JP4596860B2

JP4596860B2 - 水力発電水車設備

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Publication number: JP4596860B2
Application number: JP2004253674A
Authority: JP
Inventors: 正人土居
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: JP2006070763A

Description

本発明は、水面下に没した状態で使用可能な水力発電水車設備に関する。

従来、地上に設置されるインライン型の水力発電水車としては、図７，図８に示すように、高低落差のある配管１０２，１０３の途中に据付けられるものがある。この水力発電水車１０１の外ケーシング１０４には、上流側の配管１０２に接続される流入口１０５と、下流側の配管１０３に接続される吐出口１０６とが形成されている。外ケーシング１０４の内部には、流入口１０５から吐出口１０６へ流れる水Ｗによって回転する羽根車１０７と、発電機１０８と、上記羽根車１０７と発電機１０８のロータ１０９とを連動連結する回転自在な主軸１１０と、上記発電機１０８を収容する内ケーシング１１１とが設けられている。

上記外ケーシング１０４と内ケーシング１１１との間には、流入口１０５から吐出口１０６へ至る流路１１２が形成されている。また、主軸１１０の先端部は、内ケーシング１１１の内部から内ケーシング１１１を貫通し、内ケーシング１１１の外部の上記羽根車１０７に連結されている。さらに、上記貫通部分における主軸１１０と内ケーシング１１１との間のシールを行うメカニカルシール１１３が設けられている。上記内ケーシング１１１の内部には、発電機１０８を収容する発電機収容室１１４と、上記流路１１２からメカニカルシール１１３を通って内ケーシング１１１の内部に漏洩した漏洩水Ｗａを溜めるドレン室１１５とが形成されている。上記ドレン室１１５はメカニカルシール１１３と発電機収容室１１４との間に配置されている。また、内ケーシング１１１には、ドレン室１１５に溜まった漏洩水Ｗａを外ケーシング１０４の下方外部へ排出するドレン排出口１１６が形成されている。

これによると、上流側の配管１０２から水力発電水車１０１の流入口１０５へ流入した水Ｗは、外ケーシング１０４の内部の流路１１２を通り、吐出口１０６から吐出される。この際、上記流路１１２を流れる水Ｗによって羽根車１０７が回転し、主軸１１０と共に発電機１０８のロータ１０９が回転して、発電が行われる。

また、上記流路１１２からメカニカルシール１１３を通って内ケーシング１１１の内部に漏洩した漏洩水Ｗａは、ドレン室１１５内に溜められ、ドレン排出口１１６から外ケーシング１０４の下方外部へ排出される。これにより、漏洩水Ｗａが発電機収容室１１４へ侵入することを防止することができる（下記特許文献１参照）。

上記図８に示した水力発電水車１０１を水面下に没した状態で使用する場合、ドレン排出口１１６を閉塞して、水Ｗがドレン排出口１１６からドレン室１１５内へ逆流するのを防止している。しかしながら、上記のようにドレン排出口１１６を閉塞してしまうと、流路１１２からメカニカルシール１１３を通って内ケーシング１１１の内部に漏洩した漏洩水Ｗａがドレン室１１５内に溜る一方で、ドレン室１１５内の漏洩水Ｗａがドレン排出口１１６から排出されないため、ドレン室１１５内の漏洩水Ｗａの量が増加し、漏洩水Ｗａがドレン室１１５内から発電機収容室１１４内へ侵入するといった問題が発生し、発電機収容室１１４内へ侵入した漏洩水Ｗａによって発電機１０８がショートする恐れがあった。

また、水面下に没した状態で使用され且つ漏洩水Ｗａを排出することが可能な水力発電水車１２１として、図９に示すものがある。すなわち、水中に設置された空気室１２２の内部に発電機１２３が設けられ、空気室１２２の外部に水車１２４が設置され、発電機１２３の入力軸１２５と水車１２４の出力軸１２６とが動力伝達軸１２７と軸継手１２８とを介して連結されている。尚、上記動力伝達軸１２７と空気室１２２の壁体とはシール装置１２９によってシールされている。また、空気室１２２の内部には、圧縮空気を供給するコンプレッサ１３０が設けられ、さらに、空気室１２２の壁体の外面には、空気室１２２内から外部水中にのみ通気可能な逆止弁１３１が設けられている（下記特許文献２参照）。

