JPS636750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、多段水力機械の運転方法に係り、特
に定常運転時の水力性能を向上させ、かつ振動、
騒音を抑制して安定に運転できる構造および制御
方式を備えたポンプあるいはポンプ水車等の多段
水力機械の運転方法に関する。 一般に水力機械ではランナの外周に備えたガイ
ドベーンあるいは水力機械の入口部に備えた入口
弁によつて水力機械を流通する水流量を調節して
運転状態の制御を行つている。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各段部が返
り通路によつて連絡されている多段水力機械にお
いても各段部のランナの外周に設けたガイドベー
ンによつて各段部の水流状態を制御し運転状態の
制御を行なう方式が当然考えられ、この方式に関
する種々の提案がなされている。しかしながら、
最高圧段部から最低圧段部まで各段部が返り通路
を介して順次直列に連絡されている複雑な流路構
成の多段水力機械においては、各段部のランナの
外周にガイドベーンを設けかつ各段部のガイドベ
ーンに開閉操作機構を連結させて開閉操作を行な
わしめることは、構造上の制約を受けて極めて困
難であり、実用化の上で問題となつている。した
がつて、従来の多段水力機械は、通常、各段部の
ランナの外周には、水口開度が一定のまま変えら
れない固定ベーンのみを設けた構造とし、水流量
を調節し運転状態を制御する場合には水力機械の
入口部に設けた入口弁の開閉制御によつて行なう
方式のものが多い。このように各段部のランナの
外周に水口開度を一定のまま変えられない固定ベ
ーンを有し入口弁の水口開度調整のみによつて運
転状態を制御する多段水力機械においては、各段
部ともランナ外周部で水流状態を流量に応じて適
正に調整できないので設計点から離れた小流量お
よび大流量の運転領域では各段部とも一様に水力
性能が低下し、したがつて水力機械の総合水力性
能が低下した状態のもとに運転されることにな
る。さらにこの場合、入口弁の水口開度を部分的
に閉めて流量を調節すれば、入口弁部の損失水頭
が増大し、その分だけ水流エネルギが無効となる
ので発電所の運用効率を低下させるなどの問題が
伴つている。このような入口弁制御方式による運
転制御方法の有する多くの問題点の解決案とし
て、次に述べる最高圧段部のみに可動のガイドベ
ーンを設け、この可動ガイドベーンの水口開度を
調節することにより流量調整を行なう運転制御方
法も提案されている。すなわち、最高圧段部のラ
ンナ外周にのみ水口開度を変えられる可動ガイド
ベーンを設け、その他の段部のランナ外周には水
口開度の変えられない固定ベーンを設けた構造と
し、運転状態を制御する場合には、前記最高圧段
部の可動ガイドベーンのみを開閉制御することに
よつて行なう運転制御方式である。この最高圧段
部の可動ガイドベーンのみを制御する方式は前記
の入口弁制御方式のように入口弁部分開運転によ
つて生ずる入口弁損失が生じないので効率面では
入口弁制御方式より優れたものとなる反面水車小
流量運転時に最低圧段部が設計運転点から大きく
離れた点で運転されるため、水流のはく離や局部
的２次流れが生じやすく、且つ、これらの水流の
はく離や局部的２次流れはランナ出口側水圧が低
いほど増大する傾向にあるため、他段部よりラン
ナ出口側水圧の低い最低圧段部では前記の水流の
はく離や局部的２次流れが増大し、キヤビテーシ
ヨンや強い振動、騒音をともなう極めて不安定な
運転を強いられるという問題点を有していた。 上述のように各段部に水口開度を調節できる可
動ガイドベーンを設けた多段水力機械は、水力性
能上最も望ましいが、構造上の制約から実用化が
難かしく、また、各段部に水口開度の調節できな
い固定ベーンを設けて、入口弁の開度調節によつ
て流量の調節制御を行なう、多段水力機械は構造
上最も簡潔ではあるが、水力性能の著しい低下を
まぬがれない。また、最高圧段部のみに水口開度
の調節できる可動ガイドベーンを設け、この可動
