JPS5846677B2 - ポンプスイシヤノ ホゴソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポンプ水車の保護方法に係り、特にポンプ運
転状態において、主機が逆転方向に回転上昇した場合の
水圧鉄管の保護方法に関する。

ポンプ水車においては一般に、ポンプ運転と水車運転と
ではそれぞれ異なった案内羽根閉鎖速度を有しており、
かつ、それぞれの運転モードにおける閉鎖速度はさらに
閉鎖途中で閉鎖速度を変える所謂、腰折のある閉鎖速度
となっている。

この詳細を第３図によって説明する。

まず水車運転モードから説明する。

今、案内羽根開度が１００％の状態にあり、ここで負荷
遮断が行われ、即ちポンプ水車に直結された発電機の負
荷が急に切られた場合には、ポンプ水車の回転速度が一
時的に上昇する。

ところでポンプ水車の場合には、逆の回転となるポンプ
運転も可能にするためランナー羽根の直径を比較的太き
くし、水に充分な遠心力が作用するようにランナー形状
を設計する。

このため、ポンプ運転と回転方向が違う水車運転でも回
転数が速くなればランナーを流過する水に大きな遠心力
が作用することになり、ランナー室に流入する水量が減
少し、ついには逆流し、ポンプ方向流れに転する。

即ち案内羽根を閉めなくても回転上昇すれば水車流量は
減少する。

この傾向は高落差ポンプ水車になる程強まり、回転数が
上昇し、低下に転じた直後に水車流れがポンプ方向流れ
に急激に移行する現象が現れる。

そして当然の結果としてポンプ水車の水圧鉄管内水圧が
急上昇する。

特に回転数上昇と案内羽根の急閉鎖が重なった場合には
、ポンプ作用による流量減少効果と、案内羽根の絞り効
果が同時に起きて水圧鉄管内の水圧上昇が異常に拡大し
、危険である。

このため従来より水車運転モードにおいては、一定の開
度（例えば７０％）以下では案内羽根の閉速度に制限を
与えて曲線３６のように腰折させている。

例えば案内羽根開度が１００％近くにあって負荷遮断が
起きた場合を考えると、案内羽根は最初比較的速く閉ま
り、回転数が最大値を越えて降下に転じた頃には比較的
遅い速度に制限され、前述の異常な水圧上昇の拡大が防
止できる。

次にポンプ運転モードについて説明する。

ポンプ運転中にポンプ水車と直結され、ポンプ水車を駆
動している電動機の電源が切れた場合、もし案内羽根の
閉鎖が遅すぎるとポンプ方向であった水流は逆転して水
車流れに移行し、回転方向もポンプ方向で失速するばか
りでなくやがて逆転してしまい、実質的に水車運転へと
移行してしまう。

この間の逆流、逆転現象は振動などを伴ってポンプ水車
にとっては非常に苛酷な運転状態になる。

したがって電動機の電源が切れたら直ちに案内羽根を閉
めることとし、その閉め方も曲線３５のように全閉近く
まで比較的速い速度で一気に閉め込むようにしている。

なお全閉近くで腰折れをかけ閉め込み速度を低下させる
理由は、閉めきり直後のドラフト側水撃の度合を和らげ
るためである。

上述から明らかなごとく１、ポンプ運転モードで運転中
に電動機の入力が喪失したものの案内羽根閉鎖が実行さ
れずに逆転し実質的に水車運転モードに移行した場合に
は、案内羽根の閉鎖パターンがポンプ運転モードのまま
では腰折れの入る案内羽根開度が閉じ過ぎるため、案内
羽根の絞り作用が働きすぎて水圧鉄管内水圧が急上昇し
、極めて危険な状態となる。

このようなポンプ運転、水車運転それぞれに相異なった
閉鎖速度を持つ案内羽根閉鎖速度は、案内羽根閉鎖速度
選択装置により行なう。

この案内羽根閉鎖速度選択装置には、従来より二種類が
ある。

即ち、案内羽根開度位置をカムなどによって機械的にと
らえ油圧切換弁を通して、案内羽根閉鎖速度選択装置プ
ランジャーを操作する機械式案内羽根閉鎖速度選択装置
と、もう一つは案内羽根開度を位置開閉器によって電気
的にとらえ、電磁弁を通して、案内羽根閉鎖速度選択装
置プランジャーを操作する電気式案内羽根閉鎖速度選択
装置である。

