(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルトン水車の回転速度信号を入力するとともに、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に所定開度のデフレクタ開度指令を出力し、第１の所定本数よりも運転本数の多い第２の所定本数の時に前記所定の開度より小さい開度のデフレクタ開度指令を出力する調速制御器と、
ペルトン水車のデフレクタを駆動するデフレクタサーボモータの位置に対応した実デフレクタ開度信号を検出する位置検出器と、
前記デフレクタ開度指令から前記実デフレクタ開度信号を減算して得たデフレクタ開度偏差に基づいて前記デフレクタサーボモータを駆動するデフレクタ駆動装置と、
前記デフレクタ開度指令を入力してニードル開度指令を出力する関数発生器と、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に入力した前記ニードル開度指令を保持し出力する第１の記憶回路と、運転ノズル本数が前記第１の所定本数よりも多い第２の所定本数の時に当該入力したニードル開度指令を保持し出力する第２の記憶回路と、前記第２の記憶回路の出力である第２の所定本数時のニードル開度指令から前記第１の記憶回路の出力である第１の所定本数時のニードル開度指令を減算して偏差信号を出力する第１の加算器と、運転ノズル本数が第１の所定本数から第２の所定本数への切替時にゼロから予め定めた値まで一定レートで変化するように設定された制御信号を出力するランプ信号発生器と、前記第１の加算器から出力された運転ノズル本数の切替前後に係わるニードル開度指令の偏差信号と前記ランプ信号発生器から出力された制御信号とを入力して乗算する第１の乗除算器と、前記第１の記憶回路の出力であるニードル開度指令から前記第１の乗除算器の出力を減算して第１の所定本数時に運転されているニードルのサーボモータに先行ニードル開度指令を出力する第２の加算器、前記第２の記憶回路から出力された第２の所定本数時のニードル開度指令と前記ランプ信号発生器の制御信号とを入力して乗算して第２の所定本数時に運転されるニードルのサーボモータに後行ニードル開度指令を出力する第２の乗除算器を備えたデフレクタ／ニードル制御器と、
ペルトン水車のノズル本数切替前から使用されている先行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、
ペルトン水車のノズル本数切替後に使用される後行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、
前記デフレクタ／ニードル制御器の出力である前記先行ニードル開度指令から前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号を減算して得た偏差に基づいて前記先行ニードル用のサーボモータを制御するニードル駆動装置と、
前記デフレクタ／ニードル制御器の出力である前記後行ニードル開度指令から前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号を減算して得た偏差に基づいて前記後行ニードル用のサーボモータを制御するニードル駆動装置と、
を備えたことを特徴とするペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項２】
前記第１の記憶回路および第２の記憶回路はペルトン水車の効率特性を設定された関数発生器であることを特徴とする請求項１記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項３】
先行ニードル開度指令を演算するためのランプ信号発生器からの制御信号は、運転ノズル本数切替指令が与えられてから一定時間後に作用するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項４】
先行ニードル開度指令を演算するためのランプ信号発生器からの制御信号は、運転ノズル本数切替指令と後行ニードル開度規定値以上の条件が成立したとき作用するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項５】
ランプ信号発生器を先行ニードル用と後行ニードル用と個別に設け、前記先行ニードル用のランプ信号発生器からの制御信号は運転ノズル本数切替指令が与えられてから一定時間後に作用するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項６】
ランプ信号発生器を先行ニードル用と後行ニードル用と個別に設け、前記先行ニードル用のランプ信号発生器からの制御信号は運転ノズル本数切替指令と後行ニードル開度規定値以上の条件が成立したとき作用するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項７】
先行ニードル開度指令と実ニードル開度との偏差を算出する加算器とこの加算器からの偏差信号を絶対値に変換する絶対値演算器と、この絶対値演算器からの偏差信号が規定値以上となったことを検出する偏差大検出器と、この偏差大の状態が一定時間継続したとき動作する動作遅延タイマと、この偏差大継続条件がＯＮするとニードル制御異常条件をＯＮし、この偏差大継続条件がＯＦＦしてもニードル停止なる条件がＯＮするまでニードル制御異常条件を保持するＳ／Ｒ演算器と、前記ニードル制御異常条件がＯＮした時にニードル開度を記憶保持する記憶回路と、先行ニードル開度指令を前記記憶回路からの信号に書き換える接点とを備えたことを特徴とする請求項１ないし６記載のペルトン水車のノズル本数切替装置。
【請求項８】
ペルトン水車の回転速度信号を入力し、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に所定開度のデフレクタ開度指令を出力し、第１の所定本数よりも運転本数の多い第２の所定本数の時に、前記所定の開度より小さい開度のデフレクタ開度指令を出力する調速制御器と、
ペルトン水車のデフレクタを駆動するデフレクタサーボモータの位置に対応した実デフレクタ開度信号を検出する位置検出器と、
前記デフレクタ開度指令から前記実デフレクタ開度信号を減算して得たデフレクタ開度偏差に基づいて前記デフレクタサーボモータをデフレクタ開度指令と一致するように駆動するデフレクタ駆動装置と、
前記調速制御器からのデフレクタ開度指令を入力しこのデフレクタ開度指令から運転ノズル本数切替前から先行運転している先行ニードル開度指令と後行運転する後行ニードル開度指令を出力するデフレクタ／ニードル制御器と、
