JPH11257202A

JPH11257202A - 水力機械

Info

Publication number: JPH11257202A
Application number: JP10061537A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Sagawa; 川朋美佐; Shinsaku Sato; 藤晋作佐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ランナとガイドベーン間の滞溜水を確実に排
除することができ、かつ、ランナ室内からケーシング側
への漏気を防ぎ、ランナ室まわりの水量調整を円滑に行
うことができ、安定した空転運転が可能な水力機械を提
供する。【解決手段】水車やポンブ水車などの水力機械におい
て、ランナ（１０）と、ドラフトチューブ（２）と、ラ
ンナの外周側に配設された流量調整用の可動形のガイド
ベーン（７）と、ガイドベーンの外周側に形成されたケ
ーシング（１２）と、ケーシングとドラフトチューブと
の間に接続された連結管（１３ｂ）と、を備え、ライナ
側からケーシング側へ流体が流通しにくい度合いである
シール性に関し、ガイドベーン上端面（７ａ）と上カバ
ーシートライナ部（１６）との間のシール性をガイドベ
ーン下端面（７ｂ）と下カバーシートライナ部（１４）
との間のシール性に比べてより大きくしたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水車、ポンプ水車
などの水力機械に係り、特に、調相運転時のような空転
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
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に水車またはポンプ水車等の流体回
転機械において、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開し、ランナ室に圧縮空気を
送入し、ランナ周辺の水を排除してランナを空転状態に
おくことが行われる。

【０００３】この場合、ケーシング内の水は容積等の関
係から排除されない。このため、可動ガイドベーンとそ
の対向静止部とのギャップからランナ室内への漏水、主
軸封水部からの漏水、およびランナ冷却水などの水が、
ランナの回転運動によりランナ外周とガイドベーンとの
間に溜水となって溜まりランナと同一方向に回転する。
この時の溜水に作用するランナからの攪拌エネルギは、
殆どがこれらの漏水の温度上昇に費やされる。

【０００４】この温度上昇により、空転しているランナ
も熱膨張し、ランナ外周やシール部分の微少ギャップ部
分ではランナが固定部分に接触する恐れが生じる。

【０００５】このような事故を防止するために、ランナ
室まわり下カバーに排水孔を設けて漏水を排出させ、ラ
ンナとガイドベーンの間に溜まる水を減少させるように
することが行われる。

【０００６】一般に、空転運転を行うようなポンプ水車
は図１に示すように構成されており、下カバー１とドラ
フトチューブ２の間には排水弁３ａを備えた排水管３ｂ
が設けられている。

【０００７】なお、４、５はシール給水管を示し、６は
主軸封水部給水管を示す。

【０００８】このような構成の水力機械において、空転
運転を行う場合は、まず、ガイドベーン７を全閉し、ラ
ンナ室８内に圧縮空気を送入してランナ室８内の水を排
除し、水面９をドラフトチューブ２内の予め設定された
水位まで押し下げる。

【０００９】この時、シール給水管４、５からの冷却水
および主軸封水部給水管６からの給水が、ランナ１０の
回転によりランナ１０とガイドベーン７の間に溜まり、
図２に示すような水カーテン１１を形成する。

【００１０】この溜水による水カーテン１１を排水しな
いとランナ１０による撹拌によって水カーテン１１が熱
水となり、この熱によりランナ１０が膨張し、微少ギャ
ップに接触してかじり現象を起こしたり、また水カーテ
ン１１の増大により撹拌損失が増え空転に必要な電動機
入力が増加して不経済な空転運転となってしまうおそれ
がある。

