(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバー内に圧縮空気を送入しランナ周囲の水を吸出し管内に押し下げて調相運転を行う水車またはポンプ水車において、上記吸出し管内に開口し調相運転時に上記カバー内の残水を上記吸出し管内に排出する排水管が下カバーの排水ポケットを通って上記排水管に至るルートと、上記下カバーのガイドベーンと上記ランナとの間に開口して上記排水管に至るルートとを有すると共に、上記排水管は下方に延び、下方に延びた上記排水管を途中で分岐して上方に延びた上部排水管を上記吸出し管内の押し下げた水面よりも上方に開口させ下部排水管を押し下げた水面よりも下方に開口させたことを特徴とする水車またはポンプ水車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電などに適用される水車またはポンプ水車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は水力発電などに使用されている従来の水車またはポンプ水車の説明図である。図において、符号１はランナ、２はランナコーン、３は上カバー、４は下カバー、５は吸出し管、６はガイドベーン、７は給排気管、８は主軸、９はシール部、１０は排水ポケット、１１は排水管、１２は排水弁、１６は屈曲部である。水車またはポンプ水車などの調相運転、或いはポンプ水車のポンプ運転などの起動を行う場合は、ガイドベーン６を全閉にして調相運転の場合はランナ１を回転させた状態のまま、ポンプ運転の場合はランナ１を停止した状態で給排気管７から圧縮空気を送入し、ランナ１周囲の水を吸出し管５内に押し下げてランナ１に当らない位置に水面イ（初期設定の水面イ）を保持しながら排水弁１２を全開にしてランナ１を空転させることにより、ランナ１の回転に要する動力を減少させている。水面イの押し下げに圧縮空気が必要なのは、一般に水車またはポンプ水車ではランナ１に発生するキャビテーションを防止するために下ダムの水位よりもランナ１の位置を下げて設置しているためである。この状態でランナ１を空転させて調相運転などの定常運転に入ると、ランナ１の空転による吸出し管５内の圧縮空気の旋回流により押し下げられた水面イに波長の大きい波が徐々に励起され、水面イが水面ロに変化する。
【０００３】
このとき、押し下げた水面イが充分に低くない場合は、ランナ１に水面ロが接触して大きなトルク変動や主軸８、ランナ１の振動などが発生する。また、押し下げた水面イが低過ぎる場合は、吸出し管５の屈曲部１６に水面ロの一部が掛かって圧縮空気が吸出し管５内に漏気する。これらのため、押し下げる水面イの位置は適正な位置に保持する必要がある。また、ガイドベーン６からの漏水やシール９に供給しているシール冷却水などがランナ１の周囲に溜まってランナ１を空転させる入力が増大するのを防ぐために、下カバー４に排水ポケット１０を通って排水管１１に至るルートと、下カバー４のガイドベーン６とランナ１との間に開口して排水管１１に至るルートとの２種類の排水ルートが設けられている。この排水管１１の出口は吸出し管５下部の水中部分、即ち初期設定の水面イよりも寸法Ｈｓだけ下方に開口している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の水車またはポンプ水車においては、最近の水車またはポンプ水車は高落差化、高速化が計られているためにランナ１の周速が大きくなり、ランナ１周囲の圧力が従来よりもかなり高くなっているため、シール水の供給を受けているシール９よりも外周側のランナ１周囲の空気圧力が水位差Ｈｓよりも大きくなるとともに、ランナ１周囲が圧縮空気と水とが混合した二相状態となっていて排水管１１内に水と共に圧縮空気が混入し、この圧縮空気が吸出し管５内に漏気する事態が発生する。これを防ぐため、吸出し管５の屈曲部１６をもっと下方に設定すれば漏気を減少させることができるが、土木工事の際により一層深く掘削する必要があって経費が非常に掛かる。また、排水管１１の途中に設けられている排水弁１２の開度を絞って漏気量を少なくすると、排水管１１の排水能力も同時に低下してランナ１を空転させる動力が増大する。このように吸出し管５内への漏気を防ぐ有効な手段がなく、吸出し管５内へ漏気した圧縮空気の漏気量を補うために大量の圧縮空気を上、下カバー３，４内に供給しているが、そのために圧縮空気の供給設備も大きくなって不経済になるなどの不具合がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水車またはポンプ水車は上記課題の解決を目的にしており、カバー内に圧縮空気を送入しランナ周囲の水を吸出し管内に押し下げて調相運転を行う水車またはポンプ水車において、上記吸出し管内に開口し調相運転時に上記カバー内の残水を上記吸出し管内に排出する排水管が下カバーの排水ポケットを通って上記排水管に至るルートと、上記下カバーのガイドベーンと上記ランナとの間に開口して上記排水管に至るルートとを有すると共に、上記排水管は下方に延び、下方に延びた上記排水管を途中で分岐して上方に延びた上部排水管を上記吸出し管内の押し下げた水面よりも上方に開口させ下部排水管を押し下げた水面よりも下方に開口させている。このように吸出し管内に開口する排水管を途中で上方および下方へ分岐することにより、排水管内に混入した圧縮空気は上部排水管を介して吸出し管内の押し下げられた水面よりも上方に逃げ、比重の重い水を主体とする残水は下部排水管を流れて吸出し管内の水面よりも下方の水中に排出される。これにより、吸出し管内の水中に放出される圧縮空気の量が大幅に減少して吸出し管内への圧縮空気の漏気が防止される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態に係る水車またはポンプ水車の説明図である。