ペルトン水車のノズル本数切替前から使用されている先行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、
ペルトン水車のノズル本数切替後に使用される後行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、
前記デフレクタ／ニードル制御器から出力された前記先行ニードル開度指令と前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号との偏差に基づいて前記先行ニードル用のサーボモータを先行ニードル開度指令と一致するように制御するニードル駆動装置と、
前記デフレクタ／ニードル制御器から出力された前記後行ニードル開度指令と前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号との偏差に基づいて前記ニードル用のサーボモータを後行ニードル開度指令と一致するように制御するニードル駆動装置と、
を備えてペルトン水車のノズル本数切替方法において、
前記デフレクタ／ニードル制御器は、
前記デフレクタ開度指令を関数発生器に入力してニードル開度指令を出力するようにし、
運転ノズル本数が第１の所定本数の時に前記ニードル開度指令を第１の記憶回路に入力して保持するようにし、
運転ノズル本数が前記第１の所定本数よりも多い第２の所定本数の時にニードル開度指令を第２の記憶回路に入力して保持するようにし、
第１の加算器にて前記第２の記憶回路の出力である第２の所定本数時のニードル開度指令から前記第１の記憶回路の出力である第１の所定本数時のニードル開度指令を減算して偏差信号を出力するようにし、
前記運転ノズル本数が第１の所定本数から第２の所定本数への切替時にゼロから予め定めた値まで一定レートで変化するように設定された制御信号をランプ信号発生器から出力するようにし、
前記第１の加算器から出力された運転ノズル本数の切替前後に係わるニードル開度指令の偏差信号と前記ランプ信号発生器から出力された制御信号とを第１の乗除算器に入力して乗算するようにし、
第２の加算器にて前記第１の記憶回路の出力であるニードル開度指令から前記第１の乗除算器の出力を減算して第１の所定本数時に運転されているノズル用に先行ニードル開度指令を出力するようにし、
第２の乗除算器により前記第２の記憶回路から出力された第２の所定本数時のニードル開度指令と前記ランプ信号発生器の制御信号とを入力して乗算して第２の所定本数時に運転されるノズル用に後行ニードル開度指令を出力するようにしたことを特徴とするペルトン水車のノズル本数切替方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電所等に設置されるペルトン水車のノズル本数切替装置および切替方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所等に備えられたペルトン水車において、出力を大きくするために例えば２本のノズルによる２Ｎ運転から４本のノズルによる４Ｎ運転へモードを切り替えるときは、運転中のノズルを全開付近から閉めて行き、停止中のノズルをそのニードル用電磁弁を励磁して全閉から運転中の開度になるよう開方向に動作させる。
【０００３】
図16は、この種の従来のペルトン水車の調速制御装置の構成の一例を示したものである。
すなわち、水車８に発電機９が軸直結されており、発電機９の速度や出力を調整するには、速度検出器10によって発電機９の速度を検出し、また、水車８のデフレクタサーボモータ６ａの開度を位置検出器７ａにて検出して調速機制御装置11に入力し、調速機制御装置11にて演算を行い、電気／油圧変換器４ａおよび配圧弁５ａを介してデフレクタサーボモータ６ａを駆動する。
【０００４】
速度や出力を調整する時には、先行ニードルの起動弁12が動作しているので給油が先行ニードル急停止弁13の開側に流れ、制限アーム14が全開に動く。このため、前記デフレクタサーボモータ６ａの動きがカム16，17とシャフト18を介して制限アーム15に伝達され、先行ニードルのサーボモータ６ｂが動き、水車８を制御する。
【０００５】
２Ｎ運転時は、後行ニードルの起動弁12が復帰しているので給油が先行ニードルの急停止弁13の閉側に流れ、制限アーム14が全閉に動くため、デフレクタサーボモータ６ａの動きはカム16，17とシャフト18を介しても後行ニードルの配圧弁５ｂに伝わらないので、後行ニードルのサーボモータ６ｂは全閉のままである。
【０００６】
また、４Ｎ運転になると、後行ニードルの起動弁12が動作し、給油が先行ニードルの急停止弁13の開側に流れ、制限アーム14が全開に動くため、デフレクタサーボモータ６ａの動きがカム16，17とシャフト18を介して、後行ニードルの配圧弁５ｂに伝達されるので、後行ニードルのサーボモータ６ｂはデフレクタサーボモータ６ａの動きに追従する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した調速制御装置を用いたペルトン水車においては、ニードルサーボモータの先端にあるノズルの口径が運転状態と停止状態で異なるので、モード切替運転において出力変動が大きくなるという問題がある。
また、カム、シャフトやワイヤ等の機械的リンク構造のため摩耗が生じ易く出力変動を助長するという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、出力変動が少くスムーズなモード切替運転を行うことのできるペルトン水車のノズル本数切替装置および切替方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ペルトン水車の回転速度信号を入力するとともに、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に所定開度のデフレクタ開度指令を出力し、第１の所定本数よりも運転本数の多い第２の所定本数の時に前記所定の開度より小さい開度のデフレクタ開度指令を出力する調速制御器と、ペルトン水車のデフレクタを駆動するデフレクタサーボモータの位置に対応した実デフレクタ開度信号を検出する位置検出器と、前記デフレクタ開度指令から前記実デフレクタ開度信号を減算して得たデフレクタ開度偏差に基づいて前記デフレクタサーボモータを駆動するデフレクタ駆動装置と、前記デフレクタ開度指令を入力してニードル開度指令を出力する関数発生器と、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に入力した前記