特開 2023-82379 水車上カバーの排水装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023082379

(43)【公開日】2023-06-14

(54)【発明の名称】水車上カバーの排水装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 11/00 20060101AFI20230607BHJP

   F03B 3/02 20060101ALI20230607BHJP

【ＦＩ】

F03B11/00 F

F03B3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021196112

(22)【出願日】2021-12-02

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000545

【氏名又は名称】弁理士法人小竹アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 孝光

(72)【発明者】

【氏名】原田 悠佑

【テーマコード（参考）】

3H072

【Ｆターム（参考）】

3H072AA07

3H072AA21

3H072AA26

3H072BB06

3H072BB24

3H072CC01

3H072CC82

(57)【要約】

【課題】排水ポンプが停止した後に再起動しても水車上カバー上に溜まった水を確実に排出することが可能な水車上カバーの排水装置を提供する。
【解決手段】水車上カバー１１１上の水を吸引する排水ポンプ１１と、排水ポンプから吐出した水を一旦貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク内の水を外部に排水する排水ピット１３と、を備え、一端が水車上カバー上の水が溜まる箇所に開口し、他端が排水ポンプの吸入口に接続されるポンプ上流側排水ホース１５と、一端が排水ポンプの吐出口に接続され、他端が貯留タンクに接続されるポンプ下流側排水ホース１６と、一端が貯留タンクに接続され、他端が排水ピットに接続される貯留タンク下流側排水ホース１７と、を有し、ポンプ上流側排水ホース１５の途中に逆止弁１８を設け、ポンプ下流側排水ホース１６の貯留タンク１２に接続される他端を、排水ポンプ１１の吐出口に接続される一端よりも高い位置とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングの上部に固定された水車上カバーと水車主軸との間に主軸封水装置が設けられている立軸水車に用いられ、前記主軸封水装置から漏れ出て前記水車上カバー上に溜まる水を排水するための水車上カバーの排水装置であって、
前記水車上カバー上の水を吸引する排水ポンプと、前記複数の排水ポンプから吐出した水を一旦貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクから排出された水を外部に排水する排水ピットと、を備え、
一端が前記水車上カバーの水が溜まる箇所に開口し、他端が排水ポンプの吸入口に接続されるポンプ上流側排水ホースと、
一端が前記排水ポンプの吐出口に接続され、他端が貯留タンクに接続されるポンプ下流側排水ホースと、
一端が前記貯留タンクに接続され、他端が前記排水ピットに接続される貯留タンク下流側排水ホースと、を有し、
前記ポンプ上流側排水ホースの途中には、該ポンプ上流側排水ホースの一端から他端への水の流れのみを許容する逆止弁が設けられ、
前記ポンプ下流側排水ホースの前記貯留タンクに接続される他端は、前記排水ポンプの吐出口に接続される前記ポンプ下流側排水ホースの一端よりも高い位置に設けられていることを特徴とする水車上カバーの排水装置。

【請求項2】

前記排水ポンプと前記貯留タンクは複数設けられ、
それぞれの前記排水ポンプは、個別の前記ポンプ上流側排水ホース及び前記ポンプ下流側排水ホースに接続され、
それぞれの前記貯留タンクは、異なる群をなす前記排水ポンプに、対応する前記ポンプ下流側排水ホースを介して接続されることを特徴とする請求項１記載の水車上カバーの排水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、立軸水車の水車上カバー上に溜まる水を確実に排水することが可能な水車上カバーの排水装置に関し、特に、水車上カバー上に溜まる水を排水ポンプを用いて排水するための排水装置に関する。

【背景技術】

【0002】

立軸水車１００は、一般的に、図３に示されるように、略水平に設置された渦巻き状のケーシング１０１内に、渦巻き室１０２から中心に向かう水平な流路１０３が形成され、ここにガイドべーン１０４が設けられている。この流路１０３は、ガイドベーン１０４より中心側において下方へ曲げられ、その途中に、水車主軸１０５と一体をなして回転する水車ランナ１０６が配置されている。水車ランナ１０６は、水車主軸１０５に連結されたランナクラウン１０７と、ランナクラウン１０７より下方の外周側に設けられたランナバンド１０８と、ランナクラウン１０７とランナバンド１０８との間に設けられた複数のランナ羽根１０９とを備えている。
水車ランナ１０６のランナクラウン１０７には、水車主軸１０５を介して図示しない発電機が連結され、また、水車ランナ１０６の下流側には、水車ランナ１０６を回転駆動させた水を放出する吸出し管（ドラフトチューブ）１１０が設けられている。

