JPS59113385A - 弁の制御法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、万一外部よりの弁操作用エネルギーの供給が
断たれても一定回数の弁の操作を可能にするための弁操
作用蓄圧装置を有する弁の制御系に係り、特に弁操作圧
油の蓄圧装置の容量縮少に好適な弁の制御に関する。

〔従来技術〕

水力発電所用制水弁は、水力機械、発電機器及び、送電
系統の事故の際に確実に水路をしゃ断するために設けら
れ、その制御は、万一外部よりの操作エネルギーの供給
が断たれても一定回数制水弁を操作する能力含有する事
が要求されている。

このため、従来の制水弁は槙１図に示すような油圧操作
式が広く採用され、油圧供給は蓄圧作用を行う圧油タン
クを設備して行なっている。第一図に於いて従来方式を
説明すると、集油槽１、油ポンプ２、ポンプ駆動用電動
機３、空気圧縮１？＆４、蓄圧作用を行う圧油タンク５
、安全弁６で、これらが一般的な主要圧油装置の構成部
品である。制水弁制御用油は前記、油ポンプ２から油を
、空気圧縮機４がら空気を圧油タンク５へ各々供給し、
空気を圧縮する事により圧力を発生保持している。

利水弁制御機構は油圧供給管７、操作弁８、弁開側管９
、弁閉側管１０、サーボモーター１１、開（ＩＩＩ室１
２、閉側室１３、操作時間設定の流量調整弁１４，１５
、集油槽への排油管１６より成り、制水弁１７．弁軸１
８、操作レバー１９にサーボモーターのピストンロッド
２ｏと、ピストン２゜−１が連結されている。この制御
系に於て、利水弁を開とする際は操作弁８の開側指令を
操作弁８の操作指令部８−１に与え、又閉鎖する際は８
−２に与える事により利水弁の開閉動作が行なわれる。

又、図中に於いてバイパス弁２１、水力機械のガイドベ
ーンは２２である。

この水力発電所用利水弁には一般的にバタフライ弁、又
はロータリー弁が広く採用されており、自己閉鎖力を有
する弁である。

制水弁の動作は、通常時に於ては弁の操作力を減少させ
るため水力機器のガイドベーン２２が閉の状態で先づバ
イパス弁２１を開として、制水弁前後の圧力２里とＰ２
をほぼバランスした後、制水弁を開ける方法がとられ、
又閉鎖する場合は、ガイドベーン２２を閉として利水弁
を閉、その最後にバイパス弁２１を閉とする方法と、水
力機器、送電系統等の万一の事故（電機と機械が同時に
動作不能となる）によりガイドベーン２２が閉鎖不能に
なった非常時に１機器の安全面より発電用水のしゃ断と
発電機械停止のため、ガイドベーン２２の閉動作を待た
ずに利水弁を閉鎖する°流水しゃ断°を行う２つの方法
がある。この流水しゃ断時には弁の下流側の圧力Ｐ２は
弁が閉鎖するにしたがい流量が減少するため低くなり、
弁に作用する圧力’ｐｔ−Ｐ２が増大するため、弁の操
作力も増大する・ 一般には、制水弁の閉鎖能力は、上記“流水しゃ断“可
能となるようサーボモーターの容量が決められており、
その弁の必要操作トルクは第２図に示すようになってい
る。図に於て曲線イは通常時の弁開閉に必要とするトル
ク線図で、制水弁の自重と弁軸等の回動部の磨擦による
ものであり、弁回動角に於いてほぼ同一の値である。中
口の曲線口は、”流水しゃ断“の弁の閉鎖の操作必要ト
ルクで、全開点ＡよりＢＡまではサーボモーターで閉鎖
力を与えなければならないが、Ｂ点から０点までは弁に
向かって流れる流水による不平衡力による自閉力で、サ
ーボモーターの閉操作は必要とせず、逆にサーボモータ
ーはブレーキとして作用する部分である。０点からＤ点
までは、弁が全閉近くになる事により弁に作用する弁上
流の圧力による推力が増大し、この時に生ずる弁軸に生
ずる磨擦トルクであり、全閉点で最大値Ｅとなる。

