JP2004353570A

JP2004353570A - ポンプ水車

Info

Publication number: JP2004353570A
Application number: JP2003152844A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakamura; 高紀中村; Masao Yamazaki; 正雄山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】ポンプ水車のポンプ運転時低流領域で、ガイドベーンに生じる旋回失速を抑制し、これに起因する揚程の右上がり不安定特性を改善する。
【解決手段】上カバーおよび下カバーの間に複数枚が環状に互いに周方向に間隔をあけて配置され、ガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーン１，２を有するポンプ水車において、ガイドベーンは長ガイドベーン１と短ガイドベーン２とで構成されており、短ガイドベーンそれぞれが、長ガイドベーンの間に挟まれるように配置されている。他の形態では、ガイドベーンは、第１のガイドベーンと、第１のガイドベーンの間に挟まれた第２のガイドベーンとを有し、ポンプ運転時に、第２のガイドベーンの取付け角度が第１のガイドベーンの取付け角度よりも小さくなるように、各ガイドベーンを回動させるガイドベーン駆動手段を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ水車に係り、特に、ポンプ低流量領域における不安定特性を改善するためにガイドベーンの形状または取付け角度を改良したポンプ水車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９と図１０は一般的なフランシス形ポンプ水車を示したものである。通常、図に示すように、ランナ２３とステーベーン２１の間には、上カバー２４と下カバー２５に挟まれた環状空間に、開度調整可能な複数枚のガイドベーン２２が配置されている。このガイドベーン２２は水車およびポンプ運転時に流量を調整するため、ガイドベーンスピンドル２７を中心としてアームとリンクによる操作機構により回動する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１１に示すように、ポンプおよびポンプ水車のポンプ揚程曲線では、低流量領域において部分的に揚程曲線が右上がり（以下、右上がり不安定特性と称す）となることが多い。特に、低比速度の遠心ポンプや出口案内羽根を有する斜流ポンプに、この右上がり不安定特性が生じやすいことが知られている。また、揚水発電所に適用するポンプ水車にもしばしば見受けられる。右上がり不安定特性は、ポンプ低流量領域においてガイドベーンに旋回失速が生じることが原因であり、この旋回失速が生じると激しい圧力変動が引き起こされるので、なるべく避けなければならない。
【０００４】
これまで、この右上がり不安定特性の改善を目的とした研究は多く行われており、例えば圧縮機における旋回失速のアクティブ制御では、失速の予兆現象（圧力変動や失速セルの検知）を捉え、これらを打ち消す振動壁や噴流による撹乱を与えてサージングの抑制を図り作動範囲を拡大するという研究がある（例えば、非特許文献１から非特許文献３参照）。また、斜流ポンプにおいては、羽根車直前に噴流の吹き込みを入れることによって同様の効果が確認されたことが報告されている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４９０３５公報
【非特許文献１】
デイ（ＤＡＹ），「ストール・インセプション・イン・アキシャル・フロー・コンプレッサーズ」（ＳｔａｌｌＩｎｃｅｐｔｉｏｎｉｎＡｘｉａｌＦｌｏｗＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ），エーエスエムイー・ペーパー・９１−ＧＴ−８６（ＡＳＭＥＰＡＰＥＲ９１−ＧＴ−８６），（米国），１９９１年
【非特許文献２】
デイ（ＤＡＹ），「アクティブ・サプレッション・オブ・ローテーティング・ストール・アンド・サージ・イン・アキシャル・コンプレッサーズ」（ＡｃｔｉｖｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＲｏｔａｔｉｎｇＳｔａｌｌａｎｄＳｕｒｇｅｉｎＡｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ），エーエスエムイー・ペーパー・９１−ＧＴ−８７（ＡＳＭＥＰＡＰＥＲ９１−ＧＴ−８７），（米国），１９９１年
