JPS6038559B2 - ポンプ水車の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電源喪失時、主機及び水圧鉄管の保護に好適
なポンプ水車の保護装置に関する。

〔発明の背景〕ポンプ水車においては一般に、ポンプ運
転と水車運転とではそれぞれ異つた案内羽根閉鎖速度を
有しており、かつ、それぞれの運転モード‘こおける閉
鎖速度は、さらに閉鎖途中で閉鎖速度を変える所謂、腰
折れのある閉鎖速度となっている。

この詳細を第４図によって説明する。まず、水車運転モ
ードから説明する。

今、案内羽根開度が１００％の状態にあり、ここで負荷
遮断が行われ、即ち、ポンプ水車に直結された発電機の
負荷が急に切られた場合には、ポンプ水車の回転速度が
一時的に上昇する。ところでポンプ水車の場合には、逆
の回転となるポンプ運転も可能にするためランナ羽根の
直径を比較的大きくし、水に充分な遠心力が作用するよ
うにランナ形状を設計する。このため、ポンプ運転と回
転方向が違う水車運転でも回転数が速くなればランナを
流過する水に大きな遠心力が作用することになり、ラン
ナ室に流入する水量が減少し、ついには逆流し、ポンプ
方向流れに転ずる。即ち、案内羽根を閉めなくても回転
上昇すれば水車流量は減少する。この額向は高落差ポン
プ水車になる程強まり、回転数が上昇し、低下に転じた
直後に水車方向流れがポンプ方向流れに急激に移行する
現象が現れる。そして当然の結果としてポンプ水車の水
圧鉄管内水圧が急上昇する。特に回転数上昇と案内羽根
の急閉鎖が重なった場合には、ポンプ作用による流量減
少効果と、案内羽根の絞り効果が同時に起きて水圧鉄管
内の水圧上昇が異常に拡大し、危険である。このため従
来より水車運転モードにおいては、一定の開度（例えば
８０％）以下では案内羽根の閉速度に制限を与えて曲線
４０のように腰折れさせている。

例えば案内羽根関度が１００％近くにあって負荷遮断が
起きた場合を考えると、案内羽根は最初比較的遠く閉ま
り、回転数が最大値を越えて降下に転じた頃には比較的
遅い速度に制限され、前述の異常な水圧上昇の拡大が防
止できる。次にポンプ運転モードについて説明する。ポ
ンプ運転中にポンプ水車と直結され、ポンプ水車を駆動
している電動機の電源が切れた場合、もし案内羽根の閉
鎖が遅すぎるとポンプ方向であった水流は逆転して水車
方向流れに移行し、回転方向もポンプ方向で失速するば
かりでなくやがて逆転してしまに、実質的に水車運転へ
と移行してしまう。この間の逆流、逆転現象は振動など
を伴ってポンプ水車にとっては非常に過酷な運転状態に
なる。したがって電動機の電源が切れたら直ちに案内羽
根を閉めることとし、その閉め方も曲線４１のように全
閉近くまで比較的速い速度で一気に閉め込むようにして
いる。なお、全閉近くで腰折れをかけ閉め込み速度を低
下させる理由は、閉めきり直後のドラフト側水撃の度合
を和らげるためである。このような水車運転、ポンプ運
転それぞれに相異なった閉鎖速度を持つ案内羽根閉鎖速
度は、案内羽根閉鎖速度選択装置により行なう。

この案内羽根閉鎖速度選択装置には、従来より２種類が
ある。即ち、案内羽根開度位置をカムなどによって機械
的にとらえ、油圧切換弁を通して案内羽根閉鎖速度選択
装置プランジャーを操作する機械式案内羽根閉鎖速度選
択装置と、もう一つは案内羽根関度を位置開閉器によっ
て電気的にとらえ、電磁弁を通して、案内羽根閉鎖速度
選択装置プランジャーを操作する電気式案内羽根閉鎖速
度選択装置である。従来の電気式案内羽根閉鎖速度選択
装置について、第５図及び第６図の従来技術を用いて説
明する。

