JPH0914119A - ポンプ水車及びその運転制御方法 - Google Patents
ポンプ水車及びその運転制御方法Info
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- JPH0914119A JPH0914119A JP7161083A JP16108395A JPH0914119A JP H0914119 A JPH0914119 A JP H0914119A JP 7161083 A JP7161083 A JP 7161083A JP 16108395 A JP16108395 A JP 16108395A JP H0914119 A JPH0914119 A JP H0914119A
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- guide vanes
- guide
- guide vane
- pump turbine
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ポンプ水車の水車性能およびポンプ性能を向
上させると共にランナ振動を低減するポンプ水車及びそ
の運転制御方法を提供する。 【構成】 流線形状のガイドベーン４ａ、４ｂの前縁部
Ｆを、発電運転時に外側に向け、揚水運転時に内側に向
けた。発電運転時でガイドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒ
が内側に配置されて出口側のガイドベーン４ａ、４ｂの
肉厚が薄くなり、ガイドベーン４ａ、４ｂ出口の水流の
極度に遅い後流域を小さくする。また揚水運転時でガイ
ドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒが外側に配置されて出口
側のガイドベーン４ａ、４ｂの肉厚が薄くなり、ガイド
ベーン４ａ、４ｂ出口の水流の極度に遅い後流域を小さ
くする。これにより、発電運転時及び揚水運転時に、ガ
イドベーン４ａ、４ｂ出口の水流が一様化する間に混合
するためのエネルギ損失が小さくなり、さらに発電運転
時に低流域がもたらすランナ羽根６の振動を減少する。
上させると共にランナ振動を低減するポンプ水車及びそ
の運転制御方法を提供する。 【構成】 流線形状のガイドベーン４ａ、４ｂの前縁部
Ｆを、発電運転時に外側に向け、揚水運転時に内側に向
けた。発電運転時でガイドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒ
が内側に配置されて出口側のガイドベーン４ａ、４ｂの
肉厚が薄くなり、ガイドベーン４ａ、４ｂ出口の水流の
極度に遅い後流域を小さくする。また揚水運転時でガイ
ドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒが外側に配置されて出口
側のガイドベーン４ａ、４ｂの肉厚が薄くなり、ガイド
ベーン４ａ、４ｂ出口の水流の極度に遅い後流域を小さ
くする。これにより、発電運転時及び揚水運転時に、ガ
イドベーン４ａ、４ｂ出口の水流が一様化する間に混合
するためのエネルギ損失が小さくなり、さらに発電運転
時に低流域がもたらすランナ羽根６の振動を減少する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポンプ水車及びその運転
制御方法に係り、特に発電運転時の水車性能および揚水
運転時のポンプ性能を向上させると共にランナ振動を低
減できるようにしたポンプ水車及びその運転制御方法に
関する。
制御方法に係り、特に発電運転時の水車性能および揚水
運転時のポンプ性能を向上させると共にランナ振動を低
減できるようにしたポンプ水車及びその運転制御方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図１５は従来のポンプ水車の構造の概略
を示したものであり、発電運転時には上池からの圧力水
が水圧鉄管１及び入口弁２を経てケーシング３内に導入
される。このケーシング３に流入した圧力水は、所定の
開度に調整された可動ガイドベーン４によって流量調整
された後ランナ５内に流入し、ランナ羽根６に衝突して
ランナ羽根６を回転させ、水の持つエネルギが回転エネ
ルギに変換される。そして、ランナ５を流出した低圧水
は吸出し管７を経て下池へ放水される。一方、揚水運転
時には下池からの低圧水が吸出し管７を介してランナ５
に流入し、回転するランナ羽根６により、水はエネルギ
が与えられて高圧水になる。この高圧水は、所定の開度
に調整された可動ガイドベーン４によって流量調整され
た後、ケーシング３及び入口弁２を経て水圧鉄管１に導
かれ、上池に揚水される。
を示したものであり、発電運転時には上池からの圧力水
が水圧鉄管１及び入口弁２を経てケーシング３内に導入
される。このケーシング３に流入した圧力水は、所定の
開度に調整された可動ガイドベーン４によって流量調整
された後ランナ５内に流入し、ランナ羽根６に衝突して
ランナ羽根６を回転させ、水の持つエネルギが回転エネ
ルギに変換される。そして、ランナ５を流出した低圧水
は吸出し管７を経て下池へ放水される。一方、揚水運転
時には下池からの低圧水が吸出し管７を介してランナ５
に流入し、回転するランナ羽根６により、水はエネルギ
が与えられて高圧水になる。この高圧水は、所定の開度
に調整された可動ガイドベーン４によって流量調整され
た後、ケーシング３及び入口弁２を経て水圧鉄管１に導
かれ、上池に揚水される。
【０００３】ところで、可動ガイドベーン４はガイドベ
ーン軸８と共に回動できるようになっており、ガイドベ
ーン軸８はリンク部９を介してゲートリング１０に接続
されている。そして、図示を省略したサーボモータによ
りゲートリング１０を回動させることにより可動ガイド
ベーン４の開度が調整される。
ーン軸８と共に回動できるようになっており、ガイドベ
ーン軸８はリンク部９を介してゲートリング１０に接続
されている。そして、図示を省略したサーボモータによ
