JPH03233173A - 水車の非常停止装置 - 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〕 本発明は水車の非常停止装置に係り、特に通常の制御電
源から給電される水車非常停止系とこの制御電源とは別
の非常停止用電源から給電される水車非常停止系とを具
備するカブラン水車の非常停止装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にカブラン水車の非常停止装置は、非常停止信号に
応してガイドベーンを全閉してランチヘーンに流入する
圧力水の流れを止めると同時に、ランナーベーンを全開
にしてランナーベーンによるランナー室の水の撹はん抵
抗によって生じる制動力により水車を急速停止させる。

このような水車の非常停止装置は安全性の観点から通常
の制御電源から給電される水車非常停止系とこの制御電
源とは別の非常停止用電源から給電される水車非常停止
系との２系統を具備する。

第２図と第３図は従来のカブラン水車の非常停止装置を
示したもので、第１の電磁弁１は図示を省略した非常停
止用電源から給電され、第２及び第３の電磁弁２．３は
図示を省略した通常の制御電源から夫々給電される。第
１の電磁弁１は圧油流人ポートＰ１と、ポートＡ１と、
ポートＢ１と、排出ポートＴ１とを有し、第２電磁弁２
は第１電磁弁１のポートＡＩに接続されたポートＰ２と
、ポートＡ２と、プラグされたポートＢ２と、排出ポー
トＴ２とを有する。第３電磁弁３は圧油流人ポートＰ３
と、プラグされたポートＡ３と、ポートＢ３と、排出ポ
ートＴ３とを有する。第２電磁弁２のポートＡ２に接続
された起動停止弁シリンダ４には、バネ５によって下方
に付勢された起動停止弁プランジャー６が挿通されてい
る。このプランジャー６にはレバー７が取付けられ、調
速機コンバータ８は連接棒９によってパイロットバルブ
１０に接続されている。このパイロットバルブ１０によ
って制御される主配圧弁１１は水口操作サーボモータ１
２に接続され、この水口操作サーボモータ１２はガイド
リング１３を介してガイドベーン１４を開閉駆動する。

配圧器１５はポートＹが第１電磁弁１のポートＢ１に、
ポートＸが第３電磁弁３のポートＢ３に夫々接続され、
プランジャー１６はバネ１７によって付勢されている。

配圧器１５のポートＺにはランナーベーン制御弁シリン
ダー１８が接続され、このシリンダー１８に挿通された
ランナーベーン制御プランジャー１９はバネ２０によっ
て付勢されている。このランナーベーン制御プランジャ
ー１９にはフローティングレバー２１が連結され、この
フローティングレバー２１はリンク２２と制御レバー２
３とを介してカムロッド２４に連結されている。このカ
ムロッド２４は、ガイドベーン１４の開度に連動して回
動するランナーベーン制御用カム２５に従動する。

フローティングレバー２１にはパイロットバルブ２６が
連結され、このパイロットバルブ２６はランナーベーン
主配圧弁２７を介してランナーベーンサーボモータ２８
を制御する。このランナーベーンサーボモータ２８はラ
ンナーベーン２９を開閉駆動する。

第２図に示したカブラン水車の運転状態の時には、第１
、第２、第３電磁弁１．２．３はいずれもソレノイドコ
イルａが励磁され、第１電磁弁１は圧油流人ポートＰ１
がポートＡ１に連通され、ポートＢ１が排出ポートＴ１
に連通されている。

第２電磁弁２はポートＰ２がポートＡ２に連通され、第
３電磁弁３はポートＢ３が排出ポートＴ３に連通されて
いる。第１電磁弁１の圧油流人ポートＰ１からの圧油は
、ポートＡ１とポートＰ２とポートＡ２とを介して起動
停止弁シリンダー４に流入し、起動停止弁プランジャー
６をバネ５に抗して押し上げる。これによって、レバー
７は連接棒９の係止を解くので、パイロットバルブ１０
は自由に可動できる状態になる。

