JP3395024B2 - ポンプ水車の案内羽根閉鎖速度制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、揚水発電所等で使用さ
れるポンプ水車に付属して水量調節手段として設けられ
る案内羽根の制御に係り、特にポンプ水車が水車モード
で使用されるときの案内羽根の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ水車においては一般にポンプ運転
と水車運転とでは、それぞれ異なった案内羽根閉鎖速度
が設定されており、かつそれぞれの運転モードにおける
閉鎖速度は、閉鎖途中で閉鎖速度を変える、いわゆる腰
折れのある閉鎖速度が採用されている。その理由を図４
を参照して水車運転モードを例にとって説明する。

【０００３】案内羽根開度が１００％の状態で水車運転
モードで運転中に、ポンプ水車に直結された発電機の負
荷が急に切られた場合には、ポンプ水車の回転速度が一
時的に上昇する。ところでポンプ水車の場合には、逆の
回転となるポンプ運転も可能とするためランナ羽根の直
径を比較的大きくし、水に十分な遠心力が作用するよう
にランナ形状が設計されている。このため、ポンプ運転
と回転方向が違う水車運転でも回転速度が速くなればラ
ンナを流過する水に大きな遠心力が作用することにな
り、ランナ室に流入する水量が減少し、ついには逆流
し、ポンプ方向流れに転ずる。つまり、案内羽根を閉め
なくても水車の回転が上昇すれば水車流量は減少する。
この傾向は高落差ポンプになるほど強まり、回転数が上
昇し、低下に転じた直後に水車方向流れがポンプ方向流
れに急激に移行する現象が現われる。そして当然の結果
としてポンプ水車の水圧鉄管内水圧が破線のように急上
昇する。特に回転数上昇と案内羽根の急閉鎖が重なった
場合には、ポンプ作用による流量減少効果と案内羽根の
絞り効果が同時に起きて水圧鉄管内の水圧上昇が異常に
拡大し、危険である。図４に示す破線は、案内羽根の閉
鎖速度を比較的高い速度に維持して閉鎖した場合の水圧
鉄管水圧Ｐと回転速度Ｎの動きを示している。回転速度
上昇幅はちいさくなるが、水圧鉄管水圧Ｐは急上昇す
る。

【０００４】このため従来から、水車運転モードにおい
ては、一定の開度、例えば８０％以下では案内羽根の閉
鎖速度の上限を決め、曲線４０のように腰折れさせてい
る。例えば案内羽根開度が１００％近くにあって負荷遮
断（時刻ｔo）が起きた場合を考えると、案内羽根は最
初比較的速く閉まり、その開度があらかじめ設定された
開度Ｙoに達した時点ｔsで閉鎖速度が低い値に制限され
る。したがってポンプ水車回転数が最大値を超えて降下
に転じたころには、案内羽根閉鎖速度は比較的遅い速度
に制限されており、前述の異常な水圧上昇の拡大が防止
できる。図４の実線は、案内羽根の閉鎖速度を腰折れさ
せた場合の水圧鉄管水圧Ｐと回転速度Ｎの動きを示して
いる。このように、案内羽根の閉鎖速度を案内羽根の開
度に応じて変化させる手段として、案内羽根閉鎖速度選
択装置が用いられ、例えば特公昭６０−３８５５９号公
報に開示されたポンプ水車の保護装置が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報記載の装置に
おいては、電源喪失時の対策がなされているが、案内羽
根閉鎖速度選択装置自体、あるいは、案内羽根の開度を
検出する手段が故障した場合の対策が考慮されていな
い。

【０００６】本発明の目的は、水車運転モードにおい
て、案内羽根閉鎖速度選択装置自体、あるいは、案内羽
根の開度を検出する手段が故障した場合でも、安全に案
内羽根を閉鎖するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】案内羽根開度連動の従来
形案内羽根閉鎖速度制限とは全く原理を異にする水車回
転速度応答形案内羽根閉鎖速度制限が、作動条件を決め
る回転数の設定を事前シミュレーション計算によって適
切に選べば、負荷遮断時、異常水撃水圧を防止する上で
同等の効果を発揮することを初めて発見した。本発明は
この新発見に基づくものである。

【０００８】本発明は、上記の目的を達成するために、
開度調整可能な案内羽根を有するポンプ水車の水車運転
モードにおける前記案内羽根閉鎖速度制御方法におい
て、該案内羽根が所定の開度以上にある時は該案内羽根
の閉鎖速度の上限を第１の所定値に制限し、案内羽根の
開度が該所定開度未満のときは該案内羽根の閉鎖速度の
上限を前記第１の所定値よりも低い第２の所定値に制限
し、さらに、ポンプ水車の回転速度を検出し、検出され
た回転速度が定格速度より高い所定の回転速度以上の時
には案内羽根閉鎖速度の上限を前記第二の所定値に制限
するようにしたことを特徴とする。

