JPS581669Y2

JPS581669Y2 - ペルトン水車の制御装置

Info

Publication number: JPS581669Y2
Application number: JP1979112045U
Authority: JP
Inventors: 笠原徹; 細川登
Original assignee: 株式会社荏原製作所
Priority date: 1979-08-16
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1983-01-12
Also published as: JPS5631665U

Description

【考案の詳細な説明】この考案はペルトン水車の制御装置に関する。

特に複数個の即ち、通常は２個、４個、或いは６個等の
偶数個のノズルを有し、これらからの噴出水がランナパ
ケットに衝突することによって駆動されるペルトン水車
の制御装置において、高能率運転を極めて簡単な構成に
より遠戚するよう改良されたノズル切換機構を提供しよ
うとするものである。

ペルトン水車に３いては、部分負荷運転時の効率低下を
改善すべく部分負荷に応じて使用ノズル個数を、６個→
３個→１個、又は６個→３個→２個→１個（ノズル６個
の場合）、４個→２個→１個（ノズル４個の場合）、２
個→１個（ノズル２個の場合）等のように切換えて運転
し、ノズル１個当りの噴出水量を極力多くするいわゆる
高能率運転が有効であり、多く採用されている。

また、一般にペルトン水車は高落差に適用されるもので
あり、負荷急減時に水量を急激に減少させる事は大きな
水圧上昇を伴うので好ましくなく、逆に水量を緩慢に減
少させる事は大きな回転数上昇を伴うのでこれも好まし
くない。

これを解決する目的でペルトン水車ではジェットデフレ
クタを設は負荷急減時にはまず該デフレクタによってノ
ズルからの余分の噴出水がパケットに当るのを急速に阻
止し、以後緩慢にノズルの開度を減少させる操作機構が
採用されていることもまたよ〈知られている。

このようにペルトン水車に釦いては、デフレクタ及びノ
ズルの二重の操作機構があり、これを制御する調速機は
必然的に複雑かつ高価なものとならざるを得す、その上
に高能率運転装置が付加される場合はますます複雑な調
速機を必要とし、１台の水車のための調速機でありなが
ら、通常はノズル数に対応して２台分、４台分、或いは
６台分の制御機構を有する調速機が必要とされ、構成が
複雑で高価な装置となる欠点があった。

この考案は複数個のデフレクタをリンク結合して単一の
サーボモータで制御するための調速機即ち通常のフラン
シス水車に使用されるものと同等の調速機が必要なだけ
でノズル開度は、調速機内部の機能とは切り離され、ニ
ードル弁操作用サーボモータに付属して設けられるニー
ドル配圧弁をカムを介してデフレクタの動作に関連づけ
る事により調整されるように構成し、かつニードル配圧
弁に設げられた全閉用ピストンを電磁弁により切り換え
て操作する事によって簡単に高能率運転を達成しうるも
のであり、以下添附図面によって、ノズルを２個備えた
ペルトン水車での実施例について説明する。

図に釦いて１は多数のパケット１′を備え、・・シリン
ダ２の中に設けられるランナで発電機（図示していない
）に連絡される軸３と結合され、ノズル４，４′からの
噴出水がパケット１′に衝突するエネルギによって軸３
が回転する。

ノズル４，４′の内部には、開度を調整するニードル弁
５，５′が設けられ、弁軸６，６′の端部はニードルサ
ーボモータ７．７′のピストン８，８′と直結されて耘
り、ピストン８，８′の前進或いは後退によってノズル
の開度が減少或いは増加する。

各ノズル４，４′の開口部にはピン９，９′とともに回
動するように取付けられたデフレクタ１０．１０’が設
けられ、２個のデフレクタはレバー１１，１１’及びロ
ッド１２により連結され、同−開度で同時に回動するよ
うに構成される。

