JPH04191468A - 可動羽根水車の最適運転設定方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水力発電所の可動羽根水車に於いて、運転時の
ガイドベーン開度とランナ羽根角度の最適組合せ位置を
求める可動羽根水車の最適運転調整方法及び最適運転状
態を監視する最適運転状態監視装置に関する。

（従来の技術） 可動羽根水車の概略の構成を第９図に示す。

本図に於いて水圧鉄管路より導かれた流水はケーシング
１に入り、流水量の調整が可能なように油圧又は他の動
力で開閉機構が接続されたガイドベーン２を通り、ラン
ナ３に複数個配備され、油圧又は他の動力で開閉可能な
ランナ羽根４に作用し、ドラフトチューブ５を通り図示
しない放水路へ排呂される。

この様な水車の場合、運転時の使用水量に応じてランナ
羽根４の角度とガイドベーン２の開度のそれぞれを最適
な組合せで運転する必要がある。

これは、ガイドベーン２によって調整された流水量に応
じてランナ羽根角度を開閉させ、ランナ羽根出力端に於
いて絶対流速のベクトルを垂直方向に向かせ、ランナ羽
根４を出た流水が旋廻成分を有する事がない様にする必
要がある為である。

第６図にランナ羽根出口端に於ける流速のベクトル線図
を示す。図中に於いて、ランナ羽根周速度成分Ｕは一定
であり、又ランナ３から流出する絶対流速成分Ｖはラン
ナ羽根４の出口角度の方向ベクトルを有する。第６図（
Ａ）は相対流速成分が垂直方向を向いており、旋廻成分
を有しない最適組合せ状態を示している。第６図（Ｂ）
はランナ羽根角度が過量状態であり、効率低下を招きド
ラフトチューブ内に大きな渦が発生し、振動騒音が過大
になり、特に主軸の水車の回転速度より遅い周期での振
れが大きく不安定な運転状態となる。−方、第６図（Ｃ
）の状態はランナ羽根角度が過小であり、同様に効率低
下を供ない振動や騒音が過大となり第６図（Ｂ）と同様
な現象が生しる。

従来、ランナ羽根角度とガイドベーン開度との適正な組
合せを求める方法として、インデックス試験法（指数法
）による水車の相対効率曲線を行ない最適な組合せを求
めていた。

すなわち、現地発電所に於いて、水車入ロ圧力Ｈ１水車
吸出し高さＨ２、水車流量Ｑ、ガイドベーン開度ａ、ラ
ンナ羽根角度θ及び発電機出力Ｐ６を測定する。このう
ち水車流量は一般的にケーシングに設置されたピエゾメ
ータタップの圧力差ガを計測することにより、 Ｑ＝Ｊメ で相対流量として求める事が出来る。又有効落差Ｈは、 Ｈ＝　Ｈｌ−Ｈ２ となり、水車出力は、Ｐ＝ＰＧ／η６となる。ここで、
ηＧは発電機効率である。

従って、水車の相対効率εは、 で求める事が出来る。

次に、この試験に於いて最適組合せを求める方法につい
て述べる。先ず、ガイドベーン開度ａを任意な開度ａ０
に固定する。次にランナ羽根角度を０１、に固定し、前
記した各部の測定を実施し水車効率εを求める。次にラ
ンナ羽根角度をθ、２に調整し同様に測定を行い、この
様な作業を羽根角度４〜５種類について行う。そして、
ガイドベーン開度をａ２に調整し同様な作業を次々行な
う。この様にしてガイドベーン開度を４〜６種類につい
て行ない、それぞれのガイドベーン開度ａについて水車
相対効率ε、水車出力Ｐ及びランナ羽根角度を求め、第
８図に示す線図を作成する。この図に於いて、それぞれ
９力イトベーン開度ａの相対効率曲線を包絡する最適効
率曲線ε。を描く。次に、任意のガイドベーン開度ａ１
〜ａ４　のＥ０曲線が接するランナ羽根角度を図中の２
〜０曲線に下ろし。

羽根角度θ、〜θ、を求める。この時のガイドベーン開
度ａ０〜ａ４に対応する最適組合せ羽根角度がθ、〜θ
４となり、第７図に示す最適組合せ曲線２（一般にオン
カム曲線と呼ばれている）が決定される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このようなインデックス試験法による効率試
験でガイドベーン開度とランナ羽根角度の最適組合せ決
定する方法では、試験時に多大の人力が必要となり、又
測定データを解析する手間が必要となり、最適組合せに
長時間を必要としていた。又、決定された組合せ状態も
長時間に於ける運転による狂いが発生しても運転中に発
見する事ができなかった。

