JPH02286881A - ペルトン水車のノズル切替方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水車発電機に使用される複数対のノズルを育
するペルトン水車のノズル数を水車出力に応じて切替え
るペルトン水車のノズル切替方法に関する。

〔従来の技術〕

水力発電所に使用されるペルトン水車発電機のペルトン
水車は水車出力に応じてノズル数を切替えて高効率運転
を行うようにしている。第２図はこの種のペルトン水車
の系統図であり、図に基づいて従来技術を説明する。

第！図において、１は図示しない水圧鉄管を経て水が導
かれるケーシングであり、外周部にバケット２を有する
ランナ３の外周を囲んで設けられている。モしてケーシ
ング１の内側に設けられた複数個のノズル１１．１２．
１３．１４からバケット２に水を噴射するようにしてい
る。

ノズル１１〜１４にはそれぞれニードル４が挿入され、
ニードル４０ストロークにより決まるニードルノズル開
度によりノズル１１〜１４から噴射される水の流量が制
御されるようにしている。二一ドル４はニードルサーボ
モータ６の内部に位置するピストン７に取付けられたロ
ッド５の先端に取付けられ、ニードルサーボモータ６に
後述するデフレクタ配圧弁８から管路９を経てばね１０
に抗して供給される圧油によってその開度が調整される
。

ノズル１１〜１４の前部には、このノズルとバケット２
との間を遮断するデフレクタ１５が設けられている。デ
フレクタ１５は調速機により制御され、この動きをニー
ドル４の開度に連動させている。すなわちデフレクタ１
５は二叉のレバー１６を介してデフレクタサーボモータ
１８の中に位置するピストン１９に取付けられたロッド
２０により回動する。すなわちピストン１９の両側の油
室に調速機に連結する配圧弁２１のポート２２．２３か
らの圧油が管路２４，２５を経て給徘し、ロッド２００
ストロークが図示しないフィードバック機構を介して負
荷に対応する角度だけデフレクタ１５は回動する。レバ
ー１６の他方のレバ一部にはニードルサーボモータ６の
ロッド５に取付けられた復帰レバー２７にビン結合され
た追尾カム２８にピン結合されたリンク２９が接続され
ている。また追尾カム２８はデフレクタ配圧弁８に内装
されるフロートバルブ３０を圧油により進退させるバイ
ロフトバルブ３１の先端に接している。

したがって配圧弁２１からの管路２４　、２５を経る圧
油により負荷に相当するデフレクタサーボモータ１Ｂの
ロッド２０のストロークが定められると、デフレクタ１
５の傾き角度が決められ、これに応じてリンク２９．追
尾カム２Ｂを介してデフレクタ配圧弁８のパイロットバ
ルブ３１を移動させ、フロートバルブ３０の変位により
圧油を管路９を介してニードルサーボモータ６に供給す
る。この時にニードル４はロッド５のストロークにより
移動するが、復帰レバー２７は追尾カム２８を移動させ
ることによりニードル４のストロークに応じてフィード
バックされてデフレクタ配圧弁８からのニードルサーボ
モータ６への圧油の供給が停止され、ニードル４は負荷
に応じた水の噴射流量に比例するニードルノズル開度に
制御される。

ところで、負荷に対応する水車出力が小さいときにはノ
ズル１１．１３とからのみ水を噴射し、ノズル１２．１
４はニードル４により全開にする。この制御は調速機か
らの指令による圧油切換弁の作動によりデフレクタ配圧
弁８のパイロットバルブ３１の作動を不能にしてノズル
１２．１４のニードル４を全閉にする。なお水車出力が
ノズル１１．１３の全開時の水噴射流量より大きくなれ
ば、圧油切換弁の作動によりノズル１２．１４のニード
ル４の作動を可能にしてノズル１１．１３と１２．１４
との各ニードル４を同時に開にする。

なお、デフレクタ１５は負荷急減時、調速機からの指令
により急速動作し、ノズルからの噴射水がバケット２に
当たらないようにする。

このような構成により負荷がノズル１１と１３との各ニ
ードルノズル開度の全開時の水噴射流量の和に相当する
ものより小さいとき幌は、調速機に連結する配圧弁２１
を介してデフレクタサーボモータ１８が作動し、デフレ
クタ１５が負荷に対応して回動するとともにデフレクタ
配圧弁繍からの圧油によりノズル１１．１３のニードル
４が移動し、ニードルノズル開度が調整されて負荷に対
応する流量の水がノズル１１．１３から噴射されてこの
噴射流量に対応する水車出力が得られ、ランナ３に軸を
介して結合される発電機は水車出力に応じた電力を出力
する。

負荷がさらに増加してノズル１１と１３とのニードルノ
ズル開度全開時の水噴射流量の和以上に相当するものに
なれば、ノズル１１，１２，１３．１４を配圧弁により
均等に各ニードル４の開度を調整して各ノズルから水を
噴射し、この噴射流量に対応する水車出力を得、増加す
る負荷に対応する。

