(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する２台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、各ポンプ水車に直結された発電電動機の力率をそれぞれ調整する力率調整装置とを備え、各力率調整装置は、前記振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせで２台のポンプ水車の運転を制御することを特徴とする揚水発電所。
【請求項２】
隣接する２台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、少なくともいずれか一方のポンプ水車に直結された発電電動機を可変速制御する可変速制御機とを備え、可変速制御機は、前記振動検出器の出力が最小となる回転数で発電電動機を制御することを特徴とする揚水発電所。
【請求項３】
振動検出器は、各ポンプ水車に対し複数個ずつ設けられ、その平均値が各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いられることを特徴とする請求項１または２記載の揚水発電所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は揚水発電所に係り、特にコンクリートバレルに生じる振動抑制することができる揚水発電所に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の揚水発電所の一例を示すもので、ポンプ水車は、鉄管からの水をケーシング１、ステーベーン２およびガイドベーン３を通じてランナ４に導き、ランナ４を回してランナ４に直結した発電電動機５により発電を行なうようになっているが、このとき静止しているガイドベーン３を回転しているランナ羽根との水圧干渉により水圧脈動が生じる。この水圧脈動により、ガイドベーン３の外側に位置するケーシング１内にも水圧脈動が伝播する。
【０００３】
ところで、ガイドベーン３とランナ羽根との水圧干渉によって生じるケーシング１内の水圧脈動は、ガイドベーン枚数Ｚｇとランナ羽根枚数Ｚｒとの組合わせによって、次式によって定まる直径節ｋをもつ。
Ｚｇ±ｋ＝ｍ・Ｚｒ
ただし、ｍ，ｋは上記式を満たす最小の自然数
この様子を、一例としてランナ羽根枚数Ｚｒ＝６枚、ガイドベーン枚数Ｚｇ＝２０枚の場合について示したものが図８である。この組合わせの場合には、ガイドベーン３とランナ羽根４ａとの水圧干渉点が、径方向に対向する二箇所で同時に生じ、この水圧干渉点がランナ４の回転に伴ない、ランナ回転方向と逆向きにランナ回転数の９倍の速度でスピンしている。また、この水圧干渉によってガイドベーン３の外側に位置するケーシング１内に、水圧干渉のモードと同様、ランナ回転方向と逆向きにスピンする水圧脈動が生じる。
【０００４】
揚水発電所のポンプ水車は、図４および図５に示すように、周りをコンクリートバレル６によって覆われているが、前述したケーシング１内の水圧脈動により、このコンクリートバレル６が加振される。図６は、ケーシング１内の水圧脈動と、これによって生じるコンクリートバレル振動の振動の様子とを示したもので、図６からも明らかなように、ケーシング１内に生じたスピンしている水圧脈動により、ケーシング１を覆っているコンクリートバレル６が、水平方向に振動していることが判る。このコンクリートバレル６の振動モードは、左右のバレル壁面が同方向に振動するモードになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の揚水発電所において、ポンプ水車を覆っているコンクリートバレル６の振動は、コンクリートバレル６自体を破壊するおそれがあるとともに、発電所内の制御機器を誤動作させたり、ポンプ水車に設置されている各種はいかんを破壊するおそれがあるため、コンクリートバレル６に生じる振動を抑制する必要がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、ガイドベーンとランナ羽根の組立位置関係を調整することなく、すなわち、組立時の調整の有無に関係なく、コンクリートバレルに生じる振動を抑制して静粛で安定した運転が可能な揚水発電所を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発明は、隣接する２台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、各ポンプ水車に直結された発電電動機の力率をそれぞれ調整する力率調整装置とを備え、各力率調整装置により、前記振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせで２台のポンプ水車の運転を