本発明は可動羽根水車のガイドベーン開度とランナ羽根
角度の最適組合せ設定値を現地に於ける効率試験に依ら
ず、簡便で短時間に於いて求める事が出来、又、求めら
れた各種データを基に水車の運転中の異常監視する方法
を提供するものである。

〔発明の構成〕

（１１１題を解決するための手段） 本発明の可動羽根水車の最適運転調整方法は。

水車軸に対向して９０°の位相差を持たせて軸振れ測定
センサーを配置し、この二つのセンサー出力により軸振
れリサージュ計測する軸振れ解析装置−を設け、水車の
ガイドベーンを所定の開度に固定しランナ羽根角度を開
方向又は閉方向に調整せしめ、前記軸振れ解析装置によ
る軸振れリサージュが最小となる羽根角度をあらかじめ
固定されたガイドベーン開度との最適位置とせしめるも
のである。

また、本発明の可動羽根水車の最適運転状態監視装置は
、軸振れの周波数及びリサージュの水平方向及び垂直方
向の大きさとその時のガイドベーン開度とを設定入力デ
ータとし、通常の運転に於いて軸振れ解析装置より計測
される計測値と対比せしめ設定データより過大の軸振れ
入力及び回転速度より低い周波数が検出された場合、警
報又は主機を停止させるようにしたものである。

（作　用） 本発明では、あるガイドベーン開度にガイドベーンを固
定し、ランナ羽根角度を変化せしめ。

ドラフトチューブ内に渦流が発生しない状態で、かつ回
転速度より遅い周期の軸の振れまわりが最小の状態であ
るときを最適組合せと設定する。また最適運転状態の監
視は、最適組合せの設定値と比較し１回転同期以下の周
波数成分が発生した場合、および軸振れの直行２方向の
振れの大きさがそれぞれ最適組合せ位置を決定した時の
値より増大した場合を基準として異常状態を知るように
する。

（実施例） 以下１本発明の一実施例を説明する。本発明では可動羽
根水車のガイドベーン開度とランナ羽根角度の最適組合
せを求めるにあたって、水車の特性を利用する。

すなわち、第６図に示す如く水車はガイドベーン開度と
ランナ羽根角度の最適組合せ状態を逸脱するとランナ下
に渦流が発生するので、この渦流によりランナ全体が振
られ、水車軸に過大な振れを生じせしめる事になる。特
に可動羽根水車の場合１回転体が第５図に示す様に軸系
の先端に比較的重量があり又渦流の影響を受は易いラン
ナを保持している為、軸振れが発生しやすい。そこで。

本発明ではこの様な水車の特性を考慮し任意のガイドベ
ーン開度にガイドベーンを固定し、ランナ羽根角度を変
化せしめ、ドラフトチューブ内に渦流が発生しない状態
で、かつ回転速度より遅い周期の軸の振れまわりが最小
の状態であるときを最適組合せと設定する。

第１図（Ａ）、　（Ｂ）に本発明の一実施例の構成を示
す。先ず、水車軸６に対向して２ケ（Ｘ方向、Ｙ方向）
の軸振れ計測センサー７．８を９０°の位相差を持たせ
て配置せしめる。

それぞれの軸振れ計測センサー７．８は出力増幅器９を
介してその出力は軸振れ解析装置１０に接続せしめる。

更に調整後の運転監視として調整時　。

に決定されたデータを記憶するメモリー装［１１及び運
転中のデータと調整時のデータを対比させ異常の有無を
判別する演算装置１２と異常発生を知らしめる警報出力
装置１３によって構成される。

軸振れ解析装置１０では第２図に示すＸ方向、Ｙ方向の
軸振れの状態が記録される。これらの図から同一時間に
於けるＸ方向、Ｙ方向の振れ量をそれぞれ円グラフ上に
点記していくと、第３図に示す軸振れのりサージュを描
くことが出来る。リサージュは軸振れ解析装置１０によ
り演算出力され、軸振れ解析装置１０に内蔵せる８力装
置又は別置された８力装置にて出力せしめる。　− 次にガイドベーン開度を任意の開度ａ１に固定し、ラン
ナ羽根角度を任意の角度に調整せしめ、軸振れリサージ
ュが最小になる時のランナ羽根角度θ１を求める。第４
図（Ａ）、　（Ｂ）に実機に於けるリサージュの状態を
示す。第４図（Ａ）はガイドベーン開度とランナベーン
角度の組合せが不適切で回転速度より遅い周期で発生す
る渦流の影響を受けて軸の大きな振れまわり現象が発生
している。第４図（Ｂ）は最適な組合せ状態を示してお
り、リサージュが小さく単純な形状を示している。この
様にして、次々とガイドベーン開度を別位置に固定し、
それぞれのガイドベーン開度に於いてリサージュか最小
になるランナ羽根角度を選択すれば。

