JPS624554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多段水力機械の運転制御方法に係り、
特に最高圧段部から最低圧段部までの各段部の流
路が返り通路によつて連絡され、最高圧段部のみ
に可動ガイドベーンを備えた多段水力機械におい
て、発電方向あるいは揚水方向への空転運転から
それぞれ発電運転あるいは揚水運転に切換える運
転制御方法に関する。

一般に水力機械では、水車調相運転時あるいは
ポンプ起動運転時、ランナ駆動トルクの軽減をは
かるため、高圧空気の給気により流路の水を押し
下げてランナを空中で運転し、しかる後、流路の
残留空気を排出して流路を充水せしめてから、所
要の水車発電運転あるいはポンプ揚水運転などへ
移行させている。

水力機械のうち、各段部のランナ室が返り通路
によつて連絡され、複雑な流路形状を有する多段
水力機械にあつては、空転運転から発電運転ある
いは揚水運転に切換える際の排気に種々の問題を
伴ないやすい。

特に過渡時の運転状態を安全に制御するため最
高圧段部だけに可動ガイドベーンを設けた多段水
力機械においては、最高圧段部から最低圧段部ま
で各段部の流路が常時連通しているので、流路部
の残留空気を排出させる際に各段部の相互干渉を
伴いやすく、円滑に排気充水を行なうことが難し
く、排気方法が問題となつている。

しかるに、このように最高圧段部だけに可動ガ
イドベーンを有する多段水力機械自体が技術的に
未開な分野が多いこともあつて、空転運転から所
要の発電運転あるいは揚水運転に切換える場合に
おける、簡便にして的確な運転制御方法が未だ提
案されていないのが実情である。

そこで、本発明の目的は、空転運転から発電運
転あるいは揚水運転に移行する際に短時間のうち
に確実に排気を行え、かつ円滑に発電運転あるい
は揚水運転に移行できるようにした多段水力機械
の運転制御方法を提供することにある。

以下本発明による多段水力機械の運転制御方法
の一実施例について図面を参照して説明する。

本発明の理解を容易にするために、第１図は多
段水力機械の一例としてフランシス形の２段ポン
プ水車を示しており、単一の水車主軸１の軸上に
は、高圧段ランナ２と低圧段ランナ３とが軸方向
の距離をおいて固着されている。上記高圧段ラン
ナ２は上カバー４および下カバー５で包囲される
一方、低圧段ランナ３は上カバー６および下カバ
ー７で包囲され、高圧段ランナ室８および低圧段
ランナ室９を構成している。上記高圧段ランナ室
８と低圧段ランナ室９とは返り通路１０で連絡さ
れ、通路上には返り羽根１１およびステーベン１
２が設けられている。

また、高圧段ランナ室８の外側にはうず巻ケー
シング１３が配置され、そのうず室１４と上記高
圧段ランナ室８とは連通され、うず室の入口は入
口弁を介して水圧鉄管に接続されている。

さらにまた、高圧段ランナ２の外側には、水口
開度を変えられる可動ガイドベーン１５が設けら
れ、ガイドベーン操作機構（図示せず）によつて
ガイドベーン開度を調整できるようになつてい
る。

なお、上記低圧段ランナ室９にはエルボ形の吸
出し管１６が接続され、その下流側は放水路と連
通している。

上記高圧段ランナ室８の上カバー４には排気管
１７が接続され、一方、低圧段ランナ室９の上カ
バー６には排気管１８が接続され、それぞれの管
路上には排気弁１９および２０が組込まれてい
る。

さらにまた、上記うず室１４と最高圧段のラン
ナ室８の外側とは給水管路２１によつて接続さ
れ、管路上には給水弁２２が組込まれている。

上記のように構成された２段ポンプ水車を水車
運転させる場合、水圧鉄管からの圧力水はうず巻
ケーシング１３のうず室１４内に流入し、この水
流は高圧段部の可動ガイドベーン１５を通過し、
返り通路１０を経て低圧段ランナ３を流通したの
ち、吸出し管１６内へ流れる。

一方、水車と同じ回転速度で反対の方向にラン
ナを回転するポンプ運転時には低圧段ランナ３に
よつて揚水された水流は前記した水車運転時の場
合と逆の順路を経て吸出し管１６から水圧鉄管へ
と流通して行く。