これによると、水車１２４の回転が動力伝達軸１２７と軸継手１２８とを介して発電機１２３に伝達され、発電が行われる。また、コンプレッサ１３０によって空気室１２２の内部に圧縮空気を供給し、空気室１２２の内部の気圧を常に周囲の水圧よりも高く保つことにより、空気室１２２の外部の水Ｗがシール装置１２９を通って空気室１２２の内部に漏洩することを抑制している。一方、シール装置１２９の劣化等によって、空気室１２２の内部に漏洩水Ｗａが漏洩した場合、漏洩水Ｗａは逆止弁１３１から空気室１２２の外部の水中へ排出される。

上記の従来形式では、コンプレッサ１３０を空気室１２２の内部に設けているため、空気室１２２が大型化し、これにより、空気室１２２の内部の気圧を周囲の水圧よりも高くするのに時間がかかり、コンプレッサ１３０に多大な負担がかかった。特に、空気室１２２の設置される水深が深くなるほど、空気室１２２の内部の気圧を高める必要があるため、コンプレッサ１３０にかかる負担が増大した。

また、漏洩水Ｗａは逆止弁１３１から空気室１２２の外部の水中へ排出されるため、万一、水中の異物が逆止弁１３１に噛み込んで弁体が閉止不能に陥った場合、空気室１２２の外部の水が逆止弁１３１から空気室１２２の内部に逆流する恐れがあった。

さらに、上記逆止弁１３１は、空気室１２２内の気圧が外部の水圧より高い場合に、漏洩水Ｗａを外部の水中へ排水するが、空気室１２２内の気圧が外部の水圧に近くなると差圧が小さくなって気密を保ち難くなる。これにより、コンプレッサ１３０を連続運転する必要があり、不経済であった。
特開２００２−１３８９４０特開２００３−１５５９７０

本発明は、漏洩水を水力発電水車の外部へ排出して、漏洩水が発電機収容室内へ侵入するのを防止することができ、また、コンプレッサ等の加圧気体供給装置の負担が軽減され、さらに、外部の水が排出管路からドレン室の内部に逆流するのを防止することが可能な水力発電水車設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明における水力発電水車設備は、水面下に没した状態で使用される水力発電水車の外ケーシングに、流入口と吐出口とが形成され、
外ケーシングの内部に、流入口から吐出口へ流れる水によって回転する羽根車と、発電機と、上記羽根車と発電機のロータとを連動連結する回転自在な主軸と、上記発電機を収容する内ケーシングとが設けられ、
上記外ケーシングと内ケーシングとの間に、流入口から吐出口へ至る流路が形成され、
上記主軸の先端部は、内ケーシングの内部から内ケーシングを貫通し、内ケーシングの外部の上記羽根車に連結され、
上記貫通部分における主軸と内ケーシングとの間のシールを行うシール装置が設けられ、
上記内ケーシングの内部に、発電機を収容する発電機収容室と、上記流路からシール装置を通って内ケーシングの内部に漏洩した漏洩水を溜めるドレン室とが形成され、
上記ドレン室はシール装置と発電機収容室との間に配置され、
上記内ケーシングに、大気圧以上の圧力の気体を外部からドレン室内に導入する導入管路と、ドレン室内の漏洩水を水面上へ排出する排出管路とが接続され、
導入管路は、下端が内ケーシングの上部に接続されているとともに、上端が水面よりも上方へ突出し、
排出管路は、下端が内ケーシングの下部に接続されているとともに、上端が水面よりも上方へ突出し、
上記排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させる差圧発生手段が、水面よりも上方に設けられているものである。

これによると、水は、水力発電水車の流入口から外ケーシングの内部の流路を通り、吐出口から吐出される。この際、上記流路を流れる水によって羽根車が回転し、主軸と共に発電機のロータが回転して発電が行われる。

また、上記流路からシール装置を通って内ケーシングの内部に漏洩した漏洩水はドレン室内に溜められるため、上記漏洩水が直接発電機収容室内へ侵入することを防止することができる。そして、差圧発生手段によって、排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させる。これにより、ドレン室内に溜まった漏洩水が排出管路から水力発電水車の外部の水面上へ強制的に排出され、ドレン室内の漏洩水が発電機収容室内へ侵入するのを防止することができる。したがって、水力発電水車を水没させた状態で、長期間連続して発電することができる。

