JPH01200064A - Controller for water turbine - Google Patents

Controller for water turbine

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JPH01200064A
JPH01200064A JP63021311A JP2131188A JPH01200064A JP H01200064 A JPH01200064 A JP H01200064A JP 63021311 A JP63021311 A JP 63021311A JP 2131188 A JP2131188 A JP 2131188A JP H01200064 A JPH01200064 A JP H01200064A
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JP
Japan
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speed
water
servo motor
closing
electric servo
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Pending
Application number
JP63021311A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Tanaka
良昭 田中
Yasuaki Obitani
帯谷 泰章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOKYO ENG SERVICE KK
Toshiba Engineering Corp
Original Assignee
TOKYO ENG SERVICE KK
Toshiba Engineering Corp
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Publication date
Application filed by TOKYO ENG SERVICE KK, Toshiba Engineering Corp filed Critical TOKYO ENG SERVICE KK
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Publication of JPH01200064A publication Critical patent/JPH01200064A/en
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve responsiveness and operation performance by connecting an electric servomotor with a water port opening/closing mechanism of a water turbine and permitting the driving power from being cut off by a cut-off part and operating said cut-off part by the detection signal of the increase of the speed of the water turbine. CONSTITUTION:A water port opening/closing mechanism for opening/closing the water port of a water port of a water turbine 4 is equipped with a speed adjusting operation part 12 including an electric servomotor 3, and an L-shaped operating arm 10 having a weight 11 installed at the top edge and an operating arm 8 is turned through a link 9. The speed adjusting operation part 12 is rotatably supported onto a swingable base 13 at the bottom part, and the base 13 is engaged with the projection part 15 of a lever 14 for sharp closure which constitutes a shielding part. The lever 14 for sharp closure is shifted rightward against a spring 18 by the power of a solenoid 16 excited through a speed regulator 1 when the speed of the water turbine increases, and the operating power of the electric servomotor 13 is cut off by said shift.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水力発電所の水車制御装置に係り、特に電動サ
ーボモータを用いた調速機の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a water turbine control device for a hydroelectric power plant, and more particularly to an improvement of a speed governor using an electric servo motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来一般に、水車の調速機の駆動源には、油圧サーボモ
ータが用いられている。しかし、油圧サーボモータは油
を作動流体として用いるものであるため、その付属設備
(配圧弁、配管等)が大間りなものとなり、また油漏れ
に対するメンテナンスが必要となる。そこで、最近では
メンテナンスが簡単で、制御性のよい電動サーボモータ
が用いられる傾向にある。
Conventionally, a hydraulic servo motor is generally used as a drive source for a speed governor of a water turbine. However, since the hydraulic servo motor uses oil as the working fluid, its accessory equipment (pressure distribution valves, piping, etc.) is complicated and requires maintenance to prevent oil leaks. Therefore, recently there has been a tendency to use electric servo motors that are easy to maintain and have good controllability.

第4図に電動サーボモータを用いた従来の水・車制御系
の例をブロック図で示す、この第4図に示すように、ス
ピードレギュレータ1には系統負荷に見合う速度設定信
号Cおよび速度検出器7からの速度フィードバック信号
Nが入力される。スピードレギュレータ1は速度設定信
号Cと実際の速度フィードバック信号Nとの偏差をゼロ
に修正する制御信号を出力し、ドライバ2を介して電動
サーボモータ3に与える。電動サーボモータ3は与えら
れた制御値に対応する操作量だけ回転して水車4の水口
開閉a構(図示せず)を操作する。
Figure 4 shows a block diagram of an example of a conventional water/vehicle control system using an electric servo motor. A speed feedback signal N from the device 7 is input. The speed regulator 1 outputs a control signal that corrects the deviation between the speed setting signal C and the actual speed feedback signal N to zero, and supplies it to the electric servo motor 3 via the driver 2. The electric servo motor 3 rotates by an amount of operation corresponding to the given control value to operate a water mouth opening/closing mechanism (not shown) of the water turbine 4.

ここで、従来の電動サーボモータ3とその動力伝達機構
の例を第5図に示す、すなわち、電動サーボモータ3の
回転軸には小歯車20が取付けられ、これに大歯車21
が歯合している。大歯車21の回転軸22にはねじ部2
2aが設けられ、このねじ部22aが操作アーム10に
連結された操作量23のスライダ24に螺合している。
Here, an example of a conventional electric servo motor 3 and its power transmission mechanism is shown in FIG.
are meshing. The rotating shaft 22 of the large gear 21 has a threaded portion 2.
2a is provided, and this threaded portion 22a is screwed into a slider 24 of a manipulated variable 23 connected to the operating arm 10.

このように電動サーボモータ3の回転力は小歯車20、
大歯車21を介して回転軸22に伝達され、かつスライ
ダ24により直線運動に変換されて操作アアーム10の
俯仰位置を調整するようになっている。
In this way, the rotational force of the electric servo motor 3 is transmitted to the small gear 20,
The motion is transmitted to the rotating shaft 22 via the large gear 21 and converted into linear motion by the slider 24 to adjust the vertical position of the operating arm 10.

