JP2003269313A - 水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法及びキャビテーション壊食量推定方法並びにそのプログラム - Google Patents
水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法及びキャビテーション壊食量推定方法並びにそのプログラムInfo
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- JP2003269313A JP2003269313A JP2002072599A JP2002072599A JP2003269313A JP 2003269313 A JP2003269313 A JP 2003269313A JP 2002072599 A JP2002072599 A JP 2002072599A JP 2002072599 A JP2002072599 A JP 2002072599A JP 2003269313 A JP2003269313 A JP 2003269313A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水車及びポンプ水車におけるキャビテーショ
ン壊食の発生を回避する運転方法及びキャビテーション
壊食量の推定方法並びにそのプログラムを提供する。 【解決手段】 水車の実機、相似模型又は類似模型を使
用した衝撃試験に基き、各運転状態におけるキャビテー
ション強さＩのデータベースを作成しておく。このデー
タベースを使用して、水車の運転状態におけるキャビテ
ーション強さを評価することが可能となる。従って、水
車のキャビテーション壊食量を推定し、キャビテーショ
ン壊食を回避しつつ水車を運転することが可能となる。
ン壊食の発生を回避する運転方法及びキャビテーション
壊食量の推定方法並びにそのプログラムを提供する。 【解決手段】 水車の実機、相似模型又は類似模型を使
用した衝撃試験に基き、各運転状態におけるキャビテー
ション強さＩのデータベースを作成しておく。このデー
タベースを使用して、水車の運転状態におけるキャビテ
ーション強さを評価することが可能となる。従って、水
車のキャビテーション壊食量を推定し、キャビテーショ
ン壊食を回避しつつ水車を運転することが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はキャビテーション壊
食回避運転装置、並びにキャビテーション壊食量推定方
法及びプログラムに係り、特に、水車又はポンプ水車に
おけるキャビテーション壊食の発生を回避することので
きるキャビテーション壊食回避運転方法及び水車及びポ
ンプ水車に発生するキャビテーション壊食量の推定方法
並びにそのプログラムに関する。
食回避運転装置、並びにキャビテーション壊食量推定方
法及びプログラムに係り、特に、水車又はポンプ水車に
おけるキャビテーション壊食の発生を回避することので
きるキャビテーション壊食回避運転方法及び水車及びポ
ンプ水車に発生するキャビテーション壊食量の推定方法
並びにそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】水力機械において、運転状況によっては
キャビテーションにより翼表面に壊食が発生することは
周知である。
キャビテーションにより翼表面に壊食が発生することは
周知である。
【０００３】そしてキャビテーション壊食が進行する
と、翼を孔が貫通し、水力機械としての機能が損なわれ
てしまう。
と、翼を孔が貫通し、水力機械としての機能が損なわれ
てしまう。
【０００４】そこで、キャビテーション壊食量を定量的
に評価する方法の開発が望まれていたが、米国ＥＰＲＩ
（Electric Power Research Institute）により水力機
械の１つであるポンプに対して、ポンプの実機、相似模
型又は類似模型による実験で得られるキャビテーション
長さに基づいて、ポンプのキャビテーション壊食量を定
量的に評価する方法が提案されている。
に評価する方法の開発が望まれていたが、米国ＥＰＲＩ
（Electric Power Research Institute）により水力機
械の１つであるポンプに対して、ポンプの実機、相似模
型又は類似模型による実験で得られるキャビテーション
長さに基づいて、ポンプのキャビテーション壊食量を定
量的に評価する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法にあっては実機、相似模型又は類似模型による実験に
よりキャビテーション長さを測定することが必要である
だけでなく、ポンプと同じく水力機械である水車（ポン
プ水車を含む）のキャビテーション壊食の定量的な評価
方法は確立していない。
法にあっては実機、相似模型又は類似模型による実験に
よりキャビテーション長さを測定することが必要である
だけでなく、ポンプと同じく水力機械である水車（ポン
プ水車を含む）のキャビテーション壊食の定量的な評価
方法は確立していない。
【０００６】このため水車の運転にあったっては、吸出
し高さ（水車出口の水位）、落差及び水流量に関しては
制限が存在するものの、キャビテーション壊食回避のた
めの明確な制限は存在せず、例えば経験的に水車効率が
低下し始める臨界キャビテーション係数σc の約１．４
倍をプラントキャビテーション係数σp と規定して水車
運転の目安としていた。
し高さ（水車出口の水位）、落差及び水流量に関しては
制限が存在するものの、キャビテーション壊食回避のた
めの明確な制限は存在せず、例えば経験的に水車効率が
低下し始める臨界キャビテーション係数σc の約１．４
倍をプラントキャビテーション係数σp と規定して水車
運転の目安としていた。
【０００７】このため、実際に水車の運転状態における
キャビテーション壊食を定量的に評価して水車寿命を延
長すること、及びそれまでのキャビテーション壊食量に
基づいて補修計画を立案することは不可能であった。
キャビテーション壊食を定量的に評価して水車寿命を延
長すること、及びそれまでのキャビテーション壊食量に
