JP2945770B2 - Hydraulic machine and its starting and control method - Google Patents

Hydraulic machine and its starting and control method

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JP2945770B2
JP2945770B2 JP3042032A JP4203291A JP2945770B2 JP 2945770 B2 JP2945770 B2 JP 2945770B2 JP 3042032 A JP3042032 A JP 3042032A JP 4203291 A JP4203291 A JP 4203291A JP 2945770 B2 JP2945770 B2 JP 2945770B2
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  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は水車やポンプ水車等の水
力機械とその起動及び制御方法に係り、特に入口管と入
口弁とケーシングと可動式の案内羽根とランナとを具備
した水力機械とその起動及び制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic machine such as a water turbine and a pump turbine and a method for starting and controlling the hydraulic machine, and more particularly to a hydraulic machine having an inlet pipe, an inlet valve, a casing, movable guide vanes and a runner. It relates to the activation and control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】可動式の案内羽根を有する水力機械は、
一般に案内羽根を開口してランナに圧力水を導入して水
車起動を行う。
2. Description of the Related Art A hydraulic machine having movable guide vanes is
Generally, the guide vanes are opened and pressurized water is introduced into the runner to start the turbine.

【0003】図10は一般的な可動案内羽根を有するポ
ンプ水車を示したもので、発電運転では、入口管1から
の圧力水は入口弁2を通ってケーシング3に流入し、可
動式の案内羽根4を介してランナ5に流入し、これを回
転駆動して吸出し菅6から放出される。
FIG. 10 shows a pump-turbine having general movable guide vanes. In power generation operation, pressurized water from an inlet pipe 1 flows into a casing 3 through an inlet valve 2 and is driven by a movable guide. It flows into the runner 5 through the blade 4 and is driven to rotate to be discharged from the suction tube 6.

【0004】この水力機械の発電起動時には、図11
(a)に示したように入口弁2の開度ai を時点T1
おいて全閉状態から全開開度まで開口し、圧力水をケー
シング3内に充水する。入口弁2が時点T2 において全
開すると、図11(b)に示したように案内羽根4の開
度agを全閉状態から所定の起動開度まで開口し、ラン
ナ5に圧力水を導入しランナ5の回転を開始させる。時
点T3 で案内羽根4の開度ag が所定の起動開度に達す
ると、この後は案内羽根4を更に徐々に開口し、図11
(c)に示したようにランナの回転速度が目標回転数N
o 以下の設定回転速度、例えば目標回転数No の80%
程度に達した時点T4 で、ガバナ(不図示)によるラン
ナ回転速度の制御を開始し、目標回転数No になるよう
に案内羽根開度ag を調整する。
[0004] At the start of power generation of this hydraulic machine, FIG.
Opened from the fully closed state to the fully opened opening degree at time T 1 the opening a i of the inlet valve 2 as shown in (a), is filled with water and pressurized water into the casing 3. When the inlet valve 2 is fully opened at time T 2, the opening a g of guide vanes 4 as shown in FIG. 11 (b) opens from the fully closed state to a predetermined start opening, introducing pressurized water into the runner 5 Then, the rotation of the runner 5 is started. When opening a g of guide vanes 4 at T 3 reaches a predetermined activation opening, is further gradually opened guide blades 4 Thereafter, 11
As shown in (c), the rotation speed of the runner is equal to the target rotation speed N.
o The set rotation speed below, for example, 80% of the target rotation speed N o
Once T 4 reaching extent, to initiate control of the runner rotational speed of the governor (not shown), to adjust the guide vane opening a g such that the target rotational speed N o.

【0005】図12は定常運転状態における、案内羽根
4からランナ5に流入した圧力水の絶対流速Vとランナ
羽根7の周速度Uと圧力水の相対速度Wとの関係を示し
たものである。この定常運転状態では、案内羽根4の開
度ag が大きいため絶対流速Vの流れ角αが比較的大き
く、かつ案内羽根7が大きな周速度Uで回転しているの
で、相対速度Wとランナ羽根7の入口角との差βは小さ
くなる。従って、圧力水はランナ羽根7に沿ってスムー
ズに流入し、図11(d)に示したようにランナ羽根7
に作用する応力σは非常に小さい。
FIG. 12 shows the relationship between the absolute velocity V of the pressure water flowing into the runner 5 from the guide blade 4 and the peripheral velocity U of the runner blade 7 and the relative velocity W of the pressure water in a steady operation state. . In this steady operation state, a relatively large flow angle α of the absolute velocity V for opening a g is large guide vane 4 and since the guide vanes 7 is rotating at a larger peripheral speed U, the relative velocity W and the runner The difference β from the entrance angle of the blade 7 becomes small. Therefore, the pressurized water smoothly flows in along the runner blade 7, and as shown in FIG.
Is very small.