ランナーベーン制御弁シリンダー１８は配圧器１５のポ
ートＺからポートＸに通じ、更に第３電磁弁３のポー１
−８３から排出ボートＴ３に通じているので、ランナー
ベーン制御プランジャー１９はバネ２０によって押し下
げられている。従って、パイロットバルブ２６はランナ
ーベーン制御用カム２５によって制御されるオンカム状
態になっている。

安定運転状態になると、調速機コンバータ８に連結され
たパイロットバルブ１０及び主配圧弁１１が中立状態に
なる。従って、ガイドベーン１４は水口操作サーボモー
タ１２によって一定開度の安定状態になる。ランナーベ
ーン２９もガイドベーン１４の開度に連動したランナー
ベーン制御用カム２５によってガイドベーン１４の一定
開度に対して最適な開度で安定状態に制御される。

こうして、カブラン水車及び発電機は安定状態で運転さ
れる。

ところか、水車又は発電機に異常か生じ非常停止信号が
発生すると、制御電源から給電される第２及び第３電磁
弁２．３は夫々のソレノイドｂが励磁され、夫々のスプ
ール３０ｂ、３０ｃが図面上で左方向に駆動される。こ
れによって、第２電磁弁２のポートＡ２はポートＰ２と
の連通が遮断され、排出ポートＴ２に連通ずるので、起
動停止弁シリンダー４の圧油はポートＡ２と排出ポート
Ｔ２とを介して排出される。このため、起動停止弁プラ
ンジャー６はバネ５によって押し下げられレバー７が連
接棒９を介してパイロットバルブ１０を強制的に押し下
げて圧油を閉状態に切換える。これによって、主配圧弁
１１は下方に移動して水口操作サーボモータ１２を介し
てガイドベーン１４を全閉し、ランナーベーン２９を通
過スル圧力水の流れを止め水車を停止させる。

第３電磁弁３は上述のソレノイドｂの励磁によって圧油
流人ポートＰ３がポートＢ３に連通するため、ポートＰ
３からの圧油はポートＢ３を介して配圧器１５のポート
Ｘに流入しプランジャー１６を押し下げポートＺより流
出し、ランナーベーン制御弁シリンダー１８に流入する
。このシリンダー１８に流入した圧油がプランジャー１
９を押し上げてフローティングレバー２１を介してパイ
ロットバルブ２６を開位置に切換えると、ランナーベー
ンサーボモータ２８は強制的にランナーベーン２９を全
開する。これによって、ランナーベーン２９によるラン
ナー室の水の撹はん抵抗により生じた制動力か水車を急
速に停止させる。

制御電源の喪失の場合には、非常停止用電源がら給電さ
れる第１電磁弁１のソレノイドコイルｂが非常停止信号
に応して励磁され、第３図に示されたようにスプール３
０ａが左方向に駆動され、ポートＰ１とポートＢ１とが
連通すると同時にポートＡ１とポートＴ１とが連通ずる
。これによって、起動停止弁シリンダー４の圧油は第２
電磁弁２のポートＡ２とＰ２及び第１電磁弁１のポート
Ａ１とＴ１を介して排出されるため、起動停止弁プラン
ジャー６はバネ５によって押し下げられる。

こうして、前述と全く同一の動作によってガイドベーン
１４が全閉される。

他方、第１電磁弁１のポートＰ１に流入した圧油は、ポ
ートＢｌを介して配圧器１５のポートＹに流入しプラン
ジャー１６を押し上げ、ポートＺより流出しランナーベ
ーン制御弁シリンダー１８に流入する。このシリンダー
１８に流入した圧油はプランジャー１９を押し上げて、
前述の全く同一の動作によりランナーベーン２９を全開
する。

こうして、ガイドベーン１４の全開及びランナーベーン
２９の全開によって水車は急停止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところか、経年変化やその他の原因によりガイドベーン
１４が全開状態になっても隣接するガイドベーン１４の
間や図示を省略した上下カバーとガイドベーン１４との
間隙等から漏水が生ずることかあり、この漏水のため水
車が完全には停止せず低速での回転を続けるという事態
が起こる。特に、大口弁のないカブラン水車の場合には
、このガイドベーン漏水により水車が完全には停止しな
いことが多い。

