JPS5849708B2 - フランシス形ポンプ水車 - Google Patents
フランシス形ポンプ水車Info
- Publication number
- JPS5849708B2 JPS5849708B2 JP53119334A JP11933478A JPS5849708B2 JP S5849708 B2 JPS5849708 B2 JP S5849708B2 JP 53119334 A JP53119334 A JP 53119334A JP 11933478 A JP11933478 A JP 11933478A JP S5849708 B2 JPS5849708 B2 JP S5849708B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- runner
- water
- seal
- pump
- head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はフランシス形ポンプ水車の改良に係り、ポンプ
運転時の揚水能力向上及びキャビテーション潰蝕の発生
防止に関するものである。
運転時の揚水能力向上及びキャビテーション潰蝕の発生
防止に関するものである。
最近、揚水発電所は急速に高落差化しているが、それに
伴って、フランシス形ポンプ水車のランナシールも改良
が加えられ、多段式のものも多く用いられるようになっ
た。
伴って、フランシス形ポンプ水車のランナシールも改良
が加えられ、多段式のものも多く用いられるようになっ
た。
第１図は多段式ランナシールを有するフランシス形ポン
プ水車のランナ部分の立面図で、ランナ１は回転自在に
支持された主軸２に取り付けられ、主軸２は発電電動機
（図示せず）に連結されている。
プ水車のランナ部分の立面図で、ランナ１は回転自在に
支持された主軸２に取り付けられ、主軸２は発電電動機
（図示せず）に連結されている。
ランナ１には複数枚の羽根３とそれらの羽根を連らねる
ランチ側板４が取り付けられている。
ランチ側板４が取り付けられている。
また、５は吸込管、６は下カバ、７はシールライナであ
って、ランナ側板４と下カバ６とによって側圧室８が構
威されている。
って、ランナ側板４と下カバ６とによって側圧室８が構
威されている。
ポンプ運転時に於で、水は矢印イ，口の如く流れ、ラン
ナのポンプ出口Ｂ部の圧力ＰＢはポンプ入口Ａ部の圧力
ＰＡより犬である。
ナのポンプ出口Ｂ部の圧力ＰＢはポンプ入口Ａ部の圧力
ＰＡより犬である。
したがってＢ部の水は側圧室８を通ってＡ部へ漏出する
が、この漏水を制限するため、側圧室の両端には上部シ
ール９及び下部シール１０が設けられている。
が、この漏水を制限するため、側圧室の両端には上部シ
ール９及び下部シール１０が設けられている。
第１図の従来図では下部シール１０は４段のシールで構
或された多段シールとなっており、各段のシールの間に
はシールからの漏水のエネルギを減衰させる減衰室１１
が設けられている。
或された多段シールとなっており、各段のシールの間に
はシールからの漏水のエネルギを減衰させる減衰室１１
が設けられている。
さて、以上のように構成された多段シール１０を用いて
も側圧室を通る漏水を完全に防止することは出来ず、Ａ
部へは漏出流れ０が生じる。
も側圧室を通る漏水を完全に防止することは出来ず、Ａ
部へは漏出流れ０が生じる。
この漏出流れのが生じると次の２つの理由により、揚水
量一揚程特性の低下が発生する。
量一揚程特性の低下が発生する。
即ち、第１の理由は一度ランナ１でエネルギを与えられ
た水が利用されないままランナ吸込側に戻ることによる
ものであり、第２の理由は、漏出流れ○が側圧室８及び
下部多段シールを通過する際ランナ１の回転方向の速度
成分を与えられるため、ランナ１の回転速度とほぼ同一
の円周方向速度成分を持っており、ランナのなす仕事量
が減少するために発生する。
た水が利用されないままランナ吸込側に戻ることによる
ものであり、第２の理由は、漏出流れ○が側圧室８及び
下部多段シールを通過する際ランナ１の回転方向の速度
成分を与えられるため、ランナ１の回転速度とほぼ同一
の円周方向速度成分を持っており、ランナのなす仕事量
が減少するために発生する。
このため、ランナの揚程が低下する、上記渦に発生した
キャビテーションによって羽根３が浸蝕被害を受ける、
などの障害が生じていた。
キャビテーションによって羽根３が浸蝕被害を受ける、
などの障害が生じていた。
これら欠点を側圧室８と吸込管５とを結ぶ従来周知のバ
ランスパイプで改善できるように思われるが、しかしバ
