JP2003262179A - ポンプ水車およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポンプ締切り運転時、ランナ室の充水の水面押
し下げをより一層早めてポンプ入力の低減化を図るポン
プ水車の運転方法を提供する。 【解決手段】本発明に係るポンプ水車の運転方法は、ガ
イドベーン２３，２３，…の全閉後、ポンプ締切り運転
のとき、ランナ室３３にその頭部および底部から給気を
供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ水車の運転
方法に係り、特に、揚水運転終了後から停止時間のポン
プ入力をより一層低減させるポンプ水車の運転方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近の水力発電プラントは、上池と下池
との中間位置に水力機械を設置し、昼間、上池の貯水を
利用して発電運転を行い、夜間、下池の貯水を上池に戻
す揚水運転を行い、貯水の有効活用を図る発電・揚水併
用タイプのものが多い。この場合、発電運転と揚水運転
とを行う水力機械として、フランシス型ポンプ水車が使
用されることが多い。

【０００３】このフランシス型ポンプ水車は、図７に示
すように、主軸（回転軸）１の一端にランナ２を固設さ
せるとともに、その他端に駆動機３を固設させる構造に
なっている。この駆動機３は、発電運転時、発電機とし
て、また、揚水運転時、電動機として使用できる構造に
なっている。

【０００４】一方、ランナ２は、その外周側に可動式の
ガイドベーン４を備え、ガイドベーン４の開閉により圧
力水の流量を調整している。このガイドベーン４は、そ
の外側に固定式のステーベーン５を介装して渦巻状のケ
ーシング６に接続している。

【０００５】また、ランナ２は、その下流側に直線拡大
管７、曲がり管８および拡大管９で形成する吸出し管１
０を備え、この吸出し管１０を下池（図示せず）に接続
させている。

【０００６】また、ランナ２は、上カバー１１と下カバ
ー１２とで包囲形成するランナ室１３に収容され、クラ
ウン１４とハンド１５とで挟持するランナベーン１６を
駆動機３からの駆動力で回転させるようになっている。

【０００７】このような構成を備えるフランシス型ポン
プ水車において、そのポンプ水車の運転方法は、揚水運
転が終了し、ガイドベーン４に閉鎖指令が出ると、ガイ
ドベーン４の弁開度を徐々に絞り、やがて全閉にさせ
る。この間、主軸１からランナベーン１６に与えられる
駆動力、つまりポンプ入力は低下していく。

【０００８】そして、ガイドベーン４が全閉（締切り状
態）となった、いわゆるポンプ締切り運転に入った後
に、電動機として使用されている駆動機３を電力系統か
ら解列し、駆動機３に制動をかけてランナ２を完全に停
止させる。

【０００９】ここで、ポンプ締切り運転の状態における
駆動機３へのポンプ入力は、ランナの回転負荷のために
高く、駆動機３の解列時に電力系統に大きな影響を与え
ることがある。このため、駆動機を電力系統から解列す
る際のポンプ入力を低減する種々の方法が提案されてい
る。例えば、ポンプ締切り運転に入った後にランナ室１
３内にその頭部側から給気して、この給気の押圧力を利
用してランナ室１３内の充水の水面を吸出し管１０の下
流側に押し下げ、ランナ室１３内においてランナ２を空
気中に露呈させた後に駆動機３を解列する方法などがあ
る（特開昭５６−４７６８０号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにランナ室１３内の充水を押し下げてランナ２を空
気中に露呈させる、いわゆる水面押し下げ運転を行う方
法では、ポンプ締切り運転の後にランナ室１３内に給気
を行うことによってランナ室１３内の充水の水面を吸出
し管１０の下流側に押し下げてランナ２を空気中に露呈
させて回転させ、ポンプ入力を軽減させているものの、
充水の水面押し下げに比較的長い時間を費やすという問
題点がある。このため、エネルギの浪費防止の点からこ
の水面押し下げに要する時間を短縮するように給気量を
より多くすることも考えられるが、急激に水面押し下げ
を行うとランナとともに回転していた水の慣性が急激に
失われることとなり、このことがポンプ入力の急変を引
き起こすので、電力系統や同一発電所内の別の水力機械
に影響を与える可能性があった。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、ポンプ締切り運転を開始してから解列までの時
間を短くし、かつポンプ入力を十分に低減することが可
能なポンプ水車の運転方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るポンプ水車
は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、駆動力により回転するランナと、上カバーと下
カバーにより包囲されて前記ランナを収容するランナ室
と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと前記下
カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式のガイド
ベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーンの外側
に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ室の前
記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり管から
なる吸出し管を有するポンプ水車において、前記ガイド
ベーンを閉鎖して前記ランナを回転させるポンプ締切り
運転のときに前記直線拡大管内に給気を行う配管を前記
直線拡大管に設けるとともに、前記配管に流量調整弁を
設けたものである。