この操作により、水口の開度が調節され、対応する流量
の水が水車4のランナに供給されて発電機6が回転する
。実際には系統負荷に接続されて運転されるので、対応
する負荷分が損失分として加算要素5に与えられる。こ
のようにして調節された発電機6の回転速度は速度検出
器7により検出され、そのフィードバック信号Nがスピ
ードレギュレータ1に帰還されて上記制御動作が引き続
き行なわれる。
By this operation, the opening degree of the water port is adjusted, water at a corresponding flow rate is supplied to the runner of the water wheel 4, and the generator 6 is rotated. Since it is actually connected to the grid load and operated, the corresponding load is given to the addition element 5 as a loss. The thus adjusted rotational speed of the generator 6 is detected by the speed detector 7, and its feedback signal N is fed back to the speed regulator 1 to continue the above control operation.

〔発明が解決しようとする課題〕 上述したように、電動サーボモータ3にはスピードレギ
ュレータ1からの制御信号をドライバ2を介して与えら
れる。この制御時において、電動サーボモータ3に要求
される操作力は水口の開度や操作方向によっても異るが
、水車容量が増大するほど大きくなる。また安全上から
自動閉鎖するよう特別に閉鎖力を付加する構成とすると
、その付加された分だけさらに操作力が必要となる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, a control signal from the speed regulator 1 is applied to the electric servo motor 3 via the driver 2. During this control, the operating force required of the electric servo motor 3 varies depending on the opening degree of the water port and the operating direction, but increases as the water turbine capacity increases. Furthermore, if a special closing force is applied to automatically close the door for safety reasons, an additional operating force will be required to compensate for the added force.

一方、電動サーボモータ3に要求される操作速度の最大
値は、負荷が急減したときの速度上昇と水口閉鎖に伴う
水圧上昇などの許容値によって決まってくるが、速度お
よび水圧の上昇値は水力設備の安全とコストに深いかか
わりがあるので水圧値が許容される範囲で急速に閉鎖し
て水圧値を低く押える必要がある。
On the other hand, the maximum operating speed required of the electric servo motor 3 is determined by the allowable values such as the speed increase when the load suddenly decreases and the increase in water pressure due to the closing of the water port. Since the safety and cost of the equipment are closely related, it is necessary to keep the water pressure low by closing it quickly within the allowable range.

しかし、電動サーボモータ3の操作力と操作速度とは互
に相矛盾する関係にあり、操作力を大きくしようとする
と操作速度を低下せざるを得す、逆に操作速度を大きく
とろうとすると操作力を小さくせざるを得ない。
However, the operating force and operating speed of the electric servo motor 3 have a mutually contradictory relationship; if you try to increase the operating force, you have no choice but to decrease the operating speed, and conversely, if you try to increase the operating speed, the operating speed I have no choice but to reduce my power.

このことを、電動サーボモータ3に付設された動力伝達
機構の点からみると、小歯車20と大歯車21の減速比
は操作速度の最大値によって決まり、操作速度が早いほ
ど減速比が小さくなり、その分を補うためには大きな操
作力を出力しうる大容量の電動サーボモータが必要とな
る。しかし、電動サーボモータには応答性が良い特殊な
制御電動機が使用されるので電動機の容量に制限がある
Looking at this from the perspective of the power transmission mechanism attached to the electric servo motor 3, the reduction ratio between the small gear 20 and the large gear 21 is determined by the maximum operating speed, and the faster the operating speed, the smaller the reduction ratio. To compensate for this, a large-capacity electric servo motor that can output a large operating force is required. However, since the electric servo motor uses a special control motor with good response, the capacity of the motor is limited.

したがって、閉鎖速度が早くなると設備費゛が増大し、
結局電動サーボモータは比較的小容量の水車にしか適用
できないという問題があった。
Therefore, the faster the closing speed, the higher the equipment cost.
In the end, there was a problem in that electric servo motors could only be applied to relatively small-capacity water turbines.

現在のところ、電動サーボモータ3の容量は7.5kw
程度までであるが、20kw以上のものが開発されつつ
あり、電動サーボモータの普及は拡大しつつある。しか
し、水力発電所では信頼性の点、特に負荷しゃ断時の安
全性確保の面から、電動サーボモータ3の非常用駆動電
源としてバッテリ電源を備える必要があり、電動サーボ
モータのの大容量化は電源設備のコスト上昇、メンテナ
ンス等の点で問題となる。
Currently, the capacity of electric servo motor 3 is 7.5kw.
However, electric servo motors of 20 kW or more are being developed, and the popularity of electric servo motors is increasing. However, in hydroelectric power plants, it is necessary to provide a battery power source as an emergency drive power source for the electric servo motor 3 from the viewpoint of reliability, especially to ensure safety during load interruption. This poses problems in terms of increased costs and maintenance of power supply equipment.