【００１１】このような現象を避けるため、ランナ下カ
バー１とドラフトチューブ２との間に排水管３ｂを設
け、また、ケーシング１２とドラフトチューブ２との間
は開閉弁１３ａを備えた連結管１３ｂを設け、空転運転
中に、排水弁３ａ、開閉弁１３ａを開くことによって溜
水をドラフトチューブ２内へ排水する方法が開示されて
いる（特開平２−１０８８６５）。この場合、ランナ１
０外周の溜水を円滑にケーシング１２側に送水し、水カ
ーテン１１の厚みを調整する必要があるが、ガイドベー
ン７部は上下端面に構造的な間隙を静止部との間で形成
しており、ケーシング１２とドラフトチューブ２を連通
する排水管方式の場合のガイドベーン７まわりの構造に
ついては今まで明確になっておらず、水カーテン１１の
厚みを確実に調整することができなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の水
車、ポンプ水車等の水力機械では空転運転時、ケーシン
グからドラフトチューブヘの排水管を有するものでは、
円滑に溜水を循環させ安定した空転運転が行える水力機
械は存在していなかった。

【００１３】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、ランナとガイドベーン間の滞溜水を
確実に排除することができ、かつ、ランナ室内からケー
シング側への漏気を防ぎ、ランナ室まわりの水量調整を
円滑に行うことができ、安定した空転運転が可能な水力
機械を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の水力機械は、水車やポンプ水車などの水
力機械において、ランナと、ドラフトチューブと、前記
ランナの外周側に配設された流量調整用の可動形のガイ
ドベーンと、前記ガイドベーンの外周側に形成されたケ
ーシングと、前記ケーシングと前記ドラフトチューブと
の間に接続された連結管と、を備え、前記ガイドベーン
は、前記ドラフトチューブ側の端面であるガイドベーン
下端面と前記ドラフトチューブ側と反対側の端面である
ガイドベーン上端面とを有し、前記ガイドベーンは前記
ドラフトチューブ側の端面であるガイドベーン下端面と
前記ドラフトチューブ側と反対側の端面であるガイドベ
ーン上端面とを有し、前記ガイドベーン下端面は下カバ
ーシートライナ部に対面し前記ガイドベーン上端面は上
カバーシートライナ部に対面しており、前記ライナ側か
ら前記ケーシング側へ流体が流通しにくい度合いである
シール性に関し、前記ガイドベーン上端面と前記上カバ
ーシートライナ部との間のシール性を前記ガイドベーン
下端面と前記下カバーシートライナ部との間のシール性
に比べてより大きくしたことを特徴とするものである。

【００１５】また、前記ガイドベーン上端面と前記上カ
バーシートライナ部との間にのみ、流路漏水防止用のシ
ール装置を装着したものである。

【００１６】また、前記ガイドベーン上端面と前記上カ
バーシートライナ部との間に全周にわたり流路漏水防止
用のシール装置を装着し、前記ガイドベーン下端面と前
記下カバーシートライナ部との間に周方向に部分的に流
路漏水防止用のシール装置を装着したものである。

【００１７】また、前記ガイドベーン上端面と前記上カ
バーシートライナ部との間に全周にわたり一様に所定シ
ール間隙を形成する流路漏水防止用のシール装置を装着
し、前記ガイドベーン下端面と前記下カバーシートライ
ナ部との間に周方向に非一様に前記所定シール間隙より
小さい間隙を形成する流路漏水防止用のシール装置を装
着したものである。

【００１８】また、前記ガイドベーン上端面と前記上カ
バーシートライナ部との間のシール性を空気の漏れを防
止できる程度にし、前記ガイドベーン下端面と前記下カ
バーシートライナ部との間のシール性を水がしみ出る程
度にしたものである。

【００１９】また、本発明の水力機械は、水車やポンプ
水車などの水力機械において、ランナと、ドラフトチュ
ーブと、前記ランナの外周側に配設された流量調整用の
可動形のガイドベーンと、前記ガイドベーンの外周側に
形成されたステーベーンと、前記ステーベーンの外周側
に形成されたケーシングと、前記ケーシングと前記ドラ
フトチューブとの間に接続された連結管と、を備え、前
記ランナの外周側と前記ガイドベーンの内周側の間の内
周流路と前記ガイドベーンの外周側の外周流路との間を
接続する連通管と、前記連通管に設けた調整弁とを備え
ることを特徴とするものである。

