JP2022012307A - Cavitation generation position estimation system, hydraulic machine, and cavitation generation position estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態は、キャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a cavitation generation position estimation system, a hydraulic machine, and a cavitation generation position estimation method.
水力機械の一例として、フランシス水車が知られている。フランシス水車の水車運転時においては、上池から水圧鉄管を通って渦巻状のケーシングに水が流入し、ケーシングに流入した水は、ケーシングからステーベーンおよびガイドベーンを通ってランナに流入する。このランナへ流入する水によってランナが回転駆動され、ランナに主軸を介して連結された発電機が駆動され、発電が行われる。その後、水はランナから流出し、吸出し管を通って下池または放水路へ放出される。 The Francis turbine is known as an example of a hydraulic machine. During operation of the Francis turbine, water flows from the upper pond through the penstock into the spiral casing, and the water flowing into the casing flows from the casing through the stay vanes and guide vanes into the runner. The water flowing into the runner drives the runner to rotate, and the generator connected to the runner via the main shaft is driven to generate electricity. The water then drains from the runner and is discharged through the suction pipe to the lower pond or flood bypass.
このようなフランシス水車の運転時において、ランナに流入する水の流速の変化等によって、ランナ内部の圧力が低下し、キャビテーションが発生する場合がある。キャビテーションは、振動、騒音の発生に加え、ランナ羽根を壊食し、水力機械の寿命を短命化させるおそれがある。 During the operation of such a Francis turbine, the pressure inside the runner may decrease due to a change in the flow velocity of the water flowing into the runner, and cavitation may occur. In addition to generating vibration and noise, cavitation may erode the runner blades and shorten the life of hydraulic machinery.
このようなキャビテーションの問題に対処するためには、ランナ内におけるキャビテーションの発生位置を特定することが重要である。 In order to deal with such cavitation problems, it is important to identify the location of cavitation in the runner.
しかしながら、キャビテーションの発生位置は製品開発時の試験等においてはある程度予測はできるものの、ランナ羽根の表面粗さ等の影響も受けるため、実際の実機の運転時においてはキャビテーションの発生位置を推定することは困難であった。 However, although the position where cavitation occurs can be predicted to some extent in tests during product development, it is also affected by the surface roughness of the runner blades, so the position where cavitation occurs should be estimated during actual operation of the actual machine. Was difficult.
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、実機の運転時におけるキャビテーションの発生位置を推定することができるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and provides a cavitation generation position estimation system, a hydraulic machine, and a cavitation generation position estimation method capable of estimating the cavitation generation position during operation of an actual machine. The purpose is.
実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システムは、複数のランナ羽根を有する水力機械のランナ内で発生するキャビテーションの位置を推定するシステムである。キャビテーション発生位置推定システムは、ランナの回転位相を検出する回転位相検出器と、ランナが所定の回転位相に位置するときに、ランナ羽根の圧力面および負圧面のいずれかで発生する一のキャビテーションの音波を検出可能な第１センサおよび第２センサと、キャビテーションの発生位置を算出する発生位置算出装置と、を備えている。発生位置算出装置は、ランナが所定の回転位相に位置するときに、ランナ羽根の基準位置から発生する音波が第１センサで検出されるまでの時間である第１基準時間と、ランナ羽根の基準位置から発生する音波が第２センサで検出されるまでの時間である第２基準時間と、を記憶している。発生位置算出装置は、ランナが所定の回転位相に位置してからキャビテーションの音波が第１センサで検出されるまでの時間である第１検出時間と第１基準時間との第１時間差と、ランナが所定の回転位相に位置してから当該キャビテーションの音波が第２センサで検出されるまでの時間である第２検出時間と第２基準時間との第２時間差と、に基づいて、キャビテーションの発生位置を算出する。 The cavitation generation position estimation system according to the embodiment is a system for estimating the position of cavitation generated in the runner of a hydraulic machine having a plurality of runner blades. The cavitation generation position estimation system is a rotation phase detector that detects the rotation phase of the runner, and one cavitation that occurs on either the pressure surface or the negative pressure surface of the runner blade when the runner is located in a predetermined rotation phase. It includes a first sensor and a second sensor capable of detecting sound waves, and a generation position calculation device for calculating a cavitation generation position. The generation position calculation device has a first reference time, which is the time until the sound wave generated from the reference position of the runner blade is detected by the first sensor when the runner is in a predetermined rotation phase, and a reference of the runner blade. The second reference time, which is the time until the sound wave generated from the position is detected by the second sensor, is stored. The generation position calculation device includes a first time difference between the first detection time and the first reference time, which is the time from when the runner is positioned in a predetermined rotation phase until the cavitation sound wave is detected by the first sensor, and the runner. Occurrence of cavitation based on the second time difference between the second detection time and the second reference time, which is the time from when is positioned in a predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the second sensor. Calculate the position.
また、実施の形態による水力機械は、複数のランナ羽根を有するランナと、ランナ内で発生するキャビテーションの位置を推定する上述したキャビテーション発生位置推定システムと、を備えている。 Further, the hydraulic machine according to the embodiment includes a runner having a plurality of runner blades and the above-mentioned cavitation generation position estimation system for estimating the position of cavitation generated in the runner.
また、実施の形態によるキャビテーション発生位置推定方法は、複数のランナ羽根を有する水力機械のランナ内で発生するキャビテーションの位置を推定する方法である。キャビテーション発生位置推定方法は、ランナが所定の回転位相に位置するときに、ランナ羽根の基準位置から発生する音波が第１センサで検出されるまでの時間である第１基準時間と、ランナ羽根の基準位置から発生する音波が第２センサで検出されるまでの時間である第２基準時間と、を取得する基準時間取得工程を備えている。また、キャビテーション発生位置推定方法は、第１センサおよび第２センサでランナ羽根の圧力面および負圧面のいずれかで発生する一のキャビテーションの音波を検出するキャビテーション検出工程と、キャビテーションの発生位置を算出する発生位置算出工程と、を備えている。発生位置算出工程において、ランナが所定の回転位相に位置してからキャビテーションの音波が第１センサで検出されるまでの時間である第１検出時間と第１基準時間との第１時間差と、ランナが所定の回転位相に位置してから当該キャビテーションの音波が第２センサで検出されるまでの時間である第２検出時間と第２基準時間との第２時間差と、に基づいて、キャビテーションの発生位置が算出される。 Further, the cavitation generation position estimation method according to the embodiment is a method of estimating the cavitation position generated in the runner of a hydraulic machine having a plurality of runner blades. The cavitation generation position estimation method includes a first reference time, which is the time until the sound wave generated from the reference position of the runner blade is detected by the first sensor when the runner is in a predetermined rotation phase, and the runner blade. It is provided with a reference time acquisition step for acquiring a second reference time, which is the time until the sound wave generated from the reference position is detected by the second sensor. Further, the cavitation generation position estimation method calculates the cavitation detection step of detecting the sound wave of one cavitation generated on either the pressure surface or the negative pressure surface of the runner blade by the first sensor and the second sensor, and the cavitation generation position. It is provided with a generation position calculation process. In the generation position calculation step, the first time difference between the first detection time and the first reference time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the cavitation sound wave is detected by the first sensor, and the runner. Occurrence of cavitation based on the second time difference between the second detection time and the second reference time, which is the time from when is positioned in a predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the second sensor. The position is calculated.
