JPH01138374A - 可動羽根水車の無拘束速度制限装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カブラン水車などの可動羽根水車のランナベ
ーンの開閉機構を駆動する圧油によるうンナペーンサー
ボモータ（以下単にサーボモータと記する）の圧油制御
系統に関する。

〔従来の技術〕

この釉の可動羽根水車は、従来第７図および第８図に示
すものが知られている。第７図は可動羽根水車２（以下
単に水車２と記する）の二点鎖線で示しだランナベーン
４を矢印６方向に駆動して開閉させるサーボモータ１４
の圧油制御系統を示し、第８図はこのサーボモータ１４
とその周辺の構造を示す断面図である。

第７図に示す従来例の圧油制御系統は、圧油装ｄｌｏで
作られた圧油１２を、制御指令信号によって動くパイロ
ット弁である制御弁８に導入し、この制御弁８を介して
圧油１２をサーボモータ１４に導入し、ランナベーン操
作ロッド４０を矢印４４の方向に圧油１２によって駆動
し、二点鎖線で示したレバー。

リンクなどからなる開閉機構を駆動してランナベーン４
を矢印６の方向に開閉するように構成している。可動羽
根水車２は１図示を省略した発電機が連結され１発電電
力系統の負荷条件や水力的な状態により決まる運転条件
に対応して、ランナベーン４の開度が制御され、定格回
転速度を維持して運転される。

第８図に示す従来例のサーボモータ１４とその周辺の構
造を示す断面図は、前記のランナベーン操作ロッド４０
が中空軸状の水車軸６６中に矢印４４方向に移動自在に
支承され、水車軸６６の上端部はサーボモータ１４のシ
リンダを構成し、このシリンダ中を前記のランナベーン
操作ロッド４０をピストンロッドとして固定してこれと
一体に矢印４４方向に移動自在なピストン４２を設けて
いる。水車軸６６はその上端を間隔板２８を介して発電
機軸３２を連結している。前記のサーボモータ１４は、
ランナベーン操作ロッド４０．水車軸６６の上端部、ピ
ストン４２９間隔板２８から構成されており、内設する
ピストン４２によイて開側サーボ室１６と閉側サーボ室
１８の２室に区画されている。前記の発電機軸３２は同
一中心線の貫通穴６８を有し、この貫通穴６８中に同心
に外側給油管３４を配設固定し、この外側給油管３４中
に同心に二重管状に内側給油管２０を配設し、その下端
をピストン４２に固定した内側給油管サポート５４に取
り付け、内側給油管５４はビス−トン４２と共に矢印４
４方向に移動する。さらに外側給油管３４から圧油１２
を導入する装置を介して開側サーボ室１６に、内側給油
管２０から圧油１２を導入する装置を介して閉側サーボ
室１８に連絡する構造になっている。第８図に示す外側
給油管３４．内側給油管２０の図示を省略した上端部に
は、第７図に一点鎖線の円内に示す圧油導入装置７０が
あり、圧油装置１０で作られた圧油１２を、制御指令信
号によって動くパイロット弁である制御弁８に導入し、
この制御弁８からの圧油１２を１発電機軸上端部のこの
圧油導入装置７０を介して１発電機軸３２を貫通してい
る２本の同心円状の給油管、すなわち外側給油管３４．
内側給油管２０によってサーボモータ１４に導入してい
る。

発電１力系統の負荷条件や水力的な状態により決まる運
転条件に対応して、制御弁８によってランナベーン４の
開度が制御され、定格回転速度を維持して運転される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

水車の負荷を無負荷にしたとき、水の流量をその一！！
まとして水車の回転速度が最大値となるまで放置したと
きの回転速度を無拘束速度という。これは水車の負荷運
転中に負荷の発電機の発電電力系統の事故などによυ無
負荷になったときで水の流量を加減するガイドベーンが
制御されない不動時に起こるが、このとき水車回転速度
は運転条件。

ランチ特性により、定格回転速度の約２倍から約３倍と
極めて大きなものとなり、またこの無拘束速度はランナ
ベーン４の開度に依存しており、ランナベーン４が中間
開度のとき最大の高無拘束速度に達し、水車と発電機と
を回転速度の２乗に比例する強大な遠心力に耐える設計
とするためには。