第４図は水車出力がノズル１１と１３とのニードル開度
にニードルサーボモータのストローク）全開時に相当す
る出力以上になるときのノズル１１．１３と１２．１４
のニードル開度を示すグラフである０図においてノズル
１１と１３とのニードル開度が全開（１００％）状態か
らＡ時点で出力をさらに増加する時にはノズル１１と１
３とのニードルは３０に示すように閉方向に、ノズル１
２と１４とのニードルは３１に示すように開方向に移動
させてノズ、ル１１．１３とノズル１２．１４とのニー
ドル４を同一開度にし、この同−開度になったＢ時点か
らノズル１１〜１４のニードル４を同時に同じ開度割合
で操作し、各ノズルから均等の水噴射流量を噴射して出
力増加に対応する。このときの水車出力は３２に示す出
力状態となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように水車出力がノズル１１と１３のニードルノ
ズル開度全開時の水噴射流量の拍和に対応する出力以上
に増加して他のノズル１２．１４からも水噴射させる場
合、ノズル１１と１３のニードル開度を閉方向に、ノズ
ル１２．１４のニードル開度を開方向にしてこれらのノ
ズルのニードル開度を一旦同一開度にした後同じ開度割
合で出力を増加させる切替方法は、各ノズルのニードル
を同一開度にするための切替時間がかかるとともに第４
図に示すようにこの切替時間（ＡからＢ時点までの時間
）に水車出力が３３のように変動するこれは水噴射流量
に相当するニードルノズル開度とニードルサーボモータ
のストローク　に一ドル開度）との関係が第５図に示す
ように直線的な比例関係でないため閉方向に進むノズル
１１．１３のニードルノズル開度と開方向に進むノズル
１２．１４のニードルノズル開度の和が一定、すなわち
水噴射流量が一定にならないためである。

するという問題がある。

本発明の目的は、水車出力が増加してノズル数を切替゛
える時、切替時間をなくすとともに水車出力の変動をな
くすことのできるペルトン水車のノズル切替方法を提供
することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によれば外周にバケ
ットを有するランナと、このランチの周囲に対向して配
される複数対のノズルと、このノズルに挿入され、ノズ
ルから噴射する水の流量を決めるニードルノズル開度を
制御するニードルとを備えるペルトン水車において、こ
の水車の出力１増減に応じて水を噴射するノズルの対数
を切替えるペルトン水車のノズル切替方法であって、前
記出力の増加時は一対のノズルのノズル開度が全開にな
るごとに他の対のノズルのニードルノズル開度を制御し
て水の噴射流量を増加させ、一方、出力減少時には前記
と逆の手順で一対のノズルのニードルノズル開度が全閉
になるごとに他の対のノズルのニードルノズル開度を制
御して水の噴射流量を減少させるものとする。

〔作用〕

ランナに臨んで対向して配される複数対のノズルを有す
るペルトン水車において、水車出力が増加し、一対のノ
ズルのニードルノズル開度の全開時の水噴射流量より多
くの水噴射流量が必要になる場合、この対のノズルのニ
ードルノズル開度は全開のままにして他の対のノズルの
ニードルを操作し、ニードルノズル開度を制御して出力
に対応する水噴射流量を各ノズルから噴射させる。すな
わち一対のノズルのニードルノズル開度が全開になった
ら、他の一対のノズルのニードルノズル開度を制御して
水噴射流量を増加させる。

一方、出力が減少する場合、上記と逆の手順で行われる
。すなわち、出力の減少が水噴射流量を制御している一
対のノズルの水噴射流量よりさらに減少する必要がある
時には、このノズルのニードルノズル開度を全開にした
後、他の全開の一対のノズルのニードルノズル開度をニ
ードルにより制御して減少した出力に対応する水の噴射
流量を各ノズルから噴射する。すなわち−封のノズルが
全開になったら、他の一対のノズルのニードルノズル開
度を制御して水噴射流量を減少させる。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例によるノズル切替方法を適用す
るペルトン水車の制ｊＢ系統図である。なお第１図にお
いて第３図の従来例と同一部品には同じ符号を付し、そ
の説明を省略する。第１図において従来例と異なるのは
一対のノズル１１゜１３のニードル４０ストロークを制
御する配圧弁４０と、他の一対のノズル１２．１４のニ
ードル４のストロークを制御する配圧弁４１とを設け、
配圧弁４０のポート４２．４３とからの圧油の給徘管４
４．４５をそれぞれノズル１１．１３のデフレクタサー
ボモータ１８のピストン１９の両側の油室に接続し、一
方配圧弁４１を のポート４６．４７とノズル１２．１４のデフレクタサ
ーボモータ１８のピストン１９の両側の油室に圧油の給
徘管４８．４９で接続したことである。なお、配圧弁４
０．４１は図示しない調速機の指令により制御される。