りゲートリング１０を回動させることにより可動ガイド
ベーン４の開度が調整される。
【０００４】図１６は所定の開度で水車運転している場
合における可動ガイドベーン４の一姿勢を示したもので
あり、流量零の場合には隣接するガイドベーン４が互い
に接触し、可動ガイドベーン４が時計方向に回動して開
度ａが大きくなるに従い流量が多くなる。この場合、可
動ガイドベーン４の前縁部Ｆは常に外側に位置し、後縁
部Ｒは内側に位置している。なお、可動ガイドベーン４
による流量調整方法は発電運転及び揚水運転とも同様に
行われる。
合における可動ガイドベーン４の一姿勢を示したもので
あり、流量零の場合には隣接するガイドベーン４が互い
に接触し、可動ガイドベーン４が時計方向に回動して開
度ａが大きくなるに従い流量が多くなる。この場合、可
動ガイドベーン４の前縁部Ｆは常に外側に位置し、後縁
部Ｒは内側に位置している。なお、可動ガイドベーン４
による流量調整方法は発電運転及び揚水運転とも同様に
行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のポンプ水車においては、発電運転及び揚水運転
のいずれの場合であってもガイドベーン４の前縁部Ｆと
後縁部Ｒとの位置関係が変わらないので、両方の流れに
対して同様な性能を維持するようにガイドベーン４の前
縁部Ｆと後縁部Ｒとはほぼ同一な厚みに設定されてい
る。そのために水車性能及びポンプ性能の低下やランナ
振動の増大を引き起こすという問題があった。
た従来のポンプ水車においては、発電運転及び揚水運転
のいずれの場合であってもガイドベーン４の前縁部Ｆと
後縁部Ｒとの位置関係が変わらないので、両方の流れに
対して同様な性能を維持するようにガイドベーン４の前
縁部Ｆと後縁部Ｒとはほぼ同一な厚みに設定されてい
る。そのために水車性能及びポンプ性能の低下やランナ
振動の増大を引き起こすという問題があった。
【０００６】この問題点を図１６を参照して説明する。
同図は発電運転時におけるガイドベーン４の後縁部Ｒ近
傍の水流の分布ｖを示している。上述したようにガイド
ベーン４の後縁部Ｒが厚いためガイドベーン４の出口で
の遅い流速の後流域が大きくなり、流れが一様化する間
に混合するためのエネルギ損失が大きくなり水車性能が
低下する。また、ガイドベーン４の前縁部Ｒの肉厚も厚
いため，揚水運転時も同様の理由でポンプ性能が低下す
る。
同図は発電運転時におけるガイドベーン４の後縁部Ｒ近
傍の水流の分布ｖを示している。上述したようにガイド
ベーン４の後縁部Ｒが厚いためガイドベーン４の出口で
の遅い流速の後流域が大きくなり、流れが一様化する間
に混合するためのエネルギ損失が大きくなり水車性能が
低下する。また、ガイドベーン４の前縁部Ｒの肉厚も厚
いため，揚水運転時も同様の理由でポンプ性能が低下す
る。
【０００７】さらに、発電運転時には、上述のように大
きな後流域の中をランナ羽根６が横切りながら回転する
ため、ランナ羽根６に作用する力が周期的に大きく変化
し、これが加振力となってランナに大きな振動をもたら
すといった問題がある。したがって、本発明の目的は上
記従来技術が有する問題点を解消し、ポンプ水車の水車
性能およびポンプ性能を向上させると共にランナ振動を
低減することができるポンプ水車及びその運転制御方法
を提供することにある。
きな後流域の中をランナ羽根６が横切りながら回転する
ため、ランナ羽根６に作用する力が周期的に大きく変化
し、これが加振力となってランナに大きな振動をもたら
すといった問題がある。したがって、本発明の目的は上
記従来技術が有する問題点を解消し、ポンプ水車の水車
性能およびポンプ性能を向上させると共にランナ振動を
低減することができるポンプ水車及びその運転制御方法
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、発電運転時に複数枚のガイドベーンの外
側から内側へ向う水流が生じ、揚水運転時に前記ガイド
ベーンの内側から外側へ向う水流が生じるようにしたポ
ンプ水車において、前記ガイドベーンの各々は、前縁部
と後縁部とを有し、ガイドベーンの最大肉厚位置が回転
中心より前縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べて後縁
部の厚さが薄い流線形状に形成され、前記発電運転時は
ガイドベーンの前縁部が外側に向くように配置されると
共に、揚水運転時にはガイドベーンの前縁部を内側に向
くように配置されたことを特徴としている。
に、本発明は、発電運転時に複数枚のガイドベーンの外
側から内側へ向う水流が生じ、揚水運転時に前記ガイド
ベーンの内側から外側へ向う水流が生じるようにしたポ
ンプ水車において、前記ガイドベーンの各々は、前縁部
と後縁部とを有し、ガイドベーンの最大肉厚位置が回転
中心より前縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べて後縁
部の厚さが薄い流線形状に形成され、前記発電運転時は
ガイドベーンの前縁部が外側に向くように配置されると
共に、揚水運転時にはガイドベーンの前縁部を内側に向
くように配置されたことを特徴としている。
【０００９】また、本発明は、前記複数のガイドベーン
を次式に示す所定角αまで引き起こすように回動し、
を次式に示す所定角αまで引き起こすように回動し、
【数２】 α：ガイドベーン回転中心と前縁部とを結んだ直径とガ
イドベーン回転中心におけるガイドベーン回転中心ピッ
チ円直径Ｄg 上の接線とのなす角度 但し、Ｌ：ガイドベーンの回転中心と前縁部との間の距
離 Ｂ：前縁部の厚み Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円直径 Ｚg ：ガイドベーンの枚数 次いで前記複数枚のガイドベーンを１枚おきに反転さ
せ、しかるのち残りのガイドベーンを反転させることを
特徴としている。
イドベーン回転中心におけるガイドベーン回転中心ピッ
チ円直径Ｄg 上の接線とのなす角度 但し、Ｌ：ガイドベーンの回転中心と前縁部との間の距
