水力機(jī)械及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠抑制因轉(zhuǎn)輪的下游側(cè)產(chǎn)生的漩渦的自轉(zhuǎn)模式、伸縮模式引起的水壓波動(dòng)的水力機(jī)械及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，水力機(jī)械具備將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量的轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪具有配置為環(huán)狀的多個(gè)葉片、從上側(cè)與所述葉片連接且在所述葉片所包圍的位置具有下端面的上冠、從下側(cè)與所述葉片連接的下環(huán)。而且，所述機(jī)械具有將所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)的主軸和位于所述轉(zhuǎn)輪的下游且流入有對(duì)所述轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水的吸出管。另外，所述機(jī)械具有柱狀構(gòu)件，所述柱狀構(gòu)件在所述上冠的下方配置在所述主軸的旋轉(zhuǎn)軸上，具有比所述上冠的下端面的直徑小的直徑。
【專利說(shuō)明】水力機(jī)械及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及水力機(jī)械及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖7是表示以往的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7的水力機(jī)械相當(dāng)于法蘭西斯水輪機(jī)。
[0003]在圖7的水力機(jī)械中，由蝸殼1、固定導(dǎo)葉2和座環(huán)3形成流路的一部分，該蝸殼I用于引導(dǎo)來(lái)自上游的壓力水，該固定導(dǎo)葉2配置在蝸殼I的內(nèi)周側(cè)且對(duì)來(lái)自蝸殼I的水進(jìn)行整流，該座環(huán)3從上下夾持固定導(dǎo)葉2。另外，圖7的水力機(jī)械構(gòu)成為，將在該流路中流動(dòng)的水流向?qū)~4和轉(zhuǎn)輪5引導(dǎo)，該導(dǎo)葉4配置在座環(huán)3的內(nèi)周側(cè)，作為流量調(diào)整用可動(dòng)葉，該轉(zhuǎn)輪5將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量。
[0004]轉(zhuǎn)輪5具有:多個(gè)葉片5a，配置為環(huán)狀；上冠5b，從上側(cè)與上述葉片5a連接，具有環(huán)形形狀，并與主軸9連接；下環(huán)5c，從下側(cè)與上述葉片5a連接，具有環(huán)形形狀；以及泄水錐5d，設(shè)置在上冠5b的下端。轉(zhuǎn)輪5容納在上罩(cover)6和下罩7之間。對(duì)轉(zhuǎn)輪5進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水被向位于轉(zhuǎn)輪5的下游的吸出管8排出，并且經(jīng)由吸出管8被向排水路排出。另夕卜，主軸9與發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子軸連接，通過(guò)將轉(zhuǎn)輪5的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)10，來(lái)向發(fā)電機(jī)10供給用于發(fā)電的驅(qū)動(dòng)力。
[0005]通常，轉(zhuǎn)輪5的葉片5a被固定，在使水力機(jī)械的輸出變化時(shí)，使可動(dòng)的導(dǎo)葉4的開(kāi)度變化來(lái)進(jìn)行流量調(diào)整。因此，即便由于水壩的水位降低等而使向轉(zhuǎn)輪5流入的水流的流入角度變化，也由于不能夠使轉(zhuǎn)輪5的葉片5a可動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)輪5無(wú)法將水流的能量全部都轉(zhuǎn)換的狀況，結(jié)果，向轉(zhuǎn)輪5的出口側(cè)流出回旋流。尤其，在小流量的部分負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此現(xiàn)象顯著，在轉(zhuǎn)輪5的出口附近的吸出管8內(nèi)產(chǎn)生因回旋流引起的大的螺旋狀漩渦
11。在該漩渦11的中心部壓力顯著下降，出現(xiàn)被水蒸氣和游離空氣充滿的空心。該氣泡化的漩渦11在吸出管8內(nèi)部來(lái)回震動(dòng)，從而產(chǎn)生水壓波動(dòng)。
[0006]圖8示出這樣的水壓波動(dòng)和流量的關(guān)系。圖8是表示以往的水力機(jī)械的水壓波動(dòng)特性的坐標(biāo)圖。根據(jù)圖8可知，在小于額定流量的區(qū)域存在水壓波動(dòng)變大的2個(gè)區(qū)域12、
13。因此，如果由于水壩的水位降低等而使流量變?yōu)榈陀陬~定流量，成為區(qū)域12、13內(nèi)的流量，則產(chǎn)生大的水壓波動(dòng)。
