JPS59168278A - 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に係り、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の定常運転時におけ
る流量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側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により
行なわ扛る。しかしながら、各段部のランナの外側に可
動ガイドベーンを設け、かつ各段部の可動ガイドベーン
に開閉操作機構を連絡させることは、構造上の制約を受
けて極めて困難である。

そのため従来の多段水力機械においては、各段部のラン
ナの外側に固定ベーンのみを設け、水力機械の入口部に
設けた大口弁の開閉制御によって運転制御を行なうもの
もあるが、水流量調整が入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。

このような入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あるいは最低圧段部の
みに水口開度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水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
圧段部および最低圧段部に水口開度を調整できる可動ガ
イドベーンを備えた多段水力機械が考えら詐る。

このように、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、定常運転時の流量調整制御の際、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。この開度調
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り、各段部では基準点からは
ずれた不安定な水力特性領域におち入るので水力性能の
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調整制御
を行なう場合に対する簡便にして的確な制御方法が未だ
提案さｎていない。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、定常運転時に流量調整制御を
行なう場合、各可動ガイドベーンの開度制御を確実に行
なうことにより安定した運転状態の下に、的確な流量調
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。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、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全備え、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最低圧段部
の各段ランナの外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
常運転時に流量の調整制御を行なう場合、最高圧段部″
！、たけ最低圧段部のいすｎか一方の可動ガイドベーン
の開度は、所与の運転水位下で高性能運転が行なえるよ
うにあらかじめ規定さｎた流量とガイドベーン開度との
相対関係を満足するような目標流量相当ガイドベーン開
度に設定すると共に他方の段部の可動ガイドベーンの開
度は回部可動ガイドベーンにおける実流量と前記目標流
量との相対差もしくは相対比が規定範囲に入るように制
御したことを特徴とするものである。

さらに、本発明は、定常運転時に流量の調整制御を行な
う場合、最高圧段部または最低圧段部のいず牡か一方の
段部の可動ガイドベーンは、所与の運転水位下で高性能
運転が行えるようにあらかじめ規定さｆｔ７を流量とガ
イドベーン開度との相対関係を満足するような目標流量
相当ガイドベーン開度に設定すると共に他方の段部の可
動ガイドベーンは回部可動ガイドベーンの実開度と前記
目標流量相当ガイドベーン開度との相対差もしくは相対
比が規定範囲内に入るような開度に制御したこと全特徴
とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、７ランシス形２段ポンプ水車を例にとって本発明
による多段水力機械の運転制御方法の実施例を図面を参
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および下カバー５で包囲
さする一方、低圧段ランナ３は上カバー６および下カバ
ー７で包囲さｎ１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９とは返し通路１０で連絡さｎ１通路上には返し
羽根１１および水口開度を変えらｎる低圧段可動ガイド
ベーン１２が設けられている。ま元高圧膜ランナ室８の
外側にはうず巻ケーシング１３が配置され、そのうす室
１４と上記高圧段ランナ室８とは連通さし、うす室１４
０入口には図示しない入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。さらにまた高圧段
ランナ２の外側には、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ｎ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ｎ、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。

次に上述し−ｆｃ２段ポンプ水車に対して本発明による
運転制御方法を適用した実施例について述べる。

第２図および第３図は定常運転下で流量の調整制御を行
なう場合の一実施例を示している。

先ず水位検出装置１７ヲ使って上池の水位と下池の水位
との間の水位差Ｈｓｔを検出し、その信号を演算制御装
置１８に入力する。この演算制御装置１８には流量〜ガ
イドベーン開度のデータ入力袋［１９を介して流量Ｑと
ガイドベーン開度ａとの関係金示したデータが記憶さｎ
ている。この流量Ｑとガイドベーン開度ａとの関係は、
第４図に示したように、水位差Ｈｓｔをバラメーｉとし
て水力性能模型試験によって求めらｎたものであって、
目標流量Ｑｏが設定さ扛るとその目標流量を実現するガ
イドベーン開度ａ。が特定されるようになっている。そ
して目標流量Ｑｏは、目標流量入力装置２０からの・入
力信号を演算制御装置１８に与えることによって設定さ
れる。さらに、演算制御袋［１８によって求めらｆ’し
たガイドベーン開度ａ。ｆｔ表わす出力信号は高圧段の
ガイドベーン制御装置２１に与えらｎ１高圧段可動ガイ
ドベーン１５の開度をａｏに設定する。

