CN108626054A - 水力机械的可动叶片操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式涉及一种水力机械的可动叶片操作系统，其具备设置在旋转主轴内的液压缸、双向泵、泵驱动马达、控制部、以及设置在水力机械内的油头。双向泵朝第1缸室以及第2缸室中的任一方选择性地供给加压后的操作油。油头构成为，将旋转主轴能够旋转地连结，供从双向泵朝第1缸室以及第2缸室供给的操作油通过。双向泵、泵驱动马达以及控制部设置在水力机械的外部。

Description

水力机械的可动叶片操作系统

技术领域

本发明的实施方式涉及水力机械的可动叶片操作系统。

背景技术

在水力机械中设置有为了旋转驱动发电机而从水流接受力的叶轮叶片。在阀式水轮机、卡普兰式水轮机等水力机械中，叶轮叶片构成为其开度能够调整。为了调整这样的叶轮叶片的开度而设置有可动叶片操作系统。该可动叶片操作系统还能够用于为了调整朝叶轮流入的水流的流量而设置的导向叶片的开度调整。

作为可动叶片操作系统的一例，已知有具备压力油箱以及压缩机的可动叶片操作系统。在该可动叶片操作系统中，通过压缩机使压力油箱内的操作油的压力上升，压力油箱内的加压后的操作油被朝液压缸供给，而进行可动叶片的开度调整。压力油箱、压缩机等构成构件设置在水力机械主体(例如，阀式水轮机的阀)的外部。

但是，在这样的具备压力油箱的可动叶片操作系统中，操作油的使用量增大。因此，在万一漏油的情况下，漏油量变多，存在对环境不优选的顾虑。

因此，在中小容量的水力机械中，已知有将电动伺服马达用作为驱动部的电动伺服式的可动叶片操作装置。在该情况下，能够减少操作油的使用量，即便在万一漏油的情况下，也能够减少漏油量，能够考虑到环境。

但是，在该电动伺服式的可动叶片操作装置中，电动伺服马达与可动叶片经由作为特殊构件的滚珠丝杠连结。因此，在由于故障等而更换滚珠丝杠时，需要较多时间。

因此，作为导向叶片用，逐渐代替电动伺服式的可动叶片操作装置，而使用由通用件构成的直接加压式的可动叶片操作系统。在直接加压式的可动叶片操作系统中，不使用上述的压力油箱，而将由泵等加压后的操作油朝液压缸直接供给。因此，能够减少操作油的使用量。

但是，叶轮叶片的液压缸(油压伺服马达)设置在与叶轮一起旋转的旋转主轴内。因此，在作为叶轮叶片用而使用直接加压式的可动叶片操作系统的情况下，将包括用于朝液压缸供给加压后的操作油的泵等在内的叶轮叶片控制装置，设置在水力机械主体内，且接近旋转主轴地设置。

因此，在将上述的使用了压力油箱等的可动叶片操作系统修改成直接加压式的可动叶片操作系统的情况下，需要在水力机械主体内设置叶轮叶片控制装置，水力机械主体被大幅度地改造。在该情况下，存在可动叶片操作系统的修改量以及作业时间增大这样的问题。

发明内容

本发明为一种水力机械的可动叶片操作系统，对与水力机械的旋转主轴一起旋转的可动叶片的开度进行调整。

该水力机械的可动叶片操作系统具备：液压缸，设置在上述旋转主轴内，具有与上述可动叶片连结的活塞以及由上述活塞划分的第1缸室和第2缸室；双向泵，朝上述第1缸室以及上述第2缸室中的任一方选择性地供给加压后的操作油；泵驱动马达，驱动上述双向泵；控制部，对上述泵驱动马达进行控制；以及油头，设置在上述水力机械内，并且将上述旋转主轴能够旋转地连结，供从上述双向泵朝上述第1缸室以及上述第2缸室供给的操作油通过，上述双向泵、上述泵驱动马达以及上述控制部设置在上述水力机械的外部。

