JPS6225877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多段水力機械の空転運転方法に係
り、特に最高圧段部から最低圧段部までの各段部
が返り通路によつて連絡され、最高圧段部のみに
可動ガイドベーンを備えた多段水力機械におい
て、発電運転あるいは揚水運転からそれぞれ発電
方向あるいは、揚水方向への空転運転に切換える
場合の多段水力機械の運転方法に関する。

一般に水力機械では、水車発電運転あるいは、
ポンプ揚水運転から、それぞれ水車調相運転ある
いはポンプ揚水待機運転に切換える場合、水車調
相運転時、あるいはポンプ揚水待機運転時、ラン
ナ駆動トルクの軽減をはかるため、高圧空気の給
気により、流路の水を押し下げてランナを空中で
運転している。

水力機械のうち、各段部のランナ室が返り通路
によつて連絡され、複雑な流路形状を有する多段
水力機械にあつては、発電運転あるいは、揚水運
転からそれぞれの空転運転に切換える際の給気、
排水に種々の問題を伴いやすい。

特に過渡時の運転状態を安全に制御するため最
高圧段部だけに可動ガイドベーンを設けた多段水
力機械においては、最高圧段部から最低圧段部ま
での各段部の流路が常時連通しているので、流路
部に高圧空気を給気する際、各段部の相互干渉を
伴いやすく、円滑に給気排水を行なうことが難し
く、給気方法が問題となつている。

しかるに、このように最高圧段部だけに可動ガ
イドベーンを有する多段水力機械自体が技術的に
未開な分野が多いこともあつて、発電運転あるい
は揚水運転から所要の空転運転に切換える場合に
おける、簡便にして的確な空転方法が未だ提案さ
れていないのが実情である。

そこで本発明の目的は、発電運転あるいは揚水
運転から空転運転に切換える際、安全にして確実
に給気排水を行なうことが可能で、かつ短時間の
うちに円滑に空転運転に移行できるようにした多
段水力機械の運転方法を提供することにある。

以下本発明の多段水力機械の運転方法の第１の
発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図は多段水力機械の一例としてフランシス形
２段ポンプ水車を示す。単一のポンプ水車主軸１
の軸上には、高圧段ランナ２と低圧段ランナ３と
が軸方向の距離をおいて固着されている。この高
圧段ランナ２は、上カバー４および下カバー５で
包囲される一方、低圧段ランナ３は、上カバー６
および下カバー７で包囲され、高圧段ランナ室８
および低圧段ランナ室９とを構成している。上記
高圧段ランナ室８と低圧段ランナ９とは返り通路
１０で連絡され、通路上には返し羽根１１および
ステーベーン１２が設けられている。

また、高圧段ランナ室８の外側には、うず巻ケ
ーシング１３が配置され、そのうず室１４の入口
には、入口弁１６を介して水圧鉄管１７に接続さ
れている。高圧段ランナ２の外側は、水口開度を
変えられる可動ガイドベーン１５が設けられ、ガ
イドベーン操作機構（図示せず）によつてガイド
ベーン開度を調整できるようになつている。なお
低圧段ランナ室９にはエルボ形の吸出し管１８が
接続され、その下流側は吸出し管出口弁１９を介
して放水路２０と連通している。

上記高圧段ランナ室８の外周部には排水管２１
が接続され、一方低圧段ランナ室９の外周部には
排水管２２が接続され、それぞれの管路上には排
水弁２３および２４が組込まれており、それぞれ
の排水管は吸出し管１８と連通している。また上
記吸出し管１８の上部には給気管２５が接続さ
れ、管路上には給気弁２６が組込まれており、高
圧段ランナ２の出口近傍の返り通路部には給気管
２７が接続され、管路上に給気弁２８が組込まれ
ている。さらに吸出し管１８の上方には吸出し管
内の水位を検出する水位検出器２９が、さらに高
圧段ランナ室８には、ランナ室内圧力を検出する
圧力検出器３０がそれぞれ取り付けられている。

上記のように構成された２段ポンプ水車を水車
運転させる場合、開口させた入口弁１６を介して
水圧鉄管１７から送入される圧力がうず巻ケーシ
ング１３のうず室１４内に流入しこの水流は高圧
段部の可動ガイドベーン１５を通過し、高圧段ラ
ンナ２、返り通路１０を経て低圧段ランナ３を流
通したのち吸出し管１８内を通り、放水路２０へ
流れる。

一方水車と同じ回転速度で反対の方向にランナ
を回転するポンプ運転時には低圧段ランナ３によ
つて揚水された水流は、前記した水車運転時の場
合と逆の順路を経て放水路２０から水圧鉄管１７
へと流通して行く。

