JPH10103253A

JPH10103253A - 揚水機の状態監視方法および監視装置

Info

Publication number: JPH10103253A
Application number: JP8260884A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kuwabara; 尚夫桑原; Masataka Harada; 昌孝原田; Hiroto Nakagawa; 博人中川; Toshinari Fujii; 俊成藤井; Toshikazu Kubo; 俊和久保
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】揚水機の高揚程逆流発生点に対する現在の運
転点や視覚を通じて簡単に確認することができるととも
に、揚水機の運転状態の推移もしくは傾向を一目で視認
することができるようにする。【解決手段】実機モニタリング装置２では、実機１の
揚程Ｈ、流量Ｑ、回転速度Ｎ、およびガイドベーン開度
Ｙを所定のサンプリング周期で計測し、これらの計測し
たデータに対し、制御装置３では、固有特性データと同
一条件で実機または相似機の所定回転速度状態に換算す
るための座標変換を行い、表示装置４に予め入力された
モデルポンプのデータを背景として表示し、その上に座
標変換された実機の運転状態を表示し、逆流が発生する
各状態量を視認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的大容量の定
速度揚水機および可変速度揚水機の運転状態を監視する
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】揚水機には逆流という特性（現象）があ
ることが従来から知られている。この逆流特性とは、例
えば後述の図４や図５に示すように横軸に揚水量Ｑ、縦
軸に全揚程Ｈまたはポンプ入力Ｐをとったときに、揚水
量Ｑ−全揚程Ｈ、揚水量Ｑ−ポンプ入力Ｐの関係におい
て極小値（ロ）が存在するという特性のことである。図
３の全揚程Ｈ−揚水量Ｑの特性では極大値から左側が、
また、ポンプ入力Ｐ−揚水量Ｑの特性では極小値から左
側がそれぞれ逆流領域であり、この逆流領域は揚水量Ｑ
からみると全揚程Ｈの極大値とポンプ入力Ｐの極小値の
位置と一致する。これらの点が逆流開始点Ｄとなってい
る。この逆流領域で揚水機の運転が行われると、通常運
転時の数倍以上の振動や騒音が発生する。このため、逆
流領域Ｒｗでの揚水継続運転は揚水機に負担がかかり、
揚水機を含めて付属する機械が破損するおそれがある。
そこで、従来では、この逆流領域に入らないように高揚
程逆流に対しては充分な余裕をとって運転揚程範囲を設
定していた。

【０００３】このように従来では、高揚程逆流に対して
は充分な余裕をとって運転揚程範囲を設定していたの
で、特に高揚程逆流に対する余裕を定量的に表示するよ
うな状態監視装置を設置する必要はなかった。

【０００４】しかし、単一のフランシスランナーを有
し、揚水および発電の両運転モードで可変速運転される
可変速揚水発電用ポンプ水車においては、揚水モードで
入力可変幅をできるだけ広くとりたいという事情がある
ため、通常運転範囲を前述の高揚程逆流領域の近傍まで
広げるようになってきた。このため、高揚程逆流領域落
ち込み余裕を充分確保することができないようなケース
も見られるようになってきた。しかも、複数台のこの種
の可変速ポンプ水車が上池側管路または同一の下流側管
路から分岐して設置されるような場合には、相互に水撃
干渉を受け合うので、前記高揚程逆流余裕は一層厳しく
なっていた。

【０００５】このようなことから、逆流を回避するよう
な運転制御の重要性が高まり、本発明者自身によっても
特開平１−１６３４７３号、特開平１−１６３４７５
号、特公平７−３７７９１号に記載されたような逆流回
避制御に関する提案を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに逆流を回避するような制御を行っていたとしても、
通常運転範囲が前述の高揚程逆流領域の近傍まで広がっ
てくると、逆流回避制御が正常に行われているかどうか
を確認したり、間違って逆流領域に突入した場合でも、
どのような状態で運転されているかを的確に確認する必
要が生じてきた。

【０００７】この点に関して、前記特公平７−３７７９
１号において、本発明者は、揚水機の吐出側水圧脈動や
揚水機が発する機械的振動に逆流特有のスペクトルが現
れる特徴を利用して逆流運転を検出し、もしくは判別す
る方法を提案した。

【０００８】しかし、この既提案方法では、逆流領域に
突入したことは分かるが、まだ逆流領域に突入していな
い通常運転時に、運転点が逆流開始点に近づいているの
か、遠ざかりつつあるのかというような運転点の推移
や、現在の運転点の逆流開始点に対する余裕はどのくら
いあるのか、あるいは、逆流領域に突入した後、運転点
はどこにあるのか、等の疑問に答えることはできなかっ
た。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、揚水機の高揚程逆流発生点に対す
る現在の運転点を視覚を通じて簡単に確認することがで
きる揚水機の状態監視方法および装置を提供することに
ある。