離 Ｂ：前縁部の厚み Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円直径 Ｚg ：ガイドベーンの枚数 次いで前記複数枚のガイドベーンを１枚おきに反転さ
せ、しかるのち残りのガイドベーンを反転させることを
特徴としている。
【００１０】さらに、本発明は、前記複数枚のガイドベ
ーンのすべてを立ち上げるように前記所定角αまで回動
し、次に、前記ランナ羽根間に位置するガイドベーンを
反転させ、次いで、前記ランナ羽根を（２π／Ｚg ）ｒ
ａｄ回転させ、新たに前記ランナ羽根間に位置する前記
ガイドベーンを反転させることを特徴としている。そし
て、本発明は、前記ガイドベーンは全長Ｌ0 が次式の関
係を満足するように設定され、 Ｌ0 ＜（πＤg ／Ｚg ） 但し、Ｄg ：ガイドベーンの回転中心を結ぶピッチ円の
直径 Ｚg ：ガイドベーンの全枚数 前記複数のガイドベーンを全枚数同時に反転することを
特徴としている。
ーンのすべてを立ち上げるように前記所定角αまで回動
し、次に、前記ランナ羽根間に位置するガイドベーンを
反転させ、次いで、前記ランナ羽根を（２π／Ｚg ）ｒ
ａｄ回転させ、新たに前記ランナ羽根間に位置する前記
ガイドベーンを反転させることを特徴としている。そし
て、本発明は、前記ガイドベーンは全長Ｌ0 が次式の関
係を満足するように設定され、 Ｌ0 ＜（πＤg ／Ｚg ） 但し、Ｄg ：ガイドベーンの回転中心を結ぶピッチ円の
直径 Ｚg ：ガイドベーンの全枚数 前記複数のガイドベーンを全枚数同時に反転することを
特徴としている。
【００１１】また、本発明は、発電運転時に複数枚のガ
イドベーンの外側から内側への水流が生じ、揚水運転時
に複数枚のガイドベーンの内側から外側への水流が生じ
るポンプ水車において、前記のガイドベーンの各々は、
前縁部と後縁部とを有し、ガイドベーンの最大肉厚位置
が回転中心より前縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べ
て後縁部の厚さが薄い流線形状に形成され、円環翼列状
に配置されたガイドベーンの１枚おきのガイドベーン群
を回動する第１の回動手段と、これらのガイドベーンの
各々のガイドベーン間に位置した他方のガイドベーン群
を回動する第２の回動手段と、を備えたことを特徴とし
ている。
イドベーンの外側から内側への水流が生じ、揚水運転時
に複数枚のガイドベーンの内側から外側への水流が生じ
るポンプ水車において、前記のガイドベーンの各々は、
前縁部と後縁部とを有し、ガイドベーンの最大肉厚位置
が回転中心より前縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べ
て後縁部の厚さが薄い流線形状に形成され、円環翼列状
に配置されたガイドベーンの１枚おきのガイドベーン群
を回動する第１の回動手段と、これらのガイドベーンの
各々のガイドベーン間に位置した他方のガイドベーン群
を回動する第２の回動手段と、を備えたことを特徴とし
ている。
【００１２】
【作用】本発明によれば、発電運転時にガイドベーンの
前縁部を外側に向け、揚水運転時にガイドベーンの前縁
部を内側に向けたので、水流が外側から内側に向かって
生じる発電運転時では、ガイドベーンの後縁部が内側に
配置されて出口側のガイドベーンの肉厚が薄くなる。こ
れにより、発電運転時のガイドベーンの出口の水流の極
度に遅い後流域を小さくすることができる。また、水流
が内側から外側に向かって生じる揚水運転時では、ガイ
ドベーンの後縁部が外側に配置されて出口側のガイドベ
ーンの肉厚が薄くなるので、揚水運転時でもガイドベー
ンの出口の水流の極度に遅い後流域を小さくすることが
できる。
前縁部を外側に向け、揚水運転時にガイドベーンの前縁
部を内側に向けたので、水流が外側から内側に向かって
生じる発電運転時では、ガイドベーンの後縁部が内側に
配置されて出口側のガイドベーンの肉厚が薄くなる。こ
れにより、発電運転時のガイドベーンの出口の水流の極
度に遅い後流域を小さくすることができる。また、水流
が内側から外側に向かって生じる揚水運転時では、ガイ
ドベーンの後縁部が外側に配置されて出口側のガイドベ
ーンの肉厚が薄くなるので、揚水運転時でもガイドベー
ンの出口の水流の極度に遅い後流域を小さくすることが
できる。
【００１３】また、本発明によれば、複数枚のガイドベ
ーンのすべてを立ち上げるように所定角αまで回動し、
次に、ランナ羽根間に位置するガイドベーンを反転さ
せ、次いで、ランナ羽根を（２π／Ｚg ）ｒａｄ回転さ
せ、新たにランナ羽根間に位置するガイドベーンを反転
させる。このように、ランナ羽根間に位置するガイドベ
ーンを反転させることにより、ガイドベーンをランナ羽
根に衝突させずに反転することができる。さらに、本発
明によれば、全てのガイドベーンがピッチ円周に沿って
配置されたとき、隣接するガイドベーンが衝突しないよ
うにガイドベーンの全長Ｌ0 を設定した。したがって、
隣接するガイドベーンと衝突させずに、全数のガイドベ
ーンを同時に反転させることができる。
ーンのすべてを立ち上げるように所定角αまで回動し、
次に、ランナ羽根間に位置するガイドベーンを反転さ
せ、次いで、ランナ羽根を（２π／Ｚg ）ｒａｄ回転さ
せ、新たにランナ羽根間に位置するガイドベーンを反転
させる。このように、ランナ羽根間に位置するガイドベ
ーンを反転させることにより、ガイドベーンをランナ羽
根に衝突させずに反転することができる。さらに、本発
明によれば、全てのガイドベーンがピッチ円周に沿って
配置されたとき、隣接するガイドベーンが衝突しないよ
うにガイドベーンの全長Ｌ0 を設定した。したがって、
隣接するガイドベーンと衝突させずに、全数のガイドベ
ーンを同時に反転させることができる。
【００１４】
【実施例】以下本発明によるポンプ水車及びその運転制
御方法の実施例を図面を参照して説明する。なお、図１
５、図１６に示す従来技術と同一部材については同一符
号を付し説明を省略する。図１において、全体を符号１
