JPH01244168A - ポンプ水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水力発電所等に使用されるポンプ水車に係り、
特に水面押下げ状態を持続する調相運転時における水面
押下げ空気のドラフト下流への流出を減少される技術に
関する。

（従来の技術） 従来より一般のポンプ水車はポンプ方向に起動する際、
ポニーモータ−やサイリスタ始動装置の容量的制約から
、起動トルクを極力削減する為にランナ室内の水を圧縮
空気にて押下げて、空転状態でランナを回していた。

しかしながらこの水面押下げ運転は主機の回転数が定格
回転数に至り、系統に並入するまでのごく短時間のもの
であった。ところが近年電力系統の力率改善の見地より
、比較的大容量の揚水発電所に対して調相運転を要求す
ることが多くなってきた。この場合調相運転は発電方向
、揚水方向とも有り得るが、ともに水面を押下げた状態
で従来にない長時間の空転運転を実施することになるた
め、かって経験し得なかった現象を解決するための新し
い技術が必要となってきた。

第３図は従来の調相運転を行わないポンプ水車の制御配
管の一部を示す説明図である。水面押下げ運転時は、ま
ず自動弁１１．１２を開はランナ１と上カバ２及び下カ
バ３とで形成されるシール部に空転中の過熱膨張による
接触を防止する事を目的に冷却水を供給するとともに、
押下げ用の圧縮空気がガイドベーン４を通りケーシング
５内の水と置換することを防止するために、ケーシング
内圧力をドラフト側圧力より若干高くするようにケーシ
ング５へ給水を行う０次にコンプレッサー６により空気
タンク７内に貯えられた圧縮空気を、自動弁１３を開け
ることにより上部吸出管８内へ供給して、水面３４を規
定水位迄押下げる。この状態でランナ１及び図示しない
発電々動機をポニーモータ或いはサイリスタ始動装置に
て回転起動させるが、ランナ１が回転するとその遠心力
によりシール部に供給された冷却水やケーシング５から
ガイドベーン４の隙間を通ってランナ室内へはいって来
た漏水は、ランナ１外周に飛ばされ、全閉されたガイド
ベーン４とランナ１外周との間で滞留・撹拌されて温水
となる。この温水を放置するとランナ自体の温度も上昇
し、その際の熱膨張により静止側と接触事故を引起こす
危険性がある。そのため従来は、側圧室及び外側背圧室
外周部にバランス管を兼用した排水管３１を各々下カバ
３、上カバ２に開口放置し、自動弁１４を水面押下げ運
転中開放することによりランナ１外周に滞留する温水を
上部吸出管８部へ排水していた。この方式でも水面押下
げ運転時間が極く短い従来のポンプ水車では特に支障は
無かったが、調相運転のように長時間の水面押下げ運転
を実施する際は、次のような問題が発生して来た。即ち
従来の排水管の開口位置ではランナ１外周に滞留する水
カーテン厚がかなり厚くなリランナ１の羽根外周に完全
に触れる位置まで内周に入いってこないと排水できない
ため、水の撹拌により消費される損失が大きく、空転に
必要な軸入力が過大となって不経済な上、場合によって
は運転継続が不可能な程の温度上昇、入力動揺、振動、
軸振れを生ずることがあった。

そこで、ランナ１の外周に滞留する温水をより効果的に
排水することにより水カーテンの厚さを薄くして軸入力
、温度上昇を減じ安定した調相運転を行い得るように第
４図に示すごとく、ガイドベーン４とランナ７の外周と
の間に一端を開口する第２の排水管３２と自動弁１５を
設ける構造が採用されるようになった。