このような漏水に起因する水車の低速回転が続くと、水
車及び発電機の夫々の軸受メタルが損傷するという問題
が生ずる。これを詳細に説明すると、水屯発電機に設置
された推力軸受は回転速度が定格速度に達すると、安定
したくさび状の油膜を形成して回転部重量を支え、摺動
トルクを低減する。しかしながら、上述のガイドベーン
漏水量は定格流量に比べ非常に少なくガイドベーン漏水
による水車回転数は非常に低いため、水車及び発電機の
各軸受メタルの油膜が形成されず軸受メタルの損傷を招
来してしまう。

そこで、本発明の目的は、非常停止信号に応じた水車の
非常停止時にたとえガイドベーン漏水があっても水車を
確実に停止することができる水車の非常停止Ｆ装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本願の第１の発明は、非常
停止信号に応じてガイドベーンを全閉するガイドベーン
全開装置を具備する水車の非常停止装置において、上記
非常停止信号の発生から所定時間の経過後にブレーキ信
号を発生する遅延装置と、上記ブレーキ信号に応じて水
車又は発電機の回転部にブレーキを掛けるブレーキ装置
とを具備することを特徴とするものである。

この構成にあっては、上記ガイドベーンの開度に応答し
、上記ガイドベーンの全閉前には上記ブレーキ信号が上
記ブレーキ装置に伝達することを阻止する阻１ト手段を
更に具備することが好ましい。

本願の第２の発明は、ガイドベーンを全閉するガイドベ
ーン全開装置と、ランナーベーンを全開するランナーベ
ーン全開装置と、制御用電源から給電され非常停止信号
に応じて上記ガイドベーン全閉装置と上記ランナーベー
ン全開装置とを起動する第１起動ｆ段と、非常停止用電
源から給電され上記制御電源の喪失時の非常停止信号に
応じて上記ガイドベーン全閉装置と上記ランナーベーン
全開装置とを起動する第２起動手段とを具備する水車の
非常停止装置において、上記制御電源の喪失時の非常停
止信号の発生から所定時間の経過後にブレーキ信号を発
生する遅延装置と、上記ブレーキ信号に応じて水車又は
発電機の回転部にブレーキを掛けるブレーキ装置とを具
備し、上記所定時間は上記回転部が所定回転速度まで減
速されるのに要する時間に定められていることを特徴と
するものである。

この構成にあっては、上記第２起動手段は上記非常停止
用電源から給電される電磁弁を含み、この電磁弁は上記
制御電源の喪失時の非常停止信号に応じて圧油を流出し
、上記遅延装置は上記電磁弁からの圧油を受けその流量
を制御する流量調整弁とこの流量制御された圧油の流量
に応じた遅延時間を上記所定時間として作成し上記ブレ
ーキ信号を発生するタイムディレィバルブとを含むこと
が望ましい。

〔作　用〕

ガイドベーン全開装置は非常停止信号に応じてガイドベ
ーンを全開駆動する。ブレーキ装置は、非常停止信号の
発生から所定時間の経過後に遅延装置が発生するブレー
キ信号に応じて水車または発電機の回転部にブレーキを
掛けて水車を完全に停止させる。

ブレーキ装置は上記回転部の高速回転時にブレーキを掛
けるとブレーキ装置自体の損傷等を招くが、遅延装置に
より上記回転部が所定回転速度まで減速された後にブレ
ーキを掛けるため、損傷等を生ずることなく水車を実質
的に完全停止させることができる。

従って、水車はたとえガイドベーン漏水が存在してもブ
レーキ装置によって確実に停止され、ガイドベーン漏水
に起因する軸受の損傷を防止することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明による水車の非常停止装置の一実施例を
第２図及び第３図と同部分には同一符号を付して示した
第１図を参照して説明する。