８で示したポンプ水車は第１の回動手段１９及び第２の
回動手段２０を備えている。第１の回動手段１９は内側
ゲートリング２１を有し、その下端部はポンプ水車２０
の上カバー２３に対して回動自在に支持されている。ま
た、内側ゲートリング２１の下端部外周にはリングギア
２１ａが形成され、このリングギア２１ａは後述するプ
ラネタリアギア２４、２４…と噛み合っている。
御方法の実施例を図面を参照して説明する。なお、図１
５、図１６に示す従来技術と同一部材については同一符
号を付し説明を省略する。図１において、全体を符号１
８で示したポンプ水車は第１の回動手段１９及び第２の
回動手段２０を備えている。第１の回動手段１９は内側
ゲートリング２１を有し、その下端部はポンプ水車２０
の上カバー２３に対して回動自在に支持されている。ま
た、内側ゲートリング２１の下端部外周にはリングギア
２１ａが形成され、このリングギア２１ａは後述するプ
ラネタリアギア２４、２４…と噛み合っている。
【００１５】また、内側ゲートリング２１の上端部には
対向する一対の張出部２１ｂ、２１ｂが形成され、この
張出部２１ｂ、２１ｂにはそれぞれ駆動サーボシリンダ
２６、２６が連結されている。駆動サーボシリンダ２
６、２６は互いに相反する方向に伸縮作動する。したが
って、駆動サーボシリンダ２６、２６を作動することに
より、内側ゲートリング２１が主軸２７を中心にして時
計方向又は反時計方向に回動する。
対向する一対の張出部２１ｂ、２１ｂが形成され、この
張出部２１ｂ、２１ｂにはそれぞれ駆動サーボシリンダ
２６、２６が連結されている。駆動サーボシリンダ２
６、２６は互いに相反する方向に伸縮作動する。したが
って、駆動サーボシリンダ２６、２６を作動することに
より、内側ゲートリング２１が主軸２７を中心にして時
計方向又は反時計方向に回動する。
【００１６】前記内側ゲートリング２１の外側には外側
ゲートリング２２が同軸上に回動自在に支持されてい
る。外側ゲートリング２２の下端部外周にはリングギア
２２ａが形成され、このリングギア２２ａは後述するプ
ラネタリアギア３０、３０…と噛み合い、プラネタリア
ギア３０、３０…はプラネタリアギア２４、２４…の上
方に位置している。
ゲートリング２２が同軸上に回動自在に支持されてい
る。外側ゲートリング２２の下端部外周にはリングギア
２２ａが形成され、このリングギア２２ａは後述するプ
ラネタリアギア３０、３０…と噛み合い、プラネタリア
ギア３０、３０…はプラネタリアギア２４、２４…の上
方に位置している。
【００１７】また、外側ゲートリング２２の上端部には
対向する一対の張出部２２ｂ、２２ｂが形成され、これ
らの張出部２２ｂ、２２ｂにはそれぞれ駆動サーボシリ
ンダ３２、３２が連結されている。駆動サーボシリンダ
３２、３２は、前述した駆動サーボシリンダ２６、２６
と同様に、互いに相反する方向に伸縮するように作動す
る。したがって、駆動サーボシリンダ３２、３２を作動
することにより、外側ゲートリング２２が主軸２７を中
心にして時計方向又は反時計方向に回動する。前述した
プラネタリアギア２４、２４…とプラネタリアギア３
０、３０…とは、図３から明らかなように、互いに交互
に配設されている。また、図１に示すように、プラネタ
リアギア２４に固定されたガイドベーン軸２５は下方に
伸張されガイドベーン４ａに取り付けられ、プラネタリ
アギア３０に固定されたガイドベーン軸３１は下方に伸
張されガイドベーン４ｂに取り付けられている。したが
って、駆動サーボシリンダ２６、２６を作動することに
より、プラネタリアギア２４、２４…が回動してガイド
ベーン４ａ、４ａ…が回転軸２５、２５…を中心にして
回動する。また、駆動サーボシリンダ３２、３２を作動
することにより、プラネタリアギア３０、３０…が回動
してガイドベーン４ｂ、４ｂ…が回転軸３１、３１…を
中心にして回動する。このように、プラネタリアギア２
４、２４…とプラネタリアギア３０、３０…とを互いに
交互に配設することにより、一つおきのガイドベーンを
回動するので、隣接するガイドベーンに衝突することな
く１８０度反転することができる。
対向する一対の張出部２２ｂ、２２ｂが形成され、これ
らの張出部２２ｂ、２２ｂにはそれぞれ駆動サーボシリ
ンダ３２、３２が連結されている。駆動サーボシリンダ
３２、３２は、前述した駆動サーボシリンダ２６、２６
と同様に、互いに相反する方向に伸縮するように作動す
る。したがって、駆動サーボシリンダ３２、３２を作動
することにより、外側ゲートリング２２が主軸２７を中
心にして時計方向又は反時計方向に回動する。前述した
プラネタリアギア２４、２４…とプラネタリアギア３
０、３０…とは、図３から明らかなように、互いに交互
に配設されている。また、図１に示すように、プラネタ
リアギア２４に固定されたガイドベーン軸２５は下方に
伸張されガイドベーン４ａに取り付けられ、プラネタリ
アギア３０に固定されたガイドベーン軸３１は下方に伸
張されガイドベーン４ｂに取り付けられている。したが
って、駆動サーボシリンダ２６、２６を作動することに
より、プラネタリアギア２４、２４…が回動してガイド
ベーン４ａ、４ａ…が回転軸２５、２５…を中心にして
回動する。また、駆動サーボシリンダ３２、３２を作動
することにより、プラネタリアギア３０、３０…が回動
してガイドベーン４ｂ、４ｂ…が回転軸３１、３１…を
中心にして回動する。このように、プラネタリアギア２
４、２４…とプラネタリアギア３０、３０…とを互いに
交互に配設することにより、一つおきのガイドベーンを
回動するので、隣接するガイドベーンに衝突することな
く１８０度反転することができる。
【００１８】本発明によれば、ガイドベーン４ａ、４ｂ
は、図４に示されたように、後縁部Ｒの肉厚が前縁部Ｆ
の肉厚より薄く全体として魚の外形のように流線形状に
構成されている。また、ガイドベーン４ａ、４ｂのガイ
ドベーン軸２５、３１の回転中心より前縁部Ｆ側に寄っ
た位置に最大肉厚部Ｍが形成されている。
は、図４に示されたように、後縁部Ｒの肉厚が前縁部Ｆ
の肉厚より薄く全体として魚の外形のように流線形状に