本発明によれば、実機の運転時におけるキャビテーションの発生位置を推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the position where cavitation occurs during the operation of the actual machine.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。 Hereinafter, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施の形態）
まず、図１を用いて、本実施の形態による水力機械の一例であるフランシス水車について説明する。なお、以下では、水車運転時の水の流れに従って説明する。
(First Embodiment)
First, a Francis turbine, which is an example of a hydraulic machine according to the present embodiment, will be described with reference to FIG. In the following, the description will be given according to the flow of water during operation of the turbine.
図１に示すように、フランシス水車１は、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水が流入する渦巻き状のケーシング２と、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、キャビテーション発生位置推定システム２０と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the Francis
ステーベーン３は、ケーシング２の下流側に設けられている。ステーベーン３は、ケーシング２に流入した水をガイドベーン４およびランナ５に導くように構成されている。ステーベーン３は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン３の間には、水が流れる流路が形成されている。
The
ガイドベーン４は、ステーベーン３の下流側に設けられている。ガイドベーン４は、流入した水をランナ５に導くように構成されている。ガイドベーン４は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン４の間には、水が流れる流路が形成されている。各ガイドベーン４は回動可能に構成されており、各ガイドベーン４が回動して開度を変えることにより、ランナ５に導く水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機の発電量が調整可能になっている。
The
ランナ５は、ガイドベーン４の下流側に設けられている。ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成され、ガイドベーン４から流入する水によって回転駆動される。ランナ５は、主軸６（回転軸）に連結されたクラウン９と、クラウン９の外周側に設けられたバンド１０と、クラウン９とバンド１０との間に設けられた複数のランナ羽根１１と、を有している。ランナ羽根１１は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各ランナ羽根１１は、クラウン９とバンド１０とにそれぞれ接合されている。ランナ羽根１１は、圧力面１１ａと、圧力面１１ａとは反対側に設けられた負圧面１１ｂと、を有している。圧力面１１ａと負圧面１１ｂとによって、キャンバーラインＣＬが画定されている（図２参照）。ここで、キャンバーラインＣＬとは、圧力面１１ａと負圧面１１ｂの両方に接する内接円の中心を結んでなる線を意味する。各ランナ羽根１１の間には、水が流れる流路（翼間流路）が形成されている。各流路をガイドベーン４からの水が流れ、各ランナ羽根１１の圧力面１１ａが当該水から圧力を受けてランナ５が回転駆動される。これにより、ランナ５に流入する水の圧力エネルギーが回転エネルギーへと変換される。
The
ランナ５の上方には、上カバー１２が設けられている。すなわち、ランナ５の上部は、上カバー１２によって覆われている。上カバー１２は、ガイドベーン４の上方からクラウン９の上方に渡って延在している。また、ランナ５の下方には、下カバー１３が設けられている。すなわち、ランナ５の下部は、下カバー１３によって覆われている。下カバー１３は、ガイドベーン４の下方からバンド１０の下方に渡って延在している。
An
ランナ５には、主軸６を介して不図示の発電機が連結されている。発電機は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギーが伝達されて発電を行うように構成されている。
A generator (not shown) is connected to the
ランナ５の下流側には、吸出し管８が設けられている。吸出し管８は、不図示の下池または放水路に連結されており、ランナ５を回転駆動させた水が、圧力を回復して、下池または放水路に放出されるようになっている。
A
なお、発電機は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ５を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、吸出し管８を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、フランシス水車１を、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能になる。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
The generator also has a function as an electric motor, and may be configured to rotate and drive the
次に、図１および図２を用いて、本実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム２０について説明する。キャビテーション発生位置推定システム２０は、ランナ５内で発生するキャビテーションＣの位置を推定可能に構成されている。
Next, the cavitation generation
図１に示すように、キャビテーション発生位置推定システム２０は、回転位相検出器２２と、複数のセンサ２４と、発生位置算出装置２６と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the cavitation generation
回転位相検出器２２は、ランナ５の回転位相を検出するように構成されている。図示された例においては、回転位相検出器２２は、主軸６に配置されている。この回転位相検出器２２は、主軸６の回転位相を検出することによって、ランナ５の回転位相を検出する。
The
回転位相検出器２２は、非接触式の光電式回転検出器や変位センサ（ギャップセンサ）等であってもよい。例えば、主軸６の所定の回転位相の位置に光を反射する反射テープが貼り付けられ、回転位相検出器２２は、当該反射テープに向けて光を発し、反射された光を受光することで、主軸６が当該所定の回転位相に位置していることを検出してもよい。これにより、回転位相検出器２２は、主軸６の回転に対して１回転当たり１回の電気信号を得ることができる。このときの回転位相を基準に、当該回転位相を検出してからの経過時間および回転速度から、任意の時間における主軸６の回転位相の位置を検出することができる。こうして、主軸６に連結され、主軸６と共に回転するランナ５の回転位相を検出することができる。回転位相検出器２２の検出結果は、後述する発生位置算出装置２６に送信される。
The
センサ２４は、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの音波を検出可能に構成されている。センサ２４は、回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の一側（図１における上側）に配置されていてもよい。図示された例においては、センサ２４は、上カバー１２の上面に配置されている。複数のセンサ２４は、少なくとも２つのセンサを含んでおり、図２に示すように、３つのセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ（第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂ、第３センサ２４ｃ）を含んでいてもよい。図２は、ランナ５を回転軸線Ｘに沿う方向で見たときの図であって、ランナ５が所定の回転位相（基準位相）に位置しているときの図を示している。
The
第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能な位置に配置されている。すなわち、第１センサ２４ａは、当該ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生するキャビテーションＣの音波を検出可能な位置に配置され、第２センサ２４ｂは、第１センサ２４ａが音波を検出したキャビテーションＣからの音波を検出可能な位置に配置されている。図２に示すように、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されていてもよい。第１センサ２４ａは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬの延長線上の近傍に配置されていてもよい。第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬ（およびその延長線）よりも外側（図２における上側）に配置されていてもよい。すなわち、第２センサ２４ｂは、ランナ５の径方向において当該ランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬ（およびその延長線）よりも回転軸線Ｘから離れた位置に配置されていてもよい。
The
