JP3326205B2 - Two-stage pump turbine - Google Patents
Two-stage pump turbineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は二段ポンプ水車に係り、
特に構造を簡素化し、あらゆる運転状態において、軸方
向水スラストを確実に低減することが可能な二段ポンプ
水車に関する。The present invention relates to a two-stage pump-turbine,
In particular, the present invention relates to a two-stage pump-turbine capable of simplifying the structure and reliably reducing the axial water thrust in all operation states.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、水力機械のランナの前後に作用
する水圧力の合力は異なり、その水圧差が軸方向水スラ
ストとして主軸に作用する。この軸方向水スラストを小
さくするために、図４に示したように主軸１に固着した
ランナ２の前後をバランス管３０，３１やバランス孔で
連絡して、ランナ前後における水圧差を解消し、軸方向
水スラストを可及的に小さくする工夫が従来よりなされ
ている。二段ポンプ水車の場合にも同様の問題が生じ各
段のランナの前後をバランス管やバランス孔で連絡して
いる。2. Description of the Related Art In general, the resultant force of water pressure acting before and after a runner of a hydraulic machine is different, and the difference in water pressure acts on a main shaft as an axial water thrust. In order to reduce the axial water thrust, the front and rear of the runner 2 fixed to the main shaft 1 are connected by balance pipes 30 and 31 or balance holes as shown in FIG. A device for minimizing the axial water thrust has been made conventionally. A similar problem occurs in the case of a two-stage pump-turbine, and the front and rear of each runner are connected by a balance pipe or a balance hole.
【０００３】図５および図６は主軸１上に上段（高圧
段）ランナ２と下段（低圧段）ランナ３とを設けた従来
の二段ポンプ水車に対して軸スラストを低減する装置を
適用した例を示している。これらの従来例では上段ラン
ナ２に対しては、上段ランナ２の内側背圧室４と上段ラ
ンナ２の出口側を上段ランナ２用の内側バランス管５で
連絡し、さらに、外側背圧室６と側圧室７を上段ランナ
２用の外側バランス管８で連絡することによってバラン
スさせ、軸方向水スラストを低減している。下段ランナ
３に対しては、図５では下段ランナ３の側圧室１２に水
圧調節管路２０が接続され、この管路２０の他端は加圧
水源、ここでは渦巻ケーシング１９に接続されることに
よって、側圧室１２内の水圧を調節弁２１を用いて調節
し軸方向水スラストを低減している。FIGS. 5 and 6 show a conventional two-stage pump-turbine in which an upper stage (high pressure stage) runner 2 and a lower stage (low pressure stage) runner 3 are provided on a main shaft 1, and an apparatus for reducing shaft thrust is applied. An example is shown. In these conventional examples, the inner back pressure chamber 4 of the upper runner 2 and the outlet side of the upper runner 2 are connected to the upper runner 2 by the inner balance pipe 5 for the upper runner 2. And the side pressure chamber 7 are communicated with each other by an outer balance pipe 8 for the upper runner 2 so as to balance them, thereby reducing axial water thrust. For the lower runner 3, in FIG. 5, a water pressure adjusting pipe 20 is connected to the side pressure chamber 12 of the lower runner 3, and the other end of the pipe 20 is connected to a pressurized water source, here a spiral casing 19. The water pressure in the side pressure chamber 12 is adjusted using the control valve 21 to reduce the axial water thrust.
【０００４】また、図６では上段ランナ２と同様に下段
ランナ３の内側背圧室９と下段ランナ３の出口側を下段
ランナ３用の内側バランス管１０で連絡し、さらに、外
側背圧室１１と側圧室１２を下段ランナ３用の外側バラ
ンス管１３で連絡することによってバランスさせ、軸方
向水スラストを低減しているが、これらのバランス管１
０，１３は、いずれも主軸１内部の軸方向および半径方
向に穴を穿設して相互に連通せしめて形成される。In FIG. 6, similarly to the upper runner 2, the inner back pressure chamber 9 of the lower runner 3 and the outlet side of the lower runner 3 are connected by an inner balance pipe 10 for the lower runner 3, and the outer back pressure chamber is further connected. 11 and the side pressure chamber 12 are balanced by communicating with each other through an outer balance pipe 13 for the lower runner 3 to reduce axial water thrust.
The holes 0 and 13 are formed by drilling holes in the axial direction and the radial direction inside the main shaft 1 so as to communicate with each other.
【０００５】また他の構成例として、特開昭５７−４４
７７３号公報に開示された二段ポンプ水車の構造例を図
７および図８に基づいて説明する。すなわち図７に示す
二段ポンプ水車においては、上段ランナ２の内側背圧室
４と、下段ランナ３の出口側とをバランス管２２で連通
しており、一方図８に示す例では、上段ランナ２の内側
背圧室４と、下段ランナ３の出口側とを、主軸１内に設
けた管路２３で連通しており、各上段ランナ２の内側背
圧室４と下段ランナ３の出口側との間の水圧差を解消
し、スラスト荷重を可及的に低減している。Another example of the construction is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-44.
An example of the structure of a two-stage pump-turbine disclosed in Japanese Patent Publication No. 773 will be described with reference to FIGS. That is, in the two-stage pump-turbine shown in FIG. 7, the inner back pressure chamber 4 of the upper runner 2 and the outlet side of the lower runner 3 communicate with each other through the balance pipe 22. On the other hand, in the example shown in FIG. The inner back pressure chamber 4 of the upper runner 2 communicates with the outlet side of the lower runner 3 through a conduit 23 provided in the main shaft 1. The inner back pressure chamber 4 of each upper runner 2 and the outlet side of the lower runner 3. And eliminates the difference in water pressure between them to reduce the thrust load as much as possible.