附图说明

图1是表示本实施方式的水力机械的可动叶片操作系统的整体构成的图。

图2是放大表示图1的油头的示意构造图。

图3是表示图1的叶轮叶片控制装置的详细构成的图。

具体实施方式

实施方式的水力机械的可动叶片操作系统对与水力机械的旋转主轴一起旋转的可动叶片的开度进行调整。该可动叶片操作系统具备设置在旋转主轴内的液压缸、双向泵、驱动双向泵的泵驱动马达、对泵驱动马达进行控制的控制部、以及设置在水力机械内的油头(oil head)。液压缸具有与可动叶片连结的活塞、以及由活塞划分的第1缸室和第2缸室。双向泵朝第1缸室以及第2缸室中的任一方选择性地供给加压后的操作油。油头构成为，将旋转主轴能够旋转地连结，供双向泵朝第1缸室以及第2缸室供给的操作油通过。双向泵、泵驱动马达以及控制部设置在水力机械的外部。

以下，参照附图对本发明的实施方式的水力机械的可动叶片操作系统进行说明。此处，作为水力机械的一例，以阀式水轮机为例进行说明。

首先，使用图1对阀式水轮机10进行说明。

阀式水轮机10设置在从未图示的上水池引导流水的流水路内。流水路由形成为土木构造物的流路壁1划定。在本实施方式中，流路壁1沿着铅垂方向延伸，图1所示的阀式水轮机10为竖轴阀式水轮机。

阀式水轮机10具备阀11(水力机械主体)、以及能够旋转地设置在阀11的下游端部的叶轮12。叶轮12包括叶轮轮毂13、以及保持于叶轮轮毂13的多个叶轮叶片14(可动叶片)。叶轮叶片14能够相对于叶轮轮毂13转动，叶轮叶片14的开度能够调整。在阀11的内部收纳有未图示的发电机，该发电机与叶轮轮毂13经由旋转主轴15连结。由此，当叶轮叶片14承受水流时，叶轮叶片14、叶轮轮毂13以及旋转主轴15一起旋转，发电机利用该旋转驱动力进行发电。从叶轮12流出的流水被导向未图示的下水池(或者放水路)。

另外，在阀式水轮机10的阀11与流路壁1之间形成有供朝叶轮12流入的水流动的流路2。在该流路2内的叶轮12的上游侧设置有多个导向叶片16(引导叶片)。导向叶片16能够调整朝叶轮12流入的水流的流量。多个导向叶片16能够相对于阀11转动，导向叶片16的开度能够调整。

在导向叶片16的上游设置有检修口17。该检修口17从阀11朝流路壁1延伸，用于进行阀式水轮机10的阀11的内部检修。另外，检修口17还具有与未图示的其他部件一起支承阀11的功能。

本实施方式的水力机械的可动叶片操作系统20用于调整上述的叶轮叶片14的开度。以下，对可动叶片操作系统20进行说明。

如图1所示，可动叶片操作系统20具备设置在旋转主轴15内的液压缸21(叶轮叶片伺服马达)、对液压缸21进行控制的叶轮叶片控制装置30、以及油头(oil head)50。在本实施方式中，叶轮叶片控制装置30具有后述的双向泵31、AC伺服马达32以及控制部33，且设置在阀式水轮机10的阀11的外部。例如，叶轮叶片控制装置30优选设置在设置有阀式水轮机10的水力发电站的建筑物中。

液压缸21具有与叶轮叶片14连结的活塞22、以及由活塞22划分的第1缸室23a和第2缸室23b。其中，活塞22经由包括操作杆等在内的叶轮叶片操作机构(未图示)与叶轮叶片14连结。在本实施方式中，将液压缸21设置在旋转主轴15内，且使其接近叶轮12。在该情况下，能够简化叶轮叶片操作机构的构造，在机械强度方面有利。

在第1缸室23a以及第2缸室23b中填充有从叶轮叶片控制装置30的双向泵31供给的操作油。构成为，当第1缸室23a内的操作油的压力变得高于第2缸室23b内的操作油的压力时，叶轮叶片14朝第1方向(例如打开方向)转动，当第2缸室23b内的操作油的压力变得高于第1缸室23a内的操作油的压力时，叶轮叶片14朝与第1方向相反的第2方向(例如关闭方向)转动。

如图2所示，在阀式水轮机10的旋转主轴15内，设置有与第1缸室23a连通的第1内部路径24a，并且设置有与第2缸室23b连通的第2内部路径24b。在本实施方式中，第1内部路径24a设置于旋转主轴15的旋转中心，第2内部路径24b形成为圆筒状，呈同心状地设置在第1内部路径24a的周围。

如图1所示，叶轮叶片控制装置30具有：双向泵31，朝第1缸室23a以及第2缸室23b中的任一方选择性地供给加压后的操作油；驱动双向泵31的AC伺服马达32(泵驱动马达)；以及对AC伺服马达32进行控制的控制部33。其中，双向泵31构成为，具有第1端口31a以及第2端口31b，从第1端口31a以及第2端口31b中的任一方吸引操作油而从另一方排出。

