JPS5847171A - 多段水力機械 - Google Patents

多段水力機械

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JPS5847171A
JPS5847171A JP56143778A JP14377881A JPS5847171A JP S5847171 A JPS5847171 A JP S5847171A JP 56143778 A JP56143778 A JP 56143778A JP 14377881 A JP14377881 A JP 14377881A JP S5847171 A JPS5847171 A JP S5847171A
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pressure
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runner
pressure chamber
water
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Ichiro Yamagata
山形 一郎
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/06Bearing arrangements
    • F03B11/063Arrangements for balancing axial thrust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】 本発明は、各段部に発生する水スラストを夫噌小さく抑
制することによシ、各段部ラン+上主軸との結合部分圧
過大な軸トルクを作用させることなく、安全に運転する
ことのできる多段水力機械に関する。
一般に7ランシス形水力機械においてランチに作用する
軸方向水スラストは、ランチの各接水面に作用する水圧
力の軸方向の不平衡により生ずる。
しかし軸方向水スラストのほとんどはう/!−羽根とう
yす′クラウンおよびランナバンドに囲まれてなるラン
チ流路面に゛作用する水圧力によシ生ずるのではなくラ
ンナ流路面に対して裏面にあた今クラウン背部およびバ
ンド背部の接水面に作用する水圧力の軸方向の不平衡に
より生ずる。ランナクラウン背面の受圧面積は、ランナ
パン、ド背面の受圧面積よ抄もほぼランナ出口部面積分
だけ大きいので、ランナクラウン背面に作用する下向き
水圧力の方がランチバンド背面に作用する上向き水圧力
よシも大きくな)、ランチ全体としてはクラウン側から
バンド側へ向かう下向き軸方向スラストが発生するのが
普通である。
小容量小形水力機械では、この軸方向水スラストを外s
K配装され九スラスト軸受けによって支えることによ如
運転を行なうことも可能であるが、中太容量の水力機械
ではこの水スラストが著し、く大きくなり、この軸方向
水スラスト力を受は支えるスラストベアリングを製作す
ることが不可能となったυ、極めて不経済となることか
ら、水力機械に発生する軸方向水スラストを何らかの方
法で低減することが必要となる。
そのため単段の水力機械゛では、ランナクラウン背面に
中間シールを設けることによりランナクラウンと上カバ
にはさまれランナ背圧電を内側背圧室と外側背圧室に仕
切り、その内側背圧室にランナ出口部ある−は吸出管部
に連通する内側バランス管あるhはバランスホールを設
けるととにより内側背圧室内の水圧をランチ出口部水圧
力レベルにまで低下させ、ランナクラウン背面に作用す
る下向水圧力のうち内側背圧室水圧により生ずる水圧力
を減少させることによル下向水スラストを減少させるこ
とが晋通に行なわれている。
また多段水力機械の場合でも最高圧段部のランナについ
ては、前記した単段水力機械の場合と同様にランナ背部
に中間シールを設けて内側背圧室に低圧側流路部へ連通
す“る内側バランス管を設けることにより内側背圧室内
の水圧を低下させることが行なえるが、最高圧段部を除
く他の低圧段部ではランチ背部が構造上極めて複雑な水
力機械の中心部に位置して^るため、内側バランス、管
を設けにくく、またランナクラウン背面に中間シールを
設けても中間シール部のシールギャップを正しく組立て
管理することが困難であり、機械全体を分解することな
し忙保守点検することも不可能であるなど、実用的でな
い面が多い0そのためランナクラウン背面に中間シール
を設けずに発生した水スラストは、外部に配置されたス