さらに、ドレン室内に溜まった漏洩水が排出管路を通って水面上へ排出されることにより、水力発電水車の外部の水が排出管路からドレン室内に逆流するのを防止することができる。

また、本第２発明における水力発電水車設備は、差圧発生手段は、排出管路に設けられ且つ排出管路の圧力を減圧してドレン室内の漏洩水を排出管路から吸引する減圧装置と、導入管路に設けられ且つ大気圧よりも高圧に加圧した加圧気体を導入管路からドレン室内へ供給する加圧気体供給装置のいずれか又は両方であるものである。

これによると、差圧発生手段として減圧装置を用いた場合、排出管路の圧力を減圧して、排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させる。これにより、ドレン室内に溜まった漏洩水が排出管路から吸引されて水力発電水車の外部の水面上へ強制的に排出され、ドレン室内の漏洩水が発電機収容室内へ侵入することを防止することができる。

また、差圧発生手段として加圧気体供給装置を用いた場合、加圧気体を導入管路からドレン室内へ導入して、排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させる。これにより、ドレン室内に溜まった漏洩水がドレン室内から排出管路へ押出されて水力発電水車の外部の水面上へ強制的に排出され、ドレン室内の漏洩水が発電機収容室内へ侵入することを防止することができる。

この際、加圧気体供給装置を、ドレン室内ではなく、水力発電水車の外部の導入管路に設けているため、ドレン室が小型化される。これにより、迅速にドレン室内の圧力を周囲の水圧よりも高くすることができ、加圧気体供給装置の負担を軽減することができる。

また、本第３発明における水力発電水車設備は、ドレン室内に、漏洩水の量を検出する検出器が設けられ、
検出器からの検出信号に基いて差圧発生手段を制御する制御部が備えられているものである。
これによると、検出器によって、ドレン室内の漏洩水が所定量に達したことが検出されると、差圧発生手段によって、排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させ、ドレン室内に溜まった漏洩水を排出管路から水力発電水車の外部の水面上へ排出する。

以上のように、本発明によると、ドレン室内に溜まった漏洩水を排出管路から水力発電水車の外部の水面上へ強制的に排出して、漏洩水が発電機収容室内へ侵入するのを防止することができ、これにより、水力発電水車を水没させた状態で、長期間連続して発電することができる。また、水力発電水車の外部の水が排出管路からドレン室内に逆流するのを防止することができる。

さらに、差圧発生手段として加圧気体供給装置を用いた場合、加圧気体供給装置はドレン室内ではなく水力発電水車の外部の導入管路に設けられているため、ドレン室が小型化され、これにより、迅速にドレン室内の圧力を周囲の水圧よりも高くすることができ、加圧気体供給装置の負担を軽減することができる。

以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
１は水面２下に没した状態で使用される水力発電水車であり、例えば、ダム３の維持放流路４の入口側に装着されている。また、維持放流路４の出口側には放流弁５が設けられている。

上記水力発電水車１は以下のように構成されている。
外ケーシング１１は、円筒状の外側胴ケーシング部１２と、外側胴ケーシング部１２の一端に設けられた外側流入ケーシング部１３と、外側胴ケーシング部１２の他端に設けられた外側吐出ケーシング部１４とで構成されている。上記外側流入ケーシング部１３には流入口１５が形成され、外側吐出ケーシング部１４には吐出口１６が形成されている。上記外側吐出ケーシング部１４が維持放流路４の入口側に接続されている。

上記外ケーシング１１の内部には、流入口１５から吐出口１６へ流れる水Ｗによって回転する羽根車１９と、発電機２０と、上記羽根車１９と発電機２０のロータ２１とを連動連結する回転自在な主軸２２と、上記発電機２０を収容する円筒状の内ケーシング２３とが設けられている。尚、上記主軸２２と内ケーシング２３と外ケーシング１１とは同一軸心２４上に配置されている。また、上記外ケーシング１１の内周と内ケーシング２３の外周との間には、流入口１５から吐出口１６へ至る断面環状の流路２５が形成されている。

上記内ケーシング２３は、円筒状の内側胴ケーシング部２７と、内側胴ケーシング部２７の一端に設けられた内側流入ケーシング部２８と、内側胴ケーシング部２７の他端に設けられた内側吐出ケーシング部２９とで構成されている。尚、上記内側胴ケーシング部２７の内周面にはステーター３０が設けられている。

