JP2607014Y2 - ペルトン水車 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、水力発電所で発電用に
使用されるペルトン水車の改良に関し、特に水車停止中
に於ける側路弁の開閉状態より、噴射管からの漏水の有
無を検出し得るようにしたペルトン水車に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】水力発電所に於て、発電用に適用される
水車には数種類があり、水車を回転駆動させるために、
水車に導入可能の流水の落差及びその流量を考慮して、
最適の種類の水車が選択される。本考案の対象であるペ
ルトン水車は、通常、比較的落差が大きく、流量が比較
的少ない場所に建設される発電所に適用される水車であ
る。

【０００３】その詳細は後述するが、ペルトン水車は、
水源より導水路，水圧鉄管を介して導入される高圧流水
を、入口弁の下流で複数の噴射管に分岐し、各々の噴射
管の先端から噴射させ、主軸に嵌着されたディスクの周
縁に均等に取付けられた複数のバケットに衝突させて、
回転力を得る衝動形水車である。噴射管の先端からジェ
ットとなってバケットに噴射する流水の流量は、その内
部に設けた円錐形のニ−ドルを前後進させることにより
調整され、水車の出力が調整される。

【０００４】図４は、噴射管の構成の一例を示す一部欠
裁断面図である。この図４に於て、１０は噴射管であ
り、図示右方の図示しない入口弁より分岐湾曲し、先端
に開口を有し、先端近傍の内部中心部にニードルガイド
１１が設けられる。ニードルガイド１１には、その先端
にニードル１２が螺着されたニードルステム１３が挿通
され、ニードルステム１３は、噴射管１０の湾曲外側に
設けられたニードルサーボモータ１４に連結される。

【０００５】１６は図示しない水車の主軸に嵌着された
ディスク１７の周縁に、均等に取付けられたバケットで
あり、主軸，ディスクと共に水車のランナを構成する。
サ−ボモ−タ１４は、図示しない圧油タンクから配圧弁
を介して供給される圧油により制御され、ニ−ドルステ
ム１３を介してニ−ドル１２を前後進させ、ノズルチッ
プライナ１５とニ−ドル１２との間隙を増減し、バケッ
ト１６に衝突させる流水の噴射流量を調整する。

【０００６】１８は、デフレクタであり、噴射管１０の
先端下部に設けられた軸１８１に軸支され、図示しない
開閉制御機構により開閉制御され、図は閉状態を示す。
デフレクタ１８は、水車の運転中は、噴射管１０の先端
より噴射するジェットが、バケット１０に衝突する妨げ
とならないように、破線で示す開状態に制御され、水車
の停止中は、実線で示す閉状態に制御され、噴射管１０
からのジェットがバケット１６に衝突するのを阻止す
る。

【０００７】水車に駆動される発電機が接続される電力
系統事故等により、発電機負荷が遮断された時には、水
車のランナが加速され過速になるのを防止するため、ニ
ードル１２を全閉して、噴射管１０からのジェットの噴
射を直に停止し、ジェットのバケット１６への衝突を阻
止しなければならないが、ニードル１２の制御機構であ
るサーボモータ１４には即応性が無く、直に図示の状態
に閉制御して、ジェットの噴射を停止することは出来な
い。デフレクタ１８は、主として、上記の様な場合に於
ける水車ランナの過速防止を目的として設けられたもの
で、即応制御可能の制御装置を有し、必要に応じて、直
に図示の状態に閉制御され、噴射ジェットのバケット１
６への衝突を阻止し、水車ランナの過速を防止する。

【０００８】図５（ａ）は、ニードル１２の詳細断面図
であり、図５（ｂ）は、噴射管１０の先端部の詳細断面
図である。図５に於て、ニードル１２は、円錐形のニー
ドルチップ１２１とニードルヘッド１２２とから構成さ
れか、両者が一体構造になっている。ニードルチップ１
２１は、中央内部に雌ネジが切られ、ニードルヘッド１
２２の中心孔に挿通されるニードルステム１３の先端に
切られた雄ネジに螺着される。噴射管１０の先端開口内
周面には、図５（ｂ）に示す如く、ノズルチップライナ
１５がはめ込まれ、ニードル全閉時には、図５（ａ）に
示すニードルチップ１２１の円錐側面がこのノズルチッ
プライナ１５に当接し、噴射管１０からの漏水を防止す
る。

