JP2752215B2 - 水車の非常停止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水車の非常停止装置に係り、特に通常の制御
電源から給電される水車非常停止系とこの制御電源とは
別の非常停止用電源から給電される水車非常停止系とを
具備するカプラン水車の非常停止装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にカプラン水車の非常停止装置は、非常停止信号
に応じてガイドベーンを全閉してランナーベーンに流入
する圧力水の流れを止めると同時に、ランナーベーンを
全開にしてランナーベーンによるランナー室の水の撹は
ん抵抗によって生じる制動力により水車を急速停止させ
る。このような水車の非常停止装置は安全性の観点から
通常の制御電源から給電される水車非常停止系とこの制
御電源とは別の非常停止用電源から給電される水車非常
停止系との２系統を具備する。

第２図と第３図は従来のカプラン水車の非常停止装置
を示したもので、第１の電磁弁１は図示を省略した非常
停止用電源から給電され、第２及び第３の電磁弁２、３
は図示を省略した通常の制御電源から夫々給電される。
第１の電磁弁１は圧油流入ポートP1と、ポートA1と、ポ
ートB1と、排出ポートT1とを有し、第２電磁弁２は第１
電磁弁１のポートA1に接続されたポートP2と、ポートA2
と、プラグされたポートB2と、排出ポートT2とを有す
る。第３電磁弁３は圧油流入ポートP3と、プラグされた
ポートA3と、ポートB3と、排出ポートT3とを有する。第
２電磁弁２のポートA2に接続された起動停止弁シリンダ
４には、バネ５によって下方に付勢された起動停止弁プ
ランジャー６が挿通されている。このプランジャー６に
はレバー７が取付けられ、調速機コンバータ８は連接棒
９によってパイロットバルブ10に接続されている。この
パイロットバルブ10によって制御される主配圧弁11は水
口操作サーボモータ12に接続され、この水口操作サーボ
モータ12はガイドリング13を介してガイドベーン14を開
閉駆動する。

配圧器15はポートＹが第１電磁弁１のポートB1に、ポ
ートＸが第３電磁弁３のポートB3に夫々接続され、プラ
ンジャー16はバネ17によって付勢されている。配圧器15
のポートＺにはランナーベーン制御弁シリンダー18が接
続され、このシリンダー18に挿通されたランナーベーン
制御プランジャー19はバネ20によって付勢されている。
このランナーベーン制御プランジャー19にはフローティ
ングレバー21が連結され、このフローティングレバー21
はリンク22と制御レバー23とを介してカムロッド24に連
結されている。このカムロッド24は、ガイドベーン14の
開度に連動して回動するランナーベーン制御用カム25に
従動する。

フローティングレバー21にはパイロットバルブ26が連
結され、このパイロットバルブ26はランナーベーン主配
圧弁27を介してランナーベーンサーボモータ28を制御す
る。このランナーベーンサーボモータ28はランナーベー
ン29を開閉駆動する。

第２図に示したカプラン水車の運転状態の時には、第
１、第２、第３電磁弁１、２、３はいずれもソレノイド
コイルａが励磁され、第１電磁弁１は圧油流入ポートP1
がポートA1に連通され、ポートB1が排出ポートT1に連通
されている。第２電磁弁２はポートP2がポートA2に連通
され、第３電磁弁３はポートB3が排出ポートT3に連通さ
れている。第１電磁弁１の圧油流入ポートP1からの圧油
は、ポートA1とポートP2とポートA2とを介して起動停止
弁シリンダー４に流入し、起動停止弁プランジャー６を
バネ５に抗して押し上げる。これによって、レバー７は
連接棒９の係止を解くので、パイロットバルブ10は自由
に可動できる状態になる。

ランナーベーン制御弁シリンダー18は配圧器15のポー
トＺからポートＸに通じ、更に第３電磁弁３のポートB3
から排出ポートT3に通じているので、ランナーベーン制
御プランジャー19はバネ20によって押し下げられてい
る。従って、パイロットバルブ26はランナーベーン制御
用カム25によって制御されるオンカム状態になってい
る。

安定運転状態になると、調速機コンバータ８に連結さ
れたパイロットバルブ10及び主配圧弁11が中立状態にな
る。従って、ガイドベーン14は水口操作サーボモータ12
によって一定開度の安定状態になる。ランナーベーン29
もガイドベーン14の開度に連動したランナーベーン制御
用カム25によってガイドベーン14の一定開度に対して最
適な開度で安定状態に制御される。こうして、カプラン
水車及び発電機は安定状態で運転される。