【0006】なお、以上の動作はポンプ水車以外の一般
の水車についても同様である。また、ポンプ水車が揚水
運転から発電運転に移行する際には、図13に示したよ
うに揚水運転中に、時点T1 で発電運転切り換え指令を
受けると、図13(a)に示したように入口弁2の開度
i は100%のままで、図13(b)に示したように
案内羽根4の開度ag を所定の小開度まで閉める。この
間に、図13(d)に示したように時点T2 で発電電動
機を電力系統から解列して、発電電動機のポンプ方向入
力Pを零にする。これによって、ランナ5は上池の水の
位置エネルギーによりポンプ方向の回転から水車方向の
回転に徐々に移行する。案内羽根4は時点T3 に所定の
小開度になるとこの小開度に保持される。
The above operation is the same for general turbines other than pump turbines. Further, when the reversible pump-turbine is transferred to the power generating operation of pumping operation, during the pumping operation, as shown in FIG. 13, when receiving the power generation operation switching command at time T 1, as shown in FIG. 13 (a) the opening a i of the inlet valve 2 remains 100%, closing the opening a g of guide vanes 4 as shown in FIG. 13 (b) to a predetermined small degree. During this time, by disconnecting the generator motor from the power grid at the time T 2 as shown in FIG. 13 (d), to zero the pump direction input P of the generator motor. As a result, the runner 5 gradually shifts from rotation in the pump direction to rotation in the water turbine direction due to the potential energy of the water in the upper pond. Guide vanes 4 is held in the small opening degree when a predetermined small opening at time T 3.

【0007】図13(c)に示したようにランナ5のポ
ンプ方向回転速度Nが時点T4 で零付近に達すると、案
内羽根開度ag を発電起動開度まで開口する。ランナ回
転速度Nが目標回転速度No の例えば80%に達したこ
とを時点T5 で検出すると、ガバナ(不図示)による回
転制御を開始して、目標回転速度No になるように案内
羽根開度ag を調整する。
[0007] Pump rotating speed N of the runner 5 as shown in FIG. 13 (c) when at T 4 reaches the vicinity of zero, opening the guide vanes opening a g to power activation opening. When detected at T 5 that runner rotational speed N reaches, for example, 80% of the target rotational speed N o, the start of the rotation control by the governor (not shown), the guide vanes such that the target rotational speed N o adjusting the opening a g.

【0008】図14は揚水運転時、即ち図13の時点T
1 における水の速度三角形を示したもので、相対速度W
の方向はランナ羽根7に沿っており、図13(e)に示
したようにランナ5に作用する応力σは小さい。
FIG. 14 shows the time of pumping operation, that is, time T in FIG.
This shows the velocity triangle of water at 1 and the relative velocity W
Is along the runner blade 7, and the stress σ acting on the runner 5 is small as shown in FIG.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の水力
機械は発電起動時には案内羽根開度ag が小さいため、
図15に示したように流れ角αは小さく、絶対速度Vは
大きい。また、ランナ5は静止または低速回転であるた
め、ランナ羽根7の周速度Uが非常に小さい。従って、
水の相対速度Wの方向とランナ羽根7の入口角との差β
は大きくなり、相対速度Wの水はランナ羽根7にほぼ垂
直に衝突し、羽根面に大きな衝撃力が作用する。このた
め、図11の(d)に示したように発電起動時にはラン
ナ羽根7の付根部に大きな応力σが作用する。
The object of the invention is to be Solved However, since the conventional hydraulic machine has a small guide vane opening a g at the time of power generation start-up,
As shown in FIG. 15, the flow angle α is small and the absolute velocity V is large. Further, since the runner 5 is stationary or rotates at a low speed, the peripheral speed U of the runner blade 7 is very small. Therefore,
Difference β between the direction of relative velocity W of water and the inlet angle of runner blade 7
The water at the relative speed W collides with the runner blade 7 almost vertically, and a large impact force acts on the blade surface. For this reason, as shown in FIG. 11D, a large stress σ acts on the root of the runner blade 7 at the time of starting the power generation.

【0010】また、ポンプ水車の揚水運転から発電運転
への切り換え時にも、図13(e)に示したように時点
4 付近においてランナ羽根の付根部に大きな応力σが
作用する。これは、上述の発電起動時と同様に案内羽根
開度が小さくランナ羽根の周速度がほぼ零であるため、
図16に示したように相対速度Wが絶対速度Vに等しく
なり、水の相対速度Wの方向とランナ羽根7の入口角と
の差βが大きく、相対速度Wの水はランナ羽根7にほぼ
垂直に衝突するためである。
Further, even when switching to a power generating operation from pumping operation of the pump turbine, acts large stress σ to the base portion of the runner blades in the vicinity of the time T 4 as shown in FIG. 13 (e). This is because the guide vane opening is small and the peripheral speed of the runner vane is almost zero as in the above-described power generation start-up.
As shown in FIG. 16, the relative speed W becomes equal to the absolute speed V, and the difference β between the direction of the relative speed W of the water and the entrance angle of the runner blade 7 is large. This is because they collide vertically.

【0011】このような大きな応力が発電起動時ごと、
または揚水運転から発電運転への切り換え時ごとにラン
ナ5に作用するとランナ5の疲労破壊を招来するといっ
た問題がある。特に高落差の水力機械では、運転中のラ
ンナ羽根の付根部に作用する繰り返し応力が非常に大き
く、これに加えて起動時の案内羽根4からの水流が高速
であるため、ランナ羽根7の受ける衝撃力も大きくラン
ナの疲労強度が大幅に低下し、疲労破壊や破損の恐れが
大きくなる。
[0011] Such a large stress is generated every time the power generation is started.
Alternatively, if it acts on the runner 5 every time the operation is switched from the pumping operation to the power generation operation, there is a problem that the fatigue failure of the runner 5 is caused. In particular, in a hydraulic machine with a high head, the repetitive stress acting on the root portion of the runner blade during operation is very large, and in addition to this, the water flow from the guide blade 4 at the time of startup is high, so that the runner blade 7 receives The impact force is large and the fatigue strength of the runner is greatly reduced, and the possibility of fatigue failure and breakage increases.

