JPS61229975A

JPS61229975A - 水力機械のランナコ−ン異常監視装置

Info

Publication number: JPS61229975A
Application number: JP60069377A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Noguchi; 野口　哲哉; Fumihide Hoshino; 星野　文秀; Toru Yamamoto; 徹山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1986-10-14

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〕本発明は水車あるいはポンプ水車等の水力機械において
、ランナコーンに脱落などの異常が生じた場合、これを
自動的に検出する水力機械のランナコーン異常監視装置
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

水車やポンプ水車等の水力機械、特に高落差・大容量の
水力機械においては、機器が高速、高圧力および高応力
に耐え、しかも軸振れや振動にも十分に耐えうることが
要求される。中でも、水力機械の回転中心であるランチ
の先端に位置するランナコーンに対しては、上記諸条件
が一段と苛酷に加わるため、その信頼性も一層強く要求
される。

従って、水力機械の点検・保守に際しては、ランナコー
ンに異常が発生していないかどうかを厳重にチェックす
る必要がある。

従来の水力機械ではランナコーン異常監視装置が設けら
れていなかったため、ランナコーンの点検は目視による
外観検査に頼らざるを得なかった。

しかしながら、ランナコーンを目視検査するためには、
検査の都度、圧力室内を抜水し・なければならず、点検
に要する時間と経費が大きなものとなるため、余り頻繁
に実施することはできない。

このため、次ぎの点検時迄の期間が長くなり、その間に
ランナコーンに異常が発生してもこれを発見することが
できない。

もし、ランナコーンが脱落する等の異常を来たした場合
には、ランナ出口部の旋回流れによる渦゛が極度に大き
くなり、この渦による水力損失が著しく増大し、効率が
低下する。また、ドラフトチューブに騒音や振動が発生
し、軸振れが大きくなると共に、時にはランナシール部
のかじり、ランナの損傷、あるいはメタル部の焼付き等
の二次的な異常を来たし、重大事故を招来するおそれが
あった。

また、従来の目視検査方法では、ランナコーンの経年変
化によるアンバランス等、静止状態での目視点検では検
出できない異常には対応することができなかった。

〔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、実際に運転中の水力機械のランナコー
ンの異常を、上カバーの振動およびドラフトチューブの
水圧脈動によって検出することにより、ドラフトチュー
ブ内を抜水することなく、常時、正確にランナコーンの
脱落等の異常を検出できるようにした水力機械のランナ
コーン異常監視装置を提供する事を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の水力機械のランナコーン異常監視装置は上記目
的を達成するため、上カバーおよび下カバーからなるラ
ンナ室内にランナを回転自在に配置し、このランナの中
央先端にランナコーンを固着した水力機械において、前
記上カバーには上カバーの振動を検出する検出センサー
を取付け、前記ランナ室に連なるドラフトチューブには
水圧脈動を検出する検出センサーを取付け、これらの検
出センサーからの信号が共に設定値を越えた際に警報器
を作動させるよう構成したことを特徴とする。

〔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図は本発明の検出センサーを取付けたポンプ水車の
要部を示す縦断面図で、上カバー１および下カバー２か
らなるランナ室の外周にはガイドベーン３が円環状に配
列されている。ランナ室内に設置したランナ４には主軸
５を介して発電電動機（図示せず）が連結されており、
また、ランナ室の下端にはドラフトチューブ６が固着さ
れている。上カバー１には主軸５のまわりに、ランチ室
の水が外部へ流出するのを防止する主軸封水装置７と、
主軸５の振れ回りを制御するためのガイド軸受装置（図
示せず）が設置されている。

また、ランナ４のランナクラウン８と上カバー１の間は
中間シール部９によってランチ内側背圧室１０とランナ
外側背圧室１１に２分割されている。この場合、中間シ
ール部９はランナバンド１２側の出口シール部１３の径
と同一とされ、うンナバンド１２と下カバー２との間に
形成される側圧室１４と、ランナ外側背圧室１１の圧力
がバランスして水スラスト力が発生しにくいようにしで
ある。１５はランナベーン、１６は入口シール部、１７
はランナコーンを示す。

ここで、上カバー１のランナ内側背圧室１０に相対する
部分には、円周方向に適当間隔をおいて検出センサーａ
゛が複数個設置されており、また、ドラフトチューブ６
の周囲には検出センサーｂが複数個設置されている。

上述のように構成したポンプ水車において、発電運転時
には、上池からケーシング、ステイリング（図示せず）
を通り、ガイドベーン３によって流量調整された水がラ
ンナ室内に流入し、ランナ４およびこれに直結された発
電電動機を回転させる。また、揚水運転時には発電電動
機によってランナ４が駆動され、下池の水をドラフトチ
ューブ６を通して吸い上げ、上池へ揚水する。

