(57)【要約】【課題】  呼び水装置が不要であり、キャビテーションの発生を抑制することができ、保守点検が容易に行えるサイホン式水車発電設備を提供する。【解決手段】  上流側の貯水部２の水を堤体１で隔てられた下流側の放水部３へ放水する箇所に設置される水車発電設備５であって、貯水部２の水を放水部３に導く導水管６が設けられ、導水管６は入口部１１が貯水部２の水面下に没入するとともに出口部１２が放水部３の水面下に没入し且つ中間部が堤体１の上方を跨ぐように配設されており、導水管６の入口部１１に、電動機１７によって駆動するポンプ１５が着脱可能に設けられ、電動機１７に給電することにより、ポンプ１５が貯水部２の水を吸込んで導水管６内に吐出し、導水管６がサイホン管となった場合、ポンプ１５が導水管６内を流れる水によって駆動する水車として機能するとともに、電動機１７が発電機として機能する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側の貯水部の水を仕切体で隔てられた下流側の放水部へ放水する箇所に設置されるサイホン式水車発電設備であって、
貯水部の水を放水部に導く導水管が設けられ、
上記導水管は、入口部が貯水部の水面下に没入するとともに出口部が放水部の水面下に没入し且つ中間部が上記仕切体の上方を跨ぐように配設されており、
上記導水管の入口部に、電動機によって駆動するポンプが着脱可能に設けられ、
上記電動機に給電することにより、上記ポンプが貯水部の水を吸込んで導水管内に吐出し、
上記導水管がサイホン管となった場合、上記ポンプが導水管内を流れる水によって駆動する水車として機能するとともに、上記電動機が発電機として機能することを特徴とするサイホン式水車発電設備。
【請求項２】
導水管は、入口部が貯水部の水面下に没入する上流側の縦管部と、出口部が放水部の水面下に没入する下流側の管部と、これら両管部の上端部間に接続された横管部とで構成され、
ポンプは、上流側の縦管部の入口部に着脱可能に設けられ、上流側の縦管部の上方に引き上げ可能であることを特徴とする請求項１記載のサイホン式水車発電設備。
【請求項３】
ポンプの浮き上りを防止する浮き上り防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のサイホン式水車発電設備。
【請求項４】
ポンプに、吸込口からの塵埃の流入を防ぐ防塵手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサイホン式水車発電設備。
【請求項５】
上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサイホン式水車発電設備の運転方法であって、
ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転方向と水車として機能する際の羽根車の回転方向とを同方向とし、
ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度と水車として機能する際の羽根車の回転速度とを略同一にすることを特徴とするサイホン式水車発電設備の運転方法。
【請求項６】
上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のサイホン式水車発電設備の運転方法であって、
ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転方向と水車として機能する際の羽根車の回転方向とを同方向とし、
ポンプが水車として機能する際の羽根車の回転速度を、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度よりも小さくすることを特徴とするサイホン式水車発電設備の運転方法。
【請求項７】
インバーターによる励磁周波数を変化させて、ポンプが水車として機能する際の羽根車の回転速度を、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度よりも小さくすることを特徴とする請求項６記載のサイホン式水車発電設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所等に設けられるサイホン式水車発電設備およびサイホン式水車発電設備の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダム等に設けられる水車発電設備としては、図１５に示すように、発電機を備えた発電用の水車８１が導水管８２の中途部に設けられたものがある。上記導水管８２の入口部８３は、ダム８４の堤体８５内を貫通して上流側の貯水部８６内の水面下に連通している。また、導水管８２の出口部８７は、堤体８５の下流側外方に設けられた放水部８８に連通している。尚、堤体８５の内側にはスクリーン８９が設置され、上記導水管８２の入口部８３は堤体８５の内壁面とスクリーン８９との間に配設されている。
