JP2001165024A

JP2001165024A - フランシス形水力機械

Info

Publication number: JP2001165024A
Application number: JP35471399A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sugama; 間健一菅; Kaneo Sugishita; 下懷夫杉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】フランシス形水力機械において、下水池の水
位やシール間隔の変化に影響されることなく、部分負荷
運転時等の給気が必要とされる運転状態で確実に給気で
きるようにするとともに、異常運転時の軸方向スラスト
を低減させること。【解決手段】ランナ２と上カバー６間に形成された背
圧室１０と大気とを連通する給気管１５を設ける。また
背圧室１０と水力機械の低圧部とを排水管２０によって
接続し、その排水管２０に背圧室１０から流出する水量
を調整する水量調整手段２２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランウ部にラン
ナの背部とランナ出口を結ぶバランスホールを設けたラ
ンナを有するフランシス形の水車、ポンプ、ポンプ水車
等の水力機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来のフランシス形水車の概略構
成を示す図であり、主軸１の下端にフランシス形のラン
ナ２が連結されており、上記主軸１の頂部に図示しない
発電機が連結されている。上記ランナ２の外周にはスパ
イラルケーシング３が配設されており、そのスパイラル
ケーシング３の内周部にステーベーン４が設けられ、そ
のステーベーン４と上記ランナ２との間にガイドベーン
５が配列されている。

【０００３】また、ランナ２の上方には上カバー６が設
けられ、ランナ２の下方には下カバー７が設けられてお
り、さらにランナ２の下方には上記下カバー７に接続さ
れた吸出し管８が配設されている。

【０００４】しかして、図示しない上水池からの水がス
パイラルケーシング３に導かれ、ステーベーン４の間を
通り、ガイドベーン５で整流されてランナ２に流入し、
そのランナ２を回転駆動する。そして、ランナ２から流
出する水は吸出し管８を経て下水池９に流出する。

【０００５】ところで、このような水車においては、ラ
ンナ２と上カバー６との間で形成される背圧室１０及び
ランナ２と下カバー７との間で形成される側圧室１１内
の水圧分布の不均衡によってランナ２に主軸１の軸方向
の水スラストが発生する。このスラストは図示しない発
電機のスラスト軸受で支えられるが、この軸方向のスラ
ストを低減するために、背圧室１０には上カバー６とラ
ンナ２で形成される背圧シール１２が設けられており、
また背圧シール１２を通過した水を吸出し管８に排水す
るバランス管１３が、上記背圧室１０における背圧室シ
ール１２より内周側の内側背圧室１０ａに接続されてい
る。

【０００６】また、水車が部分負荷で発電運転する際に
は、吸出し管８内の上部に渦が発生し、その渦の不安定
な動きにより過大な水圧脈動や振動が発生する。そのた
めこれらの水圧脈動や振動を抑制するために、ランナ２
のクラウン部２ａには内側背圧室１０ａとランナ２の出
口の吸出し管上部を連通するバランスホール１４が穿設
してあり、さらに上記内側背圧室１０ａには大気中に開
口している給気管１５が接続されている。

【０００７】さらに、ガイドベーン５を出た高圧水の一
部はランナ２に流入することなく、側圧室１１に流入
し、ランナ２と下カバー７の間隙を通り、吸出し管８に
流入する。この流れは漏れ流れと呼ばれ、本来はランナ
２を通りランナ２にエネルギーを与えることができる流
水が何もしないで吸出し管８に流出するため、水車の損
失となる。したがって、このような漏れ流れを抑制する
ためにランナ２と下カバー７との間には側圧シール１６
が設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、図９の水車
の背圧室１０まわりを拡大して示すとともに背圧室内の
水圧分布を示す図であり、図１０の（ｂ），（ｃ）の縦
軸は水圧分布を示し、横軸は背圧室１０内の半径方向位
置を示している。図中、実線は背圧室１０内の各点の水
圧値を示し、また、点線はその時の大気圧を示してい
る。この図１０（ｂ），（ｃ）において左端がランナ２
の外周、外側背圧室１０ｂの外周を示し、横軸の点Ａが
給気管１５の開口位置を示している。