【００１０】また、他の目的は、揚水機の高揚程逆流領
域と運転点との相対的な位置関係を表示面上で表示する
ことによって、揚水機の運転状態の推移もしくは傾向を
一目で視認することができる揚水機の状態監視方法およ
び装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の手段は、揚水機の実機の揚程を代表する変量
と流量を代表する変量、揚程を代表する変量と入力を代
表する変量、および入力を代表する変量と流量を代表す
る変量のいずれかの組み合わせをそれぞれ２次元の座標
軸にとって、あらかじめ測定した逆流領域を含む揚水機
の実機の固有特性を２次元座標軸上に表示し、逆流が発
生する各状態量を目視で確認することができるようにし
たことを特徴としている。

【００１２】この場合、前記２次元の座標軸にさらにガ
イドベーン開度を代表する変量に関する座標軸を加え、
前記揚水機の実機の固有特性を３次元座標軸上で表示す
るようにしてもよい。

【００１３】また、前記揚水機の実機の代わりに揚水機
の相似模型を使用し、相似側に基づいて前記固有特性の
表示を行うようにすることもできる。

【００１４】なお、ここで揚程を代表する変量、流量を
代表する変量、入力を代表する変量、ガイドベーン開度
を代表する変量における「代表する変量」とは、揚程、
流量、入力および開度をそれぞれ要素として含む変量、
すなわち、これらの各要素を関数として含むようなパラ
メータ、あるいは、他のものに置き換えてパラメータと
して使用するようなものを指し、パラメータとして揚
程、流量、入力および開度そのものを使用するだけでは
ないものも含む趣旨である。

【００１５】第２の手段は、少なくとも高揚程側逆流が
発生する流量点、この流量点近傍の逆流特性、および前
記流量点近傍の通常運転領域について、前記揚水機の揚
程と流量の関係特性をあらかじめガイドベーン開度をパ
ラメータとして計測し、これらのガイドベーン開度ごと
の特性を、揚程を代表する変量の座標軸と流量を代表す
る変量の座標軸によって形成される座標面上に表示する
とともに、各ガイドベーン開度に対応した逆流開始点が
目視により確認できるように表示画面に表示し、これと
並行して、実機運転中の揚程と流量を計測し、別途計測
した前記ガイドベーン開度に応じて前記表示画面の座標
面上に重ねて表示することを特徴としている。

【００１６】この場合、前記重ねて表示される前記ガイ
ドベーン開度に対応した実機運転中の揚程と流量は、時
間の経過とともに順次継続して表示するようにするとよ
い。

【００１７】第３の手段は、少なくとも高揚程側逆流が
発生する流量点、この流量点近傍の逆流特性、および前
記流量点近傍の通常運転領域について、前記揚水機の揚
程と流量の関係特性をあらかじめガイドベーン開度をパ
ラメータとして計測しておく手段と、計測されたこれら
のガイドベーン開度ごとの特性を、揚程を代表する変量
の座標軸と流量を代表する変量の座標軸によって形成さ
れる座標面上に表示するとともに、各ガイドベーン開度
に対応した逆流開始点が目視により確認できるように表
示画面に表示する手段と、実機運転中の揚程と流量を計
測する手段と、この計測手段によって計測された揚程と
流量を、前記ガイドベーン開度に応じて前記表示画面の
座標面上に重ねて表示させる手段とを備えていることを
特徴としている。この場合、後述の実施形態では、計測
する手段はモニタリング装置に対応し、表示する手段は
ディスプレイ装置に対応し、表示させる手段は制御装置
に対応し、制御手順は、制御装置に格納されたプログラ
ムに従って実行される。

【００１８】また、前記表示する手段は、前記ガイドベ
ーン開度に対応した実機運転中の揚程と流量を時間の経
過とともに順次継続して表示することが望ましい。ま
た、計測され表示される揚水機の揚程と流量として、揚
水機自身の揚程と流量を使用しても、揚水機の所定回転
数の相似模型における揚程と流量を相似則に基づいて換
算して使用してもよい。

【００１９】なお、上記第２または第３の手段におい
て、前記計測され表示される揚水機の揚程と流量は、所
定の回転速度に対応する揚水機自身の揚程と流量であっ
ても、同じく所定回転速度に対応する揚水機の相似模型
で計測され、相似則に基づいて換算された揚程と流量で
あってもよい。