上記主軸２２は内ケーシング２３の内部に設けられた流入口側の軸受３４と吐出口側の軸受３５とによって回転自在に保持されており、これら軸受３４，３５はそれぞれ軸受ボックス３６，３７に収納されている。

上記外側胴ケーシング部１２と外側流入ケーシング部１３との間および内側胴ケーシング部２７と内側流入ケーシング部２８との間には、一方のスペーサー３１が挟まれて内ケーシング２３の内部へ突入している。また、上記外側胴ケーシング部１２と外側吐出ケーシング部１４との間および内側胴ケーシング部２７と内側吐出ケーシング部２９との間には、他方のスペーサー３２が挟まれて内ケーシング２３の内部へ突入している。

上記一方のスペーサー３１は、両ケーシング部１２，１３間に挟まれる円環状の外周部３１ａと、両ケーシング部２７，２８間に挟まれる円板状の内側隔壁部３１ｂと、外周部３１ａと内側隔壁部３１ｂとの間に径方向に形成された連結部３１ｃとで構成されている。上記一方の軸受ボックス３６は内側隔壁部３１ｂの内周縁に形成されている。尚、上記連結部３１ｃは、流路２５内を径方向に横断しており、周方向の上下２箇所に形成されている。また、一方のスペーサー３１には、外周面から連結部３１ｃを通って一方の軸受ボックス３６内に達する給脂用孔３１ｄが形成されている。この給脂用孔３１ｄはプラグ５２で閉止されている。

同様に、上記他方のスペーサー３２は、両ケーシング部１２，１４間に挟まれる円環状の外周部３２ａと、両ケーシング部２７，２９間に挟まれる円板状の内側隔壁部３２ｂと、外周部３２ａと内側隔壁部３２ｂとの間に径方向に形成された連結部３２ｃとで構成されている。上記他方の軸受ボックス３７は内側隔壁部３２ｂの内周縁に形成されている。尚、上記連結部３２ｃは、流路２５内を径方向に横断しており、周方向の上下２箇所に形成されている。また、他方のスペーサー３２には、外周面から連結部３２ｃを通って他方の軸受ボックス３７内に達する給脂用孔３２ｄが形成されている。この給脂用孔３２ｄはプラグ５３で閉止されている。

上記主軸２２の吐出口側の先端部は、内ケーシング２３の内部から内ケーシング２３の端部隔壁３９を貫通し、内ケーシング２３の外部の羽根車１９に連結されている。上記貫通部分における主軸２２と内ケーシング２３の端部隔壁３９との間のシールを行うメカニカルシール４０（シール装置の一例）が設けられている。

上記内ケーシング２３の内部には、発電機２０（ロータ２１，ステーター３０）を収容する発電機収容室４２と、上記流路２５からメカニカルシール４０を通って内ケーシング２３の内部に漏洩した漏洩水Ｗａを溜めるドレン室４３とが形成されている。上記発電機収容室４２は上記両スペーサー３１，３２の内側隔壁部３１ｂ，３２ｂ間に形成されている。また、上記ドレン室４３は、メカニカルシール４０と発電機収容室４２との間に配置されており、内側隔壁部３２ｂと端部隔壁３９との間に形成されている。

外ケーシング１１の外側吐出ケーシング部１４の上下２箇所にはそれぞれ上部ボス４５と下部ボス４６が形成されている。また、流路２５には、外端が上部のボス４５に連設されるとともに内端が内側吐出ケーシング部２９の上部に連設された上部の筒部材４７と、外端が下部のボス４６に連設されるとともに内端が内側吐出ケーシング部２９の下部に連設された下部の筒部材４８とが設けられている。

尚、上部筒部材４７は流路２５を径方向へ横断して上部ボス４５と内側吐出ケーシング部２９との間に連設されている。同様に、下部筒部材４８は流路２５を径方向へ横断して下部ボス４６と内側吐出ケーシング部２９との間に連設されている。

上部のボス４５の上端面から筒部材４７内を貫通してドレン室４３の上部に至る上部の連通孔４９と、下部のボス４６の下端面から筒部材４８内を貫通してドレン室４３の下部に至る下部の連通孔５０とが形成されている。