【０００６】また特開昭５７−４４７７３号公報に開示
された構造例では、上段ランナ２の中間シール２４の位
置を半径方向外方にずらして形成することにより、上段
ランナ２において上向き軸方向水スラストを発生させ、
下段ランナ３で生じる下向き軸方向水スラストと相殺さ
せる手法を採用している。In the structural example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-44773, the position of the intermediate seal 24 of the upper runner 2 is shifted radially outward, so that the upper runner 2 has an Generate thrust,
A method of offsetting with the downward axial water thrust generated in the lower runner 3 is employed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような従来の二段ポンプ水車の構造では、調節弁２
１の制御安定性や信頼性が低く、また構造自体も複雑に
なる欠点がある。However, in the structure of the conventional two-stage pump-turbine as shown in FIG.
1 has low control stability and reliability, and has a disadvantage that the structure itself is complicated.
【０００８】また図６に示す従来構造においては、スラ
ストバランス用に主軸１内に穿設した穴は、主軸１の回
転による圧力の不安定性が大きく、安定したバランス機
能が働かない欠点があり、好ましくない。さらに本構造
では、下段ランナ３の内側背圧室９と外側背圧室１１と
を隔離する中間シール２５が必須となり、ポンプ水車全
体の構造が複雑化する難点がある。Further, in the conventional structure shown in FIG. 6, a hole formed in the main shaft 1 for thrust balance has a disadvantage that pressure instability due to rotation of the main shaft 1 is large and a stable balance function does not work. Not preferred. Further, in this structure, an intermediate seal 25 for isolating the inner back pressure chamber 9 and the outer back pressure chamber 11 of the lower runner 3 is essential, and there is a problem that the structure of the entire pump turbine becomes complicated.
【０００９】一方、特開昭５７−４４７７３号公報に開
示され、図７および図８に示した二段ポンプ水車のよう
な連通方法を採用し、かつ各内周シールおよび中間シー
ルの半径位置を全て一致させるように形成すると、大き
な上向き軸方向水スラストが発生するため、全体の軸方
向水スラストは相殺されず、さらに上向きのスラスト荷
重が増加してしまう。すなわち図９は、高圧段ランナ側
の中間シール２４および低圧段ランナ側の内周シール２
８を同一半径位置に形成した場合の軸方向水スラストの
バランスを示す図であり、上段ランナ２の外側背圧室６
から作用する下向き軸方向水スラストａと、上段ランナ
２の側圧室７から作用する上向き軸方向スラストｂと
は、常にバランスしている。一方、下段ランナ３の背圧
室１５から作用する下向き軸方向水スラストの一部ｅ
と、下段ランナ３の側圧室１２から作用する上向き軸方
向水スラストｇとは常にバランスしている。そして上段
部の内側背圧室４と吸出し管１７とがバランス管２２や
管路２３で連通しているため、上段ランナ２の内側背圧
室４から作用する下向き軸方向水スラストｃと、下段ラ
ンナ３の出口部から作用する上向き軸方向水スラストｈ
は常にバランスしている。On the other hand, a communication method such as the two-stage pump-turbine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 57-44773 shown in FIGS. 7 and 8 is adopted, and the radial positions of each inner peripheral seal and intermediate seal are determined. If they are formed so as to match each other, a large upward axial water thrust is generated, so that the entire axial water thrust is not canceled out, and the upward thrust load further increases. That is, FIG. 9 shows the intermediate seal 24 on the high pressure stage runner side and the inner peripheral seal 2 on the low pressure stage runner side.
FIG. 8 is a view showing the balance of the axial water thrust in a case where the upper and lower runners 8 are formed at the same radial position.
The downward axial water thrust a acting from the upper thruster and the upward axial thrust b acting from the side pressure chamber 7 of the upper runner 2 are always in balance. On the other hand, a part e of the downward axial water thrust acting from the back pressure chamber 15 of the lower runner 3
And the upward axial water thrust g acting from the side pressure chamber 12 of the lower runner 3 are always in balance. Since the inner back pressure chamber 4 of the upper stage communicates with the suction pipe 17 via the balance pipe 22 and the conduit 23, the downward axial water thrust c acting from the inner back pressure chamber 4 of the upper runner 2 and the lower stage Upward axial water thrust h acting from the outlet of runner 3
Is always balanced.
【００１０】したがって上段ランナ２の出口部から作用
する上向き軸方向水スラストｄと、下段ランナ３の背圧
室１５から作用する下向き軸方向水スラストの一部ｆが
常にバランスしていれば、ポンプ水車全体としてのスラ
ストも常にバランスすることとなる。Therefore, if the upward axial water thrust d acting from the outlet of the upper runner 2 and the part f of the downward axial water thrust acting from the back pressure chamber 15 of the lower runner 3 are always in balance, the pump The thrust of the whole turbine is always balanced.
【００１１】しかしながら、下段ランナ３の回転に伴う
背圧室１５の旋回効果により、ｆ＜ｄなる関係が生じ
て、結果として水車全体に上向き軸方向水スラストが発
生し、主軸封水装置２６に作用する水圧負荷や軸受に作
用する負荷が増大してしまう問題点があった。特にポン
プ水車に直結する発電機または電動機のスラスト軸受を
損傷する危険性が高くなるため、何らかの対応が望まれ
ていた。However, due to the turning effect of the back pressure chamber 15 due to the rotation of the lower runner 3, a relationship of f <d is generated, and as a result, upward axial water thrust is generated in the entire turbine and the main shaft sealing device 26 There is a problem that the acting hydraulic load and the load acting on the bearing increase. In particular, there is a high risk of damaging the thrust bearing of the generator or the electric motor directly connected to the pump turbine, and some measures have been desired.