【０００３】
これによると、上流側の貯水部８６内の水は、入口部８３から導水管８２内に流れ込み、導水管８２内を通って出口部８７から放水部８８へ排出される。この際、水車８１は導水管８２内を流れる水によって回転し、発電が行われる。
【０００４】
しかしながら上記のようなダム維持放流発電では、ダム８４の堤体８５の内部を貫通して導水管８２を設置しなければならず、上記のような水車発電設備を後付けで工事する場合、堤体８５を大掛かりな土木工事で改造する必要があるといった問題が生じた。
【０００５】
上記のような大掛かりな土木工事を必要とせずに、設置することができる水車発電設備として、図１６に示すようなサイホン式水車発電設備９１がある。すなわち、上流側の貯水部８６の水を下流側の放水部８８に導く導水管９２が設けられ、この導水管９２は、入口部９３が貯水部８６の水面下に没入する上流側の縦管部９２ａと、出口部９４が放水部８８の水面下に没入する下流側の縦管部９２ｂと、これら両縦管部９２ａ，９２ｂの上端部間に接続された横管部９２ｃとで構成されており、堤体８５の上方を跨ぐように配設されている。
【０００６】
上記導水管９２の出口部９４には、発電用の水車９７が設けられている。また、導水管９２の横管部９２ｃには、導水管９２内の空気を排出して導水管９２内を大気圧よりも低い負圧にする呼び水装置９８が設けられている。この呼び水装置９８は、横管部９２ｃの上部に接続された吸引管９９と、この吸引管９９に設けられた真空ポンプ１００とで構成されている。
【０００７】
これによると、先ず、呼び水作業として、真空ポンプ１００を駆動し、導水管９２内を大気圧よりも低い負圧にする。これにより、上流側の貯水部８６の水が導水管９２内に吸引される。導水管９２内が満水状態になると、導水管９２がサイホン管になり、上流側の貯水部８６内の水が、入口部９３から導水管９２内に流れ込み、導水管９２内を通って出口部９４から放水部８８へ連続的に排出される。この際、水車９７は導水管９２内を流れる水によって回転し、発電が行われる。
【０００８】
しかしながら上記の従来形式では、導水管９２内を満水状態にするため、呼び水装置９８を設ける必要があり、設備費が増大するといった問題がある。また、真空ポンプ１００を用いて呼び水作業を行うため、時間がかかり起動性が悪いといった問題がある。
【０００９】
また、図１６では、水車９７を導水管９２内の出口部９４に設けているが、別の例として、図１７に示すように、水車９７を導水管９２の横管部９２ｃに設けたものもある。
しかしながら上記の従来形式では、図１６に示したものと同様、導水管９２内を満水状態にするため、呼び水装置９８を設ける必要があり、設備費が増大するといった問題がある。また、真空ポンプ１００を用いて呼び水作業を行うため、時間がかかり起動性が悪いといった問題がある。
【００１０】
さらに、図１７に示すものでは、下記の式（１）の関係が成立する場合、水車９７の出口側でキャビテーションが発生する。下記の式（１）おいて、必要吸い出し高さは水車９７に依存する固有の値であり、実吸い出し高さは下流側の放水部８８の水面から水車９７のランナまでの高さに相当する。
式（１）
必要吸い出し高さ≧大気圧−飽和蒸気圧−水車出口側の損失水頭−実吸い出し高さ
これによると、図１７に示すように、水車９７を導水管９２の横管部９２ｃに設けた場合、実吸い出し高さが増大するため、キャビテーションが発生する恐れがあり、水車９７の設置高さに制限があるといった問題がある。
【００１１】
また、下記特許文献１には、上記のような呼び水装置９８を不要にしたサイホン式水車発電設備が記載されている。すなわち、図１８に示すように、導水管１０３の入口側（上流側）の開口部内にはポンプ１０４が回転可能に支持されており、このポンプ１０４は上方に伸びる回転軸１０５を介して誘導電動機１０６の回転軸１０７に連結されている。また、導水管１０３の出口側（下流側）には発電用の水車１０８が設けられている。
【００１２】
これによると、ポンプ１０４を駆動して貯水池１０９の水を汲み上げ、導水管１０３内を満水状態にすることで、導水管１０３がサイホン管として機能し、貯水池１０９の水が連続的に水車１０８に供給される。この際、ポンプ１０４は導水管１０３を流れる水によって回転する水車として機能し、誘導電動機１０６は発電機として機能する。これにより、ポンプ１０４に連結された誘導電動機１０６と水車１０８に連結された発電機とで発電が行われる。