ところが、水車又は発電機に異常が生じ非常停止信号
が発生すると、制御電源から給電される第２及び第３電
磁弁２、３は夫々のソレノイドｂが励磁され、夫々のス
プール30b,30cが図面上で左方向に駆動される。これに
よって、第２電磁弁２のポートA2はポートP2との連通が
遮断され、排出ポートT2に連通するので、起動停止弁シ
リンダー４の圧油はポートA2と排出ポートT2とを介して
排出される。このため、起動停止弁プランジャー６はバ
ネ５によって押し下げられレバー７が連接棒９を介して
パイロットバルブ10を強制的に押し下げて圧油を閉状態
に切換える。これによって、主配圧弁11は下方に移動し
て水口操作サーボモータ12を介してガイドベーン14を全
閉し、ランナーベーン29を通過する圧力水の流れを止め
水車を停止させる。

第３電磁弁３は上述のソレノイドｂの励磁によって圧
油流入ポートP3がポートB3に連通するため、ポートP3か
らの圧油はポートB3を介して配圧器15のポートＸに流入
しプランジャー16を押し下げポートＺより流出し、ラン
ナーベーン制御弁シリンダー18に流入する。このシリン
ダー18に流入した圧油がプランジャー19を押し上げてフ
ローティングレバー21を介してパイロットバルブ26を開
位置に切換えると、ランナーベーンサーボモータ28は強
制的にランナーベーン29を全開する。これによって、ラ
ンナーベーン29によるランナー室の水の撹はん抵抗によ
り生じた制動力が水車を急速に停止させる。

制御電源の喪失の場合には、非常停止用電源から給電
される第１電磁弁１のソレノイドコイルｂが非常停止信
号に応じて励磁され、第３図に示されたようにスプール
30aが左方向に駆動され、ポートP1とポートB1とが連通
すると同時にポートA1とポートT1とが連通する。これに
よって、起動停止弁シリンダー４の圧油は第２電磁弁２
のポートA2とP2及び第１電磁弁１のポートA1とT1を介し
て排出されるため、起動停止弁プランジャー６はバネ５
によって押し下げられる。こうして、前述と全く同一の
動作によってガイドベーン14が全閉される。

他方、第１電磁弁１のポートP1に流入した圧油は、ポ
ートB1を介して配圧器15のポートＹに流入しプランジャ
ー16を押し上げ、ポートＺより流出しランナーベーン制
御弁シリンダー18に流入する。このシリンダー18に流入
した圧油はプランジャー19を押し上げて、前述の全く同
一の動作によりランナーベーン29を全開する。こうし
て、ガイドベーン14の全閉及びランナーベーン29の全開
によって水車は急停止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、経年変化やその他の原因によりガイドベー
ン14が全閉状態になっても隣接するガイドベーン14の間
や図示を省略した上下カバーとガイドベーン14との間隙
等から漏水が生じることがあり、この漏水のため水車が
完全には停止せず低速での回転を続けるという事態が起
こる。特に、入口弁のないカプラン水車の場合には、こ
のガイドベーン漏水により水車が完全には停止しないこ
とが多い。

このような漏水に起因する水車の低速回転が続くと、
水車及び発電機の夫々の軸受メタルが損傷するという問
題が生ずる。これを詳細に説明すると、水車発電機に設
置された推力軸受は回転速度が定格速度に達すると、安
定したくさび状の油膜を形成して回転部重量を支え、摺
動トルクを低減する。しかしながら、上述のガイドベー
ン漏水量は定格流量に比べ非常に少なくガイドベーン漏
水による水車回転数は非常に低いため、水車及び発電機
の各軸受メタルの油膜が形成されず軸受メタルの損傷を
招来してしまう。

そこで、本発明の目的は、非常停止信号に応じた水車
の非常停止時に水車を安全かつ確実に停止させることの
できる水車の非常停止装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本願発明は、ガイドベー
ンを全閉するガイドベーン全閉装置と、ランナーベーン
を全開するランナーベーン全開装置と、制御用電源から
給電され非常停止信号に応じて上記ガイドベーン全閉装
置と上記ランナーベーン全開装置とを起動する第１起動
手段と、非常停止用電源から給電され上記制御電源の喪
失時の非常停止信号に応じて上記ガイドベーン全閉装置
と上記ランナーベーン全開装置とを起動する第２起動手
段とを具備する水車の非常停止装置において、上記制御
電源の喪失時の非常停止信号の発生から所定時間の経過
後にブレーキ信号を発生する遅延装置と、このブレーキ
信号に応じて水車又は発電機の回転部にブレーキを掛け
るブレーキ装置とを具備し、上記所定時間は上記回転部
が所定回転速度まで減速されるのに要する時間に定めら
れ、上記第２起動手段は、上記非常停止用電源から給電
される電磁弁を含み、この電磁弁は上記制御電源の喪失
時の非常停止信号に応じて圧油を流出し、上記遅延装置
は、上記電磁弁からの圧油を受けその流量を制御する流
量調整弁と、この流量調整弁によって流量制御された圧
油の流量に応じた遅延時間を上記所定時間として作成す
るとともにその圧油の流量に応じて上記ブレーキ装置に
よるブレーキが徐々に掛かるような上記ブレーキ信号を
発生するタイムディレイバルブとを含むことを特徴とす
るものである。

