JP3936059B2 - 水力機械とその運転方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水車、ポンプ水車などの水力機械に係り、とりわけ調相運転のような空転運転において安定した空転運転の継続が可能な水力機械およびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に水車またはポンプ水車等の水力機械において、調相運転などの空転運転を行う場合には、まずガイドベーンを全閉し、次にランナ室に圧縮空気を送入してランナ室の水面を押下げることによってランナを空転状態におく。
【0003】
次に従来の空転運転を行う水力機械を図12に示す。図12に示すように、水力機械50は、ランナ下カバー51を有するランナ室58と、ランナ室58内に配置され主軸周りに回転するランナ60とを備えている。ランナ室58の外方には、ケーシング62が連結されており、ランナ室58の下方にはドラフトチューブ52が連結されている。
【0004】
ランナ室58内には、ランナ室58内に圧縮空気を導入してランナ室58の水面59をドラフトチューブ52にまで押し下げる圧縮空気供給管66が連通している。
【0005】
そしてランナ室58内のランナ60とケーシング62との間には、ガイドベーン57が設けられている。ガイドベーン57は、ガイドベーン駆動部67に接続されており、ガイドベーン駆動部67によって開閉駆動されるようになっている。
【0006】
また、下カバー51とドラフトチューブ52との間には、排水弁駆動部53bによって駆動される排水弁53aを備えた排水管53が設けられている。さらにランナ室58の周部には、ランナ60とランナ室58とのシール部にシール水を給水するためのシール吸水管54,55および主軸封水部給水管56が設けられている。
【0007】
以上のような構成の従来の水力機械50において空転運転を行う場合、まずガイドベーン駆動部67によってガイドベーン57が全閉とされる。次にランナ室58内に圧縮空気供給管66によって圧縮空気が送入され、ランナ室58内の水面59がドラフトチューブ52内の予め設定された水位まで押し下げられる。これによってランナ60は空転運転状態となる。なお、ケーシング62内の水は排除されない。
【0008】
この時、シール給水管54,55からランナ室58内に給水されるシール水、および主軸封水部給水管56からランナ室58内に給水されるシール水は、ランナ60の回転による遠心力の作用により、ランナ60とガイドベーン57の間に溜まり、図13に示すような水カーテン61を形成する。同時に、ケーシング62内からガイドベーン57とランナ室58との間の微小ギャップを通ってランナ室58内に至る漏水も、水カーテン61を形成する。
【0009】
水カーテン61は、主としてランナ60の回転に伴ってランナ室58内を回転するが、同時に撹拌されて熱せられる。そして水カーテン61の熱はランナ60に伝達され、ランナ60を膨張させる。膨張したランナ60は、特にシール部等の微小ギャップ部分において、ランナ室58に対して「かじり現象」を起こす場合がある。また、水カーテン61の増大は、ランナ60による水カーテン61の撹拌エネルギを増大させ、すなわちエネルギ損失が増大して、空転時の電動機負荷が増加して運転コストが悪化する。
【0010】
そこで水力機械50は、ランナ室を構成するランナ下カバー51とドラフトチューブ52との間の排水管53によって、空転運転中に、水カーテン61を形成する水をドラフトチューブ52内へ排水している。
【0011】
次に、別の従来の水力機械を図14に示す。図14に示す水力機械は、ケーシング62内とドラフトチューブ52内とを、ケーシング62内の水をドラフトチューブ52内に排水するためのケーシング排水管63が連通しており、ケーシング排水管63に第1弁駆動部63bにより駆動されるケーシング排水弁63aが設けられている。その他の構成は図12に示す水力機械と同様である。図14において、図12に示す水力機械と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図14に示す水力機械の詳細は、特開平2−108865号公報に記載されている。
【0012】
図14に示す水力機械によれば、第1弁駆動部63bを制御してケーシング排水管63からケーシング62内の水を排除することができる。従って、ケーシング62内からガイドベーン57とランナ室58との間の微小ギャップを通ってランナ室58内に至る漏水が発生しない。逆に、水カーテン61を形成する水が、ガイドベーン57とランナ室58との間の微小ギャップからケーシング62側に逃がされ、そこからケーシング排水管63を介してドラフトチューブ52内に排出される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、水力機械を空転運転する場合には、ランナ60とガイドベーン57との間に存在して水カーテン61を形成する滞留水を適度に排出して、水カーテン61の厚みを調整する必要がある。
【0014】
図12に示す従来の水力機械では、水カーテン61を形成する水が、ランナ下カバー51から排水管53を介してドラフトチューブ52内に排出される。しかしながら、ランナ下カバー51に設けられた排水管53は、水カーテン61が形成される位置から離れたところに配置されているため、排水効果が十分でない場合がある。
【0015】
