施の形態によれば、給気を行わずに、エクステンション部材10の貫通孔11が内周側領域Inと外周側領域Exとを連通することで、簡易的に、水圧脈動を低減することができるとともに、給気を行うことにより水圧脈動を低減することもできる。また、給気を行う際には、第2の状態とすることで、給気による水圧脈動の低減効果を高めることができる。   Further, according to the fifth embodiment, the through-hole 11 of the extension member 10 communicates the inner peripheral side region In and the outer peripheral side region Ex without performing air supply, so that the water pressure can be simply set. The pulsation can be reduced, and the hydraulic pulsation can be reduced by supplying air. In addition, when supplying air, the effect of reducing water pressure pulsation by supplying air can be enhanced by setting the second state.

また、本実施の形態のランナ45は、ガイドベーン3の開度に応じて、内側部材30を、第1の状態または第2の状態に移動させる駆動部32をさらに備えている。これにより、自動的に、ガイドベーン3の開度に応じて、第1の状態または第2の状態を切り替えることができる。これにより、自動的に適切なタイミングで第1の状態または第2の状態を切り替えることができ、例えば、部分負荷運転時における所定の流量の際に自動的に第2の状態に切り替える等の動作を実施できる。なお、内側部材30の回転位置とガイドベーン2の開度との関係は、実験等に基づき予め決定しておくことが好ましい。   The runner 45 of the present embodiment further includes a drive unit 32 that moves the inner member 30 to the first state or the second state according to the opening degree of the guide vane 3. Thereby, according to the opening degree of the guide vane 3, a 1st state or a 2nd state can be switched automatically. Thereby, the first state or the second state can be automatically switched at an appropriate timing, for example, an operation such as automatically switching to the second state at a predetermined flow rate during partial load operation. Can be implemented. The relationship between the rotation position of the inner member 30 and the opening degree of the guide vane 2 is preferably determined in advance based on experiments or the like.

なお、第2〜第4の実施の形態では、内周側領域Inの圧力に応じて内側部材30が回転軸Oに沿って移動する構成であるが、この構成を、第5の実施の形態のように、ガイドベーン3の開度に応じて、内側部材30が回転軸Oに沿って移動する構成に代えても構わない。この場合は、例えば、第2及び第3の実施の形態では、駆動部32から付勢部材37等を削除し、例えばサーボモータを設けて、これによって、ガイドベーン3の開度に応じて内側部材30を移動させる構成等にすればよい。また、第4の実施の形態では、開閉バルブ68とガイドベーン3の開度とを連動させるようにしてもよい。   In the second to fourth embodiments, the inner member 30 moves along the rotation axis O in accordance with the pressure in the inner peripheral region In, but this configuration is the fifth embodiment. As described above, the inner member 30 may be moved along the rotation axis O in accordance with the opening degree of the guide vane 3. In this case, for example, in the second and third embodiments, the urging member 37 and the like are deleted from the drive unit 32 and, for example, a servo motor is provided, so that the inner side according to the opening degree of the guide vane 3 is provided. What is necessary is just to set it as the structure etc. to which the member 30 is moved. Further, in the fourth embodiment, the opening / closing valve 68 and the opening degree of the guide vane 3 may be interlocked.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記の実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 ケーシング、2 ステーベーン、3 ガイドベーン、4A ランナ羽根、4B バンド、4C クラウン、4CA 周縁部、4D ランナコーン、4M ランナ本体、5 吸出し管、7 主軸、8 発電機、10 エクステンション部材、11 貫通孔、20 外側部材、30 内側部材、30A 空気流通孔、30C 拡大部、31 連通孔、32 駆動部、33 案内板、33A 貫通孔、33B 空気流通孔、34 ロッド部、35 閉鎖板、36 付勢部材保持板、37 付勢部材、41,42,43,44,45 ランナ、63 主軸内固定部、63A 固定板部、63B 中央軸部、63C 先端板部、63D 空気流通孔、63E 水圧室、63F 受け入れ孔、64 ピストン部材、65 閉鎖板、66 水路、67 配管、68 開閉バルブ、100 フランシス水車、In 内周側領域、Ex 外周側領域。 1 casing, 2 stay vanes, 3 guide vanes, 4A runner blades, 4B band, 4C crown, 4CA peripheral edge, 4D runner cone, 4M runner body, 5 suction pipe, 7 main shaft, 8 generator, 10 extension member, 11 through hole, 20 Outer member, 30 Inner member, 30A Air flow hole, 30C Enlarged part, 31 Communication hole, 32 Drive part, 33 Guide plate, 33A Through hole, 33B Air flow hole, 34 Rod part, 35 Closing plate, 36 Energizing member Holding plate, 37 urging member, 41, 42, 43, 44, 45 runner, 63 main shaft fixing portion, 63A fixing plate portion, 63B central shaft portion, 63C tip plate portion, 63D air flow hole, 63E water pressure chamber, 63F Receiving hole, 64 piston member, 65 closing plate, 66 water channel, 67 piping, 68 open / close valve, 1 0 Francis turbine, In the peripheral region, Ex outer peripheral side region.

