◆ 平成 16年 121J]01発
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乃)◆ 1132巻 第 ]2号 (通巻359'1)◆
召TJ5]年 5りJ25日 rft3Ⅲ
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I引1付物【
JJ
2004 12
Turbomachinery
2004年 12月号
第32巻 第 12号
次
螂 :￨′
Ⅲ
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番
蓋付スロットモデルによる開閉水路共存系流れの過渡現象解析 (寸法拡大効果と固有値解析)
………・
………………………………………………………………
新井和敏 ・山本勝弘 ・福本 秀 17(721)
連載講座〕
〔
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籠 委 会 ・料 舗 動報告 … …
… 総務理 幹
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ISO/Tcl15、 EllROPUMP会 議 とキ ャビテ ー シ ョン損傷 ワー クシ ョップ …………………………・
浦西和夫 52(756)
その他 〕
〔
………………………………………………………… 5
講演会 ・セ ミナー予定 ………………………………………・
…………………………………………………………35
国際会議案内 …………………………………………………・
………………………………………60
年間総 目次 ………………………………………………………………………・
協会 ニュース ……………………………………………………………………………………………………………・
64
Turbomachinery
Vo1 32,No.12 2004
CONTENTS
くRevlews>
Propagation Of High Frequency Prcssure Oscilladon in Rock‐
Bored Tunncls of Pumpcd StOrage Power Plants
・
・
・ ・・
iふ
『
群
おgttt嵐
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:轟I乱農
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醐:導
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鳳II斎
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…
…
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¶鮎酬11:き
母
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¨¨…………………………………………………・
・
………… K a z u t o s h i A R A I , K a t s u h i r o Y A M A M O T O a n d S h i g e r u F U K U M O T 0 1 7 ( 7 2 1 )
ターボ機械協会は、平成 9 年 4 月 2 3 日付で特許法第3 0 条第 1 項の規定に基づ く学術団体に指定されました。
編集 タ ー ボ機械協 会
〒 H3-8610 東
of Japan
CD TurbOmachincwSocicり
京都 文京 区本駒込 6‐
3-26803‐ 3944-8002
発行 日 本 工 業 出版ltl
揚水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動 の伝播
揚水発
水圧脈
電 動
展望 ・解説〕
〔
… (1)アの
所岩盤 トンネル にお け る
の伝播
k‐
Bored
Propagation of High Frequency Pressure Oscillation
in R∝
Tunnels Of Pumped Storage Power Plants
Koichi FUJINO
on in the water conduits of pumped storage power
It is widely known that therc arises high frequency pressure oscilla■
turbines,of which propagation along pipe lines has not been theoreticany
plant as one of the transient phenomena of pump‐
storage plants,the smdies by M.Fanelll
idcntiflcd.With regard to the borcd
rock‐pressure tunnels adoptcd for most pumped‐
and L.Suo,speclfying that the wave speed and i"attenuation depend on exciing frequency,is applicable to clarify
mentioned mechanisms.McasuFed data of pressure oscnlatiOn and its propagation at the Okuklyotsu No.2 pumped storage
plant are introduced to examine thc theory.
w Phenomenon,Perfonnance,Numcncal Analysis
K e y w o r d : P u m p T u b i n e ,oΠ
1. は じめ に
可逆式ポ ンプ水 車 を用 いた揚水式発電所 の設
一
計 を支配す る過渡現象 である水撃圧 には、 般
の理論 では定量化 で きない特有 の高周波水圧脈
動 が伴 うことが知 られてい るが、 これの水路内
の伝播 については従来あま り関心が払われて来
なか った。それは、水路 に沿 って水車 か ら離れ
るにつ れ、 この水圧脈動 が一般 の水撃圧 と同様
脈動 の大 きさは経験 的 に水車付近 の静水圧 の
10%程 度 とされるので、 もし減衰せず に水路の
端部 に達す るならば、ある所 か ら先では通常 の
水撃圧 よ りも大 きくな り、水路 の設計内圧 を大
幅 に見直す必要が生ず る。
しか し、岩盤中 に埋設 される水路 にあつて
は、単純 な露出構造 の管路 と異な り、管路内圧
に減衰す ることが当然視 されていたため と思わ
れる。 しか しなが ら、一般 の水撃圧がいわゆる
を負担す る岩盤 などの性状 と水圧脈動 の周波数
に応 じて距離減衰が発生 し、水車 で発 生する水
圧脈動 は水路内 を伝播す るにつ れて実際上問題
緩 閉鎖 (圧力波 が水路内 を往復 して水圧変化 を
相殺す るに足 る程 ゆるやか に流量変化す る場
合)に起因するのに比 し、水 圧脈動 は、その発
のない程度 に小 さくなるので、上記の ような懸
念 は結果的 に杞憂 に終 わる。
)や
ここでは、やや旧間に属す るが、Fanelll°
生源の特性 上、圧力波が水路内を往復 して水圧
変化 を相殺す る以上の速 さで変動す るので、緩
閉鎖 と同 じ機構 の減衰 はあ り得 ない。 この水圧
SuO°による岩盤内水路 における過渡現象 に関す
る理論的研究 と筆者 らが行 った電源開発い奥清
津第二発電所 における測定結果 をご紹介 し、諸
賢 の御高見 を拝する機縁 といた したい。
* 的 開発設計 コンサルタン ト
E―
mail:[email protected]
原稿受付 日 平 成 16年 6月 8日
ターボ機械第 32巻 第 12号 1
フ
%揚
水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動の伝播
… (2)
=ル
+子
#
島
争+子
+些
タ Ц⇒
ザ塑=ル
争+券
こ
に
:水
路
沿
う
距
離
:に
間
でぁ 時
Fig.l stresses for free elementin rock mass
2口 岩盤 内埋設 管路 の水圧 脈 動伝播 理論
2-1 圧
力波の伝播速度に関する基本式
よく知 られてい るように、管路内を伝播す る
圧力波 の速度 は、流体 の圧縮性 と管路 の岡1性に
よって定 ま り、一般 に次式で表す ことができる。
・ ・・
( 1 )
ここに
α :管 路内 を伝播す る圧力波 の速度
κ :水 の体積弾性率
ρ :水 の密度
A :管 路 の断面積
々 :圧 力の変化
“ :々 に対応する管路 の断面積 の変化
である。管路 の剛性 を表す“ /々 の値 は、通常
一
は一定 と考 えられるので圧力波 の伝播速度 も
定 と考 えてよいが、周辺 の支持構造 を含む管路
の動的特 性 によつてはこの値 が変化す るため、
一
伝播速度 も 定 でな くなることを考慮す る。
盤内埋設管路の力学構造
管路 が埋設 される岩盤内の任意 の立体要素 に
ついて、Fig.1に示す力学的バ ランス を考 える。
2-2 岩
2 2 0 0 4 年1 2 月
=(λ
+::)
+2G):F+λ
σ
″
(子
。
・
・
(4)
′= ぬ で 、 τ〓O σ ″= ―″
。
。
・
(9)
0
+::)
¨
λ
十
の=0+2C)子
(券
='λ
+2C)::+λ
σ
″
)
¨0
(#+子
=C(#+券
τ
)
¨0
こ
の
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ん
:岩
係
数
盤
断
性
弾
:に
鋤
=(1-μ
λ
新-2μ
)
・・
じ
I:r比
fを
誓
tT笑
こ
」
「
二
冥
奨
楳
・
・
・
l101
r=∞で、ξ=O η =0
2-3 周 波数応答
圧力変化お よび管路軸方向お よび半径方向の
変位が次式 で表 されるもの とす る。
ω′
″ =P``+′
+.ω
′
°
ξ=Ξ(r)ι
。+ ω
′′
η= ″ ( r ) ι
但し
わ一α
応力 と変位 の関係が成立す る。
応力 と変位 には次 の関係 がある。
〓
κ
この とき、岩盤 は均 質 な弾性体 で あ る と仮定
し、水圧鉄管 の存在 を無視す ると、次式以下の
ρ″:岩 盤の密度
,η:管路軸方向および半径方向の変位
ξ
である。各応力はFig.1に示す とお りである。
・
“
llll
・
・
・
l121
・
・
・
l131
・
・
・
l141
揚水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動の伝播
600
900
:200
Frequency(nd/sl
０ ５ ０
ヽ ８星 〓 く
300
Ｔ ︶ｆ
0
Ｅ ヽ ︶Ｘ︶
一費 Ｌ αＯモ ｙ ｃ。〓く
︻
０ヽＥ︶，３鮮壺６〓 ｔ２９う。Ｌ
０ ０ ０
。
。 。
５ １
７
１
――
―‐
―‐
一‐
一‐
―‐
一‐
―‐
一‐
―‐
―‐
‐
―‐
―‐
―‐
「0.2
Fig.2 Equivalent wave speed and attenuaJon factor vs.frequcncy0
なお、前記の″ に対応す る管の面積の変化で
ある巫 は、管路の内径の変化 に比例するので、
・
⑮
ん4=2碗 η(b)
…
以上 の 関係 か ら、次 の手順 に よ り、圧力変化
角速度 ωと圧 力波伝播速度 αの 関係 を求め る。
式(2X3)に
代入 し、
(8)および02X10を
① 式 (4)∼
太 9漁0に示す境界条件 の もとに解 くことに
よ り″(r)を求める。
② 圧 力変化角速度 ωを種 々変化 させた場合
か ら求 まる“ を式
につい て、 々 と式03Xlう
(1)に代入す ることに よ り、圧力波伝播速
度 αが求 まる。
③ こ のままでは圧力波 の伝播速度 αが複素
数 になっているので、物理的 な意味が よ り
分 か りやすいように、等価伝播 速度 (ὰ)と
管軸方向の距離 に応 じた減衰係数 (0)を 求
める。即 ち、
々 =た
。・α= ル ケ
(1場
)
`わ
。
¨0 0
に相当する各値 を求める。
2-3 計
算例
- 4m、 水
Fig.2は、SuO°による管路 の半径 ぬ―
の体積弾 性率 κ=2.2GPa、 岩盤 の 弾性係 数 E
=3.OGPa、 ポアソ ン比 μ=0.25、岩盤 の密度 ρ″
=2,500kg/m3の
場合 の計算例 である。
ここで前提 とされている数値諸元 は、我が国
の揚水発電所 の多 くの水圧管路 と比較 して、管
… (3)707
:0
20
30 40 60 60 70
Frequency(rod/sl
F i g . 3 Ainplitude of head oscillation at downstream valve
路径 がやや大 きいが、岩盤 の弾性係数 を含 め他
の値 は通常の設計値 とほぼ同 じであるので、 こ
のまま適用 して もよい と考 えられる。
圧力波 の周波数が ゼロに近 くなれば、伝播速
度 は静的 な伝播 速度 (上記 の物性値 の場合 には
881m/s)に近 づ くし、周波数が無限大 になれば
岩盤 の応答が見 かけ上な くなって水中の伝播速
度 に近づ く。 この 間では周波数 に応 じて伝播速
ー
度 が 変化 し、 この ケ スで は角速度 250rad/s
(=40Hz)付近 か ら急 に伝播速度 が大 きくな り、
距離減衰 も大 きくなることが分 かる。 このこと
と、後述す る揚水発 電所 の高周波水圧脈動 の周
波数 が60Hz程 度 であることとは、注 目に値す
る一致 を示 している。
Fig.3は先 の トンネルの延長が lkmあ り、始
点 に貯水池、終点 にバ ルプがあ つて流量制御 さ
れ、それに応 じた圧力変化が生ず る場合 につい
て、終点での圧力変動幅を圧力周波数 ごとに計
算 した結果 をプロッ トしたものである。破線 は
一
伝播速度 が 定 (上記 の静的な値 881m/s)である
として求めた ものである。なお、 この場合 で も
管路長 と伝播速度 に対応する固有周期 との関係
で振幅 は圧力波 の周波数 に応 じて変 わる。実線
で示す周波数応答伝播速度 を考慮 した計算結果
は、周波数 の上昇 と共 に圧力変動幅力測ヽさくな
ターボ機械第 32巻 第 12号 3
7θ
8 揚 水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動の伝播 … (4)
３
Ｏ
Ｅく
Ξ ♂ もの
■一
一
一
さらに大 きくなる と、Fig.5に示す ように、バ
ルブからの距離 に応 じて最大振幅が減衰す るよ
２
１
０
0
Resew歯
200
400 600 800 :000
Distonce X(m)
Exctr
=30rad/S)
Fig 4 Amplitude of oscillation along tunnel(ω
E3
■
も
うになり、ついにはFig.6に見 られるように、
正弦派的な変化がほとんどなくなり、指数減衰
のみになる。即ち、伝播速度が圧力変化周波数
に応 じて変化するとして計算すると、伝播速度
を一定 と仮定 した場合に考 えられる共振現象
が、ある周波数以上では見 られなくなる。以上
により、岩盤内水路 における水圧脈動がその周
波数によつて減衰 して伝播するメカニズムが解
明された。
2
0
ヨ:
■
E
く 0
0
200
Res"wtt
:000
400
600
800
Distonce X(m)
誡 け
Fig.5 Amplitude ofosCillation along tunnel(ω=50rad/S)
３
■Ｅく
■ ︶資〓 ち ｏ■一
一
２
０
400
600
800
Distonce X(m〕
i000
欧
der
on along tunnel(065.63radハ
)
Fig.6 Amplitude of oscilla■
付近 から急激 に変化
り、 このケースでは25radお
一
し、60rad/S付
近以降ではほとんど 定値 に収束
す ることを示 している。
Fig.4∼ F:g.6は、圧力変動幅が、バ ルブで
の圧力変動周波数に応 じて、ト ンネル沿いにど
のように変化するかを示 した ものであ る。圧力
変動周波数力測ヽさい場合 は、Fig.4に示す よう
一
に、最大振幅の場所 による違 いは伝播速度が
定な場合 と似 て、単純 に正弦波的 に変化 し距離
減衰がほとんど見 られない。圧力変動周波数が
4 2 0 0 4 年1 2 月
成 した純揚水式発電所 であ り、最大使用水量
154mヽ、基準有効落差4■m、 最大出力600MW
の諸元の下、 2台 の可逆式 ポ ンプ水車が設置 さ
れている。水路 はほとんどの部分が 1条 で、水
車付近 のみ 2条 に分岐 してい る。導水路 は内径
7m、 延長 770m、 水圧管路 は内径 5.7∼4.4m、
5。
延長 1,320m、放 水路 は内径 5.7m、延長 960m
１
0
200
Reser面
r
3.奥 清津第二発電所 の水圧脈動 の実測
3-1 設 備諸元および測定方法
電源開発∽奥清津第二発電所 は1996年に完
(水槽 の上下流がそれぞれ19om、お よび770m)
となってお り、導水路 と放水路 にそれぞれ制水
口式調圧水槽 を有 している。
工事完成前 の発電負荷遮断あるいは揚水入力
遮断な どの試験 に際 し、水路や水車発電機 に関
す る過渡現象 の測定 が行われた。通常実施 され
る水車周辺 における圧 力変化 や両調圧水槽 にお
けるサ ‐ ジング水位変化 に加 え、両調圧水槽基
部 やそれより貯水池側 の水路内での圧力変化 も
淑l定した。
なお、圧 力波の伝播速度 その ものは測定 され
てい ない。
3-2 測
定結果
一例 として 2台 同時負荷遮断時の測定値°を
示せ ば次 の通 りである。Fig.アに示す 1号 ポ ン
9
揚水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動 の伝播 … (5)フθ
電源開発榊奥清津第二発電所 1号 機
2台 同時遮断試験 (4/4)高
落差 H
C1/M電 流 (1号 )(kA)
G/M電 流 (2号 )
鉄管水圧 (lnAq)
ドラフト水圧
回転速度 (rpm)
40
Fig.7
Transients at No.l pump turbine of Okukiyotsu No.2 pumped storage plant
プ水車での水圧変化は、鉄管水圧 と表示 される
入口側 につい て、初期値 533mか ら約 9秒 後 に
つて長時間継続す る。
2号 水車 で も以上 とほぼ同様 な計測結果が得
最大 714mに 達 してお り、水圧上昇幅 は181mで
初期値 に対 し約 34%の 上昇率 となる。 この うち
られてい る。なお、揚水 入力遮断の場合 は、水
車出口側で一部見 られるものを除けば、基本的
水圧脈動分 は全振幅で約 40mあ り、初期値 の約
7.5%に 相当す る。 なお、 この水 圧脈 動 は水車
に この ような水圧脈動 は出現 しない。
の回転速度が上昇 して最大値 を示す時刻付近 で
発生 し、回転数 の下降 と共 に収飲 した後、再 び
回転速度が上昇 して ピー クを示す時に再度発生
次 に水車か ら上流側お よび下流側 にそれぞれ
1,320mおよび 190m離 れた各調圧水槽付近 の水
圧変化測定結果 を見 ると、それぞれFo.8お よ
す る。水圧脈動 の周波数 は測定値 か らは読 み取
ることがで きない。
びFig.9に示す とお りであ る。 いず れ も調 圧水
槽 の制水回の下部 で測定 してい るので、調圧水
槽 のサ ージング水位 による水圧変化、制水口に
同様 に、ド ラフ ト水圧 と表示 される水車出口
側 につい て初期値 65.6mか ら約 10秒 後 に最 低
より水撃圧が解放 されないことによるいわゆる
残留水撃圧 に加えて水圧脈動 の三者が重畳 して
20.4mに 達 してお り、水圧低下幅 は45.2mで 初
い るが、それぞれ周期 が異なるので図示す るよ
期値 に対 し約 69%の 低下率 となる。 この うち水
圧脈動分は約25mあ り、初期値 の38%に 相当す
る。 この出口側 の水圧脈動は、大 きな水圧変動
うに分解す ることが可能であ る。
日g.8に 示す導水路調圧水槽制水 口下部 の水
圧 の実測結果 によれば、水圧脈動 の全振幅 は約
が収厳 した後 も、全振幅 10m程 度 の定在波 とな
5m程 度 である。 これは、水 車入 口部で測定 さ
ターボ機械第32巻 第 12号 5
7rθ 揚水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動 の伝播
… (6)
I翌貯:'7:`:￨11
(3)水圧脈動
ll
1主
ギ
主
下
Hcad oscillation at headrace tunnel
:
上昇 し無拘束速度 か ら水車制動域領域、逆転 ポ
ンプ領城 に向か うにつれて著 しく増大す ること
が原因で発生するものであ り、その周波数ノは
ノ=子
…
0
1 で ある。 ここに、
Ю
lsの Ⅳ
:回転速度 (r.p.m)
z:ラ ンナベ ー ンの枚数
如眩
なので、Fig.フか ら水圧脈動発生時点 での回転
ー
速度 を570r.p.mとし、 ランナベ ン枚数 6枚 か
らノ=57Hz(=358rad/s)となる。計測結果 か らこ
の ような周波数であるか どうか確認 はで きない
ものの 、 この程度 の周波数 である可 能性 は高
い。 ここでFig.2が 適用 で きると考 える と、上
Fig。9
Head oscillation at tailrace tunnel
れた水圧脈動 の全振幅約 40mが 、水圧管路沿 い
に1,320m進 んだ こめ地点 で約 87%減 衰 してい
ることを示 している。
同様 にFig.9で は、水車 か ら19om下 流 にあ
る放水路調圧水槽制水 口下部 で、水車出口にお
け る水圧脈動全振幅約25mが 約 4mに 約 84%減
衰 してい ることが分かる。長時間継続す る定在
波 も、水車 出口で全振幅約 10mの ものが、 この
地点 で約 1.6mと、やは り80%程 度 の減衰率 と
な っている。
なお、導水路調 圧水槽か ら約 100m上 流、お
よび放水路調圧水槽 か ら約 44m上 流 において測
定 した結果 も、それぞれ上記 の測定結果 とほぼ
同様 の値 を示 してい る。
3-3 測
定結果 に関する考察
ン
ポ プ水車特有 の水圧脈動 の発生原因はプラ
・
)。これ
イ ミング水圧脈動 であるとされている
は、水車 ラ ンナー入口部 におけるラ ンナベ ー ン
圧力側負圧側両面の圧力差が、水車回転速度 が
6 2 0 0 4 年1 2 月
記 の周波数か ら、等価伝播 速度 は 1,2∞mお 程度
で、減衰係数 も十分 に高 くな ってい て、Fig.6
に示す ような距離減衰 の状態 になつていること
が推定 で き、Fig.8お よびFig.9な らびにその
周辺 での実測結果が説明で きる。
4.お
わ りに
実際の岩盤 の性状 は弾性体 ではない し、水圧
鉄管 の影響 も無視 で きないので、 さらに詳細 な
議論が必要 か と思われるが、 この種 の水圧脈動
が実用上支障のない程度 に距離減衰す ることが
解析 と実測 の結果か ら確認で きたものと考 える。
末尾 なが ら、寄稿 の機会 を与 えて頂 いた当協
会関係各位 に心か らおネL申 し上げたい。
く参考文献 >
bored pensbはs,
(1)FANELLI,M.,Hydraulic resOnance in Rock―
Water Power Sep.1973.
(2)Suo,L.,WYLIE,E.B.,Hydraulit Transients in Rock―Bored
Tunnels,J.Hydraul.Eng.,ASCE,Vol.115,No.2(1990)
pp.196-210.
一
(3)藤 野浩 ,水 撃圧 の代 数学的手法 に よる解析 と揚水発
電所水路 系 へ の応 用 に関す る研 究 , 東 京大学学 位論 文
(2001).
.
(4)志 摩嘉丸 ポ ンプ水車負荷遮断時 における水圧脈動 の研
一
究 第 報,日 本機械学会論文集,45(389),62‐ 71(1977).
効果 について… (1)7rr
翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
展望 ・解説〕
〔
翼 の傾斜技術 の動向 :
芦
光
ittdral)の
夕
券
了
1夫
毬
につい て
効果
(その 2:各 種 のターボ機械 への適用)
Trend of 3D Blade Stacking Technology:Effect of Sweep and Dihedr
(Part2:ApplicaticDn to Turbomachines)
Niro MISAKI and Ju面
chi KUROKAWA
その 1で は、 スイー プとダイヘ ドラルによる
流れの制御機構お よび効果 につい て基礎的 に解
説 したが、その 2で は、 ターボ機械へ の適用 に
ついて、紙面 の制約 か ら代表例 を紹介 し、軸流
機械 お よび遠心機械 の順序 で解説す る。￨
流 ター ビン
蒸気 ター ビンではノズルにダイヘ ドラル角 を
5.軸
つ け る と性能が向上す ることは ロ シアで既 に
1960年代 に知 られていた。最近 では軸流 ター ビ
ンの分野 で翼の傾斜技術 が進んでお り、特 に蒸
ー
気 ター ビン、航空エ ンジン、 ガスタ ビンで こ
の技術 を使 うことは、一般化 してきてい る。 こ
こでは代表例 として蒸気 ター ビン を取 り上げ
る。 Fig.17はス イー プとダイヘ ドラル (周方向
リー ン)を持 つ新型 ノズルを従来型 と対比 して
い る°。新型 では従来型 に比べ てスイー プをハ
ブ側 で零か ら正、チ ップ側では負 のスイー プか
ら零へ と正側 に改良 してい る。 ダイヘ ドラルは
*1 横
*2 横
浜国立大学 非 常勤講師
浜国立大学 工 学研究院
原稿受付 日 平 成 16年 1月 9日
(a)Classical vane
(b)Last Vane with lean and sweep
Fig.17
Effects ofthe 3-D vane on meridional now behaviour“
ターボ機械第32巻 第 12号 7
)
効果について… (2)
712 翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
Rotor l
nosLw
Rotor 2
い よ曰 」 山酬
fott skF
(b)
9
blade(bメ
Fig.1 8 Compoundlean bladc(a)and ow
cOntrolled■
図示 されていないが、 ス イープと共に翼 につ け
て 3次 元粘性流れ解析 を行 って翼形状 を決 めて
いる。新型 ノズルを使 えば、ハ ブ側 でノズル出
口 と動翼入 回の 間で図中の丸 で囲 んであるよう
に流線が上に凹に変わ っている。 これはノズル
に付 けたスイー プとダイヘ ドラル によって流線
が曲が り、 この 曲率 による遠心力効果で、従来
型 と比べ てハ ブ側 の圧力が上が っていることを
意味 している。 これによつて、ハ ブ側で反動度
が上が ると同時に、 ノズル出口 (ター ビン入口)
のマ ッハ数 も落ちる。特 に低圧 ター ビンの よう
に翼高 さが高い とき、ハ ブ佃1はチ ップ側 に比べ
てノズルの出口圧力が下が り、反動度が落ちる
ので、 これを避ける手段 として翼傾斜 は有効 で
ある。同時に反動度が落ちないため、ノズル根
元 か らの蒸気 の洩れ も少 ない。
またFig.18はハ ブ側、チ ツプ側 の両方 に正の
ダイヘ ドラル (リー ン)角 をつけた コンパ ウン ド
その 1で 曲線 リー ン
リー ン翼 (compound lean、
として記述、Fb.6参 照)と更に発展 させた流量
制御翼 である。後者 は効率の良いスパ ン中央に
流量 を多 く流すため、 スロー トをスバ ン中央 で
。
9。ま
大 き くし、壁面付近 では小 さくしてい る
。
つ
は東欧で開発 した 3次 元粘性解
たP.Lampart他
ロ
ム
析 プ グ ラ FlowERと 最 適 化 プ ロ グ ラム
opamusを 使 い、蒸気 ター ビンの最終段 の形状
についての最適化 を行 っている。 これは 目的関
数 にターボ機械 の段損失 をとり、パ ラメー タと
して動翼、静翼 の枚数、 ス タガー、動翼 の捩 れ
8 2 0 0 4 年1 2 月
Fig.1 9
Schematic drawing ofthe different blade geometryω
角、静翼 のスー イプ、 ダイヘ ラル等 を選 んでい
る。最初 に与 えた直線状 のノズルが最終形状 と
してFig.17の
(b)と
似 た形状 になつてい る。
6.軸 流 ポ ン プ
ロケ ツ ト用 ポンプの分野 で も傾斜技術 は使 わ
の
れている。R.Laborde他 はFig.19のようなスキ
ュー を持 つ動翼 について翼端隙間 キャビテー シ
ョン (tip clearance cavitadon)と
翼端渦 キヤ ビテ
ーションltip vortex cavitation)の
研究 を行 ってお
り、その結果、後退 スキューのある動翼 は 2つ
のキヤ ビテー シ ョンとも一番起 こ りやす く、前
進 スキユーのある動翼 は翼端渦 キャビテー ショ
ンが他 の翼 に くらべ て起 こ りに くい。 この理由
は、翼弦方向 の圧力分布 が変 わ り、隙 間流 れ
が、後退 スキューの場合、前縁部 に集中 し、前
進 スキ ューの場合、後縁付近 になるか らである
としてい る。 これは、翼前縁付近 におけるチ ッ
プでの負荷 は後退 スキユーでは高 くな り、 また
前進 スキユーでは低 くなることによるもの と考
えられる。以前か らイ ンデューサでは応力低減
とキャビテーション性能の向上から前縁 をカット
は
す ること力M子われてきているが、最近 B.Bakir.つ
ー
前縁 の カッテイングとシヤ プニ ングによ り、
前縁形状 の試験 を行 っている。その結果、翼 の
前縁 を子午面か ら見 て下流 に、前面か ら見 て回
ー
効果 について… (3)7rθ
翼の傾斜技術 の動向 :ス イ プ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
０ぃ０一 。﹂，輌０●﹄
Ｌ
”‘ｏ，００。コ 一Ｃ一
Pre33ure3 1ndimled PeFtCh tO mm■
6.