構成されている。また、ガイドベーン４ａ、４ｂのガイ
ドベーン軸２５、３１の回転中心より前縁部Ｆ側に寄っ
た位置に最大肉厚部Ｍが形成されている。
【００１９】次に、このように構成された本発明による
ポンプ水車を発電運転および揚水運転に適用させて運転
制御する態様を説明する。図４は、発電運転時のガイド
ベーン４ａ、４ｂの向きを示しており、駆動サーボシリ
ンダ２６、２６、３２、３２を作動することにより、ガ
イドベーン４ａ、４ｂの前縁部Ｆが外側を向くように配
置する。なお、発電運転の場合、水流ｖはポンプ水車１
８の外側から内側に向かって流れる。図５は発電運転時
におけるガイドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒ近傍の水流
ｖの分布状態を示している。同図から明らかなように、
従来のガイドベーンより後縁部Ｒの肉厚が薄く形成され
ているのでガイドベーン４ａ、４ｂの出口での流速ｖの
極度に遅い流域が小さくなる。したがって、流れが一様
化する間に混合するためのエネルギ損失を小さくするこ
とができる。
ポンプ水車を発電運転および揚水運転に適用させて運転
制御する態様を説明する。図４は、発電運転時のガイド
ベーン４ａ、４ｂの向きを示しており、駆動サーボシリ
ンダ２６、２６、３２、３２を作動することにより、ガ
イドベーン４ａ、４ｂの前縁部Ｆが外側を向くように配
置する。なお、発電運転の場合、水流ｖはポンプ水車１
８の外側から内側に向かって流れる。図５は発電運転時
におけるガイドベーン４ａ、４ｂの後縁部Ｒ近傍の水流
ｖの分布状態を示している。同図から明らかなように、
従来のガイドベーンより後縁部Ｒの肉厚が薄く形成され
ているのでガイドベーン４ａ、４ｂの出口での流速ｖの
極度に遅い流域が小さくなる。したがって、流れが一様
化する間に混合するためのエネルギ損失を小さくするこ
とができる。
【００２０】また、発電運転時には、上述したガイドベ
ーン４ａ、４ｂの出口側の流域中をランナ羽根６が横切
りながら回転するので、ランナ羽根６に水力による加振
力を受けるが、流速ｖの極度に遅い流域が小さくなるの
で水力による加振力を小さくすることができる。
ーン４ａ、４ｂの出口側の流域中をランナ羽根６が横切
りながら回転するので、ランナ羽根６に水力による加振
力を受けるが、流速ｖの極度に遅い流域が小さくなるの
で水力による加振力を小さくすることができる。
【００２１】一方、図６は揚水運転時におけるガイドベ
ーン４ａ、４ｂの向きを示しており、駆動サーボシリン
ダ２６、２６、３２、３２を作動することにより、ガイ
ドベーン４ａ、４ｂの前縁部Ｆを内側に向くように配置
する。なお、揚水運転の場合、水流ｖはポンプ水車１８
の内側から外側に向かって流れる。揚水運転時の場合
も、発電運転時と同様にガイドベーンの後縁部Ｒが出口
側に配置されるので、出口側の流速ｖの極度に遅い流域
が小さくなる。したがって、流れが一様化する間に混合
するためのエネルギ損失を小さくすることができる。
ーン４ａ、４ｂの向きを示しており、駆動サーボシリン
ダ２６、２６、３２、３２を作動することにより、ガイ
ドベーン４ａ、４ｂの前縁部Ｆを内側に向くように配置
する。なお、揚水運転の場合、水流ｖはポンプ水車１８
の内側から外側に向かって流れる。揚水運転時の場合
も、発電運転時と同様にガイドベーンの後縁部Ｒが出口
側に配置されるので、出口側の流速ｖの極度に遅い流域
が小さくなる。したがって、流れが一様化する間に混合
するためのエネルギ損失を小さくすることができる。
【００２２】図７および図８は従来のガイドベーンと本
発明のガイドベーンとを模型試験して比較した結果を示
したグラフである。図７は発電運転の結果を示し、図８
は揚水運転の結果を示している。これらの図において、
横軸は最高効率点での流量Ｑ0 で無次元化した流量Ｑ／
Ｑ0 を示し、縦軸は最高効率点での効率η0 で無次元化
した効率η／η0 を示している。また、破線は従来のガ
イドベーンを使用した場合のグラフを示し、実線は本発
明のガイドベーンを使用した場合のグラフを示してい
る。
発明のガイドベーンとを模型試験して比較した結果を示
したグラフである。図７は発電運転の結果を示し、図８
は揚水運転の結果を示している。これらの図において、
横軸は最高効率点での流量Ｑ0 で無次元化した流量Ｑ／
Ｑ0 を示し、縦軸は最高効率点での効率η0 で無次元化
した効率η／η0 を示している。また、破線は従来のガ
イドベーンを使用した場合のグラフを示し、実線は本発
明のガイドベーンを使用した場合のグラフを示してい
る。
【００２３】図７および図８のグラフから明らかなよう
に、本発明によれば、ガイドベーンの出口におけるエネ
ルギ損失を少なくすることにより、発電運転及び揚水運
転においてすべての流量で効率が上がり、ポンプ水車の
性能を向上させることができる。図９乃至図１２はポン
プ水車を発電運転状態から揚水運転状態に変更する場合
の、ガイドベーン４ａ、４ｂの回動手順を示している。
図９において、上述したようにガイドベーン４ａ、４ｂ
は互いに交互に配置されている。そして、ポンプ水車を
発電運転状態から揚水運転状態に変更する場合、先ず、
ランナ羽根６の回転を停止し、ランナ羽根６の回転停止
後、ガイドベーン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角
αまで時計回り方向に回動する。ここで、所定角αは、
ガイドベーン４ａ、４ｂの回転中心Ｏと前縁部Ｆとを結
んだ直線と、ピッチ円Ｐの接線とのなす角度である。こ
の所定角αは次式で表わされる。
に、本発明によれば、ガイドベーンの出口におけるエネ
ルギ損失を少なくすることにより、発電運転及び揚水運
転においてすべての流量で効率が上がり、ポンプ水車の
性能を向上させることができる。図９乃至図１２はポン
プ水車を発電運転状態から揚水運転状態に変更する場合
の、ガイドベーン４ａ、４ｂの回動手順を示している。
図９において、上述したようにガイドベーン４ａ、４ｂ
は互いに交互に配置されている。そして、ポンプ水車を
