JPS58222981A - 水力機械のポンプ運転方法 - 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】 本発明は水力機械の運転方法に関するものである。

水力機械においては、実機と同じ幾何学的形状を有する
模型との間に相似則が成り立つ。従って、一般に、実験
室において模型実験を行い、その結果から相似則を用い
て、実機の性能を予測している。第１図は案内羽根を有
する一般的水力機械の模型ポンプ性能を示すもので、横
軸、縦軸には、それぞれ、模型試験流量Ｑ□、模型試験
落差Ｈ□及び模型試験効率η、がとっである。この図で
、１は案内羽根の開度を固定した場合の模型試験回転速
度Ｎ、における模型試験落差１−Ｉ□と模型試験流量Ｑ
、との関係を示す模型固有の特性曲線、２はこの特性に
対応する模型効率曲線、３は模型落差・流量特性曲線１
の包絡曲線、４は模型効率曲線２の包絡曲線で、ａ及び
ｂはそれぞれ実機運転範囲がＬの場合の実機最高落差相
当及び実機最低落差相当点、■−■□８及びＨｍ　ｂは
それぞれａ点及びｂ点における模型落差、Ｑｏ、及びＱ
ｍｂはそれぞれａ点及びｂ点における模型流量を示して
いる。

水力機械のポンプ運転においては、一般的に、効率曲線
の最高効率点を結んだ包絡曲線４に対応する模型落差・
流量包絡曲線３に沿つ−ご運転される。

相似則に基づいて模型性能から実機性能を求める一般換
算式は、 Ｉ）−ｇ　Ｑ　Ｈ／η　　　　　　　　・・・・・・・
・・（３）η−η。＋Δη　　　　　　　　　・・・・
・・・・・（４）として表わされる。

ここで、Ｎ：実機回転速度 Ｎ□：模型試験回転速度 Ｄ：実機代表寸法 ■：模型代表寸法 Ｉ］：実機落差 ）Ｌ：模型試験落差 Ｑ：実機流量 Ｑ□：模型試験流量 Ｐ：実機入力 ｇ：重力の加速度 η：実機効率 η。：模型試験効率 Δη：実機効率と模型効率の補正値 実機効率と模型効率との間には、実機寸法と模型寸法と
の差に応じて定まる一定の関係があることが経験的に知
られているので、Δηはこの関係を用いて定められる。

第２図は、従来技術による回転速度一定で運転される水
力機械のポンプ定常運転における実機性能を示したもの
で、この実機性能は模型寸法および模型試験で得られた
固有の性能曲線を用い、実機寸法を定め、（１）（２）
（３）および（４）式を用いて求めたものである。第２
図の横軸には落差、縦軸には効率、入力及び流量がとっ
てあシ、曲線５，６及び７がそれぞれ効率、入力及び流
量を示している。

第１図に示す模型試験点ａ、Ｌ）における模型試験落差
Ｈ□、、Ｉ］□ｂ　は、第２図の実機落差ＩＬ。

Ｈａに相当し、模型試験流量Ｑ□、Ｑｍｂは第２図の実
機流量ＱＡ、Ｑ、にそれぞれ相当する。また、実機入力
および効率は各々、Ｉ）Ａ、Ｉ）１１およびηＡηＢと
表わされる。

水力機械のポンプあるいはポンプ水車に直結される電動
機の容量は、この実機性能の入力の最大値を越えるよう
に定められるが、第２図から明ら　　　　　１、。

かなように、はとんどの運転落差範囲において、電動機
の設計容量以下で運転せざるを得ない欠点を有していた
。

本発明はこのような欠点を除去し、全ての落差領域にお
いて設計容量に見合った一定の入力で運転できる水力機
械の運転方法を提供することを目的とし、水位条件によ
シ定まる落差に相当する落差信号を回転速度信号に変換
し、この回転速度信号を用いて、水力機械の回転速度が
、水力機械の固有のポンプ特性に基づき落差変化に応じ
かつ入力を一定にする条件を満足する回転速度になるよ
うに制御することを特徴とするものである。

そして、水位条件により落差が変化しても、自動的に入
力を一定に保つような回転速度を選択し、可変速度で運
転するもので、全ての実機ポンプ運転領域において、電
動機の設計容量に見合う最大人力で運転することができ
る。その結果、電動機の有効使用を可能ならしめ、ポン
プ揚水量を増加せしめ、等揚水量を得るためのポンプ運
転時間の短縮を可能ならしめる。

以下、実施例について説明する。

第３図は、一実施例の運転方法のブロック線図で、８は
信号変換器、９は回転速度制御器、１０は発電電動、機
、１１はポンプ水車調速機、１２はポンプ水車を示して
いる。信号変換器８は水位関係より定まる落差Ｈに相当
する落差信号を運転すべき回転速度に相当する回転速度
信号に変換するもので、落差Ｈに応じ、・水力機械固有
の性能曲線から得られる入カ一定の条件を満足する回転
速度Ｎを選択する機能を有し落差Ｈを一義的に定まる回
転速度に相当する回転速度信号に変換する。この回転速
度信号はサイクロコンバータ等よりなる回転速度制御器
９に伝達される。この回転速度信号器９において伝達さ
れた回転速度信号を運転すべき回転速度に一義的に対応
する周波数に変直し、この周波数を用いて発電電動機１
０の回連速度を系統周波数を乱すことなく周波数制御を
行う。一方、この回転速度信号により、ポンプ水車調速
機１１を介して、ポンプ水車１２に設けられた案内定と
する運転を可能ならしめることができる。