【０００９】ところで、図９及び図１０（ａ）に示され
た水車では、運転中はランナ２が回転することにより背
圧室１０内に旋回流が発生するため、その影響で半径位
置が内側になる程水圧が低下する。また、ランナ２のク
ラウン部２ａにはバランスホール１４が穿設されている
ため、ランナ２の外周部から外側背圧室１０ｂへ水が浸
入し、背圧シール１２を通過し、内側背圧室１０ａに浸
入し、上記バランスホール１４を通過してランナ出口の
吸出し管８上部に流れる漏れ流れが発生する。

【００１０】このため、通常は内側背圧室１０ａ内の圧
力は、図１０（ｂ）に示したように、大気圧以下にな
り、給気管１５から大気中の空気が内側背圧室１０ａ内
に吸引される。そして、吸引された空気は水流とともに
バランスホール１４を通過して吸出し管８の上部に流入
するが、空気がクッション作用があるため、部分負荷運
転時等は水圧脈動、振動の低減の効果がある。

【００１１】ところが、経年変化により背圧シール１２
のシール間隔が広くなると、図１０（ｃ）に示したよう
に、背圧シール１２でのでの圧力降下が小さくなるた
め、内側背圧室１０ａ内の給気管１５の開口位置におけ
る水圧が上昇し、大気圧以上になる場合がある。この場
合には給気管１５から大気中の空気は吸引されなくなる
ため、空気のクッション効果による部分負荷運転時の水
圧脈動や振動の抑制効果が小さくなり、水車の運転に支
障をきたすようになる場合がある等の問題がある。

【００１２】また、下水池９の水位が上昇すると図１０
（ｂ）の水圧分布が上方に平行移動し、この場合も内側
背圧室１０ａ内の給気管１５の開口位置の水圧が、点線
で示す大気圧以上になるので、給気管１５から大気中の
空気を吸引できなくなる等の問題がある。

【００１３】一方、水車が発電運転中に電力系統の事故
等による負荷遮断が起きると、ランナ２の回転数が上昇
するため、それに応じて調速機が動作して、ガイドベー
ン５を予め設定された速度で急閉鎖し、機械を停止させ
る。しかし、その過程で、スパイラルケーシング３と上
水池を結ぶ配管の水撃作用によって、ケーシング入口の
圧力上昇が起る。このため背圧室１０、側圧室１１内の
圧力も急上昇し、その結果としてランナ２に作用する軸
方向スラストが増大し、スラスト軸受けの荷重が増大す
る。

【００１４】通常は、このような異常時においても問題
を起こさないように、バランス管１３や背圧シール１２
により軸方向スラストの低減が図られている。しかし、
背圧シール１２は経年変化によりシール間隔が年々広く
なるので、シール効果が年々小さくなり、軸方向スラス
トの値は経年的に変化することになる。すなわち、背圧
シールの間隔が広がると、図１０（ｃ）に示したように
内側背圧室１０ａの圧力が徐々に上昇するので、水車の
軸方向下向きの軸方向スラストが増加する。一般にバラ
ンス管１３を流れる水の流量を増やせば、前述の軸方向
スラストは低減できるため、通常運転中や機械が据え付
けられた直後は、やや多めの水がバランス管１３を流れ
るように調整しておき、負荷遮断でケーシング入口圧が
上昇したり、時間が経過して背圧シール１２のシール間
隔が増大しても、軸方向スラストが過大にならないよう
に調整されている。

【００１５】しかしながら、バランス管１３を通り吸出
し管８に流出する水は、側圧室１０を通り吸出し管８に
流出する水と同様に水車の損失になる。したがって、通
常運転中の本来必要な流量以上の水をバランス管から排
出することは、通常運転時の水車の効率低下を招き好ま
しいことではない。

