JPH0152597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置に関するものである。

「従来の技術と発明が解決しようとする問題点」 従来回転翼を備えた流体機械で翼を可動として
翼のピツチを変えて流量に適応させ効率の向上を
計ることが行われている。

第１図は可動翼ポンプの縦断面図の一例であ
る。軸継手２０は回転軸１端に固定されており、
回転軸１は吸込ケーシングｂに固定した翼角制御
装置ａ中を経由して吸込ケーシングｂへ軸封され
て入り、回転軸１には紡錐形の可動翼本体ｃが固
定され、可動翼本体ｃに羽根ｄの回転軸１に対し
て半径方向の軸ｅが枢着され、軸ｅに固定したア
ームｆ端にピンｇにより枢着されたリンクｈの他
端は回転軸１中を挿通する翼角制御用操作軸２に
固定したクロスヘツドｊにピンｉにより枢着され
ている。翼角制御装置ａ中には翼角制御用操作軸
２の軸方向移動を行う装置が納めてある。

翼角制御用操作軸２が軸方向に動くとクロスヘ
ツドｊが共に動き、リンクｈによりアームｆを回
動して羽根ｄのピツチを変えるものである。図は
横型の例であり立型もあり、水車についても同例
がある。

このような翼角制御装置は流体機械の可動翼を
取付ける回転軸中に可動翼駆動のための翼角制御
用操作軸を軸方向移動可能に備えるが翼角制御用
操作軸に作用する翼角操作力を該回転軸によつて
支持するものと回転軸外の静止物体にて支持する
ものとがある。

翼角操作力を静止物体にて支持して可動翼を動
作するものは回転軸と前記静止物体との相互間に
この作用力が動くことになり、この為回転軸を支
持する推力軸受にこの作用力が追加される為、よ
り大容量の推力軸受にせねばならないという欠点
がある。これに対して回転軸にて翼角操作力を支
持するものは回転軸上に翼角制御用操作軸を作動
する手段を備える為、回転軸を支持する推力軸受
に翼角操作力が加わらない。

従来回転軸上で翼角制御用操作軸を作動させる
手段としては一般に回転軸上に回転軸と同芯に油
圧シリンダを設けて油圧シリンダのピストンと翼
角制御用操作軸を連結した如き構成がとられてい
た。しかし、このような油圧駆動装置の場合には
油圧供給装置、翼角制御の為のフイードバツク機
構などを備える必要があり装置は大型複雑化し、
かつ油圧シールの問題があつた。

それゆえに比較的小型の流体機械の翼角制御に
は機械的駆動装置が用いられることが多い。

翼角操作力を回転軸上で支持する機械的作動手
段を有する可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置としては特開昭54―30517号公報に示される発
明がある。この従来例は回転軸の周囲に回転軸に
対し相対回転可能に設けた駒と、駒外周に固定し
た電動機の回転子と、該回転子と空隙をおいて固
定した電動機の固定子と、前記駒の回転を減速す
る回転軸上に担持された減速装置と、減速装置の
出力側に設けたナツトと翼角操作軸に設けたネジ
部がかみ合う回転軸上において回転運動を軸方向
運動に変換する手段を設けたことを特徴としてい
る。

然し乍ら、この従来例では翼角操作軸のネジ部
に減速装置の出力側のナツトがかみ合つているた
め、回転軸を該ナツトを越えて延長することが出
来ない。そこでこの従来例では回転軸を駆動する
主機駆動用電動機は電動機主軸が中空軸の特殊な
ものとならざるを得ないから、主機駆動用電動機
は高価なものとなる。又既設の例えば固定翼ポン
プを可動翼ポンプに改造する場合主機駆動用電動
機は中実軸の既在品を使用せねばならないのでこ
の従来例では改造できない。

本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置において上記の欠点を除去する為に油圧を用い
ず、かつ翼角操作力を回転軸上で支持する構造の
機械的作動手段備えたものにおいて、汎用回転機
を用いることが可能で、固定翼の流体機械を可動
翼を備えた流体機械に改造可能な翼角制御装置を
を提供することを目的としたものである。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 本発明は可動翼を備えた流体機械の中空の回転
軸中に翼角制御用操作軸を貫通させて設け、該操
作軸を軸方向に移動させることに依つて翼角度を
制御する装置において、回転軸上で回転軸に対し
軸方向に移動しないように且つ回転自在に設けた
駒と、駒外周に固定した電動機の回転子と、該回
転子と空隙をおいて固定した電動機の固定子と、
駒に切られた回転軸と同芯のねじと、該ねじと係
合するねじを有し回転軸に対し相対回転不可能か
つ軸方向に移動可能に滑入した滑りリングとを備
え、該滑りリングはその出力側が翼角制御用操作
軸に連結されていることを特徴とする可動翼を備
えた流体機械の翼角制御装置である。