ガイドベーンの水口開度を調整することにより、
流量調節を行なう方式の多段水力機械は、小流量
運転時に、振動、騒音、キヤビテーシヨン等を伴
なう運転となるなど、いずれの多段水力機械も問
題を有していた。 そこで、本発明は、このような事情に鑑みてな
されたものであり、構造上無理がなく、又定常運
転時の水力性能を向上させ、しかも騒音、振動、
キヤビテーシヨンの発生を抑制して極めて安定に
運転制御ができるようにした多段水力機械の運転
方法を提供することにある。 以下第１図に示すようなフランシス形の３段水
力機械を例として本発明の実施例について説明す
る。 １は最高圧段部ランナ、２はランナ１の外周に
円形翼列状に配置され、形成する水口開度が変え
られる最高圧段部可動ガイドベーン、３は、中圧
段部ランナ、４はランナ３の外周部に円形翼列状
に配置され、形成する水口開度が一定のまま変え
られない中圧段部固定ベーンであり、最高圧段部
と中圧段部は返し通路５によつて直列に連絡され
ている。６は最低圧段部ランナ、７は最低圧段部
ランナ６の外周部に円形翼列状に配置され形成す
る水口開度が変えられる最低圧段部可動ガイドベ
ーンであり、中圧段部と最低圧段部とは返し通路
８によつて直列に連絡されている。この流路構成
において、水車運転の場合、入口弁９を開口した
状態で水圧管路１０からこれに接続するケーシン
グ１１へ流入する水流は、最高圧段部可動ガイド
ベーン２よりランナ１を通過し、返し通路５を経
て中圧段部固定ベーン４、ランナ３を通過し、さ
らに返し通路８、最低圧段部可動ガイドベーン
７、ランナ６を流通して放水路（図示省略）に接
続する吸出管１２に流出される。一方、ポンプ運
転の場合、水流は水車運転の場合と全く逆の順路
を経て吸出管１２から水圧管路１０へ流通してゆ
く。このような構成の多段水力機械において、本
発明は定常運転時に最低圧段部ガイドベーンの水
口開度が常に最高圧段部ガイドベーンの水口開度
と同じもしくはそれ以下となるように前記各可動
ガイドベーンの開度関係を維持しながら、前記各
可動ガイドベーンの水口開度を、流量の大きい運
転領域に対しては前記固定ガイドベーンの水口開
度よりも相対的に大きくなるようにまた逆に流量
の小さい運転領域に対しては前記固定ガイドベー
ンの水口開度よりも相対的に小さくなるようにそ
れぞれ同時にあるいは別々に制御することからな
る。 このように構造上可動ガイドベーンを備えるこ
とが比較的容易な最高圧段部と最低圧段部のラン
ナ外周部には可動ガイドベーンを設け、構造上可
動ガイドベーンを設けることが困難な中圧段部
（４段以上の多段水力機械では、最高圧段部と最
低圧段部を除く段部）のランナ外周には、水口開
度が一定のままの固定ベーンを設けて上記各段部
可動ガイドベーンを特定の開度関係を維持させな
がら制御するようにしたことを特徴とする本発明
からなる多段水力機械の水車定状運転時における
水力特性上の作用効果を第２図に示す３段水力機
械の各段部の水力特性関係図を参照して説明す
る。第２図においてH₁は最高圧段部の有効落差、
H₂は中圧段部の有効落差、H₃は最低圧段部の有
効落差、Ｑは流量、ａは各段部の水口開度を示し
これらに添字Ｏを付けたものは各段部が水力的に
同等の運転状態である水車基準運転状態時（図中
□Ｏ点）における値を示す。また各段部水口開度に
おいて前記基準運転時水口開度a₀より過開した場
合の水口開度には正の整数を添字し（例えばa₁）
基準運転時水口開度a₀より小開した場合の開度に
は負の整数を添字して（例えばa_-1）示してある。
また△Ｅは各段部の水車最高効率との相対差で表
わした水車の相対効率差である。第２図は、横軸
に流量比Ｑ／Q₀をとつてまた縦軸に各段部の有
効落差比H₁／H₁₀、H₂／H₂₀、H₃／H₃₀をそれぞ
れとつて、流量に対する有効落差の水力特性関係
を各段部について表示したものであり、したがつ
て水力機械の総合有効落差は各段部の有効落差を
各々合算して与えられる。 第２図を参照して入口弁を全開にして各段部が
