JPH051660Y2 - - Google Patents

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JPH051660Y2
JPH051660Y2 JP1985018412U JP1841285U JPH051660Y2 JP H051660 Y2 JPH051660 Y2 JP H051660Y2 JP 1985018412 U JP1985018412 U JP 1985018412U JP 1841285 U JP1841285 U JP 1841285U JP H051660 Y2 JPH051660 Y2 JP H051660Y2
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guide vane
actuator
pressure
pressure control
water turbine
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    • 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

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  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本考案は水車の入口側の圧力を制する制圧装置
に関し、ガイドベーン操作時その他の急激な圧力
上昇時に水車入口側の水を放出して圧力上昇を緩
和するようにしたものである。
[Detailed description of the invention] A. Industrial application field The present invention relates to a pressure control device that controls the pressure on the inlet side of a water turbine.The invention is related to a pressure control device that controls the pressure on the inlet side of a water turbine. This is to ease the rise.

B 考案の概要 この考案は水車の入口側の圧力上昇を緩和させ
る制圧装置であつて、水車の入口側に接続され放
出側に通じる分岐管内に制圧弁を設けて、この制
圧弁を水車のガイドベーン閉動作と連動して開動
作を行なうと共に、独自に開動作を行なえるよう
にして、水車入口側にいかなる原因により圧力の
異常上昇が生じたとしても、制圧弁を開いて水車
入口側の水を分岐管を通して放出して、圧力上昇
を緩和できるようにしたのである。
B. Overview of the invention This invention is a pressure control device that alleviates the pressure increase on the inlet side of a water turbine. A pressure control valve is provided in a branch pipe connected to the inlet side of the water turbine and leading to the discharge side, and this pressure control valve is used as a guide for the water turbine. In addition to performing the opening operation in conjunction with the closing operation of the vane, it is also possible to perform the opening operation independently, so that even if an abnormal increase in pressure occurs on the turbine inlet side for any reason, the pressure control valve is opened and the turbine inlet side is opened. Water was released through branch pipes to help alleviate the pressure rise.

C 従来技術と問題点 一般に、水車において、事故等で負荷が急に軽
くなり発電を停止する場合には、ランナ上流側の
ガイドベーンを急激に閉じる必要がある。これ
は、負荷しや断の際にガイドベーンをゆるやかに
閉じるとランナの回転速度が上昇し危険であるこ
とによる。しかし、このようにガイドベーンを急
激に閉じると、入口管内の水圧が急激に上昇し、
新たな危険が生じる。
C. Prior Art and Problems Generally, in a water turbine, when the load suddenly decreases due to an accident or the like and power generation is to be stopped, it is necessary to abruptly close the guide vane on the upstream side of the runner. This is because if the guide vanes are closed slowly during loading and unloading, the rotational speed of the runner will increase, which is dangerous. However, when the guide vane is suddenly closed in this way, the water pressure inside the inlet pipe increases rapidly.
New dangers arise.

水圧の急上昇の対策として、従来は、入口管の
圧力を放出する制圧器を設置していた。しかし、
制圧器は、水圧急上昇時という異常時にのみ動作
するため、錆び付きやすく動作不良を生ずること
が多く信頼性が極めて乏しい。また、制圧器は、
水車とは別個に設置されるため、配管や据付場所
など余分な部品、作業、場所を必要とする。更
に、機械式の制圧器では、圧力が上昇し始めてか
ら作業するので対応が遅れるという問題がある。
In the past, as a countermeasure against sudden increases in water pressure, pressure regulators were installed to release the pressure in the inlet pipe. but,
Pressure suppressors operate only in abnormal situations such as when water pressure suddenly rises, so they are prone to rust and malfunction, and are extremely unreliable. In addition, the suppressor is
Because it is installed separately from the water turbine, it requires extra parts, work, and space, such as piping and installation space. Furthermore, with mechanical pressure suppressors, there is a problem that the response is delayed because the work is carried out after the pressure starts to rise.