ニードル開度指令を保持し出力する第１の記憶回路と、運転ノズル本数が前記第１の所定本数よりも多い第２の所定本数の時に当該入力したニードル開度指令を保持し出力する第２の記憶回路と、前記第２の記憶回路の出力である第２の所定本数時のニードル開度指令から前記第１の記憶回路の出力である第１の所定本数時のニードル開度指令を減算して偏差信号を出力する第１の加算器と、運転ノズル本数が第１の所定本数から第２の所定本数への切替時にゼロから予め定めた値まで一定レートで変化するように設定された制御信号を出力するランプ信号発生器と、前記第１の加算器から出力された運転ノズル本数の切替前後に係わるニードル開度指令の偏差信号と前記ランプ信号発生器から出力された制御信号とを入力して乗算する第１の乗除算器と、前記第１の記憶回路の出力であるニードル開度指令から前記第１の乗除算器の出力を減算して第１の所定本数時に運転されているニードルのサーボモータに先行ニードル開度指令を出力する第２の加算器、前記第２の記憶回路から出力された第２の所定本数時のニードル開度指令と前記ランプ信号発生器の制御信号とを入力して乗算して第２の所定本数時に運転されるニードルのサーボモータに後行ニードル開度指令を出力する第２の乗除算器を備えたデフレクタ／ニードル制御器と、ペルトン水車のノズル本数切替前から使用されている先行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、ペルトン水車のノズル本数切替後に使用される後行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、前記デフレクタ／ニードル制御器の出力である前記先行ニードル開度指令から前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号を減算して得た偏差に基づいて前記先行ニードル用のサーボモータを制御するニードル駆動装置と、前記デフレクタ／ニードル制御器の出力である前記後行ニードル開度指令から前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号を減算して得た偏差に基づいて前記後行ニードル用のサーボモータを制御するニードル駆動装置と、を備えた構成とする。
【００１０】
この発明によれば、先行ニードル開度指令と後行ニードル開度指令を同じにして、後行運転移行時の全てのノズルが等しい量の水を噴射する状態とし、出力変動が小さくスムーズなノズル本数切替運転を実現することができる。
【００１１】
また、この発明によれば、先行ニードルから噴射される水および後行ニードルから噴射される水の合計を一定に保ちあるいは滑らかに変化させることができるのでノズル本数切替時の水車出力の変動を小さく抑えることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の記憶回路および第２の記憶回路はペルトン水車の効率特性を設定された関数発生器である構成とする。
この発明によれば、水車効率特性を含んだ先行運転時のニードル用記憶関数発生器と後行運転時のニードル用記憶関数発生器から水車効率特性を含んだ各ニードル開度指令を出力することで、モード切替運転時の出力変動を小さく抑えることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、先行ニードル開度指令を演算するためのランプ信号発生器からの制御信号は、運転ノズル本数切替指令が与えられてから一定時間後に作用するようにした構成とする。
【００１４】
この発明によれば、先行ニードル用のたとえば乗除算器に入力するランプ信号発生器からの制御信号を条件“後行運転へ移行”がＯＮしてから動作遅延タイマにて一定時間後に後段の接点を閉させ、一定時間遅らせることで、モード切替運転時の出力変動を小さく抑えることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、先行ニードル開度指令を演算するためのランプ信号発生器からの制御信号は、運転ノズル本数切替指令と後行ニードル開度規定値以上の条件が成立したとき作用するようにした構成とする。
【００１６】
この発明によれば、先行ニードル用の乗除算器等に入力するランプ信号発生器からの制御信号を条件“後行運転へ移行”と条件“後行ニードル開度規定値以上”の論理積にて判定を行い、いずれの条件もＯＮすると、その後段のａ接点を閉し、後行ニードル開度規定値以上になるまでの間だけ遅らせることで、モード切替運転時の出力変動を小さく抑えることができる。
【００１７】
請求項５の発明においては、請求項１または２の発明において、ランプ信号発生器を先行ニードル用と後行ニードル用と個別に設け、前記先行ニードル用のランプ信号発生器からの制御信号は運転ノズル本数切替指令が与えられてから一定時間後に作用するようにした構成とする。
【００１８】
この発明によれば、先行ニードル用と後行ニードル用にランプ信号発生器を別々に設け、先行ニードル用ランプ信号発生器は条件“後行運転へ移行”がＯＮしてから動作遅延タイマにて一定時間後に制御可能とし、先行ニードル用ランプ信号発生器からの制御信号を一定時間遅らせることで、モード切替運転時の出力変動を小さく抑えることができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１または２の発明において、ランプ信号発生器を先行ニードル用と後行ニードル用と個別に設け、前記先行ニードル用のランプ信号発生器からの制御信号は運転ノズル本数切替指令と後行ニードル開度規定値以上の条件が成立したとき作用するようにした構成とする。
【００２０】
この発明によれば、条件“後行運転時へ移行”と条件“後行ニードル開度規定値以上”の論理積にて判定を行い、いずれの条件もＯＮしたとき、先行ニードル用ランプ信号発生器を制御可能とし、後行ニードル開度規定値以上になるまでの間だけ遅らせることで、モード切替運転時の出力変動を小さく抑えることができる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし6の発明において、ランプ信号発生器を先行ニードル用と後行ニードル用と個別に設け、前記先行ニードル用のランプ信号発生器からの制御信号は運転ノズル本数切替指令と後行ニードル開度規定値以上の条件が成立したとき作用するようにした構成とする。
【００２２】
