JPS61169678A - 水力機械の調相運転時異常検出装置 - 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〕 本発明は水車またはポンプ水車等の水力機械において調
相運転時の異常を大事故に至る前に検出し得る水力機械
の調相運転時異常検出装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

水車またはポンプ水車等の水力機械、特に大型水力機械
においては、電力系統の安定を計るため、ランチ室の水
面を押下げてランナを定格回転数で空転させる、いわゆ
る調相運転を実施することが多い。この調相運転は系統
の電力需給の関係上、長時間に亘って連続的に実施され
る場合がある。

しかしながら、ランナを空転させることによって１ンナ
とそのまわりの非回転体との間に微小な間隙をおいて設
けられているシール部の温度が上昇し、ランナ側シール
部の膨張がカバー側シール部の膨張よりも大きくなると
シールギャップが減少し、ついにはシール面が接触して
大事故に発展するおそれがある。

一般には、ランナを空転させてもシール部の膨張によっ
てギャップが小さくならないよう、シール面に冷却水を
噴出して冷却する方法がとられているが、適正量のシー
ル冷却水が供給されていなかったり、あるいはガイドベ
ーンからの漏水量が少なすぎたりした場合には、シール
部の温度が異常に高くなり、大事故につながる危険があ
る。

一方、ガイドベーンのシールパツキンの異常やシャッタ
ー面の異常等によりガイドベーン漏水量が多過ぎる場合
には、ランナ外周部でのこれら漏水の撹拌のため、軸入
力が増大し、軸成れ増大や振動増大の要因となる。軸振
れが大幅に増大した場合には上記と同様にランナシール
部のカバー側への接触による大事故が発生するおそれが
ある。

また、水面押下げのための空気がドラフト水面動揺によ
り、ドラフトの下流側へ逃げたり、あるいは主軸封水部
等の上カバーの周りからの漏気が多過ぎた場合には水面
押下げ用空気タンクからの給気時間間隔が短くなり、コ
ンプレッサーの負荷が過大となって押下げ水位を保持で
きなくなり、水面が上昇して非常に苛酷な締切運転状態
となる。

特に、長時間の調相運転に際しては、以上のような大事
故に結びつく危険性を含んでいる為に十分な監視を行な
う必要があるが、従来の調相運転に際しての監視方法は
不十分なものであり、事故を確実に防止することは困難
であった。

（発明の目的〕 本発明は背景技術における上述の如き欠点を除去すべく
なされたもので、調相運転中のランナ周りの状態を温度
、軸振れ、振動等によって検出し、異常に至る前兆を高
い信頼性のもとに早期に検出し得る水力機械の調相運転
時異常検出装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上述の目的を達成するため、調相運転を行なう
水車またはポンプ水虫等の水力は械において、ガイドベ
ーン漏水排水管の温度を検出するガイドベーン漏水排水
管温度検出センザと、ランナ室カバーシール部の温度を
検出するランナ室カバーシール部温度検出センサと、水
力機械の空転軸入力を検出する空転軸入力検出センサと
、ランナ室への給気時間間隔を検出する給気時間間隔検
出センサと、主軸の軸振れを検出する軸振れ検出センサ
と、ランナ室の振動を検出する振動検出センサと、ガイ
ドベーン漏水排水管温度とランナ室カバーシール部温度
と給気時間間隔の内のいずれかが予め定めた設定値を越
えた場合に作動する警報器とを備えたことを特徴とする
ものであり、調相運転時に異常が生じた場合には、これ
を直ちに検出できるので、早期に対策を講することがで
き大事故への発展を未然に防止することが可能となる。

（発明の実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用した水車またはポンプ水車等の水
力機械の縦断面図を示す。

同図において、発Ｎ機または発電電動機（図示せず）に
直結した主軸１の下端にはランナ２が取付けられており
、このランナは上カバー３と下カバー４とから成るラン
ナ室５内に回転自在に収容されている。ランナ室５の外
周にはガイドベーン６を円周方向に配設したスティリン
グ７が設けられ、更にその外側にはケーシング８が設け
られている。ケーシング８は水圧鉄管（図示せず）を介
して上池に連結されている。

ランナ２を流過した水はドラフトチューブ９を通して放
水路（図示せず）へ導かれる。

ランナ室５の下カバー４とドラフトチューブ９の間はガ
イドベーン漏水排水管１０で連結されてＪ５す、まｌ〔
、ドラフトチューブ９と水面押下げ用空気タンク１１の
間は給気管１２で連結されている。

