JPS6056276B2

JPS6056276B2 - ガイドベ−ン保護装置

Info

Publication number: JPS6056276B2
Application number: JP53128467A
Authority: JP
Inventors: 洋一山根; 勉鎌田; 博大仲; 光雄高瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1985-12-09
Also published as: JPS5557667A; US4299534A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は水車、ポンプ水車におけるガイドベーン保護装
置の改良に関する。

〔発明の背景〕

ガイドベーン保護装置の従来例を第１図乃至第’６図に
よつて説明する。

水車運転中、２枚もしくは複数枚のガイドベーン（図示
せず）間に異物が噛込まれた場合、またガイドベーン先
端とステーベーン（図示せず）間に異物が噛込まれると
、ガイドベーンの回転運動が阻止される。

このため回転運動を阻止されたガイドベーンを制御リン
ク機構から切離すため、制御リンク機構に弱点ピン１を
設け、ガイドベーン操作機構にある定められた以上の操
作力が発生した場合には前記弱点ピン１の弱点部１１が
破断し、ガイドベーン操作機構全体が破壊されるのを防
止する。弱点ピン１破断後は、ガイドベーン操作機構か
ら切離されたガイドベーンが水力作用によつて自由に回
転するため、弱点ピン１に結合されていた結合ピン２は
、第１の制御部材となるリンク３の溝３１の中で自由な
相対運動をする。また結合ピン２が第１のリンク３の溝
３１の中を相対運動すると弾性座金４により生じた摩擦
制動力が、リンク３の上面、下面と第１の制動部材５、
第２の制動部材６との接触面間に生じ、水力作用による
ガイドベーンの急激な回転動作を阻止し、水力による揺
動を阻止する構造となつている。しかるに従来構造にお
ける保護装置においては、実際の使用に当つて次の欠点
があつた。

ガイドベーン操作機構にガイドベーン回転が阻止され異
常な操作力が発生し弱点ピン１が破断し、結合ピン２と
リンク３の相対運動を阻止する制動機構においては、第
１図、第２図に示す如くリンク３と接触する第１及ひ第
２の制動部材５，６は、予め相対運動を阻止するに必要
な抑制力に充分な押圧力が発生するよう弾性座金４を弾
性変形をさせ取付けられている。この押圧力が過大のた
め弾性．座金４の１枚当りの分担力を軽減するため、弾
性座金４の放数を増すか又は、小数枚数で外径が大きく
、板厚の厚い弾性座金４を使用している例が多い。また
弾性座金４の押圧力は、結合ピン１に、伸び力として作
用するため、リンク３と結合Ｉピン１を連結している弱
点ピン１の弱点部１１に曲げ力若しくは剪断力が常時作
用している。従つて弱点部１１はたとえ、ガイドベーン
間又は、ガイドベーンとステーベーン間に異物を噛み込
まない正常な運転状態においても長期間の運転使用に・
より塑性変形若しくは疲労破断する等不具合な状態とな
る恐れがある。このため、この強大な押圧力に常時対応
出来る結合ピン２及び弱点ピン１及び弱点部１１の構造
も大きくなりこれに附随して、ガイドベーン制御装置も
大きく、高価なものとなり不経済となる傾向にあつた。

又弾性座金４は常時過大な圧縮力を受けているため、制
動部材５との接触面に降状が生じ、或いは、弾性座金４
も長期間使用に対する経年変化により、この圧縮力が若
干変化する可能性もあるため長期間の運転においては、
当初の必要な押圧力も失なわれ、ガイドベーン間に異物
噛込みによりノ弱点部が破断された場合、所定の制動力
を確保出来ぬ恐れがある。

このため常時加わる強大な押圧力を低減し、弱点ピン１
の破断過程に押圧力を増加せしめる構成として第３図、
第４図に示す構成が案出されている。

この構成においては第１の制動部材５の相対移動方向側
の両端に傾斜面５１を形成し、これに対応するリンク３
の表面にも制動部材５の巾に相当する分だけ凹部を形成
し、凹部の両端にも傾斜面５１に対応する傾斜面を形成
している。しかして、予定の相対運動により、第１の制
動部材５の傾斜面５１が、リンク３の傾斜面とを接触さ
せ、傾斜面乗上けにより押圧力を増加させる構成がとら
れている。しかし従来のこの構成によると、リンク３と
、これに接触する第１及び第２の制動部材５，６の材質
は一般に鉄系金属で構成されているため接触金属部の表
面硬さは同じか又は硬さの差が少なかつた。