これら従来技術における共通の欠点は、ポンプ運転、水
車運転のモード選択は手動操作によるか、又はシーケン
ス進行上の自動操作によってのみ、即ち、外部からの指
令によってのみ、選択されるだけで、主機の運転状態そ
のものを自分で監視しながら、それをモード選択装置に
フィードバックする所謂、自己適応形のモード選択が考
えられていないことにある。

このために例えば、一旦ポンプ運転に選択された主機は
、逆転方向（水車運転状態）の回転上昇状態になっても
、ポンプ運転モードのまま主機を停止するために、水圧
鉄管に異常な圧力上昇を生じ、鉄管破裂などの事故を発
生する。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改善し、い
かなる運転状態においても安全なポンプ水車の保護方法
を提供することにある。

即ち、本発明の特徴は、正回転でポンプ運転を行い、逆
回転で水車運転を行うための可逆転ランナーと、このラ
ンナーへの流入水量を調節する水量調節手段を有し、こ
の水量調節手段の閉鎖パターンをポンプ運転と水車運転
とでは異なって設定し、かつ、運転モードに応じて前記
水量調節手段の閉鎖パターンを切換えるポンプ水車の運
転方法において、ポンプ運転中逆回転して実質的に水車
運転に移行した場合、この水車運転に移行したことを検
出する手段を設け、この検出手段から出力される信号で
、ポンプ運転モードに設定されていた水量調節手段の閉
鎖パターンを水車運転モードに自動的に切換えるように
したポンプ水車のにある。

以下本発明の一実施例を図面によって説明する。

第１図において、二次配圧弁１のプランジャー２は図示
していない案内羽根サーボモータの開側、閉側に圧油を
配圧し、案内羽根を油圧で操作させるもので、バルブサ
ーボモータ３によって上下動される。

このバルブサーボモータ３はパイロットプランジャー４
の上下動に応じて上下動させられる。

即ちバルブサーボモータ３の下側室には絶えず圧油が作
用しているので、パイロットプランジャー４が上動じて
バルブサーボモータ３の上側室の油が通路３７を通して
排出された場合には、バルブサーボモータ３は上動する
。

パイロットプランジャー４が下動じ、圧油が通路３７を
通してバルブサーボモータ３の上側室にも通じた場合に
はバルブサーボモータ３は下降する。

この理由は、バルブサーボモータ３の上側室の方が下側
室より受圧面積が大きいためである。

６及び７はレバー機構であり、バルブサーボモータ３の
動きをパイロットプランジャー４と対をなしパイロット
プランジャー４の外周に位置するブッシング５に対して
フィードバックする機構である。

このレバー機構６，７はバルブサーボモータ３の変位が
パイロットプランジャ−４と一定の比例関係になるよう
に設けられている。

８はオイルモータで圧油によって絶えず回転している。

９は偏心カムでオイルモータ８の回転に伴い、微振動を
専用レバー１０に伝える。

この微振動はレバー機構６，７を介してブッシング５に
伝えられ、パイロットプランジャー４とブッシング５間
の摩擦力、ハイドロリック力の軽減に役立つ。

パイロットプランジャー４は図示していない調速機の補
助サーボモータの変位と案内羽根サーボモータの変位の
差に応じて上下動させられるようになっている。

換言すれば指令側である補助サーボモータの位置変位に
応じて案内羽根サーボモータが制御されるが、その速度
はプランジャー２の変位次第で決まる。

即ち、大きく下方に変位した時は速い閉鎖速度で、小さ
く下方に変位した時は遅い閉鎖速度で閉められる。

なお、上動の場合は開動作になる。

１１は案内羽根サーボモータの許容最大閉速度を設定す
るナツト、１２は反対に許容最大閉速度を設定するナツ
トである。

ところで、案内羽根の閉速度は運転状態に応じて切換え
使用する必要があり、単にナツト１２による最大閉速度
設定だけでは済まない。

これを達成するために設けられたのが案内羽根閉鎖速度
選択装置のストップピストン１３乃至１５である。

これらストップピストン１３乃至１５はバルブサーボモ
ータ３の周りに配置され、バルブサーボモータ３の頂部
に取付けられたストッププレート１６の下動を制限する
ように作動する。

