JP4653774B2 - How to prevent sediment wear on Pelton turbine - Google Patents
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Description
本発明は、水力発電所に用いられているペルトン水車のランナが土砂により摩耗することを防止する方法に関する。 The present invention relates to a method for preventing a runner of a Pelton turbine used in a hydroelectric power plant from being worn by earth and sand.
図17及び図18は、発電所において従来から一般的に用いられているペルトン水車の概略構成を縦軸二射構造を例として示した側面図及び平面図であり、主軸1に直結されたランナ2の周囲に設けられている多数個のバケット3に向って、複数個(図示例では2個)のノズルパイプ4が配設されている。上記ノズルパイプ4はケーシング5及び入口弁6を介して水圧鉄管7に連結されており、各ノズルパイプ4内にニードル弁8が内挿されている。
FIGS. 17 and 18 are a side view and a plan view, respectively, showing a schematic configuration of a Pelton turbine that has been generally used in a power plant as an example of a vertical double-split structure, and a runner directly connected to the main shaft 1. A plurality (two in the illustrated example) of
しかして、このような構成のペルトン水車において、水圧鉄管7からの圧力水が入口弁6及びケーシング5を介してノズルパイプ4の先端からバケット3に向かって噴射され、この水圧の衝突力によってランナ2に回転力が発生し、ランナ2及びこれに主軸1を介して直結された発電機9が回転される。
In the Pelton turbine having such a configuration, the pressure water from the
ところが、上述した従来のペルトン水車が土砂の多い河川に立地されて運転された場合は、水圧鉄管7から流れ込んだ土砂がノズルパイプ4の先端から噴出されるジェット水に混じって高速度でバケット3に当たるため、土砂によりバケット3等のランナ2が摩耗され、上記ランナ2の寿命を縮める要因となっていた。土砂が大きかったり鋭利な場合はバケット3の部分的な破損も危惧され、また、バケット3の椀峰部を含んだ水切り部3aの摩耗が激しい場合は効率の著しい低下や軸スラストの増大等、水車性能の低下が引き起こされる等の問題があった。
However, when the conventional Pelton turbine described above is operated in a river with a lot of earth and sand, the sand and sand flowing from the
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ノズルパイプ4よりバケット3に向け噴出されるジェット水への土砂の混入を防止することによって、土砂によるランナ2の摩耗を防止し、ランナ2の保全、延命を図ることができるペルトン水車の摩耗防止方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and prevents wear of the
請求項1の発明は、水圧鉄管から圧力水をノズルからバケットに向け噴出させてランナを回転させるペルトン水車の土砂摩耗防止方法において、水車の起動時にランナを空転始動させ、回転速度が所定の回転速度に達したときにニードル弁を開口してノズルからのジェット水をバケットに向けて噴出させて通常の運転に移行させることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the method for preventing sediment wear of a Pelton turbine by causing pressure water to be ejected from a hydraulic iron pipe toward a bucket to rotate the runner, the runner is idly started when the turbine is started, and the rotational speed is a predetermined rotation. When the speed is reached, the needle valve is opened, and jet water from the nozzle is ejected toward the bucket to shift to normal operation.
さらに、請求項2の発明は、請求項1の発明において、水車主軸に直結されている駆動機によりランナを空転始動することを特徴とする。
Further, the invention of
請求項3の発明は、請求項1の発明において、ランナに直結されている小羽根車によりランナを空転始動することを特徴とする。
The invention of
以上の説明から明らかなように、本発明の、起動時に、予め回転させたランナのバケットに向けジェット水を噴出させる方法によれば、バケットがジェット水に混じって噴出される土砂から受ける衝突力が通常の起動時に比べて大幅に低減されるので、土砂によるランナの摩耗が防止され、ランナの保全、延命を図ることができる。 As apparent from the above description, the present invention, at startup, according to the method for ejecting jet water toward the bucket of the runner is rotated in advance, the collision receiving from sediment bucket is ejected mixed jet water Since the force is greatly reduced as compared with normal startup, runner wear due to earth and sand is prevented, and runner maintenance and life extension can be achieved.
