JP3688348B2 - Hydraulic machine and operation method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、水車、ポンプ水車などの水力機械に係り、特に土砂を多く含んだ水を用いる水車、ポンプ水車などの水力機械およびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は従来の水力機械の一例として、フランシス形水車の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、図示しない上池から導水する鉄管20に接続されたケーシング1の内周部に配設されたステイベーン2と、主軸3の下端部に取り付けられ、エネルギーの授受を行うランナ4と、このランナ4を取り囲むように配設された上カバー5および下カバー6と、ランナ4の外周に配設され、流量を調節するガイドベーン7と、下カバー6の下方に接続され、ランナ4からの水流を下池13に導く吸出し管8等で構成されている。なお、上カバー5とランナ4とで形成される隙間が背圧室9で、下カバー6とランナ4とで形成される隙間が側圧室10である。また、背圧室9にはランナシール12が設けられている。さらに、ランナ4のランナシール12の内周側には、軸スラスト軽減のための複数のバランスホール11が円周上に設けられている。このような構成の水力機械を運転した場合、上池からの導水は鉄管20、ケーシング1、ステイベーン2、ガイドベーン7を通ってランナ4に流入し、ランナ4を回転させる。ランナ4に流入する水は前記背圧室9および側圧室10にも流入するが、これらの水は回転エネルギーに変換される事はなく、むしろ、この量が多いと水力機械の効率を低下させる。このため、ランナシール12で漏水量を軽減させるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、土砂の多い水を用いる水力機械では、背圧室9および側圧室10にも土砂を含んだ水が流入する。そのために、ランナ4や上カバー5および下カバー6は、この土砂水によって土砂摩耗を生じる。側圧室10側では、水よりも比重の大きい土砂が下カバー6に沿って漏水と共に吸出し管8に流出しやすく、それほど大きな土砂摩耗は生じない。一方、背圧室9側では、土砂がランナ4の影響を受けて粘性力や遠心力によって運動し、静止側である上カバー5は勿論、ランナ5にも土砂摩耗を生じる。この土砂摩耗により、遠心力の大きい外周側程激しく摩耗するという問題があった。さらに、背圧室9に流入した土砂は圧力差によって、ランナシール12にも流入する。このためランナシール12が摩耗して隙間12aが大きくなり、この部分からの漏水が増大して、結果的に水力機械の効率を低下させる問題がある。この対策として従来は、摩耗を受ける部分の板厚を厚くしたり、一定期間毎に取り替えるかまたはこの部分を補修して使用していたので、水力機械の稼働効率を低下させる欠点があった。
【0004】
本発明は以上の様な問題を解決するためになされたもので、その目的は土砂を多く含んだ水を作動流体とする水力機械でも、土砂摩耗を軽減して効率及び稼働率を向上させた高性能で経済的な水力機械およびその運転方法を提供する事にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、上池から導水する鉄管に接続されたケーシングの内周部に配設されたステイベーンと、主軸の下端部に取付けられたランナと、このランナを取り囲む上カバーおよび下カバーと、下カバーの下方に接続され前記ランナからの水流を下池に導く吸出し管を有し、土砂を多く含んだ水を用いる水車、ポンプ水車などの水力機械において、前記上カバーと前記ランナとで形成される背圧室に一端が開口し他端が排水制御弁を介して前記吸出し管あるいは下池のいずれかに開口する排出管と、この排出管の途中に設けられる土砂濃度検出装置と、一端が前記鉄管に開口し濾過装置および給水制御弁を介して他端が前記背圧室に開口する給水管を備え、この給水管により前 記背圧室に高圧清水を注入し前記背圧室内の土砂を外部に排出するよう構成したことを特徴とするものである。
【0006】
請求項2の発明は、請求項1記載の水力機械において、あらかじめ定められた水力機械の運転時間を超えた時に、排出制御弁を開口操作し、土砂濃度検出装置で検出された土砂濃度が所定の設定値を下回った時に、前記排出制御弁を閉口する事を特徴とする水力機械の運転方法である。
【0007】
【作用】
請求項1の発明によれば、背圧室に開口する排出管に介挿した排水制御弁を、一定期間の運転後に開口操作することにより、背圧室内に溜まった土砂は遠心力によってランナの外周側から排出管によって吸出し管あるいは下池に排出される。したがって、濃度の高い土砂の滞留を回避できるので上カバーやランナの土砂摩耗を軽減できる。
【0008】
さらに、請求項2の発明によれば、排出管の途中に土砂濃度検出装置を装備したので、一定期間の運転後に排水制御弁を開口操作し、土砂濃度が所定の設定値を下回った事を検出して閉口操作できる。したがって、エネルギー源である水を有効に活用でき、効率よく土砂を排出できる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施例を示す水力機械の断面図で、フランシス形水車に適用した例である。本実施例が既に説明した図6の従来例と異なる点は、背圧室9の外周側に排出管14を設けた点であり、その他は同一であるので、同一部には同一符号を付してその説明は省略する。
【0010】
排出管14の一端は背圧室9の外周側に開口し、他端は下池13に開口しており、その途中には土砂濃度検出装置15および排水制御弁16が装備されている。さらに、土砂濃度検出装置15からの濃度検出信号で排水制御弁16の開閉を制御する制御装置21が備えられている。
【0011】
次に、本実施例の作用について説明する。背圧室9に開口する排出管14に介挿した排水制御弁16を、一定期間の運転後に制御装置21で開口操作することにより、背圧室9内に溜まった土砂は遠心力によって外周側から排出管14によって吸出し管8あるいは下池13に排出される。したがって、濃度の高い土砂の滞留を回避できるので上カバー5やランナ4の土砂摩耗を軽減できる。
【0012】
さらに、排出管14の途中に土砂濃度検出装置15を装備したので、一定期間の運転後に排水制御弁16を開口操作し、土砂濃度が所定の設定値を下回った事を前記土砂濃度検出装置15で検出し、制御装置21を用いて排水制御弁16をも閉口操作する。したがって、エネルギー源である水を有効に活用でき、効率よく土砂を排出できる。
【0013】
なお、本実施例の他の実施例として、土砂濃度検出装置15を装備せずに、一定時間経過後に排水制御弁16を閉口操作してもよい。また、排出管14の他端は下池の代わりに吸い出し管8に開口してもよい。
【0014】
