JPH044469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は多段水力機械の運転制御方法に係り、
特に最高圧段部から最低圧段部までの各段部の流
路が返し通路によつて連絡され、かつ最高圧段部
と最低圧段部とに可動ガイドベーンを備えた多段
水力機械における定常運転状態の調整制御方法に
関する。

〔発明の技術的背景と問題点〕

水力機械のうち、最高圧段部から最低圧段部ま
での各段部にランナを備え、各段部を返し通路に
よつて連絡した多段水力機械における水口開度の
調整は、各段部のランナの外周に設けたガイドベ
ーンによつて調整され、これにより各段部の水流
状態を制御して運転制御を行なう方法が考えられ
る。しかしながら、各段部のランナの外周にガイ
ドベーンを設け、かつ各段部のガイドベーンに開
閉操作機構を連結させることは構造上の制約をう
けて極めて困難である。

また従来の多段水力機械においては、各段部の
ランナの外周に固定ベーンのみを設けた構造と
し、水力機械の入口部に設けた入口弁の開閉制御
によつて運転制御を行なうものもあるが、水流量
調整が入口弁のみで行なわれるため、設計点から
離れた小流量、大流量時の多段水力機械の水力性
能の低下が著しいという問題がある。

このような入口弁制御方式による運転制御方法
の有する問題点の解決策として最高圧段部のみに
水口開度を調節できるガイドベーンを設け、この
可動ガイドベーンによつて流量調整を行なう多段
水力機械が考えられるが、小流量運転時の振動、
騒音、キヤビテーシヨン等の問題点をやはり有し
ている。

そこで、構造上においても合理的で無理がな
く、かつ相対的に高い水力性能を有する多段水力
機械として、最高圧段部および最低圧段部に水口
開度を調節できる可動ガイドベーンを備えた多段
水力機械が考えられる。

このような最高圧段部と最低圧段部に可動ガイ
ドベーンを備えた多段水力機械の全体に作用する
静落差の変化に対応する定常運転時の水位調整制
御の際、単段の水力機械と比べて流路形状が複雑
でかつ可動ガイドベーンが２組あることを考慮す
ると、最高圧段部と最低圧段部の各可動ガイドベ
ーンの開度を的確に調整する必要がある。開度調
整が確実に行われない場合には、多段水力機械全
体に作用する落差のうち各段部のランナが分担す
る割合（落差分担）が各々異なり不均一となるの
で水力性能の低下を招いたり、低圧側段部の過大
水圧上昇、振動、騒音、キヤビテーシヨンなどを
伴い易い運転状態となつて問題となる。

しかるに、最高圧段部と最低圧段部に可動ガイ
ドベーンを備えた多段水力機械自体が技術的に未
開な分野が多いこともあつて、運用上特に重要な
定常運転時の水位調整制御を行なう場合に対する
簡便にして的確な運転制御方法が未だ提案されて
いない。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、ポンプ定常運転時に
静落差の変化に対し水位調整制御を行なう場合、
確実な可動ガイドベーンの開度調節を行なうこと
により的確な水位調整制御を安定した運転状態の
もとに実施できるようにした多段水力機械の運転
制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、定常運転
時に多段水力機械全体に作用する静落差の変化に
対応する運転状態の調整制御を行なう場合、最高
又は最低圧段部のいずれか一方圧段部の可動ガイ
ドベーンには前記静落差に応じた制御指令を伝え
て当該段部の可動ガイドベーンの開度制御を行な
わしめながら、他方の段部の可動ガイドベーンに
は最高圧段部から最低圧段部に至る間の中間部水
圧と最低圧段部出口側水圧との水圧差の制御指令
を伝えて当該段部の可動ガイドベーンの開度制御
を行なわしめることにより、前記静落差の変化に
対応させて、定常運転状態の調整制御を行なうよ
うにしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下フランシス形２段ポンプ水車を例にとつて
本発明による多段水力機械の運転制御方法の一実
施例を図面を参照して説明する。

単一の水車主軸１の軸上には、高圧段ランナ２
と低圧段ランナ３とが軸方向の距離をおいて固着
されている。上記高圧段ランナ２は上カバー４お
よび下カバー５で包囲される一方、低圧段ランナ
３は上カバー６および下カバー７で包囲され、高
圧段ランナ室８および低圧段ランナ室９を構成し
ている。前記高圧段ランナ室８と低圧段ランナ室
とは返し通路１０で連絡され、通路上には返し羽
根１１および水口開度を変えられる低圧段可動ガ
イドベーン１２が設けられている。

また高圧段ランナ室８の外側にはうず巻ケーシ
ング１３が配置され、そのうず室１４と上記高圧
段ランナ室８とは連通され、うず室の入口は入口
弁２０を介して水圧鉄管２１に接続され、水圧鉄
管２１は上池１８に連絡している。