案内羽根閉鎖速度選択装置用の電磁弁５１は、腰折れ前
の本来のポンプ、水車各運転モードにおける案内羽根の
閉鎖速度を決定する。即ち、ポンプ運転時は第６図の「
ポンプ−水車」運転モード切換開閉器５０をポンプ側に
することによりコイル５２を付勢し、電磁弁５１を図の
位置の状態に作動させる。これによって案内羽根閉鎖速
度選択装置のプランジャー５３を下動させ、ポンプ運転
時の腰折れ前の案内羽根閉鎖速度を選択する。また、水
車運転時は、「ポンプ−水車」運転モード切換開閉器５
０を水車側にすることによりコイル５２を消勢し、電磁
弁５１を切換える。

これによって圧油はプランジャー５３の室に流入し、プ
ランジャー５３を上動させて、水車運転時の腰折れ前の
案内羽根閉鎖速度を選択する。案内羽根閉鎖速度選択装
置用の電磁弁５５は腰折れ後の案内羽根の閉鎖速度を決
定する。

即ち、ポンプ運転時は案内羽根開度位置開閉器５７によ
り、また、水車運転時は案内羽根関度位置開閉器５８に
よりそれぞれの腰折れ点を検出し、（例えばポンプ運転
時は１５％開度、水車運転時は８０％関度）、コイル５
６を消勢して案内羽根閉鎖速度選択装置のプランジャー
５４を上動させ、案内羽根閉鎖速度を腰折れ後の速度に
制限する。この場合、腰折れ後の閉鎖速度はポンプ運転
時、水車運転時とも同一速度である。この構成において
、通常運転時は何等問題はないが、電源喪失時下記の欠
点を有する。

今、ポンプ運転中に電源が喪失すると電磁弁５１，５５
が共に消勢されるのでプランジャー５３，５４は共に上
動される。この状態でポンプ水車を駆動している発電電
動機の電源が切られると、ポンプ運転モードにあるポン
プ水車は、第４図の曲線４０‘こ示す水車運転の案内羽
根閉鎖速度で閉鎖されることになる。この結果、案内羽
根閉鎖速度が遅いためにポンプ方向流れが水車方向流れ
に逆転し、発電電動機に装備されているスラフト軸受を
焼損させたり、過渡状態で激しい振動を伴うなど大事故
を起す可能性がある。そこで、この逆転流れを防止する
ために電磁弁５０，５５が共に付勢状態にてプランジャ
ー５３，５４を上動ごせるようにすると、今度は水車運
転中に電源が喪失するとプランジャー５３，５４は共に
下動される。

この状態で急停止指令が入ったり負荷遮断が起きると水
車運転モードにあるポンプ水車は第４図の曲線４１に示
すポンプ運転の案内羽根閉鎖速度で急閉鎖されることに
なる。この結果、案内羽根閉鎖速度が遠いため水圧鉄管
内の水圧は異常の上昇し、水圧鉄管を破損させる可能性
がある。〔発明の目的〕本発明は上記欠点を改善しよう
としてなされたもので、その目的とするところは、電源
が喪失しても、各運転モード‘こ応じて安全にポンプ水
車を停止できるようにすることにある。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の特徴とするところは、ポンプ方向あるい
は水車方向に回転可能なランナと、このランナへの流入
水量を調節する案内羽根を、ポンプ運転と水車運転とで
は案内羽根の閉鎖速度を異なるように設定する装置と、
案内羽根の閉作速度を閉鎖途中からゆるやかに閉鎖する
よう閉鎖速度の切換えを行う案内羽根閉鎖速度選択装置
とよりなるポンプ水車の案内羽根閉鎖装置において、上
記案内羽根閉鎖速度選択装置をポンプ運転及び水車運転
用と夫々別々に設け、しかもこれら案内羽根閉鎖速度選
択装置をポンプあるいは水車の運転モードーこ応じて選
択して使用する装置を設け、前記案内羽根閉鎖速度選択
装置の電源あるいはそれ自身の電気的故障時、ポンプ運
転時は案内羽根を迅速に、また、運転時は案内羽根をゆ
るやかに夫々閉鎖するようにしたポンプ水車の保護装置
にある。