そしてリンク３の傾斜面に対する、第１の制動部材５の
乗上げは、片面だけの移動乗上げで傾斜乗上け移動と同
じく第１の制動部材５も傾斜する。

結合ピン２は、この第１の制動部材５の傾斜も吸収出来
るような遊嵌としているが、ガイドベーンレバー８に挿
入されているため、結合ピン２は、相対移動に対しても
ほぼ垂直を保つている。このため第１の制動部材５の乗
上げ傾斜の増加とともに弾性座金４も傾斜し、所定の押
圧力が得られなくなる可能性もある。更に接触箇所か損
傷するか又は接触部材間にかじり現象が発生し、動作が
不円滑となり、充分な機能を果せない可能性がある。こ
の部材間の損傷、かじり個所にガイドベーン操作機構か
らの弱点ピン破断力以上の操作力が作用するために、弱
点ピン１以外のガイドベーン操作機構又は、かじりの発
生した制動部材を破損せしめる等の問題が生じる欠点が
あつた。

またガイドベーン操作機構に異常な操作力が発生し、弱
点ピン１の弱点部が破断する場合には、通常破断にいた
るまで塑性変形をきたし、しかるのち破断するため、破
断部並びにその近傍は、第６図に示す如く突起片１１１
が生じ、場合によつては、結合ピン２の相対運動により
この結合ピン２に挿入している弱点ピン１ａの突起部が
リンク３の中溝３１面に喰い込みが発生する場合がある
。

この状態で結合ピン２が溝３１内を更に相対運動を続け
た場合にはリンク３の中溝３１面はこの突起片によりか
じり又は喰込み等の損傷を受けるためガイドベーン操作
機構に異状な摩擦力が発生し、この結合ピン１とリンク
３との円滑な相対運動の持続が不可能となる恐れがある
。〔発明の目的〕本発明は前記従来技術の欠点を改善しようとしてなされ
たものでその目的とするところは、常時は制御部材と制
動部利間の制動面に加わる押圧力を低減し、かつ、弱点
ピン切断時は制動面に所定の押圧力が確実に作用する信
頼性の優れたガイドベーン保護装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

即ち本発明の特徴とするところは、第１のガイドベーン
制御部材と、このガイドベーン制御部材と相対運動可能
なようにこのガイドベーン制御部材に連結された結合ピ
ンと、この結合ピンに回転可能なように遊嵌された第２
のガイドベーン制御部材と、予め定められた値以上の力
が作用した場合には、上記結合ピンと第１のガイドベー
ン制御部材の直線相対運動を許すように降状破断する上
記結合ピンと第１のガイドベーン制御部材を結合する弱
点ピンと、上記結合ピンと第１のガイドベーン制御部材
の相対直線運動に対して弾性座金の弾性力て摩擦力を生
じる第１１第２の制動部材をガイドベーン制御部材の上
下面に設けたガイドベーン保護装置において、第１のガ
イドベーン制御部材の上面に弱点ピンの取付け方向と同
じ方向に削設された複数の凹状溝と、この凹状溝の上部
角部全面に夫々形成された傾斜面と、第１のガイドベー
ン制御部材の上面に下面の一部が接触し、かつ結合ピン
に嵌合している第１の制動部材と、前記制動部材の下面
に形成され、かつ、第１のガイドベーン制御部材の凹状
溝に挿入されると共に凹状溝に形成された傾斜面と対向
する傾斜面を有し、傾斜面同志は一定の間隔をおいて対
向している凸状部とより構成したガイドベーン保護装置
にある。

本発明によれば、第１のガイドベーン制御部材の上面に
削設された凹状溝と第１の制動部材の角部がすべて傾斜
面に形成されているので、弱点ピン切断時第１の制動部
材は傾斜面に沿つて水平に押上げられる。

このためガイドベーンの制御部材の制動面に制動部材を
押付けている弾性座金の押圧力は制動部材に対して確実
に作用する。〔発明の実施例〕以下図面によつて本発明
の一実施例を説明する。

