JPH0640370U - ペルトン水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 流水部の抜水、マンホールの開閉、デフレク
タの操作等を行なうこと無しに、ノズルチップライナや
ニードルチップの磨耗の点検を可能にしたペルトン水車
を提供する。 【構成】 水車の側路弁２５の開閉制御を行う側路弁サ
ーボモータ２６を切換駆動する圧油を側路弁サーボモー
タに切換供給する側路弁配圧弁２７と、ディスクの周縁
に取付けられた複数のバケットに入口弁２０を介して導
入された流水を衝突させ得るよう配置され、圧油で駆動
されるニードルサーボモータ１４により前後進制御され
先端にニードルチップを取付けられたニ−ドル１２を内
部に有すると共にノズルチップライナを取付けられた複
数の噴射管１０を備えたペルトン水車に於て、停止中に
おける側路弁の開閉状態より、ニードルチップとノズル
チップライナの何れか一方の磨耗を検知することを特徴
とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水力発電所で発電用に使用されるペルトン水車の改良に関し、特に 水車停止中に於ける側路弁の開閉状態より、噴射管からの漏水の有無を検出し得 るようにしたペルトン水車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

水力発電所に於て、発電用に適用される水車には数種類があり、水車を回転駆 動させるために、水車に導入可能の流水の落差及びその流量を考慮して、最適の 種類の水車が選択される。本考案の対象であるペルトン水車は、通常、比較的落 差が大きく、流量が比較的少ない場所に建設される発電所に適用される水車であ る。

【０００３】 その詳細は後述するが、ペルトン水車は、水源より導水路，水圧鉄管を介して 導入される高圧流水を、入口弁の下流で複数の噴射管に分岐し、各々の噴射管の 先端から噴射させ、主軸に嵌着されたディスクの周縁に均等に取付けられた複数 のバケットに衝突させて、回転力を得る衝動形水車である。噴射管の先端からジ ェットとなってバケットに噴射する流水の流量は、その内部に設けた円錐形のニ −ドルを前後進させることにより調整され、水車の出力が調整される。

【０００４】 図４は、噴射管の構成の一例を示す一部欠裁断面図であり、図５（ａ）と図５ （ｂ）とは、噴射管先端の構成部材の詳細を示す断面図である。図４に於て、１ ０は噴射管であり、図示右方の図示しない入口弁より分岐湾曲し、先端に開口を 有し、先端近傍の内部中心部にニ−ドルガイド１１が設けられる。ニ−ドルガイ ド１１には、その先端にニ−ドル１２が螺着されたニ−ドルステム１３が挿通さ れ、ニ−ドルステム１３は、噴射管１０の湾曲外側に設けられたニ−ドルサ−ボ モ−タ１４に連結される。噴射管１０の先端開口内周面には、ノズルチップライ ナ１５がはめ込まれ、図示のニ−ドル１２の全閉時における噴射管１０からの漏 水を防止している。

【０００５】 １６は図示しない水車の主軸に嵌着されたディスク１７の周縁に、均等に取付 けられたバケットであり、主軸，ディスクと共に水車のランナを構成する。サ− ボモ−タ１４は、図示しない圧油タンクから配圧弁を介して供給される圧油によ り制御され、ニ−ドルステム１３を介してニ−ドル１２を前後進させ、ノズルチ ップライナ１５とニ−ドル１２との間隙を増減し、バケット１６に衝突させる流 水の噴射流量を調整する。

【０００６】 １８は、デフレクタであり、噴射管１０の先端下部に設けられた軸１８１に軸 支され、図示しない開閉制御機構により開閉制御され、図は閉状態を示す。デフ レクタ１８は、水車の運転中は、噴射管１０の先端より噴射するジェットが、バ ケット１０に衝突する妨げとならないように、破線で示す開状態に制御され、水 車の停止中は、実線で示す閉状態に制御され、噴射管１０からのジェットがバケ ット１６に衝突するのを阻止する。

【０００７】 水車に駆動される発電機が接続される電力系統事故等により、発電機負荷が遮 断された時には、水車のランナが加速され過速になるのを防止するため、ニ−ド ル１２を全閉して、噴射管１０からのジェットの噴射を直に停止し、ジェットの バケット１６への衝突を阻止しなければならないが、ニ−ドル１２の制御機構で あるサ−ボモ−タ１４には即応性が無く、直に図示の状態に閉制御して、ジェッ トの噴射を停止することは出来ない。デフレクタ１７は、主として、上記の様な 場合に於ける水車ランナの過速防止を目的として設けられたもので、即応制御可 能の制御装置を有し、必要に応じて、直に図示の状態に閉制御され、噴射ジェッ トのバケット１６への衝突を阻止し、水車ランナの過速を防止する。

