JP3828167B2 - 水力発電所の制圧装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水力発電所の発電用水車（以下水車と記す）に近接して設置され、水車を回転駆動する導入水の流量制御を行うフランシス水車及びカプラン水車におけるガイドベーン、或いはペルトン水車におけるニードル等の閉鎖による導入水流量の急減に起因する水圧管路の水圧の急増を抑制する水力発電所の制圧装置の改良に関し、特に、ガイドベーン或いはニードル等の緩閉鎖に際しても水圧管路の水圧の上昇を抑制することのできる水力発電所の制圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の水車には、この水車により回転駆動される発電機の回転速度（負荷）を調整するために調速機が設けられている。
【０００３】
発電機の負荷しゃ断時には、上記の調速機により、水車（発電機）の速度の変化が最も小さく保たれるように、水車への導入水口を急速に閉鎖することが望ましい。しかし、導入水口を急速に閉鎖すると、水車への導入水流量を急激に減少させる結果になるので、水圧管路の水圧の上昇が大きくなり、水圧管路を破壊する重大事故に発展する惧れがある。
【０００４】
また、水圧の上昇が大きくならないように、導入水口を緩閉鎖し、閉鎖時間を長くすると、水車の速度の変化が大きくなり、水車の安全運転上問題となる。
【０００５】
上記の相反する要求を、ある程度満足させるために設けられたのが制圧機である。例えば、その詳細を後述するフランシス水車の制圧機は、水車のケーシング入口に近接した水圧管路に設けられ、水車の導入水口となるガイドベーンを急速に閉鎖する際に、これと連動して水車に導入されていた水圧管路内の流水を急速に他に放流し、水圧管路の水圧の上昇を抑制し、ガイドベーンの全閉の後に、徐々に流水の放流を止めるように作動する自動排水装置である。
【０００６】
図２は、フランシス水車に従来の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【０００７】
図２において、１０はフランシス水車（以下水車と記す）であり、その中心に図示しない水車ランナが配置され、この水車ランナの外周には、水圧管路１１に連結されると共に、上記水車ランナを囲むように水車ケーシング１０ａが配置されている。この水車ケーシング１０ａの内周面には、水圧管路１１から水車ランナに導入される流水の流入水口が形成され、この流入水口を閉鎖するように複数のガイドベーン１０ｂが植立され、その回動により上記の複数のガイドベーン１０ｂの開閉制御を行うガイドリング１０ｃが水車ランナの上方に配置され、リンク機構１０ｄを介して各々のガイドベーン１０ｂに連結されている。
【０００８】
１２は、上記のガイドリング１０ｃを回動させ、ガイドベーン１０ｂの開閉制御を行うことにより、水車１０への導入水の流量制御を行うガイドベーンサーボモータであり、その操作桿１２ａは、上記のガイドリング１０ｃに取付けられた操作アーム１０ｅに連結されている。ガイドベーンサーボモータ１２には、図示しない配圧弁より矢示の如き方向にその流れ方向が制御される圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上下方向に駆動し、操作アーム１０ｅを介してガイドリング１０ｃを回動させ、ガイドベーン１０ｂの開閉制御を行う。
【０００９】
以上は、水車１０およびその速度（導入流水量）の制御装置についての説明であるが、次に制圧機を主体とする制圧装置について説明する。
【００１０】
１４が制圧装置であり、その主体をなす制圧機１５と、水車１０のガイドベーン１０ｂの閉動作に連動して制圧機１５の制圧機弁１５ａを開閉制御する制圧機制御装置１６とから構成される。
【００１１】
制圧機１５は、水圧管路１１の末端が水車ケーシング１０ａの入口に連結される連結部近傍に設けられた分岐管１８を介して水圧管路１１に連通する制圧機弁１５ａと、この制圧機弁１５ａの上方に一体的に設けられ、制圧機弁１５ａを開閉する制圧機サーボモータ１５ｃと、さらに制圧機弁１５ａの下方に一体的に連結され、常時は制圧機弁１５ａの閉路により分岐管１８との連通が遮断され、非常時には制圧機弁１５ａの開路により分岐管１８と連通して水圧管路１１内の流水を放出する制圧機排水管１５ｆとから構成される。
【００１２】
１５ｂは、その縦断面が円錐形状の制圧機弁１５ａの弁体であり、その頂端は制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄの下端に連結され、操作桿１５ｄの頂端は後述する制圧機制御装置１６のフローティングレバー１６ａの図示左端に連結される。
【００１３】
１５ｅは、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに設けられた圧油給排口であり、後述する制圧機制御装置１６の切換弁１６ｂの切換操作により、制圧機サーボモータ１５ｃを作動させるための作動圧油を、図示しない圧油タンクから給油管１９ａを介して供給し、また排油管１９ｂを介して図示しない集油槽に排出する。そして常時は、切換弁１６ｂは図示の位置にあり、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダには、給油管１９ａおよび切換弁１６ｂを介して圧油給排口１５ｅより作動圧油が供給され、そのピストンを図示上方向に押上げているから、操作桿１５ｄも図示上方に駆動されて、水圧管路１１内の水圧に抗して制圧機弁１５ａは図示のように閉路している。
【００１４】
制圧機制御装置１６は、上述のフローティングレバー１６ａと、このフローティングレバー１６ａの略々中央部に、切換ロッド１６ｃを介して連結される上述の切換弁１６ｂと、フローティングレバー１６ａの図示右端に、ピストンロッド１６ｄを介して連結されるダッシュポット１６ｅと、水車１０のガイドベーン１０ｂを開閉制御する操作アーム１０ｅの動作を上記のダッシュポット１６ｅに伝達するための連結機構１６ｆとから構成される。
【００１５】
連結機構１６ｆは、第１のクランク１６ｇ、第２のクランク１６ｈおよび２本の連結ロッド１６ｊ、１６ｋとから構成される。そして、第１のクランク１６ｇの一方のアームは、連結ロッド１６ｊを介して上記の操作アーム１０ｅに連結されると共に、他方のアームは、連結ロッド１６ｋを介して第２のクランク１６ｈの一方のアームに連結され、第２のクランク１６ｈの他方のアームは、上記のダッシュポット１６ｅのシリンダに連結される。
【００１６】
次に、上記構成の制圧装置の作動を説明する。
【００１７】
水車１０により回転駆動され発電する図示しない発電機の負荷が、何等かの理由によりしゃ断されると、水車１０の回転速度は上昇するから、調速機がこれを検出し、その指令により図示しない配圧弁が切換えられ、図示しない圧油タンクからガイドベーンサーボモータ１２のシリンダの図示下部室に圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上方向に急速に駆動する。
【００１８】
そのため、水車１０の操作アーム１０ｅは急速に時計方向に回動され、ガイドベーン１０ｂは急速に閉操作されるから、水圧管路１１より水車１０内に流入していた流水は、急速にその流路を狭められることになり、その結果、水圧管路１１および水車ケーシング１０ａ内の水圧は急速に上昇し始める。この水圧の急上昇を抑制するための何等かの対策を施さなければ、水圧管路１１或いは水車１０は破壊される惧れがある。
【００１９】
この場合、水圧の急上昇を抑制するための対策として、制圧装置１４が設けられている。
【００２０】
