JPH0350115B2 - - Google Patents

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JPH0350115B2
JPH0350115B2 JP58066020A JP6602083A JPH0350115B2 JP H0350115 B2 JPH0350115 B2 JP H0350115B2 JP 58066020 A JP58066020 A JP 58066020A JP 6602083 A JP6602083 A JP 6602083A JP H0350115 B2 JPH0350115 B2 JP H0350115B2
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JP
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guide vane
stage
pressure
pump
vane opening
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Taizo Nakamura
Katsuyuki Kawahara
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0350115B2 publication Critical patent/JPH0350115B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/18Regulating, i.e. acting automatically for safety purposes, e.g. preventing overspeed
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/91Reversible between pump and motor use

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野〕 本発明は高揚程の揚水プラントに適用される各
段部の流路が返し通路により連絡され、最高圧段
部と最低圧段部との入口側に水口開度を調節する
可動ガイドベーンを設けた多段ポンプ水車におい
て、通常の運転からの停止時や、事故時における
水車負荷しや断、ポンプ入力しや断時における多
段ポンプ水車の保護制御方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般的に、水車やポンプ水車の運転はランナの
外周部に設けた可動ガイドベーンの開度を制御し
てランナを流通する水量を調節している。また、
多段ポンプ水車においても同様に、各段部のラン
ナの外周部に設けた可動ガイドベーンの開度を最
適位置に調節して運転する。
第1図はフランシス形2段ポンプ水車の構成図
であり、1は下段部ランナ、2は下段部可動ガイ
ドベーン、3は上段部ランナ、4は上段部可動ガ
イドベーンであり、これら上段部と下段部は返し
通路5によつて連絡されている。また、6はケー
シング、7は入口弁、8は水圧鉄管、9は吸い出
し管である。
このような構成の2段ポンプ水車において、水
車運転の場合は水圧鉄管8から入口弁7を経て、
ケーシング6に流入する水は上段部可動ガイドベ
ーン4、上段部ランナ3を通り、返し通路5を経
て、下段部可動ガイドベーン2、下段部ランナ1
を通過して吸い出し管9から図示しない放水路に
流出する。
一方、ポンプ運転の場合は、下段部ランナ1に
より揚水される水は、前記の水車運転の場合と逆
の順路を経て図示しない上部ダムに揚水される。
ところで通常の運転から停止する場合や、事故
時の水車負荷しや断、ポンプ入力しや断時には可
動ガイドベーンを速やかに閉制御させることが必
要であるが、可動ガイドベーンを閉じることによ
つて流量が変化するので、水圧鉄管8では流量変
化によるウオータハンマ現象による水圧変動が誘
発され、その圧力波は各流路部に波及してくる。
この圧力波は主に流路中で最も管路が縮小されて
いる部分で反射されてその外側の流路部に伝わ
る。このため水圧変動が異常に大きい場合は流路
部が損傷を受けたり、破損につながる恐れがあ
る。特に、2段ポンプ水車のように複雑流路形状
を成している返し通路5においては構造強度も弱
くなりがちであり重要な問題である。従つてこの
返し通路5に圧力波が直接加わらない様な安全確
実なる制御方法が必要である。
第2図は正常状態における停止制御手順を示す
ブロツク図であり、第3図、第4図にこの場合の
2段ポンプ水車の特性図を示す。第3図、第4図
