JPH02238177A - 水車の給気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水車の吸出し管内に発生する渦流などが原因
となって起る騒音および振動等を低減させるために、水
車の吸出し管内に空気を供給する水車の給気装置に関す
る． 〔従来の技術〕 水車の吸出し管のドラフト入口部には、水車ランチから
流出した旋回流により強制渦が生成され、この渦の中心
部の圧力が低下してキャビテーシッン状態となり、水圧
脈動．振動，騒音等が発生することは良く知られている
．これらの異常現象は、水車の寿命を縮め、重大災害を
招く恐れがあるから、従来からこの異常現象を低減させ
ることが行われており、吸出し管にジェットポンプや給
気管等の給気装置を設けている． 第３図は、この種の給気装置の従来例を示す側面図であ
る．従来装置における給気量の調整は、ａｌ．試験時に
調整して、その後は調整しない固定式 ａ２．運転条件（水口開度）によって給気するかしない
かのＯＮ−ＯＦＦｍｌｍｌ のいずれかを行っていた． 第３図において、立軸フランシス水車などの水車２には
、水圧管４から高圧水が流入され水車ランナを回転させ
て、吸出し管６から流出される．吸出し管６にはジェッ
トボンブによる給気装置８が設けられている．この給気
装置８には、操作機１０によって操作開閉される二一ド
ル弁１２が設けられ、水圧管４から分水した給水１４の
流量を二一ドル弁１２の開度によって調整し、この給水
１４のジェットによって空気１６が吸込まれるので、結
局操作機１０の操作によって給気量が調整される．従っ
て操作機１０を、前記ａｌ．の固定式およびａ２．の○
Ｎ−ＯＦＦ制御のいずれかの方式として給気量を調整し
ていた． 一方、ｂ．コンプレッサによって強制的に給気する方法
も行われていた． 〔発明が解決しようとする課題〕 前記ａｌ．の固定式およびａ２．のＯＮ−ＯＦＦ制御の
いずれかの方式によって給気量を調整するジェットポン
プによる給気装置８においては、本来水車ランナを回転
させる仕事をするはずの給水１４が分水して流れ、流量
の一部が無駄に捨てられることとなって水車効率が低下
する．前記ｂ．のコンブレフサにより給気する方法はコ
ンプレソサ設傭が必要であり、駆動用動力が必要になる
．また、給気量を増やして行くと、水車効率が低下する
という問題があり、これに対しては給気量も必要最小限
に制御する必要がある．ところが従来のａｌ．の固定式
およびａ２．のＯＮ−ＯＦＦ制御のいずれかの方式の給
気装置８と前記ｂ．のコンプレフサにより給気する方法
ではこのような制御ができないという問題があった． 第４図は、横軸に負荷を、縦軸に吸出し管における水圧
脈動値をとって示したグラフである。また第５図は、横
軸に後記するキャビテーション係数σを、縦軸に吸出し
管における水圧脈動値をとって示したグラフである．水
車２の吸出し管６における水圧脈動値は、これら第４図
および第５図に示すように運転状態によって変化する．
ここにσは、Ｈａ：大気圧，Ｈｖ：水の蒸気圧，Ｈｓ：
吸出し高さ　（放水位一水車据付標高），Ｈ：有効落差
とするとき、次式で定義されるトーマのキャビテーシッ
ン係数である． Ｈａ　−　Ｈｖ　−　Ｈｓ Ｈ 水圧脈動が起る理由は、水口開度１負荷に従って決めら
れる運転流量によって水車ランナからの旋回流速が変わ
り、キャビテーシッン係数によって強制渦心のキャビテ
ーシッン状態が変化するためである．この水圧脈動に起
因する振動．Ｉｉ音等をある値以下に抑えるための必要
最小限の給気量もこの水圧脈動の変化によって一意に決
められる．すなわち、負荷が大きい状態やキャビテーシ
ッン係数σの大きい条件では、給気量は少なくすること
ができる．水圧脈動の変化や必要給気量は模型水車の実
験によって予め求めることができる．本発明は、水車の
運転条件に従って変化する給気量を、運転条件に合わせ
て最適値に調整でき、給気のための不要な動力を低減し
、かつ給気に伴う水車効率の低下を最小限にすることが
できる水車の給気装置を提供することを目的としている
．〔課題を解決するための手段〕 前記の課題を解決するために、本発明は、運転中の水車
の吸出し管内に発生する騒音および振動等を軽減させる
目的で吸出し管内に空気を供給する給気装置において、
ガイドベーンの開度を示す水口開度発信器と、水路の水
位を示す上水位発信器および下水位発信器とからの計測
信号値から制御値を演算する制御装置によって給気量を
制御させる． 〔作用〕 水口開度発信器によって水車の負荷状態量が、また上水