また、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能な位置に配置されている。すなわち、第１センサ２４ａは、当該ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生するキャビテーションＣの音波も検出可能な位置に配置され、第３センサ２４ｃは、第１センサ２４ａが音波を検出したキャビテーションＣからの音波を検出可能な位置に配置されている。図２に示すように、第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されていてもよい。第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１と当該ランナ羽根１１と隣り合う他のランナ羽根１１（図２における下側）との間に配置されていてもよい。また、第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側（図２における下側）に配置されていてもよい。すなわち、第３センサ２４ｃは、ランナ５の径方向において当該ランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも回転軸線Ｘに近い位置に配置されていてもよい。
Further, the
センサ２４は、ＡＥセンサ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）であってもよい。センサ２４は、圧電素子によりランナ５内で発生したキャビテーションＣの音波（弾性波）を電気信号として検出して、当該音波の大きさや検出時間等の音波情報を得てもよい（図３参照）。センサ２４には、不図示のアンプが接続されていてもよい。センサ２４で検出された音波情報は、後述する発生位置算出装置２６に送信される。
The
基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１には、基準位置Ｐが設けられている。基準位置Ｐは、ランナ羽根１１上の任意の位置であってもよいが、図２に示すように、ランナ羽根１１の上流端であってもよい。第１センサ２４ａは、ランナ羽根１１の基準位置Ｐからの距離が距離Ｌ１（第１基準距離）となる位置に配置されている。第２センサ２４ｂは、ランナ羽根１１の基準位置Ｐからの距離が距離Ｌ２（第２基準距離）となる位置に配置されている。第３センサ２４ｃは、ランナ羽根１１の基準位置Ｐからの距離が距離Ｌ３（第３基準距離）となる位置に配置されている。
A reference position P is provided on the
ランナ羽根１１の基準位置Ｐには、音波発生装置２５（スピーカー）が配置されていてもよい。音波発生装置２５は、音波を発生させることができれば何でもよいが、例えばＡＥセンサであってもよく、ＡＥセンサに電気信号を入力することでＡＥセンサから音波を発生させるようにしてもよい。音波発生装置２５は、後述するキャビテーション発生位置推定方法における基準時間取得工程（キャリブレーション工程）において用いられる。なお、音波発生装置２５は、基準時間取得工程時にのみ取り付けられていてもよく、基準時間取得工程後には取り外されてもよい。
A sound wave generator 25 (speaker) may be arranged at the reference position P of the
発生位置算出装置２６は、ランナ５内で発生するキャビテーションＣの発生位置を算出可能に構成されている。発生位置算出装置２６は、ランナ５が基準位相に位置するときに、ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第１センサ２４ａで検出されるまでの時間である第１基準時間ｔ１と、ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第２センサ２４ｂで検出されるまでの時間である第２基準時間ｔ２と、を記憶している。発生位置算出装置２６は、ランナ５が基準位相に位置してからキャビテーションＣの音波が第１センサ２４ａで検出されるまでの時間である第１検出時間ｔ１’と第１基準時間ｔ１との第１時間差Δｔ１と、ランナ５が基準位相に位置してから当該キャビテーションＣの音波が第２センサ２４ｂで検出されるまでの時間である第２検出時間ｔ２’と第２基準時間ｔ２との第２時間差Δｔ２と、に基づいて、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出する（図５参照）。
The generation
より具体的には、発生位置算出装置２６は、基準位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の基準位置Ｐと第１センサ２４ａとの距離である第１基準距離Ｌ１と、第１時間差Δｔ１と、に基づいて、第１センサ２４ａからキャビテーションＣまでの第１距離Ｌ１’を算出するとともに、基準位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の基準位置Ｐと第２センサ２４ｂとの距離である第２基準距離Ｌ２と、第２時間差Δｔ２と、に基づいて、第２センサ２４ｂからキャビテーションＣまでの第２距離Ｌ２’を算出し、第１距離Ｌ１’と第２距離Ｌ２’とに基づいて、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出する（図４参照）。
More specifically, the generation
また、発生位置算出装置２６は、ランナ５が基準位相に位置するときに、ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第３センサ２４ｃで検出されるまでの時間である第３基準時間ｔ３を記憶している。発生位置算出装置２６は、第１時間差Δｔ１と、ランナ５が基準位相に位置してからキャビテーションＣの音波が第３センサ２４ｃで検出されるまでの時間である第３検出時間ｔ３’と第３基準時間ｔ３との第３時間差Δｔ３と、に基づいて、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出する。
Further, the generation
より具体的には、発生位置算出装置２６は、基準位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の基準位置Ｐと第１センサ２４ａとの距離である第１基準距離Ｌ１と、第１時間差Δｔ１と、に基づいて、第１センサ２４ａからキャビテーションＣまでの第１距離Ｌ１’を算出するとともに、基準位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の基準位置Ｐと第３センサ２４ｃとの距離である第３基準距離Ｌ３と、第３時間差Δｔ３と、に基づいて、第３センサ２４ｃからキャビテーションＣまでの第３距離Ｌ３’を算出し、第１距離Ｌ１’と第３距離Ｌ３’とに基づいて、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出する。
More specifically, the generation
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について説明する。ここでは、図３～図５を参照して、上述したキャビテーション発生位置推定システム２０を用いて、上述したフランシス水車１におけるキャビテーションＣの発生位置を推定する本実施の形態によるキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
Next, the operation and effect of the present embodiment having such a configuration will be described. Here, with reference to FIGS. 3 to 5, the cavitation generation position estimation method according to the present embodiment for estimating the cavitation C generation position in the
上述したフランシス水車１において水車運転を行う場合、図示しない上池から水圧鉄管、ケーシング２及びステーベーン３を介して水がガイドベーン４に流入し、ガイドベーン４からランナ５に水が流入する。このランナ５に流入した水によって、ランナ５が回転駆動される。回転駆動されるランナ５は、連結された主軸６を介して図示しない発電機に回転エネルギーを伝達し、発電機による発電が行われる。ランナ５に流入した水は、ランナ５から吸出し管８を通って、図示しない下池に放出される。
When the
ランナ５に流入した水は、ランナ羽根１１に沿ってランナ５の入口側から出口側に向かって流れる。この間、水の流れによってランナ羽根１１の圧力面１１ａの圧力が高められ、ランナ５を、回転軸線Ｘを中心に回転させる。ここで、ランナ５に流入する水の流速の変化等によって、ランナ５内部の圧力が低下し、キャビテーションＣが発生し得る。
The water flowing into the
本実施の形態によるキャビテーション発生位置推定方法は、このキャビテーションＣの発生位置を推定する。本実施の形態によるキャビテーション発生位置推定方法は、基準時間取得工程（キャリブレーション工程）と、キャビテーション検出工程と、発生位置算出工程と、を備えている。 The cavitation generation position estimation method according to the present embodiment estimates the cavitation C generation position. The cavitation occurrence position estimation method according to the present embodiment includes a reference time acquisition step (calibration step), a cavitation detection step, and a cavitation occurrence position calculation step.