【００２０】また、前記調整弁は、調相運転時のように
前記ランナを空転運転させる場合に開かれ、空転運転の
終了指令で閉じられ、前記ランナを空転運転以外に運転
させる場合に閉じられるように、制御可能であるもので
ある。

【００２１】また、前記ガイドベーンは、前記ドラフト
チューブ側の端面であるガイドベーン下端面と前記ドラ
フトチューブ側と反対側の端面であるガイドベーン上端
面とを有し、前記ガイドベーンは前記ドラフトチューブ
側の端面であるガイドベーン下端面と前記ドラフトチュ
ーブ側と反対側の端面であるガイドベーン上端面とを有
し、前記ガイドベーン下端面は下カバーシートライナ部
に対面し前記ガイドベーン上端面は上カバーシートライ
ナ部に対面しており、前記ガイドベーン上端面と前記上
カバーシートライナ部との間と、前記ガイドベーン下端
面と前記下カバーシートライナ部との間に流路漏水防止
用のシール装置を装着したものである。

【００２２】上述の発明において、空気に対して比重の
大きい水はケーシングとドラフトチューブとの間に接続
された連結管を介してドラフトチューブに戻りガイドベ
ーンとランナとの間の溜水量の制御が可能である。

【００２３】また、図２に示されているように水カーテ
ン１１は、ガイドベーン上端面と上カバーシートライナ
部の側よりもガイドベーン下端面と下カバーシートライ
ナ部の側の方が厚く形成されている。そこで、水カーテ
ン１１の厚さがより厚いガイドベーン上端面と上カバー
シートライナ部との間の方のシール性を、水カーテン１
１の厚さがより薄いガイドベーン下端面と下カバーシー
トライナ部との間の方のシール性に比べてより大きくし
たので、比重の小さい空気に対してはガイドベーン上端
面と上カバーシートライナ部との間を漏れ出ないように
でき、一方、比重の大きい水に対してはガイドベーン下
端面と下カバーシートライナ部との間を適度に漏れ出る
ようにできる。この結果、ランナ外周の水カーテン１１
の厚みを適正なものにできるとともに、ケーシング側へ
の漏気を最小にできケーシングの残留空気を低減するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るポンプ水車の
実施形態を図面を参照して説明する。

【００２５】図３は本発明の一実施形態を示すフランシ
ス形ポンプ水車のガイドベーンまわりを断面から模式的
に示す図である。このフランシス形ポンプ水車のガイド
ベーン７まわりの構造は、回転するランナ１０の外周側
には軸１８の回りに可動なガイドベーン７があり、ガイ
ドベーン７の下カバー１側のガイドベーン端面に対向す
る下カバー１部には、下カバーシートライナ１４が装着
されており、ガイドベーン７の上カバー１５側のガイド
ベーン端面に対向する上カバー１５部には、上カバーシ
ートライナ１６が装着されている。

【００２６】これらの上カバーシートライナ１６には、
図４あるいは図５に示すガイドベーン流路漏水防止用の
シール装置１７が全周にわたり装着されており、下カバ
ーシートライナ１４部にはシール装置１７は装着されて
いない。

【００２７】上カバーシートライナ１６に装着されたシ
ール装置１７は、ドラフトチューブ２側と反対側の端面
であるガイドベーン上端面７ａと上カバーシートライナ
１６の面との間をシールする。なお、後述する下カバー
シートライナ１４に装着されたシール装置１７は、ドラ
フトチューブ２側の端面であるガイドベーン下端面７ｂ
と下カバーシートライナ１４の面との間をシールする。

【００２８】上カバーシートライナ１６にシール装置１
７を全周にわたり装着し、下カバーシートライナ１４に
シール装置１７を装着しないことにより、ガイドベーン
上端面７ａと上カバーシートライナ１６の面との間のシ
ール性をガイドベーン下端面７ｂと下カバーシートライ
ナ１４の面との間のシール性に比べてより大きくするこ
とができる。ここで、ガイドベーン上端面７ａと上カバ
ーシートライナ１６との間のシール性は空気の漏れを防
止できる程度にし、ガイドベーン下端面７ｂと下カバー
シートライナ１４との間のシール性は水がしみ出る程度
にするのがよい。