【0003】

ところで、上述した水車ランナ１０６は、ガイドベーン１０４の開閉によりその流入量が調整され、水車ランナ内に導入される水によって回転されるが、水車の回転部である水車ランナ１０６と、この水車ランナ１０６の上面を覆う水車上カバー１１１との間には、水車ランナ１０６の回転を阻害しないように所定の隙間が設けられている。このため、水車の運転中には、水車ランナ１０６に導入される水の一部が、この隙間を介して水車上カバー１１１にも達するので、水車上カバー１１１と水車主軸１０５との間には、漏水を防止するための主軸封水装置１１２が設けられている。

【0004】

ところが、主軸封水装置１１２を設けた場合においても、完全に漏水を無くすことは困難であるため、水車上カバー１１１の上側には主軸封水装置１１２から漏れ出た水が溜まる。そこで、従来においては、例えば特許文献１に示されるように、水車上カバー１１１に排水口を設け、この排水口を介して水車上カバーの上側に溜まった水を外部（排水ピット）へ自然排水させることが考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭５５－１７９４３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、主軸封水装置１１２を漏出る水の量が排水口の排水能力内であれば、水車上カバー１１１上に溜まる水は上昇することは無いが、漏れ出る水が排水口の排水能力を超えた場合や排水口が詰まった場合には、水車上カバー上の水位が上昇し、許容水位を超えると、水車上カバーから溢れ出て周囲の機械装置や電気装置が水に浸かり、水車の運転に支障をきたすことになる。

【0007】

そこで、水車上カバー１１１上に溜まる水の水位上昇対策として、図４に示されるように、排水ポンプによって水車上カバー上の水を強制排水する排水装置を構築することが有用となる。このような排水装置は、排水ポンプと、一端が水車上カバーの上面の水が溜まる部分に開口し、他端が排水ポンプの吸引口に接続されるポンプ上流側排水ホースと、一端が排水ポンプの吐出口に接続され、他端が排水ピットに接続されるポンプ下流側排水ホースと、を備え、ポンプ上流側排水ホースの途中に逆止弁を配置することで構築される。
この際、排水効率を高めるためには、図５に示されるように、複数台の排水ポンプ（例えば６台の排水ポンプ１１ａ～１１ｆ）による排水経路を設け（それぞれの排水ポンプ１１ａ～１１ｆに接続されたポンプ上流側排水ホース１５ａ～１５ｆ及びポンプ下流側排水ホース１６ａ～１６ｆや逆止弁１８ａ～１８ｆを設け）、複数の排水ポンプ１１ａ～１１ｆを同時に稼働させて排水することが好ましい。

【0008】

しかしながら、排水ポンプは、排水ピットよりも上側に設置されることになるため、稼働中は、水車上カバーの上側に溜まった水は、排水ポンプの稼働により排水ピットへ排水されるが、排水ポンプが一端停止すると、排水ポンプの吸入側にある逆止弁が閉まるため、逆止弁より下流側、即ち、ポンプ出口側部分と排水ポンプよりも下流側の排水ホース内の水が無くなる。
このため、排水ポンプを再起動しても排水ポンプ内の水が無いため、空転状態となり、ポンプ作用が得られない不都合が生じるものであった。また、ポンプ及び排水ホース内に水が満たされていないので、サイフォン効果も得られない状態となる。

【0009】

また、排水ポンプのポンプ台数を多くした場合には、排水ホースも排水ポンプの数だけ必要となるので、排水ピットに多数の排水ホースを接続する必要があるが、排水ピットは、水車地下廊にあるコンクリート構造物であるため、接続されるホースの数に合わせて取り換えることができず、多数の排水ホースを物理的に接続することができない。