【非特許文献３】
ウィリアムズ（ＷＩＬＬＩＡＭＳ）ほか，「アン・エンジン・デモンストレーション・オブ・アクティブ・サージ・コントロール」（ＡｎＥｎｇｉｎｅＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＡｃｔｉｖｅＳｕｒｇｅＣｏｎｔｒｏｌ），エーエスエムイー・ペーパー・９０−ＧＴ−２２４（ＡＳＭＥＰＡＰＥＲ９０−ＧＴ−２２４），（米国），１９９０年
【非特許文献４】
後藤，「羽根車内２次流れのアクティブ制御によるポンプ特性の安定化」，日本機械学会第７０期通常総会講演論文集（ＩＩ），１９９３年，ｐ．３３５−３３７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ水車のポンプ運転時低流量領域において発生する旋回失速を、図１２を参照して説明する。すなわち、ガイドベーン２２へ流入してくる水流の流れ角度α１がガイドベーン２２の出口側（水車運転時の「出口側」であり、ポンプ運転時には水が流入する側になる）取付け角度βｇ２よりも小さくなって、１枚のガイドベーンで失速が生じる場合を想定する。なおここで、流れ角度とは、水流の方向とガイドベーン内周円の接線とのなす角度であり、ガイドベーンの取付け角度とは、ガイドベーンの翼方向とガイドベーン内周円またはピッチ円の接線とのなす角度である。
【０００７】
１枚のガイドベーンで失速が生じると、そのガイドベーン２２の流路が閉塞されるため、負圧面側に隣接したガイドベーン２２への流入角がより小さくなり、失速が、隣接するガイドベーン２２に移動する。失速していたガイドベーン２２は出口側（内径側）での流れの剥離が消滅して正常な流れとなり、失速域が次々と周方向に伝播する。
【０００８】
この旋回失速が、ポンプの通常運転範囲内に位置する場合やポンプ最高揚程時のガイドベーン開度で発生し、揚程の右上がり不安定特性を引き起こすと、ポンプ水車主機の異常振動や圧力変動の急増が深刻な問題となる。
【０００９】
本発明の目的は、ポンプ水車のポンプ運転時低流領域で、ガイドベーンに生じる旋回失速を抑制し、これに起因する揚程の右上がり不安定特性を改善するポンプ水車を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、を有するポンプ水車において、前記ガイドベーンは、複数枚の長ガイドベーンと、前記長ガイドベーンよりも翼長の短い複数枚の短ガイドベーンとで構成されており、前記短ガイドベーンそれぞれが前記長ガイドベーンの間に挟まれるように配置されていること、を特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、ポンプ低流量におけるガイドベーンでの失速があった場合でも、隣接するガイドベーンの長さが異なることによって失速域の伝播を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のポンプ水車において、前記短ガイドベーンは、水車流れでの前記ガイドベーンスピンドルの中心から上流側の翼長が前記長ガイドベーンの前記ガイドベーンスピンドルの中心から上流側の翼長とほぼ同じであり、前記ガイドベーンスピンドルの中心から下流側の翼長は前記長ガイドベーンの前記ガイドベーンスピンドルの中心から下流側の翼長よりも短く形成されていること、を特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用・効果が得られるほか、ポンプ運転時のガイドベーンスピンドルよりも上流側の形状は全てのガイドベーンで同じとできるので、ガイドベーンの鋳物型を同様とすることができ、加工時において出口端の形状のみ変化させれば良いので製作のコストを低減できる。さらには、既設のポンプ水車のガイドベーンを再加工し形成すればポンプ低流量特性を改善することができる。
【００１４】
また、請求項３の発明は、上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、を有するポンプ水車において、