第１図は水車の非常停止状態を示したもので、第１の電
磁弁１は非常停止用電源から給電され、第２、第３、及
び第４の電磁弁２．３．３１は夫々、制御電源から給電
される。第１電磁弁１は、図示を省略した圧油供給源に
接続された圧油流人ポートＰ１と、第１の起動停止弁シ
リンダー４Ａに接続されたポートＡ１と、配圧器１５の
ポートＹに接続されたポートＢ１と、図示を省略した排
油管に接続された排出ポートＴ１とを具備している。第
２電磁弁２は、図示を省略した圧油供給源に接続された
圧油流人ポートＰ２と、第２の起動停止弁シリンダー４
Ｂに接続されたポートＡ２と、プラグされたポートＢ２
と、図示を省略した排油管に接続された排出ポートＴ２
とを具備している。

第３電磁弁３は、第２図の第３電磁弁３と全く同一であ
る。第４の電磁弁３１は、図示を省略した圧油供給源に
接続された圧油流人ポートＰ４と、ポートＡ４と、プラ
グされたポートＢ４と、図示を省略した排油管に接続さ
れた排出ポートＴ４とを具備している。これらの第１、
第２、第３、及び第４電磁弁１．２．３．３１は、いず
れもソレノイドコイルイルａか励磁された時にポートＰ
とポートＡとが連通しかつポートＢとポートＴとが連通
し、他方、ソレノイドコイルイルｂか励磁された時にポ
ートＰとポートＢとが連通しかつポートＡとポートＴと
が連通ずるように構成されている。

第１起動停止弁シリンダー４Ａと第１起動停止弁プラン
ジヤー６Ａと第ルバー７Ａ、及び第２の起動停止弁シリ
ンダー４Ｂと第２起動停止弁プランジヤー６Ｂと第２レ
バー７Ｂは、夫々第２図の起動停止弁シリンダー４と第
１起動停止弁プランジヤー６と第ルバー７と同一の構成
である。

流量調整弁３２は人口ポートＳと出口ポートＵとを具備
し、この人口ポートＳは第１電磁弁１のポートＢ１に接
続されている。外部から手動操作される流量調整スピン
ドル３３は、その上下動により流量調整弁３２の人口ポ
ートＳから出口ポートＵに流れる圧油の流量を調整する
。タイムディレィバルブ３４は３個のポートＮ５ＱＳＲ
を具備し、このポートＮは流量調整弁３２の出口ポート
Ｕに接続され、ポートＲは第４電磁弁３１のポートＡ４
に接続されている。プランジャー３５はバネ３６によっ
て付勢され、ポートＮとポートＱの連通とポートＲとポ
ートＱの連通とを切換える。

配圧器３７は入口ポートＭと出口ポートＬと排出ポート
にとを具備し、この入口ポートＭはタイムディレィバル
ブ３４のポートＱに接続されている。プランジャー３８
は一端においてバネ３９によって付勢され、他端がカム
４０に当接している。

このプランジャー３８は、バネ３９によって上方に押し
上げられるとポートＭを閉止すると共にホトＬを排出ポ
ートＫに連通し、他方、カム４０によってバネ３つに抗
して押し下げられるとポートＭをポートＬに連通すると
共に排出ポートＫを閉止する。カム４０は、ガイドベー
ンリターン軸４１を介してガイドベーン駆動系に連結し
、ガイドベーン１４の全開時にプランジャー３８をバネ
３９に抗して最下点まで押し下げてポートＭをポートＬ
に連通する。

ブレーキシリンダー４２はポートＨが配圧器３７の出口
ポートしに接続され、このブレーキシリンダー４２に挿
通したブレーキピストン４３はバネ４４によって下方に
付勢されている。このブレーキピストン４３の上端には
ブレーキシュー４５が固設され、このブレーキシュー４
５はブレーキピストン４３の上昇移動によって発電機に
固着されたブレーキリング４６に当接される。

なお、起動停止弁シリンダー４Ａ、４Ｂなどはガイドベ
ーン全閉装置を構成し、配圧器１５とランナーベーン制
御弁シリンダー１８などがランナーベーン全開装置を構
成する。上記第１電磁弁１は第１起動手段を構成し、第
２及び第２電磁弁２．３は第２起動手段を構成し、流量
調整弁３２とタイムディレィバルブ３４は遅延装置を構
成する。

