JPS6147980B2 - - Google Patents
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- JPS6147980B2 JPS6147980B2 JP52059214A JP5921477A JPS6147980B2 JP S6147980 B2 JPS6147980 B2 JP S6147980B2 JP 52059214 A JP52059214 A JP 52059214A JP 5921477 A JP5921477 A JP 5921477A JP S6147980 B2 JPS6147980 B2 JP S6147980B2
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- JP
- Japan
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- turbine
- pump
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- shaped
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、水車領域においてＳ字特性を有する
ポンプ水車の案内羽根制御方法に関する。
ポンプ水車の案内羽根制御方法に関する。
一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車
のランナーは、ポンプ運転時に高揚程を得る為
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計
される。
のランナーは、ポンプ運転時に高揚程を得る為
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計
される。
しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車
運転に悪影響を与える。この設計が採用されるポ
ンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下におけ
る単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量
（Q1）との関係を表わす特性曲線により示した場
合、この特性曲線は、水車運転領域において、
N1の値の増加に伴つてQ1の値が減少する第１の
部分と、N1の値の減少に伴つてQ1の値が減少す
る第２の部分とを有する。
運転に悪影響を与える。この設計が採用されるポ
ンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下におけ
る単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量
（Q1）との関係を表わす特性曲線により示した場
合、この特性曲線は、水車運転領域において、
N1の値の増加に伴つてQ1の値が減少する第１の
部分と、N1の値の減少に伴つてQ1の値が減少す
る第２の部分とを有する。
説明の便宜上、本明細書においては、前記第２
の部分を、Ｓ字特性部分と称する。更に、Ｓ字特
性部分におけるポンプ水車の特性を、以後、Ｓ字
特性と称する。
の部分を、Ｓ字特性部分と称する。更に、Ｓ字特
性部分におけるポンプ水車の特性を、以後、Ｓ字
特性と称する。
このＳ字特性の出る理由は、本来、水車運転時
には、ランナーの外周側から中心に向つて水が流
れているが、ランナーの回転上昇により水に作用
する遠心力が大きくなつて、水の流れが逆転しポ
ンプ流れに切り替ることによるものと考えられ
る。
には、ランナーの外周側から中心に向つて水が流
れているが、ランナーの回転上昇により水に作用
する遠心力が大きくなつて、水の流れが逆転しポ
ンプ流れに切り替ることによるものと考えられ
る。
更に、この状態に近くなるとランナー内での流
れモードが複雑に変化するためであると考えられ
る。Ｓ字特性部分における水車運転にあつては、
単位落差当りトルク（T1）もまた、単位落差当り
回転数（N1）の減少に伴い、減少する。
れモードが複雑に変化するためであると考えられ
る。Ｓ字特性部分における水車運転にあつては、
単位落差当りトルク（T1）もまた、単位落差当り
回転数（N1）の減少に伴い、減少する。
通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第１の
部分において行われる。しかしながら、負荷しや
断又は負荷減少等により、単位落差当りの回転数
（N1）が急激に増加する場合は、ポンプ水車は、
Ｓ字特性部分において運転されることになる、Ｓ
字特性部分における運転が開始されると、ポンプ
水車の運転点はＳ字特性部分を一端から他端へと
たどりつつ、まず単位落差当りの流量（Q1）と単
位落差当りの回転数（N1）は減少する。その後、
今度は振子が振返すようにＳ字特性部分を逆方向
にたどりつつ、Q1とN1は増加する。Ｓ字特性部
分におけるこの往復運動は、案内羽根開度が所定
値以上に留まる限りほぼ永続的に継続し、特別な
手段を講じない限り終了しない。この間、単位落
差当りのトルク（T1）も、減少と増加をくり返