【0012】そこで、本願の第1発明の目的は、水力機
械の発電起動時にランナ羽根に作用する応力を充分に低
減することができる水力機械の起動方法を提供すること
にある。本願の第2発明の目的は、水力機械の揚水運転
から発電運転への移行時にランナ羽根に作用する応力を
充分に低減することができる水力機械の制御方法を提供
することにある。本願の第3発明の目的は、発電起動時
にランナ羽根に作用する応力を充分に低減することがで
きる水力機械を提供することにある。
Accordingly, an object of the first invention of the present application is to provide a starting method of a hydraulic machine capable of sufficiently reducing the stress acting on the runner blades at the start of power generation of the hydraulic machine. It is an object of a second invention of the present application to provide a control method of a hydraulic machine capable of sufficiently reducing the stress acting on the runner blades when the hydraulic machine shifts from the pumping operation to the power generation operation. It is an object of the third invention of the present application to provide a hydraulic machine capable of sufficiently reducing a stress acting on a runner blade at the time of starting power generation.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本願の第1の発明に係る水力機械の起動方法は、入口
弁と可動式の案内羽根とランナとを具備した水力機械の
起動方法において、上記案内羽根を所定の起動開度まで
開口する工程と、上記所定の起動開度までの開口後に上
記入口弁を全閉状態から比較的小さな所定開度まで開口
する工程と、上記入口弁の所定開度を維持したまま上記
ランナの回転速度を検出する工程と、上記ランナの回転
速度検出値が所定の値に達した時に上記入口弁を全開開
度まで開口する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
In order to achieve this object, a method for starting a hydraulic machine according to a first invention of the present application is a method for starting a hydraulic machine having an inlet valve, movable guide vanes and a runner. in the above guide vanes and a step of opening up to a predetermined start opening, a step of opening after opening up the predetermined start opening to a relatively small predetermined opening the inlet valve from the fully closed state, the inlet valve While maintaining the specified opening of
Detecting the rotational speed of the runner; and rotating the runner.
Opening the inlet valve to a full opening when the detected speed value reaches a predetermined value.

【0014】本願の第2の発明に係る水力機械の制御方
法は、入口弁と可動式の案内羽根とランナとを具備し、
揚水運転と発電運転との切り換えが可能な水力機械の制
御方法において、揚水運転時に上記案内羽根を所定の開
度まで閉じる第1工程と、この第1工程の途中において
上記入口弁を全開状態から所定の小開度まで閉める第2
工程と、この第2工程の途中においてポンプ水車の発電
電動機を電力系統から解列する第3工程と、上記ランナ
の回転速度を検出しこの回転速度検出値が発電運転の回
転方向の所定の値に達した時に上記入口弁を全開開度ま
で開口する工程とを具備することを特徴とするものであ
る。
A control method for a hydraulic machine according to a second invention of the present application includes an inlet valve, a movable guide vane, and a runner,
In a control method of a hydraulic machine capable of switching between a pumping operation and a power generation operation, a first step of closing the guide blade to a predetermined opening during the pumping operation, and the inlet valve being fully opened during the first step. Second closing to a predetermined small opening
A third step of disconnecting the generator motor of the pump turbine from the power system during the second step, and detecting the rotation speed of the runner and detecting the rotation speed as a predetermined value in the rotation direction of the power generation operation. And opening the inlet valve to the full opening when the pressure reaches the maximum value.

【0015】本願の第3の発明に係る水力機械は、入口
管とケーシングと可動式の案内羽根とランナとを具備し
た水力機械において、上記入口管及び上記ケーシングの
少なくとも一方と上記案内羽根及び上記ランナの間の流
路とを連通するバイパス管と、このバイパス管に設置さ
れた制御弁と、水力機械の起動時に上記案内羽根の開口
前に上記制御弁を開口する制御装置とを具備することを
特徴とするものである。
A hydraulic machine according to a third invention of the present application is a hydraulic machine comprising an inlet pipe, a casing, a movable guide vane and a runner, wherein at least one of the inlet pipe and the casing, the guide vane and A bypass pipe that communicates with a flow path between runners, a control valve installed in the bypass pipe, and a control device that opens the control valve before opening the guide blade when the hydraulic machine is started. It is characterized by the following.

【0016】[0016]

【作用】第1の発明の作用を以下に述べる。最初に案内
羽根を所定の起動開度まで開口した後に、入口弁を全閉
状態から比較的小さな所定開度まで開口して、ランナに
圧力水を導入しランナを回転させる。このランナへの圧
力水の導入時には、案内羽根は既に起動開度に開口され
ているため圧力水の絶対速度の流れ角αが大きくなり、
かつまた入口弁開度が小さいため絶対速度は小さい。従
って、ランナ羽根の周速度が小さいにも拘らず圧力水の
相対速度の方向とランナ羽根の方向とのなす角度が、従
来に比べて大幅に小さくなり、ランナ羽根に作用する応
力も大幅に低減する。
The operation of the first invention will be described below. After the guide vanes are first opened to a predetermined starting opening, the inlet valve is opened from a fully closed state to a relatively small opening, and pressurized water is introduced into the runner to rotate the runner. At the time of introducing the pressurized water into the runner, since the guide vanes are already opened at the start opening, the flow angle α of the absolute velocity of the pressurized water increases,
In addition, since the opening degree of the inlet valve is small, the absolute speed is small. Therefore, despite the low peripheral speed of the runner blade, the angle between the direction of the relative speed of the pressurized water and the direction of the runner blade is significantly smaller than in the past, and the stress acting on the runner blade is also significantly reduced. I do.

