JP2010138912A - Runner vane operating device for hydraulic machine, and hydraulic machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力機械のランナベーン角度を調整操作するための水力機械のランナベーン操作装置及び水力機械に関する。 The present invention relates to a runner vane operating device for a hydraulic machine and a hydraulic machine for adjusting the runner vane angle of the hydraulic machine.
一般に、比較的低落差で流入水量あるいは吐き出し水量が多い場合には、軸流または斜流型の水力機械が使用される。この軸流型あるいは斜流型の水力機械の場合、ランナべーン角度を連続的に変えられるようにした可動翼構造とすれば、広い範囲の落差もしくは負荷領域に渡り、高い効率でかつ水圧脈動やキャビテーション等の無い良好な運転が可能となる。 Generally, when the inflow water amount or the discharge water amount is large with a relatively low head, an axial flow or mixed flow type hydraulic machine is used. In the case of this axial flow type or mixed flow type hydraulic machine, if the movable blade structure is designed so that the runner vane angle can be continuously changed, the hydraulic pressure can be increased with high efficiency over a wide range of heads or load ranges. Good driving without pulsation or cavitation becomes possible.
そこで、実際の水力機械の運転に際し、水量や落差に見合った最適のランナベーン角度になるよう調整するために、水力機械には、あらかじめ決められた最適ランナべーン角度となるようにランナベーン角度を調整操作するためのランナベーン操作装置が設けられている。ランナベーン操作装置は、ガイドベーンサーボモータストローク信号とその時の落差の信号を演算し、操作用サーボモータを操作してランナベーンの角度を調整する。 Therefore, in order to adjust the optimum runner vane angle to match the amount of water and the head during actual operation of the hydraulic machine, the runner vane angle is set to the hydraulic machine so that the optimum runner vane angle is determined in advance. A runner vane operating device for adjusting operation is provided. The runner vane operating device calculates a guide vane servo motor stroke signal and a drop signal at that time, and operates the operating servo motor to adjust the runner vane angle.
図6は従来の可動翼型水力機械である斜流水車のカイドベーンおよびランナベーンの操作装置の構成図、図7は従来の可動翼型水力機械である斜流水車のランナベーン操作装置の機構の詳細図である。 FIG. 6 is a configuration diagram of a guide vane and runner vane operating device of a mixed flow turbine that is a conventional movable blade hydraulic machine, and FIG. 7 is a detailed view of a mechanism of a runner vane operating device of a mixed flow turbine that is a conventional movable blade hydraulic machine. It is.
図6において、従来の操作装置は油圧で駆動される。圧油ポンプ1は電動機2により駆動され、集油タンク3の油を加圧送油する。圧油ポンプ1の吐き出し側には、圧油タンク4の油圧により作動するアンローダーパイロットバルブ5によってアンロード状態あるいはオンロード状態に切り換わるアンローダバルブ6が設けられ、圧油タンク4の圧力が規定油圧以上になるとアンローダバルブ6はアンロード状態になり、油圧ポンプ4から吐き出された油は集油タンク3に戻される。このようにして圧油タンク4の油圧は一定圧力範囲内に制御されている。符号1〜6の装置全体が総称して圧油装置である。
In FIG. 6, the conventional operating device is driven hydraulically. The pressure oil pump 1 is driven by an
一方、水車を制御するためにコントロールユニット10が設けられている。コントロールユニット10には、水車回転体(水車発電機25)の回転速度を検出するための速度検出器7からの回転速度信号、起動停止信号、負荷設定信号、速度設定信号等が入力され、このコントロールユニット10からの信号は増幅器11により増幅され、カイドベーン用電気−油圧変換器12に入力され、ガイドベーン用配圧弁13を操作することにより、油圧タンク4の油圧はガイドベーン用サーボモータ9のピストンの開側、あるいは閉側にかかり、ピストンと一体となったピストンロッドをストロークさせることでリンク機構を介してガイドベーン8を開閉して水車への流入水量を調節し、起動、停止、負荷増減、回転数の調節などをする。
On the other hand, a