多くの材料を使用し重量が大となり、かつ高価になると
いう問題がある。一方ランナベーン４を全開とすれば、
この高無拘束速度に対して７０チ程度の無拘束速度に制
限できる。

本発明は、ランナベ−７４を全開とすることにより無拘
束速度を制限する。可動羽根水車の無拘束速度制限装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の問題点を解決するために１本発明は、可動羽根水
車のランナベーンを駆動するランナベーンサーボモータ
のピストンによって２室に区画される一方の開側サーボ
モータ室に通じる圧油制御系統と他側サーボモータ室に
通じる圧油制御系統とを短絡あるいは遮断する短絡バル
ブを設け、前記可動羽根水車が所定の回転速度を超過し
たとき遠心力によって前記短絡バルブが開路動作し、前
記開側サーボ室の油圧と閉側サーボ室の油圧を平衡させ
て前記ランナベーンを全開させるようにした３、 〔作用〕 第６図は本発明の原理を示すサーボモータ１４の圧油制
御系統を等測的に示したもので、前記の第７図に相当す
る図である。サーボモータ１４のその内設するピストン
４２によって２室に区画される一方の開側サーボ室１６
と他方の閉側サーボ室１８とのおのおのに通じる圧油制
御系統、第６図に示すものは外側給油Ｗ３４と内側給油
管２０．の間を短絡する短絡バルブ２２または２４を設
け、水車２が無拘束速度状態となると矢印に示す遠心力
５２によってこの短絡バルブ２２，２４が開路動作する
ことにより圧油制御系統が短絡する。この短絡によって
開側サーボ室１６と閉側サーボ室１８とは導通し、サー
ボモータ１４のランナベーン４の開方向と閉方向の油圧
は平衡するので、ランナベーン４が開モーメントをもっ
ていれば開閉機構、ランナベーン操作ロッド４０を介し
たピストン４２は自在に移動可能なため。

ランナベーン４は全開するため、水車の回転速度を高無
拘束速度に対して７０チ程度、すなわち定格回転速度の
約１．４倍から約２倍程度以下に制限することが出来る
。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図はサーボモータ１４とその周辺の構造を示す
断面図で前記の従来例の第８図に相当する図、第２図は
第１図に示す短絡バルブ２２が開路動作している状態を
示す断面図、第３図は第１図のＡ−Ａ半断面図である。

第１図と第８図との相異点は、サーボモータ１４の閉側
サーボ室１８へ内側給油管２０から圧油１２を導入する
装置が異る点と、短絡バルブ２２を設けた点で、その他
の点は従来例と同じであるからその説明を省略する。

第１図において、内側給油管２０の下端部を、サポート
２６を介して間隔板２８に固定している。このサポート
２６は第３図に示すように複数個の長穴３０を設けたリ
ング体で１発電機軸３２に固定し、その内径部は内側給
油管２０を固定しているから、外側給油管３４からの圧
油１２は長穴３０を介して自在に開側サーボ室１６に導
入できる。内側給油管２０の下端には継手３６を介して
導入給油管３８を設け、ランナベーン操作ロッド４０の
上端部に設けた導入穴４２にこの導入給油管３８が圧油
の洩れがなくかつ軸方向移動自在にはめ合っている。以
上の説明のようにして内側給油管２０から圧油１２を導
入する装置を構成しているので、ピストン４２とランナ
ベーン操作ロッド４０とが矢印４４の方向に移動しても
、内側給油管２０は移動することなく導入給油管３８と
導入穴４２との間が摺動して、圧油１２は内側給油管２
ｏから閉側サーボ室１８に導入できる。

