JP3767918B2 - Inlet valve control device for pump turbine - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプ水車の入口弁制御装置に係り、特に入口弁を落差に応じて部分閉させることができるポンプ水車の入口弁制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的なポンプ水車は、図2に示すようなポンプ特性を有しており、またポンプ水車の運転範囲は、上池および下池の水位の変動によりその上限および下限が決められ、運転範囲に適したポンプ特性を持つよう設計されている。一般的には、ポンプ水車の運転範囲は図3に示すような落差変動範囲となっている。
【0003】
ところで、発電電動機の容量は、運転範囲中最大となる最低落差時における軸入力により決定されるので、運転範囲を広くとるために下限落差を小さくすると、発電電動機の容量を大きくする必要がある。また、設計時に決定した下限−上限落差の運転範囲を超えた運転は、ポンプ水車のポンプ特性に悪影響を与え過酷な運転となり、また発電電動機の入出力の関係により困難である。
【0004】
一方、ポンプ水車の入口弁は、水車への流入水を安全に遮断する設備として、「発電用水力設備に関する技術基準を定める省令」第37条第3号により、設置することが義務付けられており、一般に次のような目的で設置されるものである。
【0005】
(1)ポンプ水車自体での停止が不能となるような事故が発生した際に、安全に流水を遮断して事故を最小限に食い止める。
(2)平常の停止時にポンプ水車からの漏水量を少なくし、損失電力を低減するとともに、ガイドベーンまたはニードルの有害な磨耗を防ぐ。
(3)水車の内部点検または分解作業時に水路充抜水を省略して停止時間を短縮する。
(4)水路を共通にする他のポンプ水車または灌漑用分岐水路があるような場合に、当該ポンプ水車の断水が他のポンプ水車や灌漑用分岐回路に影響を与えないようにする。
【0006】
ポンプ水車の入口弁は水圧鉄管の末端部で水車ケーシングの直前に設けられ、ポンプ水車の運転,停止に伴い開閉操作される止水弁であることから、ポンプ水車の始動時に、ガイドベーンを開く前に予め全開させておき、またポンプ水車を停止するときには、負荷を下げ無負荷となった後にガイドベーンを全閉させ、その後に全閉させて止水するものである。
【0007】
図4は、従来のこの種のポンプ水車の入口弁制御装置を示すもので、図中、符号1はポンプ水車であり、このポンプ水車1の水車ケーシング1aの直前には、サーボモータ3で駆動される入口弁2および側弁5が水圧鉄管4の末端部にそれぞれ設けられている。そして、前記サーボモータ3および側弁5は、制御機構6により制御されるようになっている。
【0008】
この制御機構6は、図4に示すように、操作管7を介し圧力油を給排してサーボモータ3を駆動する入口弁用電磁パイロット切換弁8と、前記側弁5に圧力油を給排して側弁5を駆動する側弁用電磁パイロット切換弁9とを備えており、前記操作管7上には、サーボモータ3の動作速度を設定するチェック弁絞り弁10が設けられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ水車1の入口弁2は、前述のように水車の運転,停止に伴い開閉操作される止水弁である。従来のポンプ水車の入口弁制御装置は、入口弁2を全開および全閉させる機能のみを有し、入口弁2を中間の開度に保持する機能は有していない。
【0010】
ところが、季節により水位変動の激しい水系の揚水発電所においては、渇水期または洪水期に備えた低水位等の上ダムの運用上から、低落差での運転を必要とする場合があり、このような揚水発電所の発電電動機は、この極短期間に限って必要とされる低落差のために、それに見合った容量を持ったものでなくてはならず、発電設備がコスト高となるという問題がある。
【0011】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、発電電動機の容量を大きくすることなしに、低揚程でのポンプ水車の揚水運転が可能なポンプ水車の入口弁制御装置を提供することを目的とする。
【0012】