【０００９】上記の目的はまた、開度調整可能な案内羽
根を有するポンプ水車の水車運転モードで動作する案内
羽根閉鎖速度制御装置において、該案内羽根の開度を検
出して所定の開度以上のときに信号を出力する案内羽根
開度検出手段と、与えられた目標開度とそのときの案内
羽根開度の偏差に基づいて案内羽根開閉手段を制御する
開閉制御手段と、前記案内羽根開度検出手段が信号を出
力していないとき、案内羽根の閉鎖速度の上限を第１の
所定値に制限する第１の制限手段と、該案内羽根開度検
出手段が信号を出力しているとき、案内羽根の閉鎖速度
の上限を前記第１の所定値より低い第２の所定値に制限
する第２の制限手段と、ポンプ水車の回転速度が定格速
度より高い所定の回転速度以上のとき動作して所定の信
号を出力する回転速度検出器と、前記回転速度検出器が
所定の信号を出力しているとき、案内羽根の閉鎖速度の
上限を前記第２の所定値近傍に制限する第３の制限手段
と、を含んで構成されていることを特徴とする。

【００１０】上記の目的はまた、閉鎖速度の制御が、案
内羽根を開閉する油圧モータに供給される圧油の流量を
制御する流量制御弁の弁軸の移動による該流量制御弁の
開度制御によって行われ、閉鎖速度の上限の制限が前記
弁軸の移動を制限することによって行われることを特徴
とする請求項１に記載のポンプ水車の案内羽根閉鎖速度
制御方法によっても達成される。。

【００１１】上記の目的はさらに、開閉制御手段が、案
内羽根を開閉する油圧モータに供給される圧油の流量を
弁軸を移動させて制御する流量制御弁を含んでなり、前
記第１、第２、第３の制限手段は、前記弁軸の移動量を
予め設定された限界内に制限することで油圧モータに供
給される圧油の流量を制限して案内羽根の閉鎖速度を第
１もしくは第２の所定値を超えない範囲に制限するもの
であることを特徴とする請求項２に記載のポンプ水車の
案内羽根閉鎖速度制御装置によっても達成される。

【００１２】

【作用】案内羽根の開度が所定の開度以上の状態では、
案内羽根開度検出手段は信号を出力しておらず、第１の
制限手段は案内羽根の閉鎖速度の上限を第１の所定値に
制限している。この状態で案内羽根閉鎖が指令される
と、開閉制御手段は、案内羽根開閉手段を駆動して案内
羽根の閉鎖を開始する。このとき、案内羽根閉鎖速度の
上限は前記第１の制限手段により、第１の所定値に制限
されている。案内羽根の閉鎖が進み、案内羽根の開度が
予め設定された開度に達すると、前記案内羽根開度検出
手段は信号を出力し、以後も案内羽根が該所定開度以下
にあるかぎり出力し続ける。この信号により、第２の制
限手段が起動される。第２の制限手段は、案内羽根閉鎖
速度の上限を前記第１の所定値より低い第２の所定値を
超えない範囲に制限する。例えば、案内羽根開度検出手
段が案内羽根の開度が予め設定された開度を下回ったこ
とを示す信号を出力し始めたとき、案内羽根閉鎖速度が
前記第２の設定値を超えておれば、第２の制限手段は開
閉制御手段を介して強制的に、案内閉鎖速度を第２の設
定値を超えない値に抑制する。

【００１３】また、図４に示されているように、ポンプ
水車の回転速度Ｎは、負荷遮断に伴って案内羽根の閉鎖
中にも上昇し続ける。予めテストを繰り返しておけば、
案内羽根の開度がＹoに達した時点でのポンプ水車回転
速度Ｎuを略知ることができる。つまり、ポンプ水車回
転速度Ｎを検知し、回転速度Ｎuが検知されたときが、
案内羽根の開度が略Ｙoに達した時と判断することがで
きる。さきに述べたように、ポンプ水車の回転が次第に
上昇して回転数検出手段からポンプ水車の回転数が定格
回転数よりも高い予め設定された限界値を超えているこ
とを示す信号が出力されると、前記第３の制限手段が起
動される。この第３の制限手段は、前記第２の制限手段
同様に、案内羽根閉鎖速度の上限を前記第１の所定値よ
り低い第２の所定値を超えない範囲に制限する。第３の
制限手段は、開閉制御手段に対して前記第２の制限手段
と並列的に作用し、第２の制御手段が何らかの理由で正
常に動作しなかった場合でも、第２の制御手段と独立し
て動作するから、案内羽根を安全に閉鎖することができ
る。