まず、基準時間取得工程が行われる。この工程においては、ランナ５が基準位相に位置するときに、ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第１センサ２４ａで検出されるまでの時間である第１基準時間ｔ１が取得される。また、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第２センサ２４ｂで検出されるまでの時間である第２基準時間ｔ２が取得される。また、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波が第３センサ２４ｃで検出されるまでの時間である第３基準時間ｔ３が取得される。
First, the reference time acquisition process is performed. In this step, when the
まず、ランナ５を一定の回転速度で回転駆動する。次に、回転位相検出器２２によりランナ５の回転位相を検出する。続いて、ランナ５が基準位相に位置したときに、ランナ羽根１１の基準位置Ｐに配置された音波発生装置２５から音波を発生させるとともに、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃによる計測を開始する。そして、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃにより当該音波発生装置２５から発生した音波を検出する。
First, the
図３は、第１センサ２４ａ（センサ１）、第２センサ２４ｂ（センサ２）および第３センサ２４ｃ（センサ３）が検出する音波の波形の一例を示している。図３において、縦軸は、音波の大きさ（振幅）を示し、横軸は、計測を開始してから（ランナ５が基準位相に位置してから）の経過時間を示している。
FIG. 3 shows an example of the waveform of the sound wave detected by the
図３に示す例においては、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃにおいて、ランナ羽根１１の基準位置Ｐから発生する音波を検出することができている。これにより、第１センサ２４ａによる音波の検出時間ｔ１、第２センサ２４ｂによる音波の検出時間ｔ２、第３センサ２４ｃによる音波の検出時間ｔ３を得ることができ、それぞれを第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２、第３基準時間ｔ３とすることができる。なお、図示された例においては、計測を開始してから音波の波形の最大ピーク値を検出するまでの時間を音波の検出時間としている。しかしながら、このことに限定されず、例えば音波の波形の立ち上がり時や音波の波形の振幅が閾値を超えたときまでの時間を音波の検出時間としてもよい。また、例えば音波の波形の振幅が閾値を超えた回数をカウントし、当該回数が所定回数を超えるまでの時間を音波の検出時間としてもよい。
In the example shown in FIG. 3, the sound waves generated from the reference position P of the
このようにして、第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３を取得することができる。取得した第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３は、発生位置算出装置２６に記憶される。
In this way, the first reference time t1, the second reference time t2, and the third reference time t3 can be acquired. The acquired first reference time t1, second reference time t2, and third reference time t3 are stored in the generation
このように、ランナ羽根１１の基準位置Ｐに配置された音波発生装置２５から音波を発生させ、その音波を各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃで検出することによって、第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３の正確な値を取得することができる。
In this way, sound waves are generated from the
なお、この方法に限定されず、数値計算によって、第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３を簡易的に取得してもよい。例えば、音波の伝播速度をＶとした場合、ランナ羽根１１の基準位置Ｐと第１センサ２４ａとの距離である第１基準距離Ｌ１は既知であるため、第１基準時間ｔ１は、第１基準距離Ｌ１を伝播速度Ｖで除算することにより簡易的に算出することができる。同様に、ランナ羽根１１の基準位置Ｐと第２センサ２４ｂとの距離である第２基準距離Ｌ２も既知であるため、第２基準時間ｔ２は、第２基準距離Ｌ２を伝播速度Ｖで除算することにより簡易的に算出することができる。同様に、ランナ羽根１１の基準位置Ｐと第３センサ２４ｃとの距離である第３基準距離Ｌ３も既知であるため、第３基準時間ｔ３は、第３基準距離Ｌ３を伝播速度Ｖで除算することにより簡易的に算出することができる。
The method is not limited to this method, and the first reference time t1, the second reference time t2, and the third reference time t3 may be simply obtained by numerical calculation. For example, when the propagation speed of the sound wave is V, the first reference distance L1, which is the distance between the reference position P of the
次に、キャビテーション検出工程が行われる。この工程においては、ランナ５が基準位相に位置するときに、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃでランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生する一のキャビテーションＣの音波が検出される。
Next, a cavitation detection step is performed. In this step, when the
まず、引き続き、ランナ５を一定の回転速度で回転駆動する。次に、回転位相検出器２２によりランナ５の回転位相を検出する。続いて、ランナ５が基準位相に位置したときに、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃによる計測を開始する。
First, the
ここで、ランナ羽根１１でキャビテーションＣが発生した場合、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃでキャビテーションＣの音波が検出される。より具体的には、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂでキャビテーションＣが発生した場合、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂで当該キャビテーションＣの音波が検出される。また、ランナ羽根１１の圧力面１１ａでキャビテーションＣが発生した場合、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃで当該キャビテーションＣの音波が検出される。
Here, when cavitation C is generated in the
図４に示す例においては、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂでキャビテーションＣが発生している。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂで当該キャビテーションＣの音波が検出される。なお、この場合、第３センサ２４ｃと当該キャビテーションＣとの間にはランナ羽根１１が介在しており、キャビテーションＣの音波は、第３センサ２４ｃに到達する前に、このランナ羽根１１を通過することで大きく減衰する。このため、第３センサ２４ｃは、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂのように、キャビテーションＣの音波を検出することができない。ここで、キャビテーションＣの音波を検出することができないとは、ノイズに埋もれてしまう程に小さい音波しか検出することができないことの他、検出された音波の波形が、他のセンサ２４ａ、２４ｂで検出された音波の波形に比べて十分に小さい場合も含まれる。
In the example shown in FIG. 4, cavitation C is generated on the
図５は、第１センサ２４ａ（センサ１）、第２センサ２４ｂ（センサ２）および第３センサ２４ｃ（センサ３）が検出するキャビテーションＣの音波の波形の一例を示している。図３と同様、図５において、縦軸は、音波の大きさ（振幅）を示し、横軸は、計測を開始してから（ランナ５が基準位相に位置してから）の経過時間を示している。また、図５において、破線は、図３の音波の波形を示している。
FIG. 5 shows an example of the waveform of the sound wave of cavitation C detected by the
図５に示す例においては、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂにおいて、キャビテーションＣの音波を検出することができている。一方、第３センサ２４ｃにおいては、キャビテーションＣの音波を検出することができていない。すなわち、第３センサ２４ｃで検出された音波の波形は、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂで検出された音波の波形に比べて小さくなっている。
In the example shown in FIG. 5, the sound wave of cavitation C can be detected by the
図５の波形から、計測を開始してから（ランナ５が基準位相に位置してから）キャビテーションＣの音波が第１センサ２４ａで検出されるまでの時間である第１検出時間ｔ１’を得ることができる。また、計測を開始してから（ランナ５が基準位相に位置してから）キャビテーションＣの音波が第２センサ２４ｂで検出されるまでの時間である第２検出時間ｔ２’を得ることができる。また、計測を開始してから（ランナ５が基準位相に位置してから）キャビテーションＣの音波が第３センサ２４ｃで検出されるまでの時間である第３検出時間ｔ３’を得ることができる。なお、図示された例においては、計測を開始してから音波の波形の最大ピーク値を検出するまでの時間を音波の検出時間としている。しかしながら、このことに限定されず、例えば音波の波形の立ち上がり時や音波の波形の振幅が閾値を超えたときまでの時間を音波の検出時間としてもよい。また、例えば音波の波形の振幅が閾値を超えた回数をカウントし、当該回数が所定回数を超えるまでの時間を音波の検出時間としてもよい。また、例えば、第３センサ２４ｃにおいて、キャビテーションＣの音波を検出することができなかった場合、第３検出時間ｔ３’は取得されなくてもよい。各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによる計測は、計測を開始してから各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃが音波を検出するまで、あるいは計測を開始してから所定時間が経過するまでの間、行われる。しかしながら、このことに限定されず、例えば、計測者による停止操作が行われるまでの間、計測が継続されてもよい。
From the waveform of FIG. 5, the first detection time t1', which is the time from the start of measurement (after the
このようにして、第１センサ２４ａによる音波の振幅および第１検出時間ｔ１’と、第２センサ２４ｂによる音波の振幅および第２検出時間ｔ２’と、第３センサ２４ｃによる音波の振幅および第３検出時間ｔ３’と、を取得することができる。
In this way, the amplitude of the sound wave by the
続いて、発生位置算出工程が行われる。この工程においては、キャビテーションＣの発生位置が算出される。 Subsequently, the generation position calculation step is performed. In this step, the position where cavitation C is generated is calculated.
