水力机械及其调相运行方法
水力机械及其调相运行方法
【专利摘要】提供一种水力机械，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，从而进行稳定的调相运行。一个实施方式的水力机械具备：固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在前述固定叶片的内周侧；以及圆筒闸门，设置在前述固定叶片与前述导向叶片之间。此外，前述机械具备：上盖，设置在前述导向叶片的上侧；以及下盖，设置在前述导向叶片的下侧。此外，前述上盖、前述下盖或前述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入前述圆筒闸门与前述导向叶片之间的流路。此外，前述开口部设于前述上盖或前述下盖中的、前述圆筒闸门与前述导向叶片之间的位置，或者设于贯通前述圆筒闸门的内周和外周的位置。
【专利说明】水力机械及其调相运行方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及水力机械及其调相运行方法。
【背景技术】
[0002]图9是表示一般的水力机械的构造的截面图。图9的水力机械是发电用的水力机械，具体而言相当于弗朗西斯(Francis)水车。
[0003]图9的水力机械具备:水所流入的壳体(casing) I ;固定叶片(stay vane) 2,设置在壳体I的内周侧；导向叶片(guide vane) 3，设置在固定叶片2的内周侧；以及转轮(runner)4，位于导向叶片3的下游,将从导向叶片3流入的水所拥有的能量(energy)变换为旋转能。图9的水力机械还具备:吸出管5，位于转轮4的下游；主轴6，将转轮4的旋转能传递至发电机；上盖(coVer)7，设置在导向叶片3的上侧；以及下盖8，设置在导向叶片3的下侧。
[0004]图9的水力机械还具备:入口阀11，设在壳体I上游的铁管上，作为随着水力机械的运行或停止而进行开闭操作的止水阀起作用；供水阀12，设在与壳体I连结的供水管上；以及控制配管13，与吸出管5连结，分支为20DG1配管13a和20DG2配管13b。图9的水力机械还具备:阀14、15，分别设在配管13a、13b上；转轮室的开口部16，与配管13a连结；以及下盖8的开口部17，与配管13b连结。开口部16、17设于导向叶片3的内周侧(下游侧)。
[0005]在图9所示的发电用的水力机械中，为了调整所发出的电力的频率而需要进行调相运行。在调相运行时，将导向叶片3全闭关闭，将压缩空气送入转轮室而将转轮4周边的水排除，使转轮4成为空转状态。此时，由于壳体I内的水未被排除，为了使转轮室内的压缩空气不移动到壳体I内，打开供水阀12而将壳体I内的压力加压至比转轮室稍高的压力。
[0006]因此，在调相运行时，由于转轮4的旋转，来自导向叶片3的漏水或来自主轴6的封水部的漏水在转轮4与导向叶片3之间积聚成积水，形成沿着与转轮4同一方向旋转的水帘(curtain) 21。而且,通过转轮4的旋转而积水被搅拌，因此积水的水温上升。
[0007]此时，如果水帘21的膜厚较薄(即积水量较少)，则积水因温度上升而变为热水，转轮4被该热水加热。结果，空转的转轮4热膨胀，转轮4可能与水力机械的固定部分接触。另一方面，如果水帘21的膜厚较厚(即积水量较多)，则积水的搅拌损失增加，空转所需的电动机输入增大，变为不经济的调相运行。于是，在图9中设置控制配管13 (配管13a、13b)，将转轮4与导向叶片3之间的积水通过阀14、15的开闭向吸出管5排出，从而调整水帘21的膜厚，并且对水帘21的水温进行调整，以始终用冷水接触转轮4。
[0008]图10是表示一般的另一水力机械的构造的截面图。
[0009]图10的水力机械取代入口阀11而具备圆筒闸门(cylinder gate)9,该圆筒闸门9设置在固定叶片2与导向叶片3之间。圆筒闸门9与导向叶片3同样，设置在上盖7与下盖8之间。
[0010]在图10的水力机械的调相运行中，在固定叶片2与导向叶片3之间存在圆筒闸门9，因此产生另一问题:即使将壳体I内加压，也不产生从导向叶片3向转轮室的漏水。具体而言，由于不产生漏水，无法对水帘21的膜厚进行调整。因此，如果水帘21的膜厚过厚或过薄，则会产生电动机输入增大或积水温度上升等问题，无法进行适当的调相运行。
[0011]专利文献1:日本特开平11-270453号公报。
【发明内容】
[0012]本发明的课题在于，提供一种水力机械及其调相运行方法，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，进行稳定的调相运行。
[0013]根据一个实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游；所述上盖、所述下盖或所述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路，所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置，或者设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置。
[0014]根据另一实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；吸出管，位于所述导向叶片的下游；以及开度调整装置，用于调整所述圆筒闸门的开度。
[0015]根据另一实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游，所述上盖或所述下盖具有开口部，该开口部用于将水从所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路排出，所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置。
[0016]根据另一实施方式的水力机械的调相运行方法，该水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游，在所述水力机械的调相运行时，经由设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置的开口部，或者经由设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置的开口部，将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路。
[0017]根据实施方式，能够提供一种水力机械及其调相运行方法，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，进行稳定的调相运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示第一实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0019]图2是用于说明第一实施方式的效果的曲线图。
[0020]图3是表示第二实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0021]图4是表示第三实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。[0022]图5是表示第四实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0023]图6是表示第五实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0024]图7是表示第六实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0025]图8是表示第七实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0026]图9是表示一般的水力机械的构造的截面图。
[0027]图10是表示一般的其它水力机械的构造的截面图。
[0028]符号说明
[0029]I壳体；2固定叶片；3导向叶片；4转轮；5吸出管；6主轴；7上盖；8下盖；9圆筒闸门；11入口阀；12供水阀；13控制配管；13a20DGl配管；13b20DG2配管;14、15阀;16、17开口部；21水帘；31、31a开口部；32、32a控制配管；33、33a压力调整阀；34泵;41、41a、41b开口部；42下盖弹性体；43圆筒闸门盖；51开度调整装置；61开口部；62控制配管；63压力调整阀
【具体实施方式】
