(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ水車の入口弁を駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御して入口弁を任意の開度で所要時間保持する制御手段とを具備し、
この制御手段は、サーボモータを操作管を介して開閉動作させる圧力油を給排する入口弁用パイロット切換弁と、前記操作管上に設けられ第１電磁弁により制御される第１パイロット操作逆止弁と、前記操作管上に、第１パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられ入口弁部分閉制御時におけるサーボモータの動作速度を設定する第１チェック弁付絞り弁と、第１チェック弁付絞り弁をバイパスするバイパス管上に設けられ第２電磁弁の制御によりポンプ水車始動時に逆止弁機能が解除される第２パイロット操作逆止弁と、前記バイパス管上に第２パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられポンプ水車始動時におけるサーボモータの動作速度を設定する第２チェック弁付絞り弁とを備えていることを特徴とするポンプ水車の入口弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプ水車の入口弁制御装置に係り、特に入口弁を落差に応じて部分閉させることができるポンプ水車の入口弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なポンプ水車は、図２に示すようなポンプ特性を有しており、またポンプ水車の運転範囲は、上池および下池の水位の変動によりその上限および下限が決められ、運転範囲に適したポンプ特性を持つよう設計されている。一般的には、ポンプ水車の運転範囲は図３に示すような落差変動範囲となっている。
【０００３】
ところで、発電電動機の容量は、運転範囲中最大となる最低落差時における軸入力により決定されるので、運転範囲を広くとるために下限落差を小さくすると、発電電動機の容量を大きくする必要がある。また、設計時に決定した下限−上限落差の運転範囲を超えた運転は、ポンプ水車のポンプ特性に悪影響を与え過酷な運転となり、また発電電動機の入出力の関係により困難である。
【０００４】
一方、ポンプ水車の入口弁は、水車への流入水を安全に遮断する設備として、「発電用水力設備に関する技術基準を定める省令」第３７条第３号により、設置することが義務付けられており、一般に次のような目的で設置されるものである。
【０００５】
（１）ポンプ水車自体での停止が不能となるような事故が発生した際に、安全に流水を遮断して事故を最小限に食い止める。
（２）平常の停止時にポンプ水車からの漏水量を少なくし、損失電力を低減するとともに、ガイドベーンまたはニードルの有害な磨耗を防ぐ。
（３）水車の内部点検または分解作業時に水路充抜水を省略して停止時間を短縮する。
（４）水路を共通にする他のポンプ水車または灌漑用分岐水路があるような場合に、当該ポンプ水車の断水が他のポンプ水車や灌漑用分岐回路に影響を与えないようにする。
【０００６】
ポンプ水車の入口弁は水圧鉄管の末端部で水車ケーシングの直前に設けられ、ポンプ水車の運転，停止に伴い開閉操作される止水弁であることから、ポンプ水車の始動時に、ガイドベーンを開く前に予め全開させておき、またポンプ水車を停止するときには、負荷を下げ無負荷となった後にガイドベーンを全閉させ、その後に全閉させて止水するものである。
【０００７】
図４は、従来のこの種のポンプ水車の入口弁制御装置を示すもので、図中、符号１はポンプ水車であり、このポンプ水車１の水車ケーシング１ａの直前には、サーボモータ３で駆動される入口弁２および側弁５が水圧鉄管４の末端部にそれぞれ設けられている。そして、前記サーボモータ３および側弁５は、制御機構６により制御されるようになっている。
【０００８】
この制御機構６は、図４に示すように、操作管７を介し圧力油を給排してサーボモータ３を駆動する入口弁用電磁パイロット切換弁８と、前記側弁５に圧力油を給排して側弁５を駆動する側弁用電磁パイロット切換弁９とを備えており、前記操作管７上には、サーボモータ３の動作速度を設定するチェック弁絞り弁１０が設けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ水車１の入口弁２は、前述のように水車の運転，停止に伴い開閉操作される止水弁である。従来のポンプ水車の入口弁制御装置は、入口弁２を全開および全閉させる機能のみを有し、入口弁２を中間の開度に保持する機能は有していない。
【００１０】