す。
部分において行われる。しかしながら、負荷しや
断又は負荷減少等により、単位落差当りの回転数
（N1）が急激に増加する場合は、ポンプ水車は、
Ｓ字特性部分において運転されることになる、Ｓ
字特性部分における運転が開始されると、ポンプ
水車の運転点はＳ字特性部分を一端から他端へと
たどりつつ、まず単位落差当りの流量（Q1）と単
位落差当りの回転数（N1）は減少する。その後、
今度は振子が振返すようにＳ字特性部分を逆方向
にたどりつつ、Q1とN1は増加する。Ｓ字特性部
分におけるこの往復運動は、案内羽根開度が所定
値以上に留まる限りほぼ永続的に継続し、特別な
手段を講じない限り終了しない。この間、単位落
差当りのトルク（T1）も、減少と増加をくり返
す。
ポンプ水車の運転は、Ｓ字特性部分を避けて行
われることが望ましい。なぜならば、Ｓ字特性部
分における運転は、ポンプ水車本体はもちろん水
圧鉄管やドラフトチユーブにも大きな水圧上昇と
大きな水圧降下を含めて異常な水圧変動をひき起
こし、その結果として強烈なウオーターハンマー
と時には水柱分離を招くからである。上述した負
荷しや断は、例えばポンプ水車に結合される発電
機が、しや断器を開かれた場合やこの発電機とこ
の発電機が連がつている電力系統との間にある変
圧器等の機器に事故が起き発電機がその負荷が失
つた場合などに生ずる。またウオーターハンマー
は、水圧鉄管又はドラフトチユーブの一方、又は
その両方が長い場合には、特に強烈であることに
注意を払う必要がある。
われることが望ましい。なぜならば、Ｓ字特性部
分における運転は、ポンプ水車本体はもちろん水
圧鉄管やドラフトチユーブにも大きな水圧上昇と
大きな水圧降下を含めて異常な水圧変動をひき起
こし、その結果として強烈なウオーターハンマー
と時には水柱分離を招くからである。上述した負
荷しや断は、例えばポンプ水車に結合される発電
機が、しや断器を開かれた場合やこの発電機とこ
の発電機が連がつている電力系統との間にある変
圧器等の機器に事故が起き発電機がその負荷が失
つた場合などに生ずる。またウオーターハンマー
は、水圧鉄管又はドラフトチユーブの一方、又は
その両方が長い場合には、特に強烈であることに
注意を払う必要がある。
水車運転領域においてＳ字特性を有するポンプ
水車の特性を、第１図Ａおよび第１図Ｂに示す。
第１図Ａにおいては、ポンプ水車の特性が、案内
羽根開度をパラメーターにとり、単位落差当りの
回転数（N1）と単位落差当りの流量（Q1）との関
係として示されている。一方、第１図Ｂにおいて
は、ポンプ水車の特性が、同じパラメーターによ
り、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当り
のトルク（T1）との関係として示されている。
N1，Q1およびT1は次の式により表現される。
水車の特性を、第１図Ａおよび第１図Ｂに示す。
第１図Ａにおいては、ポンプ水車の特性が、案内
羽根開度をパラメーターにとり、単位落差当りの
回転数（N1）と単位落差当りの流量（Q1）との関
係として示されている。一方、第１図Ｂにおいて
は、ポンプ水車の特性が、同じパラメーターによ
り、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当り
のトルク（T1）との関係として示されている。
N1，Q1およびT1は次の式により表現される。
N1＝Ｎ／√，Q1＝Ｑ／√，T1＝Ｔ／Ｈ
上式において、符号Ｎ，Ｑ，ＨおよびＴは、そ
れぞれ、ポンプ水車の回転数、流量、有効落差お
よびトルクを示す。
れぞれ、ポンプ水車の回転数、流量、有効落差お
よびトルクを示す。
特性曲線１および１′は、所定の比較的大きな
案内羽根開度の下で得られる。特性曲線２および
２′は、それよりも小さな案内羽根開度の下で得
られる。特性曲線３および３′は更にそれよりも
小さい案内羽根開度の下で得られる。
案内羽根開度の下で得られる。特性曲線２および
２′は、それよりも小さな案内羽根開度の下で得
られる。特性曲線３および３′は更にそれよりも
小さい案内羽根開度の下で得られる。
特性曲線１のａ―ｈ部分においては、Q1の値
は、N1の減少に伴い減少する。上述の様に、こ
の曲線部分ａ―ｈを、本明細書においては、Ｓ字
特性部分と称する。同様に、曲線部分ｂ―ｉは、
特性曲線２のＳ字特性部分であり、曲線部分ｃ―
ｊは、特性曲線３のＳ字特性部分である。一見し
て明らかな様に、特性曲線１のＳ字特性部分ａ―
ｈは、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉより長
く、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉは、特性曲
線３のＳ字特性部分ｃ―ｊよりも長い。このこと
は、案内羽根開度が小さくなるとＳ字特性部分の
長さが短くなることを意味する。
は、N1の減少に伴い減少する。上述の様に、こ
の曲線部分ａ―ｈを、本明細書においては、Ｓ字
特性部分と称する。同様に、曲線部分ｂ―ｉは、
特性曲線２のＳ字特性部分であり、曲線部分ｃ―
ｊは、特性曲線３のＳ字特性部分である。一見し
て明らかな様に、特性曲線１のＳ字特性部分ａ―
ｈは、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉより長