ガイドベーン用サーボモータ9はカイドベーン8に機械的リンク機構で連結され、ガイドベーン用サーボモータ9のサーボモータストロークに見合った信号は位置変換器15で検出され、コントロールユニット10からの信号と比較されてガイドベーン用サーボモータ9のストロークを調整する信号が増幅器11を介してカイドベーン用電気−油圧変換器12に入力される。
The guide vane servo motor 9 is connected to the guide vane 8 by a mechanical link mechanism, and a signal corresponding to the servo motor stroke of the guide vane servo motor 9 is detected by the
一方、ガイドベーン8の開度とランナべーン14の角度とをあらかじめ設定された関係とするために、ガイドベーン用サーボモータ9のストロークに見合った信号が位置変換器15から演算器16に入力され、また、落差変換器17からの落差信号が演算器16に入力される。演算器16からの出力信号は、位置変換器24からのランナベーン操作用サーボモータ22のストロークと比較され、ランナベーン14が最適角度となるよう演算された信号が増幅器18を介し、ランナべーン用電気−油圧変換器19に入力される。
On the other hand, in order to make the opening degree of the guide vane 8 and the angle of the
これによって、ランナベーン用配圧弁20を操作することにより、圧油タンク4の油圧は、水車軸21内に設けられたランナべーン操作用サーボモータ22にオイルヘッド23から導かれ、給油用および排油用の2種類の圧油導入管を通り、ピストンの開側あるいは閉側にかかる。
As a result, by operating the runner vane
図7はランナベーン操作装置の機構の詳細図であり、図7(a)は縦断面図、図7(b)は横断面図、図7(c)はランナべーン操作用サーボモータ22部分の縦断面図である。ランナベーン操作用サーボモータ22は発電機軸33に取り付けられ、ランナベーン操作用サーボモータ22の複数枚のピストン26は円周方向に作動し、ランナベーン全開または全閉指令時にはストッパ27に到達するまで開側もしくは閉側に回転する。このピストン26の力を回転操作ロッド28およびスライダブロック29、アームを介してランナベーン14に伝える構造となっており、ランナベーン角度はガイドベーン開度および運転落差等に見合った最適な状態に調整される。
7A and 7B are detailed views of the mechanism of the runner vane operating device. FIG. 7A is a longitudinal sectional view, FIG. 7B is a transverse sectional view, and FIG. 7C is a runner vane operating
次に、図8は従来のカプラン水車のランナベーン操作装置の構成図である。図8のランナベーン操作装置は、回転運動を直線運動に変換する役割を担うボールねじ35によって駆動制御される方式である。
Next, FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional runner vane operating device for a Kaplan turbine. The runner vane operating device shown in FIG. 8 is driven and controlled by a
図8において、ランナベーン開度一定運転時は、電動機2は回転していないがランナベーン開閉指令が出ると駆動源である電動機2からの動力は、中空な発電機軸33を貫通している入力軸30に伝達され、太陽歯車や遊星歯車、内歯歯車から成る複数の同期装置部31および減速装置部32を伝わり、発電機軸33の頂部あるいは発電機軸33に隣接固定された中空なケース34内にあるボールねじ35に伝達される。このケース34内にあるボールねじ35により、駆動源である電動機2からの回転運動が往復直線運動に変換され、ランナベーン最終段操作出力軸36に伝達され、ランナベーン角度を制御するランナベーン開閉リンク機構37を操作している。
In FIG. 8, when the runner vane opening degree is constant, the
ここで、油圧シリンダを使用する必要がなく、確実に羽根の取付角度を調節し得るものとして、可変ピッチプロペラ駆動装置として、入力軸を介して電動機に連結された太陽歯車と、太陽歯車噛合して自転しながら太陽歯車の外周を公転する遊星歯車と、遊星歯車と噛合する第3の歯車とからなる歯車列を有し、遊星歯車又は第3の歯車のいずれか一方の歯車を出力軸に連結するとともに、他方の歯車を固定軸と回転主軸との間に介装された変速装置によって駆動し、太陽歯車が停止しているとき、出力軸と回転主軸との回転速度が等しくなるように変速比を選定したものがある(例えば、特許文献1参照)。 Here, there is no need to use a hydraulic cylinder and the blade mounting angle can be adjusted reliably. As a variable pitch propeller drive device, the sun gear meshes with the sun gear connected to the motor via the input shaft. A planetary gear that revolves around the outer periphery of the sun gear while rotating and a third gear that meshes with the planetary gear, and either the planetary gear or the third gear is used as the output shaft. The other gear is driven by a transmission device interposed between the fixed shaft and the rotating main shaft, and when the sun gear is stopped, the rotational speeds of the output shaft and the rotating main shaft are equalized. Some have selected a gear ratio (see, for example, Patent Document 1).