Impeller I(λ =0°)
ImlellerⅢ
(λ =10°)
Fig.20 Suctbn pressure contourの
シ
転方向 と反対 に傾 斜 させ る と臨界 キヤビテー
ョン数 が下がるとしてい る。
フ.軸 流 圧 縮 機 /フ ァ ン
この分野では、特 に航空エ ンジンにおい て性
能、騒音 上の要求、 また重量軽減 から くる小型
化 の要求か ら傾斜技術が積極的 に研 究 され、使
われている。
(1)亜 音速 ファン
D.L.Tweet他のは 2段 圧縮機 における各段 の
静翼 のハ ブとチ ップに正のス イー プを付 けて試
ー
験 を行 った。 この結果 サ ー ジマ ジンが伸 び、
圧力 もわずかなが ら増加 した。ただ静翼 のハ ブ
にシュラウ ドが無 い (回転隙間有)場合 はかえっ
て損失 が増えた。 この場合、試験 した圧縮機 の
静翼 では 1段 日はハ ブにシユラウ ド無、 2段 目
はハ ブにシュラウ ド付 (回転隙間無)を使 ってお
り、 もし1段 目もハ ブにシ■ ラウ ドを付け てい
れば、更 に性能 が 向上 してい た と考 えられ る。
②
K.P.Mohalnmed他 は低速 のフアンにおい て前
進動翼 のスイー プ角が性能 に与 える影響 を調べ
た。 ス イープ角 λがそれぞれ 0度 、 5度 、 10度
である翼 I、Ⅱ、 Ⅲの試験 を行 い 、前進翼 フア
ンが低流量領域 で高い効率 を得 て、効率、作動
域 とも優れてい る ことがわかった。その理由 と
負圧
してス ィープを持 つフ アンでは、Fig.20で
ー
面 の圧力分布 をス イ プの無 い場合 と比較す る
と、チ ップ付 近 においては翼前縁部でチ ツプ方
向 に向か う流 れ (c→ D)が 抑 えられ、特 に翼後
縁部 ではチ ツプか ら内径方向 に向か う流 れ (A
→ B)が 強められていることが挙げられる。 これ
は遠心力 によるチ ップ側へ の境界層 の発達がス
イープによる 2次 流 れで抑 えられて、チ ップで
の失速が遅 れ る ことを示 して い る。最近では
("の
M.G.Beiler他 ス イー プとダイヘ ラル を含 ん
ー
だスキュー動翼 の研究がある。正のスキュ 角
を持 う動翼 は負 のスキユー角 を持 つ より性能が
優 れていることを示 した。
(2)遷 音速 ファン/圧 縮機
航空 エ ンジンの動翼 の前進翼、後進翼 につい
dge大学、Damstadt大学等 が
てNASAや CaIInb五
ー
研究 を行 ってい る。研究では前進翼がス イ プ
の無 いス トレー ト翼、後退翼 に比べ て効率、特
に作動域が優れている結果 を得 てい る。理由と
ターボ機械第 32巻 第 12号 9
効果 について… (4)
7fイ翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (swecP)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
Radial and sweptfan surFaCe
Mach numbercompar:son
Strong passage
shock in radial fan
blade‖lustated by
tlghtly spaced
Mach contours
ＬＯ﹄ＯＬ●０一
︻聟﹄ 、ｏＣｏ一
ｏＥ ０ 〇一
〓 ０﹁Ｅ ｇ ５００●﹄０ 一
３３
performance by
weakening the
shock,‖lustrated
by the spreading
of Mach contours
Fig.22 Advanced technOlogy fan integratorの
Rotor
2
4
6
0
10
12
14
16
l
: StatOT
10
ma38■ OW IkgrsecI
Fig.21 Stage compressor mapい
して前進動翼は前例の亜音速 ファンのようにチ
ップの境界層の発達が抑えられることや衝撃波
と境界層 の干渉が少ないことなどが挙げ られ
ス トレー ト動
る。Fig.21は
前進動翼 (Rotor 3)と
を比較したものであるの。ま
翼(Rotor 性能
l)の
Rotor
StatO,
Rotor
Stator
Fig.23 Different combination of rotor and stator
つの組 み合 わせ (日g.23)の 中で、 ス タガーや動
翼、静翼 間 の距離 を適切 に選べ ば、動翼 、静翼
ともチ ップ、 ハ ブに正 のスイー プが付 い た 組 み
た前進動翼 ではチ ップクリアラ ンスが性能 に与
の
える影響 が ス トレー ト翼 に比べ て鈍感 である 。
騒音 に関 しては、NASAで 静翼 にス イ ー プや ダ
の
イヘ ラル をつ け て、空 力性能 と共 に実験 が行
.0。
われて い る
最近航 空 エ ンジ ンではswept fan
の 開発が進 んで い る。 二例 として航空 エ ンジ ン
GP7200の ブ レー ドを挙 げる (Fig.22)②
。 これは
合 わせ (図右 下)が 、静圧上昇 は犠牲 になるが、
効率 、作動域 、騒音 とも優 れて い ることを示 し
チ ップでわずか に前進 してい る後退翼 の ファン
で衝撃波 の損失 や騒 音 を小 さ く し、安定作動域
も確保 で きるフアンで ある。
心 圧 縮 機 /遠 心 ポ ン プ
遠心機械 については、軸流機械 と同 じような
ー
考 え方が成立す るとしてス イ プやダイヘ ドラ
(3)動 翼 と静翼 の組 み合わせ試験
の
B.Roy他 はスイー プに関 して圧縮機 で動翼 と
ルを翼 につ けているが、体系 だった研究 は見当
よる遠心
らない。理論 としてはM.V.Casey00に
静翼 の 組 み 合 わせ 試験 を行 らた 。 その結果、4
102004年12月
は 3次 元 CFD解 析 で
た。 またs.J.Gallimorettω
ー
ヘ
スイ
とダイ
ドラルをつ け た動翼
プ
設計 した
と静翼 (日g.24)を組 み 合 わせ た多段 圧縮機 の性
能 が優 れて い ることを試験 で示 した。
8.遠
圧縮機 の流線 曲率法 による流れの解析 の 中で、
効果 について… (5)″ 5
翼 の傾斜技術 の動向 : スイープ (sw∝p)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
形状、ハ ブ側 か らみて正のダイヘ ドラル角)を
つ けて、 シユ ラウ ド側 の 出口角度 (半径方向 よ
りの角度)をハ ブ側 よ り小 さ くして出口での子
一
午面速度 を 様化す る考 え方や逆 レイ クをつ け
てイ ンペ ラ内のシュラウ ド側 の負荷 を減 らす考
(3)、
え方がある。前者 の例 は以下の(1)、
後者 の
中にある。
例 は以下 の(2)の
(1)遠 心イ ンペ ラの解析
出ロ レイク角 (ダイヘ ドラル角)に関 して古 く
の論文 では、 レ
か ら引用 されてい るW.Jansen①
イク無 しのインペ ラ出回の子午面速度 はFig.25
の実線 のように損失 のため シユラウ ド側 が遅 く
CnLレ
イク“ 肉
bレ イク無Йに″ヾラ
ｏ
影響 が 関心 のひとつである。出口に レイクをつ
け る目的には性能向上や騒音低減があるが、性
能向上 には順 レイク (一般 に使 われてインペ ラ
∞
期待 で きる としている。
遠心機械 では入口部 は軸流機械の議論が当て
はまるので、出回の レイク (ダイヘ ドラル)角 の
ａ
ある と説明 してい る。 また この速度勾配に よっ
て 2次 流れ を減 らし、圧力損失 を減 らす ことが
．嗣
ｄ
ａ
日ｄ
は翼 のス パ ン方向 の速度勾配、圧力勾配 を変
え、従 って結果的 に翼負荷分布 を変 えることで
Fig.25
全
点線 (損失無の流れ)
。
スパ ン方向 に子午面速度 を求 める方程式が あ
り、 この式 で翼 の ダイヘ ドラル角 を含 んだ翼カ
=｀
。
０
０
０
ハ
４ ■︶ ＾
‘ １
Axialview ofhigh―speed compressOr bladingω
の影響 の項 が引用 されてい る。 この論文 で彼 は
新 たに 3次 元形状 に対す るダイヘ ドラル角 (リ
ー ン角 として)を厳密 に定義 している。P.Dalbe■
02はこの を って の ダイヘ ドラルの
効果
他
式 使
翼
。
”″︺。
゛‘一■
いい¨
００コ”” コ“〓０一
●一
彙λ
﹁ 一
ョ ● ●コ
彙ぼ ０ “
似 ご ｏ “ ロゴ∃，コ
・
Fig.24
L′
実線 (損失有の流れ)
レイタ無インペフ
Q:
02
03
AX:AL ● :STAICE ACR03S
PELLm W:DTll.￨￨.
t“
Meriodional velocity proile across impeller Exit
width forimpeller with 45 degree rakeω
軸方向 に歪んでい るが、順 レイク角 をつ けれ ば
イ ンペ ラ出回の速度 を一様化 で きるとい う。図
のa、bは それぞれ レイク有、無 を等 エ ン トロピ
ーで計算 した速度分布 である。 レイクをつ けれ
ばシユ ラウ ド側 の速度 が速 くな り、遅 くな って
いる速度が改善 される。 これは翼後縁 の出口角
が シュ ラウ ドで45度 、ハ ブで55度 であ り、 シ
ュ ラウ ド側 の仕事 がハ ブよ り大 きいので、出口
のシュラウ ド側 の速度が大 きくなるため として
°
いる。ま たJ.H.G.Howardイ
也 はTASCflow3dを
用 い て遠心 イ ンペ ラの流 れ の数値計算 を行 っ
た。 直線要素 を持 つ イ ンペ ラでハ ブ側 を固定 し
てシュラウ ド線 を前縁 か ら後縁 まで一定 の角度
で回転方向に傾斜 させた単純 リー ン型イ ンペ ラ
と後縁形状 を単純 リー ン型 と同 じに して前縁 を
ー
大 きく傾斜 させた コンパ ウ ン ドリ ン型イ ンペ
ラ、 リー ン無 イ ンペ ラの 3個 を解析 の対象 とし
た。 リー ンはハ ブからみて正のダイヘ ドラル角
となってお り、出口は順 レイクである。比較 の
ー
結果 は コンパ ウ ン ドリ ン型が、負荷 が 少 な
く、洩れ も少 ない (Fig.26)。
ターボ機械第32巻 第 12号 11
効果について… (6)
7r6翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
一
一
一
0.004■
１一
“１ ■ １ ３■ 一
０ ０
２ １
０ ０
●Ｔ ︼
０選 日＼ 道 ２ 日
Convendonal impeller
lnverse designed impeller
F i g . 2 7 P l a n 宙e w o f t h e ∝n t r i f u g a l c o m p r e s s o r i m p e l l C r い
Stra19ht
,
Curve
Proportiona!meridional:ength
Fig.26
Distribuion of cumulaive leakage flow along the ip
clearancem
(2)遠 心 イ ンペ ラの逆解法
これはインペ ラの圧力/速 度分布 を与 える こ
とによつて形状 を決 め る方法 で あ る。H.Pab―
は、後縁 のダイヘ ドラル角 は遠心イ ン
ruckerttω
ペ ラの軸方向長 さの調整 に使 われ る としてい
る。即 ち正 の ダイヘ ドラル角 (翼の負 圧側 とハ
ブがなす角 が鈍角)を導入す れば、ハ ブ側 とシ
ュ ラウ ド側 で圧力差 が生 じ、 この圧力差 を補正
す る形 で軸方向長 さが大 きくなる。 この理由は
シ ュ ラウ ド側 の圧力が下が り、速度 が速 くな
り、負荷が増えるため、 これを減 らして与えら
れた速度 になるために軸方向長 さが伸 び、翼が
長 くなると考 えられる。従 って後縁 のダイヘ ド
ラル角 を小 さ く与 える と軸方向長 さも短 くな
る。 この ことは後縁 のダイヘ ドラル角 を負 (逆
レイク)に与 えると、更に軸方向に小 さくな り、
同 じ軸方向長 さであれば、負荷が減 ることを示
∞
唆 してい る。 またM.Zangeneh、A.Goto他 は 2
ー
次流 れ を減 らすため にダイヘ ドラル (リ ン)
角 を与 えてインペ ラを逆解法 で設計 し、実験 を
行 ってい る。その結果、Fig.27の右 の ような出
1 2 2 0 0 4 年1 2 月
Straight bladc
COnVex blade
ng.28 Picture ofimpeller wm mraight and c8nvex bl
口で逆 レイク角 を持 つ形状 にな り、効率が向上
してい る。
(3)遠 心圧縮機
勧
壱岐他 はエ ア コン用 ターボフアンについて
2次 元翼 (接線方向か らの出口角 33.7度 )の イ
ンペ ラと出口に順 レイクをつ け、出口角がハ ブ
で33.7度、 シユ ラウ ドで60度のイ ンペ ラにつ
いて試験 を行 い、後者 がイ ンペ ラ出回の速度が
一様 になることを示 した。 これは(1)の
W.Janscn
の考 え方に沿 うものである。 また製品 として圧
縮機 インペ ラに翼傾斜 をつ けた ものが目に触れ
るようになってきたが、公 に発表 されてい るも
ω
のは皆無 に近 い ようで あ る。岩切 は過給機用
についてFig.28のような凸面 のインペ ラと直線
要素 イ ンペ ラと性能の比較 をして、前者 の翼負
効果 について… (7)717
翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
力Ⅵ｀さくな り、キャ ビテー シヨンの初生 がスパ
ン中央 で起 こるの に対 して後者 はチ ップ付近で
“
)は
入口形状
始 まるとしてい る。 また、宮川他
ー
ー
ヘ
スキュ 角ならびにダイ ドラル (リ ン)角 を
Fig.29
1ntegrating forward sweep and splitter Technologyω
適正化 したイ ンペ ラは境界層 の成長、二次流 れ
が抑制 され、シュラウ ド側 での損失低減 に効果
があることを示 した。インペ ラ前縁ではキヤビテ
ーションの向上等 か らシュラウ ド後退 スキュー、
後縁 では高 さ方向の負荷 の均 一化等 か ら逆 レイ
ク (逆リー ン)を選 んでい る。 またイ ンペ ラの流
O impoilerA
:WOlb『
B
れと整合性 をとったエ ン ドベン ドを持つ 3次 元デ
ィフューザが、損失が少ないことを示 した。
キ imelbr c
9ロ ラジアルター ビン/フ ランシス水車
“
“
lo
12
14
1●
1■
mptH
Fig.30
Effect ofpOsition leading_edge oncavitation
inception perfomance“0
荷 は後者 よ り軽減 し、効 率 が上 昇す ることを示
した。 図 で は凸 面 が正圧 面 にな ってお り、 ハ
ブ、 シ ュ ラウ ド側 で翼 に正の ダイヘ ドラルがつ
い て、 これが性能向上 に結 びつい た と考 え られ
る。 また Fig.29は米 国 の プ ロ ジェ ク トJTAGG
開発研究
(joint turbine advancOd gas generator)で
あ
中の圧縮機 の前進 インペ ラ (forward sweep)で
°
る 。軸流圧縮機 の ように作動域 の拡大が期待
で きそうである。
(4)遠 心ポ ンプ
“
0は
M.J.Van Os他 混流型 ポンプの前縁 につい
て前進翼、後退翼 にさせ た場合 を比 較 してい
る。Fig.30のAと Bが 前進翼、Cが 後退翼 であ
り、前進翼イ ンペ ラがキヤビテー シ ョン特性 で
は、後退翼 イ ンペ ラより優 れてい る ことを計算
により示 した。理由として前者 はチ ップで負荷
ター ビン前縁 の レイク (ダイヘ ドラル)角の影
(2)のよ うに翼車 (ラジ
響 につい ては以下の(1)、
ー
アルアルタ ビン)や ランナ (水車)の入 口 (ある
い は出口)か ら見 てハ ブ線 とシュラウ ド線が交
差す るような形状 をとると、 シュラウ ド側 の負
荷 が減 る。 これはシユラウ ド側 の翼の長 さが伸
びた ことによると考 えられ るが、圧縮機 の出口
に逆 レイクをつ けた形状 に対応す る。
(1)ラ ジアルター ビンの解析
W.R.Hawthome他 .2はター ビン前縁 の レイ ク
角 9を 変えて翼車 の流 れの数値解析 を行 ってい
る。その結果、順 レイク角 をつ けた翼車 (一般
に使 われてい る形状、日g.31では9は 負、次 の
水車 の例 と角度 の正負 が反対 )に比べ て逆 レイ
ク角 をつ けた翼車 (9が 正)で はシュ ラウ ド側 の
負荷 が減 っていることがわかる。
(2)フ ランシス水車
“
0は
G.G.Holm6s他
、±
、入ロ レイク角 ±30°
lo°を持 つ ラ ンナについ て数値計算 を行 い、比
ー
較 した。(1順のラジアルタ ビンと同 じ様 な結
論 を得 てい る。 レイク角 を30°(順レイク)か ら
-30° (逆レイク)と減 らして くる (Fig.32)とラ
ンナ入回のバ ン ド側 (シユラウ ド側)の負荷が軽
ターボ機械第32巻 第 12号 13
効果 について… (8)
7F∂翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
０﹂コ∽∽Φ﹂０ 〇一０ ”∽ Ｏ①Ｏ っＯΦ匡
ゃ=6.65deg
ゴ
馳
翼
層 を考慮 してM型 形状 (エン ドベ ン ド)、出口形
状 に は、 ラ ン ナ内 で の二 次 流 れ を抑 制 す る
convex(凸面)翼な どの新 コンセ プ トを適用する
ことによ り、従来 の高効率 フランシス水車 の効
率 を更に改善することが可能 である ことを示 し
０﹂コ∽∽０﹂０ ０，” “∽ ＯΦＯコつＯ Ｃ
9=a65deg
t激 路
た。 このcOnvex翼は、遠心圧縮機 の ところで述
べ た ように正圧面が凸面 にな ってお り、ハ ブ、
シュ ラウ ド側 で翼 に正のダイヘ ドラルがついて
いる。
10。 フ ラ ン シ ス ポ ン プ水 車
.0はラ ンナの
形状 を回転方向 に対
池田、谷他
してポ ンプ入回のキ ャ ビテー シヨンの発生が厳
0.0
Fig.31
0.1
0.2
0.3
0.4
chord
0.5
0.6
ブ側 )
しくなるシュラウ ド側及 びクラウ ンlll(ハ
ー
を前進 させた。 これによ リキヤビテ シ ョンの
特性 が向上 した。
"
Reduced pressure distribudon with lean angle“
11.結 び
① 翼 のス イープ、 ダイヘ ドラルは局所的 に
翼列 の圧力勾配 を変える ことがで き、 また
翼 の負荷 を低減 で きるな どの利点がある反
面、別な場所 で翼 の負荷 が増 えるなどの欠
ー
点がある。 この場合 ス イ プ、ダイヘ ドラ
Fig、
32
11lustraion ofblade design using different Fake angle14D
減 して くるが、 クラウン側 (ハブ側 )は逆 に負荷
が増 えて くる。 レイク角 を減 らして くるとバ ン
ド側 の圧力低下 を抑 え、キヤビテー シヨンの発
生感度 を減 らす ことがで きる。同時にハ ブ側で
流量が増 え、再循環 のバ ブルカ測ヽさくなる。 レ
イク角が負 の場合,ランナの形状 は図の形状 から
みてわかるようにX型 の形状 にな り、翼 が長 く
なる°。 これは負荷 を軽減で きる理 由の一つ と
“
0は
高効率化 の研究 を
考 えられる。 また宮川他
行 った。 ランナの入口形状 には上流か らの境界
1 4 2 0 0 4 年1 2 月
ルを単独 に使 うのでな く、欠点 を解消す る
場合 もあ るので併用 して使 うのが望 ま し
い。 また静翼 と動翼 の適切 な組み合わせ も
大事 である。
ー
② 性 能向上には正 のスイ プ、正の ダイヘ
一
ドラル角度 を適度 に翼 に付 けることが 般
的 にな つている。 しか し転向角 が大 きく、
アスペ ク ト比力測ヽさい ター ビンの直線翼列
試験 の結果 では、負 のダイヘ ドラルを両側
壁側 につ けた翼列 の方が損失 が少 ない とい
°
う論文 などがある 。 これは もともと負荷
が側壁側で小 さ く、 スパ ン中央で大 きい翼
列 である と考 え られるが、 この よ うに翼
型、アスペ ク ト比、 ソリデ イテイなどによ
効果 について… (9)7J9
翼の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedral)の
って傾斜角 の正負 の選び方が違 って くる例
がある。 また翼傾斜、特 に コンパ ウン ドリ
ー ン翼 の壁面 の損失 を減 らすメ カニズムが
ゝ
明確でないとのDenton教
授の指摘もある侶
それに加 えて圧縮機 の減速流 れや ター ビン
の増速流 れに対す るス イープとダイヘ ドラ
に、 この場 を借 りてお礼 申 し上げる。
<参 考 文 献 >
09 B.M■
ALSTHOM"
oyanOVShi“¶he stealn turbines of GEC‐
themal engineering,1998,Vol.45 No.8,pp689-695.
“
x cavitation in
他 Tip Clearance and ip vorに
O R,Labordc・
an axial■ow pump" Journal of fluids Engineering 1997,
Vol.119 pp681∼685,
ルの効果 の違 い、翼列 の下流 にある翼列 に
与 える影響、翼傾斜 と翼端 か らの漏 れ との
“
クリ F.Bakir・
他 Experimental analysis of an axial i
関係等 に不 明な点が まだ多 くあ る。
performances in cavitating regime" Journal of nuid eng―
ineering Mar.2003 Vol.125 pp293-301.
“
edge sweep and
他 Stator endwa1l leading‐
221 D.LTweet。
③ 前 進翼は効率、作動域、騒音等の点で優
れていると考 えられているが、流力弾性学
的な不安定性、応力が高 くなる等の構造的
な問題があり、 これを実機 に適用するとき
は十分な検討が必要である。また翼に使 え
る軽 くて強い材料の開発が必要である
④ 遠 心機械について研究が少なく、研究は
これか らとい って も過 言 で はな い 。
⑤ 遠 心機械 では、動翼 に逆 レイク角 (圧縮
機 .ポンプでは出回、 ター ビンでは入口)を
付 けて軸方向か らみてシュラウ ド線 とハ ブ
線が交差す るような形状 にすると、負荷 は
シユ ラウ ド側 では減 り、ハ ブ佃1で増 える。
効率 に関 しては順 レイク、逆 レイクの どち
らが良いかの議論があるが、洩れや下流へ
の 影響 (圧縮機 、 ポ ン プ で はデ イフ ュ ー
ザ)、動翼 の軸方向長 さ、羽根高 さ方向の
1 翼
角度分布 の影響等総合的 な検討 が必要 で
influence of Shape of the blade leading edge on the
hub shroud influence on compressor performance" ASME
86-GT-197,1986.
術が注 目される。今 後翼 の
(contouring)技
一
傾斜技術 と 緒 に使 われると考 えられる。
なお 日本 におい ても古 くか ら翼傾斜 について九
大等 の大学で研究 されてきているが、知ってい
る方が多 いので大学、国立研究機関 などの研究
は割愛 させて頂 いた。最後 に助言 を頂 いた横浜
国立大学 の松井助教授 、名古屋 大学今村講師
“
ow fan
Investigation on axial■
impellers with forward swept blade''ASME77-FE‐1,1977、
“
② D.K,Hennecke・他 Effect of forward sweep in transon
compressor rotor"JOumal of Power and Energy,2CX13,Vol.23
No3 pp357-365.
他
2' G.Scott.McNulty・
“
The lmpact of forward swept
speed axial compressor''GT-2003rotors on dp‐
limited low‐
388372003.
O J.A.Cazzaniga・
他
“
Performance of advanced fan exit
guide vanes with a forward swept fan" AIAA‐2003‐1067
2003.
“
他 Acoustic beneits of stator sweep
O R:P.Woodward・
and lean for a high tip speed fan'' NASA/TM-2002‐
211345,
0 酒
井
2002.
"航
“
GP7200の 概 要
空技 術 ,2003.6.
O Bhanskar.Roy・
ow
他 “Study of swept blades in axial■
compressor'' The 7th Asian intemational conference on fluid
machinery,2003.10,fukuoka:
也 “The use of sweep and dihedral in
001 S.J.Gallimore・イ
Ⅱ and
ow
multistage axial ΠcOmpressοr blading Part Low
ある。
⑥ 加 工技術 の発展 でケー シ ングやハ ブの壁
面 形状 が 非 軸対 称 で あ る コ ン タ リ ン グ
他
O K.P Mohammed。
high‐speed designs and test verification"
Turlnomachinery 2002,Vol.124,pp533∼
Journal of
541.
“
00 Casy.M.V。 他 A stream curvature throughnow methOd
for radittl turbOcompressors"ImechE C57/84,1984.
dimensional viscous
O P.Dalbert・ lL“Application of three‐
flow calculations in the aerodynamic design of industrial
turbocompressor Components"ImechE C449/024/93,
1993.
O
W.Jansen``A method for calculating the flow in a
centnfugalimpeller when entropy gradient are present'' Inst.
Mech.Eng.Interllal Acrodynamics 1970 pp133∼
146.
“
他 A numerical investigation of b
041 J.H.G Howard・
ow in a centrifugal impeller"ASME
lean angle effects on■
ターボ機械第32巻 第 12号 15
…
ー
72θ 翼 の傾斜技術 の動向 :ス イ プ (sweep)と ダイヘ ドラル (dihedrd)の効果 について (10)
第56回 ターボ機械協会講演会発表資料,2001,pp 87∼
94-GT-1491994.
00 H.Pabraucker&R.A,Van BraembusSChe“
Inverse design
of centrifugalimpdbrs by simultaneous modincatiOn ofblade
92.
0 2 1 W R , ルM 閾 耐ン 他 , “ハ∝ “ m i ∝ 燃 む O f 血断 腹 血 町
blading in three dimensional IIow : an application to radial
shape and meHdional contour'' ASME 2000-GT-457,2000.
“
turЫne'' Journal of Turbomaclinery 1993.July,pp602-613.
On
the
des:gn
criteria
for
他
O M.Zangeneh,A.Goto・
1431
G,G Holmes“ The effectt of blade lean on hydraulic and
oes in centrifugal and nixed now
suppression of secondary■
impeller"ASME-97-GT-393,1997.
ー
0う 壱 岐 ・他 ,“ パ ツケ‐ジエ ア コ ン用 タ ボ フ アンの高性
"日
本機械学会流体 工 学部 門講演会講
能化 に関す る研 究
15,1998-8,pp279-390.
演論文 集No98‐
"豊
“
可 変入 口案 内翼 (VIGV)付 コンプ レ ッサ
ビ ュ ー Vol.35,No.3,2000,pp
田 中央研 究 所 R&Dレ
081 岩切
5, pp15-20.
091 http//WWW.pr.afFl.mi1/diviSiOn/pF“
hptetlbFOChure/Fans
Com.htrn 2003.11
mechanical characterisics of Francis runner''AIRH"IAHR,
13e symposiunt,1986,vol.ppl-13.
`■
r large hydraulic
dvanced designゎ
1441 Jianming.Yang・
他
turbine runner'' ASME FEDSM99-68731999.
《0 宮 川 ・他,“3次 元翼設計技術 によるフランシス水車 の
"第
44タ ーボ機械協会講演 会,2000.5.
効率向上
・
・
他,“超高落差 ポンプ水車 におけるskewed
田
谷
1461 池
"平
ンナに よる運転適用範囲拡大
成 ■年
lean angle,ラ
ー
・
エ
B,
ル
集分冊
ネ
ギ
会講演
部
門大
会電力
電気学
度
n i n cpp670-671.
eption
《O M . J . V a n o sA “p a t a m e t i c s t u d y o f t h e c a v i t a t i o1999,
The influence of blade negative
f10w pump impeller using a three‐ 140 Wang Zhongqi・ 他, “
behavier of a mixed‐
curving
on
the
endwall
and blade surface nOws'' ASME 95‐
d i m e n s i o n a l p o toewn imaold■e l " 1 9 9 7 A S M E F E D S M 9 7 ‐
GT-4411995.
3374.