そこで、本発明は小容量の電動サーボモータであっても
実用上差支えない応答性で大きな操作力を発揮すること
ができ、その適用範囲を拡大しうる水車制御装置を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a water turbine control device that can exert a large operating force with practically acceptable responsiveness even with a small-capacity electric servo motor, and can expand its range of application. .

〔課題を解決するための1段〕 上記従来の課題点を解決し、本発明の目的を達成するた
めに、本発明は、水車の回転速度が異常上昇した場合に
電動サーボモータの操作力を切離し、別に水口開閉操作
機構に付加した閉鎖力を作用せしめて水口を急速閉鎖さ
せるようにしたものである。
[First Step to Solve the Problems] In order to solve the above-mentioned conventional problems and achieve the object of the present invention, the present invention provides a system that reduces the operating force of the electric servo motor when the rotational speed of the water turbine increases abnormally. The water spout is quickly closed by separating the water spout and applying a closing force separately applied to the water spout opening/closing operation mechanism.

すなわち、本発明は、水車の水口開閉機構に連結され、
前記水車の速度検出値に応じて調速を行う電動サーボモ
ータと、前記電動サーボモータの駆動力を切離す遮断部
と、水口閉鎖速度制限装置とを備え、前記遮断部による
切離し動作時に前記水口開閉機構に附加した閉鎖力によ
り前記水口を閉鎖するようにした水車の制御装置におい
て、前記遮断部を水車の速度上昇の検出信号により動作
させるようにしたことを特徴とするものである。
That is, the present invention is connected to a water port opening/closing mechanism of a water turbine,
An electric servo motor that regulates the speed according to a detected speed value of the water turbine, a cutoff section that disconnects the driving force of the electric servo motor, and a water mouth closing speed limiting device, and when the cutoff section performs a disconnection operation, the water mouth closes. The water turbine control device is configured to close the water inlet by a closing force applied to an opening/closing mechanism, characterized in that the shutoff section is operated by a detection signal of an increase in speed of the water turbine.

また、本発明のより具体的な態様では、前記遮断部の動
作点は水車の水口開度に応じて適宜変更可能とすること
ができる。
Further, in a more specific aspect of the present invention, the operating point of the blocking section can be changed as appropriate depending on the water mouth opening degree of the water turbine.

また、遮断部の動作により電動サーボモータの操作力が
切離されているときは、電動サーボモータに閉鎖信号の
みを与えるようにする。
Furthermore, when the operating force of the electric servo motor is disconnected by the operation of the cutoff section, only a closing signal is given to the electric servo motor.

〔作用〕[Effect]

上記本発明の構成によれば、通常調速動作時においては
水車の速度検出値に応じて電動サーボモータにより調速
を行なう、水車の速度上昇時には速度検出信号に基づい
て遮断部の動作で電動サーボモータの操作力を切離し、
水口閉鎖機構に別途付加された閉鎖力をもって水口を閉
鎖する。
According to the above configuration of the present invention, during normal speed regulating operation, the electric servo motor performs speed regulating according to the detected speed value of the water turbine, and when the speed of the water turbine increases, the electric servo motor operates the shut-off part based on the speed detection signal. Separates the operating force of the servo motor,
The water port is closed using a closing force that is separately added to the water port closing mechanism.

このように、通常調速時には電動サーボモータにより水
口の開閉操作を行ない、急速閉鎖時には水口開閉操作機
構に別途付加された閉鎖力をもって水口を急速開銀する
、というように役割分担を図る。このことにより電動サ
ーボモータにはそれ程の高速性は必要ではなくなり、そ
の結果、従来のような小容量の水車への適用に止まらず
活用範囲を拡げることができる。
In this way, during normal speed control, the electric servo motor opens and closes the water spout, and during rapid closing, the water spout is quickly opened using a closing force that is separately added to the water spout opening/closing mechanism. This eliminates the need for electric servo motors to have such high speeds, and as a result, the range of application can be expanded beyond conventional small-capacity water turbines.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Next, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1図に、本発明の実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the invention.