く、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉは、特性曲
線３のＳ字特性部分ｃ―ｊよりも長い。このこと
は、案内羽根開度が小さくなるとＳ字特性部分の
長さが短くなることを意味する。
第１図Ａにおけると同様に、第１図Ｂにおいて
も、曲線部分a′―h′，b′―i′、およびc′―j′は、
そ
れぞれ特性曲線１′，２′および３′のＳ字特性部
分である。
も、曲線部分a′―h′，b′―i′、およびc′―j′は、
そ
れぞれ特性曲線１′，２′および３′のＳ字特性部
分である。
第１図Ｂは、第１図Ａと密接な関係がある。例
えば、第１図Ａの曲線３上のQ1＝Ｑ1x，N1＝Ｎ1x
を満たす点ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点X′に
対応している。点x′はT1＝Ｔ1x′，N1＝Ｎ1x′（＝
Ｎ1x）を満たす点である。同様に第１図Ａにおけ
る点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよびｊは
それぞれ第１図Ｂにおける点a′，b′，c′，d′，
e′，f′，h′，i′およびj′に対応している。
えば、第１図Ａの曲線３上のQ1＝Ｑ1x，N1＝Ｎ1x
を満たす点ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点X′に
対応している。点x′はT1＝Ｔ1x′，N1＝Ｎ1x′（＝
Ｎ1x）を満たす点である。同様に第１図Ａにおけ
る点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよびｊは
それぞれ第１図Ｂにおける点a′，b′，c′，d′，
e′，f′，h′，i′およびj′に対応している。
曲線hrは、無負荷流量曲線である。曲線１，
２，３と曲線nrとの交点α，β，γは、それぞれ
１′，２′，３′と直線T1＝Ｏとの交点α′，β′，
γ′に対応している。
２，３と曲線nrとの交点α，β，γは、それぞれ
１′，２′，３′と直線T1＝Ｏとの交点α′，β′，
γ′に対応している。
次に、特性曲線１と１′を参照しながらポンプ
水車の水車運転（発電運転）について説明を行
う。上述したように特性曲線１と１′に対応する
特性は、案内羽根開度を比較的大きな値にした時
に得られる。通常は、ポンプ水車の水車運転は、
特性曲線１の上部、すなわち、Ｓ字特性部分ａ―
ｄ―ｈより上部の曲線部分において行われる。し
かしながら、もし例えばポンプ水車に加わつてい
る負荷が突然失われた場合は、ポンプ水車の回転
数（Ｎ）が急激に増加するので、N1の値も急激
に増加する。こうして、ポンプ水車は、Ｓ字特性
部分において運転され始まる。Ｓ字特性部分にお
ける運転の間は、ポンプ水車の回転数（Ｎ）の減
少及び有効落差Ｈの上昇によりN1の値が減少
し、これにつれてQ1の値もまた減少する。Ｈの
値が一定であると仮定すれば、Q1の値の減少
は、それに対応してポンプ水車流量（Ｑ）が減少
することを意味する。現実には、Ｈの値、すなわ
ち水圧鉄管に結合するポンプ水車入口とドラフト
チユーブに結合するポンプ水車出口との水頭差
は、流量Ｑの減少と同時に増加する。このように
して一旦N1の値が減少すると、流量Ｑが減少
し、流量Ｑの減少は、ポンプ水車の有効落差Ｈの
増加をもたらす。この有効落差Ｈの増加は、更に
N1の減少をもたらし、N1の減少は、更にQ1の減
少をもたらす。このようにして、一且Ｓ字特性部
分における運転が始まると、Q1とN1は、Ｓ字特
性部分をQ1減少方向、すなわち点ａから点ｈの
方向にたどりつつ、加速度的に、しかも連続的に
減少する。Q1とN1は、正帰還制御回路における
と同様に、加速度的に、しかも連続的に減少する
ことが理解できる。
水車の水車運転（発電運転）について説明を行
う。上述したように特性曲線１と１′に対応する
特性は、案内羽根開度を比較的大きな値にした時
に得られる。通常は、ポンプ水車の水車運転は、
特性曲線１の上部、すなわち、Ｓ字特性部分ａ―
ｄ―ｈより上部の曲線部分において行われる。し
かしながら、もし例えばポンプ水車に加わつてい
る負荷が突然失われた場合は、ポンプ水車の回転
数（Ｎ）が急激に増加するので、N1の値も急激
に増加する。こうして、ポンプ水車は、Ｓ字特性
部分において運転され始まる。Ｓ字特性部分にお
ける運転の間は、ポンプ水車の回転数（Ｎ）の減
少及び有効落差Ｈの上昇によりN1の値が減少
し、これにつれてQ1の値もまた減少する。Ｈの
値が一定であると仮定すれば、Q1の値の減少
は、それに対応してポンプ水車流量（Ｑ）が減少
することを意味する。現実には、Ｈの値、すなわ
ち水圧鉄管に結合するポンプ水車入口とドラフト
チユーブに結合するポンプ水車出口との水頭差
は、流量Ｑの減少と同時に増加する。このように
して一旦N1の値が減少すると、流量Ｑが減少
し、流量Ｑの減少は、ポンプ水車の有効落差Ｈの
増加をもたらす。この有効落差Ｈの増加は、更に
N1の減少をもたらし、N1の減少は、更にQ1の減
少をもたらす。このようにして、一且Ｓ字特性部
分における運転が始まると、Q1とN1は、Ｓ字特
性部分をQ1減少方向、すなわち点ａから点ｈの