【0010】

本発明は、上述した不都合に鑑みてなされたものであり、排水ポンプが停止した後に再起動しても水車上カバー上に溜まった水を確実に排出することが可能な水車上カバーの排水装置を提供することを主たる課題としている。また、多数の排水ポンプを用いて水車上カバーの排水を行う場合に生じ得る排水ホースの接続上の不都合をも解消することをも課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を達成するために、本発明に係る水車上カバーの排水装置は、ケーシングの上部に固定された水車上カバーと水車主軸との間に主軸封水装置が設けられている立軸水車に用いられ、前記主軸封水装置から漏れ出て前記水車上カバー上に溜まる水を排水するための水車上カバーの排水装置であって、
前記水車上カバー上の水を吸引する排水ポンプと、前記複数の排水ポンプから吐出した水を一旦貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクから排出された水を外部に排水する排水ピットと、を備え、
一端が前記水車上カバーの水が溜まる箇所に開口し、他端が排水ポンプの吸入口に接続されるポンプ上流側排水ホースと、
一端が前記排水ポンプの吐出口に接続され、他端が貯留タンクに接続されるポンプ下流側排水ホースと、
一端が前記貯留タンクに接続され、他端が前記排水ピットに接続される貯留タンク下流側排水ホースと、を有し、
前記ポンプ上流側排水ホースの途中には、該ポンプ上流側排水ホースの一端から他端への水の流れのみを許容する逆止弁が設けられ、
前記ポンプ下流側排水ホースの前記貯留タンクに接続される他端は、前記排水ポンプの吐出口に接続される前記ポンプ下流側排水ホースの一端よりも高い位置に設けられていることを特徴としている。

【0012】

したがって、貯留タンクに接続されるポンプ下流側排水ホースの他端は、排水ポプの吐出口に接続されるポンプ下流側排水ホースの一端よりも高い位置に設けられているので、排水ポンプが停止して排水ポンプの上流側に設けられた逆止弁が閉成すると、逆止弁より下流側であって貯留タンクよりも上流側の部分、即ち、排水ポンプの内部や排水ポンプの吐出口と貯留タンクとの間のポンプ下流側排水ホースの内部にある水はそのまま停留することになる。
このため、排水ポンプを再起動した場合には、排水ポンプ内には水が停留しているので、排水ポンプは、空回りすることなく、ポンプ作用が即座に得られ、水車上カバー上に溜まっている水を吸引することが可能となる。

【0013】

また、複数の排水ポンプでの排水に対応するため、排水ポンプと貯留タンクを複数設け、それぞれの前記排水ポンプを、個別のポンプ上流側排水ホース及びポンプ下流側排水ホースに接続し、それぞれの前記貯留タンクを、異なる群をなす排水ポンプに、対応するポンプ下流側排水ホースを介して接続するとよい。

【0014】

このような構成によれば、排水ピットに接続される貯留タンク下流側排水ホースを、貯留タンクの数だけとすることが可能となり、また、それぞれの貯留タンクの容量や設置位置を適宜調整することが可能となるので、現地の状況に適した排水装置の構築が容易となる。

【発明の効果】

【0015】

以上述べたように、本発明に係る水車上カバーの排水装置によれば、排水ポンプと排水ピットとの間に貯留タンクを設け、排水ポンプの吸入口に水車上カバー上に開口するポンプ上流側排水ホースを接続し、排水ポンプの吐出口と貯留タンクとの間にポンプ下流側排水ホースを接続し、貯留タンクと排水ピットとの間に貯留タンク下流側排水ホースを接続し、ポンプ上流側排水ホースの途中に逆止弁を設け、ポンプ下流側排水ホースの貯留タンクに接続される他端を排水ポンプの吐出口に接続される一端よりも高い位置としたので、排水ポンプが停止した場合でも排水ポンプの内部や排水ポンプの吐出口と貯留タンクとの間のポンプ下流側排水ホースの内部に水を停留させることが可能となり、排水ポンプを停止させた後に再起動させた場合でも、空回りすることなく、ポンプ作用が即座に得られて水車上カバー上に溜まっている水を確実に吸引することが可能となる。

【0016】

また、排水ポンプを複数設けた場合でも、排水ピットへ送る前に貯留タンクを経由させたので、貯留タンクを複数の排水ポンプで共用することで、排水ポンプと同数のポンプ下流側排水ホースを排水ピットに接続する必要がなくなり、貯留タンクの数に相当する貯留タンク下流側排水ホースを介して排水ピットへ水が導かれるので、排水ピットに接続される排水ホースの数を抑えることが可能となり、既存の設備を有効活用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明に係る水車上カバーの排水装置を説明する側断面図である。