第４図は信号変換器の一例で、落差信号をカム１３の回
転角度に変換する信号変換素子１４と、カム曲面に入力
を一定に保つ回転速度と落差との関係が与えであるカム
１３と、カム１３の回転角度を回転数信号に変換する信
号変換素子１５とよりなる。この信号変換器で落差信号
はポテンシオメータ等よりなる信号変換素子１４により
回転角度変化量として変換される。この回転角度変化量
はカム曲面の垂直方向変化量に変換され、差動トランス
等よりなる信号変換素子１５によって回転数信号に変換
される。

次に、入カ一定の条件を保つ回転速度と運転速度との関
係は次のようにして求められる。

まず、水力機械固有の模型性能から（１）（２）（３）
および（４）式を用いて種々の実機回転速度Ｎの場合に
おける、流量Ｑおよび入力Ｐについて割算する。

第２図に示す実機性能を得だ回転速度をＮとした場合の
結果を示したのが第５図で、横軸には落差α−ｐ１縦軸
には入力（Ｐ）及び流量Ωがとってあシ、倒れの場合も
上にゆくに従ってＮは大きくなっている。そして、落差
■（え、ＨＢ、における入力ＰがそれぞれＰ＾、ＰＢ　
Ｎ　ｍ　Ｊｔ、　ＱがそれぞれＱＡ。

ＱＢで示しである。ここで最低落差ＨＢにおいて入力が
最大値ＰＲをとるとし、■）Ｒを一定に保つ運転点を選
ぶ、すなわち入力曲線がＰｃとなるようにすると、落差
Ｈに対応した流量曲線はＱｃの如く表わされ、Ｑｃが入
カ一定としたときの流量包絡曲線、ＱＡ′が人カ一定と
したときの落差Ｊ−Ｉ　Ａにおけるポンプ流量となる。

この結果を用いて、落差Ｈと回転速度Ｎとの関係を求め
ると第６図の如くなυ、これらの関係は一義的に定まる
包絡曲線で表わされることがわかる。

従って、この実施例の運転方法を用いれば、電動機の最
大容量に見合った最大入力で常にポンプ運転を行なうこ
とが可能であシ、かつ、第５図より明らかな如く、最高
落差Ｈ＾における流量Ｑ＾ＱＡ′まで増加させることが
できる。また、ＱＡ。

Ｑ　ｎ　、　Ｑ）Ａ’で囲まれた範囲のポンプ揚水量を
得る。２８アき、時間、シ。揚よ量オ増ヵ、。、Ｌ員　
　　　　”’を可能ならしめる。その結果、最も有効に
機器、あるいは設備を運用することかできる。

なお、信号変換器は、落差■（に対応する落差信号を人
カ一定とする回転速度信号を与えるマイクロプロセッサ
の如き電気的信号変換器であっても同様の効果が得られ
る。また、第３図のブロック線図に示した方法に限らず
、落差信号に対応し、入カ一定の条件で実機定常運転の
回転速度を選定する運転方法であれば同様に用いること
ができ、同様の効果が得られる。

以上の如く、本発明は、設計容量に見合った一定の人力
で運転できる水力機械の運転方法を提供することを可能
とするもので、産業上の効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は案内羽根を有する水力機械の一般的な模型ポン
プ特性を示す線図、第２図は回転速度一定で運転された
場合の一般的な実機ポンプ特性を示す線図、第３図は本
発明の水力機械の運転方法の一実施例のブロック線図、
第４図は第３図の運転方法において用いる信号変換器の
説明図、第５図は回転速度を変化させた場合の一般的性
能の変化及び入カ一定の条件を保った場合の特性を示す
線図、第６図は入カ一定の条件を保った場合の落差と回
転速度との関係を示す線図である。 ８・・・信号変換器、９・・・回転速度制御器、１０・
・・発電電動機、１１・・・ポンプ水車調速機、１２・
・・ボン茅を凪 Ｑ、、Ａ　　　　　　Ｒ罪、ｂ 機を試験点）ａｌ− ＄２　目 ＨＢ　　　　　　　　　　ｔｆｓ 茶　差　Ｎ 第３　図 洛差Ｈ ４９４−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、水位条件によシ定まる落差に相当する落差信号を回
   転速度信号に変換し、該回転速度信号を用いて、水力機
   械の回転速度が、水力機械固有のポンプ特性に基づき落
   差変化に応じかつ入力を一定にする条件を満足する回転
   速度になるよう制御することを特徴とする水力機械の運
   転方法。