前記ガイドベーンは、複数枚の第１のガイドベーンと、それぞれ前記第１のガイドベーンの間に挟まれるように配置された複数枚の第２のガイドベーンと、を有し、ポンプ運転と水車運転とを切り替えて行えるように構成されたポンプ水車において、少なくとも前記ポンプ運転時に、前記第２のガイドベーンの取付け角度が前記第１のガイドベーンの取付け角度よりも小さくなるように、前記第１のガイドベーンおよび第２のガイドベーンをそれぞれの前記ガイドベーンスピンドル周りに回動させるガイドベーン駆動手段を有すること、を特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ガイドベーンの形状自体を変えなくとも、ポンプ低流量におけるガイドベーンでの失速があった場合に、失速域の伝播を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載のポンプ水車において、前記ガイドベーン駆動手段は、前記各ガイドベーンスピンドルの中心により決定されるピッチ円と同心の回動可能な環状部材であるガイドリングと、前記ガイドベーンスピンドルのそれぞれに一端が固定された複数のアームと、前記アームのそれぞれの他端と前記ガイドリングとを連結する複数のリンクから構成されるととともに、前記アームあるいは前記リンクのうち少なくともいずれかの長さが、前記第１のガイドベーンを回動させるものと前記第２のガイドベーンを回動させるものとで異なること、を特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明の作用・効果が得られるほか、アーム・リンク機構を用いてガイドベーンの駆動を行うことができる。従来、ポンプ水車などの水力機械においては、ガイドベーンを回動させるに際して、ガイドベーンスピンドルの中心の集合により規定されるピッチ円と同心の回動可能な環状部材であるガイドリングを設け、このガイドリングと各ガイドベーンスピンドルとをリンクおよびアームからなるリンク機構により結合させる構成とし、このガイドリングをサーボモータにより回動させることによって、各ガイドベーンを一斉にガイドベーンスピンドル周りに回動させるようにするのが一般的である。
【００１８】
本発明によれば、従来から一般的である、ガイドリングを用いてガイドベーンを回動させる構成をそのままに、リンク機構に用いられるリンクあるいはアームの少なくとも一方の長さを異ならしめることにより、ガイドリングを回動させた際のガイドベーンの取付け角度をガイドベーンごとに異ならしめることができるので、従来の構成を大きく変更することなく、効果的に旋回失速を抑制して揚程の右上がり不安定特性を改善することが可能となる。このため、例えば既設のポンプ水車などの改修にも比較的容易に採用することができる。
【００１９】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載のポンプ水車において、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より大きい場合に前記第２のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを長くし、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より小さい場合に前記第２のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを短くしたこと、を特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明によれば、回動時の取付け角度が小さくなるガイドベーンのアームあるいはリンクの長さをガイドリングの径とピッチ円の径の大小により決定するため、請求項４の作用・効果を容易かつ確実に得ることができる。
【００２１】
また、請求項６の発明は、上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、前記ガイドベーンそれぞれのガイドベーンスピンドルに一端が固定された複数のアームと、前記各ガイドベーンスピンドルの中心により決定されるピッチ円と同心の回動可能な環状部材であるガイドリングと、前記各アームの他端と前記ガイドリングとを連結する複数のリンクとを備え、前記ガイドリング、前記各アームおよび前記各リンクによって前記各ガイドベーンを一斉に前記ガイドベーンスピンドルの周りに回動させるポンプ水車において、前記複数のガイドベーンのうち円周方向に連続して配置された３つのガイドベーンからなるガイドベーン群のいずれかで、当該ガイドベーン群の中央の前記ガイドベーンを回動させる前記アームもしくは前記リンクの少なくとも一方の長さを、その両隣の前記ガイドベーンを回動させるものと異ならしめたこと、を特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明によれば、円周方向に配置された複数枚のガイドベーンのうち円周方向に連続して配置された３枚のガイドベーンからなるガイドベーン群を考えると、ガイドリングを回動させたときにこのガイドベーン群のいずれかで、中央のガイドベーンの取付け角をその両隣のガイドベーンの取付け角と異なる角度にすることが可能となる。