JP3788998B2 - Pumped storage power plant - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は揚水発電所に係り、特にコンクリートバレルに生じる振動抑制することができる揚水発電所に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の揚水発電所の一例を示すもので、ポンプ水車は、鉄管からの水をケーシング1、ステーベーン2およびガイドベーン3を通じてランナ4に導き、ランナ4を回してランナ4に直結した発電電動機5により発電を行なうようになっているが、このとき静止しているガイドベーン3を回転しているランナ羽根との水圧干渉により水圧脈動が生じる。この水圧脈動により、ガイドベーン3の外側に位置するケーシング1内にも水圧脈動が伝播する。
【0003】
ところで、ガイドベーン3とランナ羽根との水圧干渉によって生じるケーシング1内の水圧脈動は、ガイドベーン枚数Zgとランナ羽根枚数Zrとの組合わせによって、次式によって定まる直径節kをもつ。
Zg±k=m・Zr
ただし、m,kは上記式を満たす最小の自然数
この様子を、一例としてランナ羽根枚数Zr=6枚、ガイドベーン枚数Zg=20枚の場合について示したものが図8である。この組合わせの場合には、ガイドベーン3とランナ羽根4aとの水圧干渉点が、径方向に対向する二箇所で同時に生じ、この水圧干渉点がランナ4の回転に伴ない、ランナ回転方向と逆向きにランナ回転数の9倍の速度でスピンしている。また、この水圧干渉によってガイドベーン3の外側に位置するケーシング1内に、水圧干渉のモードと同様、ランナ回転方向と逆向きにスピンする水圧脈動が生じる。
【0004】
揚水発電所のポンプ水車は、図4および図5に示すように、周りをコンクリートバレル6によって覆われているが、前述したケーシング1内の水圧脈動により、このコンクリートバレル6が加振される。図6は、ケーシング1内の水圧脈動と、これによって生じるコンクリートバレル振動の振動の様子とを示したもので、図6からも明らかなように、ケーシング1内に生じたスピンしている水圧脈動により、ケーシング1を覆っているコンクリートバレル6が、水平方向に振動していることが判る。このコンクリートバレル6の振動モードは、左右のバレル壁面が同方向に振動するモードになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の揚水発電所において、ポンプ水車を覆っているコンクリートバレル6の振動は、コンクリートバレル6自体を破壊するおそれがあるとともに、発電所内の制御機器を誤動作させたり、ポンプ水車に設置されている各種はいかんを破壊するおそれがあるため、コンクリートバレル6に生じる振動を抑制する必要がある。
【0006】
そこで本発明の目的は、ガイドベーンとランナ羽根の組立位置関係を調整することなく、すなわち、組立時の調整の有無に関係なく、コンクリートバレルに生じる振動を抑制して静粛で安定した運転が可能な揚水発電所を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る発明は、隣接する2台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、各ポンプ水車に直結された発電電動機の力率をそれぞれ調整する力率調整装置とを備え、各力率調整装置により、前記振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせで2台のポンプ水車の運転を制御するようにしたことを特徴とする。
【0008】
また、本発明の請求項2に係る発明は、隣接する2台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、少なくともいずれか一方のポンプ水車に直結された発電電動機を可変速制御する可変速制御機とを備え、可変速制御機により、前記振動検出器の出力が最小となる回転数で発電電動機を制御するようにしたことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の請求項3に係る発明は、振動検出器を、各ポンプ水車に対し複数個ずつ設け、その平均値を各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いるようにしたことを特徴とする。
【0013】
【作用】
本発明の請求項1に係る発明においては、単一のコンクリートバレル内の2台のポンプ水車を運転する場合に、ポンプ水車バレル振動を振動検出器で測定しつつ、2台の発電電動機の力率を変化させ、振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせを求める。そしてこの組合わせにより、2台のポンプ水車が運転される。このため、最も静粛な運転が得られる。
【0014】
また、本発明の請求項2に係る発明においては、単一のコンクリート内の2台のポンプ水車を運転する場合に、ポンプ水車バレル振動検出器で測定しつつ、可変速制御されている発電電動機の回転数を変化させ、振動検出器の出力が最小となる回転数を求める。そして、この回転数で可変速制御機が運転される。このため、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみ変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することが可能となる。
【0015】
また、本発明の請求項3に係る発明においては、複数の振動検出器の平均値が、各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いられる。このため、バレル全体の振動レベルを正確に捉えることができ、発電所全体として静粛となるポンプ水車が得られる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図1および図2は、本発明の第1実施例に係わる揚水発電所を示すもので、この揚水発電所におけるポンプ水車は、鉄管から水とケーシング11、ステーベーン12およびガイドベーン13を通してランナ14に導き、ランナ14を回してランナ14に直結した発電電動機15により発電を行なうようになっている。
この揚水発電所は、2台のポンプ水車で構成され、各ポンプ水車は、ガイドベーン枚数Zg=20枚、ランナ羽根枚数Zr=6枚の組合わせとなっているとともに、2台のポンプ水車は、単一のコンクリートバレル162中に設定されている。
【0020】
これら各ポンプ水車のランナ14には、図1に示すように主軸17が連結されており、この主軸17が連結されており、この主軸17は、カップリング18を介し前記発電電動機15の回転子15aに直結されている。
【0021】
前記コンクリートバレル16の外周面には、図2に示すように、バレル振動を検出するため振動検出器19が複数接地されており、また前記各発電電動機15には、図1に示すように、力率の検出および調整を行なうための力率調整装置20がそれぞれ設けられ、前記各振動検出器19からの検出信号および各力率調整装置20からの検出信号は、図3に示すように、演算装置21に入力されるようになっている。そして、この演算装置21は、各振動検出器19からの検出信号を平均化してその大きさを判定した上、力率調整装置21に力率調整のための制御信号を出力するようになっている。
【0022】
次に、本実施例の作用について説明する。
2台のポンプ水車の運転中、2台の発電電動機15の力率が同一でポンプ水車ランナ羽根14aの相対位置が一致しているとき、第1の発電電動機15の力率を進み0.85、第2の発電電動機15の力率をおくれ0.85とすると、両発電電動機15の極数を14とした場合、回転子15aの機械的な回転移相角は、次式のように9.1度だけずれることになる。
cos-1(0.85)×2/(14/2)=9.1
本実施例の場合、ケーシング11内に発生する水圧脈動の直径節数は、Zg=20、Zr=6より、ZgIk=m・Zrを満たす最小の自然数として、k=2直径節となり、またこのときm=3と求められる。