【００１２】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、構造の複雑化を回避でき、主軸封水
装置に作用する水圧負荷を軽減でき、さらにあらゆる運
転状態において安定した軸方向水スラストのバランスを
保持することができる二段ポンプ水車を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can prevent the structure from becoming complicated, reduce the hydraulic load acting on the spindle water sealing device, and stabilize the shaft in all operating conditions. It is an object of the present invention to provide a two-stage pump-turbine capable of maintaining the balance of directional water thrust.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る二段ポンプ水車は、高圧段部ランナお
よび低圧段部ランナが主軸上に固着され、上記各段部ラ
ンナ室が返し通路によって連絡され、低圧段部ランナ室
が吸出し管に接続される二段ポンプ水車において、高圧
段部ランナのバンド部出口側に内周シールを設けるとと
もに、クラウン背部に中間シールを設けて、ランナ背圧
室を外側背圧室と内側背圧室とに分離し、この内側背圧
室と吸出し管とを連通する水圧バランス管を設ける一
方、低圧段部ランナのバンド部出口側にも内周シールを
設け、上記高圧段部および低圧段部の各内周シールを同
一の半径位置に形成する一方、上記高圧段部のクラウン
背部に設ける中間シールを、上記内周シールの半径位置
より小さい半径位置に形成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, a two-stage pump-turbine according to the present invention has a high-pressure step runner and a low-pressure step runner fixed on a main shaft, and each of the step runner chambers is turned upside down. In a two-stage pump-turbine connected by a passage and the low-pressure step runner chamber is connected to the suction pipe, an inner peripheral seal is provided on the band part outlet side of the high-pressure step runner, and an intermediate seal is provided on the back of the crown. The back pressure chamber is separated into an outer back pressure chamber and an inner back pressure chamber, and a hydraulic balance pipe is provided to communicate the inner back pressure chamber with the suction pipe. A seal is provided, and each inner peripheral seal of the high-pressure step portion and the low-pressure step portion is formed at the same radial position, while an intermediate seal provided on the crown back portion of the high-pressure step portion has a radius smaller than the radial position of the inner peripheral seal. position It is characterized in that form.
【００１４】また高圧段部ランナのバンド部出口側の内
周シールと、クラウン背部の中間シールとを同一半径位
置に形成する一方、低圧段部ランナのバンド部出口側の
内周シールを、上記高圧段部ランナ側の内周シールおよ
び中間シールの半径位置より大きい半径位置に形成して
も同様な効果が得られる。The inner peripheral seal on the outlet side of the band portion of the high-pressure step runner and the intermediate seal on the back of the crown are formed at the same radial position, while the inner peripheral seal on the outlet side of the band portion of the low-pressure step runner is formed as described above. The same effect can be obtained by forming the inner seal and the intermediate seal at a radial position larger than the radial positions of the inner peripheral seal and the intermediate seal on the high-pressure step runner side.
【００１５】[0015]
【作用】上記構成に係る二段ポンプ水車によれば、高圧
段部のクラウン背部に設ける中間シールを、高低圧段部
にそれぞれ形成した各内周シールの半径位置より小さい
半径位置に形成しているため、中間シールおよび各内周
シールを同一の半径位置に形成した従来構造と比較し
て、下向き軸方向水スラストを生じる。そしてこの下向
き軸方向水スラストが、低圧段部ランナの回転に伴う背
圧室の旋回効果によって発生する上向き軸方向水スラス
トを相殺し、ポンプ水車全体としての軸方向水スラスト
をバランスさせることができる。According to the two-stage pump-turbine having the above structure, the intermediate seal provided on the crown back of the high-pressure step is formed at a smaller radius position than the radial position of each inner seal formed on the high-low pressure step. As a result, a downward axial water thrust is generated as compared with the conventional structure in which the intermediate seal and each inner peripheral seal are formed at the same radial position. This downward axial water thrust cancels the upward axial water thrust generated by the swirling effect of the back pressure chamber accompanying the rotation of the low pressure step runner, and balances the axial water thrust of the entire pump turbine. .
【００１６】同様に、低圧部ランナのバンド部出口側の
内周シールを、高圧段部ランナ側の内周シールおよび中
間シールの半径位置より大きい半径位置に形成した場合
においても、低圧部ランナの側圧室から作用する上向き
軸方向水スラストを、従来構造と比較して低減すること
が可能であり、この低減量が低圧段部ランナの回転に伴
う背圧室の旋回効果によって発生する上向き軸方向水ス
ラストを相殺し、水車全体としての軸方向水スラストを
バランスさせることができる。Similarly, even when the inner peripheral seal on the band part outlet side of the low pressure part runner is formed at a radius position larger than the radial position of the inner peripheral seal and the intermediate seal on the high pressure step part runner side, The upward axial water thrust acting from the side pressure chamber can be reduced as compared with the conventional structure, and the amount of reduction can be reduced by the upward axial direction generated by the swirling effect of the back pressure chamber due to the rotation of the low pressure step runner. The water thrust can be offset, and the axial water thrust of the whole turbine can be balanced.
【００１７】また上記構成によれば、従来構造の二段ポ
ンプ水車と比較してバランス管の配設数が少なく、また
低圧段部ランナの背部に中間シールを配設していないた
め、構造の複雑化が回避でき、ポンプ水車の製造組立が
容易になる。According to the above construction, the number of balance pipes is smaller than that of the conventional two-stage pump-turbine, and the intermediate seal is not provided at the back of the low-pressure step runner. Complexity can be avoided, and the manufacture and assembly of the pump-turbine becomes easy.