上記ドレン室４３内には、漏洩水Ｗａの量を検出する液面検出器５５が設けられている。また、主軸２２には、ドレン室４３内において、主軸２２の外周面と軸受ボックス３７の内周面との隙間をドレン室４３側から覆う円環状の水切板５６が設けられている。また、外ケーシング１１の外側流入ケーシング部１３には、発電機２０に接続されたケーブル５７と液面検出器５５に接続された検出用ケーブル５８とが取付けられている。

上記内ケーシング２３の内側吐出ケーシング部２９には、上部ボス４５と上部筒部材４７とを介して導入管路６１の下端が接続されているとともに、下部ボス４６と下部筒部材４８とを介して排出管路６２の下端が接続されている。尚、上記導入管路６１の下端と排出管路６２の下端とはそれぞれ連通孔４９，５０を介してドレン室４３内に連通している。

上記導入管路６１の上部は水面２の上方へ突出して大気開放されており、導入管路６１を開閉する一方の電磁弁６３（開閉装置の一例）が水面２の上方に設けられている。また、上記排出管路６２の上部は水面２の上方へ突出しており、排出管路６２の上部には、排出管路６２内の圧力を減圧する小型の真空ポンプ６４（減圧装置の一例）と、排出管路６２を開閉する他方の電磁弁６５（開閉装置の一例）とが設けられている。上記真空ポンプ６４と他方の電磁弁６５とは水面２の上方に位置している。尚、上記真空ポンプ６４は、排出管路６２内の圧力が導入管路６１内の圧力よりも低圧になるように排出管路６２内と導入管路６１内との間に差圧を発生させる差圧発生手段の一例に相当する。

また、水力発電水車設備には、上記液面検出器５５からの検出信号に基づいて両電磁弁６３，６５と真空ポンプ６４とを制御する制御部６６が備えられている。尚、上記両電磁弁６３，６５と真空ポンプ６４と制御部６６とは、ダム３或いはダム３に設けられた架台（図示せず）等に設置されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
放流弁５を開くことによって、ダム３内の水Ｗが、水力発電水車１の流入口１５から流路２５を通り吐出口１６から維持放流路４に吐出され、維持放流路４からダム３の外に放流される。この際、上記流路２５を流れる水Ｗによって羽根車１９が回転し、主軸２２と共にロータ２１が回転して発電が行われ、発生した電力がケーブル５７から送電される。

また、図３に示すように、上記流路２５からメカニカルシール４０を通って内ケーシング２３の内部に漏洩した漏洩水Ｗａはドレン室４３内に溜められるため、上記漏洩水Ｗａが直接発電機収容室４２内へ侵入することを防止することができる。そして、ドレン室４３内に溜まった漏洩水Ｗａが所定量になると、液面検出器５５によって漏洩水Ｗａの水面が所定位置に達したことが検出され、制御部６６は液面検出器５５からの検出信号に基づいて両電磁弁６３，６５を開放すると共に真空ポンプ６４を作動させる。

これにより、排出管路６２内の圧力が減圧され、排出管路６２内の圧力が導入管路６１内の圧力よりも低圧になって排出管路６２と導入管路６１との間に差圧が発生する。これにより、ドレン室４３内に溜まった漏洩水Ｗａが排出管路６２から吸引され他方の電磁弁６５と真空ポンプ６４とを通って水力発電水車１の外部の水面２上へ強制的に排出されると共に、水面２上の大気圧の空気が導入管路６１からドレン室４３内に導入される。したがって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａが発電機収容室４２内へ侵入することを防止することができ、水力発電水車１を水没させた状態で、長期間連続して発電することができる。

尚、制御部６６は、真空ポンプ６４を一定時間作動させ、ドレン室４３内から漏洩水Ｗａを排出した後、真空ポンプ６４を停止するとともに両電磁弁６３，６５を閉止する。
また、漏洩水Ｗａは排出管路６２から水面２の上方へ排出されるため、万一、漏洩水Ｗａ中の異物が他方の電磁弁６５に噛み込んで弁体が閉止不能に陥った場合でも、ダム３内の水Ｗが排出管路６２からドレン室４３内に逆流するのを防止することができる。

さらに、水切板５６が主軸２２の外周面と軸受ボックス３７の内周面との隙間をドレン室４３の側から覆っているため、漏洩水Ｗａの飛沫等がドレン室４３から発電機収容室４２へ侵入しようとしても、上記水切板５６が邪魔をして漏洩水Ｗａの発電機収容室４２への侵入が抑制される。