ラストベアリングで支えざるを得ないのが爽秋であった
したがって多段水力機械では不経済な大容量スラストベ
アリングの使用を余儀なくされ、過大水スラストを発生
する大容量多段水力機械を開発する上での大きな1壁と
なっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであシ、
簡易な構造によシ各段部に作用する軸方向水スラストを
低減することによって総合水スラストを低減することの
できる多段水力機械を提供することを目的とする。
以下図11Iit−参照して本発明の一実施例について
説明する0第1図は本発明の理解を容易にする九め、多
段水力機械の一例として7ランシス形の2段水力機械の
構成を示す・1は2段水力機械の主軸であり、−この主
軸1には高圧段ランナ2と低圧段ランナ3とが軸方向の
距離をおいて固着されている。上記高圧段ランナ2の下
方向には高圧股上カバ4がまた下方向には高圧段下カバ
5が夫々配置される一方い、これらの半径方向外方には
水口開度を調整する可動ガイドベーン6が*b付けられ
ている。さらにと記高圧段ランナ2のランナクラウン2
aと上カバ4との間には高圧段ランナ中間シール7が設
けられ、この中間シール7により上記ランナクラウン2
mと上カバ4に囲まれる空間は高圧段内側背圧室8及び
高圧段外側背圧*9に仕切られる。ま友上記高圧段ラン
ナ2のランナバンド2bと下カバ5との関には高圧段側
圧室10が形成されている。
一方低圧段う/す3の上方には低圧股上カバ11がま九
F方には低高段丁カバ12が夫々配置され、上記低圧段
ランナ3のランナクラウン3a及びランナバンド3bと
共に夫々低圧段背圧室13、低圧段側圧室14t−形成
している□ また上記可動ガイドベーン60半径方向外側にはケーシ
ング15が配置され、さらにこのケーシング15は図示
しな一水圧鉄管に接続して−る。
さらに上記高圧段ランナ2と低圧段ランナ3の流路は返
し通路6により直列に連絡されるとともに、低圧段ラン
ナ3の下方には吐出管17が配置されて論る。
一方上記高圧段外側背圧室9の外周部及び高圧段側圧室
lOの外局部は高圧段外側バランス管18により、ま九
上記高圧段内側背圧室8の外周部及び上記高圧段ランナ
2の出口近傍の返し通路16は高圧段バランスパルプ1
9を有する高圧段内側バランス管20によ)夫々連通し
ている。さらに上記返し通路16と上記低圧段側圧室1
40内周部は低圧段圧力調整弁21を有する低圧段連通
管22によ〕連通している。
次に作用を説明する。第2図は第1図に示した2段水力
機械の定常運転時における各段の背圧室および側圧室の
水圧分布状況を示した−のである。
第2図において横軸は軸中心からの半径距離を示し、縦
軸は吸出管7の水圧を基準とした高圧段内側背圧室8及
び外側背圧室9の水圧ル、高圧段側圧室10の水圧鳥、
低圧段背圧室13の水圧狗、。
低圧段側圧室14の水圧−を夫々示して−る。また図中
の矢印は水圧力の作用する方向を示している。高圧段背
圧室水圧Hムは、外側背圧室9の最外周部位置RoKお
馳て高圧段ランナ2の外局圧よりわずかに低いHOIで
あるが、外側背圧室9円の水はランチ旋回に誘起された
強制渦運動をしてbるため内周側へゆくにし九がって水
圧は低下し、外側背圧室9の最内周部である中間シール
部7の位置R−ではHow K tで低下する0中間シ
ール7の位置R,よシさらに内周側である内側背圧室8
では、内側背圧室8の外周部に上記内側バランス管20
が接続され、高圧段ランナ3の出口近傍の返し通路16
と連通されているので、内側背圧118の最Ho、と同
等かある込はわずかに高い水圧Ho、にまで低下してい
る。内側背圧室8め最内周部の位置R,では内側背圧室
8内の強制渦運動によって)Ionよりわずかに低下し
た水圧Ho4となる。一方高圧段側圧室lOの水圧Hi
+Fi側圧室10の外周部に上記高圧段外側バランス管
18が接続され、高圧段外側背圧室9の外周部と連通さ
れているので、高圧段側圧1110の最外間部の位置孔
0の水圧は高圧段外側背圧室lOの最外周部水圧と同じ
HoIとなる。また高圧段側圧室10内の水流も、高圧
段外側背圧室9内水流と曖ぼ同じ角速度で強制渦運動を
行なうので高圧段側圧室1oの最内周部の位置&、の水
圧も外側背圧室9の最内周部水圧とほぼ等しく How
となる・したがって、高圧段部ランチの外側背圧室9と
側圧室1o内の水圧分布は等しく、また内側背圧[8内
の水圧と高圧段ランナ2の出口部水圧もほぼ等しいので
