JP2005201132A

JP2005201132A - 圧油装置および入口弁制御装置

Info

Publication number: JP2005201132A
Application number: JP2004007562A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Okada; 智孝岡田
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】圧油タンクの油面検出方式に超音波方式の油面検出方式を用いても、極めて信頼性の高い圧油装置とそれを用いた入口弁制御装置を提供すること。
【解決手段】圧油タンク１に、圧油タンク液面検出器４として、圧油タンク１の油面のレベルを検出する手段４ａ〜４ｄと油面の油圧を検出する手段５ａ、５ｂとを併置して設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、水力発電所に設置され、発電機等を回転駆動する水車を制御するための油圧式の圧油装置と、それを用いた入口弁の制御装置に関する。

水力発電所に設置される発電用水車は、水圧管路より導入される流水によりその羽根車に回転力が与えられ、この羽根車に発電機を直結して発電機を回転駆動し発電するように構成されている。

ところで、水圧管路より水車内に流水を導入する際、流水は、水圧管路より直接に水車内に導入されるものではなく、通常、水圧管路の末端と水車の入口とを接続する接続管との間に設けられる入口弁を介して導入される。

すなわち、水車の入口弁は、水車の上流側に設けられる制水弁であって、ちょう形弁・ロータリ弁・スルース弁等があり、水車の停止中には全閉され、水車停止中の漏水を少なくし、さらに、水車のガイドベーンまたはニードルの摩耗の防止を主目的として設置される。また万一、ガイドベーンまたはニードルが閉鎖不能になったときのバックアップ用として使用される。

また、流水遮断が可能な入口弁の作用は、水力発電所において、水車内部の点検を行なうときにも機能する。すなわち、止水、水車の停止時における漏水量の低減、あるいはガイドベーンのサーボモータが故障しても、水車を安全に停止させる等の目的で、入口弁を閉めることにより、水車への流水を遮断することができるようにしている。

図３は、入口弁の開閉制御の一例を示す説明図である。入口弁の開閉制御は油圧式で、圧油タンク４１とそれに配管により接続された圧油ポンプ４２から供給される操作圧油の作用によりおこなわれる。操作圧油は、圧油ポンプ４２と圧油タンク給気弁４３の制御により制御がおこなわれている。

図３において、圧油ポンプ４２は圧油タンク４３に配管により接続されている。圧油タンク４３の内部には、超音波式の圧油タンク油面検出器４４が設けられている。この圧油タンク油面検出器４４は、油面の液位（油面レベル）に対応した４個の油面検出器４４ａ〜４４ｄを備えている。それらは、油面の油面レベルが４５０ｍｍ以下でＯＮに作動する下限警報検出器４４ａ、油面の油面レベルが７５０ｍｍ以下でＯＮに作動する規定油面下限検出器４４ｂ、油面の油面レベルが７８５ｍｍ以上でＯＮに作動する規定油面上限検出器４４ｃ、および、油面の油面レベルが８４６ｍｍ以上でＯＮに作動する油面上昇警報検出器４４ｄである。また、各油面検出器４４ａ〜４４ｄにはそれぞれ検出確認タイマ４７、４８、４９、５０が直列に接続されている。それらの直列回路には並列にそれぞれ圧油ポンプ起動条件検出リレー５１と圧油タンク給気弁開条件検出リレー５２とが接続されている。圧油ポンプ起動条件検出リレー５１は、所定の条件で圧油ポンプ４２を起動させる接点を開閉して、圧油ポンプ４２を制御している。同様に、圧油タンク給気弁開条件検出リレー５２は、所定の条件に応じて圧油タンク給気弁開条件検出リレー５２に並列に接続されている圧油タンク給気弁４３を制御している。

すなわち、入口弁を開閉するための圧油ポンプ４２の制御は、油面が各油面検出器４４ａ〜４４ｄによる検出より、規定値下限油面検出器４４ｂで検出された際には、圧油ポンプ４２を起動し、一方、油面が規定値油面上限検出器４４ｃにて検出された際には、圧油ポンプ４２を停止し、それに応じて圧油タンク給気弁４３の制御を行っている。