このような構成によりペルトン水車を駆動して負荷が小
さい時には配圧弁４０の作動によりノズル１１．１３の
ニードルを操作し、ニードルノズル開度を制御してノズ
ル１１．１３から負荷に対応する水噴射流量を噴射し、
この噴射流量に対応する水車出力を得る。そしてさらに
負荷が増加し、ノズル１１゜１３のニードルノズル開度
が全開以上の水噴射流量が必要の時には、ノズル１１．
１３のニードルノズル開度を全開にし、さらに配圧弁４
１の作動によりノズル１２．１４をニードル４の操作に
よりニードルノズル開度を制御し、この制御されたノズ
ル１２．１４のニードルノズル開度とノズル１１．１３
の全開のニードルノズル開度とに相当する水噴射流量を
噴射し、この噴射流量に対応する水車出力を得る。

一方負荷が減少するときには前記と逆の手順で配圧弁４
１の作動によりノズル１２．１４のニードルノズル開度
を小さくしてノズル１２．１４からの水噴射流量を減少
させる。そしてさらに負荷が減少してノズル１１．１３
からの水噴射流量のみに対応する負荷になれば、ノズル
１２．１４のニードルノズル開度を全開にした後、配圧
弁４０の作動によりノズル１１゜１３のニードルノズル
開度をニードル４により制御し、ノズル１１．１３から
の水噴射流量を制御し、減少した負荷に対応した水噴射
流量をノズルＩＬ１３から噴射し、この噴射流量に対応
する水車出力を得る。

第２図は上記のノズル切替を示すグラフであり、図に基
づいてさらに説明する０図においてノズル１１．１３の
ニードル開度が全開（１００％）の状態の時、すなわち
水車出力が５０９４出力の状態から水車出力がＣ時点で
増加する時、ノズル１１．１３のニードル開度は全開の
ままでノズル１２．１４のニードル開度を順次間にして
水噴射流量を増加させる。これに伴って水車出力は５０
％出力から順次増加する。そしてノズル１２．１４のニ
ードル開度が全開になったＤ時点で水車出力は１００％
出力になる。このような状態から出力を減少する時には
ノズル１１．１３のニードル開度は１００％に保持した
ままＥ時点からノズル１２．１４のニードル開度を減少
し、Ｆ時点で全開にすれば水車出力はＦ時点で５０％出
力になる。

そしてこのＦ時点からさらに水車出力を減少する時には
ノズル１１．１３のニードル開度を減少し、０時点で全
開にすれば水車出力はＯとなる。

このようにノズル切替を行うことにより、水車出力の増
減に応じてノズル数を増減する時、一対のノズル１１．
１３と１２．１４とは独立してニードル開度が制御され
るので、従来のようにノズルニードル開度とニードルサ
ーボモータストローク　（ニードル開度）との非直線的
関係に基づく出力の変動がなくなる。

なお上記においては４ノズルペルトン水車のノズル切替
方法について説明したが、６ノズルベルトン水車におけ
る２ノズル運転Ｈ４ノズル運転→６ノズル運転において
も前記と同じノズル切替方法を適用できる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば複数対
のノズルからなるペルトン水車において、水車出力の増
加時、一対のノズルのニードルノズル開度が全開になっ
た後、この全開状態で他の対のノズルのニードルノズル
開度を増加させ、また減少時前記と逆の手順でノズル切
替を行−うようにしたことにより、各対のノズルは独立
してニードルノズル開度が制御されて出力に対応する水
の噴射流量を噴射するので、ノズルを切替えて水車出力
を増減する際出力の変動がなくなり、このため水車に結
合される発電機を弱い電力系統に接続しても安定した電
力を電力系統に供給できる。またノズル切替時、各ノズ
ルのニードルノズル開度を同一にする必要がないので、
切替時間がなくなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるノズル切替方法を適用す
るペルトン水車の制御系統図、第２図は第１図における
ノズル切替方法によるニードル開度過程と水車出力過程
とを示す図、第３図は従来のノズル切替方法を適用する
ペルトン水車の制御系統図、第４図は第３図のノズル切
替方法によるニードル開度過程と水車出力過程とを示す
図、第５図は第３図のニードルノズル開度とニードルサ
ーボモータストロークとの関係を示す図である。 ２：バケット、３：ランナ、４：ニードル、１１．１２
，１３，１４　：ノズル、２１，４０，４１　：配圧弁
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）外周にバケットを有するランナと、このランナの周
   囲に対向して配される複数対のノズルと、このノズルに
   挿入され、ノズルから噴射する水の流量を決めるニード
   ルノズル開度を制御するニードルとを備えるペルトン水
   車において、この水車の出力増減に応じて水を噴射する
   ノズルの対数を切替えるペルトン水車のノズル切替方法
   であって、前記出力の増加時は１対のノズルのニードル
   ノズル開度が全開になるごとに他の対のノズルのニード
   ルノズル開度を制御して水の噴射流量を増加させ、一方
   、出力減少時には前記と逆の手順で一対のノズルのニー
   ドルノズル開度が全閉になるごとに他の対のノズルのニ
   ードルノズル開度を制御して水の噴射流量を減少するこ
   とを特徴とするペルトン水車のノズル切替方法。