基づいて補修計画を立案することは不可能であった。
【０００８】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、水車及びポンプ水車のキャビテーション壊食の発
生を回避することのできる運転方法及びキャビテーショ
ン壊食量の推定方法並びにそのプログラムを提供するこ
とを目的とする。
って、水車及びポンプ水車のキャビテーション壊食の発
生を回避することのできる運転方法及びキャビテーショ
ン壊食量の推定方法並びにそのプログラムを提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第一の発明に係る水車又
はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法は、
水車又はポンプ水車の実際の運転状態における状態量を
取得する運転状態量取得段階と、運転状態量の関数であ
るキャビテーション強さ関数を使用して運転状態量取得
段階で取得された運転状態量に対応するキャビテーショ
ン強さを算出するキャビテーション強さ算出段階と、キ
ャビテーション強さ算出段階で算出されたキャビテーシ
ョン強さが正であるときには、キャビテーション強さを
零以下とする新運転状態量を決定する新運転状態量決定
段階を有する。
はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法は、
水車又はポンプ水車の実際の運転状態における状態量を
取得する運転状態量取得段階と、運転状態量の関数であ
るキャビテーション強さ関数を使用して運転状態量取得
段階で取得された運転状態量に対応するキャビテーショ
ン強さを算出するキャビテーション強さ算出段階と、キ
ャビテーション強さ算出段階で算出されたキャビテーシ
ョン強さが正であるときには、キャビテーション強さを
零以下とする新運転状態量を決定する新運転状態量決定
段階を有する。
【００１０】本発明にあっては、水車又はポンプ水車の
運転状態に対応してキャビテーション強さが算出され、
キャビテーション強さが特定レベル以上であればキャビ
テーション強さを特定レベル以下とする新たな運転状態
が決定される。
運転状態に対応してキャビテーション強さが算出され、
キャビテーション強さが特定レベル以上であればキャビ
テーション強さを特定レベル以下とする新たな運転状態
が決定される。
【００１１】第二の発明に係る水車又はポンプ水車のキ
ャビテーション壊食量推定方法は、水車又はポンプ水車
の実際の運転状態における状態量を取得する運転状態量
取得段階と、運転状態の予め定められたキャビテーショ
ン強さ関数を使用して運転状態量取得段階で取得された
運転状態量に対応するキャビテーション強さを算出する
キャビテーション強さ算出段階と、キャビテーション強
さ算出段階で算出されたキャビテーション強さに基づい
てキャビテーション壊食速度を算出するキャビテーショ
ン壊食速度算出段階と、キャビテーション壊食速度算出
段階で算出されたキャビテーション壊食速度に評価時間
を乗算してキャビテーション壊食量を算出するキャビテ
ーション壊食量算出段階と、キャビテーション壊食量算
出段階で算出されたキャビテーション壊食量を前評価時
間までの積算壊食量に加算して積算壊食量を更新する積
算壊食量更新段階を有する。
ャビテーション壊食量推定方法は、水車又はポンプ水車
の実際の運転状態における状態量を取得する運転状態量
取得段階と、運転状態の予め定められたキャビテーショ
ン強さ関数を使用して運転状態量取得段階で取得された
運転状態量に対応するキャビテーション強さを算出する
キャビテーション強さ算出段階と、キャビテーション強
さ算出段階で算出されたキャビテーション強さに基づい
てキャビテーション壊食速度を算出するキャビテーショ
ン壊食速度算出段階と、キャビテーション壊食速度算出
段階で算出されたキャビテーション壊食速度に評価時間
を乗算してキャビテーション壊食量を算出するキャビテ
ーション壊食量算出段階と、キャビテーション壊食量算
出段階で算出されたキャビテーション壊食量を前評価時
間までの積算壊食量に加算して積算壊食量を更新する積
算壊食量更新段階を有する。
【００１２】本発明にあっては、水車又はポンプ水車の
運転状態に対応してキャビテーション強さが算出され、
キャビテーション強さに基き壊食量が評価される。
運転状態に対応してキャビテーション強さが算出され、
キャビテーション強さに基き壊食量が評価される。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は水力発電所の概略断面図で
あって、高所にある貯水池１１に貯水されている水は水
圧管路１２によって発電所に導かれる。
あって、高所にある貯水池１１に貯水されている水は水
圧管路１２によって発電所に導かれる。
【００１４】水圧管路１２によって導かれた水は、入口
弁１３を介して水車（又はポンプ水車）１５に導かれ、
ガイドベーン１４を通過後、水車ランナ１８を回転駆動
する。そして、水車からの放水は吸出し管１６を介して
放水池１７に導かれる。なお水車ランナ１８に供給され
る水量はガイドベーン１４により制御される。
弁１３を介して水車（又はポンプ水車）１５に導かれ、
ガイドベーン１４を通過後、水車ランナ１８を回転駆動
する。そして、水車からの放水は吸出し管１６を介して
放水池１７に導かれる。なお水車ランナ１８に供給され
る水量はガイドベーン１４により制御される。
【００１５】このような水車１５の実運用状態における
キャビテーション壊食の定量的評価に使用するデータベ
ースを作成するために、実機、相似模型又は類似模型を
使用して衝撃圧試験を行う。
キャビテーション壊食の定量的評価に使用するデータベ
ースを作成するために、実機、相似模型又は類似模型を
使用して衝撃圧試験を行う。
【００１６】図２は衝撃圧試験の計測設備の構成図であ
って、センサ２１は水車１５のランナ又は流水部表面に
加わる衝撃圧の圧力を検出するものであって、ランナ表
面又は流水部に設置される衝撃圧力センサである。なお
センサとしてはランナが回転する水路中に挿入された水
中マイクロフォンあるいはランナ表面に設置されたＡＥ