次に上述した２段ポンプ水車に本願の第１の発
明の実施例を適用して、水車発電運転あるいはポ
ンプ揚水運転の状態から水車方向あるいはポンプ
方向の空転運転へ移行する場合の運転制御方法に
ついて述べる。水車発電運転あるいはポンプ揚水
運転から、発電方向あるいは揚水方向の空転運転
に移行させるには、まず高圧段部可動ガイドベー
ン１５、および入口弁１６を同時あるいは順次に
全閉し、高圧段部可動ガイドベーン１５を全閉も
しくはその近傍小開度に至らしめたら、低圧段部
下方に連通する吸出し管１８の上部に接続する給
気管２５上の給気弁２６を開き、吸出し管部上方
に給気を開始し、吸出し管部の規定位置まで水位
を押し下げる（第１図参照）。

次に吸出し管部の規定位置まで水位が下がつた
ところで前記給気弁２６を閉じ吸出し管１８上方
への給気を終止し、しかる後高圧段ランナ２の出
口近傍の返り通路１０に接続する給気管２７上の
給気弁２８を開き、返り通路部に給気を開始する
とともに、排水弁２４を開け低圧段ランナ室９の
外周部及び返り通路１０に滞留する水を低圧段部
排水管２２を介して吸出し管１８に排出させる
（第２図参照）。

なお吸出し管部の水位が規定位置まで達したこ
とは、吸出し管１８が接続する低圧段ランナ室９
内に設けられる圧力検出器（図示せず）もしくは
吸出し管１８に設けられる水位検出器２９を介し
て検出し、この検出信号によつて給気弁２６を閉
じ、さらに給気弁２８、排水弁２４をそれぞれ弁
開すればよい。

しかる後、高圧段ランナ室８内の圧力が規定値
以下になつたところで、排水弁２３を開き高圧段
部ランナ室８の外周部に滞留する水を高圧段部排
水管２１を介して吸出し管１８に排出させ、返り
通路１０への高圧給気による水面押し下げ力によ
り吸出し管１８内の水面を前記した規定位置に安
定せしめたら、給気管２７の給気弁２８を閉め、
返り通路１０内への給気を終止させて各ランナを
空転運転へ移行させる（第３図参照）。

なお高圧段ランナ室８の圧力が規定状態に達し
たことは、同ランナ室内に設けられる圧力検出器
２８によつて検出すればよく、この圧力検出器か
らの検出信号を前記排水弁２３に伝えて弁開すれ
ばよい。また吸出し管１８部の水が規定水位に安
定したことは、吸出し管上部に設けられる水位検
出器２９を介して検出し、この検出信号によつて
給気弁２６を閉める。

以上の説明から明らかなように、本願の第１の
発明の実施例によれば、まず高圧段部可動ガイド
ベーンの内側流路部の水面押し下げを行なう場
合、高圧段部可動ガイドベーンを全閉し、２段ポ
ンプ水車の流路のうち最低圧状態にある吸出し管
部に給気するから、コンプレツサーなどの給気装
置は圧力容量の小さく経済的なもので十分対応で
きるとともに給気制御を極めて簡素化でき、さら
に加えて給気圧力を直接ランナに作用させないか
ら回転部を軸方向に推すような軸スラストを誘発
することがなく安全である。

また上記圧縮空気の供給により、まず低圧側段
部のランナ室の水を押し下げたら、今度は水がま
だ滞留している上方の高圧側段部である返り通路
に給気するとともに、高圧段部を除くランナ室の
外周部を排水管を介して吸出し管部と連通せしめ
るから、低圧側段部ランナ室の外周部および上方
に連接した返り通路内に滞留する水は、同部ラン
ナの遠心作用力による排水効果に加えて、前記し
た上方から給気作用による水面押し下げ効果によ
り、同部ランナ室排水管から極めて短時間のうち
に的確に排出できる。

なお返り通路部への給気は、上記したように低
圧側段部のランナ室の水を押し下げ、低圧化して
から実施するため、前記の吸出し管部への給気の
場合と同じく小さい圧力容量の給気装置で済み、
さらに直接ランナに給気圧力を作用させないた
め、軸スラストを誘発することがないのは、吸出
し管部への給気の場合と同じである。

このようにした圧縮空気による排水領域を低圧
段部から順次高圧側段部へ拡大させていくから、
排水に伴なう各段部の水の相互干渉による不安定
現象が避けられ円滑な排水を行なえる。

