JPH11270453A - 水力機械とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランナとガイドベーンとの間の滞溜水を適切
に排除することができ、ランナの外周部の滞留水の量を
円滑に調整することによって、安定した空転運転を可能
とする水力機械およびその運転方法を提供すること。 【解決手段】 本発明の水力機械１０は、ランナ室８と
ランナ１０とを備えている。ランナ室８にはケーシング
１２およびドラフトチューブ２が連結されている。ラン
ナ室８内には、圧縮空気供給管１６が連通している。ま
たケーシング１２内とドラフトチューブ２内とをケーシ
ング排水管１３が連通している。ランナ室８内のランナ
１０とケーシング１２との間には、ガイドベーン７が設
けられている。ガイドベーン７には、ランナ室８の水面
９がドラフトチューブ２にまで押し下げられてランナ１
０が空転運転状態となった場合にガイドベーン７を小開
状態とするガイドベーン駆動制御部１７が接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水車、ポンプ水車
などの水力機械に係り、とりわけ調相運転のような空転
運転において安定した空転運転の継続が可能な水力機械
およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に水車またはポンプ水車等の水力機
械において、調相運転などの空転運転を行う場合には、
まずガイドベーンを全閉し、次にランナ室に圧縮空気を
送入してランナ室の水面を押下げることによってランナ
を空転状態におく。

【０００３】次に従来の空転運転を行う水力機械を図１
２に示す。図１２に示すように、水力機械５０は、ラン
ナ下カバー５１を有するランナ室５８と、ランナ室５８
内に配置され主軸周りに回転するランナ６０とを備えて
いる。ランナ室５８の外方には、ケーシング６２が連結
されており、ランナ室５８の下方にはドラフトチューブ
５２が連結されている。

【０００４】ランナ室５８内には、ランナ室５８内に圧
縮空気を導入してランナ室５８の水面５９をドラフトチ
ューブ５２にまで押し下げる圧縮空気供給管６６が連通
している。

【０００５】そしてランナ室５８内のランナ６０とケー
シング６２との間には、ガイドベーン５７が設けられて
いる。ガイドベーン５７は、ガイドベーン駆動部６７に
接続されており、ガイドベーン駆動部６７によって開閉
駆動されるようになっている。

【０００６】また、下カバー５１とドラフトチューブ５
２との間には、排水弁駆動部５３ｂによって駆動される
排水弁５３ａを備えた排水管５３が設けられている。さ
らにランナ室５８の周部には、ランナ６０とランナ室５
８とのシール部にシール水を給水するためのシール吸水
管５４，５５および主軸封水部給水管５６が設けられて
いる。

【０００７】以上のような構成の従来の水力機械５０に
おいて空転運転を行う場合、まずガイドベーン駆動部６
７によってガイドベーン５７が全閉とされる。次にラン
ナ室５８内に圧縮空気供給管６６によって圧縮空気が送
入され、ランナ室５８内の水面５９がドラフトチューブ
５２内の予め設定された水位まで押し下げられる。これ
によってランナ６０は空転運転状態となる。なお、ケー
シング６２内の水は排除されない。

【０００８】この時、シール給水管５４，５５からラン
ナ室５８内に給水されるシール水、および主軸封水部給
水管５６からランナ室５８内に給水されるシール水は、
ランナ６０の回転による遠心力の作用により、ランナ６
０とガイドベーン５７の間に溜まり、図１３に示すよう
な水カーテン６１を形成する。同時に、ケーシング６２
内からガイドベーン５７とランナ室５８との間の微小ギ
ャップを通ってランナ室５８内に至る漏水も、水カーテ
ン６１を形成する。

【０００９】水カーテン６１は、主としてランナ６０の
回転に伴ってランナ室５８内を回転するが、同時に撹拌
されて熱せられる。そして水カーテン６１の熱はランナ
６０に伝達され、ランナ６０を膨張させる。膨張したラ
ンナ６０は、特にシール部等の微小ギャップ部分におい
て、ランナ室５８に対して「かじり現象」を起こす場合
がある。また、水カーテン６１の増大は、ランナ６０に
よる水カーテン６１の撹拌エネルギを増大させ、すなわ
ちエネルギ損失が増大して、空転時の電動機負荷が増加
して運転コストが悪化する。

【００１０】そこで水力機械５０は、ランナ室を構成す
るランナ下カバー５１とドラフトチューブ５２との間の
排水管５３によって、空転運転中に、水カーテン６１を
形成する水をドラフトチューブ５２内へ排水している。