以下、図1乃至図16を参照して本発明の各参考例および各実施形態について説明する。なお、図中図17及び図18と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, each reference example and each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same parts as those in FIGS. 17 and 18 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第1参考例
図1は本発明の第1参考例を示す図であり、入口弁6の上流側の水圧鉄管7には、その水圧鉄管7の曲管部7aの近傍部或は入口弁6の直前部に、弁10を有する土砂分離排出用導管11が分岐導出されている。
First Reference Example FIG. 1 is a view showing a first reference example of the present invention. The
しかして、水車の運転中水圧鉄管7中を高圧水が流れるが、曲管部7aにおいては水より比重が大きい土砂で特にランナに損耗を与えやすい大きな土砂は、その慣性作用によって主水流方向である矢示b方向には流れず、矢示aに示すように、土砂分離排出用導管11の方向に流れ、この土砂分離排出用導管11内に溜まる。また水車停止中の水圧鉄管上流側からの土砂もこの土砂分離排出用導管11に流入する。
Thus, high-pressure water flows through the
そこで、この土砂分離排出用導管11に流入して溜まった土砂は弁10を必要に応じて開口させることによって導管外に排出することができる。したがって、ノズルパイプ4からバケット3に向けて噴出されるジェット水への土砂の混入を極力防止することができ、土砂によるランナの損耗を防止することができる。
Therefore, the accumulated sediment flowing into the sediment separating and discharging conduit 11 can be discharged out of the conduit by opening the
第2参考例
ところで、上記第1参考例においては、土砂分離排出用導管11内に堆積した土砂の量を確認できないため、堆積した土砂をタイムリーに導管外に排出するのは不可能であり、また排出のし忘れ等も憂慮される。
Second Reference Example By the way, in the first reference example, since the amount of sediment deposited in the sediment separating and discharging conduit 11 cannot be confirmed, it is impossible to discharge sediment deposited outside the conduit in a timely manner. Also, there is concern about forgetting to discharge.
そこで、図2は上記土砂の排出を確実に行うことができるようにした本発明の第2参考例を示す図であり、土砂分離排出用導管11に、例えば差圧計の如き土砂堆積検出器12が設けられている。この土砂堆積検出器12で検出された検出信号は制御装置13に送られ、その制御装置13からの制御信号により弁駆動装置14を介して弁10が開閉制御されるようにしてある。
Therefore, FIG. 2 is a view showing a second reference example of the present invention that can surely discharge the earth and sand. The earth and
しかして、土砂分離排出用導管11内に或程度の土砂が堆積し、これが土砂堆積検出器12によって検出されると、この検出出力に応じて弁10が自動的に開口される。したがって、土砂分離排出用導管11に堆積した土砂を確実に且つ省力的に導管外へ排出でき、ジェット水への土砂の混入を防止することができる。
Accordingly, when a certain amount of sediment is accumulated in the sediment separation / discharge conduit 11 and this is detected by the
第3参考例
上記した2つの参考例においては、上述のように、水圧鉄管7に土砂分離排出用導管11のみが分岐導出してある。したがって、土砂が著しく多い河川に立地されたペルトン水車の場合には短時間で土砂が満杯となるため、弁10の開口作業を頻に行わねばならない。そこで、図3に示す第3参考例においては、上記土砂分離排出用導管11の下流側に、弁10を具備した土砂堆積箱15が設けられている。
Third Reference Example In the two reference examples described above, as described above, only the sediment separating and discharging conduit 11 is branched and led out to the
しかして、第1参考例と同様に、水圧鉄管7内の水流の慣性作用によって水圧鉄管7内の流水中に含まれている土砂が土砂分離排出用導管11を介して土砂堆積箱15内に流入し堆積される。そして、上記土砂堆積箱15に流入して溜まった土砂は弁10を必要に応じて開口させることによって導管外に排出される。したがって、この場合第1参考例のように土砂分離排出用導管11のみを設けたものより多量に土砂を溜めることができ、土砂が著しく多い場合でも弁10の開口を頻繁に行うことなくジェット水への土砂の混入を防止することができる。
Thus, as in the first reference example, the earth and sand contained in the flowing water in the
第4参考例