"
“〕 宮 川 ・他 , “ 二次 元 翼 設計 に よる ポ ンプの効 率 向上
IAHR‐2006国 際水理学会 ・水力機械部 門シンポジウム
懺 :
県
:管
鮮 爵 ￨;恥 熱 爾 瓢 ξ
3馨
●数値解析の精度、有用性 と評価
●非定常現象の数値解析
●水力機械 に関する実験的研
堰
:奈
会
貧子
3暉
奮
Ψ
鰻
男
藤
機彰
ン
●
水力発電所お よびポ
考穆墓籍
効果
プ機場の振動
ム
。
テ
膏
霧急
9峯
黎2絆 娑
0監
よび予防保全 システム
視、診断、最適化お
●ケーススタデイ :不具合 と トラブルシューテイング
●既設設備 の性能お よび経済性 の改善
●水力機械 システムにおける新技術
3.会 議 の開催 と日程
0 開 催期
基電誅ザ魂落津第二発瓢
1ぽ
τ隷乳肇
糧 鞠
田排水機場)
0開 催場所 :メ ルパルク横浜
4.論 文発表申込み
ります。
11月
み
≧
各
暮
壇
::: 壬
桑
豊
黒
388:年
2∞
:月
1:日
葉
電
掘
:年
:]基
鱚
肇
莞
ヽ せ先
]:￨]:[[lil;::tii:li
::『
[￨]::『
5‐
史
l曇
弥
2奨
慮
和z″
離
婚
ξ:こ
‡
16 2004年 12月
合わ
易し
鵜浜市保土 ケ谷区常盤台7 9 - 5
淋鴨籠記
鸞鷺 『
謙考8正
瞥目
観nL∝
“
(webd“ )http://stOrk mach.me.ynu.ac.Jp
¨
蓋付 スロッ トモデルに よる開閉水路共存系流 れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)・ (1)721
〔
論文〕
蓋付 スロ ッ トモデルによる開閉水路共存系流 れの過渡現象解析
(寸法拡大効 果 と固有値解 析 )
新井和敏
*1山
本勝弘
*2福
本 秀
*3
Pressurized Flows by Slot Model with Ceiling
Surface‐
Transient Analysis of Free‐
Scaling on Transient Flow and Eigenvalue Problem)
(Effect of Up‐
Kazutoshi ARAl,Katsuhiro YAMAMOTO and Shigeru FUKUMOTO
∬L
:J珊
譜 M、
∬ 鳳 ま需 留 ち温
譜 肝 硼 諦 I蹴 :辞 蹴 滞 識 ∬ :棚
h」 悧 臨 箇
the System causes the increasc h compress‐
exalnine a scale effect on the transient flow.The results show that scaling
up‐
ibility of entrapped dr so that the rate of pressure Hse decreases.It is also conimed that the partial differential eq
posed
for the modirled slot model have real eigenvalucs and then the initial value problem
is when
well‐the velocity differ‐
憮 譲∬ Ill鵬
籠 留
麗 :1皿
suppress the numencal instability.
監鵬 腑
KeJ/wtts:Drainage System,Entrapped Air,One‐
1.ま
鑑 1∫ Ⅷ 驚 RI勝
器:留
記 瞥 f鮮
1需
讐 肥 艦
酬
:
dimensionJ Two‐ Phasc llow,Π uid Transicnt,Numerical Analysis
えが き
集中豪雨 による都市部 の洪水 を防止す るため
大深度地下空間 を利用 した放水路系が計画ある
い は建設 されてい る(1ヽその ような水路系 の流
れでは、 一時的 に開水路流 れ と閉水路流 れが共
存す ることがある。開閉水路共存系流 れの過渡
ス ロ ツ トモデル
現象解析法 としてPreissmannの
a、
が知 られてい るが
従来 のモデルでは管路内
一
の空気圧 は 定 (大気 圧)と みなされ てい るの
の排水路 に適用するためには、相似則にもとづ
く寸法拡大効 果 を把握す る必要 が あ る。 また、
気液二相流 の過渡現象 を数値解析す る場合、 し
ば しば数値不安定 に見舞 われる。 この問題 には
基礎方程式系 の初期値問題 の適切性、すなわち
°∼③
。
係数行列 の固有値 が関与 してい る
本研 究 では これ らの 問題 を明 らか にす るた
め、 まず蓋付 スロツ トモデルの基礎方程式 を無
ー
次元化 し、現象 を支配 してい る無次元パ ラメ
で、立坑 からの空気排出が不完全 な場合は過渡
現象 の予測が困難 になる。そ こで筆者 らは従来
のモデル を修 正 し、蓋付 スロッ トを用 いた分離
タを抽出する。次 に1/50模 型水路 による検証
実験 を踏まえて、実規模相当の水路系 に対す る
計算 を行 い、寸法拡大 による残留空気 の影響 を
型気液二相流 の解法 を提案 してその有効性 を縮
(3X4し
このモデルを実規模
小模型 により実証 した
調べ る。 さらに、この蓋付 スロッ トモデルの無
次元基礎方程式系 の係数行列 の 固有値 を求 め、
初期値問題 の適切性 の限界 を表 わす水深 と気液
*1
*2
*3
榊荏原製作所 風 水力事業本部
E―
mall:aral [email protected]
早稲 田大学 理 工学部
早稲 田大学 大 学院 理 工学研究科
原稿受付 日 平 成16年 1月 30日
流速差 の関係 を明 らかにする。
ターボ機械第32巻第12号 17
722蓋 付スロットモデルによる開閉水路共存系流れの過ilt現
象解析 (寸法拡大効果と固有値解析)…(2)
2.
お もな 記 号
A0
:管路断面積 (m2)
:管路上下流端 の立坑断面積 (m2)
:各 流体 の流路断面積 (m2)
AJ
ん
島 Ｑ ６
B
ｏ Ｄ ａ 月
ｇ λ れ 比 鳳
κ
姦
鳥
:開 水路流 れの水面幅 (m)
:仮想 スロッ トの幅 (m)
:空 気の等温音速 (mぉ)
s)
:満 水管内の水 の圧力伝播速度 (m′
:気 液界面 の摩擦係数 (1)
:管路 内径 (m)
:各流体 の等価内径 (m)
:気 液界面 の摩擦力 (N/m)
2)
:重 力加速度 (mぉ
:管 底 での圧力水頭 (ゲー ジ圧)(m)
:管 路下流端 での初期水深 (m)
:各流体 の等価深 さ (=ん /3)(m)
:仮 想 スロッ トの高 さ (m)
:寸 法拡大比 (1)
:各 流体 の濡縁長 (m)
:気 液界面 での圧力 (絶対圧)(Pa)
:大 気圧 (絶対圧 )(Pa)
:各 流体 の管内流量 (mヽ )
0
:上流端立坑へ の水流入量 (mЪ)
0
″ :下流端立坑 か らの水排出量 (m3ぉ)
2。
9″ :管路両端 か らの空気排出流量 (m株 )
み :各 流体 の摩擦勾配 (1)
P0
Fig.l
schematic diagraln of free‐
surface‐
ows
pressurized Π
9 :管 路両端における空気流の損失係数 (1)
ん :各 流体 の管摩擦係数 (1)
ν
た:各流体の動粘性係数 (mヽ)
[下付添字]
J :気 液界面
ブ :管 路 の上流端 (=1)、下流端 (=2)
た :水 (=ソ)、空気 (=α)
′ :測 定地点 (=1∼6)
[上付添字]
ホ :無
次元量
3.基
礎 方 程 式 とその 無 次 元 表 示
3-1 蓋 付 スロ ッ トモデル
人工の地下河川はほぼ水平 な長距離円管路 と
途中の複数立坑 か らなっている。本研究 では こ
のシステムの最 も単純 な要素 として、Fig.1に
示す よ うに長 さι、断面積 ん (一定)、両端 に
:管路勾配 (1)
:時 間 (s)
断面積ス1、 ん の立坑 を有す る管路系 を考 える。
筆者 らの提案 した修 正ス ロ ッ トモ デルはこのよ
うな管路 の 開閉水路共存流れを解析す るため 、
:各 流体 の断面平均流速 (=o/ス た)(In/s)
:空 気 と水 の流速差 (=“α―“″)(mお)
管路 の上部 に日g.2に 示すような幅 島、高 さ島
の蓋付仮想 スロ ッ トを設けて閉水路流れの とき
ツ
:管 路上流端か らの距離 (m)
:水 深 (m)
も常 に微量空気が スロ ッ トに存 在す るように
し、一貫 して開水路流 れとして扱 えるように し
Z
:管 路下流端 を基準 とする管路高 さ lm)
S0
′
“た
夕`
χ
a
義
:気 液界面 の表面粗 さ (m)
:管 内面 の表面粗 さ (m)
:各 流体 の密度 (kg/m3)
ρa0 :常温大気圧下の空気密度 (kg/m3)
2
18 2CX14年12月
X4t水の
たものである°
密度ρ″は一定 とし、水
の圧縮性はスロット幅 鳳 により表わす。すなわ
ち 島 を空気密度が零のとき開水路流れの長波
(重力波)の伝播速度が満水管内の圧力波伝播
速度 ら と一致するよう次式 より定める。
蓋付 スロットモデルによる開閉水路共存系流 れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析 )… (3)72_3
=′κρ"g'2)
″″=Ift/2 夏r=″,/D, 4ホ
流れの基本変数 を改めてu*=′(プ,夕
l,ご,夕
:)
とお くと、式(2X(3)の
無次元表示は以下のよう
になる。
1嚇:
A*:;l=Bホ
子十
０ ０ ″ 磁
ただ し、
・
。
・
(5)
Fig.2 s101 model with ceiling for two―
PhaSe now
AOノ
α
島= g ・
ここで gは 重力加速度。 一方 スロツ ト高 さ島
・・。
( 1 )
は計算途中も含 めて常 に開水路流 れが維持 され
る範囲で なるべ く小 さ くとる。
3-2 基
礎方程式
Fig.2に示す管路 の流れ にお いて、各断面 で
水 と空気 に関する連続 の方程式 と運動方程式 は
次式 で表 わされる。
＋
ヽｌｉｌノ
／１ｉｌヽ
。)=0
) +多
(た
ρ
多(2ん
・
・
。
(2)
管内の水相断面積ん と水面巾B"は次式から定
まる。開水路 (0<プ <1)の とき、
Sin9
ス↓= ■ ( 9 _ s i n 9 C O S 9 ) , 3= 拿
・
。
・
(6)
π
身
激
ん
激
一
ただし、9=cos 1(1-2ガ
)。
0と
十
五 閉水路(1≦
た
々
0)単
gAk:等
4Φ
￨卜
f 2写
)+ん
キ+ρ
プ <1+イ )のとき、
・
(3)
=α
ここで添字 たは 液相 (た=″ )ま たは気相 (た
)
Ftは
を表 す 。 鳥 は気 液界 面 の圧 力 、
次 式 で表
=0
¨
わされる非微分項 である。
屁 =ρた
gAt(SルーSo)±E
・
・
。
(4)
ここで み は各流体 の摩擦 勾 配 、S。は管路勾
配、 月は気液界面 の摩擦力 (後述)で、その符号
はた=αの とき(+)、 λ=wの とき(―)で ある。
3-3 基 礎方程式 の無次元表示
(3)を
展開
蓋付 ス ロ ッ トモデルの基礎 式(2)、
し、変数 と定数 を以下の ように無次元化す る。
ネ
ダ=′
g/D, χ=χ/2
イ
ノ
た
a “I = “
メ= y ノ
イF ,
″ =鳥 ′島, ρ:=ρ α/ρw,
D,
Cr=cr/√
だ =ん /ん, Bオ=3/D, ご =鳥 /D,
И
品=1十二ぶ(ッー1),3*〓 ご
π
・
・
。
(7)
空気相断面積 ん は次式から定 まる。
ん =1-瓦 十二ごズ
・
・
。
(8)
π
管路 勾 配 は
*
S O = 一αz * ノ
aκ
。
・・
(9)
空気は等温変化 を仮定 し、
00
…
グ =が o″
一
このとき等温音速は 定で常温大気のそれに等
しいので
彿 =イ
鳥し o g D )
・¨
llll
摩擦項 は水、空気 とも準定常流 とみな し、
カ
′
ガルレ
)
(2π
蹄=ん(″
…
ご=0メ
FrBホ
・ ・・
l 1 2 1
⇒
。
管摩擦係数 ん は非円形断面の管内流 れとみ
ターボ機械第32巻第 12号 19
・
・
724 蓋 付 スロ ットモデルによる開閉水路共存系流 れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)。
(4)
なして等価 レイノルズ数 と管路の相対表面粗さ
を R`k=レた
la/νた、 εl=o/Dと 定義 し、それ
*)か
)。
°
ぞれMoody線図 λ=λ(R`,ε ら求める 界
面摩擦 は一般 には管摩擦 とは異なるものである
が、対象 としている水面曲率は十分小 さいので
水面 を管路壁のようにみなし、界面摩擦係数 o
を管摩擦係数から求める。すなわち Rの=1鋳la
ノ
να、ε
Dと 定義 し、次式から求める。
ナ=εαノ
=λ
ε
′ (Rci,ε
r)/8
・・ ・
l 1 4 1
3-4 境
界条件と初期条件
管路全長 と管路両端 の立坑断面積、水位、
圧力、流量を以下のように無次元化する。
ご =ι/2ィ =ん ノ
札,
辱 =ち /2H」
"ブ=ρ ″g比 ″ノノ島,葛 =PaJ/Po,
= o ″ κt t N り)
C = O κ んN F ) , 磁 ′
ホ
ただし、 プ〓1は管路上流端 (χ =0'、 プ=2は
ネ
下流端 (χ =ご りを表わす。
次元 パ ラメータと相似則
解 U*(ノ,ダ)を支配す る無次元 パ ラメ ー タを
3-5 無
分類 し、整理す ると以下のようになる。
*)
(a)水 路 に関す るもの :ご ,だ,So(χ
(b)流 体 の圧縮性 に関す るもの :
'0,Cir
ご,群 ,ρ
(C)摩 擦 に関す る もの :&た ,Rの,ダ,ず
(d)初 期条件、境界条件 に関す るもの :
*),磁 ホ
′
だ, C ( ′
)
(′
幾何学的に相似 な 2つ の水路 で過渡現象が相
似 となるためには、上記 の全 ての無次元量 を一
致 させ る必要があ るが 、実際 には困難であ る。
放水路系 の過渡現象 を支配す る最 も重要なパ ラ
メー ターは、上記 の(a)群を共通 とすれ￨ミd)群の
パ ラメー タすなわち初期水深 とフルー ド数 であ
る。本研究 ではこれらのパ ラメー タを一致 させ
て寸法拡大効果 を検討す る。
上流端 と下流端の境界条件 は、
―
↓
1)
ん
1“
石争=￠
以α―
巾
4.過
4-1 模
ー1 ) (哺ノ
十( プ
2“
2 g 携′
↓
)
・
・
・
l151
一端
・
・
・
l161
議
器
型実験 と数値計算
実験 で使用 した1/50縮 小模型 は、管路全長
ι=122.08(m)、内径 D=0.198(m)、 立坑断面積
Al=0.0984(m2)、A2=0・
2836(m2)、管路 の平均
勾配 は約 1/5000で ある。立坑 は空気 が残留 し
.l171 やすい よう管路両端 のみに設けた。
ただし、
2)
¨
″ん,J=maxcけ-1,0)′
:oC卜
(ρ
ここで立坑が没水 (ィ ≧1,E缶 >葛 -1)の とき
は空気が入 りこまないので、式⑮ は次式で置き
換える。
“
湯=0
渡 流 れにお よぼ す寸 法 拡大 の 影 響
・・ ・
l 1 8 1
初期条件 は大気圧下 で水 の静止状態 を与 える。
すなわち ダ= o で
*,0)=0,
ホ
↓( χ
ノ( χ, 0 ) = だ―〆( ノ) , “
ホ
キ
・
¨l10
″(χ,0)=1, “'(χ,0)=0
以上の式 か ら、初期水 深 だ と両立坑 で水 の流
準
拿
*>0,
入量 c ( ′ ) と排水量 o バ ′) を与えれば、 ″
*≦
0 ≦χ ガにおける解 が確定す る。
実験 では、 まず静止状態で管路下流端 の初期
水深 れ を設定す る。 そ して管路上流端立坑 ヘ
の水流入流量 ②"(′
) 、下流端立坑か らの排水流
=1∼
量 ら″(′
)を種 々設定 し、管路各点 χ=均 (′
6)にお い て水深 ッ(χ
,′
)と管路底面 の圧 力水頭
ー
″
,′
) =ッ十(鳥―島)ノ
(ρ
(ゲ ジ圧)ん(χ
g)の時間変
化 を測定 した。
(3)の4点 陰差分 をとり、非
数値計算 は式(2)、
Raphson法によっ
線形代数方程式 の根 をNewton―
て求めた。 この計算 を寸法拡大比κ=1、 15、50
につい て実施 し、計算結果 を無次元表示 した。
計算条件 を下able lに示す。 ス ロ ッ ト幅 島 は、
20 2CX14年12月
蓋付 スロツ トモデルによる開閉水路共存系流 れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)… (5)7%
Table l
Nondimensional constants
20
r=616.6、Ai=320、 A'_9.21
105κ、ぁば=lo.1/κ
群 =1.51×
S
C
10う
、 Cr=208.5/マ
7
ρ:o=1.20×
=ε
ε
:=0.∞15、ζl=ζ2=05、だ =0.619
F=翻
首lo
0.4
・ 02
ざ
C,。 Ю
■3
‐
0.2
Fig.4
6Ю
-2
-1
0
1
M′ [mml
2
3
Effect of regulation of inidal water depth on erelat市
eror
4.0
20
∞ “
Ｎ＋ ベ
・
・
°
‐
=0お
χ/Z°
mmamn
―‐
― ‐J← 1
二
計算結果 は実験結果 と良 く 致 し、蓋付 スロツ
トモデルが現象 を的確 に再現 していることがわ
かる。 また、 κが大 きくなる と圧力上昇率が鈍
化 し、圧カ ピー クが目立 たな くなる ことがわか
。
ｍ
．
０
I
ノ 狙 ::::i重
る。 これは寸法拡大 に伴 い 、 C,7すなわち (空
気 の弾性力)/(水 の慣性力)力測ヽさくなるので、
・ ・
χ拓
ι =Q%
０ ０
・
相対的 に空気 の圧縮性が増す ためである。実
際、空気 の平均密度 は κ=1の場合 の1.2(kg/m3)
に対 し、 κ=50の場合、最大4.4(kg/m3)にまで
°
増加 している 。
このような過渡流 れでは、初期水深 れが圧力
3
xl。
′
Fig.3
s caling on pressure changes
Effect of up―
実験水路 での水音速実淑1値α =320(m/s)
式(1)に
を代入 し、 鳥 =3×10“X K2(m)と した。 スロ
ッ ト高 さは 鳳 =2(m)(一 定)と した。
渡流れに及ぼす寸法拡大の影響
各測定位置 χ=均 における管路底面 の圧力水
頭 (ゲー ジ圧 )の実測値 (κ=1)と計算値 (κ=1、
4-2 過
15、50)から無次元水位 (が十z*)を求 め 、比較
す るとFig.3のようになる。 この図 よりκ=1の
変化 に鋭敏 に影響す る。そこで、本研究ではそ
にお
の影響 を明 らかにす るため、測定点 χ=χ′
ける測定値 と計算値 の相対誤差 の時間平均 を次
式 で定義 し、評価す ることに した。
塑
=∴砕
乙
絆
跡
1塾 レ
ここで積分区間lrl,′
2]は圧力流れ状態 (ん>D)
の時間帯である。 このような評価式 を用いて、
X(a)が最小 となるよう初期水深 れを説 だけ
呼
調整 した。その結果、Fig.3に示す実験例では
m針(a)=7.5%となった。Fig.4はこのような調
整 を他の実験例 も含めて10例について行 つた結
ー
果である。 この図から圧力変化 (ゲ ジ圧)の実
ターボ機械第32巻第12号 21
726蓋付スロツトモデルによる開閉水路共存系流れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)・…(6)
験値 と計算値の相対誤差 は7∼ 21%か ら4∼
8%程 度 に改善 された。 このとき醗 の調整範
囲は±3(mm)以 内で、 この値は実験中除去不
能な水面変動 と考えられる。
5.蓋
付 ス 回 ッ トモ デ ル の 固有 値 解 析
5-1 固 有値決定方程式
蓋付 ス ロ ッ トモデルに関 し、初期値問題 の適
切性 を調べ るために固有値解析 を行 う。対象 と
お い て非微分項 Fを 省略
なる基礎式 は式(5)に
した ものである。 この とき係数行列 Aネの固有
双
値 だ が全 て相異 なる実数 であれば、式(5)は
曲型偏微分方程式 とな り初期値問題 は適切 とな
)∼
°
る°
L
係数行列の固有値決定方程式は
ツ
Fig.5
Eigenvalues of slot inodel for case of stiu nuids in
horizontal pipe(κ =lin Table l)
●とする。 このと
221の
両辺 をαT2で除しC'F→●
き式921は
χの2次 方程式 に退化 し、その根が実
数 となる条件から
・ ・・
②
det(A拿―ガI)=0
より、 χ= ガ ータ
↓とお くと次式 となる。
4 + α 3 + α 2 + α + α4 = 0
・
221
°・
χ lχ 2χ 3χ
ここに 、
5-2 計
al=-2“r
2
+が
ノ
a2 {罵
錫2+だ
屁)卜
彿2(馬
2(罵
+ρ
/蒻
α
3=2“
∫
:皓
)}
{罵
2(馬
2_“2{ヵ
/屁 )}
α
4=力哺C μ )C卜 ∫ 喘十μC力
以上 の式 よ り固有値 を支配す る無次元 パ ラメー
タは基本変数 ブ,″,“
らのほか に、次 の 4つ
↓,“
の定数であることが分かる。
,αr,ご,ダ
ρ,。
Iが ゼ ロ の 場 合 は の =o、
特 に気 液流 速差 “
α3=0と なるので、固有値 は
・ ・・
の
ただ し、
α=″ ;+ρ,(葛
r2(″
↓/″″
)+α 72
わ=″ ↓(1-ρ」
)αr2
これは常に相異なる 4実 根 である。
また、空気 の圧縮性が無視 できる場合 は、式
22 2∞ 4年12月
が得 られる。 これは、非圧縮 ・非粘性流 れの水
平二層流 の長波 (重力波)の 界面安定、す なわ
9・
0。
Helmholtzの
ちKelvin―
安定条件 に他ならなセぶ
算結果 と考察
本研究では上述の固有値 を支配す る4つ の無
次元定数 はTable lのように表 わされる。
まず、Table lでκ=1と し、式の より水 と空
気が共 に静上 してい る場合の正 の固有値 と水深
の関係 を求 めるとFig.5のようになる。ただ し
空気圧 は大気圧すなわちご =1.00である。 この
図 よ り固有値 には、水 の長波 (重力波)が 主体
の ん と、空気 の圧力波 が主体の 場 の 2種 類が
あることが分かる。これらの式は水深 プが0.9
以下の開水路流れではそれぞれ、次式で近似で
きる。
脱 ∼編
λレ多C , T
・
¨
151
・ ・・
2 6 1
水 と空気 に流速差 ズ を与 える と、固有値 に
は複素固有値 が表 れる。その限界線 は、TaЫe
lで κ=1の場合、Fig.6のようになる。 この図
には比較のため式の を併記 してある。 この図か
・
・
蓋付 スロットモデルによる開閉水路共存系流れ の過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)・ (7)727
６ ４ ２ ０ ８ ６ ４ ２０ ２
・４
・ ・ ・ ・
Limit lines
I溝 ==,Eq.c2o
i・
:ミ
_..