【００１８】さらに高圧段ランナの内側背圧室が吸出し
管と連通しているため、内側背圧室の圧力が押し込み水
頭程度の圧力に抑制されるため、主軸封水装置に作用す
る負荷が軽減され、過渡時を含めたあらゆる運転状態に
おいて安定した軸方向水スラストのバランスを保持する
ことができる。Further, since the inner back pressure chamber of the high-pressure stage runner communicates with the suction pipe, the pressure of the inner back pressure chamber is suppressed to a pressure of about the pressure of the head, so that the load acting on the main shaft sealing device is reduced. Thus, a stable balance of the axial water thrust can be maintained in all operation states including a transition period.
【００１９】[0019]
【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。図１は本発明に係る二段ポンプ水車の
一実施例を示す要部断面図であり、図２は各段ランナの
スラストバランスを示す図である。なお図４〜図９に示
す各要素と同一の構成要素には同一符号を付している。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view of a main part showing an embodiment of a two-stage pump-turbine according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a thrust balance of each stage runner. The same components as those shown in FIGS. 4 to 9 are denoted by the same reference numerals.
【００２０】すなわち本実施例に係る二段ポンプ水車
は、高圧段部ランナ２および低圧段部ランナ３が主軸１
上に間隔をおいて固着され、上記各段部ランナ室が返し
通路１４によって連絡され、低圧段部ランナ室が吸出し
管１７に接続される二段ポンプ水車において、高圧段部
ランナ２のバンド部出口側に内周シール２９を設けると
ともに、クラウン背部に中間シール２４を設けて、ラン
ナ背圧室６を外側背圧室と内側背圧室４とに分離し、こ
の内側背圧室４と吸出し管１７とを連通する水圧バラン
ス管２７を設ける一方、低圧段部ランナ３のバンド部出
口側にも内周シール２８を設け、上記高圧段部および低
圧段部の各内周シール２９，２８を図２に示すように同
一の半径位置に形成する一方、上記高圧段部のクラウン
背部に設ける中間シール２４を、上記内周シール２９，
２８の半径位置より小さい半径位置、すなわち内側に形
成して構成される。That is, in the two-stage pump-turbine according to this embodiment, the high-pressure stage runner 2 and the low-pressure stage runner 3 are
In a two-stage pump-turbine, which is fixed at a distance above, the above-mentioned respective step runner chambers are connected by a return passage 14, and the low pressure step runner chamber is connected to the suction pipe 17, the band portion of the high pressure step runner 2 is provided. An inner peripheral seal 29 is provided on the outlet side, and an intermediate seal 24 is provided on the crown back to separate the runner back pressure chamber 6 into an outer back pressure chamber and an inner back pressure chamber 4. While a hydraulic balance pipe 27 communicating with the pipe 17 is provided, an inner peripheral seal 28 is also provided on the outlet side of the band portion of the low-pressure step runner 3, and the inner peripheral seals 29 and 28 of the high-pressure step section and the low-pressure step section are attached. As shown in FIG. 2, while being formed at the same radial position, the intermediate seal 24 provided at the back of the crown of the high-pressure step is replaced with the inner seal 29,
It is formed at a radial position smaller than the radial position of 28, that is, formed inside.
【００２１】また図６に示す従来の二段ポンプ水車では
低圧段ランナ３の背圧室１５が、中間シール２５を設け
ることにより、内側背圧室９と外側背圧室１１とに分離
されている構造を有するものもあるが、本実施例では図
１および図２に示すように、低圧段ランナ３の背部の背
圧室１５に中間シールを設けず、１個の背圧室１５とし
て形成している。In the conventional two-stage pump-turbine shown in FIG. 6, the back pressure chamber 15 of the low-pressure stage runner 3 is separated into an inner back pressure chamber 9 and an outer back pressure chamber 11 by providing an intermediate seal 25. In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the back pressure chamber 15 at the back of the low-pressure stage runner 3 is not provided with an intermediate seal, but is formed as one back pressure chamber 15. are doing.
【００２２】さらに高圧段ランナ２の外周側には、当該
ランナ２に流入する水量を調節するための複数のガイド
ベーン１６が所定間隔をおいて円形状に配置され、これ
らガイドベーン１６の外周側に渦巻きケーシング１９が
配設されている。高圧段ランナ２と低圧段ランナ３とは
返し通路１４によって連絡され、低圧段ランナ３の外周
側には当該ランナ３に流入する水量を調節するための複
数のガイドベーン１８が間隔をおいて円形状に配置さ
れ、低圧段ランナ３を通過した水は吸出し管１７に流入
する。Further, a plurality of guide vanes 16 for adjusting the amount of water flowing into the runner 2 are arranged in a circular shape at predetermined intervals on the outer peripheral side of the high-pressure stage runner 2. Is provided with a spiral casing 19. The high-pressure runner 2 and the low-pressure runner 3 are connected by a return passage 14, and a plurality of guide vanes 18 for adjusting the amount of water flowing into the runner 3 are arranged on the outer peripheral side of the low-pressure runner 3 at intervals. The water that has been arranged in the shape and passed through the low-pressure stage runner 3 flows into the suction pipe 17.
【００２３】本実施例に係る二段ポンプ水車において、
空転運転から充水運転へ移行する場合は、まず高圧段ラ
ンナ２から水圧確立し、しかる後に低圧段ランナ３を充
水するように操作される。In the two-stage pump-turbine according to this embodiment,
When shifting from the idling operation to the charging operation, the water pressure is first established from the high-pressure stage runner 2 and then the low-pressure stage runner 3 is operated to be filled with water.
