JPS629748B2 - - Google Patents
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- JPS629748B2 JPS629748B2 JP53142354A JP14235478A JPS629748B2 JP S629748 B2 JPS629748 B2 JP S629748B2 JP 53142354 A JP53142354 A JP 53142354A JP 14235478 A JP14235478 A JP 14235478A JP S629748 B2 JPS629748 B2 JP S629748B2
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- JP
- Japan
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- turbine
- pump
- flow rate
- characteristic
- torque
- Prior art date
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- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 37
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- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、水車又はポンプ水車の水車運転領域
つまり、回転および流量が水車方向であるＳ字特
性を有するポンプ水車の制御装置に関する。
つまり、回転および流量が水車方向であるＳ字特
性を有するポンプ水車の制御装置に関する。
一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車
のランナーは、ポンプ運転時に高揚程を得るため
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計
される。
のランナーは、ポンプ運転時に高揚程を得るため
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計
される。
しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車
運転に悪影響を与える。この設計が採用されるポ
ンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下におけ
る単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量
（Q1）との関係を表わす特性曲線により示した場
合、この特性曲線は、水車運転領域において、
N1の値の増加に伴つてQ1の値が減少する第１の
部分と、N1の値の減少に伴つてQ1の値が減少す
る第２の部分とを有する。
運転に悪影響を与える。この設計が採用されるポ
ンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下におけ
る単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量
（Q1）との関係を表わす特性曲線により示した場
合、この特性曲線は、水車運転領域において、
N1の値の増加に伴つてQ1の値が減少する第１の
部分と、N1の値の減少に伴つてQ1の値が減少す
る第２の部分とを有する。
説明の便宜上、本明細書においては、前記第２
の部分を、Ｓ字特性部分と称する。更に、Ｓ字特
性部分におけるポンプ水車の特性を、以後、Ｓ字
特性と称する。
の部分を、Ｓ字特性部分と称する。更に、Ｓ字特
性部分におけるポンプ水車の特性を、以後、Ｓ字
特性と称する。
このＳ字特性の出る理由は、本来、水車運転時
には、ランナーの外周側から中心に向つて水が流
れているが、ランナーの回転上昇により水に作用
する遠心力が大きくなつて、水の流れが逆転しポ
ンプ流れに切り替ることによるものと考えられ
る。
には、ランナーの外周側から中心に向つて水が流
れているが、ランナーの回転上昇により水に作用
する遠心力が大きくなつて、水の流れが逆転しポ
ンプ流れに切り替ることによるものと考えられ
る。
更に、この状態に近くなるとランナー内での流
れモードが複雑に変化するためであると考えられ
る。Ｓ字特性部分における水車運転にあつては、
単位落差当りトルク（T1）もまた、単位落差当り
回転数（N1）の減少に伴い、減少する。
れモードが複雑に変化するためであると考えられ
る。Ｓ字特性部分における水車運転にあつては、
単位落差当りトルク（T1）もまた、単位落差当り
回転数（N1）の減少に伴い、減少する。
通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第１の
部分において行われる。しかしながら、負荷しや
断時、負荷急減時、水車起動時、調相運転から水
車運転への切換時など単位落差当りの回転数
（N1）が急激に大きく増加する場合は、ポンプ水
車は、Ｓ字特性部分において運転されることにな
る。Ｓ字特性部分における運転が開始されると、
ポンプ水車の運転点はＳ字特性部分を一端から他
端へとたどりつつ、まず単位落差当りの流量
（Q1）と単位落差当りの回転数（N1）は減少する。
その後、今度は振子が振返するようにＳ字特性部
分を逆方向にたどりつつ、Q1とN1は増加する。