図2は本発明の第2実施例を示す断面図で、前述の第1実施例に加えて、背圧室9のランナシール11の外周側の位置に開口する給水管17を設けたものである。給水管17の他端は給水制御弁18および濾過装置19を介してケーシング1の上流側の鉄管20に接続されている。
【0015】
次に、本実施例の作用について説明する。前述の第1実施例と同様に、排水制御弁16を開口操作することにより、遠心力で背圧室に溜まった土砂を遠心力で排出する事ができるが、さらに本実施例によれば、遠心力とともに鉄管20からの高圧水を背圧室9に注入して土砂を排出できる。この際、鉄管20からの高圧水にも土砂が含まれているが、濾過装置19でこの土砂は除去されるので背圧室9には清水が注入される。したがって、背圧室9内の土砂水は一定期間毎に清水に置換されるので、滞留する土砂量を抑制して上カバー5やランナ4の土砂摩耗を軽減することができる。さらに、ランナシール12に流入する土砂も減少するので、ランナシール12部の摩耗を軽減でき、この部分からの漏水量も軽減して水力機械の効率を向上できる。
【0016】
なお、鉄管20からの高圧水を背圧室9に注入して土砂を排出できるので、運転中のみならず、停止中でも土砂を排出できる。図3および図4はそれぞれ本実施例の他の実施例を示すもので、図3は給水管17の背圧室9への開口部の形状を外周側に向けたものであり、図4は開口部先端をノズル形状にしたものである。このような形状にすることにより、高圧水が外周側に流れて土砂をより効率よく排出できる。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、土砂を多く含んだ水を作動流体とする水力機械でも、土砂摩耗を軽減して効率及び稼働率を向上させた高性能で経済的な水力機械およびその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水力機械の第1実施例を示す断面図。
【図2】本発明の水力機械の第2実施例を示す断面図。
【図3】本発明の第2実施例の他の実施例を示す要部断面図。
【図4】本発明の第2実施例の他の実施例を示す要部断面図。
【図5】従来の水力機械の一例を示す断面図。
【符号の説明】
1…ケーシング
4…ランナ
5…上カバー
6…下カバー
8…吸出し管
9…背圧室
10…側圧室
12…ランナシール
12a…隙間
13…下池
14…排出管
15…土砂濃度検出装置
16…排水制御弁
17…給水管
18…給水制御弁
19…濾過装置
20…鉄管
21…制御装置[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a hydraulic machine such as a water wheel or a pump wheel, and more particularly to a hydraulic machine such as a water wheel or a pump wheel that uses water containing a lot of earth and sand, and a method for operating the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a Francis turbine as an example of a conventional hydraulic machine. As shown in the figure, a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a hydraulic machine using water with a lot of earth and sand, water containing earth and sand also flows into the
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to reduce sediment wear and improve efficiency and availability even in a hydraulic machine using water containing a large amount of sediment as a working fluid. It is to provide a high performance and economical hydraulic machine and its operation method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a stay vane disposed on an inner peripheral portion of a casing connected to an iron pipe that conducts water from an upper pond, a runner attached to a lower end portion of a main shaft, In a hydraulic machine such as a water turbine, a pump turbine, etc., having an upper cover and a lower cover surrounding the runner, and a suction pipe that is connected to the lower part of the lower cover and guides the water flow from the runner to the lower pond . a discharge pipe having one end to the back pressure chamber is opened and the other end which is formed by said over and cover the runner is open to one of the draft tube or the lower reservoir via the discharge control valve, provided in the middle of the exhaust pipe and sediment concentration detection device for one end provided with a water supply pipe the other end through the open filtration apparatus and the water supply control valve to the iron pipe is open to the back pressure chamber, a high pressure fresh water before xenon pressure chamber by the water supply pipe Before injecting It is characterized in that it has arranged to discharge the earth and sand in the back pressure chamber to the outside.