ところが、図6および図7に示したランナベーン操作装置では、シール部が多いためシール部より漏油することがあり、漏油した場合には近隣河川が汚染される。また、特にオイルヘッド部には軸受シール部があるため軸振れ等の影響により、焼付損傷を生じる可能性もある。さらに、軸振れや油圧式回転サーボモータといった構造上の理由により内部漏油量が多いので、油の劣化が早く保守が困難であると共に、サーボ開閉時間が延長化する傾向にあり、ランナベーンの制御精度が悪くなる。また、油圧式回転サーボモータは、図6に示すように付属設備が多数必要であるため保守が困難であり、各々の機器の配置スペースを確保する必要があり建設コスト増大の一因となっている。 However, in the runner vane operating device shown in FIGS. 6 and 7, since there are many seal portions, oil leakage may occur from the seal portions. In particular, since the oil head portion has a bearing seal portion, seizure damage may occur due to the influence of shaft runout or the like. Furthermore, because of the large amount of internal oil leakage due to structural reasons such as shaft runout and hydraulic rotary servo motors, oil deterioration is fast and maintenance is difficult, and the servo opening and closing time tends to be extended, and runner vane control The accuracy becomes worse. Also, the hydraulic rotary servo motor is difficult to maintain because it requires a large number of accessory equipment as shown in FIG. 6, and it is necessary to secure the space for arranging each device, which contributes to an increase in construction cost. Yes.
一方、図8に示したランナベーン装置では、ボールねじ35によって制御される方式であるので、ボールねじ35の製作限界がそのままランナベーン操作装置の製作限界となる。このため、現在では、水車出力約500KW、ねじ軸荷重では約50tonまでが実現可能となっているが、これ以上の出力を満たす水力機械を提供することは困難となっている。すなわち、ねじ軸荷重の大きなボールねじ35を使用するとねじ軸径、ボール径ともに大きくなって軸受けすきまとねじリードも増大するため精度の高いランナベーン開閉制御が難しくなる。
On the other hand, since the runner vane device shown in FIG. 8 is controlled by the
本発明の目的は、油レス化を図りランナベーンの制御精度を向上させることができる水力機械のランナベーン操作装置及び水力機械を提供することである。 The objective of this invention is providing the runner vane operating device and hydraulic machine of a hydraulic machine which can achieve oil-less and can improve the control precision of a runner vane.
本発明の水力機械のランナベーン操作装置は、回転主軸と同心状に配設された出力軸の回転運動をランナベーン最終段操作出力軸の直線運動に変換することによりランナボスに取り付けられたランナベーン角度を変化させるカプラン水車のランナベーン操作装置において、前記回転主軸の発電機軸先端に配置され駆動源からの動力を同期装置部および減速装置部を介して伝達増幅する入力軸と、前記回転主軸の発電機軸と水車軸との間の中間軸内あるいは前記発電機軸内の水車軸側または水車軸内の発電機軸側の回転主軸内に設けられ前記入力軸の回転運動を直線運動に変換するローラねじと、前記ローラねじに連結されランナベーンを開閉駆動するランナベーン最終段操作出力軸とを備えたことを特徴とする。 The runner vane operating device of the hydraulic machine of the present invention changes the runner vane angle attached to the runner boss by converting the rotary motion of the output shaft arranged concentrically with the rotary main shaft into the linear motion of the runner vane final stage operation output shaft. In a runner vane operating device for a Kaplan turbine to be operated, an input shaft disposed at a tip of a generator shaft of the rotating main shaft and transmitting and amplifying power from a driving source through a synchronizer and a speed reducer portion, and the generator shaft and water of the rotating main shaft A roller screw that is provided in a rotation main shaft on the turbine shaft side in the intermediate shaft between the axles or in the generator shaft or on the generator shaft side in the turbine shaft, and that converts the rotational motion of the input shaft into linear motion; and the roller A runner vane last stage operation output shaft connected to the screw and opening and closing the runner vane is provided.
また、本発明の水力機械は、本発明の水力機械のランナベーン操作装置を備えたことを特徴とする。 The hydraulic machine of the present invention is characterized by including the runner vane operating device for the hydraulic machine of the present invention.
