JPH08144923A - 水力機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 調相運転を行う水力機械において、長時間の
調相運転を行っても冷却水温の上昇を抑制し、安定した
連続調整運転が可能な水力機械を提供する。 【構成】 水力機械の軸受部などを冷却する冷却水循環
系７に、氷蓄熱装置15を熱交換器16とする冷却系14を制
御弁13を介して並設し、冷却水循環系７の取水部６の水
温を検出する検温器23と、検出された水温とあらかじめ
定めた規定値を比較して前記制御弁13の開閉を制御する
制御器17とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水車、ポンプ、ポンプ
水車などの水力機械に係わり、特に調相運転を行う水力
機械の各部軸受等の冷却用の冷却水循環系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水車、ポンプ、ポンプ水車などの
水力機械において、水力機械の軸受や水力機械に連結さ
れる発電機の軸受、あるいは変圧器などの電気機器の冷
却用として水力機械の吸出し管に取水部を設け、給水ポ
ンプを設置して取水するとともに、使用後の排水を再び
吸出し管に戻す冷却水循環系を有するものが多い。

【０００３】最近では、電力系統の安定化のため水力機
械の回転部に高圧空気を供給して、回転部の水を吸出し
管に排水し、空中で空転させる、いわゆる調相運転を行
う事が多くなってきた。

【０００４】図７は従来の水力機械の一例として、フラ
ンシス型ポンプ水車の概略構成を示したものである。同
図に示すように、図示しない上池に連通する鉄管に接続
するケーシング１に導入された高圧水は、水量を調節す
るガイドベーン２を通って、ランナ３でエネルギの授受
を行い、ランナ３下部に設置された吸出し管４に導か
れ、吸出し管４に接続された放水路５を経て図示しない
下池に流出する。また吸出し管４には取水部６から給水
ポンプ８により冷却水が取水され、水力機械の軸受部ク
ーラー９を経て吸出し管４に設けた排水部11から排出さ
れる冷却水循環系７が設けられている。

【０００５】ところで、このような水力機械で調相運転
を行う場合、ガイドベーン２を全閉にしてランナ３の下
方の吸出し管４の上部に高圧空気を給気し、ランナ３ま
わりの水を吸出し管４に押下げてランナ３を空中で回転
させる。この調相運転では水力機械を通る水流がなくな
り、吸出し管４内の水は滞留することになる。吸出し管
４に接続された放水路５は図示しない下池に連通してい
るが、一般に放水管５の長さは 100ｍ以上もあり、部分
的な自然対流が起るのみである。したがって、この滞留
した水を取水して冷却用として使用し、再び吸出し管４
に排水することになり、軸受部クーラー９等の冷却部で
吸熱した水流が吸出し管４に環流することになるので、
吸出し管４内の水温が上昇し、その結果、取水部６の温
度もそれに合せて上昇していくことになる。これによ
り、取水部６の水温が上昇するため軸受部クーラー９の
冷却能力が低下し、軸受部および変圧器等の電気機器10
の温度が上昇し、最悪の場合、許容温度をオーバーして
主機停止に至る恐れがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような冷却水循環
系７を備えた水力機械の場合、取水部６の水温の温度上
昇を抑止するために、例えば複数台の水力機械がある場
合は、取水と排水を別々の水力機械で行う事もあった。
しかし、全台の水力機械が同時に調相運転を行う場合が
あり、この場合は、結局全台の冷却水の温度が上昇する
ことになる。

【０００７】このように、吸出し管４から冷却水を取水
して再び吸出し管４に排水させる冷却水循環系７を有す
る水力機械において、長時間の調相運転を行うと、冷却
水温が上昇し、この冷却水を利用している軸受部などの
温度が上昇するという問題があった。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、長時間の調相運転を行
う場合でも、冷却水の温度上昇を防ぎ、安定した連続調
相運転が可能な水力機械を提供することにある。

【０００９】

【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および請求項２に対応する発明は、冷却水
循環系の給水ポンプの吐出側から分岐し、第２の制御弁
を介して設置された熱交換器例えば氷蓄熱装置を経て前
記冷却水循環系に装備された第１の制御弁の下流側に接
続された冷却系と、冷却水循環系の取水部の水温を検出
する熱電対等の検温器と、検出された水温とあらかじめ
定めた規定値を比較して前記第１の制御弁および第２の
制御弁の開閉を制御する制御器とを備えたものである。