【００１６】本発明は、このような点に鑑み、下水池の
水位やシール間隔の変化に影響されることなく、部分負
荷運転時等の給気が必要とされる運転状態では確実に給
気できるようにするとともに、負荷遮断等の異常運転時
の軸方向スラストを低減させ効率の低下を防止するよう
にしたフランシス形水力機械を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
クラウン部にランナの背部とランナ出口を結ぶバランス
ホールを設けたランナを有するフランシス形水力機械に
おいて、上記ランナと上カバー間に形成された背圧室と
大気を連通する給気管を設けるとともに、上記背圧室と
水力機械の低圧部とを排水管によって接続し、その排水
管の途中に、背圧室から流出する水量を調整する水量調
整手段を設けたことを特徴とする。

【００１８】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、水量調整手段が流量調整弁、ポンプの少な
くとも一方であることを特徴とする。

【００１９】また、請求項３に係る発明は、請求項１ま
たは２に係る発明において、一端が背水室に接続されて
いる排水管の他端を、ランナと下カバー間に形成された
側圧室に接続したことを特徴とする。

【００２０】請求項４に係る発明は、請求項１または３
に係る発明において、排水管に設けられている弁を開閉
制御する給気指令器を有することを特徴とする。

【００２１】請求項５に係る発明は、請求項４に係る発
明において、背圧室と大気を連通する給気管の空気流量
を測定する空気流量測定器と、水力機械の水圧、発電機
出力、ガイドベーン開度から水力機械の運転状態を求め
て必要給気量を算定する計算機と、上記空気流量測定器
によって測定された給気量と上記計算機で算定された必
要給気量とを比較して給気指令器に指示信号を出力する
指示器とを有することを特徴とする。

【００２２】請求項６に係る発明は、請求項４に係る発
明において、内側背圧室の圧力を測定する圧力測定器
と、水力機械の水圧、発電機出力、ガイドベーン開度か
ら水力機械の運転状態を求めて内側背圧室の基準圧力を
算定する計算機と、上記圧力測定器によって測定された
圧力と上記計算機で算定された基準圧力とを比較して給
気指令器に指示信号を出力する指示器とを有することを
特徴とする。

【００２３】また、請求項７に係る発明は、請求項２に
係る発明において、背圧室と大気を連通する給気管の空
気流量を測定する空気流量測定器と、水力機械の水圧、
発電機出力、ガイドベーン開度から水力機械の運転状態
を求めて必要給気量を算定する計算機と、上記空気流量
測定器によって測定された給気量と上記計算機で算定さ
れた必要給気量とを比較して給気指令器にポンプのオン
・オフ指示信号或いは回転数指示信号を出力する指示器
とを有することを特徴とする。

【００２４】請求項８に係る発明は、請求項２に係る発
明において、内側背圧室の圧力を測定する圧力測定器
と、水力機械の水圧、発電機出力、ガイドベーン開度か
ら水力機械の運転状態を求めて内側背圧室の基準圧力を
算定する計算機と、上記圧力測定器によって測定された
圧力と上記計算機で算定された基準圧力とを比較して給
気指令器にポンプのオン・オフ指示信号或いは回転数指
示信号を出力する指示器とを有することを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項９に係る発明は、請求項１
に係る発明において、水力機械が負荷遮断、急停止等の
過渡的な運転状態に陥ったことを検出し、排水管に設け
られた弁に全開指令信号を出力する運転状態判別器を有
することを特徴とする。

【００２６】請求項１０に係る発明は、請求項１に係る
発明において、背圧室水圧を測定する圧力測定器と、そ
の圧力測定器によって測定された背圧室水圧が規定値を
超えたとき、排水管に設けられた弁に全開指令信号を出
力する運転状態判別器とを有することを特徴とする。

【００２７】請求項１１に係る発明は、請求項２に係る
発明において、排水管の途中に設けられたポンプの吸い
込み側に、他の機器等からの排水を行う排水用配管が接
続されていることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図８を参照して本
発明の実施の形態について説明する。なお、図中図９及
び図１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説
明は省略する。