本発明によれば、回転式油圧サーボモータを使用せずに水力機械のランナーベーンの角度を変化させることが可能である。これにより、ランナベーン操作装置の油レス化が可能となり、漏油等の事故を防止できるとともに河川の汚染を防ぐことができる。また、ランナベーン最終段操作出力軸を短くすることができるのでねじり量が少なくなり、ランナベーン位置制御の精度が良くなる。その結果、従来よりも安全性が高く無公害であり、かつ補機の簡素化、保守の省力化、信頼性の向上を図った水力機械等のランナベーン操作装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to change the angle of a runner vane of a hydraulic machine without using a rotary hydraulic servomotor. As a result, the runner vane operating device can be made oil-free, accidents such as oil leakage can be prevented, and river pollution can be prevented. In addition, since the runner vane final stage operation output shaft can be shortened, the torsion amount is reduced and the accuracy of the runner vane position control is improved. As a result, it is possible to provide a runner vane operating device such as a hydraulic machine that is safer and pollution-free than before, and that simplifies auxiliary equipment, saves maintenance, and improves reliability.
一方、ローラねじを使用したランナベーン操作装置の場合には、ねじ軸荷重限界が従来使用していたボールねじより大きく取れるので、水車出力20000KW程度のカプラン水車を提供することができる。 On the other hand, in the case of a runner vane operating device using a roller screw, the screw shaft load limit can be made larger than that of a conventionally used ball screw, so that a Kaplan turbine with a turbine output of about 20000 KW can be provided.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係わるランナベーン操作装置の断面図である。この第1の実施の形態は、斜流型の水力機械(斜流水車)に適用されるランナベーン操作装置を示している。斜流水車に適用されるランナベーン操作装置は、回転主軸と同心状に配設された出力軸を相対的に回転させることによりランナボスに取り付けられたランナべーンの角度を変化させるものである。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional view of a runner vane operating device according to a first embodiment of the present invention. This 1st Embodiment has shown the runner vane operating device applied to a mixed flow type hydraulic machine (mixed flow water turbine). The runner vane operating device applied to the mixed-flow turbine changes the angle of the runner vane attached to the runner boss by relatively rotating an output shaft disposed concentrically with the rotating main shaft.
図1において、回転主軸は水車軸21と発電機軸33とからなり、入力軸42は発電機軸33の先端に配置され、駆動源である電動機2からの動力が減速機43および作動装置41を介して入力軸42に伝達増幅される。多段遊星歯車減速機40は、入力軸42の回転速度を減速するものであり、回転主軸の発電機軸33と水車軸21との間の中間軸39内に設けられる。なお、多段遊星歯車減速機40は発電機軸33内の水車軸21側または水車軸21内の発電機軸側の回転主軸内に設けるようにしてよい。多段遊星歯車減速機40にはランナベーン最終段操作出力軸36が連結され、ランナボス38に取り付けられたランナベーン14を開閉駆動する。ランナベーン操作用最終段出力軸36は、中空となっている水車軸21を貫通するような構造となっており、多段遊星歯車減速機40の最終太陽歯車または遊星歯車枠と、ランナベーン操作用最終段出力軸36とをスプライン44によって締結している。
In FIG. 1, the rotating main shaft is composed of a
すなわち、下端にはランナボス38を一休的に装着した水車軸21が軸受によって回転自在に支持されている。また、水車軸21は中空状に形成されており、この水車軸21内にランナベーン最終段操作出力軸36が回転可能な状態で同心上に配設されている。ランナボス38には放射方向に複数枚のランナベーン14が取り付けられており、その各ランナベーン14に接続しているランナベーンアームがランナベーン最終段操作出力軸36とキーにより固定されているスパイダとランナボス内で連結部材により締結されている。そのため、ランナベーン最終段操作出力軸36が回動することによって、ランナベーン14の取付角度を変化させることができる。
That is, the
水車軸21の頂端部には、水車軸同様に中空な中間軸39が設置されており、中間軸内には、多段遊星歯車減速機40が装着されている。また、多段遊星歯車減速機40内は、水車軸21とランナベーン最終段操作出力軸36との間に間隙があり、この間隙には、後述の発電機軸33の先端に配置されている差動装置41の潤滑油と共通の潤滑油が充填されている。多段遊星歯車減速機40の入力軸42は、カップリングおよび差動装置41、さらに減速機43を介して電動機2に連結されている。
A hollow