一般的にはこの流水しゃ断時の閉鎖必要トルクは通常の
弁開閉時の４倍以上と大きな値である。

又、曲線ハ及び二は流水しゃ断時の必要最大閉鎖トルク
Ｅを満足する圧油装置の許容最低動作油圧によるサーボ
モーター出力、ホ及びへは、圧油装置の常用油圧に於け
るサーボモーターの出力トルクである。

一方、この“流水しゃ断”時の操作油圧は、前記操作系
の圧油装置に於いて、外部からポンプ駆動用電動機３へ
のエネルギーが与えられなくなった状態での圧油タンク
５の残圧すなわち許容最低動作力となる。この許容最低
動作圧力は制水弁サーボモーターの消費油量と圧油タン
ク内の油と空気量の関係で、サーボモーターと圧油タン
クの寸法が最小となるように常用最高圧力と、許容最低
動作圧力が設定され、一般には許容最低動作油圧は、常
用最高圧力の６０〜７０％となっている。

すなわち、許容最低動作油圧を低くすると油圧タンク内
の空気量は少なくてすみ、油圧タンクの寸−法は少さく
なるが、利水弁のサーボモーターの容量は大きく必要と
する。許容最低動作油圧を高く設定すると、この反対に
圧油タンクは大きくなり、利水弁サーボモーターは少さ
くなる関係にあり圧油装置と、制水弁サーボモーター両
者の寸法及びコスト面より検討し、その最適値が決めら
れる。

以上、従来の利水弁の制御系に於いて、操作用サーボモ
ーターの要求出力は、前記した万の都故時の条件の°流
水しゃ断″の必要閉トルクの最大値、すなわち第２図の
点Ｅ部を基準とし、圧油タンク５の圧力は、油ポンプ駆
Ｓ電動機３の操作電源が無い、すなわち油ポンプより油
量の補給のない状態での制水弁サーボモーター動作にょ
る圧油の消費後の油圧低下した許容最低動作圧力で設計
しなければならず、操作油圧の常用圧力と許容最低動作
圧力の差分による余分な操作力と、流水しゃ断時の自閉
範囲のサーボモーター操作カは不必要なものとなり、こ
の分サーボモーター容量が大きくなっている。この結果
下記の不合理な欠点を有している。

（１）　　集油槽１、圧油タンク５及び油ポンプ、空気
圧縮機４等制御機器が大形となり、大きな据付スペース
を必要とする。

（２）大量の操作油を常時たくわえておくため、防火等
も含め保守作業が煩雑となる。

又、上記の欠点を回避するためあらかじめ流水しゃ断動
作を行う操作条件により、弁の一定開度のに於て圧油タ
ンクからの操作油の供給を止め、サーボモータの開側と
閉側を連通させる方が提案されているが、この場合弁内
を通過する流量が変化し一時的に自閉の発生が無くなっ
た時は操作油圧が断たれ工いるため弁が閉鎖出来なくな
る欠点を有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は前記した従来技術での不合理な欠点を解
消し、効果的な弁の制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、前記従来技術に於いて、制水弁の流水
しゃ断に発生するサーボモーター開側室１２の背圧は、
圧油タンク５の内圧より高くなる事に着目し、この状態
となった場合自動的にサーボモーター開側室１２の油、
すなわち油の消費される量エリ多いサーボモーター開側
室の戻り油量を圧油タンク５へ導き、圧油タンク内の油
量の増量と力漕圧を行なわせてその結果圧油装置の容量
の縮少を計り、かつ、発電機器の事故時に利水弁が流水
しゃ断する際、制水弁とその圧油装置と制御が外部より
のエネルギーの供給が断たれ、完全に独立した時でも安
全確実に弁を閉鎖させるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を鞘３図により説明する。集油
槽５１、油ポンプ５２、ポンプ駆動用電動機５３、空気
圧縮機５４、蓄圧作用を行う圧油タンク５５．安全弁５
６で圧油装置の主要部を構成する。制水弁の制御機構と
して圧油供給管５７、操作弁５８、開動作指令部５８−
１．閉動作指令部５８−２、弁開側管５９、弁閉側管６
０、サーボモーター６１、開側室６２、閉側室６３、操
作時間設定の流量調整弁６４，６５、集油槽への排油管
６６と、本発明の特徴であるサーボモーター開側室と圧
油タンクを連絡する連通管１００、サーボモーター開側
室の排油を集油槽５１と圧油タンク５５に切換動作？行
う切換弁１０１、切換弁を作動するサーボモーター開側
室よりの圧力管１０２及び圧油タンクよりの圧力管１０
３、圧油タンク５５へ油ｔ−導入する際のサーボモータ
ー動作時間調整用流量調整弁１０４、逆止弁１０５、上
記安全弁５６よし低い値で動作する安全弁１０６を配置
する。