（発明が解決しようとする課題） ところで、近年揚水発電所の総合経済性を追求する見地
からポンプ水車の高落差・高速化が進むに至り、第４図
に示す改良されたポンプ水車においても従来経験しなか
った新しい問題が生じるようになった。一般に水面押下
げ中の上部吸出管８内の水面はランナ１の回転により引
き起こされる空気流によって第５図に示すようなスロッ
シングと呼ばれるミソスリ状の旋回動揺をするとされて
おり、その際の傾斜波面の下端がドラフトエルボ一部３
３以下に達しない限り放水路側への押下げ空気流出は起
こらないとされてきた。ところが高落差・高速化により
キャビテーション防止のため、押込水頭が大きくなるに
ともない水面押下げ空気の圧力が高くなり、空気密度が
大きくなってくると、揺動水面の波頭が砕は複雑な２次
流れを水面下にも引き起こし、これにスロッシングによ
る上下動が加わると、従来は放水路側へ漏気が生じなか
った押下げ水位でも漏気が生じることが模型試験結果及
び実機での現象から明らかになってきた。

空転時にはランナ１外周にはがなりの受元が生じ。

この高圧部に開口端を有する排水管３１．３２を経由し
て上部吸出管８へ温水とともに空気が相当量流れ、この
空気が第６図に示すように揺動する水面３４下に噴出し
て細かい気泡３５となり、揺動水面下に生じている対流
状の２次流れに巻き込まれてドラフトエルボ一部３３へ
運ばれることが漏気量増加の一因であることも判明した
。

ここで放水路側への漏気の害に付き詳述する。

漏気が生じると当然のことながらそのままでは押下げ水
位が上昇し、やがて傾斜動揺水面３４がランナ１下端に
触れると軸入力の急増を引き起こす。

従って漏気が生じても押下げ水位は維持する必要がある
が、そのためには空気タンク°７及びコンプレッサー６
の容量が過大なものとなってしまう。

又放水路側への過大な漏気はドラフトゲートや放そこで
本発明は調相運転を実施するに際し、軸入力及び温度上
昇低減の見地から必要不可欠なランナ外局部と上部吸出
管を連通ずる排水管と、逆に該排水管が引き起こす放水
路側への漏気という技術的矛盾を解決し安定した長時間
調相運転を可能とすることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために講じた手段は次の通りである
。

１）　ランナ外局部と上部吸出管とを連通ずる排水管の
上部吸出管部の開口端を水平より上方に向けて開口し。

２）該開口端部を二重管構造と成し、 自動弁を経由して送られて来た圧力水を供給するように
する事である。

（作　　用） 調相運転のために水面押下げが完了し、ランナが空転を
開始し回転数が上昇するにつれて遠心作用が強くなって
くると、ランナシール部に供給された冷却水やケーシン
グ側からガイドベーンを通過してランナ室内へ入ってく
る漏水はランナ外周部とガイドベーン間に水カーテン状
に滞留するようになり、またランナ室内の高密度の空気
もランナのブロア作用で前記水カーテン部で圧力が最大
となる。一方ランナ外周部と上部吸出管とを連通ずる排
水管に設けられた自動弁は調相運転時には開状態となっ
ているため、ランナ外周部の滞留水と圧力の高まった空
気は排水管の開口位置に応じた水カーテン厚さを保持し
ながら上部吸出管へ流出して行く、ここで本発明の場合
は排水管の出口端部が二重管構造に形成されており、調
相運転中は水圧管から圧力水が外側管へ供給されている
ため、ランナ外周部からの温水と空気は高圧の圧力水で
作られた水の管の中へ噴出されるとともに粘性により加
速される。しかも排水管出口端部は上方に向いているた
め、圧力水の水の管はランナの空転旋回により生ずる振
動水面上方まで十分な運動がエネルギーによって達する
事ができ、排水管から出る開気が出口部で振動水中に気
泡して溶は込むことがなくすべてランナ室内へ回収され
るので、放水路側への漏気の削減を回ることが可能とな
る。

（実　施　例） 以下、添付図を参蕉しながら本発明の一実施例を説明す
る。

第１図において１は図示しない発電々動機に主軸を介し
て直結されたランナで、上カッ尭下カバ３及び上部吸出
管８とで形成されるランナ室内に配置されており、ラン
ナ１の外周部には上・下カバ２，３によって回転可能に
支持され、ケーシング５からの流量を調整するためのガ
イドベーン４が配設されている。ケーシング５は入口弁
１０を介して水圧管９に接続され、図示しない上池につ
ながっている。また、コンプレッサー６で作られた水面
押下げ用の圧縮空気は空気タンク７に貯えられ、自動弁
１３を経由して上部吸出管８に供給されるようになって
いる。

