JP3344490B2 - 多段ポンプ水車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ起動時あるいは
調相運転時に水面押下げ運転を行う多段ポンプ水車に係
り、特に水面押下げのために各ランナ室に吹き込まれる
圧縮空気の円滑な排気を図った多段ポンプ水車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、水力発電所では高落差化し、その
落差が単段ポンプ水車の性能の限界を越えると多段ポン
プ水車が使用されることになる。

【０００３】従来の多段ポンプ水車の多くのものは可動
ガイドベーンを備えていないから、ポンプ起動時には水
中起動方式を採用せざるをえない。ところが、水中起動
方式は機械が大容量化してくると、ポンプ起動時の軸入
力が非常に大きくなり、系統に悪影響を与え、経済的に
も不利であるという欠点を有していた。

【０００４】そこで、最近の大容量の多段ポンプ水車に
おいては、水面押下げ状態下で発電機をモータリングさ
せてランナを空転させる調相運転や、揚水運転に対応で
きるように同じく水面押下げ状態でランナをポンプ方向
に空転させて揚水待機運転を行なうことが要求されてい
る。

【０００５】このために、ポンプ起動および調相運転を
するときは、少なくとも高圧段可動ガイドベーンを全閉
したのちに、ランナ室内に圧縮空気を吹き込み、各段の
ランナ室の水面をランナの下方へ押し下げて空転トルク
の低減を図っている。

【０００６】そして、ポンプ運転に移行するときに、排
気管を通してランナ室内の圧縮空気を排出し、吸出し管
側からの水を低圧段から最高圧段に向って充水し、ポン
プの締切圧力が確立された時点で可動ガイドベーンを開
いて揚水を開始している。

【０００７】しかしながら、多段ポンプ水車は流路形状
が複雑なために、各段のランナ室内の圧縮空気を、排気
渋滞を起すことなしに排気を完全に行なうことは難し
く、そのために多段ポンプ水車においては水面押下げ状
態下でポンプ起動や調相運転を行なうことが困難であっ
た。

【０００８】このような水面押し下げ運転を可能とした
従来の二段ポンプ水車の一例を図１６を参照して説明す
る。図１６は、二段ポンプ水車の主要部断面図であり、
水面押し下げ運転から通常運転へ復帰する際の状態を示
している。図１６において、主軸１には、高圧段部ラン
ナ２と低圧段部ランナ３とを設けている。高圧段部ラン
ナ２の外周には高圧段部ガイドベーン５を設け、さら
に、このガイドベーン５のまわりには渦巻ケーシング４
を設置している。

【０００９】また、高圧段部ランナ２の上方の背部に
は、所定の空間の背圧室６を介して上カバー７を取り付
けている。主軸１の外周面と対向する上カバー７の内周
部との間には、主軸封水装置８を設け、高圧段部ランナ
２の背後の背圧室６の圧力水が主軸１外周面より漏洩す
るのを防いでいる。

【００１０】また、高圧段部ランナ２にはその高圧段部
ランナ流路９とランナ背部の背圧室６とを連通させる高
圧排気連通路１０を設けており、上カバー７には排気管
１１を設けている。この排気管１１は背圧室６にその一
端が開口し、他端が外部に延出している。

【００１１】この排気配管１１の途中には図示しない制
御弁が介在されており、水面押し下げ運転から通常運転
に復帰する際に開操作され、高圧段部ランナ室内の圧縮
空気を排気する排気路を形成している。

【００１２】低圧段部ランナ３と高圧段部ランナ２とは
返り流路１２により連通されており、この返り流路１２
の低圧段部ランナ３外周には低圧段部ガイドベーン１３
が設けられている。

【００１３】また、主軸１の下端部内部には、低圧排気
連通路１５が軸方向下端まで貫通するように穿設され、
この低圧排気連通路１５を介して低圧段部ランナ流路１
４を外部へ連通させている。この低圧排気連通路１５の
延長上には、図示しない制御弁を設けた排気配管が接続
されており、水面押し下げ運転から通常運転に復帰する
際に、図示しない制御弁を開とすることにより、低圧段
部ランナ室内の圧縮空気を排気する排気路を形成してい
る。

【００１４】このように構成された従来の二段ポンプ水
車においては、水面押し下げ運転から通常運転に復帰す
る際に圧縮空気を排気していくに従って、水面が各段ラ
ンナ室を上昇していくと、主軸１に取り付けられた各段
ランナ２，３が回転しているので、各段ランナ２，３に
到達した水は外周側にはじき飛ばされ、各段ランナ室の
外周側から水が満ちてくる。このとき、各段に設けられ
た排気路が各段ランナの内周側流路に開口しているた
め、圧縮空気は各段ランナ室に残留することなく、図１
６中の矢印に示すように排気管１１を通じて外部に排気
されるので、水面押し下げ運転から通常運転への復帰動
作は問題なく行うことが出来る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の二段ポンプ水車では、その通常運転時においては、
高圧段部ランナ流路９と高圧段部ランナ背部の背圧室６
とは高圧排気連通路１０によって連通されているので、
ランナ背部の背圧室６には高圧段部ランナ２の出口圧、
すなわち発電運転時の落差の半分、あるいは揚水運転時
の揚程の半分程度の高い圧力が負荷される。