図14の従来の水力機械では、排水管53による排水に加えて、水カーテン61を形成する水が、ガイドベーン57の上下端面とランナ室58との間の微小ギャップからケーシング62側に逃がされ、そこからケーシング排水管63を介してドラフトチューブ52内に排出される。しかしながら、ガイドベーン57の上下端面とランナ室58との間のギャップは、水力機械起動時にガイドベーン57を開とする前に当該ギャップからの漏水でランナ60が回り出す事を避けるために微小に設定されているため、やはり排水効果が十分でない場合がある。
【0016】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ランナとガイドベーンとの間の滞溜水を適切に排除することができ、ランナの外周部の滞留水の量を円滑に調整することによって、安定した空転運転を可能とする水力機械およびその運転方法を提供することを目的とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ランナ室と、ランナ室内に配置され、主軸周りに回転するランナと、ランナ室の外方に連結されたケーシングと、ランナ室の下方に連結されたドラフトチューブと、ランナ室内に連通し、ランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げる圧縮空気供給管と、ケーシング内とドラフトチューブ内とを接続し、ケーシング内の水をドラフトチューブ内に排水するケーシング排水管と、ケーシング排水管に設けられ、第1弁駆動部により駆動されるケーシング排水弁と、ランナ室内のランナとケーシングとの間に介在するガイドベーンと、ガイドベーンに接続され、ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられたランナの空転運転状態時にガイドベーンを小開状態とするガイドベーン駆動制御部と、を備え、ランナの空転運転時において、ランナ室の外周部に滞留する漏水を小開状態となったガイドベーンからランナとガイドベーンとの間の部分における圧力とケーシングにおける圧力との差を利用してケーシング内に逃がすとともにケーシング内に逃がされた漏水をケーシングにおける圧力とドラフトチューブにおける圧力との差を利用してケーシング排水管によってドラフトチューブ内に排水することを特徴とする水力機械である。
【0018】
本発明によれば、ガイドベーンを小開状態とする事によって、ガイドベーンの開口すきまを通してランナ外周に溜まった滞留水をケーシング内に逃がすことができ、これによりランナとガイドベーン間の滞溜水を適切に排除することができる。
【0019】
また本発明は、上記記載の水力機械を停止状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げると同時にケーシング排水弁を開としてケーシング排水管からドラフトチューブへの排水を開始する工程と、ランナの回転主軸を回転させる工程と、ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空転運転状態となった場合にガイドベーン駆動制御部によりガイドベーンを小開状態とする工程と、を備えたことを特徴とする水力機械の運転方法である。
【0020】
本発明によれば、水力機械を停止状態から空転運転状態に円滑に移行させることができるとともに、ガイドベーンを小開状態とする事によって、ガイドベーンの開口すきまを通してランナ外周に溜まった滞留水をケーシング内に逃がすことができ、これによりランナとガイドベーン間の滞溜水を適切に排除することができる。
【0021】
また本発明は、上記記載の水力機械を発電運転状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、ガイドベーン駆動制御部を介してガイドベーンを閉状態へと操作するとともに、入口弁を第2弁駆動部により閉状態へと操作する工程と、ガイドベーンが全閉になったことを条件として圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げる工程と、入口弁が全閉となったことを条件として第1弁駆動部によりケーシング排水弁を開としてケーシング排水管からドラフトチューブへの排水を開始する工程と、を備えたことを特徴とする水力機械の運転方法である。
【0022】
本発明によれば、水力機械を発電運転状態から空転運転状態に円滑に移行させることができるとともに、ガイドベーンを小開状態とする事によって、ガイドベーンの開口すきまを通してランナ外周に溜まった溜水をケーシング内に逃がすことができ、これによりランナとガイドベーン間の滞溜水を適切に排除することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0024】
図1に本実施の形態による水力機械30を示す。図1に示すように、水力機械は、ランナ下カバー1を有するランナ室8と、ランナ室8内に配置され主軸周りに回転するランナ10とを備えている。ランナ室8の外方には、ケーシング12が連結されており、ランナ室8の下方にはドラフトチューブ2が連結されている。
【0025】
ランナ室8内には、ランナ室8内に圧縮空気を導入してランナ室8の水面9をドラフトチューブ2にまで押し下げる圧縮空気供給管16が連通している。圧縮空気供給管16には、給気弁駆動部16bによって駆動される給気弁16aが設けられている。またケーシング12内とドラフトチューブ2内とは、ケーシング排水管13によって互いに連通している。ケーシング排水弁13には、第1弁駆動部13bによって駆動されるケーシング排水弁13aが設けられている。
【0026】