上記のように、水車１０の操作アーム１０ｅが時計方向に回動されると、連結ロッド１６ｊも上方向に駆動されるから、第１のクランク１６ｇも時計方向に回動され、さらに連結ロッド１６ｋを介して第２のクランク１６ｈを反時計方向に回動する。
【００２１】
したがって、ダッシュポット１６ｅのシリンダは、図示上方向に移動し、この時、そのピストンロッド１６ｄもピストンの絞り具合に応じて、シリンダと略等量図示上方向に移動する。そしてフローティングレバー１６ａは、ピストンロッド１６ｄを介して連結されているから、その左端（制圧機弁１５ａは閉路しているから操作桿１５ｄは固定している）を中心にして反時計方向に回動し、その右端はシリンダと略等量図示上方向に移動する。フローティングレバー１６ａの回動により、その中央部に切換ロッド１６ｃを介して連結されている切換弁１６ｂは、上方向に移動して切換られる。
【００２２】
この切換弁１６ｂの切換動作により、給油管１９ａから切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給されていた作動圧油は、切換弁１６ｂにより阻止され、圧油給排口１５ｅは、切換弁１６ｂを介して排油管１９ｂに連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は、排油管１９ｂを介して図示しない集油槽に排出される。
【００２３】
その結果、作動圧油による制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄに対する上方向への駆動力は失われ、制圧機弁１５ａに作用する圧力の上昇した水圧管路１１内の水圧により、その弁体１５ｂは下方向に押し下げられ、制圧機弁１５ａは開路する。したがって、水圧管路１１内の圧力水は、分岐管１８、制圧機弁１５ａを介して制圧機排水管１５ｆに放流されることになり、水車ケーシング１０ａおよび水圧管路１１内の水圧上昇は抑制され、水圧管路１１或いは水車１０の破壊の惧れはなくなる。
【００２４】
一方、制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方に押し下げられれ、尚且つフローティングレバー１６ａの自重によりダッシュポット１６ｅ内のピストンは徐々に下がって行く。そしてこの間に、水車ガイドベーン１０ｂは完全に閉鎖される。そのため、切換ロッド１６ｃは押し下げられるから、切換弁１６ｂは図示の状態に切換えられ、給油管１９ａから圧油が切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、その操作桿１５ｄを徐々に上方向に駆動して制圧機弁１５ａを閉路し、元（図示）の状態に復帰させる。
【００２５】
このようにして、水車ガイドベーン１０ｂが急速に閉鎖する際、これと連動して水圧管路１１内の流水を急速に制圧機排水管１５ｆ内に放流し、水車ガイドベーン１０ｂの完全閉鎖の後に、水圧管路１１内の流水の放流は徐々に停止され、発電機の負荷遮断を起因とする水車１０のガイドベーン１０ｂの急閉鎖に伴う水圧管路１１内の水圧上昇を抑制するための制圧装置１４の一連の作動は完了し、従来の水力発電所において、後述するようにに不十分ではあるが、一応、水圧上昇を抑制する機能は果たしていた。
【００２６】
なお、上記説明の制圧装置は、全ての水力発電所に必ずしも設置されるものではなく、通常、水車の種類、容量或いは水圧管路の耐水圧力等を勘案して設置が決定されるものである。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近建設される水力発電所においては、その建設についての作業性、或いは建設コスト等の関係から、水圧管路の材質を、従来より使用されてきた鉄鋼製からＦＲＰ製へと変更する傾向にある。しかしながら、ＦＲＰ管は従来の鉄鋼管に比べると、材質的に弱い。
【００２８】
このような理由から、水圧管路にＦＲＰ管を使用した水力発電所における水圧管路の水圧上昇の許容値は、従来よりも低く抑えることが要求される。例えば、発電機の負荷遮断時における水車のガイドベーンによる流量制御を行うガイドベーンサーボモータの急閉鎖時間は、従来は３Ｓｅｃ程度であったものを、２０乃至３０Ｓｅｃと大幅に遅くする必要があり、水車の大幅の速度上昇が避けられないのみならず、さらに制圧装置を設置する必要が生ずる。
【００２９】
そして、従来の機械式制御方式による制圧装置においては、ガイドベーンの閉鎖により水車の流量を制御するガイドベーンサーボモータの操作ストロークに対し、これに連動して操作される制圧機サーボモータの操作ストロークは１：１の比率でしか動作することができず、したがって、水車の流量制御を行うガイドベーンサーボモータの動作速度を遅くすると、制圧装置の動作速度も遅くなり、水圧管路の水圧上昇を低い値に抑制する制圧装置本来の目的は十分には達成されなかった。
【００３０】
さらに、従来の制圧装置に対しては、機械式制御方式のみが適用されており、その制御装置に何等かの異常が発生しても、それに対応するバックアップのための制御を行うこともできず、例えば、ダッシュポットの不良により機械制御機構が動作しない場合には、制圧機が不動作になるという問題があった。
【００３１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水車のガイドヘーンを開閉制御してその流量を調整するガイドベーンサーボモータの操作ストロークに対する制圧機サーボモータの操作ストロークの比率を１より大にすることにより、制圧装置の水圧上昇抑制機能の向上を可能とすると共に、従来の機械式制御方式とは関係なしに、制圧機のみの単独動作もできるようにし、制圧機の２重化制御を可能にした水力発電所の制圧装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ガイドベーン (10b) 並びにこのガイドベーン (10b) を操作するガイドベーンサーボモータ (12) に連結されたガイドベーン操作桿 (12a) を有する発電用水車(10)の水口近傍に設けられ、制圧機サーボモータ(15c)によりその制圧機弁(15b)が開閉制御される制圧機(15)と、前記制圧機サーボモータ(15c)の操作桿(15d)の頂端がその一端に連結されるフローティングレバー(16aa)と、このフローティングレバー(16aa)の中間にその頂端が連結される切換ロッド(16c)を有し、前記フローティングレバー(16aa)の上下動により切換えられ、前記制圧機サーボモータ(15c)のシリンダに作動圧油を給排して前記制圧機弁(15b)の開閉を司る切換弁(16b)と、前記フローティングレバー(16aa)の他端に近接されたカム (16m) であって、このカム (16m) は略直交する二つのアーム (16ma,16mb) を備え、これらの両アーム (16ma,16mb) の交差部において回動自在に軸支されており、前記一方のアーム (16ma) に形成された作動面に前記フローティングレバー (16aa) の他端が摺動自在に係合するごとく構成され、前記カム (16m) の他方のアーム (16mb) にはリンク (16ad) を介して揺動レバー (16ac) が連結されており、この揺動レバー (16ac) は中間において回動自在に軸支されており、この揺動レバー (16ac) の他端にはダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) の頂端が連結されており、前記ピストンロッド (16d) は前記ガイドベーン操作桿 (12a) と連結機構 (16f) により連結されており、前記ガイドベーンモータ (12) による前記ガイドベーン閉動作に伴ない前記ガイドベーン操作桿 (12a) の動作を前記連結機構 (16f) を介して前記ダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) へ伝達し、このピストンロッド (16d) を上昇せしめ、前記制圧機弁 (15b) を開路せしめることを特徴とする。