【００１６】このため、主軸封水装置８はランナ背部の
背圧室６に満たされた高圧水を封水しなければならず、
非常に過酷な使用条件にさらされる。この結果、主軸封
水装置８を構成するパッキンの摩耗が激しく、著しい場
合にはパッキンの焼損、さらには主軸１の損傷を招く場
合がある。

【００１７】さらに、低圧排気連通路１５が主軸１の下
部を軸方向に貫通して吸い出し管１６の外部に延出して
いるが、主軸１の下端部が吸い出し管１６内で終端し、
その外部まで延出していない構成の場合には、この低圧
排気連通路１５を確保できない。

【００１８】そこで、従来の多段ポンプ車（特開昭６０
−２１６０７１号または特開昭６０−２１６０７２号公
報掲載）では高圧段部ランナ背部の空間にシール封水部
を設けることにより背圧室６を作り、この背圧室６を通
して高圧段部の排気を行うようになっているが、これで
は上カバー７等の構造が非常に複雑になるという問題が
ある。

【００１９】また、排気孔の高圧段部ランナ低圧側流路
側の開口は排気効率を上げるために、なるべく内周側に
開口されるべきであるが、構造上の問題から低圧段部ラ
ンナ側のような内周側には設けることができない。

【００２０】この問題は高落差ランナほど顕著となり、
高圧段部ランナ低圧側流路側の開口位置がランナ羽根の
内径より外径側にしか明けられない場合もある。

【００２１】さらに、高圧段部ランナ内側背圧室側の排
気孔１０の開口位置は高圧段部ランナの低圧側流路の開
口位置より外径側に明けざるを得ない。

【００２２】したがって、従来例では高圧段部ランナ内
周部に圧縮空気が残り、排気渋滞を起こして揚水起動で
きない恐れがある。

【００２３】特に、高圧段部ランナにおける低圧側流路
部の開口位置がランナ羽根の内径より外径側に明けられ
た場合、回転しているランナ羽根の影響で排気渋滞を起
こし易い。

【００２４】そこで、本発明はこのような事情を考慮し
てなされたもので、その目的は、水面押し下げ運転から
通常運転に復帰する際に圧縮空気を排気する排気路を確
保し、水面押し下げ運転から通常運転への復帰動作が円
滑に行えると共に、運転状態が変化しても常に主軸封水
装置に負荷される水圧を低減することができ、しかも簡
単な構造でかつ信頼性の高い多段ポンプ水車を提供する
ことにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に記載の
発明（以下第１の発明という）は、主軸に取付けた高圧
段部ランナと低圧段部ランナとをそれぞれ収容するラン
ナ室どうしを連通させる返り流路と、前記高圧段部ラン
ナの上方にて前記主軸の外周と静止部とを水密に封止す
る主軸封水装置と、前記各ランナ室の外側にそれぞれ設
けたガイドベーンとを有する多段ポンプ水車において、
前記主軸に穿設されて前記高圧段部ランナ周りの流路を
前記低圧段部ランナ周りの流路に連通させる給排気孔
と、前記高圧段部ランナに軸方向に穿設されて前記主軸
封水装置の下方で前記高圧段部ランナ背後の背圧空間に
連通する第１の排気孔と、前記主軸に穿設されて前記第
１の排気孔を前記低圧段部ランナ流路に連通させる第２
の排気孔と、前記背圧空間を大気に連通させる排気配管
と、前記高圧段部のランナ出口から前記低圧段部ガイド
ベーンの入口までの前記返り流路の途中に連通して前記
低圧段部の吸い込み水頭よりも高圧の高圧水を給水し、
前記高圧段部ランナ室の排気を前記低圧段部ランナ室内
の排気と同時もしくはこれに先立って行う給水配管とを
設けたことを特徴とする。

【００２６】本願の請求項２に記載の発明（以下第２の
発明という）は、第１の発明に係る給排気孔の途中に、
空気を選択的に通して水流を止水する通風止水装置を介
在したことを特徴とする。

【００２７】本願の請求項３に記載の発明（以下第３の
発明という）は、第１の発明に係る低圧段部ランナ室に
接続された吸い出し管に、開口先端部をこのランナ室に
出没自在に突出させる排気筒を設けたことを特徴とす
る。

【００２８】本願の請求項４に記載の発明（以下第４の
発明という）は、第１の発明に係る第１、第２の排気孔
および排気配管よりなる排気路を、第３の発明に係る排
気筒に置換したことを特徴とする。

【００２９】

【作用】＜第１の発明＞ 水面押し下げ運転から通常運転へ移行するために、一
旦、流路部に吹き込まれた圧縮空気を排出する場合に
は、給水配管から高圧水を高圧段部に給水する。する
と、高圧段部内の空気は高圧水に押し出されて給排気孔
を通って低圧段部へと排気される。特に、高圧段部ラン
ナと低圧段部ランナとを互いに接続させる返り流路に停
滞する空気は、蛇行する返り流路の抵抗に打ち勝って良
好に流れる。