まずストップピストン１３は水車運転モードの腰折前の
案内羽根閉鎖速度を決めるためのもので、ポンプ運転モ
ードでは下室が排油され無効状態にあり落ちたままであ
るが、水車運転モードでは下室に電磁弁１７を介して圧
油が導かれ、所定の制限を与える。

制限の度合はストップピストン１３のロッド上に取付け
られたナツト１８の位置を調整して決める。

同様に、ストップピストン１４は水車運転モードの腰折
後の案内羽根閉鎖速度を決めるためのものであり、スト
ップピストン１５はポンプ運転モードの腰折後の案内羽
根閉鎖速度を決めるためのものである。

１９及び２０は夫々のストップピストン１４及び１５を
作動する電磁弁、２１及び２２はストップピストン１４
及び１５のロッド上に取付けられたストップピストン１
４及び１５の位置を調整するナツトである。

２３は水車運転モード、ポンプ運転モードを区別させる
ための運転モード選択電磁弁である。

２４及び２５は電磁弁２３のコイルであり、コイル２４
がＯＮすれば圧油を電磁弁１９へ通じてこれを生かし、
コイル２５がＯＮすれは圧油を電磁弁２０へ通じてこれ
を生かす。

すなわち、電磁弁１９はコイル２６をＯＮさせている時
に限り圧油をストップピストン１４に通じせしめ、水車
運転モードの腰折を作動せしめる。

また、電磁弁２０はコイル２７をＯＮさせている間圧油
をストップピストン１５に通じせしめ、ポンプ運転モー
ドの腰折を作動せしめる。

なお、２８は電磁弁１７のコイル、２９は案内羽根閉鎖
速度選択装置のボディで、このボディ２９に各ストップ
ピストン１３乃至１５が組込まれている。

第２図の「ポンプ−水車」運転モード切換開閉器３０の
操作によって主機がポンプ運転モードに選択されかつ、
ポンプ運転状態にある場合について説明する。

上記の運転状態において、主機が何らかの原因、例えば
、ポンプ駆動用電動機の入力喪失時案内羽根閉鎖指令を
ただちに主機にあたえるための保過装置（図示しない）
の不動作など、の原因によって案内羽根が開いたまま逆
転し、実質的に水車運転となり、さらに回転上昇して、
水車回転方向の規定回転数以上のある回転数に達した場
合第２図の過速度開閉器３１が閉路される。

第２図の過速度開閉器３１が閉路すると、同図の補助継
電器３２が付勢される。

即ち第２図の補助継電器３２のａ接点（継電器コイル付
勢で閉路される接点）閉路により、ポンプ運転モードに
あるにもかかわらず同図のコイル２８は付勢する。

またコイル２４も同時に付勢され、他方でコイル２５が
消勢され、実質的に水車運転モードの閉鎖パターンの実
行体制が整う。

かくしてコイル２６は案内羽根開度位置開閉器３３によ
り検出された案内羽根開度以下で消勢される。

従って第１図において案内羽根閉鎖速度選択装置用の電
磁弁１７は水車運転モードに、運転モード選択の電磁弁
２３は水車運転モードにそれぞれ切換る。

さらに案内羽根閉鎖速度選択装置用の電磁弁１９は第２
図の案内羽根開度位置開閉器３３により検出された案内
羽根開度以下で通油側に切換り、第１図の案内羽根閉鎖
速度選択装置のストップピストン１４を上動させる。

このようにして案内羽根は正に第３図の水車運転モード
案内羽根閉鎖速度曲線３６にしたがって閉動作する。

上述では逆転して実質的に水車運転モードに移行したこ
とを過速度開閉器３１で検出しているがこの理由につい
て説明する。

水車運転モードで定格回転で運転中、水車出力が丁度零
になる案内羽根開度を無負荷開度というが、上述の逆転
が丁度この無負荷開度で起きたとすれば逆転後も丁度定
格回転まで達するだけで過速状態になることはない。