【００１１】次に、別の従来の水力機械を図１４に示
す。図１４に示す水力機械は、ケーシング６２内とドラ
フトチューブ５２内とを、ケーシング６２内の水をドラ
フトチューブ５２内に排水するためのケーシング排水管
６３が連通しており、ケーシング排水管６３に第１弁駆
動部６３ｂにより駆動されるケーシング排水弁６３ａが
設けられている。その他の構成は図１２に示す水力機械
と同様である。図１４において、図１２に示す水力機械
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。なお、図１４に示す水力機械の詳細は、特開平２
−１０８８６５号公報に記載されている。

【００１２】図１４に示す水力機械によれば、第１弁駆
動部６３ｂを制御してケーシング排水管６３からケーシ
ング６２内の水を排除することができる。従って、ケー
シング６２内からガイドベーン５７とランナ室５８との
間の微小ギャップを通ってランナ室５８内に至る漏水が
発生しない。逆に、水カーテン６１を形成する水が、ガ
イドベーン５７とランナ室５８との間の微小ギャップか
らケーシング６２側に逃がされ、そこからケーシング排
水管６３を介してドラフトチューブ５２内に排出され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、水力機械を空転運転する場合には、ランナ６０とガ
イドベーン５７との間に存在して水カーテン６１を形成
する滞留水を適度に排出して、水カーテン６１の厚みを
調整する必要がある。

【００１４】図１２に示す従来の水力機械では、水カー
テン６１を形成する水が、ランナ下カバー５１から排水
管５３を介してドラフトチューブ５２内に排出される。
しかしながら、ランナ下カバー５１に設けられた排水管
５３は、水カーテン６１が形成される位置から離れたと
ころに配置されているため、排水効果が十分でない場合
がある。

【００１５】図１４の従来の水力機械では、排水管５３
による排水に加えて、水カーテン６１を形成する水が、
ガイドベーン５７の上下端面とランナ室５８との間の微
小ギャップからケーシング６２側に逃がされ、そこから
ケーシング排水管６３を介してドラフトチューブ５２内
に排出される。しかしながら、ガイドベーン５７の上下
端面とランナ室５８との間のギャップは、水力機械起動
時にガイドベーン５７を開とする前に当該ギャップから
の漏水でランナ６０が回り出す事を避けるために微小に
設定されているため、やはり排水効果が十分でない場合
がある。

【００１６】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、ランナとガイドベーンとの間の滞溜水を
適切に排除することができ、ランナの外周部の滞留水の
量を円滑に調整することによって、安定した空転運転を
可能とする水力機械およびその運転方法を提供すること
を目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ランナ室と、
ランナ室内に配置され、主軸周りに回転するランナと、
ランナ室の外方に連結されたケーシングと、ランナ室の
下方に連結されたドラフトチューブと、ランナ室内に連
通し、ランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の水面
をドラフトチューブにまで押し下げる圧縮空気供給管
と、ケーシング内とドラフトチューブ内とを接続し、ケ
ーシング内の水をドラフトチューブ内に排水するケーシ
ング排水管と、ケーシング排水管に設けられ、第１弁駆
動部により駆動されるケーシング排水弁と、ランナ室内
のランナとケーシングとの間に介在するガイドベーン
と、ガイドベーンに接続され、ランナ室の水面がドラフ
トチューブにまで押し下げられたランナの空転運転状態
時にガイドベーンを小開状態とするガイドベーン駆動制
御部と、を備え、ランナの空転運転時において、ランナ
室の外周部に滞留する漏水を小開状態となったガイドベ
ーンからケーシング内に逃がし、さらにケーシング内に
逃がされた漏水をケーシング排水管によってドラフトチ
ューブ内に排水することを特徴とする水力機械である。

【００１８】本発明によれば、ガイドベーンを小開状態
とする事によって、ガイドベーンの開口すきまを通して
ランナ外周に溜まった滞留水をケーシング内に逃がすこ
とができ、これによりランナとガイドベーン間の滞溜水
を適切に排除することができる。

【００１９】また本発明は、上記記載の水力機械を停止
状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、
圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してラ
ンナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げると同
時にケーシング排水弁を開としてケーシング排水管から
ドラフトチューブへの排水を開始する工程と、ランナの
回転主軸を回転させる工程と、ランナ室の水面がドラフ
トチューブにまで押し下げられてランナが空転運転状態
となった場合にガイドベーン駆動制御部によりガイドベ
ーンを小開状態とする工程と、を備えたことを特徴とす
る水力機械の運転方法である。

【００２０】本発明によれば、水力機械を停止状態から
空転運転状態に円滑に移行させることができるととも
に、ガイドベーンを小開状態とする事によって、ガイド
ベーンの開口すきまを通してランナ外周に溜まった滞留
水をケーシング内に逃がすことができ、これによりラン
ナとガイドベーン間の滞溜水を適切に排除することがで
きる。

