JPS59170471A - 水力機械 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はランナを空転運転することのある水力機械に関
する。

〔発明の技術的背景とその間融点〕

水力発電所の可動ガイドベーンを壱°する水力機械のな
かで、特に調相運転や揚水待機運転等のためにドラフト
チューブ内の水面を押下げてランナを空転運転するもの
がある。

この水力機械の本発明の一実施例および従来例に共通し
た部分の概略縦断面図をｉ１図に示す。

（１）はランナ、ｊ２）はガイドベーン、（３）はカバ
ー、（４）はドラフトチューブ、（５）は排水管、（６
）はパルプ、（７）は開口部、（８）はケーシングであ
る。水面（９）を押上げ、運転を行なう場合、第１図に
示すように、ガイドベーン（２）を全閉し、ドラフトチ
ューブ（４）内の水面（９）を圧縮突気で押下げた状態
でランナ（１）を空転させることにより、負荷トルクを
減少させて電力損失を少なくするようにしている。この
場合、上記圧縮空気の漏洩を防止するため、ランナ（１
）とカバー（３）との間のシール部にシール用冷却水を
供給し、またガイドベーン（２）の外側の水圧を内側の
圧力より高めているので、ガイドベーン（２）の僅かな
隙間から、かなりの鼠の水がランチ（１）側に漏れる。

これらの水は回転するランナ（１）によって遠心力が与
えられ、ランナ（１）の外周に沿ってカーテン状の滞溜
水となる。この滞溜水をランナ（１）かがき回すと、反
抗トルクにより動力損失が生じる。特に調相運転のよう
にランナ空転時間が長くなると、滞溜水が増し、動力損
失も次第に増加する。そして撹拌損失の増大に伴ない、
ランナ室内の温度も上昇し、加えて滞溜水のかき廻しに
よって不安定な運転状態となり、場合によっては異常振
動を誘発し、水力機械の運転に際しての安全性並びに機
械の寿命を低下する原因となる。

そこで、最近この動力損咲を軽減するため、ランナ（１
）の外周部圧力とドラフトチューブ側圧力との差を利用
して、前記の滞溜水をランナ（１）の外周部を通してカ
バー（３）に設けた排水管（５）によりトラフ゛トチュ
ーブ（４）へ排出する手段が採用されるようになった。

この場合、排水管（５）からは水だけでなく圧縮空気も
混じってドラフトチューブ（４）内に排出され、第１図
の矢印Ａ、Ｂ、Ｃの方向に放出される。ランチ空転時は
ドラフトチューブ（４）の円錐部（４ａ）の途中まで押
下けられた水面（９）がランチ（１）の回転方向に従っ
て回転揺動しているが、前記空気混じりの滞溜水も、こ
の回転揺動に巻込まれる格好となる。

次に従来の水力機械の調相運転即ちランチ空転時のドラ
フトチューブ（４）内の空気混じり滞流水の排出流の状
態を第２図に示す。第２図においてα０）はドラフトチ
ューブ（４）の排水管（５）開口部（７）を含む水平断
面における軸心（１１１を中心とした仮想円を示し、こ
の仮想円α〔は下池方向中心線（１２１の下池反対側端
ドラフトチューブ壁（［３と接するものである。

（【（イ）は細心（１Ｂを通り下池方向中心線α４に直
交する直交中心線である。α９はケーシング（８）の巻
方向を示す巻方向略図であって右・港き（時計方向）に
巻かれていることを示す。矢印Ｇはランナの回転方向を
示す。しかして、排水管の開口部（７）は下池方向中心
線（１２１の下池反対側端ドラフトチューブ壁（以下単
に下池反対側端ドラフトチューブ壁と称す）ａ３からラ
ンナ回転方向の前側約５００の位置に設けられていた。

このような従来の構造では、開口部（刀から放出された
空気混じりの滞溜水の一部は第２図中、破線にて示すよ
うな流線Ｘに沿ってドラフトチューブ（４）のエルボ部
内径側最下端部（Ｌ）を通過して、下池へ排出される。

従って、調相運転が長時間に及ぶ場合、上述のように下
池へ排出される空気輩も多くなり、押下げ水面（９）が
上昇する結果となり、場合によっては、上昇してきた回
転揺動水面（９）をランチ（１）のグレード（図示せず
）がかき上げることになり、多大な動力損失な住じると
共に、水力機械の振動および騒音等を発生する原因とな
る。この様な事態を避けるには上昇してきた水面（９）
を事前に検出して、コンプレッサから圧縮空気をドラフ
トチューブ内に補給せねばならず、特に前記の下池へ排
出される空気−が多い場合には、コンプレッサがらの送
気も連続的になり、この為、不要に大容量のコンプレッ
サあるいは大容量の圧縮容気タンクが必要となるため、
経済的に大きな損失となる。地下式発電所に設置される
水力機械や、室軸形多段ポンプ水車の場合、機械高さが
大になることを嫌うため、ドラフト六ドブ（４）の円錐
部（４ａ）を短がくし、堀削菫を減らして扁価な建設費
を軽減しようとする傾向が強いが、この様な場合は特に
上述の空気漏出が発生し易く、圧縮空気の補給輩も多大
なものとなる問題があった。