【００２０】また、前記流量に代えて揚水機入力を使用
しても、前記揚程に代えて揚水機入力を使用してもよ
い。さらに、前記実機運転中の流量は、少なくともガイ
ドベーン開度および揚水機入力（駆動電動機出力）を含
む実機の計測データから演算で求めても、少なくともガ
イドベーン開度、回転速度および揚水機入力（駆動電動
機出力）を含む実機の計測データから演算で求めてもよ
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２２】図１は本発明の実施形態における可変速揚
水機の運転状態を監視する状態監視装置の概略構成を示
すブロック図、図２はこの状態監視装置における処理手
順を示すフローチャートである。

【００２３】図１に示すように、実施形態に係る状態監
視装置は、実機１のガイドベーン開度Ｙ、揚程Ｈ、流量
Ｑおよび回転速度Ｎなどの少なくとも２つを計測し、制
御装置３側に出力する実機モニタリング装置２と、この
実機モリタリング装置２によって計測された、前記Ｙ，
Ｈ，Ｑ，Ｎなどの値が入力され、これらの値に基づいて
後述の背景となる画面や実際の運転点を計算する前記制
御装置３と、制御装置３から前記計算された表示データ
を受けて、画面上に表示する表示装置（ディスプレイ装
置）４から基本的に構成されている。

【００２４】前記制御装置３は、図２のフローチャート
に示すような手順で処理するように設定されている。す
なわち、相似のモデルポンプの計測で得られた状態監視
対象となっている揚水機の固有特性データを図３に示す
ように実機または相似機いずれかの所定回転速度状態に
換算して一群のグラフとして入力する。その場合、この
特性はガイドベーン開度Ｙをパラメータとし、各ガイド
ベーン開度Ｙごとの（揚程Ｈ）対（流量Ｑ）関係として
入力される。なお、この実施形態では、図３に示すよう
に、少なくとも高揚程逆流発生点近傍を含む領域の前記
関係が入力される〔ステップＳ１３〕。

【００２５】この入力とは別に、実機モニタリング装置
２では、実機１の揚程Ｈ、流量Ｑ、回転速度Ｎ、および
ガイドベーン開度Ｙを所定のサンプリング周期で計測す
る〔ステップＳ１１〕。そして、これらの計測されたデ
ータに対し、制御装置３では、前記固有特性データと同
一条件で実機または相似機の所定回転速度状態に換算す
るための座標変換を行う〔ステップＳ１２〕。そして、
ステップＳ１４で、制御装置３は表示装置４にステップ
Ｓ１３で入力されたモデルポンプのデータを背景として
表示し、その上にステップＳ１２で座標変換された実機
１の運転状態を図３における太線のように表示する。こ
の表示はステップＳ１１における計測に対応してリアル
タイムで行われる。したがって、この経過を辿ると、運
転の傾向が表示画面４の表示を観察しているだけで一目
で分かる。なお、この図では、実機１の運転点の軌跡を
太線で表しているが、表示装置４においては、背景の色
と異なった色で表示して、より明確に視認できるように
なっている。

【００２６】図４は、揚水機の固有特性の一例を示す特
性図で、横軸に実機流量Ｑを、縦軸に実機揚程Ｈをとっ
たときの関係と、横軸に実機流量Ｑを、縦軸に実機ポン
プ入力Ｐをとったときの関係とを同一の図に示してい
る。ここで、破線を境にして斜線を引いた少流量側の部
分が逆流領域で、多流量側の領域が通常運転領域であ
る。この図４に示す特性では、同一の揚程に対して流量
の値を２つもしくは３つとる部分がある。そのため、揚
程が破線で示した逆流開始点のＨαから僅かに高くなる
と、流量は急減して運転点は（イ）で示す点に飛んでし
まう。すなわち、逆流開始点Ｄ近傍で運転中は僅かの揚
程変動によって流量Ｑが急減する可能性がある。

【００２７】このように一度逆流領域に落ち込むと、揚
程がＨβに下がるまでは、運転点は（イ）点から（ロ）
点に移動するだけで、通常運転領域には復帰できない。
また、揚程がＨβ以下に下がったら運転点はすぐに
（ハ）点に飛び、急に流量も増して通常運転に復帰す
る。

【００２８】このような高揚程逆流が発生するのはいわ
ばストール現象で、揚程がポンプ自身の能力を越えてし
まったことを意味し、運転効率は大きく低下するのみな
らず、振動や騒音を伴う。したがって、このような現象
が検出されたならば、速やかに脱出操作をしてやる必要
がある。逆流領域からの運転点の脱出は、回転速度を上
げたり、ガイドベーン開度を下げたりして行う。したが
って、このような逆流現象を的確に検出する状態監視が
重要となる。なお、図４に示した流量Ｑ対揚程Ｈの関係
を示すグラフに対応する流量Ｑ対入力Ｐの関係を示すグ
ラフで逆流を監視することも可能である。この場合に
は、入力Ｐの割りに流量Ｑが異常に低いことによっても
で検出できるからである。