また、図２に示すように、各給脂用孔３１ｄ，３２ｄはそれぞれプラグ５２，５３によって閉止されているため、ダム３内の水Ｗが給脂用孔３１ｄ，３２ｄに侵入するのを防止することができる。水力発電水車１を水面２上へ引き上げて点検する際、上記各プラグ５２，５３を取り外し、各給脂用孔３１ｄ，３２ｄから軸受ボックス３６，３７内の軸受３４，３５へグリース等の潤滑剤を給脂する。

上記第１の実施の形態では、ドレン室４３内に液面検出器５５を設けているが、液面検出器５５を設けなくてもよい。この場合、制御部６６が定期的に両電磁弁６３，６５を開放すると共に真空ポンプ６４を作動させることによって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａを排出する。

上記第１の実施の形態では、差圧発生手段として真空ポンプ６４（減圧装置の一例）を設けたが、次に説明する第２の実施の形態では、図４に示すように、差圧発生手段としてコンプレッサ７１（加圧気体供給装置の一例）を用いている。

すなわち、上記コンプレッサ７１は、水力発電水車１の周囲の水圧よりも高圧に加圧した加圧空気を導入管路６１からドレン室４３内へ供給するものであり、導入管路６１の上部に設けられ、一方の電磁弁６３と共に水面２の上方に位置している。また、制御部６６は、液面検出器５５からの検出信号に基づいて、両電磁弁６３，６５とコンプレッサ７１とを制御する。尚、上記両電磁弁６３，６５とコンプレッサ７１と制御部６６とは、ダム３或いはダム３に設けられた架台（図示せず）等に設置されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
ドレン室４３内に溜まった漏洩水Ｗａが所定量になると、液面検出器５５によって漏洩水Ｗａの水面が所定位置に達したことが検出され、制御部６６は液面検出器５５からの検出信号に基づいて両電磁弁６３，６５を開放すると共にコンプレッサ７１を作動させる。

これにより、大気圧よりも高圧に加圧された加圧空気が導入管路６１からドレン室４３内へ導入され、排出管路６２内の圧力が導入管路６１内の圧力よりも低圧になって排出管路６２と導入管路６１との間に差圧が発生する。これにより、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａは、ドレン室４３内から排出管路６２へ押出され、排出管路６２と他方の電磁弁６５とを通って水力発電水車１の外部の水面２上へ強制的に排出される。したがって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａが発電機収容室４２内へ侵入するのを防止することができる。

尚、制御部６６は、コンプレッサ７１を一定時間作動させ、ドレン室４３内から漏洩水Ｗａを排出した後、コンプレッサ７１を停止するとともに両電磁弁６３，６５を閉止する。この際、ドレン室４３内に加圧空気を封入しておくことによって、メカニカルシール４０のドレン室４３側と羽根車１９側との差圧が縮小されるため、メカニカルシール４０のシール面の寿命が延長される。

また、上記コンプレッサ７１を、ドレン室４３内ではなく、水力発電水車１の外部の導入管路６１の上部に設けているため、ドレン室４３が小型化される。これにより、迅速にドレン室４３内の圧力を周囲の水圧よりも高くすることができ、コンプレッサ７１の負担を軽減することができる。

さらに、ドレン室４３内から漏洩水Ｗａを排出した後、一方の電磁弁６３を開放した状態で他方の電磁弁６５のみを閉止し、コンプレッサ７１で加圧空気をドレン室４３内へ供給してドレン室４３内の圧力を水力発電水車１の周囲の水圧よりも高くし、この状態で一方の電磁弁６３を閉止してもよい。これによると、ドレン室４３内の圧力が水力発電水車１の周囲の水圧よりも高圧に保たれるため、流路２５からメカニカルシール４０を通ってドレン室４３内へ漏洩する漏洩水Ｗａの量を減少させることができる。

上記第２の実施の形態では、ドレン室４３内に液面検出器５５を設けているが、液面検出器５５を設けなくてもよい。この場合、制御部６６が定期的に両電磁弁６３，６５を開放すると共にコンプレッサ７１を作動させることによって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａを排出する。