【００３０】また、高圧段部の排気が終了したとき、ま
たは高圧段部に高圧水を給水するとほぼ同時に、主軸封
水装置の下側の背圧空間に開口した排気配管の制御弁を
開放する。すると、低圧段部の空気は排気孔を通って背
圧空間へ排出され、さらに排気配管を通って流路の空気
はすべて外部へ排出される。

【００３１】そして、通常運転時にも主軸封水装置の下
側の背圧空間には、低圧段部から排気孔が通じているの
で、背圧空間の圧力は低圧段部の吸い込み水頭程度の圧
力に軽減される。このために、主軸封水装置は低圧段部
の吸い込み水頭程度の水圧を封水すれば良いことにな
り、主軸封水装置への過圧を防止してその破損を防止す
ることができる。

【００３２】＜第２の発明＞ 排気運転時には高圧段部のほぼ空気のみが給排気孔の通
風止水装置を選択的に通して低圧段部へスムースに排気
される。

【００３３】また、通常運転時には、給排気孔の通風止
水装置により、高圧段部から低圧段部へほぼ空気のみを
選択的に通して水が流出するのを止水するので、この低
圧段部への水の流出によるポンプ水車の効率の低下を防
止することができる。

【００３４】＜第３の発明＞ 排気運転時には排気筒の開口先端部を伸長させて低圧段
部流路内へ挿入させる。このために、この排気筒を通し
て、排気配管と共に、低圧段部内の空気を外部に排出す
ることができる。

【００３５】したがって低圧段部内の空気を排気筒と排
気配管の両者で同時に外部へ排出できるので、その排出
を迅速かつ充分に行なうことができる。

【００３６】また、通常運転時には排気筒の開口先端部
を低圧段部内より後退させることにより、流路抵抗の増
大を防止すると共に、通水による排気筒の破損を防止で
きる。

【００３７】＜第４の発明＞ 第３の発明の排気孔および排気配管を排気筒に置換した
ので、部品点数を削減することができ、その分、構成の
簡単化とコスト低減とを共に図ることができる。

【００３８】

【実施例】以下、本願の第１〜第７の発明の実施例を図
１〜図１５に基づいて説明する。なお、図１〜図１５
中、同一または相当する部分には同一符号を付して、そ
の重複した部分の説明は省略する。

【００３９】図１は本願第１の発明を２段ポンプ水車に
適用した場合の第１実施例の要部縦断面を示しており、
図において、ポンプ水車２０は、図示しないモータ兼用
の発電機に接続された単一の主軸２１の軸上に、高圧段
部ランナ２２と低圧段部ランナ２３とを軸方向に距離を
おいて固着している。

【００４０】高圧段部ランナ２２は上カバー２４および
下カバー２５によって包囲形成された高圧段部ランナ室
２６内に収容される一方、低圧段部ランナ２３は、上カ
バー２７および下カバー２８によって包囲された低圧段
部ランナ室２９内に収容されている。

【００４１】高圧段部ランナ室２６と低圧段部ランナ室
２９とは返り流路３０によって接続され、この流路３０
内には返り羽根の複数枚が配置されている。

【００４２】また、高圧段部ランナ室２６の外側には、
うず巻状のケーシング３１が配置され、そのうず巻ケー
シング３１内のうず室と高圧段部ランナ室２６とは連通
され、うず室の入口は入口弁を介して水圧鉄管に接続さ
れている。

【００４３】さらに、高圧段部ランナ２２の外側には、
水口開度を調節するための可動高圧段部ガイドベーン３
２が設けられる一方、低圧段部ランナ２３の外側にも同
様な可動低圧段部ガイドベーン３３が設けられている。

【００４４】これらの各ガイドベーン３２，３３は、そ
れぞれ独立したガイドベーン操作機構によって水口開度
を別個独立に開閉制御できるようになっている。低圧段
部ランナ室２９には、末拡がりの上部吸出し管３４が接
続されている。

【００４５】また、上カバー２４を貫通する主軸２１の
貫通部外周には主軸封水装置３５を設けており、上カバ
ー２４より下方で高圧段部ランナ２２の背後に形成され
た背圧空間３６からの圧力水が主軸２１の外周面から漏
洩するのを防止している。

【００４６】そして、主軸２１はその軸心部において給
排気孔３７と下部排気孔３８ａとを軸方向に穿設し、下
部排気孔３８ａは高圧段部ランナ２２に軸方向斜めに貫
通する上部排気孔３８ｂに同心状に連通して排気孔３８
を形成している。

【００４７】給排気孔３７はその図中上端を高圧段部ラ
ンナ２２周りの高圧段部ランナ流路３９の水車方向出口
部付近で開口させる一方、その図中下端を低圧段部ラン
ナ２３周りの低圧段部ランナ流路４０の水車方向出口部
付近で開口させ、高圧段部と低圧段部とを連通させてい
る。

【００４８】また、排気孔３８はその下部排気孔３８ａ
の下端を、低圧段部ランナ流路４０の水車方向出口部付
近で開口させる一方、上部排気孔３８ｂの上端を背圧空
間３６で開口させており、この背圧空間３６を低圧段部
ランナ流路４０に連通させている。