この高圧段可動ガイドベーン１５の運転目標流量に対応
するガイドベーン開度への制御に伴なって、高圧段ラン
ナ２と低圧段ランナ３におけるガイドベーン開度が相対
的に異なってくるので落差の分担割合も変化して実流量
も変化する。

一方、低圧段可動ガイドベーン１２の開度を制御するに
は、低圧段可動ガイドベーン１２ｆ：通過する実際の水
量を例えば超音波による流量検出装置２２ヲ使って検出
し、その検出信号を演算制御装置１８に入力する。この
演算制御装置１８には、第５図に示したように目標流量
ＱＯに対する実流量Ｑと目標流ｔＱＯとの相対差Ｑ−Ｑ
Ｏの関係をあらかじめ実験によって求めた結果が記憶さ
ｎている。さらに、第６図に示したように、目標流量Ｑ
ｏに対する実流量Ｑと目標流量Ｑｏとの相対比Ｑ／ＱＯ
の関係１［らかしめ実験によって求めた結果が記憶さし
ている。したがって流量差Ｑ−Ｑｏもしくは流量比Ｑ／
Ｑｏが第５図および第６図にハツチングを付して示した
矩形の規定範囲内に入るように低圧段可動ガイドベーン
１２の開度を制御す扛ばよい。そして、目標流量ＱＯは
、目標流量入力装置２０からの入力信号を演算制御装置
１８に与えることによって設定さｎる。さらに、演算制
御装置１８で演算さｎた結果が低圧段の可動ガイドベー
ン制御装置２３に出力さｎ、低圧段可動ガイドベーン１
２の開度をａに設定する。

すなわち、流量差もしくは流量比が各段部で高性能運転
が行える落差分担状態となるようにあらかじめ設定さ扛
た規定範囲を上まわるものであるときは低圧段可動ガイ
ドベーン１２を閉方向に、また逆に流量差もしくは流量
比が規定範囲を下まわるものであるときは低圧段可動ガ
イドベーンに１２ヲ開方向にそれぞれ操作すればよい。

このように、目標流量に対応したガイドベーン開度の制
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、他方では実流量と目標流量との流
量差もしくは流量比の制御指令を低圧段可動ガイドベー
ン１２に伝えて開度制御を行なうことにより所定の目標
流量における運転状態を実現できる。

上記実施例は、目標流量に対応したガイドベーン開度の
制御指令を高圧段可動ガイドベーン１５に対して与えた
が、こｎとは逆に上記制御指令を低圧段可動ガイドベー
ン１２に対して与えてもよい。

すなわち水位検出装置１７によって検出さｌｒした運転
水位例えばＨｓｔｌと目標流量入力装置加からの目標流
量Ｑｏを表わす信号を演算制御装置１８に入力し、水位
差をパラメータとして決定さｎる目標流量ＱＯに対応す
るガイドベーン開度ａ。を決定し、このガイドベーン開
度＆。に応じた制御信号を演算制御装［１８からガイド
ベーン制御装置２１に伝えて低圧段可動ガイドベーン１
２の開度制御を行なう。

一方、高圧段可動ガイドベーン１５については、第３図
に示したように、実流量と目標流量との流量差あるいは
流量比が各段部であらかじめ高性能運転が行なえるよう
に設定された規定範囲（第５図および第６図参照）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
ヲ閉方向に、また逆に規定範囲を下まわるものであると
きは開方向へ操作する制御指令を演算制御装置１８から
ガイドベーン制御装置２３に出力し、可動ガイドベーン
１５の開度制御を行なえばよい。

次に第７図乃至第１１図を参照して本願の他の発明の詳
細な説明する。

前記発明が実流量と目標流量との相対差もしくは相対比
が規定範囲を維持するように制御したのに対して、この
発明は、制御すべき可動ガイドベーンの実開度と目標流
量相当ガイドベーン開度との相対差もしくは相対比が規
定範囲内に入るように制御したものである。

