JPH04298686A - 水力機械の発電起動装置及び発電起動方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水車やポンプ水車等の水
力機械の発電起動装置及び発電起動方法に係り、特に発
電起動時にランナの回転速度と可動式の案内羽根の開度
との関係を最適に制御した水力機械の発電起動装置及び
発電起動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】可動式の案内羽根を有する水力機械は、
一般に案内羽根を開口してランナに圧力水を導入して水
車起動、即ち発電起動を行う。

【０００３】図４は一般的な可動案内羽根を有する水力
機械を示したもので、導水管１からの圧力水は入口弁２
を通ってケーシング３に流入し、可動式の案内羽根４を
介してランナ５に流入し、これを回転駆動し吸出し菅６
から放出される。この水力機械の発電起動時には、最初
に入口弁２を開口して圧力水をケーシング３内に充水し
、この後に案内羽根４を開口することによりランナ５の
回転を開始させる。

【０００４】定常運転状態では図５に示したようにラン
ナ羽根７は比較的大きな周速度Ｕで回転しているので、
圧力水が案内羽根４から絶対流速Ｖでランナ５に流入す
ると、圧力水は周速度Ｕと絶対流速Ｖとの相対速度Ｗで
ランナ羽根７に流入する。この相対速度Ｗは定常運転状
態ではランナ羽根７に沿った方向になるように設計され
ているため、圧力水はランナ羽根７にスムーズに流入す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の水力
機械は発電起動時にはランナ５は静止または低速回転で
あり、図６に示したようにランナ羽根７の周速度Ｕが非
常に小さいため、相対速度Ｗの方向はランナ羽根７にほ
ぼ垂直になり、羽根面に大きな衝撃力が作用する。

【０００６】図７は実際の水力機械の起動時におけるラ
ンナ羽根の付根部に作用する応力の測定結果を示したも
ので、ランナ５の回転速度が小さい起動時にはランナ羽
根の付根部に大きな応力が作用していることが分る。こ
のような大きな応力が発電起動時ごとに作用するとラン
ナ５の破損を招来するといった問題がある。また高落差
の水力機械では、運転中のランナ羽根の付根部に作用す
る繰り返し応力が大きく、これに加えて起動時の案内羽
根４からの水流が高速であるため、ランナ羽根の受ける
衝撃力も大きく、ランナの疲労強度が低下し疲労破壊や
破損を招来するといった問題がある。

【０００７】本出願人はこの問題を解決した水力機械の
水車起動方法を特願平　　−号に提案している。この水
力機械の水車起動方法は水車起動時に入口弁をバイパス
するバイパス管及び案内羽根を介して少量の圧力水をラ
ンナに導入し、ランナを所定の回転速度まで予め回転さ
せるものである。しかしながら、案内羽根を介して圧力
水をランナに導入する限り、静止状態のランナを回転す
るのにかなり大きな力が必要になるため、応力の充分な
抑制が困難であり、かつ上記所定の回転速度までランナ
速度を上昇するのに比較的多くの時間を要し、起動時間
が長くなるといった問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は水力機械の発電起
動時にランナ羽根に作用する応力を充分に低減すること
ができると共に、発電起動を比較的短時間で行うことが
できる水力機械の発電起動装置及び発電起動方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による水力機械の発電起動装置は、可動式の案
内羽根と、この案内羽根を開閉駆動する案内羽根開閉装
置と、上記案内羽根によって流量制御された圧力水によ
って回転されるランナとを具備した水力機械において、
発電起動信号に応じて上記ランナを発電方向に電動的に
回転駆動する電動駆動装置と、この電動駆動装置によっ
て回転駆動された上記ランナの回転速度を検出する回転
速度検出器と、この回転速度検出器の検出出力に基づき
上記案内羽根開閉装置を介して上記案内羽根の開度を大
きくする制御装置とを具備することを特徴とするもので
ある。

【００１０】本発明による水力機械の発電起動方法は、
入口弁と、可動式の案内羽根と、上記案内羽根によって
流量制御された圧力水によって回転されるランナとを具
備した水力機械の水車起動方法において、起動指令に応
じて上記入口弁を開弁する開弁工程と、電動駆動装置に
よって上記ランナを発電方向に電動的に回転駆動する回
転駆動工程と、上記回転駆動工程によって回転駆動され
た上記ランナの回転速度を検出する検出工程と、この検
出工程によって検出された上記ランナの回転速度が所定
値に達した時に上記案内羽根の開度を大きくする開口工
程とを具備することを特徴とするものである。