第1図において、水車4の水口には水口を直接開閉する
ための水口開閉機構(詳細図示せず)の操作アーム8が
回動可能に設けられている。この操作アーム8の先端は
リンク9を介して鉛直方向に俯仰動作可能に設けられた
L字状の操作アーム10に連結されている。この操作ア
ーム10の先端には重錘11が取付けられている。また
、操作アーム10には調速操作部12が連結されていて
調速動作に伴う水口開閉を行うべく操作アーム10を上
下動(すなわち、鉛直方向に俯仰動作)させるようにな
っている、調速操作部12はその底部においてベース1
3に回動可能に支承されている。また、ベース13の開
放端は急閉鎖用レバー14の突部15上に係止されてい
る。急閉鎖用レバー14はその下端において回動自在に
軸支され、上端は急閉鎖作用ソレノイド16の伸縮ロッ
ド17に連結されている。この急閉鎖用レバー14は自
動復帰用スプリング18により通常時に当該急閉鎖用レ
バー14がベース13側に位置するように付勢されてい
る。つまり、通常時にはベース13が急閉鎖用レバー1
4の突部15上に係止保持され、急閉鎖時には引き外さ
れて電動サーボモータ3の操作力を切離すことになる。
In FIG. 1, an operating arm 8 of a water port opening/closing mechanism (details not shown) for directly opening and closing the water port is rotatably provided at the water port of the water turbine 4. The distal end of the operating arm 8 is connected via a link 9 to an L-shaped operating arm 10 that is vertically movable up and down. A weight 11 is attached to the tip of the operating arm 10. Further, a speed regulating operation section 12 is connected to the operating arm 10, and is configured to move the operating arm 10 up and down (that is, to raise and lower in the vertical direction) in order to open and close the water port associated with the speed regulating operation. The speed operating section 12 is connected to the base 1 at its bottom.
3 is rotatably supported. Further, the open end of the base 13 is locked onto the protrusion 15 of the quick-closing lever 14. The quick-closing lever 14 is rotatably supported at its lower end, and connected to the telescopic rod 17 of the quick-closing solenoid 16 at its upper end. The quick closing lever 14 is normally biased by an automatic return spring 18 so that the quick closing lever 14 is located on the base 13 side. In other words, under normal conditions, the base 13 is the quick-closing lever 1.
4 and is held in place on the protrusion 15 of the electric servo motor 3, and when it is suddenly closed, it is pulled off and the operating force of the electric servo motor 3 is disconnected.

19は急閉鎖用レバー14の位置検出器となるリミット
スイッチである0以上の急閉鎖用レバー14、突部15
、急閉鎖用ソレノイド16および自動復帰用スプリング
18は電動サーボモータ3の操作力を急閉鎖時に切離す
ための遮断部を構成する。
Reference numeral 19 indicates a limit switch serving as a position detector for the quick closing lever 14, which is 0 or more, and a protrusion 15.
, the quick-closing solenoid 16 and the automatic return spring 18 constitute a cutoff section for disconnecting the operating force of the electric servo motor 3 at the time of sudden closing.

上記調速操作部12とソレノイド16にはスピードレギ
ュレータ1からの制御信号が与えられ、ソレノイド16
は急閉鎖時に、調速操作部12は通常調速時にそれぞれ
作用するようになっている。
A control signal from the speed regulator 1 is given to the speed regulating operation section 12 and the solenoid 16, and the solenoid 16
The speed regulating operation section 12 is designed to operate when the speed is suddenly closed, and when the speed is normally controlled.

調速操作部12は、従来と同様であり、第5図に示すよ
うに、電動サーボモータ3を駆動源とし、動力伝達m構
を介して操作アーム10に連結されている。すなわち、
電動サーボモータ3の回転軸には小歯車20が取付けら
れ、これに大歯車21が歯合している。大歯車21の回
転軸22にはねじ部22aが設けられ、このねじ部22
aが操作アーム10に連結された操作部23のスライダ
24に螺合している。このように電動サーボモータ3の
回転力は小歯車20、大歯車21を介して回転軸22に
伝達され、かつスライダ24により直線運動に変換され
て操作アーム10の俯仰位置を調整するようになってい
る。     ゛ここで、小歯車20と大歯車21は電
動サーボモータ3の回転力を増幅する作用をなす、この
小歯車20と大歯車21のギヤ比により、水口開閉操作
速度と操作力が決定される。操作速度の最大値は負荷が
急減したときの速度上昇と閉鎖に伴う水圧管内の水圧上
昇の許容値によって決まる。この操作速度は、いわば調
速機の制御応答性を左右するものであるが、小容量のサ
ーボモータ3の回転力を有効に活用して大きな操作力を
得るためにはギヤ比をある程度大きくしなければならず
、ギヤ比を大きくとることは操作速度が遅くなるという
相反する結果を招くこととなる。
The speed regulating operation section 12 is the same as the conventional one, and as shown in FIG. 5, uses an electric servo motor 3 as a drive source and is connected to the operation arm 10 via a power transmission mechanism. That is,
A small gear 20 is attached to the rotating shaft of the electric servo motor 3, and a large gear 21 meshes with the small gear 20. The rotating shaft 22 of the large gear 21 is provided with a threaded portion 22a, and this threaded portion 22
a is screwed into the slider 24 of the operating section 23 connected to the operating arm 10. In this way, the rotational force of the electric servo motor 3 is transmitted to the rotating shaft 22 via the small gear 20 and the large gear 21, and is converted into linear motion by the slider 24 to adjust the vertical position of the operating arm 10. ing. Here, the small gear 20 and the large gear 21 act to amplify the rotational force of the electric servo motor 3. The gear ratio of the small gear 20 and the large gear 21 determines the water spout opening/closing operation speed and operating force. . The maximum operating speed is determined by the allowable speed increase when the load suddenly decreases and the water pressure increase in the penstock due to closure. This operating speed affects the control response of the speed governor, but in order to effectively utilize the rotational force of the small-capacity servo motor 3 and obtain a large operating force, the gear ratio must be increased to a certain extent. Therefore, increasing the gear ratio will have the contradictory effect of slowing down the operating speed.

