JPS59126083A - クロスフロ−水車 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、クロスフロー水車に関するものである。

〔従来技術〕

通常、水車は定格流量の８０％程度の場合に最高効率が
得られ、少流量になるに従い効率は悪くなる。この点を
改良するために、可動翼プロペラ水車、多ノズルベルト
／水車等が提案されているが、多ノズルペルトン水車は
、使用ノズル数を選択可能として、少流量から最大流量
まで、広範囲に亘る効率のよい運転を可能とすることを
目標にしているが、高能率運転に当って、不使用ノズル
を全開とし、使用ノズルを調速機の指令で動作させる際
のノズル選択が必ずしも円滑に実施できなかった。

これに対して、取返、ガイド’−＜−ン通過流量が１／
３の小ガイドへ一ノと、２／３の犬ガイドベーンの２棟
類のカイトベーンが設けてあり、これらのガイドベー／
の選択により尚効率運転を可能とするクロスフロー水車
が注目されている。

第１図はクロスフロー水車の断面、第２図は同じく円筒
断面を示している。これらの図で、１はケーシング、２
はカイトベーン、３はランチ、４は軸受、５は主軸、６
は空気弁、７はドラフトチューブ、８は入口管を示して
おり、ガイド−く−７２は、幅が全幅の１／３の小ガイ
ドベー／２ａと２／３の犬ガイドベー７２ｂに２分割さ
れている。

エネルギーを持った水は、入口管８よりケーシング１に
入り、ガイドベー７２の両側を通ってランナ３に入る。

う／す３に入った水は、ランナ３を横切シ下流に放出さ
れる。エネルギーを持った水は、う／す３に入るときと
、ランナ３から出るとき、う７す３羽根にトルクを与え
、与えられたトルクは主軸５を介して発電機に伝えられ
発電に使われる。そして、少流量時には１／３幅の小ガ
イドベーフ２ａ側のみを水が通って仕事をし、中流量時
には２／、３幅の犬ガイドベー７２ｂ側のみを水が通っ
て仕事をし、全流量時には１／３幅と２／３幅の大小両
方のカイトベーン２ａ及び２ｂを水が通って仕事をする
ようになっている。各流量時における相対効率を示した
のが第３図で、この図の横軸にはガイドベーンの全幅す
なわち１／３幅の小ガイドベーン２ａと２／３幅の犬ガ
イドベー７２ｂの両方に水が通る場合の流量を１００％
としたときの流量（％）、縦軸には相対効率（％）がと
ってあり、Ｌ９Ｍ、及びＮは、それぞれ、カイトベーン
の幅が１／３，２／３及び３／３　（−１／３＋２／３
）の場合を示しておシ、小流量領域では１／３幅の小ガ
イドベーン２ａ、中流量領域では２７３幅の犬ガイドベ
ーン２ｂ、全流量領域では大小両ガイドベー７２ａ、２
ｂを使用することにより、水の有効利用を計れることを
示している。

しかし、このようなりロスフロー水車も、従来は、ガイ
ドベーンの選択、切換が手動で行なわれていたため、手
間がかかり、その本来の効果を充分に発揮することがで
きなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、ガイドベ−７の選択、切換の自動化、及び、
切換時の流量変動の微少化の可能なりロスフロー水車を
提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ランチの軸方向の長さをａ；ｌ（ａは正の整
数）に２分割した仕切シの設けられているランナと、該
ランチの分割に対応して分割されたガイドベーンと、該
ガイドベー７をそれぞれ個別に制御する制御装置とを有
し、前記ランナを選択使用することのできるクロスフロ
ー水車において、前記制御装置が前記ガイドベーンの制
御信号の発信器、演算増幅器、前記ガイドベーンの操作
用ドライバ、バイアス信号発生器、前記カイトベーンの
位置信号の発信器および前記力イドベ−７の選択スイッ
チを有し、前記分割されたガイドベー／のうちその軸方
向の長さが小さいか又は等しいものの一つよりなる第一
のガイドベ−７をその軸方向の長さが大きいか又は等し
いものの他の一つよりなる第二めカイトベーンに切り換
える第一の切換点をＡとし、該Ａ点における切換後に前
記第一のガイドベーンを開とする第二の切換点をＢとし
たとき、前記第一のガイドベーンでは、前記ガイドベー
ン制御信号量としてＡ点からＢ点の間の閉信号と（ａ＋
１）・の開イ言号を与え・前言己第二のガイドベーンで
は、前記ガイドベーン制御信つ、前記操作４８号ゲイン
かＢ、４以下では前記ｇ−のガイドベーンの操作信号ゲ
インを前記第二のガイドベーンの操作信号ゲインのａ＋
１とし、前記Ｂ点から１００％の間では前記第一と前記
第二のガイドベ−７の操作信号ゲイ／比を１＝１となる
如く構成してなることを特徴とするものである。

