JPS628636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各段部を返り通路により連絡された多
段ポンプ水車の運転制御方法に関する。

一般に、ポンプ水車の運転制御は、ランナの外
周部に備えたガイドベーンの開度を調節してラン
ナを流通する水流量を調整することにより行なわ
れる。多段ポンプ水車は、各段にランナを備え各
段を返り通路によつて連絡した流路構成よりなつ
ているが、説明を容易にするために１例として第
１図に示すようなフランシス形２段ポンプ水車の
場合をとり挙げて本発明の説明を行なう。１は低
圧段部ランナ、２は同部ガイドベーン、３は高圧
段部ランナ、４は同部ガイドベーンであり、低圧
段と高圧段とは返り通路５によつて連絡されてい
る。

この流路構成において、水車運転時の場合、水
圧管路７からこれに接続するケーシング６に流入
する水流は、高圧段のガイドベーン４、ランナ３
を通過し返り通路５を経てさらに低圧段のガイド
ベーン２、ランナ１を流通して図示していない放
水路に接続する吸出し管８に流出される。一方、
ポンプ運転時の場合、低圧段のランナ１によつて
揚水される水流は水車運転時の場合と逆の順路を
経て流通する。

ポンプ水車では、水車起動時あるいはポンプ締
切時にガイドベーンを開口し水車運転あるいはポ
ンプ運転に移行させる場合、通常全閉状態にある
ガイドベーンを所定の開度まで開口制御すること
により行なう。この場合、ガイドベーンの全閉時
には水圧管路としや断され水圧管路の水圧が作用
しないよう保護されているガイドベーンより内側
の流路部ではガイドベーンの開口と同時に水圧管
路の水圧にさらされることになるとともに、ガイ
ドベーン開口により水流量が急変するので、水圧
管路では流量変化に起因するウオーターハンマー
現象によつて水圧変動が発生し、変動水圧が異常
に大きい場合には、水力機械を強度的に苛酷な状
態におとし入れ、場合によつては破壊されるなど
の事故をまねくこともある。

したがつて、このような場合、ポンプ水車を危
険な運転状態におとし入れることなく安全に運転
制御できるガイドベーン制御が必要であるが、と
くに各段部の流路が返り通路によつて連絡されて
複雑な流路形状からなるため構造強度も弱くなり
易い多段ポンプ水車では、重要な問題となる。

一般に、ポンプ水車の流路はガイドベーン部に
おいてもつとも縮小されるので、水流はガイドベ
ーン部を流通する時もつとも縮流される。

したがつて、各段の流路が返り通路５によつて
連絡されている多段ポンプ水車において、各段の
ガイドベーン２，４を夫々異なる開度状態のもと
に開度制御する場合、流量は各段のうちガイドベ
ーン開度の小さい方の段部のガイドベーンの支配
を受けて制御されることになる。ガイドベーン制
御により流量を急変させると、水圧管路７ではウ
オーターハンマー現象による水圧変動が発生し水
圧管路７と通絡する多段ポンプ水車の流路にも波
及する。この場合水圧変動の圧力波は、もつとも
縮小されている流路部すなわちガイドベーン開度
がもつとも小さい段部のガイドベーン部で主に反
射して、ほとんどが該ガイドベーンより外側の水
圧管路側の流路部に伝わり、内側の流路部に伝わ
るのはわづかとなるので、上記の外側流路部では
水圧変動の影響を大きく受けて強度的に苛酷な状
態におち入るが内側流路部では水圧変動の影響が
小さい。このように、多段ポンプ水車では、水車
あるいはポンプの起動時にガイドベーンを開口し
流量を急変させて水車あるいはポンプの運転に移
行させる場合、各段部のガイドベーンを如何に制
御するかつまりガイドベーン制御方法如何によつ
て、水圧変動など水圧管路の水圧状態がポンプ水
車の流路部に及ぼす影響の程度すなわち機械の安
全性が大きく左右されることになる。

また、ガイドベーン制御方法として、各段部に
ガイドベーンを備え、各段部のガイドベーンを一
斉に開口するとともに最高圧段部のガイドベーン
を他段部のガイドベーンに対し、ポンプ運転では
遅くしかし水車運転では逆に早い速度で開制御す
るようにしたものが提案されている（特公昭36−
18553）。しかしながら、水車運転において最高圧
段部のガイドベーンは他段部より常に大きな開度
を維持するのでガイドベーンの開制御に伴なう水
圧管路の過酷な水圧変動が小開度の低圧側他段部
にまで直接波及してポンプ水車を強度上危険な運
転状態にさらす不具合が生じる。

