JPS61175270A - プロペラ水車の運転制御方法 - 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〕 本発明は可動羽根プロペラ水中の発電運転時における給
気方法を改良したポンプ水車の運転制御方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般的に、可動羽根プロペラ水車を発電運転する場合に
は、プロペラ水車はガイドベーンの開度とランナ羽根の
角度を高効率となるよう予め設定された値に組合せ調節
されて運転される。この状態はオンカム運転と呼ばれ、
ドラフトデユープ内に渦が発生づ゛ることがなく、静粛
な運転を行うことができる。

しかしながら、オンカム運転となるガイドベーン開度と
ランナ羽根角度の組合せは運転落差ににって異なるので
、落差変動範囲の大きな発電所においては、すべての落
差範囲に亘ってオンカム運転を行なおうとすると高価な
立体カムによる制御を採用せざるを得ない。また、立体
カムを採用した場合、ランナ羽根を十分に小さな羽根角
度まで絞りこもうとしても、隣接するランナ羽根が重な
り合って互いに干渉するため、所望角度に閉鎖すること
ができないことがある。

このため、通常はオフカム運転を承知の上、平均的な平
面カムによる運転制御が行なわれている。

しかしがら、立体カム、平面カムを問わず、オフカム運
転ではランナ下流のドラフトチューブ内に渦流が発生し
、振動や騒音が生ずる上、渦流が増大すると、主機は安
定性を失い、発電機の系統への並入動作が困難となり、
また、負荷運転中にはパワースイングが発生する等の不
都合がある。

この様な不都合を低減させるため、ディスチャージリン
グに給気孔を設け、ドラ７１〜チユーブ内に給気を行う
方法が従来から採用されている。

以下、図面を参照して従来の給気方法を説明する。

第４図はプロペラ水車の一般的な構成例を示すもので、
上池から水圧鉄管を経てケーシング１内に導入された流
水はガイドベーン２を通り、ランナボス３とディスチャ
−ジリング４の間に形成された流路を流れ、ランナ羽根
５にトルクを発生させた後、上部ドラフト６からドラフ
トチューブを経て放水路へ放水される。

各ランナ羽根５はカム（図示せず）によって角度を調節
できるようランナボス３に取付【プられており、流水量
の調整は油圧によりランナ羽根５の角度をガイドベーン
２の開度とリンクして開閉することにより行なわれる。

第５図はランナ羽根５から流出り−る水の方向を示すも
ので、同図中、Ｕは周速、■は絶対出口流速、Ｗは相対
出口流速を示す。

オンカム運転時には、絶対出口流速Ｖはメリディアン方
向を向いているが、それより流量が多いとき（ガイドベ
ーンのみを開いたとき）はｖ′力方向すなわちランナ羽
根の回転と逆方向に流出して渦流を生ずる。また、流量
が少ないとき（ガイドベーンのみを閉じたとき）はｖ″
方向すなわちランナ羽根の回転と同一方向に回転する渦
流が発生する。ガイドベーンを開閉させずにランナ羽根
の角度を変えた場合にも同様の現象が発生する。

この様な渦流の発生を防止するためには完全なオンカム
運転が必要であるが、前述のように、複雑な立体カムを
採用しても、落差が変ると、ガイドベーンの開度とラン
ナ羽根角度の組合せくカム曲線）は変化するので、完全
なオンカム運転は現実には実施出来ない。

そこで、渦流の発生による水流の乱れを安定した流れに
代えるため、第４図中に示すようにディスチャージリン
グ４の途中に給気管７を開口させ、そこからドラフトチ
ューブ内に給気を行うようにしている。

可動羽根プロペラ水車の場合、ランナ羽根５はディスチ
ャージリングに対して僅かなギャップをもって回転して
おり、また第６図に示すように、ランナ羽根の角度によ
りランナステム８の中心０点からランナ羽根外周出口端
Ｐ点までの垂直長さしは大幅に変化する。

ここで、給気管７の先端が第６図に示すように、ランナ
ステム８から垂直下方距離１の位置に開口しており、そ
こから給気が圧入されているとすると、ランナ羽根の外
周端が給気管７の前面位置を通過する度毎に水圧脈動が
発生する。

この脈動の周波数ｆはプロペラ水車の回転速度をＮ（ｒ
ｏｍ）、羽根の枚数を７．とすれば、ｆ−（Ｎ／６０）
Ｚ。

で示される。

この周波数ｆが給気管７や他の水車部材の固有振動数と
一致すると、共振現象を惹起し、各部材に大きな力が作
用して劣化を促進させる。また、前述のように、ランナ
羽根５とディスチャージリング４内 め、給気中にランナ羽根が開口部を通過する度毎に、ラ
ンナ羽根の外端によって給気管７の開口部が閉塞される
ため、給気が断続し、異常音を発生することとなる。

本発明者等はドラフトチューブへの給気方法に関し、種
々の実験を行った結果、ランナ羽根に干渉しない位置に
給気孔を開口させれば、給気はドラフトチューブ内に効
率よく拡散し、ドラフトチューブ内の渦流を安定させ、
振動を大幅に低減させ得ることを見出した。

第７図は給気孔の位置による振動軽減効果の実験例を示
すもので、縦軸はトラフトチ１−ブ内の水圧脈動の大き
さΔＨを運転落差１」で徐した値△εを百分率で示し、
また、横軸はランナ羽根の出口端から給気孔迄の垂直距
離へＬ（第６図参照）をランナ羽根半径Ｒで徐した値Δ
Ｌ／Ｒを示している。