この保護手段は、先行ニードル開度指令と実ニードル開度との偏差を算出する加算器とこの加算器からの偏差信号を絶対値に変換する絶対値演算器と、この絶対値演算器からの偏差信号が規定値以上となったことを検出する偏差大検出器と、この偏差大の状態が一定時間継続したとき動作する動作遅延タイマと、この偏差大継続条件がＯＮするとニードル制御異常条件をＯＮし、この偏差大継続条件がＯＦＦしても条件“ニードル停止”がＯＮするまでニードル制御異常条件を保持するＳ／Ｒ演算器と、前記ニードル制御異常条件がＯＮした時にニードル開度を記憶保持する記憶回路と、先行ニードル開度指令を前記記憶回路からの信号に書き換える接点とを備えた構成とする。
【００２３】
この発明によれば、先行運転から後行運転へのモード切替中に、例えば、ニードル１にカジリや不要物の挟まり等が起こると、先行ニードル開度指令値とニードル実開度とに偏差が発生し、この偏差が規定値以上で一定時間継続すると偏差大継続信号を出力する。この偏差大継続信号は、Ｓ／Ｒ演算器にてニードル制御異常として出力する。このニードル制御異常がＯＮすると、記憶回路からの信号はニードル制御異常が発生する直前のニードル開度で保持され、記憶回路からの信号は接点を介して先行ニードル開度指令として出力する。
【００２４】
このニードル制御異常により通常シーケンスで後行運転へのモード切替は解除されるが、先行運転を継続する場合に異常発生直前のニードル開度を先行運転時の先行ニードル開度指令とすることで、先行ニードルと後行ニードルがアンバランス運転となることを避け、振動の発生や水車メタルに悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００２５】
請求項８の発明は、ペルトン水車の回転速度信号を入力し、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に所定開度のデフレクタ開度指令を出力し、第１の所定本数よりも運転本数の多い第２の所定本数の時に、前記所定の開度より小さい開度のデフレクタ開度指令を出力する調速制御器と、ペルトン水車のデフレクタを駆動するデフレクタサーボモータの位置に対応した実デフレクタ開度信号を検出する位置検出器と、前記デフレクタ開度指令から前記実デフレクタ開度信号を減算して得たデフレクタ開度偏差に基づいて前記デフレクタサーボモータをデフレクタ開度指令と一致するように駆動するデフレクタ駆動装置と、前記調速制御器からのデフレクタ開度指令を入力しこのデフレクタ開度指令から運転ノズル本数切替前から先行運転している先行ニードル開度指令と後行運転する後行ニードル開度指令を出力するデフレクタ／ニードル制御器と、ペルトン水車のノズル本数切替前から使用されている先行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、ペルトン水車のノズル本数切替後に使用される後行ニードル用のサーボモータの位置に対応した実ニードル開度信号を検出する位置検出器と、前記デフレクタ／ニードル制御器から出力された前記先行ニードル開度指令と前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号との偏差に基づいて前記先行ニードル用のサーボモータを先行ニードル開度指令と一致するように制御するニードル駆動装置と、前記デフレクタ／ニードル制御器から出力された前記後行ニードル開度指令と前記位置検出器で検出された実ニードル開度信号との偏差に基づいて前記ニードル用のサーボモータを後行ニードル開度指令と一致するように制御するニードル駆動装置と、を備えてペルトン水車のノズル本数切替方法において、前記デフレクタ／ニードル制御器は、前記デフレクタ開度指令を関数発生器に入力してニードル開度指令を出力するようにし、運転ノズル本数が第１の所定本数の時に前記ニードル開度指令を第１の記憶回路に入力して保持するようにし、運転ノズル本数が前記第１の所定本数よりも多い第２の所定本数の時にニードル開度指令を第２の記憶回路に入力して保持するようにし、第１の加算器にて前記第２の記憶回路の出力である第２の所定本数時のニードル開度指令から前記第１の記憶回路の出力である第１の所定本数時のニードル開度指令を減算して偏差信号を出力するようにし、前記運転ノズル本数が第１の所定本数から第２の所定本数への切替時にゼロから予め定めた値まで一定レートで変化するように設定された制御信号をランプ信号発生器から出力するようにし、前記第１の加算器から出力された運転ノズル本数の切替前後に係わるニードル開度指令の偏差信号と前記ランプ信号発生器から出力された制御信号とを第１の乗除算器に入力して乗算するようにし、第２の加算器にて前記第１の記憶回路の出力であるニードル開度指令から前記第１の乗除算器の出力を減算して第１の所定本数時に運転されているノズル用に先行ニードル開度指令を出力するようにし、第２の乗除算器により前記第２の記憶回路から出力された第２の所定本数時のニードル開度指令と前記ランプ信号発生器の制御信号とを入力して乗算して第２の所定本数時に運転されるノズル用に後行ニードル開度指令を出力するようにした方法である。
【００２６】
この発明によれば、先行ニードルから噴射される水および後行ニードルから噴射される水の合計を一定に保ちあるいは滑らかに変化させることができるのでノズル本数切替時の水車出力の変動を小さく抑えることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、先に説明した従来の技術の図16と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１に、本発明の第１から第７の実施の形態に係るペルトン水車のノズル本数切替装置に共通する部分の構成を示す。すなわち、これらの実施の形態においては、デフレクタ／ニードル制御器２、ニードル１用の位置検出器７ｂ１、ニードル４用の位置検出器７ｂ４、加算器３ｂ１，３ｂ４、ニードル１用の電気／油圧変換器４ｂ１およびニードル４用の電気／油圧変換器４ｂ４を設ける。なお、４ノズルペルトン水車では、４本のノズルがあるが、ここでの説明にはノズル１とノズル４を用いる。
【００２８】
本発明の第１の実施の形態は、図２に示すように、デフレクタ／ニードル制御器２の内部構成として、関数発生器201、記憶回路202，203、ランプ信号発生器204、加算器205，207および乗除算器206，208を設ける。
【００２９】
このような構成の本発明の第１の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転（２本のノズルによる運転）から４Ｎ運転（４本のノズルによる運転）へのノズル切替動作について図１，図２および図９を参照して説明する。
【００３０】
