(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナと、該ランナの下方に位置し、該ランナの回転軸周りに環状に設けられた下カバーとを備えたポンプ水車において、
前記下カバーは、上板と、該上板の内径側下方に設けられコンクリートが充填される空隙部と、該上板の外径側下方に設けられ前記ランナ側から水が流入する排水ボックスとを備え、前記排水ボックスの内周側の壁部は、上方の径が下方の径より小さい断面視傾斜面をなし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、
前記排水ボックスの外周側の壁部は、前記ランナの外周側に位置するスピードリングの一部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の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示したものは、従来のポンプ水車である。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。
下カバー１３は、排水ボックス２０と一体となった構造である。排水ボックス２０は、ポンプ水車のポンプ運転起動時にガイドベーン３を閉じて水面をランナより十分下方に押し下げて運転する際に、ガイドベーン３から漏れる水をためて排出するための装置である。
具体的には、上板２１が中心軸周りに環状に設けられ、その直下に排水ボックス２０が中心軸周りに上板２１と一体に設けられている。排水ボックス２０は、その幅が上板２１の幅と略同一であり、その底面２０ａがコンクリート１５に支持されている。すなわち、上板２１は排水ボックス２０を介して間接的にコンクリート１５に支持されている。上板２１には、不図示の排水孔が設けられており、ポンプ運転起動時にガイドベーン３を漏れた水が孔を通って排水ボックス２０内に流入するようになっている。また排水ボックス２０には不図示の排水配管が開口しており、排水ボックス２０内に流入した水が排出されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成されたポンプ水車では、ランナ１と下カバー１３との間の水圧によって、図の矢印Ｆ方向の外圧を受ける。このため、排水ボックス２０の高さを高くして十分な剛性を確保する必要があり、下カバーが大型化し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、下カバーを小型化することができ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】
請求項１に記載の発明は、ランナと、該ランナの下方に位置し、該ランナの回転軸周りに環状に設けられた下カバーとを備えたポンプ水車において、前記下カバーは、上板と、該上板の内径側下方に設けられコンクリートが充填される空隙部と、該上板の外周側下方に設けられ前記ランナ側から水が流入する排水ボックスとを備え、前記排水ボックスの内周側の壁部は、上方の径が下方の径より小さい断面視傾斜面をなしていることを特徴とする。
【０００６】
この発明においては、下カバーの上板が直接コンクリートによって支持されるため、剛性が高い。そして、排水ボックスの内周側の壁部を、ランナ回転軸を含む平面による断面において、上方がランナ回転軸側に傾く傾斜面とする。このように内周側壁部を傾けて外圧Ｆ（図６参照）と略平行にすることによって剛性がさらに増し、また、内径側の配管の施工性を維持しながら排水ボックスの容量を確保することが可能となる。
【０００７】
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、前記排水ボックスの外径側の壁部は、前記ランナの外周側に位置するスピードリングの一部であることを特徴とする。
【０００８】
この発明においては、排水ボックスの外周壁をスピードリングの一部が兼ねることにより、排水ボックスの容積が増加するとともにボックス内にリブを設けることが可能となり剛性を向上させることができ、また排水ボックス内の塗装作業が容易になる。
【００１１】
【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、１２は上カバー、３０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３０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。
【００１２】
さて、下カバー３０の構成について具体的に説明する。図２は下カバー３０の一部を破断した上面図であり、図３は同側断面図、図４は部分拡大図である。