そしてランナ室8内のランナ10とケーシング12との間には、ガイドベーン7が設けられている。ガイドベーン7には、ランナ室8の水面9がドラフトチューブ2にまで押し下げられてランナ10が空転運転状態となった場合に、ガイドベーン7を小開状態とするガイドベーン駆動制御部17が接続されている。
【0027】
また、ランナ室8を構成するランナ下カバー1とドラフトチューブ2との間には、排水弁駆動部3bによって駆動される排水弁3aを備えた排水管3が設けられている。さらにランナ室8の周部には、ランナ10とランナ室8との間のシール部にシール水を給水するためのシール吸水管4,5および主軸封水部給水管6が設けられている。
【0028】
さらに、ケーシング12には、ケーシング12内に水を導入するための導入管14が設けられ、導入管14には、ケーシング内への水の導入量を制御するとともに第2弁駆動部14bにより駆動される入口弁14aが設けられている。
【0029】
ガイドベーン駆動制御部17は、ランナ室8の水面9がドラフトチューブ2にまで押し下げられてランナ10が発電方向に空転運転状態となった場合、ケーシング排水管13の断面積をA、ガイドベーン7の高さをB、ガイドベーン7の設置枚数をZgとした場合に式(1)によって規定されるガイドベーン開度a(図2参照)の範囲でガイドベーン7を小開状態とするようになっている。
【0030】
またガイドベーン駆動制御部17は、ランナ室8の水面9がドラフトチューブ2にまで押し下げられてランナ10が揚水方向に空転運転状態となった場合、式(2)によって規定されるガイドベーン開度aの範囲でガイドベーン7を開状態とするようになっている。
【0031】
さらにガイドベーン駆動制御部17は、入口弁14aが全閉状態の場合にのみガイドベーン7を小開状態とするようになっている。
【0032】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について図3および図4を用いて説明する。図3および図4は、本実施の形態における入口弁14a、ガイドベーン7、給気弁16aおよびケーシング排水弁13aの作動状態を示すフロー図である。
【0033】
本実施の形態の水力機械を停止状態から空転運転状態に移行させる場合、図3に示すように、まずガイドベーン駆動制御部17および第2弁駆動部14bによってガイドベーン7および入口弁14aが全閉とされる。次に給気弁駆動部16bによって給気弁16aが開状態となってランナ室8内に圧縮空気供給管16から圧縮空気が送入され、ランナ室8内の水面9がドラフトチューブ2内の予め設定された水位まで押し下げられる。一方、第1弁駆動部13bによってケーシング排出弁13aが開状態となり、ケーシング排水管13からケーシング12内の水を排除する。
【0034】
次にランナ10の回転主軸を回転させ、これによってランナ10は空転運転状態となる。
【0035】
本実施の形態の水力機械を発電運転状態から空転運転状態に移行させる場合には、図4に示すように、まずガイドベーン駆動制御部17によってガイドベーン7を全閉状態へと操作するとともに、第2弁駆動部14bによって入口弁14aを全閉状態へと操作する。
【0036】
そして、ガイドベーン7が全閉になった後、給気弁駆動部16bによって給気弁16aを開状態とし、圧縮空気供給管16からランナ室8内に圧縮空気を導入してランナ室8の水面9をドラフトチューブ2にまで押し下げる。
【0037】
一方、入口弁14aが全閉となった後、第1弁駆動部13bによってケーシング排水弁13aを開状態とし、ケーシング排水管13からドラフトチューブ2への排水を開始する。
【0038】
ランナ10の空転運転時において、シール給水管4,5からランナ室8内に給水されるシール水および主軸封水部給水管6からランナ室8内に給水されるシール水は、ランナ10の回転による遠心力の作用によってランナ10とガイドベーン7との間に移動する。一方、ガイドベーン駆動制御部17は、図2乃至図4に示すように、ランナ10が空転状態となった場合にガイドベーン7を小開状態とする。従って、ランナ10とガイドベーン7との間に移動した滞留水11は水カーテンを形成することなく、ガイドベーン7の開口すきまを介してケーシング12内に逃がされる。ケーシング12内に逃がされた水は、さらにケーシング排水管13を介してドラフトチューブ2内に排水される。
【0039】
ガイドベーン7の開度aが大き過ぎると、ランナ室8内のランナ10とガイドベーン7との間に移動した滞留水11だけでなく空気までがケーシング12側に抜けてしまう。このケーシング12側に抜けた空気は、ケーシング12内とドラフトチューブ2内とを連通させているケーシング排水管13を通ってドラフトチューブ2へ還流されるが、このケーシング排水管13の断面積Aが十分大きくないと空気がドラフトチューブ2ヘ還流しきれずにケーシング12内に溜まってしまうことがある。
【0040】
従って、ガイドベーン7の小開状態の開度aは好適な範囲に制御されることが望ましい。ガイドベーン7の好適な開度aについて、図1を用いて説明する。まず図1に示すように、ドラフトチューブ2における圧力をHd、ランナ10とガイドベーン7との間の部分における圧力をHr、ケーシング12における圧力をHcとする。ランナ10の外周部の圧力Hrは、ランナ10の回転による遠心力の作用によってHdより高圧である。一方、ケーシング12の圧力Hcは、ランナ10の外周部の圧力Hrより低圧で、その差圧(Hr−Hc)とガイドベーン7の開口面積(開度a×高さB×枚数Zg)とガイドベーン7の流出係数Cgvとによって、ガイドベーン7を通ってケーシング12に流れる水または空気の流量Qgvが次式(3)のように定まる。