方向にたどりつつ、加速度的に、しかも連続的に
減少する。Q1とN1は、正帰還制御回路における
と同様に、加速度的に、しかも連続的に減少する
ことが理解できる。
ポンプ水車の運転点がＳ字特性部分を点ａから
点ｈの方向にたどり終えると、上記の現象は、負
帰還制御回路におけると同様に次第に緩和されな
がら点ｈに至り、その後、反転し、やがて点ｈか
らＳ字特性部分をQ1増加方向、すなわち点ｄか
ら点ａへたどることになる。Ｓ字特性部分を逆方
向にたどるのも矢張り正帰還制御回路と同様の様
式で行われる。
点ｈの方向にたどり終えると、上記の現象は、負
帰還制御回路におけると同様に次第に緩和されな
がら点ｈに至り、その後、反転し、やがて点ｈか
らＳ字特性部分をQ1増加方向、すなわち点ｄか
ら点ａへたどることになる。Ｓ字特性部分を逆方
向にたどるのも矢張り正帰還制御回路と同様の様
式で行われる。
案内羽根開度が一定と仮定すると、ポンプ水車
が一度Ｓ字特性部分で運転され始めると、上記の
往復運動は、ほぼ永続的に繰り返される。前で説
明したように、このような運転は望ましいもので
はない。なぜならば、水力発電所各水路系統に異
常な水圧変化をもたらし、強烈なオウオーターハ
ンマーと、時には水柱分離現象とをもたらすから
である。
が一度Ｓ字特性部分で運転され始めると、上記の
往復運動は、ほぼ永続的に繰り返される。前で説
明したように、このような運転は望ましいもので
はない。なぜならば、水力発電所各水路系統に異
常な水圧変化をもたらし、強烈なオウオーターハ
ンマーと、時には水柱分離現象とをもたらすから
である。
Ｓ字特性部分における運転に伴うこのような悪
影響は、Ｓ字特性部分の長さが短くなれば減少す
ることに注目すべきである。例えば、もし案内羽
根開度を小さくして、より短いＳ字特性部分ｂ―
ｉを有する特性曲線２に従つてポンプ水車を運転
するならば、Ｓ字特性に伴う悪影響は軽減され
る。
影響は、Ｓ字特性部分の長さが短くなれば減少す
ることに注目すべきである。例えば、もし案内羽
根開度を小さくして、より短いＳ字特性部分ｂ―
ｉを有する特性曲線２に従つてポンプ水車を運転
するならば、Ｓ字特性に伴う悪影響は軽減され
る。
Ｓ字特性部分におけるポンプ水車の運転は、ポ
ンプ水車のトルクＴにも悪影響を与える。Ｓ字特
性部分においてN1の値が減少すると、第１図Ｂ
に示すように、T1の値が減少する。ここで再び
第１図Ａに示にされる特性曲線１上の点ａとｈ
は、第１図Ｂに示される特性曲線１′上の点a′と
h′にそれぞれ対応することに注意しなければなら
ない。
ンプ水車のトルクＴにも悪影響を与える。Ｓ字特
性部分においてN1の値が減少すると、第１図Ｂ
に示すように、T1の値が減少する。ここで再び
第１図Ａに示にされる特性曲線１上の点ａとｈ
は、第１図Ｂに示される特性曲線１′上の点a′と
h′にそれぞれ対応することに注意しなければなら
ない。
運転状態がＳ字特性部分をT1減少方向にたど
つている時は前述のごとく有効落差Ｈは上昇し続
けｄＨ／ｄｔ＞０となり、T1の減少は、ポンプ水車トル クＴの減少を意味する。更に、ポンプ水車トルク
Ｔの減少が、ポンプ水車回転数Ｎの減少をもたら
すことは明白である。ポンプ水車回転数Ｎが減少
すると、それに対応してN1が減少し、次にT1が
更に減少することになる。尚この間に前記したよ
うに有効落差Ｈが増加しているのでこの加速傾向
は益々強まる。このようにして、ポンプ水車は、
特性曲線１を、Q1減少方向にたどる間、同時に
特性曲線１′を、点a′から点h′へとたどつている
ことになる。そのたどり方は、正帰還制御回路の
場合と同様である。その後、Ｓ字特性部分をたど
る方向が逆転すると、特性曲線１′は、点h′から
点a′の方向へと、たどることになる。明らかに、
上述したようなトルク変化は、不利益である。
つている時は前述のごとく有効落差Ｈは上昇し続
けｄＨ／ｄｔ＞０となり、T1の減少は、ポンプ水車トル クＴの減少を意味する。更に、ポンプ水車トルク
Ｔの減少が、ポンプ水車回転数Ｎの減少をもたら
すことは明白である。ポンプ水車回転数Ｎが減少
すると、それに対応してN1が減少し、次にT1が
更に減少することになる。尚この間に前記したよ
うに有効落差Ｈが増加しているのでこの加速傾向
は益々強まる。このようにして、ポンプ水車は、
特性曲線１を、Q1減少方向にたどる間、同時に
特性曲線１′を、点a′から点h′へとたどつている
ことになる。そのたどり方は、正帰還制御回路の
場合と同様である。その後、Ｓ字特性部分をたど
る方向が逆転すると、特性曲線１′は、点h′から
点a′の方向へと、たどることになる。明らかに、
上述したようなトルク変化は、不利益である。
一般に、負荷はしや断があると、通常は、ポン
プ水車の調速機の作用により、案内羽根は、閉じ
られる。調速機は、実回転数が設定回転数（通常
は発電機の同期回転数）よりも高いときは常に案
内羽根を閉じる方向に操作するが、Ｓ字特性を有
するポンプ水車では、タイミングによつては無拘
束にこういう通常の案内羽根閉鎖を許すとＳ字特
性を助長する恐れがある。
プ水車の調速機の作用により、案内羽根は、閉じ
られる。調速機は、実回転数が設定回転数（通常
は発電機の同期回転数）よりも高いときは常に案
内羽根を閉じる方向に操作するが、Ｓ字特性を有
するポンプ水車では、タイミングによつては無拘