次に上述した２段ポンプ水車に本発明を適用し
て発電方向あるいは揚水方向の空転運転から発電
運転あるいは揚水運転に移行する際の運転制御方
法について述べる。

運転に先立つて可動ガイドベーン１５を全閉し
たのち、入口弁を開口させてうず室１４内を加圧
された水で満水状態にしておき、高圧段ランナ室
８内に圧縮空気を吹き込み、高圧段ランナ室８内
の水を返り通路１０および低圧段ランナ室９を通
して吸出し管１６の下方へ押し下げておき、ラン
ナを発電方向あるいは揚水方向に空転運転させて
おくものとする（第１図参照）。

しかして、空転運転状態から発電運転もしくは
揚水運転に移行させるには、先づ給水弁２２を開
き給水管２１を介してケーシング１３の高圧水を
全閉したガイドベーン１５の内側の高圧段ランナ
室８の外周部に給水し残留空気を圧縮していくこ
とにより同ランナ室８の外周部から中央部に順次
充水領域を形成しながら、一方では同ランナ室８
の水を同ランナ室８から連通している低圧側段部
に送り込んで順次充水せしめ、高圧段ランナ室８
と隣接する返えり通路１０部がほぼ充水状態に達
した（第２図参照）ところで、排気弁１９を開き
排気管１７を介して高圧段ランナ室８の圧縮空気
の排気を始める。

しかる後、ランナ室８も充水され高圧側段部が
水中締切状態に達した（第３図参照）ところで、
隣接する低圧段部ランナ室９の排気弁２０を開き
排気管１８を介して低圧段部ランナ室９の圧縮空
気の排気を始める。

このようにケーシング１３の高圧水を高圧側段
部から順次作用させながら、高圧側段部が充水さ
れ水中締切状態に達したら隣接する低圧側段部の
排気を開始することにより、高圧側段部から各段
毎に順次充水と排気を行なう。

しかる後、高圧段ランナ室８の水が各段部の水
中締切状態圧力を合成してなる規定圧力に達した
ところで給水弁２２を全閉しケーシング１３から
の高圧水の給水を終止させるとともに各ランナ室
の排気弁１９，２０を全閉して排気を停止する。
次いで高圧段部ガイドベーン１５を徐々に所定の
開度まで開口させることにより発電運転または揚
水運転に移行する。

なお、高圧段ランナ室８と隣接する返えり通路
１０部の充水状態は同返えり通路部内に設けられ
る圧力検出器（図示せず）を介して、また高圧側
段部の水中締切状態あるいは各段部の水中締切状
態圧力を合成した規定圧力は高圧段ランナ室８内
に設けられる圧力検出器（図示せず）を介してそ
れぞれ検出してもよいし、あるいは返えり通路部
１０部及び各段部を充水状態に至らしめるまでの
充水所要時間を予測設定し、時限タイマー装置を
使つて各段部の排気弁を順次開くようにしてもよ
い。

なお、上記実施例は本発明を２段ポンプ水車に
対して適用した例を説明したが、本発明は３段以
上の多段水力機械に対して広く適用できることは
もちろんである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、ケーシングの高圧水を最高圧段のランナ室の
外周部に供給しながら、先づ各排気弁とも全閉と
し残留空気を流路内に密閉にした状態で同ランナ
室及び同ランナ室と隣接する返えり通路部に充水
領域を形成せしめるが、この場合同ランナ室にお
いては、給水された高圧水がランナの遠心作用力
により適切な圧力状態に調整され、不安定な変動
を伴なうことなく残留空気を外周部から中央部に
順次圧縮していくから、充水領域の形成を円滑に
行なうことができ、一方同ランナ室下方に連接さ
れ流路形状が急変しているために充水過程で不安
定な水面変動及び水圧変動を伴ない大きな振動、
騒音が誘発され易い返えり通路部においては、上
記したように適切な圧力状態に調整されて上方ラ
ンナ室から送り込まれてくる水が、隣接する低圧
段ランナの遠心作用力を受けて下方部に推積しな
がら残留空気を下方から上方に順次圧縮していく
から、上記した不安定な水面変動及び水圧変動を
伴なうことなく円滑に充水を行なうことができ
る。