【００１３】また、本発明に係るポンプ水車は、上述の
目的を達成するために、請求項２に記載したように、駆
動力により回転するランナと、上カバーと下カバーによ
り包囲されて前記ランナを収容するランナ室と、前記ラ
ンナの半径方向外側の前記上カバーと前記下カバーの間
に円形列状に複数設けられた可動式のガイドベーンと、
前記ランナ室および前記ガイドベーンの外側に渦巻状に
設けられたケーシングと、前記ランナ室の前記ランナ下
流側に設けられた直線拡大管と曲がり管からなる吸出し
管を有するポンプ水車において、前記ガイドベーンを閉
鎖して前記ランナを回転させるポンプ締切り運転のとき
に前記ランナと前記ガイドベーンとの間の前記上カバー
および前記下カバーの流水面に給気を行う配管を前記上
カバーおよび前記下カバーに設けるとともに、前記配管
に流量調整弁を設けたものである。

【００１４】また、本発明に係るポンプ水車の運転方法
は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載した
ように、駆動力により回転するランナと、上カバーと下
カバーにより包囲されて前記ランナを収容するランナ室
と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと前記下
カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式のガイド
ベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーンの外側
に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ室の前
記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり管から
なる吸出し管を有するポンプ水車の運転方法において、
前記ガイドベーンを全閉にして前記ランナを回転させる
ポンプ締切り運転を開始した後に、前記ランナ室に給気
を行い、前記ランナ室内の充水を水と空気が混ざり合う
状態とする方法である。

【００１５】また、本発明に係るポンプ水車の運転方法
は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載した
ように、駆動力により回転するランナと、上カバーと下
カバーにより包囲されて前記ランナを収容するランナ室
と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと前記下
カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式のガイド
ベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーンの外側
に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ室の前
記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり管から
なる吸出し管を有するポンプ水車の運転方法において、
前記ガイドベーンを全閉にして前記ランナを回転させる
ポンプ締切り運転を開始した後に、前記ランナ室に給気
を行い、前記ランナ室内の充水を水と空気が混ざり合う
状態とする方法である。

【００１６】また、本発明に係るポンプ水車の運転方法
は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載した
ように、ポンプ締切り運転の開始前に、ケーシングの上
流側に位置する入口弁を全閉とする方法である。

【００１７】また、本発明に係るポンプ水車は、上述の
目的を達成するために、請求項６に記載したように、駆
動力により回転するランナと、上カバーと下カバーによ
り包囲されて前記ランナを収容するランナ室と、前記ラ
ンナの半径方向外側の前記上カバーと前記下カバーの間
に円形列状に複数設けられた可動式のガイドベーンと、
前記ランナ室および前記ガイドベーンの外側に渦巻状に
設けられたケーシングと、前記ランナ室の前記ランナ下
流側に設けられた直線拡大管と曲がり管からなる吸出し
管と、前記ケーシングの上部と前記直線拡大管とを接続
する排気管を有するポンプ水車において、前記下カバー
の前記ランナ室と前記ガイドベーンの間の底部側に、上
下動によって前記ランナ室と前記ガイドベーンの間の流
路を塞ぐゲートリングを収容したものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポンプ水車お
よびその運転方法の実施形態を図面および図面に付す符
号を引用して説明する。

【００１９】図１は、本発明に係るポンプ水車の第１実
施形態に適用する例示としてのフランシス型ポンプ水車
の概略縦断面図である。

【００２０】本実施形態に係るポンプ水車に適用するフ
ランシス型ポンプ水車は、主軸（回転軸）２０の一端に
ランナ２１を固設させるとともに、その他端に駆動機２
２を固設させる構造になっている。この駆動機２２は、
発電運転時、発電機として、また、揚水運転時、電動機
として使用できる構造になっている。