上記の方法により、2台のポンプ水車のランナ14の位置が9度ずれた場合には、図2に示すように、ガイドベーン13とランナ羽根14aとの水圧干渉する位置は、360/(2×k)=90度だけずれることになる。したがって、2台のポンプ水車のケーシング11内の2直径水圧脈動モードは互いに逆相となる。
【0023】
ケーシング11内の水圧脈動のモードが相互に逆相となると、水圧脈動によって加振されているケーシング11周りのコンクリートバレルの振動も逆相となる。そして隣接する2台のコンクリートバレル振動のモードが逆相となると、コンクリートバレル振動を相互に打ち消し合う効果が生じ、振動を抑制することができる。
また、2台の発電電動機15の力率が同一であるとき、ランナー羽根14aの相対位置が一致しない場合でも、コンクリートバレル16に設置した振動検出器19によりバレル振動を測定しつつ、発電電動機15の力率を調整することにより、振動の大きさが最低となる力率の組合わせが確認でき、この条件で運転することにより、静粛な運転が得られる。
【0024】
ところで、コンクリートバレル15に発生する振動は、モード分布を持っており、コンクリートバレル16上の任意の一点だけでは、バレル全体の振動レベルを知ることはできず、複数点の振動を測定する必要がある。そこで、前記第1実施例では、振動検出器19を複数設置し、その出力を平均化して振動の大きさを判定するようにしているが、2台の各ポンプ水車に複数個ずつの振動検出器19を対応させ、各グループ内の振動検出器19の平均値を、それぞれ各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いられるようにしてもよい。そしてこれにより、両ポンプ水車のいずれのバレル振動も小さくなるような力率の組合わせを容易に見出すことができ、発電所全体として静粛となるポンプ水車が得られる。
【0025】
また、前記第1実施例では、2台の発電電動機15がともに同期発電電動機である場合について説明したが、少なくともいすれか一方が可変速制御されている場合にも適用することができる。
すなわち、一般に、可変速制御は定格回転数MOに対しNO±5%程度の範囲で運転され、目標出力に応じて回転速度が決められる。
いま、第1の発電電動機15が可変速制御され、第2の発電電動機15が同期発電電動機であり、可変速制御機が回転数N、同期機が回転数NOで運転しているものとする。
【0026】
この状態で、振動検出器19の出力を監視しつつ、可変速制御されている第1の発電電動機15の回転数を変化させ、振動検出器19の出力が最小となる回転数を見出す。そして、この回転数で可変速制御を運転することにより、前記第1実施例と同様の効果が得られる。また、この場合、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみを変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1に係わる発明は、単一のコンクリートバレル内の2台のポンプ水車を運転する場合に、バレル振動を振動検出器で測定しつつ、2台の発電電動機の力率を変化させ、振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせにより、2台のポンプ水車を運転するようにしているので、最も静粛な運転が得られる。
また、本発明の請求項2に係わる発明は、単一のコンクリートバレル内の2台のポンプ水車を運転する場合に、バレル振動を振動検出器で測定しつつ、可変速制御されている発電電動機の回転数を変化させ、振動検出器の出力が最小となる回転数で可変速制御機を運転するようにしているので、バレル振動を抑制できるとともに、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみ変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することができる。
【0035】
また、本発明の請求項3に係わる発明は、複数の振動検出器の平均値を、各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いているので、バレル全体の振動レベルを正確に捉えることができ、発電所全体として静粛なポンプ水車が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例に係わる揚水発電所を示すポンプ水車の垂直断面図である。
【図2】 図1と同様のポンプ水車の水平断面図である。
【図3】 図1の揚水発電所の制御装置を示すブロック図である。
【図4】 従来の揚水発電所を示すポンプ水車の垂直断面図である。
【図5】 図4と同様のポンプ水車の水平断面図である。
【図6】 従来のポンプ水車におけるコンクリートバレル振動の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
11 ケーシング
12 ステーベーン
13 ガイドベーン
14 ランナ
14a ランナ羽根
15 発電電動機
15a 回転子
16 コンクリートバレル
17 主軸
19 振動検出器
20 力率調整装置
21 演算装置
22 検出器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a pumped storage power plant, and more particularly, to a pumped storage power plant capable of suppressing vibration generated in a concrete barrel.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows an example of a conventional pumped storage power plant. The pump turbine guides water from the iron pipe to the
[0003]
By the way, the water pressure pulsation in the
Zg ± k = m · Zr
However, m and k are the minimum natural numbers satisfying the above equation. FIG. 8 shows this state as an example when the number of runner blades Zr = 6 and the number of guide vanes Zg = 20. In the case of this combination, the water pressure interference point between the
[0004]
As shown in FIGS. 4 and 5 , the pump turbine of the pumped storage power plant is covered with a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional pumped-storage power plant, the vibration of the
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to suppress the vibration generated in the concrete barrel without adjusting the assembly position relationship between the guide vane and the runner blade, that is, regardless of whether or not the assembly is adjusted. Is to provide a simple pumped storage power plant.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0008]
