JPH102428A - 入口弁の封水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バイパス弁接続管が無い弁胴のシールリングが
弁体のバルブシートを押圧して閉じた状態から、シール
リングを開方向に移動すると、バルブシートの傾斜面と
シールリングの傾斜面との間の流水路から流水が高圧，
高速で流れるので、流水路内の流速は不均一になり、キ
ャビテーションを生じ、シールリングが破損される欠点
があった。 【解決手段】本発明の入口弁の封水装置は、上記シール
リング１４にバルブシート８に向かう垂直面１４Ａと垂
直面先端よりバルブシート８と対向する傾斜面１４Ｂと
を形成し、傾斜面１４Ｂの低圧側にバルブシート８を押
圧する突起部１４Ｃを設け、突起部１４Ｃの水路側の長
さＬ２をシールリング１４の厚みを１０としたとき、
２.５〜１.０の範囲に選定する。 【効果】キャビテーションが無くなり、シールリング１
４の損傷を防止できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水力機械の入口弁の
封水装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に水力発電所の一般的な構成と水位
つまり落差の関係を示し説明する。上池から水圧鉄管２
を通うして発電所に到達する圧力水は、入口弁１を通過
し、接続管及び水車ケーシング３に入り、水車ランナを
回転させ、発電機を回転して発電する。回転力に変換さ
れたエネルギーを失った圧力水は、ドラフトチューブ４
を通過して下池に流れる。入口弁１は水車運転中に全
開、水車停止時に全閉となる所謂鉄管水の止水用のバル
ブであり、全閉状態では落差ＨＰの水圧が作用する。

【０００３】水車入口弁１は水車の入口に配置された水
力発電所の落差水頭Ｈｓにより弁型式が選定される。高
落差の領域では高水圧における機械的強度確保，封水性
能確保及び高流速による損失水頭を小さくする目的によ
り球形弁が採用されている。図５に示す球形弁の構造を
説明する。この図は球形弁が全閉状態を示す図である。
略球形の内面を有する弁胴５，弁胴５の内部に設けられ
た弁体７，弁体７の上流側及び下流側に取り付けられた
封水用の上流側及び下流側のバルブシート８，９，弁胴
内部で流水方向へ移動可能で且つ弁体全閉位置でバルブ
シート８，９に密閉係合するシールリング１４を備えて
いる。

【０００４】弁体７は油圧若しくは水圧用のサーボモー
タ１１Ｃが上下に移動し、弁体７に取り付けた弁軸１１
Ａとサーボモータ１１Ｃとを接続しているレーバ１１Ｂ
により、時計方向Ａに約９０゜回動し、鉄管２と接続管
６及び水車ケーシング３と流路を形成し、水車側に圧力
水が通過し、開動作をする。入口弁１の閉動作は上述の
開動作状態からサーボモータ１１Ｃが下に移動し、弁体
７が時計方向Ａと反対方向に約９０゜回動し、流路を遮
る。

【０００５】また、図６，図７に示す下流側に位置して
いるシールリング１４は、鉄管２より取水した水圧をシ
ール閉側操作室２１に給水口１６より給水し、流水方向
ＢＣに動作させて、弁体７のバルブシート８にシールリ
ング１４を密着し、鉄管水をとめる。

【０００６】シールリング１４とバルブシート８との密
着状態から開放状態にするには、図示していない圧力切
換弁により、給水口１６を給水口１５に切り換えて、給
水口１５より給水し、流水方向ＢＯに動作させて、図７
のシールリング１４をバルブシート８から移動させて、
密着状態から開放状態にする。この状態で弁体７のサー
ボモータ１１Ｃを上側に動作させて、弁体７を回動し、
水圧鉄管２と水車ケーシング３とを接続し、水車側に鉄
管水を供給する。この場合の傾斜面角度θは４５゜であ
る。

【０００７】シールリング１４の上流側と下流側との差
圧を無くすためには、シールリング１４の上流側と下流
側とを入口弁１の外部でバイパス接続管１３とバイパス
自動弁１２で構成するバイパス弁を開操作し、シールリ
ング１４の上流側（鉄管）水圧Ｈｐつまり落差ＨＰと下
流側（水車ケーシング３）水圧Ｈｓとをバランスさせ
て、シールリング１４の上下流には圧力差が無い状態に
して、上流側から下流側に流れ込む流速は、静止状態で
の動作となるため、キャビテーションの発生は無く、シ
ールリング，バルブシートの損傷の問題はなかった。
尚、この種の技術として、特開昭50−136728号公報を挙
げることができる。

