ターボ機械における異常流動現象とその制御に関する総合研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555063
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 菊山 功嗣 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90023192)
• 研究分担者: 清水 幸丸 三重大学, 工学部, 教授 (20023202) ; 塚本 寛 九州工業大学, 工学部, 教授 (50117305) ; 黒川 淳一 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40017976) ; 辻本 良信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50112024) ; 古川 明徳 九州大学, 工学研究科, 教授 (30112410)
• キーワード: 流体機械 / 異常流動現象 / サージ / キャビテーション / 圧力脈動 / サージ制御 / 風車 / インデューサ

研究概要

【名古屋大学班】バルブ水タービン、チューブラ水タービン等の低落差水車の効率向上のために、ドラフトチューブ入口で与えた旋回による逆流の防止と圧力回復上昇について,旋回強さおよび旋回成分の形状による影響を明らかにした.
【横浜国立大学班】圧力勾配の方向に設けた浅い溝を用いて,羽根なしディフューザの旋回失速を全流量域でほぼ完全に抑制することに成功し,その抑制原理を理論的に解明した.同溝を羽根つきディフューザの旋回失速および斜流ポンプ揚程の右上がり不安定性能の抑制に適用したところ,いづれもほぼ完全に抑制することに成功した.この手法はターボ機械に生じる異常流動現象の汎用的な抑制法と言える.
【九州工業大学大学班】ディフューザポンプ羽根車と羽根付ディフェーザの動静翼干渉による圧力脈動を実験・理論両面から調べ、圧力脈動の性質を明らかにした。さらに、数値計算による圧力脈動の予測を試みた結果、設計点近傍については、十分な精度で予測可能となった。
【三重大学班】風力タービン回転面全体に流入する風速を測定し、非定常風分布と翼面上圧力分布の関係を詳細に調べた。その結果、同じ迎角においては非定常風の影響により翼根断面よりも翼端断面で早く失速することが明らかになった。
【九州大学班】ポンプインデューサに生じるキャビテーションサージと翼角との関係を整理し、ケーシング壁面の翼に対する位相固定法による圧力計測とコンピュータ処理を用いた事前検知システムの構築を図った。
【大阪大学班】非同期軸振動の原因となる旋回キャビテーションの抑制を目的に、4枚翼を交互にカットバックした不等翼弦長インデューサを解析、実験した。その結果、交互翼キャビテーションの発生範囲が拡大し、キャビテーションサージ、旋回キャビテーション等の非定常キャビテーションの発生が抑制されることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] 菊山功嗣,他2名: "ドラフトチューブ内の旋回流に関する研究"第42回ターボ機械協会総合講演会論文集. 95-100 (1999)
• [文献書誌] Kurokawa,J.,Saha,L.,Matsui,J.,and Imamura,H.: "An Innovative Device to Suppress Perfomance-Curve-Instability in a Mixed-Flow Pump by Use of J-Grooves"Proc. ASME/JSME Joint Symposium (CD-ROM). FEDSM99-7200. (1999)
• [文献書誌] Tsukamoto,H.,Uno,M.,Shi,F.,Gunge,N.,and Inoue,N.: "Experimental and Numerical Study of Unsteady Hydraulic Forces on Diffuser Pump Impeller"Proceedings of Fourth KSME-JSME Fluids Engineering Conference. 33-36 (1998)
• [文献書誌] 前田太佳夫,他4名: "フィールド風車翼面上に働く非定常流体力に関する研究"第43回ターボ機械協会講演会論文集. 120-125 (1999)
• [文献書誌] 石坂公一,他3名: "ポンプインデューサにおけるキャビテーション・サージ予知システムの検討"日本機械学会講演論文集. No.98-1. 207-208 (1999)
• [文献書誌] 堀口裕憲: "4枚羽根インデューサの交互不等翼弦長化が非定常キャビテーションに与える影響"日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. No.95-15. 203-204 (1999)