【００４９】背圧空間３６は、排気弁４１を介装した排
気配管４２に連通し、外気等の外部に連通している。

【００５０】また、高圧段部ランナ室２６と低圧段部ラ
ンナ室２９とを互いに接続させる返り流路３０には、高
圧段部ランナ流路３９の水車方向出口部付近から低圧段
部可動ガイドベーン３３の入口までの途中において、低
圧段部の吸込み水頭よりも圧力の高い高圧水を給水して
高圧段部を満水させる給水配管４３と、高圧段部のみに
低圧段部の吸込み水頭よりも圧力の高い高圧空気を供給
する高圧段部給気配管４４とを接続している。

【００５１】次に、この第１実施例の作用を説明する。

【００５２】ポンプ水車２０の水車運転停止状態から水
面押し下げ運転へ移行させる場合には、まず低圧段部ガ
イドベーン３３を開口したまま、高圧段部ガイドベーン
３２を閉じて、高圧段部給気配管４４から低圧段部の吸
込み水頭より高い高圧空気を供給し、高圧段部の水面を
押し下げる。

【００５３】この高圧段部の水面押し下げが完了した
ら、次ぎに低圧段部ガイドベーン３３を閉鎖し、引き続
き高圧段部の給気配管４４から高圧空気を供給すれば、
高圧段部に導かれた圧縮空気は、主軸２１に開けられた
給排気孔３７を通って高圧段部から低圧段部へ排出さ
れ、低圧段部の水面が押し下げられる。

【００５４】上記のように確立された水面押し下げ運転
から通常運転へ移行するために流路部の空気を排出する
場合は、まず、給水配管４３から高圧水を高圧段部に給
水する。

【００５５】すると、高圧段部内の空気はこの高圧水に
押し込まれて、主軸２１に通した給排気孔３７を通って
低圧段部へと排気される。

【００５６】そして、この高圧段部の排気が終了したと
き、または高圧段部に高圧水を給水すると同時に、排気
弁４１を開放する。すると、低圧段部の空気は、排気孔
３８を通って主軸封水装置３５の下方の背圧空間３６に
排出され、さらに排気配管４１を通って外部へすべて排
出される。

【００５７】また、通常運転時にも主軸封水装置３５の
下方の背圧空間３６には、低圧段部から排気孔３８が通
じているので、背圧空間３６の圧力は低圧段部のほぼ吸
い込み水頭程度の圧力に軽減される。このために、主軸
封水装置３５は低圧段部の吸い込み水頭程度の水圧を封
水すれば良く、主軸封水装置３５への過圧を防止してそ
の破損を防止することができる。

【００５８】したがって、この第１実施例によれば、水
面押し下げのための給気、水面押し下げ運転から通常運
転への移行のための排気がスムーズに行われるととも
に、通常運転においても主軸封水装置３５にかかる水圧
の負荷は低圧段部の吸い込み水頭程度に押さえられるの
でパッキンの焼損等の危険がない。

【００５９】また、給水配管４３から高圧水を高圧段部
に給水することにより、返り流路３０に停滞する空気を
蛇行する流路抵抗に打ち勝って良好に流すことができ、
より早く通常運転に移行させることができる。

【００６０】さらに、ポンプ水車２０本体に設置された
配管の数が最低限であるのでポンプ水車２０の振動等で
配管が損傷する確率も最低限に押さえられる。以上のよ
うにスムーズな運転が可能であるとともに、安全で信頼
性の高い二段ポンプ水車２０が提供できる。

【００６１】図２は本発明の第２実施例を示しており、
このポンプ水車５０は前記第１実施例に対し、吸出し管
３４内に高圧空気を供給する低圧段部給気配管４５と、
高圧段部ランナ流路３９を吸出し管３４内部に連通させ
る排水配管４６とを追加した点に特徴がある。

【００６２】したがって、この第２実施例では停止状態
から水面押し下げ移行時に、高圧段部ガイドベーン３２
と低圧段部ガイドベーン３３を閉鎖して、高圧段部、低
圧段部両給気配管４４，４５から高圧空気を供給し、高
圧段部と低圧段部の水面を同時に押し下げることができ
る。

【００６３】このときの高圧段部の水は、排水配管４６
を通って吸出し管３４内へ排水される。水面押し下げ運
転から通常運転への移行は、第１実施例と同様に行う。

【００６４】本実施例によれば第１実施例と同様、水面
押し下げ運転から通常運転への移行のための排気がスム
ーズに行われるとともに、通常運転においても主軸封水
装置３５にかかる水圧の負荷は低圧段部の吸い込み水頭
程度に押さえられるのでパッキンの焼損等の危険がな
く、安全で信頼性の高い二段ポンプ水車が提供できる。
さらに、高、低圧段部両給気配管４４，４５により高圧
空気も吹き込むので、水面押し下げを速やかに行うこと
ができる。

【００６５】図３は本発明の第３実施例を示しており、
このポンプ水車６０は前記第１実施例の主軸２１の低圧
段部ランナ２３より下側の下半部を省略した主軸２１ａ
を使用した場合の実施例であり、これ以外は前記第１実
施例とほぼ同様である。