本考案は上記従来状況にかんがみてなされたも
ので、信頼性よく水圧上昇を緩和することのでき
る水車の制圧装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional situation, and an object of the present invention is to provide a pressure control device for a water turbine that can reliably alleviate an increase in water pressure.

D 問題点を解決するための手段 上記目的を達成する本考案の構成は、水車のガ
イドベーンに連結されている操作アームにガイド
ベーン操作用アクチユエータを連結してなる水車
の入口管に放出側に通じる分岐管を接続し、この
分岐管内に当該分岐管内を連通遮断する制圧弁を
設け、この制圧弁の操作アームと前記ガイドベー
ン用の操作アームとを制圧弁用のアクチユエータ
で連結し、前記ガイドベーン操作用アクチユエー
タと前記制圧弁用のアクチユエータとをそれぞれ
独自に作動し得るようにしてなる水車の制圧装置
に存する。
D. Means for Solving the Problems The configuration of the present invention that achieves the above object is such that a guide vane operating actuator is connected to an operating arm connected to a guide vane of the water turbine, and a guide vane operating actuator is connected to the inlet pipe of the water turbine on the discharge side. A branch pipe that communicates with the guide vane is connected, a pressure control valve that cuts off communication within the branch pipe is provided in the branch pipe, and the operating arm of the pressure control valve and the operation arm for the guide vane are connected by an actuator for the pressure control valve, and the control valve is connected to the guide vane. A pressure control device for a water turbine is provided in which a vane operating actuator and a pressure control valve actuator can each be operated independently.

E 作用 この水車の制圧装置では、ガイドベーン用の操
作アームと制圧弁の操作アームとがガイドベーン
操作用のアクチユエータで連結してあるので、ガ
イドベーンの閉時にはその閉動作と連動して制圧
弁が開き、水車入口管側の水は分岐管を通して放
出され、ガイドベーン閉による水車入口管側の圧
力上昇は緩和される。又何らかの理由により入口
管内の圧力が上昇した場合には、制圧弁用のアク
チユエータにより制圧弁は開かれ、入口管内の圧
力上昇は緩和される。
E Function In this water turbine pressure control device, the operating arm for the guide vane and the control arm for the pressure control valve are connected by an actuator for operating the guide vane, so when the guide vane is closed, the pressure control valve is connected to the closing operation of the guide vane. opens, the water on the turbine inlet pipe side is released through the branch pipe, and the pressure increase on the turbine inlet pipe side due to the guide vane closing is alleviated. If the pressure inside the inlet pipe increases for some reason, the pressure control valve is opened by the actuator for the pressure control valve, and the pressure increase in the inlet pipe is alleviated.

F 実施例 第1図には一実施例に係る制圧装置を備えた水
車の一部を断面とした側面を示す。本考案に係る
制圧装置はいかなる水車にも適用できるが、本実
施例では横軸形のフランシス水車に適用したもの
を示す。
F Embodiment FIG. 1 shows a partially sectional side view of a water turbine equipped with a pressure control device according to an embodiment. Although the pressure control device according to the present invention can be applied to any water turbine, this example shows an application to a horizontal shaft type Francis water turbine.

1は水車で、2はそのケーシング、3はケーシ
ング2内のランナの回りに位置するガイドベーン
を具えたスピードリングであり、このスピードリ
ング3とガイドベーン軸4とはリンク5で連結さ
れている。つまり、スピードリング3を回転する
ことによりガイドベーンが開閉されるのである。
スピードリング3にはガイドベーン用操作アーム
6が結合されており、この操作アーム6に、水車
周辺の固定部に基端がクレビス支持されたアクチ
ユエータ7の他端が連結されている。アクチユエ
ータ7としては、例えば、電動アクチユエータな
どが採用される。
1 is a water wheel, 2 is its casing, 3 is a speed ring equipped with a guide vane located around the runner in the casing 2, and the speed ring 3 and the guide vane shaft 4 are connected by a link 5. . In other words, the guide vanes are opened and closed by rotating the speed ring 3.
A guide vane operating arm 6 is coupled to the speed ring 3, and the other end of an actuator 7 whose base end is supported by a clevis on a fixed portion around the waterwheel is coupled to this operating arm 6. As the actuator 7, for example, an electric actuator or the like is adopted.