上記第２の実施の形態では、加圧気体供給装置の一例としてコンプレッサ７１を用いたが、コンプレッサ７１に限定されるものではなく、例えば、次に説明する第３の実施の形態では、図５に示すように、加圧気体供給装置の一例として、水力発電水車１の周囲の水圧よりも高圧に圧縮された圧縮空気を充填した高圧ボンベ７４と、高圧ボンベ７４からドレン室４３内へ供給される圧縮空気の圧力を調節するレギュレータ７５（圧力調節器）とを用いている。

すなわち、高圧ボンベ７４は導入管路６１の上端部に設けられ、高圧ボンベ７４と一方の電磁弁６３との間に上記レギュレータ７５が接続されている。これら高圧ボンベ７４とレギュレータ７５とは一方の電磁弁６３と共に水面２の上方に位置している。また、制御部６６は、液面検出器５５からの検出信号に基づいて、両電磁弁６３，６５を制御する。尚、上記両電磁弁６３，６５と高圧ボンベ７４とレギュレータ７５とは、ダム３或いはダム３に設けられた架台（図示せず）等に設置されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
ドレン室４３内に溜まった漏洩水Ｗａが所定量になると、液面検出器５５によって漏洩水Ｗａの水面が所定位置に達したことが検出され、制御部６６は液面検出器５５からの検出信号に基づいて両電磁弁６３，６５を開放する。

これにより、高圧ボンベ７４内の圧縮空気は、導入管路６１を通り、レギュレータ７５で圧力調節された後、一方の電磁弁６３を通ってドレン室４３内へ導入される。これにより、排出管路６２内の圧力が導入管路６１内の圧力よりも低圧になって排出管路６２と導入管路６１との間に差圧が発生じ、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａは、ドレン室４３内から排出管路６２へ押出され、排出管路６２と他方の電磁弁６５とを通って水力発電水車１の外部の水面２上へ強制的に排出される。したがって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａが発電機収容室４２内へ侵入するのを防止することができる。

尚、制御部６６は、両電磁弁６３，６５を一定時間開放し、ドレン室４３内から漏洩水Ｗａを排出した後、両電磁弁６３，６５を閉止する。この際、ドレン室４３内に圧縮空気を封入しておくことによって、メカニカルシール４０のドレン室４３側と羽根車１９側との差圧が縮小されるため、メカニカルシール４０のシール面の寿命が延長される。

また、上記高圧ボンベ７４とレギュレータ７５とを、ドレン室４３内ではなく、水力発電水車１の外部の導入管路６１の上部に設けているため、ドレン室４３が小型化される。これにより、ドレン室４３内の圧力を周囲の水圧よりも高くするのに要する圧縮空気の量が低減され、したがって、高圧ボンベ７４の容積を小型化することができる。

上記第３の実施の形態では、高圧ボンベ７４に、圧縮空気を充填しているが、圧縮窒素ガス等を充填してもよい。
上記第３の実施の形態では、ドレン室４３内に液面検出器５５を設けているが、液面検出器５５を設けなくてもよい。この場合、制御部６６が定期的に両電磁弁６３，６５を開放することによって、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａを排出する。

次に、第４の実施の形態として、図６に示すように、排出管路６２の上部に真空ポンプ６４（減圧装置の一例）を設け、導入管路６１の上部にコンプレッサ７１（加圧気体供給装置の一例）を設けてもよい。この際、制御部６６は、液面検出器５５からの検出信号に基づいて、両電磁弁６３，６５と真空ポンプ６４とコンプレッサ７１とを制御する。

これによると、ドレン室４３内に溜まった漏洩水Ｗａが所定量になると、液面検出器５５によって漏洩水Ｗａの水面が検出され、制御部６６は液面検出器５５からの検出信号に基づいて両電磁弁６３，６５を開放すると共に真空ポンプ６４とコンプレッサ７１とを作動させる。

これにより、加圧空気が導入管路６１からドレン室４３内へ導入されると共に、排出管路６２内の圧力が減圧され、排出管路６２内の圧力が導入管路６１内の圧力よりも低圧になって排出管路６２と導入管路６１との間に差圧が発生する。これにより、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａは、ドレン室４３内から排出管路６２を通って、水力発電水車１の外部の水面２上へ強制的に排出される。