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る発明は、隣接する２台のポンプ水車が単一のコンクリートバレルで覆われた揚水発電所において、前記コンクリートバレルに設置されてバレル振動を測定する振動検出器と、少なくともいずれか一方のポンプ水車に直結された発電電動機を可変速制御する可変速制御機とを備え、可変速制御機により、前記振動検出器の出力が最小となる回転数で発電電動機を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る発明は、振動検出器を、各ポンプ水車に対し複数個ずつ設け、その平均値を各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明の請求項１に係る発明においては、単一のコンクリートバレル内の２台のポンプ水車を運転する場合に、ポンプ水車バレル振動を振動検出器で測定しつつ、２台の発電電動機の力率を変化させ、振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせを求める。そしてこの組合わせにより、２台のポンプ水車が運転される。このため、最も静粛な運転が得られる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る発明においては、単一のコンクリート内の２台のポンプ水車を運転する場合に、ポンプ水車バレル振動検出器で測定しつつ、可変速制御されている発電電動機の回転数を変化させ、振動検出器の出力が最小となる回転数を求める。そして、この回転数で可変速制御機が運転される。このため、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみ変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係る発明においては、複数の振動検出器の平均値が、各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いられる。このため、バレル全体の振動レベルを正確に捉えることができ、発電所全体として静粛となるポンプ水車が得られる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施例に係わる揚水発電所を示すもので、この揚水発電所におけるポンプ水車は、鉄管から水とケーシング１１、ステーベーン１２およびガイドベーン１３を通してランナ１４に導き、ランナ１４を回してランナ１４に直結した発電電動機１５により発電を行なうようになっている。
この揚水発電所は、２台のポンプ水車で構成され、各ポンプ水車は、ガイドベーン枚数Ｚｇ＝２０枚、ランナ羽根枚数Ｚｒ＝６枚の組合わせとなっているとともに、２台のポンプ水車は、単一のコンクリートバレル１６２中に設定されている。
【００２０】
これら各ポンプ水車のランナ１４には、図１に示すように主軸１７が連結されており、この主軸１７が連結されており、この主軸１７は、カップリング１８を介し前記発電電動機１５の回転子１５ａに直結されている。
【００２１】
前記コンクリートバレル１６の外周面には、図２に示すように、バレル振動を検出するため振動検出器１９が複数接地されており、また前記各発電電動機１５には、図１に示すように、力率の検出および調整を行なうための力率調整装置２０がそれぞれ設けられ、前記各振動検出器１９からの検出信号および各力率調整装置２０からの検出信号は、図３に示すように、演算装置２１に入力されるようになっている。そして、この演算装置２１は、各振動検出器１９からの検出信号を平均化してその大きさを判定した上、力率調整装置２１に力率調整のための制御信号を出力するようになっている。
【００２２】
次に、本実施例の作用について説明する。
２台のポンプ水車の運転中、２台の発電電動機１５の力率が同一でポンプ水車ランナ羽根１４ａの相対位置が一致しているとき、第１の発電電動機１５の力率を進み０．８５、第２の発電電動機１５の力率をおくれ０．８５とすると、両発電電動機１５の極数を１４とした場合、回転子１５ａの機械的な回転移相角は、次式のように９．１度だけずれることになる。
ｃｏｓ-1（０．８５）×２／（14/2）＝９．１
本実施例の場合、ケーシング１１内に発生する水圧脈動の直径節数は、Ｚｇ＝２０、Ｚｒ＝６より、ＺｇＩｋ＝ｍ・Ｚｒを満たす最小の自然数として、ｋ＝２直径節となり、またこのときｍ＝３と求められる。
上記の方法により、２台のポンプ水車のランナ１４の位置が９度ずれた場合には、図２に示すように、ガイドベーン１３とランナ羽根１４ａとの水圧干渉する位置は、３６０／（２×ｋ）＝９０度だけずれることになる。したがって、２台のポンプ水車のケーシング１１内の２直径水圧脈動モードは互いに逆相となる。
【００２３】