【０００８】しかしながら、近年水力発電所の利用落差
は従来の最高落差５００ｍ級から立地条件の制約，水力
発電技術の進歩及び経済性の追求等により、８００ｍ級
以上へと拡大している。この様な超高落差水車について
は、従来落差機に比較し、水圧変動及び振動が大きくな
り、万が一これらの機器の損傷により、水力発電所浸水
事故に至った時の被害を考えた場合、バイパス自動弁及
びバイパス接続管を省略できれば、発電所としての信頼
性向上及びこれらの機器のコスト低減もはかれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】その反面、バイパス弁
省略した場合の問題点は、シールリング１４の上流側と
下流側とに差圧がある状態で、シールリング１４を移動
するため、上流側から下流側に流れ込む流速はＶ＝√２
ｇｈより、ｈ＝８００ｍでｖ＝１２５ｍ／ｓとなり、高
圧，高流速でシールリング１４，バルブシート８，９を
通過することにより、流速Ｖが早くなり、水圧が低下し
たシールリング部分１４Ｘにキャビテーションを発生
し、従来のバイパス弁のあるシールリング，バルブシー
ト等の形状では、シールリング，バルブシートがキャビ
テーションの壊食による損傷を生じる問題が発生した。

【００１０】本発明の目的は、キャビテーションを無く
してシールリングの損傷を防止した入口弁の封水装置を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の入口弁の封水装
置は、上流から下流へ水を流通する水路の途中に入口弁
を設け、入口弁は水路に設けた遮断，流通制御する回動
自在な弁体と、弁体の上流側及び下流側に設けたバルブ
シートと、弁体を密封する弁胴と、弁胴に設けた上記バ
ルブシートの一方側を密封するシールリングと、弁胴に
設けた圧力水路を切換えてシールリングを一方のバルブ
シート側に押圧する圧力切換弁とを備え、上記シールリ
ングにバルブシートに向かう垂直面と垂直面先端よりバ
ルブシートと対向する傾斜面とを形成し、傾斜面の低圧
側にバルブシートを押圧する突起部を設け、突起部の水
路側の長さをシールリングの厚みを１０としたとき、2.
5〜１.０ の範囲に選定するか、傾斜面の高圧側にバル
ブシートを押圧する突起部を設けた場合には、上述の他
に傾斜面角度を垂直面に対して５０゜〜９０゜の範囲に
選定することにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図２により説明する。

【００１３】弁体７の上流端側にバルブシート８を取付
け、バルブシート８に対向する弁胴５を配置し、弁胴５
には供給口１５と１６とに切換えて圧力水路を供給する
圧力切換弁と備え、弁胴５にパッキング１８を介してシ
ールリング１４を設けている。シールリング１４はバル
ブシート８に向かう垂直面１４Ａと垂直面先端よりバル
ブシート８の傾斜面８Ａと対向する傾斜面１４Ｂとを形
成し、傾斜面１４Ｂの低圧側に突起部１４Ｃを設ける。
突起部１４Ｃの水路側の長さＬ２をシールリングの厚み
Ｌ１を１０としたとき、Ｌ２＝２.５〜１.０の範囲に選
定する。

【００１４】図２のように圧力切換弁を供給口１６とに
切換えて圧力水路を圧力水を供給して、シールリング１
４をバルブシート８側に移動して、突起部１４Ｃがバル
ブシート８を押圧して密閉状態後、圧力切換弁を供給口
１５に切換えて、シールリング１４をバルブシート８側
から離して開放すると、高圧側から低圧側に向かって、
高速度の高圧水が流れるが、突起部１４Ｃの水路側の長
さＬ２を２.５〜１.０の範囲に選定することにより、高
圧水は低圧側の水車ケーシングに噴出されるため、高圧
水の流れを防ぐものが無いため、キャビテーションが発
生しにくくなり、特にシールリング１４の寿命が突起部
１４Ｃを設けないものに比べて著しく長かった。また水
路側の長さＬ２を２.５〜１.０の範囲に選定する理由
は、Ｌ２＝１.０以下では機械的強度が不足して使用で
きない。Ｌ２＝２.５以上では水路側の長さが長過ぎ
て、キャビテーションが発生し、使用できない。従っ
て、Ｌ２＝２.５〜１.０の範囲に選定することにより、
上述の効果を達成することができる。