【００１４】なお、案内羽根を開閉する手段としては、
圧油操作が一般的で、圧油により開閉手段を駆動するこ
とが通常行われる。このような方式では、圧油の供給量
を流量調整弁で制御して案内羽根の開閉速度を制御する
ことが行われるが、圧油の供給量の制御は流量調整弁の
弁軸の移動量制限により行われる。これは、弁軸の位置
が中立位置にあるとき圧油の流量０、すなわち、閉鎖速
度０、弁軸の位置が該中立位置からいずれか一方の側に
移動する量が大いとき、圧油の流量が大きくなって閉鎖
速度が増加し、弁軸の位置が該中立位置から他方の側に
移動する量が大いとき、圧油の流量が逆方向に大きくな
って開速度が増加するのである。従って弁軸の移動に限
界を設けることにより圧油の流量を制限し、閉鎖速度に
限界を設けることができる。つまり、弁軸の移動量を制
限する手段を設け、この制限位置を可変にすることによ
り、案内羽根閉鎖速度に所望の速度の腰折れをさせるこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１乃至図３を参照
して説明する。図１に示す案内羽根制御装置は、上下す
る軸３５を備えた二次配圧弁１と、この二次配圧弁１に
前記軸３５を介して結合された案内羽根閉鎖速度選択器
２９と、この案内羽根閉鎖速度選択器２９に制御用の圧
油を供給する圧油ライン３６，３７，３８にそれぞれ設
けられた電磁弁１９，２０，１７とを含んで構成されて
いる。

【００１６】二次配圧弁１は、シリンダ状の空所１Ｂ，
１Ｃ，１Ｄを有してなるケーシング１Ａと、空所１Ｂの
壁面に空所１Ｃに軸線を一致させて固定されたシリンダ
３９と、前記軸３５に結合され該シリンダ３９内を摺動
するプランジャ２と、前記軸３５の空所１Ｃを通過して
いる部分に固着されて該空所１Ｃをシリンダとするバル
ブサーボモータ３をなすピストン３Ａ及び該ピストン３
Ａに接して軸３５に固着されたピストン３Ａより小径の
スリーブ３Ｂと、前記空所１Ｄに摺動可能に内装された
ブッシング５と、該ブッシング５に摺動可能に内装され
たパイロットプランジャ４と、前記ケーシング１Ａの上
端に金具７を介して一端を枢着され他端の長孔に軸３５
に固着されたピン３５Ａを係合させたＬ字形のレバー６
と、を含んで構成されている。レバー６には、途中から
張り出したアーム６Ａが設けられ、該アーム６Ａの先端
に設けられたローラ６Ｂは前記ブッシング５の上端に当
接している。前記ピン３５Ａは、二次配圧弁１と案内羽
根閉鎖速度選択器２９の間の軸３５に取り付けられてい
る。

【００１７】ケーシング１Ａの空所１Ｂのシリンダ３９
が固着されている壁面には上下に並ぶ３個の開口が設け
られており、上から順に、開口と案内羽根開閉用の油圧
モータの開駆動用圧油口を結ぶ油圧管４２、開口と圧油
源を結ぶ油圧管４３、開口と案内羽根開閉用の油圧モー
タの閉駆動用圧油口を結ぶ油圧管４４が接続されてい
る。シリンダ３９のケーシング１Ａに固着された壁面に
は、ケーシング１Ａの壁面に形成されている前記３個の
開口に合致する位置に上から順に同様の開口４５，４
６，４７が形成され、ケーシング１Ａの壁面の開口とシ
リンダ３９の壁面の開口とは、互いに油密に接続されて
いる。シリンダ３９に内装されているプランジャ２は軸
３５の下端に固着されたピストン２Ａと、該ピストン２
Ａから間隔をおいて軸３５に固着されたピストン２Ｂと
からなっている。ピストン２Ａ，２Ｂの軸方向の厚み
は、前記開口４５の軸方向の寸法よりわずかに大きい厚
みとしてあり、ピストン２Ａ，２Ｂの軸方向の間隔は、
ピストン２Ａの軸方向の中心点が開口４７の軸方向中心
点にあるとき、ピストン２Ｂの軸方向の中心点が開口４
５の軸方向中心点にあるような間隔にしてある。なお、
開口４５，４７の軸方向の開口寸法は同じにしてある。
また、空所１Ｂの底部には排油口４８が設けられてい
る。

【００１８】空所１Ｃには、先に述べたように、該空所
１Ｃをシリンダとして軸３５に固着されたピストン３Ａ
及びスリーブ３Ｂによってバルブサーボモータ３が構成
されているが、スリーブ３Ｂはピストン３Ａの空所１Ｂ
側に結合され、かつ空所１Ｂと空所１Ｃを隔てる壁面の
開口にほぼ油密に挿通されていて、その一部は軸３５が
上方に限界まで移動した場合でも、空所１Ｂ内にある。