図において、符号３１はバッフル板であり、符号３２はバッフル板の直下に設けられた排水ボックスである。排水ボックス３２は、具体的には内周壁３３、外周壁３４、および底壁３５により構成されている。また、その幅はバッフル板３１と比較して略半分程度とされており、バッフル板３１の径方向外側に位置して設けられている。
排水ボックス３２の内周壁３３は、上方の径（曲率半径）が下方の径より小さい断面視傾斜面をなしている。すなわち、ランナ１の回転軸を含む平面による断面において、排水ボックス３２の内周壁３３は、上方がランナ１の回転軸側に傾く傾斜面となっている。
バッフル板３１の径方向内側には、下カバー３０の空隙部３８が設けられ、ここにコンクリート１５が充填されることによって、バッフル板３１の内径側が直接コンクリート１５に支持されている。
図２に示すように、下カバー３０は半円状の二つの分割部材３０ａ、３０ｂが当接面３０ｃ、３０ｄで合わせられた状態で互いに固定されて構成されており、各々、周方向の長さが半周弱である排水ボックス３２が独立して二つ設けられている。なお、空隙部３８はリブ４０に仕切られつつ全周に渡って設けられている。排水ボックス３２は大きな容積であることが望ましいため、このように略全周に渡って設けられている構成となっている。
【００１３】
また、バッフル板３１の一部には排水孔４１が設けられており、ガイドベーン３を漏れ出た水が排水ボックス３２に流入されるようになっている。また、排水ボックス３２の底部には排水配管４２が開口しており、排水ボックス３２に流入した水が排出されるようになっている。
また、図４に示すように、ランナ１と下カバー３０との間に設けられたランナシール４３を冷却するランナシール冷却水管４５が下カバー３０の空隙部３８を通って下カバー３０の径方向内側に開口し、また、ランナ１の側圧を検出するランナ側圧管４６が下カバー３０の空隙部３８を通り、先端がバッフル板３１の上方に露出した状態で設けられている。
また、図２，図３の符号４８は、ガイドベーン３を漏れた水を補助的に排水するプライミング排水管であり、排水ボックス３２を貫通している。
【００１４】
このように構成された下カバー３０では、バッフル板３１が直接コンクリート１５によって支持されるので、十分な剛性を確保することができ、下カバー３０を小型化することができる。
また、従来においてはランナシール冷却水管４５およびランナ側圧力管４６を排水ボックス２０内部を通して取り付ける必要があったため、排水ボックス２０内に人が入って作業しなければならず、作業労力が大きかった。本例においては、排水ボックス３２を通さずに下カバー３０の空隙部３８を通して取り付けることができるから、容易に作業することができる。
さらに、排水ボックス３２の内周壁３３が傾斜しているため、外圧Ｆ（図６参照）と略平行となることによって剛性をさらに増すことができる。また、内径側の配管４５，４６の施工性を維持しながら排水ボックス３２の容量を確保することが可能となる。
【００１５】
なお、バッフル板３１は従来と比較して厚板構造とすることで、さらに剛性を高めることができ、排水ボックス３２内の塗装作業が容易になると共に、排水ボックス３２内にもリブを設けることが可能となるため剛性を向上させることができる。
また、図５に示すように、排水ボックス３４の外周壁（図４の符号３４参照）を取り除いてスピードリング８の一部を外周壁の代用とすることで、排水ボックス３２の容積を増加させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポンプ水車においては、下カバーの上板が直接コンクリートによって支持されるため、剛性を高めることができ、下カバーの小型化を実現することができる。しかも、排水ボックスの内周側の壁部は、上方の径が下方の径より小さい断面視傾斜面をなしているため、外圧と略平行となることによって剛性がさらに増し、また、内径側の配管の施工性を維持しながら排水ボックスの容量を確保することが可能となる（請求項１）。
また、排水ボックスの外周壁をスピードリングの一部が兼ねることにより、排水ボックスの容積を増加させることができる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態として示したポンプ水車の部分断面図である。
【図２】  同ポンプ水車に用いられる下カバーの一部を破断した上面図である。
【図３】  同下カバーの側断面図である。
【図４】  同下カバーの一部を拡大した側断面図である。
【図５】  本発明の変形例として示したポンプ水車の下カバーの一部を拡大した側断面図である。
【図６】  従来のポンプ水車の部分断面図である。
【符号の説明】
１  ランナ
８  スピードリング
３０  下カバー
３１  バッフル板（上板）
３２  排水ボックス
３８  空隙部
【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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