【００１３】
しかしながら上記の従来形式では、ポンプ１０４の保守点検が困難であるといった問題がある。
【特許文献１】実公平８−２４６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、呼び水装置が不要であり、キャビテーションの発生を抑制することができ、保守点検が容易に行えるサイホン式水車発電設備およびサイホン式水車発電設備の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本第１発明は、上流側の貯水部の水を仕切体で隔てられた下流側の放水部へ放水する箇所に設置されるサイホン式水車発電設備であって、貯水部の水を放水部に導く導水管が設けられ、上記導水管は、入口部が貯水部の水面下に没入するとともに出口部が放水部の水面下に没入し且つ中間部が上記仕切体の上方を跨ぐように配設されており、上記導水管の入口部に、電動機によって駆動するポンプが着脱可能に設けられ、上記電動機に給電することにより、上記ポンプが貯水部の水を吸込んで導水管内に吐出し、上記導水管がサイホン管となった場合、上記ポンプが導水管内を流れる水によって駆動する水車として機能するとともに、上記電動機が発電機として機能するものである。
【００１６】
これによると、電動機に給電してポンプを駆動させることにより、貯水部の水が入口部から導水管内へ供給され、導水管内が満水状態になって導水管がサイホン管となり、貯水部の水が連続的に導水管内を流れて下流側の放水部へ放水される。このようなサイホン管の状態では、上記ポンプが導水管内を流れる水によって駆動する水車として機能するとともに、上記電動機が発電機として機能し、発電が開始される。
【００１７】
このように、上記ポンプは、呼び水装置としての機能と発電用の水車としての機能とを兼ね備えているため、従来のような専用の呼び水装置が不要となる。
また、上記ポンプを導水管の入口部に着脱可能に設けているため、ポンプを導水管の入口部から取り外して引き上げることにより、容易に保守点検を行うことができる。
【００１８】
本第２発明は、導水管は、入口部が貯水部の水面下に没入する上流側の縦管部と、出口部が放水部の水面下に没入する下流側の管部と、これら両管部の上端部間に接続された横管部とで構成され、ポンプは、上流側の縦管部の入口部に着脱可能に設けられ、上流側の縦管部の上方に引き上げ可能であるものである。
【００１９】
これによると、ポンプを、導水管の上流側の縦管部の入口部から取り外し、上流側の縦管部の上方に引き上げることによって、容易に保守点検を行うことができる。
また、ポンプを導水管の上流側の縦管部の入口部に設けたため、従来のようにポンプを導水管の横管部に設けた場合に比べて、実吸い出し高さが減少し、これにより、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【００２０】
本第３発明は、ポンプの浮き上りを防止する浮き上り防止手段が設けられているものである。
これによると、ポンプが水車として機能する状態であっても、ポンプの浮き上りを防止することができる。
【００２１】
本第４発明は、ポンプに、吸込口からの塵埃の流入を防ぐ防塵手段が設けられているものである。
これによると、塵埃等の異物が吸込口からポンプ内へ流入するのを防止することができる。また、ポンプを導水管の入口部から取り外して防塵手段と共に引き上げることにより、容易にポンプの保守点検を行ったり、防塵手段の清掃を行うことができる。
【００２２】
本第５発明は、上記第１発明から第４発明のいずれかに記載のサイホン式水車発電設備の運転方法であって、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転方向と水車として機能する際の羽根車の回転方向とを同方向とし、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度と水車として機能する際の羽根車の回転速度とを略同一にするものである。
【００２３】
本第６発明は、上記第１発明から第４発明のいずれかに記載のサイホン式水車発電設備の運転方法であって、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転方向と水車として機能する際の羽根車の回転方向とを同方向とし、ポンプが水車として機能する際の羽根車の回転速度を、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度よりも小さくするものである。