すなわち、本発明によれば、円周方向に配置されたガイドベーンのうち少なくとも一枚を、その両隣のガイドベーンの取付け角よりも小さく設定することができる。このため、低流量でのポンプ運転に伴いガイドベーンで旋回失速が生じるような場合であっても、少なくとも１枚のガイドベーンは隣接するガイドベーンの出口端半径位置が異なるため、失速域の伝播を抑制することができる。
【００２３】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載のポンプ水車において、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より大きい場合に前記中央のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを長くし、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より小さい場合に前記中央のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを短くしたこと、を特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明によれば、回動時の取付け角度が小さくなるガイドベーンのアームあるいはリンクの長さをガイドリングの径とピッチ円の径の大小により決定するため、請求項４の作用・効果を容易かつ確実に得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図８を参照して説明する。ここで、従来技術と、または相互に共通もしくは類似の部分には共通の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。本実施の形態のポンプ水車では、ガイドベーン１，２は、上カバー２４と下カバー２５（図９）の間の環状部に互いに周方向に間隔をおいて配置されており、それぞれのガイドベーンスピンドル２７の周りに回動可能である。また、ガイドベーン１，２は、翼長の長いガイドベーン１と短いガイドベーン２からなり、これらは交互に配置されているか、あるいは短いガイドベーン２が長いガイドベーン１の複数枚ごとに配置されている。
【００２７】
本実施の形態の短いガイドベーン２は水車流れにおいてガイドベーンスピンドル中心から上流側の翼長Ｌａ１および下流側の翼長Ｌａ２ともに、隣接する長いガイドベーン１のガイドベーンスピンドル中心から上流側の翼長Ｌｂ１および下流側の翼長Ｌｂ２よりも短く形成されている。
【００２８】
このように構成されたポンプ水車のガイドベーンでは、ガイドベーンの出口端（ポンプ運転では入口側になる）の半径位置ＲｇａおよびＲｇｂが周方向に一枚おきないしは複数枚おきに異なっているので、ポンプ低流量におけるガイドベーンでの旋回失速発生（失速域の伝播）のメカニズムから考えた場合、一枚のガイドベーンが失速し、その影響を受けて隣接するガイドベーンが失速して順次失速域が周方向に伝播するわけであるから、隣接するガイドベーンの出口端半径位置およびその形状を変えることによって容易に失速域の伝播を抑制することができる。また、旋回失速が抑制できるので図８に示すように、ポンプ低流量域で問題となる揚程の右上がり不安定特性を改善可能である。
【００２９】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を図２に示す。本実施の形態では、第１の実施の形態のガイドベーンにおいて、翼長の短いガイドベーン４は、水車流れで見た場合のガイドベーンスピンドル２７の中心から上流側（ポンプ運転では下流側になる）の翼長Ｌｃ１は隣接する翼長の長いガイドベーン３のガイドベーンスピンドル中心から上流側の翼長Ｌｄ１と同じであるが、短いガイドベーンの下流側の翼長Ｌｃ２は長いガイドベーンの下流側の翼長Ｌｄ２よりも短く形成されている。