位発信器および下水位発信器から水路の水位を示してキ
ャビテーシッン状態量が計測されるため、これらの計測
値から制御値を演算する制御装置によって、予め求めら
れた最適空気量に吸出し管への給気量が制御できる．こ
れによって、本来の目的の騒音および振動等の低減を図
るとともに、水車運転状態での不必要な給気や不必要な
過大量の給気をせずに水車を運転することができる． 〔実施例〕 第１図は、本発明の第１の実施例を示す一部を断面で示
した側面図である．第１図において、立軸フランシス水
車などの水車２には、水圧管４から流入された高圧水が
水車ランナを回転させて、吸出し管６から流出される．
吸出し管６にはジェットポンプによる給気装置８　（ド
ラフト給気装置ともいう）が設けられている．この給気
装置８には、油圧サーボモータなどからなる操作機ｌＯ
によって開閉操作される二一ドル弁１２が設けられ、水
圧管４から分水した給水１４の流量を二一ドル弁１２の
開度によって調整し、この給水１４のジェットによって
空気１６が吸込まれるので、結局操作機１０によって吸
出し管６への給気量が調整される．この操作機１０は、
圧油切換弁１８により圧油が切換えられ、この圧油切換
弁１８は制御装置２０により制御されている．この制ｍ
装置２０へは、一点鎖線で示す信号線を介してガイドベ
ーン２２の開度を示す水口開度発信器２４と、水路の水
位を示す上水位発信器２６と、下水位発信器２８とから
の信号が伝達され、これらの信号から予め定められた二
一ドル弁１２の開度を演算して、これによって圧油切換
弁１８を制御して二一ドル弁１２の開度を調整して、吸
出し管６への給気量が調整され、操作機１０に取付けら
れた二一ドル開度発信器３０からの信号でフィードバッ
ク制御を行っている． 第２図は、本発明の第２の実施例を示す側面図である．
第２図において、立軸フランシス水車などの水車２には
、前記の第１の実施例と同じく水圧管４から流入された
高王水が水車ランナを回転させて、吸出し管６から流出
される．コンブレンサ装置３２と、空気流量を調整する
制御弁３４と、吸出し管６に接続された給気管３６とか
らなる給気装置８ａが構成されており、この制御弁３４
は制御装置２０によって制御されている．この制御装置
２０へは、一点鎖線で示す信号線を介して、ガイドベー
ン２２の開度を示す水口開度発信器２４と、水路の水位
を示す上水゛位発信器２６と、下水位発信器２８とから
の信号が伝達され、これらの信号から予め定められた制
扉弁３４の制御量を演算して、これによって制御弁３４
を制御して、吸出し管６への給気量が調整され、制御弁
３４に取付けられた発信器３８からの信号でフィードバ
ック制御を行っている．前記の第１の実施例および第２
の実施例のいずれによっても、負荷に従って決められる
運転流量とするための水口開度による負荷状態量、およ
び上水位，下水位などによって決められるキャビテーシ
ッン係数の状態量に合わせて、吸出し管６への給気量が
最適値に調整できる． 〔発明の効果〕 本発明によれば、水車の負荷状態量およびキャビテーシ
ッン係数状態量に合わせて、吸出し管への給気量が最適
値に調整できるため、第１の実施例においては仕事をす
ることなく無駄に捨てられる給水を少しでも節約するこ
とができ、第２の実施例においてはコンプレッサ装置に
要する動力の無駄を省くことができて、騒音および振動
等の低減ができる．また不必要で過大な量の給気を行う
ことによる水車の効率の低下が最小限にとどめることが
できるので、発電所の経済的な運用が可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す一部を断面で示し
た側面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す側面図
、第３図はこの種の給気装置の従来例を示す側面図、第
４図は横軸に負荷を縦軸に吸出し管における水圧脈動値
をとって示したグラフ、第５図は横軸にキャビテーショ
ン係数σを縦軸に吸出し管における水圧脈動値をとって
示したグラフである．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）運転中の水車の吸出し管内に発生する騒音および振
   動等を軽減させる目的で吸出し管内に空気を供給する給
   気装置において、ガイドベーンの開度を示す水口開度発
   信器と、水路の水位を示す上水位発信器および下水位発
   信器とからの計測信号値から制御値を演算する制御装置
   によって給気量を制御させることを特徴とする水車の給
   気装置。