Ｓ字特性部分におけるこの往復運動は、案内羽根
開度が所定値以上に留まる限りほぼ永続的に継続
し、特別な手段を講じない限り終了しない。この
間、単位落差当りのトルク（T1）も、減少と増加
をくり返す。
部分において行われる。しかしながら、負荷しや
断時、負荷急減時、水車起動時、調相運転から水
車運転への切換時など単位落差当りの回転数
（N1）が急激に大きく増加する場合は、ポンプ水
車は、Ｓ字特性部分において運転されることにな
る。Ｓ字特性部分における運転が開始されると、
ポンプ水車の運転点はＳ字特性部分を一端から他
端へとたどりつつ、まず単位落差当りの流量
（Q1）と単位落差当りの回転数（N1）は減少する。
その後、今度は振子が振返するようにＳ字特性部
分を逆方向にたどりつつ、Q1とN1は増加する。
Ｓ字特性部分におけるこの往復運動は、案内羽根
開度が所定値以上に留まる限りほぼ永続的に継続
し、特別な手段を講じない限り終了しない。この
間、単位落差当りのトルク（T1）も、減少と増加
をくり返す。
ポンプ水車の運転は、Ｓ字特性部分を避けて行
われることが望ましい。なぜならば、Ｓ字特性部
分における運転は、ポンプ水車本体におけると同
様に、水圧鉄管とドラフトチユーブ内に大きな水
圧上昇と大きな水圧降下を含めて異常な水圧変動
をひき起こし、強烈なウオーターハンマーや時に
は水柱分離を招くからである。負荷しや断は、例
えばポンプ水車に結合される発電機と主変圧器と
の間をしや断器でしや断して、発電機からの電力
を電力系統に供給しないようにした時に生ずる。
またウオーターハンマーは、水圧鉄管又はドラフ
トチユーブの一方又はその両方が長い場合には、
大きな振幅になることに注意を払う必要がある。
われることが望ましい。なぜならば、Ｓ字特性部
分における運転は、ポンプ水車本体におけると同
様に、水圧鉄管とドラフトチユーブ内に大きな水
圧上昇と大きな水圧降下を含めて異常な水圧変動
をひき起こし、強烈なウオーターハンマーや時に
は水柱分離を招くからである。負荷しや断は、例
えばポンプ水車に結合される発電機と主変圧器と
の間をしや断器でしや断して、発電機からの電力
を電力系統に供給しないようにした時に生ずる。
またウオーターハンマーは、水圧鉄管又はドラフ
トチユーブの一方又はその両方が長い場合には、
大きな振幅になることに注意を払う必要がある。
水車運転領域においてＳ字特性を有するポンプ
水車の特性を、第１図Ａおよび第１図Ｂに示す。
第１図Ａにおいては、ポンプ水車の特性が、案内
羽根開度をパラメーターにとり、単位落差当りの
回転数（N1）と単位落差当りの流量（Q1）との関
係として示されている。一方、第１図Ｂにおいて
はポンプ水車の特性が、同じパラメーターによ
り、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当り
のトルク（T1）との関係として示されている。
N1，Q1およびT1は次の式により表現される。
水車の特性を、第１図Ａおよび第１図Ｂに示す。
第１図Ａにおいては、ポンプ水車の特性が、案内
羽根開度をパラメーターにとり、単位落差当りの
回転数（N1）と単位落差当りの流量（Q1）との関
係として示されている。一方、第１図Ｂにおいて
はポンプ水車の特性が、同じパラメーターによ
り、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当り
のトルク（T1）との関係として示されている。
N1，Q1およびT1は次の式により表現される。
N1＝Ｎ／√，Q1＝Ｑ／√，T1＝Ｔ／Ｈ上
式において、符号Ｎ，ＱおよびＴは、それぞれ、
ポンプ水車の回転数、流量、およびトルクを示
し、Ｈはポンプ水車の有効落差を示す。
式において、符号Ｎ，ＱおよびＴは、それぞれ、
ポンプ水車の回転数、流量、およびトルクを示
し、Ｈはポンプ水車の有効落差を示す。
特性曲線１および１′は、所定の比較的大きな
案内羽根開度の下で得られる。特性曲線２および
２′は、それよりも小さな案内羽根開度の下で得
られる。特性曲線３および３′は更にそれよりも
小さい案内羽根開度の下で得られる。
案内羽根開度の下で得られる。特性曲線２および
２′は、それよりも小さな案内羽根開度の下で得
られる。特性曲線３および３′は更にそれよりも
小さい案内羽根開度の下で得られる。
特性曲線１のａ―ｈ部分においては、Q1の値
は、N1の減少に伴い減少する。上述のように、
この曲線部分ａ―ｈを、本明細書においては、Ｓ
字特性部分と称する。同様に、曲線部分ｂ―ｉ
は、特性曲線２のＳ字特性部分であり、曲線部分
ｃ―ｊは、特性曲線３のＳ字特性部分である。一
見して明らかなように、特性曲線１のＳ字特性部
分ａ―ｈは、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉよ
り長く、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉは、特
性曲線３のＳ字特性部分ｃ―ｊよりも長い。この
ことは、案内羽根開度が小さくなるとＳ字特性部
分の長さが短くなることを意味する。
は、N1の減少に伴い減少する。上述のように、
この曲線部分ａ―ｈを、本明細書においては、Ｓ
字特性部分と称する。同様に、曲線部分ｂ―ｉ
は、特性曲線２のＳ字特性部分であり、曲線部分
ｃ―ｊは、特性曲線３のＳ字特性部分である。一
見して明らかなように、特性曲線１のＳ字特性部
分ａ―ｈは、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉよ
り長く、特性曲線２のＳ字特性部分ｂ―ｉは、特
性曲線３のＳ字特性部分ｃ―ｊよりも長い。この
