JPS648189B2 - - Google Patents
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- JPS648189B2 JPS648189B2 JP55110248A JP11024880A JPS648189B2 JP S648189 B2 JPS648189 B2 JP S648189B2 JP 55110248 A JP55110248 A JP 55110248A JP 11024880 A JP11024880 A JP 11024880A JP S648189 B2 JPS648189 B2 JP S648189B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B15/00—Controlling
- F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
- F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
- F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は水車、ポンプ水車などの水車運転制御
装置に係り、特に上下池と水車との距離が長いつ
まり導水管路が長い場合の水車運転に好適な制御
方法及び装置に関する。
装置に係り、特に上下池と水車との距離が長いつ
まり導水管路が長い場合の水車運転に好適な制御
方法及び装置に関する。
水力発電設備は、第１図に示すように、上下池
１，８を結ぶ密閉管である上流側の水圧鉄管３と
下流側のドラフトチユーブ７との間に水車２０及
び発電機１５を備えている。水車２０はケーシン
グ４、ケーシング４の内側に位置するランナ６、
ケーシング４とランナ６との間におかれ、ケーシ
ング４からランナ６へ流入する水量を調節する複
数枚のガイドベーン５、ランナ６の回転を前記発
電機１５に伝達するシヤフト１４及び水圧鉄管３
とケーシング４との間に介在された入口弁１２と
より構成され、上池１の水は水圧鉄管３を流下
し、入口弁１２、ケーシング４、ガイドベーン５
を通つてランナ６に当つてこれを回転させ、次い
でドラフトチユーブ７を通つて下池８に流入す
る。ランナの回転はシヤフト１４を介して発電機
１５に伝達され、発電機が回転させられて発電を
行なう。
１，８を結ぶ密閉管である上流側の水圧鉄管３と
下流側のドラフトチユーブ７との間に水車２０及
び発電機１５を備えている。水車２０はケーシン
グ４、ケーシング４の内側に位置するランナ６、
ケーシング４とランナ６との間におかれ、ケーシ
ング４からランナ６へ流入する水量を調節する複
数枚のガイドベーン５、ランナ６の回転を前記発
電機１５に伝達するシヤフト１４及び水圧鉄管３
とケーシング４との間に介在された入口弁１２と
より構成され、上池１の水は水圧鉄管３を流下
し、入口弁１２、ケーシング４、ガイドベーン５
を通つてランナ６に当つてこれを回転させ、次い
でドラフトチユーブ７を通つて下池８に流入す
る。ランナの回転はシヤフト１４を介して発電機
１５に伝達され、発電機が回転させられて発電を
行なう。
図中２及び１３は夫々入口ゲイト、ドラフトゲ
イトであり、水車運転中は、入口弁１２とともに
開放状態に保たれる。即ち通常の水車運転中は、
水車ランナ６への流入水量を調節する水車２０が
有するガイドベーン５のみが、水圧鉄管３及びド
ラフトチユーブ７が構成する水路系２１の流量調
節手段として唯一存在するのである。そしてガイ
ドベーン５は、発電機１５に要求される負荷に応
じて開閉し、ランナ６への流入水量を調節する。
イトであり、水車運転中は、入口弁１２とともに
開放状態に保たれる。即ち通常の水車運転中は、
水車ランナ６への流入水量を調節する水車２０が
有するガイドベーン５のみが、水圧鉄管３及びド
ラフトチユーブ７が構成する水路系２１の流量調
節手段として唯一存在するのである。そしてガイ
ドベーン５は、発電機１５に要求される負荷に応
じて開閉し、ランナ６への流入水量を調節する。
このように構成された水力発電設備において、
例えば発電機に要求される負荷が大巾に低下した
と仮定すると、ガイドベーン５は該低下した負荷
に応じた開度まで閉鎖される。ガイドベーン５は
負荷の増減の程度に応じてその開度速度は増減す
るから、大巾な負荷の低減の場合には、急速な閉
動作を行なう。
例えば発電機に要求される負荷が大巾に低下した
と仮定すると、ガイドベーン５は該低下した負荷
に応じた開度まで閉鎖される。ガイドベーン５は
負荷の増減の程度に応じてその開度速度は増減す
るから、大巾な負荷の低減の場合には、急速な閉
動作を行なう。
この状態を水路系２１についてみると、水圧鉄
管３及びドラフトチユーブ７内の水量が急激に低
下することになり、水車２０の上流側の水圧鉄管
３の水圧が急上昇（ΔP0）することになる。この
ために水圧鉄管３を、水車２０の運転上考えられ
る水圧上昇に見合つて強度的に充分な板厚をもつ
て製作しなければならない。又ドラフトチユーブ
７内では急激な水圧降下を生じ、水車２０の下流
側では−ΔPL0の水圧下降が生じ水柱分離という
極めて不都合な現象が生じる場合があり、このド
ラフトチユーブ７についても前記水圧鉄管３と同
様、充分な板厚としなければならない。
管３及びドラフトチユーブ７内の水量が急激に低
下することになり、水車２０の上流側の水圧鉄管
３の水圧が急上昇（ΔP0）することになる。この
ために水圧鉄管３を、水車２０の運転上考えられ
る水圧上昇に見合つて強度的に充分な板厚をもつ
て製作しなければならない。又ドラフトチユーブ
７内では急激な水圧降下を生じ、水車２０の下流
