JPS58140479A - 多段水力機械の運転制御方法 - 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】 発明の技術分野 本発明は多段水力機械の運転制御方法番ζ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
し通路によって連絡され、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
常運転時の負荷調整制御方法に関する。

発明の技術的背景と問題点 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って連絡した多段水力機械の運
転制御は、各段部のランナの外周に設けたガイドベーン
の開度を調整し各段部の水流状態を制御すること化より
行われる。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受けて極めて困
−である。

そのため、従来の多段水力機械番こおいては、各段部の
ランナの外周に固定ベーンのみを設け、水力機械の入口
部に設けた入口弁の開閉制御番ζよって運転制御を行な
うものもあるが、水流量調整が大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った。

このような大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腹を調節
できる可動ガイドベーンを設け。

この可動ガイドベーンによっ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
ャビテーショ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
圧段部詔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。

けれどもｌ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は、単段の水力機械に比べて流路形
状が複雑であってかつ可動ガイドベーンが２組あるため
一ζ、定常運転時の負荷調整制御の際、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ｆｌｉｉｌ整が確実に行なわれない場合には、多段水
力機械全体に作用する落差を各段部のランナが分担する
割合（落差分担）が異なって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、キャビテーションなどを伴い易い運転状態となり
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
こともあって、運用上特に重要な定常運転時の負荷調整
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１本発明の目的は定常運転時に負荷調整制御を行
なう場合、可動ガイドベーンの開度調節を確実に行なう
ことにより安定した運転状態の下に的確な負荷調整制御
を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。

発明の重要 上記目的を達成するため１本発明は、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って連絡され、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を調節
する可動ガイドベーンを設けた多段水力機械の運転制御
方法屹おいて、定常運転時に負荷の調整制御を行なう場
合、最高圧段部または最低圧段部のいずれか一方の可動
ガイドベーンの開度制御を流量の制御指令に応じて行な
うと共ｌこ他方の可動ガイドベーンの開度を最高圧段部
入口側水圧と最高圧段部から最低圧段部に至る間の中間
部水圧との水圧比もしくは水圧差の制御指命ｌこ応じて
行なうことにより負荷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って本発明番
こ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詔よび下カバー５で包囲
される一方、低圧段うンナ−１ 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ｌＯで
連絡され１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、うす室１４の入口は図示しない大口弁を介
して水圧鉄管に接続され、水圧鉄管は上池に連絡してい
る。

さらｋまた。高圧段ランナ２の外側番こは、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と接続されて、放水路は下池と連
絡している。

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１７が設けられている。

さらｔこ、うず巻ケーシング１３には流量検出装置とし
てのケーシング部インデックス法流量検出装置１８が設
けられると共に、吸出し管１６には吸出し部インデック
ス法流量検出装置１９が設けられている。こ＼でインデ
ックス法流量検出装置は、水車流路内の適当な２点間の
差圧を指数とする流量の相対変化を測定する既知の流量
検出装置である。

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、定常運転時齋ζ与えられた運転落差で負荷の
調整制御を行なう場合、運転制御の構成をブロックで示
した第２図に示すように、ケーシング部インデックス法
流量検出装置１８または、吸出し管部インデックス法流
量検出装置１９で検出される流量の制御指令をガイドベ
ーン制御装置加に伝えて、高圧段可動ガイドベーン１５
の開度制御を行なう。すなわち、上記インデックス法流
量検出装置で検出された流量が、あらかじめ運転落差と
負荷との関係より定められた目標負荷相当流量（第４図
にあらかじめ定められた流量と負荷の関係例を示す）を
上まわるものであるときは閉方向に。

また逆番こ下まわるものであるときは開方向にそれぞれ
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、逆に水口開腹が小さくなれ
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番こ位置する返し
通路部の水圧が変化する。

こ＼で他方の最低圧殺可動ガイドベーン１２番こついて
は、高圧段部入口側水圧（たとえば水圧鉄管の水圧）と
、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）との水圧比もしくは水圧差
の制御信号を伝えて水力的に適性な落差分担となるよう
に最低圧段ガイドベーン１２の開度制御を行なう。

すなわち、具体例として第３図に示すように。

最高圧段部入口側水圧検出装置で検出された入口水圧（
たとえば水圧鉄管の水圧）と、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ｔこ至る関の中間部
水圧（たとえば返し通路１０の水圧）の水圧比もしくは
水圧差を、水圧比または水圧差検出装置ηで検出し、こ
の水圧比もしくは水圧差が各段部で高性能運転が行なえ
る落差分担となるようにあらかじめ設定した規定範囲（
１！５　、６図に一例を示す）を上Ｉ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１
２を閉方向に、また逆に上記水圧比もしくは水圧差が規
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、最低圧段部可動ガイドベーン１２を開方向にそれぞ
れ操作する制御指命をガイドベーン制御装置るに伝えて
、上記水圧比もしくは水圧差が再び規定範囲内に至るま
で最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、流量の制御指令を高圧段可動ガイドベーン
１５に伝えてその開度制御を行ないながら、他方では高
圧段部入口側水圧と、高圧段部から低圧段部に至る間の
中間部水圧との水圧比もしくは水圧差の制御指令を低圧
段可動ガイドベーン】２に伝えてその開度制御を行なわ
しめることにより。