発電運転状態から揚水運転状態に変更する場合、先ず、
ランナ羽根６の回転を停止し、ランナ羽根６の回転停止
後、ガイドベーン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角
αまで時計回り方向に回動する。ここで、所定角αは、
ガイドベーン４ａ、４ｂの回転中心Ｏと前縁部Ｆとを結
んだ直線と、ピッチ円Ｐの接線とのなす角度である。こ
の所定角αは次式で表わされる。
【数３】 但し、Ｌ：ガイドベーン４ａ、４ｂの回転中心Ｏと前縁
部Ｆとの距離 Ｂ：前縁部Ｆの厚み Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円Ｐの直径 Ｚg ：ガイドベーン４ａ、４ｂの枚数 なお、これらのＬ，Ｂ，Ｄg ，およびＺg との間には次
式が成立する。
部Ｆとの距離 Ｂ：前縁部Ｆの厚み Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円Ｐの直径 Ｚg ：ガイドベーン４ａ、４ｂの枚数 なお、これらのＬ，Ｂ，Ｄg ，およびＺg との間には次
式が成立する。
【数４】
【００２４】このように、ガイドベーン４ａ、４ｂを立
ち上げるように所定角αまで時計回り方向に回動した
後、図１０、１１に示すように、ガイドベーン４ｂを１
８０度反転する。次いで、図１２に示すように、ガイド
ベーン４ａを１８０度反転する。これにより、ガイドベ
ーン４ａ、４ｂの全数が揚水運転状態に変更される。こ
のように、ポンプ水車のガイドベーン４ａ、４ｂを発電
運転状態から揚水運転状態に変更する場合、前もってガ
イドベーン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角αまで
回動することにより、隣接するガイドベーンに衝突する
ことなく１８０度反転することができる。
ち上げるように所定角αまで時計回り方向に回動した
後、図１０、１１に示すように、ガイドベーン４ｂを１
８０度反転する。次いで、図１２に示すように、ガイド
ベーン４ａを１８０度反転する。これにより、ガイドベ
ーン４ａ、４ｂの全数が揚水運転状態に変更される。こ
のように、ポンプ水車のガイドベーン４ａ、４ｂを発電
運転状態から揚水運転状態に変更する場合、前もってガ
イドベーン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角αまで
回動することにより、隣接するガイドベーンに衝突する
ことなく１８０度反転することができる。
【００２５】なお、ガイドベーン４ａ、４ｂを揚水運転
状態から発電運転状態に変更する場合も上述した方法と
同様に行うことができる。図１３に示す第３実施例のガ
イドベーン４ａ、４ｂは全枚数同時に反転可能に形成さ
れている。同図に示すガイドベーン４ａ、４ｂの全長Ｌ
0 は次式（３）の関係を満足するように設定されてい
る。 Ｌ0 ＜（πＤg ／Ｚg ） …（３） 但し、Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円Ｐの
直径 Ｚg ：ガイドベーン４ａ、４ｂの枚数 これにより、ガイドベーン４ａ、４ｂをピッチ円Ｐ上に
沿って配置しても隣接するガイドベーンが衝突すること
を防止できる。このように、全枚数のガイドベーンを同
時に反転することができるので、ガイドベーンの制御を
短時間で行うことができる。
状態から発電運転状態に変更する場合も上述した方法と
同様に行うことができる。図１３に示す第３実施例のガ
イドベーン４ａ、４ｂは全枚数同時に反転可能に形成さ
れている。同図に示すガイドベーン４ａ、４ｂの全長Ｌ
0 は次式（３）の関係を満足するように設定されてい
る。 Ｌ0 ＜（πＤg ／Ｚg ） …（３） 但し、Ｄg ：ガイドベーン回転中心を結ぶピッチ円Ｐの
直径 Ｚg ：ガイドベーン４ａ、４ｂの枚数 これにより、ガイドベーン４ａ、４ｂをピッチ円Ｐ上に
沿って配置しても隣接するガイドベーンが衝突すること
を防止できる。このように、全枚数のガイドベーンを同
時に反転することができるので、ガイドベーンの制御を
短時間で行うことができる。
【００２６】図１４に示す第４実施例は、ガイドベーン
４ａ、４ｂを制御する際に、ランナ羽根６を回動してガ
イドベーン４ａ、４ｂとランナ羽根６との衝突を防止す
るように構成されている。また、本実施例のポンプ水車
は、ランナ羽根６の位置を検出する検出手段（図示せ
ず）を備えている。そして、ガイドベーンを制御する場
合、先ずランナ羽根６の回転を停止した後、ガイドベー
ン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角αまで時計回り
方向に回動する。次に、ランナ羽根６、６…間に位置す
るガイドベーン４ｂ，４ｂ…を１８０度反転させる。次
いで、検出手段を使用して、ランナ羽根６を（２π／Ｚ
g ）ｒａｄ回転させる。ここで、Ｚg はガイドベーン４
ａ、４ｂの全枚数を示す。このように、ランナ羽根６を
（２π／Ｚg ）ｒａｄ回転させることにより、その他の
ガイドベーン４ａ，４ａ…がランナ羽根６、６…間に位
置する。そして、ガイドベーン４ａ，４ａ…を１８０度
反転させることにより、ガイドベーン４ａ、４ｂがラン
ナ羽根６に衝突せずに反転される。
４ａ、４ｂを制御する際に、ランナ羽根６を回動してガ
イドベーン４ａ、４ｂとランナ羽根６との衝突を防止す
るように構成されている。また、本実施例のポンプ水車
は、ランナ羽根６の位置を検出する検出手段（図示せ
ず）を備えている。そして、ガイドベーンを制御する場
合、先ずランナ羽根６の回転を停止した後、ガイドベー
ン４ａ、４ｂを立ち上げるように所定角αまで時計回り
方向に回動する。次に、ランナ羽根６、６…間に位置す
るガイドベーン４ｂ，４ｂ…を１８０度反転させる。次
いで、検出手段を使用して、ランナ羽根６を（２π／Ｚ
g ）ｒａｄ回転させる。ここで、Ｚg はガイドベーン４
ａ、４ｂの全枚数を示す。このように、ランナ羽根６を
（２π／Ｚg ）ｒａｄ回転させることにより、その他の
