(57)【要約】【課題】小型化を実現するポンプ水車を提供すること。【解決手段】ランナ１の径方向外側に設けられたスピードリング８と、該スピードリング８の上方に固定されたランナ１の上カバー２０とを備え、前記上カバー２０には、周壁部の高さ方向中央部に位置して前記スピードリング８と締結されるフランジ部２１が設けられ、該フランジ部２１は、前記上カバー２０の重心高さの近傍に設けられている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナの径方向外側に設けられたスピードリングと、該スピードリングの上方に固定されたランナの上カバーとを備え、
前記上カバーには、周壁部の高さ方向中央部に位置して前記スピードリングと締結されるフランジ部が設けられ、該フランジ部は、前記上カバーの重心高さの近傍に設けられていることを特徴とするポンプ水車。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプ水車において、
前記フランジ部の下面高さは、前記上カバーの高さの３４％以上かつ５２以下の位置であることを特徴とするポンプ水車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電などに使用されるポンプ水車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１（ａ）に示したものは、従来のフランシス型ポンプ水車である。図において、符号１はランナ、３はガイドベーン、４はガイドベーンアーム、５はリンク、６はガイドリング、７はステーベーン、８はステーベーン７を水圧から支持するスピードリング、９はケーシング、１０はランナ１の主軸、１１は主軸受、１２は上カバー、１３は下カバー、１４は吸出し管である。
ランナ１は、クラウン板１ａ、シュラウド板１ｂ、ランナベーン１ｃ、およびランナコーン１ｄにより構成されており、クラウン板１ａの上面中央部に主軸１０が固定されている。クラウン板１ａとシュラウド板１ｂとの間には水路が形成され、この水路中に複数のランナベーン１ｃが配置されている。
クラウン板１ａの上方には上カバー１２が配置されてクラウン板１ａを覆っている。シュラウド板１ｂの下方には下カバー１３が配置されており、ケーシング９とともにコンクリート１５に固定されている。
このように構成されたポンプ水車では、ランナ１が回転することにより、吸出し管１４から水を吸い上げて送り出すことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のポンプ水車において、上カバー１２の内部は、セグメント状に周方向に沿って複数のリブ１２ａによって仕切られている。また、上カバー１２には、その高さ方向上部にフランジ部１２ｂが設けられ、このフランジ部１２ｂとスピードリング８とが固定されている。
上カバー１２の上部にはガイドベーン３を開閉するリンク機構としてガイドリング６がガイドレール１２ｃに支持されている。このため、この部分に水圧によるたわみ等の変形が発生すると、ガイドベーン３の開度を正確に制御することができなくなってしまう。そのため、上カバー１２を変形させないようリブ１２ａの枚数を多くし、また、上カバー１２の高さを増して剛性を高くしている。
しかしながら、このために上カバー１２が大型化してしまい、コストの増加を招いてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、小型化を実現するポンプ水車を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記実状に鑑みて上カバーのフランジ部の高さを種々に変えてたわみ量を解析したところ、フランジ部が上カバーの重心高さの近傍に設けられているときに上カバー上部のたわみ量が減少することを知見した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、ランナの径方向外側に設けられたスピードリングと、該スピードリングの上方に固定されたランナの上カバーとを備え、前記上カバーに、周壁部の高さ方向中央部に位置して前記スピードリングと締結されるフランジ部が設けられ、該フランジ部が、前記上カバーの重心高さの近傍に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のポンプ水車において、前記フランジ部の下面高さが、前記上カバーの高さの３４％以上かつ５２以下の位置であることを特徴とする。
【０００７】