【００２１】また本発明は、上記記載の水力機械を発電
運転状態から空転運転状態に移行させる運転方法であっ
て、ガイドベーン駆動制御部を介してガイドベーンを閉
状態へと操作するとともに、入口弁を第２弁駆動部によ
り閉状態へと操作する工程と、ガイドベーンが全閉にな
ったことを条件として圧縮空気供給管からランナ室内に
圧縮空気を導入してランナ室の水面をドラフトチューブ
にまで押し下げる工程と、入口弁が全閉となったことを
条件として第１弁駆動部によりケーシング排水弁を開と
してケーシング排水管からドラフトチューブへの排水を
開始する工程と、を備えたことを特徴とする水力機械の
運転方法である。

【００２２】本発明によれば、水力機械を発電運転状態
から空転運転状態に円滑に移行させることができるとと
もに、ガイドベーンを小開状態とする事によって、ガイ
ドベーンの開口すきまを通してランナ外周に溜まった溜
水をケーシング内に逃がすことができ、これによりラン
ナとガイドベーン間の滞溜水を適切に排除することがで
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２４】図１に本実施の形態による水力機械３０を
示す。図１に示すように、水力機械は、ランナ下カバー
１を有するランナ室８と、ランナ室８内に配置され主軸
周りに回転するランナ１０とを備えている。ランナ室８
の外方には、ケーシング１２が連結されており、ランナ
室８の下方にはドラフトチューブ２が連結されている。

【００２５】ランナ室８内には、ランナ室８内に圧縮空
気を導入してランナ室８の水面９をドラフトチューブ２
にまで押し下げる圧縮空気供給管１６が連通している。
圧縮空気供給管１６には、給気弁駆動部１６ｂによって
駆動される給気弁１６ａが設けられている。またケーシ
ング１２内とドラフトチューブ２内とは、ケーシング排
水管１３によって互いに連通している。ケーシング排水
弁１３には、第１弁駆動部１３ｂによって駆動されるケ
ーシング排水弁１３ａが設けられている。

【００２６】そしてランナ室８内のランナ１０とケーシ
ング１２との間には、ガイドベーン７が設けられてい
る。ガイドベーン７には、ランナ室８の水面９がドラフ
トチューブ２にまで押し下げられてランナ１０が空転運
転状態となった場合に、ガイドベーン７を小開状態とす
るガイドベーン駆動制御部１７が接続されている。

【００２７】また、ランナ室８を構成するランナ下カバ
ー１とドラフトチューブ２との間には、排水弁駆動部３
ｂによって駆動される排水弁３ａを備えた排水管３が設
けられている。さらにランナ室８の周部には、ランナ１
０とランナ室８との間のシール部にシール水を給水する
ためのシール吸水管４，５および主軸封水部給水管６が
設けられている。

【００２８】さらに、ケーシング１２には、ケーシング
１２内に水を導入するための導入管１４が設けられ、導
入管１４には、ケーシング内への水の導入量を制御する
とともに第２弁駆動部１４ｂにより駆動される入口弁１
４ａが設けられている。

【００２９】ガイドベーン駆動制御部１７は、ランナ室
８の水面９がドラフトチューブ２にまで押し下げられて
ランナ１０が発電方向に空転運転状態となった場合、ケ
ーシング排水管１３の断面積をＡ、ガイドベーン７の高
さをＢ、ガイドベーン７の設置枚数をＺｇとした場合に
式（１）によって規定されるガイドベーン開度ａ（図２
参照）の範囲でガイドベーン７を小開状態とするように
なっている。

【００３０】またガイドベーン駆動制御部１７は、ラン
ナ室８の水面９がドラフトチューブ２にまで押し下げら
れてランナ１０が揚水方向に空転運転状態となった場
合、式（２）によって規定されるガイドベーン開度ａの
範囲でガイドベーン７を開状態とするようになってい
る。

【００３１】さらにガイドベーン駆動制御部１７は、入
口弁１４ａが全閉状態の場合にのみガイドベーン７を小
開状態とするようになっている。

【００３２】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について図３および図４を用いて説明する。図３
および図４は、本実施の形態における入口弁１４ａ、ガ
イドベーン７、給気弁１６ａおよびケーシング排水弁１
３ａの作動状態を示すフロー図である。

【００３３】本実施の形態の水力機械を停止状態から空
転運転状態に移行させる場合、図３に示すように、まず
ガイドベーン駆動制御部１７および第２弁駆動部１４ｂ
によってガイドベーン７および入口弁１４ａが全閉とさ
れる。次に給気弁駆動部１６ｂによって給気弁１６ａが
開状態となってランナ室８内に圧縮空気供給管１６から
圧縮空気が送入され、ランナ室８内の水面９がドラフト
チューブ２内の予め設定された水位まで押し下げられ
る。一方、第１弁駆動部１３ｂによってケーシング排出
弁１３ａが開状態となり、ケーシング排水管１３からケ
ーシング１２内の水を排除する。