【００２１】ランナ２１は、上カバー３１と下カバー３
２とで包囲形成されたランナ室３３内に収容されてお
り、クラウン３４とバンド３５とで挟持するランナベー
ン３６とともに、ポンプ入力によって駆動機２２に与え
られる駆動力で回転するようになっている。

【００２２】また、ランナ２１の半径方向外側には、複
数枚の可動式のガイドベーン２３，２３，…が上カバー
３１と下カバー３２の間に円形形状に配置されている。
可動式のガイドベーン２３，２３，…はその外側にスピ
ードリング２４に固設するステーベーン２５，２５，…
を介装して渦巻状のケーシング２６に接続している。

【００２３】上カバー３１と下かバー３２には、それぞ
れガイドベーン２３とランナ２１との間の流水面に空気
を供給するための配管４０ａ，４０ｂが設けられてお
り、これらの配管４０ａ，４０ｂは流量調整弁３９を備
える給気槽３８ａと接続されている。さらに、吸出し管
３０の直線拡大管２７にも直線拡大管２７内に空気を供
給する配管４１が設けられており、この配管４１は流量
調整弁３９を備える給気槽３８ｂと接続されている。な
お、給気槽３８ａと給気槽３８ｂは同一としてもよい。

【００２４】図１における“Ｘ”部の部分拡大図である
図２に示すように、配管４１は吸出し管３０の直線拡大
管の横断中心線ＨＣＬに対し角度θにして取り付け、給
気をランナ回転方向に同期させて充水の流れに対し抵抗
にならないようにし、ポンプ締切り運転中、ポンプ入力
を低減させるようになっている。すなわち、図２におい
て、揚水運転時のランナ２１の回転方向は反時計方向で
あるため、これに合わせて、配管４１はその中心線が直
線拡大管２７の横断面における中心点Ｏを通過する横断
中心線ＨＣＬに対して時計方向に角度θとなるように、
つまり揚水運転時のランナ回転方向と反対方向に傾ける
ように取り付けられている。

【００２５】このような構成を備えるフランシス型ポン
プ水車において、本実施形態に係るポンプ水車の運転方
法は、例えば、揚水運転が終了し、ガイドベーン２３に
閉鎖指令があると、ガイドベーン２３，２３，…の弁開
度を徐々に絞り、やがて全閉にさせ、ポンプ締切り運転
に入る。

【００２６】ポンプ締切り運転に入ると、ポンプ水車
は、流量調整弁３７，３９を開弁させる。これにより、
給気槽３８ａおよび給気槽３８ｂからそれぞれ配管４０
ａ，４０ｂ、および配管４１を介して流量を調整して給
気を行う。

【００２７】配管４０ａおよび４０ｂからの給気は、ガ
イドベーン２３とランナ２１との間にて、それぞれ上カ
バー３１と下カバー３２の流水面に供給される。ここ
で、ランナ２１内部の水はランナ２１の回転に伴う遠心
力を受けるので、ランナ２１内部からガイドベーン２
３，２３，…に向かって密度の大きい水の流れが生じ
る。このときガイドベーン２３，２３，…は閉鎖してお
り、この流れはガイドベーン２３，２３，…に衝突する
ような形となるので、ガイドベーン２３，２３，…とラ
ンナ２１外周部の間では循環流が生じる。配管４０ａお
よび４０ｂはガイドベーン２３，２３，…とランナ２１
との間の上カバー３１、および下カバー３２の流水面に
給気するように構成されているので、配管４０ａおよび
４０ｂから供給された空気はこの循環流に乗るととも
に、密度が小さいため、ランナ室３３内部へ向かって流
れ、ランナ２１内部やランナ２１と上カバー３１との間
隙、また、ランナ２１としたカバー３２との間隙に流れ
込む。このようにしてランナ室３３内部で空気と水が混
ざり合い、またランナ２１と上カバー３１および下カバ
ー３２との間隙に空気が流れ込むことによって、ランナ
２１が回転する際の抵抗が減少し、ポンプ入力を小さく
することができる。