に示すG4は上段部の可動ガイドベーン開度特
性、G2は下段部の可ガイドベーン開度特性、I
7は入口弁開度特性、P5は返し通路水圧変動特
性、P6はケーシング水圧変動特性、P8は水圧
鉄管水圧変動特性である。
今、第2図に示すようにに主機の停止制御部A
から停止指令が出されると、上段部可動ガイドベ
ーン4と下段部可動ガイドベーン2とが上段部可
動ガイドベーン閉制御部B、下段部可動ガイドベ
ーン閉制御部Cにより一斉に閉制御されるが、こ
の場合上段部可動ガイドベーン4、下段部可動ガ
イドベーン2の順で若干の時間をおいて順次閉制
御され、上段部可動ガイドベーン4が全閉すると
入口弁閉制御Dにより入口弁7を閉制御する。こ
の時の水圧変動は流路内の管路が縮小される上段
部及び下段部可動ガイドベーン4,2の外側、即
ちケーシング6の流路部及び返し通路5にかか
り、ケーシング6の流路部の水圧変動P6は上段
部可動ガイドベーン4の開度特性G4により変化
し、返し通路5の流路部の水圧変動P6は下段部
可動ガイドベーン2の開度特性G2により変化す
る。
このように上段部可動ガイドベーン4と下段部
可動ガイドベーン2とが一斉か、若干の時間をお
いて順次閉制御された場合には、ウオータハンマ
現象による水圧鉄管8からの水圧変動による圧力
波は主にケーシング6の流路部にかかるが、返し
通路5には直接かからず、定常運転時の落差ある
いは揚程の下段部ランナが分担する圧力がかかつ
ているだけである。
次に停止制御の過程において、上段部可動ガイ
ドベーン4または下段部可動ガイドベーン2の閉
制御に不具合現象が発生した場合について第5図
の特性図により説明する。主機の停止制御が開始
されて上段部可動ガイドベーン4と下段部可動ガ
イドベーン2の一斉閉制御又は順次閉制御装置に
不具合が発生し、上段部可動ガイドベーン4の閉
鎖が遅くなつたり、下段部可動ガイドベーン2の
閉鎖が速くなると、下段部可動ガイドベーン開度
G2が上段部可動ガイドベーン開度G4より小さ
くなる。このような状態になると、水圧変動の波
及はケーシング6の流路部から下段部可動ガイド
ベーン2の外側の流路部、即ち返し通路5に移動
し、水圧変動P5は下段部可動ガイドベーン2が
全閉する迄継続することになる。
〔発明の目的〕
第1の発明の目的は、多段ポンプ水車の停止制
御過程において、最低圧段部のガイドベーン開度
が最高圧段部のガイドベーン開度以下になつた時
に最低圧段部側の可動ガイドベーンの制御機能に
不具合が発生した場合でも、ポンプ水車の最高圧
段部以外の各段部に異常圧力を印加することのな
い安全且つ確実な多段ポンプ水車の保護制御方法
を提供するにある。
また、第2の発明の目的は、多段ポンプ水車の
停止制御過程において、最低圧段部のガイドベー
ン開度が最高圧段部のガイドベーン開度以下にな
つた時に最高圧段部の可動ガイドベーンの制御異
常時に、又は最高圧段部および最低圧段部の可動
ガイドベーンの制御の両者に異常が発生した場合
でも、多段ポンプ水車の各段部に異常圧力を印加
することのない安全且つ確実な多段ポンプ水車の
保護制御方法を提供するにある。
〔発明の概要〕
第1の発明は上記目的を達成するため、最低圧
段部から最高圧段部までの各段にランナを備え、
各段部の流路が返り通路によつて連絡され且つ前
記最高圧段部と前記最低圧段部との各段部の入口
側に水口開度を調節する可動ガイドベーンを設け
た多段ポンプ水車において、水車負荷しや断、ポ
ンプ入力しや断時あるいは水車・ポンプの運転停
止の際、前記最低圧段部のガイドベーン開度が前
記最高圧段部のガイドベーン開度以下になつた時
に少なくとも前記最低圧段部のガイドベーン開度
を固定し、しかる後前記返り通路の水圧変動があ
らかじめ定めた規定圧力以下になつたことを条件
に前記ガイドベーン開度の固定を解除して再度閉
制御することを特徴としている。
また、第2の発明は上記目的を達成するため、
最低圧段部から最高圧段部までの各段にランナを
備え、各段部の流路が返り通路によつて連絡され
且つ前記最高圧段部と前記最低圧段部との各段部
の入口側に水口開度を調節する可動ガイドベーン
を設けた多段ポンプ水車において、水車負荷しや
断、ポンプ入力しや断時あるいは水車・ポンプの
運転停止の際、前記最低圧段部ののガイドベーン
開度が前記最高圧段部のガイドベーン開度以下と
なつた時に両ガイドベーン開度位置を固定すると
同時に前記最高圧段部にケーシングを介して連結
された水圧鉄管に有する入口弁を閉制御し、この
入口弁が全閉になつたことを条件に再び前記両ガ
イドベーンを閉制御するか又は何れか一方のガイ
