JPH02196167A - 水力機械の漏排水処理装置およびその使用方法 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、ランナの空転運転時、閉じられたガイドベ
ーンからの漏水を放置しておくと、ランナ回転がもたら
す摩擦熱が漏水に与えられて、回転エネルギを無駄にし
、また流力上の特性を悪くし、さらには構成機器の損耗
を招く等に鑑み、漏水を好ましく引き抜くようにする水
力機械の１排水処理装置および使用方法に関する。

（従来の技術） 水力機械、とりわけポンプあるいはポンプ水車において
は、電力系統の安定性を求めて起動運転時あるいは調相
運転時等、ランナ充水を強制的に吸出管に押し下げる、
いわゆるランナの空転運転が行なわれている。

このランナの運転運転は、ランナの入口側に位置するガ
イドベーン（流量調整用の可動案内羽根）を閉じた状態
で、ランナ室内の充水に高圧空気を送って押し下げ、充
水が吸出管まで下ったところで、ランナを回転させる気
相中の運転であって、こうした運転によって回転軸の駆
動トルクを無駄のないようにして定格運転に入るいわゆ
る定格前の準備運転である。

かような準備運転の場合、ガイドベーンのすき間をつた
わって、作動流水の一部が漏水としてランナ室内にあら
れれることがある。ランナ室内に漏水があられれると、
ランナの回転によって引き起される遠心力をまともに受
けて、漏水はガイドベーンに寄せ集められ、あたかもガ
イドベーンを背に粗密な水膜となって一種のバリアがで
きる。

バリアはランナの回転中に出る摩擦熱をじかに受けて加
熱の状態に入り、このため構成機器に膨張・変形を誘発
する好ましくない現象があられれる。

かような現象を取り除く対策として、例えば特公昭４５
（２００２号公報、特公昭４７−３８３３９号公報、特
開昭５２−７４７３６号公報に見られるように、ガイド
ベーンの漏水を１排水管を用いて引き抜く技術が多く開
示されている。漏水を積極的に引き抜く技術を今少し詳
しく第３図を用いて説明する。

この技術は、支軸うず巻形水車を一例に採ったもので、
図中、回転軸３と直結するランナ２はうず巻形ケーシン
グ１の中央に配され、このランナ２の入口側には開閉自
在なガイドベーン４が環状列に、またその出口側にはエ
ルボ形の吸出管（ドラフトチューブ）５が図示しない下
池に延びるように配されている。

ランナ２は上下をカバーで外被され、ランナ側圧室７を
形成する。このランナ側圧室７はガイドベーン４からの
漏水を引き抜く漏排処理装置６ａを備える。１排水処理
装置６ａは一対の１排水管８ａ。

８ｂからなり、その一の入口端はランナ側圧室７に、ま
た他の一の入口端はガイドベーン４の直下に開設されて
いる。１排水管８ａ、８ｂは吸出管５に沿って延び、途
中に第１弁９ａｓ第２弁９ｂを介装してそれぞれの出口
端を吸出管５の垂直線部に結ぶ。

こうした構成において、水車の定格運転時の場合、うず
巻きケーシング１からの作動流水がガイドベーン４で流
量調整され、調整された作動流水はランナ２に回転エネ
ルギを与え、そのエネルギを得て図示しない発電機が電
気出力を出し、仕事を終えた作動流水はランナ２から吸
出管５を経て下池に送り出される。また、水車の起動時
や調相運転時、うず巻ケーシング１からの作動流水がガ
イドベーン４で通断され、充水の水面１１は図示の位置
まで押し下げて、ランナ室ＩＯを空室のままランナ空転
運転が行なわれ、この間、ガイドベーン４からの漏水は
１排水管８ａ、８ｂを使って引き抜き、吸出管５に送り
出する。このようにして漏水を積極的に引き抜き、ラン
ナ空転中に発生が予想される構成機器の損耗を予防的に
保全している。

（発明が解決しようとする課頴） ところで、上記構成の温排水装置では、１排水管８ａ、
８ｂの出口端が吸出管５の比較的上位位置の垂直線部に
結ばれているため、ランナ空転中、漏水がその摩擦熱を
受けて加熱され、加熱水のまま引き抜かれて吸出管５に
送り出されることも手伝って、ランナ回転中、その加熱
水を巻き込み、ランナ２自身の過度な温度上昇を招く不
具合がある。