（アコースティック・エミッション）センサも使用する
ことができる。
って、センサ２１は水車１５のランナ又は流水部表面に
加わる衝撃圧の圧力を検出するものであって、ランナ表
面又は流水部に設置される衝撃圧力センサである。なお
センサとしてはランナが回転する水路中に挿入された水
中マイクロフォンあるいはランナ表面に設置されたＡＥ
（アコースティック・エミッション）センサも使用する
ことができる。
【００１７】衝撃圧力センサの場合はセンサ２１の出力
は、ＨＰＦ（ハイ・パス・フィルタ）２２を介して波高
弁別器２３及び計数器２４に導かれ、所定時間（例えば
６０秒）内に検出される衝撃パルスの高さ及び数を計測
する。
は、ＨＰＦ（ハイ・パス・フィルタ）２２を介して波高
弁別器２３及び計数器２４に導かれ、所定時間（例えば
６０秒）内に検出される衝撃パルスの高さ及び数を計測
する。
【００１８】図３は衝撃圧試験の結果の一例を示すグラ
フであって、横軸は衝撃パルスの高さ（デシベル）を、
縦軸は６０秒間に計測された衝撃パルス数を表す。
フであって、横軸は衝撃パルスの高さ（デシベル）を、
縦軸は６０秒間に計測された衝撃パルス数を表す。
【００１９】そして衝撃試験の結果に基づき、キャビテ
ーション強さＩを［数４］で定義する。即ち、パルス高
さが例えば５０デシベル以上の衝撃においてキャビテー
ション壊食が発生するものとして５０〜７０デシベルの
範囲をＪの帯域に区分し、各区分ｊのパルス高さＰj の
自乗とパルス発生回数ｋj の積算値をｊ（１≦ｊ≦Ｊ）
について加算してキャビテーション強さＩとする。キャ
ビテーション壊食発生の下限値（パルス高さ）は材料に
より相異し、実験的、経験的に決定する。
ーション強さＩを［数４］で定義する。即ち、パルス高
さが例えば５０デシベル以上の衝撃においてキャビテー
ション壊食が発生するものとして５０〜７０デシベルの
範囲をＪの帯域に区分し、各区分ｊのパルス高さＰj の
自乗とパルス発生回数ｋj の積算値をｊ（１≦ｊ≦Ｊ）
について加算してキャビテーション強さＩとする。キャ
ビテーション壊食発生の下限値（パルス高さ）は材料に
より相異し、実験的、経験的に決定する。
【００２０】
【数４】
【００２１】上記の衝撃圧試験を試験条件を変更して実
施することにより、キャビテーション強さＩの等高線を
水車の特性曲線上に描くことが可能となる。
施することにより、キャビテーション強さＩの等高線を
水車の特性曲線上に描くことが可能となる。
【００２２】図４はキャビテーション強さＩの等高線を
描いた水車の特性曲線であって、横軸は単位回転速度ｎ
11を、縦軸は単位流量Ｑ11を表す。なおパラメータはガ
イドベーン開度βである。
描いた水車の特性曲線であって、横軸は単位回転速度ｎ
11を、縦軸は単位流量Ｑ11を表す。なおパラメータはガ
イドベーン開度βである。
【００２３】なお、図４はキャビテーション係数σが一
定（例えば０．０７）の場合の特性曲線であって、例え
ばキャビテーション係数σ＝０．０５、０．０７及び
０．０９のそれぞれについて特性曲線を作成することが
できる。
定（例えば０．０７）の場合の特性曲線であって、例え
ばキャビテーション係数σ＝０．０５、０．０７及び
０．０９のそれぞれについて特性曲線を作成することが
できる。
【００２４】ここで、単位回転速度ｎ11、単位流量Ｑ11
及びキャビテーション係数σは［数５］で定義される。
及びキャビテーション係数σは［数５］で定義される。
【００２５】
【数５】
【００２６】即ち、キャビテーション強さＩは単位回転
速度ｎ11、単位流量Ｑ11、及びキャビテーション係数σ
の関数として［数６］で表わすことができる。なお、水
車のガイドベーン開度β及び単位回転速度ｎ11が定まる
と単位流量Ｑ11が決定される。
速度ｎ11、単位流量Ｑ11、及びキャビテーション係数σ
の関数として［数６］で表わすことができる。なお、水
車のガイドベーン開度β及び単位回転速度ｎ11が定まる
と単位流量Ｑ11が決定される。
【００２７】
【数６】
【００２８】［数６］を使用して、キャビテーション強
度を零以下としてキャビテーション壊食を回避するよう
に水車の運転方法をガイドすることが可能となる。
度を零以下としてキャビテーション壊食を回避するよう
に水車の運転方法をガイドすることが可能となる。
【００２９】図５はキャビテーション壊食回避運転方法
ガイドプログラムのフローチャートであって、例えばプ
ログラム記録メディア（例えばＣＤ−ＲＯＭ）に記録さ
れたプログラムをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）にイ
ンストールすることにより、実行可能となる。また、サ
ーバに記憶されているプログラムを通信網（例えば、イ
ンターネット）を介してＰＣに直接ダウンロードしても
よい。
ガイドプログラムのフローチャートであって、例えばプ
ログラム記録メディア（例えばＣＤ−ＲＯＭ）に記録さ
れたプログラムをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）にイ
ンストールすることにより、実行可能となる。また、サ
ーバに記憶されているプログラムを通信網（例えば、イ
ンターネット）を介してＰＣに直接ダウンロードしても
よい。
【００３０】まず、ステップ５０で現在の落差Ｈ、回転
速度ｎ、流量Ｑ、及び吸出し高さＨ s 、大気圧Ｈa 、水
温ｔを読み込む。なお、流量Ｑの代わりにガイドベーン
開度βを読み込んでもよい。これらの値は、センサによ
る計測値をオンラインで読み取ってもよいし、キーボー
ド等の入力装置から入力してもよい。なお、キャビテー
ション係数を算出するための水の飽和蒸気圧力は吸出し
高さＨs 、大気圧Ｈa及び水温ｔから決定される。代表
寸法Ｄは吸出し管出口面積を算出するために必要であり
水車によって定まる一定値であると考えられ、キーボー
ド等の入力装置から初期に入力することが一般的であ
る。
速度ｎ、流量Ｑ、及び吸出し高さＨ s 、大気圧Ｈa 、水
温ｔを読み込む。なお、流量Ｑの代わりにガイドベーン
開度βを読み込んでもよい。これらの値は、センサによ
る計測値をオンラインで読み取ってもよいし、キーボー