そこで、本発明の実施例においては、要求される大きな
速度の閉鎖は電動サーボモータ3以外の閉鎖手段(すな
わち、重錘)で行っているので電動サーボモータ3はそ
れ(急速閉鎖)以外の比較的ゆっくりした速度にするこ
とができ、その分だけ必要な操作力を多く得ることがで
きる0例えば操作力が2倍となっても急閉鎖時間が2.
5秒のとき電動サーボの操作時間を30秒にできれば伝
達効率が変らないとして電動機容量は1/6となり同一
容量の電動機であれば6倍の操作力を得ることが可能と
なる。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the required high speed closing is performed by a closing means other than the electric servo motor 3 (i.e., a weight), so the electric servo motor 3 is used for comparison other than that (rapid closing). 0. For example, even if the operating force is doubled, the sudden closing time will be 2.
If the operating time of the electric servo is 5 seconds, if the operation time of the electric servo can be reduced to 30 seconds, the motor capacity will be 1/6, assuming that the transmission efficiency remains the same, and if the motor has the same capacity, it will be possible to obtain six times the operating force.

再び、第1図にもどって、符号25は閉鎖速度調整用の
液圧シリンダを示している。この液圧シリンダ25は可
変絞り部26を有し、可変絞り部26を調整することに
より閉鎖速度を安全な値にすることが可能となっている
。ピストン27の底部にはストッパ28が設けられ、水
口の全閉位置においてシリンダ25の底面に接触し、電
動サーボモータ3の全閉位置(操作桿23が引込んだ位
置)において、ベース13と急閉鎖用レバー14の突部
15との間に若干の間隙を設けて急閉鎖レバー14の元
位置への復帰が円滑に行われるようになっている。
Returning again to FIG. 1, reference numeral 25 designates a hydraulic cylinder for adjusting the closing speed. This hydraulic cylinder 25 has a variable throttle part 26, and by adjusting the variable throttle part 26, it is possible to set the closing speed to a safe value. A stopper 28 is provided at the bottom of the piston 27, and contacts the bottom surface of the cylinder 25 when the water port is in the fully closed position, and is in contact with the base 13 when the electric servo motor 3 is in the fully closed position (the position where the operating rod 23 is retracted). A slight gap is provided between the closing lever 14 and the protrusion 15 so that the quick closing lever 14 can smoothly return to its original position.

また、操作アーム10にはワイヤ2つを介して水口開度
検出器30が取付けられ、その検出信号Fがレギュレー
タ1に帰還されるようになっている。つまり、この検出
信号は電動サーボモータ3の位置信号と等価である。
Further, a water mouth opening detector 30 is attached to the operating arm 10 via two wires, and its detection signal F is fed back to the regulator 1. In other words, this detection signal is equivalent to the position signal of the electric servo motor 3.

次に、第2図、第3図を参照して動作を説明する。Next, the operation will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

まず、起動前の状態(第3図A)では、電動サーボモー
タ1は操作桿23を最小に引込ませて操作アーム8を全
閉位置に引きつけている。このとき急閉鎖用レバー14
はスプリング18により押されているので直立し、その
突出部15上にベース13が係止された状態となってい
る。また、液圧シリンダ25のストッパ28は当該シリ
ンダ25の内底部に当接している。リミットスイッチ1
9はOFF (開)となっている。
First, in the state before startup (FIG. 3A), the electric servo motor 1 retracts the operating rod 23 to the minimum and draws the operating arm 8 to the fully closed position. At this time, the sudden closing lever 14
is pushed by the spring 18, so it stands upright, and the base 13 is locked onto the protrusion 15. Further, the stopper 28 of the hydraulic cylinder 25 is in contact with the inner bottom of the cylinder 25. limit switch 1
9 is OFF (open).

次に、起動時(第3図B)において、スピードレギュレ
ータ1に制御指令としての速度設定信号Cが与えられる
と、スピードレギュレータはその速度設定信号Cに対応
する制御信号Sを出力し、ドライバ2を介して電動サー
ボモータ3に与える。
Next, at startup (FIG. 3B), when the speed regulator 1 is given a speed setting signal C as a control command, the speed regulator outputs a control signal S corresponding to the speed setting signal C, and the driver 2 is applied to the electric servo motor 3 via.