所定の負荷における運転状態に至ることができる。

欠番こ上記実施例とは逆に流量の制御指令を最低圧段可
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＃こは、第２図に示すよう
ｋ、ケーシング部インデックス法流量検出装置１８また
は、吸出し管部インデックス法流量検出装置１９で検出
される流量の制御指令をガイドベーン制御装置美に伝え
て、上記流量が目標負荷相当流量を上まわるものである
ときは閉方向番こ、また逆に下才わるものであるときは
開方向にそれぞれ低圧段可動ガイドベーン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３図に示す制御ブロック図に沿って同部可
動ガイドベーン１５の開度制御を行なう。ただしこの場
合、水圧比または水圧差検出装置ρで検出された高圧段
部入口側水圧と中間部水圧の水圧比もしくは水圧差が各
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、また逆に上記水
圧比もしくは水圧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囚に伝えて同部
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
運転時に負荷調整制御を行なう場合、ｉ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。これは定常運転負荷状態に
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、キャビテーショ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ＩＩ
ｌ＃こおいても、最高圧段部入口側水圧と、最高圧段部
から最低圧段部に至る間の中間部水圧との水圧比もしく
は水圧差の規定範囲を調整することで上記−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
組合せによっては、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。

このように本発明番ζよれば、定常運転時の負荷調整制
御を行なう場合に、問題となる振動、騒音。

キャビテーション、異常な水圧変動などを伴なう不安定
な運転状態を回避して常に高性能運転を行なえる。

【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図および第３図は定常運転時における
運転制御構成を示したブロック図。 第４図はインデックス流量と運転負荷との関係を示した
線図、第５図および第６図は定常運転範囲における最高
圧段部入口側水圧と最高圧段部から最低圧段部に至る間
の中間部水圧との水圧比および水圧差の規定範囲を示し
た線図である。 ２・・・高圧段ランナ、３・・・低圧段ランナ、１０・
・・返し通路、１２・・・低圧段可動ガイドベーン、１
５・・・高圧段可動ガイドベーン、１７・・・中間部水
圧検出器、１８゜１９・・インデックス法流量検出装置
、加、２３・・・ガイドベーン制御装置、２１・・・最
高圧段部入口側水圧検出装置、η・・・水圧比才たは水
圧差検出装置。 １１：・ご１人代理人　　猪股　渭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■最高圧段部から最低圧段部才での各段部にランナを備
   え、各段部が返し通路によって連絡され、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を
   調節する可動ガイドベーンを設けた多段水力機械の運転
   制御方法において、定常運転時に負荷の調整制御を行な
   う場合、最高圧段部または最低圧段部のいずれか一方の
   可動ガイドベーンの開度制御を流量の制御指◆に応じて
   行なうと共に他方の可動ガイドベーンの開度を最高圧段
   部入口側水圧と最高圧段部から最低圧段部に至る間の中
   間部水圧との水圧比もしくは水圧差の制御指令に応じて
   行なうことにより負荷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。 λうず壱ケーシング流路部または吸出し管流路部番ζ設
   けたインデックス法流量検出装置を介して流量の制御指
   令を最高圧段部可動ガイドベーンに伝え、流量が目標負
   荷相当流量を上まわるものであるときは閉方向ζこ、ま
   た逆に下Ｉゎるものであると音は開方向に最高圧段部可
   動ガイドベーンの開度を制御する一方、他方の最低圧段
   部可動ガイドベーンには、前記水圧比もしくは水圧差の
   制御指令を伝えて、この水圧比もしくは水圧差が規定範
   囲を上まわるものであるときは閉方向に、また逆に下ま
   わるものであるとき＋’を開方向に最低圧段部可動ガイ
   ドベーンの開度を制御する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方法。 ３、うず巻ケーシング流路部才たは吸出し管流踏部に設
   けたインデックス法流量検出装置を介して流量の制御指
   命を最低圧段部可動ガイドベーンに伝え、流量が目標負
   荷相当流量を上才ゎるものであるときは閉方向ｋ、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ながら、他方の最
   高圧段部可動ガイドベーンには前記水圧比もしくは水圧
   差の制御指命を伝えて前記水圧比もしくは水圧差が規定
   範囲を上まわるものであるときは開方向番こまた逆番ζ
   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、前記水
   圧比もしくは水圧差が規定範囲内に維持されるように負
   荷の調整制御を行なうことを特徴としたＩＶｉ＃！Ｆ請
   求の範囲第１項記載の多段水力機械の運転制御方法。