JPS6131313B2

JPS6131313B2 -

Info

Publication number: JPS6131313B2
Application number: JP55161950A
Authority: JP
Inventors: Masashige Ogiwara; Tooru Osanai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-11-19
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1986-07-19
Also published as: US4468167A; KR830008031A; JPS5786575A; KR870001830B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水車またはポンプ水車の運転方法に係
り、特に、調相運転など空転運転時においてラン
ナシール部への冷却水量低下に伴なう主機停止回
路の制御動作を改善した水車またはポンプ水車の
運転方法に関する。

一般に、水車やポンプ水車のように同期発電機
に直結される水力機械においては、電力系統の力
率が低下した場合、これを改善するためにランナ
室の水面を押し下げ、ランナを空転させるいわゆ
る調相運転が行われる。また、発電機に即応でき
るように同様の方法でスタンバイを目的とした待
機運転が行われる。

この調相運転の起動方法としては、水車または
ポンプ水車と発電機とからなる主機を停止状態で
ランナ室内の水面を押し下げ、起動用電動機によ
つて規定の定格速度まで回転上昇させて調相運転
に入る方法すなわち通常のポンプ起動方式と同じ
方法による場合と、入口弁を開放してケーシング
内を充水し、続いてガイドベーンを所定の開度ま
で開放しランナを回転させ、ランナが規定の定格
速度まで上昇して電力系統に並入した後、ガイド
ベーンを全閉して圧縮空気によりランナ室内の水
面を押し下げてランナを空転運転状態とし調相運
転する場合とがある。前者の方法による場合には
主機が回転していないために比較的水面が下がり
やすいが、起動用電動機を設置する必要があり、
規定の定格速度まで上昇させるのに時間を要する
欠点がある。したがつて、一般には調相運転の起
動方法としては後者の方法が採用されている。

ところで、上記調相運転の如くランナ室の水を
押し下げ、ランナを空転させる場合には、回転す
るランナと上下カバーである固定部との間のラン
ナシール部の間隙が小さく、ランナ空転中の温度
上昇によりランナが膨張し固定部に接触すること
を防止する必要がある。このため、空転運転時に
ランナシール部に冷却水を供給する手段が設けら
れており、シール部の接触による破損を防止する
ようにしている。

第１図はランナの空転時における冷却水供給手
段を設けたランナ周りの状態を示す説明図であ
る。この図に示されるように、ランナ１の半径方
向外周位置にはガイドベーン２が設置され、ま
た、ランナ１は、その上面を上カバー３で、下面
を下カバー４およびドラフトパイプ５によつて囲
まれている。ランナ１と上カバー３との間には背
圧室６が形成され、下カバー４との間には側室７
が形成されている。このランナ１が直結されてい
る主軸８近傍の上カバー３には給気管９が取り付
けられ、給気管９は給気弁１０を介して圧縮空気
を主軸８に設けた透孔８Ａからランナ１の下方に
給気し、ドラフトパイプ５内の水位をランナ１の
下方に押し下げ、ランナ１を空転状態とするよう
になつている。

また、ランナ１の外周部に対向する下カバー４
には側室７に開口する漏水排水管１１が設けら
れ、この漏水排水管１１は漏水排水弁１２を介し
てドラフトパイプ５の連通されている。

さらに、ドラフトパイプ５には、圧縮空気によ
り押し下げられた水面の位置を検出する水位検出
器１３が設けられている。この水位検出器１３に
は４箇の電極１４が各水位条件位置15WD₁〜
15WD₄に設けられている。最上流側の水位
15WD₁は一旦押し下げられ水位が主軸封水部か
らの漏気などにより水位が上昇して空転状態のラ
ンナ１に接水しないように主機を停止させる警報
水位である。水位15WD₂は後述する主機停止回
路の起動条件水位であり、水位15WD₃は警報水
位15WD₁と同じく、一旦押し下げられた水面が
何らかの原因により再び上昇した時、給気弁１０
を開放して圧縮空気を再度ランナ室内に給気する
給気弁開放水位である。また、15WD₄は押し下
げられた水面がこの位置まで下がつた時の給気弁
閉鎖水位である。

一方、ランナシール部（第１図のＡおよびＢ
部）では、ランナ１と固定部である上下カバー
３，４との間隙が小さいため、ランナ１の空転中
の温度上昇を押えて膨張による接触破損を防止す
る必要がある。このため、各シール部Ａ，Ｂには
給水ポンプに接続された冷却水供給管１６が連通
されている。この冷却水供給管１６には供給弁１
７が介装されており、この弁１７への開放指令に
よつて冷却水がランナシール部Ａ，Ｂに供給され
るものである。この冷却水は水面がランナ１の下
方に押し下がつている空転状態において供給さ
れ、その冷却水は供給管１６に介装された流量計
１８により検出される。流量計１８には検出され
た冷却水量が許容値以下に低下し、一定時間T₁
経過した場合に主機を停止させる主機停止回路１
９が接続されており、冷却水量不足によりランナ
１が膨張し、ランナ１と固定部が接触することを
防止している。