【００２４】
これによると、導水管内の流量を大幅に増加させることなく、ポンプを水車として機能させることができる。
本第７発明は、インバーターによる励磁周波数を変化させて、ポンプが水車として機能する際の羽根車の回転速度を、ポンプがポンプとして機能する際の羽根車の回転速度よりも小さくするものである。
【００２５】
これによると、インバーターの使用により、ポンプが水車として機能している際、任意の回転速度で水車を運転することが可能になる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように本発明によると、ポンプは、呼び水装置としての機能と発電用の水車としての機能とを兼ね備えているため、従来のような専用の呼び水装置が不要となる。また、上記ポンプを導水管の入口部から取り外して引き上げることにより、容易に保守点検を行うことができる。また、実吸い出し高さが減少するため、キャビテーションの発生を抑制することができ、さらに、ポンプの浮き上りを防止することができる。また、塵埃等の異物が吸込口からポンプ内へ流入するのを防止することができ、さらに、容易にポンプの保守点検を行ったり、防塵手段の清掃を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
１はダムの堤体（仕切体の一例）であり、上流側の貯水部２と下流側の放水部３とが上記堤体１で隔てられている。貯水部２から放水部３へ放水する箇所には、下記のようなサイホン式水車発電設備５が設置されている。
【００２８】
すなわち、図１に示すように、堤体１には、貯水部２で貯まった水を放水部３へ導く導水管６が設けられている。この導水管６は、上流側および下流側の縦管部７，８と、両縦管部７，８の上端部間に接続された横管部９とで構成されており、入口部１１が貯水部２の水面下に没入するとともに出口部１２が放水部３の水面下に没入し且つ中間部が上記堤体１の上方を跨ぐように配設されている。尚、入口部１１は上流側の縦管部７の下端部に形成され、出口部１２は下流側の縦管部８の下端部に形成されている。また、上流側の縦管部７の上端には出し入れ口１０が形成され、この出し入れ口１０は蓋１３によって開閉される。さらに、上流側の縦管部７の下端には、内周側へ張り出した棚フランジ１４（図２参照）が全周にわたり設けられている。また、横管部９には、導水管６のサイホン状態を解除するための大気開放弁３６が設けられている。
【００２９】
上記導水管６の入口部１１内には、軸流ポンプ１５が着脱可能に設けられている。図２に示すように、この軸流ポンプ１５は、ポンプ本体部１６と、ポンプ本体部１６に直結されてポンプ本体部１６を駆動する誘導電動機（モータ）１７とで構成されている。上記ポンプ本体部１６は、円筒状のケーシング１９と、ケーシング１９の下部に取付けられた円筒状の吸込みカバー２０と、電動機１７によって回転駆動される主軸２１と、主軸２１の下部に設けられた羽根車２２とで構成されている。尚、軸流ポンプ１５の上端部には、アイボルトやアイプレートからなる吊上部２５が設けられているとともに、送電用のケーブル２６が接続されている。また、吸込みカバー２０内には、羽根車２２の上流側に位置するガイドベーン１８が設けられている。
【００３０】
上記吸込みカバー２０の下端部には、吸込口２３からの塵埃の流入を防ぐストレーナー２４（防塵手段の一例）がボルト（図示せず）等を介して着脱自在に取付けられている。尚、上記ストレーナー２４は金網や多孔板等で構成されている。
【００３１】
上記軸流ポンプ１５は、上流側の縦管部７内において、吸込みカバー２０の下端外周部を棚フランジ１４上に載置することで、入口部１１内に配置される。
上流側の縦管部７内および軸流ポンプ１５には、この軸流ポンプ１５の浮き上りを防止する浮き上り防止手段２７が設けられている。図２〜図４に示すように、この浮き上り防止手段２７はストッパ２８とリブ２９とで構成されている。ストッパ２８は導水管６の棚フランジ１４に周方向において複数設けられている。また、リブ２９は、軸流ポンプ１５の吸込みカバー２０の下端部に例えば２個設けられている。図３（ａ）に示すように、リブ２９は、長寸部３０と、この長寸部３０の周方向の一側に隣接して形成された短寸部３１とを備えている。尚、長寸部３０は径方向の寸法Ｌ１が短寸部３１よりも長く、短寸部３１は径方向の寸法Ｌ２が長寸部３０よりも短く形成されている。
【００３２】
