JPS627392B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多段水力機械に係り、特に、空転運転
時に各段のランナの外周領域に滞留した水を排水
して長時間にわたる調相運転および待機運転を可
能にした多段水力機械に関する。

一般に同期発電機に直結された水車およびポン
プ水車は、電気系統の力率の低下を改善する目的
で可動ガイドベーンおよび入口弁を全閉してラン
ナ周りの水面を押下げ調相運転を行なつたり、待
機運転を行なうことが要求される。ポンプ水車等
を空転運転する場合、入口弁は全閉してあるか
ら、全閉した可動ガイドベーンからランナ室内へ
の漏水があると、うず巻ケーシング内の水圧が下
がり、ランナ室内の空気がケーシング内に入り込
むおそれがある。そこで、これを防止するため、
通常入口弁の上流の鉄管とケーシングとを結ぶ漏
水補給管路上に設けられた漏水補給弁を開いてケ
ーシング内に水を補給し、ケーシング内の圧力が
ランナ室内の圧力よりもわずかに大きくなるよう
にしている。このように、ランナ室内の圧力より
ケーシング内の圧力を高く維持するため、全閉し
た可動ガイドベーンからランナ室側への漏水がさ
けられず、また、ランナ外周と固定部との間のシ
ール部に加熱防止のための冷却水が給水されるた
め、ランナの外周に水が溜つて水の壁ができる。
このような状態で空転運転すると、ランナ羽根が
周囲の水をかき回すことになり、空転運転に必要
な軸入力が増大しかつその水に大きなエネルギが
与えられる。このエネルギの一部はランナ周囲の
水を昇温させることになるし、この温度上昇は空
転運転が短時間であれば特に問題はないが調相運
転や待機運転においては、空転運転が長時間にわ
たるため、温度上昇が増大しランナが熱膨張して
大きくなり回転しながら固定部に接触してランナ
のかじりや破損に至るおそれがある。この不具合
をさけるため、単段ポンプ水車の場合には下カバ
ーの側に漏水排水管を設けてランナの外周の水を
排水し、水に与えられたエネルギを外部へ放出し
温度上昇を防止すると共に軸入力の低減を図つて
いる。

このように単段ポンプ水車の場合には、下カバ
ーの下部が直ちにコンクリート埋設部であつて分
解組立の必要がないため、漏水排水管を容易に配
管することができる。しかしながら、多段水力機
械となると、隣り合つた高圧段ランナ室と低圧段
ランナ室とを連絡する返し流路と返し羽根等の構
造物が追加されて構造が複雑となると共に、ラン
ナ点検保守上の必要性から分解組立を行なわなけ
ればならないため、単段ポンプ水車と同様にして
排水することはできず、空転運転時のランナの外
周に形成される水の壁をいかにして外部に排水す
るかが大きな問題となつていた。

そこで、本発明の目的は上記問題点を解消し、
調相あるいは待機運転時の各段のランナの外周付
近に滞留する水を外部に排水して長時間にわたる
空転運転を可能にした多段水力機械を提供するこ
とにある。

しかして、上記目的を達成するために、本発明
は、前段のランナ室と次段のランナ室とが返し流
路によつて連絡されるようにした複数段のランナ
室内に水車主軸によつて支持された複数段のラン
ナを設け、各段のランナ下方を下カバーで被つて
ランナ側圧室とした多段水力機械において、最低
圧段部を除く各段のランナ側圧室と次段に至る返
り流路とを漏水排水管で連絡し、この漏水排水管
の管路上にランナ空転時にのみ開となり通常運転
時閉となるような漏水排水弁を組込むと共に、最
低圧段のランナ側圧室と排水場所とを漏水排水管
で連絡し、この漏水排水管の管路上に漏水排水弁
を組込んだことを特徴とする。

以下最高圧段にのみ可動ガイドベーンを有する
二段ポンプ水車を例にとつて本発明の実施例を説
明する。

第１図において、符号１は２段ポンプ水車の主
軸を示しており、この主軸１には高圧段ランナ２
と低圧段ランナ３とがスペーサ４を介して軸方向
に所定の距離をおいて固着されている。上記高圧
段ランナ２は高圧段ランナ室５内に収容される一
方、上記低圧段ランナ３は低圧段ランナ室６内に
収容されている。上記高圧段ランナ２は上カバー
７で被われる一方、高圧段ランナ２の下方には下
カバー８が配置され、この上カバー７と下カバー
８の間であつて高圧段ランナ２の半径方向外方に
は水口開度を調整可能な可動ガイドベーン１０が
配置されている。この可動ガイドベーン１０は、
その上部ステム１０ａの上端にガイドベーン操作
リンク機構１１が連結されており、公知のよう
に、ガイドリング１２によつてガイドベーン１０
の開閉が行われる。