≧
:F:
・ =0
―‐― イ “χ
/L・
ツ '
日
96瑠 踏:脚wttI]°
朧W
i冨静
4■
・°
χん = 1
°
、
F咆
.8『p釘
器淵讐
#Ittd腫
Ъ
躍 l庶
検討す る必要があ り、今後 の課題 としたい。
水路 が実規模、す なわちTable lでκ=50と
0脚
d置
日
97肥 parlS°
[17
l∫
l出鷲 需К
ら、通常 の空気流速 では固有値 は大部分 で実数
になるが、流れが閉水路流れ に近 くなると、 ま
ず管路両端 で固有値 が複素数 とな り、初期値問
題 は不適切 になる。
流
にTabЮ lで κ=1と した場合 の水深―
Fig.ア
速差 に対す る実固有値 の限界線 を示 し、さらに
Fig.3に示 した管路両端 における計算値 を併記
す る。開水路流 れに近づ くと流速差が限界線 を
るが、その場合で も計算値 は破綻 を来
超えてしヽ
たさず、実験値 とよ く合 う結果が得 られる。 こ
れは、基礎太 5)の非微分項、 と くに摩擦項 が数
・
D。
漁
事実
値振動 を抑制するためと考 えられる
管摩擦 を無視すると、数値解は発散 し計算停止
に陥 る。 この問題 をより明 らかにす るためには
定常解 および使用す る差分式 の安定性 を
式(5)の
した場合 の 同様 の比較 をFig.8に示す。寸法 を
拡大す ると管路内 の気体圧力 ご も高 ま り、そ
れにつれ限界線 が下が つて実固有値 の範囲が相
対的 に狭 まる。 しか しこの場合 も前述 の理由に
より数値解 は安定 してお り、妥当な計算結果 が
得 られると考 え られる。
なおFig.6、 ア、 8か ら式0は 空気 の圧縮性
が無視 されているにもかかわらず、実固有値 の
限界線 (レllの小 さい方)の 非常 に良い近似式
にな ってい る ことがわかる。 これは式041がc,7
が十分大 きい場合 の微小擾乱 に関す る安定条件
を表 わすか らである。
6.結
論
開閉水路共存系流 れの過渡現象 を解析す るた
め に開発 された蓋付 スロツ トモデルについ て、
一
まず フルー ド数 を 致 させて残留空気 を含 んだ
過渡現象 に及 ぼす水路系拡大 の影響 を調べ た。
次 に系 の固有値 を求 めて初期値問題 の適切性 を
吟味 した。その結果、以下の ことが分 かつた。
ー
① 圧 力変化 (ゲ ジ圧)の計算結果は模型
一
実験結果 と相対誤差 4∼ 8%程 度で良く
ターボ機械第32巻第12号 23
・
・
728 蓋 付 スロツトモデルによる開閉水路共存系流れの過渡現象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)・ (8)
致 した。模型実験水路 においては、過渡流
れに及 ぼす空気の圧縮性 の影響 はほぼ無視
<参 考文献 >
( 1 ) 長 澤 ・他 3 名 , 神 田川 ・環 状 7 号 線 地 下 調 節 池 , 日
で きる。
(2)Chaudry,M.H.,“
② 水 路系の寸法を拡大 した場合、水の慣性
力 におよぼす残留空気の圧縮性の影響が大
きくなり、圧力上昇率が低下する。
③ 気 液流速差力Ⅵヽさい場合、固有値は全て
実数 となり初期値問題は適切であるが、そ
の限界の流速差は水深が管径に近づ くにつ
れ小 さくなる。
④ 通 常の管路の流れでは気液流速差は管路
の大部分で実固有値の限界内にあるが、管
路端で閉水路流れに近いと限界線 を超える
事がある。その場合初期値問題 は不適切 に
なるが、基礎式の非微分項 とくに摩擦項の
影響 により計算値 は安定で、実験値 と良 く
合う結果が得 られる。
⑤ 水 や空気の流速に比べて空気の音速が十
分大 きい流 れでは実 固有値 の 限界 は 、
の安定限界 とよく一致する。
Kelvin‐
Hchnholセ
なお、本研究の実験に関し伸荏原総合研究所
の石井正冶氏、 また計算 に関 し元早稲田大学大
学院学生の齋藤光弘氏、高原大介氏 らの協力 を
関 してはミシガン大学博士
得た。さらに式041に
に有益 な議
課程のJOse Goes Vasconcelos Neto氏
論 をいただいた。記 して感謝の意を表する。
2004年12月
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Pressurized Flows with Moditted Slol Model(Part2)
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サ ー ジ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (1)729
軸流圧縮機 の失速 ・
連載講座〕
〔
サ ー ジ概論 (第 9回 )
軸流圧縮機 の失速 ・
第 6章 旋 回失速 と段特性
山 口信 行
694)
前回(ター ボ機械 Vol.32,No.H,pp.687∼
ペ
ス
は失速特性 に対す る翼 ア
ク ト比や設計点圧
・
パ
どの
ラメタの
設計
力 流量係数な
影響 につい
て述べ た。今回は失速点前後か ら失速領域 にお
け る段特性 (低流量域特性)の挙動 と評価 につい
て、旋 回失速 の一般的な説明、低流量域特性 の
成 り立ち、失速 セルの様子、その翼強度への影
響 な どについ て述べ る。
6.1 旋 回失 速 現 象
以上の章 で述べ て きたのは段特性上 での失速
現象、すなわち平均的な特性が頭 を打 って圧力
が出な くなる現象、 であった。 この説明 に関す
る限 り、 一見、静的に見 える現象 で あ ったが 、
実際 に発生す るのはそれだけではない。外部か
*
枚数分 の広 が りを包 み込 んで移動す る。
ケ ー シングの壁面 にあ け た孔 か ら圧力 の変動
の様子 を調 べ てみ る と、図 6.1の よ うな変動波
“°
形が観察 される 。 この図はまだサージしてい
ないで旋回失速が現れている状況である。壁面
圧力は初段動翼の前で測定すると、失速セルが
通過する時に圧力は高 くなることが多い。セル
のため に流 れが淀 まされ、静圧が上が るのであ
る。 また、図 6 . 1 の場 合 には 4 段 動翼後 で もセ
ル 内圧力 上昇が見 られてい る。
失速 セルが旋回す る原 因 は定性的 には図6.2
の ように説明 されてい る。翼列 上流 の軸流速度
が減 っていった場合、全体 として迎え角が大 き
くなってゆ くが、あ る翼 Aが まず失速 して流れ
をせ き止めていたとする。そのせ き止められて
い た領域 が隣のB翼 の方 に移動 した とす る と、
た
らは分か らな くて も旋回失速 (rOtadng Stallま
い う現象が発生 してい る
はpropagating sta11)と
次 にB翼 背面 か ら流れが剥離 してB― C翼 間の
通路 の一部 を塞 ぐことになる。する とその通路
場合がある。 とい うよ りも、静的な失速 に先立
ってこの旋回失速が発生 してい る場合が多 い。
旋回失速 とは、失速 した流れの塊 ― これを失
速 セルと呼ぶ ―が動翼速度 の半分程度 の速度 で
動翼 の回転方向 に回転す る ものである。 この失
速 セルは、通常、 アニ ユラス周長 の数分 の 1程
度 の大 きさの ものが多 く、動 。静翼 のかな りの
* 明 星大学 理 工学部 機 械工学科
u.acjp
E―
mall:[email protected]‐
原稿受付 日 平 成 15年 9月 25日
に入ろ うとしていた流れはブ ロ ックされて反 ら
され、 さらに背面側 のC翼 に入 ろ うとす る。す
るとC翼 では迎え角が大 きくなるか ら、そちら
が失速す ることになる。一方、最初 に失速 した
A翼 の腹面側通路 では流れが逆方向 に反 らされ
て迎 え角力Ⅵヽさくなるか ら、 このA翼 は失速 か
ら回復す ることになる。 このよ うに して失速状
態 がA→ B→ … と背面側 の翼 に移 ってい くこと
になる。 このセルの大 きさは図6.2に示す よ う
ターボ機械第32巻 第 12号 25
…
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 (2)
πθ 軸 流圧縮機 の失速 ・
34段 動翼後
31段 動翼前
(回転後方)
1 1段 動翼前
(回転前方)
→Ｌけ︱助
旋 回失速発生
7
下段左端
:こ
売く
糸
まで変 えていった場合)
(1200rpmで△θ=-11°から-12.5°
“1))
図6.1 旋 回失速 の圧力変動波形 (古山、山口
る ことが分か る。 どれかの翼 の流れが大 きく剥
がれると、それが きっかけになつてその失速 セ
ルが旋回 を始 め易 いことは、上 の定性的説明 と
一
結 びつい て納得 しやすい。翼 に不均 を与 えて
失速 をある翼 に固定 させる、あ るいは失速 セル
を旋回 しに くくす るとい う提案 もかつてあった
ようだが、成功 した例 は聞かない。 む しろ旋回
す る失速 の きっか けを作 ることになる可能性 の
せき止 め ら
れた流れ
図6 . 2 失速セルの旋回 メカニズムの説明
な少数 の枚数ではな く、多数の翼 を包み込 んで
ず っと広範囲 に広 がる場合が多 い。
ー
大 きく剥離 してい る物体 の流れのウェ クを
観察 していると、形が定 まって静止 してい るこ
とは少な く、非常 に非定常 に振 れ易 い ものであ
26 2004年 12月
方が高いようである。
この旋 回失速 は動翼 あるい は静翼 を励振 し、
共振 させて破損 を引 き起 こす ことが あ り、安全
上恐 るべ き現象 である。
ー
特 に多段 の高圧力比の圧縮機 では、サ ジ し
てい ない場合 にも旋回失速が発生 してい ること
があ り、油断 はで きない。図 1.4(ター ボ機械
32-2、P.54∼59)に示す可変速圧縮機 の全体性
能 における低回転数領域、 また図 1.2に示す静
翼 可変圧縮機 の低流量領域 にその ような旋回失
速 ゾー ンが示 されてい る。 これらの領域 では前
方段 と後方段 の作動状態のバ ランスが設計状態
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (3)"r
軸流圧縮機 の失速 ・
Ｅｅ 経 懸 回
≒〔
‰
.I…
旋
甲失
この例のように失速セルの特徴 は圧縮機作動
状況に依存 している。また設計速度三角形 にも
関係 しているようであり、かつて研究用の反転
ポンプ(1段 動翼 と2段 動翼が逆方向に回転 し、
中間静翼が存在 しない タイプ)で失速セルを静
止させてセルの構造 を研究 した、という話 も聞
いている。
このセル回転速度 と個数 とは、動翼 と静翼 を
励振す る周波数 に重要な影響 を与 える。
なお、図6.3に つい て多少捕足 してお こ う。
本機 は定格回転数 3,600rpmであ り、それ よ り低
回転数 では当然前方段 の仕事が不足 し、後方段
5・
こ25° ‐
20° -15° ‐10°
0°
5・
静翼取付角度変更量 ム′
図6.3 静 翼可変圧縮機起動時の旋回失速の状況
“1))
(古山、山口
では軸流速度が相対的に増加する。すなわち流
量係数 でい うと前方段流量係数 は低 く、後方段
では高 くなる。従 って本来 は前方段静翼 を寝 か
せ (∠θを大 きくマ イナス に し)、後方段静翼 を
起 こす (∠θを前方段 に相対的 にプラスにす る)
か らかな りずれてい るため、流量係数 φが低 い
前方段 にお いて失速状態 に入 りやす く、 ここで
と段間の流れのマ ッチングは良好 にな り、失速
しに くくなるはずである。 しか し静翼角度 ∠θの
旋回失速が発生 しやすいのである。 しか し、機
械全体 の特性 は見 か け上異常が無 いように見 え
段毎 の振 り方 は決 まって い る場合が ほ とん ど
で、自由に変更することは難 しい。そ こで現地
るため、 しばらく運転 された後 に翼破損が発生
す る等 の トラブルが起 こる状況が、かつ ては じ
試運転中 に各回転数での旋回失速 の発生 限界 を
調べ た ものである。 この測定 された発生限界 カ
ーブに沿 って少 し余裕 をもって昇速すればよい
ば しば経験 された。
失速 セルの回転速度 は ロー ターの回転速度 の
ほぼ50%と されることが多 いが、ほとんど静止
に近 い ものか ら非常 に速 い もの まで様 々ある。
“1))にある静翼可変 ピッチ圧
図6.3(古山、山口
縮機 の起動時の旋回失速 の様子 を示す。静翼角
度 を変えて旋回失速発生点速度 を調べ た もので
ある。与えられてい るライ ンより下 で旋回失速
が発生 してい る。取付 け角が 0°(設計角度)に
きいと流
ことが分かる。同 じ回転数では ∠θ
カラこ
量が相対的 に多 く、圧縮機動力が増えるので原
動機 の負荷 が増 えて昇速が苦 しくなるが、安全
には替 えられない。
6.2 旋 回失 速 発 生 条 件
旋 回失速 の発 生条件 は次 の よ うに考 え られ
近 い と早 めに旋回失速が消滅す る。 セル個数 は
多 めで、セル回転速度 は速めである。静翼 の取
る。翼列 の上流 と下流では圧力 の差が発生 して
いる。軸流速度す なわち流量 を減 らして行 く
と、動翼列 の作用 で翼列 を横切 つての静圧上昇
付 け角が負側 に大 きくなると、消滅回転数 は上
が り、セルの個数が減 り、回転速度比 は小 さ く
は増 えてゆ く。 さらに流量 を減 らして行 くと、
あ る条件 で流量 の変化 に対 して静圧上昇が変化
なる。
しない状態が発生する。 ここで旋回失速が発生
ターボ機械第 32巻 第 12号 27
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (4)
π2 軸 流圧縮機 の失速 ・
値"。すなわち
するとされている
a ■s / ι
り= o
nd lluppert'3 Exporlment
Cost‖o●●
…
・( 6 . 1 )
こ こで お は上 流側 全 圧 、下流 側 静 圧 に よる、
この条件 は、次 の ように考 えられる。流量が
え角 が大 きくなつて転向角 の増加
減 ると、翼ir■
により静圧が増加す るとともに、損失 が増 える
ことによる静圧 の低下 が同時に発生す る。 また
，
一●●０ ●００コ ｏＬコψ゛０﹂﹄
いわ ゆ る10tal-lo―
statiCの
段 圧力上昇である。
"o Rot.St口::■卜l l observed
l Sio,●
Cァitio●
偏差角 も増 え、静圧増加 の程度 が減殺 され る。
これらの現象 の結果 として流量 が変 わって も静
圧上昇が変 わらない状況 に達す ると、 これが旋
回失速発生点 とい うことになる。見方を少 し変
えて、翼列軸方向 (周方向)に軸流流速 の分布が
変化 していても翼列後 の静圧分布が同 じである
ならば、その局所的 に変化 してい る軸流速度 つ
まり不均 一 な速度分布 が安定 とい うことになり、
これは失速 セルの存在 あるい は発生を許 してい
るといつて も良いことになる。J.Dunhaln(62)は
to―
多数 の段特性 の例 を引用 して、 このtotal―
staticの
段 特性 で頭 を打 つ点が旋 回失速発 生 点
になる とい う条件式 (6.1)の妥当性 を例 示 して
いる。
この旋 回失速発 生条件 は もともと二次元静止
翼列 における微小擾舌Lの安定解析 に基 づ いて導
一
かれた。十分 上流 で 様 な流 れの 中 に置 かれた
翼 列 にお い て 、仮 定 した微 少 な擾 乱 が成 長 す
る、 とい う自励振動 の観点 か らの不安定条件す
なわち旋 回失速発 生条件 は翼列損失係数ωを用
いて次式 で与 えられる“"。 ただ し単独 の翼列 の
場合、下流 での静圧変動 がゼ ロで あ る と仮定 さ
れて いる。
tan α
,(Reiative lniet Angio)
")
図 6.4 翼 列損失係 数 と旋 回失速発 生点 (J.Dunham“
回失速 の発生が観察 されてい る。旋回失速 は翼
列 の特性 と式 (6.2)によ り結 び付 け られるが、
圧力損失係数の大 きさだけではな くその立ち上
が り方 (損失勾配)に も注 目すべ きもののようで
あ る。
セルのサイズ については微小擾乱線形解析 で
は出て こない。方程式 の中 に長 さの基準 スケー
ルが入 つていないか らである。翼列間の間隔が
その基準 になる場合 もあ るよ うである。図6.3
の場合 に静翼が寝 た場合 (乙θ<0° )に セル数 が
減 つたのは翼列間の隙間が増 え、 セルのサイズ
が大 きくな り、かつ旋回速度 も減 った、 と解釈
されないこともない。
非線型理論 によるとさらに情報 を得 ることが
で きる (例えば “→)。最近 ではCFDに よ り翼面
か らの流れの剥離 を考慮 に入れてかなり詳 しく
検討 されている。
(6.2)
l ¨°
ごωノグ(tan lα
2)/tan α
)=2(ω +scC2 α
to―
s taticの
上の動翼 に対するtotal‐
段特性 の式
同等 とされ
静上翼列 に対す る式 (6.2)と
(6.1)は
"は
てい る。Dunham“
図 6.4を引用 してこの旋
圧力
ticalな
回失速発生 条件 を例示 してい る。c五
6.3 段 特 性 と旋 回失 速 パ タ ン
旋回失速発生点以後 の段特性 の挙動 はどの よ
9は
、多数
うになるのだろ うか。I.J.Day et al.“
の圧縮機段 の特性 を平均半径周速度規準 で整理
Bの 間で越 されてお り、 ここで旋
損失勾配 はA―
した場合 に失速領域 での作動状態 は、図6.5に
2月
2 8 2 C I C 1 41 年
サ ー ジ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (5)7_3θ
軸流圧縮機 の失速 ・
′G
ψrs
(a)PrOgress市
e stall
(Part span sta11)
(b)Abrupt stall
(Full span sta11)
9)
図66 圧 縮機失速特性例 (IJ.Day,et a.“
0
0.5
'0
φ
イプである。 この全幅
る急失速 (abrupt sta11)タ
一
図6.5 失速領域圧力上昇の一意性の様子 (I.J.Day,et')a.“ セル発 生領域では圧力係数 y雰はほぼ 定 に保
示 される ようにほぼ同 じゾー ンに集 ま って くる
こ とに注 目 し、 ハ ブ比 0.6以上 の多数 の軸流圧
縮機 (12機、 さらに討論 におい てJ,W.Hansenの
協 力 を得 て22機 )に つい て段性能 の解析 を行 い 、
たれ、絞 りこんで行 くにつ れ、セルによる通過
面積 の閉塞 (blockage)が増 えて行 く。
この失速 セルは、次節 に紹介す るように、決
して単 なるdead zoneではな く、逆 に非常 に活発
失速特性 の成立 ちをか な り明 らか に して い る。
な流れの存在す る領域 であることが知 られて き
ているにの。 その段特性の成 り立 ちは、次 のよう
これ らの検討 か ら旋 回失速 を伴 う失速現象 に
つい て、様 々 な設計 パ ラメタを もつ広範囲 にわ
に単純化 して考 えれば理解で きる ことが分 かっ
てきてい る“9。
たる圧 縮機段 に対 して、次 の よ うな比較的典型
的なパ タンが観察 される ことがわか って きた。
流量 を絞 りこんでい った時 に示 され る特性 と
して 、 平 均 半 径 周 速 に 基 づ く流 量 係 数 φ
(=ya/び 、 物 :軸 流速度、 υ :平 均半径周速)
2、
to―
s tatiCの
に対 す るtotal―
圧 力係 数 (=4病 /ρび
static圧
力 上昇、 υ :平均周速 、
4聴 :total_lo―
ρ:気流密度 )の例 を図6.6に示す。図 6.6(a)は
s pan sta11)
図上部 に示す ように、部分 セル (par―
イプで、絞
をもつ漸次拡大 (pЮgressive sta11)タ
りこんで行 くとやや圧力係数が下が つて部分 セ
‐
ル (pa■
span sta11)が
発生 し、 さらに絞 りこむと
ある地点 で不連続にさらに圧力係数が落ち、全
span sta11)が
幅 セル (full―
発生す る。
一方、図 6.6(b)は
い きな り不連続的 に圧 力係
span sta11)が
発生 す
数が低下 し、全 幅 セル (full―
① 失 速流 れの モ デル として、圧縮機段 は、
軸流速度 ゼロの旋回失速 セルと、大 きな軸
流速度 で働 く部分 とか ら成る。
② 失 速段 の段 当た り圧力係数 y雰 は、全幅
セルの領域 では、図 6.7に 示 される よ うに
段 の設計 にほとんど依存 していない。 ここ
での締 め切 り圧力係数値 は、図 6.7に示 さ
れるように略0.Hに なる。部分 セルの場合
には最大 0.17程度 になる。
③ 失 速 セルに よる断面積 の 閉塞度 と して
は、図6.8“めに示 されるように、30%が 臨
界値 であ り、 これ以上では全 幅 セル、 これ
以下で は部分 セル失速あ るいは非失速 であ
る。
④ 段 当た り圧力係数 y雰=o.17での閉塞度
によって部分セルあるいは全幅セルの失速
ターボ機械第32巻 第 12号 29
旋回失速 と段特性 … (6)
サージ概論 (第9回 )第 6章
"4 軸 流圧縮機の失速 ・
ｏ””″∽ ﹄。︵
じ ︵
)
Averago Operating Point(φ
unstaned F〕
1層
(φ∂
０
ψrl
． 〓 ヽ いいｏｌ“ョ〓∽
′
く
０
Throttio L:no
ABCDEFGHIJKL‖
cttressOr
り圧力上昇
図6 . 7 多数
' の締切
蕗
3 辱 電魔β ' た
φ
9)
図6.9 段特性上での旋回失速中での作動 (1.I.Day et J.“
●
０
０
４
０
３
HaX△ Pr3
for Part―Spm StaH
‖a x ▲ P 、
ψ73
for Fu‖―span Sta‖
０
２
０
１
∞ っ●﹄ョ“。●〓
︵
メ︶ ｏ口”メ。。一
Part―
aximun 31ookage
Span Cell ‖
Full―
span Cell ‖
inimum B!ockage
O。
。
。
0
ス
の
ス
シ
リ
例
テ
速ヒ
6.10 壻
図
露ね
F智螢
秀
0
BcDEFGH:JL‖
0
0ompressor
ル
よ
る
に
知セ
a8雀
図
ふ
「
龍
yttittM、
窪
梶
峯
とな る。全 幅 セ ルの 失 速 が発 生 す るの は
y雰=0.17での 閉塞度 が臨界値以 上 になる時
である。
⑤ 失 速 セル内部 での圧力上昇は非失速流中
でのそれに近 く、 セル出口静圧 は外音5静圧
に大略等 しい。
図6.9に段 の失速作動点 につい てのモデル化
された考 え方を示す。失速 している時の作動点
oを 与 えるアニユラス断面 の平均作動流量係数
φは、同一 の失速圧力係数 を与える水平線上 の
流量係数ゼ ロの失速 セル (S点)と 同 じ圧力係数
と
をもつ非失速段特性 上のU点 での流量係数φ“
3 0 2 0 0 4 年1 2 月
から次式で与えられる。
φ=(1-λ)●
…
(6.3)
ここで λが失速 セルによる断面閉塞度である。
to―
s tatiC段
特性 は図
以上 の考 え方か ら、total―
A'、部分
6.10に示 されるように、健全 な部分 A―
L'、そして全幅セル失速部分 M―
セル失速部分 L―
M'部 分か ら成ることになる。そして段 の失速点
Aの 圧力係数 y雰が部分 セル失速 の失速部 の圧力
L'部 分 は生 じない。
係数0.17より低ければL―
系の抵抗 を絞 って行 って失速点 A点 に達する
と、作動点 は抵抗 ライン① に沿 って部分 セル失
速 上 の B点 に落 ち る。B点 で の 断面 閉塞 度
s(30%)よ り小 さければ部
BD/LDが 臨界値 λ′
分 セル失速状態 で働 くことになる。 さらに絞 ら
L'上 を左方 に移動 し、 λ=B'
れると、水平線 L―
軸流圧縮機 の失速 ・
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (7)7_35
D/LDが
λ′
sに達 す ると、◎ ライ ンに沿 ってc
点 に落ち、全幅セル失速状態に入る。 さらに絞
られると閉塞度 のみが増す状態 でM―M'上 を左
方 に移って行 く。
逆 にM点 か ら絞 りを開いてい くと、作動点 は
M_M'ラ イ ン上を右方 に移 り、全幅 セルの断面
閉塞度 は減 って行 く。F点 に達 し、 λ=FE/ME
図6 . 1 1 活発 な失速セル ( 1 . J . D a y a n d N . A . C u m p°s)t y “
が ら (=30%)に 達す ると、絞 リライン① に沿っ
て段特性上のG点 に復帰す ることとなる。すな
る。 それ自体の構造 を持 ち、 セルの内外 で 活発
わ ち、失速開始/脱 出のヒステ リシスはABB'
な運動 と干渉 を行 っている領域 とい うことで あ
CFGの 図形で示 される。
失速点 での フ零が0.17以下であれば上記 LL'
は存在 せ ず、 い きな り全幅 セル失速状態 に入
る。
段圧縮機 の 内部 で失速 セルの構造 を調 べ た 。図
る。あるい はλ=BD/LD>λ Psならば、そのま
ま① の絞 リライ ンに沿 ってc'ま で落 ち、部分
6.12に各翼列 間隔 の 間の 中央 の高 さで測 定 した
流 れの状況 を多 くのパ ラメ タについ て示 してい
セルは発生 しないで全 幅セル状態がい きな り生
ずる こととなる。
る:横 軸 は失速 セルの周期 Toに 対す る時刻 Tを
以上により段特性上 の失速領域 の構成 をかな
リー般的 に説明 できている。 すなわち失速 セル
の断面閉塞度 に注 目し、失速状態での流れパ タ
ンの変化 を周方向の閉塞の割合 の増減 で代表 さ
せ 、旋回失速 の存在が 臨界閉塞度に達 した時に
系抵抗線 に沿って次 の状態 に飛躍す る、 と考 え
ることで、系 の失速特性 に不連続が存在す るこ
と、その間の遷移力,系の絞 リラインに依存す る
こと、 ヒステリシスが発生す ることを説明 して
い る。
6.4 失 速 セ ル の 構 造
失速 セルの内部構造 については非常 に多 くの
研究がある。その中か ら典型的 と思われるもの
を紹介 しよう。
°は
I.J.Day and N.A.Cumpsty“
多段軸流圧縮機
の内部 におけ る旋回失速の構造 をアクティブな
セル (図6.11左図)と して示 した。失速状態 だ
してない ことが 詳細 な測定か ら分 かって きてい
つはハ ブ比 0.7の4
D.K,Das and H.K.Jiang“
示 して い る。
図 6.12(a)に
示すαは絶対座標系 での流 れ角度
で 、失速 セル の 流 れ は動 翼 の前 で はほ とん ど
°
1∞ 程度 を示 し、逆流気味 の周方向 の流 れ にな
っている。動翼後で はセル 中心 での流 れは9o°
以上 になってい るが滑 らか に主流 角度 にまで変
化 して い る。
図6.12(b)は
軸流速度成分 を示す。 セル範 囲で
い
はかな り強 逆流 を示 してい る。図 6.12(C)は
周
方向速度成分 を示す。動翼前 では翼 の周速度 に
近 い速度 に達 してお り、 一 方、動翼 の後 ろでは
非常 に低 くな っている。 これ らが段毎 に繰 り返
されて い る。
図6.12(d)は
静圧 を示す。失速 セルにおいて動
翼前方 では上昇 し、動翼後方 では変化 してはい
るが比 較的平 坦 とな り、出口でほぼ一様 になっ
ている。
失速 セルの端 ではいず れの量 も動翼前 で急激
に変化 して い る。
か らとい って周囲の主流に沿 ってその方向 に流
この 高 さ中央 における失速 セルの流 れの様子
されているパ ッシブなセル (図6.11右図)では決
をセル とともに移動す る座 標系 で描 い た ものが
ターボ機械第 32巻 第 12号 31
サ
軸流圧縮機の失速 ・
ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (8)
”●０‘椰∞‘０郎
befor● :GV
before Rl
before Sl
” ６ ０５ ” ‘
before R2
before S2
befOre R3
befor●S3
after S3
”
九
”
ん
(C)Circumferential velocity
(b)Axial velocity
(d)Staic pressure
つ
図 6.12 4段 圧縮機 における失速 セルの流れ状況 (D.K.Das and H.K Jiang“)
UNSTALLED FLOW
￨ ￨ ￨
ン 7′
ヽ… ´ ｀ ｀ ｀
′′
Z
Z 〃
2nd ROTOR
2nd STATOR
￨
￨
:
図6.13 失 速 セル流れ場 (D.K.Das and H.K.Jiang(6")
図6.13に示 されている。動翼前方 での高 い周方
向速度 をもつ逆流が明 らかであ る。 また ここに
は示 してい ないが、全翼高 さに沿 って動翼前 で
は逆流 しているが、動翼後 では動翼先端 では順
流、ハ ブ付近では逆流 してい る。
32 20C14年 12月
この構造が各段 で繰 り返 されてお り、各後段
の失速動翼の前 では流れが よどみ、圧力が上が
ってい る。失速 セル側面 か ら新たに流 れが入 り
込 み、 よどみ と剥離 を繰 り返す、 とい う構造が
明 らかになった。 この概略の様子 を図6.14に示
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (9)"7
軸流圧縮機 の失速 ・
___R
S
―一 R
S
一
R
S
Note:
Ond O ShoW『
Ce,iO troi:109
ed9e
●:OtiVe!eve15 0i StOtiC Pressure ct
図6.14 多段圧縮機における活発な失速セルの流れ
つ
(D.K.Das and H.K.Jiang“ )
:AX:ム
L GAP 8 0ι 【￨10RO t[N61H:
図 6 . 1 6 失 速 セ ルの 周 方 向広 が りの様 子
つ
( D . K . D a s a n d H . K . J i a)n g “
われるが 、上のデ ー タでは、失速 セルの状況
は、inlet disto■
lonの場合 と全 く異なっているよ
lAX:AL GAP 3 0● CHORO LENGTH〕
図 6 . 1 5 失 速 セ ル 中央 にお け る半径 方 向流 れ パ タ ン
(D.K Dasand H.K.Jiang(6つ)
セル構造 ではセル内部 はす
す。従来のpassiveな
べ て剥離域 にあるとされていた (図6.11右図)。
上記 の計測結果 からそうではない事が明 らかに
されたのである。
また、セルの中央部分 に対 し図6.15に示 され
る半径方向の流れのパ ター ン (段毎の循環流パ
タン)が提案 されてい る。
多段軸流圧縮機では低速運転や低風量側運転
において旋回失速が前方段 か ら発生する運転状
況が多 い。 この時発生す る失速 セルは、あ る意
述、第 7章 )
味 では 回転す るinlet distortion(後
と考 えられそ うである。そのdistOrtionは
後段 ま
ー
で残 り、その上前段 の失速 のウェ クが次 の段
を失速 させる、 とい う過程が繰 り返す、 と想像
セル構造 の考 え方 と思
される。 これがpassivcな
うである。
セルが周方向に どのような形態 と広 が りを示
すかについては図6.16が与え られている。前端
が外径側 で先 に進 む形 で旋回 している。
図6.12に示 される ように、 この ような状況で
は失速 セルはほぼ軸方向 につ なが つていること
が多 い ようである。 しか し必ず しもそうでない
場合 も見受け られる。筆者 の関係 したある圧縮
機 での旋回失速 セルは軸方向にあ る傾 きをな し
て旋回 してい た。 この傾 きは圧縮機 の設計 (た
とえば速度 三角形)や運転状況 に も影響 される
ものであろう。
6.5 旋 回 失 速 と翼 発 生 応 力
失速 セルは動翼 と同 じ方向 にその速度 よりも
遅 い速度 で旋 回す るので、動翼 はセルを追 い抜
き、 また静止 している静翼 をセルは通過 してゆ
く。 このようにして動静翼 とセルの間 に相対速
度が発生す る。上述のように主流 と失速 セルの
それぞれの内部 では軸流速度成分 も旋回速度成
分 も著 しく異なっているか ら、翼 に作用す る流
ターボ機械第 32巻 第 12号 33
738 軸 流圧縮機 の失速 ・
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 … (10)
体力 はセルの内外 で急変す ることになる。セル
と主流部 は明確 に異なる流れであるため、翼 は
による励振結果 とされている。
この発生応カ レベ ルの概略 を評価 できること
矩形状 に近 い励振力 を受ける。矩形状 の変化 は
極 めて多 くの高調波 を含 んでい るため、多 くの
段 の動 ・静翼 と もに共振 させ る可能性 が多 い。
これが セルが翼 を通過する度 に繰 り返 される。
は大切 であろ う。色 々な推算法 があると思われ
るが、考 え方が分か り易 く、現場的なセンスで
功
使 い易 い例 を紹介 してお こう(R.Schmid“)。
概算 として共振時 の翼応力振幅 σ沢雰は次 の
このため 、旋 回失速 中で長時間運転 を続 け る
式 で評価 される。
と、動静翼 ともに共振 で疲労破壊 して しまい、
ロー ターは丸坊主 になって しま う恐 れがある。
また翼の固有振動数が高い とご く短時間で疲労
限度回数 に達 し、破損 して しまう場合 もある。
最近 ではその機械 の最初の運転 の際 に内部流
路 の圧力 の変化 の様子 を調べ 、旋回失速 が発生
していない領域 を確認 して、その範囲で使用す
るようにするのが普通 である。旋回失速 を発生
して い る領域 は回避す るか 、短時間 で通過す
る。 かつては旋回失速 の発生 を知 らずに運転 し
て しば しば このような事態が発生 した。現在で
σaR雰=(π /δ)SC σ “ば ぉ)
…
(6.4)
ここで σЩ llRES)は
その共振 を注 目 してい る回
“
R雰
における定常流れにより翼 に発生する
転数
曲げ応力 いわ ゆる ガス 曲げ応力 を表す。そ し
てCは 励振波形 の注 目す る高調波 の次数 たにお
け る定常力 に対す る大 きさの割合 を示す。 Sは
ステ イミュラス (刺戟係数)と呼 ばれ、それらの
励振力 としての有効 な割合 を示す。 δは対数減
衰率 である。
σ“。燃 )は、圧縮機 の場合、 た とえば設計回
転数 場での定常 ガス 曲げ応力 σ微")と次 の関係
は試運転 の段階で十分調査 して このような現象
の可能性 を把握 して運転領域 を決定す るのでこ
で評価 される ことが多 い。
の ようになる ことは少 ない。
aは 、 たとぇば主流領域 における定常流体力
に対 して、失速 セルの内部 での流体力が ステッ
しか し高圧圧縮機 の起動中には、そ して停止
時にも必ず旋回失速領域 を通過す る。従 ってこ
の起動 ・停上 に要す る時間はその機械 の安全性
に も関 って くる。起動 。停止が度 々行 われる機
械では、旋回失速領域 を通過す る積算滞留時間
が多 くな り、例 えば疲労破壊 の 目安 である振動
回数 (例えば 107回)に達す る可能性があ るか ら
である。従 って、 どの程度の励振力が発生する
ものか、その大略 を知 つてお くことは大切 であ
ろ う。
図 6.17に外径400mmの 単段送風機 での翼振
に")を
示す。図中で ピー ク
動応力測定例 (船川
点 5、 6、 お よび 7は 1個 の失速 セルの第 4、
第 5お よび第 6高 調波 との共振 による高 い応力
と考 えられてい る。 ピー ク点Ⅳ とVは 送風機入
回の流速の不均 一の第 3お よび第 4高 調波成分
3 4 2 0 0 4 年1 2 月
σCB(ば ES)=CFcβ(″)(″
″)2
膠′
…
(6.5)
プ状 にゼ ロになるもの と仮定す ると、繰 り返 さ
れる矩形波 のフー リエ解析 か ら注 目す る次数の
8｀
高調波成分の大きさとして評価できる(船川“
6")。
Schmidび
良。
対 数減衰率 δについ ては、材料減衰、構造減
衰、等 も含 まれるが、圧縮機動翼 の場合、空力
減衰がほ とんどと考 えられてお り、0.01∼0.04
程度が観察 されることが多 いようである。動翼
は じつか りと固定 されてお り、かつ遠心力に よ
りさらに大 きな力で固定具 に押 し付 けられ、構
造的な減衰 は期待 できな くなる場合が多 い。静
翼 の場合 は構造的な減衰 も影響 して くることが
多 く、静翼可変 ピッチ機 では支持構造 にガタを
持 ち、動 きやす いので 、かな り大 き目の δとな
る ことが多 い ようである。
サ ージ概論 (第 9回 )第 6章
軸流圧縮機 の失速 ・
旋回失速 と段特性 … (11)"9
これまでサ ージあるいはサ ー ジングとい う言
葉 を使 ってきたが 、 この現象が圧縮機 と管路 の
０
” ０
Ｌ
コ
ＥＣ ●∽●Ｌ
●つ
●一
︵
ｏ
︶
ｏ﹁
“一一
“∽
﹂
〓 一
中で圧力 や気流 の変化 としてどの ように現 れて
い るのかを次回は説明 しよう。
<参 考文 献 >
―
・
( 6 1 ) 古 山 山 口, 軸 流 圧 縮 機 壁 の外 か ら見 た内 部 の流
れ ,日 本 機 械 学 会 誌 ,74巻
,p1460-1465,
,634号
(1971-11).