上記において、上カバー１に取付けた検出センサーａは
上カバーの振動を検出し、また検出センサーｂはランナ
４の回転による水圧脈動を検出する。

検出センサーａ、ｂによって検出された信号は第２図に
例示する信号処理回路によって処理され、表示または記
録される。

即ち、検出センサーａ、ｂによって検出された上カバー
の振動信号およびランナの回転による水圧脈動信号は、
ＦＦＴ等からなる周波数分析装置Ｂに導かれ、振動およ
び水圧脈動の最大値と、ランナ回転数の１／３成分（即
ち、毎分Ｎ回転の場合にはＮ／６０ｘ１／３ヘルツ成分
）に周波数分析される。　　　− 周波数分析回路已によって周波数分析された信号は判別
回路Ｃに入力される。この判別回路には、予め異常と判
定すべき振動および水圧脈動の最大値と１７３回転成分
値が各々設定されており、検出値との比較判別を行う。

判別回路Ｃの出力は異常の有無に拘らず、記録計Ｇに入
力され、また、検出値が設定値を越えた場合には、組合
せパターン作成回路りに送られると共に、異常判別され
た信号の検出部に合致した検出部異常表示部１」に伝達
され、「ランナコーン部異常」等の異常表示がなされる
。

組合せパターン作成回路りは第３図に例示するように、
オア回路Ｄ１とアンド回路Ｄ２とから構成されている。

同図中、×１は上カバーの振動検出センサーａからの異
常時における信号の判別回路Ｃとの取合い接点を示し、
Ｘ２およびＸ３はドラブトチューブ６の水圧脈動検出セ
ンサーｂからの異常時における信号の判別回路Ｃとの取
合い接点を示す。従って組合せパターン作成回路りの出
力接点Ｙには、×２と×３のいずれかと、×１に同時に
入力があったとき、すなわち、上カバーの振動の最大値
が設定値を越え、かつドラフトチューブの水圧脈動の最
大値またはその１／３回転周波数成分が設定値を越えた
場合に出力信号が生ずる。

組合せパターン作成回路りの出力接点Ｙに信号が伝わる
と、第２図の異常表示部Ｅに異常が表示されると共に、
ブザー等からなる警報装置部Ｆが動作して警報を発し、
また、記録計Ｇにも異常の変化の様子が記録される。

本発明の水力機械のランナコーン異常監視装置は第４図
に示す回路によって実現することもできる。

同図において、検出センサーａによって検出された上カ
バーの振動信号２０と、検出センサーｂによって検出さ
れたドラフトチューブの水圧脈動信号２１は夫々、比較
器３１．３２に入力される。

また、検出センサーｂによって検出された水圧脈動信号
２１は周波数分析回路３０に入力されると同時に、記録
計３７に直接入力され記録される。

周波数分析回路３０は水圧脈動の入力信号からランナの
規定回転数Ｎ０の１／３周波数、即ち１／３Ｎｏ成分信
号を出力するもので、前述のようにＦＦ７回路で構成す
ることができるほか、場合によってはローパスフィルタ
ーおよびバンドパスフィルターを用い、不要周波数成分
をカットして１／３Ｎ０成分のみを取出すよう構成した
ものでもよい。

判別回路３０の出力信号２２は比較器３３に入力される
と共に、記録側３７に入力され記録される。

比較器３１．３２．３３は予め設定された設定値と各入
力信号２０．２１．２２とを比較し、前者よりも後者の
信号値が大きくなった場合には、上カバー振動の最大値
異常信号２３、ドラフトチューブ水圧脈動の最大値異常
信号２４、および水圧脈動の１／３Ｎｏ成分異常信号２
５が警報回路３４に向けて出力される。

警報回路３４は第５図に示すようにオア回路３８とアン
ド回路３９とから構成されており、これから出力される
警報信号２６、プリアラーム信号２７．２８は第４図の
警報器３５、表示器３６および記録計３７に入力される
。

上述のように構成した第４図の回路において、検出セン
サーａ、ｂの入力信号には、ランナベーンやガイドベー
ンが有限枚数であるため、それらの相互干渉により生ず
る部位固有の振動や水圧脈動に伴う信号が含まれるが、
これらの値は流路内に異常が生じない限り大きく変化す
ることはない。

従って、ランナコーンの脱落等の異常は、ランナコーン
の脱落時に増大するランナベーン１５出口の旋回流れに
よる渦の発生からくる水圧脈動最大値、その回転周波数
成分に関係する値（ここでは水圧脈動の１／３Ｎｏ成分
値）およびこれによる主軸５の軸振れから生ずる上カバ
ーの振動の大きさを監視することによって検出すること
ができる。即ち、上記３つの検出要素を監視することに
より水圧脈動および振動が共に小さければ流路内に異常
はないものと判断でき、そうでない場合には何等かの異
常が発生しているものと判断できる。

第４図に示す実施例においては、検出センサーａによっ
て検出された振動信号２０は比較器３１に入力され、予
め入力されている設定値と比較され、検出値が設定値よ
りも一定レベル以上大きいときは異常と判別し、異常信
号２３を出力する。