【００２９】図５は、他の固有特性を示す揚水機の例で
ある。この特性では、図４に示したように同一揚程に対
して流量が２つ（２価）もしくは３つ（３価）になる部
分がない。したがって、図４に示すようなヒステリシス
現象もない。しかし、この場合でも斜線の少流量領域が
逆流領域であることに変わりはなく、設定値が僅かにド
リフトしたりして運転点がいつまでもこの領域に留まる
ようなことがあれば、やはり危険である。

【００３０】図６は図２のステップＳ１４における組み
合わせ表示の他の例を示す図で、相似モデルの１０００
回転状態に正規化して表示した場合の例である。横軸は
相似モデルの１０００回転時の流量Ｑ’₁₀₀₀を、縦軸は
相似モデルの１０００回転時の揚程Ｈ’₁₀₀₀をそれぞれ
示す。

【００３１】この例で、実機運転点が（ニ）の場合に
は、逆流突入に対するＱ’₁₀₀₀軸方向の余裕は、図に示
すように逆流突入位置Ｄと運転点の流量の差、Ｑ’₁₀₀₀−Ｑ’_D1000 で表される。

【００３２】なお、上記Ｑ’およびＨ’の「’」はモデ
ルベースに変換したときの値を示しており、添字の「
₁₀₀₀」は揚水機の回転数を示す（以下、同様）。

【００３３】図７は、図５の特性を相似モデルの揚程で
管理する場合の例で、逆流突入に対するＨ’₁₀₀₀軸方向
の余裕は、図に示すように逆流開始点Ｄと運転点の揚程
の差、Ｈ’_D1000−Ｈ’₁₀₀₀ で表される。

【００３４】ここで、上記のような特性に対応して運転
点を決定する処理について図８のフローチャートを参照
して説明する。このフローチャートは図２の処理手順を
さらに詳細に示したものである。すなわち、運転点を特
定し、その運転点をモデルテストデータの背景画面上に
表示するためには、揚水機の流量（揚水量）Ｑ〔ステッ
プＳ２１〕、揚程Ｈ〔ステップＳ２２〕、回転数Ｎ〔ス
テップＳ２３〕およびガイドベーン開度Ｙ〔ステップＳ
２４〕から運転点を計算する〔ステップＳ２５〕。一
方、モデルテストデータからＨ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系
のデータ群から逆流突入位置を明示したグラフを作成し
〔ステップＳ２６〕、表示装置４に出力して表示面の背
景として表示させる。他方、前記ステップＳ２５で計算
された運転点はリアルタイムで表示装置４に出力され、
表示装置４では、前記表示面上に表示されたモデルデー
タのグラフに運転点を重ねて表示する〔ステップＳ２
７〕。この場合も、表示は背景と運転点との色を変えて
表示することが望ましく、さらに、逆流開始点よりも少
流量側の逆流領域を例えば赤などの危険を予想させる色
で表示するようにしてもよい。

【００３５】さらに他の実施形態に係る表示例を図９に
示す。この例は、図６のＨ’₁₀₀₀軸に代えて相似モデル
ポンプの１０００回転時の入力Ｐ’₁₀₀₀を縦軸にとり、
横軸はそのまま流量Ｑ’₁₀₀₀をとってＰ’₁₀₀₀−Ｑ’
₁₀₀₀座標系としたものである。縦軸にＰ’₁₀₀₀を、横軸
にＱ’₁₀₀₀をとり、ある案内弁開度Ｙについて揚水機の
運転点の軌跡をとれば図のような特性が得られる。点線
より左側の斜線を引いた領域が逆流領域である。

【００３６】このような特性の場合、逆流突入への余裕
は、Ｐ’₁₀₀₀軸方向に考えると、逆流開始点Ｄのときの
入力をＰ’_D1000、揚水機の運転点をＰ’₁₀₀₀とすれ
ば、逆流までの余裕は、Ｐ’₁₀₀₀−Ｐ’_D1000 で表される。また、Ｑ’₁₀₀₀軸方向に考えると、逆流開
始点Ｄのときの流量をＱ’_D1000、揚水機の運転点を
Ｑ’₁₀₀₀とすれば、逆流までの余裕は、Ｑ’₁₀₀₀−Ｑ’_D1000 で表される。したがって、逆流落ち込みに対して、流量
Ｑ’₁₀₀₀で管理しても、入力Ｐ’₁₀₀₀で管理してもよ
い。