〔発明の目的〕

本発明はランチ空転運転の際、ドラフトチューブの円錐
部の長さが短かくても、圧縮空気が下池へ逃げる意を少
なくし、常に安定した押下げ水位を保ちながら、しかも
適度なガイドベーンとランナとの間の滞溜水排出を行な
い、安全で昼効率に空転運転を行ない得る水力機械を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明においては、カバー内にガイドベーンとランチを
有し、ドラフトチューブ内の水面を押下げてランナを空
転させることのある水力機械において、ガイドベーンか
らの漏水又はシール冷却水をカバーからドラフトチュー
ブへ排水する開閉用パルプ付きの排水管をドラフトチュ
ーブの側面に開口させ、その開口部を含むドラフトチュ
ーブ水平断面の下池側に向けた下池方向中心線の下池反
対側端ドラフトチューブ壁からランチ軸心に対してラン
チ空転方向の後側へ００ないし９０°の範囲内に排水管
の開口部を位置させることにより、開口部から排出され
た滞流水に混じった空気がドラフトチューブのエルボ部
内径側最下端部へ到達する距離を大にし、下池へ空気が
排出される駕を減少するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について、第３図および第４図
を参照して説明する。尚この実施例の概略縦断面図は技
術的背景の項で説明した第１図の通りであるからこれも
参照されたい。そして第３図および第４図において第２
図と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

この実施例においては、排水管（５）を（５ａ）と（５
ｂ）の２本とし、それぞれ１ニパルブ（６ａ）、　（６
ｂ）を取付け、開口部（７）は（７ａ）　、　（７ｂ）
の２個所として下池反対側端ドラフトチューブ壁αＪの
両側にそれぞれ約４５°の位置に設ける。そして、パル
プ（６ａ）　、　（６ｂ）はランク（１）の空転時回転
方向の後側のものを開にし、前側のものを閉とするよう
に選択開閉出来るようにし、また発電あるいは揚水等の
通常運転時には両パルプ（６ｇ）、（６ｂ）共Ｉ：閉鎖
出来るようにする。第３図はランナ（１）を発電方向に
ｍＭ相運転する場合の回転方向を矢印Ｇで示し、第４図
はランナ（１〕を揚水方向に揚水待期運転成いは調相運
転する場合の回転方向を矢印Ｐで示す。そしてパルプ（
６ａ）　、　（６ｂ）において白抜きで図示したものは
開状態を示し、黒塗りで図示したものは閉状態であるこ
とを示す。また第３因、第４図の破線で示した流線Ｙは
空気混じりの滞溜水の排出流れ状態を示す。

次に作用について説明する。

第３図のように発電方向に調相運転をしている場合は、
ランナ（ｉ）は矢印Ｇの方向に空転し、下池反対側端ド
ラフトチューブ壁ａ漕より回転力向のｎ＋１側の第１の
パルプ（６ａ）は閉となり、後側の第２のパルプ（６ｂ
）は開となっている。従って、空気混じりの滞溜水は＠
２の排水管（５ｂ）の排水管（７ｂ）から排出され、一
部は破線で示す流線Ｙのように下池反対側端ドラフトチ
ューブ壁αＪの内側を通ってからドラフトチューブのエ
ルボ部内径側最下端部（Ｌ）の方向へ向かって行くもの
があるが、その行程が長くなるので、滞溜水に混じって
いた空気の大部分は、エルボ部内径側最下咄部（Ｌ）へ
到達するＰｌかＪにドラフトチューブ（４）の円錐部（
４ａ）から水面（９）上へ抜けてしまう、。従って、下
池へ漏れる空気の量は極めて微少となる。

また、第４図のように揚水方向に揚水待期運転或いは虐
相蓮転をする場合は、ランナ（１）は矢Ｅ４］　Ｐの方
向に空転し、下池反対側端ドラフトチューブＷ＜ｔ□□
□より回転方向の後側の第１のパルプ（６ａ）は開とな
り、前側の＠２のパルプ（６ｂ）は閉となる。

従って、下池へ漏れる空気の量が極めて微少になること
は第３図の場合と同様である。

このことは発明者の実験によって確認された。

第５図および第６図はこの実験結果を示したものである
。第５図および第６図において、横軸には第２図ないし
第４図の図中に示されたドラフトチューブ（４）水平面
内のθ°から３６００　までの角度が展開されており、
縦軸はドラフトチューブ（４）からの漏気量の割合を表
わしている。そして種々の角度の位置に排水管（５）の
開口部（７）を開口させた場合の圧縮空気のドラフトチ
ューブ（４）からの漏気量の測定データを比率にして曲
線で結んで示したものである。