本発明の他の目的は、ポンプ水車始動時および入口弁部分閉制御時における入口弁の各動作速度を最適な値に設定することができるポンプ水車の入口弁制御装置を提供するにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポンプ水車の入口弁制御装置は、上述した課題を達成するために、ポンプ水車の入口弁を駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御して入口弁を任意の開度で所要時間保持する制御手段とを具備し、この制御手段は、サーボモータを操作管を介して開閉動作させる圧力油を給排する入口弁用パイロット切換弁と、前記操作管上に設けられ第1電磁弁により制御される第1パイロット操作逆止弁と、前記操作管上に、第1パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられ入口弁部分閉制御時におけるサーボモータの動作速度を設定する第1チェック弁付絞り弁と、第1チェック弁付絞り弁をバイパスするバイパス管上に設けられ第2電磁弁の制御によりポンプ水車始動時に逆止弁機能が解除される第2パイロット操作逆止弁と、前記バイパス管上に第2パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられポンプ水車始動時におけるサーボモータの動作速度を設定する第2チェック弁付絞り弁とを備えているものである。
【0018】
【作用】
本発明においては、制御手段に、入口弁用パイロット切換弁,第1パイロット操作逆止弁,第1チェック弁付絞り弁,第2パイロット操作逆止弁および第2チェック弁付絞り弁が設けられ、第2パイロット操作逆止弁は、ポンプ水車始動時に第2電磁弁の制御により逆止弁機能が解除される。このため、入口弁部分閉制御時には、第1チェック弁付絞り弁により設定されていたサーボモータの動作速度が、ポンプ水車始動時には、第2チェック弁付絞り弁により設定されたサーボモータの動作速度となり、簡単な構造で確実な動作速度の切換えが可能となる。また、第1電磁弁による第1パイロット操作逆止弁の制御により、サーボモータの動きが止められ、入口弁を任意の開度で確実に固定することが可能となる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【0020】
図1は、本発明の一実施例に係るポンプ水車の入口弁制御装置を示すもので、図中、符号1はポンプ水車であり、このポンプ水車1の水車ケーシング1aの直前には、サーボモータ3で駆動される入口弁2および側弁5が鉄管4の末端側でそれぞれ設けられている。そして、前記サーボモータ3および側弁5は、制御機構15により作動制御されるようになっている。
【0021】
この制御機構15は、図1に示すように、操作管17a,17bを介し圧力油を給排してサーボモータ3を駆動する入口弁用電磁パイロット切換弁16と、前記側弁5に圧力油を給排して側弁5を駆動する側弁用電磁パイロット切換弁18とを備えている。前記各操作管17a,17b上には、第1パイロット操作逆止弁19a,19bおよび第1チェック弁付絞り弁20a,20bがそれぞれ直列に設けられている。そして、前記各第1パイロット操作逆止弁19a,19bは、第1電磁弁21からの信号により制御されてサーボモータ3の動作をある特定の開度で停止させるようになっており、また前記各第1チェック弁付絞り弁20a,20bは、入口弁部分閉制御時におけるサーボモータ3の動作速度を設定するようになっている。
【0022】
また、各操作管17a,17bには、図1に示すように、各第1チェック弁付絞り弁20a,20bをバイパスするバイパス管22a,22bがそれぞれ接続されており、これら各バイパス管22a,22b上には、第2パイロット操作逆止弁23a,23bおよび第2チェック弁付絞り弁24a,24bがそれぞれ直列に設けられている。そして、前記各第2パイロット操作逆止弁23a,23bは、「速度大」および「速度小」の切換を行なう第2電磁弁25からの信号により作動制御されてポンプ水車1始動時に逆止弁機能が解除されるようになっている。また前記各第2チェック弁付絞り弁24a,24bは、ポンプ水車1始動時におけるサーボモータ3の動作速度を設定するようになっている。
【0023】
次に、本実施例の作用について説明する。
【0024】
ポンプ水車1の始動時には、まず第2電磁弁25を「速度大」側に切り換える。すると、第2パイロット操作弁23a,23bに圧力油が供給され、各第2パイロット操作弁23a,23bの逆止弁機能が解除されて逆流が可能となる。このため、管路A,Bが使用可能となり、第2チェック弁付絞り弁24a,24bで設定された速い速度でサーボモータ3が動作可能となる。
【0025】
この状態で、入口弁用電磁パイロット切換弁16および第1電磁弁21を「開」側に切り換えると、圧力油は、管路D−B(Fも通ることが可能)−Hを通ってサーボモータ3の開側シリンダに供給される。サーボモータ3の閉側シリンダの圧力油は、管路G−A(E)と流れ、第1電磁弁21により第1パイロット操作逆止弁19aに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、圧力油はさらに管路A−Cと流れ、入口弁用電磁パイロット切換弁16を通って排油される。