【００３７】図１０は図９の表示を採用したときの図８
と同様の処理手順を示すフローチャートである。この処
理手順は前述の図８における手順のうちステップＳ２２
をステップＳ２２’に、ステップＳ２６をステップＳ２
６’に置き換えたもので、ステップＳ２２’では揚程に
代えてポンプ入力Ｐ（もしくはトルクＴ）を検出してス
テップＳ２５で運転点を計算し、ステップＳ２６’で
は、Ｈ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系のデータ群に代えて、
Ｐ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系のデータ群として逆流突入位
置を明示して、ステップＳ２７でこのＰ’₁₀₀₀−Ｑ’
₁₀₀₀座標系のグラフを背景として、ステップＳ２５で計
算された運転点を表示するようにしている。

【００３８】図１１は、さらに他の実施形態に係る表示
例である。この実施形態は可変速ポンプに適用したもの
で、横軸に実機または相似モデルの揚程Ｈ’、縦軸に実
機または相似モデルの入力Ｐ’を取っている。この場合
には、パラメータとしてガイドベーン開度Ｙの他に回転
速度Ｎを同時に選ぶこともできる。この可変速ポンプの
特性では、通常の運転範囲は図１１においてＥで示す領
域になり、逆流領域は斜線で示す領域となる。斜線を付
した領域との境界線上に逆流開始点Ｄが現れる。

【００３９】したがって、運転点が図示の位置にある場
合、揚程（Ｈ’）で逆流突入に対する余裕を管理すれ
ば、運転点における揚程Ｈ’_Dと、運転点の入力Ｐ’を
一定としたときの前記逆流突入位置を示す線との交点に
おける揚程Ｈ’との差、Ｈ’−Ｈ’_D が逆流領域に対する余裕となる。また、入力（Ｐ’）で
逆流突入に対する余裕を管理すれば、運転点における入
力Ｐ’と、運転点の揚程Ｈ’を一定としたときの前記逆
流突入位置Ｄを示す線との交点における入力Ｐ’_Dとの
差、Ｐ’−Ｐ’_D が逆流領域に対する余裕となる。

【００４０】図１２は、図１１の表示画面を使用してポ
ンプの状態管理を行う処理手順を示すフローチャートで
ある。この手順では、ポンプ入力Ｐ（もしくはトルク
Ｔ）、回転速度Ｎ、ガイドベーン開度Ｙおよび揚程Ｈを
検出し〔ステップＳ３１〕、これに基づいて運転点を計
算し〔ステップＳ３２〕、同時にステップＳ３１で検出
した各パラメータから図１１で示した特性を演算してグ
ラフ化し、表示装置４に出力する〔ステップＳ３３〕。
表示装置４は、これを背景として取り込んで表示し、そ
の背景画面上にステップＳ３２で得た運転点をリアルタ
イムで表示する〔ステップＳ１００４〕。

【００４１】この場合も背景画面と運転点とは色を変
え、さらに、背景においては通常運転範囲と逆流領域と
は異なる色で表示する。これによって、現在の運転点お
よび逆流領域に対する余裕が一目で分かる。

【００４２】図１３は、図４における流量Ｑと揚程Ｈと
を交換した可変速ポンプの特性を示すもので、横軸に実
機または相似モデルの揚程Ｈ’、縦軸に実機または相似
モデルの流量Ｑ’を取っている。この場合にも、パラメ
ータとしてガイドベーン開度Ｙの他に回転速度Ｎを同時
に選ぶこともできる。また、この場合も両軸とも所定回
転数に正規化しておいた方が都合がよい。この可変速ポ
ンプの特性では、通常の運転範囲は図１３においてＦで
示す領域になり、逆流領域は斜線で示す領域となる。斜
線を付した領域との境界線上に逆流開始点Ｄが現れる。

【００４３】したがって、運転点が図示の位置にある場
合、揚程（Ｈ’）で逆流突入に対する余裕を管理すれ
ば、運転点における揚程Ｈ’_Dと、運転点の流量Ｑ’を
一定としたときの前記逆流突入位置Ｄを示す線との交点
における揚程Ｈ’との差、Ｈ’−Ｈ’_D が逆流領域に対する余裕となる。また、流量（Ｑ’）で
逆流突入に対する余裕を管理すれば、運転点における流
量Ｑ’と、運転点の揚程Ｈ’を一定としたときの前記逆
流突入位置Ｄを示す線との交点における流量Ｑ’_Dとの
差、Ｑ’−Ｑ’_D が逆流領域に対する余裕となる。