[0007]區(qū)域12的水壓波動(dòng)的大小依存于漩渦11的強(qiáng)度，根據(jù)成為漩渦11的原因的回旋流的特性可知，在額定流量的大約一半的流量附近變?yōu)樽畲蟆?br> [0008]相對(duì)于此，根據(jù)至今的可視化研究可知，如圖9所示，區(qū)域13的水壓波動(dòng)是漩渦11的截面形狀為橢圓14且相對(duì)螺旋軸自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)模式和漩渦11的產(chǎn)生區(qū)域整體在上下方向上伸縮的伸縮模式的合成。圖9是用于說(shuō)明自轉(zhuǎn)模式和伸縮模式的俯視圖和剖視圖。
[0009]另外，通過(guò)最近的基于液流分析的現(xiàn)象分析推定出，成為區(qū)域13的水壓波動(dòng)的原因的橢圓截面的螺旋漩渦11形成為圖10所示的形態(tài)的橢圓截面的螺旋漩渦11。圖10是用于說(shuō)明橢圓截面的螺旋漩渦11的生成原理的剖視圖和側(cè)視圖。圖10 (b)是圖10 (a)的區(qū)域15的側(cè)視圖，示出泄水錐5d的筒狀的壁面。
[0010]如圖10 (b)所示，在泄水錐5d的壁面附近的流動(dòng)位置，泄水錐5d的壁面的傾斜所引起的離心力16和主流方向的動(dòng)壓力17成為主要的流體力，但是，在上述的區(qū)域13，兩流體力平衡，形成局部的再循環(huán)區(qū)域18。再循環(huán)區(qū)域18以在泄水錐5d的壁面附近被主流按壓的狀態(tài)來(lái)形成，因此，成為橢圓狀的再循環(huán)區(qū)域18。該再循環(huán)區(qū)域18向轉(zhuǎn)輪5的下游區(qū)流下，成為橢圓截面的螺旋漩渦11。
[0011]另外，如圖11所示，漩渦11的產(chǎn)生區(qū)域整體在上下方向伸縮的伸縮模式是由于因轉(zhuǎn)輪5的出口流的動(dòng)壓而要使漩渦11向下游側(cè)伸展的力19與因吸出管8的壓力恢復(fù)效果而要使漩渦11向上游側(cè)返回的力20的平衡作用而引起的。圖11是用于說(shuō)明伸縮模式的生成原理的剖視圖。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:特許第2598120號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)2:特許第2592508號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)2001-165024號(hào)公報(bào)
[0017]作為抑制區(qū)域12的水壓波動(dòng)的方法，提出過(guò)為了抑制回旋流而在吸出管8的內(nèi)壁安裝突起的凸片的方法，或者為了使漩渦11穩(wěn)定化而向吸出管8內(nèi)供氣的方法。作為供氣的方法的例子，列舉出從上罩6強(qiáng)制地供氣的方法、從貫通吸出管8的內(nèi)壁的供氣管供氣的方法、使主軸9內(nèi)中空而從主軸9內(nèi)向轉(zhuǎn)輪5的下方供氣的方法等。另一方面，關(guān)于區(qū)域13的水壓波動(dòng)，在通過(guò)最近的可視化研究也發(fā)現(xiàn)過(guò)，但是沒(méi)有提出有效抑制水壓波動(dòng)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制在轉(zhuǎn)輪的下游側(cè)產(chǎn)生的因漩渦的自轉(zhuǎn)模式和伸縮模式而引起的水壓波動(dòng)的水力機(jī)械及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
[0019]本實(shí)施方式的水力機(jī)械，具有:轉(zhuǎn)輪，具備配置為環(huán)狀的多個(gè)葉片、從上側(cè)與所述葉片連接且在被所述葉片包圍的位置具有下端面的上冠、以及從下側(cè)與所述葉片連接的下環(huán)，該轉(zhuǎn)輪將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量；主軸，將所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)；吸出管，位于所述轉(zhuǎn)輪的下游，對(duì)所述轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水流入該吸出管；以及柱狀構(gòu)件，在所述上冠的下方配置在所述主軸的旋轉(zhuǎn)軸上，具有比所述上冠的下端面的直徑小的直徑。
[0020]另外，本實(shí)施方式的水力機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，通過(guò)轉(zhuǎn)輪將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量，該轉(zhuǎn)輪具備配置為環(huán)狀的多個(gè)葉片、從上側(cè)與所述葉片連接且在被所述葉片包圍的位置具有下端面且與主軸連接的上冠、從下側(cè)與所述葉片連接的下環(huán)，并且在所述上冠的下方，在所述主軸的旋轉(zhuǎn)軸上配置具有比所述上冠的下端面的直徑小的直徑的柱狀構(gòu)件，通過(guò)所述主軸將所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)，將對(duì)所述轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水向位于所述轉(zhuǎn)輪的下游的吸出管排出。