第７図は本発明のガイドベーン保護装置の平面図で、第
８図は第７図１−１方向の断面図を示し下記の部品より
構成されている。

ガイドベーン操作機構は、リンク３を中心制御環（図示
せず）に穴３２で枢着して中心制御環とリンク３との間
を連結する。

結合ピン２がリンク３の中溝３１に位置する部分の外周
は角柱２２に形成されている。かつ、結合ピン２はリン
ク３との相対運動が可能てあり機械的弱点部１１を持つ
た弱点ピン１、座金９、ナット１０の弱点ピン機構によ
りリンク３に結合されている。また、結合ピン２が制動
部材５と接する外周も角柱２１に形成されている。結合
ピン２の角柱２２と２１にはリンク３上下面と接触する
制動部材５，６が取付・けられており、結合ピン２のね
じ部を有する円柱部２３に弾性座金すなわち、ばね４が
取付けられており、常時主機運転中に必要な摩擦制動力
をリンク３の上面、下面と制動部材５，６との間に生ず
るようナット７を締め込むことにより、リンク３の上面
、下面と制動部材５，６との間に垂直方向の力を与える
よう構成されている。結合ピン２の下側円柱部２４は、
第２の制御部材すなわちガイドベーンレバー８の穴８１
と回動可能に枢着している。又軸１４を主機、水車上カ
バー１２内でノ自由に回転し得るよう軸承し、軸１４に
夫々ガイドベーン（図示せず）を取付け、各ガイドベー
ンを最高効率を得るために種々の位置に回転し得るよう
ガイドベーンレバー８をキー１３により軸１４に結合し
、ガイドベーンレバー８を軸１４の周りに回転させるこ
とにより軸１４を回転し得るように構成されている。中
心制御環からの操作力をリンク３、弱点ピン１、結合ピ
ン２、ガイドベーンレバー８を介して軸１４に加え、軸
１４を回転することが出来る。

ガイドベーンの回転が阻止された場合、弱点ピン１の弱
点部１１は破断し、結合ピン２をリンク３から解放する
。この時リンク３から切離されたガイドベーンは水力作
用により自由に回転し、隣のガイドベーンと衝突するた
め、止め箇所を設け、ガイドベーンの回転を制限する必
要がある。本発明の構成では、結合ピン２の角柱２２と
リンク３の中溝３１の端面３４，３５の一方と係合させ
てガイドベーンの回転を制限する。自由に回転するガイ
ドベーンの回転速度を弱め或いは停止せしめ、結合ピン
２がリンク３の中溝端面３４又は３５に激突して隣接す
るガイドベーンを破壊するのを防止するために制動機構
を設ける。

この制動機構の制動部の最適例の詳細を第１１図に示す
。

制動部材５に対向するリンク３の上面に弱点ピン１の挿
入穴３８，３９の中心に対して長手方向に等間隙で、Ｌ
箇の溝に２つの傾斜面３３を有する凹状溝３６を２箇形
成し、これに対向する制動部材５には凹状溝３６に挿入
される凸状部を形成し、凸状部部分には傾斜面３３に対
応する傾斜面５１が形成されている。２つの凹状溝３６
の間のリンク上面部分ではリンク３と制動部材５が接触
し、凹状溝３６と凸状部の間では傾斜面３３と５１が接
触しないようδ１の間隙が形成されている。

このため傾斜面３３と５１の間に常時は押付力が働かず
、押付力による摩耗がなくてよい。次にこの作用を説明
する。

ガイドベーンの回転が阻止され、リンク３と結合ピン２
との間に相対．移動が生じた場合この動きに応じて、動
きに対応する制動部材５及びリンク３互いの傾斜面２面
が同時に接触し、この傾斜面に沿つて制動部材５はリン
ク３に対して平行に移動し、結合ピン２に遊嵌している
制動部材５を予め設定された乗上量δ２分だけ水平に上
側に平行に押上げ移動する。これがためばね４は更に均
一に強く圧縮されて大いなる弾性荷重を生じ、制動部材
５，６をリンク３上下面に対し押付け摩擦力を生じさせ
る。この摩擦力は制動部材５が傾斜面を平行に乗上け移
動するにしたがい一様に増加する。制動部材５の下面５
２がリンク３の上面に到達する際、摩擦力は最大となり
この点を過ぎると摩擦力は一定となる。正常時ガイドベ
ーンからの水力作用により異常な脈動を受け、弱点ピン
１が万一長期間使用中前記脈動の負荷に対して疲労破断
した場合を想定したとしてもガイドベーンの回転に対し
ては制動部材５が傾斜面平行乗上げ過程にてリンク３と
結合ｌピン２の相対的運動を抑制出来るし、またガイド
ベーン操作機構が動作中、ガイドベーンの回転が停止し
、弱点ピン１が破断した場合でもガイドベーン操作機構
の停止位置までリンク３と結合ピン２は相対運動するが
この停止位置でも一定な摩擦．力を保持しているので相
対運動を抑制することが出来る。リンク３と接触する制
動部材５，６の材質は一般に鉄系金属の相互接触であつ
た。