【００４４】図１４は、図１２と同様に図１３の表示画
面を使用してポンプの状態管理を行う処理手順を示すフ
ローチャートである。この手順では、図１０におけるス
テップＳ３１がステップＳ３１’に、表示画面を作成す
るステップＳ３３がステップＳ３３’となっているだけ
で、後の処理は図１２の処理手順と同等である。なお、
ステップＳ３１’では、ステップＳ３１における出力Ｐ
（Ｔ）に代えて流量Ｑを検出しており、ステップＳ３
３’では、表示のパラメータをＱ’−Ｈ’データ群に取
った表示画面となっている。

【００４５】このように表示画面の設定には種々のケー
スがあり、この一覧を図１５に示す。この図から分かる
ように表示画面の設定には、モデルベースおよび実機ベ
ースのそれぞれについて、所定回転数で正規化して揚程
と流量、もしくは入力と流量をパラメータとして特性を
表示する場合と、測定した揚程と流量、もしくは入力と
流量をパラメータとして所定回転数で正規化することな
く特性を表示する場合とがあり、このように所定回転数
で正規化するか否かに応じて適当な座標系を選択して表
示することができる。

【００４６】図１６は、可変速ポンプの通常運転範囲
（図１１−Ｅ）におけるポンプの回転速度とガイドベー
ン開度との関係を揚程Ｈ’対入力Ｐ’座標系においてプ
ロットしたもので、入力Ｐ’を増そうとすれば回転速度
Ｎを上げると同時にガイドベーン開度Ｙも上げて所望の
入力へ調整するだけでなく、その入力では最高効率にな
るガイドベーン開度Ｙを設定する。

【００４７】図１７は、図１６の特性を揚程Ｈ’対流量
Ｑ’座標系に座標変換したもので、前記図１３の通常運
転範囲Ｆに対応している。

【００４８】図１８に他の実施形態を示す。この実施形
態は、図１および図２に示した実機流量Ｑの計測を行わ
ないで、あらかじめ入力しておいた相似モデルデータを
使用して実機の回転速度Ｎ、ガイドベーン開度Ｙおよび
揚程Ｈから実機流量を計算で算出し、推定するようにし
た例である。この場合、流量を計算によって算出するの
で、前記図２のように１つの揚程Ｈに対して流量Ｑの値
が２つもしくは３つ（２価、３価）あるような特性の場
合には使用することはできない。したがって、図３に示
すように、揚程Ｈに対して流量Ｑが常に１対１に対応し
ている必要がある。

【００４９】この実施形態における処理手順では、ま
ず、鉄管水圧とドラフト水圧との差圧（鉄管水圧−ドラ
フト水圧）Ｈを求め〔ステップＳ４１〕、その差圧Ｈを
全揚程とみなしてＨ’₁₀₀₀を求める〔ステップＳ４
３〕。その際、ポンプの回転速度Ｎとガイドベーン開度
Ｙも取り込んでおく〔ステップＳ４２〕。なお、ここで
いうＨ’の「’」も前述のようにモデルベースに変換し
たときの値を示しており、添字の「₁₀₀₀」は揚水機の回
転数を示す。したがって、Ｈ₁₀₀₀は１０００ｒｐｍに換
算された模型揚水機（モデル）の全揚程を示す。そし
て、あらかじめ作成しておいたモデルベースで１０００
ｒｐｍで正規化した全揚程と揚水量のグラフ（Ｈ’₁₀₀₀
−Ｑ’₁₀₀₀グラフ）よりモデルベースの揚水量Ｑ’₁₀₀₀
を読み取る〔ステップＳ４４〕。このようにして読み取
ったモデルベースの全揚程Ｑ’₁₀₀₀から後述の（２）式
に基づいて揚水量Ｑを求める〔ステップＳ４５〕。この
ようにして推定した揚水量が求まると、当該推定した揚
水量から計算した速度水頭を考慮し全揚程を求める〔ス
テップＳ４６〕。

【００５０】この全揚程Ｈは、Ｈ＝Ｈ＋（１／２）｛（Ｑ／Ａ₁）²−（Ｑ／
Ａ₂）²｝として求められる。ただし、Ａ₁は鉄管水圧測定点の断
面積を、Ａ₂はドラフト水圧測定点の断面積を示す。

【００５１】このようにして求めた全揚程Ｈは、充分収
束するまで、計算が繰り返され〔ステップＳ４３→ステ
ップＳ４７〕、充分収束した時点で、実機運転点として
出力される（ステップＳ４８）。

