軸流式水力機(jī)械、其葉輪及其葉輪葉片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種軸流式水力機(jī)械、其葉輪及其葉輪葉片，基于實(shí)施方式的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片具備：設(shè)置在半徑方向中央側(cè)、且由中央側(cè)中弧線(xiàn)劃分的中央側(cè)葉片部；以及設(shè)置在葉輪輪轂的一側(cè)的側(cè)緣、且由輪轂側(cè)中弧線(xiàn)劃分的輪轂側(cè)葉片部。當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)中的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大。當(dāng)沿著葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)葉片部的上游端相比中央側(cè)葉片部的上游端位于靠葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)的位置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
軸流式水力機(jī)械、其葉輪及其葉輪葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片、軸流式水力機(jī)械的葉輪以及軸流式水力機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002]軸流式水力機(jī)械的開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期以來(lái)一直在進(jìn)行，軸流式水力機(jī)械的性能正在大幅改善。另一方面，進(jìn)行用于適合所期望的經(jīng)濟(jì)性要求的運(yùn)轉(zhuǎn)、例如與設(shè)計(jì)點(diǎn)不同的流量下的運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)增加，這不僅限于軸流式水力機(jī)械的效率改善，還要求機(jī)械的長(zhǎng)壽命化、低振動(dòng)化、低噪音化，氣蝕性能的改善要求提高。對(duì)于氣蝕性能的改善，盡管已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)，但依然是重要的開(kāi)發(fā)課題。
[0003]氣蝕性能的改善和軸流式水力機(jī)械的效率的確保成為相反的關(guān)系。即、為了改善氣蝕性能，優(yōu)選葉輪葉片、尤其是其負(fù)壓面承受的流水的圧力在預(yù)定的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的所有的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)處都比飽和蒸氣壓力大。若像這樣負(fù)壓面的圧力上升，則能夠抑制氣蝕的產(chǎn)生。然而，通過(guò)負(fù)壓面的圧力上升，葉輪葉片的圧力面與負(fù)壓面之間的圧力差降低。因此，葉輪葉片所負(fù)擔(dān)的力降低而葉輪的轉(zhuǎn)矩變小，結(jié)果水力機(jī)械的效率可能下降。這樣，難以使氣蝕性能的改善和水力機(jī)械的效率的確保并存。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于實(shí)施方式的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片設(shè)置在與旋轉(zhuǎn)主軸連結(jié)的葉輪輪轂與包圍葉輪的輪蓋之間。該軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片具備:設(shè)置在半徑方向中央側(cè)、且由中央側(cè)中弧線(xiàn)劃分的中央側(cè)葉片部；以及設(shè)置在葉輪輪轂的一側(cè)的側(cè)緣、且由輪轂側(cè)中弧線(xiàn)劃分的輪轂側(cè)葉片部。當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)中的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大。當(dāng)沿著葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)葉片部的上游端相比中央側(cè)葉片部的上游端位于靠葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)的位置。
[0005]基于實(shí)施方式的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片設(shè)置在與旋轉(zhuǎn)主軸連結(jié)的葉輪輪轂與包圍葉輪的輪蓋之間。該軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片具備:設(shè)置在半徑方向中央側(cè)、且由中央側(cè)中弧線(xiàn)劃分的中央側(cè)葉片部；以及設(shè)置在輪蓋的一側(cè)的側(cè)緣、且由輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)劃分的輪蓋側(cè)葉片部。當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)中的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大。當(dāng)沿著葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，輪蓋側(cè)葉片部的上游端相比中央側(cè)葉片部的上游端位于靠與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反方向的一側(cè)的位置。