側では−ΔPL0の水圧下降が生じ水柱分離という
極めて不都合な現象が生じる場合があり、このド
ラフトチユーブ７についても前記水圧鉄管３と同
様、充分な板厚としなければならない。
ドラフトチユーブ７については、水車２０の位
置を、下池８の水位との高さ所謂吸出し高さHs
が充分に大きくなるように設定し、ドラフトチユ
ーブ７内の水圧を高くするようにすれば、水圧降
下に対して有効であるが、吸出し高さHsを大き
くとるということは水車２０の設置位置を低くす
ることであり土木工事費の面から有効な対策とは
言えない。
置を、下池８の水位との高さ所謂吸出し高さHs
が充分に大きくなるように設定し、ドラフトチユ
ーブ７内の水圧を高くするようにすれば、水圧降
下に対して有効であるが、吸出し高さHsを大き
くとるということは水車２０の設置位置を低くす
ることであり土木工事費の面から有効な対策とは
言えない。
以上のようなガイドベーン５の急閉鎖による水
圧変動は、水圧鉄管３、ドラフトチユーブ７等の
導水路が長くなる程流水のエネルギーが強大なも
のとなり、顕著に表れる傾向にある。即ち水圧鉄
管３の長さをLU、ドラフトチユーブ７の長さを
LDとし、水の流速をＶとすれば、水圧変動の大
きさは夫々、LU・Ｖ，LD・Ｖに比例し、流速Ｖ
が一定であれば夫々LU，LDに比例する。
圧変動は、水圧鉄管３、ドラフトチユーブ７等の
導水路が長くなる程流水のエネルギーが強大なも
のとなり、顕著に表れる傾向にある。即ち水圧鉄
管３の長さをLU、ドラフトチユーブ７の長さを
LDとし、水の流速をＶとすれば、水圧変動の大
きさは夫々、LU・Ｖ，LD・Ｖに比例し、流速Ｖ
が一定であれば夫々LU，LDに比例する。
この水圧変動を緩和する手段としては次のこと
が考えられる。
が考えられる。
１ ガイドベーン５を緩閉鎖するように、ガイド
ベーン５の制御系を構成する。
ベーン５の制御系を構成する。
２ 水車２０をバイパスするバイパス管路を設
け、該管路に流量調節弁を取付けて、ガイドベ
ーン５とは逆の開閉動作をさせる。
け、該管路に流量調節弁を取付けて、ガイドベ
ーン５とは逆の開閉動作をさせる。
３ 水圧鉄管３、ドラフトチユーブ７の径を大き
くする。
くする。
４ 水路系２１にサージタンクを設置する。
しかしながらこれらの水圧変動緩和手段はいず
れも性能的にもしくは経済的に不都合であり有効
な水圧変動緩和の解決手段ではない。
れも性能的にもしくは経済的に不都合であり有効
な水圧変動緩和の解決手段ではない。
即ち上記１の解決手段では、ランナ６の回転数
制御を司る図示しないガバナの機能を制限するこ
とであり、ガイドベーン５の開閉速度を緩やかに
することは負荷の増減にランナ６（発電機１５）
の回転数が即座に追従せず、前記回転数は大巾に
上昇、下降することとなり水車制御の性能上不満
足である。このためには発電機１５の慣性効果を
増せば良いが、これは経済的でない。
制御を司る図示しないガバナの機能を制限するこ
とであり、ガイドベーン５の開閉速度を緩やかに
することは負荷の増減にランナ６（発電機１５）
の回転数が即座に追従せず、前記回転数は大巾に
上昇、下降することとなり水車制御の性能上不満
足である。このためには発電機１５の慣性効果を
増せば良いが、これは経済的でない。
２〜４の手段は、新な構成物を設置するかもし
くは大径の導水管に見合つた堀削量の土木費の増
加などから経済的に不都合である。又バイパス管
路を設置した場合には、有効水を常に下流側へ放
出することになりこの点からも得策ではない。
くは大径の導水管に見合つた堀削量の土木費の増
加などから経済的に不都合である。又バイパス管
路を設置した場合には、有効水を常に下流側へ放
出することになりこの点からも得策ではない。
更に１の手段の場合、調速機の不安定現象も惹
起する。即ち例えば回転数が上昇した場合調速機
は流量調節手段、即ちガイドベーン５を閉め込む
がこの結果水車２０の上流側水圧が一時的に上昇
し下流側水圧が一時的に下降して水車にかかる有
効落差が一時的に増加し、水車の実出力は減少す
る前に一時的に増加方向に振られ、回転数の上昇
を一時的乍ら助長する作用をする。
起する。即ち例えば回転数が上昇した場合調速機
は流量調節手段、即ちガイドベーン５を閉め込む
がこの結果水車２０の上流側水圧が一時的に上昇
し下流側水圧が一時的に下降して水車にかかる有
効落差が一時的に増加し、水車の実出力は減少す
る前に一時的に増加方向に振られ、回転数の上昇
を一時的乍ら助長する作用をする。
この水圧上昇によるガバナ阻害作用即ち不安定
化作用も管路長LUやLDが長くなればなる程激し
くなる。
化作用も管路長LUやLDが長くなればなる程激し
くなる。
本発明は以上の事柄にかんがみなされたもの
で、導水管内の水圧変動を効果的にかつ経済的に
緩和することができる水車の運転制御装置を提供
することを目的とするものであり、本発明によれ
ば、水路系の流量調整手段の閉動作と連動して、
水路系への流量水量又は及び水路系からの流出水
量が調整される水車の運転制御方法及び水路系流
量調節手段を備えた水車の運転制御装置が提供さ
れる。
で、導水管内の水圧変動を効果的にかつ経済的に
緩和することができる水車の運転制御装置を提供
することを目的とするものであり、本発明によれ
ば、水路系の流量調整手段の閉動作と連動して、
水路系への流量水量又は及び水路系からの流出水
量が調整される水車の運転制御方法及び水路系流
量調節手段を備えた水車の運転制御装置が提供さ
れる。
以下第２図〜第７図に基づき本発明を説明す
る。第２図に示すものは水圧鉄管３の上流端に第
２の水路流量調節手段としての管路流量調節弁９
を設けたもので、この管路流量調節弁９は後述す
