泵用水輪機的制作方法

專利名稱：泵用水輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及上池側管路或下池側管路被分支，相互地共有分支點以遠的管路的多臺泵用水輪機，特別涉及減少水擊的泵。
在過去的泵用水輪機中，采用著一般是以泵運轉和水輪機運轉設定著分別不同的導向葉片封閉速度，而且，在各自的運轉模式中的封閉速度采用著如果導向葉片關閉到規定開度以下就自動地切換為更緩慢的封閉速度，即，所謂的塌腰的封閉方法。用圖7的水輪機運轉模式的例子說明其理由。
在導向葉片開度為相當全負荷開度或在其近旁的水輪機運轉過程中，在直接連接在泵用水輪機上的發電機的負荷急速被斷開時、即、在隔斷負荷時，泵用水輪機用旋轉速度暫時地上升，但是，在一般的泵用水輪機的場合，因為需要滿足逆向旋轉的泵用水輪機運轉時的特性，以葉輪葉片的直徑做的比較大、對水作用充分的離心力的方式研制葉輪的形狀。因此，在水輪機運轉過程中作用于流下葉輪的水的離心力的影響大，伴隨著旋轉速度的上升，流入葉輪室內的水量與普通的水輪機相比以急的梯度顯著地減少。最終進行逆流，轉變為泵方向水流，即，即使不關閉導向葉片，只因水輪機的旋轉速度上升，水輪機流量就大梯度地減少。該傾向越是高落差泵越強。特別是在泵用水輪機具有S字特性(dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量，N為旋轉速度，H為有效落差)時，旋轉速度上升，達到頂峰，在轉為降低后馬上呈現出以水輪機方向水流急劇地被拉入泵方向水流中的方式轉移的現象。該理由是因為如特開昭54-40946號等中詳細地說明的水擊所產生的有效落差H的上升使流量Q減少，其又產生更劇烈的水擊，進而使有效落差進一步上升，如此地形成為正反饋現象。其結果，泵用水輪機的上池側管路內壓急速上升，泵用水輪機的下池側管路內水壓相反地大幅下降。若在此時點，導向葉片的急速封閉還在繼續著時，就形成為在由泵作用、特別是在由S字特性所產生的流量的自然減少作用上重疊由導向葉片引起的急速節流效果的狀態，從而水壓鐵管內的水壓上升異常地擴大，這是危險的。上池側管路水壓異常上升，有可能超過設計水壓，下池側水壓異常降低，有可能產生水柱分離。雖然該理由在特開昭53-143841號等中說明了，但如果觀看圖8的泵用水輪機的理想特性曲線就很明了。即，在流量減少的方向沿S字特性行走著時，關閉導向葉片意味著運轉點
向變為更小的方向移動，是因為在相同的N之下H上升的必然結果。圖7所示的虛線是該情況的例子，雖然旋轉速度上升幅度若干變小，但上池側管內水壓Hp的上升幅度增大。
因此，過去，在水輪機運轉模式中，在導向葉片的規定開度為例如80％以下情況下，使導向葉片的封閉速度的上限限制從導向葉片80％以上時的封閉速度上限限制進行降低，而轉移到更緩慢的封閉速度，使導向葉片的封閉特性曲線象線40那樣地塌腰。例如，如果考慮導向葉片開度處于100％附近發生了隔斷(時刻t0)負荷的情況，導向葉片最初比較迅速地關閉，在導向葉片開度到達了預定的開度Ya的時點ta時，封閉速度限制切換為更小的值。因此，在運轉點的S字特性突入和向流量減少的方向的走落的行進過程中，導向葉片封閉速度被限制為比較慢的速度，可以防止前述那樣的異常的水壓上升。上述運轉點的S特性突入和向流量減少方向的走落是從泵用水輪機旋轉速度超過最大值轉為降低時開始的。圖7的實線表示使導向葉片的封閉速度塌腰了的情況的水壓鐵管水壓Hp和旋轉速度N的動向，這樣，作為對應于導向葉片的開度使導向葉片的封閉速度變化的機構使用了導向葉片封閉速度選擇裝置，例如人們所知的特公昭60-38559號公報所開示的泵用水輪機的保護裝置。
而且，在該特公昭60-38559號公報記載的裝置中，因為沒有考慮導向葉片封閉速度選擇裝置自身、或檢測導向葉片的開度的機構發生了故障時的對策，即使它們發生了故障時，也有可由完全不同的導向葉片封閉速度限制切換裝置來確保上述導向葉片開度應答塌腰和同等的導向葉片塌腰，從而確保負荷隔斷時的泵用水輪機的安全的公知例。它是特開平8-42441號。具體地說，因隔斷負荷旋轉速度成為規定值以上期間，即使例如導向葉片應答塌腰不動作也確保腰折，將會確保有關水輪機的安全。
但是，負荷隔斷時的導向葉片的封閉特性曲線與水擊、特別是上池側管路水壓Hp的上升的關系為圖6那樣的關系，這是大家所知道的。即，在提高導向葉片開度Ya時，上池側管路水壓Hp的1波紋的波峰值Hpx下降、成為Hpx1，2波紋的波峰值Hpy上升、成為Hpy1。上述導向葉片開度Ya為將導向葉片封閉速度從急速切換為緩慢封閉的條件。下池側管路水壓Hd的波形未圖示，將Hp的波形的上下進行了反轉，2波紋的波峰Hdy1自Hdy下落。而且，在改變導向葉片的急速封閉部的速度限制時Hp波形也發生變化。即、若限制為更緩慢的斜度，1波紋的波峰值Hpx下降，2波紋的波峰值Hpy上升。最典型的例子是急速封閉速度與塌腰點以下的緩慢封閉速度相同情況。如在特開昭54-40946號中也說明了的那樣，又如從前述中所了解的那樣，1波紋可用塌腰開度和急速封閉速度限制進行調整。因為2波紋作為運轉點自然地被拉入S字特性中的結果表現出的，所以，管理極其困難。即、上池側管路水壓Hpy成為順其自然地演變，管理極其困難。特別是在具有S字特性的多臺的泵用水輪機如圖2所示地共有管路的情況下，因為通過管路的共有部分相互地受到水擊干涉，所以，在多臺泵用水輪機相繼地間隔時間差被隔斷負荷場合等中，難以預想上池側管路水壓Hpy的值成為多少。
在現場全部進行成為無數組合的特性的試驗無論如何是不能完成的，所以，對于時差隔斷來說雖然依賴于模擬解析，但是在泵用水輪機的模型試驗中計測的S字特性自身也有精度上的問題，能指望得到高的精度。結果，應避免因單機的隔斷負荷2波紋的上池側水壓如圖6的虛線那樣地變高的設定，盡量如實線那樣地充分提高1波紋、或至少使之與2波紋成為同一水平。在這里，有著用不是S字特性的順其自然地演變的、能管理的1波紋進行管理能發生的最高水壓、以使時差隔斷時的Hpy即使因相互干涉怎樣地異常上升也不會超過共用管路的多臺泵用水輪機同時地被隔斷時的Hpx∑的措施。另外，通常，若在單機隔斷時使Hpx＞Hpy，在同時隔斷全負荷時也保持Hpx∑＞Hpy∑的關系(當然，全負荷同時隔斷時的Hpx∑＞單機隔斷時的Hpx)。在上述的現有技術中，即使在單機隔斷時如圖6的實線那樣地、Hpx＞Hpy地設定導向葉片封閉特性曲線，若兩者進行接近，存在不保證在時差隔斷時2波紋的波峰變高而不逆轉問題。而且，在單機隔斷負荷時Hpx＜Hpy地設定了導向葉片封閉特性曲線的情況下，因為上池側管路水壓的最高值Hpy完全地依存于S字特性，所以，時差隔斷時的上池側管路水壓超過同時隔斷全負荷時的最高值Hpy∑的可能性會變高。
作為檢測運轉點在流量減少方向沿S字特性行走著的方法作為公知的例子有著特公昭63-21033號等的方法。有著例如dN/dt＜0和d2N/dt2＜0的邏輯乘法條件、dN/dt＜0和N＞Na的邏輯乘法條件。
在特開昭52-134949號中公開了將共有管路的多臺的泵用水輪機為對象的水擊干涉緩和對策的例子。在該公知例中，公開了對在某泵用水輪機被隔斷負荷、導向葉片進入急速封閉時，以使共有管路的另外的泵用水輪機的導向葉片成為緩封閉地加以限制的技術方案。但是，在該公知例中，沒有異常水擊因S字特性糾纏而產生的認識，他號機的運轉監視項目只限于導向葉片封閉速度。當然，沒有公開如他號機的S字特性接近和在流量減少方向上沿S字特性行走的過程等的在本發明中提案的那樣的監視。根據該公知例，共有管路的多臺泵用水輪機導向葉片的同時急速封閉必定有危險。
對于在共有管路的多臺泵用水輪機之間發生的S字特性糾纏的異常的水擊干涉、特別是時差隔斷時的Hpy(上池側管路水壓)的異常上升(Hdy的異常降低)，在現狀中沒有適當的對策，所以對此進行改善。而且，對于該S字特性的照料成為關鍵而不能實現的水擊最小化、即上/下池側管路和泵用水輪機的設計水壓的改善也變為可能。
在本發明中，首先闡明作為上述現有技術的問題的共有管理的多臺泵用水輪機之間產生的S字特性糾纏的異常的水擊干涉的結構，研究對此的適當的對策，合理地消除時差隔斷時的Hpy的異常上升等，以低費用提供不產生同時隔斷時以上的水擊的可靠的對策方案。而且，提供將同時隔斷時的水擊自身也抑制為最小限的方法。而且，一方面使共有管路的多臺泵用水輪機各自的設計合理化成為可能，另一方面，使相對下池水位的泵用水輪機中心的掘下深度變淺，可降低設備整體的費用。
為了實現上述目的，在共有管路的多臺泵用水輪機的各自之上裝有旋轉速度上升檢測器和導向葉片封閉速度自動限制裝置。旋轉速度上升檢測器是檢測其泵用水輪機的速度是否超過了高于額定速度的規定值。其作用是判定是否達到了伴隨著旋轉上升的流量降低的比例伴隨隔斷負荷后的旋轉上升而變大、繼續導向葉片的急速封閉被判斷為危險的旋轉速度、或是否為運轉點突入S字特性、在流量減少方向上走落的階段。另外，導向葉片封閉速度自動限制裝置以來自遠方的指令可以將導向葉片的封閉速度限制自急速封閉自動切換為緩慢封閉或逆向地自動轉換。而且，即使多臺泵用水輪機中任何的泵用水輪機的旋轉速度上升檢測器進行動作，也將其檢測信號送給共有管路的另外的泵用水輪機使其他的泵用水輪機的導向葉片封閉速度自動限制裝置動作，無條件地施加封閉速度限制。另外，即使上述中的共有管路的多臺泵用水輪機中，只有一部的水輪機具有回轉速度上升檢測器和導向葉片封閉速度自動限制裝置時也可獲得同等的效果。再如特開平8-42441號所揭示的那樣，如果旋轉速度上升檢測器動作了時，也使自號機的導向葉片封閉速度制限動作，使回轉速度上升檢測器能以兼用的方式進行使用可以提高效率。