[0021]根據(jù)實(shí)施方式的水力機(jī)械及水力機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，能夠抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式、伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是表示第一實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0023]圖2是表示第一實(shí)施方式的LC/DE的值與水壓波動(dòng)振幅之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，以及用于說(shuō)明LC、DE的剖視圖。
[0024]圖3是表示第二實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0025]圖4是表示第三實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0026]圖5是表示第四實(shí)施方式的D0/DE的值與水壓波動(dòng)振幅、摩擦損失增加量之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，以及用于說(shuō)明DO、DE的圖。
[0027]圖6是表示第五實(shí)施方式的L0/LE的值與水壓波動(dòng)振幅、水輪機(jī)效率降低量之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，以及用于說(shuō)明L0、LE的圖。
[0028]圖7是表示以往的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0029]圖8是表示以往的水力機(jī)械的水壓波動(dòng)特性的坐標(biāo)圖。
[0030]圖9是用于說(shuō)明自轉(zhuǎn)模式和伸縮模式的俯視圖和剖視圖。
[0031]圖10是用于說(shuō)明橢圓截面的螺旋漩渦的生成原理的剖視圖和側(cè)視圖。
[0032]圖11是用于說(shuō)明伸縮模式的生成原理的剖視圖。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0034]1:蝸殼，2:固定導(dǎo)葉，3:座環(huán)，4:導(dǎo)葉，
[0035]5:轉(zhuǎn)輪，5a:葉片，5b:上冠，5c:下環(huán)，5d:泄水錐，
[0036]6:上罩,7:下罩，8:吸出管，9:主軸,10:發(fā)電機(jī)，
[0037]11:螺旋漩渦，12、13:水壓波動(dòng)增加區(qū)域，14:橢圓，15:區(qū)域，
[0038]16:離心力，17:動(dòng)壓力，18:再循環(huán)區(qū)域，19，20:力，
[0039]21:柱狀構(gòu)件，22:支柱，23:供氣管，24:壓力傳感器
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下，參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0041](第一實(shí)施方式)
[0042]圖1是表示第一實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1的水力機(jī)械相當(dāng)于法蘭西斯水輪機(jī)。
[0043]圖1的水力機(jī)械與圖7的水力機(jī)械相同，具有蝸殼1、固定導(dǎo)葉2、座環(huán)3、導(dǎo)葉4、轉(zhuǎn)輪5、上罩6、下罩7、吸出管8、主軸9以及發(fā)電機(jī)10。
[0044]本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)輪5具有多個(gè)葉片5a、上冠5b以及下環(huán)5c，但是不具有泄水錐。結(jié)果，本實(shí)施方式的上冠5b在被葉片5a包圍的位置具有向轉(zhuǎn)輪5的下游側(cè)露出的下端面S0
[0045]本實(shí)施方式的上冠5b在下端面S的上部具有空心。上冠5b可以不具有這樣的空心，但是通過(guò)在上冠5b設(shè)置這樣的空心，能夠使上冠5b輕量化，使轉(zhuǎn)輪5變得易于旋轉(zhuǎn)。
[0046]此外，在本實(shí)施方式中，上冠5b的下端面S成為實(shí)心的平坦面，但是如后述那樣，可以為中空的平坦面。因此，在本實(shí)施方式中，上述的空心不貫通上冠5b，但是可以貫通上冠5b ο
[0047]圖1的水力機(jī)械還具有圓柱形的柱狀構(gòu)件21。柱狀構(gòu)件21在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上，具有比上冠5b的下端面S的直徑DC小的直徑DO。柱狀構(gòu)件21安裝在上冠5b的下端面S。因此，柱狀構(gòu)件21與轉(zhuǎn)輪5和主軸9 一同旋轉(zhuǎn)。