[0006]基于實(shí)施方式的軸流式水力機(jī)械的葉輪具備葉輪輪轂和上述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片。
[0007]基于實(shí)施方式的軸流式水力機(jī)械具備輪蓋和上述的軸流式水力機(jī)械的葉輪。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是示出第I實(shí)施方式中的卡普蘭式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0009]圖2是從上方觀(guān)察圖1的卡普蘭式水輪機(jī)的葉輪的圖。
[0010]圖3是示出圖2的中央側(cè)葉片部的A—A剖視圖。
[0011 ]圖4是示出圖2的輪轂側(cè)葉片部的B—B剖視圖。
[0012]圖5是示出圖3的中央側(cè)葉片部所負(fù)擔(dān)的力的分布和葉型折轉(zhuǎn)角的圖。
[0013]圖6是示出圖4的輪轂側(cè)葉片部所負(fù)擔(dān)的力的分布與葉型折轉(zhuǎn)角的圖。
[0014]圖7是在第2實(shí)施方式的葉輪葉片中示出圖2的輪蓋側(cè)葉片部的C一 C線(xiàn)剖視圖。
[0015]圖8是示出圖7的輪蓋側(cè)葉片部所負(fù)擔(dān)的力的分布與葉型折轉(zhuǎn)角的圖。
[0016]圖9是示出圖3的中央側(cè)葉片部的負(fù)壓面的圧力分布的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0018](第丨實(shí)施方式)
[0019]使用圖1至圖6對(duì)本發(fā)明的第I實(shí)施方式中的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片、軸流式水力機(jī)械的葉輪以及軸流式水力機(jī)械進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]首先，對(duì)軸流式水力機(jī)械進(jìn)行說(shuō)明。此處，作為軸流式水力機(jī)械的一例以卡普蘭式水輪機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，卡普蘭式水輪機(jī)I具備:殼體2，水從未圖示的上水庫(kù)流入該殼體2;以及軸流式水力機(jī)械的葉輪10(以下僅記為葉輪10)，該葉輪10設(shè)置成相對(duì)于殼體2能夠旋轉(zhuǎn)，且由從殼體2通過(guò)固定導(dǎo)葉3以及導(dǎo)向葉片4流入的水旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0022]固定導(dǎo)葉3是用于形成從殼體2朝葉輪10的流路的部件，且配置在相比殼體2靠?jī)?nèi)周側(cè)的位置。導(dǎo)向葉片4是用于形成朝葉輪10的流路、并且調(diào)整朝葉輪10流入的水的流量的部件，且配置在相比固定導(dǎo)葉3靠?jī)?nèi)周側(cè)的位置。構(gòu)成為:通過(guò)改變導(dǎo)向葉片4的開(kāi)度，調(diào)整從殼體2朝葉輪10流入的水量，使利用后述的發(fā)電機(jī)8發(fā)電而得的發(fā)電量變化。
[0023]葉輪10配置在相比導(dǎo)向葉片4靠?jī)?nèi)周側(cè)、且為靠下側(cè)的位置。從殼體2流入的流水的主流方向(參照?qǐng)D1的粗箭頭)在固定導(dǎo)葉3以及導(dǎo)向葉片4處大致朝向半徑方向，但在葉輪10處朝向旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X的方向(鉛垂方向)。并且，葉輪10由設(shè)置在其外周側(cè)、且構(gòu)成卡普蘭式水輪機(jī)I的一部分的輪蓋6(轉(zhuǎn)輪室)包圍。輪蓋6劃分出在葉輪10內(nèi)流動(dòng)的水的流路。
[0024]在葉輪10上，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)主軸7連結(jié)有發(fā)電機(jī)8。若葉輪10由流入的水旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，則在發(fā)電機(jī)8中進(jìn)行發(fā)電。
[0025]在葉輪10的下游側(cè)設(shè)置有尾水管9。該尾水管9與未圖示的下水庫(kù)連結(jié)，對(duì)葉輪10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后的水被排出至下水庫(kù)。
[0026]其次，對(duì)基于本實(shí)施方式的葉輪10進(jìn)行說(shuō)明。
[0027]如圖1以及圖2所示，葉輪10具有:與上述的旋轉(zhuǎn)主軸7連結(jié)的葉輪輪轂11;以及設(shè)置在葉輪輪轂11與輪蓋6之間的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片12 (以下僅記為葉輪葉片12)。其中，葉輪輪轂11構(gòu)成為以旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X為中心而與旋轉(zhuǎn)主軸7聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0028]葉輪葉片12在周向隔開(kāi)預(yù)定的間隔配置，在葉輪葉片12之間形成有供水流動(dòng)的流路，形成為從水的流動(dòng)承受圧力。并且，葉輪葉片12構(gòu)成為相對(duì)于葉輪輪轂11能夠以與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)Y為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)各葉輪葉片12轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)流入葉輪10的水的流量調(diào)整葉輪葉片12的角度，以實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械的效率提高。