【００２９】図１は本発明の第１の実施の形態を示す図
であって、内側背圧室１０ａと吸出し管８との間にはバ
ランス管１３とともに両者を連通する排水管２０が設け
られている。そして、その排水管２０の途中には、給気
指令器２１によって制御される流量調整手段２２を設け
る。この実施形態では流量調整手段は弁である。

【００３０】ところで、このような水力機械において
は、前述のように、バランス管１３により内側背圧室１
０ａの圧力が下げられるため給気管１５により大気中の
空気が内側背圧室１０ａ内に吸引されるが、下水池９の
水位等が上昇したり、経年変化で背圧シール１２の間隔
が広くなったりすると、内側背圧室１０ａの圧力が上昇
して給気管１５からの空気の吸引がなくなる。したがっ
て、その状態で水力機械が部分負荷で運転されると吸出
し管内の渦の不安定な運動により水圧脈動や振動が増え
る。

【００３１】そこで、本実施の形態においては、給気が
必要なことを発電所の運転員等が判断し、給気指令器２
１を操作して給気指令を出させると、その給気指令によ
って弁２２が全開される。したがって、内側背圧室１０
ａ内の水が排水管２０を経て吸出し管８に排水され、内
側背圧室１０ａの圧力が低下する。したがって、給気管
１５から空気が内側背圧室１０ａに吸引され、給気が行
われる。

【００３２】すなわち、バランス管１３を通過する水の
流量だけでは内側背圧室１０ａ内の圧力が大気圧以下と
ならない場合に、新たに弁２２が開けられると、排水管
２０から新たに水が流出するため、背圧シール１２を通
り内側背圧室１０ａに流入する水の量が上記排水管２０
から流出する水量だけ増える。そのため背圧シール部で
大きな圧力降下が発生し、内側背圧室１０ａ内の圧力が
下がり、給気管１５を経て空気が内側背圧室１０ａ内に
給気される。

【００３３】したがって、下水池の水位が上昇し給気が
困難になった場合でも必要な給気量を確保することがで
き、水力機械の安定した運転を行うことができる。

【００３４】図２は本発明の第２の実施の形態を示す図
であり、内側背圧室１０ａと吸出し管８が排水管２０に
よって連通されており、その排水管２０には給気指令器
２１からの指令により開閉される弁２２が設けられてい
る。また、給気管１５には空気流量Ｑa を測定する測定
器２３が設けられている。さらに、水力機械の水圧Ｈs
t、発電機出力Ｐ、及びガイドベーン開度ａから水力機
械の運転状態を求め、給気の必要を判断し必要給気量Ｑ
adを算定する計算機２４が設けられている。尚、この計
算機はマイコン等で構成されている。そして、上記測定
器２３及び計算機２４からの出力信号は指示器２５に入
力され、そこで測定器２３及び計算機２４からの出力信
号が比較され、その差信号が給気指令器２１に入力さ
れ、その給気指令器２１の出力信号によって弁２２が開
閉制御されるようにしてある。

【００３５】すなわち、計算機２４は、給気が必要な運
転状態では予め定められた必要給気量Ｑadを出力し、給
気が必要ないと判断された運転状態では０または負の値
を出力する。そして、指示器２５において、測定器２３
で測定された給気管１５の空気流量Ｑa と上記必要給気
量Ｑadとが比較され、その差分Ｑa −Ｑadに相当する信
号が給気指令器２１に入力される。給気指令器２１は入
力が負の場合（Ｑa −Ｑad＜０、すなわちＱa ＜Ｑad）
には弁２２に開指令を出し、入力が正の場合（Ｑa −Ｑ
ad＞０、すなわちＱa ＞Ｑad）には弁２２に閉指令を出
す。