【００３４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例を示し、フランシス水車に本発明の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図であり、図２と同一部分には同一符号を付しているので、それらの詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１と図２とで異なる部分は下記の２点である。即ち、
（ａ） 図１におけるフローティングレバーを、新フローティングレバーと、その中間において回動自在に軸支される揺動レバーとに分割し、これらの新フローティングレバーと揺動レバーとの間にカムを設けて両者を連結したこと。
（ｂ） 図１における給油管の上流側（図示しない圧油タンク側）に新たに電磁切換弁を設け、この電磁切換弁を介して図示しない圧油タンクから切換弁に作動圧油を供給するようにしたこと。
【００３６】
次に、本発明の構成を説明する。図１において、１０は水車、１０ａは水車ケーシング、１０ｂはガイドベーン、１０ｃはガイドリング、１０ｄはリンク機構、１０ｅは操作アーム、１１は水圧管路、１２はガイドベーンサーボモータ、１２ａは操作桿、１４は制圧装置、１５は制圧機、１５ａは制圧機弁、１５ｂは制圧機弁体、１５ｃは制圧機サーボモータ、１５ｄは操作桿、１５ｅは圧油給排口、１５ｆは制圧機排水管、１６は制圧機制御装置、１６ｂは切換弁、１６ｃは切換ロッド、１６ｄはピストンロッド、１６ｅはダッシュポット、１６ｆは連結機構、１６ｇは第１のクランク、１６ｈは第２のクランク、１６ｊ，１６ｋは連結ロッド、１８は分岐管、１９ａは給油管、１９ｂは排油管である。
【００３７】
次に、既にその概要を述べた図１と図２との異なる部分に就いて詳細に説明する。
【００３８】
（ａ）先ず、第１点は、従来装置を示す図１における制圧機制御装置１６の構成要素であるフローティングレバー１６ａを、本発明装置においては、新フローティングレバー１６ａａと、その中間において回動自在に軸支される揺動レバー１６ａｃとに分割する。そして、この新フローティングレバー（以下フローティングレバーと記す）１６ａａには、従来装置と同様に、その図示左端には制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄの頂端が連結され、その略々中央部には、その切換ロッド１６ｃを介して切換弁１６ｂが連結されている。そして、その図示右端は、略々直角に僅かに下方に延長され、その先端にはローラー１６ａｂが取付けられる。
【００３９】
１６ｍは、新たに付加したカムで、略々直交する２つのアーム１６ｍａと１６ｍｂとから構成され、これらの両アーム１６ｍａと１６ｍｂとの交差部において回動自在に軸支されている。アーム１６ｍａの図示上面には、楕円の一部と類似の曲面をなす作動面１６ｍｃが形成され、この作動面１６ｍｃには、上記のフローティングレバー１６ａａの先端のローラー１６ａｂが係合し、ローラー１６ａｂは、カム１６ｍの回動に応じて、作動面１６ｍｃに沿って回転しながら移動し得ると共に、切り離し可能の状態になっている。
【００４０】
一方、揺動レバー１６ａｃは、既述のように、その中間において回動自在に軸支されると共に、その図示左方に設けられ、その図示下端が固定されたスプリング１６ｎにより支持されている。そして、その図示右端には、従来装置と同様に、ピストンロッド１６ｄを介してダッシュポット１６ｅが連結されており、図示左端は、リンク１６ａｄにより、上記のカム１６ｍのアーム１６ｍｂの図示右端に連結されている。
【００４１】
（ｂ）次に、第２点は、従来装置には設けられていない水車のガイドベーンの開閉制御には関係のない図示しない制御盤から与えられる制圧機開操作指令信号により切換えられ、常時は、図示の状態を保持する電磁切換弁を１６ｐを付加する。そして、図示しない圧油タンクから給油管１９ａを介して供給される圧油は、先ず、電磁切換弁１６ｐに与えられ、電磁切換弁１６ｐを通過した後、作動圧油管１６ｒを介して切換弁１６ｂに供給される。１６ｓは切換弁１６ｂの排油管であり、１６ｔは制圧機１５の圧油給排口１５ｅと電磁切換弁１６ｐとの間を接続する作動圧油管で、その中間に絞り弁１６ｕが設けられる。
【００４２】
以上、本発明装置の構成を述べたので、次にその作動を説明する。
【００４３】
水車１０により回転駆動される図示しない発電機の負荷が、何等かの理由によりしゃ断されると、図示しない圧油タンクからガイドベーンサーボモータ１２のシリンダの図示下部室に圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上方向に急速に駆動し、水車１０の操作アーム１０ｅを時計方向に急速に回動してガイドベーン１０ｂを急速に閉操作する。その結果、水圧管路１１内の水圧は急速に上昇し始める
これと同時に、水車１０の閉操作に連動して、連結機構１６ｆにより水車１０の操作アーム１０ｅに連結したダッシュポット１６ｅが上方向に引き上げられるから、揺動レバー１６ａｃは反時計方向に回動する。そのため、スプリング１６ｎは押し下げられ、揺動レバー１６ａｃは、リンク１６ａｄを介してカム１６ｍを時計方向に回動させる。
【００４４】
カム１６ｍが時計方向に回動すると、その作動面１６ｍｃに係合しているローラー１６ａｂは、回転しながら作動面１６ｍｃに沿って摺動し、フローティングレバー１６ａａをその左端を中心にして回動させ、切換弁１６ｂを切換える。
【００４５】
この切換弁１６ｂの切換動作により、給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給されていた作動圧油は、切換弁１６ｂにより阻止され、圧油給排口１５ｅは、切換弁１６ｂを介して排油管１６ｓに連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は、排油管１６ｓを介して図示しない集油槽に排出される。
【００４６】
その結果、制圧機弁１５ａに作用する圧力の上昇した水圧管路１１内の水圧により、その弁体１５ｂは下方向に押し下げられれ、制圧機弁１５ａは開路する。したがって、水圧管路１１内の流水は、分岐管１８、制圧機弁１５ａを介して制圧機排水管１５ｆに放流されることになり、水車ケーシング１０ａおよび水圧管路１１内の水圧上昇は抑制され、それらの破壊の惧れはなくなる。
【００４７】
なお、上記に説明の制圧機弁１５ａの開操作において、ガイドベーンサーボモータ１２の閉操作ストロークに対する制圧機サーボモータ１５ｃの開操作ストロークの比率は、カム１６ｍの作動面１６ｍｃの形状を変えることにより任意に選ぶことができる。
【００４８】
一方、制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方向に引き下げられ、尚且つ、スプリング１６ｎの反発力により揺動レバー１６ａｃは押し上げられるからカム１６ｍは反時計方向に回動する。その結果、フローティングレバー１６ａａは下方に移動するから、切換弁１６ｂの切換ロッド１６ｃも下方に押下げられ、切換弁１６ｂは切換えられ図示の状態に復帰する。この間に、水車ガイドベーン１０ｂは全閉される。
【００４９】