【００５２】なお、模型ベースから実機ベースを対応さ
せるためには、以下の式が用いられる。

【００５３】Ｈ＝Ｈ’₁₀₀₀×ＭＲ²×（Ｎ／１０００）²× （η_pmax／η’_pmax）…(1) Ｑ＝Ｑ’₁₀₀₀×ＭＲ³×（Ｎ／１０００）× （η_pmax／η’_pmax） …(2) Ｐ＝Ｐ’₁₀₀₀×ＭＲ⁵×（Ｎ／１０００）³×（γ／１０００） …(3) ただし、ＭＲ：モデル比 η_pmax：実機揚水機の最高効率 η’_pmax：モデル（模型）揚水機の最高効率 γ：比重量Ｎ：回転速度したがって、モデル（模型）で水位Ｈ’、揚水量Ｑ’お
よびポンプ入力Ｐ’が分かれば、実機の全揚程Ｈ、揚水
量Ｑおよびポンプ入力Ｐも簡単に算出することができ
る。

【００５４】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば、表示装置を一見するだけで、揚水機の運転
点が逆流領域に対してどの程度余裕があるか、過渡時の
運転点軌跡から制御が正常に動作しているか否かなどを
容易に判定することができる。また、逆流領域に落ち込
んだ場合の逆流領域での運転点の状態も、容易に判定す
ることができ、揚水機の運転状態の推移もしくは傾向も
一見するだけで判断することが可能となる。

【００５５】また、運転状態の把握が容易になるので、
逆流領域運転を的確に回避したり、適切な保護操作をす
ることが可能となり、揚水機の高揚程側運転を安心して
行うことができ、特に可変速揚水機の場合、高揚程側ま
で運転範囲を広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る揚水機の状態検出装置
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した状態検出装置の処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図３】揚水機の相似モデルの固有特性の一例を示す図
である。

【図４】逆流現象の特性をＨ−Ｑ座標系で示す図であ
る。

【図５】逆流現象の他の特性をＨ−Ｑ座標系で示す図で
ある。

【図６】逆流現象の特性をＨ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系で
示すとともに、逆流開始点に対する余裕を流量で管理す
るときの状態を示す説明図である。

【図７】逆流現象の特性をＨ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系で
示すとともに、逆流開始点に対する余裕を揚程で管理す
るときの状態を示す説明図である。

【図８】Ｈ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系において運転状態を
背景画面に重ねて表示する処理手順を示すフローチャー
トである。

【図９】逆流現象の特性をＰ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系で
示すとともに、逆流開始点に対する余裕をＰ’₁₀₀₀およ
びＱ’₁₀₀₀で管理するときの状態を示す説明図である。

【図１０】Ｐ’₁₀₀₀−Ｑ’₁₀₀₀座標系において運転状態
を背景画面に重ねて表示する処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図１１】逆流現象の特性をＰ’−Ｈ’座標系で示すと
ともに、逆流開始点に対する余裕をＰ’およびＨ’で管
理するときの状態を示す説明図である。

【図１２】Ｐ’−Ｈ’座標系において運転状態を背景画
面に重ねて表示する処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１３】逆流現象の特性をＱ’−Ｈ’座標系で示すと
ともに、逆流開始点に対する余裕をＱ’およびＨ’で管
理するときの状態を示す説明図である。

【図１４】Ｑ’−Ｈ’座標系において運転状態を背景画
面に重ねて表示する処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１５】表示画面の設定の種々のケースを一覧で示す
図である。

【図１６】可変速ポンプの通常運転範囲におけるポンプ
の回転速度とガイドベーン開度との関係をＰ’−Ｈ’座
標系で示す図である。

【図１７】可変速ポンプの通常運転範囲におけるポンプ
の回転速度とガイドベーン開度との関係をＱ’−Ｈ’座
標系で示す図である。

【図１８】実機流量の計測を省略して計算で推定すると
きの処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１実機２実機モニタリング装置３制御装置４表示装置Ｈ実機揚水機の全揚程Ｑ実機揚水機の揚水量Ｐ実機揚水機のポンプ入力Ｎ回転速度Ｙ案内弁開度ＴトルクＤ逆流開始点Ｈ’ 相似モデルの全揚程Ｑ’ 相似モデルの揚水量Ｐ’ 相似モデルのポンプ入力