[0030]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。在本说明书中所参照的附图中，对同一构成的部分标记同一符号而省略重复的说明。
[0031](第一实施方式)
[0032]图1是表示第一实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0033]图1的水力机械与图10所示的水力机械同样，在固定叶片2与导向叶片3之间具备圆筒闸门9。在图1的水力机械中，作为第一实施方式的调相运行用的构成要素，还具备设于上盖7的开口部31、控制配管32、及压力调整阀33。
[0034]开口部31在上盖7中设置于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管32是连接该开口部31和壳体I的管。因此，在第一实施方式中，来自壳体I的水经由控制配管32、压力调整阀33而注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。此外，开口部31也可以在下盖8而非上盖7中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。
[0035]压力调整阀33设在控制配管32上，用于调整通过控制配管32的水的压力。在调相运行时，通过调整压力调整阀33的开度，调整从开口部31注入的水的压力。
[0036]接着，说明图1的水力机械的调相运行方法。
[0037]在调相运行时，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此后，如果调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态，通过打开压力调整阀33，来自壳体I的高压水经由控制配管32从开口部31注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。
[0038]此时，通过适当地控制压力调整阀33，能够使该流路内的水从导向叶片3的间隙向下游侧漏水。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0039]图2是用于说明第一实施方式的效果的曲线图。
[0040]曲线Cl表示第一实施方式的水力机械的调相运行时的水帘21的温度变化。另外，曲线C2表示现有的水力机械的调相运行时的水帘21的温度变化。根据第一实施方式，能够抑制调相运行时的水帘21的温度上升。[0041 ] 如上所述，在第一实施方式中，在上盖7或下盖8中将开口部31设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，来自壳体I的高压水经由控制配管32从开口部31注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第一实施方式，能够通过该水的漏水而适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0042](第二实施方式)
[0043]图3是表示第二实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0044]在图3的水力机械中，作为调相运行用的构成要素，具备设于下盖8的开口部31a、控制配管32a、压力调整阀33a、及泵34。
[0045]开口部31a在下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管32a是连接该开口部31a和吸出管5的管。因此，在第二实施方式中，吸出管5的水被抽起，经由控制配管32a从开口部31a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。此外，开口部31a也可以在上盖7而非下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。
[0046]压力调整阀33a设在控制配管32a上，用于调整通过控制配管32a的水的压力。在调相运行时，通过调整压力调整阀33a的开度，调整从开口部31a注入的水的压力。
[0047]泵34设在控制配管32a上，用于从吸出管5抽水。在第一实施方式中，由于壳体I的注水口比开口部31更在上方，因而没有泵34也能够进行注水，但在第二实施方式中，由于吸出管5的注水口比开口部31a更靠下方，所以在注水时需要泵34。在调相运行时，能够通过压力调整阀33a和泵34调整从开口部31a注入的水的压力。
[0048]图3的水力机械的调相运行能够与图1的情况同样地进行。将来自吸出管5的高压水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路时，通过适当地控制压力调整阀33a，能够使该流路内的水从导向叶片3的间隙向下游侧漏水。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0049]如上所述，在第二实施方式中，与第一实施方式同样，在上盖7或下盖8中将开口部31a设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，将来自吸出管5的水经由控制配管32a、开口部31a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第二实施方式，与第一实施方式同样，能够通过该水的漏水来适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0050]此外，在第一、第二实施方式中，也可将来自壳体I或吸出管5以外的水注入上述流路。例如，也可设置专用的供水装置，将来自供水装置的水注入上述流路。这种情况下，开口部31、31a可以设于上盖7，也可以设于下盖8。
[0051](第三实施方式)
[0052]图4是表示第三实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0053]图4 Ca)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图4 (b)是从图4 (a)的箭头A方向观察的图(A向视图)。另外，图4 (c)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图，图4 (d)是从图4 (c)的箭头A方向观察的图(A向视图)。
[0054]在图4的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第三实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的上部的开口部41和安装于下盖8的下盖弹性体42。
[0055]下盖弹性体42设置在如下位置:当使设于固定叶片2与导向叶片3之间的圆筒闸门9向下盖8侧下降时，圆筒闸门9的下端所碰触的位置。下盖弹性体42例如由柔性的橡胶或硅树脂形成。因此，在第三实施方式中，通过将圆筒闸门9的下端压推至下盖弹性体42，能够使圆筒闸门9沉入下盖弹性体42中。图4 (a)表示圆筒闸门9未沉入下盖弹性体42的状态，图4 (c)表示圆筒闸门9沉入下盖弹性体42的状态。此外，将下盖弹性体42设计为，上表面在正常运行时与下盖8的上表面为相同高度，因此不影响水流。
[0056]开口部41是设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置的孔，在图4中，在圆筒闸门9的上盖7侧的周向上设置若干处。开口部41的上表面设在如下的位置:在圆筒闸门9下降的调相运行时，与上盖7的下表面为大致相同高度的位置；并且具有与圆筒闸门9沉入下盖弹性体42的深度相同程度的纵宽。
[0057]因此，在第三实施方式中，通过使圆筒闸门9以沉入下盖弹性体42的方式下降，能够使开口部41下降，使开口部41从不面对圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的位置移动到面对该流路的位置。结果，圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41而注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。图4 (a) (b)表示将开口部41从流路隐藏的状态，图4 (c) Cd)表示开口部41面对流路的状态。
[0058]接着，说明图4的水力机械的调相运行方法。