【0026】
このポンプ水車1の運転停止時には、入口弁用電磁パイロット切換弁16および第1電磁弁21を「閉」側に切り換えることにより行なわれ、圧力油は、管路C−A(E)−Gと流れてサーボモータ3の閉側シリンダに供給される。サーボモータ3の開側シリンダの圧力油は、管路H−B(F)と流れ、第1電磁弁21により第1パイロット操作逆止弁19bに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、圧力油はさらに管路B−Dと流れて入口弁側電磁パイロット切換弁16を通って排油される。
【0027】
一方、低揚程での揚水運転における入口弁2の部分閉制御時には、まず第2電磁弁25を「速度小」側に切り換える。すると、第2パイロット操作逆止弁23a,23bの逆止弁機能が回復し、管路A,Bが閉鎖される。このため、管路E,F上の入口弁2の部分開運転用に設定された第1チェック弁付絞り弁20a,20bにより遅い速度でサーボモータ3が動作することになる。
【0028】
この状態で、入口弁2を開ける場合には、入口弁側電磁パイロット切換弁16および第1電磁弁21を「開」側に切り換える。すると、圧力油は、管路D−F−H−サーボモータ3の開側シリンダへと流れる。サーボモータ3の閉側シリンダの圧力油は、第1電磁弁21により第1パイロット操作逆止弁19aに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、管路G−E−Cと流れ、入口弁側電磁パイロット切換弁16を通って排油される。
【0029】
入口弁2が予め設定された所定の開度(実際にはその開度に±の幅を持たせており、入口弁2の速度が速過ぎると、この領域を逸脱してレーシングを起こすことになる)に達すると、第1電磁弁21を「閉」側に切り換える。すると、第1パイロット操作逆止弁19aの圧力油が排出され、第1パイロット操作逆止弁19aの逆止弁機能が回復する。このため、管路E−Cの流れが閉鎖され、サーボモータ3の動きが止められて入口弁2はそのときの弁開度で固定されることになる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、サーボモータを制御手段により制御して入口弁を任意の開度で所要時間保持できるようにしているので、入口弁を落差に応じて部分閉させることができ、ポンプ水車の運転揚程を高くすることで過大軸入力の発生を抑え、発電電動機の容量を大きくすることなく、低揚程で揚水運転を行なうことができる。
【0031】
本発明はまた、入口弁の動作速度を、ポンプ水車始動時と入口弁部分閉制御時とで切り換えできるようにしているので、入口弁の部分閉制御時に、レーシングを起こさないよう入口弁の動作速度を遅くしても、ポンプ始動時には、従来と同様の始動時間で揚水発電所を運用することができる。
【0032】
本発明はさらに、制御手段に、入口弁用パイロット切換弁,第1パイロット操作逆止弁,第1チェック弁付絞り弁,第2パイロット操作逆止弁,および第2チェック弁付絞り弁を設けているので、簡単な構造で確実に動作速度を切り換えることができ、また入口弁を任意の弁開度で確実に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るポンプ水車の入口弁制御装置を示す配管系統図。
【図2】 ポンプ水車のポンプ特性を示すグラフ。
【図3】 ポンプ水車の落差変動範囲を示すグラフ。
【図4】 従来のポンプ水車の入口弁制御装置を示す配管系統図。
【符号の説明】
1 ポンプ水車
2 入口弁
3 サーボモータ
15 制御機構
16 入口弁用電磁パイロット切換弁
17a,17b 操作管
19a,19b 第1パイロット操作逆止弁
20a,20b 第1チェック弁付絞り弁
21 第1電磁弁
22a,22b バイパス管
23a,23b 第2パイロット操作逆止弁
24a,24b 第2チェック弁付絞り弁
25 第2電磁弁[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an inlet valve control device for a pump turbine, and more particularly to an inlet valve control device for a pump turbine that can partially close the inlet valve in accordance with a drop.