而且，在具有了跨上述的號機的旋轉速度應答導向葉片封閉速度限制方面提出了積極地采用單機隔斷負荷時的上池側管路水壓Hp波形的2波紋的波峰值Hpy與1波紋的波峰值Hpx大致相同水平或比其高地進行設定的方法的技術方案。這樣，即使怎樣使2波紋的波峰值Hpy比1波紋的波峰值Hpx高，也全不用擔心時差隔斷時的有害的水擊干涉，從而能專心地追求同時隔斷時的Hp的最小化(不用管Hpx∑/Hpy∑的哪一個高)，所以，可以成為與過去相比無浪費的機械設備的整體的經濟設計。特別是如前所述，根據現有技術，因過于擔心有害的水擊干涉，而施加了使1波紋的波峰值Hpx比2波紋的波峰值Hpy充分地高的余量，所以，至少能改善該余量部分。
在上述中也可能用檢測至少以旋轉速度作為輸入，有關泵用水輪機是否因由負荷隔斷而帶來的旋轉上升正在接近于S字特性、或沿流量減少方向行走在S字特性內的檢測器代替旋轉速度上升檢測器。
本發明為了達到上述目的，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共用分支點以遠的管路部分，各臺泵用水輪機具有導向葉片，在隔斷負荷時，采用了將導向葉片最初比較急速地、其后至少一次轉移到規定的緩封閉上的多段封閉，在如上構成的多臺泵用水輪機中，多臺的泵用水輪機內的至少第一臺的泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置。在檢測出了第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，向多臺泵用水輪機中的第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與緩封閉轉移后同等的速度或其下的速度。
為了達到上述目的，本發明的多臺泵用水輪機采用了如下的構成其上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部近處被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分。每臺水輪機上都裝有導向葉片，采用了在隔斷負荷時，將導向葉片最初比較急速地、其后至少一次地轉移到規定的緩封閉的多段封閉。多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機具有至少以旋轉速度作為輸入的檢測裝置，在前述檢測裝置檢測出前述第一泵用水輪機處于受S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量，N為旋輪速度，H為有效落差)的影響范圍內時，向多臺泵用水輪機中的第一泵用水輪機以外的至少一臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與緩封閉轉移后同等的速度或在其之下的速度。
為了達到上述目的，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，各個泵用水輪機都有導向葉片，采用著在隔斷負荷時，將導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉。在如上的多臺泵用水輪機中，多臺泵用水輪機的各臺泵用水輪機上都裝有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出旋轉速度比高于額定速度的第二規定值時，也向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送信號，各臺泵用水輪機全都將導向葉片封閉速度限制為與緩封閉轉移后同等的速度或其下的速度。
為了達到上述的目的，在本發明中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其它的泵用水輪機共有分支點以遠的部分。每個泵用水輪機都分別具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量，N為旋轉速度，H為有效落差)，還具有導向葉片。并且，采用了在單機被隔斷全負荷時，將導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移到規定的緩封閉的多段封閉，將在急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值和在有關泵用水輪機迎來了旋轉速度的峰值后馬上因S字特性的影響而產生出的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等、或高于前者地設定從急速封閉速度、緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件，在多臺泵用水輪機中至少第一泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出了第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，向多臺泵用水輪機中的前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與緩封閉轉移后同等的速度或其下的速度。
為了達到上述目的，在本發明中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，各臺泵用水輪機都具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量，N為旋轉速度，H為有效落差，具有導向葉片，而且，單機被隔斷全負荷時，采用了將導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，將前述急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值和該泵用水輪機迎來了旋轉速度的峰值后因S字特性的影響馬上產生的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從急速封閉速度、緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件，在上述構成的多臺泵用水輪機中，多臺泵用水輪機中的至少一臺上裝有至少將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，在檢測裝置檢測出前述第一臺泵用水輪機處于受S字特性影響的范圍中時，向多臺泵用水輪機中的第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與緩封閉轉移后同等的速度或其下的速度。
為了達到上述目的，本發明的多臺泵用水輪機的各臺泵用水輪機上具有導向葉片開度檢測機構。導向葉片控制機構。第三限制機構、第四限制機構。上述導向葉片開度檢測機構在導向葉片成為規定開度以下時輸出信號。上述導向葉片控制機構根據從調速閥的運算部給予的目標開度和其時的導向葉片開度的偏差開閉控制導向葉片。上述第三限制機構在導向葉片開度檢測機構未動作時，將導向葉片的封閉速度的上限限制為第三規定值。上述第四限制機構在導向葉片開度檢測機構動作著時，將導向葉片的封閉速度的上限限制為比第三規定值低的第四規定值。另外，各臺泵用水輪機還具有第五限制機構。多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機具有至少將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，在檢測裝置檢測出前述第一泵用水輪機處于受S特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性。
Q為水輪機流量，N為旋轉速度，H為有效落差)的影響范圍內時，向多臺泵用水輪機中的第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，上述第五限制裝置將它們的導向葉片的封閉速度的上限限制為第四規定值或其附近的第五規定值。
本發明泵用水輪機的旋轉速度上升檢測器最好兼作設定隨著該機的旋轉速度的上升、該機的運轉點接近于S字特性(這時dN/dt＞0)，該機的流量減少率(dQ/dt)的絕對值超過規定值(作為越給予共有管路他號機的有害水擊干涉越變大的監視基準)的監視(相當于/代替此的最實用的監視是N＞Na)和該機的運轉點沿S字特性在流量減少方向上行走著的監視(這時給予共有管路的他號機有害的水擊干涉。如果如前所述地使dN/dt＜0和N＞N′a組合能檢測出)的雙方的監視，它是因為如果兼備該兩個條件，DN/dt的的正負條件能被除去。上述雙方是給予共用管路的他號機有害水擊干涉的主要原因。