【００６６】したがって、下部軸が省略された主軸２１
ａの場合にも、水面押し下げのための給気、水面押し下
げ運転から通常運転への移行のための排気がスムーズに
行われるとともに、通常運転においても主軸封水装置３
５にかかる水圧の負荷は低圧段部の吸い込み水頭程度に
押さえられるので、パッキンの焼損等の危険がない。

【００６７】さらに、ポンプ水車６０本体に設置された
配管の数が最低限になっているのでポンプ水車の振動で
配管が損傷する確立も最低限に押さえられる。以上のよ
うにスムーズな運転が可能であるとともに、安全性と信
頼性を高めることができる。

【００６８】図４は本発明の第４実施例の構成を示して
おり、これは前記各実施例の給排気孔３７の途中に、外
部から開閉制御できる制御弁７０を設け、通常運転時に
はこの制御弁７０を閉鎖することを特徴としている。

【００６９】これは通常運転時に、上記給排気孔３７を
通って、高圧段部の水が低圧段部へ流れ込むことによる
ポンプ水車の効率の低下を防ぐために、制御弁７０を閉
鎖するものである。

【００７０】図５は第２の発明を示しており、これは前
記各実施例の給排気孔３７の途中に通風止水装置７１を
介装した点に特徴があり、高圧段部から低圧段部へ流れ
るほぼ空気のみを選択的に通して水流だけを通風止水装
置７１により選択的に止水するものである。

【００７１】通風止水装置７１としては、図６〜図８の
各（Ａ）（Ｂ）に示すものがある。図６（Ａ）（Ｂ）で
示すフロート式通風止水装置７１ａは給排気孔３７の途
中に、これより大径のフロート室７２を形成し、このフ
ロート室７２内に、給排気孔３７より大径の例えば球状
のフロート弁７３を図中上下動自在に収容している。

【００７２】したがって、図６（Ａ）に示すように高圧
段部からの空気は図中矢印に示すように通すが、水の方
はフロート室７２内が水で満たされればフロート弁７３
が浮いてフロート室７２の水流入口を塞ぎ、水は通さな
い。

【００７３】また、図７，８の各（Ａ）（Ｂ）で示す通
風止水装置７１ｂ，７１ｃは、排気時には給排気孔３７
の入口である高圧段部の圧力と、出口である低圧段部の
圧力の差が小さいのに対して、通常運転の場合には、こ
れら入口と出口の圧力差が低圧段部の揚程または落差に
相当する程度に大きくなることに着目してなされたもの
であり、この差圧が大きいときに、前記球状のフロート
弁７３と角柱状の弁体７４とにより各フロート室７２の
出口を閉じるように、これら弁体７３，７４をばね７
５，７６により支持させたものであり、差圧の小さい時
には給排気孔３７を開口して排気を行い、差圧が大きく
なると閉鎖して、水流を遮断するようになっている。な
お、図８中符号７７ａ，７７ｂはフロート室７２のバイ
パス路である。

【００７４】これにより、排気時には給排気孔３７を通
って、高圧段部のほぼ空気のみが低圧段部へとスムーズ
に排気されるのに対し、通常運転時には給排気孔３７を
通って水が高圧段部から低圧段部へと流出することを阻
止できるので、この水流出によるポンプ水車の効率低下
を防止することができる。

【００７５】図９は第３の発明の一実施例の要部縦断面
図であり、図において、ポンプ水車８０は、前記第１の
発明の第１実施例において、その上部排気孔３８ｂの開
口下端を、中間排気室８１、およびこの中間排気室の下
部に連通させた接続孔８２ａを介して給排気孔３７の上
端部に連結して排気孔８２を形成し、図１等で示す排気
孔３８のうち、下部排気孔３８ａを省略した点に主な特
徴がある。

【００７６】すなわち、第３の発明においては、図１等
における下部排気孔３８ａは主軸２１に穿設されておら
ず、給排気孔３７、接続孔８２ａ、中間排気室８２、お
よび上部排気孔３８ｂとが連結されてなる排気孔８２が
主軸２１に穿設された構成となっている。

【００７７】排気孔８２はその高圧段部側の低圧流路８
３ａに開口する開口端部内にばね式弁８４を内蔵してい
る。

【００７８】ばね式弁８４は例えば図１０に示すように
構成され、水面押し下げ運転時に弁体８４ａに作用する
圧縮空気圧に対してはばね８４ｂの反発力が勝り、弁体
８４ａと弁座８４ｃとの隙間を所定の寸法に保ち、この
間隙を通って圧縮空気流は通すが、この空気圧よりも例
えば約１０倍も高い通常運転時の水圧に対してはばね８
４ｂのばね力が抗し切れず、弁体８４ａが弁座８４ｃに
押し付けられ、入口を閉じて水流を遮断するようになっ
ている。なお、背圧空間３６内には中間シール８５が設
けられ、上カバー２４の内方には非接触シール８６を設
けている。