短絡バルブ２２は１発電機軸３２中に発電機軸３２の半
径方向に移動可能に短絡遮断プラグ４６を支承し。

内側給油管２０に設けた外側給油管３４への短絡穴４８
に付勢機構５０の押圧力で短絡遮断プラグ４６の一端部
が当接して、この短絡穴４８を第１図に示すように１発
電機軸３２が定格回転速度を少し超過した所定の回転速
度以内のときは、閉鎖している。無拘束速度状態となり
発電機軸３２が所定の回転速度以上になるときは、第２
図に示すように短絡遮断プラグ４６に作用する遠心力５
２が付勢機構５ｏの押圧力よυ大となって、短絡遮断プ
ラグ４６は外方へ移動して短絡穴４８の閉鎖を解除する
開路動作をなし。

開側サーボ室１６と閉側サーボ室１８とのおのおのに通
じる外側給油管３４．内側給油管２ｏが接続する圧油制
御系統間を短絡するため、前記の〔作用〕の項で説明し
たように、この短絡によって開側サーボ室１６と閉側サ
ーボ室１８とは導通し、サーボモータ１４のランナベー
ン４の開方向と閉方向の油圧は平衡するので、ランナベ
ーン４が開モーメントをもっていればランナベ−／４は
全開し、逆にランナベーン４が閉モーメントをもってい
ればランナベーン４は全閉するため１発電機軸３２の無
拘束速度を高無拘束速度に対して７０％程度、すなわち
定格回転速度の約１，４倍から約２倍程度以下に制限す
ることができる。無拘束速度状態が解除され発電機軸３
２が所定の回転速度以内となるときは、付勢機構５０の
押圧力よりも遠心力５２が小となりで、短絡遮断プラグ
４６が短絡穴４８を自動的に閉鎖する。

第４図および第５図は本発明の第２の実施例を示すもの
で、第４図はサーボモータ１４とその周辺の構造を示す
断面図で、前記の第１の実施例を示す第１図および従来
例の第８図に相当する図、第５図は第４図の短絡バルブ
２４の詳細を示す断面図である。第２の実施例は、遠心
力５２によって開閉する短絡バルブ２４でサーボモータ
１４の開側サーボ室１６と閉側サーボ室１８とを短絡す
れば、前記の第１の実施例と同じ作用が得られることに
着目して構成したものである。第４図において、内側給
油管２０の下端をピストン４２に固定する内側給油管サ
ポート５４に、第５図にその詳細を示す短絡バルブ２４
を設けたものである。第５図においてバルブシリンダ５
６には、短絡穴５８とこれに通じるシリンダ室６０と何
人６２を設けており、短絡遮断プラグ４６はバルブシリ
ンダ５６中を移動自在に支承され、ふた６４で封止され
た圧縮ばねなどの付勢機構５０によって付勢されて、そ
のテーパ状端部が短絡穴５８を閉鎖して短絡バルブ２４
を構成し、内側給油管サポート５４に取り付けている。

水車軸６６とこれに連結した発１！機軸３２が定格回転
速度を少し超過した所定の回転速度以内のときは、第５
図に示すように短絡バルブ２４は閉鎖している。無拘束
速度状態だなり、水車軸６６と発電機軸３２が所定の回
転速度以上になるときは、第４図に示すように、短絡遮
断プラグ４６に作用する遠心力５２が付勢機構５０の押
圧力より大となって、短絡遮断プラグ４６は外方へ移動
して短絡穴５８の閉鎖を解除する開路動作をなし。