また、ブレーキシリンダー４２とブレーキピストン４３
とブレーキシュー４５などはブレーキ手段を構成し、配
圧器３４は少なくともガイドベーンの全閉前にはタイム
ディレィバルブ３４からの圧油がブレーキシリンダー４
２に流入することを阻止する阻止手段を構成する。

その他の構成は第２図と同一である。

次にこの実施例の作用を説明する。

制御電源から給電される第２及び第３電磁弁２．３が非
常停止信号に応じて水車を急停止する作用は、第２図の
場合と同一である。

制御電源の喪失時には、第１電磁弁１のソレノイドコイ
ルｂが非常停止信号に応じて励磁され、図示のようにポ
ートＡ１とポートＴ１とを連通し、ポートＰ１とポート
Ｂ１とを連通ずる。これによって第１起動停止弁シリン
ダー４Ａの圧油はポ）ＡＩとポートＴＩとを介して排出
され、第１起動停止弁プランジヤー６Ａはバネ５Ａによ
って押し下げられ、前述と同様にガイドベーン１４を全
開駆動する。このガイドベーン１４か全閉されると、こ
れに連動してカム４０かプランジャー３８をバネ３９に
抗して押し下げ、配圧器３７の人口ポートＭを出口ポー
トＬに連通させる。

第１電磁弁１のポートＰ１とポートＢｌを通った圧油は
、その一部か配圧器１５のポートＹに流入し、前述と同
様にランナーベーン制御シリンダ１８等を介してランナ
ーベーン２９を全開駆動する。上記ポートＢ１を通った
圧油の残部は、流量調整弁３２に流入しここで流ｆｆｉ
調整された後、タイムディレィバルブ３４のポートＮに
流入する。

このポートＮに流入した圧油は、バネ３６に抗してプラ
ンジャー３５を徐々に押し下げ所定時間後にポートＮと
ポートＱとを連通ずると同時にプランジャー３５によっ
てポートＲを閉止する。第１電磁弁１のポートＢ１から
の圧油がタイムディレィバルブ３４のポートＮに流入開
始した時点からポートＮとポートＱとの連通ずるまでの
上記所定時間、即ち遅延時間は、流量調整弁３２が調整
する流量の関数であり、この流量が大きい時に長くなり
、逆に流量が小さくなると短くなる。

ポートＱを流出した圧油は配圧器３７の人口ポートＭに
流入する。この時、配圧器３７は既にカム４０によって
人口ポートＭが出口ポートＬに連通されているので、圧
油は出口ポートＬを流出してブレーキシリンダー４２に
流入しブレーキピストン４３をバネ４４に抗して押し上
げる。これによって、ブレーキシュー４５がブレーキリ
ング４６に圧接し発電機及び水車にブレーキを掛ける。

このブレーキ力はガイドベーン漏水に起因する水車の回
転トルクよりも大きくなるように定められているので、
たとえガイドベーン漏水が存在してもこのガイドベーン
漏水に起因する水車及び発電機の低速回転を上記ブレー
キによって阻止することかできる。

なお、上記遅延時間を決定する流量調整弁３２とタイム
ディレィバルブ３４との働きは以下の通りである。即ち
、非常停止信号の発生に応じて直ちに水車にブレーキを
掛けると、水車の高速回転のためブレーキシュー４５の
損傷等が生じる。そこで、流ｆｆｉ調整弁３２とタイム
ディレィバルブ３４は、水車及び発電機の回転速度がガ
イドベーンの全開動作及びランナーベーンの全開動作に
よって上記ブレーキ動作か可能な低速度にまで低下した
後にブレーキシュー４５がブレーキリング４６に圧接す
るように遅延時間を設定している。

この遅延時間は予め設計段階に算出するか、または実験
的に求めることかできる。

また、配圧器３７の働きは、ブレーキ動作が必ずガイド
ベーン全開後に行われることを保証する、即ちガイドベ
ーン１４の全閉後にのみタイムディレィバルブ３４から
の圧油のブレーキシリンダー４２への流入を許容するこ
とである。