【００１１】なお、上記構成のうち、望ましい態様は次
の通りである。水力機械の発電起動方法は、上記回転駆
動工程の開始とほぼ同時に上記案内羽根を予め定めた一
定開度まで開口する予開口工程を更に具備し、上記開口
工程は上記案内羽根の開度を上記一定開度から更に大き
くする。

【００１２】また、水力機械の発電起動方法は、上記回
転駆動工程の前に上記案内羽根を予め定めた一定開度ま
で開口する予開口工程を更に具備し、上記開口工程は上
記案内羽根開度を上記一定開度から更に大きくする。水
力機械の発電起動方法は、上記回転駆動工程の前に水力
機械の吸出し管の水面を押下げる押下工程を更に具備す
る。

【００１３】

【作用】発電起時にランナは、電動駆動装置によって発
電方向に電動的に回転駆動される。この回転駆動中、案
内羽根の開度はほぼ零または非常に小さいため、ランナ
羽根には大きな応力は作用しない。上記電動回転駆動に
よって、ランナ羽根の周速度が充分に大きくなった後に
、案内羽根の開度を大きくするため、水流の相対速度の
方向はランナ羽根の方向に非常に近くなる。従って、ラ
ンナ羽根に作用する衝撃力は小さくなり、ランナ羽根に
発生する応力は充分に抑制される。

【００１４】

【実施例】以下に本発明による水力機械の発電起動装置
及び発電起動方法の実施例を図４乃至図７と同部分には
同一符号を付して示した図１乃至図３を参照して説明す
る。図１において、ランナ５に連結された主軸８には発
電電動機９と誘導電動機１０とが連結されている。この
誘導電動機１０は主軸８を介してランナ５を発電方向に
回転駆動することができる。主軸８には回転速度検出器
１１が設置され、この回転速度検出器１１はランナ５の
回転速度を検出する。制御装置１２は回転速度検出器１
１の検出出力を入力し、誘導電動機１０と案内羽根開閉
装置１３とを制御する。この案内羽根開閉装置１３は制
御装置１２の出力に応じて案内羽根４を開閉駆動しその
開度を制御する。その他の構成は図４の構成と同一であ
る。

【００１５】この水力機械の発電起動は次のように行わ
れる。図２に示したように発電起動信号が時点Ｔ１　に
発生すると、入口弁２は開弁が開始され時点Ｔ３　まで
に全開される。これと同時に制御装置１２は発電起動信
号に応じて誘導電動機１０を起動し、これにより誘導電
動機１０はランナ５を発電方向に回転駆動する。回転速
度検出器１１はこのランナ５の回転速度を検出し、検出
出力を制御装置１２に送る。この回転速度が時点Ｔ２　
において予め定めた所定値に達すると、制御装置１２は
案内羽根開閉装置１３によって案内羽根４を徐々に開口
し、圧力水をランナ５に導入する。こうして、ランナ５
は、誘導電動機１０に加えて圧力水によっても回転駆動
されるため、回転速度が急速に上昇する。案内羽根開閉
装置１３は案内羽根４の開度を、ランナ回転速度が定格
回転速度に達するまで、増大する。

【００１６】制御装置１２は、ランナ回転速度が上記定
格回転速度よりも小さい所定の値に達した時点Ｔ４　で
、誘導電動機１０によるランナ５の回転駆動を停止させ
る。この後のランナ５の回転速度は制御装置１２または
図示を省略した調速機によって制御される。

【００１７】このように本実施例では案内羽根４の閉止
状態において誘導電動機１０によってランナ５を予め所
定速度まで回転させるので、案内羽根４の開口開始時点
Ｔ２　では流水の相対速度の方向はランナ羽根の方向に
ほぼ一致する。従って、図２に示したようにランナ羽根
付根応力を充分に抑制することができる。

【００１８】図３は本発明の第２実施例の起動方法を示
したもので、この第２実施例と上述の第１実施例との相
違点は、起動信号に応じて入口弁２の開弁及び誘導電動
機１０の起動と同時に案内羽根４が案内羽根開閉装置１
３によって一定開度（時点Ｔ２　）まで開口されること
である。この一定開度はランナ羽根の応力が大きくなら
ないような小さな値に選定される。制御装置１２は回転
速度検出器１１の検出出力から、ランナ速度が時点Ｔ３
　において所定の速度に達したことを判別すると、案内
羽根開閉装置１３によって案内羽根４を上記一定開度か
ら更に開動作させる。