この現象は、調相運転など比較的長時間のランナ空転運
転を行う場合に著しく、その解決策が求められている。

かかる解決策の一つに、１排水管８ａ、８ｂを第３図示
の破線位置までの延長管８ｅ、８ｄにすれば、加熱水の
巻き込みを防止できると考えられる。

しかし、１排水管８ａＪｂを破線位置まで延長するｉこ
とは、加熱水がランナ室ＩＯの気相（高圧空気）を引き
ずり込んで下池へつれさるため、ランナ室１０の気圧が
時間の経過とともに減少し、その結果、今度は逆に水面
１１の圧力が勝って上昇し、ついにはランナ２の水面接
触によるランナ空転運転の続行が不可能になるか、さも
なくばランナ空転運転継続のために常時高圧空気をラン
ナ室１０に加えなければならず、コンプレッサ等の支援
設備の大形化を招く。

以上の問題点を、第４Ａ、Ｂ図、第５Ａ、Ｂ図を参照し
て定量的に説明する。第４Ａ、Ｂ図はグラフの横軸座標
と実寸法長さとを六、同一記号を使って対応させたもの
で、ここで１排水管８ａの出口端が吸出管５に結ばれる
位置を、ランナ２の出口から距ＭＬ１とし、ランナ出口
径をり。とする。

距離Ｌ１を変化させた場合、ランナ空転中のランナ室ｌ
Ｏの温度上昇値Δｔは第４Ａ図の如くに変化する。この
グラフにあられされている実線は発電方向のランナ空転
運転時の温度上昇値であり、破線は揚水方向のランナ空
転運転時のそれを示している。なお温度上昇値のΔｔは
ランナ空転運転開始からの温度上昇の飽和した値を示し
ている。

このグラフから、温度上昇値△ｔは発電方向のランナ空
転運転と、揚水方向のランナ空転運転とでは大きく異な
り、前者の場合、特に温度上昇が苛酷であることが示さ
れており、また発電方向のランナ空転運転の場合、Ｌ１
／Ｄｏが０．９を境に急激変化することが示されている
。

第５Ａ、Ｂ図もグラフの横座標と実寸法長さとを同一記
号を使って対応させたもので、１排水管８ａの出口端が
吸出管５に結ばれる位置を、吸出管５の横断外形線Ｈか
ら距離Ｌ　とする。距＃Ｌ２を変化させて、ランナ室１
０からの漏気ｆｆ１Ｑ　　（ここての漏気量とはランナ
室１０の空気が吸出管５の下部に位置する水面に引き込
まれる二と定義する）をグラフにしたのが第５Ａ図であ
る。このグラフで、実線が発電方向のランナ空転運転時
であり、破線が揚水方向のランナ空転運転時を意味する
。

このグラフからも理解されるように、漏気量Ｑ　は発電
方向であろうと揚水方向であろうとうンナ空転運転の場
合、距ＭＬ２が短いと一段と高くなっており、Ｌ　２　
／　Ｄ　ｏが０，８５を境に低い値になっている。

かようにランナ空転運転時、漏水を引き抜く１排水管の
出口端を吸出管のどの位置に定めるかは水力機械の運転
上、重要な影響を与えており、−段とすぐれた技術の出
現が望まれている。

この発明は、１排水管の出口端の吸出管への接続位置い
かんによって構成機器の損耗と相まって流力上の特性が
悪くなり、あるいは支援設備の大形化につながるという
従来の問題点に鑑み、何ら支障なく安定した運転が続行
できるようにする水力機械の１排水処理装置およびその
使用方法を公表することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、上記目的達成のための第１構成として、起
動運転時あるいは調相運転時、ガイドベーンを閉じゝ、
充水を吸出管の下方に押し下げ、ランナ室を空室の状態
でランナに回転運転を与える水力機械において、ランナ
空転運転中、前記ガイドベーンからの漏水を引き抜く１
排水管の入口端をランナ側圧室に開設し、その１排水管
の出口端を二方口に高さを異ならしめて吸出管に結ぶと
ともに、一の出口端は、ランナ出口径をＤ　１ランす出
口から前記一の出口端までの距離をＬｌとするとき、 Ｌ１／Ｄｏ＜　０．９ とし、さらに他の一の出口端は、ランナ出口径をＤ　、
吸出管様横断外形線から前記他の一の出口端までの垂直
距離をＬ２とするとき、 Ｌ２／Ｄｅ＜　０．９５ の諸関係を満す構成をしたものである。

第２構成は、起動運転時あるいは調相運転時、ガイドベ
ーンを閉じ、充水の吸出管の下方に押し下げ、ランナ室
を空室の状態でランナに回転運転を与える水力機械にお
いて、ランナ側圧室に開設する入口端を共通にし、出口
端を二方口に位置の高さを異ならしめて吸出管に結ぶ１
排水管を、前記空室が所定圧力に至ったとき、１排水管
の２種類の出口端のうち両方またはいずれか一方を使い
分けて漏水を引き抜く構成にしたものである。