また、水車出力または運転落差が一定である時は、電動機2は必要なトルクは出しているものの回転不作動状態にあり、この場合は、差動装置41の出力軸が回転主軸と同一速度で回転し、回転主軸に取り付けられたランナベーン14の取り付け角度が所定値に維持される。一方、負荷調整すなわちランナベーン14の開閉を行う場合には、電動機2が駆動し、作動装置41の出力軸とこれに連結した多段遊星歯車減速機40の入力軸42と回転主軸との間の相対的回転速度が変わる。つまり、入力軸42の変化した回転速度が多段遊星歯車減速機40を介してランナベーン最終段操作出力軸36に伝えられると、ランナベーン最終段操作出力軸36と水車軸21とは非同期となりランナベーン14は開閉される。
In addition, when the turbine output or the driving head is constant, the
第1の実施の形態によれば、ランナベーン操作装置として、ランナベーン操作用電動機出力軸の回転トルクを多段遊星歯車減速機40にて増幅し、ランナベーン回転トルクとして伝達する機構としたことにより、ランナベーン操作装置の油レス化を実現することができる。従って、従来の油圧式回転サーボ方式のランナベーン操作装置で問題となっていた河川への油の流出による環境汚染を防止できるとともに、従来の油圧回転サーボ方式のランナベーン操作装置に比べて、小型かつ構成部品点数も少なくなり、多段遊星歯車減速機40が水車ピット内に位置させることができるので故障時の対応が容易になり、保守作業の省力化が図れる。
According to the first embodiment, as the runner vane operating device, the rotation torque of the output shaft of the runner vane operating motor is amplified by the multistage
さらに、ランナベーン操作用最終段出力軸36は、中空となっている水車軸21を貫通するような構造となっているため、多段遊星歯車減速機40の最終太陽歯車または遊星歯車枠と、ランナベーン操作用最終段出力軸36とをスプライン44によって締結することにより、カップリング方式を採用した場合に比べ、締結部の寸法が小さくなり、組立時の作業性がよくなる。また、締結部の寸法が小さいので、中空な水車軸21の最外径も小さくなり水車軸21の重量が減少するため、水車軸のコスト削減を図ることができる。
Furthermore, since the runner vane operation final
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態に係わるランナベーン操作装置の断面図である。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態に対し、多段遊星歯車減速機40をランナボス38内に配置したものである。図1と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view of a runner vane operating device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a multi-stage
図2に示すように、多段遊星歯車減速機40は、ランナボス38内に設置してあるので、ランナベーン最終段操作出力軸36が第1の実施の形態に比べて短くなり、また、中間軸39も配設する必要がなくなる。
As shown in FIG. 2, the multi-stage planetary
ここで、ランナベーン最終段操作出力軸36の伝達トルクをM、ランナベーン最終段操作出力軸36の長さをL、せん断弾性係数をG、断面2次極モーメントをIとすると、ランナベーン最終段操作出力軸36のねじり角ψは、(1)式で表すことができる。
Here, if the transmission torque of the runner vane final stage
ψ=ML/GI …(1)
従って、ランナベーン最終段操作出力軸の長さLが小さくなると、(1)式より明らかなように、ねじり角ψの値が小さくなるので、ランナベーン14の位置を精度良く制御することが可能となり、従来より信頼性の高いランナベーン操作装置を提供することができる。
ψ = ML / GI (1)
Therefore, when the length L of the runner vane final stage operation output shaft is reduced, the value of the torsion angle ψ is reduced as apparent from the equation (1), so that the position of the
また、多段遊星歯車減速機40をランナボス38内に配置したことにより、発電機軸33および水車軸21を貫通する穴は、第1の実施の形態の場合と異なり、入力軸42が通るための貫通穴径を小さくできるので、発電機軸33の径および水車軸21の径を細くすることも可能である。
Further, since the multi-stage planetary
第2の実施の形態によれば、ランナベーン最終段操作出力軸36を短くでき、中間軸39も配設する必要がなくなる。また、ランナベーン14の位置を精度良く制御することが可能となり、発電機軸33の径および水車軸21の径も細くできる。
According to the second embodiment, the runner vane final stage
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。図3は、本発明の第3の実施の形態に係わるランナベーン操作装置の断面図である。この第3の実施の形態は、カプラン型の水力機械(カプラン水車)に適用されるランナベーン操作装置を示している。カプラン水車に適用されるランナベーン操作装置は、回転主軸と同心状に配設された出力軸の回転運動をランナベーン最終段操作出力軸の直線運動に変換することによりランナボスに取り付けられたランナベーン角度を変化させるものである。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view of a runner vane operating device according to the third embodiment of the present invention. This third embodiment shows a runner vane operating device applied to a Kaplan type hydraulic machine (Kaplan turbine). The runner vane operating device applied to the Kaplan turbine changes the runner vane angle attached to the runner boss by converting the rotary motion of the output shaft arranged concentrically with the rotating main shaft into the linear motion of the runner vane final stage operation output shaft. It is something to be made.