ノズル４個のピン９にはもう１個のレバー１３が固着さ
れロッド１４を介してレバー１５と連結され、デフレク
タサーボモータ１６のピストン１７に直結されたピスト
ンロッド１８、レバー１９、ピン２０を介して回動操作
されるので、２個のデフレクタはピストン１７の位置に
対応した開度位置をとる。

サーボモータ１６には調速機２１の内部に設けられる配
圧弁（図示しない）からの開操作圧油管２２と閉操作圧
油管２３が接続されるとともに、ピストンロッド２４に
結合されたリターンワイアー２５が、調速機２１の内部
に設けられるフィードバック機構（図示しない）に接続
され、調速機２１からの指令に対応したデフレクタ開度
の調節、維持を行なう。

デフレクタ操作用のレバー１５にはもう一つの枝１５′
が突出し該レバー１５′の先端にはピン結合によりロッ
ド２６が連結され軸受２７に支承されるピン２８ととも
に回動するレバー２９の先端と接続されている。

ピン２８には別のレバー３０が固着され、その先端には
ピン結合によりロッド２６′が連結され、軸受２７′に
支承されるピン２８′とともに回動するレバー２９′の
先端と接続されている。

従ってピン２８．２８’にそれぞれ固着されている更に
別のレバー３Ｌ３１’はデフレクタサーボモータ１６の
ピストン１７の位置に対応してデフレクタ１０．１０’
とともに操作され、ピン２８．２Ｂ’のまわりを回動す
る。

レバー３１゜３１′の先端にはストローク吸収装置３２
，３２’を含むリンク３３，３３’を介して板カム３４
，３４’がピン３５．３５’にお−いて連結され、板カ
ム３４゜３４′の他端はピン３６．３６’によってニー
ドル弁弁軸６，６′に固着突出しているアーム３７．３
７’と結合されている。

ニードルサーボモータ７．７′に付属する形態でそれぞ
れの開閉動作を司るニドル配圧弁３８，３８’が開操作
用圧油路３９゜３９′釦よび閉操作用圧油路４０，４０
’を介して接続される。

各配圧弁３８．３８’はスプール弁４１゜４１′を内蔵
し、これと直結する弁棒４２，４２’がそれぞれの板カ
ム３４．３４’に向ってはね４４゜４４′によって押さ
れ、ローラ４３，４３’は常に前記板カム３４．３４’
とピン３５と３６、及び３５′と３６′の間で接触を保
つ。

なお配圧弁には油圧源４５に通じる圧油管４６．４６’
により操作用圧油が供給され、またニードル弁の開速度
調整弁４７゜４７′及び閉速度調整弁４８，４８’を経
て排出される排油をタンク５０へ導くための排油管４９
゜４９′が接続されている。

ニードル配圧弁３８゜３８′の端部にはシリンダ５Ｌ５
１’が形成され、この中にスプール弁４Ｌ４１’と直結
する全閉用ピストン５２．５２’が収められている。

シリンダ５１の端部室は管５３、５３’によって排油
管４９゜４９′に接続され、常時大気圧に保たれる。

一方シリンダ５Ｌ５１’のスプール弁側室は管５４゜５
４′によってそれぞれ対応する電磁弁５５．５５’に接
続され、図示のようなそれぞれのＡコイル励磁の位置で
は排油管５６．５６’を経てタンク５０に開放され、大
気圧状態を保つ。

このようにピストン５２、５２’の両側が大気圧状態
であるので、スプール弁４Ｌ４１’は左右に自由に動き
うるので、前記の如く、調速機２１によってノズル開閉
の制御作用を行いうる。

それに対してＢコイル励磁の場合には、圧油管５７、
５７’を通って導かれた圧油が管５４，５４’を経てシ
リンダ５１，５１’に導かれ、はね４４、４４’に抗
してスプール弁４１．４１をシリンダー５１，５１’の
方向へ変位させるよう構成されている。