さらに、上記可動ガイドベーン１０の半径方向
外側にはステーベーン１３を一体的に備えたうず
巻ケーシング１４が配置されている。

一方、低圧段ランナ３の下方には、ステーベー
ン１５を備えたスピードリング１６が配置され、
このスピードリング１６の下方には、低圧段ラン
ナ３の下方を外側から被う下カバー１７が一体的
に設けられ、下カバー１７の下端には吸出し管１
８が一体的に連接されている。

また、高圧段ランナ２と低圧段ランナ３との間
には、複数枚の返し羽根１９ａによつて返し流路
を構成した返り流路環１９が配置され、この返り
流路環１９は上記高圧段の下カバー８とスピード
リング１６との間に挾持されている。上記返り流
路環１９およびスピードリング１６は、同軸的に
積み重ねられ、外筒２０の内孔２１内に嵌入され
ており、返し羽根１９ａとステーベーン１５との
間の流路は外筒２０内の羽根の間に形成された流
路２２によつて連絡されている。

しかして、本発明によれば、高圧段ランナ２の
下カバー８と返り流路環１９の上壁とが漏水排水
管２３によつて接続され、この管路上には漏水排
水弁２４が組込まれている。この漏水排水弁２４
は、ランナの空転運転時にのみ開となり通常運転
時には閉となるような排水弁である。第２図はこ
の漏水排水弁２４の一実施例を示したものであ
り、漏水排水管２３の管路上に弁箱２５が連結さ
れ、この弁箱２５内には弁口２６が形成され、通
常運転度には下カバー８側のランナ外周近傍開口
部の高圧と返り流路環１９側開口部の低圧によつ
て、弁棒２８に高圧段ランナ２の入口と出口の差
圧程度の大きな圧力差が作用して、スプリング２
９の弁開方向のばね力に抗して弁棒２８を押し下
げ、弁ニードル２８ｂと弁シート２７とが密着す
ることによつて弁口２６を閉鎖している。一方、
ランナの空転運転時には、ランナ室と返し流路共
同一圧力の空気で満たされ、またランナ外周に形
成される水壁も通常運転時と比較するとかなり小
さな圧力となるため、弁棒２８には小さな差圧し
か作用せず、弁棒２８はスプリングのばね力に抗
しきれず押し上げられ、弁口２６を開くようにな
つており、運転条件に応じて自動開閉する。

一方、低圧段ランナ３の下カバー１７のランナ
の外周に近い位置には、漏水排水管３０が接続さ
れ、この管路上に漏水排水弁３１が組込まれてい
る。

上記のように構成された本発明の一実施例によ
る二段ポンプ水車を調相運転あるいは待機運転す
るには入口弁および可動ガイドベーン１０を全閉
した状態でランナ室内に圧縮空気を圧送し、ラン
ナ室内の水面Ｌを低圧段ランナ３の下方まで押し
下げる。

このような空転運転に先立つて漏水排水弁２４
および３１をあらかじめ全開にしておく。なお、
漏水排水弁２４として第２図に示したように弁を
採用した場合には、空転運転時に漏水排水弁に作
用する差圧が小さくなり、スプリング２９のばね
力によつて弁棒２８を上方へ移動し弁口２６を開
くようになつているからそのままにしておけば、
自動的に漏水排水弁２４は開となる。

可動ガイドベーン１０からの漏水および高圧段
ランナ２のランナシール部に供給された冷却水が
高圧段ランナ２の外周領域に滞溜すると、この溜
つた水は、漏水排水管２３を通して返し流路環１
９の返し羽根１９ａの間の流路内に排出され、排
出された水は、流路２２を経てステーベーン１５
の間より低圧段ランナ室６内に流入する。この流
入した水および低圧段ランナ３のランナシール部
の冷却のために供給された水は、低圧段ランナ３
の外周に滞溜するが、漏水排水管３０を通して外
部へ排出される。