【００３０】
本実施の形態でのポンプ水車のガイドベーンについては、ガイドベーン出口端の半径位置が短いガイドベーン４でＲｇｃ、長いガイドベーン３でＲｇｄとした場合、所定のガイドベーン開度となるように全てのガイドベーンが同時に回動され設置された際において、出口端半径位置の関係が常にＲｇｃ＞Ｒｇｄとなる。
【００３１】
この実施の形態によれば、常にガイドベーン出口端半径位置の関係がＲｇｃ＞Ｒｇｄとなるので、ポンプ低流量領域で長いガイドベーン３に失速が発生しても、隣接するガイドベーン４の出口端半径位置が異なるので周方向への伝播を抑制できる。また、ガイドベーンスピンドルよりも上流側の形状は全てのガイドベーンで同じなので、ガイドベーンの鋳物型が同様で済み、加工時において出口端の形状のみ変化させれば良いので製作のコストを低減できる。さらには、既設のポンプ水車のガイドベーンを一枚おきないしは複数枚おきに本実施の形態のように再加工し形成すれば、ポンプ低流量特性を改善することができる。
【００３２】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態を図３を参照して説明する。本実施の形態では、上下カバー間に複数枚配置され、ガイドベーンスピンドル周りに回動可能なガイドベーンを有するポンプ水車において、各ガイドベーン５ａ、５ｂは、それぞれのアーム６、リンク７およびサーボモータ８ａ，８ｂにより、個別に回動制御できるように構成されている。
【００３３】
このようなガイドベーン操作機構は一般的に使われているが、本実施の形態のガイドベーン操作機構は、ポンプの低流量域で発生する旋回失速に基づく揚程の右上がり不安定特性の発生する運転条件下で、複数枚のガイドベーン（第２のガイドベーン）５ｂが一枚おきないしは複数枚おきに、他のガイドベーン（第１のガイドベーン）５ａのガイドベーン開度となる取付け角度βｇ２よりも小さい取付け角度βｇ２’となるように制御したことを特徴とする。
【００３４】
本実施の形態では、個々のガイドベーンは個別制御可能な駆動装置８ａ，８ｂで制御されているので、ポンプの低流領域でのみ一枚おきないしは複数枚おきにアクティブに任意の第２のガイドベーン５ｂを所定の第１のガイドベーン取付け角度βｇ２に対して変化させることが可能である。したがって、失速が発生した条件や、何らかの方法で失速現象、旋回失速現象を検知した際に、サーボモータ８ｂにより、βｇ２’（制御対象ガイドベーン）＜βｇ２（所定のガイドベーン）となるように制御することで、より効果的に旋回失速を防止できる。
【００３５】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態を図４を用いて説明する。本実施の形態では、ガイドベーンの回動をアームとリンクにより操作し、かつアームとリンクがガイドベーンピッチ円よりも外周側に配置された機構であるものにおいて、所定の第１のガイドベーン５ａはアーム６とリンク７で操作されるが、一枚おきないしは複数枚おきの所定のガイドベーン以外の第２のガイドベーン５ｂはアーム９とリンク１０とで操作される。この第２のガイドベーン５ｂを操作するアーム９は所定のアーム６の長さよりも長いが、リンク７と１０の長さは全てのガイドベーンで同じであるように構成されている。
【００３６】
リンク７，１０の、アーム９，１０の反対側にはガイドリング１１が取り付けられている。ガイドリング１１は、ガイドベーン５ａ，５ｂの外側にあり、ポンプ水車の回転軸の周りに所定の角度だけ回動できるようになっている。
【００３７】
本実施の形態のガイドベーン操作機構においては、リンク７，１０がつながっているガイドリング１１を周方向に回動させてガイドベーン開度を変化させた場合、常に、アームの長いガイドベーン５ｂの取付け角度βｇ２’はアームの短いガイドベーン５ａの取付け角度βｇ２よりも小さくなる。
【００３８】
この実施の形態では、アームの長さを変えるだけで、ガイドリング１１を回動した際、ガイドベーン５ａ，５ｂの姿勢を周方向に異ならせることができるので、任意のガイドベーンで発生した失速域の周方向への伝播を容易に抑制することが可能である。また、本実施の形態では、全てのガイドベーン形状は同じであり、かつ個々にガイドベーンを制御することなく簡単な方法でガイドベーンの取付け角度を周方向に変化可能であるので、コストが安価で、揚程の右上がり不安定特性を抑止するという効果がある。