また、最高圧段部では、下方に連接される返え
り通路部に充水領域を形成することにより残留空
気を同部ランナ室内の上方中央部に移動させて適
当に加圧せしめたところで圧縮空気の排出を始め
から、的確にかつ迅速に排気を遂行することがで
きる。

このように高圧側段部の圧縮空気を排気しなが
ら隣接する低圧段部では、上方の返えり通路部か
らランナ室の外周部に送り込まれてくる水がラン
ナの遠心作用力を受けてランナ室の残留空気を外
周部から中央部に順次圧縮していくことにより充
水領域を形成していき、同高圧側段部が水中締切
状態に達したところで適当に加圧された同低圧段
部の残留空気を排気させるから、上記した高圧側
段部の場合と同様に的確にかつ迅速に排気を遂行
することができる。

すなわち、このように各段部ではランナ室の外
周部に連通する高圧側流路部から加圧水を作用さ
せてランナ室の残留空気を外周部から順次圧縮し
中央部に移動させたところで排気させることによ
り、最高圧段部から最低圧段部まで各段部ごとに
高圧側段部から順次に充水せしめるから、複雑な
流路構成からなる多段水力機械の排気充水を円滑
にして迅速にかつ的確に行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するフランシス形２段ポ
ンプ水車の空転状態を示した縦断面図、第２図、
第３図は同ポンプ水車の充水排気運転の途中の状
態を示した縦断面図である。 ２……高圧段ランナ、３……低圧段ランナ、８
……高圧段ランナ室、９……低圧段ランナ室、１
０……返えり通路、１３……うず巻ケーシング、
１５……可動ガイドベーン、１６……吸出し管、
１７，１８……排気管、１９，２０……排気弁、
２１……給水管、２２……給水弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にラ
   ンナを備えて、各段部のランナ室が返えり通路に
   よつて連絡され、最高圧段部にのみ可動ガイドベ
   ーンを備えた多段水力機械において、最高圧段部
   ガイドベーンを全閉し各段部の流路を連通させて
   給気によりランナ室内の水を最低圧段ランナ室の
   下方に押し下げ各段部のランナを水車方向または
   ポンプ方向へ空転運転させた状態から発電運転ま
   たは揚水運転に移行させる際、ケーシングの高圧
   水を給水管を介して全閉したガイドベーンの内側
   の最高圧段ランナ室の外周部に給水し同ランナ室
   の外周部から中央部に順次充水領域を形成し、一
   方同ランナ室の水を同ランナ室からさらに低圧側
   段部に送水して順次充水せしめ、最高圧段ランナ
   室と隣接する返えり通路部がほぼ充水されたとこ
   ろで最高圧段ランナ室の圧縮空気の排気を開始
   し、しかる後高圧側段部が水中締切状態に達した
   ところで隣接する低圧側段部ランナ室の圧縮空気
   の排気を順次開始することにより最高圧段部から
   最低圧段部に至るまで高圧側段部から各段部ごと
   に順次充水と排気を行ない、しかる後最高圧段ラ
   ンナ室の水が各段部の水中締切状態圧力を合成し
   てなる規定圧力に達したところで前記したケーシ
   ングからの高圧水の給水を終止させるとともに各
   ランナ室からの排気を停止し、次いで最高圧段部
   ガイドベーンを開いて発電運転または揚水運転に
   移行させるようにしたことを特徴とする多段水力
   機械の運転制御方法。 ２ 最高圧段ランナ室と隣接する返えり通路部が
   ほぼ充水されたところの同返えり通路部の水の圧
   力を検出しこの検出信号によつて最高圧段ランナ
   室の排気弁を開き、しかる後高圧側段部が水中締
   切状態に達したときの最高圧段ランナ室における
   水の圧力を検出しこの検出信号によつて隣接する
   低圧側段ランナ室の排気弁を開き、しかる後最高
   圧段ランナ室の水が各段部の水中締切状態圧力を
   合成してなる規定圧力に達したことを検出しこの
   検出信号によつてケーシングからの高圧水給水弁
   を全閉するとともに各ランナ室の排気弁を全閉す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の多段水力機械の運転制御方法。 ３ ケーシングの高圧水を最高圧段ランナ室に給
   水開始した後、所定の時間間隔で最高圧段部から
   最低圧段部まで高圧側段部から順次に各段ランナ
   室の排気を開始するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の多段水力機械の運
   転制御方法。