【0041】
【数3】
Figure 0003936059
また、ケーシング12からドラフトチューブ2に、ケーシング排水管3を通って還流する水量Qepは、ケーシング排水管13の断面積A、ケーシング排水管13の流出係数Cepを用いて次式(4)のように定まる。
【0042】
【数4】
Figure 0003936059
ランナ10の外周部からケーシング12側に流れた流体はすべてケーシング排水管13を通ってドラフトチューブ2ヘ還流するので、Qgv=Qepとなる。これを用いて上記(3)、(4)式を変形すると、
【0043】
【数5】
Figure 0003936059
となる。ガイドベーン7が小開状態にある時の流れの状態は複雑で、流出係数Cgvを計算で求める事は難しいが、本件発明者は、安定的に空転運転が可能なときの
【0044】
【数6】
Figure 0003936059
の値は、発電方向回転において1.4〜13.7、揚水方向回転において0.7〜8.2の範囲である事を実験的に求めた。この範囲を(5)式に当てはめると、発電方向空転運転時においては式(1)の範囲が、揚水方向空転運転時においては式(2)の範囲が得られる。
【0045】
すなわち、本実施の形態におけるガイドベーン駆動制御部17は、ガイドベーン7の小開開度が好適な範囲となるようにガイドベーン7を駆動制御する。
【0046】
以上のように本実施の形態によれば、ガイドベーン7を小開状態とする事によって、ガイドベーン7の開口すきまを通してランナ10の外周部に溜まった滞留水をケーシング12内に逃がすことができ、これによりランナ10とガイドベーン7との間の滞溜水を適切に排除することができる。
【0047】
また本実施の形態によれば、水力機械を停止状態から空転運転状態に円滑に移行させることができる。また本実施の形態によれば、水力機械を発電運転状態から空転運転状態に円滑に移行させることができる。
【0048】
次に本発明による水力機械の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態の水力機械30は、ガイドベーン駆動制御部17が、予め定められた時間間隔で小開状態と全閉状態とに交互にガイドベーン7を制御するようになっている点が異なるのみであり、その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。
【0049】
本実施の形態では、ガイドベーン駆動制御部17によって、ランナ10の外周部に水が溜まった時に対応してガイドベーン7が開口して溜まった水をケーシング12側に逃がし、さらに空気がケーシング12側へ抜けるのを防ぐために所定の時間間隔でガイドベーン7が全閉となる。これにより、安定した空転運転が可能となる。
【0050】
次に図5により、本発明による水力機械の第3の実施の形態について説明する。図5において、水力機械30は、ランナ10の外周部近傍にランナ温度計20が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、ランナ温度計20の測定値に基づいて、ランナ温度計20の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン7を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン7を全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第3の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0051】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水の量が増すと、ランナ10がこの滞留水11を撹拌し、滞留水11の温度が上昇してランナ10の外周部近傍の温度が上昇することを利用するものである。
【0052】
本実施の形態によれば、ランナ温度計20による測定温度があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0053】
次に図6により、本発明による水力機械の第4の実施の形態について説明する。図6において、水力機械30は、ランナ排水管3に漏水温度計21が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、漏水温度計21の測定値に基づいて、漏水温度計21の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第4の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0054】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水11の量が増すと、ランナ10がこの滞留水11を撹拌し、滞留水11の温度が上昇し排水管3を通って排水される漏水の温度が上昇することを利用するものである。
【0055】
本実施の形態によれば、漏水温度計21による測定温度があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0056】
