JP2534738B2 - 水車調速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水車調速機に係り、特にガイドベーンの緩閉
鎖機構の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、水車のガイドベーンは、水車の回転速度を一
定に保ったり、あるいは出力を調整するため、水車調速
機により開閉制御される。

第２図はこの種の従来の水車調速機を示すもので、現
状の水車の回転速度、ガイドベーン開度が検知され、そ
の信号がアクチュエータ１およびレギュレータ２に入力
されると、適正ガイドベーン開度が演算され、これに対
応する信号がレギュレータ２からアクチュエータ１に出
力される。このため、その信号に対応してコンバータ３
が動作し、圧油の流れを、配圧弁４を介してサーボモー
タ５の開側ポート5aあるいは閉側ポート5bにコントロー
ルする。

サーボモータ５は、このような配圧弁４の動きに応じ
て開操作あるいは閉操作され、それに連動してガイドベ
ーンも開操作あるいは閉操作されるが、このサーボモー
タ５の動作量を、アクチュエータ１ひいてはレギュレー
タ２へフィードバックする方法として、例えば、サーボ
モータ５に取付けたレターンポスト６とレターンシャフ
ト７に取付けた扇形アーム８との間を、所要数の滑車９
を介してワイヤロープ10で接続することが行なわれる。
レターンシャフト７にはまた、第２図に示すように別の
扇形アーム11が取付けられ、この扇形アーム11には、ワ
イヤロープ10に常に張力を与えるよう、ワイヤ12を介し
てウェイト13が取付けられる。

また、レターンシャフト７の他端側には、第２図に示
すようにカム14が取付けられ、このカム14は、ガイドベ
ーン閉操作時にサーボモータ５に連動して回動し、サー
ボモータ５の開度が緩閉鎖の動作開度になると、カム14
により緩閉鎖配圧器15が切換わり、サーボモータ５の開
側ポート5aからの排油は、サーボモータ５と配圧弁４と
の間に位置する緩閉鎖弁16により絞られる。このため、
流量小となってサーボモータ５の閉鎖速度が遅くなり、
第３図に示す実線グラフのようなガイドベーンの閉鎖特
性が得られる。

一般に、ガイドベーン閉鎖時間をTc、ガイドベーン開
閉操作時に圧力波が水圧鉄管を往復する時間をTr,管路
長をL,ガイドベーン閉鎖前の管路流速をV,重力加速度を
g,係数をＫとすると、Tc＞Trの場合の水圧変動ΔＨは、 で表わされる。

前記（１）式からも明らかなように、ガイドベーンの
閉鎖時間Tcが小さい程、換言すればガイドベーンを急閉
鎖する程、水圧変動ΔＨ、すなち鉄管の水圧上昇は大き
くなる。したがって、第３図に示す実線グラフのよう
に、ガイドベーンを緩閉鎖させることにより、ガイドベ
ーン閉鎖時間Tcが大きな値となって水圧変動ΔＨが小さ
な値に抑えられるので、緩閉鎖機構が有効であることが
判る。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、可逆ポンプ水車のように発電，揚水両方向運
転を行ない、どちらかというと振動の生じ易い水力機械
あるいは落下変動の大きな水力機械において、原動機で
ある水車に振動が起こると、振動は、上カバー，ガイド
ベーン開閉機構部品等を介してサーボモータ５へ伝達さ
れ、さらにレターンポスト６を介してワイヤロープ10に
伝達される。すると、第４図に示すように隣接する滑車
９間でワイヤロープ10が共振し、滑車９との摺り合わせ
を継続すると、ワイヤロープ10の素線が摩滅，切断して
ついにはワイヤロープ10が切断されることがある。

ワイヤロープ10が切断されると、レターンシャフト７
はウエイト13の自重によるモーメントで回動し、カム14
が全開位置となって緩閉鎖配圧器15も全開位置に保持さ
れるため、緩閉鎖弁16はスプリング17により開位置に保
持され、サーボモータ５から配圧弁４への油の流れは、
この緩閉鎖弁16で絞られない状態となる。

一方、レターンシャフト７の動きは、レギュレータ２
側へ同時にフィードバックされ、ガイドベーンは全開状
態にあるとの信号が入力されるため、ワイヤロープ10切
断前のガイドベーン開度に戻すべくガイドベーン閉指令
が出される。ところが、ワイヤロープ10が切断されてい
るため、サーボモータ５の動作量のフィードバックはア
クチュエータ１側，レギュレータ２側へはなされず、し
たがってさらに閉指令が出され続ける。このため、第３
図に破線グラフで示すように、急な閉鎖速度でガイドベ
ーンが閉鎖される。

すなわち、サーボストロークａの時点でワイヤロープ
10が切断されると、本来であれば閉鎖時間Tc′で閉鎖す
るところ、閉鎖時間Tc″で閉鎖することになるため、鉄
管水圧は異常上昇を起こし、鉄管、ケーシング破損とい
う危険な状態につながるおそれがある。

ところで従来の水車調速機においてこのような不具合
が生じるのは、緩閉鎖配圧器を操作するカム機構をレタ
ーンシャフトに設け、サーボモータの動作を間接的にカ
ム機構に伝達して駆動しているからであることがわかっ
た。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、
ワイヤロープの切断等が生じた場合でも、確実にサーボ
モータを緩閉鎖することができる水車調速機を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、サーボモータとアクチュエータの配圧弁へ
の排油量を絞り制御する緩閉鎖弁を操作するカム機構と
を有する水車調速機であって、サーボモータとカム機構
との間に、サーボモータの動作で直接カム機構を操作す
る機械的な連動機構をサーボモータの動作量をアクチュ
エータのレターンシャフトに伝達する伝達機構とは別個
独立に設けるようにしたことを特徴とする。