第７図に示す最適組合せ曲Ｉｉ！ｚを得る事が出来る。

次に、上記の方法によって求められたガイドベーン開度
、ランナ羽根角度リサージュ図のＸ方向の大きさやＸ方
向の大きさ及び軸振れの周波数を入力データとして記憶
させ運転に入る。運転中に発生する軸振れの大きさを監
視し、調整時に採取した入力データと対比を行ない、も
し運転時のデータが記憶データを越えたり、回転速度よ
り遅い振れまわり成分が検出された場合、異常状態が発
生した事になり警報を発するか、その差があらかじめ決
めたレベル以上である場合、主機を停止せしめる。

以上の様にこの実施例でのガイドベーン開度とランナ羽
根角度の最適組合せ点を求める方法では、小数の人員で
しかも短時間に最適運転状態を決定する事が出来又採取
されたデータをそれまま監視データの基準とする事が出
来るから、信頼性の高い運転監視が可能となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、短時間で確実な可動羽根
水車のガイドベーン開度とランナ羽根角度の最適組合せ
を求め調整する事が出来る。この事から不適切な組合せ
によって生じる軸系の振動過大現象を回避する事が出来
、軸振れ過大によって生じる軸受の損傷や寿命の短縮を
防止するばかりでなく、ランナ羽根が固定側リングに接
触する重大事故防止にも大きく寄与する。又１本発明に
よる運転監視方法および装置により水車運転中に生じた
不具合も最小の内に発見する事が出来、重大事故への進
展も未然に防止出来る等、多大の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、　（Ｂ）は本発明の一実施例を示す構成
図、第２図は軸振れ解析装置で測定された軸振れの状態
を９０°位相を持って配置されたセンサＸ方向、Ｘ方向
について示す特性図、第３図は２個のセンサーによって
集録されて得られるリサージュ図、第４図（Ａ）は実機
水車によって記録された組合せ不適切な状態を示すリサ
ージュ図、第４図（Ｂ）は適正組合せを示すリサージュ
図、第５図は可動羽根水車の軸系のドラフトチューブ内
に発生した渦流の説明図、第６図（Ａ）、　（Ｂ）、　
（Ｃ）は第５図に示される渦流の発生原因を示すランナ
羽根呂口端に於ける流速ベクトル図、第７図は最適組合
せ曲線の特性図、第８図は従来実施されている最適組合
せを求めるインデックス試験を示す説明図、第９図は可
動羽根水車の構成図である。 １・・ケーシング　　　　２・・・ガイドベーン３・・
ランナ　　　　　　４・・・ランナ羽根５・・・ドラフ
トチューブ　６・・・水車軸７・・・軸振れ計測センサ
Ｘ方向 ８・・・軸振れ計測センサＸ方向 ９・・・増幅器　　　　　　１０・・軸振れ解析装置１
１・・メモリー装置　　　１２・・・演算装置１３・・
警報出力装置　　　１４・・・水平軸受け１５・発電機 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 第１図 第２図 第３図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　ＣＢ）第４図 第５図 （Ａ）　　　　　　（８）　　　　　　　”第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動羽根水車のガイドベーン開度とランナ羽根角
   度との最適組合せで運転する可動羽根水車の最適運転調
   整方法において、水車軸に対向して９０゜の位相差を持
   たせて軸振れ測定センサーを配置し、この二つのセンサ
   ー出力により軸振れリサージュ計測する軸振れ解析装置
   を設け、水車のガイドベーンを所定の開度に固定しラン
   ナ羽根角度を開方向又は閉方向に調整せしめ、前記軸振
   れ解析装置による軸振れリサージュが最小となる羽根角
   度をあらかじめ固定されたガイドベーン開度との最適位
   置とせしめる可動羽根水車の最適運転調整方法。
2. （２）前記軸振れの周波数及びリサージュの水平方向及
   び垂直方向の大きさとその時のガイドベーン開度とを設
   定入力データとし、通常の運転に於いて軸振れ解析装置
   より計測される計測値と対比せしめ設定データより過大
   の軸振れ入力及び回転速度より低い周波数が検出された
   場合、警報又は主機停止指令を発する事を特徴とした可
   動羽根水車の最適運転状態監視装置。