束にこういう通常の案内羽根閉鎖を許すとＳ字特
性を助長する恐れがある。
負荷しや断があつたとしても、単位落差当りの
回転数（N1）が第１図Ａの点ａに至るまでは、ポ
ンプ水車の運転状態はＳ字特性部分には入つてい
ない。Ｓ字特性部分における運転は、負荷しや断
から所定時間経過した後に始まる。負荷しや断か
らＳ字特性部分に突入するまでの所定時間の間
は、案内羽根は急速に閉じる方が望ましい。なぜ
ならば、この急速な閉め込み操作により、ポンプ
水車の特性は、Ｓ字特性部分に起因する悪影響を
緩和させる方法に移行するからである。例えば、
案内羽根を閉じると（すなわち、案内羽根開度の
減少）により、第１図Ａの特性曲線１で表わされ
るポンプ水車の特性は、特性曲線２で表わされる
特性に移行する。この移行により、特性曲線２
は、特性曲線１よりも小さなＳ字特性部分を有し
ているので、それだけ問題となる悪影響が緩和さ
れる。
回転数（N1）が第１図Ａの点ａに至るまでは、ポ
ンプ水車の運転状態はＳ字特性部分には入つてい
ない。Ｓ字特性部分における運転は、負荷しや断
から所定時間経過した後に始まる。負荷しや断か
らＳ字特性部分に突入するまでの所定時間の間
は、案内羽根は急速に閉じる方が望ましい。なぜ
ならば、この急速な閉め込み操作により、ポンプ
水車の特性は、Ｓ字特性部分に起因する悪影響を
緩和させる方法に移行するからである。例えば、
案内羽根を閉じると（すなわち、案内羽根開度の
減少）により、第１図Ａの特性曲線１で表わされ
るポンプ水車の特性は、特性曲線２で表わされる
特性に移行する。この移行により、特性曲線２
は、特性曲線１よりも小さなＳ字特性部分を有し
ているので、それだけ問題となる悪影響が緩和さ
れる。
次に、ポンプ水車が、Ｓ字特性部分をQ1減少
方向にたどりつつ運転されている時は、急激な案
内羽根の閉め込みは行うべきではないことに注意
するべきである。なぜならば、急速な閉め込みに
より、Q1とN1が減少し、Ｓ字特性の影響がより
強くあらわれるからである。もしも、Ｓ字特性部
分を流量減少方向にたどつている時に、上記急速
閉め込みを行うとすれば、Ｓ字特性部分の悪影響
は極めて強烈に出現することになる。
方向にたどりつつ運転されている時は、急激な案
内羽根の閉め込みは行うべきではないことに注意
するべきである。なぜならば、急速な閉め込みに
より、Q1とN1が減少し、Ｓ字特性の影響がより
強くあらわれるからである。もしも、Ｓ字特性部
分を流量減少方向にたどつている時に、上記急速
閉め込みを行うとすれば、Ｓ字特性部分の悪影響
は極めて強烈に出現することになる。
ところで、前記したように案内羽根開度が所定
値以上に留る限り一度Ｓ字特性部分に突入すると
ほぼ永続的に一定の周期をもつてＳ字特性部分を
Q1減少方向に辿つた後すぐ増加方向に振返し又
減少方向に辿る。すなわちポンプ水車にとつて案
内羽根を急速に閉め込んではならない機会は、負
荷しや断後の所定時間に限定されるわけではなく
てくり返し出現する。このため、その全ての機会
において、不利益なる異常水圧変化を防がなけれ
ばならない。
値以上に留る限り一度Ｓ字特性部分に突入すると
ほぼ永続的に一定の周期をもつてＳ字特性部分を
Q1減少方向に辿つた後すぐ増加方向に振返し又
減少方向に辿る。すなわちポンプ水車にとつて案
内羽根を急速に閉め込んではならない機会は、負
荷しや断後の所定時間に限定されるわけではなく
てくり返し出現する。このため、その全ての機会
において、不利益なる異常水圧変化を防がなけれ
ばならない。
第２図の方法は、特公昭49―40902号に開示さ
れている案内羽根閉鎖方法である。この方法で
は、突発的な負荷しや断後、案内羽根はまず最初
に急速に閉め込まれ、次にポンプ水車回転数の増
加に伴い流量が大きく減少する運転領域において
ゆつくりと閉動作され、そして次に急速に閉めら
れる。この方法は、最後の急速な閉め込みの時期
が明確にされているという欠点がある。もしこの
急速な閉め込みが。Q1減少方向にＳ字特性部分
をたどつている運転状態においてなされるなら
ば、上述した危険な状況が発生する。
れている案内羽根閉鎖方法である。この方法で
は、突発的な負荷しや断後、案内羽根はまず最初
に急速に閉め込まれ、次にポンプ水車回転数の増
加に伴い流量が大きく減少する運転領域において
ゆつくりと閉動作され、そして次に急速に閉めら
れる。この方法は、最後の急速な閉め込みの時期
が明確にされているという欠点がある。もしこの
急速な閉め込みが。Q1減少方向にＳ字特性部分
をたどつている運転状態においてなされるなら
ば、上述した危険な状況が発生する。
更に途中でゆつくりと案内羽根を閉めている間
にもポンプ水車はＳ字部分をQ1減少方向、増加
方向と交互に辿つている筈だからどの時点で最後
の急速な案内羽根の閉め込みを行うかが重大問題
なのにこれについて何ら規定していない。
にもポンプ水車はＳ字部分をQ1減少方向、増加
方向と交互に辿つている筈だからどの時点で最後
の急速な案内羽根の閉め込みを行うかが重大問題
なのにこれについて何ら規定していない。
上述したように、従来技術では、Ｓ字特性を充
分に考慮に入れての案内羽根閉動作時期の決定が
なされていないという共通の欠点を有する。不利
益な異常水圧変動を回避する為に、ポンプ水車の
運転状態がＳ字特性部分をQ1減少方向にたどつ