そのため、圧油が給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、その操作桿１５ｄを徐々に上方向に駆動して制圧機弁１５ａを閉路し、制圧機１５を図示の状態に復帰させ、一連の制圧装置の制御動作は完了する。
【００５０】
なお、カム１６ｍの作動面１６ｍｃの形状を変えることにより、水車１０のガイドベーン１０ｂが全閉になる前に制圧機弁１５ａを全閉にすることも可能である。
【００５１】
ところで、従来の制圧装置１４には、制圧機制御装置１６に異常が発生し制圧機１５が不動作になった場合のバックアップのための手段が無かったが、次に、そのためのバックアップ装置として付加した電磁切換弁１６ｐによる制圧機１５の制御動作について説明する。
【００５２】
電磁切換弁１６ｐは、ガイドベーンサーボモータ１２の動作に連動して作動する制圧機制御装置１６の動作には関係なく、図示しない制御盤から送出される制圧機開操作指令信号２０を受信して切換えられ、制圧機１５を開閉制御する装置であり、既述のように、常時は図示の状態を保持している。
【００５３】
上記の制圧機開操作指令信号２０を受信していない時は、図示の状態にあり、この時、制圧機制御装置１６も動作していないから、切換弁１６ｂも図示の状態にある。したがって、図示しない圧油タンクから圧油が、給油管１９ａを介し電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを経て、圧油給排口１５ｅから制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、（この時、作動圧油管１６ｔの出口は電磁切換弁１６ｐにより閉鎖されている）制圧機１５ａは閉路している。
【００５４】
制圧機開操作指令信号２０を受信すると、電磁切換弁１６ｐは動作して図示上方に切換えられることにより、給油管１９ａからの圧油は阻止され、作動圧油管１６ｔと排油管１９ｂとが連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は排油管１９ｂを経て図示しない集油槽に排出される。したがって、制圧機弁１５ａの弁体１５ｂは、制圧機弁１５ａ内の水圧により下方に押し下げられて制圧機弁１５ａは開路するから、水圧管路１１内の圧力水は、制圧機排水管１５ｆへ放流される。
【００５５】
制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方に引き下げられるからフローティングレバー１６ａａは、切換ロッド１６ｃとの連結点を中心にして反時計方向に回動し、ローラー１６ａｂとカム１６ｍとは切り離される。
【００５６】
なお、制圧機弁１５ａの開動作速度の調整は、作動圧油管１６ｔの中間に設けた絞り弁１６ｕを使用して作動圧油の排出流量を調整することにより行われる。
【００５７】
制圧機開操作指令信号２０の送出が停止されると、電磁切換弁１６ｐは動作し図示の状態に切換えられ、圧油が給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒ、切換弁１６ｂを経て、圧油給排口１５ｅから制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、制圧機１５ａは閉路し、フローティングレバー１６ａａのローラー１６ａｂはカム１６ｍの作動面１６ｍｃに接触し、図示の状態に復帰する。
【００５８】
なお、制圧機開操作指令信号２０は、通常、水車１０の回転速度または回転速度の上昇率、もしくは水車ケーシング１０ａの水圧変動値等が、所定の許容値を超過した時に、制御盤より発信される。
【００５９】
上記実施例は、水車の流量調整弁としてガイドベーンを用いたものを説明したが、これはペルトン水車のニードル弁であってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明によれば、水車の流量調整弁を開閉制御する流量調整弁サーボモータの閉操作に連動して開動作する制圧機サーボモータの操作ストロークを、流量調整弁サーボモータの操作ストロークより大きくしたから、ガイドベーン或いはニードル等の緩閉操作に際しても制圧機は急速に開操作され、水圧管路の水圧の上昇値を低く抑えることができる。
【００６１】
また、流量調整弁サーボモータの動作に連動して作動する制圧機制御装置の動作に関係なく、制御盤から送出される制圧機開操作指令信号を受信して切換えられ、制圧機を開閉制御する電磁切換弁を設けたから、制圧機制御装置に何等かの異常が発生しても安全に制圧機を開操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示し、フランシス水車に本発明の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【図２】フランシス水車に従来の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【符号の説明】
１０ 水車
１０ａ 水車ケーシング
１０ｂ ガイドベーン
１０ｅ 操作アーム
１１ 水圧管路
１２ ガイドベーンサーボモータ
１２ａ 操作桿
１４ 制圧装置
１５ 制圧機
１５ａ 制圧機弁
１５ｃ 制圧機サーボモータ
１５ｄ 操作桿
１５ｅ 圧油給排口
１６ 制圧機制御装置
１６ａａ フローティングレバー
１６ａｃ 揺動レバー
１６ｂ 切換弁
１６ｅ ダッシュポット
１６ｍ カム
１６ｍｃ 作動面
１６ｎ スプリング
１６ｐ 電磁切換弁
１６ｒ，１６ｔ 作動圧油管
１８ 分岐管
１９ａ 給油管
１９ｂ 排油管
２０ 制圧機開操作指令信号
【産業上の利用分野】
本発明は、水力発電所の発電用水車（以下水車と記す）に近接して設置され、水車を回転駆動する導入水の流量制御を行うフランシス水車及びカプラン水車におけるガイドベーン、或いはペルトン水車におけるニードル等の閉鎖による導入水流量の急減に起因する水圧管路の水圧の急増を抑制する水力発電所の制圧装置の改良に関し、特に、ガイドベーン或いはニードル等の緩閉鎖に際しても水圧管路の水圧の上昇を抑制することのできる水力発電所の制圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の水車には、この水車により回転駆動される発電機の回転速度（負荷）を調整するために調速機が設けられている。
【０００３】
発電機の負荷しゃ断時には、上記の調速機により、水車（発電機）の速度の変化が最も小さく保たれるように、水車への導入水口を急速に閉鎖することが望ましい。しかし、導入水口を急速に閉鎖すると、水車への導入水流量を急激に減少させる結果になるので、水圧管路の水圧の上昇が大きくなり、水圧管路を破壊する重大事故に発展する惧れがある。
【０００４】
また、水圧の上昇が大きくならないように、導入水口を緩閉鎖し、閉鎖時間を長くすると、水車の速度の変化が大きくなり、水車の安全運転上問題となる。
【０００５】
上記の相反する要求を、ある程度満足させるために設けられたのが制圧機である。例えば、その詳細を後述するフランシス水車の制圧機は、水車のケーシング入口に近接した水圧管路に設けられ、水車の導入水口となるガイドベーンを急速に閉鎖する際に、これと連動して水車に導入されていた水圧管路内の流水を急速に他に放流し、水圧管路の水圧の上昇を抑制し、ガイドベーンの全閉の後に、徐々に流水の放流を止めるように作動する自動排水装置である。
【０００６】
図２は、フランシス水車に従来の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【０００７】