フロントページの続き (72)発明者中川博人大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者藤井俊成大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者久保俊和大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号関西電力株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】揚水機の運転状態を監視する揚水機の状
態監視方法において、揚水機の実機の揚程を代表する変量と流量を代表する変
量、揚程を代表する変量と入力を代表する変量、および
入力を代表する変量と流量を代表する変量のいずれかの
組み合わせをそれぞれ２次元の座標軸にとって、あらか
じめ測定した逆流領域を含む揚水機の実機の固有特性を
２次元座標軸上に表示し、逆流が発生する各状態量を目
視で確認することができるようにしたことを特徴とする
揚水機の状態監視方法。
【請求項２】前記２次元の座標軸にガイドベーン開度
を代表する変量に関する座標軸を加え、前記揚水機の実
機の固有特性を３次元座標軸上で表示することを特徴と
する請求項１記載の揚水機の状態監視方法。
【請求項３】前記揚水機の実機に代えて、揚水機の相
似模型を使用し、相似側に基づいて前記固有特性の表示
を行うことを特徴とする請求項１または２記載の揚水機
の状態監視方法。
【請求項４】揚水機の運転状態を監視する揚水機の状
態監視方法において、少なくとも高揚程側逆流が発生する流量点、この流量点
近傍の逆流特性、および前記流量点近傍の通常運転領域
について、前記揚水機の揚程と流量の関係特性をあらか
じめガイドベーン開度をパラメータとして計測し、これらのガイドベーン開度ごとの特性を、揚程を代表す
る変量の座標軸と流量を代表する変量の座標軸によって
形成される座標面上に表示するとともに、各ガイドベー
ン開度に対応した逆流開始点が目視により確認できるよ
うに表示画面に表示し、これと並行して、実機運転中の揚程と流量を計測し、別
途計測した前記ガイドベーン開度に応じて前記表示画面
の座標面上に重ねて表示することを特徴とする揚水機の
状態監視方法。
【請求項５】前記重ねて表示される前記ガイドベーン
開度に対応した実機運転中の揚程と流量が、時間の経過
とともに順次継続して表示されることを特徴とする請求
項４記載の揚水機の状態監視方法。
【請求項６】前記計測され表示される揚水機の揚程と
流量が、所定の回転速度に対応する揚水機自身の揚程と
流量であることを特徴とする請求項４記載の揚水機の状
態監視方法。
【請求項７】前記計測され表示される揚水機の揚程と
流量が、所定の回転速度に対応する揚水機の相似模型の
相似則に基づいて換算された揚程と流量であることを特
徴とする請求項４記載の揚水機の状態監視方法。
【請求項８】前記流量に代えて揚水機入力としたこと
を特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の
揚水機の状態監視方法。
【請求項９】前記揚程に代えて揚水機入力としたこと
を特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の
揚水機の状態監視方法。
【請求項１０】前記実機運転中の流量は、少なくとも
ガイドベーン開度および揚水機入力を含む実機の計測デ
ータから演算で求めることを特徴とする請求項４または
５に記載の揚水機の状態監視方法。
【請求項１１】前記実機運転中の流量は、少なくとも
ガイドベーン開度、回転速度および揚水機入力を含む実
機の計測データから演算で求めることを特徴とする請求
項４または５に記載の揚水機の状態監視方法。
【請求項１２】揚水機の運転状態を監視する揚水機の
状態監視装置において、少なくとも高揚程側逆流が発生する流量点、この流量点
近傍の逆流特性、および前記流量点近傍の通常運転領域
について、前記揚水機の揚程と流量の関係特性をあらか
じめガイドベーン開度をパラメータとして計測しておく
手段と、計測されたこれらのガイドベーン開度ごとの特性を、揚
程を代表する変量の座標軸と流量を代表する変量の座標
軸によって形成される座標面上に表示するとともに、各
ガイドベーン開度に対応した逆流開始点が目視により確
認できるように表示画面に表示する手段と、実機運転中の揚程と流量を計測する手段と、この計測する手段によって計測された揚程と流量を、前
記ガイドベーン開度に応じて前記表示画面の座標面上に
重ねて表示させる手段と、を備えていることを特徴とす
る揚水機の状態監視装置。
【請求項１３】前記表示する手段は、前記ガイドベー
ン開度に対応した実機運転中の揚程と流量を時間の経過
とともに順次継続して表示することを特徴とする請求項
１２記載の揚水機の状態監視装置。
【請求項１４】前記計測され表示される揚水機の揚程
と流量が、所定の回転速度に対応する揚水機自身の揚程
と流量であることを特徴とする請求項１２記載の揚水機
の状態監視装置。
【請求項１５】前記計測され表示される揚水機の揚程
と流量が、所定の回転速度に対応する揚水機の相似模型
の相似則に基づいて換算された揚程と流量であることを
特徴とする請求項１２記載の揚水機の状態監視装置。
【請求項１６】前記流量に代えて入力としたことを特
徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の
揚水機の状態監視装置。
【請求項１７】前記揚程に代えて入力としたことを特
徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の
揚水機の状態監視装置。
【請求項１８】前記実機運転中の流量は、少なくとも
ガイドベーン開度および揚水機入力を含む実機の計測デ
ータから演算で求めることを特徴とする請求項１２また
は１３に記載の揚水機の状態監視装置。
【請求項１９】前記実機運転中の流量は、少なくとも
ガイドベーン開度、回転速度および揚水機入力を含む実
機の計測データから演算で求めることを特徴とする請求
項１２または１３に記載の揚水機の状態監視装置。