水力的に同等の運転状態点□Ｏでは各段部の有効落
差H₁、H₂、H₃は水力機械に作用する総合有効落
差H₀を３等分したものに各々等しく、次式(1)で
示される。

【表】 この水車基準運転状態点□Ｏから流量を減少せし
めて運転状態を変化させる場合において、前記し
た入口弁開度のみを調節して流量を変化させる運
転制御方法、最高圧段部可動ガイドベーン水口開
度のみを調節して流量を変化させる方法、および
本発明による多段水力機械の運転制御方法の３者
の運転軌跡を第２図を参照して以下に説明する。 まず、水車基準運転状態点□Ｏから各段部の水口
開度を基準開度a₀のまま一定開度に保持して入口
弁を部分開度に閉制御することにより流量を減少
させる場合、各段部に作用する有効落差は、入口
弁の損失水頭分△Hvの1/3だけ低下するので、各
段部の運転点は第２図に示される基準開度a₀上□Ｏ
→A₂の軌跡をたどつて変化し、したがつて低落
差で水力性能の著しく低い領域で各段部とも運転
される。この場合の各段部の落差関係を(2)式に示
す。

【表】 すなわち、入口弁開度のみを調節して流量を調
節し運転制御する多段水力機械では、入口弁の損
失水頭分だけ水力エネルギを無効にすると同時
に、各段部とも水力性能の低い運転領域で運転さ
れるので総合的には極めて不経済な水力機械の運
用を強いられる。また、各段部とも水力性能の低
い低落差の運転点で運転されるので、流れのはく
離や局部的２次流れが発生し特に最低圧段部で
は、ランナ出口側水圧が低いことからこれらの流
れのはく離や局部的２次流れが助長され、強い振
動、騒音をともなうホワールやキヤビテーシヨン
を誘発し、極めてラフな運転を強いられることに
なる。 次に最高圧段部のみに水口開度の変えられる可
動ガイドベーンを備え残りの段部には、水口開度
の変えられない固定ベーンを設けた形式の３段水
力機械の水車定常運転時において、前記した最高
圧段部に設けた可動ガイドベーンを小開に制御す
ることにより流量を減少させる場合では、第２図
において、水車基準落差運転点□Ｏから最高圧段部
はきわめて高落差運転領域である□Ｏ→□Ｃの軌跡に
沿つて運転点が移動する一方、水口開度の固定さ
れた残りの段部は、低落差で水力性能の低下する
□Ｏ→A₂の軌跡に沿つて運転される。この場合の
各段部の落差関係は(3)式で示される。

【表】 このように、最高圧段部のみに備えた可動ガイ
ドベーンの水口開度を調節することにより流量を
調整する多段水力機械では、前記した入口弁開度
を調節して流量を調整する多段水力機械のような
入口弁部の損失を生じないので、より経済的な運
転が可能であるが、ランナ出口部水圧の低い最低
圧段部が水力性能の低い低落差領域で運転される
ため、最低圧段部ランナ出口部でホワールキヤビ
テーシヨン等を発生して、振動、騒音等をともな
い易いので前記の入口弁制御を骨子とした多段水
力機械と同様に極めてラフな運転となり易い。 次に最高圧段部と最低圧段部には、水口開度の
変えられる可動ガイドベーンを備え、残りの段部
には、水口開度の変えられない固定ベーンを設け
た本発明からなる多段水力機械を水車定常運転時
に流量調節する場合について以下に述べる。第２
図における水車基準運転状態□Ｏから流量を減少さ
せて負荷調整を行なう場合、本発明によれば、最
低圧段部可動ガイドベーン開度が最高圧段部可動
ガイドベーン開度と同じかあるいはそれ以下とな
るように前記各可動ガイドベーンの開度関係を維
持しながら、かつ前記各可動ガイドベーン水口開
度が中段部に設けられた固定ベーンの水口開度よ
りも相対的に小さくなるように前記各可動ガイド
ベーンを制御する。 第４図は横軸に水車総合負荷Ｐをとり縦軸に各
可動ガイドベーンの水口開度ａおよび水車流量Ｑ
をとつて水車負荷調整時の本発明による各可動ガ
イドベーンの水口開度モードの一実施例を示した
ものである。本発明による多段水力機械とその制
御方法によれば、第４図に示されるように総合運
転負荷Ｐに対して最高圧段部可動ガイドベーンと
最低圧段部可動ガイドベーンの対応制御を夫々
