JPH0143154B2 - - Google Patents

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JPH0143154B2
JPH0143154B2 JP59197449A JP19744984A JPH0143154B2 JP H0143154 B2 JPH0143154 B2 JP H0143154B2 JP 59197449 A JP59197449 A JP 59197449A JP 19744984 A JP19744984 A JP 19744984A JP H0143154 B2 JPH0143154 B2 JP H0143154B2
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JP
Japan
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water
balance
pump
water turbine
diameter
Prior art date
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JP59197449A
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English (en)
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JPS6176766A (ja
Inventor
Yoshimi Takagami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Torishima Pump Manufacturing Co Ltd filed Critical Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority to JP59197449A priority Critical patent/JPS6176766A/ja
Publication of JPS6176766A publication Critical patent/JPS6176766A/ja
Publication of JPH0143154B2 publication Critical patent/JPH0143154B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F03B3/10Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F03B3/106Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines the turbine wheel and the pumps wheel being mounted in adjacent positions on the same shaft in a single casing
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、水車とポンプとを有し、水車により
ポンプを駆動して揚水を行なう水力機械に関する
ものである。
(従来技術) 従来、電源のない山間部において、貯水ダムや
溜池より高所にある農業施設に農業用水を供給す
るには、エンジンによりポンプを駆動せざるを得
なかつた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、前記の方法では、エンジンを必
要とし、かつ、特別なエネルギーを必要とし、か
つ、特別なエネルギーを必要とするという問題点
を有する。
ところで、貯水ダムでは、ダムの下流側の水利
権の都合上、放流ゲートを開いて責任量を常時放
水していることが多い。
この放水には、元来、位置のエネルギーを内蔵
しているが、放流ゲートからの放流ではゲートに
おける絞りによつてこのエネルギーを徒らに空費
していた。
したがつて、本発明は前記のように、常時放流
される水あるいは溜池からの流下水の位置のエネ
ルギーを利用してエンジン等を必要とすることな
く、しかも、グランドパツキングやメカニカルシ
ール等を必要とすることなく揚水することのでき
る水力機械を提供することを技術的課題とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明においては、前記水力機械を、共通シヤ
フトに駆動水車のランナと被駆動ポンプのインペ
ラとを背合わせに所定間隔を保持して取付けると
ともに、水車ケーシングとポンプケーシングとの
背面に、前記共通シヤフトに取付けたバランスジ
スク装置をそれぞれ背合わせに配置し、上記両ケ
ーシング間に取付けた接続ケーシングで、各バラ
ンジスクを内蔵する釣合い室を形成し、この釣合
い室を連通管および開閉弁を介して水車流入口よ
り低圧箇所に連通する構成として、流水の位置の
エネルギーを水車に与えてポンプにより揚水を可
能とし、しかも、ランナの目玉側摺動径、インペ
ラの目玉側摺動径、水車用バランスジスクおよび
ポンプ用バランスジスクの径を所定関係とするこ
とにより、軸スラストのバランスを図つている。
また、グランドパツキングやメカニカルシール等
を必要とすることなく、スムーズに運転させるこ
とを可能としたものである。
(実施例) つぎに、本発明を一実施例である図面にしたが
つて説明する。
第1図において、Aは本発明にかかる水力機械
を示し、大略、駆動水車B、被駆動ポンプCおよ