在這些主要原因之內，后者，即，運轉點沿S字特性在流量減少方向行走著的影響是一般更深刻，因此，監視運轉點是否處于受S字特性的影響的范圍內的方法也是有意義的。
如上所述，因為在有害的水擊干涉的原因中，特別后者、即，運轉點沿S字特性在流量減少方向上行走著的現象的影響是更深刻的，所以，也有直接或間接地只監視該后者的方法。作為直接檢測運轉點沿流量減少的方向行走在S字特性上的方法，自過去，在特公昭63-21033號等中提出了若干個方案。而且，從用預計算或實測求得的負荷隔斷后的旋轉速度上升曲線對應于負荷可以概略預測運轉點沿流量減少方在S字特性內行走的定時，所以，也可考慮用對應于負荷的定時器等概略檢測的方法。這樣，如上所述，當該機成為擔心異常水擊干涉的情形時，如果向共有管路的他號機發送指令，將它們的導向葉片封閉速度自動切換為更緩慢的速度，不管他號機何時被隔斷負荷、導向葉片封閉何時開始，因為急速封閉被停止，所以不會從他號機過來過大的(至少超過同時隔斷時能產生的干涉)水擊干涉。因為共有著管路，所以，由于他號機的有效落差H上升自機的有效落差H上升時，自機的
降低。這時，如果自機沿流量減少的方向在S字特性內行走著這就是因為形成為強調S字特性的引入作用的情況。在上述中的所謂的切換后的緩慢的速度，如果是比現有技術的隔斷負荷后馬上的急速封閉速度低的速度都可以。當然，如果使之同現有技術的Y＜Ya時的緩慢封閉速度相同，因為能兼用；所以是合適的。
距過以上的號機的回轉速度應答塌腰最好是共有管路的全部泵用水輪機都具備。但，即使僅其中一部泵用水輪機具備的情況下，也可以獲得某種程度的效果。
但是，在共有管路的各泵用水輪機如特開平-42441號所揭示的那樣具有作為導向葉片應答塌腰裝置的替代(back up)的回轉速度應答塌腰的情況下，如

圖1所示，通過施加跨號機間的旋轉速度上升檢測器信號的控制，能實現本發明。
而且，應該注意的是，如果采用本發明，即使2波紋的峰值Hp2怎樣比1波紋的峰值Hpx高，也全不用擔心時差隔斷時的有害的水擊干涉，因為可以專心地追求同時隔斷時的Hp的最小化(不管Hpx∑/Hpy∑的任何一個是否高)，所以，可以進行與過去相比無浪費的機械設備的整體的經濟設計。特別如前述，根據現有技術，因為過于擔心有害的水擊干涉，附加著使1波紋的峰值Hpx比2波紋的波峰值Hpy充分地高的余量，所以，至少該余量能夠得到改善，這表示降低上池側管路、泵用水輪機的分離室的設計水壓的可能性。而且，對于下池側管路來說通過減少水中分離的可能性，能使相對于下池水位的泵用水輪機的安裝位置變淺，從而能大幅度地降低土木費用。上述下池水位由于擔心水中分離而深深地低下著。
在本發明中使用的旋轉速度上升檢測器是與作為調速器自身的速度檢測裝置的SSG(Speed Signal Cenerator)、PMG(Permant MagnetCenerator)等完全獨立的裝置，不言而喻，提高了可靠性。
但是，如果本發明的跨號機的導向葉片封閉速度限制的條件形成后與作為特開平8-42441號導向葉片的應答塌腰裝置的替代的旋轉速度應答塌腰同樣地作用于導向葉片伺服馬達用配壓閥，進行流進、流出導向葉片伺服馬達的壓力油的控制，作為該具體化例子有機械地限制配壓閥閥芯位移的方法。
在這里講述特開平8-42441中提出的裝置的主要的裝置構成。
多臺泵用水輪機，在分別地將在導向葉片成為規定開度以下時輸出信號的導向葉片開度檢測機構作為了第1控制機構、把根據從調速器的運算部給與的目標開度和其時的導向葉片開度的偏差進行開閉控制導向葉片的導向葉片控制機構作為了第2控制機構時，在導向葉片的開度為規定的開度以上的狀態下，導向葉片開度檢測機構)(Y＞Ya的檢測)不輸出信號，第3限制機構將導向葉片的封閉速度的上限限制為第3規定值。在此狀態下發生隔斷負荷、導向葉片封閉受到指令時，調速器的開閉控制機構驅動導向葉片開閉機構而開始導向葉片的封閉。這時，導向葉片的封閉速度的上限由前述第3限制機構限制為第3規定值。導向葉片的封閉繼續進行、在導向葉片的開度達到預定的開度時，前述導向葉片開度檢測機構輸出信號。第4限制機構被此信號起動，第4控制機構將導向葉片封閉速度的上限限制在低于前述第3規定值的第4規定值。例如，導向葉片開度檢測機構開始輸出表示導向葉片的開度低于預定的開度的信號時，導向葉片封閉速度如果是超過前述第4設定值的值，第4限制機構強制開閉控制機構，將導向葉片封閉速度抑制為不超過第4設定值的值。
如圖5所示，隔斷負荷后的泵用水輪機的旋轉速度N的上升與導向葉片的封閉共同進行。因此，在導向葉片的開度到達了Ya的時點的泵用水輪機旋轉速度Na能用預先試驗來確認。當然，即使不做試驗用模擬也能預測。在導向葉片的封閉繼續進行、泵用水輪機的旋轉速度逐漸地上升、從旋轉速度上升檢測器輸出表示泵用水輪機的旋轉速度超過比額定旋轉速度高的預定的規定值時，第5限制機構被起動。該第5限制機構與前述第4限制機構相同地對導向葉片封閉速度的上限進行上限限制。該上限限制值為比前述第3規定值低的第4限制值或與其相近的值。第5限制機構與第4限制機構并列地作用于開閉控制機構，即使在第4控制機構因為何種理由不正常地工作時，第5限制機構也獨立于第4控制機構進行動作，所以，確保了所需的導向葉片塌腰封閉，能安全地進行封閉。
將導向葉片作為開閉機構通常是通過供給壓力油、由該壓力油驅動伺服馬達等的開閉機構來進行的。在這種方式中，是通過用流量調整閥控制供給伺服馬達的壓力油的供給量，進行開閉速度控制的，壓力油的供給量的控制是通過流量調整閥的閥軸的移動來進行的。閥軸處于中立位置時壓力油的流量為0、即，封閉速度為0，閥軸的位置從該中立位置偏移或移動到一側(例如下側)的量大時，壓力油的流量變大，封閉速度增加，閥軸的位置從該中立位置移動到另一側的量大時，壓力油的流量逆向變大，打開速度增加。因此，通過對閥軸的移動量加以限制來限制壓力油的流量，可對封閉速度加以限制。即，設置制動閥軸移動的機構，通過使該制動位置成為可變，能實現導向葉片封閉速度塌腰。
圖1是本發明的實施例的功能圖。
圖2是表示成為本發明的對象的共有管路的多臺泵用水輪機的例子的圖。
圖3是表示本發明的實施例中的二次配壓閥周邊的機構的圖。
圖4是本發明的實施例中的各種螺線管的電路圖。
圖5是表示采用了本發明的泵用水輪機隔斷負荷時的舉動例的圖。
圖6是表示現有技術的泵用水輪機的隔斷時負載的舉動例的圖。
圖7是兼有現有技術的泵用水輪機的負載遮斷時的另外的舉動例工作狀況和本發明的回轉速度上升檢測裝置的設定方法的圖。
圖8是表示泵用水輪機的S字特性的圖。
圖9是解析例的對象機械設備的管路構成圖。
圖10是將現有技術應用于圖9的機械設備時的動態特性分析結果。
圖11是將本發明的技術應用于圖9的機械設備時的動態特性分析結果。
圖12是圖9所示的解析例的對象機械設備的管路構成的另外的說明圖。
以下參照圖1至圖7對本發明的一實施例進行說明。
圖1是本發明的控制邏輯的說明圖。在這里表示使用作為共有管路的多臺泵用水輪機的A號和B號2臺泵用水輪機的一個例子。這時，兩泵用水輪機都有一個導向葉片封閉速度限制裝置(塌腰裝置)。A號泵用水輪機的塌腰裝置在下列3個條件中即使一個條件成立它就動作，上述3個條件為A號機的導向葉片開度檢測器檢測出Y＜Ya，A號機的旋轉速度上升檢測器檢測出N＞Na、作為另一號機的B號機的回輪速度上升檢測器檢測出N＞Nb。當然，也考慮了設置多個的封閉速度限制裝置，分別設定在A號機的導向葉片開度檢測器檢測出Y＜Ya時進行動作的塌腰裝置的封閉速度限制值、在A號機的回轉速度上升檢測器檢測出N＞Na時進行動作的塌腰裝置的封閉速度限制值、作為其他號機的B號機的回轉速度上升檢測器檢測出N＞Nb時進行動作的塌腰裝置的封閉速度限制值的方法。
而且，即使在上述A號機用的3個條件中削除A號機的回轉速度上升檢測器的N＞Na檢測條件，而為僅2條件的組合也能構成本發明的泵用水輪機。
圖2是表示作為本發明對象的共有上池側管路和下池側管路的4臺泵用水輪機的例子的圖。101是上池，102是上池側管路的4臺共有部分，103、108是上池側管路的2臺共有部分，104A～104D是上池側管路的各號機連接部分，105A-105D是下池側管路的各號機連接部分，106、109是下池側管路的2臺共有部分，107為下池。在A號機的水輪機運轉時，101上池的水流經上池側管路102、103、104A導入到A號機，從A號機出來的水經由105A、106流到107下池。在A號機揚水運轉時，與上述相反，107下池的水被揚升到101上池內。因為上下池之間有水位差，所以在水輪機運轉時，起著將A號機流下的水的勢能變換為電能取出的作用。與此相反，在揚水運轉時消耗電能，使之轉換為被揚水的勢能而保存在上池中。