次に図7により、本発明による水力機械の第5の実施の形態について説明する。図7において、水力機械30は、ランナ10の回転主軸による電動機出力を測定する出力計22が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、出力計22の測定値に基づいて、出力計22の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン7を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン7を全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第5の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0057】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水11が増大すると、ランナ10を回すための回転主軸の負荷が増大することを利用するものである。
【0058】
本実施の形態によれば、出力計22によって測定された電動機出力があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0059】
次に図8により、本発明による水力機械の第6の実施の形態について説明する。図8において、水力機械30は、ランナ10の回転主軸による電動機出力の変動量を測定する出力変動量計23が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、出力変動量計23の測定値に基づいて、出力変動量計23の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン7を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン7を全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第6の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0060】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水11が増大すると、ランナ10がランナ10の外周部の滞留水11をかき込むので、周期的に回転主軸の負荷が変動するようになることを利用するものである。
【0061】
本実施の形態によれば、出力変動量計23によって測定された電動機出力の変動量があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0062】
次に図9により、本発明による水力機械の第7の実施の形態について説明する。図9において、水力機械30は、ランナ10の回転主軸の軸振れを測定する軸振れ計24が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、軸振れ計24の測定値に基づいて、軸振れ計24の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン7を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン7を全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第7の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0063】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水11が増大すると、ランナ10を回すための回転主軸の軸振れが増大することを利用するものである。
【0064】
本実施の形態によれば、軸振れ計24によって測定されたランナの回転主軸の軸振れがあらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0065】
次に図10により、本発明による水力機械の第8の実施の形態について説明する。図10において、水力機械30は、ランナの回転主軸の軸振れの変動量を測定する軸振れ変動量計25が設けられ、ガイドベーン駆動制御部17は、軸振れ変動量計25の測定値に基づいて、軸振れ変動量計25の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン7を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン7を全閉状態とするようになっている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第8の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0066】
本実施の形態は、ランナ10の外周部に溜まる滞留水11が増大すると、ランナ10がランナ10の外周部の滞留水11をかき込むので、周期的に回転主軸の負荷が変動するようになることを利用するものである。
【0067】
本実施の形態によれば、軸振れ変動量計25によって測定されたランナの回転主軸の軸振れの変動量があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ10の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部17がガイドベーン7を開口制御するため、空気がケーシング12側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能となる。
【0068】