ケーシング１１内の水圧脈動のモードが相互に逆相となると、水圧脈動によって加振されているケーシング１１周りのコンクリートバレルの振動も逆相となる。そして隣接する２台のコンクリートバレル振動のモードが逆相となると、コンクリートバレル振動を相互に打ち消し合う効果が生じ、振動を抑制することができる。
また、２台の発電電動機１５の力率が同一であるとき、ランナー羽根１４ａの相対位置が一致しない場合でも、コンクリートバレル１６に設置した振動検出器１９によりバレル振動を測定しつつ、発電電動機１５の力率を調整することにより、振動の大きさが最低となる力率の組合わせが確認でき、この条件で運転することにより、静粛な運転が得られる。
【００２４】
ところで、コンクリートバレル１５に発生する振動は、モード分布を持っており、コンクリートバレル１６上の任意の一点だけでは、バレル全体の振動レベルを知ることはできず、複数点の振動を測定する必要がある。そこで、前記第１実施例では、振動検出器１９を複数設置し、その出力を平均化して振動の大きさを判定するようにしているが、２台の各ポンプ水車に複数個ずつの振動検出器１９を対応させ、各グループ内の振動検出器１９の平均値を、それぞれ各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いられるようにしてもよい。そしてこれにより、両ポンプ水車のいずれのバレル振動も小さくなるような力率の組合わせを容易に見出すことができ、発電所全体として静粛となるポンプ水車が得られる。
【００２５】
また、前記第１実施例では、２台の発電電動機１５がともに同期発電電動機である場合について説明したが、少なくともいすれか一方が可変速制御されている場合にも適用することができる。
すなわち、一般に、可変速制御は定格回転数ＭＯに対しＮＯ±５％程度の範囲で運転され、目標出力に応じて回転速度が決められる。
いま、第１の発電電動機１５が可変速制御され、第２の発電電動機１５が同期発電電動機であり、可変速制御機が回転数Ｎ、同期機が回転数ＮＯで運転しているものとする。
【００２６】
この状態で、振動検出器１９の出力を監視しつつ、可変速制御されている第１の発電電動機１５の回転数を変化させ、振動検出器１９の出力が最小となる回転数を見出す。そして、この回転数で可変速制御を運転することにより、前記第１実施例と同様の効果が得られる。また、この場合、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみを変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係わる発明は、単一のコンクリートバレル内の２台のポンプ水車を運転する場合に、バレル振動を振動検出器で測定しつつ、２台の発電電動機の力率を変化させ、振動検出器の出力が最小となる力率の組合わせにより、２台のポンプ水車を運転するようにしているので、最も静粛な運転が得られる。
また、本発明の請求項２に係わる発明は、単一のコンクリートバレル内の２台のポンプ水車を運転する場合に、バレル振動を振動検出器で測定しつつ、可変速制御されている発電電動機の回転数を変化させ、振動検出器の出力が最小となる回転数で可変速制御機を運転するようにしているので、バレル振動を抑制できるとともに、ガイドベーン開度を変えずに回転数のみ変化させれば、ポンプ水車出力を大きく変化させることなく運転することができる。
【００３５】
また、本発明の請求項３に係わる発明は、複数の振動検出器の平均値を、各ポンプ水車に関するバレル振動値として用いているので、バレル全体の振動レベルを正確に捉えることができ、発電所全体として静粛なポンプ水車が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例に係わる揚水発電所を示すポンプ水車の垂直断面図である。
【図２】  図１と同様のポンプ水車の水平断面図である。
【図３】  図１の揚水発電所の制御装置を示すブロック図である。
【図４】  従来の揚水発電所を示すポンプ水車の垂直断面図である。
【図５】  図４と同様のポンプ水車の水平断面図である。
【図６】  従来のポンプ水車におけるコンクリートバレル振動の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  ケーシング
１２  ステーベーン
１３  ガイドベーン
１４  ランナ
１４ａ  ランナ羽根
１５  発電電動機
１５ａ  回転子
１６  コンクリートバレル
１７  主軸
１９  振動検出器
２０  力率調整装置
２１  演算装置
２２  検出器
【図１】
0003788998.tif 000002
【図２】
0003788998.tif 000003
【図３】
0003788998.tif 000004
【図４】
0003788998.tif 000005
【図５】
0003788998.tif 000006
【図６】
0003788998.tif 000007