【００２８】また、配管４１からの給気は、上述のよう
に充水の流れに対する抵抗となることなく直線拡大管２
７内をランナ室３３に向かって上昇し、その一部はラン
ナ２１としたカバー３２との間隙にも流れ込む。さら
に、ランナ２１内に流れ込んだ空気はランナ２１の回転
による遠心力によって上述のようにランナ２１内部から
ガイドベーン２３，２３，…の方向に流れてランナ２１
外周部とガイドベーン２３，２３，…の間の循環流に乗
り、再びランナ室３３内部に戻される。このようにし
て、ランナ室３３内で水と空気が混ざり合った状態を作
ることで、ランナ２１を回転させるのに必要な力を減少
させることができる。さらにランナ２１と下カバー３２
との間隙にも空気が流れ込むことによって、ランナ２１
が回転する際の抵抗が減少する。したがって、これらの
ことによってもポンプ入力を小さくすることができる。

【００２９】このように、本実施形態は、ポンプ締切り
運転に入ると、吸込み管３０の直線拡大管２７を介して
ランナ３３に流量調整弁３９で流量を調整して給気する
とともに、ガイドベーン２３，２３，…とランナ２１と
の間の上カバー３１と下カバー３２の流水面に流量調整
弁３７で流量を調整して給気することによって、ランナ
室３３内で水と空気が混ざり合った状態を作り出すこと
が可能となるので、ランナ室３３に設けられたランナ２
１が回転する際の抵抗を大幅に減少させることができ、
ポンプ入力を十分に減少させることが可能となる。この
とき、いわゆる水面押し下げ運転のように、ランナ２１
内部の充水がなくなることがないため、つまり、充水が
押し下げられることによって回転するランナ２１内部の
充水の慣性が急激に失われるようなことがないため、ポ
ンプ入力の急変が起こることもなく、電力系統や同一発
電所内の別の水力機械に影響を与えることがない。ま
た、このようにランナ室３３内部に水と空気が混ざり合
った状態を作り出すために要する時間は水面押し下げ運
転を行うよりも大幅に短く、エネルギ浪費を防止するこ
とができる。

【００３０】なお、本実施形態において、給気槽３８
ａ、流量調整弁３７、配管４０ａ，４０ｂを省略し、給
気を吸込み管３０の直線拡大管２７を介して行うのみと
しても、同様の作用効果を得ることが可能となる。

【００３１】次に、本発明に係るポンプ水車の運転方法
の第２実施形態を図３および図４によって説明する。図
３は本発明に係るポンプ水車の第２実施形態に適用する
例示としてのフランシス型ポンプ水車の概略縦断面図で
ある。図３においては、渦巻状のケーシング２６の上部
と吸出し管３０の直線拡大管２７とを接続する排気管４
２が示されていること以外は図１と同様であり、同一の
構成部分には同一の符号を付しその説明を省略する。

【００３２】この排気管４２は、従来のポンプ水車にお
いても設けられており、水面押し下げ運転を行う際にガ
イドベーン２３，２３，…を締め切っていても漏洩する
空気を回収して吸出し管３０の直線拡大管２７に戻すた
めのものである。

【００３３】本実施形態に係るポンプ水車の運転方法
は、ポンプ締切り運転時に吸込み管３０の直線拡大管２
７を介してランナ室３３に給気し、また、ガイドベーン
２３，２３，…とランナ２１との間の上カバー３１と下
カバー３２の流水面に給気を行い、その後にガイドベー
ン２３，２３，…を小開し、渦巻状のケーシング２６の
上部と吸出し管３０の直線拡大管２７とを接続する排気
管４２を利用して、ポンプ締切り運転中にランナ室３３
に向けてなされる給気の一部をガイドベーン２３，２
３，…を介してケーシング２６に流出させ、ここから吸
出し管３０の直線拡大管２７に回収させるものである。

【００３４】第１実施形態で述べたように、ポンプ締切
り運転時に配管４０ａ，４０ｂや配管４１を介して給気
を行うと、供給された空気はランナ室３３内で水と混ざ
り合った状態となりポンプ入力が減少するが、給気量が
多過ぎる場合などは、充水の水面が押し下げられる可能
性がある。充水の水面が押し下げられることは、ランナ
２１とともに回転している水の質量に相当する慣性が失
われることとなるため、ポンプ入力の急変を引き起こす
ことも考えられる。