Claims (9)

水車運転時に外周側から流入する水流によって回転軸周りに回転駆動されるランナ本体と、
前記ランナ本体の回転軸側に前記回転軸と同軸状に設けられ、前記ランナ本体の下流側に向けて延びる筒状のエクステンション部材と、を備え、
前記エクステンション部材には、その内周側領域と外周側領域とを連通する複数の貫通孔が形成されている、ことを特徴とする水力機械のランナ。
A runner body that is driven to rotate around the rotation axis by a water flow that flows from the outer periphery during water turbine operation;
A cylindrical extension member provided coaxially with the rotary shaft on the rotary shaft side of the runner main body and extending toward the downstream side of the runner main body,
The extension member is provided with a plurality of through-holes communicating between the inner peripheral side region and the outer peripheral side region thereof.
前記エクステンション部材は、筒状の外側部材と、前記外側部材の内周側に配置される筒状の内側部材と、を含み、前記内周側領域は、前記内側部材の内周側に形成され、前記外周側領域は、前記外側部材の外周側に形成されており、
前記貫通孔は、前記外側部材に形成され、
前記内側部材は、その壁部で、前記貫通孔を内周側から覆わずに前記貫通孔が前記内周側領域と前記外周側領域とを連通する第1の状態と、その壁部で、前記貫通孔を内周側から覆う第2の状態とをとるように、前記回転軸の軸方向に沿って移動可能に構成されており、
前記第2の状態において、前記内側部材の内周側に形成される前記内周側領域を通して、前記ランナ本体の下流側に向けて給気を行うように構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の水力機械のランナ。
The extension member includes a cylindrical outer member and a cylindrical inner member disposed on the inner peripheral side of the outer member, and the inner peripheral region is formed on the inner peripheral side of the inner member. The outer peripheral side region is formed on the outer peripheral side of the outer member,
The through hole is formed in the outer member,
The inner member has a first state in which the through hole communicates the inner peripheral side region and the outer peripheral side region without covering the through hole from the inner peripheral side at the wall portion, and the wall portion, It is configured to be movable along the axial direction of the rotating shaft so as to take a second state of covering the through hole from the inner peripheral side,
In the second state, air is supplied toward the downstream side of the runner body through the inner peripheral region formed on the inner peripheral side of the inner member. The hydraulic machine runner according to claim 1.
前記内側部材には、径方向に貫通する複数の連通孔が形成されており、
前記第1の状態において、前記内側部材の前記複数の連通孔のそれぞれが、前記外側部材の前記貫通孔のいずれかに重なる状態となって、前記貫通孔が前記内周側領域と前記外周側領域とを連通し、
前記第2の状態において、前記内側部材の前記複数の連通孔のそれぞれが、前記外側部材の前記貫通孔のいずれかに重なる状態から外れて、前記内側部材の壁部が前記貫通孔を覆うようになっている、ことを特徴とする請求項2に記載の水力機械のランナ。
The inner member is formed with a plurality of communication holes penetrating in the radial direction,
In the first state, each of the plurality of communication holes of the inner member overlaps with any of the through holes of the outer member, and the through holes are in the inner peripheral region and the outer peripheral side. Communicate with the area,
In the second state, each of the plurality of communication holes of the inner member is removed from a state where it overlaps with any of the through holes of the outer member, and the wall portion of the inner member covers the through holes. The runner of a hydraulic machine according to claim 2, wherein