図２において、１０はフランシス水車（以下水車と記す）であり、その中心に図示しない水車ランナが配置され、この水車ランナの外周には、水圧管路１１に連結されると共に、上記水車ランナを囲むように水車ケーシング１０ａが配置されている。この水車ケーシング１０ａの内周面には、水圧管路１１から水車ランナに導入される流水の流入水口が形成され、この流入水口を閉鎖するように複数のガイドベーン１０ｂが植立され、その回動により上記の複数のガイドベーン１０ｂの開閉制御を行うガイドリング１０ｃが水車ランナの上方に配置され、リンク機構１０ｄを介して各々のガイドベーン１０ｂに連結されている。
【０００８】
１２は、上記のガイドリング１０ｃを回動させ、ガイドベーン１０ｂの開閉制御を行うことにより、水車１０への導入水の流量制御を行うガイドベーンサーボモータであり、その操作桿１２ａは、上記のガイドリング１０ｃに取付けられた操作アーム１０ｅに連結されている。ガイドベーンサーボモータ１２には、図示しない配圧弁より矢示の如き方向にその流れ方向が制御される圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上下方向に駆動し、操作アーム１０ｅを介してガイドリング１０ｃを回動させ、ガイドベーン１０ｂの開閉制御を行う。
【０００９】
以上は、水車１０およびその速度（導入流水量）の制御装置についての説明であるが、次に制圧機を主体とする制圧装置について説明する。
【００１０】
１４が制圧装置であり、その主体をなす制圧機１５と、水車１０のガイドベーン１０ｂの閉動作に連動して制圧機１５の制圧機弁１５ａを開閉制御する制圧機制御装置１６とから構成される。
【００１１】
制圧機１５は、水圧管路１１の末端が水車ケーシング１０ａの入口に連結される連結部近傍に設けられた分岐管１８を介して水圧管路１１に連通する制圧機弁１５ａと、この制圧機弁１５ａの上方に一体的に設けられ、制圧機弁１５ａを開閉する制圧機サーボモータ１５ｃと、さらに制圧機弁１５ａの下方に一体的に連結され、常時は制圧機弁１５ａの閉路により分岐管１８との連通が遮断され、非常時には制圧機弁１５ａの開路により分岐管１８と連通して水圧管路１１内の流水を放出する制圧機排水管１５ｆとから構成される。
【００１２】
１５ｂは、その縦断面が円錐形状の制圧機弁１５ａの弁体であり、その頂端は制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄの下端に連結され、操作桿１５ｄの頂端は後述する制圧機制御装置１６のフローティングレバー１６ａの図示左端に連結される。
【００１３】
１５ｅは、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに設けられた圧油給排口であり、後述する制圧機制御装置１６の切換弁１６ｂの切換操作により、制圧機サーボモータ１５ｃを作動させるための作動圧油を、図示しない圧油タンクから給油管１９ａを介して供給し、また排油管１９ｂを介して図示しない集油槽に排出する。そして常時は、切換弁１６ｂは図示の位置にあり、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダには、給油管１９ａおよび切換弁１６ｂを介して圧油給排口１５ｅより作動圧油が供給され、そのピストンを図示上方向に押上げているから、操作桿１５ｄも図示上方に駆動されて、水圧管路１１内の水圧に抗して制圧機弁１５ａは図示のように閉路している。
【００１４】
制圧機制御装置１６は、上述のフローティングレバー１６ａと、このフローティングレバー１６ａの略々中央部に、切換ロッド１６ｃを介して連結される上述の切換弁１６ｂと、フローティングレバー１６ａの図示右端に、ピストンロッド１６ｄを介して連結されるダッシュポット１６ｅと、水車１０のガイドベーン１０ｂを開閉制御する操作アーム１０ｅの動作を上記のダッシュポット１６ｅに伝達するための連結機構１６ｆとから構成される。
【００１５】
連結機構１６ｆは、第１のクランク１６ｇ、第２のクランク１６ｈおよび２本の連結ロッド１６ｊ、１６ｋとから構成される。そして、第１のクランク１６ｇの一方のアームは、連結ロッド１６ｊを介して上記の操作アーム１０ｅに連結されると共に、他方のアームは、連結ロッド１６ｋを介して第２のクランク１６ｈの一方のアームに連結され、第２のクランク１６ｈの他方のアームは、上記のダッシュポット１６ｅのシリンダに連結される。
【００１６】
次に、上記構成の制圧装置の作動を説明する。
【００１７】
水車１０により回転駆動され発電する図示しない発電機の負荷が、何等かの理由によりしゃ断されると、水車１０の回転速度は上昇するから、調速機がこれを検出し、その指令により図示しない配圧弁が切換えられ、図示しない圧油タンクからガイドベーンサーボモータ１２のシリンダの図示下部室に圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上方向に急速に駆動する。
【００１８】
そのため、水車１０の操作アーム１０ｅは急速に時計方向に回動され、ガイドベーン１０ｂは急速に閉操作されるから、水圧管路１１より水車１０内に流入していた流水は、急速にその流路を狭められることになり、その結果、水圧管路１１および水車ケーシング１０ａ内の水圧は急速に上昇し始める。この水圧の急上昇を抑制するための何等かの対策を施さなければ、水圧管路１１或いは水車１０は破壊される惧れがある。
【００１９】
この場合、水圧の急上昇を抑制するための対策として、制圧装置１４が設けられている。
【００２０】
上記のように、水車１０の操作アーム１０ｅが時計方向に回動されると、連結ロッド１６ｊも上方向に駆動されるから、第１のクランク１６ｇも時計方向に回動され、さらに連結ロッド１６ｋを介して第２のクランク１６ｈを反時計方向に回動する。
【００２１】
したがって、ダッシュポット１６ｅのシリンダは、図示上方向に移動し、この時、そのピストンロッド１６ｄもピストンの絞り具合に応じて、シリンダと略等量図示上方向に移動する。そしてフローティングレバー１６ａは、ピストンロッド１６ｄを介して連結されているから、その左端（制圧機弁１５ａは閉路しているから操作桿１５ｄは固定している）を中心にして反時計方向に回動し、その右端はシリンダと略等量図示上方向に移動する。フローティングレバー１６ａの回動により、その中央部に切換ロッド１６ｃを介して連結されている切換弁１６ｂは、上方向に移動して切換られる。
【００２２】
この切換弁１６ｂの切換動作により、給油管１９ａから切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給されていた作動圧油は、切換弁１６ｂにより阻止され、圧油給排口１５ｅは、切換弁１６ｂを介して排油管１９ｂに連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は、排油管１９ｂを介して図示しない集油槽に排出される。
【００２３】
その結果、作動圧油による制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄに対する上方向への駆動力は失われ、制圧機弁１５ａに作用する圧力の上昇した水圧管路１１内の水圧により、その弁体１５ｂは下方向に押し下げられ、制圧機弁１５ａは開路する。したがって、水圧管路１１内の圧力水は、分岐管１８、制圧機弁１５ａを介して制圧機排水管１５ｆに放流されることになり、水車ケーシング１０ａおよび水圧管路１１内の水圧上昇は抑制され、水圧管路１１或いは水車１０の破壊の惧れはなくなる。
【００２４】