ド等の入力装置から入力してもよい。なお、キャビテー
ション係数を算出するための水の飽和蒸気圧力は吸出し
高さＨs 、大気圧Ｈa及び水温ｔから決定される。代表
寸法Ｄは吸出し管出口面積を算出するために必要であり
水車によって定まる一定値であると考えられ、キーボー
ド等の入力装置から初期に入力することが一般的であ
る。
【００３１】ステップ５１において［数５］を使用して
単位回転速度ｎ11、単位流量Ｑ11及びキャビテーション
係数σを算出し、ステップ５２において［数６］を使用
してキャビテーション強さＩを算出する。
単位回転速度ｎ11、単位流量Ｑ11及びキャビテーション
係数σを算出し、ステップ５２において［数６］を使用
してキャビテーション強さＩを算出する。
【００３２】ステップ５３においてキャビテーション強
さＩが許容限度Ｘ以上であり、有害レベルのキャビテー
ション壊食が発生しているかを判定する。
さＩが許容限度Ｘ以上であり、有害レベルのキャビテー
ション壊食が発生しているかを判定する。
【００３３】ステップ５３で肯定判定されたときは、ス
テップ５４に進みガイドベーン開度βを予め定められた
一定量Δβ増加して、ステップ５２に戻る。
テップ５４に進みガイドベーン開度βを予め定められた
一定量Δβ増加して、ステップ５２に戻る。
【００３４】ステップ５３で否定判定されたときは、キ
ャビテーション壊食を回避できるガイドベーン開度βを
出力してこのルーチンを終了する。
ャビテーション壊食を回避できるガイドベーン開度βを
出力してこのルーチンを終了する。
【００３５】キャビテーション強さＩの等高線を加えた
水車の特性曲線を使用して、高キャビテーション強さ領
域を回避しつつ水車を起動することも可能となる。
水車の特性曲線を使用して、高キャビテーション強さ領
域を回避しつつ水車を起動することも可能となる。
【００３６】図６は水車の起動曲線であって、従来の起
動起動曲線（破線）と本発明に係るキャビテーション壊
食回避起動曲線（実線）を比較したものである。
動起動曲線（破線）と本発明に係るキャビテーション壊
食回避起動曲線（実線）を比較したものである。
【００３７】また、図７は従来の起動方法のフローチャ
ートであり、図８はキャビテーション壊食回避起動方法
のフローチャートである。なお、水車の停止状態におい
ては、入口弁１３及びガイドベーン１４はともに全閉状
態にある。
ートであり、図８はキャビテーション壊食回避起動方法
のフローチャートである。なお、水車の停止状態におい
ては、入口弁１３及びガイドベーン１４はともに全閉状
態にある。
【００３８】即ち、従来はステップ７０において入口弁
１３を全開とし、ガイドベーン１４に全落差がかかった
状態となる。
１３を全開とし、ガイドベーン１４に全落差がかかった
状態となる。
【００３９】次にステップ７１において、ガイドベーン
１４を微開して水車を起動し、定格回転速度まで昇速す
ることにより、運転点は原点Ｏから点Ａに移動する。
１４を微開して水車を起動し、定格回転速度まで昇速す
ることにより、運転点は原点Ｏから点Ａに移動する。
【００４０】ステップ７２において水車が定格回転速度
に到達したと判定されたときは、ステップ７３において
水車により駆動される発電機（図示せず）を電力系統に
併入する。その後ステップ７４でガイドベーン１４の開
度を増加して、発電機の出力を所定の発電量にまで増加
することにより、運転点は点Ａから点Ｂに移動する。
に到達したと判定されたときは、ステップ７３において
水車により駆動される発電機（図示せず）を電力系統に
併入する。その後ステップ７４でガイドベーン１４の開
度を増加して、発電機の出力を所定の発電量にまで増加
することにより、運転点は点Ａから点Ｂに移動する。
【００４１】直線ＡＢとキャビテーション強さＩ零の等
高線との交点をＣとすると、運転点がＯ→Ａ→Ｃと移動
する間はキャビテーション強さＩが正であるので、キャ
ビテーション壊食が発生することは防止できない。
高線との交点をＣとすると、運転点がＯ→Ａ→Ｃと移動
する間はキャビテーション強さＩが正であるので、キャ
ビテーション壊食が発生することは防止できない。
【００４２】本発明に係るキャビテーション壊食回避起
動方法にあっては、ステップ８１において、入口弁１３
を微開とする。即ち、この起動方法では全落差の所定割
合を入口弁１３に、残りをガイドベーン１４にかける。
動方法にあっては、ステップ８１において、入口弁１３
を微開とする。即ち、この起動方法では全落差の所定割
合を入口弁１３に、残りをガイドベーン１４にかける。
【００４３】この状態でガイドベーン１４を微開して、
水車を起動して回転速度を定格回転速度まで昇速して、
運転点を原点Ｏから運転点Ａ’に移動させる。
水車を起動して回転速度を定格回転速度まで昇速して、
運転点を原点Ｏから運転点Ａ’に移動させる。
【００４４】次に、ステップ８３で発電機を併入した
後、ステップ８４でガイドベーン１４の開度を増加して
運転点をＡ’からＤに移動させる。
後、ステップ８４でガイドベーン１４の開度を増加して
運転点をＡ’からＤに移動させる。
【００４５】直線Ａ’Ｄとキャビテーション強さＩ零の
等高線との交点をＣ’とすると、ＡＣ≧Ａ’Ｃ’とな
り、キャビテーション強さＩが正である領域を運転曲線
が通過する距離は従来の起動方法に比較して短くなるた
め、キャビテーション壊食量が低減される。
等高線との交点をＣ’とすると、ＡＣ≧Ａ’Ｃ’とな
り、キャビテーション強さＩが正である領域を運転曲線
が通過する距離は従来の起動方法に比較して短くなるた
め、キャビテーション壊食量が低減される。
【００４６】以上は水車の運転ガイド方法について説明
したが、［数６］を使用して水車の運転に伴うキャビテ
ーション壊食量を予測することも可能である。
したが、［数６］を使用して水車の運転に伴うキャビテ
ーション壊食量を予測することも可能である。
【００４７】図９はキャビテーション壊食量評価プログ
ラムのフローチャートであって、例えばプログラム記録
メディア（例えばＣＤ−ＲＯＭ）に記録されたプログラ
ムをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）にインストールす