第２図には、従来例に係る水車またはポンプ水
車の運転方法を示す動作線図である。この図に示
されるように、従来の運転方法では、ランナ１が
規定の定格速度まで上昇した後、ガイドベーン２
が全閉したことを条件に、給気弁１０を開放して
ランナ室内に圧縮空気を給気し、ランナ室内の水
面を押し下げ、同時に冷却水の供給弁１７を開放
し、また、入口弁も閉動作を開始させる。

ここで、ランナ１を回転しながら圧縮空気を送
入して水面を押し下げる際には、空気比重より水
比重が大であるため、当初ランナ室内に存した水
はランナ１の遠心力を受け、ランナ１の外周側に
水を残存したまま（第１図Ｃ参照）、ランナ１の
中心部のみが空気で満たされて水面が押し下がつ
たことが水位15WD₄の電極１４にて検出され
る。また、ランナ１の外周側にはガイドベーン２
のサイドギヤツプＧからの漏水もあり、当初から
の残留水とともにランナ１の空転トルクを増大さ
せる。このため、ガイドベーン２が全閉し、且
つ、水面が下がつたことを条件として漏水排水弁
１２を開放させ、ランナ１の外周に溜つた圧力水
を排出してランナ周りの圧力と空転トルクの低減
を図るようにしている。

一方、ランナシール部Ａ，Ｂへの冷却水は、ガ
イドベーン２が全閉したことを条件に冷却水供給
管１６の供給弁１７を開放させることによつて供
給可能となる。この冷却水はドラフト水圧P₃より
幾分高めの圧力で供給すれば良いものであり、通
常はP₃＋５Kg／cm²程度の圧力に調整されている。
また、冷却水の供給不足は空転されているランナ
１と固定部との接触を招くこととなるため、流量
計１８が供給量を測定するとともに、流量計１８
に接続された主機停止回路１９が水位15WD₂に
対応する電極１４によつて励起される。この主機
停止回路１９は励起時点から一定時間T₁の間に
供給冷却水量が必要量に達しなかつた場合に主機
を停止して機器の損壊を防止するものである。

しかしながら、このような従来の水車またはポ
ンプ水車の運転方法においては、水面押し下げ完
了直後に入口弁が全閉されていないために、ガイ
ドベーン２のケーシング側圧力Ｐ_Cが高く、ガイ
ドベーン２のサイドギヤツプＧからの漏水が多
く、また、当初からの残留水量も多いので、ラン
ナ１とガイドベーン２間のプライミング水圧Ｒ
_R、上カバー３との間の背圧P₁、下カバー４との
間の側圧P₂も高い値を示す。このため、最近の高
落差機においては、背圧P₁および側圧P₂はドラフ
ト水水圧P₃よりかなり高い圧力であるために、ラ
ンナシール部Ａ，Ｂの圧力も高くなる。この結
果、通常の冷却水供給圧力（P₃＋５Kg／cm²）で
は、冷却水の供給弁１７を開放しても、ランナシ
ール部Ａ，Ｂに供給することは不能となる（第２
図参照）。したがつて、流量計１８により検出す
る冷却水量は許容値以下となり、斯かる状態下で
主機停止回路１９が励起されるため、時間T₁内
には許容値を満足せず、主機を停止させることと
なる。ところが、ランナシール部Ａ，Ｂの圧力が
高いことは、シール部Ａ，Ｂに水が残留している
ことであり、冷却水を供給する必要がない。この
ように、従来の運転方法では、冷却水を供給する
必要もなく、かつ、供給されない状態下におい
て、単に冷却水量の低下を検出し、不必要な主機
停止回路を励起してしまい、主機が停止されてし
まう問題点を有している。

本発明は上記従来の運転方法における問題点に
着目し、ランナシール部への冷却水供給が必要で
あるにもかかわらず、必要冷却水量が供給されな
い場合においてのみ主機停止回路が機能するよう
に改善し、空転運転をより確実に行なうことので
きる水車またはポンプ水車の運転方法を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る水車
またはポンプ水車の運転方法は、ランナ周りの圧
力がドラフト水圧近傍に低下した時点を直接また
は間接的に検知し、この検知された時点において
主機停止回路を励起させるように構成し、適格な
運転を行なわせ不必要な運転停止が起らないよう
にしたものである。

以下に本発明に係る水車またはポンプ水車の運
転方法の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。なお、水車またはポンプ水車の装置構成は
第１図に示したものと同様である。