このため正常時の設置関係ではなんの問題も生じないが
、前記゛接触部が移動し抑制力を増加する過程において
、リンク３の下面と接触する制動部材６の接触面は損傷
を生じ、リンク３の上面斜面部と接触する制動部材５の
接触面も損傷を生じ抑制力の増加に伴いかじり現象を生
じ以後の相対移動を不可能にし、ガイドベーン操作力の
増加により、制動部材５が破損する恐れが考えられてい
た。この原因は接触面が大きな値の接触面圧となること
及び接触部材が鉄系金属同志のためであつた。このため
第１１図に示す如く、リンク３の下面接触部の制動部材
６の接触面とリンク３の上面に接触する制動部材５の傾
斜部を示す凸状部を銅系金属としリンク３の上下面を鉄
系金属として接触面間に硬度差を付けた構造にすると、
弱点ピン破断過程における傾斜面同志の接触及び傾斜面
上面に到達する際の摩擦力最大点においてもかじり現象
を防止てきる。

又制動部材５，６を銅系金属１体物で製作可能であるが
、製作費の増加を伴い、又銅系金属の必要厚みは制動部
材６では接触面を囲む厚み分を有する１部分６１、制動
部材５では傾斜面を囲む厚みを有する１部分５３で十分
てある。又制動部材５はリンク３の傾斜面を平行に乗上
つた時二点支持の梁形状でばね４の押付力を受けるので
強度上鉄系材料が得策である。

このため制動部材５，６は鉄系金属に銅系金属を溶着す
るのがよい。

ガイドベーンの回転が阻止され、ガイドベーン操作機構
が作用している場合、リンク３とリンク３の中溝３１で
遊嵌している結合ピン２を連結する弱点ピン１で操作用
力を受けるため第１０図で示す如く弱点ピン１が降状、
破断し、リンク３と結合ピン２とが相対運動を行うに際
し、弱点ピン１の一部か破断により出張り、或いはまく
れ等の突起片１１１が生じる可能性がある。

このため結合ピン２の相対移動に際し、結合ピン２に嵌
合している破断片１ａは、その位置で保持されており、
移動の増加にともない対向する破断面が接触し、結合ピ
ン２に嵌合している破断片１ａの破断面がリンク３の両
側の弱点ピン嵌合用穴側に出張つているので、この破断
片部がリンク３嵌合穴側に過ぎると、破断片１ａの両側
の破断面とリンク３の内側面が接触し、損傷を与える。

リンク３と結合ピン２の相対移動に伴い、破断面の損傷
を増加させ、リンク３に遊嵌した結合ピン２の摺動面も
損傷を受け、相対移動を不可能とさせる恐れがある。こ
のため、摺動面に接触損傷を生じぬよう、第１０図に示
す如く弱点ピン１の弱点部径寸法屯より大きく、弱点部
巾寸法よりも大きな深さｈを有する溝３７をリンク３の
中溝３１の両側に、結合ピン２の相対移動する全長にわ
たつて設けることにより、弱点ピン１の破断片１ａの突
起片１１１によるリンク摺動面損傷を防止し、リンク３
と結合ピン２の相対移動を可能とするものである。

正常状態に組み込まれた弱点ピン１には、ガイドベーン
の回転が阻止された場合、ガイドベーン制御機構全操作
力がリンク３の挿入弱点ピン胴部１ｂ，１ｃに分担して
掛り、結合ピン２の挿入胴部１ａに全操作力が作用して
２箇所の弱点部を破断せしめて、リンク３と結合ピン２
は相対移動する。同軸経寸法とした弱点ピン１の破断後
の破断ピン１ａ，１ｂ，１ｃの取出しに当つてはリンク
３に挿入されている破断ピン１ｂ，１ｃは容易に取出す
ことが出来るが、結合ピン２に挿入されている破断片１
ａは、リンク３と結合ピン２との相対移動位置からナッ
ト７を緩め弾性荷重を除去して正規の位置である穴芯を
同一とした位置にて取出さなくてはならず破断片１ａに
変形が生じていると、リンク３の弱点ピン取付穴を通過
させる際、破断片１ａがリンク３の弱点ピン取付穴に当
り、破断片１ａの取出しに不便をきたす場合がある。