「作用」 電動機の固定子に通電すると回転子が附勢され
る。回転子の回転速度を回転軸よりも早くするか
遅くすると駒は回転軸に対して相対回転する。こ
の駒の回転軸に対する相対回転は駒のねじと滑り
リングのねじにより滑りリングを移動し、滑りリ
ングの移動により翼角制御用操作軸を駆動して翼
角を変える。回転子を回転軸と同回転速度で回る
ようにすると翼角は不動である。

「実施例」 本発明の実施例を図面に従つて説明する。第２
図は本発明の実施例の縦断面図である。可動翼を
備えた流体機械の中空の回転軸１の内部には翼角
制御用操作軸２が軸方向移動自在に挿通してい
る。この翼角制御用操作軸２には図示されないが
本図下方にて可動翼に連結された直接の操作部材
が係合されている。翼角制御用操作軸２は円板形
のクロスヘツド３に嵌入し、かつ翼角制御用操作
軸２にねじ込まれた軸ナツト４に依り固定されて
いる。クロスヘツド３の円周上の軸方向の孔には
複数の連結棒５が嵌入し、連結棒５にねじ込まれ
たナツト６により固定されている。連結棒５はカ
ツプリング１５を軸方向移動自在に貫通し、回転
軸１上に軸方向にのみ移動可能に滑入した滑りリ
ング７に接続されている。滑りリング７は外周に
回転軸１と同心に切られたおねじ７Ｓを持ち、駒
８の内周に切られためねじ８Ｓと係合している。
回転軸１の段部２６に端部が接してデイスタンス
ピース１１が回転軸１に嵌入し、デイスタンスピ
ース１１に接して回転軸１に玉軸受９が嵌入し、
玉軸受９、デイスタンスピース１１は回転軸１に
ねじ込まれた軸ナツト１０により固定されてい
る。玉軸受９の外輪には駒８が嵌入固定され、駒
８は玉軸受９を介して回転軸１上に軸方向移動不
可能かつ回転軸１に対し相対回転可能に取付けら
れている。駒８外周には回転子１２が駒８と一体
に回転すべく固定されている。回転子１２と空隙
をおいて固定子１３がケーシング１８内周に固定
されている。カツプリング１５はキー１９を介し
て回転軸１に嵌入され、かつ回転軸１にねじ込ま
れた軸ナツト１４に依り軸方向に締切られて回転
軸１に固定されており、主動力の伝達を行なつて
いる。カツプリング１５にはこれと対をなすカツ
プリング１６が固定され、動力伝達軸１７がカツ
プリング１６に固定されることにより回転軸１と
動力伝達軸１７は連結されている。

滑りリング７には連結棒５により半径方向断面
がクランク状で外径側が円板状のピース２１の中
心部が固定され、該ピース２１の外周はケーシン
グ１８の内円筒部にキー２２を介して軸方向移動
自在に滑入している滑り片２３の溝に滑入してい
る。滑り片２３にはケーシング１８を挿通して外
部に出た検出棒２４が固定され、ケーシング１８
外においてケーシング１８に固定された位置検知
器２５に検出棒２４が翼角を伝達する構造となつ
ている。

固定子１３の固定子コイルは機外に導かれ制御
装置へ配線される。固定子１３、回転子１２の対
は可変速電動機を構成している。

次に本発明の翼角制御装置の作用について説明
する。可動翼を有する流体機械の運転中は常に回
転軸１やカツプリング１５，１６、動力伝達軸１
７と共に翼角制御用操作軸２、軸ナツト４、クロ
スヘツド３、連結棒５、ナツト６及び滑りリング
７等が一体に回転する。翼角度を一定に保持して
おく場合には、回転子１２と固定子１３で構成さ
れる電動機を回転軸１と同回転数で回転させる。
すなわち回転軸１と駒８の間に相対回転を生じさ
せない。翼角度を変化させる場合には回転子１２
と固定子１３により構成される電動機を回転軸１
の回転に同期しない（回転軸回転数より速い、ま
たは遅い）ような回転数に設定する。これにより
回転軸１と駒８の間に相対回転が生じ、回転軸１
と一体に回転する滑りリング７の外周に切られた
おねじ７Ｓと駒８の内周に切られためねじ８Ｓの
ねじ対偶により駒８の回転軸１に対する相対回転
は滑りリング７の軸方向運動に変換される。この
軸方向運動は連結棒５、クロスヘツド３等を介し
て翼角制御用操作軸２に伝えられ翼角度が変化す
る。

翼角操作力として軸方向推力は駒８のめねじ８
Ｓと滑りリング７のおねじ７Ｓとの螺合面および
玉軸受９、軸ナツト１０又はデイスタンスピース
１１で回転軸１に伝えられて担持される。このた
め、翼角操作力は回転軸１内部にて支持される。

滑りリング７の位置は翼角度に対応している。
滑りリング７と共に移動するピース２１により、
滑り片２３は移動し、検出棒２４は変位して位置
検出器２５により、翼角制御用操作軸２の位置が
検出せられ、翼角の現在値が判明する。