【００１０】請求項３に対応する発明は、冷却水循環系
にケーシング上流側から取水した高圧水を作動源とする
ジェットポンプを設置したものである。請求項４に対応
する発明は、吸出し管に設けられた排水部の近傍に、ケ
ーシング上流側から取水した高圧水を噴出する高圧ノズ
ルを設け、前記ケーシングと高圧ノズルを制御弁を介し
て高圧水配管で連通したものである。請求項５に対応す
る発明は、冷却水循環系の排水部を、放水路の内側ある
いは外側の少なくとも片側に付設された排水路に設けた
ものである。

【００１１】

【作用】請求項１および請求項２に対応する発明によれ
ば、通常運転時は冷却水循環系を用いて、冷却水を環流
させて水力機械の軸受部を冷却する。一方調相運転時に
は、取水部の水温を検温器で検出し、検出された水温が
規定値以上になった時に制御器で第２の制御弁を開に、
第１の制御弁を閉にして冷却系を通して冷却水を環流さ
せる。冷却系には氷蓄熱装置等の熱交換器が設置されて
いるので、水力機械の軸受部等の発熱を熱交換器で除去
するので、吸出し管内の水温をほぼ一定に保持できる。
また、熱交換器を氷蓄熱装置にした事により、電力系統
負加の比較的小さい、例えば夜間時に氷を作り貯蓄して
おく事が可能であり、余剰電力を有効に利用できる。

【００１２】請求項３に対応する発明によれば、冷却水
循環系に別途エネルギーを必要とする給水ポンプが不要
になる。さらにケーシング側の一定水温の水が冷却水循
環系に補給する事になるので、結果的に冷却水の温度上
昇を防止できる。また冷却水循環系の排水は吸出し管に
排出され、補給された分は放水路を経て下池に流出する
事になり、吸出し管内の水の滞留を防止でき、取水部の
水温上昇を防止できる。

【００１３】請求項４に対応する発明によれば、吸出し
管に設けられた排水部の近傍にケーシング上流側から取
水した高圧水を噴出する事により、吸出し管内の水温の
上昇を防止すると共に、吸出し管および放水路に積極的
な水流を誘起して、温度上昇した排水を下池に流出させ
る事ができる。したがって、冷却水の温度上昇を抑える
事が可能になる。

【００１４】請求項５に対応する発明によれば、冷却水
循環系からの排水を放水路に付設された排水路に排出す
る事で、温度上昇した排水は確実に下池に流出し、吸出
し管内には逆に下池から温度上昇のない水が流入してく
るので、取水部の冷却水の温度上昇を防止できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の第１実施例（請求項１および請求項
２に対応）の概略構成図であり、フランシス形ポンプ水
車に適用した例である。従来例と同一部分には同一符号
を付してその説明は省略する。

【００１６】冷却水循環系７の給水ポンプ８の吐出側か
ら分岐し、第２の制御弁13を介して設置された氷蓄熱装
置15に付設された熱交換器16を経て前記冷却水循環系７
の第１の制御弁12の下流側に接続された冷却系14が並設
されている。また取水部６には熱電対等の検温器23が設
置され、この検温器23で測定された水温とあらかじめ定
めた規定値とを比較して前記第１の制御弁および第２の
制御弁の開閉を制御する制御器17が備えられている。

【００１７】次に本実施例の作用効果について説明す
る。発電運転やポンプ運転等の通常運転時には吸出し管
４内に水流があり、冷却水の温度上昇は問題なく、冷却
水循環系７で軸受部クーラー９や変圧器等の電気機器10
を冷却できる。