ここで第５図は第２図あるいは第３図のようにケーシン
グ（８）が右巻きでランナ（１）が右回転の場合を示し
、＄６図は第４図のようにケーシング（８）が右巻きで
ランナ（１）が左回転の場合を示している。

さらに図示し−ないが、ケーシング（８）が左巻きで、
ランナ（１）が左回転の場合、およびケーシング（８）
が左巻きでランナ（１）が右回転の場合の実験結果は、
丁度第５図と第６図が逆転した結果となることを確認し
ている。

第５図から分るように、ケーシング（８）が右巻きでラ
ンナ（１）が右回転の場合は、開口部（力が９０°から
１５０°の位置に設置された場合が最も漏気量が多く、
逆に約３１５°　（−４５°）の位置に設置された場合
が最も漏気量が少なく、最大の漏気量の０．１〜０．１
５倍程度である。そして図中！１で示した２７０°〜３
６０°の範囲が比較的漏気量が少なく、最大漏気量の０
，５倍以上であり、実用上差支えない範囲である。これ
は角゛い換えれば、開口部（７）の設置位置は、開口部
（力を含むドラフトチューブ水平断面の下池側に向けた
下池方向中心線の下池反対側端ドラフトチューブ壁０３
からランナ軸心αυに対してランナ窄転方向の後側へθ
°ないし９０’の範囲内となる。

従って、ｊｌの範囲で排水管（５）の開口部（力を設け
れば、実用上何ら支障なく、経済的に発電方向調相運転
が可能になる。

一方、第６図における揚水方向の揚水待期運転成いは調
相運転の場合には第４図のように約４５゜の位置に開口
した場合が漏気量が最も少なく、２１０°から２７００
の位置に開口した場合が漏気量が最も多い。また、第６
図中のＥ２で示したθ°ないし９０°の範囲では、第５
図の場合と同様、最大漏気量の０．５倍以下であり実用
上問題はない。

更に、通常の発電、揚水運転時には両パルプ（６ａ）、
（６ｂ）を共に全閉するため、排水管（５ａ）　、　（
５ｂ）による効率低下等の悪影響はなく、高効率で安全
運転が出来る。

尚、本発明は上記し、かつ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で、
種々変形して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれは、排゛水管のドラ
フトチューブへの開口位置を、その開口部を含むドラフ
トチューブ水平断面の下池側に向けた下池方向中心線の
下池反対側端ドラフトチューブ壁からランナ軸心に対し
てランナ空転方向の後側へθ°ないし９０°の範囲内と
したので、開口部から排出された滞溜水に混じった空気
がドラフトチューブのエルボ部内径最下端部へ到達する
距離を大にし、下池へ空気が排出される量を減少し、瀾
相運転成いは揚水待期運転等のランナ空転運転を、安全
で高効率に行ない得る水力機械を提供することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例および従来例に共通した水力
機械の部分を示す概略縦断面図、第２図は従来例の排水
管取付位置における空気混じり滞流水の流れを示す説明
図、第３図および第４図は本発明の一実施例にてそれぞ
れ異なる位置の排水管開口部からの空気混じり滞流水の
流れを示す説明図、第５図および第６図はそれぞれ異な
るランチ回転方向に対する排水管取付位置における漏気
量を示す実験データ曲線図である。 ｌ・・・ランナ　　　　　　２・・・ガイドベーン３・
・・カバー　　　　　　　４．・・・ドラフトチューブ
５．５ｍ、５ｂ−−−排水！　　　　６．５ａ、５ｂ−
、パルプ７．７ａ、７ｂ・・・開口部　　　９・・・水
面１１・・・ランナ軸心　　　１２・・・下池方向中心
線１３・・・下池反対側端ドラフトチューブ監Ｇ、Ｐ・
・・ランナ回転方向矢印 代理人　弁理士　井　上　−男 第　　１　図 ｆｆ１ｌ　　図 第　　４　町

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　カバー内にガイドベーンとランナを有し、ド
   ラフトチューブ内の水面を押下げてランナを空転させる
   ことのある水力機械において、ガイドベーンからの漏水
   又はシール冷却水をカバーからドラフトチューブへ排水
   する開閉用バルブ付きの排水管をドラフトチューブの側
   面に開口させ、その開口部を含むドラフトｆ２−プ水平
   断面の下池側に向けた下池方向中心線の下池反対側端ド
   ラフトチューブ壁からランナ軸心に対してランナ空転方
   向の後側へ０８ないし９０°の範囲内に排水管の開口部
   を位置させたことを特徴とする水力機械。
2. （２）　　排水管を複数個とし、その開口部は下池方向
   中心線の下池反対側端からドラフトチューブ内にて下池
   方向中心線の両側に００ないし９０°の範囲に設け、ラ
   ンナ空転方向により排水管を選択開閉できるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水力機械
   。