控制部33具有：发送AC伺服马达32的旋转速度指令值的调节器34(控制指令部)；以及将与从调节器34发送的旋转速度指令值相应的电力朝AC伺服马达32供给的伺服放大器35(放大器)。其中，当从伺服放大器35朝AC伺服马达32供给与旋转速度指令值相应的电力时，AC伺服马达32朝正转方向或者反转方向驱动双向泵31，从双向泵31朝第1缸室23a以及第2缸室23b中的任一方供给加压后的操作油。

此外，叶轮叶片控制装置30还具有设置在阀式水轮机10的阀11的外部的、贮存朝第1缸室23a以及第2缸室23b供给的操作油的集油箱36、以及油压调整部80。在朝第1缸室23a或者第2缸室23b供给的操作油的油量较少的情况下，贮存于该集油箱36的操作油朝后述的第1配管70a或者第2配管70b补给。另外，如图3所示，在集油箱36上设置有排出阀37，能够排出集油箱36内的操作油。此外，在集油箱36上设置有排气孔部38，集油箱36内的压力被维持为大气压。在该排气孔部38设置有过滤器39。油压调整部80的详细情况将后述。

如图1所示，在阀式水轮机10的阀11内设置有油头50。在图1所示的方式中，油头50配置在阀11的上游侧端部。在油头50上能够旋转地连结有旋转主轴15，供从双向泵31朝第1缸室23a以及第2缸室23b供给的操作油通过。

如图1以及图2所示，油头50具有将双向泵31的第1端口31a与第1缸室23a连通的第1头室51a、以及将双向泵31的第2端口31b与第2缸室23b连通的第2头室51b。更详细来说，第1头室51a将第1配管70a(后述)与第1内部路径24a连通，第2头室51b将第2配管70b(后述)与第2内部路径24b连通。

第1头室51a与第2头室51b在旋转主轴15的轴线方向(图2的上下方向)上相互邻接地配置。与第1头室51a邻接地设置有第3头室51c，与第2头室51b邻接地设置有第4头室51d。在本实施方式中，第4头室51d、第2头室51b、第1头室51a以及第3头室51c按照该顺序在远离液压缸21的方向上并排设置。

如图2所示，第1头室51a与第3头室51c由第1分隔部件52分隔。旋转主轴15贯通该第1分隔部件52，在第1分隔部件52与旋转主轴15之间设置有第1密封部件53。在该第1密封部件53与第1分隔部件52之间形成有间隙X1。由此构成为，第1头室51a内的操作油的一部分朝第3头室51c流入。但是，该间隙X1成为在想要使第1缸室23a内的操作油的压力上升的情况下能够使该压力有效地上升的程度的大小。另外，基于间隙X1的开口，并不是形成于第1密封部件53的整周，而是形成于周向的一部分，第1密封部件53由第1分隔部件52支承。

此外，第2头室51b与第4头室51d由第2分隔部件54分隔。旋转主轴15贯通该第2分隔部件54，在第2分隔部件54与旋转主轴15之间设置有第2密封部件55。在第2密封部件55与第2分隔部件54之间未形成上述间隙X1那样的用于使操作油有意图地流通的间隙。即，防止操作油在第2头室51b与第4头室51d之间进行往来。但是，由于微小的间隙等，操作油会从第2头室51b朝第4头室51d流入，且贮存于第4头室51d。另外，在第4头室51d中设置有用于防止第4头室51d内的操作油向阀11流入的堰堤62。

第2头室51b连结有与第3头室51c连通的头线路X2，且构成为，第2头室51b内的操作油的一部分向第3头室51c流入。由此，能够防止第3头室51c内的操作油用尽，能够使为了将旋转主轴15支承为能够旋转而设置在第3头室51c内的轴承(未图示)浸渍于操作油。此外，还能够防止来自后述的排气孔部60的空气混入第1头室51a等。该头线路X2具有在使第2缸室23b内的操作油的压力上升的情况下能够使该压力有效地上升的程度的流路截面积。

第1头室51a与第2头室51b由第3分隔部件56分隔。旋转主轴15贯通该第3分隔部件56，在第3分隔部件56与旋转主轴15之间设置有第3密封部件57。在第3密封部件57与第3分隔部件56之间未形成上述间隙X1、头线路X2那样的用于使操作油有意图地流通的间隙。即，防止操作油在第1头室51a与第2头室51b之间进行往来。