主軸１の周りには、その軸振れを抑制するためのガイド
軸受装置１３と、ランナ室５内の水が主軸１と上カバー
３の間から外部へ流出するのを防止する主′軸封水装置
１４が設けられている。

ガイドベーン漏水排水管１０には、その温度を検出する
ガイドベーン漏水排水管温度検出センサＡが取付けられ
ており、また、下カバー４のシール部にはその温度を検
出する下カバーシール編度検出センサＢが取付けられて
いる。

発電機または発電電動機（図示せず）と電力系統を連結
する母線１５には発電機または発電電動機の軸入力を検
出する空転軸入力検出センサＣが取付けられており、主
軸１にはその軸振れを検出する軸振れ検出センサＤが、
また、上カバー３にはその振動を検出する上カバー撮動
検出センサＥが取付けられている。また、給気管１２に
介挿した水面押下げ用給気弁１６にはその開閉時間間隔
を検出する給気時間間隔検出センサＦが取付けられてさ
れている。

各検出センサＡ〜Ｆは上述の各設置場所に１個または複
数個ずつ設置されている。

第２図は、本発明による水力機械の調相運転時異常検出
装胃の異常検出回路を例示するブロック図である。

同図において、前述した１個または複数個ずつの検出セ
ンサＡ−ｆから出た信号は判別回路２０に入力される。

この判別回路では異常と判定すべき温度の絶対値および
または時間変化率、軸入力の絶対値、給気時間の間隔、
軸振れの絶対値、軸入力の絶対値が予め設定されており
、各検出値との比較判別を行ない、その結果を組合せパ
ターン作成回路３０へ入力すると共に、検出値を記録装
置４０へ入力して記録させる。

この場合、各検出値が正常（設定値以下）の場合には各
検出値を記録装置４０に記録させるのみで終了となるが
、若し、検出値が設定値を越えた場合には、検出値の信
号は組合せパターン作成回路３０へ送られると共に、異
常と判別された信号の検出部に対応する検出部異常表示
器５０に伝達され、例えば「ガイド軸受部軸振れ過大」
どいつたような異常表示がなされる。

また、組合せパターン作成回路３０の出力は異常表示器
６０および警報器７０にも入力され、これらを作動させ
る。

第３図は組合せパターン作成回路３０の実施例を示す回
路図であり、図中、×１および×２はガイドベーン漏水
排水管温度検出センサＡおよび下カバーシール部温度検
出センサＢからの信号の判別回路２０との取合い接点を
示し、ｘ３は空転軸入力センサＣからの信号の判別回路
２０との取合い接点を示す。Ｘ４．Ｘ５は軸振れ検出セ
ンサＤおよび上カバー振動検出センサＥからの信号の、
また、ｘ６は給気時間間隔検出センサＦからの信号の判
別回路２０との取合い接点を示す。

取合い接点Ｘ　と×２は論理和回路３１に連結サレ、取
合い接点Ｘ３．Ｘ、Ｘ５は論］！ｌｌ！積回路３２に連
結されている。また、論理和回路３１、論理積回路３２
および取合い接点×６からの信号は論理和回路３３を通
して出力接点Ｙに接続されている。

従って、第３図において、取合い接点×３とＸ４と×５
の組合せ（ＡＮＤ条件）が成立するか、あるいはＸｌ　
、Ｘ２　、Ｘ６のいずれか１つにでも入力があった場合
には出力接点Ｙに異常出力信号が生ずる。即ち、出力接
点Ｙに信号が伝達されるのは、ガイドベーン漏水排水管
１０の温度、下カバーシール部の温度および上カバー振
動値が共に設定値を越えているか、発電機または発電電
動機の空転時軸入力と給気時間間隔および主軸の軸振れ
がいずれも設定値を越えている場合である。

組合せパターン作成回路３０において、出力接点Ｙに信
号が伝わると、この信号は第２図の異常表示器６０と警
報器７０（例えばブザー）および記録装置４０に同時に
伝達される。

以上のように構成した本発明の実施例において、調相運
転時にはガイドベーン６と大口弁（図示せず）の一方ま
たは両者を全閉し、ランナ室５内に水面押下げ用空気タ
ンク１１がら圧縮空気を供給してランナ室内の水を第１
図に示すようにドラフトチューブ９の所定レベルまで低
下させ、ランナ２を空転させる。

この際、前述したようにランナ２はガイドベーン６から
の漏水やランナ冷却水をランナ外周部で撹拌することに
なるため、これらの漏水や冷却水量が少なすぎるとラン
ナ周りの温度が異常に高くなり、ランナシール部がカバ
ー側に接触することになり、逆に漏水や冷却水量が多過
ぎると軸入力、軸振れおよび振動が異常に大きくなる危
険がある。