各水圧力は互いに相殺し高圧段ランチは不平衡水スラス
トを発生しない。
次に低圧段ランナ3の背圧室13の水圧H,は低圧段最
外周部の位置RoKお匹て低圧段ランナ3の外周部とほ
ぼ等しいHlであるが、内周部に行くクシたがい上記高
圧段背圧1i113内の水流と同様の強制渦運動によっ
て水圧は低下し、半径R,の位置では水−圧は)fat
 となり、最内周部であるa!の位置では水圧はH1l
C!で低下する。一方側圧室14内の水圧Hntf側圧
室14の内周部に上紀達通管22が接続され、返り通路
16と連絡されているので、低圧段側圧室14の最内周
部の位置8虐の水圧は返り通路16の水圧とほぼ等し^
H□となる。この返シ通路16の水圧は低圧段ランナ3
の外局圧ともほぼ等しいので水圧H□は、儂圧段臂圧1
113の最外周部水圧HISともほぼ等し論。また上記
側圧室14内の水も上記背圧1313内の水流と同様に
強制渦運動を行なうので外局側へ行くにしたがい水圧が
上昇し最外周部RoでIfiH,@よりも高圧のHl 
となる。
ここで上記連通管22がな^従来の2段水力機械の場合
の低圧段部側王室水圧分布につ匹て考察すると、側圧室
14の最外周部の水圧は背圧室13の最外周部と等しく
Huとな)最内周部ではHISとな今。以上を第2図中
和示すと破線で示した水圧分布となる・この場合、半径
方向の位置R,より外周側では、背圧室13と側圧室1
4が同じ水圧分布となるので半径方向位置R−より外周
側の各室水圧力は、互L/%に相殺し、半径方向位置R
,より内Illの背圧室水圧による下向きスラストが発
生することがわかる。しかし、本発明においては、半径
方向位置R,より外周側では、側圧室14の水圧が高く
なり、半径方向付I Raより内周側の背圧室13で発
生する下向き水圧力を相殺する向きの水圧力を側圧室1
4側で発生させることが可能となる。したがって、本発
明によれば低圧段部ランナに作用する水スラストを小さ
く抑制することが可能となり、各段部ランナに作用する
水スラストの總和として得られる水力機械の水スラスト
自体も小さく抑制することが可能となる・ 以上述べたように本発明によれば、多段水力機械の各段
部ランナに発生する水スラスト値を夫々小さく抑制する
ことができるので、各段ランチb主軸の結合部で大きな
軸スラストが伝達されるようなことがなく、シたがって
合理的な回転部の構造が可能となる一方、各段ランナに
作用する水スラストの総和として表われる多段水力機械
の軸スラスト自体も小さくなるので、不経済な大容量ス
ラスト軸受を必要としなくなり、また大容量大−多段水
力機械も製作することが可能となるなど、極めて合理的
である。
【図面の簡単な説明】
@1図は本発明の一実施例を示す多段水力機械の全体構
成図、第2図は第1図における水圧分布を説明するため
の線図である。 1・・・主軸、2・・・高圧段ランナ、3・・・低圧段
ランナ、4・・・高圧股上カバ、5・・・高圧殺下刃?
(,8・・高圧段内側背圧室、9・・・高圧段外側背圧
量、10・・高圧段側圧室、11・・・低圧段上カバ、
12・・低圧段下カバ、 13・・低圧段背圧基、14
  低圧段側圧室、16・・返し通路、1B・・・鵬圧
段外側バランス管、1’#・・高圧段バランスパルプ、
20・・高圧段バランス管、21・・・圧力調整弁、2
2・連通管0第1図 第2図 A D

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にランナを備え
    るとともに各段部が返し、通路によシ連絡する多段水力
    機械において、最高圧膜外側背圧室及び最高圧膜側圧室
    を連通するバランス管を設けるとと−に、最高圧膜内情
    背圧室及び最高圧段ランナの出口近傍をバランスバルブ
    を介して連通するバランス管を設ける一方、上記最高圧
    段部以外の低圧段部I/cおいては、各段の側圧室及び
    その側圧室近傍の返し通路を圧力調整弁を介して連通す
    る連通管を夫り設けたことを特徴とする多段水力機械。
JP56143778A 1981-09-14 1981-09-14 多段水力機械 Granted JPS5847171A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56143778A JPS5847171A (ja) 1981-09-14 1981-09-14 多段水力機械
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