【００７９】次に本実施例の作用を説明する。

【００８０】まず、水面押し下げ時排気弁４１は閉じら
れている。水面押し下げ運転から揚水運転に移行する際
に排気弁４１が全開され、排気が開始される。

【００８１】圧縮空気は低圧段部ランナ２３からは低圧
側流路８３ｂから給排気孔３７の縦孔部、接続孔８２ａ
を通って中間排気室８１へ排出される。

【００８２】一方、高圧段部からの空気はその低圧流路
８３ａからばね式弁８４及び排気孔８２の上部横孔部を
通って中間排気室８１へそれぞれ排出される。

【００８３】さらに、中間排気室８１から上部排気孔３
８ｂを通って背圧空間３６へ導かれ、排気配管４２から
外部へ排出される。

【００８４】本実施例では給排気孔３７の両端開口位置
を高圧段部、低圧段部のいずれのランナに於ても低圧側
流路８３ａ，８３ｂの内径側に設けることができるの
で、圧縮空気はランナ内には殆んど残らず排気渋滞を起
こさない。

【００８５】つぎに図示しないが通常設けられるランナ
外周部の圧力が設定圧となったことを条件に排気弁４１
を全閉する。

【００８６】このようにして揚水運転に移行するが、高
圧段部ランナ２２内に圧縮空気がなくなり、高圧水がば
ね式弁８４によって阻止される。

【００８７】また、背圧空間３６と吸出し管３４とは排
気孔８２により連通されているので、主軸封水装置３５
に負荷される圧力はほぼ吸出し管水圧になる。

【００８８】なお、先に低圧段部ランナ２３側の排気が
完了することにより、高圧段部ランナ２２側で排気渋滞
を起こすかもしれないという問題に対し、これを解決す
る方法の一例を述べる。

【００８９】図１１において、高圧給水配管８７はケー
シング３１と返り流路３０を接続する給水配管であり、
その途中に給水弁８７ａがあり、排水配管８８は返り流
路３０と吸出し管３４を接続するバイパス管であり、途
中に排水弁８８ａが設けられている。

【００９０】このような構成において、排気弁４１、給
水弁８７ａ、高圧段部ガイドベーン３２、低圧段部ガイ
ドベーン３３のいずれも閉で、排水弁８８ａが開かれ、
水面押し下げ状態にある時、この後揚水運転に移行する
には次の手順で行えばよい。

【００９１】水面押し下げが完了したら、ポンプ水車を
起動し、空転にて同期速度に達し同期並列した時点で排
水弁８８ａを閉じ、排気弁４１を開けると共に、給水弁
８７ａも開けて排気を開始する。

【００９２】排気は高圧段部から排気が完了するまで吸
出し管３４の水位が保たれる様に排気弁４１と給水弁８
７ａを調節して行ない、高圧段部の排気が完了した時点
で給水弁８７ａを閉じ、後は単段のポンプ水車と同じ方
法で排気する。

【００９３】この例は高圧段部と低圧段部の排気順序を
はっきり分けた極端な例であるが、返り流路３０内の圧
力と吸出し管３４内の圧力を検出し、これらの差圧を所
定の値に制御することによって高圧段部、低圧段部の排
気を並行して行ない若干高圧段が先に排気が完了するよ
うにすることも可能である。

【００９４】したがって、本実施例によれば、排気孔８
２の開口端を、高低各段部の低圧側流路８３ａ，８３ｂ
の内径側に設けることができるので、各ランナ室内に圧
縮空気を殆んど残さず排気できる。

【００９５】また、このために、排気渋滞を起こすこと
なくスムーズに水面押し下げ運転から通常運転に移行で
きる。

【００９６】さらに、排気孔８２内のばね式弁８４によ
り圧縮空気を外部へ排気するが、通常運転時には高圧段
部の低圧流路と背圧空間３６は遮断されるから、背圧空
間３６の水圧は常に低圧である吸出し管水圧となり、パ
ッキンの著しい摩耗や焼損を防止することができる。

【００９７】図１２は第４の発明の一実施例の要部縦断
面図であり、図において、このポンプ水車９０は図１等
で示す第１〜第３の発明の第１実施例の吸出し管３４
に、外部（外気）に連通するスライド式排気筒９１を設
けた点に特徴がある。

【００９８】スライド式排気筒９１は内管９１ａを外管
９１ｂ内に伸縮自在かつ気密に内蔵してテレスコピック
に構成されており、吸出し管３４の上端部に、右肩上り
の勾配で外管９１ｂを取付けており、低圧段部の排気時
に、例えば内管９１ａを低圧段部ランナ室２９内へ突出
させ、このランナ室２９内の空気を外部へ排気するよう
になっている。

【００９９】したがって、低圧段部の排気をこのスライ
ド式排気筒９１と排気孔３８の両者により排気できるの
で、その排気を迅速かつ十分に行なうことができる。

【０１００】また、このポンプ水車９０を水車や揚水運
転する場合には内管９１ａを外筒９１ｂ内に縮小させる
ことにより、流路抵抗が増大してポンプ水車の効率が低
下するのを防止することができる。