【００３６】しかして、下水池の水位が上昇したり、或
いは背圧シール１２の間隔が広がったりして内側背圧室
１０ａの圧力が上昇し、給気量Ｑa が上記必要給気量Ｑ
adより小さくなると、指示器２５の出力が負となり、給
気指令器２１から弁２２に開指令が出され、弁２２が開
かれる。このようにして弁２２が開放されると、内側背
圧室１０ａの水が吸出し管８に排出されるため、前述の
ように内側背圧室１０ａの圧力が低下し、給気管１５か
ら大気中の空気が内側背圧室１０ａに吸引される。一
方、弁２２の開度が適正開度より大きい場合は、給気管
１５の給気量Ｑaは必要給気量Ｑadを上回るため、指示
器２５の出力は正となり、給気指令器２１からは弁２２
に閉指令が出る。こうした過程を繰り返すことで弁２２
の開度は適正な開度に自動的に設定され、排水管２０を
通り吸出し管８に排出される水量は必要最小限に抑えら
れる。

【００３７】このように、弁２２の開度は給気管１５の
空気流量を測定することにより適正な開度に設定され、
背圧室から必要以上の漏れ流れを発生することなしに必
要な給気量を確保することができる。しかして、必要最
小限の漏れ流れを許容するだけで必要な給気量を確保す
ることができ、水力機械の安定した運転を行うことがで
きる。

【００３８】図３は本発明の第３の実施の態様を示す図
であり、内側背圧室１０ａと吸出し管８を接続する排水
管２０には、給気指令器２１からの指令により開閉され
る弁２２が設けられている。また、内側背圧室１０ａに
はその内側背圧室１０ａ内の圧力を測定する圧力測定器
２６が設けられている。さらに、水力機械の水圧Ｈst、
発電機出力Ｐ、及びガイドベーン開度ａから水力機械の
運転状態を求め、給気の必要を判断し内側背圧室１０ａ
内の基準圧力Ｐ_cを算定する計算機２７が設けられてい
る。そして、上記圧力測定器２６及び計算機２７は指示
器２８に入力され、そこで圧力測定器２６及び計算機２
７からの出力信号が比較され、その差信号が給気指令器
２１に入力され、その給気指令器２１の出力信号によっ
て弁２２が開閉制御されるようにしてある。

【００３９】すなわち、計算機２７は、給気が必要な運
転状態では内側背圧室の水圧基準値Ｐ_cとして、例えば
Ｐ_c＝−５ｍ〜０ｍ（大気圧を基準とするゲージ圧）を
出力し、給気が必要ないと判断される運転状態では０ｍ
（大気圧）より高い圧力、例えばＰ_c＝１０ｍを出力す
る。そして、指示器２８において、圧力測定器２６で測
定された内側背圧室水圧Ｐ₁と内側背圧室の水圧基準値
Ｐ_cとを比較し、その差分Ｐ₁−Ｐ_cに相当する信号が
給気指令器２１に入力される。給気指令器２１は入力が
正の場合（Ｐ₁＞Ｐ_c）は弁２２に開指令を出し、入力
が負の場合（Ｐ ₁＜Ｐ_C）は弁２２に閉指令を出す。

【００４０】しかして、下水池の水位が上昇したり或い
は背圧シール１２の間隔が広がったりして内側背圧室１
０ａの圧力が上昇し、給気管１５からの空気の吸引がな
い状態になり、上記内側背圧室１０ａの圧力Ｐ₁が水圧
基準値Ｐ_c以上になると、指示器２８の出力は正とな
る。したがって、給気指令器２１から弁２２に開指令が
出され、弁２２が開かれる。このようにして弁２２が開
放されると、内側背圧室１０ａの水が吸出し管８に排出
されるため、前述のように内側背圧室１０ａの圧力が低
下し、給気管１５から大気中の空気が内側背圧室１０ａ
に吸引される。一方、弁２２の開度が適正開度より大き
い場合は、内側背圧室１０ａの圧力Ｐ₁は基準圧力Ｐ_c
より低くなるため、指示器２８の出力は負となり給気指
令器２１から弁２２に閉指令が出る。こうした過程を繰
り返すことで弁２２の開度は適正な開度に自動的に設定
され、排水管２０を通り吸出し管８に排出される水量は
必要最小限に抑えられる。

【００４１】しかして、この実施の形態においても第２
の実施の形態と同様に必要最小限の漏れ流れにより必要
な給気量を確保することができ、水力機械の安定した運
転を行うことができる。