【００３９】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態を図５に示す。本実施の形態では、第４の実施の形態において、一枚おきないしは複数枚おきの第２のガイドベーン５ｂを操作するアーム１３の長さとリンク１２の長さは、それぞれ、他の第１のガイドベーン５ａの所定のアーム６とリンク７の長さよりも長く構成されている。
【００４０】
本実施の形態では、所定の第１のガイドベーン５ａで目標とするガイドベーン開度となるようにガイドリング１１を回動した際、一枚おきないし複数枚おきの第２のガイドベーン５ｂのアーム１３とリンク１２はそれぞれ、第１のガイドベーン５ａのアーム６とリンク７の長さよりも長くなっているため、常に、第２のガイドベーン５ｂの取付け角度βｇ２’は、第１のガイドベーン５ａでの取付け角度βｇ２よりも小さくなる。それゆえ、第１のガイドベーン５ａで発生した失速域は第２のガイドベーン５ｂで抑止されるので旋回失速を防止できる。
【００４１】
［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施の形態を図６に示す。本実施の形態では、ガイドベーンの回動をアームとリンクにより操作し、かつアームとリンクがガイドベーンピッチ円よりも内周側に配置された機構であり、一枚おきないしは複数枚おきのガイドベーン５ｂのアーム１６の長さは所定のガイドベーン５ａのアーム１４の長さよりも短いが、リンク１７の長さは他のリンク１５と同じに構成されている。本実施の形態では、ガイドリング１８が、ガイドベーン５ａ，５ｂの内側にある。
【００４２】
この場合も、ガイドリング１８の回動によって、第４の実施の形態（図４）と同様に、第２のガイドベーン５ｂの取付け角度は第１のガイドベーン５ａの取付け角度よりも小さくなる。それゆえ、ガイドベーン５ａで発生した失速域はガイドベーン５ｂで抑止されるので旋回失速を防止できる。
【００４３】
［第７の実施の形態］
本発明の第７の実施の形態を図７に示す。本実施の形態では、第６の実施の形態のガイドベーン操作機構において、一枚おきないしは複数枚おきの第２のガイドベーン５ｂのリンク２０の長さは所定の第１のガイドベーン５ａのリンク１５の長さよりも短いが、アーム１９の長さは他のアーム１４と同じに構成されている。
【００４４】
この場合も、ガイドリング１８の回動によって、第６の実施の形態（図６）と同様に、第２のガイドベーン５ｂの取付け角度は第１のガイドベーン５ａの取付け角度よりも小さくなる。それゆえ、ガイドベーン５ａで発生した失速域はガイドベーン５ｂで抑止されるので旋回失速を防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポンプ水車のポンプ運転時低流領域で、ガイドベーンに生じる旋回失速を抑制し、これに起因する揚程の右上がり不安定特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプ水車の第１の実施形態のガイドベーンの部分平面断面図。
【図２】本発明に係るポンプ水車の第２の実施形態のガイドベーンの部分平面断面図。
【図３】本発明に係るポンプ水車の第３の実施形態のガイドベーンおよびガイドベーン操作機構の模式的部分平面断面図。
【図４】本発明に係るポンプ水車の第４の実施形態のガイドベーンおよびガイドベーン操作機構の模式的部分平面断面図。
【図５】本発明に係るポンプ水車の第５の実施形態のガイドベーンおよびガイドベーン操作機構の模式的部分平面断面図。
【図６】本発明に係るポンプ水車の第６の実施形態のガイドベーンおよびガイドベーン操作機構の模式的部分平面断面図。
【図７】本発明に係るポンプ水車の第７の実施形態のガイドベーンおよびガイドベーン操作機構の模式的部分平面断面図。
【図８】本発明に係るポンプ水車と従来のポンプ水車のポンプ揚程と流量の関係を表すグラフ。
【図９】従来のフランシス形ポンプ水車の部分的立断面図。
【図１０】図９のポンプ水車の模式的平断面図。
【図１１】図９のポンプ水車のポンプ揚程と流量の関係を表すグラフ。
【図１２】図９のポンプ水車のガイドベーン模式的平断面図であって、旋回失速発生メカニズムを説明する図。
【符号の説明】
１…翼長の長いガイドベーン、２…翼長の短いガイドベーン、３…ガイドベーン、４…翼長の短いガイドベーン、５ａ…第１のガイドベーン、５ｂ…第２のガイドベーン、６，９，１３，１４，１６，１９…アーム、７，１０，１２，１５，１７，２０…リンク、８ａ、８ｂ…サーボモータ、１１，１８…ガイドリング、２１…ステーベーン、２２…ガイドベーン、２３…ランナ、２４…上カバー、２５…下カバー、２７…ガイドベーンスピンドル。