以上の制御系に制水弁６７、弁軸６８、操作レバー６９
、サーボモーターのピストンウッド７０、ピストン７０
−１が連結され、制水弁にはバイパス弁７２、弁の下流
には水力機械ガイドベーン７３が取付られる。

以上の構成に於いて、通常時の制水弁の開閉動作時は、
操作弁５８の開動作指令部５８−１の動作により圧油タ
ンク５５の圧力は、圧油供給管５７、操作弁５８の開側
、弁開側管５９を通りサーボモーター６１の開側室６２
に導入され利水弁は開動作し、サーボモーター閉側室６
３の油は、弁閉側管６０、操作弁５８の閉側、流量調整
弁６４を通り集油槽５１に排油する。又、通常時の閉動
作時は、上記に於て、操作弁５８の閉動作指令部５８−
２の動作により操作弁５８の閉側に圧油タンク５５の圧
油が導入し弁を間作用させる。

この通常時はサーボモーター開側室６３内の油は、流量
調整弁６５を通過するが、この圧力は圧油タンクの内圧
より低くなっていて、圧力管１０２の圧力より圧力管１
０３の圧力が高いので、切換弁１０１は動作せず、従来
の方式と同様集油槽５１に排油を行う。制水弁が“流水
しゃ断°をした場合は、第２図曲線口に示す如く弁開度
点Ｂから点Ｃまでサーボモータ開側室６２は流水による
自閉力によす増圧される。すなわち、制水弁６７に与え
られる閉方向のトルクは弁軸６８、操作レバー６９を閉
方向に回転しピストンロッド７０、ピストン７０−１を
閉方向に押し込む、この陳弁の閉時間調整用流量調整弁
６５の絞り作用により流量が押えられ、サーボモーター
閉側室６２の圧力が高められる。切換弁１０１の動作設
定力よりこの結果圧力管１０２の圧力が１０３の圧力よ
り高くなり、切換弁１０１の動作設定力より大きくなる
と、切換弁１０１は動作してサーボモーター閉側室の排
油は閉時間調整の流量調整弁１０４、逆止弁１ｏｓｆｔ
通り圧油タンク５５へ退入される。この場合、圧油タン
クへの油ポンプよりの油の補給がなく許容最低動作油圧
近くになっていると第２図曲線二のＦ点からＧ点までの
サーボモーター動作分の油が圧油タンク５５に退入され
、タンク内の圧力低下を防止する。

又、圧油タンク内が常用圧力近くである場合は第２図曲
線へのＨ点から１点までのサーボモーター動作分の圧力
は圧油タンク５５に反入されるが安全弁１０６より油の
みを排出し、急激なタンク内の圧力変動を生ずる事なく
、タンク内の圧力が異常上昇しないようにする。

