JPS5965577A - 水力機械の保護装置 - 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〕 本発明は水力機械を緊急閉鎖する場合に水路内の異常圧
力上昇を防止して安全性の向上を図った水力機械の保護
装置に係わり、例えば７ランシス型、斜流およびプロペ
ラ型水力反動タービンおよび同形式のポンプ水車その他
ペルトン型衝動タービン等の保護装置として好適する水
力機械の保護装置に関する。

〔従来技術〕

一般に、水力機械のランナの周囲には一群の可動ガイド
ベーンまたはニードル等の流量調整手段が配置され、発
電時等にはこの流量調整手段によってタービンへの水流
の制御が行なわれるようにしである。このような流量調
整手段は通常サーボモータによって駆動される。

ところで、例えばポンプ水車においては、水車運転時に
負荷が急減したり、あるいは機器の故障等によシ、水車
運転を緊急停止する必要が生じる場合がある。この場合
、ポンプ水車の特性として、負荷遮断等によシ流量が急
激に増大する途中、ランナの遠心力によシある地点で流
量が急激に減少し鉄管等の水路の内圧が急激に上昇する
虞れがある。このことから、ポンプ水車等においては、
負荷の急激遮断時に流量調整手段を急閉鎖することは、
更に水路内圧力を上昇に加担することになシ、水路破損
等の重大事故の発生の虞れが生じる。そこで、このよう
な水力機械の非常停止時には、流量調整手段の閉鎖速度
を予め定められた緩速度に制御する必要がある。なお、
負荷遮断時における流量増加段階の途中で流量が一旦急
激に減少するいわゆる腰折れ地点までは流量調整手段を
高速度で閉鎖することが望ましい。しかして最近では水
力機械）高落差の傾向にも合わせて、流量ル４整手段の
駆動用サーボモータに、少なくとも二段以上の緩速度を
設定して緊急閉鎖指令を制御装置によって与えるように
し、そのサーボモ〜りに調速装置を連動爆ぜ、その移動
量を制（財）装置にフィードバックしつつ所定の緊急閉
鎖速度に補正して、そのサーボ七−夕に最適な緩速度を
与えるようにしている。例えば、第１図に実線■で示す
ように、サーボモータを最初の段階では最大速度で閉鎖
し、予め定められたサーボモータ開度（Ｓｏｌ　　）以
後は、緩やかな閉鎖速度にして、鉄管水圧、放水路水圧
（図示せず）、回転数上昇率等を規定値以内の最適値に
抑えるようにするものである。

ところで従来の水力機械では、サーボモータと連動して
その移動量をサーボモータ制御装置にフィードバックし
、そのサーボモータの緊急閉鎖速度を補正する調速手段
に問題があった。

即ち、従来の検査調速手段はサーボモータとの連動関係
が崩れた場合にサーボモータの閉速度がピストンロッド
の位置に拘わらず最大速度となシ、例えば第１図に破線
■で示すように、鉄管水圧が極端に太きくなシ、鉄管破
壊等の虞れを生じることがあった。

この原因を、第２図に示す従来の制御系を参照して説明
する。１は閉指令および開指令を与えるスピーダ、２は
このスピーダ１に連結されｉＩＪンク、３はリンク２に
連結されたパイロット弁桿である。４はパイロット弁桿
３に連結された分配弁で、圧油源からの圧油をサーボモ
ータ５に供給するようになっている。サーボモータ５の
ピストンロッド６は、分配弁４のピストン４Ａの開口部
への閉位置に応じた圧油供給量によって動作速度を規制
されるようになっている。このピストンロッド６の先端
に図示しない可動ガイド弁またはニードル等の流量調整
手段が連結されている。また、７は滑屯８を介してサー
ボモータ５のピットンロッド６に連結したレターンワイ
ヤであシ、調速機のレターンシープ９に接続しである。