ことは、案内羽根開度が小さくなるとＳ字特性部
分の長さが短くなることを意味する。
第１図Ａにおけると同様に、第１図Ｂにおいて
も、曲線部分a′―h′，b′−i′，およびc′−j′は、
そ
れぞれ特性曲線１′，２′および３′のＳ字特性部
分である。
も、曲線部分a′―h′，b′−i′，およびc′−j′は、
そ
れぞれ特性曲線１′，２′および３′のＳ字特性部
分である。
第１図Ｂは、第１図Ａと密接な関係がある。例
えば、第１図Ａの曲線３上のQ1＝Ｑ1X，N1＝Ｎ1X
を満たす点ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点X′に
対応している。点x′は、T1＝Ｔ1X′，N1＝Ｎ1X′
（＝Ｎ1X）を満たす点である。同様に、第１図Ａ
における点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよ
びｊはそれぞれ第１図Ｂにおける点a′，b′，c′，
d′，e′，f′，h′，i′およびj′に対応している。
えば、第１図Ａの曲線３上のQ1＝Ｑ1X，N1＝Ｎ1X
を満たす点ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点X′に
対応している。点x′は、T1＝Ｔ1X′，N1＝Ｎ1X′
（＝Ｎ1X）を満たす点である。同様に、第１図Ａ
における点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよ
びｊはそれぞれ第１図Ｂにおける点a′，b′，c′，
d′，e′，f′，h′，i′およびj′に対応している。
曲線Nrは、無負荷流量曲線である。曲線１，
２，３と曲線Nrとの交点α，β，γは、それぞ
れ、曲線１′，２′，３′と直線T1＝０との交点
α′，β′，γ′に対応している。
２，３と曲線Nrとの交点α，β，γは、それぞ
れ、曲線１′，２′，３′と直線T1＝０との交点
α′，β′，γ′に対応している。
次に、特性曲線１と１′を参照しながらポンプ
水車の水車運転（発電運転）について説明を行
う。上述したように特性曲線１と１′に対応する
特性は、案内羽根開度を比較的大きな値にした時
に得られる。通常は、ポンプ水車の水車運転は、
特性曲線１の上部、すなわち、Ｓ字特性部分ａ―
ｈより上部の曲線部分において行われる。しかし
ながら、もし例えばポンプ水車に加わつている負
荷が突然失われた場合は、ポンプ水車の回転数
（Ｎ）が急激に増加するので、N1の値も急激に増
加する。こうして、ポンプ水車は、Ｓ字特性部分
において運転され始まる。Ｓ字特性部分における
運転の間は、ポンプ水車の回転数（Ｎ）の減少及
び有効落差Ｈの上昇によりN1の値が減少し、こ
れにつれてQ1の値もまた減少する。いまＨの値
が一定であると仮定すれば、Q1の値の減少は、
それに対応してポンプ水車流量（Ｑ）が減少する
ことを意味する。現実には、Ｈの値、すなわち水
圧鉄管に結合するポンプ水車入口とドラフトチユ
ーブに結合するポンプ水車出口との水頭差は、流
量Ｑの減少と同時に増加する。このようにして一
旦N1の値が減少すると、流量Ｑが減少し、流量
Ｑの減少は、ポンプ水車の有効落差Ｈの増加をも
たらす。この有効落差Ｈの増加は、更にN1の減
少をもたらし、N1の減少は、更にQ1の減少をも
たらす。このようにして、一旦Ｓ字特性部分にお
ける運転が始まると、Q1とN1は、Ｓ字特性部分
をQ1減少方向、すなわち点ａから点ｄの方向に
たどりつつ、加速度的に、しかも連続的に減少す
る。Q1とN1は、正帰還制御回路におけると同様
に、加速度的に、しかも連続的に減少することが
理解できる。
水車の水車運転（発電運転）について説明を行
う。上述したように特性曲線１と１′に対応する
特性は、案内羽根開度を比較的大きな値にした時
に得られる。通常は、ポンプ水車の水車運転は、
特性曲線１の上部、すなわち、Ｓ字特性部分ａ―
ｈより上部の曲線部分において行われる。しかし
ながら、もし例えばポンプ水車に加わつている負
荷が突然失われた場合は、ポンプ水車の回転数
（Ｎ）が急激に増加するので、N1の値も急激に増
加する。こうして、ポンプ水車は、Ｓ字特性部分
において運転され始まる。Ｓ字特性部分における
運転の間は、ポンプ水車の回転数（Ｎ）の減少及
び有効落差Ｈの上昇によりN1の値が減少し、こ
れにつれてQ1の値もまた減少する。いまＨの値
が一定であると仮定すれば、Q1の値の減少は、
それに対応してポンプ水車流量（Ｑ）が減少する
ことを意味する。現実には、Ｈの値、すなわち水
圧鉄管に結合するポンプ水車入口とドラフトチユ
ーブに結合するポンプ水車出口との水頭差は、流
量Ｑの減少と同時に増加する。このようにして一
旦N1の値が減少すると、流量Ｑが減少し、流量
Ｑの減少は、ポンプ水車の有効落差Ｈの増加をも
たらす。この有効落差Ｈの増加は、更にN1の減
少をもたらし、N1の減少は、更にQ1の減少をも
たらす。このようにして、一旦Ｓ字特性部分にお
ける運転が始まると、Q1とN1は、Ｓ字特性部分
をQ1減少方向、すなわち点ａから点ｄの方向に
たどりつつ、加速度的に、しかも連続的に減少す
る。Q1とN1は、正帰還制御回路におけると同様
に、加速度的に、しかも連続的に減少することが
理解できる。
ポンプ水車の運転点がＳ字特性部分を点ａから
点ｈまでたどり終えると、上記の現象は、負帰還
制御回路におけると同様に次第に緩和されなが
ら、その後、反転し、やがて点ｈからＳ字特性部
分をQ1増加方向、すなわち点ｈから点ａへたど
ることになる。Ｓ字特性部分を逆方向にたどるの
も矢張り正帰還制御回路と同様の様式で行われ