ランスパイプでは上部シール９の隙間と直径が大きいた
め、大量の抜水をしてもなおかつ側圧室８の圧力をＡ部
圧力まで低下させることは困難である。
ランスパイプで改善できるように思われるが、しかしバ
ランスパイプでは上部シール９の隙間と直径が大きいた
め、大量の抜水をしてもなおかつ側圧室８の圧力をＡ部
圧力まで低下させることは困難である。
したがって抜水による性能低下が大きいという問題が生
ずる。
ずる。
本発明は上記欠点を改善しようとしてなされたもので、
高揚程運転領域におけるランナの揚程の向上を図り、し
かも漏出水の減少によるキャビテーション発生を防止す
ることを目的とするものである。
高揚程運転領域におけるランナの揚程の向上を図り、し
かも漏出水の減少によるキャビテーション発生を防止す
ることを目的とするものである。
即ち、本発明の特徴は、フランシス形ポンプ水車のラン
ナ側板と下カバとで構成される側圧室の吸込管側を封水
する多段シールにおいて、このシール部にシール部を通
過する水を吸込管に排出する抜水管を設け、この抜水管
には抜水管内を流れる水を開閉する弁を設けると共にこ
の弁を高揚程のポンプ運転時のみ開放する装置を設けた
フランシス形ポンプ水車にある。
ナ側板と下カバとで構成される側圧室の吸込管側を封水
する多段シールにおいて、このシール部にシール部を通
過する水を吸込管に排出する抜水管を設け、この抜水管
には抜水管内を流れる水を開閉する弁を設けると共にこ
の弁を高揚程のポンプ運転時のみ開放する装置を設けた
フランシス形ポンプ水車にある。
以下本発明の一実施例を第２図及び第３図の図面によっ
て説明する。
て説明する。
第２図中第１図と同一符号は同一部材を示す。
下部シールの最終段減衰室１２に開口した連通孔１３及
び該連通孔と一端が連通し、他端が吸込管５に開口した
抜水管１４を設けた。
び該連通孔と一端が連通し、他端が吸込管５に開口した
抜水管１４を設けた。
そして、該抜水管１４に設けた調整弁１５を運転モード
信号１７及び水位信号１８を用いてポンプ高揚程運転時
のみ開くように制御器１６で指◆を与えるように構或し
た。
信号１７及び水位信号１８を用いてポンプ高揚程運転時
のみ開くように制御器１６で指◆を与えるように構或し
た。
第３図は調整弁１５を全開したときと全閉したときのポ
ンプ運転時の揚水量一揚程曲線の相違を示した図である
。
ンプ運転時の揚水量一揚程曲線の相違を示した図である
。
■は調整弁１５全閑のとき、■は全開のとき、■は揚水
発電所の最高揚程であって、調整弁１５全閑のときに比
較して全開のときには高揚程領域での揚水量特性の改善
が得られる。
発電所の最高揚程であって、調整弁１５全閑のときに比
較して全開のときには高揚程領域での揚水量特性の改善
が得られる。
したがって、本実施例のごとく、調整弁１５によって高
揚程運転時にのみ調整弁１５を開けば、全揚水運転領域
にわたって良好な特性を維持することが可能である。
揚程運転時にのみ調整弁１５を開けば、全揚水運転領域
にわたって良好な特性を維持することが可能である。
本発明を明確にするため更に第４図乃至第６図を用いて
説明する。
説明する。
第４図において、ｄは吸出管、ｉはランナのポンプ方向
入口、０はランナのポンプ方向出口、ｅは側圧室ランナ
外径側、ｆは側圧室ランナ内径側、Ｓはシール出口とす
る。
入口、０はランナのポンプ方向出口、ｅは側圧室ランナ
外径側、ｆは側圧室ランナ内径側、Ｓはシール出口とす
る。
そして各部の圧力を表示すると第５図のようになる。
図中縦軸は圧力Ｐを示し、横軸は第４図ポンプ水車の各
位置を示す。
位置を示す。
また、
ａ−＋ｉは吸込管の損失による圧力低下
ｉ −｝ ０はランナでの圧力上昇
０ −＋ ６は外側シールＹの圧力損失
ｅ−＋ｆは側圧室内の旋回流による圧力低下ｆ−＋ｓは
内側シールＸのＳより上流段の圧力損失ｓ−｝ｉは内側
シールＸのＳより下流段の圧力損失ここで、まず前記第
１の理由による揚水量一揚程特性について考える。
内側シールＸのＳより上流段の圧力損失ｓ−｝ｉは内側
シールＸのＳより下流段の圧力損失ここで、まず前記第
１の理由による揚水量一揚程特性について考える。
漏洩流量をＱｌ、ランナの回転速度をＮとすると、
（１）式から明らかなように、ＱｌはＰ。
−Ｐｉ 即ちランナでの圧力上昇が犬になると増加す
る。
る。
第６図の揚水量一揚程特性で点線をＱｌ＝Ｏのときの仮
想揚水量一揚程特性とするとＱｌによる漏洩損失を差し
引いた特性は一点鎖線になる。
想揚水量一揚程特性とするとＱｌによる漏洩損失を差し
引いた特性は一点鎖線になる。