る制御装置によりガイドベーン５（第１の流量調
節手段）の閉動作に連動するものである。
る。第２図に示すものは水圧鉄管３の上流端に第
２の水路流量調節手段としての管路流量調節弁９
を設けたもので、この管路流量調節弁９は後述す
る制御装置によりガイドベーン５（第１の流量調
節手段）の閉動作に連動するものである。
即ちガイドベーン５が閉動作をしたとき、管路
流量調節弁９も閉動作をなすもので、今これらが
同時に閉動作をした場合を考えてみる。
流量調節弁９も閉動作をなすもので、今これらが
同時に閉動作をした場合を考えてみる。
この場合ガイドベーン５の上流で水圧上昇ΔP1
が起こり管路流量調節弁９の下流で水圧降下−
ΔP2が起きる。
が起こり管路流量調節弁９の下流で水圧降下−
ΔP2が起きる。
ところで管路調節弁９が無い時、即ち第１図で
はガイドベーン５の上流で水圧上昇ΔP0が起き
る。
はガイドベーン５の上流で水圧上昇ΔP0が起き
る。
ここで ΔP1＋ΔP2＝ΔP0の関係がある。
ΔP1とΔP2はガイドベーン５の流量絞り効果と
管路流量調節弁９の流量絞り効果が略同一であれ
ば、ほぼ同じであるので ΔP1≒0.5ΔP0となる。
管路流量調節弁９の流量絞り効果が略同一であれ
ば、ほぼ同じであるので ΔP1≒0.5ΔP0となる。
即ち水圧鉄管３には、従前の水力発電設備の約
半分の水圧上昇しか生じないことになる。
半分の水圧上昇しか生じないことになる。
例えばLU＝1800m、Ｖ＝8m／秒、有効落差
360mとした場合、ガイドベーン５を６秒で閉鎖
すると、ΔP0は水頭約360mであるが、ΔP1は約
180mということであり、水圧鉄管３の強度は、
従前では静水圧の約２倍の水圧に耐えるようにす
る必要があるが、管路流量調節弁９を閉動作させ
ることによつて約1.5倍の水圧に耐えれば良い。
又換言すれば、水圧鉄管３内の水のエネルギー
を、その上端で管路流量調節弁９により、下流端
でガイドベーン５により夫々約均等に負担するか
ら、水圧鉄管１２、LU／２長さの水圧鉄管分の
水の慣性エネルギーを受けとめた管路流量調節弁
９とガイドベーン５とに夫々均等に負担するか
ら、夫々LU／２の長さ分の水圧鉄管の慣性エネ
ルギーを受けもてばよいことになる。
360mとした場合、ガイドベーン５を６秒で閉鎖
すると、ΔP0は水頭約360mであるが、ΔP1は約
180mということであり、水圧鉄管３の強度は、
従前では静水圧の約２倍の水圧に耐えるようにす
る必要があるが、管路流量調節弁９を閉動作させ
ることによつて約1.5倍の水圧に耐えれば良い。
又換言すれば、水圧鉄管３内の水のエネルギー
を、その上端で管路流量調節弁９により、下流端
でガイドベーン５により夫々約均等に負担するか
ら、水圧鉄管１２、LU／２長さの水圧鉄管分の
水の慣性エネルギーを受けとめた管路流量調節弁
９とガイドベーン５とに夫々均等に負担するか
ら、夫々LU／２の長さ分の水圧鉄管の慣性エネ
ルギーを受けもてばよいことになる。
第３図は、水圧鉄管３の途中に更に第３の水路
流量調節手段として管路流量調節弁１０を設けた
ものであり、これもガイドベーン５の閉動作と連
動して閉動作するものである。
流量調節手段として管路流量調節弁１０を設けた
ものであり、これもガイドベーン５の閉動作と連
動して閉動作するものである。
この場合には更に水圧鉄管３の長さは1/3にな
つたのと等価である。
つたのと等価である。
第４図に示すものは、ドラフトチユーブ７の下
流端に第４の水路流量調節手段として管路流量調
節弁１１を設けたものである。
流端に第４の水路流量調節手段として管路流量調
節弁１１を設けたものである。
この場合にはガイドベーンと管路流量調節弁１
１が同時に閉められるので水車の下流側に−
ΔPL1が生じ、管路流量調節弁１１の上流側に＋
ΔPL2が生じこの合成圧−（ΔPL1＋ΔPL2）が管路
流量調節弁１１が無い場合の水車下流側の−
ΔPL0に相当する。
１が同時に閉められるので水車の下流側に−
ΔPL1が生じ、管路流量調節弁１１の上流側に＋
ΔPL2が生じこの合成圧−（ΔPL1＋ΔPL2）が管路
流量調節弁１１が無い場合の水車下流側の−
ΔPL0に相当する。
即ち−ΔPL1≒−（ΔPL0−ΔPL2）となり、水車
の下流側に生ずる圧力降下を著しく低減できる。
これは丁度下流側管路の長さを実質的に縮減する
ことに相当する。
の下流側に生ずる圧力降下を著しく低減できる。
これは丁度下流側管路の長さを実質的に縮減する
ことに相当する。
かくして水柱分離の可能性も回避できることに
なる。換言すれば吸出し高さHsを浅くしてもよ
いことになり、即ちドラフトチユーブを含む水車
全体の据付位置が高くとれることになり、堀削費
が大巾に軽減できることになる。
なる。換言すれば吸出し高さHsを浅くしてもよ
いことになり、即ちドラフトチユーブを含む水車
全体の据付位置が高くとれることになり、堀削費
が大巾に軽減できることになる。
管路流量調節弁９〜１１は、以上のように水路
系２１の任意の位置に任意数Ｎ個を設けて所期の
目的を達成することができるが、水圧鉄管３の途
中に設けることは、例えば地下式発電所などの場
合には設置作業上困難が伴なうので、設置位置と
しては第２図及び第３図に示すように、水圧鉄管
３の上流側端及びドラフトチユーブの下流側端が
望ましい。
系２１の任意の位置に任意数Ｎ個を設けて所期の
目的を達成することができるが、水圧鉄管３の途
中に設けることは、例えば地下式発電所などの場
合には設置作業上困難が伴なうので、設置位置と
しては第２図及び第３図に示すように、水圧鉄管
３の上流側端及びドラフトチユーブの下流側端が
望ましい。
又一台の管路流量調節弁を設置する場合、水車
２０にあまり接近して設置することは、前述の効