【００１８】一方、調相運転時には、吸出し管４内の水
は滞留しているため、運転とともに徐々に温度が上昇す
る。取水部６の水温を検温器23で検出し、検出された水
温が規定値以上になった時には、制御器17で第２の制御
弁13を開にし、第１の制御弁12を閉にして冷却系14を通
して冷却水を環流させる。冷却系14には熱交換器16を付
設した氷蓄熱装置15が設置されているので、軸受部クー
ラー９や電気機器10等の発熱は氷蓄熱装置15で除去され
るため、吸出し管４内の水温をほぼ一定に保持できる。
また熱交換器16を氷蓄熱装置15にした事により、電力系
統負加の比較的小さい例えば夜間時に氷を作り貯蓄して
おく事が可能であり、余剰電力を有効に利用できるの
で、発電所等の水力機械では最適な構成である。このよ
うに冷却水の温度上昇を防止できるので、安定した連続
調相運転が可能になる。

【００１９】なお、第１実施例の他の実施例としては、
熱交換器16に氷蓄熱装置15に変えて種々の熱交換器を採
用してもよい。例えば空冷型の熱交換器、あるいは湧き
水や他の水源から導入した冷水を冷媒とする水冷型熱交
換器がある。

【００２０】図２は本発明の第２実施例（請求項３に対
応）の概略構成図であり、第１実施例と同様にフランシ
ス形ポンプ水車に適用した例である。従来例では冷却水
循環系７に給水ポンプ８を用いたが、本実施例は、給水
ポンプ８に変えてジェットポンプ18を設置したものであ
る。すなわち、ケーシング１から高圧水を第３の制御弁
19を介して高圧水配管20でジェットポンプ18に導入して
噴射することにより、吸出し管４に設けられた取水部６
からジェットポンプ作用によって冷却水が取込まれ、冷
却水循環系７を環流する。なおこの時、ジェットポンプ
18は、ジェットポンプ18の入口18ａおよび出口18ｂに設
けた検圧装置26の圧力信号で第３の制御弁19の開度が制
御され、最適な運転点を確保するようになっている。

【００２１】次に本実施例の作用効果について説明す
る。このように、冷却水循環系７の給水ポンプをジェッ
トポンプ18に置換えた事により、別途のエネルギーを必
要とする給水ポンプが不要になるのみならず、ケーシン
グ１側から一定水温の低温の水が冷却水循環系７に補給
する事になるので、結果的に冷却水の温度上昇を防止で
きる。また冷却水循環系７に補給された分は放水路５を
経て下池に流出する事になり、吸出し管４内の水の滞留
を防止でき、取水部６の水温上昇を防止できる。

【００２２】したがって本実施例によれば、冷却水の温
度上昇を防止できるので、安定した連続調相運転が可能
になる。図３は本発明の第３実施例（請求項４に対応）
の概略構成図であり、前記実施例と同様にフランシス形
ポンプ水車に適用した例である。

【００２３】本実施例は、吸出し管４に設けられた排水
部11の近傍にケーシング１の上流側から取水した一定水
温の低温の高圧水を噴出する高圧ノズル21を取付け、ケ
ーシング１と高圧ノズル21を第３の制御弁19を介して高
圧水配管20で連通している。

【００２４】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例によれば、排水部11から排出した冷却水循
環系７の温度上昇した排水は、高圧ノズル21からの一定
水温の低温の高圧水の噴流によって、放水路５の下流へ
と追いやられることになり、排水が直接取水部６に廻り
込むのを防止できる。さらに吸出し管４内に一定水温の
低温の水が補給される事にもなると共に、吸出し管４お
よび放水路５に水流が生じ、下池から低温の水が移動し
てくるので、結果的に、冷却水温の上昇を抑止できる。

【００２５】したがって、前記実施例と同様に、安定し
た連続調相運転が可能になる。図４から図５は本発明の
第４実施例（請求項５に対応）を示す概略構成図であ
り、前記実施例と同様にフランシス形ポンプ水車に適用
した例である。

【００２６】本実施例は、放水路５の内側に仕切り部材
22で仕切った排水路25を付設し、この排水路25に冷却水
循環系７からの排水を排出する排水部11を設けた。この
ようにすると、冷却水循環系７からの温度上昇した排水
は排水路25を流れて確実に下池24に流出する。一方、下
池24からは流出した分の水量の低温の水が吸出し管４内
に流入し、取水部６から低温の冷却水を取水する事がで
きる。

【００２７】本実施例によれば、下池24に連通する別の
排水路や排水管が不要であり、建設コストを軽減できる
と共に安定した連続調相運転が可能になる。なお、第４
実施例の他の実施例を図６に示す。