なお、上述のように、圧油タンクの油面検出方式は、従来から多く普及されている機械的なフロート式のリミットスイッチに替わり、超音波式の油面検出器が使用される様になってきている。

上述のように、近年、圧油タンクの油面検出方式が、今まで多く普及されている機械的なフロート式のリミットスイッチに代わり、超音波式の油面検出器が使用される様になってきている。

しかしながら、超音波式の油面検出器は、通常の使用では、特に異常検出が頻発するような不具合が生じている状態ではないが、まだ年式も浅く使用実績が少ないため、発電プラントの制御として使用する部品としては信頼度を十分に得ている製品とは言えず、故障する可能性も持ち合わせているといわれているのが実状である。

本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、圧油タンクの油面検出方式に超音波方式の油面検出方式を用いても、極めて信頼性の高い圧油装置とそれを用いた入口弁制御装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、圧油ポンプに接続された圧油タンクの圧油が、被制御体に対して作動圧油として作動する圧油装置であって、
前記圧油タンクには圧油タンク液面検出器として、該圧油タンクの油面のレベルを検出する手段と該油面の油圧を検出する手段とが併置されていることを特徴とする圧油装置である。

また本発明によれば、前記圧油タンク液面検出器は、発電機器に設けられた入口弁が動作中には油面の前記油圧を検出する手段を用い、前記入口弁が作動していないときは前記油面のレベルを検出する手段を用いるように切替ていることを特徴とする圧油装置である。

また本発明によれば、前記油圧を検出する手段には油圧検出のバックアップとして、前記入口弁の動作中あるいは不動作時にのそれぞれに規定値以上の油圧を検出した際は、前記圧油ポンプを停止する保護回路が設けられていることを特徴とする圧油装置である。

また本発明によれば、圧油装置を構成している圧油ポンプに接続された圧油タンクの圧油が作動圧油として作動することにより、発電機器の水車を制御するための入口弁の開閉制御をおこなう入口弁制御装置であって、
前記圧油装置の前記圧油タンクには圧油タンク液面検出器として、該圧油タンクの油面のレベルを検出する手段と該油面の油圧を検出する手段とが併置されていることを特徴とする入口弁制御装置である。

また本発明によれば、前記圧油タンク液面検出器は、発電機器に設けられた入口弁が動作中には油面の前記油圧を検出する手段を用い、前記入口弁が作動していないときは前記油面のレベルを検出する手段を用いるように切替手段が設けられていることを特徴とする入口弁制御装置である。

また本発明によれば、前記油圧を検出する手段には油圧検出のバックアップとして、前記入口弁の動作中あるいは不動作時にのそれぞれに規定値以上の油圧を検出した際は、前記圧油ポンプを停止する保護回路が設けられていることを特徴とする入口弁制御装置である。

本発明によれば、圧油タンクの油面検出方式に超音波方式の油面検出方式を用いても、極めて信頼性の高い圧油装置と、それを用いた入口弁制御装置とを実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

本発明は、水力発電所に設置される発電用水車の油圧式の入口弁の制御（被制御体）を、圧油タンクとそれに連動した圧油ポンプから供給される操作圧油の作用によりおこなう際に、圧油タンクの油面検出方式に超音波方式の油面検出方式を用いても、極めて信頼性の高い圧油ポンブの制御方式について様々な考察を行ってきた成果である。

様々な考察の結果、図１のグラフを示すような原理の結論を見出した。すなわち、圧油タンク（後述する）内のある油面レベルＬに対応した油圧Ｐは、通常の状態で圧油ポンプ（後述する）を起動により加圧していると仮定すると、図１のグラフを示すような相関関係が成立する。それにより、圧油ポンプの能力上の油圧値を求めることができる。

例えば、７５０ｍｍから７８５ｍｍの油面レベルの間で、入口弁を制御する圧油ポンプを制御させたいのであれば、油面レベルＬと油圧Ｐとの関係は、図１に示したグラフの相関関係により、６．５７ＭＰａから６．８６ＭＰａの油圧の間で、圧油ポンプを制御するのと同じである。したがって、油圧Ｐを検出すれば、その検出結果にもとづいて圧油ポンプを制御することができる。なお、圧油タンク給気弁（後述する）は圧油ポンプの作動に応じて制御される。