果が低減する方向であることは、水エネルギーの
分担あるいは水圧上昇の緩和の点から明らかであ
り、少くとも水圧鉄管３の中間より上流側、ドラ
フトチユーブの中間より下流側であることが望ま
しい。即ち例えば二つの流量調節手段が分担する
水エネルギーは夫々1/2が最も効果的であり、又
水圧上昇の分担も1/2が効果的であることによる
ものである。
２０にあまり接近して設置することは、前述の効
果が低減する方向であることは、水エネルギーの
分担あるいは水圧上昇の緩和の点から明らかであ
り、少くとも水圧鉄管３の中間より上流側、ドラ
フトチユーブの中間より下流側であることが望ま
しい。即ち例えば二つの流量調節手段が分担する
水エネルギーは夫々1/2が最も効果的であり、又
水圧上昇の分担も1/2が効果的であることによる
ものである。
次に第５図を基に管路流量調節弁及びその制御
装置について説明する。
装置について説明する。
管路流量調節弁９〜１１は、筒状の弁ボデ１０
２と、弁ボデイ１０２の内側に複数枚の流線に沿
つて長い放射状のリブ１０２Ｂにより支持された
流線に平行な軸をもつ弁ボデイ１０２の内面との
間で流路１５０を形成する筒状のガイド部１０２
Ａと、ガイド部１０２Ａ内を軸方向に摺動するバ
ルブプラグ１０１と、バルブプラグ１０１内に位
置し、ガイド部１０２Ａに固定されたシリンダー
１０５と、シリンダー１０５内を往復動するピス
トン１０４と、ピストン１０４に取付けられた、
先端にニードル部１０４Ａが形成されているピス
トンロツド１０４Ｃ及びピストン１０４に連結さ
れた操作桿１０４Ｄとより構成されている。
２と、弁ボデイ１０２の内側に複数枚の流線に沿
つて長い放射状のリブ１０２Ｂにより支持された
流線に平行な軸をもつ弁ボデイ１０２の内面との
間で流路１５０を形成する筒状のガイド部１０２
Ａと、ガイド部１０２Ａ内を軸方向に摺動するバ
ルブプラグ１０１と、バルブプラグ１０１内に位
置し、ガイド部１０２Ａに固定されたシリンダー
１０５と、シリンダー１０５内を往復動するピス
トン１０４と、ピストン１０４に取付けられた、
先端にニードル部１０４Ａが形成されているピス
トンロツド１０４Ｃ及びピストン１０４に連結さ
れた操作桿１０４Ｄとより構成されている。
バルブプラグ１０１は、円筒形状の下流側端が
円錐形に集束し、その中心には穴１０１Ｃが穿設
されており、穴１０１Ｃの内側は前記ニードル部
１０４Ａと対向している。又バルブプラグ１０１
の内部には軸方向に適当な間隔をもつて二枚の突
起１０１Ａ及び１０１Ｂが形成され、突起１０１
Ａと１０１Ｂとの間には、突起の夫々に対向す
る、前記ピストンロツド１０４Ｃに形成された円
板１０４Ｂが突起の夫々と適当な間隔をもつて位
置している。
円錐形に集束し、その中心には穴１０１Ｃが穿設
されており、穴１０１Ｃの内側は前記ニードル部
１０４Ａと対向している。又バルブプラグ１０１
の内部には軸方向に適当な間隔をもつて二枚の突
起１０１Ａ及び１０１Ｂが形成され、突起１０１
Ａと１０１Ｂとの間には、突起の夫々に対向す
る、前記ピストンロツド１０４Ｃに形成された円
板１０４Ｂが突起の夫々と適当な間隔をもつて位
置している。
ガイド部１０２Ａの内側に形成されたシリンダ
１０５を支持する突起１０２Ｃには、穴１０２Ｄ
が穿設され、ガイド部１０２Ａの上流端に穿設さ
れた穴１０２Ｅから入つた圧力水を、突起１０１
Ａ，１０１Ｂに穿設された穴１０１Ｂ１及び１０
１Ａ１を通して前記穴１０１Ｃに連通させる。
１０５を支持する突起１０２Ｃには、穴１０２Ｄ
が穿設され、ガイド部１０２Ａの上流端に穿設さ
れた穴１０２Ｅから入つた圧力水を、突起１０１
Ａ，１０１Ｂに穿設された穴１０１Ｂ１及び１０
１Ａ１を通して前記穴１０１Ｃに連通させる。
弁ボデイ１０２の上流側にはフランジ１０２Ｆ
が形成され、水圧鉄管３もしくはドラフトチユー
ブ７と連結され、下流側にはバルブシート１０３
が取付けられ、このバルブシート１０３をもつて
水圧鉄管３もしくはドラフトチユーブ７に連結さ
れる。
が形成され、水圧鉄管３もしくはドラフトチユー
ブ７と連結され、下流側にはバルブシート１０３
が取付けられ、このバルブシート１０３をもつて
水圧鉄管３もしくはドラフトチユーブ７に連結さ
れる。
操作桿１０４Ｄは、一部の放射状リブ１０２Ｂ
に形成された空間１０２Ｇに位置し、ピストン１
０４の往復動とともに動作して、この動きは、前
記空間１０２Ｇを形成するリブ内面に取付けられ
たプーリ１０６Ａ及び例えば管路流量調節弁９〜
１１の付近に設けられた、図示しない制御室の固
定部に取付けられたプーリ１０６Ｂに巻き回され
たリターンワイヤ１０６をもつて管路流量調節弁
９〜１１の外部に伝達される。リターンワイヤ１
０６の一端は操作桿１０４Ｄに、他端はウエイト
１０６Ｃに連結され、リターンワイヤ１０６には
常にウエイト１０６Ｃの重量分の張力が作用して
いて、操作桿１０４Ｄの動きはプーリ１０６Ｂの
回転によりポテンシヨメータ１０７に伝えられ
る。
に形成された空間１０２Ｇに位置し、ピストン１
０４の往復動とともに動作して、この動きは、前
記空間１０２Ｇを形成するリブ内面に取付けられ
たプーリ１０６Ａ及び例えば管路流量調節弁９〜
１１の付近に設けられた、図示しない制御室の固
定部に取付けられたプーリ１０６Ｂに巻き回され
たリターンワイヤ１０６をもつて管路流量調節弁
９〜１１の外部に伝達される。リターンワイヤ１
０６の一端は操作桿１０４Ｄに、他端はウエイト
１０６Ｃに連結され、リターンワイヤ１０６には
常にウエイト１０６Ｃの重量分の張力が作用して
いて、操作桿１０４Ｄの動きはプーリ１０６Ｂの
回転によりポテンシヨメータ１０７に伝えられ
る。
シリンダ１０５には、点線で示す圧油の給排管