(62)Dunham,J.,Non― AxisyTttnedc llows h Axial Compssors,
Mechanical EngineeHng Science Monograph,M.E.S.M No.3,
(Oct.1965).
(6.3)A.H.Stenning,Rotating Stall and Surge,Transaction of
the ASME,vol.102,(1980-3),14-20
(6.4)Takata,H.,and Nagano,S.,Nonlinear Analysis of
Rotating Stall,ASME Journal of Basic Engineering,(197210).
6
0
10
(6.5)I.J.Day,E.M.Greitzer,and N.A.Cumpsty,Prediction
'2 x100
of Compressor Perforlnances in Romting stall,Tralls.ASME,
0ompressor RPH
図 6.17 単 段送風機動翼 の応 力測定結果 と評価例 (船川
Jour.of Eng.for Power,Vol.100,Jan.1978.
0)
(6.6)I.J.Day and N.A.Cumpsty,The MeaSurement and
lnterpretation of Flow within Rotating stall Cens in Axial
“Dは これ らの量 をそれぞれ評価 して図
ー ー
6.17に示す予想 (×点)を行 っている。オ ダ
的には妥当な値 が予測 されている。
Compressors,JOur.Of Mech.Eng.Science,20, 107-14,
船川
以上の評価法 は簡略 ではあるが、概略の共振
時発生応カ レベ ルを知 るのに便利 である。最近
では非定常流体解析 と振動解析 が発達 してきて
いるのでよ り詳細 な評価が可能にな りつつ あ る
(1978).
(6.7)D.K Dasand H.K.Jiang,An ExperimentaI Study of
Rotating Stall in an Multistage Axial‐Flow COmpressor,
Trans.ASME,Joumal of Eng.for Power,Vol.106,July,1984.
( 6 . 8 ) 船 川 , 流 体 機 械 の 翼 の 振 動 とそ の 対 策 , 機 械 の 研
究 , Vol.18, No.6,(1966).
(6.9)R.Schmidt,Maschinenbautechnik,He■
12,11,(1962).
と思われる。
国際会議案内 不明な点は事務局まで問い合わせて下さい。
Title and Theme
Date and Venue
modynatnics
2005-04-17∼ 04-21
Miyagi,Japan
6th World Conferencc on Experinlental Heat Transfer,Fluid Mechanics,and Thσ
2005‐09-19-09-23
0hio,USA
The 3rd lntemational symposium on Stability ContrOl ofRotating Machinery
http′
ハvww.iscorma com
2005‐09-11「-09‐ 15
Tokyo,Japan
晨躍 以:癬 :田 ∫認 撃 :冊
°n ExpeHmma md COmpumond Aerom∝
2006-10-12-10‐ 15
Yichang,China
The 8th Asian lntemational Conference on Fluid Machinery
2006‐10‐17-10-21
Yokohama,Japan
【
織 蕊.m.拙
mOdynmに
sof hけ nd ROWS
“"ms
肺 “
CMκ
留 り
ターボ機械第32巻 第 12号 35
″θ ガヽ
型風車の国際展望… (1)
《シリーズ :どこまで行くのか、風力?》③
小型風車 の国際展望
伊藤 瞭介
回 ％ ﹂Ｔ
1. は じめ に
今、大型風力発電機 が世界規模 で本格的な普
一
及期 を迎 え、その設備 は 4千 万kWを 越 え、
説 には、 190o万世帯 (ヨー ロ ッパ の平均的家庭
の場合)に電力 を供給で きる レベ ル に達 した と
い う。 そ して、今後、2012年までに、その設備
規模 は、世界 で 1億 5千 万kWに 到達す るとも
予測 してい る (AWEAホ ームペ ー ジよ り)。
一方、小型風車分野 につい ても、 い くつかの
障壁 を乗 り越 える ことを前提 に、将来は、世界
規模 での飛躍 的成長 を予測 して い る (AWEA
小型風力発電機部会)。
当社 では、日下、世界市場 で通用する小型風
力発電機 とは何 かを考察 し、課題 の解決 に取 り
組 んでい る最中である。 日本発、世界向け小型
風車 のあるべ き姿 を描 く中で、小型風力発電機
を取巻 く諸問題 と将来展望 を整理 してみた。
2.小 型 風 車 の 産 業 化 の 歴 史
型の風力発電がイ ンダス トリー レベ ルの商
刀ヽ
材 と して認識 されは じめたのは、米 国 にお い
て、 1970年以降 とい われている。それはまさに
第一次 オイルシ ョックの時期 に符号する。それ
までは、一部 の個 人的愛好家達 のホ ビー として
扱 われていた。筆者 は、1950年頃か らアマチ ュ
ア無線 を親 しんでい たが、当時、米国 を中心に
* ゼ ファー的 代 表取締役社長
m江1:[email protected]
E―
原稿受付 日 平 成 16年 9月 14日
36 2004年 12月
*
鐵 ドイツ
菫 USA
世界 の保 有量
39 434MW
前 年比 126%
＼
ロ
趣 スペイン
健デンマーク
ロインド
饉オランダ
● イタリア
饉イギリス
● 日本
臨中国
コスウェーデン
國ギリシヤ
■カナダ
ロポル トガル
■フランス
●その他
図 1 世 界 の風力発電保有量 (2004年度 3月 現在)
風力発電 の愛好家達 が、 自作 の風力発電機 で発
電 した電気 で、無線機 を動か しなが ら、風力発
電機 の 自慢や苦労話を していたの を今 で も鮮明
に覚 えてい る。当時のハ ム愛好家 たちが、後 の
無線技術 の基礎 となつた電波伝搬特性 の発見や
利用方法 の実質的開発者であつた ことは、 よ く
知 られてい る。小型風力発電機 の歴史 も、 こう
した愛好家 の努力 から始 まったといって もよい
だろ う。
しか しながら、欧米 において、ガヽ
型風力が産
業 レベ ル として扱 われ始 めてか ら、すでに、30
年以上経過 してい るにもかかわらず 、現状 の商
業規模、成長速度 は、世界的 に見 て も決 して大
きい もの とはい えないのが実情 である。
こう した中で、1990年代 に入ると、小型風車
分野 にも、成長 の起爆剤 とな りうる新 たなイン
小型風車の国際展望… (2)74J
パ ク トが走 った。それは、オイルショックの時
とは異 な り、地球環境保全 とい う新 たな課題ヘ
の取 り組 みが、世 界規模 で始 ま った ことにあ
る。それは、石化 エ ネルギーか ら、風力 などク
リー ンな再生可能エ ネルギーにシフ トす ること
によりC02の 発生を削減す るとい ものである。
わが国では、 1997年京都 で開かれた気候変動
枠組条約第 3回 締約国会議 (COP3、 京都会議)
では、先進国及 び市場経済移行国の温室効果 ガ
ス (C02)排出の削減 目標 を定めた京都議定書が
採択 された。 これにり、個人 レベ ルで もco2肖1
減 に対す る意識が高 ま り、小型風車 などを自宅
に取 り付け よう とす る、新 たな生活文化 が発祥
したのである。 このほかに も、企業、学校、自
治体な ど、小型風車な どを積極的 に導入 しよう
とす る動 きが活発化 し、本格的 な産業化 の時代
を迎えるに至 ったのである。
￨コ輌
￨●￨.・
,6メ 1断″:'「■￨い￨■
図 2 山 形県バ イオマス トイレ
さらには、米国内だけではな く、海外市場 に
も大 きな成長 が期待 で きる としている。そ れ
は、世界人口65億 人の うち20億 人が、 い まだ
に電力 のない ところで生活 してい るとい う事実
を指摘 し、将来、小型風力発電分野 の大 きなマ
ーケッ トとな りうることを示唆 してい る。筆者
AWEA
3日米国の現状 と将来を示す 「
小型風力発電部会の報告書」
の意見 であるが、大型風力設備 は、電カ インフ
ラがない地域 には、事実上設置が困難 であるの
では、設置 の 自由度が高い
A W E A ( A m e H c a n W i n d E n e r g y A s s o c i a t iにo対
n )して、小型風力
の
ので、無電源地域 での電力供給用 としては、利
小型風力発電部会」[ S W T C
下部組織 である 「
( s m a l l W i n d T u r b i n e C o m m i t長
t eMci)k(c会 便性、機能性 において最適 であると考 える。
い まだに電力 の恩恵 を受 けられない 人口が、
Thc U.S.Small Wind
B e r g e y ) ] は、2 0 0 2 年 6 月 「
世界 人口の約 1/3に も及 んで い る ことは、人
T u r b i n e l n d u s t r y R O A D M A P を発
E 」 表 、2 0 2 0 年
類社会 にとっては、誠 に不公平 といわ ざるをえ
ま で の 小 型 分 野 の 展 望 を示 して い る 。 ち な み
ない 。小型風力 が、 これ らの地域 に設置 され
に、 この委員会 は、小型分野の コ ミッテイー と
て、電力の供給 がで きる ことは、社会貢献的意
しては世界で最 も活動的 な団体 と考 えられる。
の
この中で、米国における小型風力発電機 販
義 も深 い ものがあ る。
と僅かで
売実績 は、2∞1年度 において13,400台
あ ったが、2020年においては、米国の消費電力
の 3%、 5千 万kW(lKW機 換算 で 5千 万台 )
を小型風車でまかな うとい う、強気 の数値 を示
唆す るとともに、その実現 のために解決すべ き
課題 を明示 してい る。
その主な点は、①経済性、②技術革新、③信
頼性の向上、④設置、⑤各種の規制緩和、⑥政
府 による資金援助などである。また 5千 万kW
がもたらす経済効果 として、年に10億ドルの成
の雇用力治り
出されるとしている。
長 と10,Clclo人
4 . 小 型 風 力 が 克 服 せ ね ば な らな い 障
壁 とは
上記 のAWEA報 告で もあるように、小型風力
発電の一大普及 のためには、 い くつかの重 要 な
課題 を乗 り越 える ことが前提 となつている。そ
一 一
れらの課題 には、難題 も多 く 朝 石 には解決
できない。小型風車分野 におい て、 この数十年
間の成長 が 、期待値 を下 回 っている要因 とし
て、 これ らの問題解決が い まだに不十分 であ
ー
り、消費者のニ ズ に合 う商品が整 ってい ない
ターボ機械第32巻 第 12号 37
742 月 ヽ
型風車の国際展望… (3)
図 3 長 野県 槍 ケ岳山荘
ことを指摘 したい。
そ こで、小型風力発電機 に課せ られるべ き基
本的 な性能要件 を整理 してみる。
① 経 済性
新エ ネルギーは、石化燃料 に比べ て、現状 で
は コス トが高いことはい うまで もないが、 この
ギ ャップを埋め る方法 として政府援 助があ る。
太陽光発電 では、 日本政府が行 った補助制度 は
功 を奏 し、その産業化 と普及 に大 きな影響 を与
えた。小型風力の場合、 まだ本格的な補助制度
は行 われてい ない。 ここで、 われわれが十分認
識 してお くべ きことは、風力 は太陽光 ほ どには
公平 な資源配分 がないことで ある。す なわち、
風 のあ る場所 とそうではない場所 では、発電 コ
ス トが大幅 に異なるため、経済性 を追求す ると
一
きの大 きな障害 となることだ。発電 に適 した
定 の風 (例えば6∼ 7mお)が 、季節 に関係 な く長
ー
期間連続 して吹 く場所 では、プ ロペ ラ径 1メ
トル程度 の風車 で も3.5kWh/日 以上 の発電量
が得 られる。 この場合な ら、セ ット価格 30万円
ECO-10ZXP OWL」 の例)程 度 の
(ゼ フアー 「
装置 を設 置 して lkWh/24円 の売電換算 では、
10年 程度 で償却 で きる ことになる。 したが つ
て、現在 の太陽光発電 よ りも大幅 に有利 にな
る。AWEAの 同報告 では、小型風力発電機 の コ
ス トを、現在 lkW当 り3,500ド ルであ るが 、
2020年には1,200∼1,8∞ドル に下げるべ きとし
てい る。 また、その発電量 は、 一般家庭 におい
382004年 12月
図 4 長 野県 赤 岳展望荘
て 年 間 1 , 2 0 0 k W h から 1 , 8 0 0 k W h ( 1 日 当 り
3.3KWhか ら5kWh)に 増加す ると予測 している。
この ときの風量は記 されてい ないが、 lkW型 風
車 で3.3kWh/日 を稼 ぎだす には、風況が よい
限 られた場所 でなければ現在値 とい えども難 し
い。す なわち、風速 6m/sの 風 が24時間、 1年
中吹 く地域 でなければ実現 で きない数値 であ
る。発電 コス トに見合 う一定 の風況が確保 され
る場所 においては、他 のエ ネルギーに対 して十
分な コス ト競争力得 られる小型風車 システムで
ある ことが重要である。 この点では、強風時 に
一
も風車を安全第 で止めて しまうようなシステ
ムや発電効率 が低 い システムでは、本格的普及
は望 めない。反対 に大型風車が停止す るような
強風地域 で も、小型 は小型 の特質 を生か して、
連続運転 で きるような システムなら発電 コス ト
はそれだけ低 くで きる ことになる。現在、 わが
国 においては、小型風車の場合、安全性確保 の
ためには、効率 を犠牲 にして も、や む終えない
一
とす る議論 を良 く耳 にす るが、それらは択 の
議論 ではな く、 それぞれが必要十分条件 として
満足 されなければならない と考 える。 この点か
ら、小型風車の発電効率 は、大型機 と同等 に高
くなければならず、効率 を犠牲 にした、なかば
効率 をあ きらめた小型風車 に業界 が偏重するな
らば、それ は、小型風車が単 なるモニュメン ト
的存在価値 で終 わる可能性 を意味す るか もしれ
ない。
小型風車の国際展望… (4)743
一方、製品の コス トについては、風車本体 の
コス ト、風車 を設置す るタワーの コス ト、設置
コス ト、周辺機器 のコス ト等 を総合的 に、バ ラ
ンスよ く引 き下げる ことが重要 である。 この点
では、筆者 は以前 よ り、風車本体 の重量は軽量
であればあるほ ど有利 である と主張 して きた。
ちなみ にゼ フ ァー 500系 風車 は5.6kgであ り、
lW当 り重量 は約 13グラムである。 これは、世
界最計量 の値 であ り、経済性 を考 える場合の指
標 として重要 である。
② 技 術革新
小型風力の普及 のためには、先 の経済性、 コ
ス トダウ ンを可能にす る技術革新 が必要である
ことはい うまで もない。民生用電子機器が、今
デジタル時代 をむかえて、過去の技術 を否定す
るが ご と く、その性能 と機能 が飛躍的 に向上
し、 しか も、その製品 コス トは日を追って低下
してい る。 これ らは、新技術の開発 が、絶 え間
な く、進 んでいることに他ならない。小型風車
におい て も、流体 力学、 エ レク トロニ ックス、
デジタル技術 、制御技術 、新素材、そ の他 の
個 々お よびその組み合 わせ により、今後 の短期
間に大 きな飛躍することが期待 される。 これら
は、大型並みの発電効率、耐久性、安全性、静
粛性、保守性 な どにお い て、 ご く近 い将来 に、
大 きな進歩がみ られるもの と期待 される。
これらの主なポイ ン トを挙げると…。
●発電効率
風 エ ネルギー を電気 エ ネルギー に変換す る場
合、様 々な損失 が存在す る。筆者 は、常 々、揚
力風車 におい ては、周速比 (翼端速度/風 速)
は高 くあ るべ きと主張 している。それは、翼の
回転 が高速回転 になる ことを意味す る。反面、
安全性 、騒音 、振動 な どに関 しては不利 にな
る。 しか しなが ら、先 にも述べ た とお り、小型
風力が発電 とい う本来 の 目的 に呼応す るために
は、第一 に効率 の追求がなされ、その上に、他
の用件 をも十分 に満足 で きる レベ ルに到達せね
ばならないのであるも また、低風速域での効率
ー
向上は、適正な揚抗比 と低回転時のゼ ネ レ タ
図 5 東 京都 小 平駅前
の効率向上など、翼 の特性 との整合が重要な要
件 となる。
●静粛性
小型風車の場合 も大型同様翼騒音が、 しば し
ば問題 となる。 これまで、 ゼ ファー500系小型
風車で は、 しば しば この 問題 を指摘 されて き
た。特 に、市街地 一般住宅 に設置 した場合、時
には夜 間の運転停止や、強風時 の回転数 を抑制
す るなどを行 わざるを得ないことがあ った。 し
か しなが ら、最近開発 した新技術 によれば、翼
騒音 の問題 は、 もはや過去 の もの といっても過
言でない ほどにまで、大幅に抑制す る技術 を開
発 し商品化す る ことがで きた (特許 出願済み)。
この技術 は、猛禽類 (ふくろう)が、静 かに高速
で飛べ ることに ヒン トを得 て、翼 の裏側 に表面
処理 を施す ことにより、 これまでの騒音 レベ ル
を1/50程 度 まで減少 させることができた。
●制御技術
小型風車 も大型同様 に、使用条件 や 自然環境
の変化 にたい して、風車 を適性 に コン トロール
す る技術 が必要不 可欠である。その代表的 な技
ー
術が制動 (ブレーキ)である。ブ レ キには電気
的ブ レーキと機械的ブ レーキがある。小型風車
にはそれらの片方、または両方が備わ うてい な
ー
ければならない。識者 の 中 には、「電気 ブ レ
キ (回生ブ レーキ)は利 かない」 な どとい う意見
もあるが、間違 いである。適正な設計 をすれば
きわめて安全 に風 車 を停止状態 に し、 さらに
ターボ機械第 32巻 第 12号 39
″イ ガヽ
型風車の国際展望 … (5)
は、風速 60m/sで も停止状態 を維持 で きる こと
を確認 してい る。今夏 、 日本列島を縦断 した台
海道天塩付近 に設置 されてい るZ―
風 18号で、1ヒ
500系風 車 は、 自動車 が横転 し、付近 の屋根 が
飛 ぶほどの風速 (推定 50m/s以上)で支障 な く運
転 で きたのは、 この回生ブレーキの効果である。
●耐久性 と信頼性
小型風車 の耐久性 はどうあ るべ きかは、議論
されるべ きところであ る。経済性 を考 えるとき
製品 ライフは長ければ長 いほどよい。民生機器
の場合 と業務用 では異 なる とす る意見 もある
が、私見 では、10∼ 15年 は必要 と思慮 す る。
金属疲労、塩害 による電飾など設置場所 によつ
て製品寿命 は大幅に異なる。最悪条件 を基準 に
すれば一般 には過剰品質 となって コス ト競争 に
耐 えられな くなる。 このあた りは、む しろ供給
メーカーの姿勢 であって、タト
部 から規制するも
のではない。
●安全性
小型風車 は、大型 の場合 と違 い特定 のサイ ト
に設置 されるものではない。何処 で も設置でき
る利便性が小型風車 の特性 で もある。小型風車
の事故原因 を大別す ると、正常 な使用状態 で起
こる危機 の障害 による事故、予測以上の苛酷 な
自然環境 によつて起 こる障害 による事故、機器
の設計、製造 の ミスによつて起 こる事故、ユ ー
ザ ーの不注意 によって起 こる事故 などがあげら
れる。 いず れの場合 にも人身 に危害 を及 ぼす よ
うな事故 は、絶対 に生 じさせないように配慮 さ
れなければならないのは当然 である。 しか しな
が ら、多少 な りとも危険 の恐れがあ るならば、
小型風車 は扱 うべ きではない とい う意見 もあ
る。 この ことは、極端 な表現 か もしれないが、
例えば、 自動車 は人身 に危害 を与 えるか ら、そ
れが 回避 で きるまで使用禁止するとした らどう
なるであろう。基本であ る環境保全 との重要性
のバ ランスにおいて選択 されるべ きものである。
すなわち、供給者 も利用者 も、民法でい う善管
注意義務 を履行する範囲で、事故 が起 こ らない
ことが重要であると思慮す る。例えば、停電 し
4 0 2 0 0 4 年1 2 月
図 6 大 阪府 中 ノ島
て商用電力が落ち、風 車の制御がで きな くなっ
て、台風 で風車が倒壊 したとい う事故があった
とす ればどうであろ う。筆者 の意見では少な く
とも利用者側 には善管注意義務 に反す る行為 は
な く、強いて言えば機器の供給側 には、商用電
力が停止 した場合 の対策 をあ らか じめ施 してお
く設計 上の注意義務はあ ったか もしれない。 し
か し、 まだその技術 がない とすれば、やむをえ
ない、か もしれない。 いずれ に しても、小型風
車 の産業化 は、所謂規制強化で はな く、 自由競
争 に中で、安全度 の高 い技術 が開発 される こと
が望 ましい。
●簡単な設置
小型風車 の普及 を促進す るためには、設置費
用 など付随的 に発生す る所謂付加費用 が、全体
の コス トをラ￨き上げて しまう可能性がある。現
実 に、小型風 車本体 の何倍 もの費用 を請求 され
た とい う話 はよく耳 にする。すなわち風力発電
の効率 を上げようとすれば、設置高 は、高けれ
ば高 いほ うが有利 である。 この場合、逆比例 の
関係 にある経済性 と安全性 のバ ラ ンス を十分に
考慮す る必要がある。すなわち小型風力機器 の
供給者 は、設置 タワー も同時に取 り扱 うべ きで
あ り、製品全体 の PL責 任 を持 つべ きである。
ここで も、製品の軽量化 は、 タワーの軽量化、
設置の簡便性 に有利 に働 くのである。
●簡単 な保守 と点検
す そのの広 い一般市場 に小型風車 を普及 させ
小型風車 の国際展望… (6)76
ようとすれば、機器の保守 と点検 は重要も重要
である。基本的にはユーザー自身による保守点
検 は事実上有名無実 となっても仕方がない。そ
れは、機器の設計が、限りなくメンテナンスフ
リーで使用できるように考慮 されていることが
望ましい。ただし、異音、振動など、ユーザー
が早めに発見できるような最低限度のマニュア
ルを用意することや、異常が生 じた場合、イン
ターネットなどを通 じて、自動的にサービスセ
ンターヘ通報す るなどのシステムが必要になる
だろう。
これらの課題の解決は、それぞれが相反する
関係 になる場合が多いので問題が複雑化する。
しかしながら、真の工業化、産業化は、課題全
体 にわたって、バ ランス よく解決 されてこそ、
その実現が可能 になるものと思慮 される。
このように、小型風車の爆発的普及が 日前 に
控 えた今、供給者 は、世界の市場 に向かって、
互いに協力して、障壁の除去を急 ぐ必要がある。
5.小 型風 力発 電機 の 利用 実態
ゼファーは、 これまでに約4,000台の風車の
設置実績 を持つ。その利用実態は、新エネルギ
ーによるエコ発電という本来の目的をさまざま
な形で利用されている。その主なものとして
① 一 般家庭 における省エネなど趣味と実益
② 山 小屋など無電源地域での生活電源
③ 非 常用電源設備などの保安施設
④ 学 校等 における環境学習
⑤ 離 島、僻地における電源
⑥ 地 震計など無人観測場所 における電源
⑦ 街 路灯
③ 無 線中継所
⑨ ビ ルなどの屋上緑化の電源
⑩ 水 質浄化装置の電源
図 7 広 島県 ガ ソリンス タン ド
な ど、様 々な分野にその利用 目的が拡大 してい
る。今後 もその利用範囲 は機器 の コス ト、信頼
性 の向上により拡大す る もの と予測 される。
6.お わ りに
小型風力は、今、一大普及 の波が、世界的規
模 で拡大 しつつ ある。 この波動 は、 わが 国が、
これ まで培 ってきた、技術開発力や製造技術力
をもって、世界 に通 じる優 れた製品を、世界市
場 に供給す ることの可能性 を示唆 してい る。ゼ
フアーは、今、世界 で、 オ ン リー ワン、ナ ンバ
ー ワ ンの小型風車 を目標 に、経済産業省 の補助
を受けて、世界 に通 じる小型風車 の研究 と開発
を進めている。先 に述べ た小型風車 の普及 の壁
を少 しで も取 り除 き、国際市場 で戦 うことを目
指 している。
<参 考文献 >
(1) A20‐ year industry plan for small wind turbine
technology Windpower Monthry v-19
ターボ機械第32巻 第 12号 41
…
″6 平 成15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告 (1)
分科会報告〕
〔
0分 科会活動報告
平成 15年度 各 種委員会
総務理事会
ターボ機械協会 には各種 の委員会 ・分科会 が
設置 されている。それ らは運営委員会 (管理機
構)と技術委員会 (製品技術)に分 けてお り、前
者 は総務理事会 を窓口として定例理事会が責任
を負 い、技術委員会 は直接 に定例理事会が責任
を負 う形式 を取 り、 自由に活動 で きる体制 にな
ってい る。
●ハ イ ドロター ビン性能予測分科会
○空気機械委 員会
●風力発電 に関す る調査研究分科会
●ターボ機械 の信頼性向上調査研究分科会
○蒸気機械委 員会
●ター ビン製造技術分科会
●ター ビン性能分科会
運営委員会 には 4委 員会が、技術委員会 には
水力機械、空気機械、蒸気機械 の 3常 置委員会
とそれらに所属す る8分 科会 があ り、平成 15年
一
度 には活発 に研究活動等 を展開 した。 方、す
でに発行 された協会指針 TSJ G001「ポ ンプのキ
ャビテー シ ョン損傷 の予測 と評価」 に引続 き二
つの協会指針作成 のための時限委員会が活動 を
・
行 ってい る。 これ らの委員会 分科会 の組織 を
時限委員会
●ポンテ吸込水槽模型試験基準改訂委員会
誌
●模型 による フアン ・ブ ロワの性能試験及 び
検査方法基準改訂委員会
各委員会 ・分科会 の活動 は、その都度、協 会
の協 会 ニユー スで紹介 して きたが、各委員
会 ・分科会 か ら報告 された平成 15年度 の活動
報告 をここに纏 めて報告す る。
以下に示す。
運営委員会
○関西地区委員会
○国際会議委員会
○表彰委員会
○研究協力委員会
技術委員会
○水力機械委員会
●水車分科会
●ポ ンプのキヤビテーシ ヨン研究分科会
●ターボポ ンプ研究分科会
原稿受付 日 平 成 16年10月 1日
4 2 2 0 0 4 年1 2 月
関 西 地 区委 員会
[目的]
関西地区における協会行事 の企 画、実施 なら
びに会員相互の情報交換 を目的 とす る。
[活動状況]
(1)第 46回 委員会 (平成 15年 5月 9日 )