別々の水口開度モードにより行なう。すなわち第
４図を参照して運転流量Ｑを□Ｏ→□Ａの軌跡に沿つ
て減少させ水車総合負荷を部分負荷側へ調整制御
する場合、最高圧段部可動ガイドベーン水口開度
は□Ｏ→A₁のモードに沿つて総合水車負荷Ｐに対
して対応制御され、最低圧段部可動ガイドベーン
水口開度は、□Ｏ→A₃のモードに沿つて総合水車
負荷に対して対応制御される。すなわち第２図に
おいて、最高圧段部は□Ｏ→A₁の軌跡に沿つて運
転され、中圧段部は□Ｏ→A₂、最低圧段部は□Ｏ→
A₃の軌跡に沿つてそれぞれ運転されるので、ラ
ンナ出口部水圧の低い最低圧段部は、落差の高い
したがつて水力性能の優れた領域で運転され、し
たがつて最低圧段部ランナ出口部の水流が安定し
ており、騒音、振動等の原因となる不安定なホワ
ール、キヤビテーシヨンを生じることがないので
極めて安全で安定した運転が可能となる。また、
水車小流量運転時の総合水力性能においても、落
差が低く水力性能の低下した運転点で運転される
のは中段部のみなので、前記した最高圧段部のみ
に可動ガイドベーンを備えた多段水力機械よりも
さらに高性能運転が行なえる。このように、本発
明による多段水力機械は水車小流量定常運転を行
なう場合最低圧段部可動ガイドベーン水口開度が
最高圧段部可動ガイドベーン水口開度より小さく
なるように維持し、且つ中段部の固定ベーン水口
開度よりも前記各可動ガイドベーン水口開度を小
さくする制御を行なうことにより、振動騒音の極
めて少ない水車小流量運転が可能で且つ水力性能
をも向上させることができる。 一方、水力機械の吸出高さが比較的大きくとれ
て最低圧段部ランナ出口側水圧が比較的高く、振
動、騒音をともなうホワールやキヤビテーシヨン
が発生しにくいことがあらかじめわかつている場
合など、水力機械の設置運用条件が良好な場合に
は、本発明による多段水力機械は、次に述べる制
御を行なうことにより水車小流量運転時の総合水
力性能をさらに向上させることが可能である。す
なわち、水車小流量運転を行なう場合、最高圧段
部の可動ガイドベーン水口開度と最低圧段部水口
開度を互いに相等しい開度関係に維持し、かつ前
記各可動ガイドベーンを中段部に設けた固定ベー
ン開度より小さくする制御を行なうことにより、
水口開度の変えられない固定ベーンを設けた中段
部については前記した最低圧段部水口開度が最高
圧段部の水口開度より小さくなるように各可動ガ
イドベーンの相対開度関係を維持した場合と同様
に第２図における□Ｏ→A₂の軌跡上で運転される
が最高圧段部と最低圧段部はともに同等に落差が
高く水力性能の高い□Ｏ→□Ｂの軌跡に沿つて運転さ
れるので、総合水力性能は、前記の最低圧段部水
口開度が最高圧段部の水口開度より小さくなるよ
うに各可動ガイドベーンの相対開度関係を維持し
ながら制御する場合と同等以上に向上させること
ができる。この場合最低圧段部の運転点は、前記
した最低圧段部水口開度を最高圧段部水口開度よ
り小さくなるように各可動ガイドベーンの相対開
度関係を維持しながら制御する場合より若干低落
差側の運転となるが、従来提案されている最高圧
段部の可動ガイドベーンのみを制御して流量調節
する場合の最低圧段部運転点である第２図中の
A₂点に比較すれば、極めて高落差側の運転とな
るので、前記した水力機械の吸出高さを比較的高
くとれる場合などには、最低圧段部で、振動騒音
をともなうホワール、キヤビテーシヨンが発生す
ることはない。 このように、本発明による多段水力機械は、水
車小流量運転時において、高性能でかつ振動、騒
音の少ない運転を行なえ、さらに水力性能の向上
に主眼を置いた制御あるいは、低振動低騒音運転
に主眼を置いた制御と目的に応じた運転制御が可
能である。 また、水力機械に作用する総合有効落差が与え
られた場合、入口弁制御による従来の多段水力機
械では、各段部の水口開度が固定されているの
で、第２図に示すように入口弁を全開した水車基
準運転状態□Ｏよりも流量の大きい領域での運転が
不可能であるが、本発明による多段水力機械では