さらにランナ１と上カバ２、下カバ３とで形成されるシ
ールギャップ部には、図示しない給水源から自動弁１１
を経て冷却水が供給されるようになっており、ケーシン
グ５へも自動弁１２を介して加圧水として供給されるよ
うになっている。

一方、ランナ側圧室及び外側背圧室と上部吸出管８とを
連通ずる第１の排水管３１には自動弁１４が配設され、
ランナ１外周部と上部吸出管８とを連通ずる第２の排水
管３２には自動弁１５が同様に配設されこの２つの排水
管３１．３２は各々の自動弁１４゜１５の下流側で１本
に合流し上部吸出管８へ接続・、開口されている。

排出管開口部は第２図に示すように二重管構造２０を形
成しており、その外側管３５へは水圧管９がらの配管が
自動弁２１を介して接続されており、内側管３６へは合
流後の排水管が接続されている。更に、該二重管２０の
端部は上部吸出管に上方に向って開口されている。

上記のごとく構成された実施例にて調相運転を実際する
際は、まず自動弁１１．１２を開け、シール給水の確保
、ケーシング５加圧を実施した後、自動弁１３を開ける
ことにより空気タンク７に貯えられた圧縮空気にてラン
ナ室内の水面を押下げ、更に排水弁１４．１５を開けた
状態でランナ１を空転加速し、系統に並入させて調相運
転にはいる。ここで、実施例では前記排水弁１４．１５
を開けると同時に自動弁２１も開けるため、ランナ１の
回転によってランナ外周部より上部吸出管８へ流出する
温水と空気は排水管出口部の二重管部で水圧管９からの
圧力水によって作られた水流壁に囲まれた状態で上記吸
出管８内へ開口端より上方へ向かって噴出される。従っ
て本実施例によればランナ外局部からの空気を高圧水流
の管中に包み込んだ状態で一気にランナ室迄回収するこ
とが可能となり、出口端開口部で揺動水面中に気泡とし
て溶は込むことがなくなる。

〔発明の効果〕

本発明によると水圧管からの高圧水と、上向きに設置さ
れた排水管出口端の二重管により、ランナ外周部から排
水管を経由して上部吸出管へ流出してくる空気が出口端
部で揺動水面に巻込まれて気泡化することを防止できる
ので、揺動水面下に生じている旋回流に乗って気泡がド
ラフトエルボ一部を越えて下流の放水路側へ流出するこ
とを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポンプ水車の実施例の一部断面系
統図、第２図は第１図の要部拡大図、第３図及び第４図
は従来のポンプ水車の一部断面系統図、第５図は上部吸
出管内の水面動揺の状態を示す説明図、第６図は従来の
ポンプ水車においてドラフトから放水路側へ漏気が生ず
るしくみを説明する図である。 １・・・ランナ　　　　　　２・・・上カバ３・・・下
カバ　　　　　　４・・・ガイドベーン５・・・ケーシ
ング　　　　６・・・コンプレッサー７・・・空気タン
ク　　　　８・・・上部吸出管９・・・水圧管　　　　
　　ｌＯ・・・大口弁１１．１２，１３，１４，１５．
番・・自動弁２０・・・二重管　　　　　　３１．３２
・・・排水管３４・・・水面　　　　　　　３５・・・
外側管３６・・・内側管 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ランナ室内の水面を圧縮空気にて押し下げて、気中でラ
   ンナを空転させることにより調相運転を行う水力発電用
   ポンプ水車において、ケーシシグからランナ外周部に通
   過して来る漏水を排水するためにランナ外周近傍の下カ
   バ又は上カバにその一端を開口し他端は第１の自動弁を
   経由してランナ下部の上部吸出管近傍に開口する排水管
   を具備し、前記上部吸出管側の開口端は水平より上方に
   向かって開口されているとともに、該開口部は二重管構
   造を形成しており、内側の配管は上記排水管を成し、外
   側の配管へは水圧管より取水され第２の自動弁を経由し
   て導かれた圧力水が供給されるようになっていることを
   特徴とするポンプ水車。