[0029]通過(guò)以這種方式構(gòu)成葉輪10，若葉輪葉片12從流入葉輪10的流水承受到圧力，則葉輪10以旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X為中心被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)而，葉輪10的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由旋轉(zhuǎn)主軸7被傳遞至發(fā)電機(jī)8。因此，葉輪葉片12形成為與卡普蘭式水輪機(jī)I的效率有很大相關(guān)性的部件。另一方面，葉輪葉片12可能產(chǎn)生氣蝕，因此也是與氣蝕性能有很大相關(guān)性的部件。
[0030]其次，對(duì)基于本實(shí)施方式的葉輪葉片12進(jìn)行說(shuō)明。
[0031]如圖2所示，葉輪葉片12具有:設(shè)置在半徑方向中央側(cè)的中央側(cè)葉片部13;設(shè)置在葉輪輪轂11的一側(cè)的側(cè)緣的輪轂側(cè)葉片部14;以及設(shè)置在輪蓋(shroud) 6的一側(cè)的側(cè)緣的輪蓋側(cè)葉片部15。其中，中央側(cè)葉片部13如圖3所示由中央側(cè)中弧線(xiàn)16劃分。輪轂側(cè)葉片部14如圖4所示由輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17劃分，輪蓋側(cè)葉片部15如后述的圖7所示由輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18劃分。這樣，如圖2所示，中央側(cè)葉片部13配置在輪轂側(cè)葉片部14與輪蓋側(cè)葉片部15之間。并且，輪轂側(cè)葉片部14配置在葉輪輪轂11與中央側(cè)葉片部13之間且接近葉輪輪轂11，輪蓋側(cè)葉片部15配置在輪蓋6與中央側(cè)葉片部13之間且接近輪蓋6。另外，葉輪葉片12形成為將中央側(cè)葉片部13、輪轂側(cè)葉片部14以及輪蓋側(cè)葉片部15平滑地連接的流線(xiàn)型形狀。并且，中弧線(xiàn)意味著連結(jié)與葉輪葉片12的圧力面和負(fù)壓面雙方相切的內(nèi)切圓的中心而成的線(xiàn)。
[0032]葉輪葉片12的各中弧線(xiàn)16?18與水平面所成的葉型折轉(zhuǎn)角(代表性的為圖3所示的β)隨著沿著葉片長(zhǎng)度方向趨向下游側(cè)而變小。這樣，各中弧線(xiàn)16?18彎曲，從流入葉輪10的流水承受圧力。在本實(shí)施方式中，形成為:該葉型折轉(zhuǎn)角在葉輪葉片12的半徑方向上的不同位置處彼此不同。
[0033]S卩、如圖3至圖6所示，當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17中的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大。換言之，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率半徑比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率半徑小。由此，輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a處的輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的葉型折轉(zhuǎn)角比中央側(cè)葉片部13的上游端13a處的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角大，相對(duì)于水平面比較大地傾斜。這樣，圖6所示的上游端14a處的輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的葉型折轉(zhuǎn)角此1比圖5所示的上游端13a處的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角fcl大。此處，圖5所示的葉型折轉(zhuǎn)角的標(biāo)度是與圖6所示的葉型折轉(zhuǎn)角的標(biāo)度同樣的標(biāo)度。
[0034]如上所述，中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率比較小。使用圖5對(duì)這樣的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的曲率更具體地進(jìn)行說(shuō)明。