最高圧段部の可動ガイドベーンおよび最低圧段部
の水口開度を基準開度a₀すなわち中段部固定ベー
ンの水口開度より相対的に過開にする調整制御を
行なえば、(5)式で与えられる落差関係のもとに基
準運転状態□Ｏよりも大きい流量領域で運転でき、
すなわち、基準運転状態□Ｏよりも大きな水車出力
を発生させることが可能である。

【表】 前記した最高圧段部のみに可動ガイドベーンを
設け、該可動ガイドベーンを制御することによつ
て流量調節を行なう多段水力機械でも、最高圧段
部可動ガイドベーン開度を最高圧段部を除く段部
に設けた固定ベーンの水口開度より大きくなるよ
うに制御することにより前記した基準運転点□Ｏよ
り大きな流量領域で運転できるが、本発明による
多段水力機械とその運転制御方法によれば前記し
た最高圧段部可動ガイドベーンのみを制御する場
合よりもさらに大きな流量領域で高性能の水車運
転が可能である。 以下、３段ポンプ水車を例にとり、第２図を参
照して説明する。 まず、最高圧段部のみに可動ガイドベーンを設
け、該可動ガイドベーンを制御して流量調節を行
なう多段水力機械において、基準水車運転状態点
□Ｏから最高圧段部可動ガイドベーンを過開し、最
大開度a_naxまで開いた場合、最高圧段部の運転点
は□Ｏ→□Ｄの軌跡を通過し、水口開度の変えられな
い他の段部は□Ｏ→F₁に沿つて運転されて、最高
圧段部可動ガイドベーンを最大開度にまで開いた
状態では水力機械を流通する最大流量はQ₁とな
る。一方、本発明による多段水力機械を基準運転
点□Ｏから、最高圧段部可動ガイドベーンと最低圧
段部可動ガイドベーンの各水口開度を等しい開度
関係に維持しながら最大開度a_naxにまで開口した
場合、最高圧段部および最低圧段部はともに□Ｏ→
□Ｅに沿つて、また、水口開度の変えられない固定
ベーンを設けた中段部は、□Ｏ→F₃に沿つてそれ
ぞれ運転され、前記各可動ガイドベーンが最大開
度a_naxにまで開いた状態では、水力機械を流通す
る流量は、前記の最高圧段部のみに可動ガイドベ
ーンを設けて該可動ガイドベーンのみを制御する
多段水力機械の最大流量Q₁を上まわるQ₂となり、
したがつて水車最大出力においても、前記の最高
圧段部可動ガイドベーンのみを制御する多段水力
機械の場合より大きくすることが可能となる。 ここで、第２図における□Ｅ点は、落差が低く水
力性能が低下した運転状態なので、流れのはく離
や、２次流れが発生しやすく特に問題となる出口
側水圧の低い最低圧段部では、振動、騒音をとも
なうホワールおキヤビテーシヨンの発生が予想さ
れるが、このような場合には、最低圧段部可動ガ
イドベーン水口開度を最高圧段部可動ガイドベー
ン水口開度より小さくする各可動ガイドベーンの
相対開度関係を維持しながら且つ最高圧段部と最
低圧段部を除く段部に設けられた固定ベーン水口
開度よりも前記各可動ガイドベーン水口開度を大
きくする制御を行なうことにより、第２図におい
て、最高圧段部は、□Ｏ→E₂に、最低圧段部は□Ｏ
→E₁、中段部は□Ｏ→F₂に沿つてそれぞれ運転
されるので、最低圧段部の運転点は、最高圧段部
可動ガイドベーンと最低圧段部可動ガイドベーン
の各水口開度を互いに相等しい開度関係に維持し
て制御する前記の場合よりも高落差側となり、振
動、騒音をともなうホワールやキヤビテーシヨン
の発生を抑制することができる。 この様に本発明からなる多段水力機械とその制
御方法によれば、水車定常運転の場合、最低圧段
部の可動ガイドベーンが形成する水口開度を最高
圧段部の可動ガイドベーンが形成する水口開度と
同じかもしくは、それ以下となる前記各可動ガイ
ドベーンの相対的開度関係を維持しながら、前記
各可動ガイドベーンの水口開度を流量の大きい運
転領域に対しては前記固定ガイドベーンの水口開
度よりも相対的に大きくなるように、また逆に流
量の小さい運転領域に対しては前記固定ガイドベ
ーンの水口開度よりも相対的に小さくなるように
それぞれ同時にあるいは別々に制御することによ
り、小流量運転領域では振動、騒音が極めて小さ