まず、発生位置算出装置２６は、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃにより検出されたキャビテーションＣの音波の各振幅を比較する。図５に示す例においては、上述したように、第３センサ２４ｃで検出された音波の波形が、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂで検出された音波の波形に比べて小さくなっている。このため、発生位置算出装置２６は、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂにおいて、キャビテーションＣの音波を検出することができたと判断することができる。この結果から、発生位置算出装置２６は、キャビテーションＣは、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したと推定することができる（図４参照）。なお、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃにおいてキャビテーションＣの音波を検出することができなかった場合には、当該ランナ羽根１１ではキャビテーションＣは発生していないと推定することができる。
First, the generation
次に、発生位置算出装置２６は、第１検出時間ｔ１’と第１基準時間ｔ１との第１時間差Δｔ１と、第２検出時間ｔ２’と第２基準時間ｔ２との第２時間差Δｔ２と、を算出する（図５参照）。また、発生位置算出装置２６は、第３検出時間ｔ３’と第３基準時間ｔ３との第３時間差Δｔ３を算出してもよい。
Next, the generation
続いて、発生位置算出装置２６は、第１センサ２４ａからキャビテーションＣの発生位置までの第１距離Ｌ１’と、第２センサ２４ｂから当該キャビテーションＣの発生位置までの第２距離Ｌ２’と、を算出する（図４参照）。また、発生位置算出装置２６は、第３センサ２４ｃから当該キャビテーションＣの発生位置までの第３距離Ｌ３’を算出してもよい。より具体的には、発生位置算出装置２６は、第１基準距離Ｌ１と第１時間差Δｔ１とに基づいて第１距離Ｌ１’を算出する。例えば、音波の伝播速度をＶとした場合、第１時間差Δｔ１に伝播速度Ｖを乗算することで、第１基準距離Ｌ１からの差分距離ΔＬ１を算出することができ、第１基準距離Ｌ１に差分距離ΔＬ１を加算することで、第１距離Ｌ１’を算出することができる。また、発生位置算出装置２６は、第２基準距離Ｌ２と第２時間差Δｔ２とに基づいて第２距離Ｌ２’を算出する。例えば、音波の伝播速度をＶとした場合、第２時間差Δｔ２に伝播速度Ｖを乗算することで、第２基準距離Ｌ２からの差分距離ΔＬ２を算出することができ、第２基準距離Ｌ２に差分距離ΔＬ２を加算することで、第２距離Ｌ２’を算出することができる。また、発生位置算出装置２６は、第３基準距離Ｌ３と第３時間差Δｔ３とに基づいて第３距離Ｌ３’を算出してもよい。例えば、音波の伝播速度をＶとした場合、第３時間差Δｔ３に伝播速度Ｖを乗算することで、第３基準距離Ｌ３からの差分距離ΔＬ３を算出することができ、第３基準距離Ｌ３に差分距離ΔＬ３を加算することで、第３距離Ｌ３’を算出することができる。
Subsequently, the generation
そして、発生位置算出装置２６は、第１距離Ｌ１’と第２距離Ｌ２’とに基づいて、キャビテーションＣの発生位置を算出する。より具体的には、発生位置算出装置２６は、第１センサ２４ａからキャビテーションＣの発生位置までの第１距離Ｌ１’と、第２センサ２４ｂからキャビテーションＣの発生位置までの第２距離Ｌ２’と、を算出することができている（図４参照）。また、上述したように、発生位置算出装置２６は、キャビテーションＣは、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したと推定することができている。このため、第１センサ２４ａの位置を中心とした半径Ｌ１’の球と、第２センサ２４ｂの位置を中心とした半径Ｌ２’の球とを描き、これらの球の交線とランナ羽根１１の負圧面１１ｂとが交わる位置を、キャビテーションＣの発生位置と算出することができる。なお、ここで、ランナ５の回転速度は音波の伝播速度Ｖに比べて著しく低速であるため、ランナ羽根１１は、キャビテーションＣの発生時にも、計測開始時（ランナ５が基準位相に位置しているとき）と同じ位置に位置していると仮定して計算している。
Then, the generation
なお、第３センサ２４ｃからキャビテーションＣの発生位置までの第３距離Ｌ３’を算出することができている場合は、発生位置算出装置２６は、第１距離Ｌ１’と第２距離Ｌ２’と第３距離Ｌ３’とに基づいて、キャビテーションＣの発生位置を算出してもよい。例えば、第１センサ２４ａの位置を中心とした半径Ｌ１’の球と、第２センサ２４ｂの位置を中心とした半径Ｌ２’の球と、第３センサ２４ｃの位置を中心とした半径Ｌ３’の球と、を描き、これらの球の交点を、キャビテーションＣの発生位置と算出してもよい。
When the third distance L3'from the
このようにして、キャビテーションＣの発生位置を算出することができる。 In this way, the position where cavitation C is generated can be calculated.