このように、電源が喪失しても、ポンプ運転時は水量調
節手段を訊速に閉鎖するので逆転することがなく、この
逆転に伴う軸受の焼損、振動を防止できる。

また、水車運転時は水量調節手段をゆるやかに閉鎖する
ので水圧鉄管内の圧力上昇を防止できる。〔発明の実施
例〕 以下本発明の一実施例を第１図乃至第３図によって説明
する。

第１図において、二次配圧弁１のプランジャー２は図示
していない案内羽根サーボモータの閥側、閉側に圧油を
配圧し、水量調節手段となる案内羽根を油圧で操作させ
るもので、バルブサーボモータ３によって上下動される
。このバルブサーボモータ３はパイロットプランジヤー
４の上下動に応じて上下動させられる。即ちバルブサー
ボモータ３の下側室には絶えず圧油が作用しているので
、パイロットプランジャー４が上動してバルブサーボモ
ータ３の上側室の油が通路３０を通して排出された場合
には、バルブサーボモータ３は上勤する。パィ。ットプ
ランジャー４が下動し、圧油通路３０を通してバルブサ
ーボモータ３の上側室にも通じた場合にはバルブサーボ
モータ３は下降する。この理由はバルブサーボモータ３
の上側室の方が下側室より受圧面積が大きいためである
。６及び７はしバー機構であり、バルブサーボモータ３
の動きをパイロットプランジャー４と対をなし、パイロ
ットプランジャー４の外周に位置するブツシング５に対
してフィードバックする機構である。

このレバー機構６，７はバルブサーボモータ３の変位が
パイロットプランジャー４と一定の比例関係になるよう
に設けられている。８はオイルモータで圧油により絶え
ず回転している。９は偏心カムでオイルモータの回転に
伴い、微振動を専用レバー１川こ伝える。

この微振動はしバー機構６，７を介してブツシング５に
伝えられ、パイロットプランジャー４とプツシング５間
の摩擦力、ハイドロリツク力の軽減に役立つ。パイロッ
トプランジャー４は図示していない調速機の補助サーボ
モータの変位と案内羽根サーボモータの変位の差に応じ
て上下動させられるようになっている。換言すれば指令
側である補助サーボモータの位置変位に応じて案内羽根
サーボモータが制御されるが、その速度はプランジャー
２の変位次第で決まる。即ち、大きく下方に変位した時
は遠い閉鎖速度で、小さく下方に変位した時は遅い閉鎖
速度で閉められる。なお、上動の場合は開動作になる。
１１は案内羽根サーボモータの許容最大開速度を設定す
るナット、１２は反対に許容最大閉速度を設定するナッ
トである。

案内羽根の開速度はポンプ運転あるいは水車運転に応じ
て切換え使用する必要があり、単にナット１２による最
大閉速度設定だけでは済まない。これを達成するために
設けられたのが案内羽根閉鎖速度選択装置のストップピ
ストン１３乃至１５である。これらストップピストン１
３乃至１５はバルブサーボモータ３の周りに配置され、
バルブサーボモータ３の頂部に取付けられたストッププ
レートＩ６の下動を制限するように作動する。まずスト
ップピストン１３はポンプ運転モード及び水車運転モー
ドの腰折れ前の案内羽根閉鎖速度を決めるためのもので
、ポンプ運転モードでは図のごとく下室が排油されてス
トップピストン１３が下側に位置し、水車運転モードで
は電磁弁１７を介して下室に圧油が導かれ、このためス
トップピストン１３が上側に位置する。したがってプラ
ンジャー２のストロークは所定の制限が与えられる。こ
のプランジャー２のストロークの制限の度合はストップ
ピストン１３のロッド上に取付けられたナット１８の位
置を調整して決める。同様にストップピストン１４は水
車運転モードの腰折れ後の案内羽根閉鎖速度を決めるた
めのものであり、ストップピス‘・ン１５はポンプ運転
モードの腰折れ後の案内羽根閉鎖速度を決めるためのも
のである。１９及び２川ま夫々のストップピストン１４
及び１５を作動する電磁弁、２１及び２２はストップピ
ストン１４及び１５のロッド上に取付けられたストップ
ピストン１４及び１５の位置を調整するナットである。

