JP6481352B2 - ガイドベーンキー引き抜き工具 - Google Patents

Description

本発明は、水力発電用水車に用いられるガイドベーンにおけるガイドベーンスピンドルと、ガイドベーンスピンドルと一体に回動するガイドベーンアームとの回り止めに用いられるガイドベーンキーを、キー溝から引き抜くガイドベーンキー引き抜き工具に関する。

中落差の水力発電に好適なフランシス水車は、導水管の下端に接続されて導水管からの流水を受ける渦巻状のケーシングと、流水のエネルギーを回転エネルギーに変換して主軸に回転力を伝達するランナと、ケーシングに供給される流水を効率よく加速してランナへ供給するように環状に配列された複数の可動式のガイドベーンと、ガイドベーンを一斉に揺動させて水口開度を可変するガイドベーン開度調節機構と、ランナを通過して軸方向に流出する水の流速を漸減して放水口へ導くドラフト管と、を備えている。

ガイドベーン開度調節機構は、例えば、駆動源の動きを円周方向の動きに変換するガイドリングと、ガイドリングに偏芯ピンを介して一端部が連結されたメガネリンクと、このメガネリンクの他端部に弱点ピンを介して連結されたガイドベーンアームと、を備える。ガイドベーンアームは、その揺動中心において、ガイドベーンの羽根部と一体となったガイドベーンスピンドルの上部に固定されている。したがって、ガイドリングが円周方向に回動することで、偏芯ピン、メガネリンク及び弱点ピンを介して、ガイドベーンアームは、その揺動中心を中心にして揺動する。この揺動に伴って、ガイドベーンは一斉に揺動して水口を開閉する（特許文献１参照）。

また、ガイドベーンスピンドル及びガイドベーンアームには、キー溝が設けられている。両キー溝に跨がって、ガイドベーンキーを嵌合させることにより、ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの回り止めが行われる。水力発電所において水車の分解作業時には，ガイドベーンキーを引き抜いて、ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとを分解して、メンテナンスを行っている。ガイドベーンキーの引き抜きには、特殊な工具が必要であり，例えばネジを締めこむことによりガイドベーンキーを引き抜いている。

特開２０１１−２５６７５１号公報

しかし、特殊な工具による分解作業には、高度な技術及び技能が必要であり、また、長い作業時間を要している。また、発電所ごとでガイドベーンキーの形状及び寸法が異なっていることが多いが，その場合、適合する工具を十分に用意することが困難であり、作業効率が低い。

本発明は、複数種類の形状、寸法などを有するガイドベーンキーに適合が容易であると共に、ガイドベーンキーを容易にキー溝から引き抜くことができるガイドベーンキー引き抜き工具を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るガイドベーンキー引き抜き工具は、ガイドベーンスピンドルと、前記ガイドベーンスピンドルと一体に回動するガイドベーンアームとの回り止めに用いられるガイドベーンキーを、前記ガイドベーンスピンドルのキー溝及び前記ガイドベーンアームのキー溝から引き抜くガイドベーンキー引き抜き工具であって、前記ガイドベーンキーは、前記キー溝に挿入されるキー本体部と、前記キー本体部から突出するキー頭部と、を有し、前記ガイドベーンスピンドル又は前記ガイドベーンアームの上面と、前記キー頭部の下面との間に挿入される一対のフォークと、前記一対のフォークを上下に移動させるフォーク移動機構と、前記一対のフォークの間隔を調整する間隔調整機構と、を備える、ガイドベーンキー引き抜き工具に関する。

（２）前記フォーク移動機構は、油圧ジャッキにより構成されることが好ましい。

本発明によれば、複数種類の形状、寸法などを有するガイドベーンキーに適合が容易であると共に、ガイドベーンキーを容易にキー溝から引き抜くことができるガイドベーンキー引き抜き工具を提供することができる。