このように給気排水を行ない、各流路のうち最
高圧力状態下にある高圧段部ランナ室について
は、同部ランナ室の圧力を安全な規定圧力まで減
圧させてから同部ランナ室の外周部に滞留する水
を同部ランナ室排水管から吸出し管部に排出させ
るから、安全な圧力に調制された同部ランナの遠
心作用力により円滑にして的確に排水できる。

つぎに本発明の多段水力機械の運転方法の第２
の発明の実施例について図面を参照して説明す
る。本願の第１の発明の実施例と同じ第１図にお
いて、うず巻ケーシング１３のうず室１４の上方
には、大気中と連通する通気管３１が取付けられ
ており、管路上には通気弁３２が組込まれてい
る。さらにケーシングうず室１４と吸出し管１８
を連絡するケーシング排水管３３が、管路上に排
水弁３４を組み込んで取り付けられている。吸出
し管１８には、吸出し管１８の外側下方に配置さ
れ大気に連通した排水ピツト（図示せず）と連絡
する外部排水管３５が、管路上に排水弁３６を組
み込まれて設けれており、他の構成は本願の第１
の発明の実施例と同一である。

このように構成された２段ポンプ水車の水車、
ポンプ運転の水流の動きは前記した本願の第１の
発明の実施例の場合と同じである。

つぎにこの２段ポンプ水車に本願の第２の発明
の実施例を適用して、水車発電運転、あるいはポ
ンプ揚水運転から水車方向あるいはポンプ方向の
空転運転へ移行する場合の方法について述べる。
はじめの高圧段可動ガイドベーン１５、入口弁１
６の閉動作から、第３図に相当する状態までの方
法は本願の第１の発明の実施例と同じである。す
なわち、全閉したガイドベーン１５の内側流路部
については、本願の第１の発明の実施例の給気排
水制御により水面押し下げを行ない、しかる後に
可動ガイドベーン１５の外側流路部であるうず巻
ケーシング１３については次のようにして水面押
し下げを行なう。

すなわち、第３図に示す空転運転状態におい
て、先づ吸出し管出口弁１９を全閉し、しかる後
吸出し管の外部排水弁３６を開口させて吸出し管
１８内の水を外部排水管３５を介して外部の排水
ピツトに排出させるとともに、ケーシング排水弁
３４とケーシング通気弁３２とを開口し、通気管
３１を介してうず巻ケーシング１３内を大気に連
通せしめながらうず巻ケーシング１３内の水をケ
ーシング排水管３３を介して吸出し管１８内に自
然流下させることにより排出させ、しかしてうず
巻ケーシング１３内の水面押し下げを行なう（第
４図参照）。

このように一つの密閉された空間部に残留する
水は、まず外部排水弁３６を開口することで端部
を下部の大気圧部と連通され、さらにもう１つの
端部としてケーシング通気弁３２の開口により、
これら残留する水の上位の大気圧部と連通され、
この下部の外部排水管３５の端部の大気圧部水位
と、残留する水のある位置の高低差によつて大気
圧により残留する水は排出される。

なお、ケーシング排水弁３４は、ケーシング通
気弁３２ならびに外部排水弁３６の各制御弁は、
吸出し管出口弁１９を全閉としたことをリミツト
スイツチ（図示せず）を介して検出するかもしく
は吸出し管出口弁１９を全閉してから動作するよ
うに予め設定した時限タイマー装置（図示せず）
を介して検出し、この検出信号によつて上記各制
御弁を同時にあるいは順次に開口させれば良い。

このように、本願の第２の発明の実施例によれ
ば、高圧段部ガイドベーンの外側流路部であるう
ず巻ケーシングの水面押し下げを行なう場合は、
うず巻ケーシングを大気と通気せしめ吸出し管部
に放水路圧力が作用しないようにした状態でうず
巻ケーシングの水をケーシング排水管を介して吸
出し管部に自然流下させるから、うず巻ケーシン
グ内に圧縮空気を作用せしめうるような危険を伴
なうことなく、安全に水面を押し下げられ、しか
して高圧段部可動ガイドベーンのすき間を通つて
うず巻ケーシングの水が同部ランナに漏水するよ
うな現象が防止できしたがつて空転損失を極めて
低減せしめた経済的な空転運転が行なえる。

なお、上記した本願の第１および第２の発明の
実施例は、２段ポンプ水車に対して適用した例を
述べたが、本発明は３段以上の多段水力機械に適
用できることは勿論である。