〔作 用〕

制御用電源から給電される第１起動手段は、非常停止
信号に応じてガイドベーン全閉装置とランナーベーン全
開装置とを起動する。一方、非常停止用電源から給電さ
れる第２起動手段は、制御電源の喪失時の非常停止信号
に応じてガイドベーン全閉装置とランナーベーン全開装
置とを起動する。ブレーキ装置は、非常停止信号の発生
から所定時間の経過後に遅延装置が発生するブレーキ信
号に応じて水車又は発電機の回転部にブレーキを掛けて
水車を完全に停止させる。この場合、上記所定時間は上
記回転部が所定回転速度まで減速されるのに要する時間
に定められているため、上記回転部が所定回転速度まで
減速されてからブレーキが掛けられる。

また、遅延装置の流量調整弁は、非常停止信号に応じ
て第２起動手段の電磁弁から流出される圧油を受けその
流量を制御する。そして、遅延装置のタイムディレイバ
ルブは、上記流量調整弁によって流量制御された圧油の
流量に応じた遅延時間を上記所定時間として作成すると
ともに、その圧油の流量に応じて上記ブレーキ装置によ
るブレーキが徐々に掛かるようなブレーキ信号を発生す
る。このことにより、非常停止信号に応じて水車を停止
させる際に、最終的にブレーキ装置によって、水車又は
発電機の回転部に急ブレーキを掛けることなく、穏やか
に停止させることができる。

〔実施例〕

以下に、本発明による水車の非常停止装置の一実施例
を第２図及び第３図と同部分には同一符号を付して示し
た第１図を参照して説明する。

第１図は水車の非常停止状態を示したもので、第１の
電磁弁１は非常停止用電源から給電され、第２、第３、
及び第４の電磁弁２、３、31は夫々、制御電源から給電
される。第１電磁弁１は、図示を省略した圧油供給源に
接続された圧油流入ポートP1と、第１の起動停止弁シリ
ンダー4Aに接続されたポートA1と、配圧器15のポートＹ
に接続されたポートB1と、図示を省略した排油管に接続
された排出ポートT1とを具備している。第２電磁弁２
は、図示を省略した圧油供給源に接続された圧油流入ポ
ートP2と、第２の起動停止弁シリンダー4Bに接続された
ポートA2と、プラグされたポートB2と、図示を省略した
排油管に接続された排出ポートT2とを具備している。第
３電磁弁３は、第２図の第３電磁弁３と全く同一であ
る。第４の電磁弁31は、図示を省略した圧油供給源に接
続された圧油流入ポートP4と、ポートA4と、プラグされ
たポートB4と、図示を省略した排油管に接続された排出
ポートT4とを具備している。これらの第１、第２、第
３、及び第４電磁弁１、２、３、31は、いずれもソレノ
イドコイルイルａが励磁された時にポートＰとポートＡ
とが連通しかつポートＢとポートＴとが連通し、他方、
ソレノイドコイルイルｂが励磁された時にポートＰとポ
ートＢとが連通しかつポートＡとポートＴとが連通する
ように構成されている。

第１起動停止弁シリンダー4Aと第１起動停止弁プラン
ジャー6Aと第１レバー7A、及び第２の起動停止弁シリン
ダー4Bと第２起動停止弁プランジャー6Bと第２レバー7B
は、夫々第２図の起動停止弁シリンダー４と第１起動停
止弁プランジャー６と第１レバー７と同一の構成であ
る。

流量調整弁32は入口ポートＳと出口ポートＵとを具備
し、この入口ポートＳは第１電磁弁１のポートB1に接続
されている。外部から手動操作される流量調整スピンド
ル33は、その上下動により流量調整弁32の入口ポートＳ
から出口ポートＵに流れる圧油の流量を調整する。タイ
ムディレイバルブ34は３個のポートＮ、Ｑ、Ｒを具備
し、このポートＮは流量調整弁32の出口ポートＵに接続
され、ポートＲは第４電磁弁31のポートA4に接続されて
いる。プランジャー35はバネ36によって付勢され、ポー
トＮとポートＱの連通とポートＲとポートＱの連通とを
切換える。