[0059]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且使圆筒闸门9下降至图4 (a) (b)的状态，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，通过使圆筒闸门9下降至图4 (c) (d)的状态，将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门9相对于下盖弹性体42的沉入量来控制。
[0060]通过开口部41的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第三实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0061]如上所述，在第三实施方式中，在贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置设置开口部41，在调相运行时，通过使圆筒闸门9沉入下盖弹性体42，将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第三实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0062](第四实施方式)
[0063]图5是表示第四实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0064]图5 Ca)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图5 (b)是从图5 (a)的箭头A方向观察的图(A向视图)。另外，图5 (c)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图，图5 (d)是从图5 (c)的箭头A方向观察的图(A向视图)。
[0065]在图5的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第四实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的下部的开口部41a和安装于下盖8的下盖弹性体42。
[0066]图4的开口部41设在如下的位置:在圆筒闸门9下降时，与上盖7的下表面为大致相同高度的位置；与此相对，图5的开口部41a设在如下的位置:在圆筒闸门9下降时，与下盖8的上表面为大致相同高度的位置。
[0067]因此，在第四实施方式中，以减少向下盖弹性体42的沉入的方式使圆筒闸门9上升，从而能够使开口部41a上升，使开口部41a由从圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路隐藏的位置向面对该流路的位置移动。结果，圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。图5 (a) (b)表示开口部41a从流路隐藏的状态，图5 (c) (d)表示开口部41a面对流路的状态。
[0068]接着，说明图5的水力机械的调相运行方法。
[0069]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且使圆筒闸门
9下降至图5 (a) (b)的状态，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，通过使圆筒闸门9上升至图5 (c) (d)的状态，将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门9相对于下盖弹性体42的沉入量而调整。
[0070]通过开口部41a的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第四实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0071]如上所述，在第四实施方式中，将开口部41设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置，在调相运行时，减少圆筒闸门9向下盖弹性体42的沉入，从而将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第四实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0072](第五实施方式)
[0073]图6是表示第五实施方式的水力机械的构造的截面图。图6 (a)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图6 (b)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图。
[0074]在图6的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第五实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的上部的开口部41b和设置在开口部41b附近的可动式的圆筒闸门盖43。
[0075]开口部41b设在如下的位置:在关闭圆筒闸门9时，面对圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的位置。另外，圆筒闸门盖43能够切换将开口部41b相对于该流路打开或关闭。因此，在第五实施方式中，使圆筒闸门盖43动作而将开口部41b打开，从而能够将圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41b注入该流路。图6 Ca)表示圆筒闸门盖43下降而开口部41b关闭的状态，图6 (b)表示圆筒闸门盖43上升而开口部41打开的状态。
[0076]此外，在第五实施方式中，采用了使圆筒闸门盖43沿上下方向动作的构成，但也可以采用沿上下以外的方向(例如水平方向)动作的构成。
[0077]接着，说明图6的水力机械的调相运行方法。
[0078]在调相运行开始时(流水截断时)时，首先，将导向叶片3全闭关闭，关闭圆筒闸门9，进而如图6 Ca)所示那样，圆筒闸门盖43下降而将开口部41b关闭，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，如图6 (b)所示，圆筒闸门盖43上升而将开口部41b打开，从而将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41b注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门盖43的位置来控制。[0079]通过开口部41b的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第五实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0080]如上所述，在第五实施方式中，将开口部41设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置，在调相运行时，使圆筒闸门盖43动作而将开口部41b打开，从而将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41b注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第五实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0081]此外，在第五实施方式中，如第三、第四实施方式那样，具有不用担心下盖弹性体42的劣化的优点。另一方面，在第三、第四实施方式中，如第五实施方式那样，存在无需设置用于驱动圆筒闸门盖43的机构的优点。
[0082](第六实施方式)
[0083]图7是表示第六实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0084]在图7的水力机械中，作为第六实施方式的调相运行用的构成要素，具备用于调整圆筒闸门9的开度的开度调整装置51。因此，第六实施方式的圆筒闸门9不仅能够进行开或闭的二值开闭控制，还能够进行打开多少程度的开度控制。在第六实施方式中，利用开度调整装置51来微调圆筒闸门9的开度，从而能够与第三至第五实施方式同样地将圆筒闸门9的上游侧的水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。
[0085]接着，说明图7的水力机械的调相运行方法。