図3において、回転主軸は水車軸21と発電機軸33とからなり、入力軸30は発電機軸33の先端に配置され、駆動源である電動機2からの動力を同期装置部31および減速装置部32を介して伝達増幅する。回転主軸の発電機軸33と水車軸21との間の中間軸34内にはローラねじ45が設けられ、入力軸30の回転運動を直線運動に変換する。なお、ローラねじ45は発電機軸33内の水車軸21側または水車軸21内の発電機軸側の回転主軸内に設けるようにしてもよい。ローラねじ45にはランナベーン最終段操作出力軸36が連結され、ランナボス38に取り付けられたランナベーン14を開閉駆動する。
In FIG. 3, the rotation main shaft is composed of a
すなわち、下端には、ランナボス38を一体的に装着したランナベーン最終段操作出力軸36が軸受によって回転自在に支持されている。ランナボス38には、第1の実施の形態と同様に複数のランナベーン14が取り付けられている。各ランナベーン14の支持軸はランナボス38内で軸支されており、支持軸を回動させることにより、ランナベーン14の取付角度を変化させることができる。
In other words, the runner vane final stage
一方、水車軸21は中空状に形成され、この水車軸21内にランナベーン最終段操作出力軸36が軸方向にのみ移動可能に配設されている。このランナベーン最終段操作出力軸36の下端に固着されたアームがリンクおよびレバー機構を介してランナベーン14の各支持軸に連結されている。従って、ランナベーン最終段操作出力軸36を軸方向に往復運動させることによって、リンクおよびクロスヘッド等から成るランナベーン開閉機構37を駆動して、各ランナベーン14の取付角度を変化させることができる。
On the other hand, the
ランナベーン最終段操作出力軸36の頂端部には、ローラねじ45が装着されており、ローラねじ45への入力軸30がカップリングおよび減速装置部32および同期装置部31を介して、駆動原である電動機2に連結されている。
A
第3の実施の形態によれば、駆動源である電動機2の回転運動をランナベーン操作用最終段出力軸36の往復直線運動に変換する装置として、ボールねじではなくローラねじ45を使用しているので、高定格荷重および高剛性が得られる。すなわち、ローラねじ45は、ねじ軸とナットとの間にローラがかみ合っているため接触点が多く高定格荷重および高剛性を有する。従って、ローラねじ45を使用することにより、ねじ軸荷重限界を約200tonまで引き伸ばすことができ、その結果、水車出力20000KW程度のカプラン水車を提供することが可能となる。また、小リードのローラねじ45を使用すると開閉指令値に対するオーバーシュートの小さな精度の高い制御が可能となる。
According to the third embodiment, a
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。図4は、本発明の第4の実施の形態に係わるランナベーン操作装置の断面図である。この第4の実施の形態は、第3の実施の形態に対し、ローラねじ45をランナボス38内に配置したものである。図3と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a sectional view of a runner vane operating device according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the
図4において、ローラねじ45はランナボス38内に設置されており、ランナベーン最終段操作出力軸36が第3の実施の形態に比べて短くなっている。また、中間軸34も配設する必要がなくなる。
In FIG. 4, the
ここで、ランナベーン最終段操作出力軸36の長さをL、駆動源である電動機2のローラねじ45により直線運動に変換された後の軸方向成分の荷重をP、ランナベーン最終段操作出力軸36の変形量をλ、断面積をA、縦弾性係数をEとすると、ランナベーン最終段操作出力軸36の変形量λは(2)式で与えられる。
Here, the length of the runner vane final stage
λ:PL/EA …(2)
従って、(2)式よりランナベーン最終段操作出力軸36の長さLが小さくなると、ランナベーン最終段操作出力軸36の変形量λが小さくなるので、ランナベーン14の位置を精度良く制御することが可能となり、従来より信頼性の高いランナベーン操作装置を提供することができる。
λ: PL / EA (2)
Accordingly, when the length L of the runner vane final stage
第4の実施の形態によれば、ランナベーン最終段操作出力軸36を短くでき、中間軸39も配設する必要がなくなる。また、ランナベーン14の位置を精度良く制御することが可能となる。
According to the fourth embodiment, the runner vane final stage
図5は、本発明の第3の実施の形態および第4の実施の形態で使用しているローラねじ45の説明図であり、図5(a)は断面図、図5(b)は平面図である。ねじ軸46にはピッチが0.4〜0.7mm、条数が4、5または6条で、ねじ山の角度が90°の三角ねじが加工されており、ナット47は内側にねじ軸46と同一形状で、ねじが加工されている。また、ねじ山の角度が90°の三角ねじが1条で加工されているローラ48は、ねじ軸46とナット47との間を回転する。ローラ48のねじ溝形状は高定格および高剛性を得るために曲面となっており、リード角はローラ48が回転した際に、軸方向に移動しないようナット47と同一にしてある。
