JPH07269457A - ポンプ水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ポンプ水車のポンプ運転への移行時、ランナ室
内に圧縮空気を上カバーに接続した給排管を経て圧縮空
気をランナ室に充填し、ランナを定格回転速度で回転さ
せて給排管から排気して水をランナ室内に充水すると
き、背圧室に侵入した水が給排管の開口部を塞いで、ラ
ンナ中心部の空気が給排管から排出できないのを防止す
る。 【構成】ランナ２の主軸１との直結部から半径方向に延
びる複数の羽根２５を取付け、羽根２５の回転により、
背圧室５に侵入する水を押し戻して給排管１３の開口部
に到達する時間を遅らせ、この間にランナ中心部の空気
を主軸１に設けた孔１４から空間１１を経て給排管１３
から排気して、ランナ室内の空気を完全に排気して水を
ランナ室内に充満させ、ポンプ運転を確実にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ水車のポンプ運
転への移行時、ランナ室内の圧縮空気の排出を確実に
し、ランナ室内の排気の渋滞を防いでポンプ運転開始を
確実にすることのできるポンプ水車に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ水車のポンプ運転への移行には、
ランナ室内の水を圧縮空気によって押し下げ、ランナを
完全に気中に露出した後にランナを回転する。そしてラ
ンナの回転が定格回転速度に達した時点でランナ室内の
圧縮空気を徐々に排出し、ランナ室を充水してランナ室
の水圧を高めてからガイドベーンを開放してポンプ運転
に入る。

【０００３】このようなポンプ運転に移行するポンプ水
車として図２に示すものが知られている。図２におい
て、主軸１にはランナ２が直結されている。上カバー３
は主軸１を囲み、ランナ２のクラウン２ａの上面を覆っ
て設けられ、クラウン２ａと上カバー３の中央部との対
向箇所にはシール部４ａが設けられている。上カバー３
とランナ２のクラウン２ａとの間は背圧室５を形成し、
シール部４ａを境にして外径側を外側背圧室６，内径側
を内側背圧室７とよばれている。さらにランナ２はその
下面が下カバー８にて覆われており、ランナ２のバンド
２ｂと下カバー８との間は側圧室９を形成し、ランナ２
のバンド２ｂの下端と下カバー８との対向箇所にはシー
ル部４ｂが設けられている。

【０００４】上カバー３で囲まれる主軸１の周辺部に
は、主軸１のフランジ部１ａと上カバー３との対向する
部分にシール部１０を設けて空間１１が設けられ、この
空間１１は主軸１に貫通して設けた孔１４を介してラン
ナ中心部入口１９に連通している。空間１１にはランナ
室に圧縮空気を図示しない供給弁を介して供給し、また
ランナ室内の圧縮空気を図示しない排出弁を介して排出
する給排管１３が接続され、また内側背圧室７にはラン
ナ室内の圧縮空気を排出する図示しない止め弁を備える
排気管１２が設けられている。

【０００５】なお、バランスパイプ１５は上カバー３に
貫通して設けた孔１６と下カバー８に貫通して設けた孔
１７とを接続し、外側背圧室６と側圧室９との圧力をバ
ランスさせて軸スラストを低減している。なお、１８は
ガイドベーンである。このような構成により、水車運転
からポンプ運転に移行するときには下記のようにして行
なわれる。

【０００６】水車停止指令によりガイドベーン１８が全
閉し、水車出力は０となり、ランナ室への水流は阻止さ
れ、ポンプ水車は停止する。この際、ランナ室及びドラ
フトチューブには水が充満している。この状態でポンプ
起動指令が出力されると、給排管１３の供給弁を開，排
出弁を閉，排気管１２の止め弁を閉にして給排管１３か
ら圧縮空気をランナ室内に押し込んで、ランナ２を完全
に気中に露出する。そして給排管１３の供給弁，排出弁
及び排気管１２の止め弁を閉にし、主軸１に結合された
電動機によりランナ２を回転し、定格回転速度まで上昇
させる。この時点で給排管１３の供給弁を閉，排出弁を
開，排気管１２の止め弁を開にすれば、ランナ室内の圧
縮空気は徐々に給排管１３，排気管１２を経て排出さ
れ、これに伴って水がランナ室に充水し、充水後給排管
１３の排出弁，排気管１２の止め弁を閉にしてランナ室
の水圧を高め、プライミング水圧検出装置により水圧を
検出し、所定の圧力になればガイドベーン１８を開にし
てポンプ運転を行なう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように水車運転
からポンプ運転に移行するときには、ランナ室に水を充
水した後ポンプ運転が行なわれるが、ランナ室に充水さ
れた水は、ランナ上面の背圧室５の排気が進むにつれて
ランナ２の外周部から外側背圧室６，内側背圧室７に侵
入する。この際、内側背圧室７に侵入した水は排気管１
２の開口部を塞ぎ、さらにシール部１０を経て空間１１
に侵入する。そして空間１１に侵入した水は給排管１３
の開口部を塞ぎ、このためランナ中心部入口１９から主
軸１に設けた孔１４を通って給排管１３に抜けていた圧
縮空気の排出を不能にし、排出できない圧縮空気はラン
ナ室内に渋滞してランナ室内の水の圧力を上昇させるこ
とを妨げ、ポンプ運転への移行を不可能にする。