【００１９】空所１Ｄには、その内部にケーシング１Ａ
に固定された円筒状の壁面５０により円筒状の区画が形
成され、該円筒状の壁面５０の上端、下端及び上下方向
中心より下端よりの位置には、該円筒状の壁面５０の内
周面から半径方向中心側に向かって張り出す円環状のつ
ば５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが同心に形成されている。こ
れら３か所の円環状のつば５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、
同一内径となっており、前記ブッシング５はこれら円環
状のつばの内周面にその外周面を当接させつつ摺動する
ようになっている。ブッシング５にはまた、その軸方向
ほぼ中央部の壁面と該中央部と下端部との間の壁面に開
口が形成されており、この開口は、前記壁面５０と円環
状のつば５０Ａ，５０Ｂで形成される区画Ｐ１、前記壁
面５０と円環状のつば５０Ｂ，５０Ｃで形成される区画
Ｐ２に、それぞれ対向している。上下方向に摺動可能に
内装されたブッシング５は該ブッシング５の下面と空所
１Ｄの底部の間に介装されたコイルバネ５１により上方
向に付勢され、ブッシング５の上方への移動はブッシン
グ５の上端にローラ６Ｂを介して当接しているアーム６
Ａにより、抑止されている。ブッシング５内に上下に摺
動可能に内装されたパイロットプランジャ４は、その下
端に設けられたランド部４Ａ、ランド部４Ａとそれぞれ
所定の間隔をおいて配置されたランド部４Ｂ、４Ｃを含
んで構成され、ランド部４Ａの軸方向厚みは、前記区画
Ｐ２に対向している前記開口の軸方向寸法よりもわずか
に大きい値としてある。なお、ランド部４Ｂの位置は、
ブッシング５が最も上昇した状態で、パイロットプラン
ジャ４が限界まで下降しても、前記区画Ｐ１に対向して
いる前記開口をランド部４Ｂがふさぐことのない位置と
なっている。また、壁面５０には、区画Ｐ１にケーシン
グ１Ａ外部から圧油を供給する油圧管５２が接続され、
区画Ｐ１と前記空所１Ｃのピストン３Ａの下側になる区
画Ｒ２は圧油通路３０Ａで連通され、区画Ｐ２と前記空
所１Ｃのピストン３Ａの上側になる区画Ｒ１は圧油通路
３０Ｂで連通されている。空所１Ｄの底面には、排油口
４９が形成されている。

【００２０】パイロットプランジャ４に結合されてパイ
ロットプランジャ４とともに上下動するロッド４Ｄは、
レバー機構を介して案内羽根サーボモータ及び補助サー
ボモータに結合されている。

【００２１】シリンダ３９とプランジャ２が案内羽根開
閉手段である油圧モータに供給される圧油の量を制御す
る流量制御弁を構成し、二次配圧弁１が案内羽根開閉手
段を制御する開閉制御手段をなしている。

【００２２】案内羽根閉鎖速度選択器２９は、中央に前
記軸３５が貫通する孔５３を設けた厚肉円板状のボデー
２９Ａと、該ボデー２９Ａの孔５３の周囲に形成された
シリンダ８，９，１０と、シリンダ８，９，１０にそれ
ぞれ内装されたストップピストン１３，１４，１５と、
ストップピストン１３，１４，１５に結合されシリンダ
８，９，１０の上方（つまりボデー２９Ａの上方）に突
出したピストンロッド１３Ａ，１４Ａ，１５Ａと、ピス
トンロッド１３Ａ，１４Ａ，１５Ａの突出部に螺合され
た位置調整ナット１８，２１，２２と、シリンダ８，
９，１０の上端とボデー２９Ａの外周面を結ぶ排油路８
Ａ，９Ａ，１０Ａと、シリンダ８，９，１０の下端とボ
デー２９Ａの外周面を結ぶ圧油路８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂ
と、ボデー２９Ａの上面に植設された二本のロッド５４
と、ロッド５４の下部に螺合された許容最大閉速度設定
ナット１２と、ロッド５４の上部に螺合された許容最大
開速度設定ナット１１と、ボデー２９Ａの上方に配置さ
れ前記孔５３に挿通された前記軸３５の上端部が固着さ
れるとともに、前記ピストンロッド１３Ａ，１４Ａ，１
５Ａ及び二本のロッド５４が挿通されたストッププレー
ト１６と、を含んで構成されている。なお、ストッププ
レート１６は、許容最大閉速度設定ナット１２と許容最
大開速度設定ナット１１との間になる位置に設定され
る。

【００２３】圧油路８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂは、それぞれ電
磁弁１７，１９，２０を介装した前記圧油ライン３８，
３６，３７にそれぞれ接続されている。電磁弁１７，１
９，２０はそれぞれコイル２８，２６，２７で励磁され
るようになっている。