圖3所示的導向葉片控制裝置主要由圖中未示的輔助伺服馬機、先導閥、二次配壓閥/和導向葉片封閉選擇裝置29構成。上述輔助伺服馬達根據圖中未示的調速器的指令發出導向葉片開度指令信號；上述先導閥應答來自輔助伺服馬達的導向葉片開度指令信號與來自導向葉片伺服馬達的復原信號之差，并以消除二者之差的方式進行應答；上述二次配壓閥1油壓操作導向葉片伺服馬達；上述導向葉片封閉速度選擇裝置29通過機械地限制閥伺服馬達3和前述二次配壓閥1的閥芯2的上下變位量，給予對應于泵用水輪機的運轉狀況的所需的導向葉片封閉速度限制。上述閥伺服馬達3直接連接在上述二次配壓閥1的閥芯2上、并被前述先導閥油壓操作。
二次配壓閥1由殼體1A、套筒39、閥芯2和直接連接前述芯軸2和前述閥伺服馬達的軸35A、液壓油口46、開側口45、閉側口47構成。上述殼體1A具有汽缸狀的空腔1B、1C。上述套筒39其軸線與前述閥伺服馬達軸線一致、并被固定在殼體1A的壁面上。上述閥芯2結合在前述閥伺服馬達3上，一邊在上述殼體39內上下地滑動、一邊進行導向葉片伺服馬達的開/閉室的油壓控制。
閥伺服馬達3由具有大直徑部3A和小直徑部3B的差動活塞、與二次配壓閥的殼體1A組合并形成為一體的閥伺服馬達氣缸1D構成。
先導閥由先導閥芯4、復原桿6、以置于下端的彈簧的力將上端經常地壓在復原桿6的支部7上的套筒5、液壓油供給口、閥伺服控制油壓管路37構成。
現以圖中未示的輔助伺服馬達的開度增大了的情況為例。杠桿62的右端向上運動。由此，先導閥的先導閥芯4向上運動。閥伺服控制油壓管路37連接在排油側、其壓力降低。閥伺服馬達3向上運動。復原桿6伴隨著它右回轉，復原桿6的支部7向上運動。因此，套筒5向上運動，在先導閥芯4和套筒5之間產生的相對位移漸漸地接近于零。借助該復原閥伺服控制油壓管路37的油壓再次復歸到與作用閥伺服馬達3的下側室的油壓力相平衡的值。另外，閥芯2借助閥伺服馬達3的向上運動。壓力油43供給于圖中未示的導向葉片伺服馬達的開側管路42，與此相反，導向葉片伺服馬達的閉側管路44連接在排油上。其結果，導向葉片伺服馬達進行開動作。復原桿6的左端伴隨著導向葉片伺服馬達的開動作向下運動，先導閥芯4向下運動，在先導閥芯4和套筒5之間形成與上述相反的相對變位。其結果，壓力油供給于閥伺服控制油壓管路37，從而閥伺服馬達3向下運動，閥芯2回到原來的中立位置。該閥芯2的向下運動與上述相同地傳遞給復原桿6、復原桿6的支部7。于是，套筒5向下運動，在套筒5和先導閥芯4之間產生的相對位移漸漸地接近于零。由于此復原，暫時上升了的閥伺服控制油壓管路37的油壓再次復歸到與作用于閥伺服馬達3的下側室的油壓力相平衡的值。而且，最終先導閥芯4和閥芯2共同地回到當初的位置而變為安定。以上是說明閥芯2暫地向上運動的輔助伺服馬達打開動作(導向葉片開指令)的情況。不言而喻，在輔助伺服馬達閉動作(導向葉片閉指令)的情況下，閥芯2暫地向下運動。另外，若閥芯2的暫時的上動量大則導向葉片伺服馬達過渡性的急速打開，若閥芯2的暫時的下動量大就意味著導向葉片伺服馬達過渡性地急速關閉。因此，如果機械性限制閥芯2的下動量就能限制導向葉片封閉速度。當然還有其他的限制導向葉片封閉速度的方法。例如，可以是在二次配壓閥的壓力油管路43和排油管和導向葉片伺服馬達開側管路42和導向葉片伺服馬達閉側管路44內裝入所需的節流閥的方法。雖然以下只說明機械式地限制閥芯2的下動量的方案，但是，本發明不是限定于此的，其結果，如果給予了本發明的主旨的導向葉片封閉速度限制，則本發明也包含這些。
導向葉片封閉速度選擇裝置29大到劃分為固定式開閉速度限制裝置、急速封閉速度選擇裝置、導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置、旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置、泵型緩封閉速度選擇裝置。
固定式開閉速度限制裝置由軸35B、限動片16、一對螺栓54A和54B、開速度限制螺母11、閉速度限制螺母12構成。上述軸35B機械地連接在二次配壓閥的閥芯2上；上述限動片16安裝在軸35B的上端；上述螺栓54A和54B植入在閥伺服馬達汽缸1D上；上述開速度限制螺母11安裝在上述螺栓54A和54B上、用于限制限動片的上側位移量。閉速度限制螺母12安裝在螺栓54A和54B上用于限制限動片的下側位移量。
急速封閉速度選擇裝置是由運轉模式切換電磁閥23和附屬于運轉模式切換電磁閥23并在發電運轉時(對于泵用水輪機來說為水輪機運轉方式)被通電的螺線管24；同樣附屬于運轉電磁閥23并且在發電時被通電的螺線管25和只限于發電運轉時供助來自于運轉模式切換電磁閥23的壓力油而向上運動的限動活塞13；可調整地安裝在限動活塞13上的、并用來限制限動板16的下側位移量的螺母18構成。
導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置是由電磁閥14和附屬于電磁閥19、并且在導向葉片開度Y＜Ya時被斷電(Y＞Ya時通電)的螺線管26；借助在螺線管26被斷電時從電磁閥19供給的壓力油而向上運動的限動活塞14和可調整地安裝在該限動活塞14上、并用來限制限動板16的下側位移量的螺母21構成。
回轉速度、應答緩封閉速度選擇裝置由電磁閥20和附屬于電磁閥20、并在自己的泵用水輪機的旋轉速度N＞Na時或者共用管路的其它任何的泵用水輪機的旋轉速度比規定值大(例如、N＞Nb)時被斷電，在自己的泵用水輪機的旋轉速度N＜Na、而且其它任何的泵用水輪機的旋轉速度也比規定值小(例如、N＜Nb)時被通電的螺線管27、借助在螺線管27被斷電時。從電磁閥20供給的壓力油向上運動的限動活塞15和可調整地安裝在該限動活塞15上并用來限制限動板16的下側位移量的螺母22構成。
泵式緩封閉速度選擇裝置是由電磁閥17、附屬于電磁閥17并在揚水運轉中、在導向葉片開度Y＜Ya時通電的螺線管28、借助在螺線管28通電時經由電磁閥23、電磁閥17供給的壓力油而向上運動的限動活塞60和可調整地安裝在該限動活塞60之上并用于限制限動板16的下側位移量的螺母61構成。
圖4是前述螺線管24～28的控制電路圖。PC表示直流電源的正極側、NC表同一直流電源的負極側。31-1是有關成套設備(若只注視泵用水輪機就是該泵用水輪機)的揚水/發電(水輪機)模式選擇開關的一個接點、并是在發電模式中閉合的接點。即、如果在有關泵用水輪機選擇為發電側時螺線管24即被通電。其結果，限動活塞13借助來自運轉模式切換電磁閥23的壓力油向上運動，由螺母18設定發電模式的導向葉片急速封閉速度。另外，31-2為有關機械設備(有關泵用水輪機)的揚水/發電(水輪機)模式選擇開關的另一接點、即是在揚水模式中閉合的接點。即、如果有關泵用水輪機被選擇為揚水側螺線管25即被通電。另外，在上述中，是假設發電模式的導向葉片急速封閉速度＜揚水模式的急速封閉速度來進行說明的，在相反的情況下，在揚水模式中需要以使限動活塞13向上運動的方向反過來進行。
31-3為前述揚水/發電(水輪機)模式選擇開關的另一接點，是在發電模式中閉合的接點。另外，33-1是導向葉片開度檢測開關、它是在有關泵用水輪機的導向葉片開度(Y)＜規定值(Ya)時打開的接點。即、螺線管26在發電模式中Y＞Ya時被通電，在Y＜Ya時被斷電。切斷電源(PC-NC)也被斷電，如果被斷電，如前所述，限動活塞14借助來自運轉模式切換電磁閥23的壓力油向上運動，而由螺母21限制限動板16的下向位移量，導向葉片開閉應答緩封閉速度選擇裝置進行動作。在前述揚水/發電(水輪機)模式選擇開關選擇為揚水側時，螺線管26也被斷電。但是，這時，因為螺線管25被通電(螺線管24被斷電著)、對于電磁閥19的壓力油供給管路利用運動模式切換電磁閥23進行排油，所以限動活塞14已經不能向上運動、導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置不動作。這樣，導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置在發電模式中電源喪失時變為失效動作。
31-4是前述揚水/發電(水輪機)模式選擇開關的另一接點、是在發電模式中閉合的接點。32-A是自號泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置的接點，它在N＜Na時閉合、在N＞Na時打開。32-B是共用管路的他號泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置的接點，它在N＜Nb時閉合、在N＞Nb時打開。雖然這時是對共用管路的其他號泵用水輪機的臺數為1臺的情況運轉的說明，但在有多臺的情況下，必須在螺線管27的電路中象32-B1、32-B2…那樣地將各泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置的接點全部串聯地連接起來。于是，在自號泵用水輪機的放置速度N＞Na時，在共用管路的其他任何的泵用水輪機的旋轉速度N＞Nb1時、在電源(PC-NC)被切斷時螺線管27都被斷電。若被斷電，限動活塞15如前所述地借助來自運行模式切換電磁閥23的壓力油向上運動、限動板16的下向位移量被螺母22限制，旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置運轉動作。另外，在前述揚水/發電模式選擇開關被選擇為揚水側時，螺線管27也被斷電。但是，這時，因為螺線管25被通電著(螺線管24被斷電著)，電磁閥20的壓力油供給管路利用動行模式切換電磁閥23進行排油，所以，限動活塞15已經不能向上運動、該旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置不動作。如上所述，這時上述的導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置也同樣地在電源喪失時成為失效動作。