以上により、ランナ羽根１１で発生したキャビテーションＣの位置を推定することができる。
From the above, the position of the cavitation C generated in the
なお、上述したキャビテーション検出工程と発生位置算出工程は、各ランナ羽根１１に対して行われてもよい。すなわち、各ランナ羽根１１が図４に示すような位置に位置する毎に、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによる計測を開始し、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃが各ランナ羽根１１で発生するキャビテーションＣの音波を検出するようにしてもよい。そして、キャビテーションＣの音波を検出した場合、発生位置算出装置２６が、当該ランナ羽根１１で発生したキャビテーションＣの位置を算出するようにしてもよい。これにより、ランナ５に含まれるすべてのランナ羽根１１に対してキャビテーションＣの発生の有無を確認し、キャビテーションＣが発生した場合には、そのキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。ここで、上述した基準時間算出工程は、一のランナ羽根１１で取得した第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３を他のランナ羽根１１に対しても使用することで、各ランナ羽根１１に対して行うことを省略することができる。しかしながら、このことに限定されず、各ランナ羽根１１に対して基準時間算出工程を行い、各ランナ羽根１１における第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２および第３基準時間ｔ３をそれぞれ取得してもよい。
The above-mentioned cavitation detection step and generation position calculation step may be performed on each
また、上述したキャビテーション検出工程は、各ランナ羽根１１に対して複数回行われてもよい。複数回の計測で得られた検出結果を統計的に処理することにより、計測誤差等の影響を低減することができ、キャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Further, the above-mentioned cavitation detection step may be performed a plurality of times for each
このように本実施の形態によれば、第１検出時間ｔ１’と第１基準時間ｔ１との第１時間差Δｔ１と、第２検出時間ｔ２’と第２基準時間ｔ２との第２時間差Δｔ２と、に基づいて、キャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このように、第１基準時間ｔ１と第２基準時間ｔ２とを予め取得しておくことにより、２つのセンサ２４ａ、２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、キャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。
As described above, according to the present embodiment, the first time difference Δt1 between the first detection time t1'and the first reference time t1 and the second time difference Δt2 between the second detection time t2'and the second reference time t2. , The position where cavitation C is generated can be calculated. In this way, by acquiring the first reference time t1 and the second reference time t2 in advance, the cavitation C is generated from the detection times t1'and t2' of the sound waves of the cavitation C by the two
また、本実施の形態によれば、第１基準距離Ｌ１と第１時間差Δｔ１とに基づいて第１距離Ｌ１’を算出するとともに、第２基準距離Ｌ１と第２時間差Δｔ１とに基づいて第２距離Ｌ２’を算出し、第１距離Ｌ１’と第２距離Ｌ２’とに基づいてキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このように、予め設定された第１基準距離Ｌ１と第２基準距離Ｌ１とを用いることにより、上述した第１時間差Δｔ１および第２時間差Δｔ２から、キャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。 Further, according to the present embodiment, the first distance L1'is calculated based on the first reference distance L1 and the first time difference Δt1, and the second is based on the second reference distance L1 and the second time difference Δt1. The distance L2'can be calculated, and the position where the cavitation C occurs can be calculated based on the first distance L1'and the second distance L2'. As described above, by using the preset first reference distance L1 and the second reference distance L1, the cavitation C generation position can be calculated from the above-mentioned first time difference Δt1 and second time difference Δt2. Therefore, it is possible to estimate the position where cavitation C is generated during the operation of the actual machine.
また、本実施の形態によれば、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、所定の回転位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生するキャビテーションＣの音波を検出可能な位置に配置されている。このことにより、２つのセンサ２４ａ、２４ｂでランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの音波を検出することができる。このため、２つのセンサ２４ａ、２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、第１センサ２４ａは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。このことにより、第１センサ２４ａは、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの音波だけでなく、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの音波も検出することができるように配置することができる。このため、センサ２４の数の増大を抑制することができ、システムが複雑化することを回避することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、所定の回転位相に位置するランナ５のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも外側に配置されている。このことにより、第２センサ２４ｂでランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの音波を検出することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、第３センサ２４ｃを更に備え、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５が所定の回転位置に位置するときに、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能に配置されている。このことにより、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃでランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの音波を検出することができる。このため、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ３’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置も算出することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態において、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、所定の回転位相に位置するランナ５のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生するキャビテーションＣの音波を検出可能な位置に配置されていてもよい。このことにより、２つのセンサ２４ａ、２４ｂでランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの音波を検出することができる。このため、２つのセンサ２４ａ、２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, in the present embodiment, the
更に、本実施の形態において、第１センサ２４ａは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されていてもよい。このことにより、第１センサ２４ａは、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの音波だけでなく、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの音波も検出することができるように配置することができる。このため、センサ２４の数の増大を抑制することができ、システムが複雑化することを回避することができる。
Further, in the present embodiment, the
更に、本実施の形態において、第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、所定の回転位相に位置するランナ５のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側に配置されていてもよい。このことにより、第２センサ２４ｂでランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの音波を検出することができる。
Further, in the present embodiment, the
（第２の実施の形態）
次に、図６を用いて、第２の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(Second embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
図６に示す第２の実施の形態においては、第１センサおよび第２センサが、ランナの回転軸線に沿う方向で見たときに、ランナの径方向に沿って配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図６において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the second embodiment shown in FIG. 6, the point that the first sensor and the second sensor are arranged along the radial direction of the runner when viewed in the direction along the rotation axis of the runner is mainly. Unlike the other configurations, the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIG. 6, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図６に示すように、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, when the
図６に示す例においては、第１センサ２４ａは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されている。第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも外側（図６における上側）に配置されている。第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、当該ランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側（図６における下側）に配置されている。また、図示は省略されているが、第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側に配置されていてもよい。
In the example shown in FIG. 6, the
このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ３’、ｔ４’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、２つのセンサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の径方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
（第３の実施の形態）
次に、図７を用いて、第３の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(Third embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 7.
図７に示す第３の実施の形態においては、第１センサおよび第２センサは、ランナの回転軸線に沿う方向で見たときに、ランナの周方向に沿って配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the third embodiment shown in FIG. 7, the first sensor and the second sensor are mainly arranged along the circumferential direction of the runner when viewed in the direction along the rotation axis of the runner. Unlike the other configurations, the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIG. 7, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図７に示すように、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, when the
図７に示す例においては、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。第１センサ２４ａは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬの延長線上の近傍に配置されている。第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、当該ランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬ（およびその延長線）よりも外側（図７における上側）に配置されている。第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、当該ランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬ（およびその延長線）よりも内側（図７における下側）に配置されている。
In the example shown in FIG. 7, the
このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ３’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、２つのセンサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の周方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
（第４の実施の形態）
次に、図８を用いて、第４の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(Fourth Embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
図８に示す第４の実施の形態においては、第１センサは、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの一側に配置され、第２センサは、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの他側に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the fourth embodiment shown in FIG. 8, the first sensor is arranged on one side of the runner in the direction along the rotation axis of the runner, and the second sensor is the other of the runner in the direction along the rotation axis of the runner. The main difference is that they are arranged on the side, and the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIG. 8, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図８に示すように、第１センサ２４ａが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の一側（図８における上側）に配置されている。また、第２センサ２４ｂが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の他側（図８における下側）に配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
図８に示す例においては、第１センサ２４ａが、上カバー１２の上面に配置され、第２センサ２４ｂが、下カバー１３の下面に配置されている。第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、図２の第１センサ２４ａと同様の位置に配置されていてもよい。すなわち、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されていてもよい。また、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬの延長線上の近傍に配置されていてもよい。また、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。
In the example shown in FIG. 8, the
このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、２つのセンサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
（第５の実施の形態）
次に、図９を用いて、第５の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(Fifth Embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 9.