水力発電用のフランシス水車の一部を示す斜視図である。 ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所の分解斜視図である。 ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所について、ガイドベーンキーを引き抜く前の状態を示す斜視図である。 図３の平面図である。 ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所について、ガイドベーンキーを引き抜いた後の状態を示す斜視図である。 幅が太いキー本体部を有するガイドベーンキーを引き抜く前の状態を示す平面図である（図４対応図）。

以下、本発明の実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１について、図面を参照しながら説明する。図１は、水力発電用のフランシス水車の一部を示す斜視図である。図２は、ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所の分解斜視図である。図３は、ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所について、ガイドベーンキーを引き抜く前の状態を示す斜視図である。図４は、図３の平面図である。図５は、ガイドベーンスピンドルとガイドベーンアームとの固定箇所について、ガイドベーンキーを引き抜いた後の状態を示す斜視図である。図６は、幅が太いキー本体部を有するガイドベーンキーを引き抜く前の状態を示す平面図である（図４対応図）。

まず、本発明の実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１が用いられる、水力発電用のフランシス水車について説明する。
図１に示すように、フランシス水車６は、ケーシング（不図示）と、主軸７３と、流水のエネルギーを回転エネルギーに変換して主軸に回転力を伝達するランナ６４と、主軸７３を中心としてその周囲に環状に配列された複数のガイドベーン６１と、ガイドベーン６１の水口開度を調節するためのガイドベーン開度調節機構６２と、を備える。

ガイドベーン６１は、ケーシングに供給される流水を効率よく加速してランナ６４へ供給するように環状に配列された可動式のものである。本実施形態においては、ガイドベーン６１は、中心角２０度の間隔で１８枚設けられている。ガイドベーン６１は、回転伝達軸であるガイドベーンスピンドル６１ａと、ガイドベーンスピンドル６１ａの下部に一体に固定される羽根部６１ｂと、を備える。羽根部６１ｂは、ガイドベーンスピンドル６１ａの軸方向に対して直交する方向に、一方向のみに延びている。

ガイドベーン開度調節機構６２は、ガイドベーン６１を一斉に揺動させて水口開度を可変する。ガイドベーン開度調節機構６２は、平面視で複数のガイドベーン６１を囲むように配置されたガイドリング６３と、コネクティングロッド６５と、操作リンクピン６６と、偏芯ピン６７と、メガネリンク６８と、弱点ピン６９と、ガイドベーンアーム７０と、ガイドベーン押え板７１（図２、図３参照）と、を備える。

ガイドベーン開度調節機構６２は、リンク機構を介してガイドリング６３の回動力をガイドベーン６１に伝達することで、ガイドベーン６１の羽根部６１ｂを開閉して水車内での流量を調整又は遮断する。具体的には、サーボモータ（不図示）からの動きを伝達するコネクティングロッド６５の先端部は、操作リンクピン６６を介してガイドリング６３に連結される。ガイドリング６３に固着された偏芯ピン６７に、メガネリンク６８の一端部は連結される。メガネリンク６８の他端部は、弱点ピン６９を介してガイドベーンアーム７０に連結される。主軸７３の回転中心とガイドリング６３の中心とは一致している。

図２に示すように、ガイドベーンスピンドル６１ａは、その外周部にその上端面から下方に向けて延びる第１キー溝６１ｃを備える。ガイドベーンアーム７０は、ガイドベーンスピンドル６１ａが嵌入される嵌入孔７０ｂを備える。ガイドベーンアーム７０は、嵌入孔７０ｂに、上端面から下方に向けて延びる第２キー溝７０ａを備える。ガイドベーンアーム７０の嵌入孔７０ｂにガイドベーンスピンドル６１ａが嵌入された状態において、ガイドベーンスピンドル６１ａの上端面とガイドベーンアーム７０の上端面とは一致する。この状態において、第１キー溝６１ｃと第２キー溝７０ａとは、対向して配置される。