また、図4は第4参考例を示す図であり、土砂分離排出用導管11に接続された土砂堆積箱15に土砂堆積検出器12が設けられており、その土砂堆積検出器12からの検出信号によって弁10が開口制御が行われる。したがって、この第4参考例においても第2参考例と同様な作用効果を奏する。
Fourth Reference Example FIG. 4 is a diagram showing a fourth reference example, in which a
第5参考例及び第6参考例
図5及び図6は、それぞれ図1及び図2に示した第1参考例および第2参考例の変形例を示す第5参考例及び第6参考例を示す図である。この第5参考例では、土砂分離排出用導管11がノズルパイプ4の上流側ケーシングの曲管部7aの近傍においてその曲管部7aの上流側直管部7bの軸心延長上に分岐導出されている。また第6参考例においてはさらに上記土砂分離排出用導管11には土砂堆積検出器12が設けられている。なお、水車が横軸構造の場合は土砂分離排出用導管11の下流側が下方に向けて曲げられている。
Fifth Reference Example and Sixth Reference Example FIGS. 5 and 6 show a fifth reference example and a sixth reference example, which are modifications of the first reference example and the second reference example shown in FIGS. 1 and 2, respectively. FIG. In the fifth reference example, the sediment separating and discharging conduit 11 is branched and led out on the axial extension of the upstream
しかして、この場合、第1参考例と同様に、特にランナに損耗を与えやすい大きな土砂は、その慣性作用によって主水流の矢印c方向の流れと離れ、ほぼ矢印dに示すようにほぼ直線方向に流れ、土砂分離排出用導管11にスムーズに流入する。したがって、弁10を必要に応じて開口させることによって、土砂分離排出用導管11に流入して溜まった土砂を導管外へ排出することができ、第1参考例と同様の作用効果を奏する。
Thus, in this case, as in the first reference example, the large earth and sand which is particularly likely to wear the runner is separated from the flow of the main water flow in the direction of arrow c due to its inertial action, and substantially in the linear direction as indicated by arrow d And flows smoothly into the sediment separation and discharge conduit 11. Therefore, by opening the
また、図6に示すように、土砂分離排出用導管11に土砂堆積検出器12を設けることによって、第2参考例と同様な作用効果を奏せしめることができる。
Moreover, as shown in FIG. 6, by providing a
第7参考例及び第8参考例
図7及び図8は、それぞれ図5及び図6に示した第5参考例及び第6参考例の変形例である第7参考例及び第8参考例を示す図であり、土砂分離排出用導管11の下流に土砂堆積箱15が設けられている。しかして、これらの場合も、図3及び図4に示すものと同様な効果を奏する。
Seventh Reference Example and Eighth Reference Example FIGS. 7 and 8 show a seventh reference example and an eighth reference example, which are modifications of the fifth reference example and the sixth reference example shown in FIGS. 5 and 6, respectively. In the figure, a
第9参考例
図9は、本発明の土砂摩耗防止方法の第9参考例を示す作用説明図であって、ペルトン水車の起動時には、入口弁6或はニードル弁8の開口前に前記土砂分離排出用導管11または土砂堆積箱15に設けられた弁10を予め定めた一定時間T1 だけ開口させた後に、その弁10の閉鎖後入口弁6或はニードル弁8を開口させて起動する。
Ninth Reference Example FIG. 9 is an operation explanatory view showing a ninth reference example of the earth and sand wear preventing method of the present invention. When the Pelton turbine is started, the earth and sand separation is performed before the
しかして、入口弁6或はニードル弁8の開口前に水圧鉄管7の下流側或はノズルパイプ4の上流側に溜まっていた土砂が管路外に排出され、ノズルパイプ4よりバケット3に向けて噴出されるジェット水へ土砂が混入されることが防止される。
Thus, the earth and sand collected on the downstream side of the
第10参考例
図10乃至図12は本発明の第10参考例を示す図であり、ノズルパイプ4の先端部に設けられているデフレクタ16を使用することによりジェット水へ土砂が混入されることを防止する。
Tenth Reference Example FIGS. 10 to 12 are views showing a tenth reference example of the present invention. By using a