【００２９】ここで、図４は、上カバーシートライナ１
６が薄く形成されており、ガイドベーン流路漏水防止用
のシール装置１７が上カバーシートライナ１６を貫通し
て取り付けられている場合を示し、図５は、上カバーシ
ートライナ１６が厚く形成されており、ガイドベーン流
路漏水防止用のシール装置１７が上カバーシートライナ
１６を貫通しないで取り付けられている場合を示す。図
４または図５において、符号１７ａは焼成カーボン材や
炭化ケイ素材等のセラミックス材で構成された部分を示
し、符号１７ｂはゴム材や高分子化合物材等の弾性部材
で構成された部分を示す。

【００３０】上述の実施例によれば、水カーテン１１の
厚みを薄くすると同時にランナ室８からケージング１２
ヘの漏気を防ぐことが可能となる。

【００３１】次に、本発明の別の実施例を説明する。

【００３２】図６は本発明の他の実施例を示すフランシ
ス型ポンプ水車のガイドベーン７まわりを平面から模式
的に示す図である。

【００３３】このフランシス型ポンプ水車のガイドベー
ン７の軸１８まわりには、下カバーシートライナ１４が
装着されている。本発明のフランシス型ポンプ水車の下
カバーシートライナ１４には流路漏水防止用シール装置
１７が部分的に装備されている。

【００３４】これに対し、上カバーシートライナ１６の
流路漏水防止用シール装置１７は全周にわたって装備さ
れている。

【００３５】これにより、水カーテン１１を形成してい
る水の一部が、カイドベーン７の下カバー１側端面とそ
れに対向する下カバーシートライナ１４の間の流路を通
ってケーシング１２側へ流れると同時に、空気はガイド
ベーン７の上カバー１５側端面とそれに対向する上カバ
ーシートライナ１６の間の流路漏水防止用シール装置１
７によってシールすることが可能である。

【００３６】次に、本発明のさらに別の実施例を説明す
る。

【００３７】図７は、フランシス型ポンプ水車の下カバ
ーシートライナ１４に装着されているガイドベーン流路
漏水防止用シール装置１７を前記ポンプ水車主軸中心の
方向から半径方向への視野で、断面を模式的に示す図で
ある。このシール装置１７のガイドベーン軸１８方向の
高さをポンプ水車の主軸の周方向で変化させたものであ
る。シール装置１７のシール部分１９には、勾配がつけ
られている。

【００３８】図７の視野をやや高くしたところから見た
ものが図８である。向かって右側のシール装置１７の断
面２０はシール部分１９が盛り上がっているが、向かっ
て左側のシール装置１７の断面２１はシール部分１９が
下カバーシートライナ１４と同じ高さになっている。

【００３９】図９、図１０は何れも図７と同じ視野から
のフランシス型ポンプ水車の下カバーシートライナ１４
に装着されているガイドベーン流路漏水防止用シール装
置１７の別の例である。

【００４０】上カバーシートライナ１６に装置するガイ
ドベーン流路漏水防止用シール装置１７は、これらのケ
ースにおいて、全周にわたって、シール効果が一様なシ
ール装置を用いる。

【００４１】これにより、水カーテン１１を形成してい
る水の一部が、ガイドベーン７の下カバー１側端面とそ
れに対向する下カバーシートライナ１４に装着された変
形したガイドベーン流路漏水防止用シール装置１７の間
の流路を通って、ケーシング１２側へ流れると同時に、
空気はガイドベーン７の上カバー１５側端面とそれに対
向する上カバーシートライナ１６の間の流路漏水防止用
シール装置１７によってシールすることが可能である。