２３はポンプ運転モード、水車運転モードを区別させる
ための運転モード選択電磁弁であり、この電磁弁２３は
一度動作すると次の新らしい信号が入るまで電源の有無
に関係なく現在位置を保持する。

２４及び２５は電磁弁２３のコイルであり、コイル２４
がオンすれば庄油を電磁弁１９へ通じてこれを生かし、
コイル２５がオンすれば圧油を電磁弁２０へ通じてこれ
を生かす。

即ち、電磁弁１９はそのコイル２６をオフさせている時
に限り圧油をストップピストン１４に通じせしめ、水車
運転モードの腰折れを作動せしめる。また、電磁弁２川
まそのコイル２７をオンさせている間圧油をストップピ
ストン１５に通じせしめ、ポンプ運転モードの腰折れを
作動せしめる。なお、２８は電磁弁１７のコイル、２９
は案内羽根閉鎖速度選択装置のボディであり、このボデ
ィ２９に各ストップピストン１３乃至１６が組込まれて
いる。第２図において、３１は「ポンプ−水車」運転モ
ード切換開閉器、３２及び３３は案内羽根開度位置開閉
器、３４は補助リレー、３４Ａはその接点である。さて
、第２図の「ポンプ−水車」運転モード功換開閉器３１
をポンプ側に回すと運転モード選択電磁弁２３のコイル
２５が付勢されてポンプ側に選択される。

この時膿折れ前の案内羽根閉鎖速度を選択する電磁弁１
７はコイル２６が消勢されておりこのためストップピス
トン１３の下室の油が排油されてストップピストン１３
が下側に位置し、ポンプ側に選択される。いま、電源が
正常、状態にある状態で主機を急停止させる場合には、
第４図の曲線４１のごとき案内羽根閉鎖速度にて案内羽
根が閉鎖され、主機が停止される。

即ち、曲線４１のごとく、案内羽根が全負荷位置から腰
折れ前の案内羽根閉鎖速度で閉鎖し始め、本実施例の場
合１５％関度まで閉鎖されると案内羽根関度位置開閉器
３２が閉離される。この案内羽根開度位置開閉器３２が
閉略されると電磁弁２０のコイル２７が付勢され、電磁
弁２０は通油側に切換わる。このため圧油はストップピ
ストン１５の下側に作用し、ストップピストン１５を上
動させる。ストップピストン１５の上動により案内羽根
は腰折れ後の案内羽根閉鎖速度に変り、腰折れ後のゆる
やかな速度で案内羽根は全閉される。次にポンプが全負
荷状態にあり、その状態で電磁弁２０の電源が喪失する
と、電源が喪失した瞬間にそのコイル２７は消勢され、
電磁弁２川ま榎Ｅ油側に切換わる。

このためストップピストン１５は下動して下側に位置す
ることになる。したがってこの状態で主機が急停止され
ると案内羽根は第３図に示す曲線４１Ａの腰折れのない
案内羽根閉鎖速度で閉鎖され、この閉鎖により主機が停
止される。次に「ポンプ−水車」運転モード切換開閉器
３１を水車側に回すと運転モード選択電磁弁２３のコイ
ル２４が付勢されて水車側に選択され、また、腰折れ前
も案内羽根閉鎖速度を選択する電磁弁１７もコイル２８
が付勢され、このためストップピストン１３の下室に油
が導かれてストップピストン１３が上側に位置し、水車
側に選択される。