[0086]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时候，使圆筒闸门9稍微上升，从而将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过微调圆筒闸门9的开度来控制。
[0087]通过利用开度调整装置51来对圆筒闸门9的开度进行微调，通过稍微打开的圆筒闸门9的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第六实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0088]如上所述，在第六实施方式的水力机械中，在调相运行时，利用开度调整装置51来调整圆筒闸门9的开度，从而将水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第六实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0089]此外，在第六实施方式中，如第一至第五实施方式那样，具有不需要在上盖7、下盖
8、圆筒闸门9上设置开口部31、31a、41、41a、41b的优点。
[0090](第七实施方式)
[0091]图8是表示第七实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0092]在图8的水力机械中，作为第七实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于下盖8的开口部61、控制配管62、及压力调整阀63。
[0093]开口部61与图3的开口部31a同样，在下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管62与图3的控制配管32a同样，是连接开口部61和吸出管5的管。另外，压力调整阀63与图3的压力调整阀33a同样，设在控制配管62上，用于调整通过控制配管62的水的压力。[0094]但是，在第七实施方式中，在控制配管62上未设置如图3那样的泵。因此，在第七实施方式中，如果打开压力调整阀63，则圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的水通经由制配管62向吸出管5排出。向吸出管5排出的水的压力能够通过控制压力调整阀63的开度来调整。
[0095]此外，开口部61也可以在上盖7而非下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，在第七实施方式中，也可以将泵设在控制配管62上，将上述流路的水通过泵排出至吸出管5。另外，在第七实施方式中，也可以将来自上述流路的水排出至吸出管5以外的场所。
[0096]接着，说明图8的水力机械的调相运行方法。
[0097]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，小幅打开压力调整阀63，从而将水从圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路向吸出管5排出。
[0098]此时，通过适当地控制压力调整阀63，能够适当地控制从导向叶片3的间隙向下游侧的漏水量。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0099]如上所述，在第七实施方式中，在上盖7或下盖8中将开口部61设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，将圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路内的水经由开口部61?控制配管62排出至吸出管5。因此，根据第七实施方式，能够控制该水的漏水量而适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0100]此外，第七实施方式也可以与第一?第六实施方式中的任一个组合。S卩，也可以在第一至第六实施方式中的任一个的水力机械中设置开口部61、控制配管62、及压力调整阀63。由此，能够进行向上述流路的注水和从上述流路的排水这两者，能够更适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0101]以上说明了第一?第七实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式实施。另外，对于这些实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内，能够通过进行各种省略、置换、变更而获得各种变型例。这些方式或变型例包含于发明的范围或主旨中，这些方式或变型例包含在权利要求书及与其等同的范围内。
【权利要求】
1.一种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游； 所述上盖、所述下盖或所述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路， 所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置，或者设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置。
2.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述壳体连接的控制配管，水从所述壳体经由所述控制配管注入所述流路。
3.根据权利要求1所述的水力机械,其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述吸出管连接的控制配管，水从所述吸出管经由所述控制配管注入所述流路。
4.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备弹性体，该弹性体用于压推所述圆筒闸门的下端而使所述圆筒闸门沉入， 所述圆筒闸门以沉入所述弹性体的方式下降，从而使所述圆筒闸门的所述开口部下降，使所述开口部由从所述流路隐藏的位置移动至面对所述流路的位置。
5.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备弹性体，该弹性体用于压推所述圆筒闸门的下端而使所述圆筒闸门沉入， 所述圆筒闸门以减少向所述弹性体的沉入的方式上升，从而使所述圆筒闸门的所述开口部上升，使所述开口部由从所述流路隐藏的位置移动至面对所述流路的位置。
6.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备可动式的盖，该可动式的盖用于切换将所述圆筒闸的所述开口部门相对于所述流路打开或关闭。
7.—种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧； 吸出管，位于所述导向叶片的下游；以及 开度调整装置，用于调整所述圆筒闸门的开度。
8.—种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游， 所述上盖或所述下盖具有开口部，该开口部用于将水从所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路排出， 所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置。
9.根据权利要求8所述的水力机械，其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述吸出管连接的控制配管，水从所述流路经由所述控制配管排出至所述吸出管。
10.一种水力机械的调相运行方法，该水力机械具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶 片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游， 在所述水力机械的调相运行时，经由设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置的开口部，或者经由设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置的开口部，将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路。
【文档编号】F03B11/00GK103511161SQ201310240311
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】榎本保之, 手塚光太郎, 松本贵与志, 板桥茂记 申请人:株式会社东芝