【００４２】次に、本発明の別の実施例を説明する。

【００４３】図１１は本発明の他の実施例を示すフラン
シス型ポンプ水車のガイドベーン７まわりを平面から模
式的に示す図である。

【００４４】このフランシス型ポンプ水車のランナ１０
とガイドベーン７の間の内周流路２４とガイドベーン７
とステーベーン２３との間の外周流路２５とは、自動弁
２２ａを備えた連通管２２ｂで接続されている。

【００４５】連通管２２ｂを設けたので、ガイドベーン
上端面７ａと上カバーシートライナ１６の面との間のシ
ール性をガイドベーン下端面７ｂと下カバーシートライ
ナ１４の面との間のシール性に比べてより大きくするこ
とができる。

【００４６】なお、図１１においては、上カバーシート
ライナ１６と下カバーシートライナ１４の両方に等価な
シール性を有するシール装置１７を装着してもい。

【００４７】また、連通管２２ｂに設けられた自動弁２
２ａは、通常閉としているが、調相運転のようなランナ
５まわりを空中で運転させる場合には開とするように制
御される。

【００４８】この方法によれば、空中運転時には、水カ
ーテン１１を形成する水は、連通管２２ｂを通ってガイ
ドベーン７の外周へ抜けるため、自動弁２２ａの調整に
より水カーテン１１の厚みを適正なものとし、かつケー
シング１２側への漏気を最小としてケーシング１２部の
残留空気を低減できる。

【００４９】以上述べたように、本発明の実施例によ
り、ケーシング１２側への漏気を防ぎながら、水カーテ
ン１１の厚み調整を円滑に行うことができる。

【００５０】なお、上述の説明において、ガイドベーン
上端面７ａと上カバーシートライナ１６の面との間のシ
ール性をガイドベーン下端面７ｂと下カバーシートライ
ナ１４の面との間のシール性に比べてより大きくした具
体的な実施例を種々説明したが、本発明では、上カバー
シートライナ１６におけるシール性が下カバーシートラ
イナ１４におけるシール性に比べより大きくさえあれば
よく、これらの実施例に限らず、他の構成、例えば、上
カバーシートライナ１６におけるシール部材の締め付け
力を下カバーシートライナ１４におけるシール部材の締
め付け力よりより大きいようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、ライナ側からケーシング側へ流体が流通しにくい
度合いであるシール性に関し、ガイドベーン上端面と上
カバーシートライナ部との間のシール性をガイドベーン
下端面と下カバーシートライナ部との間のシール性に比
べてより大きくしたので、ケーシング側への漏気を小さ
くできるとともにランナ外周の水カーテンの厚みを適正
にでき、この結果、調相運転のような空転運転時のラン
ナまわりの温度上昇を抑制でき、またケーシング残留空
気を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の構造の一例のフランシス形ポンプ水車の
ランナ室まわりの断面の概略図。