ている間は、案内羽根の急速な閉動作を行わない
ようにすることが必要である。また、Ｓ字特性部
分をQ1増加方向にたどつている間は、案内羽根
を開動作させるべきではない。
分に考慮に入れての案内羽根閉動作時期の決定が
なされていないという共通の欠点を有する。不利
益な異常水圧変動を回避する為に、ポンプ水車の
運転状態がＳ字特性部分をQ1減少方向にたどつ
ている間は、案内羽根の急速な閉動作を行わない
ようにすることが必要である。また、Ｓ字特性部
分をQ1増加方向にたどつている間は、案内羽根
を開動作させるべきではない。
これは運転状態が例えば特性曲線２上の点ｉか
ら特性曲線１上の点ａへと斜めに移動すること
で、矢張り動的に特性曲線の勾配が大きく傾いて
くることを考えれば納得できる。
ら特性曲線１上の点ａへと斜めに移動すること
で、矢張り動的に特性曲線の勾配が大きく傾いて
くることを考えれば納得できる。
本発明は上記欠点を改善しようとしてなされた
もので、負荷しや断時Ｓ字特性に起因する上流側
水圧の異常上昇や下降及び下流側水圧の異常低下
による水柱分離を確実に回避することを目的とす
るものである。
もので、負荷しや断時Ｓ字特性に起因する上流側
水圧の異常上昇や下降及び下流側水圧の異常低下
による水柱分離を確実に回避することを目的とす
るものである。
即ち、本発明の特徴とするところは、水車領域
においてN1＝Ｎ／√（但しＮは回転速度、Ｈ
は有効落差）の低下にともない水車流量や発生ト
ルクが低下する特性を有するポンプ水車の案内羽
根制御方法において、負荷しや断時案内羽根を閉
鎖し、この閉動作中水車の運転状態が上記特性上
を流量減少方向またはトルク減少方向を辿る領域
において一時的に案内羽根を開動作せしめるよう
にしたポンプ水車の案内羽根制御方法にある。
においてN1＝Ｎ／√（但しＮは回転速度、Ｈ
は有効落差）の低下にともない水車流量や発生ト
ルクが低下する特性を有するポンプ水車の案内羽
根制御方法において、負荷しや断時案内羽根を閉
鎖し、この閉動作中水車の運転状態が上記特性上
を流量減少方向またはトルク減少方向を辿る領域
において一時的に案内羽根を開動作せしめるよう
にしたポンプ水車の案内羽根制御方法にある。
第１図Ａおよび第１図Ｂから理解できるよう
に、ポンプ水車の運転がＳ字特性部分においてな
されている時は、∂Q1／∂N1＞０および∂Ti／
∂N1＞０の関係が満たされている。Ｓ字特性部
分がQ1減少方向にたどれている時には、dN1／dt
＜０およびdQ1／dt＜０の関係が満たされてい
る。ここでｔは時間である。dQ1／dt＜０の時に
は、Ｑ即ちポンプ水車への流入水量が減少してい
るわけで結果として上流側の水圧鉄管の下端（ポ
ンプ水車端）水圧Ｐは上昇しdP／dt＞０の関係
が成立する。ところで発明者は上記Ｓ字特性内で
のポンプ水車の挙動を明らかにし、これに基づい
てＳ字特性部分が運転されているポンプ水車の検
出方法についてもいくつか便利な方法を発見し
た。即ち、ポンプ水車の運転状態が、Ｓ字特性部
分をQ1減少方向にたどつていることの検出は、
例えば回転数検出器、落差検出器、流量検出器と
コンピユータを組合せ次の３つの条件のうち少く
とも１つの条件が満足していることを検出するこ
とによつて行うことができる。
に、ポンプ水車の運転がＳ字特性部分においてな
されている時は、∂Q1／∂N1＞０および∂Ti／
∂N1＞０の関係が満たされている。Ｓ字特性部
分がQ1減少方向にたどれている時には、dN1／dt
＜０およびdQ1／dt＜０の関係が満たされてい
る。ここでｔは時間である。dQ1／dt＜０の時に
は、Ｑ即ちポンプ水車への流入水量が減少してい
るわけで結果として上流側の水圧鉄管の下端（ポ
ンプ水車端）水圧Ｐは上昇しdP／dt＞０の関係
が成立する。ところで発明者は上記Ｓ字特性内で
のポンプ水車の挙動を明らかにし、これに基づい
てＳ字特性部分が運転されているポンプ水車の検
出方法についてもいくつか便利な方法を発見し
た。即ち、ポンプ水車の運転状態が、Ｓ字特性部
分をQ1減少方向にたどつていることの検出は、
例えば回転数検出器、落差検出器、流量検出器と
コンピユータを組合せ次の３つの条件のうち少く
とも１つの条件が満足していることを検出するこ
とによつて行うことができる。
(A) dN1／dt＜０とdQ1／dt＜０が同時に成立す
る。
る。
(B) dN1／dt＜０とdP1／dt＞０が同時に成立す
る。
る。
(C) dT1／dt＜０とdN1／dt＜０が同時に成立す
る。
る。
このポンプ水車Ｓ字特性部分をQ1減少方向に
辿つていることの精密な検出のためには、上記条
件ＡからＣまでのどれかの条件が満たされている
ことを検出することは望ましい。しかしながら、
本発明の目的からすれば、条件ＡからＣまでは、
次の条件A′からC′までに置きかえることができ
る。
辿つていることの精密な検出のためには、上記条
件ＡからＣまでのどれかの条件が満たされている
ことを検出することは望ましい。しかしながら、
本発明の目的からすれば、条件ＡからＣまでは、
次の条件A′からC′までに置きかえることができ
る。
(A′) dN1／dt＜負でゼロ近傍値とdQ1／dt＜負で
ゼロ近傍値が同時に成立。
ゼロ近傍値が同時に成立。
(B′) dN1／dt＜負でゼロ近傍値とdP1／dt＞正で