本実施例に係る運転方法を示す動作線図を第３
図に示す。この図に示されるように、この水車ま
たはポンプ水車の運転方法においては、調相運転
指令とともに入口弁が開放され、ケーシング内の
圧力を高め、続いてガイドベーン２を無負荷開度
まで開放する。ガイドベーン２の開放によりケー
シング内の高圧水がランナ１を回転させる。ラン
ナ１および主軸８に直結されている発電機が規定
の定格速度に達して系統に並入される。このよう
にして、主機が並入されると、ガイドベーン２の
閉動作が開始され、全閉を条件として給気弁１０
と冷却水の供給弁１７が開放される。給気弁１０
の開放によりランナ室内に圧縮空気が送入され、
ランナ室内の水面がランナ１の下方に押し下げら
れるとともに、入口弁が閉鎖しはじめる。押し下
げられた水面が給気弁閉鎖水位15WD₄に達した
時に給気弁１０が閉じられ、また、漏水排水弁１
２が開放される。

ここで、ランナ１の外周側圧力としてのプライ
ミング水圧Ｒ_Rはランナ室内の水がランナ１の下
方に押し下げられることによりある程度低下する
が、ランナ１を回転しながら水面を押し下げるた
め、ランナ１の遠心力作用によつてランナ１の外
方に飛ばされた水の残留と、入口弁が全閉してい
ないためにケーシング側の圧力が高く、ガイドベ
ーン２のサイドギヤツプＧからの漏水が多いこと
により、高い圧力を維持している。したがつて、
冷却水の供給弁１７が開放されているものの、冷
却水供給圧力がプライミング水圧Ｐ_Rよりも小さ
く、ランナシール部Ａ，Ｂには冷却水が供給され
ないが、当該シール部Ａ，Ｂには残留水と漏水が
存するために、ランナ１が膨張することはなく、
固定部との接触は発生しない。

このような状態から、入口弁が全閉すると、ケ
ーシング側圧力Ｐ_cが急激に低下するため、ガイ
ドベーン２のサイドギヤツプＧからの漏水が減少
して、ランナ１の外周側圧力としてのプライミン
グ水圧Ｐ_R（背圧P₁）（側圧P₂）も急激に低下し、
同時にランナシール部Ａ，Ｂの圧力も低下する。
このランナシール部Ａ，Ｂの圧力が冷却水供給圧
力（P₃＋５Kg／cm²）以下となると、（第３図Ｘ点
以下）、冷却水の供給弁１７がガイドベーン２全
閉時から開放されているため、冷却水がランナシ
ール部Ａ，Ｂに供給されることとなる。この冷却
水の供給はシール部Ａ，Ｂに対する残留水による
冷却機能が減退することと入れ替りに行なわれる
ため、空転運転時のランナ１の膨張を引き続き防
止できる。

このように、ランナシール部Ａ，Ｂの圧力が冷
却水供給圧力より低く、かつ、略ドラフト水圧P₃
まで低下すると、冷却水量は規定流量を満足する
ことができる。したがつて、斯かる時点から流量
低下による主機停止回路１９を励起させることに
より、冷却水供給不足によるランナ１と固定部と
の接触が生じ得る状態が適格に判断できる。

即ち、本実施例では、第４図に示されるよう
に、ランナ周りの圧力を検出するための圧力検出
器２０を設置し、当該圧力検出器２０によりラン
ナシール部Ａ，Ｂの圧力を直接的に検出するよう
にしている。この圧力検出器２０は冷却水供給管
１６の流量計１８に接続された主機停止回路１９
に接続されており、圧力検出器２０は検出された
圧力が冷却水供給圧力以下となり、かつ、ドラフ
ト水圧P₃の値に近い圧力P₀に低下した時点におい
て主機停止回路１９を励起させる信号を出力する
ものである。この主機停止回路１９が励起される
圧力P₀は、供給弁１７を通過する冷却水量が規定
流量を満足し得る程度の圧力であればよく、弁の
特性によつて定められる。したがつて、主機停止
回路１９は、冷却水の供給が不必要なランナシー
ル部Ａ，Ｂの圧力が高い状態下では作動せず、ラ
ンナシール部Ａ，Ｂの圧力が低下し冷却水の供給
が必要となり、かつ、供給弁１７を通過する流量
が規定量を満足するようになつた時点から励起さ
れることとなる。この結果、主機停止回路１９
は、冷却水が供給されてから作動され、当該冷却
水の供給に異常が生じた時に適格に判断して主機
の停止をなさしめ、冷却水が不必要な時に主機を
停止させることはなくなるものである。なお、ラ
ンナシール部Ａ，Ｂの圧力、背圧P₁および側圧P₂
は、プライミング水圧Ｐ_Rに略比例するため、圧
力検出器２０により検出する圧力はプライミング
水圧Ｐ_R、背圧P₁，側圧P₂等の、いわゆるランナ
周りの圧力でもよく、主機停止回路１９を励起す
る信号を出力する圧力の設定値を、ランナシール
部Ａ，Ｂの圧力がP₀となるのに相当する圧力とす
ることにより、その目的を達成できる。