【专利摘要】提供一种水力机械，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，从而进行稳定的调相运行。一个实施方式的水力机械具备：固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在前述固定叶片的内周侧；以及圆筒闸门，设置在前述固定叶片与前述导向叶片之间。此外，前述机械具备：上盖，设置在前述导向叶片的上侧；以及下盖，设置在前述导向叶片的下侧。此外，前述上盖、前述下盖或前述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入前述圆筒闸门与前述导向叶片之间的流路。此外，前述开口部设于前述上盖或前述下盖中的、前述圆筒闸门与前述导向叶片之间的位置，或者设于贯通前述圆筒闸门的内周和外周的位置。
【专利说明】水力机械及其调相运行方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及水力机械及其调相运行方法。
【背景技术】
[0002]图9是表示一般的水力机械的构造的截面图。图9的水力机械是发电用的水力机械，具体而言相当于弗朗西斯(Francis)水车。
[0003]图9的水力机械具备:水所流入的壳体(casing) I ;固定叶片(stay vane) 2,设置在壳体I的内周侧；导向叶片(guide vane) 3，设置在固定叶片2的内周侧；以及转轮(runner)4，位于导向叶片3的下游,将从导向叶片3流入的水所拥有的能量(energy)变换为旋转能。图9的水力机械还具备:吸出管5，位于转轮4的下游；主轴6，将转轮4的旋转能传递至发电机；上盖(coVer)7，设置在导向叶片3的上侧；以及下盖8，设置在导向叶片3的下侧。
[0004]图9的水力机械还具备:入口阀11，设在壳体I上游的铁管上，作为随着水力机械的运行或停止而进行开闭操作的止水阀起作用；供水阀12，设在与壳体I连结的供水管上；以及控制配管13，与吸出管5连结，分支为20DG1配管13a和20DG2配管13b。图9的水力机械还具备:阀14、15，分别设在配管13a、13b上；转轮室的开口部16，与配管13a连结；以及下盖8的开口部17，与配管13b连结。开口部16、17设于导向叶片3的内周侧(下游侧)。
[0005]在图9所示的发电用的水力机械中，为了调整所发出的电力的频率而需要进行调相运行。在调相运行时，将导向叶片3全闭关闭，将压缩空气送入转轮室而将转轮4周边的水排除，使转轮4成为空转状态。此时，由于壳体I内的水未被排除，为了使转轮室内的压缩空气不移动到壳体I内，打开供水阀12而将壳体I内的压力加压至比转轮室稍高的压力。
[0006]因此，在调相运行时，由于转轮4的旋转，来自导向叶片3的漏水或来自主轴6的封水部的漏水在转轮4与导向叶片3之间积聚成积水，形成沿着与转轮4同一方向旋转的水帘(curtain) 21。而且,通过转轮4的旋转而积水被搅拌，因此积水的水温上升。
[0007]此时，如果水帘21的膜厚较薄(即积水量较少)，则积水因温度上升而变为热水，转轮4被该热水加热。结果，空转的转轮4热膨胀，转轮4可能与水力机械的固定部分接触。另一方面，如果水帘21的膜厚较厚(即积水量较多)，则积水的搅拌损失增加，空转所需的电动机输入增大，变为不经济的调相运行。于是，在图9中设置控制配管13 (配管13a、13b)，将转轮4与导向叶片3之间的积水通过阀14、15的开闭向吸出管5排出，从而调整水帘21的膜厚，并且对水帘21的水温进行调整，以始终用冷水接触转轮4。
[0008]图10是表示一般的另一水力机械的构造的截面图。
[0009]图10的水力机械取代入口阀11而具备圆筒闸门(cylinder gate)9,该圆筒闸门9设置在固定叶片2与导向叶片3之间。圆筒闸门9与导向叶片3同样，设置在上盖7与下盖8之间。
[0010]在图10的水力机械的调相运行中，在固定叶片2与导向叶片3之间存在圆筒闸门9，因此产生另一问题:即使将壳体I内加压，也不产生从导向叶片3向转轮室的漏水。具体而言，由于不产生漏水，无法对水帘21的膜厚进行调整。因此，如果水帘21的膜厚过厚或过薄，则会产生电动机输入增大或积水温度上升等问题，无法进行适当的调相运行。
[0011]专利文献1:日本特开平11-270453号公报。
【发明内容】
[0012]本发明的课题在于，提供一种水力机械及其调相运行方法，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，进行稳定的调相运行。
[0013]根据一个实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游；所述上盖、所述下盖或所述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路，所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置，或者设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置。
[0014]根据另一实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；吸出管，位于所述导向叶片的下游；以及开度调整装置，用于调整所述圆筒闸门的开度。
[0015]根据另一实施方式的水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游，所述上盖或所述下盖具有开口部，该开口部用于将水从所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路排出，所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置。
[0016]根据另一实施方式的水力机械的调相运行方法，该水力机械具备:固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧；导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间；上盖，设置在所述导向叶片的上侧；下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及吸出管，位于所述导向叶片的下游，在所述水力机械的调相运行时，经由设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置的开口部，或者经由设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置的开口部，将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路。
[0017]根据实施方式，能够提供一种水力机械及其调相运行方法，能够适当地控制水帘的膜厚及温度，进行稳定的调相运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示第一实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0019]图2是用于说明第一实施方式的效果的曲线图。
[0020]图3是表示第二实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0021]图4是表示第三实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。[0022]图5是表示第四实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0023]图6是表示第五实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0024]图7是表示第六实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0025]图8是表示第七实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0026]图9是表示一般的水力机械的构造的截面图。
[0027]图10是表示一般的其它水力机械的构造的截面图。
[0028]符号说明
[0029]I壳体；2固定叶片；3导向叶片；4转轮；5吸出管；6主轴；7上盖；8下盖；9圆筒闸门；11入口阀；12供水阀；13控制配管；13a20DGl配管；13b20DG2配管;14、15阀;16、17开口部；21水帘；31、31a开口部；32、32a控制配管；33、33a压力调整阀；34泵;41、41a、41b开口部；42下盖弹性体；43圆筒闸门盖；51开度调整装置；61开口部；62控制配管；63压力调整阀