さらにまた、高圧段ランナ２の外側には、水口
開度を変えられる高圧段可動ガイドベーン１５が
設けられている。

なお上記低圧段ランナ室９には吸出し管１６が
接続され、その下流側は放水路２２と接続され
て、放水路２２は下池１９と連絡している。また
第２図中２３は２段ポンプ水車本体、２４は回転
電機である。

高圧段ランナ室８から低圧段ランナ室９に至る
間の中間部に相当する返し通路１０には、この返
し通路部の水圧を検出する中間部水圧検出装置１
７が設けられている。

次に上記した２段ポンプ水車における本発明に
よる運転制御方法の実施例について述べる。

すなわち、定常運転時に、静落差の変化に対応
する水位調整制御を行なう場合、運転制御ブロツ
ク構成を示した第３図に示すように、前記静落差
の変化に対応する水位調整装置２５からの制御指
令をガイドベーン制御装置２６に伝えて高圧段可
動ガイドベーン１５の開度制御を行なう。

この高圧段可動ガイドベーン１５の開度制御に
より、高圧段ランナ部および低圧段ランナ部の落
差分担が変化する。すなわち高圧段可動ガイドベ
ーン１５の水口開度が大きくなれば、高圧段ラン
ナ部の落差分担は低圧段ランナ部よりも相対的に
減少し、逆に水口開度が小さくなれば高圧段部の
落差分担は相対的に増加する。このため高圧段部
から低圧段部に至る間の中間部に位置する返し通
路部の水圧が変化する。

ここで、他方の最低圧段可動ガイドベーン、す
なわち低圧段可動ガイドベーン１２については、
上記高圧段部から低圧段部に至る間の中間部水圧
（たとえば返し通路１０の水圧）と低圧段部出口
側水圧（たとえば放水路２２の水圧）との水圧差
の制御信号を伝えて、水力的に適性な落差分担に
なるように前記ガイドベーン１２の開度制御を行
なう。

すなわち、具体例として第４図に示すように、
中間部水圧検出装置１７で検出された高圧段部か
ら低圧段部に至る間の中間部水圧（たとえば返し
通路１０の水圧）と、最低圧段部出口側水圧検出
装置２７で検出された出口水圧（たとえば放水路
２２の水圧）の水圧差を水圧差検出装置２８で検
出し、他方、静落差検出装置２９で検出された多
段水力機械全体に作用する静落差（上池１８の水
位と下池１９の水位の水位差、第２図中Hstで示
す）と、上記水圧差を水圧差比較器３０で比較す
る。次にこの水圧差比較器３０で比較された前記
静落差と水圧差との相対比もしくは相対差が各段
部で高性能運転が行なえる落差分担になるように
あらかじめ設定した規定範囲（第５，６図に一例
を示す）を上まわるものであるときは、すなわち
中間部水圧が減少して低圧段ランナ部の落差分担
が減少した場合は低圧段可動ガイドベーン１２を
閉方向に、また逆に上記相対比もしくは相対差が
規定範囲を下まわるものであるときは、すなわち
中間部水圧が増大して低圧段ランナ部の落差分担
が増大した場合は同部可動ガイドベーン１２を開
方向にそれぞれ操作する制御指令をガイドベーン
制御装置３１に伝えて、上記相対比もしくは相対
差が再び規定範囲内に至るまで低圧段可動ガイド
ベーン１２の開度制御を行なう。

このように、上記静落差の変化に対応する制御
指令を高圧段可動ガイドベーンに伝えてその開度
制御を行ないながら、他方では高圧段部から低圧
段部に至る間の中間部水圧と低圧段部出口側水圧
との水圧差の制御指令を低圧段可動ガイドベーン
１２に伝えてその開度制御を行なわしめることに
より、常に上記静落差に対応した適性な運転状態
に至らしめることができる。

次に、上記実施例とは逆に、水位調整装置から
の制御指令を低圧段可動ガイドベーン１２に伝え
る場合の運転制御方法の実施例を説明する。

低圧段可動ガイドベーン１２には、第３図に示
すように水位調整装置２５からの制御指令をガイ
ドベーン制御装置２６に伝えて、同部可動ガイド
ベーン１２の開度制御を行なう。