【０００８】 図５（ａ）は、ニ−ドル１２の詳細断面図であり、図５（ｂ）は、噴射管１０ の先端部の詳細断面図である。図５に於て、ニ−ドル１２は、円錐形のニ−ドル チップ１２１とニ−ドルヘッド１２２とから構成されか、両者が一体構造になっ ている。ニ−ドルチップ１２１は、中央内部に雌ネジが切られ、ニ−ドルヘッド １２２の中心孔に挿通されるニ−ドルステム１３の先端に切られた雄ネジに螺着 される。噴射管１０の先端開口内週面には、図５（ｂ）に示す如く、ノズルチッ プライナ１５がはめ込まれ、ニ−ドル全閉時には、図５（ａ）に示すニ−ドルチ ップ１２１の円錐側面がこのノズルチップライナ１５に当接し、噴射管１０から の漏水を防止する。

【０００９】 噴射管１０の先端部の高圧流水の噴射口及びニ−ドルチップ１２１は、上記の 如く構成され、噴射ジェットは、ニ−ドル１２を前後進させ、ノズルチップライ ナ１５とニ−ドルチップ１２１との間隙を増減することで、その流量が調整され るから、ノズルチップライナ１５とニ−ドルチップ１２１とは、噴射流量の調整 を行う主要部分となる。従ってこれらは、流水の影響を最も受けやすい部分であ り、土砂等を多量に含む河川水を利用する発電所ほど、短期間に磨耗し、これら のシャッタ面は凹み、ニ−ドル１２を全閉しても両者間には間隙が生じ、流水を 完全に止めることは不可能となり、漏水を生じることになる。

【００１０】 前述の如く、デフレクタ１８、水車停止中には図示の閉状態に制御され、噴射 管１０からの流水（通常は漏水）があってもこれを阻止し、バケット１６に衝突 するのを防止する。従って、漏水が生ずると、漏水はデフレクタ１８当たってそ の磨耗を早め、いずれデフレクタ１８を貫通し、バケット１６に直接漏水が当た るようになり、非常に危険な状態となる。

【００１１】 又、ノズルチップライナ１５及びニ−ドルチップ１２１が磨耗し、凹みが生ず ると、噴射するジェット流に乱れを生じ、乱流となってバケット１６に衝突する ことになるから、高速流水の有する運動のエネルギは、バケット１６に有効に作 用しなくなり、水車の運転効率の低下を来すことになる。

【００１２】 以上記載の理由から、ノズルチップライナ１５やニ−ドルチップ１２１の磨耗 の有無を早期に検知することは、ペルトン水車を使用する水力発電所の運営上、 非常に重要な要件となる。しかしながら、現状において、ノズルチップライナ１ ５やニ−ドルチップ１２１の磨耗の有無を点検するには、噴射管１０の外部から 行うことは不可能であるため、水車を停止し、流水部内の抜水を行い、マンホ− ルを開いてハウジング内に入り、必要に応じて、ノズルチップライナ１５やニ− ドルチップ１２１が、点検できる程度にデフレクタ１８を操作し、はじめて点検 出来ることになる。このため、ノズルチップライナ１５やニ−ドルチップ１２１ の磨耗の検知には、かなりの時間と労力とを要し、水力発電所の大きな運用効率 の低下につながっていた。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案が解決しようとする問題点は、ペルトン水車の流水部の抜水，マンホ− ルの開閉，デフレクタの操作等を行わなければ、ノズルチップライナやニ−ドル チップの磨耗の検知が出来ない点である。従って本考案の目的は、水車の流水部 の抜水，マンホ−ルの開閉，デフレクタの操作等を行なうこと無しに、ノズルチ ップライナやニ−ドルチップの磨耗の検知を可能にしたペルトン水車を得ること である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ペルトン水車の停止時に於いて、ノズルチップライナ，ニ−ドルチ ップ等の磨耗に起因する噴射管からの漏水により生ずる入口弁より下流側の水圧 の低下を、側路弁の開閉状態より検出し、側路弁の開閉状態から間接的に、ノズ ルチップライナ，ニ−ドルチップ等の磨耗を検知する。

【００１５】 即ち、水車の停止時に、制御圧油の供給を阻止した側路弁の弁体に作用する水 圧を利用し、側路弁弁体のシ−ト部を境界線として、噴射管から漏水が無く、側 路弁の下流側の水圧が保持されている場合には、側路弁が開き、漏水により側路 弁の下流側の水圧が低下する場合には、側路弁が全閉状態の儘となるように構成 した点を特徴とする。