如图1所示，对于油头50设置有对叶轮叶片14的开度位置进行检测的开度位置检测器58。由该开度位置检测器58检测到的叶轮叶片14的开度位置检测值向上述的调节器34发送。调节器34计算根据从未图示的控制装置发送的叶轮叶片14的开度指令值换算出的开度位置指令值、与从开度位置检测器58发送的叶轮叶片14的开度位置检测值之间的偏差。计算出的偏差向伺服放大器35发送，伺服放大器35具有如下的切换功能：判断该偏差是否大于规定值，在判断为大于的情况下，使AC伺服马达32的旋转速度增大。

此外，对于油头50设置有对第3头室51c内的操作油的油面进行检测的油面检测器59。在由该油面检测器59检测到的油面液位低于规定值的情况下，优选从集油箱36朝后述的第1配管70a或者第2配管70b内补给操作油。由此，能够防止由于油面的降低而第3头室51c内的空气混入第1配管70a。此外，对于油头50设置有将第3头室51c的内部与大气连通的排气孔部60，将第3头室51c内的压力维持为大气压。在该排气孔部60设置有过滤器61。

双向泵31与油头50通过第1配管70a以及第2配管70b连结。其中，第1配管70a将双向泵31的第1端口31a与油头50的第1头室51a连通。即，第1配管70a从设置在阀11内的油头50的第1头室51a朝阀11的外部延伸，且与双向泵31的第1端口31a连通。

同样，第2配管70b将双向泵31的第2端口31b与油头50的第2头室51b连通。即，第2配管70b从设置在阀11内的油头50的第2头室51b朝阀11的外部延伸，且与双向泵31的第2端口31b连通。如此，双向泵31的第1端口31a经由第1头室51a与第1缸室23a连通，并且，第2端口31b经由第2头室51b与第2缸室23b连通。

另外，第1配管70a以及第2配管70b也可以配置成通过上述的检修口17。在该情况下，能够避免第1配管70a以及第2配管70b暴露于水流，能够简化配管70a、70b的构造，在机械强度方面有利。此外，第1配管70a以及第2配管70b分别也可以是将多个配管对接而构成的。

如图1所示，在第1配管70a上设置有第1背压阀71a。该第1背压阀71a用于防止油头50的第1头室51a内的操作油的压力降低。更具体而言，第1背压阀71a构成为，允许从双向泵31的第1端口31a朝向第1头室51a的方向的操作油的流动，但是阻止从第1头室51a朝向第1端口31a的方向的操作油的流动。由此，当第1头室51a内的操作油的压力降低时，操作油从双向泵31朝第1头室51a流动，而使该压力上升。由此，将第1头室51a内的操作油的压力维持为一定压力以上。此外，在第1头室51a内的操作油的压力上升到规定值以上的情况下，第1背压阀71a允许从第1头室51a朝向双向泵31的方向的操作油的流动。另外，在本实施方式中，第1背压阀71a以及第2背压阀71b设置于阀式水轮机10的阀11的外部，并且设置于叶轮叶片控制装置30的外部。

同样，在第2配管70b上设置有第2背压阀71b。该第2背压阀71b具有与第1背压阀71a相同的功能，此处省略详细的说明。

如图1所示，集油箱36与油头50通过回收配管72连结。该回收配管72从设置在阀11内的油头50的第3头室51c以及第4头室51d朝阀11的外部延伸，且与集油箱36连通。并且，回收配管72将第3头室51c内的操作油以及第4头室51d内的操作油回收到集油箱36。该回收配管72也可以与第1配管70a以及第2配管70b相同，配置成通过检修口17。

在集油箱36上连结有使贮存的操作油循环的循环配管73。在该循环配管73上设置有循环泵74以及带电净油机75。其中，带电净油机75构成为对通过循环配管73的操作油进行净化。另外，在图3中，为了使附图清楚而省略循环配管73。

接着，使用图3对叶轮叶片控制装置30的油压调整部80进行更详细的说明。

油压调整部80对第1配管70a侧的系统中的操作油的压力、以及第2配管70b侧的系统中的操作油的压力进行调整。即，在可动叶片操作系统20的运转中，第1配管70a侧的系统内的操作油的油量减少，或者第2配管70b侧的系统内的操作油的油量减少。当油量减少时，导致操作油的压力降低。为了应对该情况，本实施方式的叶轮叶片控制装置30具有油压调整部80。