開側サーボ室１６と閉側サーボ室１８とを短絡、導通す
るから、前記の第１の実施例での説明と同様胤ランナベ
ーン４の特性によって、ランナベーン４が全開または全
閉となって同じ作用が得られ、無拘束速度条件が解除さ
れれば短絡バルブ２４は自動復帰する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、サーボモータの開側サーボ室と閉側サ
ーボ室とのおのおのに通じる圧油制御系統間を短絡する
短絡バルブを設けたため、無拘束速度状態となって水車
とこれ忙一体に連結して回転する発電機軸９発電機の回
転子などの機械系が定格速度以上の所定の回転速度を超
過したときに遠心力によって前記の短絡バルブが開路動
作し、開側サーボ室と閉側サーボ室が短絡、導通状態と
なり１両サーボ室の油圧が平衡してピストンが自在に移
動できるようになるため、ランナベーンのもつ固有の開
または閉のモーメント特性によってランナベーンは全開
または全閉となる。このい１れの場合でも水車とこれに
連結されている発電機は、ランナベーンが中間開度のと
きの定格回転速度の約２倍から約３倍と極めて大きな高
無拘束速度に達することなく、その約７０％程度の定格
回転速度の約１．４倍から約２倍程度以下の無拘束速度
に制限することが出来る。回転速度の２乗に比例する遠
心力はこの結果、　（０，７）　２中０．５と、従来例
の設計条件の高無拘束速度のときの約１／２となるから
、遠心力による強度上の厳しい条件が緩和され、材料の
使用量や重量を節約することが可能となり、かつ製作コ
ストの低減が可能となり、またこれまで無拘束速度が大
きすぎるため水車に適合した発電機の製作が不可能なこ
とがあったが、本発明によって可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図はサーボモータ１４とその周辺の構造を示す
断面図、第２図は第１図に示す短絡バルブ２２が遠心力
５２によって開路動作している状態を示す断面図、第３
図は第１図のＡ−Ａ半断面図。 第４図および第５図は本発明の第２の実施例を示すもの
で、第４図はサーボモータ１４とその周辺の構造を示す
断面図で前記の第１図に相当する図。 第５図は第４図の短絡バルブ２４の詳細を示す断面図、
第６図は本発明の原理を示すサーボモータ１４の圧油制
御系統を等測的に示した図、第７図および第８図は従来
例を示すもので、第７図は可動羽根水車２の二点鎖線で
示したランナベーン４を矢印６方向に駆動して開閉させ
るサーボモータ１４の圧油制御系統を示す図で前記の第
６図に相当する図、第８図はサーボモータ１４とその周
辺の構造を示す断面図で前記の第１図および第４図に相
当する図である。 ２・・・可動羽根水車（水車）、４・・・ランナベーン
。 １２・・・圧油、１４・・・ランナベーンサーボモータ
（サーボモータ）、１６・・・開側サーボ室、１８・・
・閉側サーボ室、　２０・・・内側給油管、２２．２４
・・・短絡バルブ、２８・・・間隔板、３２・・・発電
機軸、３４・・・外側給油管、３８・・・導入給油管、
　４０・・・うｙナペーン操作ロッド、４２・・・ピス
トン、４６・・・短絡遮断プラグ、　５０・・・付勢機
構、５４・・・内側給油管サポート、５６・・・バルブ
シリンダ、６６第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）制御弁と圧油導入装置と給油管とを介して圧油を導
   入し可動羽根水車のランナベーンを駆動するランナベー
   ンサーボモータの圧油制御系統において、このランナベ
   ーンサーボモータのピストンによって２室に区画される
   一方の開側サーボモータ室に通じる圧油制御系統と他側
   サーボモータ室に通じる圧油制御系統とを短絡あるいは
   遮断する短絡バルブを設け、前記可動羽根水車が所定の
   回転速度を超過したとき遠心力によって前記短絡バルブ
   が開路動作し、前記開側サーボ室の油圧と閉側サーボ室
   の油圧を平衡させて前記ランナベーンを全開させること
   を特徴とする可動羽根水車の無拘束速度制限装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、その圧
   油制御系統は、水車軸に連結する中空管状の貫通穴を有
   する発電機軸と、この発電機軸の貫通穴中に同心に配設
   固定する外側給油管と、この外側給油管中に同心に二重
   管状に配設固定する内側給油管と、開側サーボ室へ外側
   給油管から圧油を導入する装置と、閉側サーボ室へ内側
   給油管から圧油を導入する装置とを備え、その短絡バル
   ブは、発電機軸中に発電機軸の半径方向に移動自在に短
   絡遮断プラグを支承し発電機軸が所定の回転速度以内の
   ときは内側給油管に設けた外側給油管への短絡穴に付勢
   機構の押圧力で短絡遮断プラグの一端部が当接してこの
   短絡穴を閉鎖している構造としたものであることを特徴
   とする可動羽根水車の無拘束速度制限装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、閉側サ
   ーボ室に通じる圧油制御系統のピストンに固定する内側
   給油管サポートに短絡バルブを設けることを特徴とする
   可動羽根水車の無拘束速度制限装置。