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると、調速制御器１のデフレクタ開度指令ＤＦＲがα％にセットされ、関数発生器201にてこの時のニードル開度指令ＮＶＲが算出される。２Ｎ運転時のニードル用記憶回路202の出力信号ＮＶＲ２Ｎは４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする前の値を保持する。一方、ランプ信号発生器204は制御信号Ｋを出力する。
【００３１】
これにより、２Ｎ運転時のニードル用記憶回路202の出力信号ＮＶＲ２Ｎと４Ｎ運転時のニードル用記憶回路203の出力信号ＮＶＲ４Ｎとを加算器205に入力し、この偏差信号とランプ信号発生器204の制御信号Ｋを乗除算器206に入力し、この乗除算器206の出力信号と２Ｎ運転時のニードル用記憶回路202の出力信号ＮＶＲ２Ｎを加算器207に入力して、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を全開開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００３２】
一方、４Ｎ運転時のニードル用記憶回路203の出力信号ＮＶＲ４Ｎとランプ信号発生器204からの制御信号Ｋを乗除算器208に入力し、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４を全閉開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００３３】
次に、前記にて算出された先行ニードル開度指令ＮＶＲ１とニードル１の位置検出器７ｂ１にて検出されたニードル１開度信号ＮＶ１とを加算器３ｂ１に入力し、ニードル１開度偏差信号ΔＮＶ１を出力する。そして、ニードル１用の電気／油圧変換器４ｂ１とニードル１用の配圧弁５ｂ１を介してニードル１用のサーボモータ６ｂ１を先行ニードル開度指令ＮＶＲ１となるように制御する。
【００３４】
また、前記にて算出した後行ニードル開度指令ＮＶＲ４とニードル４用の位置検出器７ｂ４にて検出されたニードル４開度信号ＮＶ４とを加算器３ｂ４に入力し、ニードル４開度偏差信号ΔＮＶ４を出力する。そして、ニードル４用の電気／油圧変換器４ｂ４、ニードル４用の配圧弁５ｂ４を介してニードル４用のサーボモータ６ｂ４を後行ニードル開度指令ＮＶＲ４となるように制御する。
【００３５】
ここで、２Ｎ運転から４Ｎ運転へ移行する時のデフレクタ開度指令（ＤＦＲ）α％を、デフレクタ／ニードル開度変換特性によって変換した結果がニードル開度指令（ＮＶＲ１，ＮＶＲ４）β％である。また、制御信号Ｋは２Ｎ運転から４Ｎ運転への切替で０から10000に、また、４Ｎ運転から２Ｎ運転への切替で10000から０に一定レートで変化する。
【００３６】
このようにして、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１と後行ニードル開度指令ＮＶＲ４を同じβ％にするので、４Ｎ運転移行時の全てのノズルが等しい量の水を噴射する状態となり、出力変動が小さくスムーズなノズル本数切替運転が実現される。
【００３７】
この第１の実施の形態によれば、各ニードル開度指令と各ニードル開度との偏差を算出する加算器３ｂ１，３ｂ４と、各ニードルサーボモータ用電気／油圧変換器４ｂ１，４ｂ４と、各ニードルサーボモータの位置検出器７ｂ１，７ｂ４と、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４を算出するデフレクタ／ニードル制御器２とを備えた構成としたので、カム、シャフトやワイヤ等の機械的リンク構造を少なくすることができ、かつ経年変化によるワイヤの伸びやカムやシャフト等のガタをなくすことができる。また、デフレクタ／ニードル制御器によりスムーズなモード切替運転を行えるので水車の出力変動を小さくすることができる。
【００３８】
本発明の第２の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置を次に説明する。すなわち、本実施の形態に係るデフレクタ／ニードル制御器２は、図３に示すように、関数発生器201、記憶関数発生器202Ａ，203Ａ、ランプ信号発生器204、加算器205，207および乗除算器206，208を設けた構成とする。
【００３９】
このような構成の本発明の第２の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転から４Ｎ運転への切替動作について図１，図３および図10を参照して説明する。
【００４０】
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると、調速制御器１のデフレクタ開度指令ＤＦＲがα％にセットされ、関数発生器201にてこの時のニードル開度指令ＮＶＲが算出される。２Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器202Ａの出力信号ＮＶＲ２Ｎは４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする前の値を保持する。ランプ信号発生器204は制御信号Ｋを出力する。
【００４１】
これにより、２Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器202Ａの出力信号ＮＶＲ２Ｎと４Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器203Ａの出力信号ＮＶＲ４Ｎとを加算器205に入力し、この偏差信号とランプ信号発生器204の制御信号Ｋを乗除算器206に入力し、この乗除算器206の出力信号と２Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器202Ａの出力信号ＮＶＲ２Ｎを加算器207に入力して、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を全開開度指令から水車効率を考慮したγ％開度指令に変化させる。
【００４２】
一方、４Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器203Ａの出力信号ＮＶＲ４Ｎとランプ信号発生器204からの制御信号Ｋを乗除算器208に入力し、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４を全閉開度指令から水車効率を考慮したγ％開度指令に変化させる。
【００４３】