【００３４】次にランナ１０の回転主軸を回転させ、こ
れによってランナ１０は空転運転状態となる。

【００３５】本実施の形態の水力機械を発電運転状態か
ら空転運転状態に移行させる場合には、図４に示すよう
に、まずガイドベーン駆動制御部１７によってガイドベ
ーン７を全閉状態へと操作するとともに、第２弁駆動部
１４ｂによって入口弁１４ａを全閉状態へと操作する。

【００３６】そして、ガイドベーン７が全閉になった
後、給気弁駆動部１６ｂによって給気弁１６ａを開状態
とし、圧縮空気供給管１６からランナ室８内に圧縮空気
を導入してランナ室８の水面９をドラフトチューブ２に
まで押し下げる。

【００３７】一方、入口弁１４ａが全閉となった後、第
１弁駆動部１３ｂによってケーシング排水弁１３ａを開
状態とし、ケーシング排水管１３からドラフトチューブ
２への排水を開始する。

【００３８】ランナ１０の空転運転時において、シール
給水管４，５からランナ室８内に給水されるシール水お
よび主軸封水部給水管６からランナ室８内に給水される
シール水は、ランナ１０の回転による遠心力の作用によ
ってランナ１０とガイドベーン７との間に移動する。一
方、ガイドベーン駆動制御部１７は、図２乃至図４に示
すように、ランナ１０が空転状態となった場合にガイド
ベーン７を小開状態とする。従って、ランナ１０とガイ
ドベーン７との間に移動した滞留水１１は水カーテンを
形成することなく、ガイドベーン７の開口すきまを介し
てケーシング１２内に逃がされる。ケーシング１２内に
逃がされた水は、さらにケーシング排水管１３を介して
ドラフトチューブ２内に排水される。

【００３９】ガイドベーン７の開度ａが大き過ぎると、
ランナ室８内のランナ１０とガイドベーン７との間に移
動した滞留水１１だけでなく空気までがケーシング１２
側に抜けてしまう。このケーシング１２側に抜けた空気
は、ケーシング１２内とドラフトチューブ２内とを連通
させているケーシング排水管１３を通ってドラフトチュ
ーブ２へ還流されるが、このケーシング排水管１３の断
面積Ａが十分大きくないと空気がドラフトチューブ２ヘ
還流しきれずにケーシング１２内に溜まってしまうこと
がある。

【００４０】従って、ガイドベーン７の小開状態の開度
ａは好適な範囲に制御されることが望ましい。ガイドベ
ーン７の好適な開度ａについて、図１を用いて説明す
る。まず図１に示すように、ドラフトチューブ２におけ
る圧力をＨｄ、ランナ１０とガイドベーン７との間の部
分における圧力をＨｒ、ケーシング１２における圧力を
Ｈｃとする。ランナ１０の外周部の圧力Ｈｒは、ランナ
１０の回転による遠心力の作用によってＨｄより高圧で
ある。一方、ケーシング１２の圧力Ｈｃは、ランナ１０
の外周部の圧力Ｈｒより低圧で、その差圧（Ｈｒ−Ｈ
ｃ）とガイドベーン７の開口面積（開度ａ×高さＢ×枚
数Ｚｇ）とガイドベーン７の流出係数Ｃｇｖとによっ
て、ガイドベーン７を通ってケーシング１２に流れる水
または空気の流量Ｑｇｖが次式（３）のように定まる。

【００４１】

【数３】 また、ケーシング１２からドラフトチューブ２に、ケー
シング排水管３を通って還流する水量Ｑｅｐは、ケーシ
ング排水管１３の断面積Ａ、ケーシング排水管１３の流
出係数Ｃｅｐを用いて次式（４）のように定まる。

【００４２】

【数４】 ランナ１０の外周部からケーシング１２側に流れた流体
はすべてケーシング排水管１３を通ってドラフトチュー
ブ２ヘ還流するので、Ｑｇｖ＝Ｑｅｐとなる。これを用
いて上記（３）、（４）式を変形すると、

【００４３】

【数５】 となる。ガイドベーン７が小開状態にある時の流れの状
態は複雑で、流出係数Ｃｇｖを計算で求める事は難しい
が、本件発明者は、安定的に空転運転が可能なときの