（作用） 本発明に係る水車調速機においては、緩閉鎖配圧器を
操作するカム機構が、機械的な連動機構により、サーボ
モータの動作で直接操作される。このため、サーボモー
タの動作量をアクチュエータのレターンシャフトに機械
的に伝達する伝達機構等が損傷した場合でも、確実にサ
ーボモータを緩閉鎖することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において符号１はアクチュエータ、符号２はレ
ギュレータであり、このレギュレータ２は、コンバータ
３を介して配圧弁４に接続され、配圧弁４を切換制御す
るようになっている。この配圧弁４には、第１図に示す
ように圧油タンク20が接続されており、この圧油タンク
20は配圧弁４を介しサーボモータ５の開側ポート5aある
いは閉側ポート5bに接続されている。

サーボモータ５と配圧弁４との間には、第１図に示す
ようにガイドベーン閉操作時にサーボモータ５の開側ポ
ート5aから配圧弁４に排油される油量を絞り制御する緩
閉鎖弁16が配されており、この緩閉鎖弁16は、内蔵する
スプリング17の付勢力により、通常は絞りを行なわない
側に切換えられている。

一方サーボモータ５の近傍位置には、第１図に示すよ
うに緩閉鎖弁16を開閉制御する緩閉鎖配圧器15が設けら
れており、この緩閉鎖配圧器15は、カム14の回動により
切換えられるようになっている。このカム14は、第１図
に示すようにサーボモータ５にリンク機構21を介して連
結され、サーボモータ５の動作で直接駆動されるように
なっている。

サーボモータ５にはまた、第１図に示すように、レタ
ーンポスト６が設けられており、またアクチュエータ１
のレターンシャフト７には、扇形アーム8,11がそれぞれ
設けられている。そしてレターンポスト６と一方の扇形
アーム８とは、所要数の滑車９に巻掛けて配したワイヤ
ロープ10を介して連結され、このワイヤロープ10を介し
てサーボモータ５の動作量がアクチュエータ１ひいては
レギュレータ２にフィードバックされるようになってい
る。他方の扇形アーム11には、第１図に示すようにワイ
ヤ12を介してウェイト13が取付けられ、ワイヤロープ10
に常に一定の張力を与えるようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

ガイドベーンの閉操作時にサーボモータ５の開側ポー
トから配圧弁４に排油される油量を絞り制御する緩閉鎖
弁16は、緩閉鎖配圧器15を介し圧油タンク20から供給さ
れる圧油により開閉操作される。この緩閉鎖弁16の切換
点は、カム14を回転方向にずらせたり、あるいは緩閉鎖
弁16のストッパ位置を調節することにより、自由に調整
される。

ところで、ワイヤロープ10が、第３図に示すサーボス
トロークａの状態で欠損すると、ウェイト13は下がり、
調速機は開き勝手となる。すると、レギュレータ２から
閉信号が発せられ、コンバータ３の下げ動作に応じて配
圧弁４は最大限に下がり、第一段閉鎖速度でサーボモー
タ５が急閉鎖動作を行なう。

サーボモータ５の開度が緩閉鎖の動作速度になると、
カム14により緩閉鎖配圧器15が切換わり、圧油タンク20
からの圧油により緩閉鎖弁16が動作してサーボモータ５
の開側ポート5aからの排油が絞られ、第二段閉鎖速度に
よりサーボモータ５が閉動作する。

なお、主として、第一段閉鎖速度は主機回転上昇を抑
制し、第二段閉鎖速度は鉄管の水圧上昇を抑制する意味
合いがあり、サーボモータ５の動作で直接操作されるカ
ム14により緩閉鎖配圧器15が操作されるので、確実にガ
イドベーンが緩閉鎖される。

なお前記実施例では、ワイヤロープ10の欠損の場合に
ついて説明したが、これに限らず、あらゆる閉動作にお
いて、緩閉鎖弁16を確実に動作させることができる。ま
た、サーボモータ５の動作で直接カム14を操作する機構
はリンク機構21に限らず、他の機械的な連動機構でもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、緩閉鎖配圧器を操作す
るカム機構が、機械的な連動機構によりサーボモータの
動作で直接操作されるようになっているため、サーボモ
ータの動作量をアクチュエータのレターンシャフトに機
械的に伝達する伝達機構等が損傷した場合でも、サーボ
モータを確実に緩閉鎖することができる。このため、水
圧上昇による鉄管等の破損や回転上昇による主機への悪
影響等の心配がなくなり、水力機械の信頼性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す水車調速機の系統図、
第２図は従来の水車調速機を示す系統図、第３図はガイ
ドベーンの閉鎖特性図、第４図はワイヤロープの特性を
示す説明図である。 １……アクチュエータ、２……レギュレータ、４……配
圧弁、５……サーボモータ、5a……開側ポート、７……
レターンシャフト、10……ワイヤロープ、14……カム、
15……緩閉鎖配圧器、16……緩閉鎖弁、21……リンク機
構。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータの動作量をアクチュエータの
   レターンシャフトに機械的に伝達する伝達機構と、前記
   レターンシャフトの変位量が電気信号に変換されてフィ
   ードバックされるレギュレータと、このレギュレータに
   より切換制御されるアクチュエータの配圧弁と、この配
   圧弁と前記サーボモータとの間に設けられガイドベーン
   閉操作時にサーボモータ開側ポートから配圧弁に排油さ
   れる油量を絞り制御する緩閉鎖弁と、この緩閉鎖弁を開
   閉制御する緩閉鎖配圧器と、この緩閉鎖配圧器を操作す
   るカム機構とを具備する水車調速機において、前記サー
   ボモータとカム機構とはリンク機構を介して互いに連結
   され、サーボモータの直線運動によりカム機構が直接作
   動されることを特徴とする水車調速機。