く、同時に水力性能も向上した安定した運転を行
なうことができ、大流量運転領域では、極めて大
きな水車最大出力を発生させることができるなど
極めて合理的に水力機械を運用できる。 次に本発明からなる多段水力機械のポンプ定常
運転時における水力特性上の作用効果について第
３図に示す３段水力機械の各段部の水力特性関係
図を参照して説明する。第３図においてH₁は最
高圧段部の揚程、H₂は中段部の揚程、H₃は最低
圧段部の揚程Ｑは流量、これらに添字Ｏを付けた
ものは各段部が水力的に同等の運転状態であるポ
ンプ基準運転状態点（図中□Ｏ点）における値、a₀
はポンプ基準運転状態時の各段部水口開度、a₁は
基準水口開度a₀より最高圧段部および最低圧段部
を過開にした場合の最高圧段部および最低圧段部
の水口開度、a_-1は基準水口開度a₀よりも最高圧
段部および最低圧段部を小開にした場合の最高圧
段部および最低圧段部の水口開度、△Ｅは最高効
率とのと相対差で表示したポンプの最高効率差で
ある。水力機械の総合揚程は第３図における流量
に対する各段部の揚程を各々合算して与えられ
る。第３図を参照して、入口弁を全開して各段部
が水力的に同等の運転状態であるポンプ基準運転
状態時□Ｏでは水力機械が発生する総合揚程H₀は、
各々同等の各段部揚程を合算して次式(6)で与えら
れる。

【表】 発電所の水位が基準運転時より上昇した場合、
水力機械は上昇水位に対応して基準揚程H₀より
も高い揚程でポンプ運転を行なう必要がある。こ
の場合、各段部に固定ベーンを備えた従来の多段
水力機械では、入口弁を全開にして各段部が固定
の基準水口開度a₀のまま運転を行なうので、図中
に示す□Ｏ→A₁の軌跡にそつて各段部とも相対的
に大きな開度の基準水口開度a₀のまま高揚程側の
小流量領域へ移行するため、各段部とも極めて水
力性能が低下した状態に陥り、したがつて水力機
械の総合水力性能を著しく低下せしめることにな
る。また最高圧段部のみに水口開度を調節可能な
可動ガイドベーンを備え、残りの段部には、水口
開度を一定開度に保つ固定ベーンを設け、最高圧
段部の可動ガイドベーンを開閉制御することによ
り運転制御を行なう多段水力機械の場合には、最
高圧段部のみは、最適開度状態にある□Ｏ→B₁の
軌跡にそつて運転点が移行されるが、ランナのポ
ンプ入口側水圧の低い最低圧段部は、基準水口開
度a₀の状態で高揚程側の運転点A₁へ移行するの
で、キヤビテーシヨンや２次流れの発生による振
動、騒音等が最低圧段部で発生しやすい。このよ
うな場合、本発明からなる多段水力機械では、最
高圧段部と最低圧段部をのぞく残りの段部は、基
準水口開度a₀の状態で高揚程側の点D₁へ移行す
るが、最高圧段部および最低圧段部については、
各段部の可動ガイドベーンの水口開度を基準水口
開度a₀より小開にする制御を行なうことにより、
次式(7)で与えられる揚程関係のもとに図中に示す
最適開度状態□Ｏ→C₁の軌跡にそつて高揚程側へ
移行させるので高い水力性能を維持できる上、さ
らにキヤビテーシヨン、２次流れによる振動騒音
を発生しやすい最低圧段部が、最適開度状態のも
とに運転されるので、静しゆくで安定したポンプ
運転を行なわせることができる。 H₁＝H₃＞H₂ (7) したがつてポンプ高揚程側の小流量領域におい
ても、本発明からなる多段水力機械では従来の多
段水力機械に比較して総合水力性能を著しく向上
させ、かつ振動、騒音、キヤビテーシヨンの発生
等の少ない運転が行なえる。上記の場合と逆に、
発電所の水位が基準運転時より下降した場合、水
力機械は下降水位に対応して基準揚程よりも低い
揚程でポンプ運転を行なう必要がある。この場
合、各段部に固定ベーンを備えた従来の多段水力
機械では、入口弁を全開して各段部が固定の基準
水口開度a₀のまま運転を行なうので、図中に示す
□Ｏ→A₂の軌跡にそつて各段部とも相対的に小開
度の基準水口開度a₀のまま低揚程側の大流量領域
へ移行するため、各段部とも水力性能が低下した
状態で運転され、したがつて総合水力性能を低下