【０００９】噴射管１０の先端部の高圧流水の噴射口及
びニ−ドルチップ１２１は、上記の如く構成され、噴射
ジェットは、ニ−ドル１２を前後進させ、ノズルチップ
ライナ１５とニ−ドルチップ１２１との間隙を増減する
ことで、その流量が調整されるから、ノズルチップライ
ナ１５とニ−ドルチップ１２１とは、噴射流量の調整を
行う主要部分となる。従ってこれらは、流水の影響を最
も受けやすい部分であり、土砂等を多量に含む河川水を
利用する発電所ほど、短期間に磨耗し、これらのシャッ
タ面は凹み、ニ−ドル１２を全閉しても両者間には間隙
が生じ、流水を完全に止めることは不可能となり、漏水
を生じることになる。

【００１０】前述の如く、デフレクタ１８は水車停止中
には図示の閉状態に制御され、噴射管１０からの流水
（通常は漏水）があってもこれを阻止し、バケット１６
に衝突するのを防止する。従って、漏水が生ずると、漏
水はデフレクタ１８当たってその磨耗を早め、いずれデ
フレクタ１８を貫通し、バケット１６に直接漏水が当た
るようになり、非常に危険な状態となる。

【００１１】又、ノズルチップライナ１５及びニ−ドル
チップ１２１が磨耗し、凹みが生ずると、噴射するジェ
ット流に乱れを生じ、乱流となってバケット１６に衝突
することになるから、高速流水の有する運動のエネルギ
は、バケット１６に有効に作用しなくなり、水車の運転
効率の低下を来すことになる。

【００１２】以上記載の理由から、ノズルチップライナ
１５やニ−ドルチップ１２１の磨耗の有無を早期に検知
することは、ペルトン水車を使用する水力発電所の運営
上、非常に重要な要件となる。しかしながら、現状にお
いて、ノズルチップライナ１５やニ−ドルチップ１２１
の磨耗の有無を点検するには、噴射管１０の外部から行
うことは不可能であるため、水車を停止し、流水部内の
抜水を行い、マンホ−ルを開いてハウジング内に入り、
必要に応じて、ノズルチップライナ１５やニ−ドルチッ
プ１２１が、点検できる程度にデフレクタ１８を操作
し、はじめて点検出来ることになる。このため、ノズル
チップライナ１５やニ−ドルチップ１２１の磨耗の検知
には、かなりの時間と労力とを要し、水力発電所の大き
な運用効率の低下につながっていた。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】本考案が解決しようと
する問題点は、ペルトン水車の流水部の抜水，マンホ−
ルの開閉，デフレクタの操作等を行わなければ、ノズル
チップライナやニ−ドルチップの磨耗の検知が出来ない
点である。従って本考案の目的は、水車の流水部の抜
水，マンホ−ルの開閉，デフレクタの操作等を行なうこ
と無しに、ノズルチップライナやニ−ドルチップの磨耗
の検知を可能にしたペルトン水車を得ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本考案は、ペルトン水車
の停止時に於いて、ノズルチップライナ，ニードルチッ
プ等の磨耗に起因する噴射管からの漏水により生ずる入
口弁より下流側の水圧の低下を、入口弁をバイパスする
側路弁の開閉状態より検出し、側路弁の開閉状態から間
接的に、ノズルチップライナ，ニードルチップ等の磨耗
を検知する。

【００１５】即ち、水車の停止時に、制御圧油の供給を
阻止した側路弁の弁体に作用する水圧を利用し、側路弁
弁体のシ−ト部を境界線として、噴射管から漏水が無
く、側路弁の下流側の水圧が保持されている場合には、
側路弁が開き、漏水により側路弁の下流側の水圧が低下
する場合には、側路弁が全閉状態の儘となるように構成
した点を特徴とする。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本考案を説明する。図
１は本考案の一実施例を示すペルトン水車停止時に於け
る油管系統図である。図１に於て、２０は水圧鉄管ＰＳ
の末端に設けられた入口弁であり、入口弁油圧サ−ボモ
−タ２１により開閉制御され、その下流側は２つに分岐
されて噴射管１０，１０に接続される。２５は、入口弁
２０を側路する側路弁であり、側路弁サ−ボモ−タ２６
により開閉制御される。