一方、制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方に押し下げられれ、尚且つフローティングレバー１６ａの自重によりダッシュポット１６ｅ内のピストンは徐々に下がって行く。そしてこの間に、水車ガイドベーン１０ｂは完全に閉鎖される。そのため、切換ロッド１６ｃは押し下げられるから、切換弁１６ｂは図示の状態に切換えられ、給油管１９ａから圧油が切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、その操作桿１５ｄを徐々に上方向に駆動して制圧機弁１５ａを閉路し、元（図示）の状態に復帰させる。
【００２５】
このようにして、水車ガイドベーン１０ｂが急速に閉鎖する際、これと連動して水圧管路１１内の流水を急速に制圧機排水管１５ｆ内に放流し、水車ガイドベーン１０ｂの完全閉鎖の後に、水圧管路１１内の流水の放流は徐々に停止され、発電機の負荷遮断を起因とする水車１０のガイドベーン１０ｂの急閉鎖に伴う水圧管路１１内の水圧上昇を抑制するための制圧装置１４の一連の作動は完了し、従来の水力発電所において、後述するようにに不十分ではあるが、一応、水圧上昇を抑制する機能は果たしていた。
【００２６】
なお、上記説明の制圧装置は、全ての水力発電所に必ずしも設置されるものではなく、通常、水車の種類、容量或いは水圧管路の耐水圧力等を勘案して設置が決定されるものである。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近建設される水力発電所においては、その建設についての作業性、或いは建設コスト等の関係から、水圧管路の材質を、従来より使用されてきた鉄鋼製からＦＲＰ製へと変更する傾向にある。しかしながら、ＦＲＰ管は従来の鉄鋼管に比べると、材質的に弱い。
【００２８】
このような理由から、水圧管路にＦＲＰ管を使用した水力発電所における水圧管路の水圧上昇の許容値は、従来よりも低く抑えることが要求される。例えば、発電機の負荷遮断時における水車のガイドベーンによる流量制御を行うガイドベーンサーボモータの急閉鎖時間は、従来は３Ｓｅｃ程度であったものを、２０乃至３０Ｓｅｃと大幅に遅くする必要があり、水車の大幅の速度上昇が避けられないのみならず、さらに制圧装置を設置する必要が生ずる。
【００２９】
そして、従来の機械式制御方式による制圧装置においては、ガイドベーンの閉鎖により水車の流量を制御するガイドベーンサーボモータの操作ストロークに対し、これに連動して操作される制圧機サーボモータの操作ストロークは１：１の比率でしか動作することができず、したがって、水車の流量制御を行うガイドベーンサーボモータの動作速度を遅くすると、制圧装置の動作速度も遅くなり、水圧管路の水圧上昇を低い値に抑制する制圧装置本来の目的は十分には達成されなかった。
【００３０】
さらに、従来の制圧装置に対しては、機械式制御方式のみが適用されており、その制御装置に何等かの異常が発生しても、それに対応するバックアップのための制御を行うこともできず、例えば、ダッシュポットの不良により機械制御機構が動作しない場合には、制圧機が不動作になるという問題があった。
【００３１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水車のガイドヘーンを開閉制御してその流量を調整するガイドベーンサーボモータの操作ストロークに対する制圧機サーボモータの操作ストロークの比率を１より大にすることにより、制圧装置の水圧上昇抑制機能の向上を可能とすると共に、従来の機械式制御方式とは関係なしに、制圧機のみの単独動作もできるようにし、制圧機の２重化制御を可能にした水力発電所の制圧装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ガイドベーン (10b) 並びにこのガイドベーン (10b) を操作するガイドベーンサーボモータ (12) に連結されたガイドベーン操作桿 (12a) を有する発電用水車(10)の水口近傍に設けられ、制圧機サーボモータ(15c)によりその制圧機弁(15b)が開閉制御される制圧機(15)と、前記制圧機サーボモータ(15c)の操作桿(15d)の頂端がその一端に連結されるフローティングレバー(16aa)と、このフローティングレバー(16aa)の中間にその頂端が連結される切換ロッド(16c)を有し、前記フローティングレバー(16aa)の上下動により切換えられ、前記制圧機サーボモータ(15c)のシリンダに作動圧油を給排して前記制圧機弁(15b)の開閉を司る切換弁(16b)と、前記フローティングレバー(16aa)の他端に近接されたカム (16m) であって、このカム (16m) は略直交する二つのアーム (16ma,16mb) を備え、これらの両アーム (16ma,16mb) の交差部において回動自在に軸支されており、前記一方のアーム (16ma) に形成された作動面に前記フローティングレバー (16aa) の他端が摺動自在に係合するごとく構成され、前記カム (16m) の他方のアーム (16mb) にはリンク (16ad) を介して揺動レバー (16ac) が連結されており、この揺動レバー (16ac) は中間において回動自在に軸支されており、この揺動レバー (16ac) の他端にはダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) の頂端が連結されており、前記ピストンロッド (16d) は前記ガイドベーン操作桿 (12a) と連結機構 (16f) により連結されており、前記ガイドベーンモータ (12) による前記ガイドベーン閉動作に伴ない前記ガイドベーン操作桿 (12a) の動作を前記連結機構 (16f) を介して前記ダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) へ伝達し、このピストンロッド (16d) を上昇せしめ、前記制圧機弁 (15b) を開路せしめることを特徴とする。
【００３４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例を示し、フランシス水車に本発明の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図であり、図２と同一部分には同一符号を付しているので、それらの詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１と図２とで異なる部分は下記の２点である。即ち、
（ａ） 図１におけるフローティングレバーを、新フローティングレバーと、その中間において回動自在に軸支される揺動レバーとに分割し、これらの新フローティングレバーと揺動レバーとの間にカムを設けて両者を連結したこと。
（ｂ） 図１における給油管の上流側（図示しない圧油タンク側）に新たに電磁切換弁を設け、この電磁切換弁を介して図示しない圧油タンクから切換弁に作動圧油を供給するようにしたこと。
【００３６】
次に、本発明の構成を説明する。図１において、１０は水車、１０ａは水車ケーシング、１０ｂはガイドベーン、１０ｃはガイドリング、１０ｄはリンク機構、１０ｅは操作アーム、１１は水圧管路、１２はガイドベーンサーボモータ、１２ａは操作桿、１４は制圧装置、１５は制圧機、１５ａは制圧機弁、１５ｂは制圧機弁体、１５ｃは制圧機サーボモータ、１５ｄは操作桿、１５ｅは圧油給排口、１５ｆは制圧機排水管、１６は制圧機制御装置、１６ｂは切換弁、１６ｃは切換ロッド、１６ｄはピストンロッド、１６ｅはダッシュポット、１６ｆは連結機構、１６ｇは第１のクランク、１６ｈは第２のクランク、１６ｊ，１６ｋは連結ロッド、１８は分岐管、１９ａは給油管、１９ｂは排油管である。
【００３７】
次に、既にその概要を述べた図１と図２との異なる部分に就いて詳細に説明する。