検出センサーｂによって検出された水圧脈動信号２１も
その最大値が比較器３２へ入力され、予め入力されてい
る設定値と比較され、異常の場合には異常信号２４を出
力する。

検出センサーｂによって検出された・水圧脈動信号２１
は、また、周波数分析回路へ入力され、ここで１／３Ｎ
ｏ成分の信号２２に変換されて比較器３３に入力される
。この比較器３３は設定値と信号２２とを比較し、異常
を検出した場合には異常信号２５を出力する。

上述の信号２０，２１．および２２は記録計３７に入力
され、記録される。また、各比較器３１．３２．３３か
らの信号２３，２４．２５は警報回路３４に入力される
。

警報回路３４は第５図のように構成されており、信号２
４．２５のいずれかまたは双方と、信号２３が同時に入
力されたとき、すなわち、水圧脈動の最大値または１７
３Ｎｏ成分値が異常であり、かつ、上カバーの振動の最
大値が異常の場合にはランナコーンの異常と判別し、警
報信号２６を警報器３５へ送ってアラームを発生させる
。また、信号２３のみ、または信号２４．２５のみが入
力されたとき、すなわち、上カバーの振動異常時または
水圧脈動の異常時には各々プリアラームとしての信号２
７．２８が出力され、表示器３６によりプリアラーム表
示およびランナコーンの異常表示が行なわれる。

なお、記録計３７には信号２０〜２２．２７゜２８が常
時入力され、記録されているので定期的に、あるいはプ
リアラーム表示等が行なわれた場合に記録内容を解析す
れば、異常の発展状況を知ることができ、また、早期に
おける異常検出や設定値の最適化のためのデータを得る
ことができる。

もつとも、本発明においては周波数成分値の監視を行う
ことかは必ずしも必要ではなく、検出センサーａ、ｂか
らの絶対値信号のみで異常を検出することも可能である
。また、上述した周波数分析装置Ｂ、判別回路Ｃ１組合
せパターン作成回路り、比較器３１〜３３．警報回路３
４等はコンピュータのソフトウェアにより回路構成を行
うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

上述のごとく、本発明の水力機械のランナコーン異常監
視装置によれば、ランナコーンの脱落等の異常を常時監
視できるので、従来のようにランナコーンの点検のため
に水力機械の運転を停止させ、抜水する必要がない。従
って、ランナコーンの点検に要する経費と期間を短縮で
き、作業性の大幅な向上を計ることができる。

また、ランナコーンの脱落等の異常を早期に、しかも信
頼性よく検出することも可能であり、また、記録計を使
用する場合にはその記録を解析することにより有益なデ
ータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すポンプ水車の要部の縦断
面図、第２図は本発明における信号処理回路を例示する
ブロック図、第３図は第２図における組合せパターン作
成回路の構成例を示す回路図、第４図は本発明における
信号処理回路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構成例を示す回路図である。１・・・上カバー、２・・・下カバー、３・・・ガイド
ベーン、４・・・ランナ、５・・・主軸、６・・・ドラ
フトチューブ、１０・・・ランナ内側背圧室、１１・・
・ランナ外側背圧室、１２・・・ランナバンド、１４・
・・ランナ側圧室、１５・・・ランナベーン、１７・・
・ランナコーン、ａ、ｂ・・・検出センサー。出願人代理人　　猪　　股　　　　清第　１　口第　３■ 第４閃第　５　図号４

Claims

【特許請求の範囲】１　上カバーおよび下カバーからなるランナ室内にラン
ナを回転自在に配置し、このランナの中央先端にランナ
コーンを固着した水力機械において、前記上カバーには
上カバーの振動を検出する検出センサーを取付け、前記
ランナ室に連なるドラフトチューブには水圧脈動を検出
する検出センサーを取付け、これらの検出センサーから
の信号が共に設定値を越えた際に警報器を作動させるよ
う構成したことを特徴とする水力機械のランナコーン異
常監視装置。２　上カバーの振動を検出する検出センサーと、ドラフ
トチューブの水圧脈動を検出する検出センサーと、これ
らの検出センサーからの検出値を入力して所定の周波数
成分を取出す周波数分析装置と、この周波数分析装置の
出力レベルを判別し、それらが設定値を越えた際に出力
を生ずる判別回路と、この判別回路からの信号を入力し
、上カバーの振動とドラフトチューブの水圧脈動が共に
所定値を越えた際に出力を生ずる組合せパターン作成回
路を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の水力機械のランナコーン異常監視装置。３　上カバーの振動を検出する検出センサーと、ドラフ
トチューブの水圧脈動を検出する検出センサーと、これ
らの検出センサーからの検出値を入力する比較器と、こ
れらの比較器の出力が共に設定値を越えたときに警報器
を作動させ、前記比較器のいずれかの出力のみが設定値
を越えたときに表示器を作動させる警報回路とを具備す
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
械のランナコーン異常監視装置。