次に図11により、本発明による水力機械の第9の実施の形態について説明する。図11において、水力機械30は、ケーシング12の上部に空気を抜くための空気抜き管15が設けられ、空気抜き管15に空気抜き量を制御するとともに第3弁駆動部15bにより駆動される自動弁15aが設けられている。その他の構成は図1に示す第1の実施の形態の水力機械30と略同様である。第9の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0069】
空気抜き管15は、ケーシング排水管13より口径の小さい管によって構成されている。
【0070】
自動弁15aは、ガイドベーン7が開状態の場合に開状態に制御されるが、空転運転から通常運転に移行する時点で開状態としてもよい。また、発電方向空転運転時に比べて揚水方向空転運転時のほうがガイドベーン7からケーシング12ヘ空気が抜けやすいため、自動弁15aは揚水方向回転の空転運転時にのみ開状態としてもよい。
【0071】
本実施の形態によれば、ランナ10の空転運転中に第3弁駆動部14bによって自動弁14aを開状態とすることにより、ケーシング12内の空気を大気に逃がし、空気の滞留を効果的に防ぎ、滞留した空気が揚水運転時に導水路を通って上地に、あるいは発電運転時に放水路を通って下地に流れて高圧空気が大気圧に開放されて膨張することによって構造物が破壊されることが防止される。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、水力機械のランナ空転運転中にランナの外周部に溜まる滞留水をガイドベーンの開口すきまを通してケーシング側に逃がすので、安定した空転運転が可能な水力機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水力機械の第1の実施の形態を示す概略断面図。
【図2】本発明による水力機械の第1の実施の形態におけるガイドベーン部分を示す概略上面図。
【図3】本発明による水力機械の第1の実施の形態におけるガイドベーンおよび各弁の作動状態を示すフロー図。
【図4】本発明による水力機械の第1の実施の形態におけるガイドベーンおよび各弁の作動状態を示すフロー図。
【図5】本発明による水力機械の第3の実施の形態を示す概略断面図。
【図6】本発明による水力機械の第4の実施の形態を示す概略断面図。
【図7】本発明による水力機械の第5の実施の形態を示す概略断面図。
【図8】本発明による水力機械の第6の実施の形態を示す概略断面図。
【図9】本発明による水力機械の第7の実施の形態を示す概略断面図。
【図10】本発明による水力機械の第8の実施の形態を示す概略断面図。
【図11】本発明による水力機械の第9の実施の形態を示す概略断面図。
【図12】従来の水力機械を示す概略断面図。
【図13】従来の水力機械において水カーテンが形成された状態を示す概略断面図。
【図14】従来の別の水力機械を示す概略断面図。
【符号の説明】
1 ランナ下カバー
2 ドラフトチューブ
3 排水管
3a 排水弁
3b 排水弁駆動部
4、5 シール給水管
6 主軸封水部給水管
7 ガイドベーン
8 ランナ室
9 水面
10 ランナ
11 滞留水
12 ケーシング
13 ケーシング排水管
13a ケーシング排水弁
13b 第1弁駆動部
14 導入管
14a 入口弁
14b 第2弁駆動部
15 空気抜き管
15a 自動弁
15b 第3弁駆動部
16 圧縮空気供給管
16a 給気弁
16b 給気弁駆動部
17 ガイドベーン駆動制御部
20 ランナ温度計
21 漏水温度計
22 出力計
23 出力変動量計
24 軸振れ計
25 軸振れ変動量計
30 水力機械

Claims (14)

  1. ランナ室と、
    ランナ室内に配置され、主軸周りに回転するランナと、
    ランナ室の外方に連結されたケーシングと、
    ランナ室の下方に連結されたドラフトチューブと、
    ランナ室内に連通し、ランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げる圧縮空気供給管と、
    ケーシング内とドラフトチューブ内とを接続し、ケーシング内の水をドラフトチューブ内に排水するケーシング排水管と、
    ケーシング排水管に設けられ、第1弁駆動部により駆動されるケーシング排水弁と、
    ランナ室内のランナとケーシングとの間に介在するガイドベーンと、
    ガイドベーンに接続され、ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられたランナの空転運転時にガイドベーンを小開状態とするガイドベーン駆動制御部と、
    を備え、
    ランナの空転運転時において、ランナ室の外周部に滞留する漏水を小開状態となったガイドベーンからランナとガイドベーンとの間の部分における圧力とケーシングにおける圧力との差を利用してケーシング内に逃がすとともに
    ケーシング内に逃がされた漏水をケーシングにおける圧力とドラフトチューブにおける圧力との差を利用してケーシング排水管によってドラフトチューブ内に排水する
    ことを特徴とする水力機械。
  2. ガイドベーン駆動制御部は、ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空転運転状態となり、かつランナが発電方向に空転運転する場合、排水管の断面積をA、ガイドベーンの高さをB、ガイドベーンの設置枚数をZgとしたときに式(1)によって規定されるガイドベーン開度aの範囲でガイドベーンを小開状態とすることを特徴とする請求項1に記載の水力機械。