せしめることになる。このような場合、本発明か
らなる多段水力機械では、最高圧段部と最低圧段
部をのぞく残りの段部は基準水口開度a₀の状態で
低揚程側へ移行するが、最高圧段部と最低圧段部
は基準水口開度a₀より過開にする制御を行なうこ
とにより、前記式(8)で与えられる揚程関係のもと
に図中に示す最適開度状態にある□Ｏ→B₂の軌跡
にそつて低揚程側へ移行させるので高い水力性能
を維持し、したがつて水力機械の総合水力性能を
向上させた運転が行なえる。 このように本発明からなる多段水力機械におい
ては、ポンプ定常運転時の場合でも、最高圧段部
と最低圧段部を除く残りの段部の固定ベーンが形
成する一定の水口開度に対して最高圧段部および
最低圧段部の可動ガイドベーンが形成する水口開
度を相対的に小開にする制御また相対的に過開に
する制御を行なうことにより、夫々高揚程側小流
量領域、また低揚程側の大流量領域での総合水力
性能を向上させて合理的に水力機械を運用でき
る。 上記した水車定常運転時及びポンプ定常運転時
の可動ガイドベーンの対応制御は第５図に示すブ
ロツク構成のように水位調整装置１３とガイドベ
ーン制御装置１４からなる制御システムを用い
て、これに連結させた各可動ガイドベーン２，７
の水口開度を前記したように水力的に安定した開
度になるように運転水位に対して調整制御するか
あるいは第６図に示すブロツク構成のように、負
荷調整装置１５とガイドベーン制御装置１４から
なる制御システムを用いてこれに連結させた各可
動ガイドベーン２，７の水口開度を前記したよう
に水力的に安定した開度となるように運転負荷に
対して調整制御することにより容易に行なえる。 以上述べたように最高圧段部および最低圧段部
のみに水口開度の調整できる可動ガイドベーンを
配設すると共に他の段部には水口開度が一定のま
まの固定ベーンを夫々設けて各可動ガイドベーン
を特定の開度関係のもとに制御することにより定
常運転時の水力特性を向上でき、しかも振動、騒
音が極めて小さく、極めて安定に運転制御が行な
える合理的で新規な多段水力機械を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多段水力機械の一例であ
る３段ポンプ水車を示した略示断面図、第２図は
同上実施例の３段ポンプ水車における各段部の水
車特性関係を示した説明図、第３図は同実施例の
３段ポンプ水車における各段部のポンプ特性関係
を示した説明図、第４図は本発明による実施例の
水車定常運転時における運転負荷とガイドベーン
水口開度関係を示した説明図、第５図および第６
図は３段ポンプ水車の定常運転時における運転制
御システムの構成例を示すブロツク図である。 １……最高圧段部ランナ、２……最高圧段部可
動ガイドベーン、３……中圧段部ランナ、４……
中圧段部固定ベーン、６……最低圧段部ランナ、
７……最低圧段部可動ガイドベーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、各段部が返し通路によつて連絡さ
   れている３段以上からなる多段水力機械におい
   て、前記最高圧段部と前記最低圧段部の各段部に
   は、ランナ外周に水口開度が変えられる可動ガイ
   ドベーンを、また他の残りの段部のランナの外周
   には、水口開度を一定のまま変えられない固定ガ
   イドベーンをそれぞれ設け、定常運転時に前記最
   低圧段部可動ガイドベーンの水口開度を前記最高
   圧段部可動ガイドベーンの水口開度と同じもしく
   はそれ以下となるように前記各可動ガイドベーン
   の開度関係を維持しながら前記各可動ガイドベー
   ンの水口開度を流量の大きい運転領域に対しては
   前記固定ガイドベーンの水口開度よりも相対的に
   過開になるように、また逆に流量の小さい運転領
   域に対しては前記固定ガイドベーンの水口開度よ
   りも相対的に小開になるように、それぞれ斉一に
   あるいは別々に制御して運転制御を行なうように
   したことを特徴とする多段水力機械の運転方法。