以上の動作をブロツク線図にして表わすと第５
図の如くなる。即ち、調相運転開始後、ガイドベ
ーン２が全閉して水面が押し下げられるとともに
ランナシール部Ａ，Ｂへの冷却水供給弁１７が開
かれる。この後、ランナ周りの圧力を検出し、そ
の圧力が規定値P₀以下となつた時に主機停止回路
１９を励起し、流量計１８にて測定される冷却水
流量が規定値以上であれば調相運転を続行し、逆
に、冷却水量が規定値以下であれば主機の停止が
なされるものである。

次に、上記実施例では、主機停止回路１９の励
起時点を、ランナ周りの圧力がドラフト水圧P₃近
傍に達した時点とし、該圧力を直接測定すること
により励起させるものとしたが、この励起圧力P₀
は、入口弁全閉後一定時間ΔT₁経過した時点に
達するものと予測し、間接的に決定するものとし
てもよい。また、主機停止回路１９は、入口弁全
閉を条件として励起させることも可能である。こ
の実施例は、第６図に示されるように、入口弁２
１に該入口弁２１の開度を検出する入口弁開度検
出器２２を取り付けし、この検出器２２の出力は
タイマ２３を経て主機停止回路１９に接続され、
主機停止回路１９は、冷却水量が規定値以下とな
つたとき、主機の電気回路を遮断することが可能
となつている。即ち、この装置によれば、入口弁
開度検出器２２により入口弁２１が全閉されたこ
とを検知し、タイマ２３を介して一定時間ΔT₁
（０も含む）経過後、主機停止回路１９を励起
し、その後、冷却水量が一定時間T₁内に規定量
に達しない時に主機を停止させるものである（第
３図参照）。

斯かる実施例では、特に主機停止回路１９の励
起装置として極めて簡単に構成できる。

また、ランナ周りの圧力の低下時点を入口弁２
１によらず、ガイドベーン２の全閉時から一定時
間ΔT₂とし、あるいは、水面の押し下げ完了
（水位15WD₄）後一定時間ΔT₃経過後として把握
し、当該時間ΔT₂，ΔT₃経過後に、励起圧力P₀
に達するものと予測してもよいのはもちろんであ
る（第３図参照）。

以上のように、本発明に係る水車またはポンプ
水車の運転方法によれば、冷却水量の低下による
主機停止回路の励起時期を適格に制御し、不必要
な主機停止となることを防止できるので、安定し
た空転運転が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の水車またはポンプ水車における
ランナ周りの状態を示す要部断面図、第２図は従
来の運転方法を示す動作線図、第３図は本実施例
に係る水車またはポンプ水車の運転方法を示す動
作線図、第４図は本実施例に使用される装置を示
す概略側面図、第５図は本実施例に係る運転方法
のブロツク線図、第６図は他の実施例に使用され
る装置を示す概略側面図である。１…ランナ、２…ガイドベーン、５…ドラフト
パイプ、８…主軸、１０…給気弁、１２…漏水排
水弁、１６…冷却水供給管、１７…供給弁、１８
…流量計、１９…主機停止回路、２０…圧力検出
器、２２…入口弁開度検出器、２３…タイマ。

Claims

【特許請求の範囲】１水車またはポンプ水車の空転運転時にランナ
シール部に冷却水を供給するとともに冷却水量が
一定時間低下したときに主機の停止を行なう主機
停止回路を設けて運転する方法において、前記主
機停止回路をランナ周りの圧力がドラフト水圧近
傍に達する時点に励起させることを特徴とする水
車またはポンプ水車の運転方法。２前記ランナ周りの圧力を圧力検出器を介して
直接検出し、当該検出値がドラフト水圧近傍に達
する時点にて前記主機停止回路を励起させること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水車ま
たはポンプ水車の運転方法。３前記ランナ周りの圧力がドラフト水圧近傍に
達する時点を入口弁の全閉時または入口弁全閉時
から一定時間経過後として主機停止回路を励起さ
せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の水車またはポンプ水車の運転方法。４前記ランナ周りの圧力がドラフト水圧近傍に
達する時点をガイドベーン全閉時から一定時間経
過後として主機停止回路を励起させることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の水車またはポ
ンプ水車の運転方法。５前記ランナ周りの圧力がドラフト水圧近傍に
達する時点をランナ室内の水位のランナ下方への
押下げ完了後一定時間経過後として主機停止回路
を励起させることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の水車またはポンプ水車の運転方法。