【0017】第2の発明の作用は以下の通りである。揚
水運転時に案内羽根を所定の開度まで閉じる。この第1
工程の途中において入口弁を全開状態から所定の小開度
まで閉める。この第2工程の途中においてポンプ水車の
発電電動機を電力系統から解列して揚水を停止し、発電
起動運転に移行する。この発電起動時には、案内羽根は
予め所定開度に設定されるいるため圧力水の絶対速度の
流れ角が大きく、また入口弁は所定の小開度に設定され
ているため絶対速度は小さい。従って、ランナ羽根の周
速度が小さいにも拘らず圧力水の相対速度の方向とラン
ナ羽根の方向とのなす角度が、従来に比べて大幅に小さ
くなり、ランナ羽根に作用する応力も大幅に低減する。
The operation of the second invention is as follows. During pumping operation, the guide vanes are closed to a predetermined opening. This first
In the middle of the process, the inlet valve is closed from a fully open state to a predetermined small opening degree. In the middle of the second step, the generator motor of the pump turbine is disconnected from the power system to stop pumping, and shifts to the power generation start operation. At the start of the power generation, the guide blades are set to a predetermined opening beforehand, so that the flow angle of the absolute speed of the pressurized water is large, and the absolute speed is small because the inlet valve is set to a predetermined small opening. Therefore, despite the low peripheral speed of the runner blade, the angle between the direction of the relative speed of the pressurized water and the direction of the runner blade is significantly smaller than in the past, and the stress acting on the runner blade is also significantly reduced. I do.

【0018】第3の発明の作用は以下の通りである。水
車起動時には、制御装置は案内羽根の開口前に制御弁を
開口する。これによって、入口管またはケーシングから
の圧力水が、案内羽根をバイパスしてバイパス管を介し
てランナに流入し、ランナを予め回転させる。このラン
ナの予回転によってランナ周速度が充分に大きくなった
後に、案内羽根が開口される。従って、案内羽根からの
ランナに流入する圧力水はランナ羽根に沿って流れ、ラ
ンナ羽根に大きな力を及ぼすことはない。
The operation of the third invention is as follows. When the turbine is started, the control device opens the control valve before opening the guide blade. Thereby, the pressurized water from the inlet pipe or the casing flows into the runner via the bypass pipe, bypassing the guide vane, and rotates the runner in advance. After the runner circumferential speed has become sufficiently high due to the pre-rotation of the runner, the guide vanes are opened. Therefore, the pressure water flowing into the runner from the guide blade flows along the runner blade and does not exert a large force on the runner blade.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明による水力機械の実施例を図1
0乃至図16と同部分には同一符号を付して示した図1
乃至図9を参照して説明する。本願の第1の発明に係る
水力機械の起動方法及び第2の発明に係る水力機械の制
御方法は、図10に示した従来の水力機械にも適用する
ことができるので、以下に図10の水力機械に適用した
実施例について説明する。
FIG. 1 shows an embodiment of a hydraulic machine according to the present invention.
1 in which the same reference numerals are assigned to the same parts as in FIGS.
This will be described with reference to FIGS. The starting method of the hydraulic machine according to the first invention of the present application and the control method of the hydraulic machine according to the second invention can be applied to the conventional hydraulic machine shown in FIG. An embodiment applied to a hydraulic machine will be described.

【0020】図1、図2及び図10において、発電起動
指令が時点T1 に発生されると、図2(b)に示したよ
うに可動式の案内羽根4の開度ag が比較的大きな所定
の起動開度まで開口され、時点T2 でこの所定起動開度
に達するとこれを保持する。入口弁2の開度ai は図2
(a)に示したように時点T2 において全閉状態から比
較的小さな所定開度まで開口され、この所定開度に保持
される。この入口弁2の開口開始によって圧力水が入口
管1から入口弁2とケーシング3と案内羽根4とを介し
てランナ5に導入され、ランナ5を回転駆動する。
[0020] In FIG. 1, 2 and 10, when the power generation start command is generated at time T 1, the opening a g guide vane 4 movable as shown in FIG. 2 (b) relatively is opened to a large predetermined activation opening, it holds it and at T 2 reaches the predetermined start opening. The opening ai of the inlet valve 2 is shown in FIG.
At time T 2, as shown in (a) is opened to a relatively small predetermined opening from the fully closed state, it is held in the predetermined opening degree. When the opening of the inlet valve 2 starts, the pressurized water is introduced from the inlet pipe 1 to the runner 5 through the inlet valve 2, the casing 3, and the guide blade 4, and drives the runner 5 to rotate.

【0021】図示を省略した回転検出器がこのランナ5
の回転速度を検出し、この回転速度検出値が図2(c)
に示したように所定の回転速度Nに達した時点T3 で入
口弁2が全開開度まで開口される。その後に、ランナ回
転速度Nが所定の設定値、例えば目標ランナ回転速度N
o の80%程度に達した時T4 に、図示を省略したガバ
ナによるランナ回転速度の制御を開始し、目標ランナ回
転速度No になるように案内羽根開度agを調整する。
A rotation detector (not shown) is provided with the runner 5.
2c is detected, and the detected value of the rotation speed is shown in FIG.
Inlet valve 2 is opened to the fully open opening when T 3 reaches a predetermined rotational speed N as shown in. Thereafter, the runner rotation speed N is set to a predetermined value, for example, the target runner rotation speed N.
the T 4 when it reaches about 80% of the o, to initiate control of the runner rotational speed of the governor, not shown, to adjust the guide vane opening a g such that the target runner rotational speed N o.