【００１７】一方、入口弁２０及び側路弁２５を夫々開
閉制御する入口弁サ−ボモ−タ２１及び側路弁サ−ボモ
−２６には、下記の経路により圧油が供給される。即
ち、圧油タンク３０から、配管３１，油圧阻止弁配圧弁
３２，油圧阻止弁配圧弁３２の開側給油管３３，油圧阻
止弁３４，配管３５を通して入口弁配圧弁２２及び側路
弁配圧弁２７に供給され、更に配圧弁２２，２７の操作
により、対応するサ−ボモ−タ２１，２６の閉側給油管
２３，２８、或いは開側給油管２４，２９に供給され
る。尚、３６は油圧阻止弁３４の閉側給油管である。

【００１８】図２は、入口弁を側路する側路弁２５の全
閉時及び側路弁油圧サ−ボモ−タ２６の垂直断面図であ
る。図に於て、矢印Ａ，Ｂは、入口弁２０を側路するた
めに導入される導入水の水流方向を示す。２５ａは弁
胴、２５ｂは弁胴２５ａ内に設けられた弁体であり、図
示右方に取付けられた油圧サ−ボモ−タ２６のピストン
２６ａに、ロッド２６ｂを介して連結されている。２５
ｃは弁胴２５ａの導入水出口側内面に取り付けられたブ
ッシュ、２５ｄは、図示の如く弁体２５ｂが全閉の位置
に於てブッシュ２５ｃの右端に当接し、弁体２５ｂの上
流側と下流側とを密封するシ−ト面である。側路弁２５
は、上述の圧油が、油圧サ−ボモ−タ２６の閉側給油管
２８に供給されると、図示の如く全閉し、開側給油管２
９に供給されると、全開する。

【００１９】次に、上記の如く構成された本考案の作動
を説明する。前述の如く図１は、ペルトン水車の停止時
に於ける油管系統図を示しているから、圧油阻止弁配圧
弁３２は閉側に制御され、圧油タンク３０からの圧油
は、配管３１を通して配圧弁３２の閉側給油管３６に供
給され、圧油阻止弁３４は全閉となっている。従って入
口弁２０及び側路弁２５の各々のサ−ボモ−タ２１，２
６の閉側給油管２３，２８の油圧は０となっている。

【００２０】ペルトン水車に駆動される発電機の停止操
作は通常、発電機負荷−発電機無負荷−発電機解列−発
電機励磁遮断−水車ニ−ドル閉−水車デフレクタ閉−入
口弁閉−側路弁閉 の順序で行われる。従ってペルトン
水車の停止時には、噴射管１０も含めて、その上流側の
水路は、全て導入水で満たされている。

【００２１】前述の如く、（図２に於て）水車停止時に
は側路弁弁胴２５ａ内は、導入水で満たされているか
ら、噴射管１０の先端からの漏水が無ければ、側路弁弁
胴２５ａ内の導入水による単位面積当りの水圧Ｐは、弁
体２５ｂの上流側と下流側とで等しくなる。従って、前
記シ−ト面２５ｄを境界として、側路弁弁体２５ｂには
図示のごとく、左側からは、下流側導入水圧力 Ｆ１
が、右側からは、上流側導入水圧力 Ｆ２ が作用する
ことになる。側路弁弁体２５ｂに作用する導入水圧は
Ｐ であるから、下流側導入水圧力 Ｆ１ と上流側導
入水圧力 Ｆ２とは、それぞれ Ｆ１＝π／４×Ｄ1 ・Ｄ1 ・Ｐ Ｆ２＝π／４×（Ｄ2 −Ｄ3 ）・（Ｄ2 −Ｄ3 ）・Ｐ となり、側路弁２５は通常、 Ｆ１＞Ｆ２ となるよう
に設計されている。そして前述の様に、水車停止時に
は、入口弁２０及び側路弁２５の各々のサ−ボモ−タ２
１，２６の閉側給油管２３，２８の油圧は０となってい
るから、側路弁２５の弁体２５ｂの開閉状態は、上記
の、下流側導入水圧力 Ｆ１ と、上流側導入水圧力
Ｆ２ との大小によって決定される。

【００２２】即ち、ニ−ドルチップ１２１やノズルチッ
プライナ１５のシャッタ面に、磨耗による凹みや間隙の
発生が無く、漏水が生じていない場合には、設計通りの
Ｆ１＞Ｆ２ の関係が維持される。従って側路弁弁体
２５ｂは、下流側導入水圧力Ｆ１ によって図示右方に
押されて開となり、この状態を維持する。