【００１９】このように本実施例ではランナ５の予回転
を誘導電動機１０の駆動と小開度の案内羽根からの水流
とによって行うため、誘導電動機１０の入力を第１実施
例に比べて小さくすることができる。

【００２０】誘導電動機１０の起動は第１実施例では案
内羽根４の開口開始前に行い、第２実施例では案内羽根
４の開口開始と同時に行った。しかしながら、案内羽根
４を予め僅かな開度まで開口した後に誘導電動機１０を
起動することもできる。

【００２１】また、本発明は、吸出し管の水面押下げ装
置を具備する水力機械にも適用することができ、この場
合には吸出し管の水面を押下げた後に、誘導電動機１０
等によってランナ５を回転駆動する。これは、誘導電動
機１０がランナ５を空中回転させるので、上述の水中回
転に比べて駆動力を大幅に減少することができる。

【００２２】

【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、発電起時にランナは、案内羽根が大きな開度
に開口される前に、予め電動駆動装置によって発電方向
に電動的に回転駆動されるため、ランナ羽根に作用する
応力を充分に抑制することができ、ランナの疲労破壊や
破損を防止することができると共に、比較的短時間で発
電起動を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水力機械の発電起動装置及び発電
起動方法の第１実施例を示した概略図。

【図２】上記第１実施例の起動方法を説明するための時
間線図。

【図３】本発明の第２実施例の起動方法を説明するため
の時間線図。

【図４】従来の水力機械を示した構成図。

【図５】従来の水力機械の定常運転時のランナ羽根入口
部の速度三角形図。

【図６】従来の水力機械の発電起動時のランナ羽根入口
部の速度三角形図。

【図７】従来の水力機械の発電起動方法を説明するため
の時間線図。

【符号の説明】

２　　入口弁 ４　　可動式の案内羽根 ５　　ランナ ６　　吸出し管 １０　　電動駆動装置 １１　　回転速度検出器 １２　　制御装置 １３　　案内羽根開閉装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動式の案内羽根と、この案内羽根を開閉
   駆動する案内羽根開閉装置と、上記案内羽根によって流
   量制御された圧力水によって回転されるランナとを具備
   した水力機械において、発電起動信号に応じて上記ラン
   ナを発電方向に電動的に回転駆動する電動駆動装置と、
   この電動駆動装置によって回転駆動された上記ランナの
   回転速度を検出する回転速度検出器と、この回転速度検
   出器の検出出力に基づき上記案内羽根開閉装置を介して
   上記案内羽根の開度を大きくする制御装置とを具備する
   ことを特徴とする水力機械の発電起動装置。
2. 【請求項２】入口弁と、可動式の案内羽根と、上記案内
   羽根によって流量制御された圧力水によって回転される
   ランナとを具備した水力機械において、起動指令に応じ
   て上記入口弁を開弁する開弁工程と、電動駆動装置によ
   って上記ランナを発電方向に電動的に回転駆動する回転
   駆動工程と、上記回転駆動工程によって回転駆動された
   上記ランナの回転速度を検出する検出工程と、この検出
   工程によって検出された上記ランナの回転速度が所定値
   に達した時に上記案内羽根の開度を大きくする開口工程
   とを具備することを特徴とする水力機械の発電起動方法
   。
3. 【請求項３】上記回転駆動工程の開始とほぼ同時に上記
   案内羽根を予め定めた一定開度まで開口する予開口工程
   を更に具備し、上記開口工程は上記案内羽根の開度を上
   記一定開度から更に大きくすることを特徴とする請求項
   ２に記載の水力機械の発電起動方法。
4. 【請求項４】上記回転駆動工程の前に上記案内羽根を予
   め定めた一定開度まで開口する予開口工程を更に具備し
   、上記開口工程は上記案内羽根開度を上記一定開度から
   更に大きくすることを特徴とする請求項２に記載の水力
   機械の発電起動方法。
5. 【請求項５】上記回転駆動工程の前に水力機械の吸出し
   管の水面を押下げる押下工程を更に具備することを特徴
   とする請求項２に記載の水力機械の発電起動方法。