【０１０１】図１３は第５の発明の一実施例の要部を示
しており、これは図１２で示す前記実施例において、排
気孔３８を省略したものであり、これによれば排気孔３
８を介して低圧段部の圧力が背圧空間３６に負荷されな
くなるので、主軸封水装置３５への負荷を軽減し、その
破損を防止できる。また、部品点数の低減により、構成
の簡単化とコスト低減とを図ることができる。

【０１０２】図１４は、第６の発明の一実施例の要部を
示しており、図において、ポンプ水車１００は、図１等
で示す第１発明の第１実施例の排気孔３８を、主軸２１
の下軸部２１ｂに穿設した排気孔１０１に置換したもの
である。

【０１０３】つまり、排気孔１０１は低圧段部ランナ室
２９にて直径方向に貫通する横孔１０１ａと、この横孔
１０１ａのほぼ中心部に連通して、ここから下部軸２１
ｂの軸方向下端まで貫通して外気に連通する縦孔１０１
ｂとを穿設して排気路を形成し、この下軸２１ｂの下端
部を回転自在に支持するスラスト軸受１０２内に排気す
るようになっており、さらに、このスラスト軸受１０２
に排気配管１０３を気密に接続している。

【０１０４】また、給排気孔３７の高圧段部側開口端部
内に、通風止水装置である、例えば図１０で示すばね式
弁８４を介装し、図１０で示す実施例と同様に高圧段部
から低圧段部へ空気のみを排出させて、水の流出を防止
し、ポンプ水車の効率向上を図っている。

【０１０５】次に、本実施例の水面押し下げ運転から通
常運転までの運転方法を述べる。

【０１０６】まず、水面押し下げ運転から通常運転へ移
行するために流路部の空気を排出する場合には、高圧段
部に設けられた給水配管４３から高圧水を高圧段部に給
水する。

【０１０７】すると、高圧段部の空気は主軸２１の給排
気孔３７とばね式弁８４とを通って低圧段部へと排気さ
れる。このとき、低圧段部に排気された圧縮空気によ
り、押し下げ水面は下がってしまうこととなるが、これ
を防ぐ為、押し下げ水面を一定に保持せしめるように、
制御弁１０３ａを開いて、低圧段部ランナ流路４０の空
気を排気孔１０１、スラスト軸受１０２および排気配管
１０３を通して外部へ排出する。

【０１０８】高圧段部の排気が終了した時、給水配管４
３からの高圧水給水を停止する。引き続き制御弁１０３
ａを開き、今度は押し下げ水面を上昇させる為に排気孔
１０１を通して低圧段部の空気を外部へ排出する。これ
により流路内の空気は全て外部へ排出される。

【０１０９】このように、本実施例によれば、水面押し
下げ運転から通常運転への移行のための排気がスムーズ
に行われるとともに、背圧空間３６と高圧段部ランナ流
路３９が完全に独立したものとなる為、通常運転時にお
いて、主軸封水装置３５に過大な圧力がかかるのを防止
し、その破損を防止することができる。また、上カバ２
４まわりの排気配管４２を省略できる為、振動に起因す
る問題等も減少するという効果がある。

【０１１０】図１５は第７の発明の一実施例の要部を示
しており、このポンプ水車１１０は図１４で示す実施例
において、排気孔１０１の縦孔１０１ｂを、給排気孔３
７に一体化して、横孔１０１ａを省略すると共に、吸出
し管３４の管壁に排気管１０４を設けた点に特徴があ
る。なお、前記ばね式弁８４は図６〜図８で示す通風止
水装置７１ａ，７１ｂ，７１ｃに置換してもよい。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１〜第４の
発明は、高圧段部の空気を主軸の排気孔と給排気孔を通
して低圧段部に排気する一方、高圧段部ランナと低圧段
部ランナとを互いに接続させる返り流路に給水配管を備
えて返り流路に停滞する空気を排出し、水面押し下げ運
転から通常運転に復帰する際に圧縮空気を排気する排気
路を確保し、水面押し下げ運転から通常運転への復帰動
作が円滑に行えるとともに、低圧段部の排気孔を主軸封
水装置の下に設けることにより、運転状態が変化しても
常に主軸封水装置に負荷される水圧を低減することがで
きる簡単な構造でしかも信頼性の高い二段ポンプ水車を
提供できる。

【０１１２】また、第２の発明は、通常運転時には、給
排気孔の通風止水装置により、高圧段部から低圧段部へ
ほぼ空気のみを選択的に通す一方、水が流出するのを止
水するので、この低圧段部への水の流出によるポンプ水
車の効率を低下させるのを防止することができる。

【０１１３】さらにまた、第３の発明は、低圧段部内の
空気を排気筒と排気配管の両者で同時に外部へ排出でき
るので、その排出を迅速かつ充分に行なうことができ
る。

【０１１４】また、通常運転時には排気筒の開口先端部
を低圧段部より後退させることにより、流路抵抗の増大
を防止すると共に、通水による排気筒の破損を防止する
ことができる。

【０１１５】また、第４の発明は、第３の発明の排気孔
および排気配管を排気筒に置換したので、部品点数を削
減することができ、その分、構成の簡単化とコスト低減
とを共に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の係るポンプ水車の第１実施例の要
部縦断面図。