Claims

上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、を有するポンプ水車において、
前記ガイドベーンは、複数枚の長ガイドベーンと、前記長ガイドベーンよりも翼長の短い複数枚の短ガイドベーンとで構成されており、前記短ガイドベーンそれぞれが前記長ガイドベーンの間に挟まれるように配置されていること、
を特徴とするポンプ水車。
請求項１に記載のポンプ水車において、前記短ガイドベーンは、水車流れでの前記ガイドベーンスピンドルの中心から上流側の翼長が前記長ガイドベーンの前記ガイドベーンスピンドルの中心から上流側の翼長とほぼ同じであり、前記ガイドベーンスピンドルの中心から下流側の翼長は前記長ガイドベーンの前記ガイドベーンスピンドルの中心から下流側の翼長よりも短く形成されていること、を特徴とするポンプ水車。
上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、を有するポンプ水車において、
前記ガイドベーンは、複数枚の第１のガイドベーンと、それぞれ前記第１のガイドベーンの間に挟まれるように配置された複数枚の第２のガイドベーンと、を有し、ポンプ運転と水車運転とを切り替えて行えるように構成されたポンプ水車において、
少なくとも前記ポンプ運転時に、前記第２のガイドベーンの取付け角度が前記第１のガイドベーンの取付け角度よりも小さくなるように、前記第１のガイドベーンおよび第２のガイドベーンをそれぞれの前記ガイドベーンスピンドル周りに回動させるガイドベーン駆動手段を有すること、
を特徴とするポンプ水車。
請求項３に記載のポンプ水車において、前記ガイドベーン駆動手段は、前記各ガイドベーンスピンドルの中心により決定されるピッチ円と同心の回動可能な環状部材であるガイドリングと、前記ガイドベーンスピンドルのそれぞれに一端が固定された複数のアームと、前記アームのそれぞれの他端と前記ガイドリングとを連結する複数のリンクから構成されるととともに、前記アームあるいは前記リンクのうち少なくともいずれかの長さが、前記第１のガイドベーンを回動させるものと前記第２のガイドベーンを回動させるものとで異なること、
を特徴とするポンプ水車。
請求項４に記載のポンプ水車において、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より大きい場合に前記第２のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを長くし、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より小さい場合に前記第２のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを短くしたこと、
を特徴とするポンプ水車。
上カバーと、下カバーと、前記上カバーおよび前記下カバーの間に複数枚が円周方向に間隔をあけて配置され、それぞれガイドベーンスピンドルの周りに回動可能なガイドベーンと、前記ガイドベーンそれぞれのガイドベーンスピンドルに一端が固定された複数のアームと、前記各ガイドベーンスピンドルの中心により決定されるピッチ円と同心の回動可能な環状部材であるガイドリングと、前記各アームの他端と前記ガイドリングとを連結する複数のリンクとを備え、
前記ガイドリング、前記各アームおよび前記各リンクによって前記各ガイドベーンを一斉に前記ガイドベーンスピンドルの周りに回動させるポンプ水車において、
前記複数のガイドベーンのうち円周方向に連続して配置された３つのガイドベーンからなるガイドベーン群のいずれかで、当該ガイドベーン群の中央の前記ガイドベーンを回動させる前記アームもしくは前記リンクの少なくとも一方の長さを、その両隣の前記ガイドベーンを回動させるものと異ならしめたこと、
を特徴とするポンプ水車。
請求項６に記載のポンプ水車において、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より大きい場合に前記中央のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを長くし、前記ガイドリングの径が前記ピッチ円の径より小さい場合に前記中央のガイドベーンを回動させる前記アームあるいは前記リンクを短くしたこと、
を特徴とするポンプ水車。