如图3所示，油压调整部80包括框体81、设置在框体81内的第1主线路82a以及第2主线路82b。

第1主线路82a将第1配管70a与双向泵31的第1端口31a连通，第2主线路82b将第2配管70b与双向泵31的第2端口31b连通。第1主线路82a与第2主线路82b通过第1旁通线路83、第2旁通线路84以及第3旁通线路85连通。在第1旁通线路83上设置有第1单向阀86a以及第2单向阀86b。在第2旁通线路84上设置有第1溢流阀87a以及第2溢流阀87b。在第3旁通线路85上设置有第1液压控制单向阀88a以及第2液压控制单向阀88b。

在第1旁通线路83、第2旁通线路84以及第3旁通线路85上连通有从集油箱36延伸出来的补给线路89。该补给线路89构成为，将来自集油箱36的操作油向第1旁通线路83中的第1单向阀86a与第2单向阀86b之间的部分、第2旁通线路84中的第1溢流阀87a与第2溢流阀87b之间的部分、第3旁通线路85中的第1液压控制单向阀88a与第2液压控制单向阀88b之间的部分供给。

上述的第1单向阀86a构成为，阻止从第1主线路82a朝向集油箱36的方向的操作油的流动，但是允许从集油箱36朝向第1主线路82a的方向的操作油的流动。由此，在第1主线路82a内的操作油的压力与集油箱36内的操作油的压力(即，大气压)相比降低了的情况下，从集油箱36朝第1主线路82a补给操作油。同样地，上述的第2单向阀86b为，在第2主线路82b内的操作油的压力与集油箱36内的操作油的压力相比降低了的情况下，从集油箱36朝第2主线路82b补给操作油。

上述的第1溢流阀87a构成为，在第1主线路82a内的操作油的压力上升到规定值以上的情况下，允许从第1主线路82a朝向集油箱36的方向的操作油的流动。由此，防止第1主线路82a内的操作油的压力过大地上升。同样地，上述的第2溢流阀87b构成为，在第2主线路82b内的操作油的压力上升到规定值以上的情况下，允许从第2主线路82b朝向集油箱36的方向的操作油的流动，防止第2主线路82b内的操作油的压力过大地上升。

上述的第1液压控制单向阀88a以及第2液压控制单向阀88b构成为，根据第1主线路82a内的操作油的压力与第2主线路82b内的操作油的压力之间的压力比，允许第3旁通线路85中的操作油的流动。更具体而言，第1液压控制单向阀88a为，基本上阻止从第1主线路82a朝向集油箱36的操作油的流动，但是在第2主线路82b内的压力上升而第2主线路82b的压力相对于第1主线路82a内的压力之比变大的情况下，允许从第1主线路82a朝向集油箱36的操作油的流动。另一方面，第1液压控制单向阀88a允许从第2主线路82b朝向第1主线路82a的方向的操作油的流动。另外，该第1液压控制单向阀88a还具有与上述的第1单向阀86a相同的功能。

同样地，第2液压控制单向阀88b为，基本上阻止从第2主线路82b朝向集油箱36的操作油的流动，但是在第1主线路82a内的压力上升而第1主线路82a的压力相对于第2主线路82b的压力之比变大的情况下，允许从第2主线路82b朝向集油箱36的操作油的流动。另一方面，第2液压控制单向阀88b允许从第1主线路82a朝向第2主线路82b的方向的操作油的流动。另外，该第2液压控制单向阀88b还具有与上述的第2单向阀86b相同的功能。

在第1主线路82a上经由截止阀90a连结有压力计91a。该压力计91a用于显示第1主线路82a内的操作油的压力。同样地，在第2主线路82b上经由截止阀90b连结有压力计91b。该压力计91b用于显示第2主线路82b内的操作油的压力。

第1主线路82a与双向泵31的第1端口31a通过第1连通线路100a连通。在该第1连通线路100a上设置有排出阀101a，且构成为能够排出第1配管70a侧的系统内的操作油。同样地，第2主线路82b与双向泵31的第2端口31b通过第2连通线路100b连通。在该第2连通线路100b上设置有排出阀101b，且构成为能够排出第2配管70b侧的系统内的操作油。

