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公開番号2024126843
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035551
出願日2023-03-08
発明の名称水力機械およびその制御方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03B 15/04 20060101AFI20240912BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】起動時に振動や騒音を抑制できる水力機械およびその制御方法を提供することである。
【解決手段】実施形態の水力機械は、ランナに流入する水の流量を測定する流量計と、前記ランナの下流側に設けられた吸出し管に空気を供給する給気管へ、前記空気を供給または遮断する給気弁の開閉を、前記流量に基づき判定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、運転停止から通常運転に移行するまでの過渡運転において、前記流量が第1基準値以上であると判定した場合に前記給気弁を開くよう制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ランナに流入する水の流量を測定する流量計と、
前記ランナの下流側に設けられた吸出し管に空気を供給する給気管へ、前記空気を供給または遮断する給気弁の開閉を、前記流量に基づき判定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、運転停止から通常運転に移行するまでの過渡運転において、前記流量が第１基準値以上であると判定した場合に前記給気弁を開くよう制御する水力機械。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記運転停止において前記ランナの上流側に設けられたガイドベーンを開くよう制御する請求項１に記載の水力機械。
【請求項３】
前記制御装置は、前記通常運転において前記流量が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上であると判定した場合に前記給気弁を閉じるよう制御する請求項１に記載の水力機械。
【請求項４】
ランナに流入する水の流量を測定するステップと、
運転停止から通常運転に移行するまでの過渡運転において、前記流量が第１基準値以上と判定した場合に前記ランナの下流側に設けられた吸出し管への給気を開始するステップと、を備える水力機械の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力機械およびその制御方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
一般的なフランシス水車をはじめとする水力機械は、ランナの上流側に設けられたガイドベーンの開度を制御することで流路面積を変化させ、上池側からランナへ流れる水の流量を調整する。水力機械を部分負荷で運転させる場合には、ガイドベーンを定格運転時よりも小さい開度に設定するため、ランナの回転によって吸出し管下流側からランナ方向へ水が逆流し、振動や騒音が発生する可能性がある。このような振動や騒音を防ぐために、給気管から吸出し管内に給気することでランナ出口の軸中心部に空洞を発生させて、キャビテーションや逆流を抑制することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平４－２７２４７８号公報
特開平２－６７４６７号公報
特開平６－１８５０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水車のランナは定格運転や部分負荷運転を含む通常運転時の流量に合わせて設計されているが、運転停止から通常運転に移行するまでの起動時においては、水車を流れる水の流量が通常運転時と比較して極端に小さい。つまり、起動時にはランナの設計に適合しない程度の少ない流量の水が水車を流れるため、ランナの回転に伴うキャビテーションや逆流がより発生しやすく、通常運転時と比べてより振動や騒音を生じる可能性がある。キャビテーションや逆流による振動・騒音が発生するとランナに負荷がかかり、ランナの故障につながる可能性がある。また、水車の起動時は水の流量変化が大きく、上池および下池の水位変動によっても水の流量は大きく変化するので、起動時に適切なタイミングで吸出し管へ空気を供給することが困難な可能性がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、起動時に振動や騒音を抑制できる水力機械およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、実施形態の水力機械は、ランナに流入する水の流量を測定する流量計と、前記ランナの下流側に設けられた吸出し管に空気を供給する給気管へ、前記空気を供給または遮断する給気弁の開閉を、前記流量に基づき判定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、運転停止から通常運転に移行するまでの過渡運転において、前記流量が第１基準値以上であると判定した場合に前記給気弁を開くよう制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１実施形態に係る水力機械の構成を示す断面図。
第１実施形態に係る水力機械を運転停止から定格運転に向けて起動する処理例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図１から図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る水力機械の子午面断面図である。ここでは、水力機械としてフランシス水車を一例に説明する。フランシス水車１は、鉄管１０と、ケーシング１２と、ステーベーン１４と、ガイドベーン１６と、ランナ１８と、主軸２０と、発電機２２と、吸出し管２４と、給気管２６と、給気弁２８と、流量計３０と、制御装置３２と、を備える。フランシス水車１は、電力系統（図示省略）と電気的に接続している。この電気的な接続は、フランシス水車１および電力系統の間に設けられる遮断器（図示省略）によって開閉される。なお、以降の説明において発電機２２側を回転軸線Ｃ上方向、吸出し管２４側を回転軸線Ｃ下方向とする。
【０００９】
鉄管１０は、その内部を水が流れる流路であり、上池（図示省略）と後述するケーシング１２とを接続する。鉄管１０は、閉状態となることで上池側とケーシング１２側との間の水の流れを止める入口弁（図示省略）と、後述する流量計３０とを備える。
【００１０】
ケーシング１２は、後述するランナ１８の外周側に渦巻き状に設けられ、上池から鉄管１０を通り流入した作動流体である水を、ステーベーン１４およびガイドベーン１６（共に後述する）を介してランナ１８に供給する。なお、ケーシング１２は通常、巻き始め（上池側）から巻き終わり（ランナ１８側）にかけてその断面直径が徐々に小さくなるように形成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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