すなわち、ペルトン水車の起動時にニードル弁8を開く場合、デフレクタ16を図11(a)に示すように閉鎖させ、このデフレクタ16によってノズルパイプ4から噴出するジェット水を所定時間T2だけ遮断させた後、図11(b)に示すようにデフレクタ16を開口させてランナ2のバケット3に上記ジェット水を噴射させ、ランナ2を回転させる。図12にその作用図を示す。
That is, when the
しかして、図11(a)に示すようにデフレクタ16の閉鎖により水圧鉄管7の下流側或はノズルパイプ4の上流側に溜まっていた土砂がバケット3に当ることなくジェット水とともにデフレクタ16に遮られて落下して、バケット3への土砂の衝突を防止することができる。
Thus, as shown in FIG. 11 (a), when the
第1実施形態
また、図13及び図14は本発明の第1実施形態を示す図であって、水車主軸1に連結された発電機軸17にポニーモータ等の駆動機18が連結されている。ところで、バケット3がノズルパイプ4から噴出されるジェット水から受ける衝突力は、従来のペルトン水車の起動時のようにランナ2が静止した状態でバケット3に向けてジェット水が噴射される場合に最も強く、ランナ2が回転し始め回転速度が速くなるにつれて低減される。
First Embodiment FIGS. 13 and 14 are views showing a first embodiment of the present invention, in which a
このようなことから、この第1実施形態においては、図14の作用図に示すように、ペルトン水車の起動時にはニードル弁8を開口する前に、上記駆動機18によりランナ2を空転始動させる。そして、この回転速度が同期定格速度等の所定回転速度に達したところで、ニードル弁8を開口し、ノズルパイプ4からのジェット水をバケット3に向けて噴出させ、通常の発電運転へ移行させる。したがって、この場合も起動時にバケット3がジェット水に溜った土砂から受ける強い衝突力も従来起動時に比べて大幅に低減される。
For this reason, in the first embodiment , as shown in the operation diagram of FIG. 14, when the Pelton turbine is started, before the
第2実施形態
図15及び図16は、ニードル弁8の開口前にランナ2を予め回転させておくための別の手段を設けた本発明の第2実施形態を示す図であり、ランナ2の下部に、円周上に多数の羽根を設けた小羽根車20が直結されている。一方、ノズルパイプ4の上流側には弁21を有する分岐管22が分岐されており、その分岐管22の先端が上記小羽根車20の羽根に対向開口せしめられている。
Second Embodiment FIGS. 15 and 16 are views showing a second embodiment of the present invention in which another means for rotating the
しかして、ペルトン水車の起動時には、図16に示すように、ニードル弁8の開口前に弁21を開口して分岐管22を経て圧力水を小羽根車20の羽根に向け放出させ、小羽根車20を回転させ、これとともに回転されるランナ2の回転速度が同期定格速度等の所定回転速度に達したら、上記弁21を閉鎖するとともに、ニードル弁8を開口させてノズルパイプ4からのジェット水をバケット3に向け噴出させて通常の発電運転へ移行させる。
したがって、この場合も図13及び図14に示すものと同様の作用効果を奏せしめることができる。しかも、予めランナを回転させる手段は組立容易で且つ二次元羽根等簡易な小羽根車と分岐管とで達成できるので、図13の駆動機を設けるものよりも安価に配設可能である。
When the Pelton turbine is started, as shown in FIG. 16, the
Therefore, in this case as well, the same effects as those shown in FIGS. 13 and 14 can be obtained. Moreover, since the means for rotating the runner in advance is easy to assemble and can be achieved by a simple impeller such as a two-dimensional blade and a branch pipe, it can be arranged at a lower cost than that provided with the drive unit of FIG.
1 主軸
2 ランナ
3 バケット
4 ノズルパイプ
5 ケーシング
6 入口弁
7 水圧鉄管
7a 曲管部
7b 直管部
8 ニードル弁
10,21 弁
11 土砂分離排出用導管
12 土砂堆積検出器
13 制御装置
15 土砂堆積箱
16 デフレクタ
18 駆動機
20 小羽根車
22 分岐管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
水車の起動時にランナを空転始動させ、回転速度が所定の回転速度に達したときにニードル弁を開口してノズルからのジェット水をバケットに向けて噴出させて通常の運転に移行させることを特徴とするペルトン水車の土砂摩耗防止方法。 In a Pelton turbine that rotates the runner by ejecting pressure water from the nozzle to the bucket,
When the water turbine starts up, the runner starts idling, and when the rotational speed reaches a predetermined rotational speed, the needle valve is opened and jet water from the nozzle is ejected toward the bucket to shift to normal operation. A method for preventing sediment wear in Pelton turbines.
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