Further, the invention according to
[0009]
The invention according to
[0013]
[Action]
In the invention according to
[0014]
Further, in the invention according to
[0015]
In the invention according to
[0019]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIGS. 1 and 2 show a pumped storage power plant according to the first embodiment of the present invention. A pump turbine in the pumped storage power plant is connected to a
This pumped storage power plant is composed of two pump turbines. Each pump turbine is a combination of the number of guide vanes Zg = 20 and the number of runner blades Zr = 6. , Set in a single concrete barrel 162.
[0020]
As shown in FIG. 1, a main shaft 17 is connected to the
[0021]
As shown in FIG. 2, a plurality of
[0022]
Next, the operation of this embodiment will be described.
During the operation of the two pump turbines, when the power factor of the two
cos −1 (0.85) × 2 / (14/2) = 9.1
In the case of the present embodiment, the number of diameter nodes of the hydraulic pulsation generated in the
When the positions of the
[0023]
When the modes of the water pressure pulsation in the
Moreover, when the power factor of the two
[0024]
By the way, the vibration generated in the
[0025]
Moreover, although the said 1st Example demonstrated the case where both the two
That is, in general, the variable speed control is operated in a range of about NO ± 5% with respect to the rated rotational speed MO, and the rotational speed is determined according to the target output.
It is assumed that the
[0026]
In this state, while monitoring the output of the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when two pump turbines in a single concrete barrel are operated, two vibration generators are measured while measuring barrel vibration with a vibration detector. Since the two pump turbines are operated by changing the power factor of the electric motor and combining the power factors that minimize the output of the vibration detector, the most quiet operation can be obtained.
The invention according to
[0035]
In the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view of a pump turbine showing a pumped storage power plant according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a horizontal sectional view of a pump turbine similar to FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a control device for the pumped storage power plant of FIG. 1;
FIG. 4 is a vertical sectional view of a pump turbine showing a conventional pumped storage power plant.
FIG. 5 is a horizontal sectional view of a pump turbine similar to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of concrete barrel vibration in a conventional pump turbine.
[Explanation of symbols]
11
Claims (3)
Priority Applications (1)
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JP02524394A JP3788998B2 (en) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | Pumped storage power plant |
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Publications (2)
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JPH07233776A JPH07233776A (en) | 1995-09-05 |
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Family
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Families Citing this family (2)
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CN107143458B (en) * | 2017-05-15 | 2019-08-09 | 中国水利水电科学研究院 | A method of mitigating pump turbine stator-rotor interaction and factory vibration |
-
1994
- 1994-02-23 JP JP02524394A patent/JP3788998B2/en not_active Expired - Lifetime
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