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the first aspect, when a predetermined operation time of the hydraulic machine is exceeded, the discharge control valve is opened, and the sediment concentration detected by the sediment concentration detector is predetermined. The discharge control valve is closed when the set value falls below the set value.
[0007]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the drainage control valve inserted in the discharge pipe that opens to the back pressure chamber is opened after a certain period of operation, so that the sediment accumulated in the back pressure chamber is It is discharged from the outer peripheral side to the suction pipe or the lower pond by the discharge pipe. Therefore, the accumulation of sediment with high concentration can be avoided, so that sediment wear on the upper cover and the runner can be reduced.
[0008]
Further, according to the invention of
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 is a cross-sectional view of a hydraulic machine showing a first embodiment of the present invention, an example of application to a Francis-turbine. The difference between this embodiment and the conventional example shown in FIG. 6 is that the
[0010]
One end of the
[0011]
Next, the operation of this embodiment will be described. The
[0012]
Further, since the
[0013]
Incidentally, in another example of the present embodiment, without equipped with sediment
[0014]
Figure 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention, in which in addition to the first embodiment described above, providing the
[0015]
Next, the operation of this embodiment will be described. As in the first embodiment, by opening the
[0016]
In addition, since the high pressure water from the
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even a hydraulic machine that uses water containing a lot of earth and sand as a working fluid, a high-performance and economical hydraulic machine that improves the efficiency and operating rate by reducing earth and sand wear, and its A driving method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a hydraulic machine according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the hydraulic machine of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of an essential part showing another embodiment of the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional hydraulic machine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
10 ... Side pressure chamber
12 ... runner seal
12a ... Gap
13 ... Shimoike
14 ... Drain pipe
15 ... Sediment concentration detector
16 ... Drain control valve
17 ... Water pipe
18 ... Water supply control valve
19 ... Filtration equipment
20 ... Iron pipe
21 ... Control device
Claims (2)
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