FIG. 5 is an explanatory view of a
ガイドリング49の穴には、ローラ48の端部が入り、ローラ48が常に等間隔になるように保持され、さらにスプリング50によって外れないようになっている。また、ローラ48の回転運動を正確にするため、ナット47にピン51で固定された内歯歯車52とローラ48両端の歯車がかみ合っている。ねじ軸46とナット47との間にローラ48がかみ合っているため接触点を多く取れるので高荷重を得ることができる。
The end of the
1…油圧ポンプ、2…電動機、3…集油タンク、4…圧油タンク、5…アンローダパイロットバルブ、6…アンローダバルブ、7…速度検出器、8…ガイドベーン、9…ガイドベーン用サーボモータ、10…コントロールユニット、11…増幅器、12…ガイドベーン用電気−油圧変換器、13…ガイドベーン用配圧弁、14…ランナベーン、15…位置変換器、16…演算器、17…落差変換器、18…増幅器、19…ランナベーン用電気−油圧変換器、20…ランナベーン用配圧弁、21…水車軸、22…ランナベーン操作用サーボモータ、23…オイルヘッド、24…位置変換器、25…水車発電機、26…ピストン、27…ストッパ、28…回転操作ロッド、29…スライダブロック、30…入力軸、31…同期装置部、32…減速装置部、33…発電機軸、34…中間軸、35…ボールねじ、36…ランナベーン最終段操作出力軸、37…ランナベーン開閉機構、38…ランナボス、39…中間軸、40…多段遊星歯車減速機、41…作動装置、42…入力軸、43…減速機、44…スプライン、45…ローラねじ、46…ねじ軸、47…ナット、48…ローラ、49…ガイドリング、50…スプリング、51…ピン、52…内歯歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydraulic pump, 2 ... Electric motor, 3 ... Oil collection tank, 4 ... Pressure oil tank, 5 ... Unloader pilot valve, 6 ... Unloader valve, 7 ... Speed detector, 8 ... Guide vane, 9 ... Servo motor for guide vane DESCRIPTION OF
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN103122823A (en) * | 2013-03-04 | 2013-05-29 | 金文奎 | Water turbine blade internal energy drive adjusting structure |
CN103470429A (en) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 杭州三汇水电设备有限公司 | Kaplan turbine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06175733A (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-24 | Toshiba Eng Co Ltd | Synchronizing device |
JPH1037839A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toshiba Eng Co Ltd | Controllable pitch propeller-driving device |
-
2010
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06175733A (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-24 | Toshiba Eng Co Ltd | Synchronizing device |
JPH1037839A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toshiba Eng Co Ltd | Controllable pitch propeller-driving device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103122823A (en) * | 2013-03-04 | 2013-05-29 | 金文奎 | Water turbine blade internal energy drive adjusting structure |
CN103122823B (en) * | 2013-03-04 | 2015-12-02 | 金文奎 | Adjust structure can be driven in hydraulic turbine blades |
CN103470429A (en) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 杭州三汇水电设备有限公司 | Kaplan turbine |
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