【００２４】図１において、二次配圧弁１のプランジャ
２は、図示していない案内羽根サーボモータ（案内羽根
開閉手段）の開側、あるいは閉側に圧油を配送し、ポン
プ水車に対する水量調節手段となる案内羽根を油圧で開
閉操作させるもので、バルブサーボモータ３によって上
下動される。このバルブサーボモータ３はパイロットプ
ランジャー４の上下動に応じて上下動させられる。即ち
バルブサーボモータ３の下側室Ｒ２には絶えず圧油管５
２を経て供給される圧油が作用しているので、パイロッ
トプランジャ４が上動してバルブサーボモータ３の上側
室Ｒ１の油が圧油通路３０Ｂを通して排出された場合に
は、バルブサーボモータ３は上動する。パイロットプラ
ンジャ４が下動し、圧油が圧油通路３０Ｂを通してバル
ブサーボモータ３の上側室Ｒ１にも通じた場合にはバル
ブサーボモータ３は下降する。この理由はバルブサーボ
モータ３の上側室Ｒ１の方が下側室Ｒ２より受圧面積が
大きいためである。

【００２５】レバー６及び金具７はレバー機構を構成
し、バルブサーボモータ３の動きをパイロットプランジ
ャ４と対をなし、パイロットプランジャ４の外周に位置
するブッシング５に対してフィードバックする機構であ
る。このレバー６，金具７はバルブサーボモータ３の変
位がパイロットプランジャ４と一定の比例関係になるよ
うに設けられている。パイロットプランジャ４は図示し
ていない調速機の補助サーボモータの変位と案内羽根サ
ーボモータの変位の差に応じて上下動させられるように
なっている。換言すれば指令側である補助サーボモータ
の位置変位に応じて案内羽根サーボモータが制御される
が、その速度はプランジャ２の変位次第で決まる。即
ち、プランジャ２が大きく下方に変位した時は速い閉鎖
速度で、小さく下方に変位した時は遅い閉鎖速度で案内
羽根が閉められる。なお、プランジャ２の上動の場合が
開動作になる。１１は案内羽根サーボモータの許容最大
開速度を設定するナット、１２は反対に許容最大閉速度
を設定するナットである。案内羽根の閉速度はポンプ運
転あるいは水車運転に応じて切換え使用する必要があ
り、単にナット１２による最大閉速度設定だけではすま
ない。

【００２６】これを達成するために設けられたのが案内
羽根閉鎖速度選択装置のストップピストン１３乃至１５
である。これらストップピストン１３乃至１５はバルブ
サーボモータ３の周りに配置され、バルブサーボモータ
３に結合された軸３５の頂部に取付けられたストッププ
レート１６の下動を制限するように作動する。まずスト
ップピストン１３はポンプ運転モード及び水車運転モー
ドの腰折れ前の案内羽根閉鎖速度上限を設定するための
もので、ポンプ運転モードでは図のごとく下室が排油さ
れてストップピストン１３がシリンダ８の下部に位置
し、水車運転モードでは電磁弁１７を介して下室に圧油
が導かれ、このためストップピストン１３がシリンダ８
上部に位置する。したがってプランジャ２のストローク
には所定の制限が与えられる。このプランジャ２のスト
ロークの制限の度合はストップピストン１３のロッド１
３Ａ上に取付けられた位置調整ナット１８の位置を調整
して決める。シリンダ８、ストップピストン１３、ロッ
ド１３Ａ、位置調整ナット１８及び電磁弁１７が第１の
制限手段を構成する。

【００２７】同様にストップピストン１４は案内羽根開
度に連動して水車運転モードの腰折れ後の案内羽根閉鎖
速度上限を決めるためのものであり、ストップピストン
１５は回転速度に応動して水車運転モードの腰折れ後の
案内羽根閉鎖速度上限を決めるためのものである。１９
及び２０は夫々のストップピストン１４及び１５を作動
する電磁弁、２１及び２２はストップピストン１４及び
１５のロッド上に取付けられてストッププレート１６の
位置を制限するナットである。シリンダ９、ストップピ
ストン１４、ロッド１４Ａ、位置調整ナット２１及び電
磁弁１９が第２の制限手段を構成する。また、シリンダ
１０、ストップピストン１５、ロッド１５Ａ、位置調整
ナット２２、電磁弁２０、補助リレー２４とその接点が
第３の制限手段を構成する。本実施例では、ストップピ
ストン１４とストップピストン１５のロッド１４Ａ，１
５Ａに取り付けられた位置調整ナット２１、２２の高さ
は、ストップピストン１４とストップピストン１５が一
杯に上昇したとき、互いに同じ高さになるようにしてあ
り、第２、第３の制限手段で制限される閉鎖速度上限は
同じになるようにしてある。