ることにより、実行可能となる。また、サーバに記憶さ
れているプログラムを通信網（例えば、インターネッ
ト）を介してＰＣにダウンロードしてもよい。
ラムのフローチャートであって、例えばプログラム記録
メディア（例えばＣＤ−ＲＯＭ）に記録されたプログラ
ムをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）にインストールす
ることにより、実行可能となる。また、サーバに記憶さ
れているプログラムを通信網（例えば、インターネッ
ト）を介してＰＣにダウンロードしてもよい。
【００４８】まず、ステップ９０で現在の落差Ｈ、回転
速度ｎ、流量Ｑ、吸出し高さＨs 、大気圧Ｈa 及び水温
ｔを読み込む。なお、流量Ｑの代わりにガイドベーン開
度βを読み込んでもよい。これらの値は、センサによる
計測値をオンラインで読み取ってもよいし、キーボード
等の入力装置から入力してもよい。
速度ｎ、流量Ｑ、吸出し高さＨs 、大気圧Ｈa 及び水温
ｔを読み込む。なお、流量Ｑの代わりにガイドベーン開
度βを読み込んでもよい。これらの値は、センサによる
計測値をオンラインで読み取ってもよいし、キーボード
等の入力装置から入力してもよい。
【００４９】ステップ９１において［数５］を使用して
単位回転速度ｎ11、単位流量Ｑ11を算出し、ステップ９
２において［数６］を使用してキャビテーション強さＩ
を算出する。
単位回転速度ｎ11、単位流量Ｑ11を算出し、ステップ９
２において［数６］を使用してキャビテーション強さＩ
を算出する。
【００５０】次にステップ９３において壊食速度ｖを算
出するが、壊食速度ｖはキャビテーション強さＩに比例
し、ランナの材料の耐キャビテーション強さ代表値Ｍに
反比例する値であって、［数７］で定義される。
出するが、壊食速度ｖはキャビテーション強さＩに比例
し、ランナの材料の耐キャビテーション強さ代表値Ｍに
反比例する値であって、［数７］で定義される。
【００５１】
【数７】
【００５２】ステップ９４で壊食速度ｖに評価時間Ｔを
乗じて評価時間内の壊食量ｉを算出し、ステップ９５で
前評価時間までの積算壊食量ｉt に今回の評価時間にお
ける壊食量ｉを加算して積算壊食量ｉt を更新してこの
ルーチンを終了する。
乗じて評価時間内の壊食量ｉを算出し、ステップ９５で
前評価時間までの積算壊食量ｉt に今回の評価時間にお
ける壊食量ｉを加算して積算壊食量ｉt を更新してこの
ルーチンを終了する。
【００５３】以上においては、水車の実機、相似模型、
又は類似模型による衝撃試験に基いてキャビテーション
壊食量のデータベースを作成しているので、仕様、特に
比速度ｎs が異なる水車については改めて衝撃試験を実
行することが必要となり、経済的負担が増大する。
又は類似模型による衝撃試験に基いてキャビテーション
壊食量のデータベースを作成しているので、仕様、特に
比速度ｎs が異なる水車については改めて衝撃試験を実
行することが必要となり、経済的負担が増大する。
【００５４】この課題を解決するために、データベース
を比速度ｎs を考慮して一般化することにより、実際に
衝撃試験を実施していない水車についても一般化データ
ベースを使用してキャビテーション壊食量を評価するこ
とが可能となる。
を比速度ｎs を考慮して一般化することにより、実際に
衝撃試験を実施していない水車についても一般化データ
ベースを使用してキャビテーション壊食量を評価するこ
とが可能となる。
【００５５】なお、比速度ｎs は［数８］で定義され、
水車のランナ形状を表すパラメータである。
水車のランナ形状を表すパラメータである。
【００５６】
【数８】
【００５７】図１０は一般化データベース作成方法のフ
ローチャートであって、ステップ１００で衝撃試験に基
いて作成されたデータベースの比速度ｎs を設定する。
ローチャートであって、ステップ１００で衝撃試験に基
いて作成されたデータベースの比速度ｎs を設定する。
【００５８】ステップ１０１で、単位回転速度ｎ11及び
単位流量Ｑ11をそれぞれ最高効率点における単位回転速
度ｎ11ηmax及び単位流量Ｑ11ηmaxで正規化して、比単
位速度ｎ11 * 及び比単位流量Ｑ11 *を算出する。さら
に、キャビテーション係数σを臨界キャビテーション係
数σc で正規化して比キャビテーション係数σ* を算出
する。
単位流量Ｑ11をそれぞれ最高効率点における単位回転速
度ｎ11ηmax及び単位流量Ｑ11ηmaxで正規化して、比単
位速度ｎ11 * 及び比単位流量Ｑ11 *を算出する。さら
に、キャビテーション係数σを臨界キャビテーション係
数σc で正規化して比キャビテーション係数σ* を算出
する。
【００５９】次に、ステップ１０２でキャビテーション
強さＩ及び比速度ｎs から［数９］に基いて一般化キャ
ビテーション強さＩ* を算出する。但し、［数９］は比
速度ｎs に対する一般化式の一例である。
強さＩ及び比速度ｎs から［数９］に基いて一般化キャ
ビテーション強さＩ* を算出する。但し、［数９］は比
速度ｎs に対する一般化式の一例である。
【００６０】
【数９】
【００６１】ステップ１０３で全ての比速度ｎs につい
て処理が完了したかを判定し、否定判定されたときはス
テップ１００に戻って次の比速度ｎs について処理を実
行する。
て処理が完了したかを判定し、否定判定されたときはス
テップ１００に戻って次の比速度ｎs について処理を実
行する。
【００６２】ステップ１０３で肯定判定されたときは、
ステップ１０４に進みばらつきの修正を行う。
ステップ１０４に進みばらつきの修正を行う。
【００６３】即ち、上述の処理を施すと比単位回転速度
ｎ11 * 、比単位流量Ｑ11 * 及び比キャビテーション係数
σ* が同値であれば本来は比速度ｎs に係らず一般化キ
ャビテーション強さＩ* は同値となるはずであるが、実
際には多少のばらつきが発生する。そこでばらつきの平
均値又は中央値を改めて一般化キャビテーション強さＩ
* に設定してばらつきを修正する。
ｎ11 * 、比単位流量Ｑ11 * 及び比キャビテーション係数
σ* が同値であれば本来は比速度ｎs に係らず一般化キ
ャビテーション強さＩ* は同値となるはずであるが、実