ドベーンを閉制御することを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図、第6図、第7
図を参照して説明する。本実施例では第1図に示
すように最高圧段部と最低圧段部との流路を連絡
する返り通路部にこの返し通路の水圧を検出する
水圧検出器10を設け、その検出信号を、停止
指令制御装置11からの停止指令により始動する
保護制御装置12に入力し、その制御信号、
を上段部ガイドベーン4および下段部ガイドベー
ン2の操作機構部に入力する構成とするものであ
る。
第6図は保護制御装置12によるポンプ水車の
停止制御手順を示すブロツク図であり、以下その
制御手順に従つて作用を説明する。
今第1図において保護制御装置12に、返し通
路圧力検出器10から検出信号が、また、停止指
令制御装置11から停止指令がそれぞれ入力され
ると、上段部ガイドベーン閉制御部B、下段部ガ
イドベーン閉制御部Cは上段部可動ガイドベーン
4、下段部可動ガイドベーン2に対してそれぞれ
制御信号を出力する。この場合停止指令制御装置
11より主機の停止指令が出されると、上段部可
動ガイドベーン4と下段部可動ガイドベーン2は
返し通路圧力検出器10の検出信号が規定値より
も大きいか小さいかによつてそれぞれ特性G4及
びG2の様に一斉閉制御或いは順次閉制御が行な
われる。すなわち、水圧変動はケーシング6に特
性P6の様に加えられる。このとき、上段部可動
ガイドベーン4の閉鎖速度が遅くなるか、下段部
可動ガイドベーン2の閉鎖速度が速くなる等の不
具合が発生すると、下段部可動ガイドベーン開度
G2が上段部可動ガイドベーン開度G4より小さ
い状態となり、水圧変動がケーシング6から返し
通路5に水圧特性P5の様に移動する。そこで、
返し通路圧力検出器10によりこの水圧変動を検
出し、その返し通路部の圧力が規定値以上になつ
たことを判定部Eにより判定されると下段部ガイ
ドベーンオフ指令部Fにより下段部可動ガイドベ
ーン2の閉制御が中止され、そのときの下段部可
動ガイドベーン2の開度を固定する。他方、上段
部可動ガイドベーン4の閉制御は継続されるの
で、上段部可動ガイドベーン開後G4が下段部可
動ガイドベーン開度G2より小開度となり、水圧
変動は返し通路5よりケーシング6の流路部へ移
動して返し通路5の圧力が低下する。そのときの
返し通路の圧力を返し通路圧力検出器10により
検出しその返し通路の圧力が規定値以下になつた
ことを判定部Gで判定されると下段部可動ガイド
ベーンオン指令部Hにより再度下段部可動ガイド
ベーン2を閉制御する。従つてウオータハンマ現
象による水圧変動のうち、返し通路5が許容出来
る規定圧力しか印加されないことになる。なお、
第7図においては、下段部可動ガイドベーン2の
閉鎖速度が早くなつた例で示したが、上段部可動
ガイドベーン4に不具合が発生し閉鎖速度が遅く
なつた場合でも同様な制御が出来る。
以上のことから明らかなように本実施例では返
し通路5に返し通路圧力検出器10を追加するの
みで、上段部可動ガイドベーン4及び下段部可動
ガイドベーン2の閉制御に不具合が発生した場合
でも、下段部可動ガイドベーン開度を一時固定す
ることにより返し通路5に過大な水圧変動を与え
ることなく主機を停止制御させることが出来るの
で、複雑な流路形状をなす返し通路5に対して機
械的な安全性を確保した保護制御が可能となる。
また上記実施例を多段ポンプ水車に適用するこ
とにより返し通路部及び下段部ガイドベーン、下
段部ランナ等の機械的な応力が上段部ランナ、上
段部ガイドベーン、ケーシング等に較べて充分低
くとれるので多段ポンプ水車を設計するに際して
も経済的に大きく貢献するものとなる。
次に本発明の他の実施例について説明する。
前述した実施例では上段部及び下段部の両可動
ガイドベーンの閉制御の不具合を返し通路の水圧
検出によつて行なつたが、可動ガイドベーンの開
度を監視することにより前述と同等の保護制御が
行なえるものである。以下第8図乃至第10図に
よりその実施例について述べる。すなわち、第1
図と同一部分には同一符号を付して示す第8図の
ように上段部ガイドベーン4、下段部ガイドベー
ン2及び入口弁7に対応させて上段部ガイドベー
ン開度検出器13、下段部ガイドベーン開度検出
器14、入口弁開度検出器15をそれぞれ設け、
その各開度検出信号、、を、停止指令制御
装置11からの停止指令により始動する保護制御
装置12に入力し、その制御信号、、を上
段部ガイドベーン4、下段部ガイドベーン2及び
入口弁7の操作機構部に入力する構成とするもの
である。
第9図は保護制御装置12によるポンプ水車の
停止制御手順を示すブロツク図であり、以下その
制御手順に従つて作用を説明する。停止指令制御