【００３８】
（ａ）先ず、第１点は、従来装置を示す図１における制圧機制御装置１６の構成要素であるフローティングレバー１６ａを、本発明装置においては、新フローティングレバー１６ａａと、その中間において回動自在に軸支される揺動レバー１６ａｃとに分割する。そして、この新フローティングレバー（以下フローティングレバーと記す）１６ａａには、従来装置と同様に、その図示左端には制圧機サーボモータ１５ｃの操作桿１５ｄの頂端が連結され、その略々中央部には、その切換ロッド１６ｃを介して切換弁１６ｂが連結されている。そして、その図示右端は、略々直角に僅かに下方に延長され、その先端にはローラー１６ａｂが取付けられる。
【００３９】
１６ｍは、新たに付加したカムで、略々直交する２つのアーム１６ｍａと１６ｍｂとから構成され、これらの両アーム１６ｍａと１６ｍｂとの交差部において回動自在に軸支されている。アーム１６ｍａの図示上面には、楕円の一部と類似の曲面をなす作動面１６ｍｃが形成され、この作動面１６ｍｃには、上記のフローティングレバー１６ａａの先端のローラー１６ａｂが係合し、ローラー１６ａｂは、カム１６ｍの回動に応じて、作動面１６ｍｃに沿って回転しながら移動し得ると共に、切り離し可能の状態になっている。
【００４０】
一方、揺動レバー１６ａｃは、既述のように、その中間において回動自在に軸支されると共に、その図示左方に設けられ、その図示下端が固定されたスプリング１６ｎにより支持されている。そして、その図示右端には、従来装置と同様に、ピストンロッド１６ｄを介してダッシュポット１６ｅが連結されており、図示左端は、リンク１６ａｄにより、上記のカム１６ｍのアーム１６ｍｂの図示右端に連結されている。
【００４１】
（ｂ）次に、第２点は、従来装置には設けられていない水車のガイドベーンの開閉制御には関係のない図示しない制御盤から与えられる制圧機開操作指令信号により切換えられ、常時は、図示の状態を保持する電磁切換弁を１６ｐを付加する。そして、図示しない圧油タンクから給油管１９ａを介して供給される圧油は、先ず、電磁切換弁１６ｐに与えられ、電磁切換弁１６ｐを通過した後、作動圧油管１６ｒを介して切換弁１６ｂに供給される。１６ｓは切換弁１６ｂの排油管であり、１６ｔは制圧機１５の圧油給排口１５ｅと電磁切換弁１６ｐとの間を接続する作動圧油管で、その中間に絞り弁１６ｕが設けられる。
【００４２】
以上、本発明装置の構成を述べたので、次にその作動を説明する。
【００４３】
水車１０により回転駆動される図示しない発電機の負荷が、何等かの理由によりしゃ断されると、図示しない圧油タンクからガイドベーンサーボモータ１２のシリンダの図示下部室に圧油が供給され、その操作桿１２ａを図示上方向に急速に駆動し、水車１０の操作アーム１０ｅを時計方向に急速に回動してガイドベーン１０ｂを急速に閉操作する。その結果、水圧管路１１内の水圧は急速に上昇し始める
これと同時に、水車１０の閉操作に連動して、連結機構１６ｆにより水車１０の操作アーム１０ｅに連結したダッシュポット１６ｅが上方向に引き上げられるから、揺動レバー１６ａｃは反時計方向に回動する。そのため、スプリング１６ｎは押し下げられ、揺動レバー１６ａｃは、リンク１６ａｄを介してカム１６ｍを時計方向に回動させる。
【００４４】
カム１６ｍが時計方向に回動すると、その作動面１６ｍｃに係合しているローラー１６ａｂは、回転しながら作動面１６ｍｃに沿って摺動し、フローティングレバー１６ａａをその左端を中心にして回動させ、切換弁１６ｂを切換える。
【００４５】
この切換弁１６ｂの切換動作により、給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給されていた作動圧油は、切換弁１６ｂにより阻止され、圧油給排口１５ｅは、切換弁１６ｂを介して排油管１６ｓに連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は、排油管１６ｓを介して図示しない集油槽に排出される。
【００４６】
その結果、制圧機弁１５ａに作用する圧力の上昇した水圧管路１１内の水圧により、その弁体１５ｂは下方向に押し下げられれ、制圧機弁１５ａは開路する。したがって、水圧管路１１内の流水は、分岐管１８、制圧機弁１５ａを介して制圧機排水管１５ｆに放流されることになり、水車ケーシング１０ａおよび水圧管路１１内の水圧上昇は抑制され、それらの破壊の惧れはなくなる。
【００４７】
なお、上記に説明の制圧機弁１５ａの開操作において、ガイドベーンサーボモータ１２の閉操作ストロークに対する制圧機サーボモータ１５ｃの開操作ストロークの比率は、カム１６ｍの作動面１６ｍｃの形状を変えることにより任意に選ぶことができる。
【００４８】
一方、制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方向に引き下げられ、尚且つ、スプリング１６ｎの反発力により揺動レバー１６ａｃは押し上げられるからカム１６ｍは反時計方向に回動する。その結果、フローティングレバー１６ａａは下方に移動するから、切換弁１６ｂの切換ロッド１６ｃも下方に押下げられ、切換弁１６ｂは切換えられ図示の状態に復帰する。この間に、水車ガイドベーン１０ｂは全閉される。
【００４９】
そのため、圧油が給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを介して制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、その操作桿１５ｄを徐々に上方向に駆動して制圧機弁１５ａを閉路し、制圧機１５を図示の状態に復帰させ、一連の制圧装置の制御動作は完了する。
【００５０】
なお、カム１６ｍの作動面１６ｍｃの形状を変えることにより、水車１０のガイドベーン１０ｂが全閉になる前に制圧機弁１５ａを全閉にすることも可能である。
【００５１】
ところで、従来の制圧装置１４には、制圧機制御装置１６に異常が発生し制圧機１５が不動作になった場合のバックアップのための手段が無かったが、次に、そのためのバックアップ装置として付加した電磁切換弁１６ｐによる制圧機１５の制御動作について説明する。
【００５２】
電磁切換弁１６ｐは、ガイドベーンサーボモータ１２の動作に連動して作動する制圧機制御装置１６の動作には関係なく、図示しない制御盤から送出される制圧機開操作指令信号２０を受信して切換えられ、制圧機１５を開閉制御する装置であり、既述のように、常時は図示の状態を保持している。
【００５３】
上記の制圧機開操作指令信号２０を受信していない時は、図示の状態にあり、この時、制圧機制御装置１６も動作していないから、切換弁１６ｂも図示の状態にある。したがって、図示しない圧油タンクから圧油が、給油管１９ａを介し電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒおよび切換弁１６ｂを経て、圧油給排口１５ｅから制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、（この時、作動圧油管１６ｔの出口は電磁切換弁１６ｐにより閉鎖されている）制圧機１５ａは閉路している。
【００５４】
制圧機開操作指令信号２０を受信すると、電磁切換弁１６ｐは動作して図示上方に切換えられることにより、給油管１９ａからの圧油は阻止され、作動圧油管１６ｔと排油管１９ｂとが連通するから、制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダ内の作動圧油は排油管１９ｂを経て図示しない集油槽に排出される。したがって、制圧機弁１５ａの弁体１５ｂは、制圧機弁１５ａ内の水圧により下方に押し下げられて制圧機弁１５ａは開路するから、水圧管路１１内の圧力水は、制圧機排水管１５ｆへ放流される。
