JPS59201981A - 多段水力機械の運転方法 - Google Patents

多段水力機械の運転方法

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JPS59201981A
JPS59201981A JP58075101A JP7510183A JPS59201981A JP S59201981 A JPS59201981 A JP S59201981A JP 58075101 A JP58075101 A JP 58075101A JP 7510183 A JP7510183 A JP 7510183A JP S59201981 A JPS59201981 A JP S59201981A
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Kentaro Ichikawa
健太郎 市川
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

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方法に係り、特に最高圧段
部と最低圧段部に可動ガイドベーンを備えた多段ポンプ
水車の水車運転時における運転方法に関する。
〔発明の技術的背景と問題点〕
一般に各段部を返り通路によって直列に連絡した多段ポ
ンプ水車においては、可動ガイドベーンとその操作機構
を設けることが構造上困難であるところから、従来の多
段ポンプ水車においては大口弁によって流量調整を行な
っているのが実情である。
しかして、近時においては高落差地点に揚水発電所を建
設する傾向があり、多段ポンプ水車に対する需要度が高
まっており、それに伴って各段に可動ガイドベーンな取
付けた場合の水車発電方向定常運転時における運転方法
の確立が要望されている。
定常運転に対し最も容易に想定される制御方法は各段の
ガイドベーンの開度を全負荷に対し斉一に制御する方法
であるが、この方法を落差変動が大ぎい揚水発電所に適
用した場合法のような問題を生ずる。すなわち、低落差
時に軽負荷にて多段ポンプ水車を運転した場合、各段の
ガイドベーンの開度が等しいため、各段の落差分担率が
等しくなり、全段ランナとも最高効率点からはかなり離
れた同じ効率点で運転されること[なる、ところが、最
低圧段は他の段に比べて非常に小さな単段機なみの押込
み水頭しか持たないため、低落差軽負荷の悪条件下では
センターホワール。
キャビテーションや吸出し管内の2次流れ等が発生し、
時には非常に大きな撮動騒音を生じ運転の継続が不可能
となることが考えられる。この問題は発電所の位置を下
池より十分に深い場所に設iん−し押込み水頭を増加さ
せれば問題は解決1−るが土木掘削費が膨大なものにな
るという欠点がある。
また、全負荷領域に対し、最低圧段部の落差分担率を高
め、最低圧段部を高落差側の高効率領域で運転し、上記
問題を解決する方法も考えられるが、この方法には、最
低圧段の振動、騒音があまり問題とならない約60〜1
00%の高負荷領域に対しては最低圧段部の効率上昇分
以上に細膜での効率が犠牲となって総合効率の点からは
不利になる欠点がある。
〔発明の目的〕
そこで、本発明の目的は、低落差軽負荷運転下で振動や
騒音を生ずることなく所定の押込み水頭条件下で高い総
合効率を維持しつつ安定した運転を行なうことがでさる
多段水力機械の運転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、本発つ」は、単一主軸上に複
数のランナを備え、最高圧段から最低圧段に到る各段が
一連の返り流路で連絡され、少なくとも最高圧段と最低
圧段のランナの入口側には水口開度を調整可能な可動ガ
イドベーンを備えた可逆式多段水力機械において、定常
時の水車運転の際、系統への並列からある一定の負荷ま
での部分負荷領域においては常に最低圧殺可動ガイドベ
ーンの水口開度が細膜の可動ガイドベーンの水口開度よ
りも小さくなるように制御するとともに、ある一定の負
荷以上の運転状態においては全段の可動ガイドベーンな
斉一に制御するようにしたことを特徴とするものである
〔発明の実施例〕
以下本発明による多段水力機械の運転方法の一実施例を
2段ポンプ水車について説明する。
本発明による運転方法を説明するに先だって先ず2段ポ
ンプ水車の構造を説明してお(。
第1図は単速度可逆式2段ポンプ水車の構造を示し、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で包囲される一方
、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。
また、上記高圧段ランナ室8と低圧段ランナ室9とは返
り流路10で連絡されている。また、高圧段う/す室8
の外側には、うず巻ケーシング11が配置され、そのう
す室12と上記高圧段ランナ室8とは連通しており、う
す室12の入口は、大口弁13を介して水圧鉄管141
C接続されている。
さらにまた、高圧段ランナ2の外周には水口開度を変え
られる可動ガイドベーン15が設けられる一方、低圧段
ランナ3の外周にも水口開度が変えられる可動ガイドベ
ーン16がそれぞれ円形翼列状に配置されている。これ
らの可動ガイドベーン15および16は図示を省略した
操作機構に連結されており、制御装置を介して後述する
ように定常運転される。
上記のように構成された単速度a」逆式2段ポンプ水車
を水車運転させる場合、入1」弁j3を開口した状態で
水圧鉄管14からこれに接続さrしたりず巻ケーシング
11に水が流入し、この水流は高圧段部の可動ガイドペ
ー715、高圧段ランナ2を通過し、返り流路10を経
てさらに低圧段部の可動力イドベ−ン16、低圧段ラン
ナ3を流通し、図示しない放水路に接わCされた吸出し
管17に流通する。一方、水車と同じ回転速度で反対の
方向にランナを回転するポンプ運転時の場合には、低圧
段ランナ3によって揚水された水流は前記した水車運転
時の場合と逆の流路を経て吸出し管17から水圧鉄管1
4へ′lA1.通してい(。
このように各段部を返り流路によって直列Oτ連絡した
単速度tiJ逆式多段ボング水車の総合水力性Vi:は