ガイドベーンキー７４は、ガイドベーンスピンドル６１ａとガイドベーンアーム７０との回り止め及び位置決めに用いられるキーである。
ガイドベーンキー７４は、キー溝７５（後述）に挿入されるキー本体部７４ａと、キー本体部７４ａから突出するキー頭部７４ｂと、を備える。キー頭部７４ｂは、キー本体部７４ａの上部からキー本体部７４ａが延びる方向（上下方向）に対して直交する方向（横方向）の両方向に、突出している。

ガイドベーン押え板７１は、ガイドベーンスピンドル６１ａの上端面とガイドベーンアーム７０の上端面とを跨がって、両上端面を覆って押さえる板部材である。ガイドベーン押え板７１は、矩形の第３キー溝７１ａを備える。ガイドベーン押え板７１は、ガイドベーンアーム７０の嵌入孔７０ｂにガイドベーンスピンドル６１ａが嵌入された状態において、ガイドベーンスピンドル６１ａの上端面にボルト（不図示）によって固定されている。この状態において、第３キー溝７１ａは、第１キー溝６１ｃと第２キー溝７０ａとが対向して配置されて形成される矩形孔に、上下方向に一致する。第１キー溝６１ｃと第２キー溝７０ａと第３キー溝７１ａとから、ガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａが嵌入（挿入）されるキー溝７５が形成される。キー溝７５にガイドベーンキー７４が嵌入された状態において、ガイドベーンアーム７０は、ガイドベーンスピンドル６１ａと一体に回動する。

サーボモータ（不図示）は、調速機（不図示）からの指令によってコネクティングロッド６５を往復動させるように回転力を発生させる。サーボモータ（不図示）は、コネクティングロッド６５を介してガイドリング６３に接続されている。ガイドリング６３におけるコネクティングロッド６５が接続された箇所は、動力伝達部位である。

したがって、サーボモータの駆動によりコネクティングロッド６５が往復動すると、その直線駆動力が操作リンクピン６６を介してガイドリング６３に伝達される。そして、ガイドリング６３は回動する（揺動する）。そして、ガイドリング６３の円周方向の回動変位は、偏芯ピン６７、メガネリンク６８、弱点ピン６９からなるリンク機構、及びガイドベーンアーム７０を介して、ガイドベーンスピンドル６１ａに伝達する。これにより、ガイドベーン６１の羽根部６１ｂは一斉に揺動されて、水口開度は可変する。このように、水車のランナ側へ流れる水流は制御（調整又は遮断）される。

次に、本実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１の詳細について説明する。図３〜図５に示すように、ガイドベーンキー引き抜き工具１は、ガイドベーンキー７４をキー溝７５（ガイドベーンスピンドル６１ａの第１キー溝６１ｃ、ガイドベーンアーム７０の第２キー溝７０ａ、ガイドベーン押え板７１の第３キー溝７１ａ）から引き抜く工具である。
ガイドベーンキー引き抜き工具１は、一対のフォーク２，２と、一対のフォーク２，２を上下に移動させるフォーク移動機構３と、一対のフォーク２，２の間隔を調整する間隔調整機構４と、基台部５と、を備える。

一対のフォーク２は、ガイドベーンスピンドル６１ａ又はガイドベーンアーム７０の上面と、キー頭部７４ｂの下面との間に挿入される。本実施形態においては、一対のフォーク２は、ガイドベーン押え板７１を挟んで、ガイドベーンスピンドル６１ａ及びガイドベーンアーム７０の上面と、キー頭部７４ｂの下面との間に挿入される。フォーク２は、短冊板状の部材からなる。一対のフォーク２は、並行に延びている。一対のフォーク２の基端部は、間隔調整機構４に連結されている。