【００５５】
制圧機弁１５ａの開路により、その操作桿１５ｄは下方に引き下げられるからフローティングレバー１６ａａは、切換ロッド１６ｃとの連結点を中心にして反時計方向に回動し、ローラー１６ａｂとカム１６ｍとは切り離される。
【００５６】
なお、制圧機弁１５ａの開動作速度の調整は、作動圧油管１６ｔの中間に設けた絞り弁１６ｕを使用して作動圧油の排出流量を調整することにより行われる。
【００５７】
制圧機開操作指令信号２０の送出が停止されると、電磁切換弁１６ｐは動作し図示の状態に切換えられ、圧油が給油管１９ａから電磁切換弁１６ｐ、作動圧油管１６ｒ、切換弁１６ｂを経て、圧油給排口１５ｅから制圧機サーボモータ１５ｃのシリンダに供給され、制圧機１５ａは閉路し、フローティングレバー１６ａａのローラー１６ａｂはカム１６ｍの作動面１６ｍｃに接触し、図示の状態に復帰する。
【００５８】
なお、制圧機開操作指令信号２０は、通常、水車１０の回転速度または回転速度の上昇率、もしくは水車ケーシング１０ａの水圧変動値等が、所定の許容値を超過した時に、制御盤より発信される。
【００５９】
上記実施例は、水車の流量調整弁としてガイドベーンを用いたものを説明したが、これはペルトン水車のニードル弁であってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明によれば、水車の流量調整弁を開閉制御する流量調整弁サーボモータの閉操作に連動して開動作する制圧機サーボモータの操作ストロークを、流量調整弁サーボモータの操作ストロークより大きくしたから、ガイドベーン或いはニードル等の緩閉操作に際しても制圧機は急速に開操作され、水圧管路の水圧の上昇値を低く抑えることができる。
【００６１】
また、流量調整弁サーボモータの動作に連動して作動する制圧機制御装置の動作に関係なく、制御盤から送出される制圧機開操作指令信号を受信して切換えられ、制圧機を開閉制御する電磁切換弁を設けたから、制圧機制御装置に何等かの異常が発生しても安全に制圧機を開操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示し、フランシス水車に本発明の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【図２】フランシス水車に従来の制圧機を主体とする制圧装置を適用した場合の概念図である。
【符号の説明】
１０ 水車
１０ａ 水車ケーシング
１０ｂ ガイドベーン
１０ｅ 操作アーム
１１ 水圧管路
１２ ガイドベーンサーボモータ
１２ａ 操作桿
１４ 制圧装置
１５ 制圧機
１５ａ 制圧機弁
１５ｃ 制圧機サーボモータ
１５ｄ 操作桿
１５ｅ 圧油給排口
１６ 制圧機制御装置
１６ａａ フローティングレバー
１６ａｃ 揺動レバー
１６ｂ 切換弁
１６ｅ ダッシュポット
１６ｍ カム
１６ｍｃ 作動面
１６ｎ スプリング
１６ｐ 電磁切換弁
１６ｒ，１６ｔ 作動圧油管
１８ 分岐管
１９ａ 給油管
１９ｂ 排油管
２０ 制圧機開操作指令信号
Claims (2)
- ガイドベーン (10b) 並びにこのガイドベーン (10b) を操作するガイドベーンサーボモータ (12) に連結されたガイドベーン操作桿 (12a) を有する発電用水車(10)の水口近傍に設けられ、制圧機サーボモータ(15c)によりその制圧機弁(15b)が開閉制御される制圧機(15)と、前記制圧機サーボモータ(15c)の操作桿(15d)の頂端がその一端に連結されるフローティングレバー(16aa)と、このフローティングレバー(16aa)の中間にその頂端が連結される切換ロッド(16c)を有し、前記フローティングレバー(16aa)の上下動により切換えられ、前記制圧機サーボモータ(15c)のシリンダに作動圧油を給排して前記制圧機弁(15b)の開閉を司る切換弁(16b)と、前記フローティングレバー(16aa)の他端に近接されたカム (16m) であって、このカム (16m) は略直交する二つのアーム (16ma,16mb) を備え、これらの両アーム (16ma,16mb) の交差部において回動自在に軸支されており、前記一方のアーム (16ma) に形成された作動面に前記フローティングレバー (16aa) の他端が摺動自在に係合するごとく構成され、前記カム (16m) の他方のアーム (16mb) にはリンク (16ad) を介して揺動レバー (16ac) が連結されており、この揺動レバー (16ac) は中間において回動自在に軸支されており、この揺動レバー (16ac) の他端にはダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) の頂端が連結されており、前記ピストンロッド (16d) は前記ガイドベーン操作桿 (12a) と連結機構 (16f) により連結されており、前記ガイドベーンモータ (12) による前記ガイドベーン閉動作に伴ない前記ガイドベーン操作桿 (12a) の動作を前記連結機構 (16f) を介して前記ダッシュポット (16e) のピストンロッド (16d) へ伝達し、このピストンロッド (16d) を上昇せしめ、前記制圧機弁 (15b) を開路せしめることを特徴とする水力発電所の制圧装置。
- 常時は、給油管(19a)から供給される圧油の通過を許容して切換弁(16b)に作動圧油を供給すると共に制圧機サーボモータ(15c)のシリンダの圧油給排口(15e)に接続された作動圧油管(16r,16t)の作動圧油の通過を阻止し、制圧機開操作指令信号を受信することにより切換制御されて、前記給油管(19a)から供給される圧油の通過を阻止すると共に前記作動圧油管(16r,16t)の作動圧油の通過を許容する電磁切換弁(16p)を付加したことを特徴とする請求項１記載の水力発電所の制圧装置。
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| JP16382194A JP3828167B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 水力発電所の制圧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP16382194A JP3828167B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 水力発電所の制圧装置 |
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| JPH0828427A JPH0828427A (ja) | 1996-01-30 |
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ID=15781375
Family Applications (1)
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| JP16382194A Expired - Fee Related JP3828167B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 水力発電所の制圧装置 |
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| JPH0828427A (ja) | 1996-01-30 |
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