    Figure 0003936059
  3. ガイドベーン駆動制御部は、ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空転運転状態となり、かつランナが揚水方向に空転運転する場合、排水管の断面積をA、ガイドベーンの高さをB、ガイドベーンの設置枚数をZgとしたときに式(2)によって規定されるガイドベーン開度aの範囲でガイドベーンを開状態とすることを特徴とする請求項1に記載の水力機械。
    Figure 0003936059
  4. ガイドベーン駆動制御部は、予め定められた時間間隔でガイドベーンが小開状態となるよう全閉状態とに交互にガイドベーンを制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  5. ランナの外周部近傍にランナ温度計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、ランナ温度計の測定値に基づいて、ランナ温度計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  6. ランナ室の外周部とドラフトチューブ内とを接続し、ランナ室の外周部に滞留する漏水を排水するランナ排水管が設けられ、
    ランナ排水管に漏水温度計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、漏水温度計の測定値に基づいて、漏水温度計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  7. ランナの回転主軸による電動機出力を測定する出力計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、出力計の測定値に基づいて、出力計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  8. ランナの回転主軸による電動機出力の変動量を測定する出力変動量計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、出力変動量計の測定値に基づいて、出力変動量計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  9. ランナの回転主軸の軸振れを測定する軸振れ計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、軸振れ計の測定値に基づいて、軸振れ計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  10. ランナの回転主軸の軸振れの変動量を測定する軸振れ変動量計が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、軸振れ変動量計の測定値に基づいて、軸振れ変動量計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  11. ケーシング内に水を導入するための導入管が設けられ、導入管にケーシング内への水の導入量を制御するとともに第2弁駆動部により駆動される入口弁が設けられ、
    ガイドベーン駆動制御部は、入口弁が全閉状態の場合にのみガイドベーンを小開状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水力機械。
  12. ケーシングの上部に空気を抜くための空気抜き管が設けられ、空気抜き管に空気抜き量を制御するとともに第3弁駆動部により駆動される自動弁が設けられたことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の水力機械。
  13. 請求項1に記載の水力機械を停止状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、
    圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げると同時にケーシング排水弁を開としてケーシング排水管からドラフトチューブへの排水を開始する工程と、
    ランナの回転主軸を回転させる工程と、
    ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空転運転状態となった場合にガイドベーン駆動制御部によりガイドベーンを小開状態とする工程と、
    を備えたことを特徴とする水力機械の運転方法。
  14. 請求項11に記載の水力機械を発電運転状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、
    ガイドベーン駆動制御部を介してガイドベーンを閉状態へと操作するとともに、入口弁を第2弁駆動部により閉状態へと操作する工程と、
    ガイドベーンが全閉になったことを条件として圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げる工程と、
    入口弁が全閉となったことを条件として第1弁駆動部によりケーシング排水弁を開としてケーシング排水管からドラフトチューブへの排水を開始する工程と、を備えたことを特徴とする水力機械の運転方法。
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