【００１５】次に、図３のシールリング１４はバルブシ
ート８に向かう垂直面１４Ａと垂直面先端よりバルブシ
ート８の傾斜面８Ａと対向する傾斜面１４Ｂとを形成
し、傾斜面１４Ｂの高圧側に突起部１４Ｄを設け、突起
部１４Ｄの水路側の長さをシールリングの厚みＬ１を１
０としたとき、Ｌ２＝２.５〜１.０の範囲に選定する。
傾斜面角度θを垂直面に対して５０゜〜９０゜の範囲に
選定するが、この実施例では傾斜面角度θ＝６０゜に設
定している。

【００１６】鎖線のシールリング１４を実線のバルブシ
ート８側に移動して開放すると、高圧側から低圧側に向
かって、高速度の高圧水が流れる。突起部下流側の傾斜
面１４Ｂは傾斜面角度θ＝６０゜にして、傾斜面８Ａと
傾斜面１４Ｂとの間に形成した水路間隙幅を傾斜面角度
θを規定した分だけ広くして、高圧水の流速を均一する
ことにより、キャビテーションが発生しにくくなり、特
にシールリング１４の寿命が突起部１４Ｄと傾斜面角度
θ＝６０とを設けないものに比べて著しく長くなった。
また傾斜面角度θを５０゜〜９０゜の範囲に選定する理
由は、５０゜以下では水路幅部が狭くなり、高圧水の流
速が不均一になり、キャビテーションを発生する。また
傾斜面角度θが９０゜以上になると、シールリングの厚
みＬ１の機械的強度不足して使用できない。傾斜面角度
θの下限値は好ましくは６０゜以上の方がキャビテーシ
ョンが発生しにくい。更に傾斜面８Ａの低圧側と傾斜面
１４Ｂの高圧側の入口部には丸みＲを設けると良い。尚
上述では水車について説明したが、揚水発電所に使用す
る場合は高圧水の流れを逆にしたポンプ水車にも使用で
きる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、突起部の
水路側の長さＬ２を２.５〜１.０の範囲に選定すること
により、高圧水は低圧側の水車ケーシングに噴出される
ため、高圧水の流れを防ぐものが無いため、キャビテー
ションが発生しにくなり、特にシールリング１４の寿命
が突起部を設けないものに比べて著しく長かった。また
バイパス弁接続管等を使用しない分だけ入口弁を小型化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である上流側のバルブシートと
シールリングとの付近の部分断面図。

【図２】図１の上流側のバルブシートとシールリングと
を開放した時の部分断面図。

【図３】本発明の他の実施例である上流側のバルブシー
トとシールリングとの付近の部分断面図。

【図４】従来の上池からと下池までの水力発電所の概略
配置図。

【図５】図４の入口弁付近の概略断面図。

【図６】図５の入口弁付近の弁体と弁胴との関係を示す
部分断面図。

【図７】図５の入口弁付近の弁体と弁胴との関係を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１…入口弁、２…水圧鉄管、３…水車ケーシング、４…
ドラフトチューブ、５…弁胴、５Ａ…シールガイド、６
…接続管、７…弁体、８，９…バルブシート、１１Ｂ…
弁軸レバー、１１Ｃ…サーボモータ、１２…バイパス自
動弁、１３…バイパス接続管、１４…シールリング、１
５，１６…給水口、１７…シールリングパッキング、１
８…シールリング開側室パッキング、１９…シールリン
グ閉側室パッキング、２０…シール開側操作室、２１…
シール閉側操作室。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上流から下流へ水を流通する水路の途中に
   入口弁を設け、入口弁は水路に設けた遮断，流通制御を
   する回動自在な弁体と、弁体の上流側及び下流側に設け
   たバルブシートと、弁体を密封する弁胴と、弁胴に設け
   た上記バルブシートの一方側を密封するシールリング
   と、弁胴に設けた圧力水路を切換えてシールリングを一
   方のバルブシート側に押圧する圧力切換弁とを備えたも
   のにおいて、 上記シールリングにバルブシートに向かう垂直面と垂直
   面先端よりバルブシールと対向する傾斜面とを形成し、
   傾斜面の低圧側にバルブシートを押圧する突起部を設
   け、突起部の水路側の長さをシールリングの厚みを１０
   としたとき、2.5〜１.０ の範囲に選定することを特徴
   とする入口弁の封水装置。
2. 【請求項２】上記シールリングにバルブシートに向かう
   垂直面と垂直面先端よりシールバルブと対向する傾斜面
   とを形成し、傾斜面の高圧側にバルブシートを押圧する
   突起部を設け、傾斜面角度を垂直面に対して５０゜〜９
   ０゜の範囲に選定することを特徴とする請求項１記載の
   入口弁の封水装置。
3. 【請求項３】バイパス弁接続管が無い弁胴を使用するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の入口弁の封水装
   置。