[0002]
[Prior art]
A typical pump turbine has a pump characteristic as shown in FIG. 2, and the upper and lower limits of the operation range of the pump turbine are determined by fluctuations in the water levels of the upper pond and the lower pond. Designed to have excellent pump characteristics. Generally, the operating range of the pump turbine is a head fluctuation range as shown in FIG.
[0003]
By the way, since the capacity of the generator motor is determined by the shaft input at the time of the minimum head that becomes the maximum in the operating range, if the lower limit head is reduced in order to widen the operating range, it is necessary to increase the capacity of the generator motor. In addition, the operation exceeding the operation range of the lower limit-upper limit head determined at the time of design adversely affects the pump characteristics of the pump-turbine and becomes a severe operation, and is difficult due to the input / output relationship of the generator motor.
[0004]
On the other hand, it is obliged to install the inlet valve of the pump turbine according to Article 37 No. 3 of the "Ministerial Ordinance for Establishing Technical Standards for Power Generation Hydropower Equipment" as a facility to safely shut off the inflow water to the turbine. Generally, it is installed for the following purposes.
[0005]
(1) In the event of an accident that makes it impossible to stop the pump turbine itself, the water is safely shut off to minimize the accident.
(2) Reduce the amount of water leakage from the pump turbine during a normal stop, reduce power loss, and prevent harmful wear of guide vanes or needles.
(3) Reduce the downtime by omitting water from the water channel during the internal inspection or disassembly work of the water turbine.
(4) When there are other pump turbines or irrigation branch waterways that share the same water channel, stop water from the pump turbines from affecting other pump turbines or irrigation branch circuits.
[0006]
The inlet valve of the pump turbine is installed at the end of the hydraulic iron pipe and immediately before the turbine casing, and is a stop valve that opens and closes when the pump turbine is started and stopped. When the pump turbine is stopped in advance, the guide vanes are fully closed after the load is lowered and no load is applied, and then the water is stopped by fully closing.
[0007]
FIG. 4 shows a conventional inlet valve control device for this type of pump turbine. In the figure, reference numeral 1 denotes a pump turbine, and the pump turbine 1 is driven by a
[0008]
As shown in FIG. 4, the control mechanism 6 supplies pressure oil to the inlet valve electromagnetic pilot switching valve 8 that drives the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The
[0010]
However, in a pumped storage power plant with a drastic fluctuation of water level depending on the season, operation at a low head may be necessary due to the operation of upper dams such as low water levels in preparation for drought or flood. Because of the low head required for this very short period of time, the generator motor of the nagaku pumped-storage power station must have a capacity suitable for it, and the power generation equipment is expensive. There is.
[0011]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and provides a pump turbine inlet valve control device capable of pumping a pump turbine at a low head without increasing the capacity of a generator motor. Objective.
[0012]
Another object of the present invention is to provide an inlet valve control device for a pump turbine that can set each operation speed of the inlet valve at the time of starting the pump turbine and at the time of partial closing control of the inlet valve.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described problems, an inlet valve control device for a pump turbine according to the present invention requires a servo motor that drives the inlet valve of the pump turbine and the servo motor to control the inlet valve at an arbitrary opening degree. And a control means for holding the time. The control means includes a pilot switching valve for an inlet valve for supplying and discharging pressure oil for opening and closing the servo motor via the operation pipe, and a first electromagnetic valve provided on the operation pipe. A first pilot operated check valve controlled by a valve and a first pilot operation check valve which is provided in series with the first pilot operated check valve on the operating pipe and sets an operating speed of the servo motor at the time of partial closing control of the inlet valve A throttle valve with a check valve, and a second pilot operated check valve that is provided on a bypass pipe that bypasses the throttle valve with the first check valve and that releases the check valve function when the pump turbine is started by control of the second solenoid valve; In which and a second with a check valve restrictor valve to set the operating speed of the servo motor when the reversible pump-turbine starter is provided in series with respect to the second pilot-operated check valve on the bypass pipe.