31-5是前述揚水/發電模式選擇開關的另一接點，是在揚水模式中閉合的接點。33-2是導向葉片開度檢測開關，是有關泵用水輪機的導向葉片開度(Y)＜規定值(Ya)時閉合的接點。于是，螺線管28在揚水模式和Y＜Ya′的兩條件成立時被通電。在揚水模式中，因為壓力油從運轉模式切換電磁閥23向電磁閥17供給油，借螺線管28的通電該壓力油被導引給限動活塞60并將它推上。于是，由可調整地安裝在限動活塞60上的螺母61限制限動板16的下側位移量。即，泵模式緩封閉速度被選擇。另外，在喪失電源、螺線管28斷電了時，限動活塞60的下側室被排油，泵模式緩封閉速度選擇裝置失效。在揚水模式中，與發電模式不同，在電源喪失時，這樣地成為不能的方式是更安全的。該失效不能化的理由如在特公昭60-38559號公報所提示的那樣，用于防止泵的逆轉。
在這里對上述的限動板16的下動限制量和導向葉片封閉速度限制的關系進行說明。當然，因為限動板16的下動幅度值被限定的越小，二次配壓閥的閥芯2的閉方向的位移量值被限定的越小，導向葉片封閉速度被限定為更緩慢的速度。具體上，以例如閉速度限制螺母12所限定的固定式開閉速度限制裝置的下動位移允許幅度、即揚水模式急速封閉速度限制＞限動活塞13被推上時的由螺母18限定的急速封閉速度選擇裝置的下動位移允許幅度、即發電模式急速封閉速度限制＞限動活塞14被推上時的由螺母21限定的導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置的下動位移幅度、即現有技術的發電模式的塌腰后的緩封閉速度限制＝限動活塞15被推上時的由螺母22限定的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置的下動位移允許幅度。即、本發明的發電模式的替代塌腰速度/緩封閉速度限制＝由螺母61限定的泵模式緩封閉速度選擇裝置的塌腰后的緩封閉速度限制的方式進行設定。
在這里，本發明的必要的條件只是限動活塞13被推上時的由螺母18限定的急速封閉速度選擇裝置的下動位移允許幅度、即〔發電模式急速封閉速度限制＞限定活塞14被推上時的由螺母27限定的導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置的下動位移允許幅度、即現有技術的發電模式的塌腰后的緩封閉速度限制＝限動活塞15被推上時的由螺母22限定的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置的下動位移允許幅度、即本發明的發電模式的替代(backup)塌腰率/緩封閉率限制〕的部分。即，也可以為〔揚水模式急速封閉速度限制＜發電模式急速封閉速度限制〕，不一定需要將泵模式的塌腰后的緩封閉速度限制做成為與發電模式的塌腰后的緩封閉速度限制和替代塌腰速度限制同等的值。
圖7是本發明的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置用的旋轉速度上升檢測裝置的設定方法的說明圖。在時點t0，共用管路的多臺泵用水輪機中某泵用水輪機為被隔斷全負荷。其結果，該水輪機的旋轉速度N如圖所示地上升。于是，這時通過圖中未示的調速器應答該N上升，導向葉片開度Y如圖的實線所示地急速地關閉。該封閉速度被圖3的例子中的螺母18設定。而且，Y為Ya以下時，在圖3、圖4的例子中導向葉片開度檢出開關33-1動作、導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置動作，導向葉片封閉速度從以前的急速封閉被限制為緩封閉速度。俗稱進入塌腰。另外，因由于導向葉片的急速封閉，水輪機流量急速地被節流，所以，有關水輪機的上池側管路水壓Hp如圖所示地上升。而且，因為導向葉片進入塌腰時流量減少速度也降低，所以，一旦Hp上升停止就如圖中的實線那樣地降低。其后，在該泵用水輪機的運轉點進入S字特性、而開始在流量減少方向行走時，即使導向葉片正在進行緩封閉，由于S字特性的正回歸電路的增幅作用，Hp再次開始自然地上升。在運轉點進入S字特性、在流量減少方向行走時大致是因dN/dt＜0而d2N/dt2＜0時。但是，如果在不進入該塌腰而導向葉片如圖中虛線所示地繼續急速地封閉時，Hp的圖形就變為虛線所示的那樣。即，旋轉速度若干降低，上池側管路水壓Hp大幅度上升，下池側管路水壓大幅度下降。后者可能引起所謂的水中分離→再結合的重大問題，需要特別注意。因此，在N＞Na的條件下若使有關水輪機自身的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置動作，可以避免圖中虛線那樣的麻煩。即，在圖3、圖4的例子中，旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置由于自號泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置32-A的動作進行動作。另外，Na的值也可以作為在該水輪機的單機隔斷全負荷時Y大致到達Ya時點的N。而且，在N的曲線上因dN/dt＜0從而d2N/dt2也可以成為幾乎為零的N。如果在該機的單機隔斷全負荷時將Na的值設定為比Y幾乎到達Ya時點的N若干之大時只要現有技術的導向葉片開度應答緩封閉速度選擇裝置正常地工作著，塌腰點就不會改變，導向葉片封閉特性曲線不變，由于本發明的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置的追加而引起的災害能全部消失。而且，根據本發明，在共有管路的多臺泵用水輪機中任何的泵用水輪機被隔斷負荷、成為N＞規定值(它是相當于上述自號機的Na的Nb，在泵用水輪機為同一規格時可以做與自號機的Na相同的設定)時，也使該水輪機的旋轉速度應答緩封閉速度選擇裝置進行動作。
圖5是表示跨過該號的泵用水輪機的旋轉速度應答緩封閉速度限制動作了時的本泵用水輪機的舉動例的圖。共有管路的、圖中未示的其他的泵用水輪機在時點t0被隔斷負荷后，表示本泵用水輪機在時點t1被隔斷的情況。雖未特別圖示，但，其他的泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置32-B在時點t1以前動作著(成為N＞Nb)，它繼續到時點t3。根據現有技術，本泵用水輪機的導向葉片在隔斷負荷后馬上進入急速封閉而如實線所示地被封閉，與此相對，本發明如虛線所示地被封閉。即，在存在來自他號機的有害的水擊干涉的期間限制為規定的緩封閉速度。而且，在來自他號機的有害的水擊干涉消失后、即T3以后應該開始急速封閉，但是因為直到時點t4自號機為N＞Na，所以一直為緩封閉速度的狀態。當然，若成為導向葉片開度Y＜Ya，則進入自號機的導向葉片開度應答緩封閉速度限制，從而進入圖示的塌腰。由于本發明的跨號機的旋轉速度應答緩封閉速度限制雖然N象圖中的虛線那樣從Nxx上升到Nxx1，但是在泵用水輪機的情況下，因為受到S字特性的影響，所以，該差僅僅是個百分數而幾乎沒有實際的損害。
在上述中，作為使跨號機的導向葉片緩封閉速度限制動作的條件雖然使用著他號泵用水輪機的旋轉速度N的監視，但即使不是N那樣的狀態量而使用在此上增加了規定的運算的dN/dt、d2N/dt2等，或使用使N和其他的運轉狀態量相組合的指標也能完成與N＞Nb同等的檢測。這是以能概略判定該泵用水輪機的運轉點將要突入到S特性中之前和走落在流量減少方向的時刻的信息加入著、在N的彎曲曲線之中，即引起有害的水擊干涉的運轉狀態判斷信息加入著的發現為基礎的這些變形例也包含在本申請內。作為使用N進行他號泵用水輪機的舉動監視的理由的第二，N在泵用水輪機和發電電動機的旋轉部慣性效果的影響方面與其它的狀態量(例如H、Q等)相比較其運動極為平滑從而容易測定。
在上述中，雖然作為使跨號機的導向葉片緩封閉速度限制動作的條件使用著他號泵用水輪機的旋轉速度N的監視，對于此替代的監視方法的例子，即、使用水輪機運轉時的Q1-N1理想特性圖8再作一些說明。橫軸表示
，縱軸表示
。N表示旋轉速度，H表示有效落差，Q表示流量。參數Y2、Y1表示導向葉片開度，Y2＞Y1。來自他號泵用水輪機的有害水擊干涉是運轉點接近于S字特性dQ1/dN1的斜度變陡立起來的情況和運轉點突入到S字特性中，特別是在流量流少方向上在S字特性上行走著的時刻。后者的檢測方法在特公昭63-21033號等中被提案著。對于前者也考慮了〔N1＞每個導向葉片所定的規定值N1〕和(dQ1/dN1的絕對值比每個導向葉片決定的規定值大)等的檢測方法。