【図２】図１におけるポンプ水車のガイドベーンまわり
の断面の概略図。

【図３】本発明の一実施例のフランシス型ポンプ水車の
ガイドベーンまわりの断面の概略図。

【図４】シートライナに取付けられたガイドベーン流路
漏水防止用シール装置まわりの断面の概略図。

【図５】シートライナに取付けられたガイドベーン流路
漏水防止用シール装置まわりの断面の概略図。

【図６】本発明の他の実施例のフランシス型ポンプ水車
のガイドベーンまわりの平面の概略図。

【図７】本発明の実施例のガイドベーン流路漏水防止用
シール装置の断面の概略図。

【図８】図７におけるシール装置の斜め上の視野からの
概略図。

【図９】本発明の他の実施例のガイドベーン流路漏水防
止用シール装置の断面の概略図。

【図１０】本発明の実施例のガイドベーン流路漏水防止
用シール装置の断面の概略図。

【図１１】本発明の実施例のフランシス型ポンプ水車の
ガイドベーンまわりの断面の概略図。

【符号の説明】

１下カバー２ドラフトチューブ３ａ排水弁３ｂ排水管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水カーテン１２ケーシング１３ａ開閉弁１３ｂ連結管１４下カバー側シートライナ１５上カバー１６上カバー側シートライナ１７流路漏水防止用シール装置１８ガイドベーン軸１９流路漏水防止用シール装置シール面２０，２１流路漏水防止用シール装置断面２２ａ自動弁２２ｂ連通管２３ステーベーン２４内周流路２５外周流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水車やポンプ水車などの水力機械におい
て、ランナと、ドラフトチューブと、前記ランナの外周側に配設された流量調整用の可動形の
ガイドベーンと、前記ガイドベーンの外周側に形成されたケーシングと、前記ケーシングと前記ドラフトチューブとの間に接続さ
れた連結管と、を備え、前記ガイドベーンは前記ドラフトチューブ側の端面であ
るガイドベーン下端面と前記ドラフトチューブ側と反対
側の端面であるガイドベーン上端面とを有し、前記ガイ
ドベーン下端面は下カバーシートライナ部に対面し前記
ガイドベーン上端面は上カバーシートライナ部に対面し
ており、前記ライナ側から前記ケーシング側へ流体が流通しにく
い度合いであるシール性に関し、前記ガイドベーン上端
面と前記上カバーシートライナ部との間のシール性を前
記ガイドベーン下端面と前記下カバーシートライナ部と
の間のシール性に比べてより大きくしたことを特徴とす
る水力機械。
【請求項２】前記ガイドベーン上端面と前記上カバーシ
ートライナ部との間にのみ、流路漏水防止用のシール装
置を装着したことを特徴とする請求項１に記載の水力機
械。
【請求項３】前記ガイドベーン上端面と前記上カバーシ
ートライナ部との間に全周にわたり流路漏水防止用のシ
ール装置を装着し、前記ガイドベーン下端面と前記下カ
バーシートライナ部との間に周方向に部分的に流路漏水
防止用のシール装置を装着したことを特徴とする請求項
１に記載の水力機械。
【請求項４】前記ガイドベーン上端面と前記上カバーシ
ートライナ部との間に全周にわたり一様に所定シール間
隙を形成する流路漏水防止用のシール装置を装着し、前
記ガイドベーン下端面と前記下カバーシートライナ部と
の間に周方向に非一様に前記所定シール間隙より小さい
間隙を形成する流路漏水防止用のシール装置を装着した
ことを特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項５】前記ガイドベーン上端面と前記上カバーシ
ートライナ部との間のシール性を空気の漏れを防止でき
る程度にし、前記ガイドベーン下端面と前記下カバーシ
ートライナ部との間のシール性を水がしみ出る程度にし
たことを特徴とする請求項１に記載の水力機械。
【請求項６】水車やポンプ水車などの水力機械におい
て、ランナと、ドラフトチューブと、前記ランナの外周側に配設された流量調整用の可動形の
ガイドベーンと、前記ガイドベーンの外周側に形成されたケーシングと、前記ケーシングと前記ドラフトチューブとの間に接続さ
れた連結管と、を備え、前記ランナの外周側と前記ガイドベーンの内周側の間の
内周流路と前記ガイドベーンの外周側の外周流路との間
を接続する連通管と、前記連通管に設けた調整弁とを備
えることを特徴とする水力機械。
【請求項７】前記調整弁は、調相運転時のように前記ラ
ンナを空転運転させる場合に開かれ、空転運転の終了指
令で閉じられ、前記ランナを空転運転以外に運転させる
場合に閉じられるように、制御可能であることを特徴と
する請求項６に記載の水力機械。
【請求項８】前記ガイドベーンは、前記ドラフトチュー
ブ側の端面であるガイドベーン下端面と前記ドラフトチ
ューブ側と反対側の端面であるガイドベーン上端面とを
有し、前記ガイドベーン下端面は下カバーシートライナ
部に対面し前記ガイドベーン上端面は上カバーシートラ
イナ部に対面しており、前記ガイドベーン上端面と前記上カバーシートライナ部
との間と、前記ガイドベーン下端面と前記下カバーシー
トライナ部との間に流路漏水防止用のシール装置を装着
したことを特徴とする請求項６に記載の水力機械。