[0035]在本實(shí)施方式中，如圖5所示，當(dāng)將中央側(cè)葉片部13的葉片全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)c、將中央側(cè)葉片部13的上游端13a處的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為f3cl、將中央側(cè)葉片部13的下游端13b處的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為況2時(shí)，中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角成為(0cI +0c2)/2的位置xc位于距上游端13a為0.25<(xc/Lc)<0.75的范圍。由此，葉型折轉(zhuǎn)角成為(0cl+0c2)/2的位置遠(yuǎn)離中央側(cè)葉片部13的上游端13a，中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的角度變化變小，中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率變小。
[0036]另一方面，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率比較大。使用圖5對(duì)這樣的輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的曲率更具體地進(jìn)行說(shuō)明。
[0037]在本實(shí)施方式中，如圖5所示，當(dāng)將輪轂側(cè)葉片部14的葉片全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)b、將輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a處的輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為此1、將輪轂側(cè)葉片部14的下游端14b處的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為此2時(shí)，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的葉型折轉(zhuǎn)角成為(i3bl+i3b2)/2的位置xb位于距該上游端14a為O< (xb/Lb) <0.2的范圍。由此，葉型折轉(zhuǎn)角成為(Pbl+0b2)/2的位置接近輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的角度變化變大，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率變大。
[0038]并且，如圖2所示，當(dāng)沿著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X朝下游側(cè)(朝下方)觀(guān)察時(shí)，輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a位于靠葉輪1的旋轉(zhuǎn)方向P的一側(cè)。在該情況下，若將連結(jié)葉輪輪轂11的旋轉(zhuǎn)中心(旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X)與輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a的線(xiàn)段、和連結(jié)該旋轉(zhuǎn)中心與中央側(cè)葉片部13的上游端13a的線(xiàn)段所成的角度設(shè)為Θ，則0^0。
[0039]其次，對(duì)以這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本實(shí)施方式的作用進(jìn)行說(shuō)明。
[0040]當(dāng)在基于本實(shí)施方式的卡普蘭式水輪機(jī)I中進(jìn)行水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，水從未圖示的上水庫(kù)流入殼體2(參照?qǐng)D1)。流入殼體2后的水從殼體2通過(guò)固定導(dǎo)葉3以及導(dǎo)向葉片4而流入葉輪1。借助朝該葉輪1流入的水，葉輪1被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。由此，與葉輪1連結(jié)的發(fā)電機(jī)8被驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行發(fā)電。流入葉輪10后的水從葉輪10通過(guò)尾水管9而被朝未圖示的下水庫(kù)排出。
[0041 ]流入葉輪1后的水在沿著葉輪葉片12 (參照?qǐng)D2)的各中弧線(xiàn)的方向流動(dòng)。
[0042]此時(shí)，由于中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率比較小，因此能夠抑制在中央側(cè)葉片部13中形成局部的加速流的情況。由此，能夠抑制局部的圧力下降，能夠抑制氣蝕的產(chǎn)生。
[0043]另一方面，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率比較大。然而，輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a位于相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a靠上游側(cè)的位置，因此，輪轂側(cè)葉片部14的上游側(cè)部分從流入葉輪10的流水承受比較大的圧力。由此，能夠抑制在輪轂側(cè)葉片部14中形成局部的加速流的情況。
[0044]然而，當(dāng)流水在葉輪10內(nèi)流動(dòng)的期間，如圖5所示，在中央側(cè)葉片部13，遍及其葉片全長(zhǎng)大致均等地從流水負(fù)擔(dān)力。另一方面，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率大，由此，如圖6所示，在輪轂側(cè)葉片部14中的從中央部分至上游側(cè)部分的區(qū)域所負(fù)擔(dān)的力增大。