●第 17回 フレ ツシユマ ン ・サ マ ーセ ミナ ー
(関西 地区委員会 15周 年記念行事含 む)企
画 の審議 ・準備 の経過報告
●セ ミナー当 日までの役割分担決定
ー
ー
(2)第 17回フレッシユマン ・サマ セ ミナ
(関西 地 区委員 会 15周 年記 念行 事 含 む )
平成15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告…(2)747
(平成 15年 8月 21、22日 )
●大阪大学豊中キヤンパス シグマホールで開
催、71名 の参加者
(3)第 47回 委員会 (平成 15年 8月 22日 )
●第 17回フレッシュマン ・サ マーセ ミナーの
反省点 と今後 の展開 について討議
“)第 48回 委員会 (平成 15年 9月 19日)
●第 17回 フレッシュマ ン ・サ マ ー セ ミナ ー
(関西地区委員会 15周年記念行事含 む)会
計報告
●フレッシュマ ン ・サマ ーセ ミナーの今後 の
展開 について討議
(5)第 49回 委員会 (平成 16年 1月 23日 )
●平成 15年度会計報告、活動報告
●第 17回フレッシュマン ・サマーセ ミナーの
基本方針決定。 プログラム案決定、準備作
業 に入る
(6)そ の他
ターボ機械 (平成 15年 12月号)に 「ターボ機
械協会 第 17回 フレッシュマ ン ・サ マ ーセ ミ
ナ ー及 び関西地区委員会 15周年記念行事報告」
を掲載 した。
(1)水 車分科会、 キ ヤ ビテ ー シ ョン研 究分科
会、 ター ボポ ンプ分 科会、 ハ イ ドロ ター ビ
ン性能予測分科会 の各分科会 か らの報告。ヽ
(2)国 際 委 員 会 IEC/TC4,WG18,IAHR/
WGl,Exccutive Committee報告 。
G-001(2003)
(3)タ ー ボ機械協 会指針 TSJ―
ー
「ポ ンプのキャビテ シ ョン損傷 の予測 と
評価」 を確認。
(4)タ ー ボ機械協会出版物 である、「ター ボ
ハイ
機械」 (入門編、平成 11年 第 8版 )、「
ー
ー
ドロ タ ビン」、「タ ボポンプ」 (平成 3
年初版)の 再版 について審議。
(5)2∞ 6-IAHR国 際会議 (日本開催)の組織委
員会/実 行委員会 について審議。IAHR2CX14
ス トックホルム大会 に多数 の参加 を促す。
(6)21世 紀戦略 にうい ての意見交換。
(7)そ の他
●今後、 ター ボ機械 の生産統計 (機械学会誌
の掲載記事)を 「ターボ機械」誌 に掲載す る。
●日本学術会議 ・水力学水理学専門委員会 で
水循環 シ ンポジウム を開催。翌 日、喜撰山
発電所 (関西電力)を見学。
委員長 :吉 田浩太郎 (西島)
委員長 :黒川淳― (横国大)
幹 事 :堀 口祐憲 (阪大)
一
委 員 :飯坂 夫 (鶴見)、大久保岡1(三 菱重工)、荻野
幹 事 :田 中和博 (九二大)
和男 (粟村)、菅村利行 (酉島)、鈴木信廣 (ク
ボタ)、宮地利和 (神鋼)
ア ドバ イザ :中 村邦夫 (大阪大学)
委 員 :井小萩不U明 (東北大)、井上雅弘 (九大)、金元
利明 (九工大)、久保田―正 (東電)、久保田喬
(神奈川大)、窪 田直和 (電業社 )、佐藤晋作
(東芝)、日中宏 (東芝)、新倉和夫 (日立)、西
道弘 (九工大)、松井純 (横国大)、美濃 由明
水 力機械委員会
(関電)、三村義雄 (荏原)、日川雅士 (三菱)、
[目的]
安田正史 (電発)、横井正 (横井事務所)
水 力機械 に関連 す る科学技術 の進歩 を図 り、
会員相互 の交流 を促進す る と同時 に、傘下 の分
科会 の活動 を把 握す る。
[活動状況]
平成 15年 6月 19日 、関西電力的 、基幹給電
所 (京都)に て会議 開催。
空 気機 械 委 員 会
[目的]
メー カ、ユ ーザお よび大学、研究機関の間 に
おける空気機械 に関連 した技術情報 の交換、研
究会、分科会 の設置 に関す る審議 ならびに協会
ターボ機械第32巻 第 12号 43
分科会活動報告…(3)
Z8 平成15年度 各種委員会 ・
の行事企画 と刊行物 の編集に関 して担当理事会
へ の適切な具申等 を行 う。
委 員 :青木素直 (三菱 重工)、荒木達男 (武蔵工大 )、
一 (日立)、小林正
有賀一郎 (慶応大)、北山陽
(東芝)、酒井俊道 (東京理科大)、長谷 川和三
[活動状況]
平成 16年 3月 24日 の に蔵前 工業会事務所第
1会 議室 において委員会 を開催 し、下記 の報告
(石川島)、長谷川宏 (東ガス)、向林範久 (荏
原 エ リオ ツ ト)、横井正 (横井事務所)
および審議 を行 った。
(1)活 動報告
●委員会報告 :総 務理事会 ・常置委員会 。分
科会連絡会 お よび理事会 におい て委員会活
動報告 を行 ったことの報告。
●風力発電分科会、真 空機器分科会、 ターボ
機械 の信頼性 向上調査研 究分科会報告 :
引 き続 き活動 中であることの報告があ り、
意見交換 を行 った。
(2)協 会基準 について
ターボ機械協 会基準 「
模型 による ファン ・ブ
ロワの性能試験及 び検査方法」 の改訂作業が進
行中であ り、原稿 を4月 の理事会 に提出す る予
定 であることの報告。
(3)生 産統計 につい て
8月 号 に掲載 される予定であ
会誌 「ター剛
り、「まえが き」は常置委員会の持回 りとなってお
り、今回は当委員会の担当であることなどの報告。
(4)そ の他 の意見交換
●分科会の期限を確認 し、必要があれば継続
を申請す る。
●分科会 の状況 を確認す るために当委員会開
催 の際順 に分科会主査 に出席 して頂 き、活
動状況 を報告 して頂 いてはどうか。
●風力発電分科会 は風力発電 の状況が発足時
とかな り変 わってきたため名前 を変えるな
どして新 しく発足 してはどうか。常置委員
会 として下にテーマ を絞 った分科会 を設け
ることも考 えられ る。分科会 の今後 の意向
を問合せ る。
一
委員長 :山根隆 郎 (国士舘大)
幹 事 :小林絋 (航技研)
44 2004年 12月
蒸気機 械 委 員会
[ 目的]
ー
蒸気機械、主 として蒸気 タ ビンに携 わる、
研究者、技術者 の相互間の交流並 びに情報交換
を図 り、技術 の向上に努 める。
[活動状況]
(1)委 員会
H15年 6月 13日 (通算 38回 日)及 びH15年 H
月28日 (通算 39回 目)の 2回 開催 した。
(2)活 動内容他
●ター ビン製造技術 セ ミナー
本年度 の最大 の活動 テーマであ り、製造技
ー
術分科会での活動内容 をテ マ とし、同分
科会 の多大 なる ご尽力 の もとで、 8月 28
日、29日 の二 日間に渡 り開催 した。50数
ー
名 の参加者 を数える とともに、ア ンケ ト
ー
結果 も良好 であった。従来 にないユ ニ ク
一
なテーマであ ったことが成功 の 因 と思え
る。分科会 の活動 が埋 もれる ことな く、有
意義 に生かせた ことは幸 いであった。
●蒸気 ター ビン生産統計
ー
国内 ター ビンメ カに対 し、2002年 に生
産 。出荷 した蒸気 ター ビンの用途別統計 を
取 り纏 めH15年 度学会誌 8月 号 で公表 した。
●ター ビン性能分科会
ター ビン性能分科会 (日立 。鹿野主査)を新
たに発足 させた。蒸気 タービンの性能設計 ・
評価手法 について、若手 の技術者 。研究者
を交えて調査 。研究 し、技術伝承 の一助 と
す るとともに、さらなる性能設計技術の発展
に寄与することを目的 として活動中である。
平成 15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告 … (4)″ 9
●協会誌への投稿
① 発 電用蒸気タービンの最新技術 と将来展
望各社の協力 を得て委員長から投稿、H16
年 1月 号 に掲載。
② 各 分野で活躍する蒸気 タービン
H16年 9月 号 に掲載すべ く、八つの分野 に
分け、参加タービンメーカ8社 で執筆分担
することを決定。H16年 1月 、協会からの
正式要請 を受け、 4月 末の締切を目指 し各
社で執筆中である。
③ 2003年 度蒸気 タービン生産統計
国内の製造各社に資料提供を要請し、取 り
纏め作業中である。H16年 4月 末 までに、
協会に結果を報告する予定である。
●電源開発い桂沢発電所見学 (新型高圧発電
機 の初適用)
(2)第 2回 分科会開催 (平成 15年 9月 26日 、
東京電力い本店会議室、出席者 18名)
●6件 のテーマ発表 と討論
新下平発電所、新小荒発電所新設工事 の概
要について。 フランシス水車 ランナのキャ
ビテー ション性能の改善。奥津第二発電所
新設工事 の概要 と試験結果 について。耐摩
耗水力製品への表面処理技術の適用事例。本
川発電所新型 ランナの開発導入 と現地試験
結果について。水車お よびポンプ水車 にお
ける非定常動静翼干渉 に関す る一考察
●水車分科会発表テーマデータベースcD‐
R配 付
委員長 :酒 井吉弘 (富士電機)
(3)第 3回 分科会開催 (平成 15年 12月 12日、
幹 事 :萩原哲直 (荏原エ リオット)
東京電力的本店会議室、出席者 19名)
●6件 のテーマ発表 と討論
中小水力用可変速誘導発電 システムの現地
試験結果 につい て。 白峰発電所水車 ラ ンナ
委 員 :荒木達雄 (武蔵工大)、角家義樹 (摂南大)、池
田隆 (横国大)、塩幡宏規 (茨城大)、高久啓
(信州大 )、佐久 間俊雄 (電中研)、初芝信次
(日本 ベ ン トリー)、三明誠司 (東電)、鶴 田広
夫 (千代日化工)、長尾進 一郎 (東芝)、鹿野芳
ライナの耐摩耗性 の向上。水車主軸封水用
非接触型 カーボ ンシール。 ポ ンプ水 車 ス プ
(三菱重 工 )、徳永 覚 (三井造船)、今井善信
リッタランナの採用 について。天山発電所
ガイ ドベ ー ン漏水排水管 の亀裂原因 と対策
(川崎重工)
について。奥只見発電所 4号 機負荷遮断時
雄 (日立)、保永重治 (新日本造機)、野口俊英
水車分科会
[目的]
大学、ユ ーザ ー、 メー カーの技術者による水
車、 ポ ンプ水車 に関す る事例研究、問題点 の摘
出、研究成果の発表及 び討議 を通 し、技術 レベ
ルの向上をはかる。
[活動状況]
(1)第 1回 分科会開催 (平成 15年6月 3、4日 、
北海道電力帥北 2条 クラブ、出席者 18名)
●平成 15年度活動計画 の策定
●水車分科会発表テーマの分類 ・編集 の検討
●IHA揚 水発電所 デー タベ ース登録
の異常水圧変動
●協会誌特集号掲載検討
“)第 4回 分科会開催 (平成 16年 3月 8日 、
東京電力閉本店会議室、出席者 19名)
●6件 のテーマ発表 と討論
解析 による土砂摩耗評価。鋳鉄 に関す る欠陥
溶接補修 について。水車適用技術。水 車 ラ ン
ナの微生物腐食 につい て。大容量ポ ンプ水車
へ のガイ ドベ ー ン個別制御方式 の適用。流体
エ ネルギー資源の有効活用
主査 :久保田一正 (東電)
幹事 :中村高紀 (東芝)、原野正実 (日立)、鈴木健 一
(富士電機)、梅田成美 (東電)
ターボ機械第 32巻 第 12号 45
…
・
万θ 平成 15年度 各 種委員会 分科会活動報告 (5)
委員 :亀本喬司 (横国大)、金元敏明 (九工大)、高島和
信 (北電)、二坂広美 (東北電)、林伸幸 (中電)、
落合昭二 (北陸電)、青山順 (関電)、庄野弘高
一
(中電)、岡林和義 (四電)、畑瀬 樹 (九電)、稲
葉真
― (電発)、 日比野信也 (荏原)、桶川幸 二
(日本工営)、福 田暢英 (三菱)
介)へ の投稿
●キャビテー シ ヨンに関す る文献調査 と討議
※なお、分科会成果 については、第 6期 終了
時に成果報告書 としてまとめる。
主査 :井小萩利明 (東北大)
幹事 :川 崎聡 (石川島)、川造俊彦 (粟村)、小 林
一太
(三菱重工)
キ ャ ビテ ー シ ョ ン研 究 分 科 会
[目的]
キャビテー シ ヨンに関す る技術的課題 および
文献調査等情報収集 と討議
委員 :大場利二郎 (東北大)、岡村共由 (横国大)、加藤
洋治 (東洋大)、祖山均 (東北大)、服部修次 (福
井大)、浦西和夫 (電業社)、大家満彦 (西島)、菊
地将史 (日機装)、斉藤純夫 (荏原)、高橋 正睦
[活動状況]
(新潟 ウオシン トン)、析隆治 (新日造)、深谷征史
(1)分 科会活動
●第 1回 2∞3.7.18酉
島製作所。H14年 度活動
報告 、会計報告 。第 6期 の 活動計画 の検
(日立)、西村和夫 (クボタ)、松田恒信 (由倉)
タ ー ボ ポ ン プ分 科 会
検討。
討。講習会企画 (2004.1)の
●第 2回 2003.12.12福
井大学。 ターボ機械協
会会誌 (2004.4号 )原 稿案 の検討。第 31
[目的]
ターボポンプに関連 した技術 レベルの向上 と今
日的お よび将来的諸問題への理解 と解決 を図る。
回講習会お よび交流会 に関す る詳細検討 。
研究室見学。
●第 3回 2004.3.26東北大学。第 31回 講習会
ー
および交流会の報告 (アンケ ト結果)と
[活動状況]
平成 15年度 は3回 の分科会 を開催 し、話題提
供、ト ラブル事例 の継続的紹介 、な らびに諸施
ー
設見学 を介 してタ ボポンプに関す る技術的理
ー
解 を深 めた。今後 も引続 き、「ポンプインデユ
並 びに「ポンプの トラブル事例」に
サの設計指針」
ついて調査 ・継続 的討議 を重 ねる とともに、常
“
に「
今 日的課題 とは何か」を模索 しつつ 情報発
"と
して活動す る予定である。 また「ポ ン
信 の場
質問事項へ の対応 について。今後 の具体 的
活動計画 についての討議。
●第 31回講習会 「キヤビテー シ ヨンの基礎 と
第 29回
損傷 の予測」 の開催 (2004.1.26)。
講習会 (2003.3.28)に引 き続 き実施。講習
会後 に交流会を企画 。実施。
(2)主 な成果
●第 5期 成果報告書 の発行
●第 31回講習会お よび交流会 の実施
ア ンケー ト結果 より、講習会 は概ね成功 し
た と考 えられ る。交流会 には若手技術者が
多 く参加 し、活発 な意見交換 がで きた。反
ー
省点 :ユ ザ参加者 を増やす ために事前活
動 したが、少なか つた。
●ター ボ機械協会 会誌 (2004.4号 :指 針紹
46 2∞ 4年 12月
プ関連エンジエアの育成」を考慮 して企業側委員
には若手 エ ンジニ アの分科会へ の同伴 をお願 い
しているほか、新 たな活動 を企画 している。
(1)第 43回 (平成 15年 6月 12日)
●話題 :「 振動技術者 の資格認証 について」
ー
原子力用高信頼性 メカニ カルシ ルの 開
「
ー
最新 メカニ カルシ ルについて」
発」 「
●施設見学 :日本 ピラーエ業lal三田工場
(2)第 44回 (平成 15年 9月 26日 )
●話題 :「 イ ンデューサ設計指針 の作成 「
今
平成 15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告… (6)7_5r
遠心 ポ ンプお よ
後 の活動方針 につい て」 「
びフランシス水車軸 ス ラス トの予測計算」
「ポ ンプの流体騒音解析」
●施設見学 :横 浜国立大学流体実験室
(3)第 45回 (平成 15年 11月27日 )
●話題 :「 活動方針 につい て」 「
未加入会員
の勧誘 について」
●施設見学 :粟村製作所米子工場
主 査 :松井純 (横国大)
副主査 :古川明徳 (九大)
委 員 :黒川淳― (横国大)、菊山功嗣 (名大)、辻本良
信 (阪大)、塚本寛 (九工大)、田中正 人 (東
大)、長谷川豊 (名大)、加藤千幸 (東大)、朝
倉栄次 (名大)、宇野美津夫 (九共大)、田中禎
― (八代 工専)、渡邊聡 (九大)、今村博 (名
●水車 ランナのキャビテーション予測 について
●IEC WG18出席報告
●国際水 フォー ラム出席報告
(2)第 33回分科会 :H15年 H月 25日、神奈
川大学横浜 キヤンパス
●次期 IEC規 格 に提案 した軸流水車 の性能換
算式 の概要 について
●三峡発電所 の建設状況 について
●潮流発電機用 フロー トの水力特性 につい て
●市民 フォー ラムの開催 について
主査 :金元敏明 (九工大)
幹事 :中西裕二 (神奈川大)、萩野光俊 (荏原)、田中邦
典 (電発)
委員 :青 山順 (関電)、赤池志郎 (神奈工大)、井田富夫
大)、山田仁 (航技研)、橋本知之 (航技研 )、
(神奈川大名誉教授)、稲垣守人 (日本 自然エ ネル
ギー)、宇野美津夫 (九共大)、大西裕文 (イーム
内海政春 (宇宙開発事業団)、築谷朋典 (国立
循環器病 センター)、横井正 (横井事務所)、荒
ルエ)、菊山功嗣 (名古屋大)、北洞貴也 (湘南工
大)、黒川淳― (横国大)、鈴木敏暁 (東芝)、日
井通晴 (石川島)、飯坂 一夫 (鶴見)、井戸章雄
中宏、○田中正広 (中電)、○谷清 人 (日立)塚
(電業社)、井上裕之 (クボタ)、植山淑治 (日
立イングス トリイズ)、榎本隆 (荏原)、荻野和
本直史 (富士 フォイ ト)、塚本寛 (九工大)、長藤
友建 (東海 職業能力大 学校 )、 *新 倉和 夫 (日
男 (栗村)、長田俊幸 (三菱重工)、久保田康志
立 )、*牧 野正建 (中電)、正木和行 (東電)、 三
(日機装)、後藤彰 (荏原総研)、山田真照 (日
本 ピラー)、酒井博 (帝国電機)、清水勇人 (日
立)、高 田佐太 ― (酉島)、山 田豊 (大同 メタ
浦誠二 (日立)、宮川和芳 (三菱重工)、森下英明
(新エ ネ財団)、失原二郎 (四電)
(○は途中就任、*は途中退任 を示す)
ル)、宮川和芳 (三菱重工)
ア ドバ イザー :山本和義 (荏原)
風 力発電 に関す る調査研究分科会
ハ イ ドロ タ ー ビ ン性 能 予 測 分 科 会
地球規模環境問題 が顕在化す るなかで,世 界
[目的]
[目的]
ハ イ ドロター ビン内に生 じる各種水力損失を解
析 して性能予測法を検討す る。
[活動状況]
(1)第 32回 分科会 :H15年 5月 15日 、神奈
川大学横浜キヤンパス
●ポ ンプ水車 ドラフ トチ ューブ コアのふれ回
り挙動について
お よび我国での風力発電 の積極的な開発 をめざし
てい る。 このため、産官学 の研究者 による風力発
電 お よび開発 に関す る諸問題 を明 らかにする。
[活動状況]
平成 15年 4月 よ り平成 16年 3月 まで に下記
の研 究会 を 開催 した。 12月 16日 三重 大学 工 学
渦 とターボ機械」九州大学大学
部 17番教室 「
院工学研究院機械科学部門、井上雅弘教授。
ターボ機械第32巻 第 12号 47
…
752 平 成15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告 (7)
主査 :清水幸丸 (二重大)
幹事 :福 島康雄 (日立 インダス トリイズ)、
幹事 :菊山功嗣 (名大)
一
委員 :山根隆 郎 (国士舘大)、大田英輔 (早大)、牛山
委員 :柏 原康成 (神奈工大)、神吉博 (神戸大)、水本新
泉 (足利工大)、関和市 (東海大)、澤 田雅 (秋田
宮輝 (産総研)、長谷洋典 (新エネ産業開発)、猪
ス)、中村修 (住化)、切替仁 (三井化)、宮本和史
一
(三菱化)、中村 夫 (出光エンジ)、渡辺徳明 (コ
スモ)、小郷友之 (ジャパ ンエナジー)、仲山浩司
股登 (東北電)、石井公生 (東電)、坂井幸雄 (北
(東燃ゼネラル)、吉良博 (新日石エンジ)、小川重
電)、三島清志 (中電)、矢原二郎 (四電)、松永
文 (千代 田化工)、竹 中伸夫 (日揮 )、瀬尾 直陽
芳明 (九電)、宮城春元 (沖電)、西林寿治 (電
(石川島)、安斎章 (荏原 エ リオ ツ ト)、笠井信雄
発)、弥冨裕治 (三菱)、小 野里久 (石川島)、斉
― ・(日立エ ンジ)
藤純夫 (荏原)、王造 貞
(川重)、宮地利和 (神鋼)、井上良雄 (三井造)、
鳥取大)、木村茂雄 (神奈工大)、松
大)、林農 (′
タ ー ボ機 械 の 信 頼 性 向 上調 査研 究 分科会
平 (法大)、辻 田誠 (東電)、木本憲太郎 (東 ガ
小林雅博 (三菱)河 合洋二 (東洋エンジ)、
タ ー ビ ン製 造 技 術 分 科 会
[目的]
ター ボ機械 の運 転保守 の場 におけ る機器寿
ー
命、信頼性 などの問題 に焦点 を当て、ユ ザ側
の現状 とニーズ、供給側 の技術動向 につい て調
査研究 ・情報交換 を行 な う。
[目的]
ター ビン製造技術 に関 して最先端技術 を講演
工場見学等 の実施 により情報収集 し製造技術
会・
[活動状況]
(1)15年 6月 9日 (東燃ゼネラル駒込研修センタ)
●委員及 び外部関連企業か らの話題提供 を基
に討議 を行 った。 ターボ機械 の振動 (神吉
ー
委員)、ド ライガスシ ルの トラブル事例
ー
(新日石エ ンジ)、蒸気 タ ビンの補修技術
(三菱)、 ステ ンレス製 ダイヤフラムカップ
リングの紹介 (新潟 イー グル)
(1)開 脚
今年度 は下記の2回 の分科会 を実施 した。
●第 1回 分科会 (平成 15年6月 27日側東芝京浜
(2)平 成 15年10月8日 (荏原製作所袖 ケ浦工場)
●委員及 び外部関連企業か らの話題提供 を基
に討議 を行 つた。すべ り軸受 を持 つ回転機
械 の シス テム同定 (新川)、振動診断士 に
関す る内容紹介 (日立)、記念講演会案内
(3)平 成 16年 1月 28日 (日立製作所本社 ビル)
●委員 を中心 に下記議題 につい て審議 した。
ターボ機械誌へ の投稿 について。今後 の分
ー
科会活動 について (アンケ ト結果 をもと
に今後 の活動内容 について討議 した)
主査 :横井正 (横井事務所)
48 2004年 12月
の向上に努 める。
[活動状況]
事業所 にて開催)
●第 2回 分科会 (平成 15年10月16日川崎重工業
いにて開催)
(2)活 動内容
タービン製造技術分科会」
平成 H年 度発足 した 「
も5年 目とな り今年度 は分科会の活動の締めとし
てターボ機械協会主催による講習会 を計画 し、そ
ー ー
れに向け活動を実施 した。講習会はオブサ バ
としてこれまで活動頂いた素材 メーカ、工具 メー
カ、工作機械 メーカの方 々にも参加 をお願い し8
月28、29日に機械振興会館で実施 した。講習会ヘ
の出席者は"名 (欠席 1/名う 。 これまでの活動の
締め くくりとして川崎重工業い にて最終分科会 を
実施 し、 5年 間にわたる活動 を終了 した。
主査 :河合親宏 (東芝)
幹事 :箱崎信之 (日立)、光齋直樹 (三菱重工)、森谷信
…
平成 15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告 (8)75_3
尾委員
生 (富士電機)、高村和朗 (荏原エ リオット)
一
郎 (横国大)、水庭聖 (日立)、中村克也 (三菱重
第 2回 話題提供 (参加人員 21名)
●蒸気 ター ビンのCFD解 析例 の紹介 (三菱)
工)、中津川真 (富士電機)、宮本栄治 (荏原エ リ
オット)、石川正義 (川重)、一戸孝夫 (JFE)、高
宮脇氏
●CFDの ター ビン翼列設計 への適用 (富士電
安進 (東芝)
機)加 藤氏
第 3回 話題提供 (参加人員 16名)
●蒸気 ガス物性がCFD解 析 に与 える影響 につ
委員 :池 田隆 (横国大)、角家義樹 (摂南大)、高木純
オブサ ーバ ー :池 田 (日本製鋼)、谷本 (日本鋳鍛銅)、
大原 (住重 フォージング)、藤井 (東芝マ
シナリー)、堂丸 (三菱重工)、長森 (日
立ッール)、長谷川 (三菱マテリアル)
タ ー ビン性 能 分科会
[目的]
蒸気 ター ビン性能設計 ・評価 には各種 の流れ
解析 ソフ トウエアが使用 されてい る。 これら設
計支援 ツールを若手技術者 。研究者 を交えて調
一
査 ・研究 し、技術伝承 の 助 とす るとともに、
相互交流 を図 り性能設計技術 の発展 に寄与す る。
[活動状況]
.(1)分 科会
平成 15年9月 22日 、平成 15年 H月 28日 、平
成 16年 2月 13日の 3回 開催 した。以下 の話題
提供 を基 にして活発 な討論 を行 い、今後の展開
を含 め議論 した。資料 は配布せず、パ ソコンで
の発表 とす ることで、 よ り内容 を充実 させ 自由
に討論 できる雰囲気 を作 ることとした。参加者
は、各社委員以外 にも参加 自由 とし、蒸気機械
委員会 か らの出席 もお願 い してい る。
(2)活 動内容
第 1回 話題提供 (参加 人員 18名 )主 査 よ り
主 旨 と進め方 を説明。了解 いただ くとともに
下記 の話題提供実施
●基調講演 「ター ビン性能予測推定法」 (横
国大)池 田委員
●蒸気 ター ビン設計 におけるcFDの 適用 (東
芝)田 沼幹事
●蒸気 ター ビン用 CFD技 術 の 開発 (日立)妹
いて (川崎重工 )阪 井氏
●遺伝的 アルゴ リズムによるター ビン翼列空
力最適化 (三菱)平 野氏
●高負荷静 ・動翼 の設計例 (日立)瀬 川氏
主査 :鹿野芳雄 (日立)
幹事 :中村憲司 (富士電機)、野 口俊英 (三菱重工)田
沼唯士 (東芝)
委員 :池 田隆 (横国大)、吉野伸 (東電)、西内昌義 (荏
原 エ リオット)、奥野研 ― (東芝)、妹尾茂樹 (日
立)、森下浩志 (川崎重工)、加藤俊樹 (新日本造
機)、堀進一 (三菱重工)
ポ ンプ吸 込水槽 模 型 試 験基 準 改 訂 委 員会
[目的]
日本機械学会基準 「ポ ンプの吸込水槽 の模型
ー
試験法」 (JSME S 004)を見直 し、新 たにタ
ボ機械協会基準案 を作成す る。
[活動状況]
(1)第 4回 委員会
日時 :平成 15年10月24日 13:30∼ 17:30
場所 :ω荏原製作所羽田工場会議室
<WG活
動報告 >
各 WGよ り、模型水槽実験 の結果、従来基準
による判定評価 の是非、CFDベ ンチマークテス
トの実施要領、国際規格 の動向 な どについて報
告 がなされ、意見交換 を行 った。
<上 記模型水槽実験見学 >
<研 究 。文献紹介 >
「
渦法 によるポ ンプ吸込水槽流れの非定常解
ターボ機械第32巻 第 12号 49
75イ平 成15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告…(9)
析」 お よび 「ポ ンプ吸込水槽 における渦発生予
淑I解析 と設計適用事例」 が紹介 された。
(2)第 5回 委員会
での波立ち、IIIとの関連等が議論 された。
●研究紹介 :「 高速増殖炉 におけるガス巻込
み研究の現状」 につ き紹介 された。
日時 :平成 15年 12月 19日 13:30∼ 17:10
に)第 7回 委員会
場所 :い 日立製作所本社26会議室
<WG活 動報告 >
●相似則WG:上 記水槽 と同一形状 の模型水
日時 :平成 16年 3月 17日13:30∼ 18:00
場所 :横浜国立大学工学部生産工学科会議室
槽実験 で得 られた流速分布測定結果 につい
て報告 されたが、上記水槽 と流入部形状が
異なるため流速分布形状が異なった。
●CFD WG:ベ ンチマー クの 中間報告 と して
5件 が報告 された。本質的 に非定常 であ る
渦を定常 として解析す ることの妥当性につ
き議論 された。
<研 究 。文献紹介 >
「
水 中渦回 り流速分布 のPIVの 測定結果 と流
れ解析結果の比較」お よび 「