【００４４】

【数６】 の値は、発電方向回転において１．４〜１３．７、揚水
方向回転において０．７〜８．２の範囲である事を実験
的に求めた。この範囲を（５）式に当てはめると、発電
方向空転運転時においては式（１）の範囲が、揚水方向
空転運転時においては式（２）の範囲が得られる。

【００４５】すなわち、本実施の形態におけるガイドベ
ーン駆動制御部１７は、ガイドベーン７の小開開度が好
適な範囲となるようにガイドベーン７を駆動制御する。

【００４６】以上のように本実施の形態によれば、ガイ
ドベーン７を小開状態とする事によって、ガイドベーン
７の開口すきまを通してランナ１０の外周部に溜まった
滞留水をケーシング１２内に逃がすことができ、これに
よりランナ１０とガイドベーン７との間の滞溜水を適切
に排除することができる。

【００４７】また本実施の形態によれば、水力機械を停
止状態から空転運転状態に円滑に移行させることができ
る。また本実施の形態によれば、水力機械を発電運転状
態から空転運転状態に円滑に移行させることができる。

【００４８】次に本発明による水力機械の第２の実施の
形態について説明する。第２の実施の形態の水力機械３
０は、ガイドベーン駆動制御部１７が、予め定められた
時間間隔で小開状態と全閉状態とに交互にガイドベーン
７を制御するようになっている点が異なるのみであり、
その他の構成は図１に示す第１の実施の形態の水力機械
３０と略同様である。

【００４９】本実施の形態では、ガイドベーン駆動制御
部１７によって、ランナ１０の外周部に水が溜まった時
に対応してガイドベーン７が開口して溜まった水をケー
シング１２側に逃がし、さらに空気がケーシング１２側
へ抜けるのを防ぐために所定の時間間隔でガイドベーン
７が全閉となる。これにより、安定した空転運転が可能
となる。

【００５０】次に図５により、本発明による水力機械の
第３の実施の形態について説明する。図５において、水
力機械３０は、ランナ１０の外周部近傍にランナ温度計
２０が設けられ、ガイドベーン駆動制御部１７は、ラン
ナ温度計２０の測定値に基づいて、ランナ温度計２０の
測定値が一定値以上の場合にガイドベーン７を小開状態
とし、一定値未満の場合にガイドベーン７を全閉状態と
するようになっている。その他の構成は図１に示す第１
の実施の形態の水力機械３０と略同様である。第３の実
施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一
の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５１】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水の量が増すと、ランナ１０がこの滞留水１１
を撹拌し、滞留水１１の温度が上昇してランナ１０の外
周部近傍の温度が上昇することを利用するものである。

【００５２】本実施の形態によれば、ランナ温度計２０
による測定温度があらかじめ定められた上限値を超えた
時にランナ１０の外周部に水が溜まったと判断して、ガ
イドベーン駆動制御部１７がガイドベーン７を開口制御
するため、空気がケーシング１２側へ抜けることが防止
され、安定した空転運転が可能となる。

【００５３】次に図６により、本発明による水力機械の
第４の実施の形態について説明する。図６において、水
力機械３０は、ランナ排水管３に漏水温度計２１が設け
られ、ガイドベーン駆動制御部１７は、漏水温度計２１
の測定値に基づいて、漏水温度計２１の測定値が一定値
以上の場合にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満
の場合にガイドベーンを全閉状態とするようになってい
る。その他の構成は図１に示す第１の実施の形態の水力
機械３０と略同様である。第４の実施の形態において、
図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００５４】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水１１の量が増すと、ランナ１０がこの滞留水
１１を撹拌し、滞留水１１の温度が上昇し排水管３を通
って排水される漏水の温度が上昇することを利用するも
のである。

【００５５】本実施の形態によれば、漏水温度計２１に
よる測定温度があらかじめ定められた上限値を超えた時
にランナ１０の外周部に水が溜まったと判断して、ガイ
ドベーン駆動制御部１７がガイドベーン７を開口制御す
るため、空気がケーシング１２側へ抜けることが防止さ
れ、安定した空転運転が可能となる。

【００５６】次に図７により、本発明による水力機械の
第５の実施の形態について説明する。図７において、水
力機械３０は、ランナ１０の回転主軸による電動機出力
を測定する出力計２２が設けられ、ガイドベーン駆動制
御部１７は、出力計２２の測定値に基づいて、出力計２
２の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン７を小開
状態とし、一定値未満の場合にガイドベーン７を全閉状
態とするようになっている。その他の構成は図１に示す
第１の実施の形態の水力機械３０と略同様である。第５
の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と
同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００５７】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水１１が増大すると、ランナ１０を回すための
回転主軸の負荷が増大することを利用するものである。