他方の高圧段可動ガイドベーン１５について
は、前述同様第４図に示す制御ブロツク図に沿つ
て同部可動ガイドベーン１５の開度制御を行な
う。ただしこの場合、水圧差比較器３０で比較さ
れた静落差と高圧段部から低圧段部に至る間の中
間部水圧と低圧段部出口側水圧との水圧差の相対
比もしくは相対差が各段部で高性能運転が行なえ
る落差分担になるようにあらかじめ設定した規定
範囲を上まわるものであるときは高圧段可動ガイ
ドベーン１５を開方向に、また逆に上記相対比も
しくは相対差が規定範囲を下まわるものであると
きは同部可動ガイドベーン１２を閉方向にそれぞ
れ操作する制御指令をガイドベーン制御装置３１
に伝えて同部可動ガイドベーン１２の開度制御を
行なう。

〔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、定常運転時に水位調整制御を行なう場合、一
方の段部の可動ガイドベーンの開度制御を行ない
ながら、同ガイドベーンの水口開度の変化に合わ
せて、他方の段部の可動ガイドベーンの開度制御
を行なうことが可能となるため、常に上記２組の
可動ガイドベーン開度の組合せを水力性能上最適
なものとして選択できる。これは定常運転におい
て、常に水力性能の最もすぐれた運転が可能であ
ることを意味する。

また、各段部における落差分担を常に制御する
ことが可能であるため、キヤビテーシヨンおよび
ランナ出口の旋回うずに対する条件が相対的に最
もきびしくなる最低圧段部において、上記のよう
な問題を伴い易い運転状態においても、静落差
と、最高圧段部から最低圧段部に至る間の中間部
水圧と最低圧段部出口側水圧との水圧差の相対比
もしくは相対差の規定範囲を調整することで上記
運転状態を回避することができる。

さらに、前記２組の可動ガイドベーンの水口開
度変化の組合せによつては、過渡的な異常水圧上
昇が低圧側段部に発生する危険性があるが、本発
明によれば前記中間部水圧をたえず検出しなが
ら、上記２組の可動ガイドベーンを制御すること
が可能であるため、低圧側段部水圧の異常上昇を
防止することができる。

このように、本発明によれば運用上特に重要な
定常運転時の水位調整制御を行なう場合に、問題
となる振動、騒音、キヤビテーシヨン、異常な水
圧変動などを伴う不安定な運転状態を回避して、
常に高性能運転を行なえる信頼性の高い水位調整
制御方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するフランシス形２段ポ
ンプ水車の縦断面図、第２図は上記２段ポンプ水
車を含む水路系の説明図、第３図および第４図は
定常運転時における運転制御ブロツク構成図、第
５図および第６図は定常運転における静落差と、
最高圧段部から最低圧段部に至る中間部水圧と最
低圧段部出口側水圧との相対比もしくは相対差の
規定範囲を図示した線図である。 ２……高圧段ランナ、３……低圧段ランナ、１
０……返し通路、１２……低圧段可動ガイドベー
ン、１５……高圧段可動ガイドベーン、１７……
中間部水圧検出器、２５……水位調整装置、２
６，３１……ガイドベーン制御装置、２７……最
低圧段部出口側水圧検出装置、２９……静落差検
出装置、３０……水圧差比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にラ
   ンナを備え各段部が返し通路によつて連絡され、
   かつ前記最高圧段部と前記最低圧段部の各段部の
   入口側に水口開度が変えられる可動ガイドベーン
   を設けた多段水力機械のポンプ運転制御方法にお
   いて、定常運転時に多段水力機械全体に作用する
   静落差の変化に対応する運転状態の調整制御を行
   なう場合、最高圧段部又は最低圧段部のいずれか
   一方の可動ガイドベーンには前記静落差に応じた
   制御指令を伝えて当該段部の可動ガイドベーンの
   開度制御を行なわしめながら、他方の段部の可動
   ガイドベーンには最高圧段部から最低圧段部に至
   る間の中間部水圧と最低圧段部出口側水圧との水
   圧差の制御指令を伝えて当該段部の可動ガイドベ
   ーンの開度制御を行なわしめることにより、前記
   静落差の変化に対応させて、定常運転状態の調整
   制御を行なうようにしたことを特徴とする多段水
   力機械の運転制御方法。 ２ 前記静落差と前記水圧差との相対比もしくは
   相対差が規定範囲を上まわるものであるときは最
   低圧段部可動ガイドベーンを閉方向に、また逆に
   下まわるものであるときは開方向に最低圧段部可
   動ガイドベーンの開度制御を行なわしめることに
   より、定常運転状態の調整制御を行なうようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   多段水力機械の運転制御方法。 ３ 前記静落差と前記水圧差との相対比もしくは
   相対差が規定範囲を上まわるものであるときは最
   高圧段部の可動ガイドベーンを開方向にまた逆に
   下まわるものであるときは閉方向に最高圧段部可
   動ガイドベーンの開度制御を行なわしめることに
   より定常運転状態の調整制御を行なうことを特徴
   とした特許請求の範囲第１項記載の多段水力機械
   の運転制御方法。