8は水車1の出口側に接続されたドラフト管で
りあり、9は水車1の入口側に接続された入口管
で、この入口管9には放出側に通じる分岐管10
が接続されている。10aは分岐管10端部に接
続された放水管である。分岐管10には当該分岐
管10内を連通あるいは遮断する制圧弁としてロ
ータリバルブ11が設けられている。ロータリバ
ルブ11は通水路11aを有する弁体11bを弁
箱11c内に納めたもので、弁軸11dにより弁
体11bを回転させることにより、通水路11a
が分岐管10と接続あるいは遮断される。11e
は弁開度検出器である。弁体11bと一体の弁軸
には操作アーム12が取付けられ、この操作アー
ム12と前記ガイドベーン用の操作アーム6との
間にロータリバルブ11作動用のアクチユエータ
13が連結されている。本実施例ではアクチユエ
ータ13として、可変速電動機あるいは極数変換
電動機または操作速度の異なる2台の電動機で操
作する形式のものを採用し、急速操作、低速操作
の二つの操作形式が行なえるようにしてある。こ
のアクチユエータ13はアクチユエータ7と同様
にガイドベーン用の操作アーム6に連結されてい
るので、アクチユエータ7が動作した場合、アク
チユエータ13も必ず一緒に動くことになる。
8 is a draft pipe connected to the outlet side of the water turbine 1, 9 is an inlet pipe connected to the inlet side of the water turbine 1, and this inlet pipe 9 has a branch pipe 10 leading to the discharge side.
is connected. 10a is a water discharge pipe connected to the end of the branch pipe 10. The branch pipe 10 is provided with a rotary valve 11 as a pressure control valve that communicates or blocks the inside of the branch pipe 10 . The rotary valve 11 has a valve body 11b having a water passage 11a housed in a valve box 11c, and by rotating the valve body 11b with a valve shaft 11d, the water passage 11a
is connected to or disconnected from the branch pipe 10. 11e
is the valve opening degree detector. An operating arm 12 is attached to the valve shaft integral with the valve body 11b, and an actuator 13 for operating the rotary valve 11 is connected between this operating arm 12 and the operating arm 6 for the guide vane. In this embodiment, the actuator 13 is operated by a variable speed motor, a pole change motor, or two motors with different operating speeds, so that two types of operation, rapid operation and slow operation, can be performed. There is. This actuator 13, like the actuator 7, is connected to the guide vane operating arm 6, so when the actuator 7 operates, the actuator 13 also necessarily moves together.

図中、14は入口管9に設けられ、入口管9内
の圧力を検出する圧力センサであり、この圧力セ
ンサ14で検出される圧力が異常に高くなると、
ロータリバルブ用のアクチユエータ13は作動さ
れるようになつている。15は入口管9内におい
て、分岐管10の下流側に設けられたフイルタで
ある。
In the figure, 14 is a pressure sensor provided in the inlet pipe 9 to detect the pressure inside the inlet pipe 9. When the pressure detected by the pressure sensor 14 becomes abnormally high,
The actuator 13 for the rotary valve is adapted to be actuated. 15 is a filter provided in the inlet pipe 9 on the downstream side of the branch pipe 10.

次に、上記制圧装置の制圧動作について説明す
る。
Next, the pressure control operation of the pressure control device will be explained.

水車1を運転している状態では、アクチユエー
タ7,13は伸びた状態にある。つまり、操作ア
ーム6を介してスピードリング3が回り、ガイド
ベーンが開いた状態にあるのである。このとき、
分岐管10中のロータリバルブ11は閉状態にあ
る。
When the water turbine 1 is in operation, the actuators 7 and 13 are in an extended state. In other words, the speed ring 3 rotates via the operating arm 6, and the guide vane is in an open state. At this time,
The rotary valve 11 in the branch pipe 10 is in a closed state.