さらに第３の構成は、水力機械の発電方向におけるラン
ナ空転運転時では、１排水管の２種類の出口端のうちラ
ンナ出口から遠い出口端を使用して漏水を引き抜き、水
力機械の揚水方向におけるランナ空転運転時では、１排
水管の２Ｆｌｉ類の出口端のうちランナ出口に近い出口
端を使用して漏水を引き抜く構成にしたものである。

（作　用） るので、ランナ室の温度上昇、ランナ室の漏気量ともに
運転上支障のない許容範囲におさめることができる。す
なわち、温度上昇の増減と漏気量の増減とは１排水管の
出口端の取付位置いかによっては相反する関係にあるの
で、２種類の出口端を運転の種類に応じて巧み使い分け
れば、第４Ａ図、第５Ａ図のデッドラインＥ　ｔ　、　
Ｅ　２から右側の値になり、水力機械の運転上支障なく
続行できる。

（実施例） 以下、この発明にかかる水力機械の１排水処理装置およ
びその使用方法を図面を参照して説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す概略図で、水力機
械としては発電用の室軸うず巻水車を一例として適用す
る。なお、第３図の従来例に使用する構成部品と同一構
成部品には同一符号を付しである。

この実施例に適用される室軸うず巻形水車は、回転軸３
に直結するランナ２を備え、ランナ２とともに環状列に
配されているガイドベーン４がうず巻ケーシング１に収
められており、うず巻ケーシング１からの作動流水はガ
イドベーン４、ランナ２を経る間に動水エネルギが回転
エネルギに変り、エネルギ変換後の作動流水はエルボ形
の吸出管５を経て図示しない下池に送り出される構成に
なっている。また、ランナ２の両側にはランナ側圧室７
が形成されて、閉じたガイドベーン４からの漏水を導く
受口になっている。

上記ランナ側圧室７と吸出管５の垂直部とは１置を異な
らしめる２方口！４ａ、１４ｂを備えた１排水管１２か
らなる。この１排水管１２は２方口１４ａ、１４ｂに第
１弁１３ａ　、第２弁１３ｂを備える。

上記２方口１４ａ、　１４ｂのうち、一つは、ランナ２
の出口径をＤ　とし、ランナ２の出口から距離Ｌｌとす
ると、 Ｌｌ＜　０．９ｘＤ８ の範囲に吸出管５の垂直部と接続する。また、他の一つ
は吸出管５の横断面外形線Ｈからの距離Ｌ２とするとき
、 Ｌ２＜　０．９５　ＸＤ８ の範囲の位置に吐出管５の垂直部と接続する。

こうして、ガイドベーン４からの漏水があると、第１弁
１３ａ１第２弁１３ｂが巧みに開閉されて２方口１４ａ
、１４ｂの両方またはいずれか一方が漏水を引き抜くた
めに使用される。

次に、１排水管Ｇａの使用方法をランナ空転運転を例に
採り詳述する。

例えば、ランナ２の回転方向が発電方向の場合、閉じた
ガイドベーン４から漏水があると、第１弁ｆ３ａを閉じ
、第２弁１３ｂを開口させ、ランナ側圧室７からの漏水
を引き抜いて吸出管５に送り出す。

この場合、２方口１４ａ、１４ｂのうち、一つ１４ｂと
ランナ２とはかなり離れているので、ランナ室ＩＯの加
熱漏水の影響を受けない。もっとも、漏水を引き抜く２
方口１４ａ、　１４ｂのうちの一つ１４ｂが充水の水面
Ｕと極々近いため、漏気の心配があるものの、その漏気
量は第５Ａ図のデッドラインＥ２よりも後方（紙面のＥ
２よりも右側）位置なので、運転上問題を起すような量
ではない。

他方、ランナ２の回転方向が揚水方向の場合、漏水があ
ると、第１弁１３ａを開口し、第２弁１３ｂを閉じ、ラ
ンナ側圧室７からの漏水を引き抜いて吐出管５に送り出
す。この場合、２方口１４ａ、　１４ｂのうち一つ１４
ａと充水の水面１１とはかなり離れているので、漏気は
運転上問題にならない量である′克 が、２方口１４ａがランナ２に使いためランナ室１０の
温度上昇が心配になる。しかし、この場合の漏水は第４
Ａ図のデッドラインＥ１よりも後方（紙面のＥｌよりも
右側）位置の少量であるため、ランナ室１０の温度上昇
は運転上問題にならない。

なお、ランナ２の回転方向が発電方向の場合で、ガイド
ベーン４からの漏水が少ないとき、ランナ室１０の温度
−上昇が問題にならないので、この場合には第１弁１３
ａを開口し、第２弁１３１）を閉じておけば漏気が少な
くなり好都合である。また、ランナ２の回転方向が揚水
方向の場合で、漏気が問題とならない場合には、第１弁
１３ａを閉じ、第２弁１３ｂを開口すれば、ランナ室１
０の温度上昇を抑える点で好ましい。