[0048]此外，柱狀構(gòu)件21是能夠確定直徑DO的形狀即可，可以具有圓柱形以外的形狀。柱狀構(gòu)件21例如也可以具有在圓柱構(gòu)件上設(shè)置突起、凹陷、槽、貫通孔等的形狀。但是，本實(shí)施方式的柱狀構(gòu)件21由于與轉(zhuǎn)輪5和主軸9 一同旋轉(zhuǎn)，因此優(yōu)選不具有妨礙水流的突起或凹陷。此外，在后述的實(shí)施方式中，說(shuō)明圓管形的柱狀構(gòu)件。
[0049]接著，說(shuō)明第一實(shí)施方式的效果。
[0050]如上所述，在本實(shí)施方式中，柱狀構(gòu)件21在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上。配置有柱狀構(gòu)件21的場(chǎng)所與圖7所示的漩渦11的產(chǎn)生區(qū)域是重疊的。另外，柱狀構(gòu)件21延伸的方向與漩渦11的產(chǎn)生區(qū)域整體伸縮的伸縮模式相同，為上下方向。因此，柱狀構(gòu)件21作為漩渦11的伸縮模式的阻礙而起作用。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因圖10 (b)所示的漩渦11的伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0051]另外，在本實(shí)施方式中，由于沒(méi)有設(shè)置圖7所示的泄水錐5d，所以不會(huì)產(chǎn)生作為漩渦11的截面形狀成為橢圓14的原因的、橢圓狀的再循環(huán)區(qū)域18，因此，抑制漩渦11相對(duì)于螺旋軸自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)模式的產(chǎn)生。另外，代替泄水錐設(shè)置的柱狀構(gòu)件21具有比上冠5b的下端面S的直徑DC小的直徑D0，因此不易成為圖10 (b)所示的橢圓狀的再循環(huán)區(qū)域18的產(chǎn)生原因。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因漩渦11的自轉(zhuǎn)模式引起的水壓波動(dòng)。
[0052]這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式和伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0053]圖2 (a)是用于說(shuō)明第一實(shí)施方式的LC/DE的值與水壓波動(dòng)振幅之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，圖2 (b)是用于說(shuō)明水力機(jī)械的LC、DE的剖視圖。
[0054]圖2 (b)是表示與圖1所示的第一實(shí)施方式的水力機(jī)械相同的結(jié)構(gòu)的剖視圖。附圖標(biāo)記A表示葉片5a與上冠5b的連接部的內(nèi)端。附圖標(biāo)記B表示葉片5a與下環(huán)5c的連接部的內(nèi)端。附圖標(biāo)記C表示下環(huán)5c的出口端。另外，附圖標(biāo)記LC表示葉片5a和上冠5b的連接部的內(nèi)端A與上冠5b的下端面S之間的軸向距離(高度)。另外，附圖標(biāo)記DE表示轉(zhuǎn)輪5的出口直徑(下環(huán)5c的出口端C處的轉(zhuǎn)輪5的直徑)。
[0055]在本實(shí)施方式中，為了有效發(fā)揮對(duì)水壓波動(dòng)的抑制作用，優(yōu)選將軸向距離LC設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。其理由為，若軸向距離LC過(guò)長(zhǎng)，則在上冠5b的側(cè)壁附近同樣會(huì)產(chǎn)生以往在泄水錐5d的側(cè)壁附近產(chǎn)生的橢圓狀的再循環(huán)區(qū)域18。因此，優(yōu)選將軸向距離LC設(shè)定為短的值。
[0056]因此，根據(jù)模型試驗(yàn)，測(cè)定了用轉(zhuǎn)輪出口直徑DE使軸向距離LC無(wú)量綱化而得的LC/DE (LC和DE的比率)與水壓波動(dòng)振幅之間的關(guān)系。圖2 Ca)示出其測(cè)定結(jié)果。如圖2(a)所示，大概在LC/DE大于0.08時(shí)水壓波動(dòng)振幅的值急劇增加。因此，優(yōu)選LC/DE的值設(shè)定得小于 0.08 (LC/DE < 0.08)。
[0057]如上所述，在本實(shí)施方式中，將具有比上冠5b的下端面S的直徑DC小的直徑DO的柱狀構(gòu)件21，在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式或伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0058](第二實(shí)施方式)
[0059]圖3是表示第二實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0060]在本實(shí)施方式中，圖3的上冠5b的下端面S為中空的平坦面，具有環(huán)形的形狀。另夕卜，在本實(shí)施方式中，柱狀構(gòu)件21經(jīng)由支柱22安裝在吸出管8的壁面上。具體地說(shuō)，柱狀構(gòu)件21經(jīng)由支柱22安裝在吸出管8的比彎曲部位靠上游側(cè)的部分(上部吸出管)的壁面。因此，本實(shí)施方式的柱狀構(gòu)件21不與轉(zhuǎn)輪5和主軸9共同旋轉(zhuǎn)，而靜止不動(dòng)。