ここでＱｚ１＞Ｑ（；２である。
次に前記の第２の理由による低下について考える。
ランナの揚程Ｈはよく知られているように、で与えられ
る。
る。
ここで、ｇは重力の加速度、Ｕはランナ周速、ｖｕはラ
ンナのすぐ近くの流速のランナ周方向の威分てある。
ンナのすぐ近くの流速のランナ周方向の威分てある。
そして添字１はランナのポンプ入口、２はランナのポン
プ出口を示す。
プ出口を示す。
通常のポンプ水車ではＶ ｕ １は零と考えられている
が、実際にはシールからの漏洩流によってランナ外周に
流入する流れがランナ回転方向に回転させられてｖｕ１
を持つ。
が、実際にはシールからの漏洩流によってランナ外周に
流入する流れがランナ回転方向に回転させられてｖｕ１
を持つ。
最高効率点付近の運転状態ではランナ内の流れがきれい
なので、このＶ ｕ １によるＨの低下は無視できる程
わずかであるが、高揚程付近の運転状態になって、ラン
ナの外周側の負荷が高くなってくると、このランナ外周
側のわずかのＶ ｕ １によってＨが大きく低下する。
なので、このＶ ｕ １によるＨの低下は無視できる程
わずかであるが、高揚程付近の運転状態になって、ラン
ナの外周側の負荷が高くなってくると、このランナ外周
側のわずかのＶ ｕ １によってＨが大きく低下する。
この第２の理由による揚程低下を差引いた実際の揚水量
一揚程特性は第６図の実線となる。
一揚程特性は第６図の実線となる。
ここで、Ｈ， ＞Ｈ２である。
いま、側圧室又は内側のシールの途中から抜水してシー
ル部か＾ランナのポンプ入口外周部への漏洩流を零にし
たとすると、第２の理由による揚程低下はなくなる。
ル部か＾ランナのポンプ入口外周部への漏洩流を零にし
たとすると、第２の理由による揚程低下はなくなる。
すなわち第３図のＨ１，Ｈ２の低下がなくなる。
さらにもし抜水量がＱ７ｔ ， Ｑ７２と同じ量ならば
、揚水量一揚程特性は一点鎖線になる。
、揚水量一揚程特性は一点鎖線になる。
ところが、シール部からランナのポンプ入口外周部への
漏洩流を零にするための抜水量は側圧室から抜水した場
合と内側シールの途中から抜水した場合とでは異なり、
勿論Ｑｚｔ ， Ｑ７２の状態とも異なる。
漏洩流を零にするための抜水量は側圧室から抜水した場
合と内側シールの途中から抜水した場合とでは異なり、
勿論Ｑｚｔ ， Ｑ７２の状態とも異なる。
まず、側圧室から抜水した場合を考える。
たとえば第４図のｆ点から抜水したとする。
このとき、ランナのポンプ入口外周部への漏洩流量は零
としたいのであるから、ｆ−＋ｓ，ｓ−｝ｉの圧力損失
は零でなければならない。
としたいのであるから、ｆ−＋ｓ，ｓ−｝ｉの圧力損失
は零でなければならない。
すなわち、ｆ点の圧力がｉ点の圧力と等しい必要がある
。
。
すなわち、抜水量をＱｌｂとすると、
一方、シールから抜水する場合を考える。
たとえば、第４図のＳ点から抜水したとすると、（５）
，（６）式の導出と同じ手順によって抜水量ＱＣｓはこ
こで、 Ｑｌ，Ｑｌｂ，Ｑｌ５の大小関係を考える。
，（６）式の導出と同じ手順によって抜水量ＱＣｓはこ
こで、 Ｑｌ，Ｑｌｂ，Ｑｌ５の大小関係を考える。
である。
ここで、Ｑｌとは第６図でいえば揚程によってＱ７ｔ
， Ｑ）ｇのごとき抜水量変化を示す量である。
， Ｑ）ｇのごとき抜水量変化を示す量である。
Ｑｌの抜水量変化のときの特性が第６図の一点鎖線にな
ることを先に述べた。
ることを先に述べた。
Ｑｌｓすなわちシールから抜水したときの特性はＱｌｓ
〉Ｑｌであることから一点鎖線の特性よりも悪くなるが
、高揚程側ではまだ実線の特性よりも良い特性を示すか
ら、第３図のような改善効果が得られる。
〉Ｑｌであることから一点鎖線の特性よりも悪くなるが
、高揚程側ではまだ実線の特性よりも良い特性を示すか
ら、第３図のような改善効果が得られる。
ここで、第６図の実線と第３図の実線はいずれも改善前
の特性である。
の特性である。
一方、Ｑｌｂすなわち側圧室から抜水するとＱｌｂ＞Ｑ
ｌとなるから、抜水量の増加による特性低下がＨの改善
量よりも大きくなるためたとえば第６図の２点鎖線のよ
うになり、改善効果が得られない。
ｌとなるから、抜水量の増加による特性低下がＨの改善
量よりも大きくなるためたとえば第６図の２点鎖線のよ
うになり、改善効果が得られない。
本発明によれば高揚程運転領域における揚水量揚程特性
の改善が得られ、しかも漏出水の減少によるキャビテー
ション発生の防止及び潰蝕の防止効果を挙げることがで
きる。
の改善が得られ、しかも漏出水の減少によるキャビテー
ション発生の防止及び潰蝕の防止効果を挙げることがで
きる。