【具体实施方式】
[0030]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。在本说明书中所参照的附图中，对同一构成的部分标记同一符号而省略重复的说明。
[0031](第一实施方式)
[0032]图1是表示第一实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0033]图1的水力机械与图10所示的水力机械同样，在固定叶片2与导向叶片3之间具备圆筒闸门9。在图1的水力机械中，作为第一实施方式的调相运行用的构成要素，还具备设于上盖7的开口部31、控制配管32、及压力调整阀33。
[0034]开口部31在上盖7中设置于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管32是连接该开口部31和壳体I的管。因此，在第一实施方式中，来自壳体I的水经由控制配管32、压力调整阀33而注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。此外，开口部31也可以在下盖8而非上盖7中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。
[0035]压力调整阀33设在控制配管32上，用于调整通过控制配管32的水的压力。在调相运行时，通过调整压力调整阀33的开度，调整从开口部31注入的水的压力。
[0036]接着，说明图1的水力机械的调相运行方法。
[0037]在调相运行时，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此后，如果调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态，通过打开压力调整阀33，来自壳体I的高压水经由控制配管32从开口部31注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。
[0038]此时，通过适当地控制压力调整阀33，能够使该流路内的水从导向叶片3的间隙向下游侧漏水。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0039]图2是用于说明第一实施方式的效果的曲线图。
[0040]曲线Cl表示第一实施方式的水力机械的调相运行时的水帘21的温度变化。另外，曲线C2表示现有的水力机械的调相运行时的水帘21的温度变化。根据第一实施方式，能够抑制调相运行时的水帘21的温度上升。[0041 ] 如上所述，在第一实施方式中，在上盖7或下盖8中将开口部31设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，来自壳体I的高压水经由控制配管32从开口部31注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第一实施方式，能够通过该水的漏水而适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0042](第二实施方式)
[0043]图3是表示第二实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0044]在图3的水力机械中，作为调相运行用的构成要素，具备设于下盖8的开口部31a、控制配管32a、压力调整阀33a、及泵34。
[0045]开口部31a在下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管32a是连接该开口部31a和吸出管5的管。因此，在第二实施方式中，吸出管5的水被抽起，经由控制配管32a从开口部31a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。此外，开口部31a也可以在上盖7而非下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。
[0046]压力调整阀33a设在控制配管32a上，用于调整通过控制配管32a的水的压力。在调相运行时，通过调整压力调整阀33a的开度，调整从开口部31a注入的水的压力。
[0047]泵34设在控制配管32a上，用于从吸出管5抽水。在第一实施方式中，由于壳体I的注水口比开口部31更在上方，因而没有泵34也能够进行注水，但在第二实施方式中，由于吸出管5的注水口比开口部31a更靠下方，所以在注水时需要泵34。在调相运行时，能够通过压力调整阀33a和泵34调整从开口部31a注入的水的压力。
[0048]图3的水力机械的调相运行能够与图1的情况同样地进行。将来自吸出管5的高压水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路时，通过适当地控制压力调整阀33a，能够使该流路内的水从导向叶片3的间隙向下游侧漏水。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0049]如上所述，在第二实施方式中，与第一实施方式同样，在上盖7或下盖8中将开口部31a设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，将来自吸出管5的水经由控制配管32a、开口部31a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第二实施方式，与第一实施方式同样，能够通过该水的漏水来适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0050]此外，在第一、第二实施方式中，也可将来自壳体I或吸出管5以外的水注入上述流路。例如，也可设置专用的供水装置，将来自供水装置的水注入上述流路。这种情况下，开口部31、31a可以设于上盖7，也可以设于下盖8。
[0051](第三实施方式)
[0052]图4是表示第三实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0053]图4 Ca)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图4 (b)是从图4 (a)的箭头A方向观察的图(A向视图)。另外，图4 (c)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图，图4 (d)是从图4 (c)的箭头A方向观察的图(A向视图)。
[0054]在图4的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第三实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的上部的开口部41和安装于下盖8的下盖弹性体42。
[0055]下盖弹性体42设置在如下位置:当使设于固定叶片2与导向叶片3之间的圆筒闸门9向下盖8侧下降时，圆筒闸门9的下端所碰触的位置。下盖弹性体42例如由柔性的橡胶或硅树脂形成。因此，在第三实施方式中，通过将圆筒闸门9的下端压推至下盖弹性体42，能够使圆筒闸门9沉入下盖弹性体42中。图4 (a)表示圆筒闸门9未沉入下盖弹性体42的状态，图4 (c)表示圆筒闸门9沉入下盖弹性体42的状态。此外，将下盖弹性体42设计为，上表面在正常运行时与下盖8的上表面为相同高度，因此不影响水流。
[0056]开口部41是设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置的孔，在图4中，在圆筒闸门9的上盖7侧的周向上设置若干处。开口部41的上表面设在如下的位置:在圆筒闸门9下降的调相运行时，与上盖7的下表面为大致相同高度的位置；并且具有与圆筒闸门9沉入下盖弹性体42的深度相同程度的纵宽。
[0057]因此，在第三实施方式中，通过使圆筒闸门9以沉入下盖弹性体42的方式下降，能够使开口部41下降，使开口部41从不面对圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的位置移动到面对该流路的位置。结果，圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41而注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。图4 (a) (b)表示将开口部41从流路隐藏的状态，图4 (c) Cd)表示开口部41面对流路的状态。