このように、従来の方法は水車運転、ポンプ運
転のいづれをも安全に制御できるものでなく、ま
た多段ポンプ水車自体が技術的に未開な分野が多
いこともあり、多段ポンプ水車の水車またはポン
プ運転に移行させる場合の的確な運転制御方法が
提案されていないのが現状である。

本発明の目的は、水車またはポンプのいづれの
運転においてもガイドベーン開制御時に水圧管路
に生じる水圧変動の低圧側段部への波及を抑制
し、ポンプ水車を危険な運転状態におとしいれな
いようにした多段ポンプ水車の運転制御方法を提
供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、最低圧段
部から最高圧段部までの各段部の流路が返り通路
によつて連絡されている多段ポンプ水車におい
て、水車起動時またはポンプ締切時にガイドベー
ンを開口して水車またはポンプの運転モードに移
行させる場合、この運転モードに係りなく最高圧
段部のガイドベーンが全閉の状態で最初に他段部
のガイドベーンを開口し、しかして最高圧段部の
ガイドベーンを開口し、しかして最高圧段部のガ
イドベーン開度を他段部のガイドベーン開度と同
じかそれ以下に維持し所定の開度までガイドベー
ンの開制御を行なうようにすることを特徴とする
ものである。

以下、第１図に示す多段ポンプ水車の一例であ
るフランシス形２段ポンプ水車を例にとり、第２
図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図のフランシス形２段ポンプ水車におい
て、水車起動時またはポンプ締切時にガイドベー
ンを開口して水車またはポンプの運転に移行させ
る場合、第２図の横軸に時間ｔを縦軸にガイドベ
ーンの開度ａを示したガイドベーン制御線図にお
いて、最高圧段部のガイドベーン４（線図G4）
が全閉の状態で最初に他段部のガイドベーン２
（線図G2）を開口し、その後最高圧段部ガイドベ
ーン４を開口し、しかして最高圧段部ガイドベー
ン開度を他段部ガイドベーン開度以下に維持して
所定の開度a₀（例えば水車では無負荷開度または
ポンプでは規定開度）までガイドベーン制御を行
なうことにより、水車またはポンプの所要の運転
に移行させるようにしたものである。

先づ、水車起動時における作用効果例について
述べる。

この場合最高圧段部ガイドベーン４が全閉され
た状態で他段部ガイドベーン２が小開されている
時は、該全閉ガイドベーン４より内側の低圧側流
路部には水圧管路７の高水圧が作用せず放水路側
の低水圧が作用することになるので、強度的に極
めて安全な状態にあり、かつこの流路部にあつて
低水圧の作用を受ける他段部ガイドベーン２前後
の圧力差は小さく、その結果開閉水力モーメント
は非常に小さいため極めて小さな操作力で他段部
ガイドベーン２の開口制御を行なえる。

このように強度的に安全な状態でしかも小さい
操作力にて最初に他段部ガイドベーン２を開口し
最低圧段部から最高圧段部まで流路を連通せしめ
てから最高圧段部ガイドベーン４を開口して該流
路において水流を円滑せしめて水車を起動し、し
かして最高圧段部ガイドベーン開度を他段部ガイ
ドベーン開度以下に維持し所定の開度a₀までガイ
ドベーン制御を行なうので、ガイドベーン開口制
御にともなう流量変化によつて発生する水圧管路
の水圧変動の影響はガイドベーン開度が小開の最
高圧段部ガイドベーン４より水圧管路側にあるケ
ーシング６などの極く限られた流路側においては
大きいが、多段水力機械流路の大部分を占める最
高圧段部ガイドベーン４より内側の低圧側流路部
においては相対的に小さい。したがつて、水圧変
動などに対しても大部分の流路部は強度的に安全
である。

もし、仮りにこの実施例の場合と逆に最高圧段
部ガイドベーン４を他段部ガイドベーン２に対し
て過開状態を維持した場合には、水圧管路７の高
水圧が他段部ガイドベーン２に至る低圧段側の流
路部まで作用することになるので、多段ポンプ水
車は強度的に極めて苛酷になるとともに、高水圧
の作用を受ける他段部ガイドベーン２前後の圧力
差が大きく、その結果開閉水力モーメントは著し
く大きくなりこのため開口制御にあたつては過大
な操作力を要し、さらに開口後のガイドベーン開
度が最高圧段部ガイドベーンより小開の状態では
水圧管路の水圧変動の影響が上記小開ガイドベー
ン部まで広範囲にわたる流路部に大きく波及して
機械な危険な状態におとし入れるなど、由々しい
問題をともなうことになる。