【００２８】本実施例は仕切り部材22を放水路５の全長
でなく、排水部11の近傍付近に限定したもので、効果は
第４実施例に劣るが、温度上昇した排水が直接取水部６
に廻り込むのを防止できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
却水温の上昇を抑制して安定した長時間の連続調相運転
が可能な高性能の水力機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水力機械の第１実施例を示す概略構成
図。

【図２】本発明の水力機械の第２実施例を示す概略構成
図。

【図３】本発明の水力機械の第３実施例を示す概略構成
図。

【図４】本発明の水力機械の第４実施例を示す概略構成
図。

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う横断面図。

【図６】本発明の水力機械の第４実施例の他の実施例を
示す概略構成図。

【図７】従来の水力機械の一例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１…ケーシング、 ２…ガイドベーン、 ３…ラ
ンナ、４…吸出し管、 ５…放水路、
６…取水部、７…冷却水循環系、 ８…給水ポンプ、
９…軸受部クーラー、10…電気機器、 11
…排水部、 12…第１の制御弁、13…第２の制
御弁、 14…冷却系、 15…氷蓄熱装置、16
…熱交換器、 17…制御器、 18…ジェ
ットポンプ、19…第３の制御弁、 20…高圧水配管、
21…高圧ノズル、22…仕切り部材、 23…検
温器、 24…下池、25…排水路、 26
…検圧装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングに導入された高圧水がガイド
   ベーン、ランナを経て吸出し管に接続された放水路に流
   出するように構成した水車、ポンプ、ポンプ水車等の水
   力機械の各部軸受などの冷却用として前記吸出し管の水
   を取水し、前記水力機械の各部軸受等を冷却した後、前
   記吸出し管の下方に排水する冷却水循環系を備えた水力
   機械において、前記冷却水循環系の給水ポンプの吐出側
   から分岐し、第２の制御弁を介して設置された熱交換器
   を経て前記冷却水循環系に装備された第１の制御弁の下
   流側に接続された冷却系と、冷却水循環系の取水部の水
   温を検出する検温器と、検出された水温とあらかじめ定
   めた規定値を比較して前記第１の制御弁および第２の制
   御弁の開閉を制御する制御器とを備えた事を特徴とする
   水力機械。
2. 【請求項２】 冷却系に設置される熱交換器は、氷蓄熱
   装置である事を特徴とする請求項１記載の水力機械。
3. 【請求項３】 ケーシングに導入された高圧水がガイド
   ベーン、ランナを経て、吸出し管に接続された放水路に
   流出するように構成した水車、ポンプ、ポンプ水車等の
   水力機械の各部軸受などの冷却用として前記吸出し管の
   水を取水し、前記水力機械の各部軸受等を冷却した後、
   前記吸出し管の下方に排水する冷却水循環系を備えた水
   力機械において、前記冷却水循環系に前記ケーシング上
   流側から取水した高圧水を作動源とするジェットポンプ
   を設置した事を特徴とする水力機械。
4. 【請求項４】 ケーシングに導入された高圧水がガイド
   ベーン、ランナを経て、吸出し管に接続された放水路に
   流出するように構成した水車、ポンプ、ポンプ水車等の
   水力機械の各部軸受などの冷却用として前記吸出し管の
   水を取水し、前記水力機械の各部軸受等を冷却した後、
   前記吸出し管の下方に設けられた排水部から排水する冷
   却水循環系を備えた水力機械において、吸出し管の排水
   部近傍に前記ケーシング上流側から取水した高圧水を噴
   出する高圧ノズルを設け、ノズルとケーシングを第３の
   制御弁を介して高圧水配管で連通した事を特徴とする水
   力機械。
5. 【請求項５】 ケーシングに導入された高圧水がガイド
   ベーン、ランナを経て、吸出し管に接続された放水路に
   流出するように構成した水車、ポンプ、ポンプ水車等の
   水力機械の各部軸受などの冷却用として前記吸出し管の
   水を取水し、前記水力機械の各部軸受等を冷却した後、
   前記放水路に排水する冷却水循環系を備えた水力機械に
   おいて、放水路に排水路を付設し、冷却水循環系からの
   排水をこの排水路に排出する構成にした事を特徴とする
   水力機械。