レターンシープ９の反しクーンワイヤ側に、ワイヤロー
プ１０を介して重錘１１が取シ付けてあり、レターン軸
１２を高精度でピストンロッド６に追従回転芒せるよう
にしである。レターンＩＰＩＩ］１２には復元カム１３
が設けられ、この復元カム１３に係合する復元ロッド１
４がリンク２に連結され、スビーダ１からの指令を補正
するようにして６名。づまシ、リンク２は復元ロッド１
４との連結部を支点としてスピーダ１からの指令によシ
シーソー動作するようになっており、その支点を復元カ
ム１３と復元ロッド１４との係合によって高さ調整する
ことにより指令値を補正するようにしている。一方、レ
ターン軸１２にはサーボモータ開度設定カム１５が取シ
付けられ、切換弁１６を駆動するようになっている。こ
の切換弁１６は閉速度制限シリンダ１７に圧油源からの
圧油を供給し得るようになっており、この閉速度制限シ
リンダ１７のピストンロッドは閉速度制限レノ＜−１８
を介してノくイロット弁桿３の下降速度を緩和するよう
になっている。つまり、切換弁１６は通常は油路１６Ａ
を遮断する状態となっておυ、サーボモータ５のピスト
ンロッド６が全開側からある一定値だけ閉側に移動した
状態で図示の如く油路１６Ａを連通させ、パイロット弁
桿３のＦ降速度を閉速度制限レバー１８によって緩和す
るように作用するものである。なお、１９は閉速度上限
ストツノくでろυ、例えばねじ軸に回転駒状態にナツト
を螺合したもので、パイロット弁桿３の上下動作限度を
設定するものである。これによシ、分配弁４のピストン
４Ａの開口部への閉鎖位置を制限し、圧油源からの圧油
がサーボモータ５に過度に急激に流入することによる流
量調速手段の急激な動作を防止するようになっている。

ところが、このような従来の調整機構造にあっては、レ
ターンワイヤ７が切断する等により、調速手段とサーボ
モータとの連動関係が崩れた場合、レターン軸１２が開
方向に重錘１１によって回転し、急速閉鎖時において、
ザーボモータ閉速度がピストンロッド６の位置に拘わら
ず、レターン軸１２の開方向への動作検知に基づいて閉
速度上昇ストッパ１９に設定された最大閉鎖スピードを
維持する状態となり、例えば第１図の破線■に示すサー
ボモータ開度となシ、回転数は通常時よりも低い値とな
るが、鉄管水圧が極端に大きくなり、鉄管の設計水圧を
越え、場合によっては鉄管の破壊等の重大事故につなが
る虞れがあった。なお、サーボモータが全閉間際に機械
的に衝撃防止としてのクッション機構が設けられるので
、このクッションによる最終的なサーボモータ閉傾向曲
緋を図示しである。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、調速
手段とサーボモータとの連動関係が崩れた場合にも、サ
ーボモータに閉指令および緩速度指令を与え紐けること
ができる簡便でかつ信頼性の高い水力機械の保藤装置を
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、調速手段とサーボモータとの連動関係が崩れ
た場合にその調速手段と連動して自動的に作動し、サー
ボモータの制御装置に閉指令および緩速度指令を与える
バックアップ用の指令切換装置を設けたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図を参照して説明する。

なお、本実施例は第２図に示すワイヤ式の制御装置の改
良に係るもので必シ、第２図と同一の構成部分にはそれ
と同一符号を付して説明を省略する。

バックアンプ用の指令切換装置として、開度制限シリン
ダ１７に通油する油路１６Ａに、第２の切換弁１９を第
１の切換弁１６と並列に設けている。そして、レターン
ワイヤ７が切断した場合に、重＠ｌｌが下降すると、下
降する重錘１１に係合してこの第２の切換弁１９が第１
の切換弁１６の位置に拘わらず、油路１６ａを圧油源と
開度制限シリンダ１７とを連通するように構成しである
。