際には多少のばらつきが発生する。そこでばらつきの平
均値又は中央値を改めて一般化キャビテーション強さＩ
* に設定してばらつきを修正する。
【００６４】上記の一般化キャビテーション強さＩ* の
実際の適用にあたっては、比キャビテーション係数σ*
が“１”のデータを使用して一般化キャビテーション強
さＩ * を求め、［数１０］を使用してキャビテーション
係数の補正を行う方法が有効である。
実際の適用にあたっては、比キャビテーション係数σ*
が“１”のデータを使用して一般化キャビテーション強
さＩ * を求め、［数１０］を使用してキャビテーション
係数の補正を行う方法が有効である。
【００６５】
【数１０】
【００６６】例えば比速度１００及び３００の水車の試
験データを使用して一般化キャビテーション強さを作成
しておけば、未試験の比速度２００の水車についても特
定の運転状態におけるキャビテーション強さを推定する
ことが可能となる。
験データを使用して一般化キャビテーション強さを作成
しておけば、未試験の比速度２００の水車についても特
定の運転状態におけるキャビテーション強さを推定する
ことが可能となる。
【００６７】
【発明の効果】第１の発明に係る水車又はポンプ水車の
キャビテーション壊食回避運転方法によれば、キャビテ
ーション強さが特定レベル以下となる運転条件を探索し
ながら水車又はポンプ水車を運転することによりキャビ
テーション壊食を大幅に低減することが可能となる。
キャビテーション壊食回避運転方法によれば、キャビテ
ーション強さが特定レベル以下となる運転条件を探索し
ながら水車又はポンプ水車を運転することによりキャビ
テーション壊食を大幅に低減することが可能となる。
【００６８】第２の発明に係る水車又はポンプ水車のキ
ャビテーション壊食量推定方法によれば、その運転状態
におけるキャビテーション強さを算出することによりキ
ャビテーション壊食量を評価し、補修時期を確実に把握
することが可能となる。
ャビテーション壊食量推定方法によれば、その運転状態
におけるキャビテーション強さを算出することによりキ
ャビテーション壊食量を評価し、補修時期を確実に把握
することが可能となる。
【００６９】なお本推定方法は新設プラントに対してだ
けでなく、既設プラントに対しても適用可能であること
はいうまでもない。
けでなく、既設プラントに対しても適用可能であること
はいうまでもない。
【図１】水力発電所の概略断面図である。
【図２】衝撃圧試験の計測設備の構成図である。
【図３】衝撃試験結果の一例を示すグラフである。
【図４】キャビテーション強さＩの等高線を描いた水車
の特性曲線である。
の特性曲線である。
【図５】キャビテーション壊食回避運転方法ガイドプロ
グラムのフローチャートである。
グラムのフローチャートである。
【図６】水車の起動曲線である。
【図７】従来の起動方法のフローチャートである。
【図８】キャビテーション壊食回避起動方法のフローチ
ャートである。
ャートである。
【図９】キャビテーション壊食量評価プログラムのフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図１０】一般化データベースの作成方法のフローチャ
ートである。
ートである。
１１…貯水池
１２…水圧管路
１３…入口弁
１４…ガイドベーン
１５…水車
１６…放水路
１７…放水池
１８…水車ランナ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小室 隆信
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 北ノ原 良彦
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 石黒 友希夫
東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開
発株式会社内
(72)発明者 村上 学
東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開
発株式会社内
Ｆターム(参考） 3H072 AA02 AA17 AA27 BB09 BB20
CC25 CC42 CC71 CC78
3H073 AA02 AA12 AA26 BB39 CC02
CC05 CC06 CC12 CC18 CC20
CD03 CE09 CE27
Claims (18)
- 【請求項１】 水車又はポンプ水車の実際の運転状態に
おける状態量を取得する運転状態量取得段階と、 運転状態量の関数であるキャビテーション強さ関数を使
用して前記運転状態量取得段階で取得された運転状態量
に対応するキャビテーション強さを算出するキャビテー
ション強さ算出段階と、 前記キャビテーション強さ算出段階で算出されたキャビ
テーション強さが正であるときには、キャビテーション
強さを特定レベル以下とする新運転状態量を決定する新
運転状態量決定段階を有する水車又はポンプ水車のキャ
ビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項２】 前記キャビテーション強さ関数が、水車
又はポンプ水車の実機、相似模型又は類似模型を使用し
た試験に基いて決定される請求項１に記載の水車又はポ
ンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項３】 前記キャビテーション強さ関数が、前記
水車又はポンプ水車の実機、相似模型又は類似模型のラ
ンナ又は流水部表面に加わる衝撃力の時間波形に基づい
て決定される請求項２に記載の水車又はポンプ水車のキ
ャビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項４】 前記キャビテーション強さ関数が、衝撃
力の大きさ及び回数に基づいて［数１］により決定され
る請求項３に記載の水車又はポンプ水車のキャビテーシ
ョン壊食回避運転方法。 【数１】 - 【請求項５】 前記水車又はポンプ水車の実機、相似模
型又は類似模型のランナ又は流水部表面に加わる衝撃力
の大きさを水中マイクロフォンで検出される水中雑音に
基づき推定する請求項３又は４に記載の水車又はポンプ