[0061]此外，在本實(shí)施方式中，支柱22的個(gè)數(shù)為2個(gè)，但是只要是能夠支撐柱狀構(gòu)件21的個(gè)數(shù)即可，可以是任意個(gè)數(shù)。另外，上冠5b的下端面S可以不是中空的平坦面，而是與第一實(shí)施方式相同的實(shí)心的平坦面。
[0062]在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式相同,將具有比上冠5b的下端面S的直徑DC小的直徑DO的柱狀構(gòu)件21，在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式、伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0063]此外，在本實(shí)施方式中，由于柱狀構(gòu)件21不是安裝于轉(zhuǎn)輪5而是經(jīng)由支柱22安裝于吸出管8，因此有利于使施加于轉(zhuǎn)輪5的重量輕量化。另一方面，在第一實(shí)施方式中，因?yàn)椴恍枰O(shè)置支柱22，所以具有能夠防止出現(xiàn)支柱22妨礙水流的優(yōu)點(diǎn)。
[0064](第三實(shí)施方式)
[0065]圖4是表示第三實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0066]在本實(shí)施方式中，圖4的上冠5b的下端面S為中空的平坦面，具有環(huán)形形狀。另夕卜，本實(shí)施方式的水力機(jī)械具有:供氣管23，在主軸9以及上冠5b的內(nèi)側(cè)穿過(guò)；以及壓力傳感器24，在轉(zhuǎn)輪5的下游，對(duì)不穩(wěn)定振動(dòng)的產(chǎn)生進(jìn)行檢測(cè)。如箭頭M所示，供氣管23具有其前端部能夠在上下方向伸縮的結(jié)構(gòu)。另外，壓力傳感器24安裝在吸出管8(具體地說(shuō)，上部吸出管)的外壁面。
[0067]在本實(shí)施方式中，利用該供氣管23來(lái)抑制圖7所示的因漩渦11的自轉(zhuǎn)模式或伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。本實(shí)施方式的供氣管23相當(dāng)于上述的圓管形的柱狀構(gòu)件21的例子。如圖4所示，本實(shí)施方式的供氣管23具有比上冠5b的下端面S的直徑小的直徑，其前端部在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上。
[0068]供氣管23可以構(gòu)成前端部能夠伸縮，也可以構(gòu)成不能夠伸縮，但是在本實(shí)施方式中，構(gòu)成前端部能夠伸縮。其理由為，用于供氣的供氣管23的優(yōu)選長(zhǎng)度和用于抑制水壓波動(dòng)(具體地說(shuō)，抑制因漩渦11的伸縮模式引起的水壓波動(dòng))的供氣管23的優(yōu)選長(zhǎng)度通常是不同的。
[0069]因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)壓力傳感器24檢測(cè)水壓波動(dòng)引起的不穩(wěn)定振動(dòng)。另夕卜，在壓力傳感器24檢測(cè)出不穩(wěn)定振動(dòng)的產(chǎn)生時(shí)，水力機(jī)械的控制部(未圖示)使供氣管23的前端部從上冠5b的下端面S向下方延伸。由此，能夠抑制水壓波動(dòng)。
[0070]如上所述，在本實(shí)施方式中，將具有比上冠5b的下端面S的直徑DC小的直徑DO的供氣管23,在上冠5b的下方配置在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸X上。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，與第一、第二實(shí)施方式相同，能夠抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式或伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0071 ] 此外，在本實(shí)施方式中，可以代替用于輸送空氣的供氣管23而利用用于輸送水的供水管來(lái)抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式或伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。
[0072](第四實(shí)施方式)
[0073]圖5 Ca)是說(shuō)明第四實(shí)施方式的D0/DE的值與水壓波動(dòng)振幅、摩擦損失增加量之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，圖5 (b)是用于說(shuō)明水力機(jī)械的DO、DE的圖。
[0074]圖5 (b)是表示第四實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在此，第四實(shí)施方式的水力機(jī)械具有與圖1所示的第一實(shí)施方式的水力機(jī)械相同的結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記DO表示柱狀構(gòu)件21的直徑。另外，附圖標(biāo)記DE表示轉(zhuǎn)輪5的出口直徑。
