[发明专利]弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机

说明书

本发明涉及弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机。根据实施方式，弗朗西斯式水轮机用叶轮(10)具备冠顶(11)、下环(12)以及设置在冠顶与下环之间的叶片(13)。叶片具有入口端部(14)以及出口端部(15)，并且在压力面(13P)以及负压面(13N)各自的下环侧具有朝向下环而使厚度逐渐增加并与下环结合的根部厚壁部(16P、16N)。出口端部具有向从入口端部朝向出口端部的方向呈凸状弯曲的第1弯曲部(151)以及将第1弯曲部与下环连接并向从出口端部朝向入口端部的方向呈凹状弯曲的第2弯曲部(152)。并且，形成第2弯曲部的底端的极值点(15B)位于比根部厚壁部的冠顶侧的端部靠下环侧的位置。

本申请基于2020年1月6日提交的日本特愿2020-507号，并且主张其优先权，其全部内容通过参照而引用于本申请。

技术领域

本发明的实施方式涉及弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机。

背景技术

图6是一般的弗朗西斯式水轮机用叶轮100(以下，称为叶轮100)的沿着轴向的截面图。图6所示的叶轮100具有：圆盘状的冠顶(crown)11，为了将由于水流而产生的叶轮100的旋转传递至水轮机主轴而与水轮机主轴结合；圆盘状的下环(band)12，从冠顶11沿着轴向分离地配置，并与冠顶11相面对；以及多个叶片13，固定在冠顶11与下环12之间，多个叶片13在周向上隔开间隔地排列成圆形状。

在使叶轮100旋转时，水流从在径向上位于外侧的叶片13的入口端部14进入到冠顶11与下环12之间的空间，在对叶片13的压力面施加了压力能量之后，从在径向上位于内侧的叶片13的出口端部15朝向下游侧。此时，由于来自水流的载荷而对叶片13施加弯曲力矩等负载，因此叶片13需要规定的厚度以耐受该负载。

另一方面，为了降低损失，优选出口端部15的厚度尽量薄，叶片13一般形成为其厚度朝向出口端部15而逐渐变薄。在如此形成叶片13的情况下，出口端部15的冠顶11侧的端部的厚度以及下环12侧的端部的厚度变薄，因此担心叶片13与冠顶11之间的结合部分以及叶片13与下环12之间的结合部分处的强度不够，但在这些出口端部15的两端侧当然也需要确保适当的强度。

在具备上述那样的叶轮100的弗朗西斯式水轮机的通常运转时，一般已知对出口端部15的冠顶11侧施加的负载大于对出口端部15的下环12侧施加的负载，迄今为止对于出口端部15与下环12之间的结合部分的强度确保没有得到较多关注。因此，很难说存在较多与出口端部15和下环12之间的强度相关联的公知技术，但是例如迄今为止提出了在出口端部的下环侧的部分设置朝向上游侧凹陷的弯曲部等的构造。

本申请发明人发现：在出口端部的下环侧的部分设置朝向上游侧凹陷的弯曲部的上述构造，虽然在通常运转时有效，但是针对在出口端部的下环侧附近产生的突发性冲击的强度未必有效。在上述构造中，由于上述弯曲部的冠顶侧的端部被设定在离下环比较远的位置，因此产生弯曲力矩时的出口端部下环侧的应力集中部位的厚度一般会变小。在该情况下，可以推测出针对突发性冲击难以确保足够强度。因此，本申请发明人为了发现使出口端部与下环之间的部分、出口端部的下环侧的部分确保足够强度的方法而进行了锐意研究。

发明内容

以下说明的实施方式提供能够降低叶片的出口端部的下环侧的部分的损伤风险的弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机。

在一个实施方式中，弗朗西斯式水轮机用叶轮具备冠顶、下环、以及设置在上述冠顶与上述下环之间的叶片。上述叶片具有入口端部以及出口端部，并且在压力面以及负压面各自的上述下环侧具有朝向上述下环而使厚度逐渐增加并与上述下环结合的根部厚壁部。上述出口端部具有：第1弯曲部，向从上述入口端部朝向上述出口端部的方向呈凸状弯曲；以及第2弯曲部，将上述第1弯曲部与上述下环连接，向从上述出口端部朝向上述入口端部的方向呈凹状弯曲。形成上述第2弯曲部的底端的极值点位于比上述根部厚壁部的上述冠顶侧的端部靠上述下环侧的位置。

在一个实施方式中，弗朗西斯式水轮机具备上述弗朗西斯式水轮机用叶轮。