【００２８】尚図１ではポンプ運転モードの腰折後の案
内羽根閉鎖速度を決めるストップピストンは図示してな
いがストップピストン１４，１５，１３と同様に二次配
圧弁１のバルブサーボモータ３の軸３５の周りに配置さ
れる。

【００２９】図２は図１に示す実施例の電気関係制御シ
ーケンスを示す系統図で、ＰＣ，ＮＣはそれぞれ直流制
御電源の＋側、−側を示す。図２において、３１は「ポ
ンプ−水車」運転モード切換開閉器、３３は案内羽根開
度が予め設定された開度Ｙoになったときに閉じられる
案内羽根開度検出手段である案内羽根開度位置開閉器の
接点、３４は補助リレー、３４Ａはその接点、２６は電
磁弁１９のコイル、２７は電磁弁２０のコイル、２８は
電磁弁１７のコイル、２３は水車回転数Ｎが予め設定さ
れた所定回転数Ｎuを超えたとき閉じられる回転速度検
出器である速度スイッチの接点、２４は補助リレー、２
４Ａはその接点、接点３１−１，３１−２，３１−３
は、運転モードが「水車」に選択されたとき閉じられる
接点である。所定回転数Ｎuは、図６に示されるよう
に、負荷遮断時の案内羽根開度が前記開度Ｙoよりもわ
ずかに小さくなった状態に対応するポンプ水車の回転数
に設定されている。この回転数は必ずしも開度Ｙoより
もわずかに小さい開度状態に対応するポンプ水車の回転
数に設定する必要はなく、制御装置や装置の応答性を考
慮し、案内羽根閉鎖速度が第２の所定値以上の速度で留
まりうる案内羽根開度がどの位になるかを考慮して適宜
設定すればよい。

【００３０】運転モード切換開閉器３１を水車側に回す
と接点３１−１，３１−２，３１−３が閉じられ、腰折
れ前案内羽根閉鎖速度上限を選択する電磁弁１７のコイ
ル２８が付勢される。このため電磁弁１７が通油側に切
り替わってストップピストン１３の下室に圧油が導かれ
てストップピストン１３がシリンダ８の上部に移動し、
案内羽根閉鎖速度上限が水車モード側に選択される。ス
トップピストン１３がシリンダ８の上部に移動すること
で位置調整ナット１８の位置が上昇し、ストッププレー
トの下降はこの位置調整ナット１８の位置が下限とな
り、この位置で得られる圧油量が油圧モータの閉側に供
給される圧油量の最大の値となる。すなわち、この位置
調整ナット１８の位置が案内羽根の閉鎖速度の第１の所
定値を設定する。この状態では、案内羽根開度は所定の
開度（設定開度）Ｙoより大きいから接点３３は開いた
ままであって、補助リレー３４は無励磁であり、接点３
４Ａは閉じている。つまり、コイル２６は励磁された状
態であるから、電磁弁１９は非通油側に切り替わったま
まであり、ストップピストン１４はシリンダ９の下部に
位置していて、案内羽根閉鎖速度の制限には関係しな
い。また、接点２３も、水車回転数が前記所定の回転速
度Ｎuを超えていないから開いたままであって、補助リ
レー２４は無励磁であり、接点２４Ａは閉じている。つ
まりコイル２７は励磁された状態であるから電磁弁２０
は非通油側に切り替わったままであり、ストップピスト
ン１５はシリンダ１０の下部に位置していて、案内羽根
閉鎖速度の制限には関係しない。

【００３１】いま、電源が正常な状態で主機を非常停止
させる場合には、図４の曲線４０のごとき案内羽根閉鎖
速度にて案内羽根が閉鎖され、主機が停止される。即
ち、曲線４０のごとく、案内羽根が全負荷位置から腰折
れ前の案内羽根全閉速度で閉鎖し始め、本実施例の場合
開度Ｙoまで閉鎖されると案内羽根開度位置開閉器の接
点３３が閉路される。接点３３が閉路されると補助リレ
ー３４が付勢され、その接点３４Ａが開路する。このた
め電磁弁１９のコイル２６が消勢され、電磁弁１９は通
油側に切換わる。このため圧油はストップピストン１４
の下側に作用し、ストップピストン１４を上動させる。
ストップピストン１４の上動により位置調整ナット２１
の位置が上昇して、ストップピストン１３のロッド１３
Ａ上に取付けられた位置調整ナット１８の位置より高く
なり、該位置調整ナット１８の位置にあったストッププ
レート１６は、位置調整ナット２１の上昇とともに該位
置調整ナット２１により押し上げられる。