【００１６】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を説明する。図１は本考案の一実施例を示すペル トン水車停止時に於ける油管系統図である。図１に於て、２０は水圧鉄管ＰＳの 末端に設けられた入口弁であり、入口弁油圧サ−ボモ−タ２１により開閉制御さ れ、その下流側は２つに分岐されて噴射管１０，１０に接続される。２５は、入 口弁２０を側路する側路弁であり、側路弁サ−ボモ−タ２６により開閉制御され る。

【００１７】 一方、入口弁２０及び側路弁２５を夫々開閉制御する入口弁サ−ボモ−タ２１ 及び側路弁サ−ボモ−２６には、下記の経路により圧油が供給される。即ち、圧 油タンク３０から、配管３１，油圧阻止弁配圧弁３２，油圧阻止弁配圧弁３２の 開側給油管３３，油圧阻止弁３４，配管３５を通して入口弁配圧弁２２及び側路 弁配圧弁２７に供給され、更に配圧弁２２，２７の操作により、対応するサ−ボ モ−タ２１，２６の閉側給油管２３，２８、或いは開側給油管２４，２９に供給 される。尚、３６は油圧阻止弁３４の閉側給油管である。

【００１８】 図２は、入口弁を側路する側路弁２５の全閉時及び側路弁油圧サ−ボモ−タ２ ６の垂直断面図である。図に於て、矢印Ａ，Ｂは、入口弁２０を側路するために 導入される導入水の水流方向を示す。２５ａは弁胴、２５ｂは弁胴２５ａ内に設 けられた弁体であり、図示右方に取付けられた油圧サ−ボモ−タ２６のピストン ２６ａに、ロッド２６ｂを介して連結されている。２５ｃは弁胴２５ａの導入水 出口側内面に取り付けられたブッシュ、２５ｄは、図示の如く弁体２５ｂが全閉 の位置に於てブッシュ２５ｃの右端に当接し、弁体２５ｂの上流側と下流側とを 密封するシ−ト面である。側路弁２５は、上述の圧油が、油圧サ−ボモ−タ２６ の閉側給油管２８に供給されると、図示の如く全閉し、開側給油管２９に供給さ れると、全開する。

【００１９】 次に、上記の如く構成された本考案の作動を説明する。前述の如く図１は、ペ ルトン水車の停止時に於ける油管系統図を示しているから、圧油阻止弁配圧弁３ ２は閉側に制御され、圧油タンク３０からの圧油は、配管３１を通して配圧弁３ ２の閉側給油管３６に供給され、圧油阻止弁３４は全閉となっている。従って入 口弁２０及び側路弁２５の各々のサ−ボモ−タ２１，２６の閉側給油管２３，２ ８の油圧は０となっている。

【００２０】 ペルトン水車に駆動される発電機の停止操作は通常、発電機負荷−発電機無負 荷−発電機解列−発電機励磁遮断−水車ニ−ドル閉−水車デフレクタ閉−入口弁 閉−側路弁閉 の順序で行われる。従ってペルトン水車の停止時には、噴射管１ ０も含めて、その上流側の水路は、全て導入水で満たされている。

【００２１】 前述の如く、（図２に於て）水車停止時には側路弁弁胴２５ａ内は、導入水で 満たされているから、噴射管１０の先端からの漏水が無ければ、側路弁弁胴２５ ａ内の導入水による単位面積当りの水圧Ｐは、弁体２５ｂの上流側と下流側とで 等しくなる。従って、前記シ−ト面２５ｄを境界として、側路弁弁体２５ｂには 図示のごとく、左側からは、下流側導入水圧力 Ｆ１ が、右側からは、上流側 導入水圧力 Ｆ２ が作用することになる。側路弁弁体２５ｂに作用する導入水 圧は Ｐ であるから、下流側導入水圧力 Ｆ１ と上流側導入水圧力 Ｆ２ とは、それぞれ Ｆ１＝π／４×Ｄ1 ・Ｄ1 ・Ｐ Ｆ２＝π／４×（Ｄ2 −Ｄ3 ）・（Ｄ2 −Ｄ3 ）・Ｐ となり、側路弁２５は通常、 Ｆ１＞Ｆ２ となるように設計されている。そし て前述の様に、水車停止時には、入口弁２０及び側路弁２５の各々のサ−ボモ− タ２１，２６の閉側給油管２３，２８の油圧は０となっているから、側路弁２５ の弁体２５ｂの開閉状態は、上記の、下流側導入水圧力 Ｆ１ と、上流側導入 水圧力 Ｆ２ との大小によって決定される。