[0058]接着，说明图4的水力机械的调相运行方法。
[0059]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且使圆筒闸门9下降至图4 (a) (b)的状态，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，通过使圆筒闸门9下降至图4 (c) (d)的状态，将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门9相对于下盖弹性体42的沉入量来控制。
[0060]通过开口部41的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第三实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0061]如上所述，在第三实施方式中，在贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置设置开口部41，在调相运行时，通过使圆筒闸门9沉入下盖弹性体42，将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第三实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0062](第四实施方式)
[0063]图5是表示第四实施方式的水力机械的构造的截面图和向视图。
[0064]图5 Ca)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图5 (b)是从图5 (a)的箭头A方向观察的图(A向视图)。另外，图5 (c)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图，图5 (d)是从图5 (c)的箭头A方向观察的图(A向视图)。
[0065]在图5的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第四实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的下部的开口部41a和安装于下盖8的下盖弹性体42。
[0066]图4的开口部41设在如下的位置:在圆筒闸门9下降时，与上盖7的下表面为大致相同高度的位置；与此相对，图5的开口部41a设在如下的位置:在圆筒闸门9下降时，与下盖8的上表面为大致相同高度的位置。
[0067]因此，在第四实施方式中，以减少向下盖弹性体42的沉入的方式使圆筒闸门9上升，从而能够使开口部41a上升，使开口部41a由从圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路隐藏的位置向面对该流路的位置移动。结果，圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。图5 (a) (b)表示开口部41a从流路隐藏的状态，图5 (c) (d)表示开口部41a面对流路的状态。
[0068]接着，说明图5的水力机械的调相运行方法。
[0069]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且使圆筒闸门
9下降至图5 (a) (b)的状态，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，通过使圆筒闸门9上升至图5 (c) (d)的状态，将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门9相对于下盖弹性体42的沉入量而调整。
[0070]通过开口部41a的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第四实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0071]如上所述，在第四实施方式中，将开口部41设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置，在调相运行时，减少圆筒闸门9向下盖弹性体42的沉入，从而将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41a注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第四实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0072](第五实施方式)
[0073]图6是表示第五实施方式的水力机械的构造的截面图。图6 (a)是表示流水截断时的水力机械的状态的截面图，图6 (b)是表示调相运行时的水力机械的状态的截面图。
[0074]在图6的水力机械中，除了图10所示的水力机械的构成要素之外，作为第五实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于圆筒闸门9的上部的开口部41b和设置在开口部41b附近的可动式的圆筒闸门盖43。
[0075]开口部41b设在如下的位置:在关闭圆筒闸门9时，面对圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的位置。另外，圆筒闸门盖43能够切换将开口部41b相对于该流路打开或关闭。因此，在第五实施方式中，使圆筒闸门盖43动作而将开口部41b打开，从而能够将圆筒闸门9的上游侧的水经由开口部41b注入该流路。图6 Ca)表示圆筒闸门盖43下降而开口部41b关闭的状态，图6 (b)表示圆筒闸门盖43上升而开口部41打开的状态。
[0076]此外，在第五实施方式中，采用了使圆筒闸门盖43沿上下方向动作的构成，但也可以采用沿上下以外的方向(例如水平方向)动作的构成。
[0077]接着，说明图6的水力机械的调相运行方法。
[0078]在调相运行开始时(流水截断时)时，首先，将导向叶片3全闭关闭，关闭圆筒闸门9，进而如图6 Ca)所示那样，圆筒闸门盖43下降而将开口部41b关闭，在该状态下将压缩空气送入转轮室。此时，圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水被圆筒闸门9截断。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，如图6 (b)所示，圆筒闸门盖43上升而将开口部41b打开，从而将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水经由开口部41b注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过调整圆筒闸门盖43的位置来控制。[0079]通过开口部41b的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第五实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0080]如上所述，在第五实施方式中，将开口部41设于贯通圆筒闸门9的内周和外周的位置，在调相运行时，使圆筒闸门盖43动作而将开口部41b打开，从而将圆筒闸门9的上游侧的水从开口部41b注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第五实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0081]此外，在第五实施方式中，如第三、第四实施方式那样，具有不用担心下盖弹性体42的劣化的优点。另一方面，在第三、第四实施方式中，如第五实施方式那样，存在无需设置用于驱动圆筒闸门盖43的机构的优点。
[0082](第六实施方式)
[0083]图7是表示第六实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0084]在图7的水力机械中，作为第六实施方式的调相运行用的构成要素，具备用于调整圆筒闸门9的开度的开度调整装置51。因此，第六实施方式的圆筒闸门9不仅能够进行开或闭的二值开闭控制，还能够进行打开多少程度的开度控制。在第六实施方式中，利用开度调整装置51来微调圆筒闸门9的开度，从而能够与第三至第五实施方式同样地将圆筒闸门9的上游侧的水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。
[0085]接着，说明图7的水力机械的调相运行方法。