１５１，１５２が接続され、配圧弁１２２からの
圧油を受けてピストン１０４は図示の左右に往復
動し、ピストンロツド１０４Ｃの右動に伴なつ
て、ニードル部１０４Ａが穴１０１Ｃを塞ぐとと
もに円板部１０４Ｂは突起１０１Ａに接触してバ
ルブプラグ１０１をも右動させ、流路１５０を絞
る。
１５１，１５２が接続され、配圧弁１２２からの
圧油を受けてピストン１０４は図示の左右に往復
動し、ピストンロツド１０４Ｃの右動に伴なつ
て、ニードル部１０４Ａが穴１０１Ｃを塞ぐとと
もに円板部１０４Ｂは突起１０１Ａに接触してバ
ルブプラグ１０１をも右動させ、流路１５０を絞
る。
配圧弁１２２はプランジヤ１１８を有し、常時
作用している圧油P01はプランジヤ１１８の上動
により圧油の給排管１５１もしくは１５２に連通
され、給排管１５１に連通したときはピストン１
０４が右動し、バルブプラグ１０１は閉方向へ動
作し、１５２に通じたときは逆にバルブプラグ１
０１は開方向へ動作する。配圧弁プランジヤ１１
８の上部にはサーボモータ部１１８Ａが形成さ
れ、上側には圧油P02が作用し、下側はパイロツ
トブツシング１１４に圧油給排管１５３をもつて
連通されている。サーボモータ１１８Ａは差圧ピ
ストンとなつており、上側の受圧面積は下側のそ
れより小さい。従つて下側に圧油が導かれるとサ
ーボモータ１１８Ａは上動する。
作用している圧油P01はプランジヤ１１８の上動
により圧油の給排管１５１もしくは１５２に連通
され、給排管１５１に連通したときはピストン１
０４が右動し、バルブプラグ１０１は閉方向へ動
作し、１５２に通じたときは逆にバルブプラグ１
０１は開方向へ動作する。配圧弁プランジヤ１１
８の上部にはサーボモータ部１１８Ａが形成さ
れ、上側には圧油P02が作用し、下側はパイロツ
トブツシング１１４に圧油給排管１５３をもつて
連通されている。サーボモータ１１８Ａは差圧ピ
ストンとなつており、上側の受圧面積は下側のそ
れより小さい。従つて下側に圧油が導かれるとサ
ーボモータ１１８Ａは上動する。
サーボモータ１１８Ａの上部には円板１１８Ｂ
が連結されており、固定部に植設されたボルト１
２１に螺合された、円板１１８Ｂの上下に位置す
るナツト１１９，１２０により上下方向一の動き
量が制限される。即ちプランジヤー１１８の動き
が制限され、圧油P01の、給排管１５１，１５２
への通油量が制限され、ピストン１０４の移動速
度つまりバルブプラグ１０１の移動速度が制御さ
れる。この実施例では、後述の理由により、バル
ブプラグ１０１の開動作が緩やかになるように調
整されている。円板１１８Ｂを取付けているロツ
ド１１８Ｃには他端が固定部に取付けられた支点
に連結されているレバー１１７が連結され、レバ
ー１１７の中間位置には受皿１１７Ｂが形成され
ていて、この受皿の下部には前記パイロツトブツ
シング１１４の上端がばね１１５により押圧され
押しつけられている。又受皿１１７Ｂを貫通し
て、パイロツトブツシング１１４内を上下動する
パイロツトプランジヤー１１３が設けられ、その
上端には固定されたマグネツト１１０に水平方向
に対向するように可動コイル１１２が設けられて
いて、ばね１１１により常に所定の対向位置にあ
るようになされている。パイロツトブツシング１
１４は上下動可能となつており又圧油P03が常時
作用している。前記可動コイル１１２には、演算
増巾器からの信号Ecが入り、この信号の強弱に
よつて可動コイル１１２の磁束が変化し、パイロ
ツトプランジヤー１１３を上下動させる。演算増
巾器１０８には前記ポテンシヨメータ１０７から
の信号Efがフイードバツクされ、又後述する第
１の水路流量調節手段（ガイドベーン５）の操作
装置からの信号Esが入つている。
が連結されており、固定部に植設されたボルト１
２１に螺合された、円板１１８Ｂの上下に位置す
るナツト１１９，１２０により上下方向一の動き
量が制限される。即ちプランジヤー１１８の動き
が制限され、圧油P01の、給排管１５１，１５２
への通油量が制限され、ピストン１０４の移動速
度つまりバルブプラグ１０１の移動速度が制御さ
れる。この実施例では、後述の理由により、バル
ブプラグ１０１の開動作が緩やかになるように調
整されている。円板１１８Ｂを取付けているロツ
ド１１８Ｃには他端が固定部に取付けられた支点
に連結されているレバー１１７が連結され、レバ
ー１１７の中間位置には受皿１１７Ｂが形成され
ていて、この受皿の下部には前記パイロツトブツ
シング１１４の上端がばね１１５により押圧され
押しつけられている。又受皿１１７Ｂを貫通し
て、パイロツトブツシング１１４内を上下動する
パイロツトプランジヤー１１３が設けられ、その
上端には固定されたマグネツト１１０に水平方向
に対向するように可動コイル１１２が設けられて
いて、ばね１１１により常に所定の対向位置にあ
るようになされている。パイロツトブツシング１
１４は上下動可能となつており又圧油P03が常時
作用している。前記可動コイル１１２には、演算
増巾器からの信号Ecが入り、この信号の強弱に
よつて可動コイル１１２の磁束が変化し、パイロ
ツトプランジヤー１１３を上下動させる。演算増
巾器１０８には前記ポテンシヨメータ１０７から
の信号Efがフイードバツクされ、又後述する第
１の水路流量調節手段（ガイドベーン５）の操作
装置からの信号Esが入つている。
しかして、ガイドベーン５の閉信号Esが入つ
たとき、演算増巾器１０８はそれに応じた信号
Ecを出し、可動コイル１１２のの磁束を変化さ
せこれを下動させる。この下動に伴ないパイロツ
トプランジヤー１１３も下動し、パイロツトブツ
シング１１４に連結されている圧油の給排管１５
３は、ドレンPD2に連通する。給排管１５３がド
レンにつながるとサーボモータ１１８Ａの上側に