水車のキャビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項６】 前記水車又はポンプ水車の実機、相似模
型又は類似模型のランナに加わる衝撃力の大きさを外殻
構造表面に取り付けたＡＥセンサで検出されるＡＥ雑音
に基づき推定する請求項３又は４に記載の水車又はポン
プ水車のキャビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項７】 前記キャビテーション強さ関数が、複数
の水車又はポンプ水車の試験データを比速度で修正した
一般化キャビテーション関数である請求項１に記載の水
車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方
法。 - 【請求項８】 前記新運転状態量決定段階が、水車又は
ポンプ水車によって駆動される発電機が併入されている
ときに、キャビテーション強さを特定レベル以下とする
ガイドベーン開度を決定するものである請求項１から７
のいずれか一項に記載の水車又はポンプ水車のキャビテ
ーション壊食回避運転方法。 - 【請求項９】 前記新運転状態量決定段階が、 前記水車又はポンプ水車の昇速中は、前記キャビテーシ
ョン強さ算出段階で算出されたキャビテーション強さを
低減する入口弁開度を決定する入口弁開度決定段階と、 前記水車又はポンプ水車が定格回転数に到達して発電機
併入後は、前記キャビテーション強さ算出段階で算出さ
れたキャビテーション強さを低減するガイドベーン開度
を決定するガイドベーン開度決定段階と、 前記入口弁開度決定段階で決定された入口弁開度を保持
した状態で前記キャビテーション強さ算出段階で算出さ
れたキャビテーション強さが特定レベル以下となるまで
は前記ガイドベーン開度を増加することにより発電機出
力を増加する第一の発電機出力増加段階と、 前記第一の発電機出力増加段階の完了後、前記入口弁を
全開とした後は、前記ガイドベーンの開度を増加するこ
とにより発電機出力を増加する第二の発電機出力増加段
階を有する請求項８に記載の水車又はポンプ水車のキャ
ビテーション壊食回避運転方法。 - 【請求項１０】 水車又はポンプ水車の実際の運転状態
における状態量を取得する運転状態取得段階と、 運転状態量の関数であるキャビテーション強さ関数を使
用して前記運転状態量取得段階で取得された運転状態量
に対応するキャビテーション強さを算出するキャビテー
ション強さ算出段階と、 前記キャビテーション強さ算出段階で算出されたキャビ
テーション強さに基づいてキャビテーション壊食速度を
算出するキャビテーション壊食速度算出段階と、 前記キャビテーション壊食速度算出段階で算出されたキ
ャビテーション壊食速度に評価時間を乗算してキャビテ
ーション壊食量を算出するキャビテーション壊食量算出
段階と、 前記キャビテーション壊食量算出段階で算出されたキャ
ビテーション壊食量を前評価時間までの積算壊食量に加
算して積算壊食量を更新する積算壊食量更新段階を有す
る水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食量推定方
法。 - 【請求項１１】 前記キャビテーション強さ関数が、水
車又はポンプ水車の実機、相似模型又は類似模型を使用
した試験に基いて決定される請求項１０に記載の水車又
はポンプ水車のキャビテーション壊食量推定方法。 - 【請求項１２】 キャビテーション強さ関数が、所定時
間内に前記水車又はポンプ水車のランナ又は流水部表面
に加わる衝撃力の大きさ及び回数に基づいて決定される
請求項１１に記載の水車又はポンプ水車のキャビテーシ
ョン壊食量推定方法。 - 【請求項１３】 キャビテーション強さ関数が、［数
２］に基づいて決定される請求項１１に記載の水車又は
ポンプ水車のキャビテーション壊食量推定方法。 【数２】 - 【請求項１４】 水車又はポンプ水車の実機、相似模型
又は類似模型のランナに加わる衝撃力の大きさを水中マ
イクロフォンで検出される水中雑音に基づき推定する請
求項１２又は１３に記載の水車又はポンプ水車のキャビ
テーション壊食量推定方法。 - 【請求項１５】 水車又はポンプ水車の実機、相似模型
又は類似模型のランナに加わる衝撃力の大きさをランナ
に取り付けたＡＥセンサで検出されるＡＥ雑音に基づき
推定する請求項１２又は１３に記載の水車又はポンプ水
車のキャビテーション壊食量推定方法。 - 【請求項１６】 前記キャビテーション強さ関数が、複
数の水車又はポンプ水車の試験データを比速度で修正し
た一般化キャビテーション関数である請求項１０に記載
の水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食量推定方
法。 - 【請求項１７】 前記キャビテーション壊食速度算出段
階が、［数３］に基づいてキャビテーション壊食速度を
算出する請求項１０から１６のいずれか一項に記載の水
車又はポンプ水車のキャビテーション壊食量推定方法。 【数３】 - 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか一項に記
載の方法を実行するコンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072599A JP2003269313A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法及びキャビテーション壊食量推定方法並びにそのプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072599A JP2003269313A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法及びキャビテーション壊食量推定方法並びにそのプログラム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269313A true JP2003269313A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29202553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002072599A Pending JP2003269313A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 水車又はポンプ水車のキャビテーション壊食回避運転方法及びキャビテーション壊食量推定方法並びにそのプログラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003269313A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007327455A (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 流体機械のキャビテーション壊食量の予測方法及びその予測システム |