通常、油圧Ｐを検出して管理する圧力継電器は機械的な構造のもので、これまでの種々の実績からも信頼性は非常に高いものである。したがって、圧油タンク内の油圧Ｐを管理することにより、高精度で信頼性の高い入口弁の制御をおこなうことができる。

次に、上述の知見に基づいて油圧を検出して、その検出結果によって圧油ポンプと圧油タンク給気弁を制御する入口弁の開閉制御装置について説明する。

図２は、圧油装置と、それを用いて入口弁の開閉制御をおこなう入口弁制御装置の一例を示す説明図である。入口弁（不図示）の油圧式の開閉制御の基本動作は、圧油タンク１とそれに配管により接続された圧油ポンプ２から供給される操作圧油の作用によりおこなわれる。操作圧油は、圧油ポンプ２と圧油タンク給気弁３の制御によりおこなわれている。

図２において、圧油ポンプ２は圧油タンク１に配管により接続されている。圧油タンク１の内部には、超音波式の圧油タンク油面検出器４が設けられている。この圧油タンク油面検出器４は、油面の液位（油面レベル）に対応した４個の油面検出器（油面のレベルを検出する手段、および、油圧を検出する手段）を備えている。それらは、油面の油面レベルが４５０ｍｍ以下でＯＮに作動する下限警報検出器４ａ、油面の油面レベルが７５０ｍｍ以下でＯＮに作動する規定油面下限検出器４ｂ、油面の油面レベルが７８５ｍｍ以上でＯＮに作動する規定油面上限検出器４ｃ、および、油面の油面レベルが８４６ｍｍ以上でＯＮに作動する油面上昇警報検出器４ｄである。

また、規定油面下限検出器４ｂと規定油面上限検出器４ｃとには、それぞれに並列に油圧検出器５ｂ、５ｃが設けられ、さらに、規定油面上限検出器４ｃには並列に保護回路として油圧制御油圧上限インターロック回路６が設けられている。

また、各検出器４ａ〜４ｄ、５ｂ、５ｃにはそれぞれに対応した検出確認タイマ７、８、９、１０が直列に接続されている。この直列に接続された回路に並列に、圧油ポンプ起動条件検出リレー１１と圧油タンク給気弁開条件検出リレー１２とが接続されている。圧油ポンプ起動条件検出リレー１１は、所定の条件で圧油ポンプ２を起動させる接点を開閉して圧油ポンプ２を制御している。同様に、圧油タンク給気弁開条件検出リレー１２は、所定の条件に応じて、圧油タンク給気弁開条件検出リレー１２に並列に接続された圧油タンク給気弁３を制御している。

すなわち、入口弁を開閉するための圧油ポンプ２の制御は、入口弁の動作状態に応じて、各油面検出器４ａ〜４ｄおよび油圧検出器５ｂ、５ｃによる検出結果により、規定値下限油面検出器４ｂおよびそれに並列に設けられている油圧検出器５ｂにより検出された際には、圧油ポンプ２を起動し、一方、規定値油面上限検出器４ｃおよびそれに並列に設けられている油圧検出器５ｃにて検出された際には、圧油ポンプ２を停止し、それに応じて圧油タンク給気弁３の制御を行っている。

なお、油圧制御油圧上限インターロック回路６は、油圧検出のバックアップとして設けられたもので、入口弁の動作中、不動作時に関係無く、規定値以上の油圧を検出した際は、圧油ポンプ２を停止する回路であり、それにより装置全体の安全性を高めている。

また、圧油タンク給気弁３に並列に、油圧制御用圧力継電器１３と油面制御条件検出リレー１４との直列回路が接続されている。さらに、圧油タンク給気弁３には並列に、入口弁の動作中の状態を検出する回路である入口弁動作中条件検出リレー１５（切替手段）が接続されている。