水車1の負荷低減により発電を停止すべく、水
車1を停止する場合には、アクチユエータ7,1
3が縮む方向に急速作動されて、ガイドベーンが
閉じられると共に、アクチユエータ13を介して
ロータリバルブ11が開かれ、入口管9内の水が
分岐管10を通して放水される。入口管9内の水
が放水されるので、ガイドベーンが閉じられるこ
とによる入口管9内の圧力異常上昇は防止される
のである。アクチユエータ7は水車1に加わる負
荷あるいはダム水位などに従つて任意に操作され
るが、負荷が遮断された場合には、ガイドベーン
を閉止するために急速度で操作される。ロータリ
バルブ11の通水路11aの口径は、上記圧力上
昇を逃がすことができる大きさに設計される。
When stopping the water turbine 1 to stop power generation by reducing the load on the water turbine 1, actuators 7 and 1
3 is rapidly actuated in the direction of contraction, the guide vane is closed, the rotary valve 11 is opened via the actuator 13, and water in the inlet pipe 9 is discharged through the branch pipe 10. Since the water in the inlet pipe 9 is discharged, an abnormal increase in pressure in the inlet pipe 9 due to the closing of the guide vane is prevented. The actuator 7 is operated arbitrarily according to the load applied to the water turbine 1 or the dam water level, but when the load is cut off, it is operated rapidly to close the guide vane. The diameter of the water passage 11a of the rotary valve 11 is designed to be large enough to release the above pressure increase.

ガイドベーンが完全に閉じたら、アクチユエー
タ13を低速操作し、操作アーム12を介してロ
ータリバルブ11を徐々に閉じて行く。このロー
タリバルブ11を閉じるアクチユエータ13の操
作速度は水系によつて定まり、入口管9内圧力が
異常上昇しないように設定される。
When the guide vane is completely closed, the actuator 13 is operated at low speed to gradually close the rotary valve 11 via the operating arm 12. The operating speed of the actuator 13 that closes the rotary valve 11 is determined by the water system, and is set so that the pressure inside the inlet pipe 9 does not rise abnormally.

又、ガイドベーンの閉時以外においても、圧力
センサ14により入口管9内の異常圧力上昇が検
出されると、図示されていない制御系によりアク
チユエータ13急速操作されてロータリバルブ1
1が開かれ、入口管9内の異常圧力上昇が抑止さ
れる。ロータリバルブ11の開度は、圧力センサ
14によつて検出される圧力の上昇率によつて決
定し、又ロータリバルブ11の開度を弁開度検出
器11eで検出し、無駄な放流を最小限にするよ
う制御することも可能である。更に、圧力上昇の
生じない範囲での通常の操作時における不用意な
放流をしないように、ガイドベーン操作アーム6
の動作時同時にアクチユエータ13を急速動作さ
せ、ロータリバルブ11が開かないようにして、
無駄な放水を最小限にとどめることもできる。
尚、アクチユエータ13をロータリバルブ11の
開方向を急速、閉方向を低速に限定することによ
り、装置を簡略化することも可能である。
Also, when the pressure sensor 14 detects an abnormal pressure rise in the inlet pipe 9 even when the guide vane is not closed, the actuator 13 is rapidly operated by a control system (not shown) to close the rotary valve 1.
1 is opened, and abnormal pressure rise within the inlet pipe 9 is suppressed. The opening degree of the rotary valve 11 is determined by the rate of increase in pressure detected by the pressure sensor 14, and the opening degree of the rotary valve 11 is detected by a valve opening degree detector 11e to minimize wasteful discharge. It is also possible to control the Furthermore, the guide vane operating arm 6 is designed to prevent inadvertent discharge during normal operation within a range where no pressure rise occurs.
At the same time as the operation of , the actuator 13 is rapidly operated to prevent the rotary valve 11 from opening.
It is also possible to keep unnecessary water discharge to a minimum.
The device can also be simplified by limiting the actuator 13 to a rapid opening direction and a slow closing direction of the rotary valve 11.

上記実施例では、分岐管10の接続部にフイル
タ15を設けてあるので、分岐管10を通して放
水することにより、フイルタ15に付着した異物
を排出することができる。
In the embodiment described above, since the filter 15 is provided at the connection part of the branch pipe 10, foreign matter adhering to the filter 15 can be discharged by discharging water through the branch pipe 10.