【００４２】また、図４は本発明の第４の実施の形態を
示す図であって、排水管２０に設けられている弁２２が
運転状態判別器２９の出力信号によって全開されるよう
にしてある。

【００４３】しかして、水力機械が負荷遮断、急停止等
の過渡的な運転状態に陥ったことが運転状態判別器２９
によって検出されると、その運転状態判別器２９から弁
２２に全開指令が出され、弁２２が全開される。したが
って、内側背圧室１０ａから吸出し管８へ流れる流量が
増大し、内側背圧室１０ａ内の圧力が低下し、ランナ２
を上から下に押す軸方向スラストが低減する。そのた
め、負荷遮断や急停止により軸方向スラストが過渡的に
大きくなることを防ぐことができる。

【００４４】従来の水力機械では、このような過渡時の
軸方向スラストも含めて、最大軸方向スラストが予め定
められた基準値に入るように設計されている。すなわ
ち、通常運転中も弁２２が全開になったと同等の状態で
運転されていた。このため過渡時の軸方向スラストの値
は従来の水力機械も本実施の形態の場合も同等の値にな
るが、通常運転中においては弁２２が全閉されているの
で吸出し管８に流出する流量を低く抑えることができ、
漏れ流量増加に伴なう水力機械の効率低下を抑制するこ
とができる。

【００４５】ところで、上記実施の形態においては、運
転状態判別器２９によって水力機械が負荷遮断、急停止
等の過渡的な運転状態に陥ったことが検出されたとき弁
２２を全開するようにしたものを示したが、背圧室水圧
が或る規定値を越えたとき、上記運転状態判別器２９を
介して弁２２を全開するようにしてもよい。また、背圧
室の水圧の代りにスパイラルケーシング３の入口水圧を
測定し弁２２を制御しても同様の作用効果を奏する。

【００４６】図５は本発明の第５の実施の形態を示す図
であって、排水管２０には流量調整手段として弁２２と
ともにポンプ３０が設けられており、そのポンプ３０も
給気指令器２１によって起動・停止されるようにしてあ
る。その他の点は図２に示すものと同一である。

【００４７】しかして、給気管１５の給気流量Ｑa が必
要給気量Ｑadより少ないと、給気指令器２１から弁２２
に対して開指令が出されるとともにポンプ３０に起動指
令が出る。一方、必要給油量Ｑadが０または負の値にな
った場合には給気指令器２１から弁２２に対する全閉指
令とポンプ３０に対する停止指令がでる。

【００４８】したがって、下水池の水位が上昇したり背
圧シール１２の間隔が広がったりすると、Ｑa ＜Ｑadと
なり、弁２２が全開されるとともにポンプ３０が起動さ
れる。そのため内側背圧室１０ａ内の水がポンプ３０に
よって吸出し管８に排出され、給気管１５より大気中の
空気が内側背圧室１０ａに吸引される。このように内側
背圧室１０ａの水はポンプ３０によって吸出し管８へ圧
送されるため、内側背圧室１０ａの圧力を大気圧以下に
することができ、給気管１５によって大気中の空気を確
実に吸引することができる。

【００４９】このように、本実施の形態においても、給
気の必要がない運転点では余分な漏れは発生しないため
水力効率を向上することができ、また給気が困難な下水
池水位が上昇した状態でも必要な給気量を確保でき、水
力機械の安定した運転を行うことができる。

【００５０】さらに、図６は本発明の第６の実施の形態
を示す図であって、排水管２０には弁２２とともにポン
プ３０が設けられており、そのポンプ３０も給気指令器
２１によって起動停止されるようにしてある。その他の
点は図３に示すものと同一である。

【００５１】しかして、内側背圧室水圧Ｐ₁が背圧室の
水圧基準値Ｐ_cより大きいと、給気指令器２１から弁２
２に対して開指令が出されるとともにポンプ３０に起動
指令が出る。一方、内側背圧室水圧Ｐ₁が背圧室の水圧
基準値Ｐ_cより小さくなると、給気指令器２１から弁２
２に対する全開指令とポンプ３０に対する停止指令が出
る。