る。
点ｈまでたどり終えると、上記の現象は、負帰還
制御回路におけると同様に次第に緩和されなが
ら、その後、反転し、やがて点ｈからＳ字特性部
分をQ1増加方向、すなわち点ｈから点ａへたど
ることになる。Ｓ字特性部分を逆方向にたどるの
も矢張り正帰還制御回路と同様の様式で行われ
る。
案内羽根開度が一定と仮定すると、ポンプ水車
が一度Ｓ字特性部分で運転され始めると、上記の
往復運動は、ほぼ永続的に繰り返される。前で説
明したように、このような運転は望ましいもので
はない。なぜならば、水力発電所各水路系統に異
常な水圧変化をもたらし、強烈なウオーターハン
マーと、時には水柱分離現象とをもたらすからで
ある。
が一度Ｓ字特性部分で運転され始めると、上記の
往復運動は、ほぼ永続的に繰り返される。前で説
明したように、このような運転は望ましいもので
はない。なぜならば、水力発電所各水路系統に異
常な水圧変化をもたらし、強烈なウオーターハン
マーと、時には水柱分離現象とをもたらすからで
ある。
Ｓ字特性部分における運転に伴うこのような悪
影響は、Ｓ字特性部分の長さが短くなれば減少す
ることに注目すべきである。例えば、もし案内羽
根開度を小さくして、より短いＳ字特性部分ｂ―
ｉを有する特性曲線２にしたがつてポンプ水車を
運転するならば、Ｓ字特性に伴う悪影響は軽減さ
れる。
影響は、Ｓ字特性部分の長さが短くなれば減少す
ることに注目すべきである。例えば、もし案内羽
根開度を小さくして、より短いＳ字特性部分ｂ―
ｉを有する特性曲線２にしたがつてポンプ水車を
運転するならば、Ｓ字特性に伴う悪影響は軽減さ
れる。
Ｓ字特性部分におけるポンプ水車の運転は、ポ
ンプ水車のトルクＴにも悪影響を与える。Ｓ字特
性部分においてN1の値が減少すると、第１図Ｂ
に示すように、T1の値が減少する。ここで再び
第１図Ａに示にされる特性曲線１上の点ａとｈ
は、第１図Ｂに示される特性曲線１′上の点a′と
h′にそれぞれ対応することに注意しなければなら
ない。
ンプ水車のトルクＴにも悪影響を与える。Ｓ字特
性部分においてN1の値が減少すると、第１図Ｂ
に示すように、T1の値が減少する。ここで再び
第１図Ａに示にされる特性曲線１上の点ａとｈ
は、第１図Ｂに示される特性曲線１′上の点a′と
h′にそれぞれ対応することに注意しなければなら
ない。
運転状態がＳ字特性部分をT1減少方向にたど
つている時は前述のごとく有効落差Ｈは上昇し続
けｄＨ／ｄｔ＞０となりT1の減少は、ポンプ水車トルク Ｔの減少を意味する。更に、ポンプ水車トルクＴ
の減少が、ポンプ水車回転数Ｎの減少をもたらす
ことは明白である。ポンプ水車回転数Ｎが減少す
ると、それに対応してN1が減少し、次にT1が更
に減少することになる。尚この間に前記したよう
に有効落差Ｈが増加しているのでこの加速傾向は
益々強まる。このようにして、ポンプ水車は、特
性曲線１を、Q1減少方向にたどる間、同時に特
性曲線１′を点a′から点h′へとたどつていること
になる。そのたどり方は、正帰還制御回路の場合
と同様である。その後、Ｓ字特性部分をたどり終
えてh′点で勾配が逆転すると、負帰還作用即ち安
定化作用が働きh′点を若干行き過ぎた所でたどる
方向が反転し、特性曲線１′を点h′から点a′の方
向へと、たどることになる。明らかに、上述した
ようなトルク変化は、不利益である。
つている時は前述のごとく有効落差Ｈは上昇し続
けｄＨ／ｄｔ＞０となりT1の減少は、ポンプ水車トルク Ｔの減少を意味する。更に、ポンプ水車トルクＴ
の減少が、ポンプ水車回転数Ｎの減少をもたらす
ことは明白である。ポンプ水車回転数Ｎが減少す
ると、それに対応してN1が減少し、次にT1が更
に減少することになる。尚この間に前記したよう
に有効落差Ｈが増加しているのでこの加速傾向は
益々強まる。このようにして、ポンプ水車は、特
性曲線１を、Q1減少方向にたどる間、同時に特
性曲線１′を点a′から点h′へとたどつていること
になる。そのたどり方は、正帰還制御回路の場合
と同様である。その後、Ｓ字特性部分をたどり終
えてh′点で勾配が逆転すると、負帰還作用即ち安
定化作用が働きh′点を若干行き過ぎた所でたどる
方向が反転し、特性曲線１′を点h′から点a′の方
向へと、たどることになる。明らかに、上述した
ようなトルク変化は、不利益である。
一般に、負荷しや断があると、通常は、ポンプ
水車の調速機の作用により、案内羽根は、閉じら
れる。調速機は、実回転数が設定回転数（通常は
発電機の同期回転数）よりも高いときは常に案内
羽根を閉じる方向に操作するが、Ｓ字特性を有す
るポンプ水車では、こういう通常の案内羽根閉鎖
を許すとＳ字特性を助長する恐れがある。
水車の調速機の作用により、案内羽根は、閉じら
れる。調速機は、実回転数が設定回転数（通常は
発電機の同期回転数）よりも高いときは常に案内
羽根を閉じる方向に操作するが、Ｓ字特性を有す
るポンプ水車では、こういう通常の案内羽根閉鎖
を許すとＳ字特性を助長する恐れがある。
負荷しや断があつたとしても、単位落差当りの
回転数（N1）が第１図Ａの点ａに至るまでは、ポ
ンプ水車の運転状態はＳ字特性部分には入つてい
ない。Ｓ字特性部分における運転は、負荷しや断
からある時間経過した後に始まる。負荷しや断か
らＳ字特性部分に突入するまでのある時間の間
は、案内羽根は急速に閉じる方が望ましい。なぜ
ならば、この急速な閉め込み操作により、ポンプ
水車の特性は、Ｓ字特性部分に起因する悪影響を
緩和させる方向に移行するからである。例えば、
案内羽根を閉じると（すなわち、案内羽根開度の
減少）により、第１図Ａの特性曲線１で表わされ