作用している圧油P02により、プランジヤー１１
８は下動し、配圧弁１２２に入つている圧油P01
は給排管１５１に通じ、ピストン１０４を閉方向
に移動させる。ピストン１０４の閉方向移動つま
り図示における右動は、最初ピストンロツド１０
４Ｃに形成されたニードル部１０４Ａによる穴１
０１Ｃの閉塞という動作がなされる。穴１０１Ｃ
が閉塞される結果、バルブプラグ１０１内の圧力
Pv1は環状の流路１５０の圧力Pv2よりも大きくな
る。即ち流路１５０内は流水により圧力が低下し
ているからである。尚穴１０１Ｃが開放している
ときには、穴１０１Ｃから圧力が解放されること
になり、バルブプラグ１０１内は圧力が低い。
たとき、演算増巾器１０８はそれに応じた信号
Ecを出し、可動コイル１１２のの磁束を変化さ
せこれを下動させる。この下動に伴ないパイロツ
トプランジヤー１１３も下動し、パイロツトブツ
シング１１４に連結されている圧油の給排管１５
３は、ドレンPD2に連通する。給排管１５３がド
レンにつながるとサーボモータ１１８Ａの上側に
作用している圧油P02により、プランジヤー１１
８は下動し、配圧弁１２２に入つている圧油P01
は給排管１５１に通じ、ピストン１０４を閉方向
に移動させる。ピストン１０４の閉方向移動つま
り図示における右動は、最初ピストンロツド１０
４Ｃに形成されたニードル部１０４Ａによる穴１
０１Ｃの閉塞という動作がなされる。穴１０１Ｃ
が閉塞される結果、バルブプラグ１０１内の圧力
Pv1は環状の流路１５０の圧力Pv2よりも大きくな
る。即ち流路１５０内は流水により圧力が低下し
ているからである。尚穴１０１Ｃが開放している
ときには、穴１０１Ｃから圧力が解放されること
になり、バルブプラグ１０１内は圧力が低い。
圧力Pv1が高いということは、バルブプラグ１
０１の右動を助長し、スムーズな動作を可能とす
る。
０１の右動を助長し、スムーズな動作を可能とす
る。
穴１０１Ｃの閉塞と同時に円板部１０４Ｂは突
起１０１Ａに接触し圧力Pv1とともにバルブプラ
グ１０１を右動させ、流路１５０を絞る。
起１０１Ａに接触し圧力Pv1とともにバルブプラ
グ１０１を右動させ、流路１５０を絞る。
ピストン１０４の動きは、操作桿１０４Ｄ、リ
ターンワイヤ１０６及びポテンシヨメータ１０７
を介して、信号Efとして演算増巾器１０８へ戻さ
れる。バルブプラグ１０１の右動が、信号Esに応
じた適当なものとなつたとき、そのフイードバツ
ク信号Efをもつて演算増巾器１０８は、前記と逆
の信号即ち可動コイル１１２の上動信号Ecを出
す。
ターンワイヤ１０６及びポテンシヨメータ１０７
を介して、信号Efとして演算増巾器１０８へ戻さ
れる。バルブプラグ１０１の右動が、信号Esに応
じた適当なものとなつたとき、そのフイードバツ
ク信号Efをもつて演算増巾器１０８は、前記と逆
の信号即ち可動コイル１１２の上動信号Ecを出
す。
一方配圧弁１２２のプランジヤー１１８が下動
したときロツド１１８Ｃも同時に下動し、この動
きはレバー１１７の左回転となつてパイロツトブ
ツシング１１４を受皿１１７Ｂにより押し下げ
る。パイロツトブツシング１１４がパイロツトプ
ランジヤー１１３の下動量と同量下動したとき給
排管１５３とドレンPD2との連通が断たれ、従つ
てプランジヤー１１８の下動も停止する。プラン
ジヤー１１８の下動量は円板１１８Ｂがナツト１
２０に接触されるまで可能であるが、この下動量
は充分に大きく、つまりピストン１０４の右動速
度がガイドベーン５の閉速度と同程度となり夫々
の流路の閉鎖割合が同等となる程度に設定されて
いる。このようにすれば、例えば第２図の状態で
前述のようにΔP2≒ΔP1とすることができる。
したときロツド１１８Ｃも同時に下動し、この動
きはレバー１１７の左回転となつてパイロツトブ
ツシング１１４を受皿１１７Ｂにより押し下げ
る。パイロツトブツシング１１４がパイロツトプ
ランジヤー１１３の下動量と同量下動したとき給
排管１５３とドレンPD2との連通が断たれ、従つ
てプランジヤー１１８の下動も停止する。プラン
ジヤー１１８の下動量は円板１１８Ｂがナツト１
２０に接触されるまで可能であるが、この下動量
は充分に大きく、つまりピストン１０４の右動速
度がガイドベーン５の閉速度と同程度となり夫々
の流路の閉鎖割合が同等となる程度に設定されて
いる。このようにすれば、例えば第２図の状態で
前述のようにΔP2≒ΔP1とすることができる。
バルブプラグ１０１は、信号Esに応じた開度ま
で閉鎖したとき又は後述のようにガイドベーン５
の開度が安定したときには再び図示の開位置へ開
放される。この開放時には可動コイル１１２が上
動してプランジヤー１１８が上動するが、この上
動量は円板１１８Ｂがナツト１１９に接触するこ
とにより制限される。上動が制限されたプランジ
ヤー１１８の位置は、圧油P01を給排管１５２に
少量送り込む位置即ち給排管１５２の配圧弁１２
２の開口部の一部を覆う位置であり、ピストン１
０４の左動は、その右動程速くはない。このよう
にしてバルブプラグ１０１はゆつくりと開放され
るが、これは、一旦バルブプランジヤー１０１の
右動により絞つた流量を、急激に回復させること
によるガイドベーン５付近への水撃発生緩和に効
果がある。
で閉鎖したとき又は後述のようにガイドベーン５
の開度が安定したときには再び図示の開位置へ開
放される。この開放時には可動コイル１１２が上
動してプランジヤー１１８が上動するが、この上
動量は円板１１８Ｂがナツト１１９に接触するこ
とにより制限される。上動が制限されたプランジ
ヤー１１８の位置は、圧油P01を給排管１５２に
少量送り込む位置即ち給排管１５２の配圧弁１２
２の開口部の一部を覆う位置であり、ピストン１