【００２２】 即ち、ニ−ドルチップ１２１やノズルチップライナ１５のシャッタ面に、磨耗 による凹みや間隙の発生が無く、漏水が生じていない場合には、設計通りの Ｆ １＞Ｆ２ の関係が維持される。従って側路弁弁体２５ｂは、下流側導入水圧力 Ｆ１ によって図示右方に押されて開となり、この状態を維持する。

【００２３】 又、ニ−ドルチップ１２１やノズルチップライナ１５のシャッタ面に、磨耗に よる凹みや間隙が発生し、漏水が生じている場合には、下流側導入水圧力 Ｆ１ は徐々に低下し、 Ｆ１＞Ｆ２ の関係は成立しなくなり、遂には Ｆ１＜Ｆ ２ となって、側路弁弁体２５ｂは、水車停止後一時的には開となっても、上流 側導入水圧力 Ｆ２ によって図示左方に押されて、遂には閉状態を維持するこ とになる。

【００２４】 以上説明の様に、水車停止後に於ける側路弁２５の開閉状態は、下流側導入水 圧力 Ｆ１ と、上流側導入水圧力 Ｆ２ との大小によって決定され、両水圧 力Ｆ１，Ｆ２の大小は、ニ−ドルチップ１２１やノズルチップライナ１５のシャ ッタ面からの漏水によって決定されるから、水車停止後所定の時間経過時に於け る側路弁２５の開閉状態を確認することにより、噴射管１０の漏水の有無を間接 的器に検知することが出来る。

【００２５】 尚、図３は、水車停止後の経過時間に対する下流側導入水圧力とニ−ドルチッ プやノズルチップライナのシャッタ面の磨耗の度合いとの関係を示すグラフであ り、経過時間に対し、ニ−ドルチップやノズルチップライナのシャッタ面の磨耗 の度合いが大きい程漏水量が多くなるから、下流側導入水圧力の変化も大きいこ とを示している。

【００２６】

【考案の効果】

以上、本考案について詳細に説明したが、本考案によれば、水車の停止中にお ける側路弁の開閉状態より前記噴射管からの漏水（ニ−ドルチップやノズルチッ プライナのシャッタ面の磨耗）を検出することができるから、漏水の検出は安全 となり、更に磨耗の有無の点検のための、水車の停止、流水部内の抜水、マンホ −ルの開閉、必要に応じたデフレクタの操作等の作業が一切不要となるから、水 力発電所の運用効率は向上し、保守員の時間と労力を軽減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すペルトン水車停止時の
油管系統図。

【図２】側路弁（全閉時）及び側路弁油圧サ−ボモ−タ
の垂直断面図。

【図３】水車停止後の経過時間に対する下流側導入水圧
力とニ−ドルチップやノズルチップライナのシャッタ面
の磨耗の度合いとの関係を示すグラフ。

【図４】噴射管の構成の一例を示す一部欠裁断面図。

【図５（ａ），（ｂ）】噴射管先端の構成部材の詳細を
示す断面図。

【符号の説明】

１０……噴射管、 １２……ニ−ドル、 １２１…ニ−ドルチップ、 １４……ニ−ドルサ−ボモ−タ、 １５……ノズルチップライナ、 １６……バケット、 １７……ディスク、 ２０……入口弁、 ２１……入口弁サ−ボモ−タ、 ２２……入口弁配圧弁、 ２５……側路弁、 ２６……側路弁サ−ボモ−タ、 ２７……側路弁配圧弁、 ３０……圧油タンク、 ３４……圧油阻止弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧油タンクの圧油が水車の停止中は全閉
   とされる圧油阻止弁を介して供給され、前記水車の入口
   弁の開閉制御を行う入口弁サ−ボモ−タを切換駆動する
   前記圧油を前記入口弁サ−ボモ−タに切換供給する入口
   弁配圧弁と、前記圧油阻止弁を介して前記圧油が供給さ
   れ、前記水車の側路弁の開閉制御を行う側路弁サ−ボモ
   −タを切換駆動する前記圧油を前記側路弁サ−ボモ−タ
   に切換供給する側路弁配圧弁と、前記水車の主軸に嵌着
   されたディスクの周縁に取付けられた複数のバケットに
   前記入口弁を介して導入された流水を衝突させ得る位置
   に配置され、前記圧油で駆動されるニ−ドルサ−ボモ−
   タにより前後進制御され先端にニ−ドルチップを取付け
   られたニ−ドルを内部に有すると共にその先端内周面に
   ノズルチップライナを取付けられた複数の噴射管とを備
   えたペルトン水車に於て、前記水車の停止中における前
   記側路弁の開閉状態より、少くとも前記ニ−ドルチップ
   とノズルチップライナの何れか一方の磨耗を検知するこ
   とを特徴とするペルトン水車。