最初に述べた第１の実施の形態では、図１に示すように導入管路６１の上端は大気開放され、真空ポンプ６４のみを設けているため、真空ポンプ６４による吸引作用だけでは、水面２から水力発電水車１までの水深が１０ｍ以上深くなった場合、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａを水面２上まで吸い上げることができない。これに対して、上記第４の実施の形態では、図６に示すように、真空ポンプ６４に加えて、コンプレッサ７１を併用しているため、コンプレッサ７１による押出作用が真空ポンプ６４による吸引作用に加味される。これにより、水面２から水力発電水車１までの水深が１０ｍ以上深くなった場合であっても、ドレン室４３内の漏洩水Ｗａを水面２上へ排出することができる。

尚、上記第４の実施の形態では、真空ポンプ６４とコンプレッサ７１とを設けたが、コンプレッサ７１の代わりに、第３の実施の形態で示した高圧ボンベ７４とレギュレータ７５とを設けてもよい。

上記各実施の形態では、水力発電水車１をダム３の維持放流路４に設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、水路や河川等の堰体又はゲートに設けてもよい。また、水力発電水車１への異物の侵入を防止するために、水力発電水車１の上流側にスクリーンを設けたり、或いは、水力発電水車１の流入口１５にストレーナを設けることが望ましい。

本発明の第１の実施の形態における水力発電水車設備の図である。同、水力発電水車設備の水力発電水車の断面図である。同、水力発電水車設備の水力発電水車の一部拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態における水力発電水車設備の図である。本発明の第３の実施の形態における水力発電水車設備の図である。本発明の第４の実施の形態における水力発電水車設備の図である。従来の地上に設置される水力発電水車の外観図である。同、水力発電水車の断面図である。従来の水中に設置される水力発電水車の図である。

符号の説明

１水力発電水車
２水面
１１外ケーシング
１５流入口
１６吐出口
１９羽根車
２０発電機
２１ロータ
２２主軸
２３内ケーシング
２５流路
４０メカニカルシール（シール装置）
４２発電機収容室
４３ドレン室
５５液面検出器
６１導入管路
６２排出管路
６４真空ポンプ（減圧装置）
７１コンプレッサ（加圧気体供給装置）
７４高圧ボンベ（加圧気体供給装置）
７５レギュレータ（加圧気体供給装置）
Ｗ水
Ｗａ漏洩水

Claims

水面下に没した状態で使用される水力発電水車の外ケーシングに、流入口と吐出口とが形成され、
外ケーシングの内部に、流入口から吐出口へ流れる水によって回転する羽根車と、発電機と、上記羽根車と発電機のロータとを連動連結する回転自在な主軸と、上記発電機を収容する内ケーシングとが設けられ、
上記外ケーシングと内ケーシングとの間に、流入口から吐出口へ至る流路が形成され、
上記主軸の先端部は、内ケーシングの内部から内ケーシングを貫通し、内ケーシングの外部の上記羽根車に連結され、
上記貫通部分における主軸と内ケーシングとの間のシールを行うシール装置が設けられ、
上記内ケーシングの内部に、発電機を収容する発電機収容室と、上記流路からシール装置を通って内ケーシングの内部に漏洩した漏洩水を溜めるドレン室とが形成され、
上記ドレン室はシール装置と発電機収容室との間に配置され、
上記内ケーシングに、大気圧以上の圧力の気体を外部からドレン室内に導入する導入管路と、ドレン室内の漏洩水を水面上へ排出する排出管路とが接続され、
導入管路は、下端が内ケーシングの上部に接続されているとともに、上端が水面よりも上方へ突出し、
排出管路は、下端が内ケーシングの下部に接続されているとともに、上端が水面よりも上方へ突出し、
上記排出管路の圧力が導入管路の圧力よりも低圧になるように排出管路と導入管路との間に差圧を発生させる差圧発生手段が、水面よりも上方に設けられていることを特徴とする水力発電水車設備。
差圧発生手段は、排出管路に設けられ且つ排出管路の圧力を減圧してドレン室内の漏洩水を排出管路から吸引する減圧装置と、導入経路に設けられ且つ大気圧よりも高圧に加圧した加圧気体を導入経路からドレン室内へ供給する加圧気体供給装置のいずれか又は両方であることを特徴とする請求項１に記載の水力発電水車設備。
ドレン室内に、漏洩水の量を検出する検出器が設けられ、
検出器からの検出信号に基いて差圧発生手段を制御する制御部が備えられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水力発電水車設備。