図において、本実施の形態に係る水車またはポンプ水車は水力発電などに使用されるもので、図における符号１はランナ、２はランナコーン、３は上カバー、４は下カバー、５は吸出し管、６はガイドベーン、７は給排気管、８は主軸、９はシール、１０は排水ポケット、１１は排水管、１２は排水弁、１３は上部排水管、１４は下部排水管、１５は排水管１１の分岐部、１６は屈曲部である。水車やポンプ水車などの調相運転、或いはポンプ水車のポンプ運転などの起動を行う場合は、図に示すようにガイドベーン６を全閉にして調相運転の場合はランナ１を回転させた状態のまま、ポンプ運転の場合はランナ１を停止した状態で給排気管７から圧縮空気を送入し、ランナ１周囲の水を吸出し管５内に押し下げてランナ１に当らない位置に水面イ（初期設定の水面イ）を保持しながら排水弁１２を全開にしてランナ１を空転させることにより、ランナ１の回転に要する動力を減少させる。この状態でランナ１を空転させて調相運転などの定常運転に入ると、ランナ１の空転による吸出し管５内の圧縮空気の旋回流により押し下げられた水面イに波長の大きい波が徐々に励起され、水面イが水面ロに変化する。
【０００７】
本水車またはポンプ水車においては図に示すように排水管１１の排水弁１２の下流に分岐部１５が設けられており、分岐した上部排水管１３は吸出し管５内の水面イよりも距離ＨA だけ上方に開口し、下部排水管１４は水面イよりも距離ＨB だけ下方に開口している。なお、本水車またはポンプ水車においては排水管１１を下カバー４円周上の１ヶ所に設置しているが、水車またはポンプ水車の容量によっては円周上の複数個所に設置してもよい。
【０００８】
このように、本水車またはポンプ水車においては下カバー４に設けられている排水管１１が下カバー４の排水ポケット１０を通って排水管１１に至るルートと、下カバー４のガイドベーン６とランナ１との間に開口して排水管１１に至るルートとの２種類の排水ルートを有すると共に、上記排水管１１は下方に延び、吸出し管５内に開口する排水管１１を途中で分岐し、分岐し上方に延びた上部排水管１３を初期設定の水面イよりも上方に開口させ、下部排水管１４を初期設定の水面イよりも下方に開口させることにより、排水管１１内に混入した圧縮空気は上方の上部排水管１３内を流れ、また比重の重い水を主体とする排水は下方の下部排水管１４内を流れる。従って、下方の水中に開口する下部排水管１４によって水中に放出される空気量を大幅に減少させることができる。また、下方の下部排水管１４内に混入する少量の圧縮空気は、押し下げた水面ロに発生する波に対して緩衝作用を発揮して波の振幅を小さくさせる作用があり、吸出し管５内の水の流れを弱めて圧縮空気の吸出し管５内への漏気を防止することができる。
【０００９】
従来の水車またはポンプ水車においては、吸出し管内への漏気を防ぐ有効な手段がなく、吸出し管内へ漏気した圧縮空気の漏気量を補うために大量の圧縮空気を上、下カバー内に供給しているが、そのために圧縮空気の供給設備も大きくなって不経済になるなどの不具合がある。これに対し、本水車またはポンプ水車においては吸出し管５内に開口する排水管１１を途中で分岐して排水管１１の中に混入した圧縮空気を上部排水管１３により押し下げた水面ロよりも上方に逃がして押し下げた水面ロよりも下方の水中に放出される圧縮空気の量を減少させることにより圧縮空気の吸出し管５内への漏気を防止している。このように排水管１１を吸出し管５内に開口する途中で分岐して上部排水管１３と下部排水管１４とに分けることにより、排水管１１の中を流れる水と圧縮空気とが混り合った流れから比重の軽い空気部分を上部排水管１３に、比重の重い水が主成分の流れを下部排水管１４に分けることが可能になり、これによって空気流は水面ロよりも上方の空気層に、また水流は水面ロよりも下方の水中に入れることができ、水と圧縮空気とが混り合った流れのまま吸出し管５内の水面下に排水して圧縮空気が吸出し管５に漏気するのを防止することができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る水車またはポンプ水車は前記のように構成されており、吸出し管内に開口する排水管が下カバーの排水ポケットを通って上記排水管に至るルートと、上記下カバーのガイドベーンと上記ランナとの間に開口して上記排水管に至るルートとを有すると共に、上記排水管１１は下方に延び、上記排水管を途中で上方および下方へ分岐することにより、排水管内に混入した圧縮空気は上部排水管を介して吸出し管内の押し下げられた水面よりも上方に逃げ、比重の重い水を主体とする残水は下部排水管を流れて吸出し管内の水面よりも下方の水中に排出される。これにより、吸出し管内の水中に放出される圧縮空気の量が大幅に減少して吸出し管内への圧縮空気の漏気が防止されるので、吸出し管内に漏気した圧縮空気の漏気量を補うために大量の圧縮空気をカバー内に供給する必要がなくなって圧縮空気の供給設備が縮小される。
また、下方の下部排水管内に混入する少量の圧縮空気は、押し下げた水面ロに発生する波に対して緩衝作用を発揮して波の振幅を小さくさせる作用があり、吸出し管内の水の流れを弱めて圧縮空気の吸出し管内への漏気を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態に係る水車またはポンプ水車の縦断面図である。
【図２】図２は従来の水車またはポンプ水車の縦断面図である。
【符号の説明】
１      ランナ
２      ランナコーン
３      上カバー
４      下カバー
５      吸出し管
６      ガイドベーン
７      給排気管
８      主軸
９      シール
１０    排水ポケット
１１    排水管
１２    排水弁
１３    上部排水管
１４    下部排水管
１５    分岐部
１６    屈曲部
【図１】
0003868049.tif 000002
【図２】
0003868049.tif 000003