各段部tておける単速度可逆式単段ポンプ水車としての
水力特性を合成することにより与えられる。したがって
、単速度可逆式多段ポンプ水車の水力特性上の問題を検
討するにあたっては、先ず単速度可逆式単段ポンプ水車
の水力特性上の問題を的確に把握してお(必要がある。
一般に、単速度T=J’逆式単逆水単段ポンプ水車いて
、ポンプ水車の回転速度なN(rpm)、水車の翁効落
差をHt(m)、効率をlt、またポンプの全揚程を)
ip(m)、効率をtpとして、単位回転速度Nf■、
N7g5 に対する各ガイドベーン開度の効率曲線の包
絡線を水車とポンプの各々について例示すると第2図の
ようになる。1−なわち、第2図に示すように、水車と
ポンプの最高効率点を与える単位回転速度N4項石とH
汐M胃は合致せず必らずN/1m冴の方が大きくなり、
これは可逆ポンプ水車においては避けることができない
水力特性上の問題点の一つである。このため、揚水発電
所の基準運転水位において、通常行なわれているように
ポンプが最高効率もしくはその近傍で運転を行なえるよ
うにポンプ水車の運転条件を定めた場合、第2図に示さ
れる水力特性iJJ係の制約を受けて、水車は最高効率
より離れた高単位回転速度状態のもとに換言すれば最高
効率状態相当運転落差Htoより低落差側の水力性能が
低い領域に基準運転状態を選定せざるを得ないことVC
7;Cる。
第3図はある運転落差Hの状態下における水車出力Pと
可動ガイドベーンの開度aとの関係を示したもので、こ
のうち開度a。は各段のカイトベーンを斉一に制御する
場合の最適開度である。また、開度a□は最低圧膜以外
のガイドベーンの開度を示す一方、a2は最低圧段の可
動ガイドベーン16の開度を示している。この図におい
て、出力P = 00ときのガイドベーンの開度はそれ
ぞれ無負荷開度を示している。
しかして、本発明によれば、出力Pが50〜70%の範
囲内に制御切換点Aが設定され、この制御切換点A以下
の場合には、高圧段可動ガイドベーン15は出力特性曲
線Bに沿って開閉制御され、低圧段可動カイトベーン1
6は出力特性曲線Cに沿って開閉制御される。そして、
制御切換点A以下の場合には、全段の可動ガイドベーン
15 、16は出力特性曲線りに沿って斉一に制御され
る。
第4図は運転落差Hと無負荷開度a′との関係を示した
もので、運転落差が低いとき程最低圧段ガイドベーン1
6の無負荷開度a iと他の段のガイドベーンの無負荷
開度a1′との開度差△aが太ぎくlよるように設定さ
れている。したがって−落差rこ応して第3図における
Δaの値が設定されろ。
また、第5図は本発明を実施するための制御ブロック線
図を示したものであって、水位差検出信号21を使っで
ある運転状態下での落差の大きさを検出すると共に出力
検出装置22を使ってそのときの出力値を検出する。両
装置2x 、 22からの出力信号は演算装置としての
例えばコンピュータ乙に入力され、前記第3図に示した
出力特性曲線を満足するガイドベーンの開度aが演算さ
れ、ガイドベーン制御装置冴を介してそれぞれの0]−
動ガイドベーンに対して開度指令信号が与えられる。
このように本発明の上記実施例によれば、各段部のラン
ナ羽根の外径が同一で水力的tこ相似に414成された
可逆式多段ポンプ水車の軽負荷領域において、最低圧段
の可動ガイドベーンの開度が常に他の段の可動ガイドベ
ーンの開度よりも小さく制御されるから、最低圧段の落
差分担率が増加し、単位回転数が小さく最高効率に近い
安定領域で運転される。一方、他の段部は逆に単位回転
数が大きく効率の低い低落差1Illのノ畢転となるが
最低用段に比べて非常に太きい押込み水頭下の好条件で
運転されるので最低圧段に生じるような問題は発生しな
い。
本発明においては、低落差低出力になるほど開度差を太
き(とって最低圧段のランナを高効率運転して振動騒音
を防止すると共に、高落差筒出力側では総合効率の一番
高い斉一制御に近づけさらに最低圧段の振動騒音が運転
に支障なくなる60〜100%では完全な斉一開度制御
を行なうことが可能とTA=る。
なお、第6図は本発明の他の実施例を示したものであっ
て、制御切換点A以下の出力領域においては」゛(ニ低
圧段b」動力イトベーン開度と他の段の可動ガイドベー
ンとの開度の差△aが一定どなるように制御したもので
ある。この際の開度差△aおまひ偏差は第4図に示した
ように運転落差11に基いて設定される。この例によれ
ば、出力増加に伴い運転条件が改善され1行(にも係ら
す制御切換点Aまでは斉−制御開度線に近づかないため
、総合効率の点では前記実施例よりも劣るが、犬際の制
御ソフトを組む際は制御が簡単になる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば可逆式
多段ポンプ水車の軽負荷領域において、最低圧段の可動
ガイドベーンの開度が常に他の段の可動ガイドベーンの
υi、] tLよりも小さく :trl序11 したか
ら、高い総合効率を維持しつつ全運転領域において振動
騒音を伴わない安定した運転を行うことができ、その給
米、安定しまた運転かシ」^ヒ1.「領域を大幅に拡大
することができる。
なお、上記実施例は本発明を2段ポンプ水車に対して適
用した例を示したが、これに限らず多段ポンプ水車に適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による運転方法を通用する21タポンブ
水車の+14造を示した銘水hJr面図、第2図はポン
プ水車にi6けるポンプと水車の水力9.1作を7Iり
した説明図、第3図は本光りJによる運転方法の基値と
なる水車出力とガイドベーン開度との関係を示した線図
、第4図は落差と無負荷開展との関係を示した説明図、
第5図は本発明による制御方法を示したブロック線図、
第6図は本発明の他の実施例による水車出力とカイトベ
ーン開度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、8・・高
圧段ランナ室、9・・低圧段ランナ菟、10・・・返り
θ1v路、15・・尚圧設用゛動ガイドベーン、J6・
・・低圧段可動ガイドベーン。 出願人代理人  猪  股     清躬1目 82目 1 一−−N/(jπ N/、汀伍