【0022】このように、ランナ5への圧力水の流入開
始時には、図3に示したように、案内羽根4は既に比較
的大きな起動開度に開口されているため圧力水の絶対速
度Vの流れ角αが大きくなり、かつまた入口弁2の開度
が小さいため絶対速度Vは値が小さい。従って、ランナ
羽根7の周速度Uが小さいにも拘らず圧力水の相対速度
Wの方向とランナ羽根7の方向とのなす角度βが、従来
に比べて大幅に小さくなり、図2(d)に示したように
発電起動時にランナ羽根7に作用する応力αも大幅に低
減する。
As described above, when the flow of the pressurized water into the runner 5 starts, as shown in FIG. 3, the guide blade 4 is already opened at a relatively large starting opening, so that the absolute velocity V of the pressurized water is reduced. Since the flow angle α is large and the opening degree of the inlet valve 2 is small, the value of the absolute speed V is small. Therefore, although the peripheral speed U of the runner blade 7 is low, the angle β between the direction of the relative speed W of the pressure water and the direction of the runner blade 7 is significantly smaller than in the conventional case, and FIG. As shown in (1), the stress α acting on the runner blades 7 at the start of power generation is also greatly reduced.

【0023】なお、案内羽根4の起動開度は無負荷開度
に設定することが望ましい。この無負荷開度への設定に
よって、たとえガバナが故障等により正常なランナ回転
速度の制御を行うことができなくなった場合にも、ラン
ナ回転速度が目標回転速度No を越えてしまうことを防
止できる。
It is desirable that the opening of the guide vanes 4 be set to a no-load opening. By setting to the no-load opening, even if the governor is no longer able to perform the control of the normal runner rotational speed due to a failure or the like, prevents the runner rotational speed may exceed a target rotational speed N o it can.

【0024】図4は上記第1発明の実施例の変形例の時
間線図を示したもので、案内羽根4の起動開度を図2の
場合よりも更に大きくする。これによってランナ5の回
転速度Nは図2の場合よりも急激に上昇し、入口弁2が
全開する前の時点T4 で目標回転速度No の80%程度
に達するので、この時点T4 からガバナ制御を開始す
る。
FIG. 4 is a time chart of a modification of the first embodiment of the present invention, in which the starting opening of the guide vanes 4 is made larger than that in FIG. This rotational speed N of the runner 5 is increased more rapidly than the case of FIG. 2, since at the time T 4 before the inlet valve 2 is fully opened reaches about 80% of the target rotational speed N o, from this point T 4 Start governor control.

【0025】この変形例では案内羽根4の起動開度が大
きいため、図3の流れ角αが更に大きくなり、これに伴
い角度βが小さくなりランナ5に発生する応力αを一層
小さくすることができる。また、発電起動運転の所要時
間も短縮する。
In this modification, since the opening angle of the guide vanes 4 is large, the flow angle α in FIG. 3 is further increased, and accordingly the angle β is reduced, so that the stress α generated in the runner 5 can be further reduced. it can. Further, the time required for the power generation start operation is also reduced.

【0026】次に、本願の第2の発明に係る水力機械の
制御方法の一実施例を説明する。揚水運転時に図5に示
したように時点T1において発電運転切り換え指令が発
生すると、図5(b)に示したように案内羽根4が比較
的大きな所定の開度まで閉じられる。案内羽根開度ag
が時点T4 で所定開度になるとこの開度が保持される。
入口弁2の開度ai は図5(a)に示したように時点T
2 で、全開状態から閉成動作が開始され、時点T5 で小
さな所定開度に達するとこの所定開度に保持される。
Next, an embodiment of a method for controlling a hydraulic machine according to the second invention of the present application will be described. When the power generation operation switching command is generated at time T1 as shown in FIG. 5 during the pumping operation, the guide blade 4 is closed to a relatively large predetermined opening degree as shown in FIG. 5B. Guide vane opening degree ag
Is reached at time T4, this opening is maintained.
As shown in FIG. 5 (a), the opening ai of the inlet valve 2 is set at the time T.
At 2, the closing operation is started from the fully open state, and when the opening reaches a small predetermined opening at time T5, the opening is maintained at this predetermined opening.

【0027】図示を省略した発電電動機が図5(d)に
示したように時点T3で電力系統から解列されると、図
5(c)に示されたようにポンプ方向のランナ回転速度
Nが減速を開始し、時点T6 で零になり、水車方向の回
転が開始される。この水車方向の回転速度Nが時点T7
で予め設定した第1の所定速度に達したことを検出する
と、図5(a)に示したように入口弁2を更に全開まで
開口する。
When the generator motor (not shown) is disconnected from the power system at time T3 as shown in FIG. 5 (d), the runner rotation speed N in the pump direction as shown in FIG. 5 (c). There starts deceleration at the time T 6 becomes zero, the rotation of the water wheel direction is started. This rotational speed N in the direction of the turbine is at time T 7
When it is detected that the first predetermined speed has been reached, the inlet valve 2 is further opened to the fully open position as shown in FIG.