ところが、季節により水位変動の激しい水系の揚水発電所においては、渇水期または洪水期に備えた低水位等の上ダムの運用上から、低落差での運転を必要とする場合があり、このような揚水発電所の発電電動機は、この極短期間に限って必要とされる低落差のために、それに見合った容量を持ったものでなくてはならず、発電設備がコスト高となるという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、発電電動機の容量を大きくすることなしに、低揚程でのポンプ水車の揚水運転が可能なポンプ水車の入口弁制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、ポンプ水車始動時および入口弁部分閉制御時における入口弁の各動作速度を最適な値に設定することができるポンプ水車の入口弁制御装置を提供するにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポンプ水車の入口弁制御装置は、上述した課題を達成するために、ポンプ水車の入口弁を駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御して入口弁を任意の開度で所要時間保持する制御手段とを具備し、この制御手段は、サーボモータを操作管を介して開閉動作させる圧力油を給排する入口弁用パイロット切換弁と、前記操作管上に設けられ第１電磁弁により制御される第１パイロット操作逆止弁と、前記操作管上に、第１パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられ入口弁部分閉制御時におけるサーボモータの動作速度を設定する第１チェック弁付絞り弁と、第１チェック弁付絞り弁をバイパスするバイパス管上に設けられ第２電磁弁の制御によりポンプ水車始動時に逆止弁機能が解除される第２パイロット操作逆止弁と、前記バイパス管上に第２パイロット操作逆止弁に対し直列に設けられポンプ水車始動時におけるサーボモータの動作速度を設定する第２チェック弁付絞り弁とを備えているものである。
【００１８】
【作用】
本発明においては、制御手段に、入口弁用パイロット切換弁，第１パイロット操作逆止弁，第１チェック弁付絞り弁，第２パイロット操作逆止弁および第２チェック弁付絞り弁が設けられ、第２パイロット操作逆止弁は、ポンプ水車始動時に第２電磁弁の制御により逆止弁機能が解除される。このため、入口弁部分閉制御時には、第１チェック弁付絞り弁により設定されていたサーボモータの動作速度が、ポンプ水車始動時には、第２チェック弁付絞り弁により設定されたサーボモータの動作速度となり、簡単な構造で確実な動作速度の切換えが可能となる。また、第１電磁弁による第１パイロット操作逆止弁の制御により、サーボモータの動きが止められ、入口弁を任意の開度で確実に固定することが可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係るポンプ水車の入口弁制御装置を示すもので、図中、符号１はポンプ水車であり、このポンプ水車１の水車ケーシング１ａの直前には、サーボモータ３で駆動される入口弁２および側弁５が鉄管４の末端側でそれぞれ設けられている。そして、前記サーボモータ３および側弁５は、制御機構１５により作動制御されるようになっている。
【００２１】
この制御機構１５は、図１に示すように、操作管１７ａ，１７ｂを介し圧力油を給排してサーボモータ３を駆動する入口弁用電磁パイロット切換弁１６と、前記側弁５に圧力油を給排して側弁５を駆動する側弁用電磁パイロット切換弁１８とを備えている。前記各操作管１７ａ，１７ｂ上には、第１パイロット操作逆止弁１９ａ，１９ｂおよび第１チェック弁付絞り弁２０ａ，２０ｂがそれぞれ直列に設けられている。そして、前記各第１パイロット操作逆止弁１９ａ，１９ｂは、第１電磁弁２１からの信号により制御されてサーボモータ３の動作をある特定の開度で停止させるようになっており、また前記各第１チェック弁付絞り弁２０ａ，２０ｂは、入口弁部分閉制御時におけるサーボモータ３の動作速度を設定するようになっている。
【００２２】
また、各操作管１７ａ，１７ｂには、図１に示すように、各第１チェック弁付絞り弁２０ａ，２０ｂをバイパスするバイパス管２２ａ，２２ｂがそれぞれ接続されており、これら各バイパス管２２ａ，２２ｂ上には、第２パイロット操作逆止弁２３ａ，２３ｂおよび第２チェック弁付絞り弁２４ａ，２４ｂがそれぞれ直列に設けられている。そして、前記各第２パイロット操作逆止弁２３ａ，２３ｂは、「速度大」および「速度小」の切換を行なう第２電磁弁２５からの信号により作動制御されてポンプ水車１始動時に逆止弁機能が解除されるようになっている。また前記各第２チェック弁付絞り弁２４ａ，２４ｂは、ポンプ水車１始動時におけるサーボモータ３の動作速度を設定するようになっている。
【００２３】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００２４】