すなわち、本発明はクロスフロー水車の小ガイドベーン
および大カイトベーンの選択、切換の方法として、ガイ
ドベーノ切換点において／くイアス信号を付加する方法
を用い、ガイドベーンの切換を１粕単容易かつ円滑に実
施可能とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例について説明する。

第４図は１／３幅と２／３幅の２個のカイトベ−７を有
するクロスフロー水車の要部のブロック線図を示すもの
で、Ｃ（Ｑ）はガイドベーンの制御信号、９は２／３幅
の大カイトベーン（２／３ＧＶ）の操作サーボモーフで
油圧サーボモータ又は電動機である。１０は演算増幅器
で、この出力によって犬ガイドベーンの操作サーボモー
タ９を開閉操作する。１１はサーボモーフ信号発信器、
１２及び１３は復元量設定器（Ｋ１．に３はそれぞれの
復元信号）、１４及び１５はガイドベーン選択スイッチ
、Ａ及びＢは演算増幅器１０のノくイアス信号で、ガイ
ドベーン選択スイッチ１４及び１５によって付加される
。１６は１／３幅の小ガイドベーン（１／３ＧＶ）の操
作サーボモータ、１７は演算増幅器で、この出力によっ
て小ガイドベーンの操作サーボモータ１６を開閉操作す
る。

１８はサーボモーフ信号発信器、１９は復元量設定器（
１（２は復元信号）で、通常Ｋ　１＝　２　Ｋ　２に設
定される。Ｃ及びＤは演算増幅器１７のバイアス信号で
、ガイドベーン選択スイッチ１４及び１５によって付加
される。選択スイッチ１４及び１５はガイドベーンの制
御信号Ｃ（Ｑ）の大きさによって切り換えられるスイッ
チで、選択スイッチ１４は制御信号Ｃ（Ｑ）が最大流量
（Ｑｒ　＞の１／３の点で切り換り、選択スイッチ１５
は制御信号Ｃ（Ｑ）が最大流量（Ｑｒ）の２／３点で切
り候るスイッチである。

ガイドベーン制御信号Ｃ（Ｑ）は、水車が使用可能な水
量を刻々と与えるもので、上ダム（図示せず）に入って
くる水量信号、又は上ダムの水位をその時々の水車使用
水量と換算するのが一般的である。

すなわち、水車使用可能流量を与えるガイドベの関係が
ある流量範囲では、選択スイッチ１４及び１５が共に切
の状態にあるので、バイアス信号Ａのみが演算増幅器ｌ
Ｏに人力され、Ａの信号量は１／３Ｑｒで与えられるの
でＣ（Ｑ）−Ａ≦０となり、演算増幅器１０の出力は常
に負となるので、大カイトベーン操作サーボモータ９は
常に全閉を保持し、大カイトベーンは閉鎖されたままと
なる。

一方操作ザーボモータ１６はガイドベーン制御信号Ｃ（
Ｑ）により開閉制御されるが、復元量設定器１９でに、
＝０．３３３としておけばＣ（Ｑ）が１／３Ｑｒの点で
全開とすることができる。

次に、−Ｑｒ≦Ｃ（Ｑ）＜−Ｑｒの関係がある流３ 量範囲では、選択スイッチ１４が人となり、ノクイアス
Ａは外れ、バイアスＤが加わる。すなわち↓（Ｑ）−−
ＱｒＯ点で、犬ガイドベーン操作す３ 一ボモータ９はバイアスＡがなくなるので徐々に開き、
５０％ガイトベー／開となる。このときには復元量設定
器１２でに１＝０．６６と設定されている。一方、バイ
アス信号Ｃには−Ｑの信号量が馬えられているので、選
択スイッチ１４が動作すると・・イアスＣが印加され、
演算増幅器１７の出力はＣ（Ｑ）−Ｃｏｏとなって、全
開から全開に移行する。すなわち、小ガイドベーンの全
流量は大カイトベーンの５０％開度流量に相当し、水量
変化は殆んど生じない。

流量が増大するに従い、大カイトベーン操作サーボモー
タ９は開動作し、Ｃ（Ｑ）キーＱｒの点で、大カイトベ
ーン操作サーボモータ９は全開となり、最大流量の２／
３の流量を通すことができる。この際小ガイドベーンは
全閉状態を保持する。