【０００８】次に上記のランナ室内の排気が不完全にな
る理由ついて図を用いて説明する。図３はポンプ水車の
ランナ２を定格回転速度で回転させて、水をランナ室に
充水したときのランナ２の半径方向に対する圧力分布を
示す図である。図３において、曲線２０はランナ２内の
半径に対する圧力分布，折曲線２１は背圧室５の半径に
対する圧力分布を示す図である。なお、折曲線２１にお
いて垂線部２１ａはシール部４ａの圧力差を示す。とこ
ろで、ランナ２内の水はランナ２の周速と同じ周速で回
転するが、背圧室５に侵入した水はランナの回転速度の
約半分の周速で回転している。したがって、背圧室５内
の方がランナ２内より同じ圧力差を生じるために必要な
半径差が大きくなる。ここで、ランナ外周部ではランナ
２の上面の水とランナ２内の水が接しているので、両方
の圧力は同一であり、また、ランナ中心部ではまた中心
部に残った空気の部分の圧力もほぼ吸出し高さに相当す
る圧力で同一である。

【０００９】ここで、給排管１３，排気管１２から圧縮
空気を排出してランナ室内に充水するとき、ランナ２の
外周部からランナ２及び背圧室５に水が侵入する過程に
おいて、例えば水の充水が進み、ランナ中心部に空気が
存在している状態で圧力が図３においてＰになったと
き、ランナ２内の空気と水が接する箇所は曲線２０上の
圧力Ｐである半径Ａであり、また背圧室５内の空気と水
とが接する箇所は折曲線２１上の圧力Ｐである半径Ｂで
あり、半径Ａは半径Ｂより大きく、ランナ２内の空気領
域の半径は背圧室５の空気領域の半径より大きいことが
理解される。これは水が充水するとき、背圧室５の方が
ランナ２内より早く水が侵入することを意味している。

【００１０】したがって、給排管１３からランナ室内の
圧縮空気を排気するとき、ランナ２内より空間１１の方
が早く充水され、このため給排管１３の開口部を水で塞
ぐ。したがって、主軸１に設けた孔１４からランナ中心
部の空気の排出を不可能にし、このため水車運転からポ
ンプ運転への移行を妨げる。本発明の目的は、ポンプ運
転へ移行するとき、ランナ室内、特にランナ中心部の圧
縮空気の排出が排気管の開口部の水による閉塞により妨
げられずに確実にでき、ポンプ運転への移行を確実にす
るポンプ水車を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば主軸に直結されたランナと、主軸を
囲み、ランナの上面を覆い、ランナとの間に背圧室を形
成する上カバーと、主軸とこの主軸を囲む上カバー部と
の間に形成される空間に連通して上カバーに接続し、ラ
ンナ室に充填された圧縮空気を排出する排気管と、ラン
ナが直結する主軸部を貫通し、前記空間とランナ中心部
入口とに連通して主軸に設けた孔とを備えるポンプ水車
において、背圧室内にランナの主軸への直結部から半径
方向に延びる複数の羽根をランナの上面に設けるものと
する。

【００１２】

【作用】ポンプ水車において、ランナと上カバーとの間
の背圧室に、ランナの主軸との直結部から半径方向に延
び、ランナの上面に複数の羽根を取付けることにより、
ランナを定格回転速度で回転し、排気管から圧縮空気を
排出してランナ室に水を充水するとき、ランナの外周か
ら背圧室に水が侵入するが、羽根の回転により背圧室内
の羽根部の水の圧力差を大きくし、図３で示すような背
圧室内の空気領域の半径をランナ内の空気領域の半径よ
り大きくする。こうすることにより、ランナ内へは背圧
室より水が早く侵入する、換言すれば背圧室内の羽根部
に侵入してきた水を、ランナ上面の回転する羽根で外径
側へ押し戻すことになり、このため背圧室側の水が排気
管の開口部に到達する時間を遅らせて、その間にランナ
中心部の圧縮空気を、主軸とこれを囲む上カバーとで形
成される空間とランナ中心部入口とを連通する主軸に設
けた孔から排気管を経て完全に排出することができる。