るポンプ水車の特性は、特性曲線２で表わされる
特性に移行する。この移行により、特性曲線２
は、特性曲線１よりも小さなＳ字特性部分を有し
ているので、それだけ問題となる悪影響が緩和さ
れる。
回転数（N1）が第１図Ａの点ａに至るまでは、ポ
ンプ水車の運転状態はＳ字特性部分には入つてい
ない。Ｓ字特性部分における運転は、負荷しや断
からある時間経過した後に始まる。負荷しや断か
らＳ字特性部分に突入するまでのある時間の間
は、案内羽根は急速に閉じる方が望ましい。なぜ
ならば、この急速な閉め込み操作により、ポンプ
水車の特性は、Ｓ字特性部分に起因する悪影響を
緩和させる方向に移行するからである。例えば、
案内羽根を閉じると（すなわち、案内羽根開度の
減少）により、第１図Ａの特性曲線１で表わされ
るポンプ水車の特性は、特性曲線２で表わされる
特性に移行する。この移行により、特性曲線２
は、特性曲線１よりも小さなＳ字特性部分を有し
ているので、それだけ問題となる悪影響が緩和さ
れる。
次に、ポンプ水車が、Ｓ字特性部分をQ1減少
方向にたどりつつ運転されている時は、急速な案
内羽根の閉め込みは行うべきではないことに注意
するべきである。なぜならば、急速な閉め込みに
より、運転状態はたとえば特性曲線２上のｂ点か
ら特性曲線３上のｊ点に向つて斜めに走ることに
なり動的に見れば特性曲線の勾配（dQ1／dN1）が
強められたことになり、Ｓ字特性の影響がより強
くあらわれるからである。もしも、Ｓ字特性部分
を流量減少方向にたどつている時に、上記急速閉
め込みを行うとすれば、Ｓ字特性部分の悪影響は
極めて強烈に出現することになる。
方向にたどりつつ運転されている時は、急速な案
内羽根の閉め込みは行うべきではないことに注意
するべきである。なぜならば、急速な閉め込みに
より、運転状態はたとえば特性曲線２上のｂ点か
ら特性曲線３上のｊ点に向つて斜めに走ることに
なり動的に見れば特性曲線の勾配（dQ1／dN1）が
強められたことになり、Ｓ字特性の影響がより強
くあらわれるからである。もしも、Ｓ字特性部分
を流量減少方向にたどつている時に、上記急速閉
め込みを行うとすれば、Ｓ字特性部分の悪影響は
極めて強烈に出現することになる。
ところで、前記したように案内羽根開度が所定
値以上に留る限り一度Ｓ字特性部分に突入すると
ほぼ永続的に一定の周期をもつてＳ字特性部分を
Q1減少方向に辿つた後すぐ増加方向に振返し又
減少方向に辿る。すなわちポンプ水車にとつて案
内羽根を急速に閉め込んではならない機会は、負
荷しや断後の所定時間に限定されるわけではなく
てくり返し出現する。このため、その全ての機会
において、不利益なる異常水圧変化を防がなけれ
ばならない。
値以上に留る限り一度Ｓ字特性部分に突入すると
ほぼ永続的に一定の周期をもつてＳ字特性部分を
Q1減少方向に辿つた後すぐ増加方向に振返し又
減少方向に辿る。すなわちポンプ水車にとつて案
内羽根を急速に閉め込んではならない機会は、負
荷しや断後の所定時間に限定されるわけではなく
てくり返し出現する。このため、その全ての機会
において、不利益なる異常水圧変化を防がなけれ
ばならない。
この異常水圧変動を軽減または回避するため、
本発明者はＳ字特性部分を流量減少方向またはト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作させ、Ｓ字特性部分を流量増加方向また
はトルク増加方向を辿るようになつたら案内羽根
を急速に閉鎖させる技術を特願昭52―59213、特
願昭52―59214で提案している。
本発明者はＳ字特性部分を流量減少方向またはト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作させ、Ｓ字特性部分を流量増加方向また
はトルク増加方向を辿るようになつたら案内羽根
を急速に閉鎖させる技術を特願昭52―59213、特
願昭52―59214で提案している。
しかしながら、Ｓ字特性部分を流量減少方向ま
たはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作さ
せている時電源喪失の事故が生ずると、案内羽根
を開閉操作する制御装置の圧油切換電磁弁が切換
わり、案内羽根を急速に閉鎖してしまう。このた
め、異常水圧変動が増大するという問題を生ず
る。
たはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作さ
せている時電源喪失の事故が生ずると、案内羽根
を開閉操作する制御装置の圧油切換電磁弁が切換
わり、案内羽根を急速に閉鎖してしまう。このた
め、異常水圧変動が増大するという問題を生ず
る。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、Ｓ字
特性部分を流量減少方向またはトルク減少方向に
辿つて案内羽根を開動作させている時電源喪失の
事故が生じても、異常水圧変動を軽減することを
目的とするものである。
特性部分を流量減少方向またはトルク減少方向に
辿つて案内羽根を開動作させている時電源喪失の
事故が生じても、異常水圧変動を軽減することを
目的とするものである。
即ち、本発明の特徴とするところは、水車運転
領域において、ポンプ水車の単位落差当りの回転
数N1と単位落差当りの流量Q1および単位落差当
りの発生トルクT1とすれば、 N1＝Ｎ／√，Q1＝Ｑ／√，T1＝Ｔ／Ｈ （但し、Ｎ，Ｑ，ＴおよびＨは、ポンプ水車の
回転数、流量、トルクおよび有効落差を示す）の
ように現され、横軸の回転数N1と縦軸の流量Q1
および発生トルクT1との関係を示すポンプ水車