[0045]這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大。由此，在中央側(cè)葉片部13中，能夠抑制局部的圧力下降，能夠抑制氣蝕的產(chǎn)生。在輪轂側(cè)葉片部14中，從流入葉輪10的流水負(fù)擔(dān)更大的力，能夠增大葉輪10的轉(zhuǎn)矩。并且，輪轂側(cè)葉片部14的上游端14a相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a位于靠葉輪1的旋轉(zhuǎn)方向P的一側(cè)的位置，由此，在輪轂側(cè)葉片部14中也能夠抑制局部的圧力下降而抑制氣蝕的產(chǎn)生。因此，能夠改善氣蝕性能，并且能夠確?？ㄆ仗m式水輪機(jī)I的效率。
[0046](第2實(shí)施方式)
[0047]其次，使用圖7至圖9對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片、軸流式水力機(jī)械的葉輪以及軸流式水力機(jī)械進(jìn)行說(shuō)明。
[0048]在圖7至圖9所示的第2實(shí)施方式中，主要在輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大這點(diǎn)上不同，其他結(jié)構(gòu)與圖1至圖6所示的第I實(shí)施方式大致相同。另外，在圖7至圖9中，對(duì)與圖1至圖6所示的第I實(shí)施方式相同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)而省略詳細(xì)的說(shuō)明。
[0049]如圖7以及圖8所示，當(dāng)在水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18中的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率(參照?qǐng)D5)大。換言之，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率半徑比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率半徑小。由此，輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a處的輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的葉型折轉(zhuǎn)角比中央側(cè)葉片部13的上游端13a處的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角大，相對(duì)于水平面比較大地傾斜。這樣，圖8所示的上游端15a處的輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的葉型折轉(zhuǎn)角?ΗΙ比圖5所示的上游端13a處的中央側(cè)中弧線(xiàn)16的葉型折轉(zhuǎn)角大。此處，圖8所示的葉型折轉(zhuǎn)角的標(biāo)度是與圖5所示的葉型折轉(zhuǎn)角的標(biāo)度同樣的標(biāo)度。
[0050]如上所述，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率比較大。使用圖8對(duì)這樣的輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的曲率更具體地進(jìn)行說(shuō)明。
[0051]在本實(shí)施方式中，如圖8所示，當(dāng)將輪蓋側(cè)葉片部15的葉片全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)t、將輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a處的輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為財(cái)1、將輪蓋側(cè)葉片部15的下游端15b處的葉型折轉(zhuǎn)角設(shè)為針2時(shí)，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的葉型折轉(zhuǎn)角成為(針I(yè) +針2)/2的位置xt位于距上游端15a為0<(xt/Lt)<0.25的范圍。由此，葉型折轉(zhuǎn)角成為(針1+針2)/2的位置接近輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的角度變化變大，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率變大。
[0052]另外，如圖6以及圖8所示，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率也可以比輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率大。
[0053]并且，如圖2所示，當(dāng)沿著葉輪10的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X朝下游側(cè)(朝下方)觀(guān)察時(shí)，輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a位于靠與葉輪10的旋轉(zhuǎn)方向P相反方向的一側(cè)的位置。例如，優(yōu)選形成為:輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a位于靠與旋轉(zhuǎn)方向P相反方向的一側(cè)為輪蓋側(cè)葉片部15的葉片全長(zhǎng)的2%?6%的位置。