次に、前記にて算出された先行ニードル開度指令ＮＶＲ１とニードル1の位置検出器７ｂ１にて検出されたニードル１開度信号ＮＶ１とを加算器３ｂ１に入力し、ニードル１開度偏差信号ΔＮＶ１を出力する。そして、ニードル１用の電気／油圧変換器４ｂ１と、ニードル１用の配圧弁５ｂ１を介してニードル１用のサーボモータ６ｂ１を先行ニードル開度指令ＮＶＲ１となるように制御する。
【００４４】
また、前記にて算出した後行ニードル開度指令ＮＶＲ４とニードル４用の位置検出器７ｂ４にて検出されたニードル４開度信号ＮＶ４とを加算器３ｂ４に入力し、ニードル４開度偏差信号ΔＮＶ４を出力する。そして、ニードル４用の電気／油圧変換器４ｂ４、ニードル４用の配圧弁５ｂ４を介してニードル４用のサーボモータ６ｂ４を後行ニードル開度指令ＮＶＲ４となるように制御する。
【００４５】
このようにして、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１と後行ニードル開度指令ＮＶＲ４を同じγ％にするので、４Ｎ運転移行時の全てのノズルが等しい量の水を噴射する状態となり、出力変動が小さくスムーズなノズル本数切替運転が実現される。
【００４６】
この第２の実施の形態によれば、デフレクタ／ニードル制御器２内に、前記第１の実施の形態における２Ｎ運転時のニードル用記憶回路２０２と４Ｎ運転時のニードル用記憶回路203の代わりに、水車効率特性を含んだ２Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器202Ａと４Ｎ運転時のニードル用記憶関数発生器203Ａを備えるので、水車効率特性を含んだ各ニードル開度指令γ％を出力することができ、水車効率を高く維持しながらモード切替運転時の水車出力変動を小さくすることができる。
【００４７】
本発明の第３の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置を次に説明する。すなわち本実施の形態に係るデフレクタ／ニードル制御器２は、図４に示すように、前記第１の実施の形態（図２）に追加して動作遅延タイマ209およびａ接点210を設けた構成である。
【００４８】
このような構成の本発明の第３の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転から４Ｎ運転への切替動作について図１，図４および図11を参照して説明する。
【００４９】
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしても、動作遅延タイマ209に設定されている時間が経過するまでは、動作遅延タイマ209の出力Ｔ１はＯＦＦしているので、ａ接点210は開のままである。従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する制御信号ＫＳは０（ゼロ）のままであるので、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする直前の値のままとなる。
【００５０】
動作遅延タイマ209に設定されている時間が経過すると、動作遅延タイマ209の出力Ｔ１はＯＮし、ａ接点210は閉となる。従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する制御信号ＫＳは、ランプ信号発生器204からの制御信号Ｋに従った値となり、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を全開開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００５１】
これにより、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると開き始めるが、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしてから動作遅延タイマに設定されている時間後に、閉め始めることとなる。その後の動作は前記第１の実施の形態におけると同じである。
【００５２】
このようにして本実施の形態によれば、４Ｎ運転条件が成立してからある時間が経過するとランプ信号発生器204からの制御信号が作用可能となり、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１の閉め始めを遅らせるので、ニードルサーボモータの先端にあるノズルの口径が運転状態と停止状態で異なることから起こるモード切替運転時の水車出力変動を小さくすることができる。
【００５３】
次に図５に、本発明の第４の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置におけるデフレクタ／ニードル制御器２の構成を示す。すなわち、本実施の形態は、論理積演算器211およびａ接点210を第１の実施の形態に追加した構成である。論理積演算器211は、４Ｎ運転条件４Ｎと後行ニードル開度規定値以上条件の論理積信号を出力するものである。
【００５４】
この第４の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転から４Ｎ運転への切替動作について図１，図５および図12を参照して以下に説明する。
【００５５】
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしても、後行ニードル開度規定値以上という条件がＯＦＦの場合には、論理積演算器211の出力Ｔ２はＯＦＦしているので、ａ接点210は開のままである。
【００５６】
従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する制御信号ＫＳは０（ゼロ）のままであるので、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする直前の値のままとなる。
【００５７】
後行ニードル開度規定値以上がＯＮすると、論理積演算器出力Ｔ２がＯＮし、ａ接点210は閉となる。従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する制御信号ＫＳは、ランプ信号発生器204からの制御信号Ｋに従った値となり、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を全開開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００５８】