配圧器37は入口ポートＭと出口ポートＬと排出ポート
Ｋとを具備し、この入口ポートＭはタイムディレイバル
ブ34のポートＱに接続されている。プランジャー38は一
端においてバネ39によって付勢され、他端がカム40に当
接している。このプランジャー38は、バネ39によって上
方に押し上げられるとポートＭを閉止すると共にポート
Ｌを排出ポートＫに連通し、他方、カム40によってバネ
39に抗して押し下げられるとポートＭをポートＬに連通
すると共に排出ポートＫを閉止する。カム40は、ガイド
ベーンリターン軸41を介してガイドベーン駆動系に連結
し、ガイドベーン14の全閉時にプランジャー38をバネ39
に抗して最下点まで押し下げてポートＭをポートＬに連
通する。

ブレーキシリンダー42はポートＨが配圧器37の出口ポ
ートＬに接続され、このブレーキシリンダー42に連通し
たブレーキピストン43はバネ44によって下方に付勢され
ている。このブレーキピストン43の上端にはブレーキシ
ュー45が固設され、このブレーキシュー45はブレーキピ
ストン43の上昇移動によって発電機に固着されたブレー
キリング46に当接される。

なお、起動停止弁シリンダー4A、4Bなどはガイドベー
ン全閉装置を構成し、配圧器15とランナーベーン制御弁
シリンダー18などがランナーベーン全開装置を構成す
る。上記第１電磁弁１は第１起動手段を構成し、第２及
び第２電磁弁２、３は第２起動手段を構成し、流量調整
弁32とタイムディレイバルブ34は遅延装置を構成する。
また、ブレーキシリンダー42とブレーキピストン43とブ
レーキシュー45などはブレーキ手段を構成し、配圧器34
は少なくともガイドベーンの全閉前にはタイムディレイ
バルブ34からの圧油がブレーキシリンダー42に流入する
ことを阻止する阻止手段を構成する。

その他の構成は第２図と同一である。

次にこの実施例の作用を説明する。

制御電源から給電される第２及び第３電磁弁２、３が
非常停止信号に応じて水車を急停止する作用は、第２図
の場合と同一である。

制御電源の喪失時には、第１電磁弁１のソレノイドコ
イルｂが非常停止信号に応じて励磁され、図示のように
ポートA1とポートT1とを連通し、ポートP1とポートB1と
を連通する。これによって第１起動停止弁シリンダー4A
の圧油はポートA1とポートT1とを介して排出され、第１
起動停止弁プランジャー6Aはバネ5Aによって押し下げら
れ、前述と同様にガイドベーン14を全閉駆動する。この
ガイドベーン14が全閉されると、これに連動してカム40
がプランジャー38をバネ39に抗して押し下げ、配圧器37
の入口ポートＭを出口ポートＬに連通させる。

第１電磁弁１のポートP1とポートB1を通った圧油は、
その一部が配圧器15のポートＹに流入し、前述と同様に
ランナーベーン制御シリンダ18等を介してランナーベー
ン29を全開駆動する。上記ポートB1を通った圧油の残部
は、流量調整弁32に流入しここで流量調整された後、タ
イムディレイバルブ34のポートＮに流入する。このポー
トＮに流入した圧油は、バネ36に抗してプランジャー35
を徐々に押し下げ所定時間後にポートＮとポートＱとを
連通すると同時にプランジャー35によってポートＲを閉
止する。第１電磁弁１のポートB1からの圧油がタイムデ
ィレイバルブ34のポートＮに流入開始した時点からポー
トＮとポートＱとの連通するまでの上記所定時間、即ち
遅延時間は、流量調整弁32が調整する流量の関数であ
り、この流量が大きい時に長くなり、逆に流量が小さく
なると短くなる。

ポートＱを流出した圧油は配圧器37の入口ポートＭに
流入する。この時、配圧器37は既にカム40によって入口
ポートＭが出口ポートＬに連通されているので、圧油は
出口ポートＬを流出してブレーキシリンダー42に流入し
ブレーキピストン43をバネ44に抗して押し上げる。これ
によって、ブレーキシュー45がブレーキリング46に圧接
し発電機及び水車にブレーキを掛ける。このブレーキ力
はガイドベーン漏水に起因する水車の回転トルクよりも
大きくなるように定められているので、たとえガイドベ
ーン漏水が存在してもこのガイドベーン漏水に起因する
水車及び発電機の低速回転を上記ブレーキによって阻止
することができる。