【００２３】又、ニ−ドルチップ１２１やノズルチップ
ライナ１５のシャッタ面に、磨耗による凹みや間隙が発
生し、漏水が生じている場合には、下流側導入水圧力
Ｆ１は徐々に低下し、 Ｆ１＞Ｆ２ の関係は成立しな
くなり、遂には Ｆ１＜Ｆ２ となって、側路弁弁体２
５ｂは、水車停止後一時的には開となっても、上流側導
入水圧力 Ｆ２ によって図示左方に押されて、遂には
閉状態を維持することになる。

【００２４】以上説明の様に、水車停止後に於ける側路
弁２５の開閉状態は、下流側導入水圧力 Ｆ１ と、上
流側導入水圧力 Ｆ２ との大小によって決定され、両
水圧力Ｆ１，Ｆ２の大小は、ニードルチップ１２１やノ
ズルチップライナ１５のシャッタ面からの漏水によって
決定されるから、水車停止後所定の時間経過時に於ける
側路弁２５の開閉状態を確認することにより、噴射管１
０の漏水の有無を間接的に検知することが出来る。

【００２５】尚、図３は、水車停止後の経過時間に対す
る下流側導入水圧力とニ−ドルチップやノズルチップラ
イナのシャッタ面の磨耗の度合いとの関係を示すグラフ
であり、経過時間に対し、ニ−ドルチップやノズルチッ
プライナのシャッタ面の磨耗の度合いが大きい程漏水量
が多くなるから、下流側導入水圧力の変化も大きいこと
を示している。

【００２６】

【考案の効果】以上、本考案について詳細に説明した
が、本考案によれば、水車の停止中における側路弁の開
閉状態より前記噴射管からの漏水（ニ−ドルチップやノ
ズルチップライナのシャッタ面の磨耗）を検出すること
ができるから、漏水の検出は安全となり、更に磨耗の有
無の点検のための、水車の停止、流水部内の抜水、マン
ホ−ルの開閉、必要に応じたデフレクタの操作等の作業
が一切不要となるから、水力発電所の運用効率は向上
し、保守員の時間と労力を軽減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すペルトン水車停止時の
油管系統図。

【図２】側路弁（全閉時）及び側路弁油圧サ−ボモ−タ
の垂直断面図。

【図３】水車停止後の経過時間に対する下流側導入水圧
力とニ−ドルチップやノズルチップライナのシャッタ面
の磨耗の度合いとの関係を示すグラフ。

【図４】噴射管の構成の一例を示す一部欠裁断面図。

【図５（ａ），（ｂ）】噴射管先端の構成部材の詳細を
示す断面図。

【符号の説明】

１０……噴射管、 １２……ニ−ドル、 １２１…ニ−ドルチップ、 １４……ニ−ドルサ−ボモ−タ、 １５……ノズルチップライナ、 １６……バケット、 １７……ディスク、 ２０……入口弁、 ２１……入口弁サ−ボモ−タ、 ２２……入口弁配圧弁、 ２５……側路弁、 ２６……側路弁サ−ボモ−タ、 ２７……側路弁配圧弁、 ３０……圧油タンク、 ３４……圧油阻止弁。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧油タンクの圧油が水車の停止中は全閉と
   される圧油阻止弁を介して供給され、前記水車の入口弁
   の開閉制御を行う入口弁サーボモータを切換駆動する前
   記圧油を前記入口弁サーボモータに切換供給する入口弁
   配圧弁と、前記圧油阻止弁を介して前記圧油が供給さ
   れ、前記入口弁をバイパスする側路弁の開閉制御を行う
   側路弁サーボモータを切換駆動する前記圧油を前記側路
   弁サーボモータに切換供給する側路弁配圧弁と、前記水
   車の主軸に嵌着されたディスクの周縁に取付けられた複
   数のバケットに前記入口弁を介して導入された流水を衝
   突させ得る位置に配置され、前記圧油で駆動されるニー
   ドルサーボモータにより前後進制御され先端にニードル
   チップを取付けられたニードルを内部に有すると共にそ
   の先端内周面にノズルチップライナを取付けられた複数
   の噴射管とを備えたペルトン水車に於て、前記水車の停
   止中における前記側路弁の開閉状態より、少くとも前記
   ニードルチップとノズルチップライナの何れか一方の磨
   耗を検知することを特徴とするペルトン水車。