【0028】水車方向のランナ回転速度Nが予め設定し
た第2の所定速度、例えば目標回転速度No の80%程
度に達した時点T8 で、ガバナによるランナ回転速度の
制御を開始し、目標回転速度No になるように案内羽根
開度ag を調整する。
The second predetermined speed waterwheel direction of runner rotational speed N is set in advance, for example at the target rotation speed N o time T 8, which reaches about 80% of, and starts to control the runner rotational speed of the governor, the target adjusting the guide vanes opening a g such that the rotational speed N o.

【0029】図6はランナ回転速度Nが零の時、即ち図
5の時点T6 における速度三角形を示したもので、ラン
ナ羽根7の周速度が零であるため、相対速度Wは絶対速
度Vに一致する。案内羽根4は比較的大きい開度に設定
されるいるため圧力水の絶対速度Vの流れ角が大きく、
また入口弁は所定の小開度に設定されているため絶対速
度Vは値が小さい。従って、ランナ羽根7の周速度が零
であるにも拘らず圧力水の相対速度Wの方向とランナ羽
根7の方向とのなす角度βが、従来に比べて大幅に小さ
くなり、ランナ羽根に作用する応力も大幅に低減する。
[0029] Figure 6 when runner rotational speed N is zero, i.e., shows the velocity triangle at time T 6 in FIG. 5, since the peripheral speed of the runner blades 7 is zero, the relative velocity W is absolute velocity V Matches. Since the guide vanes 4 are set to a relatively large opening, the flow angle of the absolute velocity V of the pressure water is large,
Further, since the inlet valve is set to a predetermined small opening degree, the value of the absolute speed V is small. Therefore, the angle β between the direction of the relative velocity W of the pressurized water and the direction of the runner blade 7 becomes significantly smaller than in the prior art, even though the peripheral speed of the runner blade 7 is zero. The applied stress is also greatly reduced.

【0030】本実施例でも、第1の発明の場合と同様に
案内羽根開度を発電運転時の無負荷開度にすることがで
きる。図7は上記第2発明の実施例の変形例の時間線図
を示したもので、ランナ回転速度Nが零となる時点T6
を境にして、入口弁2の開度を変化させている。即ち、
入口弁2は、時点T5 〜T6 の間の開度が極めて小さ
く、時点T6 〜T7の間の開度がそれより大きく定めら
れている。これによって、ランナ回転速度Nが零付近、
特にランナ回転速度Nが零になる直前でのランナ羽根応
力αを図7(e)に示したように更に低減することがで
きる。
Also in this embodiment, as in the case of the first invention, the guide blade opening can be set to the no-load opening during the power generation operation. Figure 7 shows a time diagram of a modification of the embodiment of the second invention, the time T 6 the runner rotational speed N becomes zero
, The opening of the inlet valve 2 is changed. That is,
Inlet valve 2 has a very small opening between the time point T 5 through T 6, the opening between the time T 6 through T 7 are defined larger. As a result, the runner rotation speed N is close to zero,
In particular, the runner blade stress α immediately before the runner rotation speed N becomes zero can be further reduced as shown in FIG.

【0031】図8は本願の第3の発明に係る水力機械の
一実施例を示したもので、ケーシング3にはバイパス管
8の一端が接続され、このバイパス管8の他端は案内羽
根4とランナ5との間の流路9に接続されている。この
ように、バイパス管8は案内羽根4をバイパスしてケー
シング3と流路9とを連通している。バイパス管8には
制御弁10が設置され、この制御弁10は制御装置11
の出力によって開閉制御される。主軸12には図示を省
略した回転速度検出器が設置され、この回転速度検出器
はランナ5の回転速度を検出する。その他の構成は図1
0の構成と同一である。
FIG. 8 shows an embodiment of a hydraulic machine according to the third invention of the present application. One end of a bypass pipe 8 is connected to the casing 3 and the other end of the bypass pipe 8 is connected to the guide blade 4. And the runner 5 is connected to a flow path 9. Thus, the bypass pipe 8 bypasses the guide blade 4 and connects the casing 3 and the flow path 9. A control valve 10 is installed in the bypass pipe 8, and the control valve 10
Opening / closing is controlled by the output of. A rotation speed detector (not shown) is provided on the main shaft 12 and detects the rotation speed of the runner 5. Other configurations are shown in FIG.
0.

【0032】この水力機械の起動は次のように行われ
る。入口弁1が全開された後に、図9(a)に示したよ
うに時点T1 で制御弁10の開度ac が全開される。こ
れによって、入口管1と入口弁2とケーシング3とを通
った圧力水がバイパス管8を通って流路9に流入し、こ
の流路9からランナ5を通って吸出し管6に流出する。
こうして、ランナ5はバイパス管8を通った圧力水によ
って予め回転される。
The starting of the hydraulic machine is performed as follows. After the inlet valve 1 is fully opened, the opening a c of the control valve 10 at time T 1 as shown in FIG. 9 (a) is fully opened. Thereby, the pressurized water passing through the inlet pipe 1, the inlet valve 2, and the casing 3 flows into the flow passage 9 through the bypass pipe 8, and flows out from the flow passage 9 through the runner 5 to the suction pipe 6.
Thus, the runner 5 is rotated in advance by the pressurized water passing through the bypass pipe 8.