これらの構成により、入口弁の動作中は、規定油面下限検出器４ｂと規定油面上限検出器４ｃに、それぞれに並列に接続された油圧検出器５ｂ、５ｃとにより油圧を検出する。この油圧検出器５ｂ、５ｃは油圧制御用圧力継電器１３へ検出結果の信号を送る。

一方、入口弁の不動作時には、圧油タンク１の油面レベルも安定しているため、検出確認タイマ７、８、９、１０により油面検出による圧油ポンプ２の制御を行なう。入口弁の動作時に入口弁動作中条件検出リレー１５によって、油面検出から油圧検出に切換えて圧油ポンプ２を制御する。

入口弁の動作が終了すると、また、油面検出に切換え制御する。

なお、油圧制御用圧力継電器１３以外に、油圧検出のバックアップとして油圧制御油圧上限インターロック回路６が保護回路として設けられており、入口弁の動作中、不動作時に関係無く、規定以上の油圧値を検出し、異常時にはそれに応じて圧油ポンプ２を停止することで装置全体の動作の安全性を高めている。

上述の実施の形態では、水力発電所に設置される発電用水車の入口弁の制御について説明したが、同じく水力発電設備である調速機圧油ポンプの制御にも同様に利用することが可能である。

本発明の原理を説明するグラフ。本発明の圧油装置と、それを用いた入口弁制御装置の一例を示す説明図。従来の圧油装置と、それを用いた入口弁制御装置の一例を示す説明図。

符号の説明

１…圧油タンク、２…圧油ポンプ、３…圧油タンク給気弁、４…圧油タンク油面検出器、４ａ…下限警報検出器、４ｂ…規定油面下限検出器、４ｃ…規定油面上限検出器、４ｄ…油面上昇警報検出器、５ａ…油圧検出器、５ｂ…油圧検出器、６…油圧制御油圧上限インターロック回路、７…検出確認タイマ、８…検出確認タイマ、９…検出確認タイマ、１０…検出確認タイマ、１１…圧油ポンプ起動条件検出リレー、１２…圧油タンク給気弁開条件検出リレー、１３…油圧制御用圧力継電器、１４…油面制御条件検出リレー、１５…入口弁動作中条件検出リレー

Claims

圧油ポンプに接続された圧油タンクの圧油が、被制御体に対して作動圧油として作動する圧油装置であって、
前記圧油タンクには圧油タンク液面検出器として、該圧油タンクの油面のレベルを検出する手段と該油面の油圧を検出する手段とが併置されていることを特徴とする圧油装置。
前記圧油タンク液面検出器は、発電機器に設けられた入口弁が動作中には油面の前記油圧を検出する手段を用い、前記入口弁が作動していないときは前記油面のレベルを検出する手段を用いるように切替ていることを特徴とする請求項１記載の圧油装置。
前記油圧を検出する手段には油圧検出のバックアップとして、前記入口弁の動作中あるいは不動作時にそれぞれに規定値以上の油圧を検出した際は、前記圧油ポンプを停止する保護回路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧油装置。
圧油装置を構成している圧油ポンプに接続された圧油タンクの圧油が作動圧油として作動することにより、発電機器の水車を制御するための入口弁の開閉制御をおこなう入口弁制御装置であって、
前記圧油装置の前記圧油タンクには圧油タンク液面検出器として、該圧油タンクの油面のレベルを検出する手段と該油面の油圧を検出する手段とが併置されていることを特徴とする入口弁制御装置。
前記圧油タンク液面検出器は、発電機器に設けられた入口弁が動作中には油面の前記油圧を検出する手段を用い、前記入口弁が作動していないときは前記油面のレベルを検出する手段を用いるように切替手段が設けられていることを特徴とする請求項４記載の入口弁制御装置。
前記油圧を検出する手段には油圧検出のバックアップとして、前記入口弁の動作中あるいは不動作時にそれぞれに規定値以上の油圧を検出した際は、前記圧油ポンプを停止する保護回路が設けられていることを特徴とする請求項４記載の入口弁制御装置。