JPS6213512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はプロペラ水車の制御装置に関し、特に
プロペラ水車の負荷しや断時における回転部の浮
上り現象の発生を防止するための制御装置に関す
る。

（従来の技術および発明が解決しようとする問題
点） 一般に、水車の負荷しや断に際しては、速度上
昇率△Ｎ／Ｎ、および水撃作用による最大水圧値
Ｐ_naxを許容範囲内に制御する必要がある。上記
速度上昇率△Ｎ／Ｎは通常35〜60％に設定される
が、これより遥かに苛酷な無拘束速度の状態（80
〜160％）においても、機器の最低限の安全性の
確保が必要であるため、上記負荷しや断に際して
は大きな水圧上昇におこさないようにガイドベー
ンをゆつくりと閉じることが必要である。

一方、プロペラ水車特にカプラン形の高速水車
においては、負荷しや断に際して回転速度が異常
に上昇すると強大な浮揚力を生じ、水車および発
電機の回転部をもち上げることがある。

すなわち、回転部が慣性をもつて回転している
時に、ガイドベーンを急閉鎖すると、或るガイド
ベーン開度においてその開度における無拘束速度
の状態となり、さらにガイドベーンを閉じれば、
水車領域を越えて超無拘束領域へ入る。ところ
が、高速で回転する水車は上記超無拘束領域では
放水路側へ水を吐出するポンプとしての作用をも
ち、ランナの上流側が負圧となる。そのため、ラ
ンナベーンにはその表面に負圧が作用し、裏面に
は放水路の上向きの圧力が作用し、その結果強大
な浮揚力を発生する。

すなわち、水力機械システムにおいては負荷し
や断時等の急停止操作時には、ガイドベーン急閉
による水撃現象と負荷急減による機器無拘束状態
による回転上昇が発生する。しかし、この２現象
に対処するためには、経済性および構造設計上か
ら比較的回転上昇に余裕を与える方が許容し易
い。

このようなことから、カプラン水車において水
撃現象による水圧上昇を極力抑えて無拘束回転速
度を高めに取る設計が通例である。しかして、上
記無拘束回転速度の上昇に応じてランナベーンに
よるポンプ作用が強くなり、浮上り現象が発生し
易くなる。その結果回転部の接触焼損事故を誘起
し、或はその落下時に推力軸受を破損する等の危
険性がある。

そこで、従来上述の如き事故の発生を未然に防
止するためガイドベーンとランナベーンとの間の
空室が負圧になつた時に真空破壊弁を開き、当該
負圧部に外気を導入して上記空室の負圧を解消す
ることが行なわれている。

しかしながら、上記方法による場合には、多量
の空気を供給するための真空破壊弁およびそれに
伴なう関連設備配管を設置しなければならず、設
備費が高価なものとなる等の不都合がある。

本発明はこのような点に鑑み、プロペラ水車の
負荷しや断時に回転部分の浮上がり現象を確実に
かつ経済的に防止し得るプロペラ水車の制御装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ガイドベーンの水車無負荷開度以下
において、ガイドベーン操作用サーボモータの閉
動作時に作動油を排出する主管路を閉塞する閉塞
装置と、その閉塞装置をバイパスするバイパス管
路と、そのバイパス管路上に絞り弁と直列に配設
され、或設定水車回転数以下のとき上記バイパス
管路を開く切換弁とを設けたことを特徴とする。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図において、符号１はガイドベーン開閉用
のサーボモータであり、そのサーボモータ１のシ
リンダ２内にはピストン３が往復動可能に設けら
れており、そのピストン３に連結されたピストン
ロツド４の先端にガイドベーン操作ロツド５が連
結されている。

上記シリンダ２におけるビストン３の一側部の
シリンダ室２ａには、ガイドベーンの閉動作時に
作動油を供給する第１の主管路６が接続されてお
り、他側部のシリンダ室２ｂには、ガイドベーン
の開動作時に作動油を供給する第２の主管路７が
接続されている。

ところで、上記第２の主管路７は、前記ピスト
ン３がガイドベーンを閉鎖する方向に移動し、そ
のガイドベーンの開度がほぼ無負荷開度となる位
置に来たとき、第２の主管路７のシリンダ室２ｂ
へのポート７ａが閉塞されるような位置に設けら
れている。

また、上記シリンダ室２ｂの端部と第２の主管
路７との間はバイパス管路８によつて互いに連通
せしめられており、そのバイパス管路８には、絞
り弁９と上記シリンダ室２ｂへの作動油の流通を
許す逆止弁１０との並列回路、および水車の回転
数が或設定回転数以下のとき上記バイパス管路８
を開く電磁切換弁１１が設けられている。

すなわち、バイパス管路８にはガイドベーン閉
鎖速度に緩衝作動を与えるための絞り弁９と逆止
弁１０以外に電磁切換弁１１が設けられている。

しかして、今第１の主管路６から作動油をシリ
ンダ室２ａに供給するとピストン３が図において
左方に移動し、ガイドベーン（図示せず）は閉方
向に作動せしめられる。一方この時他方のシリン
ダ室２ｂの作動油は第２の主管路７を経て排出さ
れる。

また、上記第２の主管路７に作動油を供給する
と、その作動油がシリンダ室２ｂ内に流入してピ
ストン３は図において右方向に移動せしめられ、
ガイドベーンは開方向に作動せしめられる。

そこで、水車運転中において負荷しや断等によ
りサーボモータ閉動作指令が発せられると、第１
の主管路６に作動油が供給され、それによつてピ
ストン３が左動しガイドベーンは急速に閉方向に
作動される。