水槽 の渦のCFDに
ー
よる商業ベ スでの解析事例」 が紹介 された。
(3)第 6回 委員会
日時 :平成 16年 1月 16日 13:30∼ 18:50
場所 :lla荏
原製作所品川事務所会議室
<WG活 動報告 >
●相似則WG:水 槽実験 で撮影 された渦の ビ
<WG活 動報告 >
●CFDWG:1件
のベ ンチ マー ク結果 が報告
された。ベ ンチマー ク結果 を纏めた報告書
を作成することにする。
●その他 WG:平 成 15年度 に実施 された (独)
土木研究所 とllDポンプ施設技術協会 による
「
高速流路 の設計手法 の高度化 に関す る共
同研究報告書」 の渦評価法が参考 になるこ
とが紹介 された。
<基 準草案の審議 >
●前回委員会 で審議 され改訂 された草案 の最
終審議がなされた。用語、空気吸込渦の許
容基準、流速 に関する相似式、渦の断続性
参考文献、水槽試験 の実施例等 を中心 に議
CFDに よる吸
論 された。「
解説」 の章 に 「
込渦 の予測法」 と題す る解説 を載せ る。
デオ映像が報告 され渦の回転方向、気泡の
影響、水面波 の影響等が議論 された。
●渦 の判定評価 WG:渦 の持続性、間欠性 を
<実 施計画 >
●第 2期 委員会 :平 成 16年 5月 18日に第 2
期委員会の設置 を申請予定 し、 6月 か ら年
4回 の開催 を予定 してい る。
中心 に議論 された。
●CFDWG:7件
のベ ンチマー クの結果が報
●改訂原案作成 :平 成 16年 5月 18日に事務
局 (水力機械委員会)へ 提出す る。
告 された。
●その他 WG:基
委員長 :亀本喬司 (横国大)
準 に掲載す る水槽 の実例 の
提案が要請 された。
<基 準草案 の審議 >
●現行基準 と改訂案 との対照表 に纏 めた草案
資料 にて各 WGで の検討結果 をもとに審議
され、特 に語句 の定義 (多少 の空気混入、
断続渦)、現行基準の相似則の保守性、渦の
非定常性 (渦の発生周期 と持続時間)、水面
5 0 2 0 0 4 年1 2 月
幹 事 :岡 村共 由 (日立 イ ン ダス トリイズ 、横 国大
(H16.4から))、松井純 (横国大)
委 員 :井小萩fll明(東北大)、塚本寛 (九工大)、杉ロ
龍宣 (東京都 下水道局)、中達雄 (農工研)、宮
内輝幸 (河川 ポ ンプ協 会)、 山本幸広 (土木
研)、江口譲 (電中研)、塩原元哲 (東電)、田
尻文生 (関電)、井戸章雄 (電業社)、井上裕之
(クボタ)、岩崎稔 (日立)、勝部能民 (粟村)、
平成 15年度 各 種委員会 ・分科会活動報告 … (10)755
富 田強 (荏原)、前 日英昭 (西島)、山本康 晴
(三菱重工)
模 型 に よ る フ ァ ン ・ブロワの 性 能試験 及
び検 査 方 法
[目的]
大形 のフアン ・ブ ロワの工場 にお ける性能試
伴 い改訂 JISにおい ても旧JISを引継 い だ本文 と
付属書 の選択方式 となつてい る。本基準 では基
準本文 お よび解説 と改訂 JISの規格本文 お よび
解説 との整合 をとるように修 正 を行 い、付属書
との直接 の対応 にまでは拡げてい ない。付属書
の試験方法 を用 い る場合 はこれに準 じて適用す
ればよい と考 えられる。
本基準 の付録 I∼ Ⅳについ ては、旧基準制定
験が設備 の都合上で きず模型試験 を行 う必要 の
生 じる場合がある。本基準 は模型試験 を行 う際
の 唯 一 の 基準 で あ るため 日本 機 械 学 会基 準
以後数値解析技術等 の進歩 により研究が大 きく
進展 しているため記述内容 や引用文献が古 くな
JSME S005(1984)の 廃上 に伴 い全面的な見直
しを行 い、 ター ボ機械協会基準 として引継 ぐた
っているが、基準作成 の背景 や考 え方の解説 と
して意 義 がある と考 え られるためそ の まま残
めの改訂作業 を行 う。
し、改訂 JISとの整合 については注記 を加えた。
またt引 用 されて い る図表 はその まま引継 い
だ。 さらに各委員が詳細な検討 を行 い、結果 を
平成 16年3月 末 までにまとめ、 4月 の理事会ヘ
[活動状況]
平成 15年 10月 にWGを 組織 して改訂原案 を
作成 し、平成 16年 2月 19日の第 1回 委員会 に
おいて原案を審議 し、修正の後承認 した。
見 直 しにあ た り、 2000年 に改 訂 され た JIS
B8330お よびB8340と の整合 を図 る ことを主 と
提出 して承認 を求めた。承認が得 られれば印刷
作業に入 り、本協会基準 として発行す る。
委員長 :井上雅弘 (九大)
した。改訂 JIS規格 ではISO規 格 との 整合 の た
― (電業社)
幹 事 :向林範久 (荏原エ リオット)、奥田温
めISO規 格 を翻訳 した もの が付 属書 として加 え
委 員 :青木素直 (三菱重工 )、荒木達雄 (武蔵 工大)、
有賀一郎 (慶応大)、北山陽― (日立)、久保 田
られて規格 となってい る。ISO規 格 は米 国お よ
び ヨー ロ ッパ諸 国 で使用 されてい る各国独 自の
信昭 (荏原ハマ ダ)、小林紘 (航技研)、酒井俊
規格 のほ とん どすべ ての試験装置、方法 をその
まま採用 してお り、 いず れ を使用す るか につい
道 (東京理科大)、玉木秀明 (石川島)、野本秀
一
雄 (東芝)、長谷 川宏 (東ガス)、 山根隆 郎
ては規格 を使 う側 の選択 に任せ てい る。 これに
(国士舘大)横 井正 (IPB)
ターボ機械協会講演会 、セミナ ー年間予定
開催 日、会場
詳細 はターボ機械協会事務局 まで問い合わせ下 さい。
行事名
2005年 1月 12日、13日 荏 原製作所 羽 田工場
ー
第 64回 セ ミナー 「ターボ機械基礎技術 セ ミナ ポ ンプ編」
―ポ ンプの障害事例 と理論 ―
2005年 3月
東京
ー
第 32回講習会 テ マ :風 力 関係
2005年 4月
東京
ー
ー
ー
第65回 セミナ 「タ ボ機械基礎技術 セ ミナ 水 車編」
ターボ機械第32巻 第 12号 51
π6 1 S O / T C H 5 、
EUROPUMP会
ー
…
ー
議 とキ ヤ ビテ シ ョン損 傷 ワ ク シ ヨツプ ( 1 )
会議報告〕
〔
議と
ISO/TCl15t EUROPUMP会
キャ ビテ ー シ ョン損傷 ワー クシ ョップ
浦西和夫
*
1. は じめ に
2004年 5月 19日、イギ リス、 イース トボ ー
ンで 開催 されたISO/TCl15(ポ ンプ)お よび
ンプ ー据付及 び特殊用
ISO/TCl15/SC3(ポ
途)の会議 に参加 し、引 き続 き行われた20∼ 22
日のEUROPUMP 2CD4会 議 を聴講する ことがで
きた。また、26∼27日、 フランス、バ ルデ ロイ
にてキヤビテー シ ヨン損傷 のワー クシ ョップが
開催 され、 この会議 にお い て、TSJ G 001「ポ
ンプのキャビテー シ ョン損傷 の予測 と評価」 を
海外 に向けて発信す る機会 に恵 まれた。
ISOと EIIROPIIMP会 議 の詳細 は別 の報告
Fig.l
Location of visiting city
(1)に
譲 ることに し、 ここでは、 これ らの会議 にお い
て、 ポ ンプに関す るISO規 格 にお け る 日本 の立
場 、 これか らの関係 の持 ち方 な どについ て感 じ
た ことを紹介す る とともにキ ヤ ビテ ー シ ョン損
傷 ワー クシ ヨツプの概要 を報告す る。
ン プ )国 際 会 議
2.ISO/TCl15(ポ
ロン ドンの南方 100km、ド ーバ海峡 に近 い保
養地であるイース トボー ン (Fig.1)のグラ ン ド
で、アジアか らの参加者 は、荏原製作所外 山幸
夫氏 と私 の 2名 のみであつた。
現在 、 ポ ンプのISO規 格作成現場 では、EN
規格 (ベー スは西 欧 の 各 国規格 )と ANSI規 格
( ベー ス はH I 及 びA P I ) の I S O 化 が活発 に行 われ
て い る 。 EU提 案 と して は 、 ポ ン プ用 語
(EN12723)、 ポ ン プ騒音 (EN12639)、 ア メ リカ
)で は、粘
提案 としては、HI(Hydraulic lnstitu“
度 換 算 (H19.6.7)、ポ ン プ配 管 の 要 求 事 項
API(Ahe五 can PetЮ
leum lnstitute)で
ホテ ルで BPMA(British Pump Manufacturers' (H19.6.6)、
は、石油用遠心 ポ ンプの技術仕様 (AP1610)、石
Associadon)準
備 の下、TCl15の会議が開催 され
油用往復動 ポ ンプの技術仕様 (AP1674)、ポ ンプ
た。参加者 は、西欧、 アメリカか らの委員が主
* 帥 電業社機械製作所 生 産本部
E‐
mail:[email protected]
原稿受付 日 平 成 1 6 年8 月 6 日
5 2 2 0 0 4 年1 2 月
の軸封 システム (AP1682)がある。
1 9 9 8 年 よ リア メ リ カ H I と ヨ ー ロ ッ パ
EUROPUMP(イ
ギ リ ス BPMA、 フ ラ ンス
I S O / T C l 1 5 、 E U R O P U N I P 会 議 とキ ヤ ビテ ー シ ョン損 傷 ワ ー クシ ヨ ップ … ( 2 )
Body
Hydrau:ic lnstitute
EUROPUMP′
Partners
Chair
ｎ
。
ｓ
ｉ
珈﹂
ａ
ｉ
I D ■ に K a 試卿 p E U t t O P u M P , k 3 B ― R B u s a H L 日o w s b r v e l
Secretanat
G.Romanyshyni H!
F.K:ltsch,EUROPUMP,VDMA―
Preparatlon,Elaboratlon and Di,cu,S:On of Standards Prolects
to the:aunch of:SO routine
PrOgramme of work:
t s under work
Prol∝
edures
o Test
pr∝ oS0 9906)
Prolects under preparation o Pump Piping
correction
Fig.2
0rganization of lntemationaI Pump lndustry Standardisation Committee
AFNOR[Associatton Francaise dc Norlnalization、 3. EUROPUMP 2004会
議
フラ ンス規格協 会]、ド イツVDMA[Verband
ISO/TCl15会 議 に引 き続 き、EUROPUMP
②
Deutscher Machinen、
ド イツ機械設備製作協会]
(18ケ国、450社 加盟)会議 が開催 された。 ま
ー ロ ッ パ 18カ
た、会議 に並行 して、イース トボー ン市内 にあ
な どヨ
国 の 組 織 )は 、 IPSC(The
lntemational Pump lndustt Standardi測
on Co― ittec)
lpha Lava1/Rotary
るI I N I I D / S e a l l e s s p u m p sA と
を共 同運営 (Fig.2)し てお り、各種原案 の作成
p u m p s の 工 場見 学 が行 われ た 。
はその他の 国 (残念 なが らこの 中に日本 が含 ま
れてい る)の 作業支援 が な くて も進 んで い るの
が実情 で ある。粘度換 算 、配管要求及 びポ ンプ
試験法 の 3つ の規格 は、 この方式 を採用 してい
る。前 2者 につ い ては 、WG(Working Group、
作業部会)委 員 の登録 要請 があ ったが 、 ポ ンプ
試験 方 法 につ い て は 、wG委 員登 録 要 請 が な
く、改定作業 を行 っているとの情報 は2003年 2
一
会議 は、 ワー クシ ョップ、 各委員会報告、
般 講演 の部 か らな り、全 体 会議 形式 で 進行 し
た。 ワ ー クシ ョップでは、地球環境 に関連 した
エ ネルギ ー問題 をテーマ に、 ポ ンプの可変速駆
製 品の購入
動 システム、LCC(Life Cycle Cost、
か ら、据付、 メ ンテナ ンス、運転、廃却 まで含
めた総 コス ト)な どが話題 として取 上 げ られた。
EUROPUMPに
は 、規格 委員 会 、技術 委 員 会 、
委員 会 、 中小 企 業 ネ ッ トワ ー ク委員
月 のHI会 議参加 によ り得 た。IPScの WGで CD
作成 し、Pメ ンバ (投票権 を持 つ 国、現在 21ケ
市場 調査
国、 これ以外 に規 格案 は 回覧 され るが、投票権
の ない 0メ ンバ 20ケ 国 がある。)に CDの 投票 回
一
覧 をす ることで 時間短縮 を図 つている。 もう
つ の時間短縮法 としては、最近 のIT環 境 の発達
部会 にて行 われている。規格委員会 では、ISO、
ー
EN規 格以外 に も、欧州指令 (夕
1えば、安全 マ
クや電磁 波 障害 な ど)の 検討 が行 われて い る。
に よ り、粘度換算 の規格 で用 い られた電 話会議
や メー ル によ り提案 ・コメン トのや り取 りがあ
る。 これ らは、従来、 5∼ 7年 かかって い た規
格発行 までの 時 間 を 3年 に短縮す るため に役 立
ってい る。
会、広報 。出版委員会が設 け られ、実務 は作業
市 場 調 査 委 員 会 で は、EUで の ポ ン プ生 産 高
ー
(Fig.3)、輸 出入額、 ユ ー ロの対 ドル レ トの
上昇傾 向な どが 紹介 された。
EUROPUMPの 会議 は、ユーロポンプメーカ
に対する各委員会等で行 っている検討 ・成果の
報告 の場 であ り、本会議中の議論 は少ない。
ターボ機械第 32巻 第 12号 53
EUROPUMP会
758 1SO/TCl15、
議 とキ ャ ビテ ー シ ョン損 傷 ワー ク シ ョツプ … ( 3 )
Other Countries
170/。
Other Countries
Unled Kingdom
120/。
2003
Source:Eurostat,Nat associations
Fig.3
EU pump production 2003//2002
個 々の議論 は 2∼ 3ケ 月お きに開催 される各委
員会 の中で行 われてお り、Ⅲ 会議が各委員会 に
分かれて一 日か けて議論するの とは対照的であ
る。 したが って、提供 される情報 も、概論的な
ものであ った。
会議参加者 は 130人程度 (同伴夫人 も含 む。
社長、役員、営業 マン、各国のポンプ製造業者
協会事務局員が 中心 で、技術屋 は少ない。
)で あ
る。話題提供者や会 の運営 は、BPMAを は じめ
とす る、各国のPMAの 事務局 が分担 。準備 し、
手際 よ く行 ってお り、情報伝達 の面 では成功 し
てい ると感ぜ られた。
一
朝、昼、晩 の食事 は、全員 緒 にとるので、
食事時間が、情報交換 の場 (Fig.4)とな ってい
る。 日常会話中心で、難 しい技術的な話 はない
が、人脈 を作 るには最適 で、 これ らの人を通 じ
て、今後、情報交換がで きることに大 きなメリ
ッ トがある。
ISOと EUROPUMPの
ISOの
会 議 に 参 加 して み て 、
本 会 議 だ け で は な く 、 HIあ る い は
EUROPUMPの
会 議 に も参 加 し、 facёto faceで
人脈 を つ く り、 日本 の 意 見 が 言 え る場 を こ れ か
54 2CX14年12月
Fig.4
Welcome party at poolside barbecue
ら構築 ・維持 してい くことが、 日本 の規格や意
見 の反映 に とつて重要 で ある と実感 させ られ
た 。 HIと EUROPUMPHの
親 密 な 関 係 を見 聞 き
一
し、 さ ら に 歩 進 ん で 、 H I あ る い は E I I R O P I J M P
との共同作業関係 を考 えてい く必要があるとも思
われる。HI事 務局 (Mr.Roben Asda)からは、 日
しないか と持 ち
本 も共同作業 (Collaboration)を
かけられてい る。組織 の しっか りしてい るグル
ープと共同関係 を維持発展 させ てい くには、0
日本産業機械工業会、風水力部会に設けられて
い るポ ンプ国際規格審議会、 ポ ンプ技術者連盟
ISO/TCH5、
ー
ー
議 とキ ヤ ビテ シ ョン損 傷 ワ クシ ヨ ップ … (4)万 9
EUROPUMP会
とターボ機械協会 (大学関係者)とのよ り親密 な
協調関係 の構築 を進めてい くことが必要である
と考 えてい る。
4. キ ャビテ ー ション損傷 ワー クショップ
キャ ビテー シ ョン損傷 の ワー クシ ョツプ (以
下、WSと 呼 ぶ)が、2004年5月 27-28日の 2日
間の会期 でフランスパ リの北西 100km、ノルマ
ンジー地方 ルー ア ンに近 いバルデ ロイ (Fig.1)
のBEC(Bassin dbssais des carenes、
船舶研究所)
にて50名 弱 の参加 の もと、 開催 された。 この
BECの 概要 を紹介す る。
4-1 発
表論文 の概要
ー
キャビテ シ ョン損傷 と題 したWSで あるの
で 、加藤先 生 の 「キ ャ ビテ ー シ ョンの有効利
用」 の講演以外 はすべ て、損傷 の基礎研究 とキ
ャビテー ションの障害 に関す るものであった。
(1)キ ヤビテー シ ヨン及 びキヤビテー ション
損傷 の基礎研究
ー
① 翼 面上のシー トキヤビテ シ ヨンの 1∼
3万 コマ/秒 の観測 よ り、1次 クリアキヤ
WSは 、EROCAV‐pnectと称す るプロペ ラのキ
ャビテー ション損傷 に関するユ ー ロ圏のプロジ
ェク ト活動 の一環 として開催 された もので、参
ビ、 2次 クラウ ドキヤビ、 2次 キヤビの崩
壊、 マ イクロキャビ崩壊、 リバ ウ ン ドの気
泡崩壊過程 について報告。
② 対 称翼 のス イープ後退角度 の影響 につい
加者 のほとんどはこのプロジェク トに参加 して
いる大学、研究機関の研究者 であった。2005年
て、PIVと 気泡観測 の 同時観測 による空洞
内外 の速度分布 の解明。
② の 試験 にお いて、空気含有度 の増加
C o m m i t t e c ) に対 して 提 出 さ れ る との こ とで あ
(α=1%→ 4%)に よ り、損傷量が減少。
ー
る 。 議 長 P r O f . M . B i l l e t ( P e n n . s t a t e U n i v . U S A ) 、 音速減少 によるによるウォ タハ ンマカ の
減少。 ス イープ角が大 きくなると騒音周波
事務局 Mr.J.Friesch(HSVA、 独)に よつて運営
され て い る 。 この プ ロ ジェ ク トの 概 要 は 、
数 は大 き くな リクラウ ドの規模 は縮小 す
に は 報 告 書 が ITTC(International Towing Tank
http力VWW.eЮcav.deを参照願 いたい。
このWSに は、 キャビテーシ ョン研究分科会
以下
(Research Committee on Cavitation Erosion、
ー
ぶ
よ
タ
ボ
RCCEと 呼 )が
機械協会 り昨年発行
ポ ンプのキャビテーション損傷
したTSJ G 001「
の予測 と評価」を海外 PRす る 目的のために参加
す ることにした。分科会委員 では、前委員長 の
加藤洋治先生 にも出席 いただき、先生 のお力添
えもあ り、 ヨー ロ ッパ 、 アメリカか らの参加者
にTSJ G 001のプレゼ ンテ‐ シ ョンを行 うこと
がで きた。
WSで の発表件数 は 18件で、加藤先 生の 「キ
ャ ビテ ー シ ョンの これか らはfrOm harmful to
の飛 び入 り講演 も行 われた。講演の合間
useful」
には、研究所 の試験装置 の見学 も行 われた。以
下 では、Table lに記載 されてい る発表論文や
③
に よ り解析
る。Fluent6.l Modified VoF法
(核分布 は不含)も行 っている。 ここでの結
“
論 、 The present results promise thc prediction
of cavitation erosion in 測精度向
future."予
上につ なげてい きたい ものである。
④ 2次 元翼の解析 を行 い、単位面積 パ あ
た りの損傷のポテンシャルカPは 体積損傷
8。
量yに比例するP/パ ∝y・
⑤ 穴 付 き回転円板試験装置による損傷に対
する回転速度Nの 影響 について、損傷 ビツ
・
2。 2
7、
ト数∝Ⅳ66、音圧 ∝Ⅳ 損傷量∝Ⅳ
つの回転速度 (15∞と1800min l)か
ら実験
ー
ー
ロ
パ
ン
い
タ
変化
式 を求めて るが、 フ
(誘起される流速が変化すると思われる)に
ついての言及はなかつた。
ー
⑨ Pem State大学のキャビテ ション損傷試
ターボ機械第32巻 第 12号 55
%θ ISO/TCl15、
EUROPUMP会
ー
ー
… (5)
議 と キ ヤ ビ テ シ ョ ン損 傷 ワ ク シ ヨ ップ
丁able l
List ofpresented Papers
TitL and authors
No
①
w of ale deve10pmenttowards erοsive collapses
A theoretical approach to an extended vた
G.Bark(Chalmers univ)
ree―
on、 Part l:山
dimensional
Exド 五mental and numoical study of cavimtion erosion on shgle foil
hydЮconflgtta■
②
unsteady cavitalon effects on a single hydrofoil
R.Bachert.B.Stoffel,M.Duler(Darmsぬ
k(Univv.ofttubuana)
dt Univ.),B.SiЮ
ExpeHmental and numerical study ofcavitation erosion on single hydrofoil conflgurations;Part 2:Pit count erosion
③
study and numerical simulaion Of Cavitating flow
M.Duler,B.StofFel,R.Bachert(Darrnstadt Univ.),B.Sirok(Univv.ofttublana)
④
⑤
A phenomenological and numerical model for scaling the flow aggressiveness in cavitaion erosion
LEMD), L Brilancon― Mariollet(DGA― BEC)
R.Fortes‐Patella(LEGI), J.L.Rebound(CNRS―
ion
uence of flow velocity on erosive aggressiveness of caviセ
Expe五 rnental investigatons cOnceming tte in■
R.Bacllert,B.Stoffel(Darlnsudt Univ.), S.Baumgarten(KSB AG)
new phenomena and practies in design
Preventing cavitation erosion on propeller blade―
⑥
Wartsila Propulsion Netherlands BV
⑦
owscavitting■
in itteCdOn equlpment
Predicdon of erosive effects of
D.Greit R.Tatsch(AVL List GmbH), U.Iben,M.Voss(Robert Bosch),A.Morozov(TU Graz)
③
J . 尉e s c h ( H S V A ) , G . K u i p e r ( M A R I N ) L B H a n c o n ―
full scale correlation in different cavitaion test facilides
Model―
The EROCAV proJect一
M t t o l l e t ( D G A ―B E C ) ,
D.0.Lce(SSPA), L.Wilczynski(CTO)
⑨
⑩
⑪
Ca宙 tation erosion at ARL Penn.State
D.R Stineb五n,,ML.Billet(Penn state Univ.)
New cavitation eЮsion testing system for use in pumps
B.Lcfur(CETIM)
lon dalnagc
facilities to forecast cavi篠
Scaling rules,method,instruments and
Y.Lcoffre(Ylec Consultants)
Twisted leading edge technology combined with the well established king support rudder from Becker,in order to
⑫
avoid mdder cavitalon eЮsion induced by rudderiself
C.Lohmer(Becker M“ ne System)
⑬
⑭
⑮
On the vibratory approach for cavitation monitoring in hydraulic turbines
M.Farhat(EPFL),X.Escder(Univ.Cataluり
a)
Acousic emissions:Measurement ofsound attenuauon on a mdder and propeller
A Boorsma(Lloyd's register)
Wear kineic laws for cavitJon erosion downstreanl simple hole,rnul■
hole oriflces and butterny valves
A.Archcr(EDF)
■on eroslon in pumps
Guideline for prediction and evaluation of cavi●
⑩
K.Uranishi(DMW Co.),K Ikohagi(Tohoku un市
.),K.Kato(ToyO Un市
。
),S.Sdto(Ebara Co.),
T.Okarnura(Hitachi Co.), S.Kawasaki(IHI), K.Kobayashi(MHI), T.Kawabe(Awamura)
⑫
A procedure to account for overlapping in pitling tests
T,Choffat,R.Fortes― Patella,J.P.Franc(LEGI), A.
Archer
(EDF)
Recent topics on cavitation FeSearch,
⑬
H.Kato(Tovo Univ.)