【００２４】次に本実施例に係る二段ポンプ水車の作用
効果を、図９に示す従来構造のものと比較しながら説明
する。すなわち図９に示すように高圧段ランナ２の中間
シール２４および内周シール２９と、低圧段ランナ３の
内周シール２８とを同一半径位置に形成したポンプ水車
においては、高圧段ランナ２の外側背圧室６から作用す
る下向き軸方向水スラストａと、高圧段ランナ２の側圧
室７から作用する上向き軸方向水スラストｂは常にバラ
ンスする一方、低圧段ランナ３の背圧室１５から作用す
る下向き軸方向水スラストの一部ｅと、低圧段ランナ３
の側圧室１２から働く上向き軸方向水スラストｇは常に
バランスしている。そして高圧段部の内側背圧室４と吸
出し管１７とがバランス管２２，２３で連通しているた
め、高圧段ランナ２の内側背圧室４から働く下向き軸方
向水スラストｃと、低圧段ランナ３の出口部から働く上
向き軸方向水スラストｈは常にバランスしている。Next, the operation and effect of the two-stage pump-turbine according to this embodiment will be described in comparison with the conventional structure shown in FIG. That is, as shown in FIG. 9, in a pump turbine in which the intermediate seal 24 and the inner peripheral seal 29 of the high-pressure stage runner 2 and the inner peripheral seal 28 of the low-pressure stage runner 3 are formed at the same radial position, the outside of the high-pressure stage runner 2 The downward axial water thrust a acting from the back pressure chamber 6 and the upward axial water thrust b acting from the side pressure chamber 7 of the high pressure stage runner 2 are always balanced, while acting from the back pressure chamber 15 of the low pressure stage runner 3. Part e of the downward axial water thrust and low pressure stage runner 3
The axial water thrust g acting from the side pressure chamber 12 is always balanced. Since the inner back pressure chamber 4 of the high pressure step portion and the suction pipe 17 communicate with each other through the balance pipes 22 and 23, the downward axial water thrust c working from the inner back pressure chamber 4 of the high pressure step runner 2 and the low pressure step The upward axial water thrust h working from the outlet of the runner 3 is always balanced.
【００２５】したがって高圧段ランナの出口部から働
く、上向き軸方向水スラストｄと、低圧段ランナ３の背
圧室１５から働く下向き軸方向水スラストの一部ｆが常
にバランスしていれば、水車全体としてのスラストも常
にバランスすることとなる。Therefore, if the upward axial water thrust d acting from the outlet of the high pressure stage runner and a part f of the downward axial water thrust acting from the back pressure chamber 15 of the low pressure stage runner 3 are always in balance, the turbine Thrust as a whole will always be balanced.
【００２６】しかしながら、実際は低圧段ランナ３の回
転に伴う背圧室１５の旋回効果により、ｆ＜ｄの関係が
生じ易く、その結果、水車全体で上向き軸方向水スラス
トが発生してしまう。However, in practice, the relationship of f <d tends to occur due to the turning effect of the back pressure chamber 15 accompanying the rotation of the low-pressure stage runner 3, and as a result, upward axial water thrust is generated in the entire water turbine.
【００２７】そこで本発明の一実施例では、図２に示す
ように高圧段ランナ２の背部の中間シール２４の位置
を、内周シール２９，２８の位置より内径側にずらして
設け、高圧段ランナ２において下向き軸方向水スラスト
を発生させ、この下向き軸方向水スラストと、上記低圧
段ランナ３の旋回効果によって発生する上向き軸方向水
スラストとを相殺させることにり、ポンプ水車全体とし
てとのスラストバランスを保持している。すなわちポン
プ水車全体からみれば、高圧段ランナ２において各軸方
向水スラストａ，ｂ，ｃ，ｄの合力により上向き軸方向
水スラストを発生させる一方、低圧段ランナ３において
各軸方向水スラストｅ，ｆ，ｇ，ｈの合力により下向き
軸方向水スラストを発生させ、上記高圧段および低圧段
における逆方向のスラストで引っ張り合い状態で全体と
してのスラストバランスを保持している。Therefore, in one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the position of the intermediate seal 24 at the back of the high-pressure stage runner 2 is shifted from the position of the inner peripheral seals 29 and 28 toward the inner diameter side. A downward axial water thrust is generated in the runner 2, and the downward axial water thrust and the upward axial water thrust generated by the swirling effect of the low-pressure stage runner 3 are cancelled, so that the pump water turbine as a whole is improved. The thrust balance is maintained. That is, from the viewpoint of the entire pump-turbine, the axial water thrusts a, b, c, and d generate an upward axial water thrust in the high-pressure stage runner 2 while the axial water thrusts e, A downward axial water thrust is generated by the resultant force of f, g, and h, and the thrust in the opposite direction in the high-pressure stage and the low-pressure stage is maintained in a thrust balance as a whole in a tensioned state.