前記内周側領域の圧力が、所定の圧力よりも小さくなった際に、前記内側部材を前記第1の状態から前記第2の状態に移動させる駆動部をさらに備えている、ことを特徴とする請求項2または3に記載の水力機械のランナ。   And a drive unit that moves the inner member from the first state to the second state when the pressure in the inner peripheral region becomes lower than a predetermined pressure. The runner of a hydraulic machine according to claim 2 or 3. 前記駆動部は、前記内側部材を、前記ランナ本体の上流側の水の水圧によって移動させる水圧移動機構を有する、ことを特徴とする請求項4に記載の水力機械のランナ。   5. The hydraulic machine runner according to claim 4, wherein the drive unit includes a hydraulic pressure moving mechanism that moves the inner member by water pressure upstream of the runner main body. 前記水圧移動機構は、水の水圧によって前記内側部材を移動させるか否かを切り替える開閉バルブをさらに有することを特徴とする請求項5に記載の水力機械のランナ。   The hydraulic machine runner according to claim 5, wherein the hydraulic pressure movement mechanism further includes an open / close valve that switches whether the inner member is moved by the hydraulic pressure of water. 前記ランナ本体の上流側に配置されるガイドベーンの開度に応じて、前記内側部材を、前記第1の状態または前記第2の状態に移動させる駆動部をさらに備えている、ことを特徴とする請求項2または3に記載の水力機械のランナ。   A drive unit that moves the inner member to the first state or the second state according to an opening degree of a guide vane disposed on the upstream side of the runner body, The runner of a hydraulic machine according to claim 2 or 3. 前記エクステンション部材は、筒状の外側部材と、前記外側部材の内周側に配置される筒状の内側部材と、を含み、前記内周側領域は、前記内側部材の内周側に形成され、前記外周側領域は、前記外側部材の外周側に形成されており、
前記貫通孔は、前記外側部材に形成されており、
前記内側部材には、径方向に貫通する連通孔が形成されており、
前記内側部材は、前記連通孔のそれぞれが前記貫通孔のいずれかに重なる状態となって、前記貫通孔が前記内周側領域と前記外周側領域とを連通する第1の状態と、前記連通孔のそれぞれが前記貫通孔のいずれかに重なる状態から外れて、その壁部で、前記貫通孔を内周側から覆う第2の状態とをとるように、前記回転軸の周方向に回転移動可能に構成されており、
前記第2の状態において、前記内側部材の内周側に形成される前記内周側領域を通して、前記ランナ本体の下流側に向けて給気を行うように構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の水力機械のランナ。
The extension member includes a cylindrical outer member and a cylindrical inner member disposed on the inner peripheral side of the outer member, and the inner peripheral region is formed on the inner peripheral side of the inner member. The outer peripheral side region is formed on the outer peripheral side of the outer member,
The through hole is formed in the outer member,
The inner member is formed with a communication hole penetrating in the radial direction,
The inner member is in a state in which each of the communication holes overlaps any one of the through holes, and the first state in which the through holes communicate the inner peripheral side region and the outer peripheral side region; Rotating and moving in the circumferential direction of the rotating shaft so that each of the holes is removed from a state where it overlaps one of the through holes, and the wall portion takes a second state of covering the through hole from the inner peripheral side. Configured to be possible,
In the second state, air is supplied toward the downstream side of the runner body through the inner peripheral region formed on the inner peripheral side of the inner member. The hydraulic machine runner according to claim 1.
前記ランナ本体の上流側に配置されるガイドベーンの開度に応じて、前記内側部材を、前記第1の状態または前記第2の状態に移動させる駆動部をさらに備えている、ことを特徴とする、請求項8に記載の水力機械のランナ。   A drive unit that moves the inner member to the first state or the second state according to an opening degree of a guide vane disposed on the upstream side of the runner body, The runner of a hydraulic machine according to claim 8.
JP2014186196A 2014-09-12 2014-09-12 Runner for hydraulic machinery Pending JP2016056787A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014186196A JP2016056787A (en) 2014-09-12 2014-09-12 Runner for hydraulic machinery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014186196A JP2016056787A (en) 2014-09-12 2014-09-12 Runner for hydraulic machinery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016056787A true JP2016056787A (en) 2016-04-21