以上述べたように、最高圧段部から最低圧段部
までの各段部にランナを備えて各段部のランナ室
が返り通路によつて連絡され、最高圧段部のみに
可動ガイドベーンを備えた多段水力機械におい
て、発電運転あるいは揚水運転からそれぞれ発電
方向あるいは揚水方向への空転運転に移行させる
場合、本発明によれば、簡便にして、迅速、的確
かつ円滑に行える空転運転方法を提供するもので
あり、極めて合理的なものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を適用
するフランシス形２段ポンプ水車の給気、排水、
運転の途中の状態を示した縦断面図、第３図及び
第４図は同ポンプ水車の空転運転状態を示した縦
断面図である。 ２…高圧段ランナ、３…低圧段ランナ、８…高
圧段ランナ室、９…低圧段ランナ室、１０…返り
通路、１３…うず巻ケーシング、１５…可動ガイ
ドベーン、１６…入口弁、１８…吸出し管、１９
…吸出し管出口弁、２１，２２，３３，３５…排
水管、２３，２４、３４，３６…排水弁、２５，
２７…給気管、２６，２８…給気弁、３１…通気
管、３２…通気弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にラ
   ンナを備えて各段部のランナ室が返り通路によつ
   て連絡され最高圧段部にのみ可動ガイドベーンを
   備えた多段水力機械の運転方法において、水車発
   電運転あるいはポンプ揚水運転から発電調相ある
   いは揚水待機の空転運転に移行させる際、最高圧
   段部から最低圧段部まで連通させた状態で最高圧
   段部ガイドベーンと入口弁を全閉し、最高圧段部
   ガイドベーンを全閉もしくはその近傍小開度に至
   らしめたところで最低圧段部下方と接続する吸出
   し管部上方に給気し、吸出し管部の規定位置まで
   水位を押し下げたところで吸出し管部上方への給
   気を終止させ、しかる後最低圧段部を除く高圧段
   ランナの出口近傍の返り通路部に低圧段部側から
   順次給気するとともに、最高圧段部を除く低圧段
   ランナ室外周部の水を低圧段部側から順次低圧段
   ランナ室外周部排水管を介して吸出し管部へ排出
   させながら最高圧段部ランナ室内圧力を規定値以
   下に至らしめ、最高圧段ランナ室外周部の水を最
   高圧段ランナ室外周部排水管を介して吸出し管部
   へ排出させて吸出し管部の水位を前記規定位置に
   安定せしめたら前記した返り通路部への給気を終
   止させ、最高圧段部から最低圧段部までの流路の
   水を押し下げることにより空転運転を行なうこと
   を特徴とする多段水力機械の運転方法。 ２ 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にラ
   ンナを備えて各段部のランナ室が返り通路によつ
   て連絡され、最高圧段部にのみ可動ガイドベーン
   を備えた多段水力機械の運転方法において、水車
   発電運転あるいはポンプ揚水運転から発電調相あ
   るいは揚水待機の空転運転に移行させる際、最高
   圧段部から最低圧段部まで連通させた状態で最高
   圧段部カイドベーンと入口弁を全閉し、最高圧段
   部ガイドベーンを全閉もしくはその近傍小開度に
   至らしめたところで最低圧段部下方と接続する吸
   出し管部上方に給気し、吸出し管部の規定位置ま
   で水位を押し下げたところで吸出し管部上方への
   給気を終止させ、しかる後最低圧段部を除く高圧
   段ランナの出口近傍の返り通路部に低圧段部側か
   ら順次給気するとともに最高圧段部を除く低圧段
   ランナ室外周部の水を低圧段部側から順次低圧段
   ランナ室外周部排水管を介して吸出し管部へ排出
   させながら最高圧段部ランナ室内圧力を規定値以
   下に至らしめ、最高圧段ランナ室外周部の水を最
   高圧段ランナ室外周部排水管を介して吸出し管部
   へ排出させて吸出し管部の水位を前記規定位置に
   安定せしめたら前記した返り通路部への給気を終
   止させ、吸出し管部もしくはその下流のドラフト
   トンネル部に設けた吸出し管出口弁を全閉にし、
   しかる後吸出し管と吸出し管の外側下方に配置さ
   れ大気に連通した排水ピツトとを接続する外部排
   水管の排水弁を開口させて吸出し管の水を排水ピ
   ツトへ排出するとともに、ケーシング上部に開口
   する通気管の通気弁を開口して大気に連通させな
   がら全閉状態にある入口弁と最高圧段部ガイドベ
   ーンとの間のケーシング部の水をケーシング排水
   管を介して吸出し管部へ自然流下作用で排出させ
   ることにより空転運転を行なうことを特徴とする
   多段水力機械の運転方法。