【0033】ランナ5の回転速度Nを検出する回転速度
検出器の検出出力に基づき、制御装置11は、ランナ回
転速度Nが予め設定された所定の値に達した時点T
2 に、制御弁10を全閉すると共に図9(b)に示した
ように案内羽根4を開口して、ランナ回転速度Nを目標
回転速度、即ち定格回転数まで上昇させる。
Based on the detection output of the rotation speed detector for detecting the rotation speed N of the runner 5, the control device 11 determines the time T when the runner rotation speed N reaches a predetermined value.
Second , the control valve 10 is fully closed and the guide blades 4 are opened as shown in FIG. 9B to increase the runner rotational speed N to the target rotational speed, that is, the rated rotational speed.

【0034】このように起動時の案内羽根4の開口時に
は予めランナ5が所定の回転速度で回転しているため、
ランナ周速度Uが比較的大きく、従って相対流れは従来
に比べてランナ羽根7に沿った方向になり、図9(d)
に示したようにランナ羽根に作用する応力αは充分に小
さくなる。また、定常運転中は制御弁10は閉止されて
いるため、バイパス管8を通った水流が案内羽根4から
の水流を乱すことはない。なお、上記実施例ではバイパ
ス管8はケーシング3と流路9とを連通している。しか
しながら、このバイパス管8は入口管1と流路9とを連
通してもよい。
As described above, when the guide blades 4 are opened at the time of starting, the runner 5 is rotated at a predetermined rotation speed in advance.
The runner circumferential speed U is relatively large, and therefore the relative flow is in the direction along the runner blade 7 as compared with the conventional case, and FIG.
As shown in (1), the stress α acting on the runner blade becomes sufficiently small. Further, since the control valve 10 is closed during the steady operation, the water flow passing through the bypass pipe 8 does not disturb the water flow from the guide blade 4. In the above embodiment, the bypass pipe 8 connects the casing 3 and the flow path 9. However, the bypass pipe 8 may communicate the inlet pipe 1 and the flow path 9.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願の
第1の発明によれば、発電起時においてランナへの圧力
水の導入時には、案内羽根は予め起動開度に開口されて
いるため圧力水の絶対速度の流れ角が大きくなり、かつ
また入口弁開度が小さいため絶対速度は小さい。従っ
て、圧力水の相対速度の方向とランナ羽根の方向とのな
す角度が、従来に比べて大幅に小さくなり、ランナ羽根
に作用する応力が大幅に低減し、ランナ羽根の疲労強度
の低下を低減できると共に水流の衝撃によるランナ周辺
の振動発生も低減することができる。
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, the guide blade is previously opened to the start opening when the pressurized water is introduced into the runner at the time of power generation. Since the flow angle of the absolute velocity of the pressurized water is large and the opening degree of the inlet valve is small, the absolute velocity is small. Therefore, the angle between the direction of the relative speed of the pressurized water and the direction of the runner blades is significantly smaller than in the past, the stress acting on the runner blades is significantly reduced, and the reduction in fatigue strength of the runner blades is reduced. As a result, the generation of vibration around the runner due to the impact of the water flow can be reduced.

【0036】また、本願の第2の発明によれば、揚水運
転から発電起動運転への移行の際、案内羽根は予め所定
開度に設定されているため圧力水の絶対速度の流れ角が
大きく、また入口弁は所定の小開度に設定されているた
め絶対速度は小さい。従って、圧力水の相対速度の方向
とランナ羽根の方向とのなす角度が、従来に比べて大幅
に小さくなり、ランナ羽根に作用する応力も大幅に低減
し、ランナ羽根の疲労強度の低下を低減できると共に水
流の衝撃によるランナ周辺の振動発生も低減することが
できる。
According to the second aspect of the present invention, at the time of the transition from the pumping operation to the power generation starting operation, the flow angle of the absolute velocity of the pressurized water is large because the guide blades are set to the predetermined opening beforehand. Since the inlet valve is set to a predetermined small opening, the absolute speed is small. Therefore, the angle between the direction of the relative speed of the pressurized water and the direction of the runner blades is significantly smaller than in the past, the stress acting on the runner blades is also significantly reduced, and the decrease in the fatigue strength of the runner blades is reduced. As a result, the generation of vibration around the runner due to the impact of the water flow can be reduced.

【0037】本願の第3の発明によれば、水車起動時に
は、案内羽根が開口する前にランナが予め回転しランナ
周速度が充分に大きくなっているため、案内羽根からラ
ンナに流入する圧力水はランナ羽根に沿って流れ、ラン
ナ羽根に作用する応力が大幅に低減し、ランナ羽根の疲
労強度の低下を低減できると共に水流の衝撃によるラン
ナ周辺の振動発生も低減することができる。
According to the third aspect of the present invention, when the turbine is started, the runner rotates in advance before the guide blades are opened, and the peripheral speed of the runner is sufficiently high. Flows along the runner blades, the stress acting on the runner blades is greatly reduced, the decrease in the fatigue strength of the runner blades can be reduced, and the generation of vibration around the runners due to the impact of the water flow can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願の第1の発明に係る水力機械の起動方法の
一実施例を示したフローチャート。
FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of a method for starting a hydraulic machine according to a first invention of the present application.

【図2】上記実施例の起動方法を説明するための時間線
図。
FIG. 2 is a time chart for explaining a starting method of the embodiment.

【図3】上記実施例の起動時のランナ羽根入口部の速度
三角形図。
FIG. 3 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet portion at the time of startup of the embodiment.

【図4】上記実施例の変形例を説明するための時間線
図。
FIG. 4 is a time chart for explaining a modification of the embodiment.