装置11から保護制御装置12に主機停止指令が
出されると、上段部ガイドベーン閉制御部Bによ
り第10図に示すように上段部ガイドベーン4は
特性G4の如く下段部ガイドベーン開度Gより先
行した閉制御が行なわれ、また下段部ガイドベー
ン2は下段部ガイドベーン制御部Cにより特性G
2のように上段部ガイドベーン開度よりも大きく
なるように閉制御が行なわれる。この場合の水圧
変動はケーシング6に特性P6のように加えられ
る。次に上段部ガイドベーン4が時間t1で渋滞状
態になると、時間経過に従つて下段部ガイドベー
ン2の開度G2は上段部ガイドベーン開度G4に
近づいてくる。時間t2において、下段部ガイドベ
ーン開度G2が上段部ガイドベーンG4に等しく
なつたことが判定部Jにより判定されると上段部
及び下段部ガイドベーンオフ指令部I,Kにより
上段部及び下段部ガイドベーン閉制御を中止する
と同時に入口弁閉制御部Dにより入口弁7を閉制
御する。従つて、水圧変動はケーシング6から水
圧鉄管8に特性P8のように移動する。以下入口
弁全閉を条件にして下段部ガイドベーンオン指令
部Mにより下段部ガイドベーン2の閉制御を再び
行ない、下段部ガイドベーン2は全閉する。従つ
て水圧変動は返り通路5に直接に加えられないこ
とになる。なお第10図は上段部ガイドベーン4
が途中で渋滞状態となつた例で示したが、下段部
ガイドベーン2に不具合が発生して上段部ガイド
ベーン4の開度に近づいた場合でも同等の制御が
出来る。この場合には最終的に上段部ガイドベー
ンオン指令部Lにより上段物ガイドベーン4が全
閉となる。
以上のことから明らかなように本実施例によれ
ば上段部ガイドベーン4や、下段部ガイドベーン
2の閉制御に不具合が発生した場合でも両ガイド
ベーン開度を固定し、入口弁7を閉制御すること
によつて、返し通路5に水圧変動を直接与えるこ
とが無くなり、したがつて複雑な流路形状を成す
返し通路5に対して機械的安全性を確保した保護
制御が可能となる。
なお、前述した各実施例においては2段ポンプ
水車について説明したが、一般の多段ポンプ水車
に対しても前述同様にして適用実施出来ることは
云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように第1の発明によれば、水車負
荷しや断、ポンプ入力しや断時あるいは水車・ポ
ンプの運転の際、最低圧段部のガイドベーン開度
が最高圧段部のガイドベーン開度以下になつた時
に少なくとも最低圧段部のガイドベーンの開度を
固定し、しかる後各段部の流路を連絡する返り通
路の水圧変動があらかじめ定めた規定圧力以下に
なつたことを条件に前記ガイドベーン開度の固定
を解除して再度閉制御を行なうようにしたので、
最低圧段部側のガイドベーン制御機能に下具合が
発生した場合でも最高圧段部のガイドベーン閉制
御は継続しており、多段ポンプ水車へ流入する水
は最高圧段部の可動ガイドベーンでしや断される
ことになる。従つて、ポンプ水車の最高圧段部以
外の各段部に異常圧力が加わるようなことがなく
なる。
また、第2の発明によれば、水車負荷しや断、
ポンプ入力しや断時あるいは水車・ポンプの運転
停止の際、最低圧段部のガイドベーン開度が最高
圧段部のガイドベーン開度以下となつた時に両ガ
イドベーン開度位置を固定すると同時に最高圧段
部にケーシングを介して連結された水圧鉄管に有
する入口弁を閉制御し、この入口弁が全閉になつ
たことを条件に再び前記両ガイドベーンを閉制御
するか又は何れか一方のガイドベーンを閉制御す
るようにしたので、最高圧段部の可動ガイドベー
ンの閉制御異常時に、又は最高圧段部および最低
圧段部のガイドベーン制御の両者に異常が発生し
た場合でも多段ポンプ水車の各段部に異常圧力が
加わるようなことがなくなる。
よつて、多段ポンプ水車を安全且つ確実に保護
制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を適用する2段ポン
プ水車を示す構成図、第2図は第1図に示すポン
プ水車の正常運転における停止時の制御手順を示
すブロツク図、第3図および第4図は同じく正常
運転における停止時の特性図、第5図は異常運転
における停止時の特性図、第6図は本発明の一実
施例における停止時の制御手順を示すブロツク
図、第7図は同実施例による停止時の特性図、第
8図は本発明の他の実施例を適用する2段ポンプ
水車を示す構成図、第9図は本発明の他の実施例
における停止時の制御手順を示すブロツク図、第
10図は同実施例による停止時の特性図である。 1…下段部ランナ、2…下段部可動ガイドベー
ン、3…下段部ランナ、4…上段部可動ガイドベ
ーン、5…返し通路、6…ケーシング、7…入口