但し、実際にはポンプ運転時は最高の効率となる適正開
度で運転され、この開度は前記無負荷開度より格段に高
い。

即ちこの高開度で逆転が起きれば定格回転を越えて過速
状態になることは必至である。

逆に言えば過速状態にならない程度の逆転なら案内羽根
開度は既にかなり閉まっていることを意味する。

そしてこのような小開度からならばたとえポンプ運転モ
ードの閉鎖パターンで閉め込まれてもさして大きな水圧
上昇は生ぜず危険ではない。

ついでな−がらポンプ水車の場合は、ポンプ運転モード
から水車運転モードに主機停止することなく故意に逆転
させ、直接移行する方法があるが、この場合は故障では
ないので案内羽根の閉鎖パターン切換指令も適確に与え
られるので本発明の保護装置に頼る必要はない。

第２図の「ポンプ−水車」運転モード切換開閉器３０の
操作によって、主機が水車運転モードに選択されかつ、
水車運転状態にある場合については、説明するまでもな
く勿論いついかなる状態からも主機は、第３図の水車運
転モード案内羽根閉鎖速度曲線３６にしたがって停止さ
れる。

主機がポンプ運転モードに選択されかつ、ポンプ運転状
態のまま即ち、ポンプ回転方向のまま停止される場合に
ついても又、説明するまでもなく勿論いついかなる状態
からも主機は第３図のポンプ運転モード案内羽根閉鎖速
度曲線３５に従って停止される。

即ち、主機は常に回転方向と一致した運転モードの案内
羽根閉鎖速度で停止される。

尚、案内羽根位置開閉器３４は所定の小開度以下でＯＮ
。

それ以上の開度ではＯＦＦする。

上記においてポンプ駆動用電動機の入力喪失に伴う案内
羽根閉鎖信号は、一般には第１図には示されていない補
助サーボモーターに与えられ、ただちに二次配圧弁１の
プランジャー２を下降させ、主機を停止させる仕組にな
っている。

本発明によれば、上記に記述したような従来技術におけ
る欠点を完全に補ない、ポンプ運転モード、水車運転モ
ードの各モード選択を手動操作および、シーケンス進行
上の自動操作による方法に加えて、主機の運転状態その
ものを検出して、それをモード選択装置にフィードバッ
クさせる所謂、閉ループのモード選択方法を可能ならし
めることによって、主機を常に回転方向と一致した運転
モードに選択することが出来るようにし、水圧鉄管の破
裂事故などを回避できる。

本発明の実施例においては、ポンプ運転時における逆転
検出には、過速度開閉器を用いたが、過速度開閉器によ
らなくても、水圧鉄管内の圧力検出や流量検出などの方
法によっても間接的に逆転検出は可能であり又、単に回
転計や一般の速度開閉器を用いても制御回路を一部変え
るだけでやはり逆転検出は可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明をポンプ運転モード、水車運転モード
、それぞれに複数の案内羽根閉鎖パターンを持ち、かつ
、電気式案内羽根閉鎖速度選択装置を有するポンプ水車
に適用した場合の一実施例の油圧操作系統図、第２図は
、第１図の制御回路図、第３図は、ポンプ、水車、それ
ぞれの案内羽根閉鎖速度曲線を示す線図である。 １・・・・・・二次配圧弁、２・・・・・・プランジャ
ー、１３〜１５・・・・・・プランジャーピストン、１
７，１９゜２０．２３・・・・・・電磁弁、３５・・・
・・・ポンプ運転モード案内羽根閉鎖速度曲線、３６・
・・・・・水車運転モード案内羽根閉鎖速度曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 正回転でポンプ運転を行い、逆回転で水車運転を行
   うための可逆転ランナーと、このランナーへの流入水量
   を調節する水量調節手段を有し、この水量調節手段の閉
   鎖パターンをポンプ運転と水車運転とでは異なって設定
   し、かつ、運転モードに応じて前記水量調節手段の閉鎖
   パターンを切換えるポンプ水車の運転方法において、ポ
   ンプ運転中逆回転して実質的に水車運転に移行した場合
   、この水車運転に移行したことを検出する手段を設け、
   この検出手段から出力される信号で、ポンプ運転モード
   に設定されていた水量調節手段の閉鎖パターンを水車運
   転モードに自動的に切換えるようにしたことを特徴とす
   るポンプ水車の保護方法。