【図2】図２は、図１で示す水車上カバーの排水装置の平面図である。

【図3】図３は、立軸水車の概略構成を示す断面図である。

【図4】図４は、想定される水車上カバーの排水装置を示す側断面図である。

【図5】図５は、図４で示す水車上カバーの排水装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

【0019】

図１及び図２において、水力発電所における水車発電機１の配設例が概略的に示されている。この水車発電機１は、発電機２とその下方に配置された水車１００とを備え、互いの軸が接続されて構成されている。水車１００は、それ自体周知の従来の水車と同様のもので、図３に示されるように、河川から取り入れた水を回転体である水車ランナ１０６に導くための渦巻き状のケーシング１０１と、水車ランナ１０６の回転に利用した水を河川に導くドラフトチューブ１１０とを備え、ケーシング１０１の上部と水車ランナ１０６とは、鋼鉄製の水車上カバー１１１によって覆われている。

【0020】

水車ランナ１０６は、回転動力を発電機に伝達する水車主軸１０５に取り付けられ、水車上カバー１１１と水車主軸１０５との間には、ケーシング内に取り入れた水が漏出しないようにするための主軸封水装置１１２が設けられている。

【0021】

しかしながら、主軸封水装置１１２を設けた場合でも、この主軸封水装置１１２を介して漏水が生じるため、水車上カバー１１１の上に溜まった水を排出するために、水車上カバー１１１の適所に図示しない排水口が設けられると共に、排出口からの自然排水よりも水車封水装置からの漏水量が多くなる場合に備えて、水車上カバー上に溜まった水を強制排水するための排水装置１０が設けられている。

【0022】

この排水装置１０は、水車上カバー１１１よりも高い位置に設置された複数台（例えば、６台）の排水ポンプ１１（１１ａ～１１ｆ）と、排水ポンプ１１よりも高い位置に設置された複数（例えば、２つ）の貯留タンク１２（１２ａ、１２ｂ）と、水車のケーシング１０１よりも低い位置に配設された排水ピット１３とを備えている。

【0023】

各排水ポンプ１１（１１ａ～１１ｆ）は、例えば、約５０Ｌ／ｍｉｎの排水能力を備えるもので、水車室フロアを構成する縞鋼板１４の下等の適所に設置されている。それぞれの排水ポンプ１１の吸入口１１inには、一端が水車上カバー１１１の水が溜まる箇所に開口したポンプ上流側排水ホース１５(１５ａ～１５ｆ)の他端が接続されている。このポンプ上流側排水ホース１５は、排水ポンプ（１１ａ～１１ｆ）毎に異なるホース（１５ａ～１５ｆ）が接続されている。

【0024】

貯留タンク１２は、前記縞鋼板１４よりも低い位置であるが、排水ポンプ１１よりも高い位置に設置され、この貯留タンク１２の上端部には、一端が排水ポンプ１１の吐出口１１outに接続されたポンプ下流側排水ホース１６（１６ａ～１６ｆ）の他端が接続されている。このポンプ下流側排水ホース１６も、排水ポンプ（１１ａ～１１ｆ）毎に異なるホース（１６ａ～１６ｆ）が接続されている。
したがって、各ポンプ下流側排水ホース１６の貯留タンク１２に接続される他端は、排水ポンプ１１の吐出口１１outに接続される一端よりも高い位置に設けられている。

【0025】

このポンプ下流側排水ホース１６は、複数本がまとめられて貯留タンク１２に接続されるもので、この例において、それぞれの貯留タンク１２ａ,１２ｂには、異なる群をなす排水ポンプ１１（異なる３つの排水ポンプ１１a，１１ｂ，１１ｃと１１ｄ，１１e，１１f）が、対応するポンプ下流側排水ホース１６（１６a，１６ｂ，１６ｃと１６ｄ，１６e，１６f）を介して接続されている。

【0026】

排水ピット１３は、水車の建設当所において水車地下廊に設けられたコンクリート構造物であり、この排水ピット１３には、それぞれの貯留タンク１２（１２ａ，１２ｂ）に一端が接続された貯留タンク下流側排水ホース１７（１７a，１７ｂ）の他端が接続されている。