在上述的實施例中，雖然共有管路的多臺泵用水輪機的全部都具有旋轉速度上升檢測裝置，但也可有在如果少臺數(例如，2臺啦、3臺啦)能允許前述的水擊干涉的情況下只給特定號機裝備而不給全部臺上裝備的方法。
當然，如果考慮在本發明中有同時具備自號機的導向葉片開度應答緩封閉速度限制的替代和回避來自他號機的有害的水擊干涉的二大作用的目的，在用只裝備在上述特定號機上的場合中被限定能期待前者效果的號機被限定。
另外，圖4的32-A、32-B等的旋轉速度上升裝置與調速器(控制圖3的輔助伺服馬達)完全獨立，對于提高可靠性有好處。
而且，使用圖9～圖11的動態特性解析例再詳細地說明本發明的泵用水輪機的構成。
圖9是成為解析對象的機械設備的管路構成圖。101是上池，102是上池側管路的2臺共用部分，104α，104β是上池側管路的各號機分支部分，105α，105β是各號機的下池側管路，107是下池，α、β是表示用同一規格的可變速泵用水輪機構成的例子。而且，兩泵用水輪機都在水輪機運轉領域具有S字特性。
圖12是成為解析對象的機械設備的管路構成的另外的圖。
來自上池101的水通過具有調壓水箱的上池側管路的2臺共用部分102供給于可變速泵用水輪機α、β。
而且，上池側管路的2臺共用部分102具有長斜面管路部分，在將要到可變速泵用水輪機的前面被分支，向各可變速泵用水輪機供給水量。各可變速泵用水輪機的下池側管路105α，105β分別個別地連接在下池107上。
圖10、圖11表示該2臺可變速泵用水輪機在發電運轉(水輪機運轉)過程中間隔10秒的時間差相繼地被隔斷負荷時的各號機的舉動解析。
圖10是現有技術的情況，圖11是采用了本發明的情況，作為可變速泵用水輪機的構成可以采用特開昭60-90991號、或特開昭62-71497號所揭示的構成。
首先說明圖10。最初被隔斷負荷的是5號機。旋轉速度Nα與隔斷同時地上升。通過圖中未示的調速器響應于此導向葉片Yα如圖所示地被急速封閉，如果導向葉片Yα＜規定開度Yαa導向葉片開度應答塌腰進行動作，導向葉片封閉速度如圖所示地減低，結果，α號機端的上池側管路的α號機的水壓Hpα如圖所示地上升。當然，從時點t0到t1的Hp的急速上升是自號機的導向葉片Yα的急速封閉造成的。但是，兩波紋的峰值為自號機的運轉點在流量減少方向上S字特性內走落著的影響和后述的他號機(β機)的導向葉片急速封閉的影響相乘的結果。在流量減少方向上沿在S字特性走落著的現象可以用Nα的曲線確認。即，這時正好是Nα轉為下降的時刻，是dN/dt＜0，d2N/dt2＜0。但是，水壓Hpα的變動通過管路104α、104β傳遞給β號機，所以，β號機的上池側管路的的β號機端的水壓Hpβ也如圖所示地變動。Hpβ的1波紋的峰值是由來自α號機的水擊干涉引起的，所以比Hpα的1波紋波峰低若干。另外，雖然未圖示，但α、β兩機都是可變速機，應答比較慢的旋轉速度調速器控制經常地起作用。在由于來自他號機的水擊干涉Hpβ上升時，因為β號機的水輪機的輸出暫時地上升(這時發電機負載被控制為一定)，β號機的旋轉速度也若干上升，調速器應答于此，β號機的導向葉片慢慢地被關閉。在為時點t2時，β號機也被隔斷。于是β號機的旋轉速度Nβ開始急速上升，調速器應答于此，β號機的導向葉片被急速封閉。但是，這時，如前所述。因為α號機在流量減少方向上沿S字特性走落著，所以，該流量節流效果與β號機的導向葉片所引起的流量節流效果重合，從而Hpβ的第2波峰異常地上升。改變觀點進行說明時，在圖9中，因為在管路104α的下池側S字的節流、在管路104β的下池側導向葉片急速封閉節流分別同時地作用，所以，上池側管路共用部分102的減速結束、發生異常水擊是當然的事情。另外，這時，管路104β的下池端的導向葉片急速封閉節流效果比管路104α的下池側的S字節流效果強，所以，Hpβ的第2波峰比Hpα的第2波峰高。
在時點t3，β號機的導向葉片塌腰進入。因為在此以后，兩機都塌腰動作、導向葉片封閉速度被限制著，所以，即使α號機繼續S字節流、即使β號機開始S字節流，不產生前述的惡劣條件的相乘效果，所以，Hpα、Hpβ都不會發生異常。
圖11表示采用了本發明的泵用水輪機的情況下的解析。即。由于具有上述裝置、裝備圖1的控制電路，當α號機的旋轉速度Nα變為Nα＞Nα2時，β號機的導向葉片就進行塌腰動作。因此，即使β號機在時點t2被隔斷負荷，β號機的導向葉片也不被急速地封閉。到了時點t4，上述跨號機塌腰脫離后開始急速封閉。但是這時，自號機的導向葉片開度應答塌腰立即進入、再度回到塌腰狀態。其結果，如圖10所示的Hpβ第2波峰的異常上升全不發生，Hpβ的最高水壓用第1波峰值決定。在圖10中，若認為Hpβ的第2波峰成為3Hpβ的最高水壓，可以看出該對策對于泵用水輪機和上流側管路的設計水壓的降低有著很大的效果。另外，象從比較圖10和圖11可以明白的那樣，雖然在使用本發明時，旋轉速度Nβ的上升幅度增大若干，但，因為在泵用水輪機的情況下被原來S字特性抑制僅剩下一點，一般不成為問題。
雖然該圖11的實施例是上游側管路的異常水擊干涉的例子，在下池側管路被分支、下池側管路105α，105β共有著分支點以后的管路的情況下，很明顯它也成為下池側管路的異常水擊干涉對策。
另外，在上述的實施例中，雖然是使用兩泵用水輪機α、β都在水輪運轉領域具有S字特性的例子進行了說明，但是，兩泵用水輪機α、β不具有S字特性，另外，即使兩泵用水輪機α、β的一方不具有S字特性也能適用本發明。
本發明具有如下的效果。
即，能消除或大幅度減輕在共有管路的多臺泵用水輪機之間發生的S字特性糾纏的有害水擊干涉。
而且，也可兼帶實現自號機的導向葉片開度應答封閉速度限制的替代(backup)。
由于消除了來自共有管路的他號機的有害的水擊干涉問題，在現場不需要多臺泵用水輪機相繼地被隔斷負荷的時差隔斷的試驗(只用同時隔斷進行管理就可，因此，在單機隔斷全負荷時就可決定導向葉片封閉特性曲線。)由于消除來自共有管路的他號機的有害的水擊干涉問題，因為在各臺同時隔斷全負荷時能限定發生最大的水擊的情況，上池側管路水壓上升和下池側管路水壓降低幅度縮減所以更合理的導向葉片封閉特性曲線設定成為可能。具體上，也包含使如圖6的虛線所示的2波紋的峰值變高的情況，可以盡可能地使最大變動幅度縮小。因此，出現了能相當大幅度地縮小全部各臺同時隔斷全負荷時的水擊變動幅度。由此，上池側管路因為可以降低泵用水輪機自身的設計水壓，能降低相對于下池水位的泵用水輪機安裝位置的差(吸出高差)，即，意味著可以降低土木堀削量。
權利要求
1.泵用水輪機，在多臺該泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部近處被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，各臺泵用水輪機都有導向葉片，在隔斷負載時，采用著將前述導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移到規定的緩封閉的多段封閉；其特征是，前述多臺泵用水輪機內至少第一泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出前述第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將導向葉片封閉速度限制為與該泵用水輪機的前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
2.如權利要求1所述的泵用水輪機，其特征是，將前述第二規定值設定的比在連接在電力系統上的通常的發電運轉中能產生的旋轉速度變動幅度大。
3.泵用水輪機，在多臺該泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部近處被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各臺泵用水輪機都具有導向葉片，在隔斷負荷時采用了將前述導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移到規定的緩封閉的多段封閉，其特征是，該多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機至少具有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置。在前述檢測裝置檢測出前述第一泵用水輪機處于受S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性)，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)的影響的范圍中時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺、發送指令，將導向葉片封閉速度限制為與該泵用水輪機的前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