【００２８】また、空転運転から充水運転への移行に際
しては、まず高圧段ランナ２を水圧確立し、しかる後に
低圧段ランナ３を充水する方がよい。この理由は、低圧
段ランナ３のみ水圧確立すると、図９に示す例におい
て、低圧段ランナ３のスラスト配置のみとなるため、す
なわち軸方向水スラストｅ，ｆ，ｇ，ｈのみとなるた
め、過大な下向き軸方向水スラストが発生してしまうか
らである。一方、高圧段ランナ２のみ、水圧確立した場
合には、図９における高圧段ランナ２のスラスト配置に
おいて、軸方向水スラストａとｂとは常にバランスする
とともに、高圧段ランナ２の出口の水圧は、吸出し管１
７内の圧力と同一であるから、軸方向水スラストｄとｃ
もバランスすることとなり、水車全体としてもスラスト
バランスが保持される。When shifting from the idling operation to the charging operation, it is preferable to first establish the water pressure of the high-pressure stage runner 2 and then fill the low-pressure stage runner 3 with water. The reason is that if the water pressure is established only in the low-pressure stage runner 3, in the example shown in FIG. 9, only the thrust arrangement of the low-pressure stage runner 3 is provided, that is, only the axial water thrusts e, f, g, and h are provided. This is because a downward axial water thrust is generated. On the other hand, when the water pressure is established only for the high-pressure stage runner 2, in the thrust arrangement of the high-pressure stage runner 2 in FIG. 9, the axial water thrusts a and b are always balanced, and the water pressure at the outlet of the high-pressure stage runner 2 is , Draft tube 1
7, the axial water thrusts d and c
And the thrust balance is maintained for the entire turbine.
【００２９】さらに負荷遮断、入力遮断等の過渡運転時
において、高圧段部のガイドベーン１６と、低圧段部の
ガイドベーン１８とが非同期開度となり、各高低圧段ラ
ンナ２，３の落差分担が著しく変化した場合において
も、各軸方向水スラストのａとｂ、ｅとｇ、ｃとｈおよ
びｄとｆのバランスの関係は良好に保持されるため、ポ
ンプ水車全体として軸方向水スラストのバランスが保持
される。Further, during transient operation such as load interruption, input interruption, etc., the guide vanes 16 of the high-pressure stage and the guide vanes 18 of the low-pressure stage have asynchronous opening degrees, so that the high and low pressure stage runners 2 and 3 carry the falling difference. Is significantly changed, the balance among the axial water thrusts a and b, e and g, c and h, and d and f is well maintained. Balance is maintained.
【００３０】また高圧段ランナ２の内側背圧室４に作用
する水圧は、上記内側背圧室４が水圧バランス管２７を
介して吸出し管１７と連通しているため、吸出し管１７
の水圧と同程度となり、主軸封水装置２６にも同程度の
低い圧力しか作用せず水圧負荷を低減することができ
る。The water pressure acting on the inner back pressure chamber 4 of the high-pressure runner 2 is controlled by the suction pipe 17 because the inner back pressure chamber 4 communicates with the suction pipe 17 via the water pressure balance pipe 27.
, And the same applies to the main shaft sealing device 26, and the hydraulic pressure load can be reduced.
【００３１】このように本実施例に係る二段ポンプ水車
によれば、簡易な構造であるため、製造組立が容易であ
り、またあらゆる運転状態において、安定して軸方向水
スラストのバランスを保持することが可能であり、しか
も主軸封水装置に作用する水圧負荷を軽減することがで
きる。As described above, the two-stage pump-turbine according to this embodiment has a simple structure, so that it is easy to assemble and assemble and stably maintains the balance of the axial water thrust in all operating states. It is possible to reduce the hydraulic load acting on the spindle water sealing device.
【００３２】次に本発明の他の実施例について図３を参
照して説明する。すなわち図３に示す二段ポンプ水車
は、高圧段部ランナ２のバンド部出口側の内周シール２
９と、クラウン背部の中間シール２４とを同一半径位置
に形成する一方、低圧段部ランナ３のバンド部出口側の
内周シール２８を、上記高圧段部ランナ２側の内周シー
ル２９および中間シール２４の半径位置より大きい半径
位置に形成して構成される。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. That is, the two-stage pump-turbine shown in FIG.
9 and the intermediate seal 24 at the back of the crown are formed at the same radial position, while the inner peripheral seal 28 at the band outlet side of the low-pressure step runner 3 is replaced with the inner peripheral seal 29 at the high-pressure step runner 2 side and the intermediate seal 29. It is formed at a radial position larger than the radial position of the seal 24.
【００３３】すなわち前記実施例では図２に示すように
高圧段ランナ２の背部に設けた中間シール２４の形成位
置を内径側にずらして配設していたが、本実施例では図
３に示すように低圧段ランナ３のバンド側に形成する内
周シール２８の位置を外径側にずらして形成した以外は
前記実施例と同一構成である。That is, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the formation position of the intermediate seal 24 provided on the back of the high-pressure step runner 2 is shifted to the inner diameter side, but in this embodiment, it is shown in FIG. The configuration is the same as that of the previous embodiment except that the position of the inner peripheral seal 28 formed on the band side of the low-pressure step runner 3 is shifted to the outer diameter side.
【００３４】本実施例では、低圧段ランナ３のバンド側
の内周シール２８の形成位置を外径側にずらすことによ
り下向き軸方向水スラストを発生せしめ、この下向き軸
方向水スラストと、図９に示す各スラストｄとｆとの不
釣り合い分に相当する上向き軸方向水スラストとを相殺
しているため、ポンプ水車全体としての軸方向水スラス
トのバランスが保持され、前記実施例と同様な作用効果
が発揮される。In this embodiment, a downward axial water thrust is generated by shifting the formation position of the inner peripheral seal 28 on the band side of the low-pressure stage runner 3 toward the outer diameter side, and this downward axial water thrust and FIG. Since the upward axial water thrust corresponding to the unbalance between each thrust d and f shown in FIG. 5 is canceled, the balance of the axial water thrust of the entire pump-turbine is maintained, and the same operation as the above-described embodiment is achieved. The effect is exhibited.