これにより、電動サーボモータ3は水口開度を速度設定
信号Cに追従させるべく回転する。この回転力は小歯車
20、大歯車21を介して操作桿23に伝えられる。こ
のとき、小歯]I20と大歯車21のギヤ比が適正に選
択されていることにより小容量の電動サーボモータ3で
も大きな操作力を出すことが可能となる。操作桿23は
所定ストローク分操作アーム10を押上げ、操作アーム
8を回動させる。これにより、所定量の水が水車4に与
えられ、水車4は起動される。
Thereby, the electric servo motor 3 rotates so that the water mouth opening degree follows the speed setting signal C. This rotational force is transmitted to the operating rod 23 via the small gear 20 and the large gear 21. At this time, by appropriately selecting the gear ratio of the small tooth I20 and the large gear 21, it becomes possible to generate a large operating force even with the small capacity electric servo motor 3. The operating rod 23 pushes up the operating arm 10 by a predetermined stroke and rotates the operating arm 8. As a result, a predetermined amount of water is supplied to the water wheel 4, and the water wheel 4 is started.

水車4が与えられた設定速度Cに達すると、水車4によ
り発電機6は系統負荷に並列投入され(第3図C)、そ
の負荷に見合うようにスピードレギュレータ1により電
動サーボモータ3、操作アーム10、リンク9、操作ア
ーム8の経路で調整動作が行われる。この通常時での調
速動作は、スピードレギュレータ1がら回転速度検出器
7に至るフィードバックルーズにより電動サーボモータ
3を介して行われる。
When the water turbine 4 reaches a given set speed C, the generator 6 is connected in parallel to the system load by the water turbine 4 (Fig. 3C), and the speed regulator 1 controls the electric servo motor 3 and the operating arm to match the load. 10, the link 9, and the operating arm 8. This speed regulating operation under normal conditions is performed via the electric servo motor 3 due to loose feedback from the speed regulator 1 to the rotational speed detector 7.

次に、負荷が急減すると、発電機6の回転速度が急上昇
する(第3図D)、これを抑制するため、急閉信号S2
がソレノイド16およびスピードレギュレータ1に入力
される。すると、ソレノイド6はスプリング18の付勢
力に抗して急閉鎖用レバー14を引きつける。なお、こ
の急閉鎖信号S2は水車の水口開度によって酷く継電器
Rにより断路するか、あるいは信号が通過できるレベル
を変え、無負荷開度附近では速度変動に鈍感になるよう
になっている。このとき、リミットスイッ千1つが閉じ
、m電器R2が付勢されるのでスピードレギュレータ1
とドライバ2との間に設けられた接点31が切替り、閉
鎖信号S1がドライバ2に入力され、電動サーボモータ
3は操作アーム10が下降するように動作しようとする
。しかし、急閉摂用レバー14が引きつけられることに
より、突部15によるベース13の係止が外れ、電動サ
ーボモータ3による操作力は遮断される。このとき、電
動サーボモータ3による操作力に代わって重錘11の重
みにより操作アーム10は調速操作部12とともに下方
に急速に回動する。この回動は水口操作アーム8を急閉
鎖するように作用する。
Next, when the load suddenly decreases, the rotational speed of the generator 6 suddenly increases (Fig. 3D). In order to suppress this, the sudden closing signal S2
is input to the solenoid 16 and speed regulator 1. Then, the solenoid 6 resists the biasing force of the spring 18 and pulls the quick closing lever 14. Note that this sudden closing signal S2 is either severely disconnected by the relay R depending on the water outlet opening of the water turbine, or the level at which the signal can pass is changed, so that it becomes insensitive to speed fluctuations near the no-load opening. At this time, limit switch 111 closes and m electric device R2 is energized, so speed regulator 1
The contact point 31 provided between the driver 2 and the driver 2 switches, a closing signal S1 is input to the driver 2, and the electric servo motor 3 attempts to operate so that the operating arm 10 is lowered. However, when the quick closing lever 14 is pulled, the protrusion 15 disengages the base 13, and the operating force from the electric servo motor 3 is cut off. At this time, the operating arm 10 rapidly rotates downward together with the speed regulating operation section 12 due to the weight of the weight 11 instead of the operating force from the electric servo motor 3 . This rotation acts to quickly close the water spout operating arm 8.

との重錘11による操作アーム10の回動速度は調速操
作部12の電動サーボモータ3による閉鎖速度よりも早
く、したがって水口閉鎖に寄与する操作力は主に重錘1
1の重みによるものである。
The rotation speed of the operating arm 10 by the weight 11 is faster than the closing speed by the electric servo motor 3 of the regulating operation part 12, and therefore the operating force contributing to closing the water outlet is mainly caused by the weight 1.
This is due to the weight of 1.

この状態を水口開度で比較すると、第3図に示すように
、重錘11により閉鎖した場合の水口開度変化W(実線
)は電動サーボモータ3により閉鎖した場合の水口開度
変化M(破線)に比べて速いことがわかる。なお、この
ときの操作アーム10の回動速度(急閉鎖速度)は液圧
シリンダ25の可変絞り26の調節によりか1整可能で
ある。
Comparing this state in terms of water mouth opening, as shown in FIG. It can be seen that this is faster than the dashed line). Note that the rotational speed (sudden closing speed) of the operating arm 10 at this time can be adjusted by adjusting the variable throttle 26 of the hydraulic cylinder 25.