１５は人となり、小ガイドベーン操作サーボモーり１６
にはＤ信号が加算される。Ｄ信号には−Ｑの信号が与え
られているので、演算増幅器１７の出力はＣ（Ｑ、）−
Ｃ＋Ｄ＝−Ｑとなシ、小ガイドベーン操作サーボモータ
ー６は全閉から徐々に開き６６％にまで達する。一方全
開にあった太ガイドベーン操作サーボモータ９は、ノ・
イアス信号Ｂ及び復元信号に１が加減算され、大ガイド
ベーンは全開から６６％開度に閉じられる。すなわち、
一幅ガイドヘーン全開流量に相当する流量を、両ガイド
ベーンでは６６％開度で通すことが可能となる。このと
きＢバイアス信号には−Ｑｒの値がバイアスされ、復元
信号に３には復元信号に２と同じ値が設定される。Ｃ（
Ｑ）＞−Ｑｒの関係がある流量範囲ては両カイドベ−７
の動作は同じ開度動作をする。

第５図は、この実施例における犬、小ガイドベーンの動
きを示すもので、横軸には時間、縦軸にはガイドベーン
制御信号Ｃ（Ｑ）及び太、／」・ガイドベーンの動きを
示す。図で、Ｘ、Ｙはそれぞれ１／３Ｑ、ｒ　、　２／
３Ｑｒ　ｃ７）流量点で、この、ａでガイドベー７の選
択、切換を行う。また図のＶ、Ｕはそれぞれ、ガイドベ
ーン５０％相当開度、ガイドベーン６６％相当開度の位
置を示しており、図の実線は大ガイドベーンの動き、点
線は小ガイドベーン 水車駆動時、ガイドベーン制御信号力ｆｌ／３Ｑｒば太
ガイドベーンから小ガイドベーンに移行する。

第６図は、電気制御方式によって具体化した実施例の制
御系統図で、第５図と同一部分には同一符号が付しであ
る。この図で、２０は上ダム、２１は上ダム２０水位を
取り出す水位計、２２は水位計２１に取り付けられたボ
テ／ノヨメ〜り、２３゜２４．２５及び２６はそれぞれ
バイアス信号Ａ。

Ｂ、Ｃ及びＤの発生器、２７及び２８はサーボモータド
ライバ２９、及び３０はそれぞれ選択スイッチ１４及び
１５を切り換える比較器で、比較基準値はそれぞれ比較
基準信号発生器３１及び３２で与えられる。

水車に使用可能な水量は一般的には上ダム２０水位に比
例する。すなわち、上ダム水位信号−水車使用可北水量
信号は水位計２１の信号として出され、カイトベーン制
御信号Ｃ（Ｑ）となる。いま、ガイド’−’−ノ制御信
号が定格信号の１／３以下では、演算増幅器１０の出力
はＣ（Ｑ）−Ａ＜０となり、サーボモータ９は全開を保
持する。一方、演算増幅器１６出力はカイトベーン制御
信号Ｃ（Ｑ）と復元信号に２の差となり、演算増幅器１
７の出力が略０となる寸で、サーボモーター６は動作す
す る。そしてガイドベーン制御信号Ｃ（Ｑ）＝−Ｑｒの値
で、小ガイドベーンは全開となる。

仄に、ガイドベーン制御信号Ｃ（Ｑ）が１／３　Ｑ　ｒ
を越えた点で、選択スイッチ１４は比較器２９によシ切
、！１７ｍえられる。この信号によって、演算増幅器１
０に印加されているノ（イアス信号Ａは切となり、演算
増幅器１６に）くイアス信号Ｃが印加される。

すなわち、全閉となっていた大ガイドベーンにかかって
いるのは、ガイドベーン制御信号Ｃ（Ｑ＞と復元信号の
みとなり、カイトベーン制御信号では、小ガイドベーン
は全開のまま、大カイドベ−）は約５０％から１００％
までｔ制御される。

カイトベーン制御信号Ｃ（Ｑ）≧−Ｑｒの範囲では、カ
イトベーン選択スイッチ１４は人の状態のままでカイト
ベーン選択スイッチ１５は人となり、バイアス信号Ｂ及
びＤが印加される。また復元信号に３も入状態になる。

すなわち、Ｃ（Ｑ）２ −−　Ｑ　ｒの状態で、選択スイッチ１５が動作すると
、全閉状態にあった小ガイドベーンは、印加されたバイ
アス信号（Ｄ−−ｘＱｒ相当の開信号）により、６６．
６％まで小カイトベーンは開く、一方全開附近にあった
犬ガイドベーンは、バイアス信号（Ｂ−−ｘＱｒ相当の
閉信号）および復元量号に３により、大ガイドベーンは
６６．６％開度まで閉鎖する。ガイドベーン制御信号が
２／３Ｑｒ≦Ｃ（Ｑ）≦３７３Ｑｒの間では、小カイト
ベーン及び太ガイドベーン共に同じ開度関係を維持する
。