接着，对通过这种构成形成的本实施方式的作用效果进行说明。

在使叶轮叶片14朝第1方向转动的情况下，从调节器34向伺服放大器35发送旋转速度指令值，与该旋转速度指令值相应的电力从伺服放大器35供给至AC伺服马达32。于是，AC伺服马达32驱动双向泵31，以便从双向泵31的第2端口31b吸引操作油而从第1端口31a排出操作油。由此，从双向泵31的第1端口31a经由第1主线路82a、第1配管70a、第1头室51a以及第1内部路径24a朝液压缸21的第1缸室23a供给加压后的操作油。即，第1缸室23a内的操作油的压力上升。由此，接受到上升了的操作油的压力而活塞22被驱动，经由未图示的叶轮叶片操作机构使叶轮叶片14朝第1方向转动，叶轮叶片14被定位于所希望的开度位置。

在第1头室51a内的操作油的压力上升的期间，通过开度位置检测器58对叶轮叶片14的开度位置进行检测，将叶轮叶片14的开度位置检测值发送至调节器34。调节器34计算该开度位置检测值与根据从未图示的控制装置发送的叶轮叶片14的开度指令值换算出的开度位置指令值之间的偏差。伺服放大器35为，在判断为由调节器34计算出的偏差大于规定值的情况下，通过切换功能使AC伺服马达32的旋转速度增大。由此，能够提高双向泵31的操作油的排出力。因此，能够提高液压缸21从操作油接受到的压力，能够使叶轮叶片14朝第1方向的转动速度增大。

此外，在此期间，第1头室51a内的操作油的一部分向第3头室51c流入。流入到第3头室51c的操作油通过回收配管72回收到集油箱36。如后所述，回收到集油箱36的操作油在规定的情况下朝第1配管70a侧的系统或者第2配管70b侧的系统补给。由此，能够使操作油在可动叶片操作系统20内循环，能够抑制操作油的劣化。

另一方面，在使叶轮叶片14朝第2方向转动的情况下，从调节器34向伺服放大器35发送旋转速度指令值，与该旋转速度指令值相应的电力从伺服放大器35供给至AC伺服马达32。于是，AC伺服马达32驱动双向泵31，以便从双向泵31的第1端口31a吸引操作油并从第2端口31b排出操作油。由此，从双向泵31的第2端口31b经由第2主线路82b、第2配管70b、第2头室51b以及第2内部路径24b朝液压缸21的第2缸室23b供给加压后的操作油。即，第2缸室23b内的操作油的压力上升。由此，接受到操作油的压力而活塞22被驱动，使叶轮叶片14朝与第1方向相反的第2方向转动，叶轮叶片14被定位于所希望的开度位置。

在第2头室51b内的操作油的压力上升的期间，通过开度位置检测器58对叶轮叶片14的开度位置进行检测，将叶轮叶片14的开度位置检测值发送至调节器34。调节器34计算该开度位置检测值与根据从未图示的控制装置发送的叶轮叶片14的开度指令值换算出的开度位置指令值之间的偏差。伺服放大器35为，在判断为由调节器34计算出的偏差大于规定值的情况下，通过切换功能使AC伺服马达32的旋转速度增大。由此，能够提高双向泵31的操作油的排出力。因此，能够提高液压缸21从操作油接受到的压力，能够使叶轮叶片14朝第2方向的转动速度增大。

此外，在此期间，第2头室51b内的操作油的一部分向第4头室51d流入。流入到第4头室51d的操作油通过回收配管72回收到集油箱36。如后述所述，回收到集油箱36的操作油在规定的情况下朝第1配管70a侧的系统或者第2配管70b侧的系统补给。由此，能够使操作油在可动叶片操作系统20内循环，能够抑制操作油的劣化。

在可动叶片操作系统20的运转中，在油头50的第1头室51a内的操作油的压力降低的情况下，第1背压阀71a允许从双向泵31的第1端口31a朝向第1头室51a的方向的操作油的流动。由此，能够使第1头室51a内的操作油的压力上升且维持为一定压力以上，并能够防止空气混入第1头室51a、与第1头室51a连通的第1配管70a、第1内部路径24a等而使操作性恶化。

另一方面，在油头50的第2头室51b内的操作油的压力降低的情况下，第2背压阀71b允许从双向泵31的第2端口31b朝向第2头室51b的方向的操作油的流动。由此，能够使第2头室51b内的操作油的压力上升且维持为一定压力以上，并能够防止空气混入第2头室51b、与第2头室51b连通的第2配管70b、第2内部路径24b等而使操作性恶化。