すなわち、第７図および第８図は定常運転下で流量の調
整制御を行なう場合の実施例を示しており、先ず水位検
出装置１７ヲ使って上池の水位と下池の水位との間の水
位差Ｈｓｔｆｉ７検出し、その信号を演算制御装置１８
に入力する。この演算制御装置１Ｂには、データ入力装
置１９を介して流量Ｑとガイドベーン開度ａとの関係を
表わしたデータが記憶さ扛ている。この流量Ｑとガイド
ベーン開度ａとは、第４図に示したように水位差Ｈｓｔ
ｔパラメータとして水力性能模型試験によって求められ
たものであって、目標流量Ｑ。

が設定されろとその目標流量を実現するガイドベーン開
度ａ０が特定されるようになっている。

そして、目標流量は、目標流量入力装置２０からの入力
信号を演算制御装置１８に与えることによって設定さｎ
る。さらに演算制御装置１８によって求めらｎたガイド
ベーン開度ａ。を表わす出力信号は高圧段ガイドベーン
制御装置２１に与えらＶｌ、高圧段可動ガイドペー刈５
の開度上ａ。に設定する。

この高圧段可動ガイドベーン１５の運転目標流量に対応
するガイドベーン開度への制御に伴なって高圧段ランナ
２と低圧段ランナ３におけるガイドベーン開度が相対的
に異なってくるので落差の分担割合も変化して実流量も
変化する。

一方、低圧段可動ガイドベーン１２の開度を制御するに
は、第８図に示さｎたように、低圧段可動ガイドベーン
１２の実際の開度ａをガイドベーン開度検出装置２４ヲ
使って検出し、その検出信号をフィードバックし演算制
御装置１８に入力する。この演算制御装置１８には、あ
らかじめ第９図および第１０図に示したように、水力特
性上安定した運転を行なうことができる実開度ａと目標
流量相当ガイドベーン開度ａ０との相対差ａ−ａｏおよ
び相対比ａ／ａ０　の実験結果が記憶さｎている。した
がって、水力特性上安定した運転を行なうには、実開度
ａと目標流量相当ガイドベーン開度ａ。との相対差ａ−
ａｏおよび相対比ａ／ａｏが第１０図および第１１図に
ハツチングを付して示した矩形の規定領域内に入るよう
に低圧段可動ガイドベーン１２の開度を制御す扛ばよい
。

そして、目標流量は、目標流量入力袋［２０からの入力
信号を演算制御装置１８に与えることによって設定さ扛
る。さらに演算制御装置１８で演算さ扛た結果が低圧段
の可動ガイドベーン制御装置２２に出力さ扛、低圧段可
動ガイドベーン１２の開度上ａに設定する。

すなわち、開度差もしくは開度比が各段部で高性能運転
が規定範囲を上まわるものであるときは、低圧段可動ガ
イドベーン１２を閉方向に、また逆に開度差もしくは開
度比が規定範囲を下まわるものであるときは低圧段可動
ガイドベーン１２ヲ開方向にそｎぞれ操作すｎばよい。

このように、目標流量に対応したガイドベーン開度の制
御指令を高圧段可動ガイドベーン１５に伝えてその開度
制御を行ガいながら、低圧段可動ガイドベーンに対して
その実開度と目標流量相当ガイドベーン開度との開度差
もしくは開度比の制御指令を伝えて低圧段可動ガイドベ
ーンの開度を制御し、所定の目標流量における運転状態
に至ることができる。

上記実施例においては、目標流量に対応したガイドベー
ン開度の制御指令を高圧段可動ガイドベーン１５に対し
て与えたが、これとは逆に上記制御指令を低圧段可動ガ
イドベーン１２に対して与えてもよい。

すなわち、水位検出装置１７によって検出さｎた運転水
位例えばＨｓＨと目標流量入力装置２０からの目標流量
Ｑｏを表わす信号を演算制御装置１８に入力し、水位差
をパラメータとして決定さｎる目標流量ＱＯに対応する
ガイドベーン開度ａ。