[0054]流入葉輪10的水在沿著葉輪葉片12的中弧線(xiàn)16?18流動(dòng)時(shí)，中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率比較小。因此，能夠抑制在中央側(cè)葉片部13中形成局部的加速流的情況。由此，能夠抑制局部的圧力下降。
[0055]圖9示出該情況。此處，圖9示出本實(shí)施方式中的中央側(cè)葉片部13的負(fù)壓面的圧力分布，其中的虛線(xiàn)示出一般的中央側(cè)葉片部的圧力分布，實(shí)線(xiàn)示出本實(shí)施方式中的中央側(cè)葉片部13的圧力分布。根據(jù)圖9可知:在中央側(cè)葉片部13的上游側(cè)部分中，能夠抑制負(fù)壓面的圧力下降。這樣，能夠抑制中央側(cè)葉片部13中氣蝕的產(chǎn)生。
[0056]另一方面，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率比較大。然而，輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a位于相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a靠下游側(cè)的位置，因此，葉輪葉片12從流水承受的圧力分散，輪蓋側(cè)葉片部15從流水承受的圧力降低。由此，能夠緩和沿著輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的方向上的流水的速度變化，能夠抑制形成局部的加速流的情況。
[0057]然而，如上所述，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率變大，輪蓋側(cè)葉片部15形成在以旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)X為中心的情況下的半徑方向外側(cè)(前端側(cè))。由此，當(dāng)流水在葉輪1內(nèi)流動(dòng)的期間，如圖8所示，輪蓋側(cè)葉片部15中的從中央部分到上游側(cè)部分的區(qū)域所負(fù)擔(dān)的力增大。
[0058]這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大。由此，在中央側(cè)葉片部13中，能夠抑制局部的圧力下降，能夠抑制氣蝕的產(chǎn)生。在輪蓋側(cè)葉片部15中，從流入葉輪10的流水負(fù)擔(dān)更大的力，能夠增大葉輪10的轉(zhuǎn)矩。并且，輪蓋側(cè)葉片部15的上游端15a相比中央側(cè)葉片部13的上游端13a位于靠與旋轉(zhuǎn)方向P相反方向的一側(cè)的位置，由此，在輪蓋側(cè)葉片部15中也能夠抑制局部的圧力下降而抑制氣蝕的產(chǎn)生。因此，能夠改善氣蝕性能，并且能夠確?？ㄆ仗m式水輪機(jī)I的效率。
[0059]另外，在上述的本實(shí)施方式中，對(duì)輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大，并且輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)18的上游側(cè)部分的曲率比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大的例子進(jìn)行了說(shuō)明。然而，并不限于此，輪轂側(cè)中弧線(xiàn)17的上游側(cè)部分的曲率也可以并不比中央側(cè)中弧線(xiàn)16的上游側(cè)部分的曲率大。即便在該情況下，在中央側(cè)葉片部13中也能夠抑制氣蝕的產(chǎn)生，在輪蓋側(cè)葉片部15中，能夠從流入葉輪10的流水負(fù)擔(dān)更大的力并且抑制局部的圧力下降而抑制氣蝕的產(chǎn)生。結(jié)果，能夠改善氣蝕性能，并且能夠確?？ㄆ仗m式水輪機(jī)I的效率。
[0060]根據(jù)以上敘述的實(shí)施方式，能夠改善氣蝕性能，并且能夠確保水力機(jī)械的效率。[0061 ]雖然對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但這些實(shí)施方式只不過(guò)是作為例子加以提示，并非意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其他各種各樣的方式實(shí)施，能夠在不脫離發(fā)明的主旨的范圍進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式及其變形包含于發(fā)明的范圍、主旨中，并且包含于權(quán)利要求書(shū)所記載的發(fā)明及其等同的范圍中。并且，不言而喻，也能夠在本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)將上述實(shí)施方式局部地適當(dāng)組合。
[0062]另外，上述的各實(shí)施方式中，作為軸流式水力機(jī)械的一例以卡普蘭式水輪機(jī)為例進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于此，在卡普蘭式水輪機(jī)以外的軸流式水力機(jī)械中也能夠應(yīng)用本發(fā)明。