[发明专利]轴流式水力机械的叶轮叶片

说明书

技术领域

本发明涉及轴流式水力机械(axial flow hydraulic machinery)的叶轮叶 片，更详细地说，涉及通过使叶轮叶片的形状合理化来提高性能的技术。

背景技术

以往，在轴流式水力机械中有卡普兰式水轮机、阀水轮机(valve wheel) 等，但在设有这些轴流式水轮机的水力发电站中，如图14中用剖面示出其 主要部分那样，从上游流入壳体1内的水流通过支撑部(stay)2，流过具 备用于调整流量的开闭功能的导叶(guide vane)3，到达通过主轴与发电 机连接的叶轮叶片4。

这样，该水流作用于叶轮叶片4使轮毂(boss)5旋转，从而使发电机 旋转来发电，此后，从叶轮叶片4流出通过吸出管6，排出至下游或者下游 水库(lower reservoir)。

此时，在图15所示的叶轮叶片4的尖端7和基础环(discharge ring)8 之间存在间隙，因此水流泄漏流入叶轮叶片4和基础环8之间。而且，如 果该泄漏流大，则作用于叶轮叶片4的流体力不能完全回收从而损失增大。

另一方面，在正交于叶轮旋转轴C的剖面上观察叶轮叶片4时，叶轮 叶片4彼此不重叠的情况下，尤其在流速快的外周侧(叶轮叶片4的尖端7)， 产生不作用于叶轮叶片4的穿过流。

受到该穿过流和叶轮叶片4及基础环8之间的间隙的影响，叶轮叶片 出口的流速分布在尖端7侧易于紊乱，紊乱的液流使得不能够在吸出管6 中充分地实现压力恢复，从而使得性能低下。

此外，受到离心力的影响，容易产生偏向外周侧(尖端7)的液流，而 且在外周侧，流速大，叶轮叶片4的负压面(背面)上的压力降低。

因此，在叶轮叶片4和基础环8之间的间隙所存在的部位，容易产生 涡空(cavitation)，从而易于产生涡蚀损伤(cavitation damage)，因此抑 制产生该涡空和降低会引起性能低下的损失一起，对于延长叶轮叶片4的 寿命而言是很重要的(例如，参照下述专利文献1、2、3)

专利文献1：日本特开平3-151570号；

专利文献2：日本特开平7-54752号；

专利文献3：日本特开2005-315216号。

但是，对于上述专利文献3中记载的轴流式水轮机，为了抑制因涡空 而引起的水轮机性能低下，在叶轮叶片的外周部上设有整流片(fillet)。

然而，通过设置整流片能够抑制产生涡空，但不能够使叶轮叶片出口 的流速分布合理化，此外，需要另外焊接整流片，从而使制作性能变差。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种轴流式水力机械的叶轮叶片，通过 使叶轮叶片的形状合理化能够得到与整流片相同的效果，而且使叶轮叶片 出口的流速分布合理化，从而提高性能。

用于解决上述的课题的技术方案1所记载的方式涉及一种轴流式水力 机械的叶轮叶片，其特征在于，该轴流式水力机械的叶轮叶片的形状为在 该叶轮叶片的背面侧的尖部不具有整流片，通过与叶轮旋转轴同轴的多个 圆筒面，将上述叶轮叶片从轮毂部至上述尖部分别在周向上截断，从而得 到多个周向剖面图形，并且，将这些周向剖面图形中分别表示上述叶轮叶 片的表面及上述背面的流线，从上述叶轮叶片的入口端至出口端在周向上 等分为相等的长度；沿着连接各流线中的周向被等分的位置彼此而成的线， 在径向截断上述叶轮叶片时呈现径向剖面图形，观察该径向剖面图形，上 述径向剖面图形的弧线的上述尖部侧的部分形成为向上述叶轮叶片的表面 凸出的曲线，并且在上述叶轮叶片的表面的曲率半径为ρ_p，背面的曲率半 径为ρ_s时，ρ_s＜ρ_p。

根据本发明，能够提供轴流式水力机械的叶轮叶片，通过使叶轮叶片 的形状合理化能够得到与整流片相同的效果，而且使叶轮叶片出口的流速 分布合理化，从而提高性能。

附图说明

图1是具备第一实施方式的叶轮叶片的轴流式水力机械的部分剖面图。

图2是表示第一实施方式的叶轮叶片的形状的图。

图3是图2的A-A剖面图。

图4是图2的B-B剖面图。

图5是表示第一实施方式的叶轮叶片的效果的图。

图6是表示第一实施方式的变形例的叶轮叶片的图。

图7是表示第二实施方式的叶轮叶片的图。