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公開番号2024125954
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-19
出願番号2023034113
出願日2023-03-06
発明の名称土砂流入抑制装置および水力機械
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人サクラ国際特許事務所
主分類F03B 11/08 20060101AFI20240911BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】土砂を多く含んだ水を作動水とする水力機械でも、土砂摩耗を軽減して効率および稼働率を向上させる。
【解決手段】実施形態によれば、鉛直方向に延びた主軸に直結し土砂を含んだ作動水により回転軸CLまわりを回転するランナ12を備える水力機械10の土砂流入抑制装置30は、ランナ12のランナ羽根の上部を結合するクラウン12aと、クラウン12aの上面であるランナ上面12uを覆うように配されランナ上面12uとの間で背圧室27を形成する上カバー24と、背圧室27の内部にあって背圧室27を径方向内側領域と径方向外側領域とに区画するように上カバー下面24uに取り付けられ、ランナ上面12uとの間に径方向流路32を形成する土砂抑制壁31とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
鉛直方向に延びた主軸に直結し土砂を含んだ作動水により回転軸まわりを回転するランナを備える水力機械の土砂流入抑制装置であって、
前記ランナのランナ羽根の上部を結合するクラウンと、
前記クラウンの上面であるランナ上面を覆うように配され前記ランナ上面との間で背圧室を形成する上カバーと、
前記背圧室の内部にあって前記背圧室を径方向内側領域と径方向外側領域とに区画するように前記上カバーの上カバー下面に取り付けられ、前記ランナ上面との間に径方向流路を形成する土砂抑制壁と、
を備えることを特徴とする土砂流入抑制装置。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記土砂抑制壁の径方向外側面の前記回転軸からの距離ｒは前記ランナの半径Ｒに対して０．３以上かつ１未満の値の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項３】
前記土砂抑制壁の下面と前記ランナ上面との間隔は、所定の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項４】
前記土砂抑制壁は、網目状、格子状、または多孔状のいずれかを成すことを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項５】
前記土砂抑制壁は、円周方向に互いに間隔をおいて形成された隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項６】
前記水力機械は、前記ランナから流出する前記作動水を下池に導く吸出し管をさらに備え、
前記前記背圧室内の前記土砂抑制壁の径方向の外側部分と低圧部とを接続するバランス管をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項７】
前記水力機械は、前記ランナから流出する前記作動水を下池に導く吸出し管をさらに備え、
前記前記背圧室内の前記土砂抑制壁の径方向の外側部分と低圧部とを接続する土砂排出管をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項８】
前記土砂排出管には、開閉自在な弁が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の土砂流入抑制装置。
【請求項９】
前記ランナと、
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の土砂流入抑制装置と、
を備える水力機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、土砂流入抑制装置および水力機械に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の水力機械を示す立断面図である。また、図１０は、従来の水力機械のランナ上部と上カバーにより形成される背圧室を示す立断面図である。図９および図１０では、従来の水力機械として、フランシス形水車を例にとってその概略構成を示している。
【０００３】
フランシス形水車においては、一般に、図示しない上池から、図示しない鉄管、環状の筒であるケーシング２１、ケーシング２１の内周側に配設されたステーベーン２２、および流量を調節するカイドベーン２３を経由して、ランナ１２に、水流が導かれる。水流は、ランナ１２で仕事をした後に、吸出し管２６を経由して図示しない下池に導かれる。
【０００４】
ランナ１２は、回転軸ＣＬ周りを回転する主軸１１に直結する。ランナ１２の上方には、ランナ１２の上面に対向してランナ１２の上面を覆うように上カバー２４が配設されている。また、ランナ１２の下方には、ランナ１２の下面に対向してランナ１２の下面を覆うように下カバー２５が配設されている。
【０００５】
ランナ１２と上カバー２４は、背圧室２７と呼ぶ隙間を形成する。また、ランナ１２と下カバー２５は、側圧室２８と呼ぶ隙間を形成する。ガイドベーン２３からランナ１２に流入する水流の一部はバイパス流として、背圧室２７および側圧室２８に流入した後に、ランナ１２から流出する水流に合流する。したがって、背圧室２７および側圧室２８は、ガイドベーン２３から流入する作動水の一部が、主流であるランナ１２に流入する作動水と並行に流れるバイパス流路となる。これらのバイパス流路を流れるバイパス流はランナ１２で仕事をすることなく、吸出し管２６に導かれる。バイパス流の流量が大きいと、水力機械の効率を低下させる。
【０００６】
背圧室２７の場合、バイパス流は、背圧室入口２７ａから背圧室２７に流入し、背圧室２７を通過する水流の量を抑制するために形成されたランナシール２７ｂ（図１０）から径方向の内側に流出する。その後、軸スラスト軽減のためにランナ１２に設けられた複数のバランスホール１２ｈ（図１０）を通過して、吸出し管２６に流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平９－４５５６号公報
実開平６－４０３７２号公報
特公昭６３－３４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、土砂の多い土砂水を用いる水力機械では、背圧室２７および側圧室２８に流入するバイパス流も土砂水である。そのために、ランナ１２や上カバー２４および下カバー２５は、この土砂水によって土砂摩耗を生じる。
【０００９】
背圧室２７に流入したバイパス流中の土砂は、ランナ１２の入口と出口の圧力差によって、ランナシール２７ｂにも流入する。このためランナシール２７ｂを構成する部分が摩耗して隙間が大きくなり、この部分からの漏水が増大し、この結果、水力機械の効率を低下させるという問題がある。
【００１０】
同様に、側圧室２８に流入したバイパス流中の土砂は、ランナ１２の入口と出口の圧力差によって、ランナシール２８ｂにも流入する。このためランナシール２８ｂを構成する部分が摩耗して隙間が大きくなり、この部分からの漏水が増大し、この結果、水力機械の効率を低下させるという問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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