ガイドベーン４ａ，４ａ…がランナ羽根６、６…間に位
置する。そして、ガイドベーン４ａ，４ａ…を１８０度
反転させることにより、ガイドベーン４ａ、４ｂがラン
ナ羽根６に衝突せずに反転される。
【００２７】
【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、発電運転時及び揚水運転時におけるガイドベ
ーン出口の水流の極度に遅い後流域を小さくすることが
できるので、ガイドベーン出口の水流が一様化する間に
混合するためのエネルギ損失が小さくなり、水車性能及
びポンプ性能が向上する。さらに、発電運転時に、低流
域がもたらすランナ羽根の振動を減少することができる
ので、ポンプ水車の水車性能およびポンプ性能の向上を
図ることができる。また、本発明によれば、複数のガイ
ドベーンを全数所定角αまで引き起こすように回動し、
次に、複数のガイドベーンを１枚おきに反転させ、次い
で、残りのガイドベーンを反転させたので、隣接するガ
イドベーンと衝突することを防止できる。また、本発明
によれば、全てのガイドベーンがピッチ円周に沿って配
置されたとき、隣接するガイドベーンが衝突しないよう
にガイドベーンの全長Ｌ0 を設定したので隣接するガイ
ドベーンと衝突させずに、全数のガイドベーンを同時に
反転させることができ、複数のガイドベーンの反転制御
を短時間で行うことができる。
によれば、発電運転時及び揚水運転時におけるガイドベ
ーン出口の水流の極度に遅い後流域を小さくすることが
できるので、ガイドベーン出口の水流が一様化する間に
混合するためのエネルギ損失が小さくなり、水車性能及
びポンプ性能が向上する。さらに、発電運転時に、低流
域がもたらすランナ羽根の振動を減少することができる
ので、ポンプ水車の水車性能およびポンプ性能の向上を
図ることができる。また、本発明によれば、複数のガイ
ドベーンを全数所定角αまで引き起こすように回動し、
次に、複数のガイドベーンを１枚おきに反転させ、次い
で、残りのガイドベーンを反転させたので、隣接するガ
イドベーンと衝突することを防止できる。また、本発明
によれば、全てのガイドベーンがピッチ円周に沿って配
置されたとき、隣接するガイドベーンが衝突しないよう
にガイドベーンの全長Ｌ0 を設定したので隣接するガイ
ドベーンと衝突させずに、全数のガイドベーンを同時に
反転させることができ、複数のガイドベーンの反転制御
を短時間で行うことができる。
【図１】本発明によるポンプ水車の一実施例を示した縦
断面図。
断面図。
【図２】本発明によるポンプ水車の第１実施例を平面か
ら見た状態で示した平面図。
ら見た状態で示した平面図。
【図３】図１に示すポンプ水車をＡ−Ａ線に沿って切断
した状態を示したＡ−Ａ断面図。
した状態を示したＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明によるポンプ水車の第１実施例において
発電運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
発電運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
【図５】本発明によるポンプ水車の第１実施例が発電運
転状態におけるガイドベーンの出口部での流水の速度ベ
クトルを模式的に示した断面図。
転状態におけるガイドベーンの出口部での流水の速度ベ
クトルを模式的に示した断面図。
【図６】本発明によるポンプ水車の第１実施例おいて揚
水運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
水運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
【図７】本発明によるポンプ水車の第１実施例の発電運
転時の効果を示したグラフ。
転時の効果を示したグラフ。
【図８】本発明によるポンプ水車の第１実施例の揚水運
転時の効果を示したグラフ。
転時の効果を示したグラフ。
【図９】本発明によるポンプ水車の第２実施例において
発電運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
発電運転状態のガイドベーンの一部を示した断面図。
【図１０】本発明によるポンプ水車の第２実施例におい
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
【図１１】本発明によるポンプ水車の第２実施例におい
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
【図１２】本発明によるポンプ水車の第２実施例におい
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
てガイドベーンを発電運転状態から揚水状態に反転する
動作を説明する断面図。
【図１３】本発明によるポンプ水車の第３実施例のガイ
ドベーンの一部を示した断面図。
ドベーンの一部を示した断面図。
【図１４】本発明によるポンプ水車の第４実施例のガイ
ドベーンの一部を示した断面図。
ドベーンの一部を示した断面図。
【図１５】従来のポンプ水車を断面状態で示した断面
図。
図。
【図１６】従来のポンプ水車において発電運転状態のガ
イドベーンの一部を示した断面図。
イドベーンの一部を示した断面図。
４ａ、４ｂ ガイドベーン ６ ランナ羽根 １８ ポンプ水車 １９ 第１の回動手段 ２０ 第２の回動手段 Ｆ 前縁部 Ｒ 後縁部
Claims (5)
- 【請求項１】発電運転時に複数枚のガイドベーンの外側
から内側へ向う水流が生じ、揚水運転時に前記ガイドベ
ーンの内側から外側へ向う水流が生じるようにしたポン
プ水車において、前記ガイドベーンの各々は、前縁部と
後縁部とを有し、ガイドベーンの最大肉厚位置が回転中
心より前縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べて後縁部
の厚さが薄い流線形状に形成され、前記発電運転時はガ
イドベーンの前縁部が外側に向くように配置されると共