[0086]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时候，使圆筒闸门9稍微上升，从而将圆筒闸门9的上游的固定叶片2侧的水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。该水的压力能够通过微调圆筒闸门9的开度来控制。
[0087]通过利用开度调整装置51来对圆筒闸门9的开度进行微调，通过稍微打开的圆筒闸门9的水从导向叶片3的间隙向导向叶片3的下游侧漏水。由此，在第六实施方式中，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0088]如上所述，在第六实施方式的水力机械中，在调相运行时，利用开度调整装置51来调整圆筒闸门9的开度，从而将水注入圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路。因此，根据第六实施方式，能够通过该水的漏水适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0089]此外，在第六实施方式中，如第一至第五实施方式那样，具有不需要在上盖7、下盖
8、圆筒闸门9上设置开口部31、31a、41、41a、41b的优点。
[0090](第七实施方式)
[0091]图8是表示第七实施方式的水力机械的构造的截面图。
[0092]在图8的水力机械中，作为第七实施方式的调相运行用的构成要素，具备设于下盖8的开口部61、控制配管62、及压力调整阀63。
[0093]开口部61与图3的开口部31a同样，在下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，控制配管62与图3的控制配管32a同样，是连接开口部61和吸出管5的管。另外，压力调整阀63与图3的压力调整阀33a同样，设在控制配管62上，用于调整通过控制配管62的水的压力。[0094]但是，在第七实施方式中，在控制配管62上未设置如图3那样的泵。因此，在第七实施方式中，如果打开压力调整阀63，则圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路的水通经由制配管62向吸出管5排出。向吸出管5排出的水的压力能够通过控制压力调整阀63的开度来调整。
[0095]此外，开口部61也可以在上盖7而非下盖8中设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置。另外，在第七实施方式中，也可以将泵设在控制配管62上，将上述流路的水通过泵排出至吸出管5。另外，在第七实施方式中，也可以将来自上述流路的水排出至吸出管5以外的场所。
[0096]接着，说明图8的水力机械的调相运行方法。
[0097]在调相运行开始时(流水截断时)，首先，将导向叶片3全闭关闭，并且关闭圆筒闸门9，在该状态下将压缩空气送入转轮室。然后，调相运行从非恒定运行状态转移到恒定运行状态时，小幅打开压力调整阀63，从而将水从圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路向吸出管5排出。
[0098]此时，通过适当地控制压力调整阀63，能够适当地控制从导向叶片3的间隙向下游侧的漏水量。由此，能够将水帘21的膜厚及温度维持为适当的值，能够抑制电动机输入的增大或积水的温度上升。
[0099]如上所述，在第七实施方式中，在上盖7或下盖8中将开口部61设于圆筒闸门9与导向叶片3之间的位置，在调相运行时，将圆筒闸门9与导向叶片3之间的流路内的水经由开口部61?控制配管62排出至吸出管5。因此，根据第七实施方式，能够控制该水的漏水量而适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0100]此外，第七实施方式也可以与第一?第六实施方式中的任一个组合。S卩，也可以在第一至第六实施方式中的任一个的水力机械中设置开口部61、控制配管62、及压力调整阀63。由此，能够进行向上述流路的注水和从上述流路的排水这两者，能够更适当地控制水帘21的膜厚及温度。
[0101]以上说明了第一?第七实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式实施。另外，对于这些实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内，能够通过进行各种省略、置换、变更而获得各种变型例。这些方式或变型例包含于发明的范围或主旨中，这些方式或变型例包含在权利要求书及与其等同的范围内。
【权利要求】
1.一种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游； 所述上盖、所述下盖或所述圆筒闸门具有开口部，该开口部用于将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路， 所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置，或者设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置。
2.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述壳体连接的控制配管，水从所述壳体经由所述控制配管注入所述流路。
3.根据权利要求1所述的水力机械,其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述吸出管连接的控制配管，水从所述吸出管经由所述控制配管注入所述流路。
4.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备弹性体，该弹性体用于压推所述圆筒闸门的下端而使所述圆筒闸门沉入， 所述圆筒闸门以沉入所述弹性体的方式下降，从而使所述圆筒闸门的所述开口部下降，使所述开口部由从所述流路隐藏的位置移动至面对所述流路的位置。
5.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备弹性体，该弹性体用于压推所述圆筒闸门的下端而使所述圆筒闸门沉入， 所述圆筒闸门以减少向所述弹性体的沉入的方式上升，从而使所述圆筒闸门的所述开口部上升，使所述开口部由从所述流路隐藏的位置移动至面对所述流路的位置。
6.根据权利要求1所述的水力机械，其中， 具备可动式的盖，该可动式的盖用于切换将所述圆筒闸的所述开口部门相对于所述流路打开或关闭。
7.—种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧； 吸出管，位于所述导向叶片的下游；以及 开度调整装置，用于调整所述圆筒闸门的开度。
8.—种水力机械，具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧；圆筒闸门，设置在所述固定叶片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游， 所述上盖或所述下盖具有开口部，该开口部用于将水从所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路排出， 所述开口部设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置。
9.根据权利要求8所述的水力机械，其中， 具备将所述上盖或所述下盖的所述开口部和所述吸出管连接的控制配管，水从所述流路经由所述控制配管排出至所述吸出管。
10.一种水力机械的调相运行方法，该水力机械具备: 固定叶片，设置在水所流入的壳体的内周侧； 导向叶片，设置在所述固定叶片的内周侧； 圆筒闸门，设置在所述固定叶 片与所述导向叶片之间； 上盖，设置在所述导向叶片的上侧； 下盖，设置在所述导向叶片的下侧；以及 吸出管，位于所述导向叶片的下游， 在所述水力机械的调相运行时，经由设于所述上盖或所述下盖中的、所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的位置的开口部，或者经由设于贯通所述圆筒闸门的内周和外周的位置的开口部，将水注入所述圆筒闸门与所述导向叶片之间的流路。
【文档编号】F03B11/00GK103511161SQ201310240311
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】榎本保之, 手塚光太郎, 松本贵与志, 板桥茂记 申请人:株式会社东芝
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