上記リブ２９の長寸部３０の一側面３０ａは、周方向において、ストッパ２８の他側面２８ａに当接離間自在である。また、ストッパ２８の下部には、周方向の両側が開放され且つ内周面から径方向外側へ切り欠かれた切欠部３２が形成されている。この切欠部３２は下向きの浮上阻止面３２ａを備えている。リブ２９の短寸部３１の径方向外縁部は周方向において上記切欠部３２に挿脱自在であり、図３（ｂ）に示すように、上記短寸部３１の径方向外縁部が切欠部３２に挿入されるとともに、長寸部３０の一側面３０ａがストッパ２８の他側面２８ａに当接するように構成されている。
【００３３】
以下、上記構成における作用を説明する。
電動機１７に給電して軸流ポンプ１５を駆動させることにより、軸流ポンプ１５が貯水部２の水を吸込口２３から吸込んで吐出口３３から導水管６内へ吐出するため、貯水部２の水が入口部１１から導水管６内へ供給され、導水管６内が満水状態になって導水管６がサイホン管となり、貯水部２内の水が連続的に導水管６内を流れて放水部３へ放水される。このようなサイホン管の状態では、軸流ポンプ１５が導水管６内を流れる水によって駆動する水車として機能するとともに、電動機１７が発電機として機能し、発電が開始される。
【００３４】
この際、貯水部２の水に含まれる塵埃等の異物は、ストレーナー２４によって、吸込口２３からケーシング１９内への流入を阻止される。これにより、軸流ポンプ１５が異物を吸込んで故障するといったトラブルを防止することができる。
【００３５】
また、図３（ｂ）に示すように、リブ２９の短寸部３１の径方向外縁部がストッパ２８の切欠部３２に挿入されており、上記短寸部３１の径方向外縁部が切欠部３２内の浮上阻止面３２ａに下方から当接するため、リブ２９の上方への移動が規制され、軸流ポンプ１５が水車として機能する状態であっても、軸流ポンプ１５の浮き上りを防止することができる。この際、さらに、リブ２９の長寸部３０の一側面３０ａがストッパ２８の他側面２８ａに当接しているため、軸流ポンプ１５全体が周方向における一方Ｊへ回転するのを防止することもできる。
【００３６】
上記のように、軸流ポンプ１５は、呼び水装置としての機能と発電用の水車としての機能とを兼ね備えているため、従来のような専用の呼び水装置が不要となる。
また、軸流ポンプ１５を保守点検する場合、電動機１７への給電を停止した状態で、大気開放弁３６を開く。これにより、導水管６内へ大気が吸入され、導水管６のサイホン状態が解除される。その後、図１の仮想線で示すように、蓋１３を開き、軸流ポンプ１５の吊上部２５に吊上げ用のワイヤー等を引掛ける。そして、図３（ａ）に示すように、軸流ポンプ１５全体を周方向における他方Ｋへ回転させて、リブ２９の短寸部３１の径方向外縁部をストッパ２８の切欠部３２から周方向へ離脱させる。これにより、軸流ポンプ１５の浮き上り防止機能が解除され、上記ワイヤー等をクレーン等で引き上げることによって、軸流ポンプ１５が吊り上げられ出し入れ口１０を通って上流側の縦管部７の上方へ引き上げられる。これにより、軸流ポンプ１５に対する保守点検が容易に行える。
【００３７】
この際、ストレーナー２４も軸流ポンプ１５に取付けられた状態で共に上流側の縦管部７の上方へ引き上げられるため、ストレーナー２４を吸込みカバー２０から取り外して容易に清掃等を行うことができる。
【００３８】
また、保守点検完了後、軸流ポンプ１５を吊った状態で出し入れ口１０から上流側の縦管部７内へ下降し、図２に示すように、吸込みカバー２０の下端を棚フランジ１４上に下ろす。そして、図３（ｂ）に示すように、軸流ポンプ１５全体を周方向における一方Ｊへ回転させて、リブ２９の短寸部３１の径方向外縁部をストッパ２８の切欠部３２内へ挿入させる。これにより、軸流ポンプ１５が上流側の縦管部７の入口部１１内に取付けられるとともに、軸流ポンプ１５の浮き上りを防止することができる。その後、吊上げ用のワイヤー等を軸流ポンプ１５の吊上部２５から外し、図１の実線で示すように蓋１３を閉じる。
【００３９】
図１に示すように、軸流ポンプ１５を導水管６の上流側の縦管部７の入口部１１内に設けたため、従来のようにポンプを導水管の横管部に設けた場合（図１７参照）に比べて、実吸い出し高さが減少し、これにより、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【００４０】
また、図５は、ポンプ・水車時の流量Ｑと落差Ｈとの特性を示すグラフである。ここで、ｈａは軸流ポンプ１５が駆動している時の実揚程を示し（図１参照）、ｈｂは軸流ポンプ１５が水車として機能している時の総落差を示している（図１参照）。また、Ａ，Ｂは運転点を示し、軸流ポンプ１５が水車に転換する場合は点線矢印のように運転点がＡからＢへ移動し、反対に、水車から軸流ポンプ１５に戻る場合は運転点がＢからＡへ移動する。尚、上記グラフはポンプ時と水車時との回転方向が同一の場合を示している。