間隔調整機構４は、モンキーレンチにおけるボルト又はナットを掴むための対向する部分（可動アゴ）の可動機構（間隔調整機構）と同様の構成を有する。間隔調整機構４は、固定側部位４１と、可動側部位４２と、ウォームギヤ４３と、を備える。ウォームギヤ４３は、固定側部位４１に保持されており、固定側部位４１から露出している。可動側部位４２の一部は、固定側部位４１に挿入されている。可動側部位４２における、固定側部位４１に挿入されている部分には、ウォームギヤ４３と噛み合うラック（不図示）が設けられている。これにより、ウォームギヤ４３を作業者の指で回転させると、ウォームギヤ４３と噛み合うラックが直線状に移動し、これに伴って、可動側部位４２は、固定側部位４１から離れる方向に又は固定側部位４１に近づく方向に移動する（スライドする）。一対のフォーク２のうちの一方は固定側部位４１に一体に連結されている。一対のフォーク２のうちの他方は可動側部位４２に一体に連結されている。

基台部５は、間隔調整機構４の固定側部位４１におけるフォーク２とは反対側に、一体に連結されている。基台部５は、可動側部位４２のスライド方向に延びる第１基台部分５１と、一対の第２基台部分５２とを備える。第１基台部分５１は、間隔調整機構４の外側まで延びている。一対の第２基台部分５２は、第１基台部分５１の両端部それぞれから、可動側部位４２のスライド方向に対して直交する水平方向に延びている。一対の第２基台部分５２は、可動側部位４２が固定側部位４１から最も突出した状態においても間隔調整機構４に接触しない間隔を有している。第２基台部分５２は、ガイドベーンキー７４の引き抜き時にガイドベーンスピンドル６１ａの側（本実施形態においては、ガイドベーン押え板７１の上面）に当接する部分となる。

フォーク移動機構３は、第１基台部分５１の上部に一体に連結されている。フォーク移動機構３の構造は、一対のフォーク２，２を上下に移動させることができれば、制限されない。本実施形態におけるフォーク移動機構３は、油圧ジャッキにより構成される。油圧ジャッキの構成は周知であるため、その説明を簡略に行う。油圧ジャッキにより構成されるフォーク移動機構３は、例えば、上下方向に延びるシリンダー３１と、シリンダー３１の内部を可動なラム３２と、プランジャーピストン（不図示）と、ジャッキアップ操作を行うためのレバーハンドル３３と、フォーク・ラム連結部材３４と、を備える。レバーハンドル３３の操作に伴ってプランジャーピストンが動き、オイルがシリンダー３１の内部に供給される。これにより、ラム３２が上昇する。
フォーク・ラム連結部材３４は、ラム３２と間隔調整機構４の固定側部位４１とを連結している。そのためラム３２が上昇すると、間隔調整機構４の固定側部位４１も上昇する。

次に、本実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１を用いて、ガイドベーンキー７４をキー溝７５から引き抜く動作について説明する。
図３及び図４に示すように、ガイドベーンキー７４の一対のキー頭部７４ｂそれぞれの下方（ガイドベーン押え板７１の上面とキー頭部７４ｂの下面との間）には、隙間が空いている。この隙間それぞれに一対のフォーク２，２を挿入する。また、基台部５の一対の第２基台部分５２をガイドベーン押え板７１の上面に設置する。この状態でフォーク移動機構３のレバーハンドル３３を操作し、ジャッキアップを行う。これによりラム３２が上昇し、これに伴ってフォーク・ラム連結部材３４、間隔調整機構４及び一対のフォーク２，２も上昇する。これにより、一対のフォーク２，２は、一対のキー頭部７４ｂを持ち上げ、図５に示すように、ガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａは、キー溝７５から引き抜かれる。

ガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａの形状（構造）や寸法（幅など）は異なることがある。その場合であっても、本実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１は適合が容易である。具体的には、図６に示すようにガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａの幅が、図３に示すガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａの幅よりも広い場合には、間隔調整機構４のウォームギヤ４３を操作し、固定側部位４１からの可動側部位４２の突出長さを長くする。これにより、固定側部位４１及び可動側部位４２それぞれに連結されている一対のフォーク２，２の間隔は、広くなる。従って、一対のフォーク２を、キー本体部７４ａの幅が広いガイドベーンキー７４における一対のキー頭部７４ｂそれぞれの下方の隙間に、挿入させることができるようになる。