このようにして、−旦、電動サーボモータ3の操作力が
切離され、最初に重錘11の作用により操作アーム10
が下方に回動し、これとともに当該操作アーム10に連
結されているベース13は、−旦、床面近傍まで落下す
る。しかし、このとき電動サーボモータ3は依然として
操作部23が下降するように作用しているので調速操作
部12は自らを引上げる形で上昇する。そして、ベース
13は急閉鎖レバー14の突部15の上方に若干の間隙
が生じる位置(調速操作部12の全開位置に相当する。
In this way, the operating force of the electric servo motor 3 is disconnected, and the operating arm 10 is first moved by the action of the weight 11.
rotates downward, and at the same time, the base 13 connected to the operating arm 10 drops to near the floor. However, at this time, the electric servo motor 3 is still acting so that the operating section 23 descends, so the speed regulating operating section 12 moves upward by pulling itself up. The base 13 is located at a position where there is a slight gap above the protrusion 15 of the quick-closing lever 14 (corresponding to the fully open position of the regulating operation section 12).

)まで引き上げられ、その位置にて待機する。この若干
の間隙は液圧シリンダ25のストッパ28により確保さ
れることは先に述べた通りである。
) and waits in that position. As described above, this slight gap is secured by the stopper 28 of the hydraulic cylinder 25.

水口の開度が開度比教値X1以下まで減少すると(第3
図E)、継電器R(第2図)が復帰してソレノイド16
を解磁する。それによって急閉鎖レバー14はスプリン
グ18の付勢力により押しもどされる。電動サーボモー
タが全閉すると、突部15がベース13の下側に入り込
む、この位置が定まった状態でリミットスイッチ19は
継電器R2を消勢して接点31を通常の制御信号S側に
切替える。これにより、電動サーボモータ3は再びスピ
ードレギュレータ1の制御下に入って並列投入前の状態
(第3図A)に復帰する。以下、同様の動作が繰返し行
われる。
When the opening degree of the water mouth decreases to the opening degree ratio value X1 or less (3rd
Figure E), relay R (Figure 2) returns and solenoid 16
Demagnetize. As a result, the quick closing lever 14 is pushed back by the biasing force of the spring 18. When the electric servo motor is fully closed, the protrusion 15 enters the lower side of the base 13. With this position fixed, the limit switch 19 de-energizes the relay R2 and switches the contact 31 to the normal control signal S side. As a result, the electric servo motor 3 comes under the control of the speed regulator 1 again and returns to the state before the parallel connection (FIG. 3A). Thereafter, similar operations are repeated.

なお、第2図において、S2は速度上昇時に継電器Rを
介してソレノイド16に与えられる閉鎖信号を示してい
る。32は閉鎖信号S2の増幅器である。閉鎖信号には
このほかに加速度、スピードレギュレータの閉鎖信号、
発電機の送電電力または電流の減少量と減少速度などが
ある。また、Xは速度上昇の上限値を定める速度上昇設
定値である。又、S3は電動サーボモータの故障および
他の急停止条件で急閉鎖するため、スピードレギュレー
タ1およびソレノイド16に与える急停止信号を示して
いる。
In addition, in FIG. 2, S2 indicates a closing signal given to the solenoid 16 via the relay R when the speed increases. 32 is an amplifier for the closure signal S2. In addition to this, the closing signal includes acceleration, speed regulator closing signal,
These include the amount and speed of reduction in power or current transmitted by the generator. Further, X is a speed increase setting value that determines the upper limit of the speed increase. Further, S3 indicates a sudden stop signal given to the speed regulator 1 and the solenoid 16 in order to suddenly close due to failure of the electric servo motor or other sudden stop conditions.

以上を要約すると、通常の調速動作は小容量の電動サー
ボモータ3により調速制御を行うことができ、事故時等
における急閉鎖動作は重錘の力を借りて行うことができ
、かつ、急閉時には重錘11および電動サーボモータ3
の双方が作用する。
To summarize the above, normal speed regulating operation can be controlled by the small capacity electric servo motor 3, sudden closing operation in the event of an accident etc. can be performed with the help of a weight, and, When closing suddenly, the weight 11 and electric servo motor 3
both of them work.

発電所の安全を左右する閉動作についてみると、重錘1
1を用いた急速閉鎖装置は構造が簡単であるため、故障
が少なく、重力、水力など確実なエネルギで閉鎖可能で
ある。しかも、電動サーボモータ3と重錘11で21f
化されているなめ信頼性を向上しうる。
Looking at the closing operation that affects the safety of a power plant, the weight 1
Since the quick closing device using No. 1 has a simple structure, it has few failures and can be closed using reliable energy such as gravity or hydraulic power. Moreover, the electric servo motor 3 and the weight 11 make it 21f.
Reliability can be improved.