此处，贮存于集油箱36的操作油的一部分被循环泵74朝循环配管73吸引而进行循环。在此期间，操作油由带电净油机75净化。因此，能够净化贮存于集油箱36的操作油，能够抑制由于操作油的污染而导致的操作性降低。此外，通过将带电净油机75设置于循环配管73而不设置于第1配管70a、第2配管70b，由此能够避免由于带电净油机75的不良情况而妨碍液压缸21的操作。

接着，对油压调整部80的作用效果进行说明。

例如，在第2主线路82b内的操作油的压力相对于第1主线路82a内的操作油的压力之比较大的情况下，第1液压控制单向阀88a允许从第1主线路82a朝向集油箱36的操作油的流动。由此，第1主线路82a内的操作油朝集油箱36流动，防止第1主线路82a内的操作油的压力异常上升。即，在从双向泵31的第1端口31a吸引操作油并从第2端口31b排出操作油的情况下，当第1配管70a侧的容量大于第2配管70b侧的容量时，如果不将第1配管70a侧的容量与第2配管70b侧的容量之间的容量差的量的操作油输送至集油箱36，则液压缸21的活塞22可能变得不动作。由此，第1主线路82a内的操作油的压力可能会异常地上升。第1液压控制单向阀88a成为为了在第1配管70a侧的容量大于第2配管70b侧的容量时使活塞22动作、而将第1配管70a侧的容量与第2配管70b侧的容量之间的容量差的量的操作油输送至集油箱36的流路。此外，通过活塞22进行动作，由此能够有效地防止这样的第1主线路82a内的操作油的压力上升。

另一方面，在第1主线路82a内的操作油的压力相对于第2主线路82b内的操作油的压力之比较大的情况下，第2液压控制单向阀88b允许从第2主线路82b朝向集油箱36的操作油的流动。由此，第2主线路82b内的操作油朝集油箱36流动，防止第2主线路82b内的操作油的压力异常上升。即，在从双向泵31的第2端口31b吸引操作油并从第1端口31a排出操作油的情况下，当第2配管70b侧的容量大于第1配管70a侧的容量时，如果不将第2配管70b侧的容量与第1配管70a侧的容量之间的容量差的量的操作油输送至集油箱36，则液压缸21的活塞22可能变得不动作。由此，第2主线路82b内的操作油的压力可能会异常地上升。第2液压控制单向阀88b成为为了在第2配管70b侧的容量大于第1配管70a侧的容量时使活塞22动作、而将第2配管70b侧的容量与第1配管70a侧的容量之间的容量差的量的操作油输送至集油箱36的流路。此外，通过活塞22进行动作，由此能够有效地防止这样的第2主线路82b内的操作油的压力上升。

如此，通过油压调整部80能够对第1主线路82a内的操作油的压力、以及第2主线路82b内的操作油的压力进行调整。

此外，在油压调整部80的第1主线路82a内的操作油的压力与大气压相比降低了的情况下，将贮存于集油箱36的操作油从补给线路89朝第1旁通线路83供给，且在第1单向阀86a中通过而朝第1主线路82a供给。由此，能够朝第1主线路82a内补给操作油，能够防止第1主线路82a内的操作油的压力比大气压降低。此时，还能够从补给线路89朝第3旁通线路85供给操作油，且在第1液压控制单向阀88a中通过而朝第1主线路82a供给操作油。

同样地，在油压调整部80的第2主线路82b内的操作油的压力与大气压相比降低了的情况下，将贮存于集油箱36的操作油从补给线路89朝第1旁通线路83供给，且在第2单向阀86b中通过而朝第2主线路82b供给。由此，能够朝第2主线路82b内补给操作油，能够防止第2主线路82b内的操作油的压力比大气压降低。此时，还能够从补给线路89朝第3旁通线路85供给操作油，且在第2液压控制单向阀88b中通过而朝第2主线路82b供给操作油。

然而，根据本实施方式，能够不使用在已设系统中使用的压力油箱，而通过双向泵31朝液压缸21直接地供给加压后的操作油。由此，能够减少在可动叶片操作系统20中使用的操作油的使用量。在该情况下，即便在万一漏油的情况下，也能够减少漏油量，能够降低环境负担。此外，在如本实施方式那样使用双向泵31朝液压缸21直接地供给加压后的操作油的情况下，与如压力油箱那样对所贮存的操作油进行加压的情况相比，能够减少液压缸21的驱动所需要的电力。因此，能够减少由可动叶片操作系统20消耗的能量，能够有助于节能化。