の特性曲線図で、回転数N1、流量Q1、発生トル
クT1が共に減少するＳ字特性を有し、ポンプ水
車の運転状態がＳ字特性上を流量減少方向又はト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作し、ポンプ水車の運転状態がＳ字特性上
を流量増加方向又はトルク増加方向に辿る時は案
内羽根を急速に閉鎖する如く構成したポンプ水車
の制御装置において、Ｓ字特性を流量減少方向又
はトルク減少方向へ辿つていることを検出する検
出装置と、この検出装置で検出した信号で案内羽
根を開動作させる圧油切換電磁弁と、前記案内羽
根を開動作中に上記圧油切換電磁弁の電源が喪失
したとき案内羽根を緩やかに閉動作させるよう作
用する上記と別の圧油切換電磁弁とよりなるポン
プ水車の制御装置にある。
領域において、ポンプ水車の単位落差当りの回転
数N1と単位落差当りの流量Q1および単位落差当
りの発生トルクT1とすれば、 N1＝Ｎ／√，Q1＝Ｑ／√，T1＝Ｔ／Ｈ （但し、Ｎ，Ｑ，ＴおよびＨは、ポンプ水車の
回転数、流量、トルクおよび有効落差を示す）の
ように現され、横軸の回転数N1と縦軸の流量Q1
および発生トルクT1との関係を示すポンプ水車
の特性曲線図で、回転数N1、流量Q1、発生トル
クT1が共に減少するＳ字特性を有し、ポンプ水
車の運転状態がＳ字特性上を流量減少方向又はト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作し、ポンプ水車の運転状態がＳ字特性上
を流量増加方向又はトルク増加方向に辿る時は案
内羽根を急速に閉鎖する如く構成したポンプ水車
の制御装置において、Ｓ字特性を流量減少方向又
はトルク減少方向へ辿つていることを検出する検
出装置と、この検出装置で検出した信号で案内羽
根を開動作させる圧油切換電磁弁と、前記案内羽
根を開動作中に上記圧油切換電磁弁の電源が喪失
したとき案内羽根を緩やかに閉動作させるよう作
用する上記と別の圧油切換電磁弁とよりなるポン
プ水車の制御装置にある。
第１図Ａおよび第１図Ｂから理解できるよう
に、ポンプ水車の運転がＳ字特性部分においてな
されている時は、∂Q1／∂N1＞０および∂T1／
∂N1＞０の関係が満たされている。Ｓ字特性部
分がQ1減少方向にたどられている時には、dN1／
dt＜０およびQ1／dt＜０の関係が満たされてい
る。ここでｔは時間である。dQ1／dt＜０の時に
は、Ｑ即ちポンプ水車への流入水量が減少してい
る訳で結果として上流側の水圧鉄管の下端（ポン
プ水車端）水圧Ｐは上昇しdP／dt＞０の関係が
成立する。ところで発明者は上記Ｓ字特性内での
ポンプ水車の挙動を明らかにし、これに基づいて
Ｓ字特性部分を生ずるポンプ水車の検出方法につ
いてもいくつか便利な方法を発見した。即ち、ポ
ンプ水車の運転状態が、Ｓ字特性部分をQ1減少
方向にたどつていることの検出は、例えば回転数
検出器、落差検出器、流量検出器とコンピユータ
を組合せ次の３つの条件のうち少くとも１つの条
件が満足していることを検出することによつて行
うことができる。
に、ポンプ水車の運転がＳ字特性部分においてな
されている時は、∂Q1／∂N1＞０および∂T1／
∂N1＞０の関係が満たされている。Ｓ字特性部
分がQ1減少方向にたどられている時には、dN1／
dt＜０およびQ1／dt＜０の関係が満たされてい
る。ここでｔは時間である。dQ1／dt＜０の時に
は、Ｑ即ちポンプ水車への流入水量が減少してい
る訳で結果として上流側の水圧鉄管の下端（ポン
プ水車端）水圧Ｐは上昇しdP／dt＞０の関係が
成立する。ところで発明者は上記Ｓ字特性内での
ポンプ水車の挙動を明らかにし、これに基づいて
Ｓ字特性部分を生ずるポンプ水車の検出方法につ
いてもいくつか便利な方法を発見した。即ち、ポ
ンプ水車の運転状態が、Ｓ字特性部分をQ1減少
方向にたどつていることの検出は、例えば回転数
検出器、落差検出器、流量検出器とコンピユータ
を組合せ次の３つの条件のうち少くとも１つの条
件が満足していることを検出することによつて行
うことができる。
(A) dN1／dt＜０とdQ1／dt＜０が同時に成立す
る。
る。
(B) dN1／dt＜０とdP／dt＞０が同時に成立す
る。
る。
(C) dT1／dt＜０とdN1／dt＜０が同時に成立す
る。
る。
このポンプ水車Ｓ字特性部分をQ1減少方向に
辿つていることの精密な検出のためには、上記の
条件ＡからＣまでのどれかの条件が満たされてい
ることを検出する。
辿つていることの精密な検出のためには、上記の
条件ＡからＣまでのどれかの条件が満たされてい
ることを検出する。
以下本発明の一実施例を第２図及び第３図によ
つて説明する。負荷しや断によりポンプ水車の回
転速度が上昇すると調速機の作用で制御油圧２０
が排油され、リレーサーボモーターピストン１７
はその上側に常時かけられている圧油PO2によつ
て下動し、ストツパー２６がサーボモーター閉時
間調整用ナツト１６―１および１６―２に当たる
位置で止まる。するとリレーサーボモーターピス
トン１７と直結された主配圧弁プランジヤー１８
も下側方向に移動し、主配圧弁１９に常時かけら
れている圧油PO3は管路２２へ導かれ、管路２１
は排油管路２３―２へ連通されるので、案内羽根
サーボモーターシリンダ２４のピストン２５は、
閉時間調整ナツト１６―１および１６―２によつ
て規定される閉鎖速度により閉方向に動作する。
その後、Ｓ字特性を流量減少方向へ辿つているこ
とを条件式(A)，(B)，(C)のいずれかの方法で検出す
ると接点３０が閉じ、圧油PO1の流路を切換える
電磁弁１の電磁石Ｓ１が付勢され、第２図に示す