なお、上記遅延時間を決定する流量調整弁32とタイム
ディレイバルブ34との働きは以下の通りである。即ち、
非常停止信号の発生に応じて直ちに水車にブレーキを掛
けると、水車の高速回転のためブレーキシュー45の損傷
等が生じる。そこで、流量調整弁32とタイムディレイバ
ルブ34は、水車及び発電機の回転速度がガイドベーンの
全閉動作及びランナーベーンの全開動作によって上記ブ
レーキ動作が可能な低速度にまで低下した後にブレーキ
シュー45がブレーキリング46に圧接するように遅延時間
を設定している。この遅延時間は予め設計段階に算出す
るか、または実験的に求めることができる。

しかも、上記ブレーキ動作の際、タイムディレイバル
ブ34のポートN,Qの連通後も、流量調整弁32で流量調整
された圧油がタイムディレイバルブ34から徐々にブレー
キシリンダー42に流入するので、ブレーキ装置42〜45に
よるブレーキが徐々に掛けられることになる（すなわ
ち、タイムディレイバルブ34から徐々にブレーキシリン
ダー42に流入する圧油が、ブレーキ装置に徐々にブレー
キを掛けさせるようなブレーキ信号としての役目を果た
すことになる。）。

また、配圧器37の働きは、ブレーキ動作が必ずガイド
ベーン全閉後に行われることを保証する、即ちガイドベ
ーン14の全閉後にのみタイムディレイバルブ34からの圧
油のブレーキシリンダー42への流入を許容することであ
る。

また、上記実施例では遅延装置とブレーキ装置とは第
１電磁弁１の作動に応動する構成であった。しかしなが
ら、本発明はこれに限らず遅延装置とブレーキ装置とを
第２電磁弁２の作動にも応動するように構成することも
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非
常停止信号に応じて電磁弁から流出される圧油を受けそ
の流量を制御する流量調整弁と、この流量調整弁によっ
て流量制御された圧油の流量に応じてブレーキ装置によ
るブレーキが徐々に掛かるようなブレーキ信号を発生す
るタイムディレイバルブとを含む遅延装置を具備するの
で、非常停止信号に応じて水車を停止させる際に、最終
的にブレーキ装置によって、水車又は発電機の回転部に
急ブレーキを掛けることなく、穏やかに停止させること
ができる。このため、ブレーキ装置や回転部その他に大
きな負担を掛けることなく、安全かつ確実に水車を停止
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水車の非常停止装置の一実施例を
示した系統断面図、第２図及び第３図は状来の水車の非
常停止装置を示した系統断面図である。 １……第２起動手段（第１電磁弁）、２、３……第１起
動手段（第２及び第３電磁弁）、4A、4B……ガイドベー
ン全閉装置（起動停止弁シリンダー）、14……ガイドベ
ーン、15、18……ランナーベーン全開装置（配圧器、ラ
ンナーベーン制御シリンダー）、29……ランナーベー
ン、32、34……遅延装置（流量調整弁、タイムディレイ
バルブ）、42、45……ブレーキ装置（ブレーキシリンダ
ー、ブレーキシュー）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガイドベーンを全閉するガイドベーン全閉
   装置と、ランナーベーンを全開するランナーベーン全開
   装置と、制御用電源から給電され非常停止信号に応じて
   上記ガイドベーン全閉装置と上記ランナーベーン全開装
   置とを起動する第１起動手段と、非常停止用電源から給
   電され上記制御電源の喪失時の非常停止信号に応じて上
   記ガイドベーン全閉装置と上記ランナーベーン全開装置
   とを起動する第２起動手段とを具備する水車の非常停止
   装置において、 上記制御電源の喪失時の非常停止信号の発生から所定時
   間の経過後にブレーキ信号を発生する遅延装置と、この
   ブレーキ信号に応じて水車又は発電機の回転部にブレー
   キを掛けるブレーキ装置とを具備し、 上記所定時間は上記回転部が所定回転速度まで減速され
   るのに要する時間に定められ、 上記第２起動手段は、上記非常停止用電源から給電され
   る電磁弁を含み、この電磁弁は上記制御電源の喪失時の
   非常停止信号に応じて圧油を流出し、 上記遅延装置は、上記電磁弁からの圧油を受けその流量
   を制御する流量調整弁と、この流量調整弁によって流量
   制御された圧油の流量に応じた遅延時間を上記所定時間
   として作成するとともにその圧油の流量に応じて上記ブ
   レーキ装置によるブレーキが徐々に掛かるような上記ブ
   レーキ信号を発生するタイムディレイバルブとを含むこ
   とを特徴とする水車の非常停止装置。