【００５８】本実施の形態によれば、出力計２２によっ
て測定された電動機出力があらかじめ定められた上限値
を超えた時にランナ１０の外周部に水が溜まったと判断
して、ガイドベーン駆動制御部１７がガイドベーン７を
開口制御するため、空気がケーシング１２側へ抜けるこ
とが防止され、安定した空転運転が可能となる。

【００５９】次に図８により、本発明による水力機械の
第６の実施の形態について説明する。図８において、水
力機械３０は、ランナ１０の回転主軸による電動機出力
の変動量を測定する出力変動量計２３が設けられ、ガイ
ドベーン駆動制御部１７は、出力変動量計２３の測定値
に基づいて、出力変動量計２３の測定値が一定値以上の
場合にガイドベーン７を小開状態とし、一定値未満の場
合にガイドベーン７を全閉状態とするようになってい
る。その他の構成は図１に示す第１の実施の形態の水力
機械３０と略同様である。第６の実施の形態において、
図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００６０】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水１１が増大すると、ランナ１０がランナ１０
の外周部の滞留水１１をかき込むので、周期的に回転主
軸の負荷が変動するようになることを利用するものであ
る。

【００６１】本実施の形態によれば、出力変動量計２３
によって測定された電動機出力の変動量があらかじめ定
められた上限値を超えた時にランナ１０の外周部に水が
溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部１７がガ
イドベーン７を開口制御するため、空気がケーシング１
２側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可能
となる。

【００６２】次に図９により、本発明による水力機械の
第７の実施の形態について説明する。図９において、水
力機械３０は、ランナ１０の回転主軸の軸振れを測定す
る軸振れ計２４が設けられ、ガイドベーン駆動制御部１
７は、軸振れ計２４の測定値に基づいて、軸振れ計２４
の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン７を小開状
態とし、一定値未満の場合にガイドベーン７を全閉状態
とするようになっている。その他の構成は図１に示す第
１の実施の形態の水力機械３０と略同様である。第７の
実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同
一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００６３】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水１１が増大すると、ランナ１０を回すための
回転主軸の軸振れが増大することを利用するものであ
る。

【００６４】本実施の形態によれば、軸振れ計２４によ
って測定されたランナの回転主軸の軸振れがあらかじめ
定められた上限値を超えた時にランナ１０の外周部に水
が溜まったと判断して、ガイドベーン駆動制御部１７が
ガイドベーン７を開口制御するため、空気がケーシング
１２側へ抜けることが防止され、安定した空転運転が可
能となる。

【００６５】次に図１０により、本発明による水力機械
の第８の実施の形態について説明する。図１０におい
て、水力機械３０は、ランナの回転主軸の軸振れの変動
量を測定する軸振れ変動量計２５が設けられ、ガイドベ
ーン駆動制御部１７は、軸振れ変動量計２５の測定値に
基づいて、軸振れ変動量計２５の測定値が一定値以上の
場合にガイドベーン７を小開状態とし、一定値未満の場
合にガイドベーン７を全閉状態とするようになってい
る。その他の構成は図１に示す第１の実施の形態の水力
機械３０と略同様である。第８の実施の形態において、
図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００６６】本実施の形態は、ランナ１０の外周部に溜
まる滞留水１１が増大すると、ランナ１０がランナ１０
の外周部の滞留水１１をかき込むので、周期的に回転主
軸の負荷が変動するようになることを利用するものであ
る。

【００６７】本実施の形態によれば、軸振れ変動量計２
５によって測定されたランナの回転主軸の軸振れの変動
量があらかじめ定められた上限値を超えた時にランナ１
０の外周部に水が溜まったと判断して、ガイドベーン駆
動制御部１７がガイドベーン７を開口制御するため、空
気がケーシング１２側へ抜けることが防止され、安定し
た空転運転が可能となる。

【００６８】次に図１１により、本発明による水力機械
の第９の実施の形態について説明する。図１１におい
て、水力機械３０は、ケーシング１２の上部に空気を抜
くための空気抜き管１５が設けられ、空気抜き管１５に
空気抜き量を制御するとともに第３弁駆動部１５ｂによ
り駆動される自動弁１５ａが設けられている。その他の
構成は図１に示す第１の実施の形態の水力機械３０と略
同様である。第９の実施の形態において、図１に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００６９】空気抜き管１５は、ケーシング排水管１３
より口径の小さい管によって構成されている。

【００７０】自動弁１５ａは、ガイドベーン７が開状態
の場合に開状態に制御されるが、空転運転から通常運転
に移行する時点で開状態としてもよい。また、発電方向
空転運転時に比べて揚水方向空転運転時のほうがガイド
ベーン７からケーシング１２ヘ空気が抜けやすいため、
自動弁１５ａは揚水方向回転の空転運転時にのみ開状態
としてもよい。