シリンダ４のピストン３が上動し、ストツパー５
がレバー６によつて上方へ引き上げられる。この
時ポンプ水車の回転速度は依然として定格値より
かるかに上にあるので制御圧油２０は排油された
ままである。
つて説明する。負荷しや断によりポンプ水車の回
転速度が上昇すると調速機の作用で制御油圧２０
が排油され、リレーサーボモーターピストン１７
はその上側に常時かけられている圧油PO2によつ
て下動し、ストツパー２６がサーボモーター閉時
間調整用ナツト１６―１および１６―２に当たる
位置で止まる。するとリレーサーボモーターピス
トン１７と直結された主配圧弁プランジヤー１８
も下側方向に移動し、主配圧弁１９に常時かけら
れている圧油PO3は管路２２へ導かれ、管路２１
は排油管路２３―２へ連通されるので、案内羽根
サーボモーターシリンダ２４のピストン２５は、
閉時間調整ナツト１６―１および１６―２によつ
て規定される閉鎖速度により閉方向に動作する。
その後、Ｓ字特性を流量減少方向へ辿つているこ
とを条件式(A)，(B)，(C)のいずれかの方法で検出す
ると接点３０が閉じ、圧油PO1の流路を切換える
電磁弁１の電磁石Ｓ１が付勢され、第２図に示す
シリンダ４のピストン３が上動し、ストツパー５
がレバー６によつて上方へ引き上げられる。この
時ポンプ水車の回転速度は依然として定格値より
かるかに上にあるので制御圧油２０は排油された
ままである。
上記ストツパー５が引き上げられたことにより
ロツド１３を介して主配圧弁プランジヤー１８も
上昇する。このため主配圧弁１９の圧油PO3は管
路２１へ導かれ、管路２２を排油管路２３―１へ
導くので、案内羽根サーボモーターピストン２５
はレバー６の上限位置によつて規定される開動作
速度によつて開方向に動作する。更にＳ字特性を
流量増加方向へ辿り始めると接点３０が開き、電
磁弁１の電磁石Ｓ１は消勢され、ピストン３は下
動する。したがつて負荷しや断当初と同じ状態に
なり、案内羽根サーボモーターピストン２５は、
前記閉時間調整用ナツト１６―１および１６―２
によつて規定される閉鎖速度により閉方向に動作
する。この時も、ポンプ水車の回転速度は依然と
して定格回転より上にあるので、制御圧油２０は
排油されたままである。
ロツド１３を介して主配圧弁プランジヤー１８も
上昇する。このため主配圧弁１９の圧油PO3は管
路２１へ導かれ、管路２２を排油管路２３―１へ
導くので、案内羽根サーボモーターピストン２５
はレバー６の上限位置によつて規定される開動作
速度によつて開方向に動作する。更にＳ字特性を
流量増加方向へ辿り始めると接点３０が開き、電
磁弁１の電磁石Ｓ１は消勢され、ピストン３は下
動する。したがつて負荷しや断当初と同じ状態に
なり、案内羽根サーボモーターピストン２５は、
前記閉時間調整用ナツト１６―１および１６―２
によつて規定される閉鎖速度により閉方向に動作
する。この時も、ポンプ水車の回転速度は依然と
して定格回転より上にあるので、制御圧油２０は
排油されたままである。
電磁弁２の電磁石Ｓ２は電源が正常なかぎり常
時付勢されるごとく構成されており、シリンダ９
のピストン８は常時下端まで押し下げられてい
る。ピストン８によつて上下動されるレバー１１
は、その下限位置においてはストツパー１０の動
作即ち主配圧弁プランジヤー１８の動作を何ら妨
げない位置にくるように構成されている。尚、７
はレバー６の支点、１２はレバー１１の支点、１
４―１，１４―２はサーボモーター開時間調整用
ナツト、１５―１，１５―２は植込みボルト、第
３図のＰは直流正電源、Ｎは直流負電源を夫々示
すものである。
時付勢されるごとく構成されており、シリンダ９
のピストン８は常時下端まで押し下げられてい
る。ピストン８によつて上下動されるレバー１１
は、その下限位置においてはストツパー１０の動
作即ち主配圧弁プランジヤー１８の動作を何ら妨
げない位置にくるように構成されている。尚、７
はレバー６の支点、１２はレバー１１の支点、１
４―１，１４―２はサーボモーター開時間調整用
ナツト、１５―１，１５―２は植込みボルト、第
３図のＰは直流正電源、Ｎは直流負電源を夫々示
すものである。
上記構成において、負荷しや断時、特に案内羽
根を急閉鎖すべき時でないＳ字特性を流量減少方
向に辿つている時に電源喪失が生じると、電磁弁
１の電磁石Ｓ１は消勢されて油路が切換わり、ピ
ストン３は押し下げられてレバー６が降下する。
このため案内羽根の開動作は行われなくなる。し
かし、電磁弁２の電磁石Ｓ２も消勢されて油路が
切換わるためピストン８が押し上げられ、レバー
１１が上動する。このためレバー１１がロツド１
３に取付けられたストツパー１０と接触し、ロツ
ド１３の降下量を制限する。したがつて主配圧弁
１９の圧油PO3が管路２２を介して案内羽根サー
ボモーターシリンダ２４へ流れる量が制限される
のでピストン２５はゆるやかに閉方向に移動す
る。
根を急閉鎖すべき時でないＳ字特性を流量減少方
向に辿つている時に電源喪失が生じると、電磁弁
１の電磁石Ｓ１は消勢されて油路が切換わり、ピ
ストン３は押し下げられてレバー６が降下する。
このため案内羽根の開動作は行われなくなる。し
かし、電磁弁２の電磁石Ｓ２も消勢されて油路が
切換わるためピストン８が押し上げられ、レバー
１１が上動する。このためレバー１１がロツド１
３に取付けられたストツパー１０と接触し、ロツ
ド１３の降下量を制限する。したがつて主配圧弁
１９の圧油PO3が管路２２を介して案内羽根サー
ボモーターシリンダ２４へ流れる量が制限される
のでピストン２５はゆるやかに閉方向に移動す
る。
本発明によれば、Ｓ字特性部分を流量減少方向
またはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作
させている時、電源喪失の事故が生じても、案内
羽根が急速に閉鎖することがなく、異常水圧変動
を軽減することができる。
またはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作
させている時、電源喪失の事故が生じても、案内
羽根が急速に閉鎖することがなく、異常水圧変動
を軽減することができる。
第１図Ａおよび第１図Ｂは、ポンプ水車特有の
Ｓ字特性の説明図、第２図は本発明を実現するた
めの制御装置の概略図、第３図は第２図電磁弁の
電磁石の制御回路図である。 １，２…電磁弁、３，８…ピストン、６，１１
…レバー、１９…主配圧弁、２４…案内羽根サー
ボモーターシリンダ、３０…接点。
Ｓ字特性の説明図、第２図は本発明を実現するた
めの制御装置の概略図、第３図は第２図電磁弁の
電磁石の制御回路図である。 １，２…電磁弁、３，８…ピストン、６，１１
…レバー、１９…主配圧弁、２４…案内羽根サー
ボモーターシリンダ、３０…接点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水車運転領域において、ポンプ水車の単位落
差当りの回転数N1と単位落差当りの流量Q1およ
び単位落差当りの発生トルクT1とすれば、 N1＝Ｎ／√，Q1＝Ｑ／√，T1＝Ｔ／Ｈ
（但し、Ｎ，Ｑ，ＴおよびＨは、ポンプ水車の回
転数、流量、トクルおよび有効落差を示す）のよ
うに現され、横軸の回転数N1と縦軸の流量Q1お
よび発生トクルT1との関係を示すポンプ水車の
特性曲線図で、回転数N1、流量Q1、発生トルク
T1が共に減少するＳ字特性を有し、ポンプ水車
の運転状態がＳ字特性上を流量減少方向又はトル
ク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度より
開動作し、ポンプ水車の運転状態がＳ字特性上を
流量増加方向又はトルク増加方向に辿る時は案内
羽根を急速に閉鎖する如く構成したポンプ水車の
制御装置において、Ｓ字特性を流量減少方向又は
トルク減少方向へ辿つていることを検出する検出
装置と、この検出装置で検出した信号で案内羽根
を開動作させる圧油切換電磁弁と、前記案内羽根
を開動作中に上記圧油切換電磁弁の電源が喪失し
たとき案内羽根を緩やかに閉動作させるよう作用
する上記と別の圧油切換電磁弁とよりなることを
特徴とするポンプ水車の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14235478A JPS5569770A (en) | 1978-11-20 | 1978-11-20 | Pump turbine control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14235478A JPS5569770A (en) | 1978-11-20 | 1978-11-20 | Pump turbine control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5569770A JPS5569770A (en) | 1980-05-26 |
| JPS629748B2 true JPS629748B2 (ja) | 1987-03-02 |
Family
ID=15313414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14235478A Granted JPS5569770A (en) | 1978-11-20 | 1978-11-20 | Pump turbine control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5569770A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2275882A1 (fr) | 2009-07-14 | 2011-01-19 | ETA SA Manufacture Horlogère Suisse | Dispositif de blocage d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie |
| CN103306888B (zh) * | 2013-06-21 | 2015-10-07 | 国家电网公司 | 一种具有分段关闭功能的液压控制型主配压阀 |
| ES2690579T3 (es) * | 2014-12-04 | 2018-11-21 | Ge Renewable Technologies | Procedimiento para estabilizar la velocidad de rotación de una máquina hidráulica con características S e instalación para convertir energía hidráulica en energía eléctrica |
-
1978
- 1978-11-20 JP JP14235478A patent/JPS5569770A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5569770A (en) | 1980-05-26 |
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