ポンプ水車１の始動時には、まず第２電磁弁２５を「速度大」側に切り換える。すると、第２パイロット操作弁２３ａ，２３ｂに圧力油が供給され、各第２パイロット操作弁２３ａ，２３ｂの逆止弁機能が解除されて逆流が可能となる。このため、管路Ａ，Ｂが使用可能となり、第２チェック弁付絞り弁２４ａ，２４ｂで設定された速い速度でサーボモータ３が動作可能となる。
【００２５】
この状態で、入口弁用電磁パイロット切換弁１６および第１電磁弁２１を「開」側に切り換えると、圧力油は、管路Ｄ−Ｂ（Ｆも通ることが可能）−Ｈを通ってサーボモータ３の開側シリンダに供給される。サーボモータ３の閉側シリンダの圧力油は、管路Ｇ−Ａ（Ｅ）と流れ、第１電磁弁２１により第１パイロット操作逆止弁１９ａに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、圧力油はさらに管路Ａ−Ｃと流れ、入口弁用電磁パイロット切換弁１６を通って排油される。
【００２６】
このポンプ水車１の運転停止時には、入口弁用電磁パイロット切換弁１６および第１電磁弁２１を「閉」側に切り換えることにより行なわれ、圧力油は、管路Ｃ−Ａ（Ｅ）−Ｇと流れてサーボモータ３の閉側シリンダに供給される。サーボモータ３の開側シリンダの圧力油は、管路Ｈ−Ｂ（Ｆ）と流れ、第１電磁弁２１により第１パイロット操作逆止弁１９ｂに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、圧力油はさらに管路Ｂ−Ｄと流れて入口弁側電磁パイロット切換弁１６を通って排油される。
【００２７】
一方、低揚程での揚水運転における入口弁２の部分閉制御時には、まず第２電磁弁２５を「速度小」側に切り換える。すると、第２パイロット操作逆止弁２３ａ，２３ｂの逆止弁機能が回復し、管路Ａ，Ｂが閉鎖される。このため、管路Ｅ，Ｆ上の入口弁２の部分開運転用に設定された第１チェック弁付絞り弁２０ａ，２０ｂにより遅い速度でサーボモータ３が動作することになる。
【００２８】
この状態で、入口弁２を開ける場合には、入口弁側電磁パイロット切換弁１６および第１電磁弁２１を「開」側に切り換える。すると、圧力油は、管路Ｄ−Ｆ−Ｈ−サーボモータ３の開側シリンダへと流れる。サーボモータ３の閉側シリンダの圧力油は、第１電磁弁２１により第１パイロット操作逆止弁１９ａに圧力油が供給されて逆止弁機能が解除されているので、管路Ｇ−Ｅ−Ｃと流れ、入口弁側電磁パイロット切換弁１６を通って排油される。
【００２９】
入口弁２が予め設定された所定の開度（実際にはその開度に±の幅を持たせており、入口弁２の速度が速過ぎると、この領域を逸脱してレーシングを起こすことになる）に達すると、第１電磁弁２１を「閉」側に切り換える。すると、第１パイロット操作逆止弁１９ａの圧力油が排出され、第１パイロット操作逆止弁１９ａの逆止弁機能が回復する。このため、管路Ｅ−Ｃの流れが閉鎖され、サーボモータ３の動きが止められて入口弁２はそのときの弁開度で固定されることになる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、サーボモータを制御手段により制御して入口弁を任意の開度で所要時間保持できるようにしているので、入口弁を落差に応じて部分閉させることができ、ポンプ水車の運転揚程を高くすることで過大軸入力の発生を抑え、発電電動機の容量を大きくすることなく、低揚程で揚水運転を行なうことができる。
【００３１】
本発明はまた、入口弁の動作速度を、ポンプ水車始動時と入口弁部分閉制御時とで切り換えできるようにしているので、入口弁の部分閉制御時に、レーシングを起こさないよう入口弁の動作速度を遅くしても、ポンプ始動時には、従来と同様の始動時間で揚水発電所を運用することができる。
【００３２】
本発明はさらに、制御手段に、入口弁用パイロット切換弁，第１パイロット操作逆止弁，第１チェック弁付絞り弁，第２パイロット操作逆止弁，および第２チェック弁付絞り弁を設けているので、簡単な構造で確実に動作速度を切り換えることができ、また入口弁を任意の弁開度で確実に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るポンプ水車の入口弁制御装置を示す配管系統図。
【図２】  ポンプ水車のポンプ特性を示すグラフ。
【図３】  ポンプ水車の落差変動範囲を示すグラフ。
【図４】  従来のポンプ水車の入口弁制御装置を示す配管系統図。
【符号の説明】
１  ポンプ水車
２  入口弁
３  サーボモータ
１５  制御機構
１６  入口弁用電磁パイロット切換弁
１７ａ，１７ｂ  操作管
１９ａ，１９ｂ  第１パイロット操作逆止弁
２０ａ，２０ｂ  第１チェック弁付絞り弁
２１  第１電磁弁
２２ａ，２２ｂ  バイパス管
２３ａ，２３ｂ  第２パイロット操作逆止弁
２４ａ，２４ｂ  第２チェック弁付絞り弁
２５  第２電磁弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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