一方、主軸封水装置１４やドラフトチューブ９からの漏
気が多い場合には、給気時間間隔が狭くなり、給気が漏
気をカバーできなくなると、ランナ室５内に水が充水し
苛酷な締切運転状態となり、軸入力、軸振れおよび振動
が増大することになる。

しかしながら、本発明においては調相運転に際し各検出
センサＡ−Ｆによってガイドベーン漏水排水管１０の温
度、下カバー４のシール部の温度、空転軸入力、軸振れ
、上カバー３の振動および給気時間間隔を検出し、これ
らの検出値を判別回路２０および組合せパターン作成回
路３０によって演算し、上記検出値が設定値を越えた際
には異常表示器６０、警報器７０、検出部異常表示器５
０を作動させると共に、その時間的経緯を記録装置４０
に記録するようにしているので、重大事故に至る前に異
常を予知することができ、必要な対策を講することがで
きる。

即ち、検出センサＡ−Ｆのいずれかからの信号が設定値
を越えた場合には検出部異常表示器５０によって、どの
検出センサからの異常信号であるかを表示させ、また、
正常、異常を問わず各検出センサＡ〜Ｆからの信号を記
録装置４０に記録させるようにしているので、検出セン
サのいずれか１つにでも異常表示が規われた場合には、
記録装置ｉ４０により正常な検出センサの履歴を調べる
ことにより、更に事前に異常を検出することも可能であ
る。

次に第４図および第５図を参照して本発明の他の実施例
を説明する。

第４図において、検出センサＡ−Ｆで検出された信号ａ
１〜ｆ１は記録装置４０へ入力され、常時記録されると
共に、各比較器２１〜２６へ入力される。これらの比較
器には、夫々、異常と判定すべき値が予め設定されてお
り、各検出センサＡ〜Ｆからの検出値との比較判別を行
ない、検出値が異常の場合には、それに対応した異常信
号ａ２〜ｆ２が警報回路８０に送られると共に異常表示
器６０にも送られて異常箇所を表示する。

警報回路８０は、第５図に示すように、論理和回路８１
．８２と論理積回路８３から構成されており、論理和回
路８１にはガイドベーン漏水排水管温度異常信号ａ２と
、下カバーシール部温度異常信号ｂ２と、給気時間間隔
異常信号ｆ２の内、どれかひとつでも入力されれば、異
常検出信号８４を出力する。論理積回路８３は空転軸入
力異常信号Ｃ２と、軸振れ異常信号ｄ２と、上カバー振
動異常信号ｅ２がともに入力されている状態で、異常検
出信号８５を出力する。これらの異常検出信号ｇ４．８
５は論理和回路８２を通り、調相運転異常警報信号８６
として、第４図に示すＨ帽蓋７０に入力され、警報を発
生させると共に異常表示器６０と記録装置４０にも入力
され、異常表示器６０上に異常を表示し、同時に記録装
置に記録される。

上述のように、この実施例においてはガイドベーン漏水
排水管温度検出センサＡ１下カバ一温度検出センサＢ、
空転軸入力センサＣ１軸振れ検出センサＤ、上カバー振
動検出センサＥおよび水面押下げ用給気弁の給気時間間
隔検出センサＦからの信号を比較器２１〜２６に入力し
、各検出値が設定値以上の場合には異常信号ａ２〜ｆ２
を出力するようにしており、警報回路８０では、ガイド
ベーン漏水排水管温度異常信号ａ２と、下カバ一温度異
常信号ｂ２と、給気時間間隔異常信号ｆ２の内、どれか
１つでも入力されれば異常検出信号８４を出力する。ま
た、空転軸入力異常信号Ｃ２と、軸振れ異常信号ｄ２と
、上カバー振動異常信号ｅ２がともに入力すると異常検
出信号８５を出力し、これらの異常検出信号８４．８５
のいずれかひとつでも検出した場合は、上記したように
調相運転中に異常が生じた艷とになるので、調相運転異
常警報信号８６を警報器７０へ出力してブザー等を作動
させ、重大事故へ波及する前に異常の発生を警報する。

また、異常信号ａ２〜ｆ２および調相運転異常警報信号
８６を異常表示器６０上に表示することにより異常箇所
を容易に確認することができ、また各検出センサＡ−Ｆ
からの検出値と調相運転異常警報信号を正常、異常を問
わず記録装置４０に記録させているので、これを調べる
ことにより、異常の発生ｌ！緯を知ることができ、的確
に対応策を鍋することができる。