Family

ID=55757996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014186196A Pending JP2016056787A (en) 2014-09-12 2014-09-12 Runner for hydraulic machinery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016056787A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021179183A (en) * 2020-05-12 2021-11-18 株式会社東芝 Runner cone and hydraulic machine
CN114526185A (en) * 2021-12-20 2022-05-24 杭州力源发电设备有限公司 Self-adaptive control anti-cavitation pump turbine
CN114623035A (en) * 2021-12-20 2022-06-14 杭州力源发电设备有限公司 A pump-turbine air-supplying structure
US11719214B2 (en) * 2018-11-21 2023-08-08 Ge Renewable Technologies Hydroturbine runner crown with balancing slots

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4910773B1 (en) * 1970-06-29 1974-03-13
JPS519140U (en) * 1974-07-10 1976-01-23
JPS51137049A (en) * 1975-05-21 1976-11-26 Hitachi Ltd A water thrust reducing apparatus of a hydraulic machinery
JPS54138928A (en) * 1978-04-19 1979-10-27 Hitachi Ltd Runner
JPH02140466A (en) * 1988-11-19 1990-05-30 Hitachi Ltd Turning restraint fin for bending sucking out pipe
JPH11153081A (en) * 1997-11-21 1999-06-08 Toshiba Corp Hydraulic machinery having air supply structure
JP2011514474A (en) * 2008-03-05 2011-05-06 アルストム イドロ フランス Francis-type hydro turbine wheel with tip forming member and method for reducing fluctuations using the wheel
JP2011140886A (en) * 2010-01-05 2011-07-21 Toshiba Corp Hydraulic machine and runner thereof
CN103982357A (en) * 2014-05-26 2014-08-13 哈尔滨电机厂有限责任公司 Flow guide structure at water turbine runner outlet capable of weakening vortex strip of draft tube

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4910773B1 (en) * 1970-06-29 1974-03-13
JPS519140U (en) * 1974-07-10 1976-01-23
JPS51137049A (en) * 1975-05-21 1976-11-26 Hitachi Ltd A water thrust reducing apparatus of a hydraulic machinery
JPS54138928A (en) * 1978-04-19 1979-10-27 Hitachi Ltd Runner
JPH02140466A (en) * 1988-11-19 1990-05-30 Hitachi Ltd Turning restraint fin for bending sucking out pipe
JPH11153081A (en) * 1997-11-21 1999-06-08 Toshiba Corp Hydraulic machinery having air supply structure
JP2011514474A (en) * 2008-03-05 2011-05-06 アルストム イドロ フランス Francis-type hydro turbine wheel with tip forming member and method for reducing fluctuations using the wheel
JP2011140886A (en) * 2010-01-05 2011-07-21 Toshiba Corp Hydraulic machine and runner thereof
CN103982357A (en) * 2014-05-26 2014-08-13 哈尔滨电机厂有限责任公司 Flow guide structure at water turbine runner outlet capable of weakening vortex strip of draft tube

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11719214B2 (en) * 2018-11-21 2023-08-08 Ge Renewable Technologies Hydroturbine runner crown with balancing slots
JP2021179183A (en) * 2020-05-12 2021-11-18 株式会社東芝 Runner cone and hydraulic machine
CN114526185A (en) * 2021-12-20 2022-05-24 杭州力源发电设备有限公司 Self-adaptive control anti-cavitation pump turbine
CN114623035A (en) * 2021-12-20 2022-06-14 杭州力源发电设备有限公司 A pump-turbine air-supplying structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2016056787A (en) Runner for hydraulic machinery
JP2003013898A (en) Axial-flow type fluid machine
US20190345909A1 (en) A turbine
US20140294590A1 (en) Compact blade for runner of francis turbine and method for configuring runner
JP2008298027A (en) Vortex flow blower
JP4576414B2 (en) Cone and water wheel
ES2773998T3 (en) Hydraulic turbine
JP2016109087A (en) Water power machine
US8916986B2 (en) Impulse air turbine arrangement for use with a reversing bi-directional air flow in a wave power plant
KR101732145B1 (en) wind power generation apparatus
CN104564178B (en) Decompression expansion trubo-generator set
KR20150066282A (en) Diffuser for boiler feedwater pump
CA3048394C (en) Power generation plant having a kaplan, bulb, diagonal flow or propeller turbine
JP5341782B2 (en) Hydraulic machine and its runner
WO2016067995A1 (en) Main steam valve and steam turbine
JP2017075572A (en) Francis runner and water power machine including the same
JP6126483B2 (en) Axial water turbine runner blades, axial water turbine runners and axial water turbines
JP2010002066A (en) Turbine generator and refrigerating device equipped with the same
JP5505860B2 (en) Faucet generator
JP2018080616A (en) Hydraulic machine and operation method thereof
JP2005188425A (en) Water wheel, guide vane device, and method for operating water wheel
RO137523B1 (en) Device for reducing instabilities of the swirl flow in the conical diffuser of hydraulic turbines
JP2010014095A (en) Turbine nozzle, turbine generator and refrigerating unit having the same
KR101171263B1 (en) Aerogenerator
JP2017190695A (en) Casing of hydraulic power machine, and hydraulic power machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170306

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20171120

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180123

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180314

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20180314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180824

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20180831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180920

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190222