【００５２】したがって、この場合も図５に示す第５の
実施の形態と同一作用効果を奏する。

【００５３】ところで、図５の実施の形態及び第６の実
施の形態においてはポンプ３０をオン・オフ制御するよ
うにしたものを示したが、そのポンプ３０を回転数を可
変できるポンプとし、給気指令器２１により回転数を制
御するようにしてもよい。しかして、この場合ポンプの
回転数の制御によって排水管２０を通り吸出し管８に排
出される漏れ流れを一定回転数でポンプを運転する場合
よりも最適流量とすることができるとともに、図５及び
図６の実施の形態と同一作用効果を奏する。

【００５４】また、図７は本発明の第７の実施の形態を
示す図であり、内側背圧室１０ａに開口されている排水
管２０の先端が側圧室１１の側圧シール１６より高圧側
に接続されている。そして、この排水管２０にポンプ３
０及び弁２２が設けられている。

【００５５】しかして、弁２２を全開するとともにポン
プ３０を起動することにより、内側背圧室１０ａ内の水
を側圧室１１に吸引することができ、各実施の形態と同
様に内側背圧室１０ａへの給気を確立することができ
る。なお、排水管２０が開口している内側背圧室１０ａ
の圧力に比較して側圧室１１の圧力は同程度かやや高い
けれどもポンプ３０を使用することによって内側背圧室
１０ａ内の水を側圧室１１に送給することができる。

【００５６】また、排水管２０を経て内側背圧室１０ａ
から供給された水の流量だけ、ランナ２の外周から側圧
室１１に流入する流量が減少することになり、吸出し管
８に排水するようにしたものに比し、水力機械全体の漏
れ流量を減少させることができ、水力機械の効率を上げ
ることができる。

【００５７】図８は本発明の第８の実施の形態を示す図
であって、ポンプ３０及び弁２２を有する排水管２０に
は、上記ポンプ３０の吸込み側に、例えば排水ピット３
１の如き他の系統の配管３２が接続されている。そし
て、上記配管３２には弁３３を設けるとともに、排水管
２０の上記配管３２との接続点より上流側にも弁３４が
設けられている。

【００５８】しかして、この実施の形態における水力機
械においても、水力機械の運転中は必要に応じポンプ３
０を起動して背圧室１０の圧力を下げ給気を行うことが
できる。一方、水力機械が停止中は、ポンプ３０と内側
背圧室１０ａを連結している排水管２０の弁３４を閉鎖
し、他の系統の配管３２に設けられている弁３３を開け
て、ポンプ３０を起動することによって、排水ピット３
１の如き他の系統の水を排水することができる。また、
他号機の背圧室と連通する配管を設ければ、その号機の
ポンプが故障した時の予備ポンプとして使用することも
できる。このように、本実施の形態においては、本来背
圧室内の水を吸引するためのポンプを他の用途に転用す
ることもできる。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、上述のように構成したので、
下水池の水位やシール間隔の変化に影響されることな
く、部分負荷運転時等に必要とされる背圧室への給気を
確保することができ、水圧脈動、振動の低減を図ること
ができ、また負荷遮断等の異常運転時の軸方向スラスト
を制御し、効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフランシス形水力機械の第１の実施の
形態を示す図。

【図２】本発明のフランシス形水力機械の第２の実施の
形態を示す図。

【図３】本発明のフランシス形水力機械の第３の実施の
形態を示す図。

【図４】本発明のフランシス形水力機械の第４の実施の
形態を示す図。

【図５】本発明のフランシス形水力機械の第５の実施の
形態を示す図。

【図６】本発明のフランシス形水力機械の第６の実施の
形態を示す図。

【図７】本発明のフランシス形水力機械の第７の実施の
形態を示す図。

【図８】本発明のフランシス形水力機械の第８の実施の
形態を示す図。

【図９】従来のフランシス形水力機械の概略構成を示す
図。

【図１０】（ａ）は図９における背圧室部の拡大図、
（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ背圧室内の圧力変化の説明
図。