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単一主軸上に複数のランナな備え、最高圧段から最
    低圧段に到る各段が一連の返り流路で連結され、少なく
    とも最高圧段と最低圧段のランチの入口側には水口開度
    を調整可能な可動ガイドベーンな備えた可逆式多段水力
    機械において、定常時の水車運転の際、系統への並列か
    らある一定の負荷までの部分負荷領域においては常に最
    低圧膜可動ガイドベーンの水口開度が他の段の可動ガイ
    ドベーンの水口開度よりも小さくなるように制御すると
    ともに、ある一定の負荷以上の運転状態においては全段
    の可動ガイドベーンを斉一に制御するようにしたことを
    特徴とする多段水力機械の運転方法。 2、上記全段の可動ガイドベーンを斉一制御に移行する
    負荷点を全負荷の50〜70%の範囲内に設
JP58075101A 1983-04-28 1983-04-28 多段水力機械の運転方法 Granted JPS59201981A (ja)

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JPH0336153B2 JPH0336153B2 (ja) 1991-05-30

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5634972A (en) * 1979-08-28 1981-04-07 Toshiba Corp Driving method of double stage pump hydraulic turbine
JPS5740345A (en) * 1980-08-22 1982-03-05 Hitachi Ltd Motor provided with rotation detector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5740345A (en) * 1980-08-22 1982-03-05 Hitachi Ltd Motor provided with rotation detector

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