なお、以上の説明では下カバー４とドラフトチューブ８
を結ぶガイドベーン漏水排水管１０に検出センサΔを取
付けた例につき示したが、上カバー３とドラフトチュー
ブ８の間にガイドベーン漏水排水管が配置されている場
合には、これに検出センサＡを取付けてもよい。また、
ランナのシール部の温度検出は下カバーのシール部にか
え、上カバーシール部またはそれらの双方で行なえるよ
うにしてもよい。

同様に、調相運転中の異常によって上カバー振動が増大
する場合には下カバーや上カバーのガイドリング、メタ
ルカバー等、上カバー以外の部位においても振動が増大
するので、上カバー振動検出センサＥはランナ室の他の
部位に取付けてもよい。

また更に、ランナの温度が上昇すると、ランナシール部
のギャップが減少していくので、ガイドベーン漏水排水
管温度検出センサまたは下カバーシール温度検出センサ
のかわりにあるいはこれらと一緒にランナシールギャッ
プ検出センサを取付け、ガイドベーン漏水排水管温度検
出センサと同一の組合せパターンにより監視するように
してもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば長時間に亘って調相運転を
行なうに際しても常時検査員が現場で監視することなく
、異常が生じた場合には早期に、しかも確実に異常を検
出できるのでランナ接触等の重大事故を未然に防止する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示す水力機械の縦断面図、第
２図は本発明の異常検出回路の実施例を示すブロック図
、第３図は第２図における組合せパターン作成回路の具
体例を示す構成図、第４図は本発明の異常検出の他の実
施例を示すブロック図、第５図は第４図における警報回
路の具体例を示す構成図である。 １・・・主軸、２・・・ランナ、３・・・上カバー、４
・・・下カバー、５・・・ランナ室、６・・・ガイドベ
ーン、７・・・スティリング、８・・・ケーシング、９
・・・ドラフトチューブ、１０・・・ガイドベーン漏水
排水管、１１・・・水面押下げ用空気タンク、１２・・
・給気管、１３・・・ガイド軸受装置、１４・・・主軸
封水装置、１５・・・母線、Ａ・・・ガイド・ベーン漏
水排水管温度検出センサ、Ｂ・・・下カバーシール温度
検出センザ、Ｃ・・・空転軸入力検出センサ、Ｄ・・・
軸振れ検出センサ、Ｅ・・・上カバー振動検出センサ、
Ｆ・・・給気時間間隔検出センサ。 第曜 第３図 第４図 ぐ 第５図 ！Ｏ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、調相運転を行なう水車またはポンプ水車等の水力機
   械において、ガイドベーン漏水排水管の温度を検出する
   ガイドベーン漏水排水管温度検出センサと、ランナ室カ
   バーシール部の温度を検出するランナ室カバーシール部
   温度検出センサと、水力機械の空転軸入力を検出する空
   転軸入力検出センサと、ランナ室への給気時間間隔を検
   出する給気時間間隔検出センサと、主軸の軸振れを検出
   する軸振れ検出センサと、ランナ室の振動を検出する振
   動検出センサと、ガイドベーン漏水排水管温度とランナ
   室カバーシール部温度と給気時間間隔の内のいずれかが
   予め定めた設定値を越えた場合、および空転軸入力と主
   軸の軸振れとランナ室カバー振動が共に予め定めた設定
   値を越えた場合に作動する警報器とを備えたことを特徴
   とする水力機械の調相運転時異常検出装置。 ２、ガイドベーン漏水排水管温度検出センサ、下カバー
   シール温度検出センサ、検出システム軸入力検出センサ
   、軸振れ検出センサ、上カバー振動検出センサおよび給
   気時間間隔検出センサからの検出値を入力し、予め設定
   された設定値とを比較する判別回路と、この判別回路か
   らの信号を演算し、異常出力信号を生ずる組合せパター
   ン作成回路と、この組合せパターン作成回路の出力によ
   って作動する異常表示器および警報器を備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の水力機械の調相運
   転時異常検出装置。 ３、ガイドベーン漏水排水管温度検出センサ、下カバー
   シール温度検出センサ、検出システム軸入力検出センサ
   、軸振れ検出センサ、上カバー振動検出センサおよび給
   気時間間隔検出センサからの検出値を入力し、予め設定
   された設定値とを比較して各検出値との比較判別を行な
   い検出値が異常の場合、それに対応した異常信号を出力
   する比較器と、これらの比較器からの信号を演算し、警
   報器を作動させる警報回路と、前記比較器および警報回
   路の出力によって異常箇所を表示する異常表示器とを備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水力
   機械の調相運転時異常検出装置。