さらに、水力発電所は制御用として蓄電池電源を備えて
おり、電動サーボモータも負荷遮断の停電に対応ずべく
この直流電力を使用することが少なくなく、ドライバ、
電動機などはこの電源の電圧に合せた特別なものにしな
ければならないし、電動機容量の増加に併い電源設備の
拡大が必要になるなど、コストの増大を招いていたが、
小容量の電動サーボモーターでよく、さらに負荷しゃ断
接、停電が回復するまで停止する発電所では急閉鎖用ソ
レノイド16だけを直流操作すれば良いので電源設備も
小型で済み、設備費の低減ができる。
Furthermore, hydroelectric power plants are equipped with storage battery power sources for control purposes, and electric servo motors often use this DC power in order to cope with load shedding power outages.
Electric motors had to be specially designed to match the voltage of this power supply, and as the motor capacity increased, it was necessary to expand the power supply equipment, leading to increased costs.
A small-capacity electric servo motor is sufficient, and in power plants where the load is disconnected or disconnected or is shut down until the power outage is restored, only the sudden closing solenoid 16 needs to be operated with direct current, so the power supply equipment can be small and equipment costs can be reduced. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、本発明によれば、−急速閉鎖時に
おいては電動サーボモータとは別に設けられたrA鋳方
力付加手段より水口操作アームを駆動するので、電動サ
ーボモータ自身の負担は少なくてよく、通常調速動作時
においては許容しうる制御応答性で必要な水口操作力を
得ることができ、その結果小容量の電動サーボモータで
大容量の水車の制御が可能となる。
As described above, according to the present invention, - During rapid closing, the spout operation arm is driven by the rA casting force applying means provided separately from the electric servo motor, so the load on the electric servo motor itself is reduced. It is possible to obtain the necessary water mouth operating force with acceptable control response during normal speed regulating operation, and as a result, it is possible to control a large-capacity water turbine with a small-capacity electric servo motor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る水車の制御装置の全体構成を示す
構成図、第2図は本発明に係る水車の制御装置の制御ブ
ロック図、第3図はその制御動作を示すタイムチャート
、第4図は従来の水車の制御装置のflilJll+ブ
ロック図、第5図は一般に水車制御装置に用いられる電
動サーボモータによる調速操作部の詳細を示す要部拡大
断面図である。 1・・・スピードレギュレータ、3・・・電動サーボモ
ータ、4・・・水車、6・・・発電機、7・・・速度検
出器、10・・・操作アーム、11・・・重錘、12・
・・調速操作部、13・・・ベース、14・・・急閉鎖
用レバー、15・・・突部、20・・・小歯車、21・
・・大歯車、22・・・回転軸、22a・・・ねじ部、
23・・・操作部、S・・・調速制御信号、Sl・・・
急閉信号、S3・・・急停止信号、C・・・速度設定信
号、N・・・速度フィードバック信号。 出願人代理人  石  川  泰  男第  5  図
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a water turbine control device according to the present invention, FIG. 2 is a control block diagram of the water turbine control device according to the present invention, and FIG. 3 is a time chart showing its control operation. FIG. 4 is a flilJll+ block diagram of a conventional water turbine control device, and FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part showing details of a speed regulating operation section using an electric servo motor generally used in a water turbine control device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Speed regulator, 3... Electric servo motor, 4... Water turbine, 6... Generator, 7... Speed detector, 10... Operation arm, 11... Weight, 12・
...Speed governor operation section, 13...Base, 14...Lever for quick closing, 15...Protrusion, 20...Small gear, 21.
... Large gear, 22 ... Rotating shaft, 22a ... Threaded part,
23...Operation unit, S...Governing control signal, Sl...
Sudden close signal, S3...Sudden stop signal, C...Speed setting signal, N...Speed feedback signal. Applicant's agent Yasushi Ishikawa Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 水車の水口開閉機構に連結され、前記水車の速度検出値
に応じて調速を行う電動サーボモータと、前記電動サー
ボモータの駆動力を切離す遮断部と、水口閉鎖速度制限
装置とを備え、前記遮断部による切離し動作時に前記水
口開閉機構に附加した閉鎖力により前記水口を閉鎖する
ようにした水車の制御装置において、 前記遮断部を水車の速度上昇の検出信号により動作させ
るようにしたことを特徴とする水車の制御装置。
[Scope of Claims] An electric servo motor that is connected to a water inlet opening/closing mechanism of a water turbine and controls the speed according to a detected speed value of the water turbine, a cutoff section that disconnects the driving force of the electric servo motor, and a water inlet closing speed. A control device for a water turbine, comprising a restriction device and configured to close the water port by a closing force applied to the water port opening/closing mechanism during a disconnection operation by the blocking portion, wherein the blocking portion is operated by a detection signal of an increase in speed of the water turbine. A control device for a water turbine, characterized in that:
JP63021311A 1988-02-02 1988-02-02 Controller for water turbine Pending JPH01200064A (en)

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