びバランスジスク12,13を備えた釣合い室1
8とからなる。
そして、前記水車Bのランナ5とポンプCのイ
ンペラ22とは、1本の共通シヤフト6に背合わ
せに所定間隔を保持して取付けられている。
また、水車ケーシング4とポンプケーシング2
3との間には、各ケーシング4,23の背面に設
けた各バランスシート14,15と対向するよう
に、下記するバランスジスク12,13が共通シ
ヤフト6に取付けられるともに、両ケーシング
4,23は接続ケーシング19で被覆されて釣合
い室18が形成されている。この釣合い室18は
連通管20および開閉弁29を介して大気(水車
流入口3よりも低圧の個所であればよい)30に
連通する。
なお、前記共通シヤフト6は、水車ケーシング
4とポンプケーシング23とに設けられた軸受ブ
ツシユ10,11により支持されている。
ところで、前記バランスジスク12,13部分
は、第2図に示すようになつている。
すなわち、 D1=水車ランナの目玉側摺動径 D2=ランナインペラの目玉側摺動径 D1a=水車側のバランスジスクの径 D2a=ポンプ側のバランスジスクの径とする
と、 D1a>D1 D2a>D2 D1a>D2aなる関係を有している。
また、バランスシート14と15の摺動面の面
間寸法Zは、バランスジスクの摺動平面12aと
13aとの間の面間寸法Yよりも、僅か大きな寸
法に仕上げられ、微少な軸方向スキマβ1,β2をも
つて運転されるようになつている。
軸受ブツシユ10,11と、共通シヤフト6と
の間には微少な半径方向スキマα1,α2がある。な
お、16はスキマα1とβ1との間の圧力空間、17
はスキマα2とβ2との間の圧力空間である。
前記構成からなる水力機械Aは、第1図に示す
ように、ダム1の水中2に潜水状態で、適宜方法
で設置され、ポンプCにより高所にある水槽27
に揚水するものである。
すなわち、第1図の状態においては、水力機械
Aは、貯水位2の水面下に潜水状態で設置されて
おり、ケーシング4,23とインペラ22、ラン
ナ5などは常に満水状態にあり、いつでも起動で
きる状態にある。
したがつて、操作弁9を開くと貯水位2と放水
面28との間の落差H1のもとに流れる水は水車
Bを駆動し、それに伴つてポンプCは高所の水槽
27と、貯水位2との間の実揚程H2に打勝つて
揚水する。
ダムの貯水位2は豊水期や渇水期によつて著し
く変動するものであり、シーズンによつては、
H2>H1またはH2=H1、H2<H1など種々に変化
するものである。
このために、運転中の回転体に作用する軸スラ
ストの方向も変動し、あるときは上向きになつた
り、あるときは下向きになつたりする。
また起動の瞬間と、回転速度が上昇しつゝある
過渡期においても、下向きに作用する回転体の重
量を支える必要があり、ボールベアリングの如き
軸受をもつていないものではバランスジスクによ
つてこの回転体の支持をするのであるが、このと
き固体接触と異常摩耗などのないものであること
が切望されている。
ところで、前記水力機械Aが停止しているとき
には、ランナ5、インペラ22、バランスジスク
12,13、シヤフト6などの回転体は静止し、
自重によつて下に押しつけられた状態にあり、摺
動平面12aと、バランスシート14は接触し、
軸方向スキマβ1=0となつている。
このとき、反対側の軸方向スキマβ2は最大の開
き寸法の状態になつている。
しかしながら、開閉弁29を開くと、釣合室1
8は大気圧に連通することになり、圧力空間17
と釣合室18の間の圧力差によつて下向きの力が
バランスジスク13に作用する一方、圧力空間1
6と釣合室18との間でも同様な圧力差によつ
て、逆に上向きの力がバランスジスク12に作用
する。
この場合、バランスジスク12と13の径は、
前述のようにD1a>D2aの関係にあるため、上向
きの力が下向きの力よりも大きくなり、回転体の
自重によるバランスシート14と摺動平面12a
との押しつけ力が軽減されて回転体は浮上り、β1
>0となり、微少な軸方向スキムβ1が生れる。
しかし、軸受ブツシユ10,11とシヤフト6
の間の半径方向スキマα1,α2は微少なので、水車
ケーシング4およびポンプケーシング23から連
通管20を通つて低圧部(大気)30に向う洩れ
水量がこのスキマで制限されるため、もし、回転
体が浮上りすぎて、水車側の軸方向スキマβ1が大
きくなつてゆくと、圧力空間16から釣合室18
に向う洩れ水量は増加傾向をとるので圧力空間1
6の圧力は低下する。
一方、回転体の浮上りによつてβ1が大きくなる
と、β2が小さくなるので、圧力空間17の圧力が
上昇し、バランスジスク13に作用する下向きの
力が増大してくる。
この結果、β1>0、かつβ2>0を満足するどこ
かの位置で自動的に平衡し、バランスジスク1
2,13と、バランスシート14,15は、上下
いずれの摺動面においても固体接触をすることな
く回転し始めることができる。
この間、開閉弁29を通して若干の水量が釣合
室18から低圧個所30に流れ続けることにな
る。
したがつて、操作弁9を開くと、水車流入口3
からランナ5を通つて放水面28に向つて水が流
れはじめ、回転体が回り出すが、前述の如くバラ
ンスジスク12,13の作用で、回転体はβ1
0、且つβ2>0を保ち、宙に浮いた状態なので、
バランスシート14,15と摺動平面12a,1
3aが固体接触をすることがないので摩耗の心配
はない。
回転体が定格速度で廻り、ポンプCと水車Bが
それぞれ全力運転に入つた状態では、バランスジ
スク12,13に作用する圧力は、前述の停止状
態の値とは異なつてくるが、バランスジスクの径
と、ランナ、インペラの径との間の寸法関係が前