以上の如く、カイドベー７通過可能流量が定格２ 流量Ｑｒの−及び−の能力を有するクロスフロー３ 水車において、大小のガイドベー／にザーホモーまでは
、大小両カイドベーノを開閉すると共に、定格流量の−
の点で小ガイドベーンを全開から全閉とし、かつ犬ガイ
ドベーンを５０％寸で開き、定格流量の−の点では犬ガ
イドベ−７を１００％から６６．６％に徐閉し、小ガイ
ドベーンを全閉から６６．６％まで徐開することにより
、切換時の水車通過流量をスムーズに制御し、かつ水の
有効利用を自動的に行うことができる。

設定した例を示しだが、水の有効利用の点では効率変動
点で切り換えることが望ましい。

なお、この実施例のクロスフロー水車のガイドヘーノ選
択切換スイッチの信号検出を、ガイドベーンから取るこ
とによって代行することができる。

すなわち、小カイトベーンが全開附近に維持されている
場合、選択スイッチ１４を動作させれば、小ガイドベー
ンから犬ガイドベーンに切り換え、犬ガイドベーンが全
開附近を保持すれば、選択スイッチ１５を人とし、両ガ
イドベー／運転にすることができる。また、選択スイッ
チ１４はガイドベーン５０％附近以下で動作し、選択ス
イッチ１５はガイドベーン６６％附近以下でリセットさ
れる。また、切換点での比較器２９．３０の動作にはヒ
ステリシスを持たせるようにする。

さらに、大小ガイドベーンの切換時に、流量変化を少く
するために、犬ガイドベーンによる流量変化割合と、小
カイトベーンによる流量変化割合を等しくすれはより効
果的である。

また、この実施例は電気操作方式のものについて説明し
だが、レバー、油圧切換弁、電磁弁等を使用した油圧操
作方式とすることもできる。

以上の如く、実施例のクロスフロー水車は、ガイドベー
ンの選択、切換の自動化、及び切換時の流量変動の微少
化が可能であるため、カイトベ−７の選択、切換を、高
い効率点で行うことができ水の有効利用が可能となる。

捷だ、切り換えをスムーズに行うことができるので、じ
よう乱がなく、上ダム面積の小さい場合でも安定に切換
が可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、ガイドベーンの選択、切換の自動化、及び、
切換時の流量変動の微少化の可能なりロスフロー水車を
提供可能とするもので産業上の効果の犬なるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はクロスフロー水車の断面図、第２図は同じく円
筒断面図、第３図はクロスフロー水車の特性図、第４図
は本発明のクロスフロー水車の一実施例のブロック線図
、第５図は本発明のクロスフロー水車のカイドベー７制
御信号に対する両ガイドベーンの動きを示す説明図、第
６図は第４図のタロスフロー水車の制御系統図である。 ９・・・（犬カイトベーンの）操作サーボモータ、ｌＯ
・・・演算増幅器、１１・・・サーボモータ信号発信機
、１２．１３・・・復元量設定器、１４．１５・・・ガ
イドベーン選択スイッチ、１６・・・（小ガイドベー／
の）操作サーボモータ、１７・・・演算増幅器、１８・
・・サーボモータ信号発信器、１９・・・復元量設定器
、Ｃ（Ｑ）・・・ガイドベー／の制御信号、Ａ。 １３・・・（演算増幅器１０の）バイアス信号、Ｃ，Ｄ
（ほか１名） も７図 第２０ ２４　　　１ｅ 第４図 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ランナの軸方向の長さをａ；１（ａは正の整数）
   に２分割した仕切シの設けられているう／すと、該う／
   すの分割に対応して分割されたカイドベー／と、該ガイ
   ドベーンをそれぞれ個別に制御するｆｔｔ！制御装置と
   を有し、前記ランナを選択使用することのできるタロス
   フロー水車において、前記制御装置が前記ガイドベー７
   の制御信号の発信器。 演算増幅器、前記ガイドベー７の操作用ドライバ。 バイアス信号発生器、前記ガイドベーンの位置信号の発
   信器および前記ガイドベー７の選択スイッチを有し、前
   記分割されたガイドベーンのうちその軸方向の長さが小
   さいか又は等しいものの一つよシなる第一のガイドベー
   ンをその軸方向の長さが大きいか又は等しいものの他の
   一つよりなる第二のガイドベー７に切り換える第一の切
   換点をＡとし、該Ａ点における切換後に前記第一のガイ
   ドベーンを開とする第二の切換点をＢとしたとき、前記
   第一のガイドベーンでは前記ガイドベーン制御前記ガイ
   ドベーン制御信号量としてＡ点以下では点以下では前記
   第一のガイドベーンの操作信号ゲインを前記第二のガイ
   ドベーンの操作信号ゲインの□とし、前記Ｂ点から１０
   ０％の間では前ａ＋１ 記第−と前記第二のガイドベーンの操作信号ゲイ／比を
   ｌ：１となる如く構成してなることを特徴とするクロス
   フロー水車。 ２、前記ａが２：ｒ：ある特許請求の範囲第１項記載の
   クロスフロー水車。