【００３５】なお以上の実施例では高圧段部に形成する
中間シール２４を内周シール２９より内径側にずらして
形成した場合（図２）と、低圧段部の内周シール２９を
高圧段部の中間シール２４より外径側にずらして形成し
た場合（図３）との二通りの態様で例示したが、本発明
は上記態様に限定されない。すなわち前記実施例（図
２）と、本実施例（図３）とを同時に実施してスラスト
調整を行なった場合にも同様な作用効果が得られる。In the above embodiment, when the intermediate seal 24 formed in the high-pressure step is formed so as to be shifted to the inner diameter side from the inner seal 29 (FIG. 2), the inner seal 29 of the low-pressure step is replaced with the high-pressure step. (FIG. 3), the present invention is not limited to the above-described embodiment. That is, the same operation and effect can be obtained also when the above-described embodiment (FIG. 2) and the present embodiment (FIG. 3) are simultaneously performed to perform thrust adjustment.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る二段ポンプ
水車によれば、高圧段部のクラウン背部に設ける中間シ
ールを、高低圧段部にそれぞれ形成した各内周シールの
半径位置より小さい半径位置に形成しているため、中間
シールおよび各内周シールを同一の半径位置に形成した
従来構造と比較して、下向き軸方向水スラストを生じ
る。そしてこの下向き軸方向水スラストが、低圧段部ラ
ンナの回転に伴う背圧室の旋回効果によって発生する上
向き軸方向水スラストを相殺し、ポンプ水車全体として
の軸方向水スラストをバランスさせることができる。As described above, according to the two-stage pump-turbine according to the present invention, the intermediate seal provided on the crown back of the high-pressure step is smaller than the radial position of each inner peripheral seal formed on the high-low pressure step. Because it is formed at the radial position, a downward axial water thrust is generated as compared with the conventional structure in which the intermediate seal and each inner peripheral seal are formed at the same radial position. This downward axial water thrust cancels the upward axial water thrust generated by the swirling effect of the back pressure chamber accompanying the rotation of the low pressure step runner, and balances the axial water thrust of the entire pump turbine. .
【００３７】また上記構成によれば、従来構造の二段ポ
ンプ水車と比較してバランス管の配設数が少なく、また
低圧段部ランナの背部に中間シールを配設していないた
め、構造の複雑化が回避でき、ポンプ水車の製造組立が
容易になる。According to the above configuration, the number of balance pipes is smaller than that of the conventional two-stage pump-turbine, and the intermediate seal is not provided at the back of the low-pressure step runner. Complexity can be avoided, and the manufacture and assembly of the pump-turbine becomes easy.
【００３８】さらに高圧段ランナの内側背圧室が吸出し
管と連通しているため、内側背圧室の圧力が押し込み水
頭程度の圧力に抑制されるため、主軸封水装置に作用す
る負荷が軽減され、また定常運転時のみならず、ポンプ
運転起動時、過渡時を含めたあらゆる運転状態において
安定した軸方向水スラストのバランスを保持することが
できる。Further, since the inner back pressure chamber of the high pressure stage runner communicates with the suction pipe, the pressure of the inner back pressure chamber is suppressed to a pressure of about the pressure of the head, so that the load acting on the main shaft sealing device is reduced. In addition, it is possible to maintain a stable balance of the axial water thrust in all operation states including not only the steady operation but also the start of the pump operation and the transition.
【図１】本発明に係る二段ポンプ水車の一実施例を示す
要部断面図。FIG. 1 is a sectional view of a main part showing an embodiment of a two-stage pump-turbine according to the present invention.
【図２】各段ランナのスラストバランスを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a thrust balance of each stage runner.
【図３】他の実施例における各段ランナのスラストバラ
ンスを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a thrust balance of each stage runner in another embodiment.
【図４】従来の単段ポンプ水車の要部断面図。FIG. 4 is a sectional view of a main part of a conventional single-stage pump-turbine.
【図５】従来の二段ポンプ水車の要部断面図。FIG. 5 is a sectional view of a main part of a conventional two-stage pump-turbine.
【図６】従来の二段ポンプ水車の要部断面図。FIG. 6 is a sectional view of a main part of a conventional two-stage pump-turbine.
【図７】従来の二段ポンプ水車の要部断面図。FIG. 7 is a sectional view of a main part of a conventional two-stage pump-turbine.
【図８】従来の二段ポンプ水車の要部断面図。FIG. 8 is a sectional view of a main part of a conventional two-stage pump-turbine.
【図９】従来の二段ポンプ水車の各段ランナのスラスト
バランスを示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a thrust balance of each stage runner of the conventional two-stage pump-turbine.