次に以上のような構成であるこの考案のペルトン水車の
制御装置の作動について説明する。

図では２個のデフレクタ１０，１０’及びノズル４，４
′が全開のほぼ１／／２の開度であり、従ってデフレク
タサーボモータピストン１７及びニードルサーボモータ
ピストン８，８′もほぼ全ストロークの１．／２に位置
している。

この状態から負荷を減少し、これに応じてデフレクタ−
及びニードル弁開度を減じる場合には、調速機２１の配
圧弁が切り換はることにより管２３に圧油が導かれ管２
２が排油側に接続されてピストン１７が図示の矢印の如
く閉じる側に移動し、この移動量がリターンワイアー２
５を介して調速機２１の復元装置に伝達され、適正量だ
け移動した位置でピストン１７は停止させられる。

ピストン１７の移動は前記説明の通り各種のレバー、ロ
ッドを介してデフレクタ１０゜１０′に伝達され、ノズ
ル４，４′からの噴出水の一部を反らせるようにデフレ
クタ１０、１０’を反時計方向に回転するとともに、
レバー３１を時計方向へ、レバー３１′を反時計方向へ
回動させる。

これによって板カム３４はピン３６を支点として時計方
向に、また板カム３４′はピン３６′を支点として反時
計方向に回動され、板カム３４．３４’に接触している
ローラー４３，４３’、弁棒４２，４２’を介してスプ
ール弁４１．４１’を押し込み側に変位させるので、管
４６，４６’に導かれた圧油が油路４０，４０’を経て
ニードルサーボモータ７．７′へ入り、一方油路３９，
３９’が閉速度調整弁４８゜４８′を介して排油管４９
．４９’に接続されて、ニードル弁５，５′は速度調整
弁４８、４８’によって決められる速度で閉じ側へ移
動する。

この移動により板カム３４がアーム３７によりピン３５
を中心として時計方向に、また板カム３４′がアーム３
７′によりピン３５′を中心として反時計方向にそれぞ
れ回動するので、一旦押込まれたスプール弁４Ｌ４１’
は板カム３４．３４’に追従して突出側に移動し、中正
点に至ってニードル弁５，５′の閉動作を停止させ、新
しいデフレクタ開度に対応した新しいニードル弁開度を
とることとなる。

負荷が増大する場合は、デフレクタ及びニードル弁の動
作方向が上記と逆になるだけで同様に動作する。

な釦リンク３３，３３’はストローク吸収装置３２．３
２’を含むがこれはシリンダ５８゜５８′とこの中に収
められ通常のリンク圧縮力以上の力でリンク３３．３３
’を押しつげているばね５９．５９’とから成る。

従って通常の開閉操作時ば、レバー３１，３１’の先端
からピン３５．３５’までの長さは一定に保たれる。

しかしデフレクタサーボモータ閉側への動きが大きい場
合は、板カム３４．３４’を介してスプール弁４１．４
１’をそのストッパー位置以上に押しつげようとする場
合が起る。

このような場合にばね５９．５９’が圧縮されてリンク
３３．３３’の長さをｍ＝時的に短縮し、配圧弁３８．
３８’を無理な力で押すことを避けるようにしている。

図示の両ノズルによる運転の状態から片ノズル運転に切
り換える場合、例えばノズル４′を閉じて、ノズル４の
みの運転に切り換える場合、は電磁弁５５′のＢコイル
を励磁する。

電磁弁５５′のＢコイルが励磁されれば排油管５６′と
連通していた管５４′が管５７′と連通ずるように切り
換えられるので油圧源４５からの圧油がシリンダ５１′
に導かれ、スプール弁４１′を板カム３４′とは無関係
に押し込み側へ移動させる。