[0075]在本實(shí)施方式中，為了有效發(fā)揮對(duì)水壓波動(dòng)的抑制作用，優(yōu)選將柱狀構(gòu)件21的直徑DO設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹怠Ｆ淅碛蔀椋糁鶢顦?gòu)件21的直徑DO過(guò)小，則柱狀構(gòu)件21對(duì)漩渦11的伸縮模式的抵抗作用弱，不能夠充分地抑制水壓波動(dòng)。另外，若柱狀構(gòu)件21的直徑DO過(guò)大，則由于流路截面積的減小而導(dǎo)致流速增加，摩擦損失增加。因此，優(yōu)選將柱狀構(gòu)件21的直徑DO設(shè)定為不過(guò)小也不過(guò)大的值。
[0076]因此，根據(jù)模型試驗(yàn)，測(cè)定了用轉(zhuǎn)輪出口直徑DE使柱狀構(gòu)件21的直徑DO無(wú)量綱化而得的DO/DE (D0除以DE的值)與水壓波動(dòng)振幅、摩擦損失增加量之間的關(guān)系。圖5 (a)表示其測(cè)定結(jié)果。如圖5 (a)所示，水壓波動(dòng)振幅的值大概在D0/DE變得小于0.02時(shí)急劇增加。另一方面，摩擦損失增加量的值大概在D0/DE變得大于0.30時(shí)急劇增加。
[0077]因此，在本實(shí)施方式中，將D0/DE的值設(shè)定為小于0.02且大于0.30 (0.02 < DO/DE < 0.30)。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制摩擦損失的同時(shí)抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式、伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。此外，本實(shí)施方式的設(shè)定可以適用于第二、第三實(shí)施方式。
[0078](第五實(shí)施方式)
[0079]圖6 (a)是用于說(shuō)明第五實(shí)施方式的L0/LE的值與水壓波動(dòng)振幅、水輪機(jī)效率降低量之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖，圖6 (b)是用于說(shuō)明水力機(jī)械的L0、LE的圖。
[0080]圖6 (b)是表不第五實(shí)施方式的水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在此,第五實(shí)施方式的水力機(jī)械具有圖1所示的第一實(shí)施方式的水力機(jī)械相同的結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記LO表示柱狀構(gòu)件21的長(zhǎng)度。另外，附圖標(biāo)記LE表示葉片5a和上冠5b的連接部的內(nèi)端A與下環(huán)5c的出口端C之間的軸向距離。內(nèi)端A和出口端C的位置參照?qǐng)D2。
[0081]在本實(shí)施方式中，為了有效發(fā)揮水壓波動(dòng)的抑制作用，優(yōu)選將柱狀構(gòu)件21的長(zhǎng)度LO設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。其理由為，若柱狀?gòu)件21的長(zhǎng)度LO過(guò)短，則柱狀構(gòu)件21對(duì)漩渦11的伸縮模式的抵抗作用弱，不能夠充分抑制水壓波動(dòng)。另外，若柱狀構(gòu)件21的長(zhǎng)度LO過(guò)長(zhǎng)，則在柱狀構(gòu)件21的側(cè)壁產(chǎn)生的摩擦損失和由吸出管8的轉(zhuǎn)彎液流引起的水力損失增加，水力機(jī)械的水輪機(jī)效率降低。因此，優(yōu)選將柱狀構(gòu)件21的長(zhǎng)度LO設(shè)定為不過(guò)短也不過(guò)長(zhǎng)的值。
[0082]因此，根據(jù)模型試驗(yàn)，測(cè)定了用軸向距離LE使柱狀構(gòu)件21的長(zhǎng)度LO無(wú)量綱化而得的LO/LE (L0除以LE的值)與水壓波動(dòng)振幅、水輪機(jī)效率降低量之間的關(guān)系。圖6 (a)表示其測(cè)定結(jié)果。如圖6 (a)所示，水壓波動(dòng)振幅的值大概在L0/LE小于0.3時(shí)急劇增加。另一方面，水輪機(jī)效率降低量的值大概在L0/LE大于3.0時(shí)急劇增加。
[0083]因此，在本實(shí)施方式中，將L0/LE的值設(shè)定得小于0.3且大于3.0 (0.3 < L0/LE< 3.0)。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制水輪機(jī)效率的降低的同時(shí)抑制因漩渦的自轉(zhuǎn)模式、伸縮模式引起的水壓波動(dòng)。此外，本實(shí)施方式的設(shè)定適用于第二?第四實(shí)施方式。