【図5】本願の第2の発明に係る水力機械の制御方法の
一実施例を説明するための時間線図。
FIG. 5 is a time chart for explaining one embodiment of a control method for a hydraulic machine according to the second invention of the present application.

【図6】上記第2発明の一実施例の起動時におけるラン
ナ羽根入口部の速度三角形図。
FIG. 6 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet portion at the time of startup of the embodiment of the second invention.

【図7】上記第2発明の一実施例の変形例を説明するた
めの時間線図。
FIG. 7 is a time chart for explaining a modification of the embodiment of the second invention.

【図8】本願の第3の発明に係る水力機械の一実施例を
示した断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing an embodiment of the hydraulic machine according to the third invention of the present application.

【図9】上記第3発明の一実施例を説明するための時間
線図。
FIG. 9 is a time chart for explaining an embodiment of the third invention.

【図10】従来の水力機械を概略的に示した断面図。FIG. 10 is a sectional view schematically showing a conventional hydraulic machine.

【図11】従来の水力機械の発電起動方法を説明するた
めの時間線図。
FIG. 11 is a time chart for explaining a conventional power generation starting method of a hydraulic machine.

【図12】従来の水力機械の定常発電運転時におけるラ
ンナ羽根入口部の速度三角形図。
FIG. 12 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet portion during a stationary power generation operation of a conventional hydraulic machine.

【図13】従来の水力機械の揚水運転から発電運転への
移行時の動作を説明するための時間線図。
FIG. 13 is a time diagram for explaining the operation of the conventional hydraulic machine at the time of transition from pumping operation to power generation operation.

【図14】従来の揚水運転時におけるランナ羽根入口部
の速度三角形図。
FIG. 14 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet portion during a conventional pumping operation.

【図15】従来の水力機械の発電起動時におけるランナ
羽根入口部の速度三角形図。
FIG. 15 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet at the time of power generation startup of a conventional hydraulic machine.

【図16】従来の揚水運転から発電運転への移行時にお
けるランナ羽根入口部の速度三角形図。
FIG. 16 is a speed triangular diagram of a runner blade inlet at the time of transition from conventional pumping operation to power generation operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入口管 2 入口弁 3 ケーシング 4 可動式の案内羽根 5 ランナ 6 吸出し管 7 ランナ羽根 8 バイパス管 9 流路 10 制御弁 11 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inlet pipe 2 Inlet valve 3 Casing 4 Movable guide blade 5 Runner 6 Suction pipe 7 Runner blade 8 Bypass pipe 9 Flow path 10 Control valve 11 Control device

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入口弁と可動式の案内羽根とランナとを具
備した水力機械の起動方法において、上記案内羽根を所
定の起動開度まで開口する工程と、上記所定の起動開度
までの開口後に上記入口弁を全閉状態から比較的小さな
所定開度まで開口する工程と、上記入口弁の所定開度を
維持したまま上記ランナの回転速度を検出する工程と、
上記ランナの回転速度検出値が所定の値に達した時に上
記入口弁を全開開度まで開口する工程とを具備すること
を特徴とする水力機械の起動方法。
1. A method for starting a hydraulic machine comprising an inlet valve, a movable guide vane and a runner, wherein the guide vane is opened to a predetermined start opening degree, and the opening is performed to the predetermined start opening degree. A step of subsequently opening the inlet valve from a fully closed state to a relatively small predetermined opening degree;
Detecting the rotation speed of the runner while maintaining the same;
Opening the inlet valve to a full opening when the rotation speed detection value of the runner reaches a predetermined value.
【請求項2】入口弁と可動式の案内羽根とランナとを具
備し、揚水運転と発電運転との切り換えが可能な水力機
械の制御方法において、揚水運転時に上記案内羽根を所
定の開度まで閉じる第1工程と、この第1工程の途中に
おいて上記入口弁を全開状態から所定の小開度まで閉め
る第2工程と、この第2工程の途中においてポンプ水車
の発電電動機を電力系統から解列する第3工程と、上記
ランナの回転速度を検出しこの回転速度検出値が発電運
転の回転方向の所定の値に達した時に上記入口弁を全開
開度まで開口する工程とを具備することを特徴とする水
力機械の制御方法。
2. A control method for a hydraulic machine comprising an inlet valve, a movable guide vane and a runner, and capable of switching between a pumping operation and a power generation operation. A first step of closing, a second step of closing the inlet valve from a fully opened state to a predetermined small opening degree during the first step, and disconnecting the generator motor of the pump turbine from the power system during the second step A third step of detecting the rotation speed of the runner and opening the inlet valve to a full opening when the rotation speed detection value reaches a predetermined value in the rotation direction of the power generation operation. Characteristic control method of hydraulic machine.
【請求項3】入口管とケーシングと可動式の案内羽根と
ランナとを具備した水力機械において、上記入口管及び
上記ケーシングの少なくとも一方と上記案内羽根及び上
記ランナの間の流路とを連通するバイパス管と、このバ
イパス管に設置された制御弁と、水力機械の起動時に上
記案内羽根の開口前に上記制御弁を開口する制御装置と
を具備することを特徴とする水力機械。
3. A hydraulic machine having an inlet pipe, a casing, movable guide vanes and a runner, wherein at least one of the inlet pipe and the casing communicates with a flow path between the guide vanes and the runner. A hydraulic machine, comprising: a bypass pipe; a control valve installed in the bypass pipe; and a control device that opens the control valve before opening the guide vanes when the hydraulic machine is started.
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