述の如くD1<D1a、D2<D2aになつているため、
もし軸スラストが上向きまたは下向きの、どの方
向に作用しても、背合せに配置されているバラン
スジスク12と13のどちらか対応するものが有
効に動作して、β1>0、且つβ2>0にある平衡状
態の位置を自動的に保つて回転を続けることがで
きる。
なお、図において、7は水車の吐出口、8a,
8bは吐出管、21はポンプの吸込口、25a,
25bは揚水管、26は制水弁である。
(発明の効果) このように、本発明にかかる水力機械では放流
水が保有する位置のエネルギーで水車を駆動し、
その水車のシヤフトに一体に取付けられている揚
水ポンプのインペラが直接駆動するという最短の
コースでエネルギー変換・伝達をしているため、
従来の如き発電手段を介するものとは違つて、電
気設備は不要であり、且つ、総合効率が、いちじ
るしく向上するばかりか、回転体の支持を起動の
瞬間から、運転中まで固体接触なしでできるとい
う利点がある。
すなわち、この発明におけるバランスジスク
は、他の例をみないような背合せ形であるため、
正逆に作用方向が変わり、かつ作用力も変動する
軸スラストを自動的に平衡せしめ、また、釣合室
には室内の水を放出する連通管と開閉弁とを設け
ているため、水車、ポンプの休止時には、開閉弁
を閉めて無効放出を防止することもでき、かつ、
水車を起動し始める時にもバランスジスクとバラ
ンスシートとの間の固体接触を伴う摺動現象をも
未然に回避することができ、グランドパツキンや
メカニカルシールの如き軸封装置を必要とする個
所がないので、運転管理も簡素化されるという多
くの利点がある。
なお、実施例では、水車とポンプは立軸形式
で、ダムの内側の水面下に潜水状態で設置してい
るものを例にして説明したが、この他、ダムの外
側に一般の陸用機器と同様な条件下に、横軸形、
または立軸形としても構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる水力機械を立軸形式とし
て、ダムの内側に潜水状態で設置した場合の断面
構造の例である。第2図は第1図の釣合い室部分
の一部拡大断面図である。 1…ダム本体、2…貯水位、4…水車ケーシン
グ、5…水車ランナ、6…共通シヤフト、9…操
作弁、12,13…バランスジスク、12a,1
3a…バランスジスクの摺動平面部分、14,1
5…バランスシート、16,17…圧力空間、1
8…釣合室、19…接続ケーシング、20…連通
管、22…ポンプのインペラ、23…ポンプのケ
ーシング、25a,25a…揚水管、27…高所
の水槽、29…開閉弁、30…低圧個所、B…水
車、C…ポンプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 共通シヤフトに駆動水車のランナと被駆動ポ
    ンプのインペラとを背合わせに所定間隔を保持し
    て取付けるとともに、水車ケーシングとポンプケ
    ーシングとの背面に、前記共通シヤフトに取付け
    たバランスジスク装置をそれぞれ背合わせに配置
    し、上記両ケーシング間に取付けた接続ケーシン
    グで、各バランスジスクを内蔵する釣合い室を形
    成し、この釣合い室を連通管および開閉弁を介し
    て水車流入口より低圧箇所に連通し、かつ、上記
    ランナの目玉側摺動径をD1、インペラの目玉側
    摺動径をD2、水車用バランスジスクの径をD1a、
    ポンプ用バランスジスクの径をD2aとしたとき、
    D1a>D1、D2a>D2、D1a>D2aなる関係をもた
    せたことを特徴とする水力機械。
JP59197449A 1984-09-19 1984-09-19 水力機械 Granted JPS6176766A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59197449A JPS6176766A (ja) 1984-09-19 1984-09-19 水力機械

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JP59197449A JPS6176766A (ja) 1984-09-19 1984-09-19 水力機械

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Publication Number Publication Date
JPS6176766A JPS6176766A (ja) 1986-04-19
JPH0143154B2 true JPH0143154B2 (ja) 1989-09-19

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JP59197449A Granted JPS6176766A (ja) 1984-09-19 1984-09-19 水力機械

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
YU39673B (en) * 1977-02-21 1985-03-20 Titovi Zavodi Litostroj Single-stage reversible pump turbine with a supplemental pump

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JPS6176766A (ja) 1986-04-19

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