【００３２】ストッププレート１６の上昇は、該ストッ
ププレート１６に軸３５を介して結合されたプランジャ
２の上昇を来し、シリンダ３９の開口４７に対して下方
に動いて油圧管４３と油圧管４４をシリンダ３９の内部
を通じて連通させていたピストン２Ａも上方に動く。つ
まり、開口４７とピストン２Ａの上端との間に形成され
ていた隙間が狭められ、案内羽根開閉手段である案内羽
根サーボモータに送られる油量が削減されるので、案内
羽根閉鎖速度が第２の所定値に低減されるのである。し
たがって案内羽根閉鎖速度上限は腰折れ後の案内羽根閉
鎖速度上限（第２の所定値）に変り、腰折れ後のゆるや
かな速度で案内羽根は全閉される。なお、パイロットプ
ランジャ４の位置は、図示されていない調速機である補
助サーボモータの変位と案内羽根サーボモータの変位の
差に応じて決まり、パイロットプランジャ４の位置が決
まるとそれに応じてプランジャ２の位置がきまり、プラ
ンジャ２の位置がきまると、その位置がレバー６、アー
ム６Ａを介してブッシング６にフィードバックされて、
サーボモータ３の位置がその位置に保持される。但し、
このときのサーボモータ３の位置は、軸３５を介して、
ストッププレート１６が位置調整ナット１８、もしくは
２１の上になる位置に制限されるのである。このように
して案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速度制限の腰折れ
が実現する。

【００３３】ところでもし上記案内羽根開度連動の腰折
装置が何らかの理由で故障し、図６のようになった場合
を考える。この場合でも図２のようにＮ＞Ｎuになれば
補助リレー２４が付勢され、接点２４Ａが開路し電磁弁
２０のコイル２７が消勢され圧油がピストン１５の下側
に作用し腰折（閉速度制限）がかかる。結局図６の実線
４０Ａのようになり、異常水撃水圧を発生させることな
く安定した閉鎖が実行される。図３は、本発明の基本的
な思想を示すもので、案内羽根の開度Ｙがあらかじめ設
定されている開度Ｙoよりも小さくなったときに作動す
る案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速度腰折れと、ポン
プ水車回転数Ｎがあらかじめ設定されている定格回転速
度より高い回転速度Ｎuを超えたときに作動する回転速
度応動の案内羽根閉鎖速度腰折れが組み合わされ、案内
羽根開度連動の案内羽根閉鎖速度腰折れが作動しない場
合でも回転速度応動の案内羽根閉鎖速度腰折れにより、
案内羽根が安全に閉鎖されることを示している。

【００３４】なお、案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速
度腰折れが作動しない場合でも、ポンプ水車の回転数が
Ｎuに達しない場合は回転速度応動の案内羽根閉鎖速度
腰折れは作動しないが、図５に示すように、負荷遮断時
のポンプ水車回転数がＮuに達しないということは、初
期負荷が小さいことを意味し、ガバナが指令して来る案
内羽根閉鎖速度も小さくなり、案内羽根閉鎖速度腰折れ
がまったく動作しなくても水圧鉄管の水圧Ｐが許容値よ
り大とならず、危険にはならない。

【００３５】

【発明の効果】前記案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速
度制限装置が故障していても案内羽根閉鎖速度が第２の
所定値の近傍を超えて暴走することはなく、従って当該
故障発生時にも水車の上流、下流に異常水撃水圧が発生
することがなく安全性が確保される。観点を変えると、
仮に前記案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速度制限装置
の信頼性が若干落ちてもトータルの信頼性は向上させる
ことができるので案内羽根開度連動の案内羽根閉鎖速度
制限装置自身の合理化がやりやすい。特に従来は信頼性
本位の発想から案内羽根サーボモータから案内羽根閉鎖
速度制限装置までの信号伝達のために高価で不便な純機
械式リンケージを採用するケースが多かったがこの必要
がなく安価で便利な電気式リンケージでも同等以上の信
頼性が確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における二次配圧弁周りの機構
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例の電気関係制御シーケンスを示
す系統図である。

【図３】本発明のポイントを要約した機能図である。

【図４】ポンプ水車の負荷遮断時の各種プロセス量の時
系列変化を示す概念図である。

【図５】本発明のバックアップ腰折装置の合理性を説明
する概念図である。

【図６】案内羽根開度連動腰折（第２の制限手段）が不
動作で本発明の回転速度応動腰折（第３の制限手段）が
バックアップした場合の各種プロセス量の時系列変化を
示す概念図である。