[0084]并且，根據(jù)上述的各實(shí)施方式，通過(guò)在上冠5b的下方，在主軸9的旋轉(zhuǎn)軸上配置具有比上冠5b的下端面的直徑小的直徑的柱狀構(gòu)件21的轉(zhuǎn)輪5，能夠?qū)毫λ哂械哪芰哭D(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量。實(shí)現(xiàn)了如下的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作，即，由主軸9將該轉(zhuǎn)輪5的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)10，使對(duì)轉(zhuǎn)輪5進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水向位于轉(zhuǎn)輪5的下游的吸出管8排出。
[0085]以上說(shuō)明了幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式僅為例子，不用于限定發(fā)明的范圍。本說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明的新的機(jī)械及方法能夠以其他各種方式實(shí)施。另外，對(duì)于本說(shuō)明書(shū)說(shuō)明的機(jī)械及方法，在不脫離發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換、變更。附上的權(quán)利要求書(shū)及其等同的范圍包括發(fā)明的范圍、宗旨所包含的方式和變形例。
【權(quán)利要求】
1.一種水力機(jī)械，其特征在于，具有: 轉(zhuǎn)輪，具備配置為環(huán)狀的多個(gè)葉片、從上側(cè)與所述葉片連接且在被所述葉片包圍的位置具有下端面的上冠、以及從下側(cè)與所述葉片連接的下環(huán)，該轉(zhuǎn)輪將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量； 主軸，將所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)； 吸出管，位于所述轉(zhuǎn)輪的下游，對(duì)所述轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水流入該吸出管；以及柱狀構(gòu)件，在所述上冠的下方配置在所述主軸的旋轉(zhuǎn)軸上，具有比所述上冠的下端面的直徑小的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述柱狀構(gòu)件安裝于所述上冠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述葉片和所述上冠連接的連接部的內(nèi)端與所述上冠的下端面之間的軸向距離LC相對(duì)于所述轉(zhuǎn)輪的出口直徑DE的比率LC/DE小于0.08。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述柱狀構(gòu)件經(jīng)由支柱安裝于所述吸出管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述柱狀構(gòu)件為從所述主軸及所述上冠的內(nèi)側(cè)穿過(guò)的供氣管或供水管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述柱狀構(gòu)件的直徑DO除以所述轉(zhuǎn)輪的出口直徑DE的值D0/DE大于0.02且小于0.30。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述柱狀構(gòu)件的長(zhǎng)度LO除以所述葉片和所述上冠連接的連接部的內(nèi)端與所述下環(huán)的出口端之間的軸向距離LE的值L0/LE大于0.3且小于3.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水力機(jī)械，其特征在于， 所述上冠的下端面為實(shí)心或中空的平坦面，且向所述轉(zhuǎn)輪的下游側(cè)露出。
9.一種水力機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于， 通過(guò)轉(zhuǎn)輪將壓力水所具有的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量，該轉(zhuǎn)輪具備配置為環(huán)狀的多個(gè)葉片、從上側(cè)與所述葉片連接且在被所述葉片包圍的位置具有下端面且與主軸連接的上冠、從下側(cè)與所述葉片連接的下環(huán)，并且在所述上冠的下方，在所述主軸的旋轉(zhuǎn)軸上配置具有比所述上冠的下端面的直徑小的直徑的柱狀構(gòu)件， 通過(guò)所述主軸將所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)能量傳遞給發(fā)電機(jī)， 將對(duì)所述轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)的水向位于所述轉(zhuǎn)輪的下游的吸出管排出。
【文檔編號(hào)】F03B3/02GK103670887SQ201310386729
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】黑澤貞男, 黑川敏史, 藤田崇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