ゼロ近傍値が同時に成立。
ゼロ近傍値が同時に成立。
(C′) dT1／dt＜負でゼロ近傍値とdN1／dt＜負で
ゼロ近傍値が同時に成立。
ゼロ近傍値が同時に成立。
ところで今考えているＳ字特性突入時の運転状
態はＳ字特性部分をQ1減少方向にたどり始めた
時だからこの時ポンプ水車の有効落差Ｈは上昇し
始めた時であり（即ちｄＨ／ｄｔの値はゼロに近い正の 値である）、これを考慮すると上記（A′），
（B′），（C′）式のdN1／dtはdN／dtで、dQ1／dtは
dQ／dtで、dT1／dtはdT／dtで各々近似的に置
換してもよい。
態はＳ字特性部分をQ1減少方向にたどり始めた
時だからこの時ポンプ水車の有効落差Ｈは上昇し
始めた時であり（即ちｄＨ／ｄｔの値はゼロに近い正の 値である）、これを考慮すると上記（A′），
（B′），（C′）式のdN1／dtはdN／dtで、dQ1／dtは
dQ／dtで、dT1／dtはdT／dtで各々近似的に置
換してもよい。
即ち
となるからである。
上記のような検出方法でポンプ水車ががＳ字特
性部分を流量減少又はトルク減少方向に辿り始め
たことが判明したら案内羽根の閉操作を止めて逆
に開操作にしてやればよい。かくして第１図のよ
うなＳ字特性部分の特性曲線の勾配が少なくとも
過度に傾くことがない。したがつてＳ字特性に起
因する上流側水圧の異常上昇や下降、及び下流側
水圧の異常低下による水柱分離などの下具合を軽
減または回避できる。
性部分を流量減少又はトルク減少方向に辿り始め
たことが判明したら案内羽根の閉操作を止めて逆
に開操作にしてやればよい。かくして第１図のよ
うなＳ字特性部分の特性曲線の勾配が少なくとも
過度に傾くことがない。したがつてＳ字特性に起
因する上流側水圧の異常上昇や下降、及び下流側
水圧の異常低下による水柱分離などの下具合を軽
減または回避できる。
本発明は、発明者が前述の条件式（A′）（B′）
（C′）の簡略化に加えて、経験から負荷遮断後一
度回転数が上昇した後、下降に転じた時のdN／
dt＜０さえ検出すれば、少くともＳ字特性突入の
タイミングを検出することができることを発見し
たことに基づく発明である。
（C′）の簡略化に加えて、経験から負荷遮断後一
度回転数が上昇した後、下降に転じた時のdN／
dt＜０さえ検出すれば、少くともＳ字特性突入の
タイミングを検出することができることを発見し
たことに基づく発明である。
以下本発明の一実施例を第３図を用いて説明す
る。
る。
点Ａから点Ｂはある水車出力を発生している定
常運転状態の案内羽根開度を示し、点Ｂにて負荷
しや断が発生したら点Ｂから点Ｆにて示す開閉を
行つて案内羽根を閉鎖する。
常運転状態の案内羽根開度を示し、点Ｂにて負荷
しや断が発生したら点Ｂから点Ｆにて示す開閉を
行つて案内羽根を閉鎖する。
まず点Ｂから点Ｃまでは、案内羽根の急閉鎮を
示し、点Ｃで急閉鎮から緩閉鎮に移行する。ここ
までは公知の技術である。即ち、Ｃ点はＢ点から
一定時間経つた時点でもよく、又案内羽根が一定
開度まで閉まつた時点でもよい。
示し、点Ｃで急閉鎮から緩閉鎮に移行する。ここ
までは公知の技術である。即ち、Ｃ点はＢ点から
一定時間経つた時点でもよく、又案内羽根が一定
開度まで閉まつた時点でもよい。
点Ｂから点Ｃを経て点Ｄに至るまでの経過はＳ
字特性の大きさを少しでも小さくすするための案
内羽根のプロセスを示す。点Ｄに至りここでＳ字
領域へ突入すると回転速度が最大値に達し、
dN／dtの符号が正から負に反転したことによつ
て検出する。即ち、Ｓ字領域に突入する時点とい
うのは回転速度が最大値に達する時点と略一致す
るという発明者の発見に基づく。かくして、水車
の運転点がＳ字特性を流量減少方向またはトルク
減少方向に辿るようになつたら、案内羽根を点Ｄ
から点Ｅに向けて強制的に開動作し、運転点が流
量減少方向またはトルク減少方向を辿つている間
は開動作を持続する。
字特性の大きさを少しでも小さくすするための案
内羽根のプロセスを示す。点Ｄに至りここでＳ字
領域へ突入すると回転速度が最大値に達し、
dN／dtの符号が正から負に反転したことによつ
て検出する。即ち、Ｓ字領域に突入する時点とい
うのは回転速度が最大値に達する時点と略一致す
るという発明者の発見に基づく。かくして、水車
の運転点がＳ字特性を流量減少方向またはトルク
減少方向に辿るようになつたら、案内羽根を点Ｄ
から点Ｅに向けて強制的に開動作し、運転点が流
量減少方向またはトルク減少方向を辿つている間
は開動作を持続する。
しかる後、点Ｅについては前記条件式A′及び
式によりｄＱ／ｄｔが負から正に転ずる点であること より、決めてもよいが第１図によればこの点即ち
ｈ，ｉ，ｊ点はQ1＝０即ちＱ＝０に近いという
事実に基づき流量検出器で水車流量が零付近であ
ることを検出してもよい。即ち、この水車流量零
付近が点Ｅであり、点Ｅから点Ｆに向けて案内羽
根を急閉鎖させる。
式によりｄＱ／ｄｔが負から正に転ずる点であること より、決めてもよいが第１図によればこの点即ち
ｈ，ｉ，ｊ点はQ1＝０即ちＱ＝０に近いという
事実に基づき流量検出器で水車流量が零付近であ
ることを検出してもよい。即ち、この水車流量零
付近が点Ｅであり、点Ｅから点Ｆに向けて案内羽
根を急閉鎖させる。
このような案内羽根の制御により従来の点Ｂ，