これにより、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると開き始めるが、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしてから後行ニードル開度規定値以上がＯＮすると閉め始めることとなる。その後の動作は前記第１の実施の形態におけると同じである。
【００５９】
このようにして本実施の形態によれば、後行ニードル開度が規定値以上になるとランプ信号発生器204からの制御信号Ｋが作用可能となり、先行ニードル開度指令の閉め始めを遅らせることで、ニードルサーボモータの先端にあるノズルの口径が運転状態と停止状態で異なることから起こるモード切替運転時の水車出力の変動を小さくすることができる。
【００６０】
次に図６に、本発明の第５の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置におけるデフレクタ／ニードル制御器２の構成を示す。すなわち、本実施の形態は、動作遅延タイマ209および先行ニードル用ランプ信号発生器212を第１の実施の形態に追加した構成である。
【００６１】
この第５の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転から４Ｎ運転への切替動作について図１，図６および図13を参照して以下に説明する。
【００６２】
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしても、動作遅延タイマ209に設定されている時間が経過するまでは、動作遅延タイマ209に設定されている時間が経過するまでは、動作遅延タイマ209の出力Ｔ１はＯＦＦしているので、先行ニードル用ランプ信号発生器212は動作しない。従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する先行ニードル用ランプ信号発生器212の制御信号ＫＳは０（ゼロ）のままであるので、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする直前の値のままとなる。
【００６３】
動作遅延タイマ209に設定されている時間が経過すると、動作遅延タイマ209の出力Ｔ１はＯＮし、先行ニードル用ランプ信号発生器212は動作し、制御信号ＫＳを出力し始める。従って、この制御信号ＫＳに従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206は演算を行い、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を全開開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００６４】
これにより、後行ニードル開度指令ＮＶＲ４は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると開き始めるが、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしてから動作遅延タイマ209に設定されている時間後に、閉め始めることとなる。その後の動作は前記第１の実施の形態におけると同じである。
【００６５】
このようにして本実施の形態によれば、４Ｎ運転条件が成立してからある時間が経過するとランプ信号発生器212からの制御信号が作用可能となり、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１の閉め始めを遅らせるので、ニードルサーボモータの先端にあるノズルの口径が運転状態と停止状態で異なることから起こるモード切替運転時の水車出力変動を小さくすることができる。
【００６６】
次に図７は、本発明の第６の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置におけるデフレクタ／ニードル制御器２の構成を示す。すなわち、本実施の形態は、論理積演算器211および先行ニードル用ランプ信号発生器212を前記第１の実施の形態に追加した構成である。論理積演算器211は、４Ｎ運転条件４Ｎと後行ニードル開度規定値以上条件の論理積信号を出力するものである。
【００６７】
この第６の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置における２Ｎ運転から４Ｎ運転への動作について図１，図７および図14を参照して説明する。
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしても、後行ニードル開度規定値以上という条件がＯＦＦの場合には、論理積演算器211の出力Ｔ２はＯＦＦしているので、先行ニードル用ランプ信号発生器212は動作しない。従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206に入力する先行ニードル用ランプ信号発生器212の制御信号ＫＳは０（ゼロ）のままであるので、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮする直前の値のままとなる。
【００６８】
後行ニードル開度規定値以上という条件がＯＮすると、先行ニードル用ランプ信号発生器212は動作し、制御信号ＫＳを出力し始める。従って、この制御信号ＫＳに従って、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１を算出するための乗除算器206は演算を行い、全開開度指令からβ％開度指令に変化させる。
【００６９】
これにより、後行ニードル開度指令は４Ｎ運転条件４ＮがＯＮすると開き始めるが、先行ニードル開度指令は、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮしてから後行ニードル開度が規定値以上という条件になると閉め始めることとなる。その後の動作は前記第１の実施の形態におけると同じである。
【００７０】
このようにして本実施の形態によれば、後行ニードル開度が規定値以上になるとランプ信号発生器212からの制御信号Ｋが作用可能となり、先行ニードル開度指令の閉め始めを遅らせることで、ニードルサーボモータの先端にあるノズルの口径が運転状態と停止状態で異なることから起こるモード切替運転時の水車出力の変動を小さくすることができる。
【００７１】