０４の左動は、その右動程速くはない。このよう
にしてバルブプラグ１０１はゆつくりと開放され
るが、これは、一旦バルブプランジヤー１０１の
右動により絞つた流量を、急激に回復させること
によるガイドベーン５付近への水撃発生緩和に効
果がある。
次に第６，７図によりガイドベーン５の操作装
置を説明する。
置を説明する。
この操作装置は、図示しないガイドベーン５の
操作機構と連結されているピストンロツド２０５
Ａをもつピストン２０５及びこのピストン２０５
を内蔵するシリンダ２０６Ａよりなるサーボモー
タ２０６、サーボモータ２０６に圧油を送給して
これを操作する配圧弁２０４及び前記信号Esを発
生する差動トランスフアー２０１、差動トランス
コイル２０２より構成されている。
操作機構と連結されているピストンロツド２０５
Ａをもつピストン２０５及びこのピストン２０５
を内蔵するシリンダ２０６Ａよりなるサーボモー
タ２０６、サーボモータ２０６に圧油を送給して
これを操作する配圧弁２０４及び前記信号Esを発
生する差動トランスフアー２０１、差動トランス
コイル２０２より構成されている。
配圧弁２０４には常時圧油P05が作用しており、
この圧油をシリンダ２０６Ａに連通している圧油
の給排管１５５，１５６に送るプランジヤー２０
３を内蔵している。プランジヤー２０３の上部に
サーボモータ部２０３Ａが形成されており、この
上側には圧油P04が作用し、下側は図示しない調
速機構の油圧系と連結されていて、差圧ピストン
構造となつている。サーボモータ部２０３Ａの上
方には前記差動トランスコア２０１、差動トラン
スコイル２０２が設けられている。尚プランジヤ
ー２０３の上下移動量は、ロツド２０３Ｂに取付
けられた円板２１０がボルト２０７に螺合するナ
ツト２０８，２０９によつて、前記配圧弁１２２
のプランジヤー１１８と同様に調整可能となつて
いる。
この圧油をシリンダ２０６Ａに連通している圧油
の給排管１５５，１５６に送るプランジヤー２０
３を内蔵している。プランジヤー２０３の上部に
サーボモータ部２０３Ａが形成されており、この
上側には圧油P04が作用し、下側は図示しない調
速機構の油圧系と連結されていて、差圧ピストン
構造となつている。サーボモータ部２０３Ａの上
方には前記差動トランスコア２０１、差動トラン
スコイル２０２が設けられている。尚プランジヤ
ー２０３の上下移動量は、ロツド２０３Ｂに取付
けられた円板２１０がボルト２０７に螺合するナ
ツト２０８，２０９によつて、前記配圧弁１２２
のプランジヤー１１８と同様に調整可能となつて
いる。
しかして今負荷が大巾に低下し、調速機構の油
圧系PGxの圧力が降下したとすると、サーボモー
タ部２０３Ａは、油圧P04により下動させられ、
直結されているプランジヤー２０３も下動する。
プランジヤー２０３が下動すると圧油P05は給排
管１５５に連通しピストン２０５を右動させる。
即ちガイドベーン５を閉動作させる。この動きは
同時にロツド２０３Ｂ、差動トランスコアー２０
１の下動となり信号Esを発する。
圧系PGxの圧力が降下したとすると、サーボモー
タ部２０３Ａは、油圧P04により下動させられ、
直結されているプランジヤー２０３も下動する。
プランジヤー２０３が下動すると圧油P05は給排
管１５５に連通しピストン２０５を右動させる。
即ちガイドベーン５を閉動作させる。この動きは
同時にロツド２０３Ｂ、差動トランスコアー２０
１の下動となり信号Esを発する。
この差動トランスコアー２０１の変位量XG
は、負荷変動の程度により決定されるものである
が、このXGが予め設定された量を越えたときに
管路流量調節弁の閉信号Esを発するようになつて
いる。
は、負荷変動の程度により決定されるものである
が、このXGが予め設定された量を越えたときに
管路流量調節弁の閉信号Esを発するようになつて
いる。
即ち第７図に示すように、予めバイアスδを設
定しておき、ガイドベーン閉信号によるプランジ
ヤー２０３の変位量がδを越えたときに管路流量
調節弁閉方向の信号Esを発するようにしてある。
定しておき、ガイドベーン閉信号によるプランジ
ヤー２０３の変位量がδを越えたときに管路流量
調節弁閉方向の信号Esを発するようにしてある。
従つてXG＝０のときは管路流量調節弁には開
方向の信号が送られているのである。
方向の信号が送られているのである。
ガイドベーン５と管路流量調節弁９〜１１と
は、常に全く同一の閉動作をするように例えば調
速機構からの信号を直接弁９〜１１に送つても良
いが、その目的からして、つまり危険な程の圧力
上昇を水路系２１に生ぜしめなければ良いもので
あるから、多少の負荷変化に管路流量調節弁９〜
１１を連動させる必要はない。又負荷変化が大き
い場合において、一旦ガイドベーン５の閉動作と
連通して閉動作しても、水圧上昇の危険がなくな
つたら水路系を絞つておく理由はなく、むしろ次
の負荷増大時には支障となるので、開けておくべ
きである。
は、常に全く同一の閉動作をするように例えば調
速機構からの信号を直接弁９〜１１に送つても良
いが、その目的からして、つまり危険な程の圧力
上昇を水路系２１に生ぜしめなければ良いもので
あるから、多少の負荷変化に管路流量調節弁９〜
１１を連動させる必要はない。又負荷変化が大き
い場合において、一旦ガイドベーン５の閉動作と
連通して閉動作しても、水圧上昇の危険がなくな
つたら水路系を絞つておく理由はなく、むしろ次
の負荷増大時には支障となるので、開けておくべ
きである。
このようなバイアスδを設定し、又、XG＝０
のときは管路流量調節弁９〜１１を開放するよう
にした方が都合が良い。
のときは管路流量調節弁９〜１１を開放するよう
にした方が都合が良い。