このようにしてピストン３が左方に移動し、ガ
イドベーンの開度がほぼ無負荷開度位置になる
と、上記ピストン３によつて作動油の排出路であ
る第２の主管路７のポート７ａが閉塞される。一
方このとき、水車の回転数が所定の設定回転数以
上である場合には、電磁切換弁１１も閉じている
ため、シリンダ室２ｂ内の作動油の排出路がふさ
がれ、サーボモータ１のピストン３の動きが止ま
り、ガイドベーンの開度はその位置に保持され
る。その後、水車が解列され、水車の回転数が設
定回転数以下になると、電磁切換弁１１が開放さ
れる。したがつて、シリンダ室２ｂ内の作動油は
絞り弁９によつてその流量が制御されながらバイ
パス管路８内を流れ第２の主管路７へと流出す
る。したがつて前記ピストン３は緩やかにガイド
ベーン閉方向に再び移動し、ガイドベーンの閉動
作が行なわれる。

このように、上記実施例においては負荷しや断
等によりサーボモータ閉動作指令が発せられる
と、ガイドベーンはその無負荷開度位置までは急
速に閉鎖されるが、そこで一時ガイドベーンの閉
鎖が停止され、その後水車の回転数が所定回転数
以下になつた時点で緩閉鎖が開始されるので、水
車が超無拘束速度となるようなことがなく、水車
に対する強大な浮揚力が発生するようなことが防
止される。

第２図は本発明の他の実施例を示す図であり、
第２の主管路７のシリンダ室２ｂへのポート７ａ
がピストン３の水車無負荷開度位置よりさらに閉
方向位置に開口している。

しかして、この場合上記第２の主管路７に、ガ
イドベーンの開度がほぼ無負荷開度以下となつた
とき上記管路７を閉塞する切換弁１２が設けられ
ている。すなわち、ピストンロツド４の先端部に
はその一側方向に突出するレバー１３が突設して
あり、また上記ピストンロツド４の一側部には、
ビストン３がガイドベーンを無負荷開度位置に制
御する位置に閉方向に移動して来たとき前記レバ
ー１３によつて作動され、前記切換弁１２を管路
閉塞状態に作動させる分配弁１４が設けられてい
る。

一方、前記第２の主管路７には、上記切換弁１
２をバイパスする管路１５が接続されており、そ
のバイパス管路１５には、水車の回転数が或る設
定値以下のとき上記バイパス管路１５を開く切換
弁１１、および絞り弁１６と逆止弁１７の並列回
路とが設けられている。なお、符号１８は回転数
検出器（図示せず）または並列条件により作動さ
れ、上記切換弁１１を閉塞方向に作動せしめる電
磁弁である。

しかして、負荷しや断等によつてサーボモータ
閉動作指令が発せられ、ピストン３がガイドベー
ン閉方向に急速に移動して、ガイドベーンがその
ほぼ無負荷開度位置になると、レバー１３が分配
弁１４の被作動部１４ａに当接しその弁の切換が
行なわれる。したがつて、制御油が上記分配弁１
４を介して切換弁１２に供給され、それによつて
切換弁１２が第２の主管路７を閉塞する方向に作
動される。一方、このとき切換弁１１も閉じてい
るため、シリンダ室２ｂの排油回路が閉塞され、
ピストン３の移動が停止され、ガイドベーンの閉
動作が止められる。そしてその後水車が解列さ
れ、水車の回転数が所定回転数以下になると、電
磁弁１８を介して切換弁１１が開放され、シリン
ダ室２ｂ内の作動油が絞り弁１６によつて制御さ
れながらバイパス管路１５内を流れる。したがつ
て、前記ピストン３は緩やかにガイドベーン閉方
向に再び移動しはじめ、ガイドベーンの閉動作が
行なわれる。そして、上記ガイドベーンが所定開
度位置になると従来の装置と同様に絞り弁９の絞
り作用によつてガイドベーン閉鎖速度の緩衝が行
なわれる。

しかして、この実施例においても第１実施例と
同様に水車の超無拘束速度となることが防止され
る。しかも、この場合主管路７の閉鎖時期をレバ
ー１３により所望時に設定できるとともに上記閉
鎖動作制御が確実に行なわれる。

なお、上記実施例においては、ピストンロツド
に設けられたレバー１３によつて分配弁１４を作
動するようにしたものを示したが、水車無負荷開
度を電子信号により取り出し、その信号によつて
分配弁を制御するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては付加し
や断時等において、ガイドベーンを一旦その無負
荷開度位置に停止せしめ、水車の回転数が所定値
以下になつた場合以後に上記ガイドベーンを徐々
に閉塞するようにしたので、回転部に対して強大
な浮揚力が生ずることを確実に防止することがで
き、しかも比較的簡単な構成によつて上記作動を
行なわせることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の実施例
を示す系統図である。 １……サーボモータ、３……ピストン、６……
第１の主管路、７……第２の主管路、８，１５…
…バイパス管路、１１……切換弁、１２……切換
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガイドベーンの水車無負荷開度以下におい
   て、ガイドベーン操作用サーボモータの閉動作時
   に作動油を排出する主管路を閉塞する閉塞装置
   と、その閉塞装置をバイパスするバイパス管路
   と、そのバイパス管路上に絞り弁と直列に配設さ
   れ、或設定水車回転数以下のとき上記バイパス管
   路を開く切換弁とを設けたことを特徴とする、プ
   ロペラ水車制御装置。 ２ 閉塞装置はサーボモータのピストンであるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のプ
   ロペラ水車制御装置。 ３ 閉塞装置はサーボモータの閉動作時に作動油
   を排出する主管路に設けられた切換弁であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のプロ
   ペラ水車制御装置。