以上に述べた通り、この発明にかかる実施例では、取付
位置高さの異なる２方口を備えた１排水管を巧みに使い
分けることで、ランナ室の温度上昇または漏気を好まし
く抑制でき、常に安定したランナ空転運転が続行できる
。

第２図は、この発明の他の実施例を示す概略図で、第１
実施例にさらに別の構成を加えたものである。すなわち
、第１実施例の１排水管１２に、第２漏排水管１２ａを
並設させ、その第２漏排水管１２ａに第３弁１５ｂを介
装させるとともに、その入口端をガイドベーン４の直下
に開設し、またその出目端を１排水管１２に結んだもの
である。この実施例では、ランナ側圧室７の漏水と、ラ
ンナ２とガイドベーン４との間にたまる漏水を同時に吸
出管５に引き抜くことができ、ランナ室２の排水能力を
倍増させて温度−に昇を抑える点でまことに好都合であ
る。この場合の第３弁Ｉ５は第１弁Ｈｌａまたは第２弁
１３１）と適宜に組合せて使い分けることになる。

なお、第１および第２実施例ともに室軸うず巻水車の単
段の例であるが、単段例に限らず多段例でも上述と同様
な効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、この発明にかかる水力機械の１排水
処理装置およびその使用方法では、ランナ室にたまるガ
イドベーンからの漏水を引き抜いて吸出管に送り出す１
排水処理装置の出口端を、取付位置高さを異ならしめて
二方口にしたもので、この発明では、ランナ室温度」１
昇の増減と漏気の増減とが専全く逆になって種々不具が
発生した従来の問題点を一挙に解決することができ、こ
の種分野の安定した運転が可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す水力機械の概略図、
第２図はこの発明の他の実施例を示す水力機械の概略図
、第３図は従来の実施例を示す水力機械の概略図、第４
Ａ図はランナ室の温度上昇特性を示すグラフ、第４Ｂ図
は第４Ａ図の横座標の寸法記号を対応させた水力機械の
概略図、第５Ａ図は吸出管の充水に引き込まれるランナ
室気相の漏気量特性を示すグラフ、第５Ｂ図は第５Ａ図
の横座標の寸法記号を対応させた水力機械の概略図であ
る。 ２・・・ランナ、　　　　　４・・・ガイドベーン、５
・・・吸出管、　　　　６ａ・・・１排水処理装置、７
・・・ランナ側圧室、　ｌＯ・・・ランナ室、１２・・
１排水管、　　　１４ａ、１４ｂ・・・２方口代理人　
弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第 図 ρ、θＳ Ｌ　２／Ｄｅ 第５Ａ図 第５Ｂ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）起動運転時あるいは調相運転時、ガイドベーンを
   閉じ、充水を吸出管の下方に押し下げ、ランナ室を空室
   の状態でランナに回転運転を与える水力機械において、
   ランナ空転運転中、前記ガイドベーンからの漏水を引き
   抜く漏排水管の入口端をランナ側圧室に開設し、その漏
   排水管の出口端を二方口に位置の高さを異ならしめて吸
   出管に結ぶとともに、一の出口端は、ランナ出口径をＤ
   ＿ｅ、ランナ出口から前記一の出口端までの距離をＬ＿
   １とするとき、 Ｌ＿１／Ｄ＿ｅ＜０．９ とし、さらに他の一の出口端は、ランナ出口径をＤ＿ｅ
   吸出管の横断外形線から前記他の一の出口端までの距離
   をＬ＿２とするとき、 Ｌ＿２／Ｄ＿ｅ＜０．９５ の諸関係を満すことを特徴とする水力機械の漏排水処理
   装置。
2. （２）起動運転時あるいは調相運転時、ガイドベーンを
   閉じ、充水の吸出管の下方に押し下げ、ランナ室を空室
   の状態でランナに回転運転を与える水力機械において、
   ランナ側圧室に開設する入口端を共通にし、出口端を二
   方口に位置の高さを異ならしめて吸出管に結ぶ漏排水管
   を、前記空室が所定圧力に至ったとき、漏排水管の２種
   類の出口端のうち両方またはいずれか一方を使い分けて
   漏水を引き抜くことを特徴とする水力機械の漏排水処理
   装置の使用方法。
3. （３）水力機械の発電方向におけるランナ空転運転時で
   は、漏排水管の２種類の出口端のうちランナ出口から遠
   い出口端を使用して漏水を引き抜き、水力機械の揚水方
   向におけるランナ空転運転時では、漏排水管の２種類の
   出口端のうちランナ出口に近い出口端を使用して漏水を
   引き抜くことを特徴とする請求項２記載の水力機械の漏
   排水処理装置の使用方法。