以下に、従米改良形の圧油タンク容量と、本発明による
油タンクの容量の比較による効果の一例を示す。この際
の制水弁友び、サーボモーターの仕様は下記とする。

弁口径　１）＝２００ｃｒｎ、弁上流側圧力Ｐ　ｔ　＝
　５０　ｋ　ｇ／ｃｍ”弁軸径　ｄ　＝　８０　ｃｍ　
＋弁軸部摩擦系数μ＝０．２サーボモーターロ径Ｄｓ＝
６７ｃｒｎ＋ピストンロッド径ｄｒ＝２＆ａｎレバー半
径　Ｒ＝　１１１ｃｒｎ、レバー閉角度θ＝３０’サー
ボモーターストローク５ｏ＝１５７ｃｒｒ１゜流水しゃ
断時自閉力発生の範囲Ｓ　１＝　Ｓ　ｏ／３流水しゃ断
時弁閉鎖必要トルクの最大値＝ＴＥ常用操作油圧　Ｐ　
ｏ　＝　７０　ｋｇ／ｃｎＦ流水しゃ断時の許容最低動
作油圧ＰＥ＝４５　ｋｇ／ｃｒｎ”サーボモーター閉動
作詩消費油量　Ｖｓ：　Ｖ　ｓ　＝　−（Ｄｓ　−ｄ　
ｒ”）　Ｘ５ｏ＝　’（６７”−２８”）　１５７４　
　　　　　　　　　　　４ ＝４５６８５５・４ｃＷ１’ 流水しゃ断時必要トルクＴＥは ｄ　　　　π ’ｌ’Ｅ＝−Ｄ２ＸＰＩＸ−Ｘμ＝−（２００”）　ｘ
　５０　ｘ　’ＬＣ’　ｘ　Ｏ，２４２４２ ＝１２５６６４００ｋｇ−ｃｍ サーボモーター出力トルクＴｓは Ｔ　ｓ　＝　−（Ｄａ”　−ｄ”）　ＸＰＥＸＲｘｃｏ
ｓ＝ｉ（６７”−２８”）Ｘ４５Ｘ１１１ＸＣＯ８３０
＝１２５８７２９６ｋｇ−α したがって、流水しゃ断は可能なサーボモーターである
。

１、従来Ｏ改良方式による圧油タンクの容量は：油ポン
プの補給なしで弁が一回閉動作したあとのタンク内圧　
が許容最低動作圧力ＰＥ＝４５ｋｇ／ｃｒｌになるには
、タンク空気量ＶＡは、ボイルの方則より、流水しゃ断
時の閉動作消費油量はＶｓの２７３として ＶＡＸＰＯ＝（ＶＡ＋Ｖ８Ｘ２／３１ｘＰＥ２、本発明
に於ける圧油タンクの容量は；空気量をＶＡｔ？−ホモ
−ター消費油量は、サーボモーター開側よりピストンロ
ッドｄｒによる体積による公文増量して退入されるから
ＶＡｔＸＰＯ＝（ＶＡｔ＋ＶｓＸ２／３−ｈｄｒ”）　
Ｘ５ＯＸ２／ａ）ＸＰＥ！！−（ｄ　ｒＴ）ＸＳＯＸ　
ｚ７ｇ＝Ｂ　（２８”）　１５７　Ｘ２／１＝６４４４
８．飯−Ｊ”　’１１）ＶＡ、　−ＰＥ したがって本発明によれば、従来の改良案に対し空気量
のは彷Ｘ１００％＝７８．８％で充分なものＶＡ となり、２１．２％の低減となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制水弁が流水しゃ断“動作をすれば、
自動的に弁閉鎖の余中に発生する自閉力をサーボモータ
ーで圧力発生源として増圧し、その間のサーボモーター
消費油量を圧油タンクに返入する作用が行なわれ、この
結果、圧油装置の容量縮少が可能となり、効果的かつ経
済的な、制水弁の制御を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式の制水弁と圧油装置の制御系を示す系
統図、第２図は制水弁必要操作トルク曲線図、第３図は
本発明の一実施例を示す制水弁と圧油装置の制御系を示
す系統図である。 １．５１・・・婆油槽、２，５２・・・油ポンプ、３．
５３・・・電動機、４．５４・・・空気圧縮機、５，５
５・・・圧油タンク、１７．６７・・・制水弁、５８−
１・・・開指令部、５８−２・・・閉指令部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弁により流体をしゃ断する際、その弁を操作するサ
   ーボモーターと、サーボモーターに弁操作用の液圧を供
   給する液圧の蓄圧装置を有する制御系に於て、前記自己
   閉鎖力の作用によるサーボモーター背圧と、蓄圧装置の
   圧力を検出し、′サーボモーター背圧が蓄圧装置の圧力
   より高い範囲のサーボモーター背圧側の液体を、自己閉
   鎖力の押込力により蓄圧装置へ導く事を特徴とする弁の
   制御法。