このような構成であると、レターンワイヤ７が切断した
場合、重錘１１が第２の切換’ノｆ１９を動作させ、開
度制限シリンダ１７に通油することによシ閉速度制限レ
バー１８を介してパイロット弁桿３の下降、即ちサーボ
モータ５の閉方向への動作速度を遅らせることができる
ようになυ、サーボモータ５のピストンロッド６を第１
図に一点鎖イｙ■で示す如く、緩閉調速度に設定するこ
とができる。

従って、本発明をポンプ水車に適用すれば、水単匣用時
における負荷遮断等の事故が発生した場合のサーボモー
タ５の緩速閉動作途中において、その閉動作を設定値通
シの緩速度に適合させるための制御手段としてのレター
ンワイヤ７が切断した際でも、レターン軸１２およびサ
ーボモータ開度設定カム１５によｐ第１の切換弁１６が
サーボモータ開状態と検出し油路１６Ａを遮断したとし
ても、重錘１１を介して第２の切換弁１９が油路１６Ａ
を連通させることによシ、閉速度制限シリンダ１７およ
び閉速度制限レバー１８を介してパイロット弁桿３に緩
速度閉動作信号を与え続けることができるので、例えば
ポンプ水車の水車使用時における負荷遮断による流量が
一時的に減少する腰折れに基づく鉄管内の圧力上昇に対
し、流量調整手段を閉動作することによる圧力上昇の加
重作用を防止することができ、鉄管破断等の事故防止が
間車、かつ確実に図れ。。なお、ボング使用時には、負
荷遮断に動力遮断が対応するが、この場合は、ランナの
逆転による軸受損傷等を防止する立場から、可及的にガ
イドベーンを高速閉鎖することが望しく、本発明適用の
必要はない。

なお前記実施例ではレターンワイヤ７が切断した場合の
対処手段を説明したが、本発明は重錘１１側のワイヤロ
ープ１０が切断した場合も同様に緩速度閉動作を行なう
ものとして適用することができる。

また、前記実施例では、サーボモータ５のピストンロッ
ド６の動作を機械的に検出する手段に本発明を適用した
場合について述べたが、本発明はそのようなものに限ら
ず、″眠気的な復元信号等を利用した調速機に対しても
その電気的な復元信号と実移＠量の保合関係が崩れたこ
とを検出して電気的閉鎖速成設定手段とする場合にも適
用することができるのは勿論である。また、前記実施例
ではワイヤを使用した装置について述べたが、ワイヤ以
外の連結手段例えば、レバー装置等を用いた装置に適用
することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は以上に述べたように、カイトベーン等の流量調
量手段に応じて、所定の開度で自動切換される如く構成
された第２の切換弁を設けることによりサーボ古−夕の
動作検出機構が何らかの理由で故障し連動関係が崩れた
場合にはその切換弁によシ緩閉鎖を確実に実行せしめる
ように参入する手段を付加したので、特にポンプ水車等
の水車運転時における負荷遮断時等に際し、安全性が確
保でさ、所期の目的が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーボモータ開度に応じた水力機械の特性線図
、第２図は従来の装置を示す概略構成図、第３図は本発
明の一実施例を示す概略構成図である。 １・・・スピーダ制胆装置、２・・・リンク制御装置、
３・・・パイロット弁桿制御装置、４・・・分配弁制御
装置、５・・・サーボモータ、７・・・レターンワイヤ
調速手段、１１・・・重錘調速手段、１２・・・レター
／軸調凛手段、１３・・・復元カム調速手段、１９・・
・第２の切換弁（指廿切挾装置）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流量調整手段を駆動するサーボモータに少なくとも
   二段以上の緩速度を設定して緊急閉鎖指令を与える制御
   装置と、前記サーボモータと連動してその移動量を前記
   制御装置にフィードバックし、そのサーボモータの緊急
   閉鎖速度を補正する調速手段とを具備するものにおいて
   、前記調速手段とサーボモータとの連動関係が崩れた場
   合にその調速手段と運動して自動的に作動し、前記サー
   ボモーボモータの制御装置に閉鎖指令および緩速度摺合
   を与えるバックアップ用の指令切換装置を設けたことを
   特徴とする水力機械の保護装置。