点Ｃ，点Ｄ，点E′，点F′の閉動作と比較し、水
車上流側鉄管水圧の異常上昇や下降と下流側吸出
管水圧の異常下降を大きく低減することができ
る。
点Ｃ，点Ｄ，点E′，点F′の閉動作と比較し、水
車上流側鉄管水圧の異常上昇や下降と下流側吸出
管水圧の異常下降を大きく低減することができ
る。
本発明によれば、負荷しや断時Ｓ字特性に起因
する上流側水圧の異常上昇や下降、下流側水圧の
異常低下による水柱分離等の不具合を軽減又は回
避し、これらの水路やポンプ水車自身の設計条件
を緩和し経済設計を可能にできる。
する上流側水圧の異常上昇や下降、下流側水圧の
異常低下による水柱分離等の不具合を軽減又は回
避し、これらの水路やポンプ水車自身の設計条件
を緩和し経済設計を可能にできる。
第１図Ａ及び第１図Ｂはポンプ水車特有のＳ字
特性の説明図、第２図は従来の負荷しや断時の案
内羽根制御方法を示す線図、第３図は本発明の案
内羽根制御方法を示す線図である。 Ｎ……回転速度、Ｈ……有効落差、Ｑ……水車
流量、Ｔ……水車トルク、N1……単位落差当り
の回転速度、Q1……単位落差当りの水車流量、
T1……単位落差当りの水車トルク。
特性の説明図、第２図は従来の負荷しや断時の案
内羽根制御方法を示す線図、第３図は本発明の案
内羽根制御方法を示す線図である。 Ｎ……回転速度、Ｈ……有効落差、Ｑ……水車
流量、Ｔ……水車トルク、N1……単位落差当り
の回転速度、Q1……単位落差当りの水車流量、
T1……単位落差当りの水車トルク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水車領域においてN1（単位落差当りの回転
数）＝Ｎ／√（但しＮは回転数、Ｈは有効落
差）の低下にともないQ1（単位落差当りの流
量）＝Ｑ／√〔但しＱは水車流量やT1＝Ｔ／Ｈ
（Ｔは水車の発生トルク）〕が低下するＳ字特性を
有するポンプ水車の案内羽根制御方法において、 負荷しや断時に、案内羽根を閉鎮し、この閉動
作中水車の運転状態が上記Ｓ字特性で流量減少方
向またはトルク減少方向を辿る領域において一時
的に案内羽根を開動作させるようにしたことを特
徴とするポンプ水車の案内羽根制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5921477A JPS53143842A (en) | 1977-05-20 | 1977-05-20 | Control of guide vanes of pump water wheel |
| US06/183,374 US4382745A (en) | 1977-05-20 | 1980-09-02 | Method of controlling wicket gates of a pump-turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5921477A JPS53143842A (en) | 1977-05-20 | 1977-05-20 | Control of guide vanes of pump water wheel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53143842A JPS53143842A (en) | 1978-12-14 |
| JPS6147980B2 true JPS6147980B2 (ja) | 1986-10-22 |
Family
ID=13106905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5921477A Granted JPS53143842A (en) | 1977-05-20 | 1977-05-20 | Control of guide vanes of pump water wheel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS53143842A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54145827A (en) * | 1978-04-13 | 1979-11-14 | Hitachi Ltd | Pump water wheel control |
| US6602044B1 (en) | 1999-10-29 | 2003-08-05 | Takao Kuwabara | Pump turbine, method of controlling thereof, and method of stopping thereof |
| US6336322B1 (en) | 1999-11-09 | 2002-01-08 | Hitachi, Ltd. | Method of controlling a pump turbine |
-
1977
- 1977-05-20 JP JP5921477A patent/JPS53143842A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53143842A (en) | 1978-12-14 |
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