弁、8…水圧鉄管、9…吸い出し管、10…返し
通路圧力検出器、11…停止指令制御装置、12
…保護制御装置、13,14…上段部、下段部ガ
イドベーン開度検出器、15…入口弁開度検出
器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 最低圧段部から最高圧段部までの各段にラン
    ナを備え、各段部の流路が返り通路によつて連絡
    され且つ前記最高圧段部と前記最低圧段部との各
    段部の入口側に水口開度を調節する可動ガイドベ
    ーンを設けた多段ポンプ水車において、水車負荷
    しや断、ポンプ入力しや断時あるいは水車・ポン
    プ運転停止の際、前記最低圧段部のガイドベーン
    開度が前記最高圧段部ガイドベーン開度以下にな
    つた時少なくとも前記最低圧段部のガイドベーン
    開度位置を固定し、しかる後前記返り通路の圧力
    が所定の圧力よりも下がつたことを条件に前記ガ
    イドベーン開度の固定を解除して再度閉制御する
    ことを特徴とする多段ポンプ水車の保護制御方
    法。 2 最低圧段部のガイドベーン開度が最高圧段部
    ガイドベーン開度以下になつたことの判定は返し
    通路の水圧を検出する水圧検出器からの検出信号
    とあらかじめ定められた規定値との比較により行
    なう特許請求の範囲第1項記載の多段ポンプ水車
    の保護制御方法。 3 最低圧段部のガイドベーン開度が最高圧段部
    ガイドベーン開度以下になつたことの判定は、最
    低圧段部ガイドベーン開度検出器および最高圧段
    部ガイドベーン開度検出器からの検出信号の比較
    により行なう特許請求の範囲第1項記載の多段ポ
    ンプ水車の保護制御方法。 4 最低圧段部から最高圧段部までの各段部にラ
    ンナを備え、各段部の流路が返り通路によつて連
    絡され且つ前記最高圧段部と前記最低圧段部との
    各段部の入口側に水口開度を調節する可動ガイド
    ベーンを設けた多段ポンプ水車において、水車負
    荷しや断、ポンプ入力しや断時あるいは水車・ポ
    ンプ運転停止の際、前記最低圧段部のガイドベー
    ン開度が前記最高圧段部ガイドベーン開度以下と
    なつた時両ガイドベーン開度位置を固定すると同
    時に前記最高圧段部にケーシングを介して連結さ
    れた水圧鉄管に有する入口弁を閉制御し、この入
    口弁が全閉になつたことを条件に再び前記両ガイ
    ドベーンを閉制御するか又は何れか一方のガイド
    ベーンを閉制御することを特徴とする多段ポンプ
    水車の保護制御方法。
JP58066020A 1983-04-14 1983-04-14 多段ポンプ水車の保護制御方法 Granted JPS59192868A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58066020A JPS59192868A (ja) 1983-04-14 1983-04-14 多段ポンプ水車の保護制御方法
DE8484302484T DE3468487D1 (en) 1983-04-14 1984-04-11 A method of stopping a multi-stage hydraulic machine
EP84302484A EP0123480B1 (en) 1983-04-14 1984-04-11 A method of stopping a multi-stage hydraulic machine
US06/599,773 US4578017A (en) 1983-04-14 1984-04-13 Method for stopping a multi-stage hydraulic machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58066020A JPS59192868A (ja) 1983-04-14 1983-04-14 多段ポンプ水車の保護制御方法

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Publication Number Publication Date
JPS59192868A JPS59192868A (ja) 1984-11-01
JPH0350115B2 true JPH0350115B2 (ja) 1991-07-31

Family

ID=13303825

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