【図２】第１の発明の第２実施例の要部縦断面図。

【図３】第１の発明の第３実施例の要部縦断面図。

【図４】第１の発明の第４実施例の要部拡大縦断面図。

【図５】第２の発明の要部拡大縦断面図。

【図６】図５で示す通風止水装置の一例を示しており、
（Ａ）はその気流を通す状態の模式図、（Ｂ）は止水状
態を示す模式図。

【図７】図５で示す通風止水装置の一例を示しており、
（Ａ）はその気流を通す状態を示す模式図、（Ｂ）は止
水状態を示す模式図。

【図８】図５で示す通風止水装置の一例を示しており、
（Ａ）はその気流を通す状態を示す模式図、（Ｂ）は止
水状態を示す模式図。

【図９】本願第３の発明の第１実施例の要部半裁縦断面
図。

【図１０】図９で示すばね式弁の拡大縦断面図。

【図１１】第３の発明の第２実施例の要部半裁縦断面
図。

【図１２】本願第４の発明の第１実施例の要部縦断面
図。

【図１３】本願第５の発明の第１実施例の要部縦断面
図。

【図１４】本願第６の発明の第１実施例の要部縦断面
図。

【図１５】本願第７の発明の第１実施例の要部縦断面
図。

【図１６】従来のポンプ水車の一部縦断面図。

【符号の説明】 ２０，５０，６０，８０，９０，１００，１１０ ポン
プ水車 ２１ 主軸 ２１ａ 上部主軸 ２１ｂ 下部主軸 ２２ 高圧段部ランナ ２３ 低圧段部ランナ ２４ 上カバー ２５ 下カバー ２６ 高圧段部ランナ室 ２９ 低圧段部ランナ室 ３０ 返り流路 ３１ うず巻状のケーシング ３２ 高圧段部ガイドベーン ３３ 低圧段部ガイドベーン ３４ 上部吸出し管 ３５ 主軸封水装置 ３６ 背圧空間 ３７ 給排気孔 ３８ 排気孔 ３８ａ 下部排気孔 ３８ｂ 上部排気孔 ３９ 高圧段部ランナ流路 ４０ 低圧段部ランナ流路 ４１ 排気弁 ４２ 排気配管 ４３ 給水配管 ４４ 高圧段部給気配管 ４５ 低圧段部給気配管 ４６ 排水配管 ７０ 制御弁７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 通風止水
装置 ７２ フロート室 ７３ フロート弁 ７５ ばね ８１ 中間排気室 ８２ａ 接続孔 ８４ ばね式弁 ８４ａ 弁体 ８４ｂ ばね ８４ｃ 弁座 ９１ スライド式排気孔 ９１ａ 内管 ９１ｂ 外管 １０１ 排気孔 １０１ａ 横孔 １０１ｂ 縦孔 １０２ スラスト軸受 １０３ 排気配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 貞一 岐阜県本巣郡梶尾村上大須字越田上1824 番地７号 中部電力株式会社 奥美濃水 力建設所内 (72)発明者 黒川 敏史 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 宇藤 祐悦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 山形 一郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 金野 敏郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭60−216071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−190481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−142436（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−176364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−81164（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−48801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−1246（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−41470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203880（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−97269（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F03B 1/00 - 11/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に取付けた高圧段部ランナと低圧段
   部ランナとをそれぞれ収容するランナ室どうしを連通さ
   せる返り流路と、前記高圧段部ランナの上方にて前記主
   軸の外周と静止部とを水密に封止する主軸封水装置と、
   前記各ランナ室の外側にそれぞれ設けたガイドベーンと
   を有する多段ポンプ水車において、前記主軸に穿設され
   て前記高圧段部ランナ周りの流路を前記低圧段部ランナ
   周りの流路に連通させる給排気孔と、前記高圧段部ラン
   ナに軸方向に穿設されて前記主軸封水装置の下方で前記
   高圧段部ランナ背後の背圧空間に連通する第１の排気孔
   と、前記主軸に穿設されて前記第１の排気孔を前記低圧
   段部ランナ流路に連通させる第２の排気孔と、前記背圧
   空間を大気に連通させる排気配管と、前記高圧段部のラ
   ンナ出口から前記低圧段部ガイドベーンの入口までの前
   記返り流路の途中に連通して前記低圧段部の吸い込み水
   頭よりも高圧の高圧水を給水し、前記高圧段部ランナ室
   の排気を前記低圧段部ランナ室内の排気と同時もしくは
   これに先立って行う給水配管とを設けたことを特徴とす
   る多段ポンプ水車。
2. 【請求項２】 請求項１記載の給排気孔の途中に、空気
   を選択的に通して水流を止水する通風止水装置を介装さ
   せたことを特徴とする多段ポンプ水車。
3. 【請求項３】 低圧段部ランナ室に接続された吸い出し
   管に、開口先端部を、このランナ室に出没自在に突出さ
   せる排気筒を設けたことを特徴とする請求項１記載の多
   段ポンプ水車。
4. 【請求項４】 請求項１記載の第１、第２の排気孔およ
   び排気配管よりなる排気路を、請求項３記載の排気筒に
   置換したことを特徴とする多段ポンプ水車。