又、上記実施例では、制圧弁としてロータリバ
ルブを採用しているが、これに限らず、バタフラ
イ弁等その他の弁の採用も可能である。
Further, in the above embodiment, a rotary valve is used as the pressure control valve, but the present invention is not limited to this, and other valves such as a butterfly valve can also be used.

G 考案の効果 本考案に係る制圧装置によれば、水車のガイド
ベーンを急激に閉じても、制圧弁が開いて圧力を
逃がすことができるので、安全且つ迅速にガイド
ベーンを閉じることができる。水車のガイドベー
ン操作速度を入口管圧力上昇制限に関係なく任意
に設定できるので、水車の無負荷しや断時の水車
の速度上昇を小さくできる。従つて、水車発電装
置に大きいフライホイールを追加するなどの必要
がなくなる。又、制圧弁を操作するアクチユエー
タが独自に作動できるので、いかなる場合の圧力
上昇にも対応でき、又無駄な水の放出もなくな
る。更に、本考案に係る制圧装置に構造が簡単で
部品点数も少ないので、保守が容易であり、設置
スペースの面でも有利である。
G Effect of the invention According to the pressure control device according to the present invention, even if the guide vane of the water turbine is suddenly closed, the pressure control valve opens and the pressure can be released, so the guide vane can be closed safely and quickly. Since the operating speed of the guide vane of the water turbine can be set arbitrarily regardless of the limit on the increase in inlet pipe pressure, the increase in speed of the water turbine when the water turbine is unloaded or disconnected can be reduced. Therefore, there is no need to add a large flywheel to the water turbine generator. Furthermore, since the actuator that operates the pressure control valve can operate independently, it can cope with any rise in pressure and eliminates wasteful discharge of water. Furthermore, since the pressure control device according to the present invention has a simple structure and a small number of parts, maintenance is easy and it is advantageous in terms of installation space.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本考案の一実施例に係る制圧装置を備
えた水車の一部断面とした側面図である。 図面中、1は水車、3はスピードリング、6は
ガイドベーン用の操作アーム、7はガイドベーン
操作用のアクチユエータ、9は入口管、10は分
岐管、11はロータリバルブ、12はロータリバ
ルブ用の操作アーム、13はロータリバルブ操作
用のアクチユエータ、14は圧力センサである。
FIG. 1 is a partially sectional side view of a water turbine equipped with a pressure control device according to an embodiment of the present invention. In the drawing, 1 is a water turbine, 3 is a speed ring, 6 is an operating arm for the guide vane, 7 is an actuator for operating the guide vane, 9 is an inlet pipe, 10 is a branch pipe, 11 is a rotary valve, and 12 is for a rotary valve. 13 is an actuator for operating a rotary valve, and 14 is a pressure sensor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 水車1のガイドベーンに連結されている操作ア
ーム6にガイドベーン操作用アクチユエータ7を
連結してなる水車1の入口管9に放出側に通じる
分岐管10を接続し、 この分岐管10内に当該分岐管10内を連通遮
断する制圧弁11を設け、 この制圧弁11の操作アーム12と前記ガイド
ベーン用の操作アーム6とを制圧弁用のアクチユ
エータ13で連結し、 前記ガイドベーン操作用アクチユエータ7と前
記制圧弁用のアクチユエータ13とをそれぞれ独
自に作動し得るようにしたことを特徴とする水車
の制圧装置。
[Claim for Utility Model Registration] A branch pipe 10 leading to the discharge side is connected to the inlet pipe 9 of the water turbine 1, which is formed by connecting an actuator 7 for operating a guide vane to an operating arm 6 connected to a guide vane of the water turbine 1. A pressure control valve 11 is provided in this branch pipe 10 to cut off communication within the branch pipe 10, and an operating arm 12 of this pressure control valve 11 and the operating arm 6 for the guide vane are connected by an actuator 13 for the pressure control valve. A pressure control device for a water turbine, characterized in that the guide vane operating actuator 7 and the pressure control valve actuator 13 can each be operated independently.
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