【符号の説明】

１ 二次配圧弁 １Ａ ケー
シング １Ｂ，１Ｃ，１Ｄ ２ プラン
ジャー ２Ａ，２Ｂ ピストン ３ バルブ
サーボモータ ３Ａ ピストン ３Ｂ スリ
ーブ ４ パイロットプランジャー ４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ ランド部 ４Ｄ ロッド ５ ブッシ
ング ６ レバー ６Ａ アー
ム ６Ｂ ローラ ７ 金具 ８，９，１０ シリンダ ８Ａ，９
Ａ，１０Ａ 排油路 ８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂ 圧油路 １１ 許容
最大開速度設定ナット １２ 許容最大閉速度設定ナット １３，１４
ストップピストン １３Ａ，１４Ａ ピストンロッド １５ スト
ップピストン １５Ａ ピストンロッド １６ スト
ッププレート １７ 電磁弁 １８ ナッ
ト １９，２０ 電磁弁 ２１，２２
位置調整ナット ２３ Ｎ＞Ｎuの時閉じる接点 ２４ 補助
リレー ２４Ａ 補助リレーの接点 ２６ 電磁
弁１９のコイル ２７ 電磁弁２０のコイル ２８ 電磁
弁１７のコイル ２９ 案内羽根閉鎖速度選択器 ２９Ａ ボ
デー ３０Ａ，３０Ｂ 圧油通路 ３３ 案内
羽根開度位置開閉器 ３１ ポンプ水車運転モード切換開閉器 ３４ 補助
リレー ３４Ａ 補助リレーの接点 ３５ 軸 ３５Ａ ピン ３６，３
７，３８ 圧油ライン ３９ シリンダ ４０ 曲線 ４２，４３，４４ 油圧管 ４５，４
６，４７ 開口 ４８，４９ 排油口 ５０ 壁面 ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 円環状のつば ５１ コイ
ルバネ ５２ 油圧管 ５３ 孔 ５４ ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−219882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−10012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−144530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−142440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−108143（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−105642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−35833（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−118140（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F03B 1/00 - 11/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開度調整可能な案内羽根を有するポンプ
   水車の負荷遮断時における案内羽根閉鎖速度制御方法に
   おいて、該案内羽根が所定の開度以上にある時は該案内
   羽根の閉鎖速度を第一の所定値以下に制限し、該案内羽
   根が該所定開度以下にあるときは該案内羽根の閉鎖速度
   を第二の所定値以下に制限する一方、該ポンプ水車の回
   転速度が所定値以上に上昇していることを条件に動作
   し、該案内羽根の閉鎖速度を前記第二の所定値かその近
   傍以下に制限することを特徴とするポンプ水車の案内羽
   根閉鎖速度制御方法。
2. 【請求項２】 開度調整可能な案内羽根を有するポンプ
   水車の水車運転モードにおける前記案内羽根閉鎖速度制
   御方法において、該案内羽根が所定の開度以上にある時
   は該案内羽根の閉鎖速度の上限を第１の所定値に制限
   し、案内羽根の開度が該所定開度未満のときは該案内羽
   根の閉鎖速度の上限を前記第１の所定値よりも低い第２
   の所定値に制限し、さらに、ポンプ水車の回転速度を検
   出し、検出された回転速度が定格速度より高い所定の回
   転速度以上の時には案内羽根閉鎖速度の上限を前記第二
   の所定値に制限するようにしたことを特徴とするポンプ
   水車の案内羽根閉鎖速度制御方法。
3. 【請求項３】 開度調整可能な案内羽根を有するポンプ
   水車の水車運転モードで動作する案内羽根閉鎖速度制御
   装置において、該案内羽根の開度を検出して所定の開度
   以上のときに信号を出力する案内羽根開度検出手段と、
   与えられた目標開度とそのときの案内羽根開度の偏差に
   基づいて案内開閉手段を制御する開閉制御手段と、前記
   案内羽根開度検出手段が信号を出力していないとき、案
   内羽根の閉鎖速度の上限を第１の所定値に制限する第１
   の制限手段と、該案内羽根開度検出手段が信号を出力し
   ているとき、案内羽根の閉鎖速度の上限を前記第１の所
   定値より低い第２の所定値に制限する第２の制限手段
   と、ポンプ水車の回転速度が定格速度より高い所定の回
   転速度以上のとき動作して所定の信号を出力する回転速
   度検出器と、前記回転速度検出器が所定の信号を出力し
   ているとき、案内羽根の閉鎖速度の上限を前記第２の所
   定値近傍に制限する第３の制限手段と、を含んで構成さ
   れていることを特徴とするポンプ水車の案内羽根閉鎖速
   度制御装置。
4. 【請求項４】 閉鎖速度の制御が、案内羽根を開閉する
   油圧モータに供給される圧油の流量を制御する流量制御
   弁の弁軸の移動による開度制御によって行われ、閉鎖速
   度の上限の制限が前記弁軸の移動を制限することによっ
   て行われることを特徴とする請求項１に記載のポンプ水
   車の案内羽根閉鎖速度制御方法。