この発明においては、フランジ部を上記範囲に設けることにより、適切にたわみ量を減少させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１（ｂ）に示したものは、本発明の一実施形態として示したフランシス型ポンプ水車である。図において、符号１はランナ、３はガイドベーン、４はガイドベーンアーム、５はリンク、６はガイドリング、７はステーベーン、８はステーベーン７を水圧から支持するスピードリング、９はケーシング、１０はランナ１の主軸、１１は主軸受、２０は上カバー、１３は下カバー、１４は吸出し管である。
ランナ１は、クラウン板１ａ、シュラウド板１ｂ、ランナベーン１ｃ、およびランナコーン１ｄにより構成されており、クラウン板１ａの上面中央部に主軸１０が固定されている。クラウン板１ｂとシュラウド板１ｂとの間には水路が形成され、この水路中に複数のランナベーン１ｃが配置されている。
クラウン板１ａの上方には上カバー１２が配置されてクラウン板１ａを覆っている。シュラウド板１ｂの下方には下カバー１３が配置されており、ケーシング９とともにコンクリート１５に固定されている。
【０００９】
上カバー２０の周壁部には、上カバー２０の高さ方向略中央部にフランジ部２１が設けられている。このフランジ部２１がスピードリング８上に乗せられた状態で、フランジ部２１とスピードリング８とがボルト２２により締結されている。
また、上カバー２０の内部は、セグメント状に周方向に沿って複数のリブ２０ａによって仕切られている。上カバー２０の上方には、図１（ｂ）および図２に示すように、ガイドベーン３を開閉するリンク機構としてガイドリング６が設けられており、上カバー２０にはガイドリング６のガイドレール２５が設けられている。
【００１０】
さて、フランジ部２１の高さは、たわみ量が最低となるように、以下のようにして設定されている。
上カバー２０の上部にはガイドレール２５が設けられており、この部分がたわむと、ガイドベーン３の開度を正確に制御することができなくなる。したがって、この部位におけるたわみ量を厳しく管理する必要がある。
そこで、フランジ部２１の高さ位置を種々に変えて有限要素法による構造解析（ＦＥＭ解析）により、図の部位Ｐにおける高さ方向のたわみ解析を行った。その結果、フランジ部２１の下面高さが、上カバー２０の重心高さの近傍である場合に、部位Ｐの高さ方向のたわみが減少することがわかった。
具体的には、フランジ部２１下面の高さが上カバー２０の高さの、６０％（従来例）の場合を含めて種々の高さにて解析したところ、たわみ量は図３に示すようになった。図からわかるように、フランジ部２１下面の高さが３４％以上かつ５２％以下（３４％〜５２％）のときにおける部位Ｐの高さ方向のたわみ量が、従来の９９％以下に低減する。さらに、この部位Ｐにおける高さ方向のたわみ量は、特に４０％付近のときに最も減少することがわかった。
【００１１】
以上に基づき、本例においては、フランジ部２１の下面高さが上カバー２０の約４０％の高さに設定されている。これにより、従来と同程度のたわみを許容するように上カバー２０を設計すれば、その分、上カバー２０の胴板２８の高さを減少させることができ（図１（ａ）の胴板２８’と比較参照）、また、リブ２０ａの枚数減や、上カバー２０の高さの減少を図ることが可能となる。
【００１２】
このように、本例のポンプ水車では、フランジ部２１が上カバー２０のたわみを減少することができる最適位置に設けられているため、従来と比較して胴板２８の高さ減、リブ２０ａの枚数減、上カバー２０の高さ減少が可能となって、上カバー２０の小型化を実現することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポンプ水車では、上カバーのフランジ部が、上カバー上部のたわみ量が少なくなる位置に設けられているため、従来と比較して胴板高さ減、リブ枚数減、上カバー高さ減が可能となって、上カバーの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポンプ水車の側断面図であり、（ａ）は従来のポンプ水車、（ｂ）は本発明の一実施形態として示したポンプ水車である。
【図２】同ポンプ水車の上面図である。
【図３】ポンプ水車の上カバーのフランジ部の高さを種々に変え、従来を１００％とした場合のたわみ量を計測したグラフである。
【符号の説明】
１　ランナ
８　スピードリング
２０　上カバー
２１　フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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