并且，在能夠進(jìn)行栗運(yùn)轉(zhuǎn)(揚(yáng)水運(yùn)轉(zhuǎn))的軸流式水力機(jī)械中當(dāng)然也能夠應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片，設(shè)置在與旋轉(zhuǎn)主軸連結(jié)的葉輪輪轂和包圍葉輪的輪蓋之間，其特征在于，具備: 中央側(cè)葉片部，設(shè)置在半徑方向中央側(cè)，由中央側(cè)中弧線(xiàn)劃分；以及 輪轂側(cè)葉片部，設(shè)置在所述葉輪輪轂的一側(cè)的側(cè)緣，由輪轂側(cè)中弧線(xiàn)劃分， 當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，所述輪轂側(cè)中弧線(xiàn)中的上游側(cè)部分的曲率比所述中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大， 當(dāng)沿著所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)而朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，所述輪轂側(cè)葉片部的上游端相比所述中央側(cè)葉片部的上游端位于靠所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片，其特征在于， 當(dāng)將所述中央側(cè)葉片部的葉片全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)c、將所述中央側(cè)葉片部的上游端處的所述中央側(cè)中弧線(xiàn)的角度設(shè)為Pcl、將下游端處的角度設(shè)為i3c2時(shí)，所述中央側(cè)中弧線(xiàn)的角度成為(況I +況2) /2的位置xc位于距所述上游端為0.25<(xc/Lc)<0.75的范圍， 當(dāng)將所述輪轂側(cè)葉片部的葉片全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)b、將所述輪轂側(cè)葉片部的上游端處的所述輪轂側(cè)中弧線(xiàn)的角度設(shè)為此1、將下游端處的角度設(shè)為i3b2時(shí)，所述輪轂側(cè)中弧線(xiàn)的角度成為(Pb I +Pb2) /2的位置xb位于距所述上游端為O < (xb/Lb) < 0.2的范圍。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片，其特征在于， 還具備設(shè)置在所述輪蓋的一側(cè)的側(cè)緣、且由輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)劃分的輪蓋側(cè)葉片部， 所述輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率比所述中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大，當(dāng)沿著所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，所述輪蓋側(cè)葉片部的上游端相比所述中央側(cè)葉片部的上游端位于靠與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反方向的一側(cè)的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片，其特征在于， 所述輪轂側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率比所述輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大。5.—種軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片，設(shè)置在與旋轉(zhuǎn)主軸連結(jié)的葉輪輪轂和包圍葉輪的輪蓋之間，其特征在于，具備: 中央側(cè)葉片部，設(shè)置在半徑方向中央側(cè)，且由中央側(cè)中弧線(xiàn)劃分；以及 輪蓋側(cè)葉片部，設(shè)置在所述輪蓋的一側(cè)的側(cè)緣，且由輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)劃分， 當(dāng)從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，所述輪蓋側(cè)中弧線(xiàn)中的上游側(cè)部分的曲率比所述中央側(cè)中弧線(xiàn)的上游側(cè)部分的曲率大， 當(dāng)沿著所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)朝下游側(cè)觀(guān)察時(shí)，所述輪蓋側(cè)葉片部的上游端相比所述中央側(cè)葉片部的上游端位于靠與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反方向的一側(cè)的位置。6.一種軸流式水力機(jī)械的葉輪，其特征在于，具備: 葉輪輪轂；以及 權(quán)利要求1所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片。7.一種軸流式水力機(jī)械，其特征在于，具備: 輪蓋；以及 權(quán)利要求6所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪。8.一種軸流式水力機(jī)械的葉輪，其特征在于，具備: 葉輪輪轂；以及 權(quán)利要求5所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪葉片。9.一種軸流式水力機(jī)械，其特征在于，具備:輪蓋；以及權(quán)利要求8所述的軸流式水力機(jī)械的葉輪。
【文檔編號(hào)】F03B3/06GK105909450SQ201610009316
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日
【發(fā)明人】柯伯翰, 濱口晃二
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社東芝