に、揚水運転時にはガイドベーンの前縁部を内側に向く
ように配置されたことを特徴とするポンプ水車の運転制
御方法。 - 【請求項２】前記複数のガイドベーンを次式に示す所定
角αまで引き起こすように回動し、 【数１】 但し、 α：ガイドベーン回転中心と前縁部とを結んだ直線とガ
イドベーン回転中心におけるガイドベーン回転中心ピッ
チ円直径Ｄg 上の接線とのなす角度 Ｌ：ガイドベーンの回転中心と前縁部との間の距離 Ｂ：前縁部の厚み Ｄg ：ガイドベーンの回転中心を結ぶピッチ円直径 Ｚg ：ガイドベーンの枚数 次いで前記複数枚のガイドベーンを１枚おきに反転さ
せ、しかるのち残りのガイドベーンを反転させることを
特徴とする請求項１に記載のポンプ水車の運転制御方
法。 - 【請求項３】前記複数枚のガイドベーンのすべてを立ち
上げるように前記所定角αまで回動し、次に、前記ラン
ナ羽根間に位置するガイドベーンを反転させ、次いで、
前記ランナ羽根を（２π／Ｚg ）ｒａｄ回転させ、新た
に前記ランナ羽根間に位置する前記ガイドベーンを反転
させることを特徴とする請求項２に記載のポンプ水車の
運転制御方法。 - 【請求項４】前記ガイドベーンは全長Ｌ0 が次式の関係
を満足するように設定され、 Ｌ0 ＜（πＤg ／Ｚg ） 但し、Ｄg ：ガイドベーンの回転中心を結ぶピッチ円の
直径 Ｚg ：ガイドベーンの全枚数 前記複数のガイドベーンを全枚数同時に反転することを
特徴とする請求項１に記載のポンプ水車の運転制御方
法。 - 【請求項５】発電運転時に複数枚のガイドベーンの外側
から内側への水流が生じ、揚水運転時に複数枚のガイド
ベーンの内側から外側への水流が生じるポンプ水車にお
いて、前記のガイドベーンの各々は、前縁部と後縁部と
を有し、ガイドベーンの最大肉厚位置が回転中心より前
縁部側に位置し、前縁部の厚さに比べて後縁部の厚さが
薄い流線形状に形成され、円環翼列状に配置されたガイ
ドベーンの１枚おきのガイドベーン群を回動する第１の
回動手段と、これらのガイドベーンの各々のガイドベー
ン間に位置した他方のガイドベーン群を回動する第２の
回動手段とを備えたことを特徴とするポンプ水車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161083A JPH0914119A (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ポンプ水車及びその運転制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161083A JPH0914119A (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ポンプ水車及びその運転制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0914119A true JPH0914119A (ja) | 1997-01-14 |
Family
ID=15728303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7161083A Pending JPH0914119A (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ポンプ水車及びその運転制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0914119A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001295795A (ja) * | 2000-04-13 | 2001-10-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遠心圧縮機 |
| JP2007255316A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Tanaka Suiryoku Kk | 水力発電用フランシス水車 |
| JP2009174458A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 遠心圧縮機 |
| CN101900070A (zh) * | 2010-07-20 | 2010-12-01 | 河南新飞纪元科技有限公司 | 具有反吹化冰功能的冷却塔用水轮机 |
| CN103206331A (zh) * | 2013-02-07 | 2013-07-17 | 河海大学 | 一种低水头高效轴伸贯流式水泵水轮机及其叶片 |
-
1995
- 1995-06-27 JP JP7161083A patent/JPH0914119A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001295795A (ja) * | 2000-04-13 | 2001-10-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遠心圧縮機 |
| JP2007255316A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Tanaka Suiryoku Kk | 水力発電用フランシス水車 |
| JP2009174458A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 遠心圧縮機 |
| CN101900070A (zh) * | 2010-07-20 | 2010-12-01 | 河南新飞纪元科技有限公司 | 具有反吹化冰功能的冷却塔用水轮机 |
| CN103206331A (zh) * | 2013-02-07 | 2013-07-17 | 河海大学 | 一种低水头高效轴伸贯流式水泵水轮机及其叶片 |
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