この実験結果から判るように、給気はランナ羽根の出口
端にできるだけ近い位置から行う方が、より大きな振動
軽減効果が得られる。

〔発明の目的〕

本発明は上述した知見にもとずき、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、オフカム運
転時にドラフトチューブ内に発生する渦流を抑制し、騒
音や振動を防止して効率を向上させたプロペラ水車の運
転制御方法を提供するすることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明のプロペラ水車の運転制御方法は、上述の目的を
達成するため、ランナボスに対してランナ羽根を回動可
能に取付け、ディスチャージリングに複数個の給気孔を
設け、これらの給気孔を給気弁を介して給気源に連結し
た可動羽根プロペラ水車において、給気時におけるラン
ナ羽根外周出口端よりも上方に位置する給気孔に連なる
給気弁を閉じ、残りの給気孔から給気を行うことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、第１図ないし第３図を参照して、本発明の詳細な
説明する。

第１図は本発明において使用されるプロペラ水車の概略
構成を例示するもので、第４図にお【ノると同一部分は
同一符号で示されている。

第１図において、ディスチャ−ジリング４には４本の給
気管７ａ〜７ｄが上方から下方へ向かって所定間隔をお
いて配置され、給気孔Ａ−Ｄを通してディスチャージリ
ング内に開口している。これらの給気管７　ａ−７６は
途中に給気弁８ａ〜８ｄを介挿されており、また、給気
管７　ａ−７６の他端側は給気管９を通して給気源１０
に接続されている。

上部ドラ７１−６には水圧脈動レベル検出器１１が取付
けられており、また、ランナ軸（図示せず）にはランナ
羽根５の角度を常時検出するランナ羽根角度検出器１２
が取付りられている。

上記において、第２図に示すようにランナ羽根の全閉状
態θＭＩＮにお（プるランナスデムの中心線Ｙからラン
ナ羽根外周出口端迄の垂直長さをＬｌ、ランナ羽根の全
開状態θＨＡＸにおける同様の長さをＬ２とすると、第
３図に示すように給気孔Ａ。

ＤはＬｌ、Ｌ２よりもやや下方に開口しており、また、
給気孔Ｂ、Ｃは給気孔Δ、Ｄの間をほぼ三等分する位「
ずに開口している。

ドラフト内に給気を行う場合、ランナ羽根角度θが全開
（θ　　）のときは給気弁８ａを開いてＩＮ 給気孔Ａから給気を行い、角度θがθ旧Ｎ〈θ≦θ１の
ときは給気弁８ｂを開いて給気孔Ｂから、θ　〈θ≦θ
２のときは給気弁８Ｃを開いて給気−８一 孔Ｃから、またθ２〈θくθＭＡＸのときは給気弁８ｄ
を開いて給気孔りからそれぞれ給気を行う。

なお、以上の説明ではディスチャージリングに４個の給
気孔を設けた例につきのべたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、給気孔の個数は主機の容量に応じて
増減させることができる。

また、給気孔はディスチャージリングに設りるほか、場
合によっては上部ドラフトにも設けるようにしてもよい
。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明においてはディスチャージリングお
よび必要な場合には上部ドラフトに複数個の給気孔を設
け、ランナ羽根の角度に応じてその出口端より下流側で
最も近い位置に設けられた給気孔を選択し、そこから給
気を行うようにしたから、プロペラ水車のオフカム運転
時に発生するドラフトチューブ内の旋回流を安定に制Ｗ
−することができ、落差変動範囲の大きな発電所におい
ても騒音や振動の発生を抑制して静粛な運転が可能とな
り、電力動揺を低減させると共に、機器の寿命を延長す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのプロペラ水車の
概略図、第２図はランナ羽根の角度を変化させた場合の
位置関係を示す説明図、第３図は羽根角度θと使用され
る給気孔の位置関係を示すグラフ、第４図はプロペラ水
車の概略図、第５図はランナ羽根とそこから流出する水
の方向を説明゛する説明図、第６図は従来のプロペラ水
車におけるランナ羽根と給気孔の位置関係を示す説明図
、第７図は給気孔の位置とドラフト水圧脈動の関係を示
すグラフである。 １・・・ケーシング、２・・・ガイドベーン、３・・・
ランナボス、４・・・ディスチャージリング、５・・・
ランナ羽根、６・・・上部ドラフト、７，７ａ〜７Ｃ１
９・・・給気管、８ａ〜８ｄ・・・給気弁、１０・・・
給気源、１１・・・水圧脈動レベル検出器、１２・・・
ランナ羽根角爪検出器、Ａ−Ｄ・・・給気孔。 坑ノ　し４ 真２図 □θ 坑４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ランナボスに対してランナ羽根を回動可能に取付け
   、ディスチャージリングに複数個の給気孔を設け、これ
   らの給気孔を給気弁を介して給気源に連結した可動羽根
   プロペラ水車において、給気時におけるランナ羽根外周
   出口端よりも上方に位置する給気孔に連なる給気弁を閉
   じ、残りの給気孔から給気を行うことを特徴とするプロ
   ペラ水車の運転制御方法。 ２　ランナ羽根外周出口端よりも下方に位置し、かつ前
   記ランナ羽根外周出口端の最も近くに位置する給気孔の
   みから給気を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のプロペラ水車の運転制御方法。