此外，根据本实施方式，液压缸21以及油头50设置在阀式水轮机10的阀11内，但是具有双向泵31、AC伺服马达32以及控制部33的叶轮叶片控制装置30也可以设置在阀式水轮机10的阀11的外部。由此，在将在阀式水轮机10的外部设置有压力油箱、压缩机等的已设的可动叶片操作系统修改成本实施方式的可动叶片操作系统20的情况下，只要将压力油箱、压缩机等更换成本实施方式的叶轮叶片控制装置30即可。在该情况下，不需要阀式水轮机10的阀11内的更新作业。因此，能够将已设的可动叶片操作系统容易地修改成能够减少操作油的使用量的可动叶片操作系统20。

此外，根据本实施方式，如上所述，具有双向泵31、AC伺服马达32以及控制部33的叶轮叶片控制装置30设置在阀式水轮机10的阀11的外部。由此，能够不在阀11内而在阀11的外部进行叶轮叶片控制装置30的操作、检修，能够提高操作性。

另外，在上述的本实施方式中，说明了第1背压阀71a以及第2背压阀71b设置在叶轮叶片控制装置30的外部的例子。但是，并不限定于此，第1背压阀71a以及第2背压阀71b也可以组装到叶轮叶片控制装置30内。

此外，在上述的本实施方式中，说明了在与集油箱36连结的循环配管73上设置有带电净油机75的例子。但是，并不限定于此，带电净油机75也可以设置于回收配管72。在该情况下，优选在回收配管72上设置未图示的泵，而从油头50的第3头室51c以及第4头室51d吸引操作油。优选基于由油面检测器59检测到的第3头室51c内的操作油的油面来驱动该泵。例如，泵优选为，在检测到的油面高于规定的上限值的情况下被驱动，在低于规定的下限值的情况下停止。

根据以上所述的实施方式，能够容易地进行已设的可动叶片操作系统的修改。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但是该实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。该新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。该实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。

另外，在上述的实施方式中，作为水力机械的一例，以立轴阀式水轮机为例进行了说明，但并不限定于此，也能够将可动叶片操作系统应用于横轴阀式水轮机，并且能够将可动叶片操作系统应用于阀式水轮机以外的卡普兰式水轮机等水力机械。

Claims (7)

1.一种水力机械的可动叶片操作系统，对与水力机械的旋转主轴一起旋转的可动叶片的开度进行调整，其具备：

液压缸，设置在上述旋转主轴内，具有与上述可动叶片连结的活塞以及由上述活塞划分的第1缸室和第2缸室；

双向泵，朝上述第1缸室以及上述第2缸室中的任一方选择性地供给加压后的操作油；

泵驱动马达，驱动上述双向泵；

控制部，对上述泵驱动马达进行控制；以及

油头，设置在上述水力机械内，并且将上述旋转主轴能够旋转地连结，供从上述双向泵朝上述第1缸室以及上述第2缸室供给的操作油通过，

上述双向泵、上述泵驱动马达以及上述控制部设置在上述水力机械的外部。

2.如权利要求1所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，

上述双向泵与上述油头通过与上述第1缸室连通的第1配管以及与上述第2缸室连通的第2配管连结。

3.如权利要求2所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，

上述第1配管以及上述第2配管被配置为，在用于进行上述水力机械的内部检修的检修口中通过。

4.如权利要求2或3所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，

在上述第1配管上设置有第1背压阀，

在上述第2配管上设置有第2背压阀。

5.如权利要求1所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，

上述控制部具有：控制指令部，发送上述泵驱动马达的旋转速度指令值；以及放大器，将与从上述控制指令部发送的上述旋转速度指令值相应的电力供给至上述泵驱动马达，

上述放大器具有如下的切换功能：在上述可动叶片的开度位置检测值与上述可动叶片的开度位置指令值之间的偏差大于规定值的情况下，使上述泵驱动马达的旋转速度增大。

6.如权利要求1所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，还具备：

集油箱，设置在上述水力机械的外部，贮存朝上述第1缸室以及上述第2缸室供给的操作油；以及

回收配管，将上述集油箱与上述油头连结，

上述回收配管将上述油头内的操作油的一部分回收到上述集油箱。

7.如权利要求6所述的水力机械的可动叶片操作系统，其中，

还具备净化操作油的带电净油机。