【００１３】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例によるポンプ水車の部
分断面図である。なお、図１において図２の従来例と同
一部品には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１
において従来例と異なるのは、ランナ２と上カバー３と
の間の内側背圧室７にランナ２が直結する主軸１のフラ
ンジ部１ａに接して半径方向に延びる複数の羽根２５を
ランナ２の上面に取付けたことである。

【００１４】このような構成により、ランナ２を定格回
転速度で回転してランナ室内に充填した圧縮空気を給排
管１３，排気管１２から排出して水をランナ室に充水す
るとき、ランナ２の外周から外側背圧室６を経て内側背
圧室７に侵入する水は、羽根２５の回転によりランナ２
の外周側に押し戻され、内側背圧室７を経て空間１１に
連通する給排管１３の開口部に水が到達する時間が遅れ
るので、この間に主軸１に設けた孔１４を経てランナ中
心部の圧縮空気が空間１１に流入し、給排管１３から排
出される。したがって、ランナ中心部の圧縮空気は完全
に排出されるので、ランナ室内は完全に充水され、ポン
プ運転への移行が確実に行なうことができる。

【００１５】ここで上記の作用を図を用いて説明する。
図４はポンプ水車のランナ２を定格回転速度で回転させ
て水をランナ室に充水したときのランナ２の半径方向に
対する圧力分布を示す図である。ここで、背圧室５の外
側背圧室６，内側背圧室７に侵入した水は、前述のよう
にランナ２の回転速度の約半分の周速で回転する。一
方、ランナ２内部の水はランナ２と同じ周速で回転して
いる。しかしながら、羽根２５の回転により背圧室５の
羽根２５部の内側背圧室７内の圧力差が大きくなるの
で、図３と異なり、羽根部の内側背圧室７の圧力分布が
図３に示すものより圧力差の大きい曲線２３となり、背
圧室５内の圧力分布を示す図３の折曲線２１は曲線２３
を有する圧力分布となる。

【００１６】したがって水を充水する場合、前述のよう
に水の充水の過程において水の圧力がＰになったとき、
背圧室５内の空気領域の半径はＣに、一方、ランナ２内
の空気領域の半径はＡになり、背圧室５内の空気領域の
半径はランナ２内の空気領域の半径より大きくなるの
で、給排管１３の開口部は水で閉塞されずに、ランナ中
心部の空気は主軸１に設けた孔１４から空間１１を経て
給排管１３から排出されてランナ室は確実に水が充水さ
れ、ポンプ運転への移行を確実にする。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成により、ポンプ水車のポンプ運転へ
の移行時、ランナを定格回転速度で回転して、ランナ室
内の圧縮空気を排出してランナ室内に充水するとき、背
圧室内のランナの上面に設けた羽根の回転により背圧室
に侵入した水は、排気管として使用する給排管の開口部
を閉塞しないので、ランナ中心部の空気は前記給排管か
ら完全に排出され、ランナ室内は確実に水が充水され、
この結果ポンプ運転へ確実に移行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるポンプ水車の部分断面図

【図２】従来のポンプ水車の部分断面図

【図３】図２のポンプ水車のランナ室に充水したときの
ランナ室内の圧力分布を示す図

【図４】図１のポンプ水車のランナ室に充水したときの
ランナ室内の圧力分布を示す図

【符号の説明】

１ 主軸 ２ ランナ ３ 上カバー １１ 空間 １３ 給排管 １４ 孔 ２５ 羽根

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸に直結されたランナと、主軸を囲み、
   ランナの上面を覆い、ランナとの間に背圧室を形成する
   上カバーと、主軸とこの主軸を囲む上カバー部との間に
   形成される空間に連通して上カバーに接続し、ランナ室
   に充填された圧縮空気を排出する排気管と、ランナが直
   結する主軸部を貫通し、前記空間とランナ中心部入口と
   に連通して主軸に設けた孔とを備えるポンプ水車におい
   て、背圧室内にランナの主軸との直結部から半径方向に
   延びる複数の羽根をランナの上面に設けたことを特徴と
   するポンプ水車。