次に、ポンプ締切時における作用効果例につい
て述べる。

この場合、各段部のガイドベーンが全閉されて
いる時は、各段部ともランナが水中で規定回転速
度にて運転されるポンプ締切運転の状態にあり、
ランナ外周近傍のガイドベーン内側流路部は締切
水圧を受けて水圧が相対的に高いが、ガイドベー
ン全閉のためガイドベーン内側流路部としや断さ
れ締切水圧が作用しないガイドベーン外側流路部
は高水圧の水圧管路７を連通している最高圧段部
のガイドベーン外側流路部を除いて各段部におい
て水圧が相対的に低く、すなわち各段部のガイド
ベーンが全閉されているポンプ締切運転ではガイ
ドベーンの内側流路部で作用水圧が夫々異なるな
ど、多段ポンプ水車の流路の水圧分布がアンバラ
ンスの状態になつている。一般にガイドベーン
は、全閉時に水圧を受ける場合、外側水圧が相対
的に高ければ閉方向水力モーメントを、また逆に
内側水圧が相対的に高ければ開方向水力モーメン
トを夫々受けるよう設計されるので、締切運転に
おいて内側水圧が相対的に高いガイドベーンには
開方向水力モーメントが作用することになる。

したがつて、ポンプ締切時に、本実施例の方法
によつて最高圧段部ガイドベーン４を除く他段部
ガイドベーン２を最初に開口する場合、他段部ガ
イドベーン２は開方向水力モーメントを受けて自
開力があるので極めて小さな操作力で開口が行な
えるとともに、さらに、他段部ガイドベーン２の
開口によつて最低圧段部から最高圧段部まで流路
が連通し、その結果最低圧段部から最高圧段部に
かけて各段部の締切水圧が順次加算されてその総
和からなる締切水圧が未だガイドベーン全閉中の
最高圧段部に作用することになり、しかして流路
途中におけるアンバランス状態の水圧分布は是正
されて高圧段側にかけて水圧が順次高くなり水力
的に自然で適性な水圧分布になるので、極めて安
定した適切運転状態になり、したがつてこのよう
に安定した状態のもとに揚水運転に移行すること
が可能となる。

この安定した締切運転では、最高圧段部のガイ
ドベーン外側流路部には水圧管路７の水圧が作用
し、またガイドベーン内側流路には水圧管路７の
水圧よりも相対的に高く揚水可能な締切水圧が作
用しているので、全閉中の最高圧段部ガイドベー
ン４は開方向水力モーメントを受けることにな
り、他段部ガイドベーン２の場合と同じように極
めて小さな操作力にて開口が行なえる。すなわ
ち、この実施例の方法によれば、最後に最高圧段
部ガイドベーン４を小さな操作力でしかも極めて
安定した運転状態において容易に開口して揚水運
転に移行させることができる。さらに、最高圧段
部ガイドベーン４の開口後においては、最高圧段
部ガイドベーン開度を他段部ガイドベーン開度以
下に維持せしめて所定の開度a₀までガイドベーン
制御を行なうので、ガイドベーン制御による流量
変化のため水圧管路７に水圧変動が発生しても、
水圧変動の影響は小開の最高圧段部ガイドベーン
４より内側の低圧段側流路部では小さく、したが
つて水圧変動に対しても安全な制御を行なえる。

以上述べたように本発明によれば、他段部ガイ
ドベーンを小さな操作力で開口できるとともに、
水圧管路に誘発される水圧変動の低圧側段部への
波及を抑制することができ、起動時の安全な運転
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多段ポンプ水車の一実施例を示すフラ
ンシス形２段ポンプ水車の断面図、第２図は本発
明の一実施例を示すガイドベーン制御線図であ
る。 １，３……ランナ、２，４……ガイドベーン、
５……返り通路、６……ケーシング、７……水圧
管路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 最低圧段部から最高圧段部までの各段部の流
   路が返り通路によつて連絡されている多段ポンプ
   水車において、水車起動時またはポンプ締切時に
   ガイドベーンを開口して水車またはポンプの運転
   モードに移行させる場合、この運転モードに係り
   なく最高圧段部のガイドベーンが全閉の状態で最
   初に他段部のガイドベーンを開口し、その後最高
   圧段部のガイドベーンを開口し、しかして最高圧
   段部のガイドベーン開度を他段部のガイドベーン
   開度と同じかそれ以下に維持し所定の開度までガ
   イドベーンの開制御を行なうようにすることを特
   徴とした多段ポンプ水車の運転制御方法。