| KR100876506B1 (ko) | 2007-08-08 | 2008-12-31 | 현대중공업 주식회사 | 부분 날개 부분 날개모형을 이용한 선박용 프로펠러공동현상에 의한 침식평가방법 |
| JP2012528262A (ja) * | 2009-05-27 | 2012-11-12 | 南京星▲飛▼冷却▲設▼▲備▼有限公司 | ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナ |
| JP2012528261A (ja) * | 2009-05-27 | 2012-11-12 | 南京星▲飛▼冷却▲設▼▲備▼有限公司 | ハイドロダイナミック式の省エネ冷却タワーに応用される直連結低速小型混流式水車 |
| WO2013125463A2 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 国立大学法人東北大学 | キャビテーション噴流能力推定システム |
| JP2018040595A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社東芝 | 水力機械の壊食予測装置および予測方法 |
| CN114718793A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-08 | 西安理工大学 | 贯流式水轮机空化状态识别方法 |
| CN115370522A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-22 | 中国长江电力股份有限公司 | 在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法 |
-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002072599A patent/JP2003269313A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007327455A (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 流体機械のキャビテーション壊食量の予測方法及びその予測システム |
| KR100876506B1 (ko) | 2007-08-08 | 2008-12-31 | 현대중공업 주식회사 | 부분 날개 부분 날개모형을 이용한 선박용 프로펠러공동현상에 의한 침식평가방법 |
| JP2012528262A (ja) * | 2009-05-27 | 2012-11-12 | 南京星▲飛▼冷却▲設▼▲備▼有限公司 | ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナ |
| JP2012528261A (ja) * | 2009-05-27 | 2012-11-12 | 南京星▲飛▼冷却▲設▼▲備▼有限公司 | ハイドロダイナミック式の省エネ冷却タワーに応用される直連結低速小型混流式水車 |
| WO2013125463A2 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 国立大学法人東北大学 | キャビテーション噴流能力推定システム |
| WO2013125463A3 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-10-17 | 国立大学法人東北大学 | キャビテーション噴流能力推定システム |
| JPWO2013125463A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2015-07-30 | 国立大学法人東北大学 | キャビテーション噴流能力推定システム |
| JP2018040595A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社東芝 | 水力機械の壊食予測装置および予測方法 |
| CN114718793A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-08 | 西安理工大学 | 贯流式水轮机空化状态识别方法 |
| CN114718793B (zh) * | 2022-04-22 | 2024-02-06 | 西安理工大学 | 贯流式水轮机空化状态识别方法 |
| CN115370522A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-22 | 中国长江电力股份有限公司 | 在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法 |
| CN115370522B (zh) * | 2022-09-09 | 2024-03-29 | 中国长江电力股份有限公司 | 在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法 |
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