全決定し、このガイドベーン開度ａ０に応じた制御信号
を演算制御装置１８からガイドベーン制御装置２１に伝
えて低圧段可動ガイドベーン１２の開度制御を行なう。

一方、高圧段８Ｔ動ガイドベーン１５については、第８
図に示したように、高圧段可動ガイドベーンにおける実
際の開度と目標流量相当ガイドベーン開度との開度差も
しくは開度比が各段部であらかじめ高性能運転が行なえ
るように設定した規定範囲を上まわるものであるときは
高可段可動ガイドベーンを閉方向に、また逆に規定範囲
を下まわるものであるときは開方向へ操作する制御指令
を演算制御装置１８からガイドベーン制御装置２３に出
力し、可動ガイドベーン１５の開度制御を行えばよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によ牡は定常運
転時に流量の調整制御を行う場合高圧段可動ガイドベー
ンまたは低圧段可動ガイドベーンのいずｎか一方の段部
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、定常運転負荷状態にお
いて、常に水力性能の最もすぐ：ｎｆｃ、運転が可能と
なる。

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態にお
いても、実流量と目標流量との流量差もしくは流量比（
すなわち各段部における落差分担の割合）の規定範囲を
調整することで上記運転状態を回避することができろ。

このように本発明によｎば、定常運転時の流量調整制御
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うことができる。

【図面の簡単な説明】

（１９） ２４・・・ガイドベーン開度検出装置。 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
可動ガイドベーンの運転制御の構成を示したブロック図
、第４図は目標流量とガイドベーン開度との関係を示し
た線図、第５図は定常運転範囲における実流量と目標流
量との流量差の規定範囲を示した線図、第６図は定常運
転範囲における流量比の規定範囲を示した線図、第７図
および第８図は他の発明による定常運転時における運転
制御の構成を示したブロック図、第９図は定常運転範囲
における目標流量とガイドベーン開度差との関係を示し
た線図、第１０図は定常運転範囲における目標流量とガ
イドベーン開度比との関係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・・・水位検出
装置、１８・・・演算制御装置、１９・・・データ入力
装置、２２・・・流量検出製雪、２１．２３・・・ガイ
ドベーン制御装置、（２０） 出願人代理人　　猪　股　　　清 第１目 −〜　　ｎ ロ ー亀マ諷Ｙ−ン葦く。 社ぐｑ−へ頚匍爾　０１８ δ 々ｒ’ＡＹ−へ陶Ｃ蜘ｉ□□□　１ ８９目 −６００− ８１０目 月＃流量Ｑ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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ｎ、かつ前記最高
   圧段部と前囮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におい
   て；定常運転時に目標流量への調整制御に行なう場合、
   前記最高圧段部または最低圧段部のいすｎか一方の段部
   の可動ガイドベーンは、所与の運転水位下で高性能運転
   が行なえるようにあらかじめ規定さｔ′１．た流量とガ
   イドベーン開度との相対関係全満足するような目標流量
   相当ガイドベーン開度に設定すると共に他方の段部の可
   動ガイドベーンは、凹部可動ガイドベーンにおける実流
   量と前記目標流量との相対差もしくは相対比が規定範囲
   内に入るように開度を制御したことを特徴とする多段水
   力機械の運転制御方法。 ２、前記実流量と目標流量の相対差もしくは相対比が規
   定範囲を上まわるものであるときは凹部可動ガイドベー
   ンを閉方向に、！た逆に規定範囲を下まわるものである
   ときは開方向に開度制御を行なわしめることにより、定
   常運転時に目標流量への調整制御を行なうようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲゛第１項記載の多段水力
   機械の運転制御方法。 ３、最高圧段部から最低圧段部までの各段部にランチを
   備え各段部が返し通路によって連絡さｎ。 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
   力機械において；定常運転時に目標流量への調整制御を
   行なう場合、前記最高圧段部または最低圧段部のいずれ
   か一方の段部の可動ガイドベーンは、所与の運転水位下
   で高性能運転が行えるようにあらかじめ規定された流量
   とガイドベーン開度との相対関係を満足するような目標
   流量相当ガイドベーン開度に設定すると共に、他方の段
   部の可動ガイドベーンは、回部可動ガイドベーンの実開
   度と前記目標流量相当ガイドベーン開度との相対差もし
   くは相対比が規定範囲内に入るような開度に制御したこ
   とを特徴とする多段水力機械の運転制御方法。 ４、前記相対差もしくは相対比が規定範囲を上まわるも
   のであるときは回部可動ガイドベーンを閉方向に、また
   逆に規定範囲を下まわるものでちるときは開方向に開度
   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
   ３項に記載の多段水力機械の運転制御方法。