【００７１】本実施の形態によれば、ランナ１０の空転
運転中に第３弁駆動部１４ｂによって自動弁１４ａを開
状態とすることにより、ケーシング１２内の空気を大気
に逃がし、空気の滞留を効果的に防ぎ、滞留した空気が
揚水運転時に導水路を通って上地に、あるいは発電運転
時に放水路を通って下地に流れて高圧空気が大気圧に開
放されて膨張することによって構造物が破壊されること
が防止される。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、水力機械のランナ空転
運転中にランナの外周部に溜まる滞留水をガイドベーン
の開口すきまを通してケーシング側に逃がすので、安定
した空転運転が可能な水力機械を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水力機械の第１の実施の形態を示
す概略断面図。

【図２】本発明による水力機械の第１の実施の形態にお
けるガイドベーン部分を示す概略上面図。

【図３】本発明による水力機械の第１の実施の形態にお
けるガイドベーンおよび各弁の作動状態を示すフロー
図。

【図４】本発明による水力機械の第１の実施の形態にお
けるガイドベーンおよび各弁の作動状態を示すフロー
図。

【図５】本発明による水力機械の第３の実施の形態を示
す概略断面図。

【図６】本発明による水力機械の第４の実施の形態を示
す概略断面図。

【図７】本発明による水力機械の第５の実施の形態を示
す概略断面図。

【図８】本発明による水力機械の第６の実施の形態を示
す概略断面図。

【図９】本発明による水力機械の第７の実施の形態を示
す概略断面図。

【図１０】本発明による水力機械の第８の実施の形態を
示す概略断面図。

【図１１】本発明による水力機械の第９の実施の形態を
示す概略断面図。

【図１２】従来の水力機械を示す概略断面図。

【図１３】従来の水力機械において水カーテンが形成さ
れた状態を示す概略断面図。

【図１４】従来の別の水力機械を示す概略断面図。

【符号の説明】

１ ランナ下カバー ２ ドラフトチューブ ３ 排水管 ３ａ 排水弁 ３ｂ 排水弁駆動部 ４、５ シール給水管 ６ 主軸封水部給水管 ７ ガイドベーン ８ ランナ室 ９ 水面 １０ ランナ １１ 滞留水 １２ ケーシング １３ ケーシング排水管 １３ａ ケーシング排水弁 １３ｂ 第１弁駆動部 １４ 導入管 １４ａ 入口弁 １４ｂ 第２弁駆動部 １５ 空気抜き管 １５ａ 自動弁 １５ｂ 第３弁駆動部 １６ 圧縮空気供給管 １６ａ 給気弁 １６ｂ 給気弁駆動部 １７ ガイドベーン駆動制御部 ２０ ランナ温度計 ２１ 漏水温度計 ２２ 出力計 ２３ 出力変動量計 ２４ 軸振れ計 ２５ 軸振れ変動量計 ３０ 水力機械

