[发明专利]水力机械

说明书

技术领域

本发明涉及具有法兰西式水轮机的水轮机叶轮的水力机械，特别涉及由改 良分瓣叶轮的叶片形状来提高水轮机性能的技术。

背景技术

安装在水力机械上的法兰西式水轮机，如图13所示，沿转子状叶轮101 的周方向，等间隔地设置叶轮叶片102。图13中，103表示上冠，104表示下 环，支撑叶轮叶片102。另外，图中箭头F表示水流，虚线C表示转动轴。

在这样的水力机械中，通过在水轮机运行时改变导流叶片(未图示)的开 度，从而调整流入叶轮101的水量，改变发电量。因此，叶轮101内的流动随 水量而变化较大，设计点中，从导流叶片流入的流动F沿着叶轮101的流线流 动。

但是，流量变小后，叶轮内部的流动因叶轮转动产生的离心力而偏向下环 104侧流动。而流量变大后，从导流叶片向叶轮101中心方向的能量变大，叶 轮101的转动力所产生的离心力也变大，所以会偏向上冠103侧流动。不沿着 此流线的流动称为二次流动，该二次流动发生后，叶轮101中会发生损失。如 果能抑制大流量侧、小流量侧发生该二次流动，就能够提供大范围且叶轮损失 小的叶轮101。

防止上述二次流动的方法有下述分瓣叶轮110：如图14所示，在作为通 常的叶轮叶片的长叶片111之间安装作为短的叶轮叶片的短叶片112。图中箭 头R表示水轮机运行时的转动方向。该分瓣叶轮110中，由短叶片112能够抑 制非设计点中的流动偏离，降低损失，在图15所示的部分负载运行中，能够 抑制偏向下环侧的流动。

上述分瓣叶轮110的长叶片111的后缘111a和短叶片112的后缘112a如 图16所示，从下环104到上冠103构成直线状，向转动轴C呈放射状。

作为分瓣叶轮相关的技术，有短叶片后缘形状相关的技术。例如，短叶片 的泵运行的前缘相对泵运行时的转动方向，使下环侧比上冠侧后退，目的在于 提高泵运行中的空洞性能。例如有日本专利公报专利3782752号公报(以下称 为专利文献1)。

另外，水轮机运行时的短叶片后缘的下环侧相对水轮机运行时的转动方 向，比上冠侧后退，目的在于提高水轮机运行时或泵运行时的空洞性能。例如 日本公开专利公报特开2003-65198号公报(以下称为专利文献2)。

具有上述分瓣叶轮的水力机械中，有以下问题。即，虽然能够抑制大流量 或小流量时的二次流动，但在大的水量范围内，无法实现水轮机效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供能够防止二次流动发生且能够在大的水量范围内 提高水轮机效率的水力机械。

为了解决上述课题，本发明的水力机械有下述结构。

(1)特征在于，包括：叶轮，其中心侧有上冠，外围侧有下环，形成在 转动轴周围；长叶片，其沿上述转动轴的周方向设置多个，其中心侧支撑在上 述上冠上，其外围侧支撑在上述下环上；短叶片，其中心侧支撑在上述上冠上， 其外围侧支撑在上述下环上，并且分别设置在上述多个长叶片之间，在垂直于 上述转动轴的投影平面上，其后缘向水轮机运行时的上述叶轮的叶轮方向形成 为凸状。

(2)特征在于，包括：叶轮，其中心侧有上冠，外围侧有下环，形成在 转动轴周围；长叶片，其沿上述转动轴的周方向设置多个，其中心侧缘支撑在 上述上冠上，其外围侧缘支撑在上述下环上；短叶片，其中心侧支撑在上述上 冠上，其外围侧支撑在上述下环上，并且分别设置在上述多个长叶片之间，在 垂直于上述转动轴的投影平面上，其后缘向上述转动轴的转动方向形成为凸 状，连接上述后缘与上述下环的交点和上述转动轴的直线与连接从上述后缘的 上冠侧端部到下环侧端部为止的长度的中点和上述转动轴的直线所构成的角 度为θb，将θb的正方向作为水轮机运行时的上述叶轮的转动方向时，θb＞ 0°。