【符号の説明】

１主軸２ランナ６上カバー７下カバー８吸出し管９下水池１０背圧室１０ａ内側背圧室１１側圧室１３バランス管１４バランスホール１５給気管１６側圧シール２０排水管２１給気指令器２２弁２３測定器２４，２７計算機２５，２８指示器２６圧力測定器３０ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クラウン部にランナの背部とランナ出口を
結ぶバランスホールを設けたランナを有するフランシス
形水力機械において、上記ランナと上カバー間に形成さ
れた背圧室と大気を連通する給気管を設けるとともに、
上記背圧室と水力機械の低圧部とを排水管によって接続
し、その排水管の途中に、背圧室から流出する水量を調
整する水量調整手段を設けたことを特徴とするフランシ
ス形水力機械。
【請求項２】前記調整手段は流量調整弁、ポンプのうち
の少なくとも一方であることを特徴とする、請求項１記
載のフランシス形水力機械。
【請求項３】一端が背水室に接続されている排水管の他
端を、ランナと下カバー間に形成された側圧室に接続し
たことを特徴とする、請求項１または２記載のフランシ
ス形水力機械。
【請求項４】排水管に設けられている弁を開閉制御する
給気指令器を有することを特徴とする、請求項１または
３記載のフランシス形水力機械。
【請求項５】背圧室と大気を連通する給気管の空気流量
を測定する空気流量測定器と、水力機械の水圧、発電機
出力、ガイドベーン開度から水力機械の運転状態を求め
て必要給気量を算定する計算機と、上記空気流量測定器
によって測定された給気量と上記計算機で算定された必
要給気量とを比較して給気指令器に指示信号を出力する
指示器とを有することを特徴とする請求項４記載のフラ
ンシス形水力機械。
【請求項６】内側背圧室の圧力を測定する圧力測定器
と、水力機械の水圧、発電機出力、ガイドベーン開度か
ら水力機械の運転状態を求めて内側背圧室の基準圧力を
算定する計算機と、上記圧力測定器によって測定された
圧力と上記計算機で算定された基準圧力とを比較して給
気指令器に指示信号を出力する指示器とを有することを
特徴とする請求項４記載のフランシス形水力機械。
【請求項７】背圧室と大気を連通する給気管の空気流量
を測定する空気流量測定器と、水力機械の水圧、発電機
出力、ガイドベーン開度から水力機械の運転状態を求め
て必要給気量を算定する計算機と、上記空気流量測定器
によって測定された給気量と上記計算機で算定された必
要給気量とを比較して給気指令器にポンプのオン・オフ
指示信号或いは回転数指示信号を出力する指示器とを有
することを特徴とする請求項２記載のフランシス形水力
機械。
【請求項８】内側背圧室の圧力を測定する圧力測定器
と、水力機械の水圧、発電機出力、ガイドベーン開度か
ら水力機械の運転状態を求めて内側背圧室の基準圧力を
算定する計算機と、上記圧力測定器によって測定された
圧力と上記計算機で算定された基準圧力とを比較して給
気指令器にポンプのオン・オフ指示信号或いは回転数指
示信号を出力する指示器とを有することを特徴とする請
求項２記載のフランシス形水力機械。
【請求項９】水力機械が負荷遮断、急停止等の過渡的な
運転状態に陥ったことを検出し、排水管に設けられた弁
に全開指令信号を出力する運転状態判別器を有すること
を特徴とする請求項１記載のフランシス形水力機械。
【請求項１０】背圧室水圧を測定する圧力測定器と、そ
の圧力測定器によって測定された背圧室水圧が規定値を
超えたとき、排水管に設けられた弁に全開指令信号を出
力する運転状態判別器とを有することを特徴とする請求
項１記載のフランシス形水力機械。
【請求項１１】排水管の途中に設けられたポンプの吸い
込み側に、他の機器等からの排水を行う排水用配管が接
続されていることを特徴とする請求項２記載のフランシ
ス形水力機械。