次に本発明の第７の実施の形態として、前記第１〜第６の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置によって２Ｎ運転から４Ｎ運転へのモード切替中に先行ニードル制御異常が発生した時の保護方法について説明する。すなわち、第１〜第６の実施の形態の構成に加えて、図８に示すように、加算器30Ａ，30Ｂ、絶対値演算器31Ａ，31Ｂ、偏差大検出器32Ａ，32Ｂ、動作遅延タイマ33Ａ，33Ｂ、Ｓ／Ｒ演算器34Ａ，34Ｂ、記憶回路35Ａ，35Ｂ、およびａ接点36Ａ，36Ｂを設ける。
【００７２】
このような構成によって、２Ｎ運転から４Ｎ運転へのモード切替中に先行ニードル異常が起こった時の動作について図８および図15を参照して説明する。
すなわち、４Ｎ運転条件４ＮがＯＮして、モード切替中に例えば、ニードル１にカジリやごみの挟まり等が起こると、先行ニードル開度指令ＮＶＲ１とニードル１開度ＮＶ１とを入力している加算器30Ａに偏差信号が発生し、絶対値演算器31Ａにて絶対値に変換される。この偏差信号が、偏差大検出器32Ａに設定されている規定値以上で、動作遅延タイマ33Ａに設定された時間を経過すると、Ｓ／Ｒ演算器34Ａからニードル１制御異常信号Ｔ３Ａを出力する。
【００７３】
このニードル１制御異常信号Ｔ３ＡがＯＮすることにより、ニードル１用記憶回路35Ａからの信号はニードル１制御異常信号Ｔ３ＡがＯＮすることにより、ニードル１用記憶回路35Ａからの信号はニードル１制御異常信号Ｔ３ＡがＯＮする直前のニードル１開度で保持され、ａ接点36Ａを介して先行ニードル開度指令ＮＶＲ１として出力される。
【００７４】
このようにして本実施の形態によれば、２Ｎ運転から４Ｎ運転へのモード切替中に、例えばニードル１にカジリやごみの挟まり等が起こると、先行ニードル開度指令値とニードル１開度とに偏差が発生し、この偏差が規定値以上で、一定時間継続すると、Ｓ／Ｒ演算器からニードル１制御異常を出力する。こうしてニードル１用記憶回路からの信号はニードル１制御異常が発生する直前のニードル１開度で保持される。このニードル１用記憶回路からの信号はａ接点を介して先行ニードル開度指令として出力される。
【００７５】
これにより、このニードル制御異常にて通常シーケンスで４Ｎ運転へのモード切替は解除されるが、２Ｎ運転を継続する場合に異常発生直前のニードル開度を２Ｎ運転時の先行ニードル開度指令とすることで、ニードル１とニードル３がアンバランス運転となることを避け、水車メタルに悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明のペルトン水車のノズル本数切替装置および切替方法によれば、水車出力変動の小さいスムーズなノズル本数切替運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１ないし第７の実施の形態のペルトン水車のノズル本数切替装置に共通する部分の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図６】本発明の第５の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図７】本発明の第６の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図８】本発明の第７の実施の形態に特徴的な部分の構成を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態の動作を説明する図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の動作を説明する図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の動作を説明する図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の動作を説明する図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の動作を説明する図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態の動作を説明する図。
【図１５】本発明の第７の実施の形態の動作を説明する図。
【図１６】従来のペルトン水車のノズル本数切替装置を示す図。
【符号の説明】
１…調速制御器、２…デフレクタ／ニードル制御器、201…関数発生器、202，203…記憶回路、202Ａ，203Ａ…記憶関数発生器、204…ランプ信号発生器、205，207…加算器、206，208…乗除算器、209…動作遅延タイマ、210…ａ接点、211…理論積演算器、212…ランプ信号発生器、３ａ，３ｂ１，３ｂ４，30Ａ，30Ｂ…加算器、31Ａ，31Ｂ…絶対値演算器、32Ａ，32Ｂ…偏差大検出器、33Ａ，33Ｂ…動作遅延タイマ、34Ａ，34Ｂ…Ｓ／Ｒ演算器、35Ａ，35Ｂ…記憶回路、36Ａ，36Ｂ…ａ接点、４ａ，４ｂ１，４ｂ４…電気／油圧変換器、５ａ，５ｂ，５ｂ１，５ｂ４…配圧弁、６ａ，６ｂ，６ｂ１，６ｂ４…サーボモータ、７ａ，７ｂ１，７ｂ４…位置検出器、８…水車、９…発電機、10…速度検出器、11…調速機制御装置、12…起動弁、13…急停止弁、14，15…制限アーム、16，17…カム、18…シャフト、４Ｎ…４Ｎ運転条件、ＤＦＲ…デフレクタ開度指令、ＤＦＡ…デフレクタ開度、ΔＤＦ…デフレクタ開度偏差、ＮＶＲ…ニードル開度指令、ＮＶＲ１…先行ニードル開度指令（Ｎ１用）、ＮＶＲ２…先行ニードル開度指令（Ｎ２用）、ＮＶＲ３…後行ニードル開度指令（Ｎ３用）、ＮＶＲ４…後行ニードル開度指令、ＮＶＲ２Ｎ，ＮＶＲ４Ｎ…記憶回路出力、ＮＶ１…ニードル１開度、ＮＶ４…ニードル４開度、ΔＮＶ１ニードル開度偏差、ΔＮＶ４…ニードル４開度偏差、Ｋ，ＫＫ，ＫＳ…ランプ信号発生器出力、Ｔ１…動作遅延タイマ出力、Ｔ２…論理積演算器出力。
【図１】
0004351787.tif 000002
【図２】
0004351787.tif 000003
【図３】
0004351787.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004351787.tif 000008
【図８】
0004351787.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004351787.tif 000012
【図１２】
0004351787.tif 000013
【図１３】
0004351787.tif 000014
【図１４】
0004351787.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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