ポンプ水車S字特性発生機構に関する基礎的研究

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高落差ポンプ水車の特性曲線は、無拘束域・制動域・逆転ポンプ域において、S字状を呈するようになる。本研究では、このようなS字特性の発生原因を解明することを最終目標にして、以下の基礎研究を行なった。1.小形フランシス水車試験装置を用いた定常性能試験により、ランナ出入口の全ヘッド差、軸回転数、軸トルク、流量を計測し、以下のことを明らかにした。(1)供試ポンプ水車には、案内羽根の有無によらず、S字特性が発生することを確認した。(2)S字特性発生域のトルク特性及びトルク変動を計測した結果、トルク特性にもS字状特性が発生することを確認した。(3)ランナに対向するケ-シング壁面の静圧を計測し、S字特性発生域でのランナ内流れを推定した。2.上記実験結果、特に案内羽根の有無がS字特性の有無に関係なかったことより、ランナ出入口角度がS字特性を支配する大きな因子と考えられた。3.そこで、S字特性発生域における一次元流れ解析を行ない、S字特性発生域での性能予測を試みた。その結果、計算結果でもS字特性が出現した。ランナ出入口の全ヘッド差に占める理論ヘッド、各種損失ヘッドを比較することにより、S字特性の発生原因の一つはランナ出入口の角度であることが判明した。案内羽根は流動損失を抑える作用をするから、S字特性を強める作用はするが、二次的な要素であることも判明した。本研究の結果を整理、さらに検討を加え、日本機械学会にて発表する予定にしている。