【００３５】本実施形態はこのような点を考慮したもの
であり、その作用をさらに図４を用いて説明する。

【００３６】図４は、本実施形態のポンプ水車を停止さ
せる場合のガイドベーン開度、ポンプ入力、および配管
４０ａ，４０ｂや配管４１を介してランナ室３３内に供
給された総給気量を、時間を横軸として示したものであ
る。図４に示すように、ガイドベーン開度Ａ_２、ポンプ
入力Ｐ_３にて揚水運転中のポンプ水車が揚水運転を終了
し、ガイドベーン２３，２３，…に閉鎖指令が出される
と、ポンプ水車はガイドベーン開度を徐々に小さくし、
これに伴いポンプ入力が徐々に低下して、最終的にガイ
ドベーン開度がＡ_０＝０、つまり全閉となるとポンプ水
車はポンプ締切り運転に入るが、本実施形態ではこれと
ほぼ同時に配管４０ａ，４０ｂや配管４１を介して給気
を開始する。給気を開始したことにより、第１実施形態
同様、ポンプ入力がさらに低下する。ここで、配管４０
ａ，４０ｂや配管４１を介しての給気を継続しながら、
ガイドベーン２３，２３，…をガイドベーン開度Ａ_１に
小開させ、ガイドベーン２３，２３，…を介してケーシ
ング６に給気を導く。流出した給気はガイドベーン２
３，２３，…をガイドベーン開度Ａ_１に小開してから多
少時間が経過した後にケーシング６の上部に貯まり始め
るので、このタイミングで排気管４２を開口する。これ
によってケーシング６上部に貯まった給気は吸出し管３
０の直線拡大管２７に戻され、ここから再びランナ室３
３の内部に給気される。この間も、配管４０ａ，４０ｂ
や配管４１を介しての給気を継続していればポンプ入力
は低下し続け、最終的にポンプ入力をＰ_１に十分低下さ
せた時点で駆動機２２を電力系統から解列させ、同時に
給気を停止して、ガイドベーン２３，２３，…をガイド
ベーン開度Ａ_０＝０、つまり全閉する。

【００３７】本実施形態はこのような運転方法によるの
で、第１実施形態の作用効果に加えて、配管４０ａ，４
０ｂや配管４１を介して行う給気の量が多い場合であっ
ても、ランナ室３３内の充水の水面を押し下げる虞がな
いので、電力系統に影響を与えることなく安定してポン
プ水車を停止することが可能となる。つまり、給気の量
を多くしても、ランナ室３３やランナ２１内に空気が貯
まらずに、ガイドベーン２３，２３，…を介してケーシ
ング６に流出し、排気管４２を介して直線拡大管２７に
再度給気を行うことができるので、ランナ室３３やラン
ナ２１内は常に水と空気が混ざり合った状態となるの
で、総給気量に応じてポンプ入力を十分に低下させるこ
とが可能となる。

【００３８】なお、本実施形態において、排気管４２と
吸出し管３０の直線拡大管２７との接続部において、図
２で示したものと同様に、排気管４２を揚水運転時のラ
ンナ回転方向と反対方向に傾けるように直線拡大管２７
に取り付けることによって、ケーシング６から直線拡大
管２７に戻された給気をランナ回転方向に同期させて充
水の流に対し抵抗にならないようにし、ポンプ入力を低
減効果が十分に得られるように構成することができる。

【００３９】図５は、本発明に係るポンプ水車の運転方
法の第３実施形態に適用する例示としてのフランシス型
ポンプ水車の概略縦断面図である。なお、第１実施形態
の構成部分と同一構成部分には同一符号を付している。

【００４０】本実施形態に係るポンプ水車の運転方法
は、ポンプ締切り運転の前に、入口弁４３を全閉にさ
せ、給気装置３９，４０からランナ室３４に供給する給
気がガイドベーン２３，２３，…を介してケーシング２
６に漏出しても上池（図示せず）まで流出させないよう
にするものである。

【００４１】ポンプ水車は、長年の間、ガイドベーン２
３，２３，…を流量制御のために開閉させたり、あるい
はポンプ締切り運転のために開閉させていると、ガイド
ベーン２３，２３，…の摺動部に摩耗が生じ、運転中、
給気がガイドベーン２３，２３，…の摺動部からケーシ
ング２６、入口弁４３および水圧鉄管４４を介して上池
まで流れ、給気をより多く無駄に消費することがあっ
た。

【００４２】本実施形態は、このような点を考慮するも
ので、ガイドベーン２３，２３，…が閉鎖指令を受けて
全閉となった段階で行く弁４３が全閉されるようにし、
ポンプ締切り運転は入口弁４３が閉止した状態で行われ
るようにしたものである。