いま、電源が正常状態にある状態で主機を停止させる場
合には、第４図の曲線４０のごとき案内羽根閉鎖速度に
て案内羽根が閉鎖され、主機が停止される。

即ち、曲線４０のごとく、案内羽根が全員荷位置から腰
折れ前の案内羽根全閉速度で閉鎖し始め、本実施例の場
合８０％開度まで閉鎖されると案内羽根開度位置開閉器
３３が閉路される。この案内羽根開度位置開閉器３３が
閉略されると補助リレー３４が付勢され、その接点３４
Ａが関路する。このため電磁弁１９のコイル２６が消勢
され、電磁弁１９は通油側に切換わる。このため圧油は
ストップピストン１４の下側に作用し、ストップピスト
ン１４を上動させる。ストップピストン１４の上動によ
り案内羽根は腰折れ後の案内羽根閉鎖速度に変り、腰折
れ後のゆるやかな速度で案内羽根は全閉される。次に水
車で全員荷状態にあり、その状態で電磁弁１９の電源が
喪失すると電磁弁１９は通油側に切換わり、ストップピ
ストン１４は上動される。

一方電磁弁２３は電源喪失に関係なく次の新らしい信号
が入るまでは水車運転モードの位置を保持している。し
たがって、案内羽根は第３図の曲線４０Ａのごとく全負
荷位置から腰折れ後の案内羽根閉鎖速度のままゆるやか
に閉鎖され、主機の停止が行われる。〔発明の効果〕 本発明によれば、電源が喪失しても、ポンプ運転時は誠
遠に、また水車運転時はゆるやかに案内羽根を閉鎖する
ことができるので、軸受の損傷や大中な圧力変動がなく
安全にポンプ水車を停止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ポンプ水車の保護装置に用いる電気式案
内羽根閉鎖速度選択装置の油圧系統図、第２図は第１図
の制御回路図、第３図は本発明の一実施例を示す電源喪
失時におけるポンプ運転、本雪露軍事達隼湾窪需要要雲
霞雲連鱈；藁軍迄雲それぞれの案内羽根閉鎖速度曲線図
、第５図は従来の電気式案内羽根閉鎖速度選択装置の油
圧系統図、第６図は第５図の制御系統図である。 １・・・二次配圧弁、２・・・プランジャー、１３乃至
１５…ストップピストン、１７，１９，２０，２３・・
・電磁弁、４０，４０Ａ・・・水車運転モード案内羽根
閉鎖速度曲線、４１，４１Ａ・・・ポンプ運転モード案
内羽根閉鎖速度曲線。 拳／図 第２図 第３図 第５図 多４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプ方向あるいは水車方向に回転可能なランナと
   、このランナへの流入水量を調節する案内羽根を、ポン
   プ運転と水車運転とでは案内羽根の閉鎖速度を異なるよ
   うに設定する装置と、案内羽根の閉作速度を閉鎖途中か
   らゆるやかに閉鎖するよう閉鎖速度の切換えを行う案内
   羽根閉鎖速度選択装置とよりなるポンプ水車の案内羽根
   閉鎖装置において、上記案内羽根閉鎖速度選択装置をポ
   ンプ運転及び水車運転用と夫々別々に設け、しかもこれ
   ら案内羽根閉鎖速度選択装置をポンプあるいは水車の運
   転モードに応じて選択して使用する装置を設け、前記案
   内羽根閉鎖速度選択装置の電源あるいはそれ自身の電気
   的故障時、ポンプ運転時は案内羽根を迅速に、また、水
   車運転時は案内羽根をゆるやかに夫々閉鎖するようにし
   たことを特徴とするポンプ水車の保護装置。