図９に示す第５の実施の形態においては、ランナの回転軸線に沿う方向で見たときに、第１センサおよび第２センサがランナの周方向に沿って配置されているとともに、第１センサおよび第３センサがランナの径方向に沿って配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the fifth embodiment shown in FIG. 9, the first sensor and the second sensor are arranged along the circumferential direction of the runner when viewed in the direction along the rotation axis of the runner, and the first sensor. The main difference is that the third sensor is arranged along the radial direction of the runner, and the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIG. 9, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図９に示すように、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。また、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
図９に示す例においては、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。また、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されている。第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側（図９における下側）に配置されている。
In the example shown in FIG. 9, the
このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ３’、ｔ４’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、２つのセンサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の周方向および径方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。すなわち、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときの平面内において、キャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
（第６の実施の形態）
次に、図１０および図１１を用いて、第６の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(Sixth Embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
図１０および図１１に示す第６の実施の形態においては、第１センサが、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの一側に配置され、第２センサが、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの他側に配置され、第１センサおよび第３センサが、ランナの回転軸線に沿う方向で見たときに、ランナの径方向に沿って配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１０および図１１において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the sixth embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the first sensor is arranged on one side of the runner in the direction along the rotation axis of the runner, and the second sensor is located on one side of the runner in the direction along the rotation axis of the runner. The other configuration is mainly different in that the first sensor and the third sensor are arranged on the other side of the runner and are arranged along the radial direction of the runner when viewed in the direction along the rotation axis of the runner. Is substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIGS. 10 and 11, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図１０および図１１に示すように、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の一側（図１１における上側）に配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の他側（図１１における下側）に配置されている。また、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the
図１０および図１１に示す例においては、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、上カバー１２の上面に配置され、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、下カバー１３の下面に配置されている。第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。また、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されている。第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側（図１０における下側）に配置されている。第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。
In the examples shown in FIGS. 10 and 11, the
このような配置により、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ１’、ｔ２’から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、第３センサ２４ｃおよび第４センサ２４ｄによるキャビテーションＣの音波の検出時間ｔ３’、ｔ４’から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、２つのセンサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向および径方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。すなわち、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う平面内において、キャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
（第７の実施の形態）
次に、図１２および図１３を用いて、第７の実施の形態によるキャビテーション発生位置推定システム、水力機械およびキャビテーション発生位置推定方法について説明する。
(7th embodiment)
Next, the cavitation generation position estimation system, the hydraulic machine, and the cavitation generation position estimation method according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
図１２および図１３に示す第７の実施の形態においては、第１センサが、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの一側に配置され、第２センサが、ランナの回転軸線に沿う方向においてランナの他側に配置され、ランナの回転軸線に沿う方向で見たときに、第１センサおよび第３センサがランナの周方向に沿って配置されているとともに、第１センサおよび第４センサがランナの径方向に沿って配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１２および図１３において、図１～図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the seventh embodiment shown in FIGS. 12 and 13, the first sensor is arranged on one side of the runner in the direction along the rotation axis of the runner, and the second sensor is located on one side of the runner in the direction along the rotation axis of the runner. When viewed along the rotation axis of the runner, the first sensor and the third sensor are arranged along the circumferential direction of the runner, and the first sensor and the fourth sensor are arranged on the other side of the runner. The main difference is that they are arranged along the radial direction of the runner, and the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIGS. 12 and 13, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施の形態においては、図１２および図１３に示すように、第１センサ２４ａ、第３センサ２４ｃ、第４センサ２４ｄおよび第５センサ２４ｅが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の一側（図１３における上側）に配置されている。また、第２センサ２４ｂ、第６センサ２４ｆ、第７センサ２４ｇおよび第８センサ２４ｈが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向においてランナ５の他側（図１３における下側）に配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the
また、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第１センサ２４ａおよび第４センサ２４ｄが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。また、第４センサ２４ｄおよび第５センサ２４ｅが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第３センサ２４ｃおよび第５センサ２４ｅが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。
Further, the
また、第２センサ２４ｂおよび第６センサ２４ｆが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第７センサ２４ｇが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。また、第７センサ２４ｇおよび第８センサ２４ｈが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の周方向に沿って配置されている。また、第６センサ２４ｆおよび第８センサ２４ｈが、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の径方向に沿って配置されている。
Further, the
図１２および図１３に示す例においては、第１センサ２４ａおよび第３センサ２４ｃは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。また、第２センサ２４ｂおよび第６センサ２４ｆも、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の外側に配置されている。第１センサ２４ａおよび第２センサ２４ｂは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。また、第３センサ２４ｃおよび第６センサ２４ｆも、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。
In the example shown in FIGS. 12 and 13, the
また、図１２および図１３に示す例においては、第４センサ２４ｄおよび第５センサ２４ｅは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されている。また、第７センサ２４ｇおよび第８センサ２４ｈも、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、ランナ５の内側に配置されている。第４センサ２４ｄおよび第５センサ２４ｅは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側（図１２における下側）に配置されている。また、第７センサ２４ｇおよび第８センサ２４ｈも、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、基準位相に位置するランナ５の一のランナ羽根１１のキャンバーラインＣＬよりも内側に配置されている。第４センサ２４ｄおよび第７センサ２４ｇは、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。また、第５センサ２４ｅおよび第８センサ２４ｈも、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向で見たときに、同じ位置に配置されていてもよい。
Further, in the examples shown in FIGS. 12 and 13, the
このような配置により、第１センサ２４ａ、第２センサ２４ｂ、第３センサ２４ｃおよび第６センサ２４ｆは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、各センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｆによるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の負圧面１１ｂで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
With such an arrangement, the
また、このような配置により、第４センサ２４ｄ、第５センサ２４ｅ、第７センサ２４ｇおよび第８センサ２４ｈは、ランナ５が基準位相に位置するときに、当該ランナ５の一のランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生する一のキャビテーションＣの音波を検出可能になっている。このため、各センサ２４ｄ、２４ｅ、２４ｇ、２４ｈによるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａで発生したキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。