滑りリングのおねじ７Ｓと駒のめねじ８Ｓのね
じれ方向はポンプの例でいうと起動又は停止時に
駒８及び駒８が担持している回転子１２等の慣性
力で回転した場合に、起動時は翼角が立つ方向と
し、又停止時は翼角がねる方向にしておくと、実
際の運転操作方式と合致しているので支障がな
い。

本発明の実施例では回転軸に対して駒を相対回
転するように回転軸の周囲に配し、駒外周に回転
子をそして回転子と空隙をおいて固定子を固設し
たから、翼角制御装置は回転軸上に担持され翼角
制御の駆動側と非接触で回転し、翼角制御動作時
以外は翼角制御装置に基く一切の摩擦損失がな
い。

このことを実際の運転状態では羽根ピツチを一
定で運転を行う定常運転時間が殆んどの時間を占
める点から考えると、この効果は大きく、又定常
運転時に翼角制御装置に相対的運動は一切生じな
いので摩耗等が皆無になり耐久力は極めて大きく
なる。翼角制御時の操作力は回転軸に対して全円
周に均一に回転モーメント（正負）として作用す
るから回転軸の軸方向以外の方向の力を翼角操作
のための外力として回転軸系に与えることはな
い。又、回転子の速度、トルク（正逆）は電気制
御装置により自由に変えられるため翼角制御動作
時間を自由に変え得ることが可能であり最適な制
御を行うことができる。

回転子は回転軸に軸方向移動しないように且つ
回転自在に担持される駒に固定されているので回
転子は回転軸の軸方向に移動せず通常の電動機の
ように回転子と固定子を配することができる。

回転子の回転軸に対する相対回転を、機械的な
回転運動から直線運動変換手段にて変換するよう
にし、該運動変換手段の一部として回転軸を中心
とする駒のめねじに回転軸と一体回転可能で回転
軸軸方向に移動自在に回転軸に嵌入する滑りリン
グのおねじを係合したから、羽根に受ける流体力
により翼角制御用操作軸が力を受けても、翼角制
御用操作軸は移動することはない。回転軸上に翼
角制御装置を担持しているので回転軸の推力軸受
には翼角操作のため翼角制御用操作軸に加える力
は作用しないので該推力軸受は小形化できる。ま
た、既設の固定翼ポンプを可動翼化する場合、可
動翼の推力を担持する推力軸受を変更する必要が
ない。

〔発明の効果〕

本発明は駒に切られた回転軸と同芯のねじと、
該ねじと係合するねじを有し回転軸に対し相対回
転不可能かつ軸方向に移動可能に滑入した滑りリ
ングとを備え、該滑りリングはその出力側が翼角
制御用操作軸に連結されているので回転軸の延長
上において回転軸と同軸に電動機或は発電機を設
けることができるので、これらの回転機の軸は中
実とすることができ汎用回転機を用いることがで
きる。従つて回転機が格別高価となることがな
い。又固定翼の流体機械を可動翼を備えた流体機
械に改造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は可動翼を備えた流体機械の翼角制御を
説明するための縦断面図、第２図は本発明の実施
例の縦断面図である。 １……回転軸、２……翼角制御用操作軸、３…
…クロスヘツド、ａ……翼角制御装置、ｂ……吸
込ケーシング、ｃ……可動翼本体、ｄ……羽根、
ｅ……軸、ｆ……アーム、ｇ，ｉ……ピン、ｈ…
…リンク、ｊ……ヘツド、４……軸ナツト、５…
…連結棒、６……ナツト、７……滑りリング、７
Ｓ……おねじ、８……駒、８Ｓ……めねじ、９…
…玉軸受、１０……軸ナツト、１１……デイスタ
ンスピース、１２……回転子、１３……固定子、
１４……軸ナツト、１５，１６……カツプリン
グ、１７……動力伝達軸、１８……ケーシング、
１９……キー、２０……軸継手、２１……ピー
ス、２２……キー、２３……滑り片、２４……検
出棒、２５……位置検出器、２６……段部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可動翼を備えた流体機械の中空の回転軸中に
   翼角制御用操作軸を貫通させて設け、該操作軸を
   軸方向に移動させることに依つて翼角度を制御す
   る装置において、回転軸上で回転軸に対し軸方向
   に移動しないように且つ回転自在に設けた駒と、
   駒外周に固定した電動機の回転子と、該回転子と
   空隙をおいて固定した電動機の固定子と、駒に切
   られた回転軸と同芯のねじと、該ねじと係合する
   ねじを有し回転軸に対し相対回転不可能かつ軸方
   向に移動可能に滑入した滑りリングとを備え、該
   滑りリングはその出力側が翼角制御用操作軸に連
   結されていることを特徴とする可動翼を備えた流
   体機械の翼角制御装置。