このように長時間にわたる空転運転時に各段の
ランナの外周領域に滞溜した水は漏水排水管を通
して外部へ排出されるから、漏水に与えられた熱
エネルギを外部に放出することによつてランナの
温度上昇を防止しランナのかじり破損に至る事故
を防止できると共に軸入力を低減して安全な空転
運転を行なうことができる。

第３図は第１図と同一部分に同一符号を付して
示した２段ポンプ水車に本発明を適用した場合の
他の実施例を示しており、この実施例は、ステー
ベーン１５に近い外筒２０より漏水排水管３２を
導出し、この管路上に漏水排水弁３３を設けた例
であり、その他の部分の構成は第１図に示したも
のと全く同様である。

このような実施例によれば、返し羽根１９ａの
間を通過して流れてき漏水が低圧段ランナ３によ
つてはじき飛ばされ外筒２０の流路２２の下方か
らステーベーン１５にかけて図示のように滞溜し
た場合にその水３５を漏水排水管３２を通して外
部へ排水することができより一層排水効果をあげ
ることができる。

第４図に示した実施例は、低圧段ランナ３の半
径方向外方に水口開度を調節可能な可動ガイドベ
ーン３６を設けた２段ポンプ水車に本発明を適用
した例であり、この実施例において、水面押し下
げ運転を行なう場合、高圧段可動ガイドベーン１
０および低圧段可動ガイドベーン３６の両方を全
閉し、押し下げ水面位L₁およびL₂を維持するよ
うに運転制御する。そのためには、水面位L₁の
ところにレベルスイツチを設置しこのスイツチか
らの信号により漏水排水管３２上の漏水排水弁３
３を開閉制御すればよい。このように構成された
実施例によれば、返し羽根１９ａを通して徐々に
溜つてくる高圧段可動ガイドベーン１０からの漏
水による押下げ水面位L₁の上昇を防止し、一定
のレベルに保つことができるので返し流路水面押
下げのための圧縮空気を補充することが不用とな
る。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、前段のランナ室と次段のランナ室とが返し流
路によつて連絡された多段水力機械において、最
低圧段部を除く各段の下カバーと返し流路とを漏
水排水管で連絡し、この管路上に組込まれた漏水
排水弁をランナ空転時にのみ開くようにすると共
に最低圧段のランナ側圧室と排水場所とを漏水排
水管で連絡したから、各段のランナの外周領域に
滞溜した水を漏水排水管を経て排水することがで
き、漏水に与えられた熱エネルギを外部に放出す
ることによつてランナの温度上昇を防止し、ラン
ナのかじり破損に至る事故を未然に防止できると
共に軸入力を低減して安全な空転運転を長期にわ
たつて行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による２段ポンプ水
車を示した半縦断面図、第２図は漏水排水弁を示
した縦断面図、第３図および第４図は本発明の他
の実施例による２段ポンプ水車を示した半縦断面
図である。 １……主軸、２……高圧段ランナ、３……低圧
段ランナ、８，１７……下カバー、１９……返り
流路環、２３，３０……漏水排水管、２４，３１
……漏水排水弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前段のランナ室と次段のランナ室とが返し流
   路によつて連絡されるようににした複数段のラン
   ナ室内に水車主軸によつて支持された複数段のラ
   ンナを設け、各段のランナの下方を下カバーで被
   つてランナ側圧室とした多段水力機械において、
   最低圧段部を除く各段のランナ側圧室と次段に至
   る返り流路とを漏水排水管で連絡し、この漏水排
   水管の管路上にランナ空転時にのみ開となり通常
   運転時閉となるような漏水排水弁を組込むと共
   に、最低圧段のランナ側圧室と排水場所とを漏水
   排水管で連絡し、この漏水排水管の管路上に漏水
   排水弁を組込んだことを特徴とする多段水力機
   械。 ２ 前記最低圧段を除く各段に設けられる漏水排
   水弁は弁箱と弁棒と弁棒を動かすスプリングとか
   らなり、空転時に弁棒に作用する差圧が小さくな
   るとスプリングのばね力により弁棒を動かして弁
   口を開き、通常運転時、弁棒に作用する差圧が大
   きくなるとスプリングのばね力に抗して弁棒を動
   かし弁口を閉じるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の多段水力機械。