【００４１】
上記のような軸流ポンプ１５を用いたサイホン式の水車発電設備５の運転方法を以下に説明する。
図６（ａ）（ｂ）は軸流ポンプ１５の完全特性曲線を示すグラフであり、全揚程Ｈ、吐出し量Ｑ、回転速度ｎおよびトルクＴの値をポンプ通常運転状態時の最高効率点に対する百分率で示している。座標は、横軸に流量比（％）、縦軸に回転速度比（％）をとり、実線で示した揚程比（％）と点線で示したトルク比（％）をパラメータとしている。
【００４２】
直交座標の右上の第１象現は正転正流（通常ポンプ）、左上の第２象現は正転逆流、左下の第３象現は逆転逆流（ポンプ水車）、右下の第４象現は逆転正流状態におけるそれぞれの場合の特性を示している。また、＋Ｑは吸込口から流入し、−Ｑは吐出口から流入することを示し、＋Ｈは吐出口のヘッドの方が高く、−Ｈは吸込口のヘッドの方が高いことを示し、＋ｎは正常回転、−ｎは逆回転を示す。
【００４３】
上記完全特性曲線に示されるように、第１象現において、正常ポンプと逆転水車との流れ方向が同方向となり、さらに、回転方向も同方向となる。同様に、第３象現において、正常水車と逆転ポンプとの流れ方向が同方向となり、さらに、回転方向も同方向となるため、軸流ポンプ１５を上記第１象現又は第３象現で使用する。
【００４４】
すなわち、第１象現においては、正常ポンプ領域にある運転点Ａから逆転水車領域にある運転点Ｂの範囲で軸流ポンプ１５を使用する。この場合、インバーター等の特別な機器を用いない簡略なシステムであっても、水の流れ方向を導水管６の入口部１１から出口部１２とした状態で、電動機１７へ給電して軸流ポンプ１５を正常ポンプとして使用している時の羽根車２２の回転速度と軸流ポンプ１５を逆転水車として使用している時の羽根車２２の回転速度とを略同一（ほぼ同一）にして、上記軸流ポンプ１５を正常ポンプとして使用している時の羽根車１７の回転方向と上記軸流ポンプ１５を逆転水車として使用している時の羽根車２２の回転方向とが同方向のままで、発電を行うことができる。
【００４５】
同様に、第３象現においても、逆転ポンプ領域にある運転点Ａ'から正常水車領域にある運転点Ｂ'の範囲で軸流ポンプ１５を使用することにより、インバーター等の特別な機器を用いない簡略なシステムであっても、水の流れ方向を導水管６の入口部１１から出口部１２とした状態で、電動機１７へ給電して軸流ポンプ１５を逆転ポンプとして使用している時の羽根車２２の回転速度と軸流ポンプ１５を正常水車として使用している時の羽根車２２の回転速度とを略同一にして、上記軸流ポンプ１５を逆転ポンプとして使用している時の羽根車１７の回転方向と上記軸流ポンプ１５を正常水車として使用している時の羽根車１７の回転方向とが同方向のままで、発電を行うことができる。
【００４６】
次に、第２の実施の形態を図７に基づいて説明する。
図１の仮想線で示すように、導水管６の乗り越え部すなわち横管部９内の圧力を計測する接点付きの連成計４０が設けられている。導水管６内がサイホン状態になる前の段階では、横管部９内の圧力は大気圧以上の正圧となり、導水管６内がサイホン状態になった際、横管部９内の圧力は、正圧から大気圧以下の負圧に変わり、負圧の規定値（すなわち−有効落差程度の値）になる。これにより、連成計４０が上記負圧の規定値を計測すると、導水管６がサイホン状態になったことを検知することができる。
【００４７】
連成計４０によって計測される圧力が正圧の場合、導水管６内がサイホン状態になる前の段階であると判断し、図７の完全特性曲線に示されるように、第１象現において、電動機１７へ給電して軸流ポンプ１５を駆動して正常ポンプとして使用する。その後、連成計４０によって計測される圧力が負圧の規定値に達した場合、導水管６内がサイホン状態になったと判断し、回生インバーター（図示せず）により励磁周波数を所定の値に低下させる。これにより、回転速度比（＋ｎ）が低下し、流量比（＋Ｑ）がほぼ一定の状態で運転点がＡからＢへ移動し、軸流ポンプ１５が正常ポンプの状態から逆転水車として機能し、発電を行うことができる。
【００４８】
同様に、連成計４０によって計測される圧力が正圧の場合、第３象現において、電動機１７へ給電して軸流ポンプ１５を駆動して逆転ポンプとして使用する。その後、連成計４０によって計測される圧力が負圧の規定値に達した場合、回生インバーターにより励磁周波数を所定の値に低下させる。これにより、回転速度比（−ｎ）が低下し、流量比（−Ｑ）がほぼ一定の状態で運転点がＡ'からＢ'へ移動し、軸流ポンプ１５が逆転ポンプの状態から正常水車として機能し、発電を行うことができる。