本発明の実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１によれば、次のような効果が奏される。
（１）本実施形態のガイドベーンキー引き抜き工具１は、ガイドベーンスピンドル６１ａ又はガイドベーンアーム７０の上面と、キー頭部７４ｂの下面との間に挿入される一対のフォーク２，２と、一対のフォーク２，２を上下に移動させるフォーク移動機構３と、一対のフォーク２，２の間隔を調整する間隔調整機構４と、を備える。
そのため、ガイドベーンキーが複数種類の形状及び寸法を有する場合、例えば、ガイドベーンキー７４のキー本体部７４ａの幅が広い場合であっても、間隔調整機構４により、そのようなガイドベーンキーに適合が容易であり、汎用性が高い。また、フォーク移動機構３によりガイドベーンキー７４を容易に持ち上げ、キー溝７５から引き抜くことができる。

（２）また、フォーク移動機構３は油圧ジャッキにより構成される。そのため、ガイドベーンキー７４の引き抜きに必要な大きな持ち上げ力の発生を、低コストで実現することができる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば、フォーク移動機構３は、油圧ジャッキ以外から構成することができる。間隔調整機構４は、モンキーレンチにおける可動機構以外の機構から構成することができる。
一対のフォーク２，２は、ガイドベーン押え板７１を介して（挟んで）、ガイドベーンスピンドル６１ａ及びガイドベーンアーム７０の上面と、キー頭部７４ｂの下面との間に挿入されているが、これに制限されない。一対のフォーク２，２は、ガイドベーン押え板７１等の部材を介することなく、ガイドベーンスピンドル６１ａ又はガイドベーンアーム７０の上面と、キー頭部７４ｂの下面との間に挿入されてもよい。

１ ガイドベーンキー引き抜き工具
２ フォーク
３ フォーク移動機構
４ 間隔調整機構
５ 基台部
６ フランシス水車
６１ ガイドベーン
６１ａ ガイドベーンスピンドル
６１ｂ 羽根部
６１ｃ 第１キー溝
７０ ガイドベーンアーム
７０ａ 第２キー溝
７１ ガイドベーン押え板
７１ａ 第３キー溝
７４ ガイドベーンキー
７４ａ キー本体部
７４ｂ キー頭部１
７５ キー溝

Claims (2)

1. ガイドベーンスピンドルと、前記ガイドベーンスピンドルと一体に回動するガイドベーンアームとの回り止めに用いられるガイドベーンキーを、前記ガイドベーンスピンドルのキー溝及び前記ガイドベーンアームのキー溝から引き抜くガイドベーンキー引き抜き工具であって、
   前記ガイドベーンキーは、前記キー溝に挿入されるキー本体部と、前記キー本体部に対して前記キー本体部が延びる方向と直交する両方向に突出する一対のキー頭部と、を有し、
   上下方向と直交する方向に並行に短冊板状に延びている一方のフォーク及び他方のフォークを有し、前記ガイドベーンスピンドル又は前記ガイドベーンアームの上面と、前記一対のキー頭部の下面との間に挿入される一対のフォークと、
   前記一対のフォークを上下に移動可能であり、前記一対のフォークが前記一対のキー頭部の各々の下面を面接触した状態で持ち上げるように前記一対のフォークを移動可能なフォーク移動機構と、
   前記一対のフォークの間隔を調整する間隔調整機構と、を備える、
   ガイドベーンキー引き抜き工具。
2. 前記フォーク移動機構は、油圧ジャッキにより構成される、
   請求項１に記載のガイドベーンキー引き抜き工具。

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