Further, due to such an arrangement, the
本実施の形態のようにセンサ２４を配置した場合であっても、各センサ２４によるキャビテーションＣの音波の検出時間から、ランナ羽根１１の圧力面１１ａおよび負圧面１１ｂのいずれかで発生するキャビテーションＣの発生位置を算出することができる。このため、実機の運転時におけるキャビテーションＣの発生位置を推定することができる。また、本実施の形態によれば、ランナ５の回転軸線Ｘに沿う方向、周方向および径方向におけるキャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。すなわち、三次元空間において、キャビテーションＣの発生位置の推定精度を向上させることができる。
Even when the
以上述べた実施の形態によれば、実機の運転時におけるキャビテーションの発生位置を推定することができる。 According to the above-described embodiment, it is possible to estimate the position where cavitation occurs during the operation of the actual machine.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１：フランシス水車、５：ランナ、１１：ランナ羽根、１１ａ：圧力面、１１ｂ：負圧面、２０：キャビテーション発生位置推定システム、２２：回転位相検出器、２４ａ：第１センサ、２４ｂ：第２センサ、２４ｃ：第３センサ、２６：発生位置算出装置、Ｃ：キャビテーション、ＣＬ：キャンバーライン、Ｌ１：第１基準距離、Ｌ１’：第１距離、Ｌ２：第２基準距離、Ｌ２’：第２距離、Ｌ３：第３基準距離、Ｌ３’：第３距離、Ｐ：基準位置、ｔ１：第１基準時間、ｔ１’：第１検出時間、ｔ２：第２基準時間、ｔ２’：第２検出時間、ｔ３：第３基準時間、ｔ３’：第３検出時間、Ｘ：回転軸線、Δｔ１：第１時間差、Δｔ２：第２時間差、Δｔ３：第３時間差 1: Francis turbine, 5: runner, 11: runner blade, 11a: pressure surface, 11b: negative pressure surface, 20: cavitation generation position estimation system, 22: rotation phase detector, 24a: first sensor, 24b: second sensor , 24c: 3rd sensor, 26: Occurrence position calculation device, C: Cavitation, CL: Camber line, L1: 1st reference distance, L1': 1st distance, L2: 2nd reference distance, L2': 2nd distance , L3: 3rd reference distance, L3': 3rd distance, P: reference position, t1: 1st reference time, t1': 1st detection time, t2: 2nd reference time, t2': 2nd detection time, t3: 3rd reference time, t3': 3rd detection time, X: rotation axis, Δt1: 1st time difference, Δt2: 2nd time difference, Δt3: 3rd time difference
Claims (14)
前記ランナの回転位相を検出する回転位相検出器と、
前記ランナが所定の回転位相に位置するときに、前記ランナ羽根の圧力面および負圧面のいずれかで発生する一の前記キャビテーションの音波を検出可能な第１センサおよび第２センサと、
前記キャビテーションの発生位置を算出する発生位置算出装置と、を備え、
前記発生位置算出装置は、前記ランナが前記所定の回転位相に位置するときに、前記ランナ羽根の基準位置から発生する音波が前記第１センサで検出されるまでの時間である第１基準時間と、前記ランナ羽根の前記基準位置から発生する音波が前記第２センサで検出されるまでの時間である第２基準時間と、を記憶しており、
前記発生位置算出装置は、前記ランナが前記所定の回転位相に位置してから前記キャビテーションの音波が前記第１センサで検出されるまでの時間である第１検出時間と前記第１基準時間との第１時間差と、前記ランナが前記所定の回転位相に位置してから当該キャビテーションの音波が前記第２センサで検出されるまでの時間である第２検出時間と前記第２基準時間との第２時間差と、に基づいて、前記キャビテーションの発生位置を算出する、キャビテーション発生位置推定システム。 A cavitation generation position estimation system that estimates the position of cavitation that occurs in the runner of a hydraulic machine with multiple runner blades.
A rotation phase detector that detects the rotation phase of the runner, and
A first sensor and a second sensor capable of detecting the sound wave of one cavitation generated on either the pressure surface or the negative pressure surface of the runner blade when the runner is located in a predetermined rotation phase.
A generation position calculation device for calculating the occurrence position of the cavitation is provided.
The generation position calculation device includes a first reference time, which is a time until a sound wave generated from a reference position of the runner blade is detected by the first sensor when the runner is positioned in the predetermined rotation phase. , The second reference time, which is the time until the sound wave generated from the reference position of the runner blade is detected by the second sensor, is stored.
The generation position calculation device has a first detection time and a first reference time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the first sensor. The second time difference between the first detection time and the second detection time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the second sensor, and the second reference time. A cavitation occurrence position estimation system that calculates the cavitation occurrence position based on the time difference.
前記第１センサおよび前記第３センサは、前記ランナが前記所定の回転位置に位置するときに、前記ランナ羽根の圧力面で発生する一の前記キャビテーションの音波を検出可能であり、
前記発生位置算出装置は、前記ランナが前記所定の回転位相に位置するときに、前記ランナ羽根の前記基準位置から発生する音波が前記第３センサで検出されるまでの時間である第３基準時間を記憶しており、
前記発生位置算出装置は、前記第１時間差と、前記ランナが前記所定の回転位相に位置してから前記キャビテーションの音波が前記第３センサで検出されるまでの時間である第３検出時間と前記第３基準時間との第３時間差と、に基づいて、前記ランナ羽根の圧力面で発生した前記キャビテーションの発生位置を算出する、
請求項４または５に記載のキャビテーション発生位置推定システム。 With a third sensor
The first sensor and the third sensor can detect the sound wave of one cavitation generated on the pressure surface of the runner blade when the runner is located at the predetermined rotation position.
The generation position calculation device is a third reference time, which is a time until a sound wave generated from the reference position of the runner blade is detected by the third sensor when the runner is positioned in the predetermined rotation phase. Remember,
The generation position calculation device has the first time difference and the third detection time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the third sensor. Based on the third time difference from the third reference time, the position where the cavitation generated on the pressure surface of the runner blade is generated is calculated.
The cavitation occurrence position estimation system according to claim 4 or 5.
前記ランナ内で発生するキャビテーションの位置を推定する請求項１～１２のいずれか一項に記載のキャビテーション発生位置推定システムと、を備える、水力機械。 With a runner with multiple runner wings,
A hydraulic machine comprising the cavitation generation position estimation system according to any one of claims 1 to 12, which estimates the position of cavitation generated in the runner.
前記ランナが所定の回転位相に位置するときに、前記ランナ羽根の基準位置から発生する音波が第１センサで検出されるまでの時間である第１基準時間と、前記ランナ羽根の前記基準位置から発生する音波が第２センサで検出されるまでの時間である第２基準時間と、を取得する基準時間取得工程と、
前記ランナが前記所定の回転位相に位置するときに、前記第１センサおよび前記第２センサで前記ランナ羽根の圧力面および負圧面のいずれかで発生する一の前記キャビテーションの音波を検出するキャビテーション検出工程と、
前記キャビテーションの発生位置を算出する発生位置算出工程と、を備え、
発生位置算出工程において、前記ランナが前記所定の回転位相に位置してから前記キャビテーションの音波が前記第１センサで検出されるまでの時間である第１検出時間と前記第１基準時間との第１時間差と、前記ランナが前記所定の回転位相に位置してから当該キャビテーションの音波が前記第２センサで検出されるまでの時間である第２検出時間と前記第２基準時間との第２時間差と、に基づいて、前記キャビテーションの発生位置が算出される、キャビテーション発生位置推定方法。 It is a cavitation generation position estimation method that estimates the position of cavitation that occurs in the runner of a hydraulic machine with multiple runner blades.
From the first reference time, which is the time until the sound wave generated from the reference position of the runner blade is detected by the first sensor when the runner is positioned in a predetermined rotation phase, and the reference position of the runner blade. The second reference time, which is the time until the generated sound wave is detected by the second sensor, the reference time acquisition process for acquiring, and the reference time acquisition process.
Cavitation detection that detects the sound wave of one cavitation generated on either the pressure surface or the negative pressure surface of the runner blade by the first sensor and the second sensor when the runner is located in the predetermined rotation phase. Process and
A generation position calculation step for calculating the occurrence position of the cavitation is provided.
In the generation position calculation step, the first detection time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the first sensor, and the first reference time. 1 time difference and the second time difference between the second detection time, which is the time from when the runner is positioned in the predetermined rotation phase until the sound wave of the cavitation is detected by the second sensor, and the second reference time. A cavitation occurrence position estimation method in which the cavitation occurrence position is calculated based on the above.
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