【００４３】このように、本実施形態によれば、第１実
施形態の効果に加え、ガイドベーン２３，２３，…の摺
動部に摩耗が生じているような場合であっても、配管４
０ａ，４０ｂや配管４１を介して行う給気が漏れ出して
水圧鉄管４４を介して上池まで流れることによる給気の
無駄な消費を避けることができる。さらに、本実施形態
を第２実施形態と組み合わせる場合、揚水運転が終了し
た際のガイドベーン２３，２３，…への閉鎖指令を、全
閉ではなく小開度とし、この小開度となった段階から配
管４０ａ，４０ｂや配管４１を介して給気を行い、追っ
て排気管４２を開口させてガイドベーン２３，２３，…
を介して流出する給気を直線拡大管２７に戻すこともで
きる。このような運転方法によると、第２実施形態の効
果や本実施形態の上述の効果に加え、駆動機２２の系統
からの解列までに要する時間をさらに短縮することが可
能となるとともに、ポンプ締切り運転時に、ガイドベー
ン２３，２３，…が閉鎖することがないため、ガイドベ
ーン２３，２３，…の摺動部の摩耗の進行を遅らせるこ
ともできる。

【００４４】図７は、本発明に係るポンプ水車およびそ
の運転方法の第４実施形態に適用する例示としてのフラ
ンシス型ポンプ水車の概略部分断面図である。なお、第
１実施形態の構成部分と同一構成部分には同一符号を付
している。

【００４５】本実施形態に係るポンプ水車の運転方法
は、ガイドベーン２３，２３，…とランナ２１外周部と
の間の底部側に収容しているゲートリング４４を移動さ
せ、通路４５を塞ぎ、今迄、ランナ２１の回転によって
発生している充水Ｗの旋回・反転エネルギをガイドベー
ン２３，２３，…に受け持たせていたものをゲートリン
グ４４で受け持たせ、通路４５の距離を短くした分だけ
充水Ｗの旋回・反転エネルギを少なくさせて主軸２０か
らランナ２１に与えるポンプ入力を少なくさせるもので
ある。

【００４６】このように、本実施形態は、第１の実施形
態の効果に加え、ポンプ締切り運転時、ランナ２１の回
転に伴って発生する充水Ｗの旋回・反転エネルギを少な
くさせるためにガイドベーン２３，２３，…と、ランナ
２１外周部との中間の通路４５をゲートリング４４で塞
ぎ、ランナ室３３の容積を少なくさせるよう制限を加え
るので、ランナ室３３の容積を少なくさせる分だけ給気
量を少なくすることができ、ランナ２１の回転に必要な
ポンプ入力を少なくすることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るポン
プ水車およびその運転方法は、ポンプ締切り運転時にラ
ンナ室内に給気を行い、ランナ室内の充水を水と空気が
混ざり合った状態とすることによってランナ室の内部に
設けられたランナが回転する際の抵抗を大幅に減少させ
ることができ、ポンプ入力を十分に減少させることが可
能となる。このとき、いわゆる水面押し下げ運転のよう
に、ランナ内部の充水がなくなることがないため、回転
するランナ内部の充水の慣性が急激に失われないため、
ポンプ入力の急変が起こることもなく、電力系統や同一
発電所内の別の水力機械に影響を与えることがない安定
運転を行わせることができる。また、このようにランナ
室の内部に水と空気が混ざり合った状態を作り出すため
に要する時間は水面押し下げ運転を行うよりも大幅に短
く、エネルギ浪費を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第１実施
形態に適用する例示としてのフランシス型ポンプ水車の
概略縦断面図。

【図２】図１のＸ部の部分拡大図。

【図３】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第２実施
形態に適用する例示としてのフランシス型ポンプ水車の
概略縦断面図。

【図４】図３に示す第２実施形態に基づくガイドベーン
開度、ポンプ入力、給気量のそれぞれを示す線図。

【図５】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第３実施
形態に適用する例示としてのフランシス型ポンプ水車の
概略縦断面図。

【図６】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第４実施
形態に適用する例示としてのフランシス型ポンプ水車の
概略部分断面図。