前記のように、ガイドベーン開度が安定したと
き、管路流量調節弁には開信号が送られるから、
これは前述のフイードバツク信号Efと同じ信号が
送られることになる。従つて、フイードバツク信
号は省略したとしても所期の目的達成に重大な支
障を与えることはない。
き、管路流量調節弁には開信号が送られるから、
これは前述のフイードバツク信号Efと同じ信号が
送られることになる。従つて、フイードバツク信
号は省略したとしても所期の目的達成に重大な支
障を与えることはない。
以上が本発明の一実施例の説明であり、管路流
量調節弁としては第５図に示す構造のものについ
て説明したが、水路系の流量調節をなし得るもの
であれば良く、例えばチユーブラ水車の、環状流
路に設けられたガイドベーンの如き構造のもので
も良い。
量調節弁としては第５図に示す構造のものについ
て説明したが、水路系の流量調節をなし得るもの
であれば良く、例えばチユーブラ水車の、環状流
路に設けられたガイドベーンの如き構造のもので
も良い。
又負荷の変動程度によつて、管路流量調節弁の
閉動作追従程度を変えるようにしても良い。例え
ば多少の負荷減少であればガイドベーン閉鎖量の
１／２程度管路流量調節弁を動作させ、大巾な負荷
減少時にはガイドベーン閉鎖量と同程度閉動作さ
せるようにしても良い。
閉動作追従程度を変えるようにしても良い。例え
ば多少の負荷減少であればガイドベーン閉鎖量の
１／２程度管路流量調節弁を動作させ、大巾な負荷
減少時にはガイドベーン閉鎖量と同程度閉動作さ
せるようにしても良い。
尚管路流量調節弁が不動作の場合の対策として
は、水路系の圧力変動状況を監視し、これが異常
な場合にはガイドベーンの動作速度を制御する装
置を別途設置しておけば良い。
は、水路系の圧力変動状況を監視し、これが異常
な場合にはガイドベーンの動作速度を制御する装
置を別途設置しておけば良い。
本発明によれば、水車運転時のガイドベーン急
閉鎖に対しても、水路系の水圧力上昇を効果的に
おさえることができ、しかも管路流量調節弁を設
置するのみであるから、明細書第８頁第３行目か
ら同第８行目に記載した欠点を生ずることなく、
経済的である。
閉鎖に対しても、水路系の水圧力上昇を効果的に
おさえることができ、しかも管路流量調節弁を設
置するのみであるから、明細書第８頁第３行目か
ら同第８行目に記載した欠点を生ずることなく、
経済的である。
第１図は水力発電設備の概容説明図、第２図〜
第４図は管路流量調節弁の取付け例を示す略図、
第５図は管路流量調節弁の構造並に操作装置を示
す略図、第６図はガイドベーン操作装置の略図、
第７図はガイドベーン操作装置から管路流量調節
弁への信号発生状況を説明する線図である。 １，８……上下池、３……水圧鉄管、７……ド
ラフトチユーブ、９〜１１……管路流量調節弁、
２０……水車、２１……水路系（水圧鉄管３、ド
ラフトチユーブ７よりなる）、１０８……演算増
巾器。
第４図は管路流量調節弁の取付け例を示す略図、
第５図は管路流量調節弁の構造並に操作装置を示
す略図、第６図はガイドベーン操作装置の略図、
第７図はガイドベーン操作装置から管路流量調節
弁への信号発生状況を説明する線図である。 １，８……上下池、３……水圧鉄管、７……ド
ラフトチユーブ、９〜１１……管路流量調節弁、
２０……水車、２１……水路系（水圧鉄管３、ド
ラフトチユーブ７よりなる）、１０８……演算増
巾器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上流池から水力機械に至る上流側密閉管路又
は水力機械から下流池に至る下流側密閉管路に管
路流量調節弁を該水力機械から離して設け、この
管路流量調節弁を水力機械の水量調節手段と同期
させて閉動作させる手段を有することを特徴とす
る水車運転制御装置。 ２ 該上又は下流側密閉管路の水圧変動が所定値
以上になつた時にのみ、該管路流量調節弁を水力
機械の水量調節手段と同期させて閉動作させる手
段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の水車運転制御装置。 ３ 水力機械の水量調節手段の閉鎖速度が所定値
以上になつた時にのみ、該管路流量調節弁を水力
機械の水量調節手段と同期させて閉動作させる手
段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の水車運転制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11024880A JPS5735166A (en) | 1980-08-13 | 1980-08-13 | Control method and unit for water turbine operation |
| US06/290,258 US4475334A (en) | 1980-08-13 | 1981-08-05 | Method of and system for controlling hydraulic turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11024880A JPS5735166A (en) | 1980-08-13 | 1980-08-13 | Control method and unit for water turbine operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5735166A JPS5735166A (en) | 1982-02-25 |
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