このため、破断弱点ピン取出し作業が容易となるよう、
リンク３と弱点ピン１との取付径、および結合ピンとの
取付径を第１０図で示す記号Ｄｌ，ｄ２，ｄ３にそれぞ
れ適当な直径差を設けて、とすると弱点ピン１の破断片
１ａの取出しは前記の如くリンク３と結合ピン２との相
対移動位置からナット７を緩め弾性荷重を除去して正規
の位置まで戻し、破断片１ａをリンク穴３２を貫通させ
て取出すことが出来る。新規弱点ピン１の挿入にあたつ
てはリンク３の穴と結合ピン２の穴芯を近似的に一致さ
せなくてはならないが、結合ピン１の角削部２１と嵌合
している制動部材５の傾斜面５１と、リンク３の上面の
傾斜面３３との間隙がδ１になるよう移動調整すれば、
各対応する穴芯は近似的に一致するので新規弱点ピン挿
入は容易にできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、常時はガイドベーン制御部材と制動部
材間の制動面に加わる押圧力を低減し、かつ弱点ピン切
断時は前記制動面に所定の押圧力が確実に作用するので
信頼性の優れたガイドベーン保護装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来構造の一ガイドベーン保護装置の″平面
図、第２図は、第１図のＩ−１方向断面図、第３図は、
従来方式のガイドベーン保護装置の平面図、第４図は、
第３図のＩ−１方向断面図、第５図は、第２図、第４図
の■−■方向断面図、第６図は、第５図における弱点ピ
ン破断状態図、第７図は、本発明のガイドベーン保護装
置の平面図、第８図は、第７図のＩ−１方向断面図、第
９図は、第８図の■−■方向断面図、第１０図は、第９
図における弱点ピン破断状態図、第１１図は、本発明制
動部の詳細図である。１・・・弱点ピン、１１・・・弱点部、２・・・結合ピ
ン、３・・・リンク（第１のガイドベーン制御部材）、
３１・・・溝、４・・・弾性座金、５・・・第１の制動
部材、６・・・第２の制動部材、７・・・ナット、１１
１・・・突起片、８・・・ガイドベーンレバー（第２の
ガイドベーン制御部材）、９・・・座金、１０・・・ナ
ット、３２・・・穴、２１，２２・・・角柱、２３，２
４・・・円柱部、８１・・・穴、１４・・・ガイドベー
ン軸、１２・・・水車上カバー、１３・・・キー、３４
，３５・・・中溝端面、３６・・・凹部、５１・・・傾
斜面、５２・・・座下面、１ａ，１ｂ，１ｃ・・・弱点
ピン破断片、３３・・・傾斜面、５３，６１・・・銅系
金属、δ１・・・間隙、δ２・・・乗上量。

Claims

【特許請求の範囲】１第１のガイドベーン制御部材と、このガイドベーン
制御部材と相対運動可能なようにこのガイドベーン制御
部材に連結された結合ピンと、この結合ピンに回転可能
なように遊嵌された第２のガイドベーン制御部材と、予
め定められた値以上の力が作用した場合には、上記結合
ピンと第１のガイドベーン制御部材の直線相対運動を許
すように降伏破断する上記結合ピンと第１のガイドベー
ン制御部材を結合する弱点ピンと、上記結合ピンと第１
のガイドベーン制御部材の相対直線運動に対して弾性座
金の弾性力で摩擦力を生じる第１、第２の制動部材をガ
イドベーン制御部材の上下面に設けたガイドベーン保護
装置において、第１のガイドベーン制御部材の上面に弱
点ピンの取付け方向と同じ方向に削設された複数の凹状
溝と、この凹状溝の上部角部全面に夫々形成された傾斜
面と、第１のガイドベーン制御部材の上面に下面の一部
が接触し、かつ結合ピンに嵌合している第１の制動部材
と、前記第１の制動部材の下面に形成され、かつ、第１
のガイドベーン制御部材の凹状溝に挿入されると共に凹
状溝に形成された傾斜面と対向する傾斜面を有し、傾斜
面同志は一定の間隔をおいて対向している凸状部とより
構成したことを特徴とするガイドベーン保護装置。２第１のガイドベーン制御部材と第１、第２の制動部
材の制動面の硬度を異なつて形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のガイドベーン保護装置。３第１のガイドベーン制御部材に結合ピン相対移動用
の孔を設け、この孔に結合ピンが相対移動する全長にわ
たつて弱点ピンの弱点部寸法より大きな巾と深さを有す
る溝を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のガイドベーン保護装置。