[0018]
[Action]
In the present invention, the control means is provided with an inlet valve pilot switching valve, a first pilot operation check valve, a throttle valve with a first check valve, a second pilot operation check valve and a throttle valve with a second check valve. In the second pilot operated check valve, the check valve function is canceled by the control of the second electromagnetic valve when the pump turbine is started. Therefore, the servo motor operating speed set by the first check valve throttle valve during the inlet valve partial closing control is the servo motor operating speed set by the second check valve throttle valve when the pump turbine is started. Thus, it is possible to switch the operation speed with a simple structure. Further, the control of the first pilot operated check valve by the first electromagnetic valve stops the movement of the servo motor, and the inlet valve can be reliably fixed at an arbitrary opening degree.
[0019]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows an inlet valve control device for a pump turbine according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a pump turbine, and a servo motor is provided immediately before a turbine casing 1a of the pump turbine 1. The
[0021]
As shown in FIG. 1, the
[0022]
Further, as shown in FIG. 1,
[0023]
Next, the operation of this embodiment will be described.
[0024]
When the pump turbine 1 is started, first, the
[0025]
In this state, when the solenoid
[0026]
When the operation of the pump turbine 1 is stopped , the solenoid
[0027]
On the other hand, at the time of partial closing control of the
[0028]
In this state, when the
[0029]
The
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the present invention controls the servo motor by the control means so that the inlet valve can be held for a required time at an arbitrary opening, so that the inlet valve can be partially closed according to the head, By raising the operating head of the pump turbine, the occurrence of excessive shaft input can be suppressed, and the pumping operation can be performed at a low head without increasing the capacity of the generator motor.
[0031]
The present invention also enables the operation speed of the inlet valve to be switched between when the pump turbine is started and when the inlet valve is partially closed. Therefore, when the inlet valve is partially closed, the inlet valve is operated so as not to cause racing. Even if the speed is reduced, the pumped storage power plant can be operated at the same start time as before when the pump is started.
[0032]
The present invention further includes an inlet valve pilot switching valve , a first pilot operated check valve, a throttle valve with a first check valve, a second pilot operated check valve, and a throttle valve with a second check valve in the control means. Therefore, the operation speed can be switched reliably with a simple structure, and the inlet valve can be reliably fixed at an arbitrary valve opening.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a piping system diagram showing an inlet valve control device for a pump turbine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing pump characteristics of a pump turbine.
FIG. 3 is a graph showing a head fluctuation range of a pump turbine.
FIG. 4 is a piping system diagram showing a conventional inlet valve control device for a pump turbine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
この制御手段は、サーボモータを操作管を介して開閉動作させる圧力油を給排する入口弁用パイロット切換弁と、前記操作管上に設けられ第1電磁弁により制御される第1パイロット操作逆止弁と、前記操作管上に、第1パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられ入口弁部分閉制御時におけるサーボモータの動作速度を設定する第1チェック弁付絞り弁と、第1チェック弁付絞り弁をバイパスするバイパス管上に設けられ第2電磁弁の制御によりポンプ水車始動時に逆止弁機能が解除される第2パイロット操作逆止弁と、前記バイパス管上に第2パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられポンプ水車始動時におけるサーボモータの動作速度を設定する第2チェック弁付絞り弁とを備えていることを特徴とするポンプ水車の入口弁制御装置。A servo motor for driving the inlet valve of the pump turbine, and a control means for controlling the servo motor to hold the inlet valve at an arbitrary opening for a required time;
The control means includes an inlet valve pilot switching valve for supplying and discharging pressure oil that opens and closes the servo motor through the operation pipe, and a first pilot operation reverse control provided on the operation pipe and controlled by the first electromagnetic valve. A stop valve, a throttle valve with a first check valve, which is provided in series with the first pilot operation check valve on the operation pipe and sets an operating speed of the servo motor during the inlet valve partial closing control; and a first check A second pilot operated check valve that is provided on a bypass pipe that bypasses the throttle valve with a valve and that releases the check valve function when the pump turbine is started by control of the second solenoid valve; and a second pilot operated on the bypass pipe An inlet valve control device for a pump turbine, comprising a throttle valve with a second check valve, which is provided in series with the check valve and sets the operating speed of the servo motor when the pump turbine is started
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