これによりニードルサーボモータ７′えはニードル弁５
′を閉鎖するように圧油が導かれ、ニードル弁５′は調
整弁４８′で規定された速度で閉鎖し、全開に至る。

ノズル５′の全開に伴ない、水車出力をノズル切り換え
前と同一値に保つためには、残されたノズル５の開度を
切り換え前の２倍の値に増大させねばならないが、これ
は電磁弁のＢコイル励磁を条件として、適宜公知の方法
により、調速機２１内のデフレクタ開度信号をノズル切
り換え前の値の２倍値に切り換えることによりなされる
。

即ちデフレクタ開度信号の切り換えにより、調速機２１
内の配圧弁が開側に操作され、前記したと同一の順序に
従って、先ずデフレクタ１０が開き次いでニードル弁５
が開く。

即ち電磁弁５５′のＢコイル励磁に伴って、ノズル５′
ノ閉動作と、ノズル５の開動作がそれぞれの調整弁４８
′及び４７によって規定されるほぼ同一の速度で行なわ
れ、片ノズル運転えの切り換えが完了する。

以上の説明から明らかなように、本考案によれば調速機
２１には単に１個のデフレクタサーボモータ１６を制御
する機能しか要求されず、案内羽根開度の制御のみを司
る通常のフランシス水車用調速機があれば十分であり、
これに、開かれているノズル数に応じてデフレクタ開度
信号レベルを切り換えるための公知手段を付加するのみ
で十分この考案の説明は便宜上ノズル２個を有するペル
トン水車についてなされたが、ノズル４個、６個を備え
る水車についても同様に適用しうろことはいうまでもな
い。

ペルトン水車は、通常高落差域で使用され、鉄管の水圧
上昇を極度にきらうものであり、従ってニードル弁の開
閉操作は極めて緩慢に行なわれる。

このためニードル弁の開閉を司るニードル配圧弁は比較
的小容量で十分であって、ニードルサーボモータの周辺
にニードル配圧弁を付属せしめる事が比較的容易に達成
される。

この考案はかかるペルトン水車の特徴に着目してニード
ル弁の操作を調速機から直接行なわなくてもよいように
構成することにより、安価な調速機で、高度の高能率運
転を可能とし、実用上の効果も極めて太きいものである
。

【図面の簡単な説明】

図はノズルを２個用いたペルトン水単にこの考案の制御
装置を適用した実施例を示す。主な符号の説明、１・・・ランチ、１′・・・パケット
、４．４′・・・ノズル、５・・・ニードル弁、６・・
・弁軸、Ｉ。７′・・・サーボモータ、８，８′・・・ピストン、１
０゜１０′・・・デフレクタ、１２・・・ロッド、１４
・・・ロッド、１５、１５’・・・レバー、１６・・
・デフレクタサーボモータ、１７・・・ピストン、１８
・・・ピストンロッド、２１・・・調速機、２２．２３
・・・油圧管、２６，２６’・・・ロッド、２７，２７
’・・・軸受、３２．３２’・・・ストローク吸収装置
、３４，３４’・・・板カム、３８゜３８′・・・ニー
ドル配圧弁、３９，３９’、４０，４０’・・・油圧路
、４１．４１’・・・スツール弁、４５・・・油圧源、
４γ、４７’、４８，４Ｂ’・・・速度調整弁、５０・
・・排油タンク、５５，５５’・・・電磁弁。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

複数個のノズルを有するペルトン水車の、各ノズル毎に
配置されたデフレクタが、リンク機構によって連結され
、単一のサーボモータによって同一開度で同時開閉され
るように構成され、各ノズル開度を調整するニードル弁
サーボモータには、これを制御するニードル配圧弁を各
々のサーボモータに付属せしめ、カムを介して各デフレ
クタの動きに追随してニードル弁開度を規定するように
構成されたものにおいて、各ニードル配圧弁に全閉用ピ
ストンを設け、これに対応して設けられる電磁弁によっ
て全閉用ピストンにかかる作動流体圧力を制御し、デフ
レクタ開度と無関係に任意のニードル弁を全閉となしう
るようにしたことを特徴とするペルトン水車の制御装置
。