【００４９】
上記のような運転方法では、第１の実施の形態に比べて、導水管６内の流量を大幅に増加させることなく、軸流ポンプ１５を水車として機能させることができる。したがって、ベースである軸流ポンプ１５とほぼ同レベルの流量とすることが可能になるため、この場合、水車として機能した際の内部損失が小さくなり、発電効率を高く維持することができる。
【００５０】
尚、上記実施の形態では、軸流ポンプ１５がポンプとして機能する時と水車として機能する時の流量比を略一定値とする例を示したが（図７の実線矢印参照）、図７の運転点Ａからｂ又は運転点Ａ'からｂ'に示すように（図７の点線矢印参照）、水車として機能する時の流量比がポンプとして機能する時の流量比に対して任意の異なる値になるように、励磁周波数を低下させてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、インバーターにより励磁周波数を変えることによって、軸流ポンプ１５がポンプとして機能する時の回転速度と水車として機能する時の回転速度とを変化させているが、上記インバーターを用いずに、機械式の減速機構等の任意の手段を用いて上記回転速度を変化させてもよい。
【００５２】
先述した第１の実施の形態では、図３に示すような浮き上り防止手段２７を設けたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、以下の第３の実施の形態において、図８，図９に示すような浮き上り防止手段４３を設けてもよい。
【００５３】
すなわち、上記浮き上り防止手段４３は、上下一対のリング体４４，４５と、これら両リング体４４，４５間に連結された複数本の棒状の縦支柱４６とで構成されている。また、上部のリング体４４には、ボルト孔４７を備えた取付用座４８が複数設けられている。
【００５４】
これによると、軸流ポンプ１５を出し入れ口１０から上流側の縦管部７内へ下降し、吸込みカバー２０の下端を棚フランジ１４上に下ろす。そして、図９に示すように、浮き上り防止手段４３を出し入れ口１０から上流側の縦管部７内へ挿入し、下部のリング体４５を軸流ポンプ１５に外嵌してケーシング１９の上端部に載置し、ボルト孔４７にボルト４９を挿入して縦管部７の上端内周面に締め込む。これにより、浮き上り防止手段４３が縦管部７内に固定され、ケーシング１９の上端部が下方から下部のリング体４５に当接することで、軸流ポンプ１５が水車として機能する状態であっても、軸流ポンプ１５の浮き上りを防止することができる。
【００５５】
また、ボルト４９を取り外して、浮き上り防止手段４３を出し入れ口１０から縦管部７の上方へ脱抜することにより、浮き上りを防止機能が解除され、軸流ポンプ１５を吊り上げることができる。
【００５６】
上記第１〜第３の実施の形態では、導水管６の入口部１１に軸流ポンプ１５を着脱可能に設けているが、下記第４〜第６の実施の形態では、軸流ポンプ１５の代わりに、斜流ポンプ５２を設けている。
【００５７】
すなわち、第４の実施の形態では、図１０に示すように、斜流ポンプ５２のポンプ本体部１６と電動機１７との間に減速機５４が設けられている。また、ケーシング１９の上端部には鍔部５３が形成されており、斜流ポンプ５２は、縦管部７内において、上記鍔部５３を棚フランジ１４上に載置することで、入口部１１に配置されている。さらに、浮き上り防止手段２７のリブ２９は斜流ポンプ５２の鍔部５３に設けられている。
【００５８】
また、図１１は斜流ポンプ５２の完全特性曲線を示すグラフであり、第１の実施の形態と同様に、第１象現における運転点Ａから運転点Ｂの範囲又は第３象現における運転点Ａ'から運転点Ｂ'の範囲で斜流ポンプ５２を使用する。
【００５９】
第５の実施の形態では、第２の実施の形態と同様、図１２の完全特性曲線に示されるように、第１象現における運転点Ａから運転点Ｂの範囲又は第３象現における運転点Ａ'から運転点Ｂ'の範囲で斜流ポンプ５２を使用する。
【００６０】
第６の実施の形態では、第３の実施の形態と同様、図１３に示すように、浮き上り防止手段４３を用いて、斜流ポンプ５２の浮き上がりを防止している。すなわち、浮き上り防止手段４３の下部のリング体４５をケーシング１９の鍔部５３上に載置しており、鍔部５３が下方から下部のリング体４５に当接することで、斜流ポンプ５２が水車として機能する状態であっても、斜流ポンプ５２の浮き上りを防止することができる。
【００６１】