4.如權利要求1中所述的共有管路的多臺泵用水輪機，其特征是，權利要求1中的前述多臺泵用水輪機的各臺泵用水輪機具有導向葉片開度檢測機構、導向葉片控制機構、第三限制機構、第四限制機構、第五限制機構，另外，前述第一泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置；上述導向葉片開度檢測機構在導向葉片為規定開度以下時輸出信號；上述導向葉片控制機構根據從調速器的運算部給予的目標開度和其時的導向葉片開度的偏差開閉控制導向葉片；上述第三限制機構在前述導向葉片開度檢測機構不動作時，將導向葉片的封閉速度的上限限制為第三規定值；上述第四限制機構在該導向葉片開度檢測裝置動作著時，將導向葉片封閉速度的上限限制為低于前述第三規定值的第四規定值；上述第五限制機構在前述第一泵用水輪機的旋轉速度上升檢測裝置輸出信號時也向前述第一泵用水輪機以外的至少1臺的泵用水輪機發送指令，將該泵用水輪機的導向葉片的封閉速度的上限限制為前述第四規定值或其附近的第五規定值；上述回轉速度上升檢測裝置在前述第一泵用水輪機的旋轉速度成為高于額定速度的第二規定值時，輸出信號。
5.如權利要求4所述的共有管路的多臺泵用水輪機，其特征是，通過機械地限制配壓閥閥軸的閉方向位移來進行前述第三、第四、第五的導向葉片封閉速度限制，上述配壓閥控制供給油壓伺服馬達的壓力油的流量，該油壓伺服馬達用于開閉導向葉片。
6.如權利要求4所述的共有管路的多臺泵用水輪機，其特征是，前述旋轉速度上升裝置完全獨立于調速器如的旋轉速度檢測部，上述調速器向前述導向葉片控制機構提供目標開度信號。
7.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他泵用水輪機共有分支點以外的管路部分，在各個泵用水輪機上都具有導向葉片，而且在負荷隔斷時采用了將前述導向葉片最初比較急速地、其后至少一次轉移到規定的緩封閉的多段封閉；其特征是，前述多臺泵用水輪機中的各個泵用水輪機都具有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出旋轉速度超過高于額定速度的第二規定值時，也向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送指令，全部泵用水輪機將其導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
8.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，各臺泵用水輪機具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性)，
、Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)，具有導向葉片，而且單機被隔斷全負荷時，采用將導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，將前述急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值與在該泵用水輪機迎來了旋轉速度的高峰后因S字特性的影響馬上產生的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從前述急速封閉速度、前述緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件；其特征是，前述多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出前述第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少一臺發送指令。將它們的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
9.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，每個泵用水輪機具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性)，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)，具有導向葉片，而且在單機被隔斷全負荷時，采用了導向葉片最初急速地、其后至少一次轉移為緩封閉的多級封閉，將前述急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值與該泵用水輪機迎來了旋轉速度的峰值后因S字特性的影響而馬上形成的上池側管路水壓的又一個的峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從前述急速封閉速度、前述緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件；其特征是，前述多臺泵用水輪機中至少第一泵用水輪機至少具有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，在檢測出前述檢測裝置處于前述第一泵用水輪機受S字特性的影響的范圍中時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
10.如權利要求3中所述的共有管路的多臺泵用水輪機，其特征是，前述多臺泵用水輪機中的各臺泵用水輪機上具有導向葉片開度檢測機構、導向葉片控制機構、第三限制機構、第四限制機構、第五限制機構；該多臺泵用水輪機的至少第一泵用水輪機至少具有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置；上述導向葉片開度檢測機構在導向葉片為規定開度以下時輸出信號；上述導向葉片控制機構根據從調速器的運算部給予的目標開度和其時的導向葉片開度的偏差開閉控制導向葉片；上述第三控制機構在前述導向葉片開度檢測機構未動作時，將導向葉片的封閉速度的上限限制為第三規定值；上述第四限制機構在前述導向葉片開度檢測機構動作著時，將導向葉片的封閉速度的上限限制為低于第三規定值的第四規定值；上述第五限制機構在前述將回轉速度作為輸入的檢測裝置檢測出前述第一泵用水輪機處于受S特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性)，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)的影響的范圍中時，向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片的封閉速度的上限限制為前述第四規定值或其附近第五規定值。
11.共有管路的多臺泵用水輪機，該共有管路的多臺泵用水輪機的上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各臺泵用水輪機具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性)，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)，具有導向葉輪，而且在單機被隔斷全負荷時，采用了將導向葉片最初急速地、其后至少一次移動到規定的緩封閉的多段封閉，將前進急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值與該泵用水輪機迎來旋轉速度的高峰后因S字特性的影響立即產生的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從前述急速封閉速度、前述緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件；其特征是，前述多臺泵用水輪機中的各臺泵用水輪機上都具有旋轉速度上升檢測裝置，分別地監視旋轉速度是否超過了高于額定速度的規定值，在YES時，也向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送指令，全部泵用水輪機將其導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
12.共有管路的多臺水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，在各臺泵用水輪機上具有導向葉片，而且，在前述導向葉片被隔斷全負荷或與其相近的大負荷時，采用最近比較急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉；其特征在于，前述多臺泵用水輪機的各臺泵用水輪機上至少具有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，監視各泵用水輪機是否進入S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)的影響的范圍內，在YES時，向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送指令，全部將導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