験、心臓弁のキャビテーシヨンなどの紹介。 ⑫
依
⑪ ピ ット数の寸法効果。グルーノーブル大
の
での各種損傷試験装置 紹介。
は
12月
56 2CX14年
潜 伏期のビツト計測より、損傷量の速度
存性を検討。潜伏期においては、損傷量
ないので、議論の展開に疑問あり。
ISO/TCH5、
EUROPUNIP会
ー
ー
…
議 と キ ヤ ビ テ シ ョ ン損 傷 ワ ク シ ョ ッ プ ( 6 ) 7 6 r
⑬ キ ヤビテー シヨンの有効利用。油 の分
散、バクテリヤの破壊など。
(2)流 体機械のキャビテーション
⑥ プ ロペラ、舵のキヤビテーション損傷事
TSJ
GUIDELINE
ne for
Ctlide‖
Prodictb●●nd Evalllation
例の紹介。
sion in Pumps
oF Cavitatlon E●
摯壕
⑦ 隙 間内流 れ (ロングオリフイス、衝突噴
流、バルブ)の損傷事例の紹介。 ロングオ
リフイスの穴がキヤビによって侵食されて
聞く様子 は感動的であった。
③
EROCAV―
p r a e c t の紹 介 。 5 隻 の プ ロ ペ
ラ、舵 の損傷事例紹介。船速 =19∼%kllots、
1、
回転速度 =100min‐ 馬力 =2∼ 15万 kW。
発生 してい るキャビが どの程度物体表面 に
近 いかが問題。
⑩ AFPR(Association Fran溝
es
おe des lndust五
e、 フラ ンス ポ
des Pompes et de la Robinette五
ンプ製造者協会)に よる羽根車 コー テイ ン
グの損傷試験。 2次 元羽根 にコーテイング
をし、毎分 2万 回転 で試験 (インライ ン形
サ ンダインポンプを使用)。 コーテイングの
厚 み方向の振動 により剥離発生するとの こ
とであるが、実用化 で きれば、損傷 の修理
方法 に革新 をもたらす ことは間違 い ない。
⑫ 舵 に発生す るキャビテーション。チ ップ
ボルテックスキャビテーションにより誘起
される舵表面上のキヤビテーション。上下
に2分 割 し、相互の角度 をわずか変えた舵
の提案。
⑬ 振 動加速度による水車内のキヤビテーショ
ンの検知。伝播経路 と減衰量の問題がある
ため損傷予測まで行うのは難 しいとのこと。
⑭ ロ イド保険の技術者による、音響 による
プロペラ ・舵のキャビテーションの評価。
⑮ オ リフイス (単穴、多穴)、バ タフライ弁
の損傷試験 (SUS316L使用)。損傷速度∝
(キヤビテーシヨン係数)68。(速度)5。
⑩ TSJG001の 紹介。
O Turbomachlnoryo詢
S●of Jap錮
Fig.5
Draft ofTSJ G 001(English version)
G001の 紹介
海外 に指針 を知 ってもらうには英文化 が必須
4-2 TS」
条件 である。 しか し、参加 を決 めたのは 3月
末、全 120ペー ジの英文化 は当初 か ら諦め、本
文 と解説 のみの英文 を持参す ることに した。英
訳 を外部 に委託す ることも考 えたが、費用 の関
係 で、分科会内での作業 とした。 また、素案完
チ ェックな
成後 の時間がな く、Native speakerの
しのDratと して配布す る ことにな った。 さら
に、CD―Rで の配布 も考 えたが、Ws事 務局 に頼
んで コピー を作 つて もらお う と厚 かましい考 え
が浮かび、結局 プ リン トアウ トした原本 (Fig.
5)の み持参 とした。
発表 は、損傷 の予測 を中心 に行 ったが、規定
の20分 とい う時間 を大幅 に超過 して しまい、次
の講演者、司会 のProf.Billetに
まで迷惑 をかけ
て しまった。EPRIの 式、分科会 の式 、 日玉周
速 とキ ャ ビテ ー シ ョン長 さを用 い た危険予知
式、 キヤビテーシ ョンマ ップ、振動加速度 によ
る予測、CFDに よる予測 とキヤビテー ションの
損傷量 の評価、 この 18年間の分科会活動 (設立
経緯 か ら各期 の主な成果、RCCEは 、現在 6期
目の活動中である)を 20分で しゃべ る ことは最
初か ら不可能 である との確信犯 であった。
ターボ機械第32巻 第 12号 57
762 1SO/TCH5、
EUROPUMP会
ー
ー
…
議 とキ ヤ ビテ シ ョン損 傷 ワ ク シ ヨツプ ( 7 )
Fig.6 Panoramic view of BEC
参照頂
なお、発表内容 の詳細 はTSJ G 001を
い
きた 。
り、 一種 の収容所 で あ る。 といって も、中にあ
る建物 、研 究設備 は フランス独特 のセ ンスの よ
質疑応答 の時間 は少 なか ったが 、Mr.Archer
(EDF、 フラ ンス)か ら、損傷量 と液温 の関係 の
い建物が並 んで い るので あるが。
BECは 1904年パ リに設立 され、1983年 に こ
質問がでた。大気圧下 では、40∼ 50℃近辺 に
損少量 の最大値 をもつ とい う磁歪振動装置に よ
る損傷試験結果 が公表 されてい るが、ボイラ給
の 地 に 移 転 して い る 。従 業 者 H 6 人 ( 5 0 人の
ユ ー ロ ( 約 1 5 億円 ) / 年 、
D r . ) 、運営費 1 , 2 0 0 万
水 ポ ンプの ような高吸込圧、高温条件下 で発生
す るキャビテー シヨンの強 さは、大気圧、常温
でのキャビテー シ ヨン強さとは異なるのではな
いか、 したがつて損傷量 も異なる との考 えも浮
かんだ りしたが、デー タもな く、磁歪振動調験
結果の温度効果 の説明で済 ませて しまつた。
会議終了後、EIIROPUMP(ヨ ーロ ッパ 18ケ国
のポンプメー カの集合体)において、TSJ G 001
を紹介 して よいか との参加者 よ りの話 があ り、
これ幸 い と是非紹介 して くだ さい とお願 い し
た。TSJ G 001に
対 す るEUROPUMPコ メン トが
出て くるのが楽 しみである。
4-3 研 究設備 の見学
研 究所 の全景 をFig.6に示す (詳細 はhttp:〃
www.basin.frを
参照)このあた りはパ リ東方に広
がる平地 とは異な り、小高い丘やセーヌ川が流
れてお り、起伏 のある穏やかな田舎 の風景が広
が っている。 しか し、防衛省 の研究所 であるこ
ともあ り、入所時 はパ ス ポ ー トを取 り上 げ ら
れ、出所す るまで返 して もらえない。 また、境
界線 には二重 の フェンス と電気が流 されてお
5 8 2 0 “年 1 2 月
研 究 内容 はモデ ル 試験 4 0 % 、 C F D 4 0 % 、 顧 客
は 、防衛 4 5 % 、 防衛 産業 2 5 °
/ 0 、フラ ンス海軍
一
15%、
般産業 1 5 % と の こ とで あ つた。 この
研 究 所 は DGA(Delegation Generale pour L'
Amcment、 国防省)の傘下 にあ り、今年 は英国
との友好関係 100年目にあたるとの ことで、loo
年前 の調印時の写真、第 1次 大戦の写真、飛行
ー
機、艦船 の写真 を使 ったセンスの よい ポス タ
が何枚 もロビーに掲 げられていた。
装置が動 いている所 を見せるとい うことはめっ
たにないらしく、加藤先生 もパ リからこの地に移
動 した時の開所式以来 2度 目とのことであつた。
キャビテー シヨンタンネルGTH(Fig.7)か ら
見学が始 った。横置 きの巨大 なレザ ーバ 2つ を
合体 させ 、そ の下流 に流速 20m/s(断面 1.14X
l.14m2)、
12m/s(断面 2×1.35m2)の2つ の測定部
を持 っている。水 の循環 には2,000kWの軸流ポ
ンプが用 い られてお り、モ デルプロペ ラ駆動動
力 は500kWで ある。圧力範囲 15mbar∼5bar、試
験水 の空気含有度 を変えることがで きる低騒音
タンネルであ る。 この タンネルはグルー ノー プ
ル大学 のDr.Y.Lccoffre設
計、ALSTOM製 作 で
ISO/TCl15、 EUROPUMP会
Prcssurc pilot
… ￨・
や｀
l
Large test sec‖
議 とキ ヤ ビテ ー シ ョン損 傷 ワ ー クシ ヨ ップ … ( 8 ) 7 6 _ 3
on
Production Of
micro bubblc
F i g . 7 G T H a n d b u r s t o f teixp cvaov■
itadon generating by propeller
外 に向かって 自分達 が作 った情報 を発信す るこ
とが強 く求 め られてい る。ISOポ ンプ関連規格
の作業 に携 ってい ることもあ るが、 ア メリカ、
ヨー ロ ッパ 、アジアなどいずれの地域 において
も、有用 。有益 な情報 を発信 しない限 り仲間 と
してやってい けない とい う実感 を持 ってい る。
このことは、分野 を問わず い えることではなか
ろ うか。今回のターボ機械協会発行 の基準 ・指
Fig.8 B600 towing tank and test
ある。特徴 としては、船 の伴流分布 を実現 で き
(プロベ ラ試験 の場合 は必須事項)、浮遊気泡 の
回流 が ない ことで ある。試験 は、デ イス クに固
定 した 2次 元 プ ロペ ラの迎 角変化 と気泡核 の注
入 によるシー トキャビテー シ ョンの発達 (クラウ
ドキ ヤ ビテー シ ョンの放出)を実演 して くれた。
もう一 つ の見学設備 は、 B600曳 航水槽 (Fig.
8)で 、長 さ545m幅 15m深 さ7m、 造波装置 を
備 えた巨大 なプ ー ルで ある。計測装置 を搭 載 し
た デ ッキが レー ル 上 を移 動 (最大 速 度 12m/s)
し、デ ッキに取 り付 けた模 型船 の性能 を計測す
針 の海外公表 は、前会長井上先生が 、常 々おっ
しゃってい た国際化 に関連 し、微力 ではあるが
その一端 を担わせて頂けたのではと、井上先生
に感謝 している。
5,お
わ りに
東南 アジアでの規格 につい ては、Iso規 格 の
採用が進 んでい る と聞 く。従来 はJIS規格 で 間
に合 っていたのが、世界標準 ・グローバル化 の
戦略 に押 され、そ うも行かな くなっているのが
現状 であろう。JIS自体 はISOと 整合化 を進 めて
い るが、ISOに ない 日本独 自のす ば らしい規格
状 は秘 密 で は なか ったので は と心 配 した り し
もあ り、 日本発 の規格 を提案 し、ISo/JIS規 格
とい う形 で発行 させたい ものである。
この一文 が読者諸氏 の参考 になれば、著者 と
た。造波装 置 で誘起 された波の中で、船 体 の曳
しては、望外の幸せである。
る。 船 の模型 が無造作 に置 かれてお り、船体形
航 を見 せ て もらった。試験状況 を記録 したCD―
Rを お土産 と して頂 い た。
ー クシ ョップに参加 して
4-4 ワ
< 参 考文献 >
( 1 ) 浦 西, 電 業社機械 , 2 8 - 1 ( 2 0 0 4 - 8 ) , 2 5 .
(2) BPMA,EUROPUMP2004 Presentation slides,(2004-6).
現在、 日本 は リセ ッシ ョン中 では あるが、海
ターボ機械第32巻 第 12号 59
7 6 イ総 目次 … ( 1 )
第 32巻 第 1号 ∼第 12号
総 目次
2004年 1月 ∼ 12月
特集号〕
〔
1月
2月
3月
4月
5月
7月
9月
H月
流 体機械 の トップ技術 と課題
MEMS
タ ーボ機械の故障診断技術
創 立30周年記念大会
CFD技 術 の現場
タ ーボ機械の軸受
ー
各 分野 で活躍す る蒸気 タ ビン
水 車分科会報告
論説〕
月
〔
……………………………………………………………………・
井上雅弘
年頭のご挨拶 …………………………………
…………………………井上雅弘
…………………………………
…………………
第30、31期会長退任 のご挨拶 …
……………………………………………………………………伊藤喜夫
第32期会長就任のご挨拶 ……………………
ー
……………………………………………………………蒸気機械委 員長 酒 井吉弘
各分野 で活躍する蒸気 タ ビン
一
…
研究成果 の国際的な発信力強化 に向けての提言 … 特別 シンポジウム実行委員会 シ ンポジウム参加者 同
号 頁
1
1
7 385
7 386
9 513
10 633
解説〕
展望・
〔
……………………………………………………………………・
￨1田裕
り
1
発電用大型 ガス ター ビン ……………………
……………………………
…………………………………
……………
・
佐藤晋作
1
水車 ポ ンプ水車の技術動向 と課題
………………………………………………酒井吉弘 1
……………………
ー
ビンの
と将来展望
最新技術
発電用蒸気 タ
……………………………………………………太田豊彦 1
最近のロケ ッ トエ ンジンターボポ ンプ ……………………
………………………………宮城嘉幸 1
………………………………
ー
ー ー
車両用 ターボチヤージャとス パ チヤ ジヤ
……………………………・
…
…………………………………
北山陽- 1
汎用空気圧縮機 とプロセス圧縮機 の技術動向
ー
・
・
磁気軸受 を採用 した高温 高耐圧 高速 キヤン ドモ タポンプ
…………………………………………………………………………本田修 一郎 ・加藤弘之 ・佐藤 忠 。大竹功 - 1
………磯村浩介 2
パ ワーMEMSの 現状 ………………………………………………………………………………………
………松尾栄人 2
………………………
…………………………………
ー
…………………
夢 を叶える超小型 タ ボ機械
。大田 有 ・大田英輔 2
。
・
………
ー
の
平野利幸
御法川学
水木新平
ビン
用遠心圧縮機 要素開発 …
超小型 ガス タ
・
・
・
:…………………………………………………………小西義昭 藤原真人 村上元章 2
人工膵臓用 マ イクロポンプ ・
……
…………………………
…………………………………
豊田利夫 3
術 と予知保全 ………………
最近の設備診llf技
…………………………………………………梅津朋文 ・伊平尚志 3
圧縮機 の リモ ー トモニ タリング …………………
・
……………………………………………………………・
:…・
宮本祥文 3
軸流 ファンの監視保全 ¨………………………
……
…………………………
…………………………………
ー
ー
藤山一成 3
蒸気 タ ビンの寿命診断 とリスクベ ス保全
……………………………
……………………………………
…・
ー
・
野村真澄 3
ガスタ ビンの劣化 損傷診断 と予知保全
………………米澤出穂 3
…………………………………
の
な管理方法
状態監視装置 の活用 による水車発電機 効果的
………………………………・
青山匡志 3
立軸ポ ンプの故障診断技術 ………………………………………………………
…………………………妹尾泰利 4
……………………………………
……………
れを
した設計
く理解
深
記念講演 流
……………………………………………田村善昭 5
CFD解 析 のコツー問題、原因 と対策 ―……………………………
…….小野謙二 5
…………………1.…
……………………………………
……………………
CFDの 深 みにはまった経験
………………………………………・
…………………………
…
………………………
加藤千幸 5
LESに 関す る四方山話
・
・
…………………………………
ー
5
へ
官川和芳
古賀 淳
内田澄生
各種 タ ボ機械開発設計 のCFDの 適用事例 …
一郎 ・野本 悟 ・震明克員 5
…………………………
…………………
岩野龍
水車設計 における大規模解析 の活用例
…
・
バ ルブ水車更新 プロジェク トにおけるCFD活 用事例 … …………………………………… 藤井恒彰 鈴木良治 5
`…
……………
・
………………………………・
田沼唯± 5
CFDを 用 いた高性能蒸気 ター ビンの設計 ……………………
…………………………吉田秀員U 5
ガスター ビン空力要素設計へ のCFD適 用事例 … …………………………………
・
……………………川久保知己 5
…………………………`・
遠心型 ・斜流型 ターボ機械 のCFD… ………………………
60 2∞ 4年 12月
2
9
19
27
33
38
45
65
73
81
90
129
138
143
147
157
163
168
213
257
263
267
274
280
286｀
291
298
304
総 目次 … (2)765
314
321
328
337
387
395
400
405
413
420
426
432
455
461
514
519
524
528
533
538
542
547
０
シールレスプロワ ・コンプレッサ ………………………………………………………………………………・
5
鈴木孝明
6
機械状態監視 に関す る振動技術者 の資格認証 について …………………………………………岩壺卓 三 ・松 田博行
6
計測 の不確かさ評価 の規格 と最近 の動向 (ASME規 格PTC19.1-1985を中心 に)…………………………・
中西正和
……………………………………………神野秀基 ・高部哲男 ・山田良之
6
大深度地下水路式排水機場 ………………・
7
純冷媒液潤滑におけ るハ イブリッドセラミック軸受 ……………・
大西靖史 ・G.Mordes・A.Cabelli o C.Vicillard
7
すべ り軸受用PEEK樹 脂 の特徴 と実機へ の適用 ………………………・
山田 豊 ・上里元久 ・神野秀基 ・福 田清治
7
鉛 フリー軸受 ………………………………………………………………………………………………………・
林洋 一郎
ー
・
………………………………………………………………………………・
7
気体軸受 (オイルフ リ 軸受)・
吉本成香
………………………………………………………………………………………・
ターボチ ャージャ用軸受 :・
7
関田幸照
ポンプ用無注水軸受 の技術動向 ………………………………………………………山下一彦 ・高橋 一夫 。長 田俊幸
7
……………………………………………橋本泰司 ・天野和雄 ,福 地貴樹
7
低温液化 ガスポンプ用軸受 の現状 ………・
・
……………………………………………上山拓知
ターボ分子ポ ンプ用磁気軸受 の最近 の開発動向 ………………1・
7
一
ター ビン翼の回転振動試験 ………………………………………………………………………………………・
8
清野純
……………黒木慶 ― ・秋丸 智 ・坂 口 光
8
世界初 タンデム コンパ ウン ド型3,600rpm、1,000MW蒸 気 ター ビン ・
一
9
火力用蒸気 ター ビン …………………………………………………………………………………・
飯島博光 ・黒木慶
コンバ イン ドサ イクル用蒸気 ター ビン …………………………………………………………………………野 口俊英
9
9
町田雅人
原子力用蒸気 ター ビン ……………………………………………………………………………………………・
9
地熱用蒸気 夕,ビ ン ………………………………………………………………………………………………・
酒井吉弘
9
自家発用蒸気 ター ビン ……………………………………………………………………………………………・
徳永 覚
バ イオマス発電用蒸気 ター ビン …………………………………………………………………………………・
9
保田 潔
9
機械駆動用蒸気 ター ビン …………………………………………………………………………………………・
萩原哲直
9
舶用蒸気 ター ビン………………………………………………………木村恵太 ・堀家 弘 ・福 田俊 一郎 ・今井善信
翼 の傾斜技術 の動向 :ス イープ (sweep)とダイヘ ドラル (dihedral)の
効果 について
…………………………………………………………………三崎仁郎 ・黒川淳一
(その 1:流 れに対す る制御機構)・
ー
ラジアル型蒸気 タ ビンノズルの流れの検討 … ……………………金村俊勝 ・小林利行 ・満田正彦 ・仲山善裕
管路内設置が容易なイ ンライン型発電水車 とそのフィール ド試験
………………………………………………………………宮内 直 ・前田勝弘 ・高橋晃裕 ・村上秀夫 ・服部正也
揚水発電所岩盤 トンネルにおける水圧脈動 の伝播 ……………………………………………………………藤野浩一
翼 の傾斜技術の動向 :ス イープ (sweep)とダイヘ ドラル (dihedFd)の効果 について
……………………………………………………………三崎仁郎 ・黒川淳一
12
(その 2:各 種 の ターボ機械へ の適用)・
０
０
２
〔
論文〕
¨内海政春 ・坂爪貝1夫 ・上條謙二郎 ・橋本知之 ・藁科彰吾 ・
ロケットポンプインデューサの疲労強度 ・
ー
ン
ュ
の
サ 脈動 キヤビテー シ ョンの抑制
極低流量で生 じるイ デ
…………………………………………………………………渡邊 聡 ・榎本直樹 ・石坂公 一 ・古川明徳 ・金 峻 琥
斜流 ベー ンレスデ イフューザ を含 む流路系 に生 じる不安定流動 に関する研究 (構成要素 の影響)
・
……………………………・
・
:..…
……………………………………………・
………………… 霞崎 展 ・田頭 勉
:・
……………………………………
高津 恭 ・西岡卓宏 。永野 司
軸流 ファンか ら発生する動静翼干渉騒音 の特性
ー
……
・
・
直列に配置 されたマ イクロチュ プラ水車特性 …
塚本直史 稲垣守人 渡部忠彦 ・大和 昌― ・西 道 弘
…………………………………
高津 恭 。西岡卓宏 ・永野 司
軸流 ファンの性能向上 と騒音 に関する実験的研究
ー
￨￨口
タ ボファンの低騒音化に関す る研究 (羽根前縁半径 が騒音特性 に及ぼす影響)…………・
り
清司 ・奥井健 一
ス
ンプ
の
ス
ポ
の
と
高落差
水車 負荷遮断時における異常軸 ラ ト 原因 対策
………………………………………………………………黒川淳 一 ・稲垣守人 ・田口 忠 ・松井 純 。今村 博
遠心圧縮機 のサ ージ発生 に関す る実験的研究 (静圧計測 に基づ く考察)………・
玉木秀明 。中尾秀史 ・相沢 武
クロス フロー風車の性能 と内部流れに関する研究 … ……………竹内一喜 ・福富純 一郎 ・小谷秀俊 ・堀 口裕憲
水平軸風車 ロー タ空力負荷 に及 ぼす流入風舌L流特性 の影響 … ……長谷川豊 ・今村 博 ・刈込 界 。米澤尚至
フィン付伝熱管群 の圧力損失に及ぼす フイン切 り欠 きとフインピッチの影響
……………………………………………………………………………川口清司 ・奥井健 ― ・浅井俊博 ・長谷 川豊
711
2
94
2
101
2
109
3
176
6
343
6
351
6
361
8
466
8
473
8
482
9
551
ターボ機械第32巻 第 12号 61
766総 目次 … (3)
ー
ー
遠′
い圧縮機用羽根付 きデ イフユーザ内の流れと性能 (ベ ン取付け角 をパ ラメ タとした解析 )
……………………………………………………………………………玉木秀明 ・戴 翼 ・山口 広
…………加藤秀雄 ・塩川国夫
地熱 ター ビン用耐エロージ ヨン ・耐食 コーテイング材 の特性評価 …
………………………………
角田 勝
管路型 円すいデ イフューザ の脈動流 れ特性 ………………………
……………………和田章弘 ・山本純平
立軸 ポンプ吸込 日の形状 とポンプ性能 …………………………
蓋付 スロツトモデルによる開閉水路共存系流 れの過渡現 象解析 (寸法拡大効果 と固有値解析)
…………………………………………………………………………………………新井和敏 ・山本勝弘
・相沢 武
・酒井吉弘
・大西章仁
・水島二郎
9 560
10 599
10 607
10 616
・福本 秀
12 721
〔
講座〕
…………………………・
山口信行
軸流圧縮機の失速 ・サ ージ概論 (第 1回 )第 1章 序 論 (その 1:初 めに)…
……………
ー
・
の
フアンの例
2:高
山口信行
1章
負荷
)…
2回
序 論 (そ
)第
軸流圧縮機 の失速 サ ジ概論 (第
一
―
・
ー
ペ
の
ら応用
まで
の
基礎か
イン
ラ
タ ボ機械 翼
振動設計
ー
………………………………………………………………梅村 直
(その 6:振 動診断 と トラブルシュ ティング)・
・
軸流圧縮機 の失速 ・サ ージ概論 (第 3回 )第 2章 圧 縮機 の設計 と性能評価 (その 1:空 力設計)¨ 山口信行
軸流圧縮機 の失速 ・サ ージ概論 (第 4回 )第 2章 圧 縮機 の設計 と性能評価 (その 2:性 能 の予測)山 口信行
………………………………………………・
山口信行
軸流圧縮機 の失速 ・サ ージ概論 (第 5回 )第 3章 翼 列負荷
ー
・
軸流圧縮機 の失速 サ ジ概論 (第 6回 )
………………・
山口信行
第 4章 壁 面負荷 とアニュラス壁面境界層 の発達 (その 1:二 次元翼列側壁境界層)…
ー
・
軸流圧縮機 の失速 サ ジ概論 (第 7回 )
ー
………・
山口信行
第 4章 壁 面負荷 とアニュ ラス壁面境界層 の発達 (その 2:実 機 アニユ ラスプロツケ ジ)¨
…………………山口信行
ー
・
の
に影響する因子
5章
…
8回
の
ジ概論
失速特性
サ
段
(第
)第
軸流圧縮機 失速
………………………………山口信行
軸流圧縮機 の失速 ・サ ージ概論 (第9回 )第 6章 旋 回失速 と段特性 …
2 ■
3 183
4
4
6
7
238
245
372
438
8 489
9 569
H 687
12 729
〔シリーズ :ど こまで行 くのか、風力 ?〕
…・
① 風 車の大型化の行方 ……………………………………………………………………………………… 上田悦紀 10 624
・
……………………………………………
…
……………………………
永尾 徹 H 695
② 実 現が待たれる日本型風力発電
…………………・
…………………………………………
…
…………………………
ヽ
伊藤瞭介 12 740
③ ガ 型風車の国際展望
〔
分科会報告〕
………………キヤビテーシ ョン研究分科会 4
TSJ G001「ポンプのキヤビテーシ ヨン損傷 の予測 と評価」 の紹介 ・
ポンプの吸込水槽 の模型試験方法 について … ポ ンプ吸込水槽模型試験法基準改訂委員会 委 員長 亀 本喬司 4
模型 によるフアン ・プロワの性能試験及び検査基準
………………………………模型 によるフアン ・プロワの性能試験及 び検査方法基準改訂委員会 山 根隆一郎 4 237
.……………………………………………………………………………・
・
“・
水車分科会 11 643
分科会活動概要 ………………・
。
・
・
本川発電所新型 ランナの開発 導入 について………………………………………久保典彦 岩崎純弘 宮川和芳 H 644
……・
・
………………
……………………………
ー
,…
つい
ベ
重信 孝
ン
て
H 648
の
ガイ
に
ド
開閉時間 短縮
揚水機 における
…………………………………………………………・
…
……………………………
中澤孝彦
H 653
の
成果
海水揚水実証試験
梅 田成実 H 657
スプ リッタブ レー ド付 きポンプ水車 ランナの適用 につい て …………………………………………………・
フランシス水車 における部分負荷特性 の改善 ………………………………………………………………宮田文至雄 11 662
・
………………………………二坂広美 ・鈴木健 - 11 667
。
第二上野尻発電所新設工事へ の立軸バ ルブ水車 発電機 の適用
……………………………………………
……………………………
林 伸 幸 H 673
河川維持放流 を利用 した発電所 の開発
………・
稲垣泰造 ・斉藤正弘 H 676
HVOF(超 高速 フレーム溶射)及 びその実機適用事例 …………………………………
………………………………二坂広美 ・原野正実 ・会沢宏二 H 681
水車軸受へ のセラミック適用 に関する開発 について
…………………………総務理事会 12 746
…………………………………
・
…
15年度
分科会活動報告
各 種委員会
平成
〔
製品紹介〕
……………………………富永英子
マ ンホールポンプ用 Web監 視 システム……………………………………………・
3
〔
随筆 ・サ ロン〕
……………………………………………………………………………………………………………・
宮代 裕
恩返 し '・
10 622
62 2004年 12月
173
8
総 目次 … (4)%7
︲５
３４
５
靱４
５
４４
その他〕
〔
……………………論文賞選考委員会委員長 塚 本 寛
ターボ機械協会賞 (平成15年度論文賞)審 査経過報告 ・
8
ー
・
タ ボ機械協会賞 (平成 15年度技術賞)選 考経過報告 ……………………技術賞選考委員会委員長 水 木新平 8
………………………………渡邊 聡 ・荒川忠- 8
第 16回小宮研究助成金 ・第 14回畠山研究助成金助成研究報告 ・
…
・
15回
表彰委員会委員長 山 本和義 8
第17回小宮研究助成金 第
畠山研究助成金選考経過報告 …………………・
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会告〕
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2006国際水理学会 ・水力機械およびシステム部門 国 際 シンポジウムの開催
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2006実行委員会委員長 黒 川淳一
持続的発展 に貢献する水力機械およびシステム
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生産統計〕
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ターボ機械協会
2003年のターボ機械の動向と主な製作品…………………・
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会議報告〕
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創立30周年記念式典報告 …………………………………………………………………………………………根本光正
創立30周年記念 会 長挨拶………………………………………………………………………………………井上雅弘
祝辞 タ ーボ機械協会 の益 々の発展 を祈念 して…………………………………0日 本機械学会 会 長 田 中重穂
…………・
……………・
視辞 タ ーボ機械協会創立 30周年 に向けて ・
0日 本 ガスター ビン学会 会 長 大 田英輔
…
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黒川淳 ― ・岡本秀伸
「匠」お よび 「チ ヤレンジ大賞」報告
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黒川淳一
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特別表彰
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タ ボ機械協会創立 30周年記念祝賀会
創立 30周 年記念事業実行委員会 委 員 宇 野美津夫
ターボ機械協会創立 30周年記念式典を終えて ……………・
創立 30周年記念事業実行委員会 委 員長 赤 池志郎
第 7回 アジア流体機械国際会議 ……………………………………………………………………古川雅人 ・渡造 聡
……………………………岡本秀伸 ・能見基彦 ・今村 博
ターボ機械協会 通 常総会 第 51回総会講演会報告 ・
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開催報告
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………………………………………………………………………水カエ ネルギー活用技術分科会幹事 中 西裕二
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ISO/TCl15、 EUROPUMP会 議 とキャビテーション損傷 ワー クシ ョップ ・
浦西和夫
ターボ機械第32巻 第 12号 63
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第 32期 第 3回 定例理事会
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講座

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