【図７】従来のフランシス型ポンプ水車を示す概略縦断
面図。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ ランナ ３ 駆動機 ４ ガイドベーン ５ ステーベーン ６ ケーシング ７ 直線拡大管 ８ 曲がり管 ９ 拡大管 １０ 吸出し管 １１ 上カバー １２ 下カバー １３ ランナ室 １４ クラウン １５ バンド １６ ランナベーン ２０ 主軸 ２１ ランナ ２２ 駆動機 ２３ ガイドベーン ２４ スピードリング ２５ ステーベーン ２６ ケーシング ２７ 直線拡大管 ２８ 曲がり管 ２９ 拡大管 ３０ 吸出し管 ３１ 上カバー ３２ 下カバー ３３ ランナ室 ３４ クラウン ３５ バンド ３６ ランナベーン ３７ 流量調整弁 ３８ 給気槽 ３９ 流量調整弁 ４０ 給気槽 ４１ 配管 ４２ 排気管 ４３ 入口弁 ４４ ゲートリング ４５ 通路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動力により回転するランナと、上カバ
   ーと下カバーにより包囲されて前記ランナを収容するラ
   ンナ室と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと
   前記下カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式の
   ガイドベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーン
   の外側に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ
   室の前記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり
   管からなる吸出し管を有するポンプ水車において、前記
   ガイドベーンを閉鎖して前記ランナを回転させるポンプ
   締切り運転のときに前記直線拡大管内に給気を行う配管
   を前記直線拡大管に設けるとともに、前記配管に流量調
   整弁を設けたことを特徴とするポンプ水車。
2. 【請求項２】 駆動力により回転するランナと、上カバ
   ーと下カバーにより包囲されて前記ランナを収容するラ
   ンナ室と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと
   前記下カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式の
   ガイドベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーン
   の外側に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ
   室の前記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり
   管からなる吸出し管を有するポンプ水車において、前記
   ガイドベーンを閉鎖して前記ランナを回転させるポンプ
   締切り運転のときに前記ランナと前記ガイドベーンとの
   間の前記上カバーおよび前記下カバーの流水面に給気を
   行う配管を前記上カバーおよび前記下カバーに設けると
   ともに、前記配管に流量調整弁を設けたことを特徴とす
   るポンプ水車。
3. 【請求項３】 駆動力により回転するランナと、上カバ
   ーと下カバーにより包囲されて前記ランナを収容するラ
   ンナ室と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと
   前記下カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式の
   ガイドベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーン
   の外側に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ
   室の前記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり
   管からなる吸出し管を有するポンプ水車の運転方法にお
   いて、前記ガイドベーンを全閉にして前記ランナを回転
   させるポンプ締切り運転を開始した後に、前記ランナ室
   に給気を行い、前記ランナ室内の充水を水と空気が混ざ
   り合う状態とすることを特徴とするポンプ水車の運転方
   法。
4. 【請求項４】 駆動力により回転するランナと、上カバ
   ーと下カバーにより包囲されて前記ランナを収容するラ
   ンナ室と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと
   前記下カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式の
   ガイドベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーン
   の外側に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ
   室の前記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり
   管からなる吸出し管を有するポンプ水車の運転方法にお
   いて、前記ガイドベーンを全閉にして前記ランナを回転
   させるポンプ締切り運転を開始した後に、前記ランナ室
   に給気を行い、前記ランナ室内の充水を水と空気が混ざ
   り合う状態とすることを特徴とするポンプ水車の運転方
   法。
5. 【請求項５】 ポンプ締切り運転の開始前に、ケーシン
   グの上流側に位置する入口弁を全閉とすることを特徴と
   する請求項３または４記載のポンプ水車の運転方法。
6. 【請求項６】 駆動力により回転するランナと、上カバ
   ーと下カバーにより包囲されて前記ランナを収容するラ
   ンナ室と、前記ランナの半径方向外側の前記上カバーと
   前記下カバーの間に円形列状に複数設けられた可動式の
   ガイドベーンと、前記ランナ室および前記ガイドベーン
   の外側に渦巻状に設けられたケーシングと、前記ランナ
   室の前記ランナ下流側に設けられた直線拡大管と曲がり
   管からなる吸出し管と、前記ケーシングの上部と前記直
   線拡大管とを接続する排気管を有するポンプ水車におい
   て、前記下カバーの前記ランナ室と前記ガイドベーンの
   間の底部側に、上下動によって前記ランナ室と前記ガイ
   ドベーンの間の流路を塞ぐゲートリングを収容したこと
   を特徴とするポンプ水車。