13.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的水輪機共有分支點以遠的管路，各個泵用水輪機上具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)，具有導向葉片，而且在單機被隔斷全負荷時，采用了將導向葉片最初被急速地、其后至少一次轉移為緩封閉的多段封閉，將前急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值與該泵用水輪機迎來了旋轉速度高峰后因S字特性的影響馬上產生的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從前述急速封閉速度、前述緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件；其特征是，前述多臺泵用水輪機的各臺泵用水輪機上裝有旋轉速度上升檢測裝置，分別地監視回轉速度是否超過了高于額定速度的規定值，在YES的情況下，也向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送指令，全都將導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
14.共有管路的多臺泵用水輪機，在共用管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各個泵用水輪機具有S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)，具有導向葉片，而且單機被隔斷全負荷時，采用了將導向葉片最初被急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，將前述急速封閉中產生的上池側管路水壓峰值與該泵用水輪機迎來了旋轉速度的高峰后因S字特性馬上產生的上池側管路水壓的又一個峰值進行比較，后者與前者同等或高于前者地設定從前述急速封閉速度、前述緩封閉速度、急速封閉到緩封閉的轉移條件；其特征是，前述多臺泵用水輪機中的各臺泵用水輪機上至少裝有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，分別地監視各泵用水輪機是否進入受S字特性的影響的范圍內，在YES時，也向該泵用水輪機以外的泵用水輪機發送指令，全部泵用水輪機將其導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
15.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部被分支，與其他的泵用水輪機共用分支點以遠的管路，各臺泵用水輪機分別具有導向葉片，而且在前述導向葉片被隔斷全負荷或與隔斷其相近的大負荷時，采用了最初比較急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉；其特征是，前述多臺泵用水輪機內的至少第一臺泵用水輪機上裝有旋轉速度上升檢測裝置，在檢測出前述第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，一方面將該泵用水輪機的導向葉片封閉速度限制在與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度，另一方面也向前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
16.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共用管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各個泵用水輪機具有導向葉片，而且在前述導向葉片被隔斷全負荷時，或隔斷與其接近的大負荷時，采用了最初比較急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，其特征是，該多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機至少具有將旋轉速度作為輸入的檢測裝置，在前述檢測裝置檢測出前述第一泵用水輪機處于S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)的影響的范圍中時，一方面將該泵用水輪機的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度，另一方面也向前述第一泵用水輪機以外的至少一臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與前述封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
17.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，它的上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路部分，各臺泵用水輪機分別具有導向葉片，而且，在前述導向葉片被隔斷全負荷或被隔斷與其接近的大負荷時，采用了最初急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉；其特征是，在檢測出他號泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機的旋轉速度超過了高于額定速度的第二規定值時，接受其檢測信號將自號泵用水輪機的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移同等的速度或在其以下的速度。
18.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各個泵用水輪機具有導向葉片，而且，在前述導向葉片被隔斷全負荷或與其相近的大負荷時，采用了最初比較急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，其特征是，在該多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機至少沿流量減少的方向上行走在S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)上時，前述多臺泵用水輪機中，前述第一泵用水輪機以外的至少一臺也將導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
19.共有管路的多臺泵用水輪機，在該共有管路的多臺泵用水輪機中，上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支，與其他的泵用水輪機共有分支點以遠的管路，各臺泵用水輪機具有導向葉片，而且，在前述導向葉片被隔斷全負荷或與其接近的大負荷時，采用了最初急速地、其后至少一次轉移為規定的緩封閉的多段封閉，其特征是，該多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機具有檢測至少在流量減少方向上沿S字特性(形成為dQ1/dN1＞0的特性，
Q為水輪機流量、N為旋轉速度、H為有效落差)行走著的情況的S字下降檢測器，在前述S字下降檢測器動作了時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。
20.如權利要求18所述的共有管路的多臺泵用水輪機，其特征是，第一臺泵用水輪機具有S字下降檢測器，該S字下降檢測器用于在dN/dt＜0和d2N/dt2＜0的條件下檢測在流量減少方向上沿S字特性行走著的這一狀況，在前述S字下降檢測器動作了時，也向前述多臺泵用水輪機中前述第一泵用水輪機以外的至少1臺發送指令，將它們的導向葉片的封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或其以下的速度。
全文摘要
上池側管路或下池側管路在泵用水輪機端部附近被分支、與其他泵用水輪機共有分支點以遠的管路的多臺泵用水輪機內的至少第一泵用水輪機具有旋轉速度上升檢測裝置,在第一泵用水輪機的旋轉速度超過高于額定速度的第二規定值時,將它們的導向片封閉速度限制為與前述緩封閉轉移后同等的速度或在其以下的速度。這樣可以改善S字特性糾纏的、特別是時差隔斷時的水壓的異常上升。
文檔編號F03B13/06GK1193691SQ9810539
公開日1998年9月23日 申請日期1998年3月2日 優先權日1997年3月3日
發明者桑原尚夫 申請人:株式會社日立制作所