１ 主軸 ２ 上段（高圧段）ランナ ３ 下段（低圧段）ランナ ４ 内側背圧室 ５ バランス管 ６ 外側背圧室 ７ 側圧室 ８ バランス管 ９ 内側背圧室 １０ 内側バランス管 １１ 外側背圧室 １２ 側圧室 １３ 外側バランス管 １４ 返し通路 １５ 背圧室 １６ ガイドベーン １７ 吸出し管 １８ ガイドベーン １９ 渦巻きケーシング ２０ 水圧調節管路 ２１ 調節弁 ２２ バランス管 ２３ 管路 ２４ 中間シール ２５ 中間シール ２６ 主軸封水装置 ２７ 水圧バランス管 ２８ 内周シール ２９ 内周シール ３０ バランス管 ３１ バランス管 ａ，ｂ，ｃ，ｄ 高圧段ランナに作用する軸方向水スラ
スト ｅ，ｆ，ｇ，ｈ 低圧段ランナに作用する軸方向水スラ
ストDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Upper stage (high pressure stage) runner 3 Lower stage (low pressure stage) runner 4 Inner back pressure chamber 5 Balance pipe 6 Outer back pressure chamber 7 Side pressure chamber 8 Balance pipe 9 Inner back pressure chamber 10 Inner balance pipe 11 Outer back pressure chamber 12 Side pressure chamber 13 Outer balance pipe 14 Return passage 15 Back pressure chamber 16 Guide vane 17 Suction pipe 18 Guide vane 19 Spiral casing 20 Water pressure adjustment pipe 21 Control valve 22 Balance pipe 23 Pipe 24 Intermediate seal 25 Intermediate seal 26 Main shaft sealing device 27 water pressure balance pipe 28 inner circumference seal 29 inner circumference seal 30 balance pipe 31 balance pipe a, b, c, d Axial water thrust acting on high pressure stage runner e, f, g, h Axial direction acting on low pressure stage runner Water thrust
フロントページの続き (72)発明者 梅田 貞一 岐阜県本巣郡梶尾村上大須字越田上1824 番地７号 中部電力株式会社 奥美濃水 力建設所内 (72)発明者 山形 一郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 平４−47196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−211576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−47171（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−212372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−52574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76766（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F03B 1/00 - 11/08 Continuing on the front page (72) Inventor Teiichi Umeda 1824 Koshidakami, Kazuo-Murakami-Osu, Motosu-gun, Gifu Prefecture Chubu Electric Power Co., Inc. Inside the Okumino Hydro Power Plant (72) Inventor Ichiro Yamagata Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture 2-4 Inside Toshiba Keihin Works (56) References JP-A-4-47196 (JP, A) JP-A-60-79175 (JP, A) JP-A-58-211576 (JP, A) JP JP-A-60-204973 (JP, A) JP-A-58-47171 (JP, A) JP-A-57-212372 (JP, A) JP-A-56-52574 (JP, A) JP-A-61-76766 (JP, A) , A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F03B 1/00-11/08
Claims (2)
主軸上に固着され、上記各段部ランナ室が返し通路によ
って連絡され、低圧段部ランナ室が吸出し管に接続され
る二段ポンプ水車において、高圧段部ランナのバンド部
出口側に内周シールを設けるとともに、クラウン背部に
中間シールを設けて、ランナ背圧室を外側背圧室と内側
背圧室とに分離し、この内側背圧室と吸出し管とを連通
する水圧バランス管を設ける一方、低圧段部ランナのバ
ンド部出口側にも内周シールを設け、上記高圧段部およ
び低圧段部の各内周シールを同一の半径位置に形成する
一方、上記高圧段部のクラウン背部に設ける中間シール
を、上記内周シールの半径位置より小さい半径位置に形
成したことを特徴とする二段ポンプ水車。1. A two-stage pump-turbine wherein a high-pressure step runner and a low-pressure step runner are fixed on a main shaft, each of the step runner chambers is connected by a return passage, and the low-pressure step runner chamber is connected to a suction pipe. , An inner peripheral seal is provided on the band part outlet side of the high-pressure step runner, and an intermediate seal is provided on the crown back to separate the runner back pressure chamber into an outer back pressure chamber and an inner back pressure chamber. While providing a hydraulic balance pipe for communicating the pressure chamber and the suction pipe, an inner peripheral seal is also provided on the outlet side of the band part of the low-pressure step runner, and the inner peripheral seals of the high-pressure step part and the low-pressure step part have the same radius. A two-stage pump-turbine, wherein an intermediate seal provided on the back of the crown of the high-pressure step is formed at a radial position smaller than the radial position of the inner peripheral seal.
主軸上に固着され、上記各段部ランナ室が返し通路によ
って連絡され、低圧段部ランナ室が吸出し管に接続され
る二段ポンプ水車において、高圧段部ランナのバンド部
出口側に内周シールを設けるとともに、クラウン背部に
中間シールを設けて、ランナ背圧室を外側背圧室と内側
背圧室とに分離し、この内側背圧室と吸出し管とを連通
する水圧バランス管を設ける一方、低圧段部ランナのバ
ンド部出口側にも内周シールを設け、上記高圧段部ラン
ナのバンド部出口側の内周シールと、クラウン背部の中
間シールとを同一半径位置に形成する一方、低圧段部ラ
ンナのバンド部出口側の内周シールを、上記高圧段部ラ
ンナ側の内周シールおよび中間シールの半径位置より大
きい半径位置に形成したことを特徴とする二段ポンプ水
車。2. A two-stage pump-turbine in which a high-pressure step runner and a low-pressure step runner are fixed on a main shaft, each of the step runner chambers is connected by a return passage, and the low-pressure step runner chamber is connected to a suction pipe. , An inner peripheral seal is provided on the band part outlet side of the high-pressure step runner, and an intermediate seal is provided on the crown back to separate the runner back pressure chamber into an outer back pressure chamber and an inner back pressure chamber. While providing a hydraulic balance pipe for communicating the pressure chamber and the suction pipe, an inner peripheral seal is also provided on the band part outlet side of the low-pressure step runner, and an inner peripheral seal on the band part outlet side of the high-pressure step runner and a crown. The intermediate seal on the back is formed at the same radial position, while the inner peripheral seal on the outlet side of the band portion of the low-pressure step runner is located at a radial position larger than the radial position of the inner peripheral seal and the intermediate seal on the high-pressure step runner side. Formation A two-stage pump-turbine characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20812092A JP3326205B2 (en) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Two-stage pump turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH0658239A JPH0658239A (en) | 1994-03-01 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
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1992
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Also Published As
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|---|---|---|---|
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