【0027】

ポンプ上流側排水ホース（６本）、ポンプ下流側排水ホース（６本）、及び、貯留タンク下流側排水ホース（２本）は、合成樹脂材からなる蛇腹状ホース等を利用すればよく、それぞれのポンプ上流側排水ホースの途中には、該ポンプ上流側排水ホースの上流側（水車上カバー）から下流側（排水ポンプ）への水の流れのみを許容する逆止弁１８（１８ａ～１８ｆ）が設けられている。この逆止弁１８は、排水ポンプ１１が可動してポンプ上流側排水ホース１５内を水車上カバー１１１側から排水ポンプ１１へ流れる水の水圧によって開けられ、排水ポンプ１１が停止すると、閉じられるようになっている。

【0028】

以上の構成において、排水ポンプを稼働させると、ポンプ上流側排水ホース１５を介して水車上カバー上に溜められた水が吸い込まれ、逆止弁１８を介して排水ポンプ１１に入る。その後、排水ポンプ内に取り込まれた水は、吐出口１１outからポンプ下流側排水ホース１６を介して貯留タンク１２へ圧送され、この貯留タンク１２に一旦溜められた後に貯留タンク下流側排水ホース１７を介して排水ピット１３へ送られる。

【0029】

このような状態において、メンテナンスのために排水ポンプ１１を停止した場合や、水車上カバー上に溜まった水が少なくなって排水ポンプ１１が自動停止した場合等においては、排水ポンプ１１による吸引作用がなくなるので、ポンプ上流側排水ホース１５上の逆止弁１８が閉成する。このため、排水ホース内のサイフォン現象も無くなるため、水車上カバー１１１から貯留タンク１２への水の流れは、停止することになる。この際、貯留タンク１２から排水ピット１３への水の流れは貯留タンク内の水が無くなるまで継続され、また、逆止弁１８より上流側のポンプ上流側排水ホース１５内の水は、重力作用によって水車上カバー１１１へ戻されるが、ポンプ下流側排水ホース１６の貯留タンク１２に接続される端部は、ポンプ下流側排水ホース１６の吐出口１１outに接続される一端よりも高い位置に設けられているので、逆止弁１８より下流側であって貯留タンク１２より上流側の部分、即ち、排水ポンプ１１の内部やポンプ下流側排水ホース１６の内部には、水がそのまま停留することとなる。

【0030】

このため、排水ポンプ１１が再起動した場合には、排水ポンプ１１が空回りすることはなく、ポンプ作用が即座に得られて水車上カバー上に溜まっている水を吸引することが可能となる。
また、複数の排水ポンプ１１に接続されたポンプ下流側排水ホース１６は、異なる群に分けられて異なる貯留タンク１２（１２ａ、１２ｂ）に接続され、この貯留タンク１２から貯留タンク下流側排水ホース１７（１７ａ，１７b）を介して排水ピット１３へ接続されているので、排水ピット１３へ接続される排水ホース（貯留タンク下流側排水ホース１７）の数を少なくすることが可能となり、無理のない排水経路を構築することが可能となる（物理的に排水ホースが排水ピット１３に接続できなくなる不都合がなくなる）。

【0031】

なお、以上の例では、排水ポンプ１１が停止し、その後再稼働する際の不都合に対応するものであるが、排水ポンプができるだけ停止しないように（停電等によって排水ポンプの電源が喪失しないように）、無停電電源装置を設置するようにしてもよい。また、排水ポンプ１１は、水車上カバー１１１上の水位に応じてオンオフさせるようにしてもよい（例えば、ポンプ上流側排水ホース１５の入口開口部に水の有無を検知するセンサを設け、排水ポンプ１１をオンオフ制御するようにしてもよい）。

【符号の説明】

【0032】

１ 水車発電機
１０ 排水装置
１１,１１ａ～１１ｆ 排水ポンプ
１２,１２ａ，１２ｂ 貯留タンク
１３ 排水ピット
１５, １５ａ～１５ｆ ポンプ上流側排水ホース
１６, １６ａ～１６ｆ ポンプ下流側排水ホース
１７，１７ａ，１７ｂ 貯留タンク下流側排水ホース
１８，１８ａ～１８ｆ 逆止弁
１００ 水車
１０１ ケーシング
１０５ 水車主軸
１１１ 水車上カバー
１１２ 主軸封水装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】