上記第１〜第６の実施の形態では、立軸のポンプ１５，５２を用いたが、第７の実施の形態として、図１４に示すように、横軸のポンプ５７（斜流ポンプ等）を導水管６の入口部１１に着脱可能に取付けてもよい。尚、入口部１１は横向きに開口しており、入口部１１には入口側フランジ５８が設けられている。また、ポンプ５７の吐出部には、入口側フランジ５８に接合可能な吐出側フランジ５９と、上方から入口側フランジ５８に対して係脱自在なフック状の係合部材６０とが設けられている。また、堤体１には、ポンプ５７を上下方向へ案内する案内レール６２が設けられている。
【００６２】
これによると、ワイヤー６１を引き上げることにより、係合部材６０が入口側フランジ５８から上方へ離脱し、吐出側フランジ５９が入口側フランジ５８から上方へ離間して、ポンプ５７が案内レール６２に案内されながら吊り上げられる。
【００６３】
反対に、ワイヤー６１を下げることにより、ポンプ５７が案内レール６２に案内されながら下降し、係合部材６０が上方から入口側フランジ５８に係合して、吐出側フランジ５９が入口側フランジ５８に接合され、ポンプ５７が入口部１１に取付けられる。
【００６４】
上記各実施の形態では、仕切体の一例として堤体１を挙げたが、堤体１に限定されるものではなく、開閉可能な扉体等であってもよい。
上記各実施の形態では、軸流ポンプ１５又は斜流ポンプ５２のいずれかを用いているが、完全特性曲線において正常ポンプ〜逆転水車の領域であれば、渦巻きポンプを使用することもできる。尚、本文中に記載したポンプおよび水車という用語は、便宜上用いたものであり、製品名としてのポンプや水車を示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の全体図である。
【図２】同、サイホン式水車発電設備の導水管の入口部に設けられた軸流ポンプの図である。
【図３】同、サイホン式水車発電設備の軸流ポンプの浮き上り防止手段の斜視図であり、（ａ）は浮き上り防止機能を解除した状態、（ｂ）は浮き上り防止をした状態を示す。
【図４】同、サイホン式水車発電設備の軸流ポンプの平面図である。
【図５】同、サイホン式水車発電設備の軸流ポンプの流量と落差との特性を示すグラフである。
【図６】同、サイホン式水車発電設備の軸流ポンプの運転方法を示す図であり、（ａ）は軸流ポンプの完全特性曲線の略図を示し、（ｂ）は（ａ）のグラフにおける第１〜第４の象現を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の軸流ポンプの運転方法を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の軸流ポンプの浮き上り防止手段の斜視図である。
【図９】同、サイホン式水車発電設備の軸流ポンプの浮き上り防止手段を導水管内に装着した図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の導水管の入口部に設けられた斜流ポンプの図である。
【図１１】同、サイホン式水車発電設備の斜流ポンプの運転方法を示す図であり、（ａ）は斜流ポンプの完全特性曲線の略図を示し、（ｂ）は（ａ）のグラフにおける第１〜第４の象現を説明する図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の斜流ポンプの運転方法を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の斜流ポンプの浮き上り防止手段を導水管内に装着した図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態におけるサイホン式水車発電設備の全体図である。
【図１５】従来の水車発電設備の全体図である。
【図１６】従来のサイホン式水車発電設備の全体図である。
【図１７】従来のサイホン式水車発電設備の全体図である。
【図１８】従来のサイホン式水車発電設備の全体図である。
【符号の説明】
【００６６】
１      堤体（仕切体）
２      貯水部
３      放水部
５      サイホン式水車発電設備
６      導水管
７      上流側の縦管部
８      下流側の縦管部
９      横管部
１１    入口部
１２    出口部
１５    軸流ポンプ
１７    電動機
２２    羽根車
２３    吸込口
２４    ストレーナー（防塵手段）
２７，４３    浮き上り防止手段
５２    斜流ポンプ
５７    ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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