第１図はフランシス形ポンプ水車の一般的構造及び従来
の多段シール構造を説明するための立面図、第２図は本
発明の一実施例を示す多段シール及び抜水管部の立面図
、第３図は本発明による特性の改善傾向を説明するため
の揚水量一揚程曲線、第４図は本発明フランシス形ポン
プ水車の説明図、第５図は第４図各位置の圧力線図、第
６図は揚水量一揚程特性図である。 １・・・・・・ランナ、３・・・・・・羽稈、４・・・
・・・ランナ側板、５・・・・・・吸込管、６・・・・
・・下カバ、７・・・・・・シールライナ、８・・・・
・・側圧室、９・・・・・・上部シール、１０・・・・
・・下部シール、１１・・・・・・減衰室、１２・・・
・・・最終段減衰室、１３・・・・・・連通孔、１４・
・・・・・抜水管、１５・・・・・・調整弁、１６・・
・・・・制御器。
の多段シール構造を説明するための立面図、第２図は本
発明の一実施例を示す多段シール及び抜水管部の立面図
、第３図は本発明による特性の改善傾向を説明するため
の揚水量一揚程曲線、第４図は本発明フランシス形ポン
プ水車の説明図、第５図は第４図各位置の圧力線図、第
６図は揚水量一揚程特性図である。 １・・・・・・ランナ、３・・・・・・羽稈、４・・・
・・・ランナ側板、５・・・・・・吸込管、６・・・・
・・下カバ、７・・・・・・シールライナ、８・・・・
・・側圧室、９・・・・・・上部シール、１０・・・・
・・下部シール、１１・・・・・・減衰室、１２・・・
・・・最終段減衰室、１３・・・・・・連通孔、１４・
・・・・・抜水管、１５・・・・・・調整弁、１６・・
・・・・制御器。
Claims (1)
- １ フランシス形ポンプ水車のランナ側板と下カバとで
構成される側圧室の吸込管側を封水する多段シールにお
いて、このシール部にシール部を通過する水を吸込管に
排出する抜水管を設け、この抜水管には抜水管内を流れ
る水を開閉する弁を設けると共にこの弁を高揚程のポン
プ運転時のみ開放する装置を設けたことを特徴とするフ
ランシス形ポンプ水車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53119334A JPS5849708B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | フランシス形ポンプ水車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53119334A JPS5849708B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | フランシス形ポンプ水車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5546054A JPS5546054A (en) | 1980-03-31 |
| JPS5849708B2 true JPS5849708B2 (ja) | 1983-11-05 |
Family
ID=14758900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53119334A Expired JPS5849708B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | フランシス形ポンプ水車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5849708B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6690900B2 (ja) * | 2015-07-03 | 2020-04-28 | 株式会社酉島製作所 | 流体機械 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5014947A (ja) * | 1973-06-13 | 1975-02-17 | ||
| JPS5840660B2 (ja) * | 1976-06-21 | 1983-09-07 | 株式会社日立製作所 | 水力機械のシ−ル構造 |
-
1978
- 1978-09-29 JP JP53119334A patent/JPS5849708B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5546054A (en) | 1980-03-31 |
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