また、上記実施例では遅延装置とブレーキ装置とは第１
電磁弁１の作動に応動する構成であった。

しかしながら、本発明はこれに限らず遅延装置とブレー
キ装置とを第２電磁弁２の作動にも応動するように構成
することもできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ガイ
ドベーン全閉装置か非常停止信号に応じてガイドベーン
を全閉駆動し、遅延装置が非常停止信号の発生から所定
時間の経過後にブレーキ信号を発生し、ブレーキ装置が
このブレーキ信号に応じて水車または発電機の回転部に
ブレーキを掛ける構成であるため、水車の非常停止時に
はたとえガイドベーン漏水などが存在してもブレーキ装
置によって水車・発電機を確実に停止させることかでき
る。従って、ガイドベーン漏水等に起因した上記回転部
の軸受の損傷を防止することができる。

また、従来の水車の非常停止装置に遅延装置とブレーキ
装置とに追加するだけで、本発明の効果を達成すること
ができるので、既存の水車の非常停止装置を含め非常に
広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水車の非常停止装置の一実施例を
示した系統断面図、第２図及び第３図は状来の水車の非
常停止装置を示した系統断面図である。 １・・第２起動手段（第１電磁弁）、２．３・・・第１
起動手段（第２及び第３電磁弁）　、４Ａ、４Ｂ・・・
ガイドベーン全閉装置（起動停止弁シリンダー）、１４
・・・ガイドベーン、１５．１８・・・ランナ’＜−ン
全開装置（配圧器、ランナーベーン制御シリンダー）、
２つ・・・ランナーベーン、３２．３４・・・遅延装置
（流量調整弁、タイムディレィバルブ）、４２．４５・
・・ブレーキ装置（ブレーキシリンダー、ブレーキシュ
ー）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非常停止信号に応じてガイドベーンを全閉するガイ
   ドベーン全閉装置を具備する水車の非常停止装置におい
   て、上記非常停止信号の発生から所定時間の経過後にブ
   レーキ信号を発生する遅延装置と、上記ブレーキ信号に
   応じて水車又は発電機の回転部にブレーキを掛けるブレ
   ーキ装置とを具備することを特徴とする水車の非常停止
   装置。 ２、上記ガイドベーンの開度に応答し、上記ガイドベー
   ンの全閉前には上記ブレーキ信号が上記ブレーキ装置に
   伝達することを阻止する阻止手段を具備することを特徴
   とする請求項１記載の水車の非常停止装置。 ３、ガイドベーンを全閉するガイドベーン全閉装置と、
   ランナーベーンを全開するランナーベーン全開装置と、
   制御用電源から給電され非常停止信号に応じて上記ガイ
   ドベーン全閉装置と上記ランナーベーン全開装置とを起
   動する第１起動手段と、非常停止用電源から給電され上
   記制御電源の喪失時の非常停止信号に応じて上記ガイド
   ベーン全閉装置と上記ランナーベーン全開装置とを起動
   する第２起動手段とを具備する水車の非常停止装置にお
   いて、上記制御電源の喪失時の非常停止信号の発生から
   所定時間の経過後にブレーキ信号を発生する遅延装置と
   、上記ブレーキ信号に応じて水車又は発電機の回転部に
   ブレーキを掛けるブレーキ装置とを具備し、上記所定時
   間は上記回転部が所定回転速度まで減速されるのに要す
   る時間に定められていることを特徴とする水車の非常停
   止装置。 ４、上記第２起動手段は上記非常停止用電源から給電さ
   れる電磁弁を含み、この電磁弁は上記制御電源の喪失時
   の非常停止信号に応じて圧油を流出し、上記遅延装置は
   上記電磁弁からの圧油を受けその流量を制御する流量調
   整弁とこの流量制御された圧油の流量に応じた遅延時間
   を上記所定時間として作成し上記ブレーキ信号を発生す
   るタイムディレイバルブとを含むことを特徴とする請求
   項３記載の水車の非常停止装置。