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大 竹 典 男 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 市 村 正 洋 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 東芝アイテック株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランナ室と、 ランナ室内に配置され、主軸周りに回転するランナと、 ランナ室の外方に連結されたケーシングと、 ランナ室の下方に連結されたドラフトチューブと、 ランナ室内に連通し、ランナ室内に圧縮空気を導入して
   ランナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げる圧
   縮空気供給管と、 ケーシング内とドラフトチューブ内とを接続し、ケーシ
   ング内の水をドラフトチューブ内に排水するケーシング
   排水管と、 ケーシング排水管に設けられ、第１弁駆動部により駆動
   されるケーシング排水弁と、 ランナ室内のランナとケーシングとの間に介在するガイ
   ドベーンと、 ガイドベーンに接続され、ランナ室の水面がドラフトチ
   ューブにまで押し下げられたランナの空転運転時にガイ
   ドベーンを小開状態とするガイドベーン駆動制御部と、
   を備え、 ランナの空転運転時において、ランナ室の外周部に滞留
   する漏水を小開状態となったガイドベーンからケーシン
   グ内に逃がすとともにケーシング内に逃がされた漏水を
   ケーシング排水管によってドラフトチューブ内に排水す
   ることを特徴とする水力機械。
2. 【請求項２】ガイドベーン駆動制御部は、ランナ室の水
   面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空
   転運転状態となり、かつランナが発電方向に空転運転す
   る場合、排水管の断面積をＡ、ガイドベーンの高さを
   Ｂ、ガイドベーンの設置枚数をＺｇとしたときに式
   （１）によって規定されるガイドベーン開度ａの範囲で
   ガイドベーンを小開状態とすることを特徴とする請求項
   １に記載の水力機械。 【数１】
3. 【請求項３】ガイドベーン駆動制御部は、ランナ室の水
   面がドラフトチューブにまで押し下げられてランナが空
   転運転状態となり、かつランナが揚水方向に空転運転す
   る場合、排水管の断面積をＡ、ガイドベーンの高さを
   Ｂ、ガイドベーンの設置枚数をＺｇとしたときに式
   （２）によって規定されるガイドベーン開度ａの範囲で
   ガイドベーンを開状態とすることを特徴とする請求項１
   に記載の水力機械。 【数２】
4. 【請求項４】ガイドベーン駆動制御部は、予め定められ
   た時間間隔でガイドベーンが小開状態となるよう全閉状
   態とに交互にガイドベーンを制御することを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれかに記載の水力機械。
5. 【請求項５】ランナの外周部近傍にランナ温度計が設け
   られ、 ガイドベーン駆動制御部は、ランナ温度計の測定値に基
   づいて、ランナ温度計の測定値が一定値以上の場合にガ
   イドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイド
   ベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかに記載の水力機械。
6. 【請求項６】ランナ室の外周部とドラフトチューブ内と
   を接続し、ランナ室の外周部に滞留する漏水を排水する
   ランナ排水管が設けられ、 ランナ排水管に漏水温度計が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、漏水温度計の測定値に基づ
   いて、漏水温度計の測定値が一定値以上の場合にガイド
   ベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベー
   ンを全閉状態とすることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の水力機械。
7. 【請求項７】ランナの回転主軸による電動機出力を測定
   する出力計が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、出力計の測定値に基づい
   て、出力計の測定値が一定値以上の場合にガイドベーン
   を小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを全
   閉状態とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の水力機械。
8. 【請求項８】ランナの回転主軸による電動機出力の変動
   量を測定する出力変動量計が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、出力変動量計の測定値に基
   づいて、出力変動量計の測定値が一定値以上の場合にガ
   イドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイド
   ベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかに記載の水力機械。
9. 【請求項９】ランナの回転主軸の軸振れを測定する軸振
   れ計が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、軸振れ計の測定値に基づい
   て、軸振れ計の測定値が一定値以上の場合にガイドベー
   ンを小開状態とし、一定値未満の場合にガイドベーンを
   全閉状態とすることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の水力機械。
10. 【請求項１０】ランナの回転主軸の軸振れの変動量を測
    定する軸振れ変動量計が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、軸振れ変動量計の測定値に
    基づいて、軸振れ変動量計の測定値が一定値以上の場合
    にガイドベーンを小開状態とし、一定値未満の場合にガ
    イドベーンを全閉状態とすることを特徴とする請求項１
    乃至３のいずれかに記載の水力機械。
11. 【請求項１１】ケーシング内に水を導入するための導入
    管が設けられ、導入管にケーシング内への水の導入量を
    制御するとともに第２弁駆動部により駆動される入口弁
    が設けられ、 ガイドベーン駆動制御部は、入口弁が全閉状態の場合に
    のみガイドベーンを小開状態とすることを特徴とする請
    求項１乃至３のいずれかに記載の水力機械。
12. 【請求項１２】ケーシングの上部に空気を抜くための空
    気抜き管が設けられ、空気抜き管に空気抜き量を制御す
    るとともに第３弁駆動部により駆動される自動弁が設け
    られたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに
    記載の水力機械。
13. 【請求項１３】請求項１に記載の水力機械を停止状態か
    ら空転運転状態に移行させる運転方法であって、 圧縮空気供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してラ
    ンナ室の水面をドラフトチューブにまで押し下げると同
    時にケーシング排水弁を開としてケーシング排水管から
    ドラフトチューブへの排水を開始する工程と、 ランナの回転主軸を回転させる工程と、 ランナ室の水面がドラフトチューブにまで押し下げられ
    てランナが空転運転状態となった場合にガイドベーン駆
    動制御部によりガイドベーンを小開状態とする工程と、
    を備えたことを特徴とする水力機械の運転方法。
14. 【請求項１４】請求項１１に記載の水力機械を発電運転
    状態から空転運転状態に移行させる運転方法であって、 ガイドベーン駆動制御部を介してガイドベーンを閉状態
    へと操作するとともに、入口弁を第２弁駆動部により閉
    状態へと操作する工程と、 ガイドベーンが全閉になったことを条件として圧縮空気
    供給管からランナ室内に圧縮空気を導入してランナ室の
    水面をドラフトチューブにまで押し下げる工程と、 入口弁が全閉となったことを条件として第１弁駆動部に
    よりケーシング排水弁を開としてケーシング排水管から
    ドラフトチューブへの排水を開始する工程と、を備えた
    ことを特徴とする水力機械の運転方法。