JP2003262180A

JP2003262180A - 水車発電機の過速度防止装置

Info

Publication number: JP2003262180A
Application number: JP2002061108A
Authority: JP
Inventors: Morihito Inagaki; 守人稲垣; Akira Suzuki; 章鈴木
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-19
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: JP4065939B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水車発電機のランナーが過速度回転するのを
確実に防止する。【解決手段】水路５内の水流を、ランナーボス１３に
回転可能に取り付けられたランナーベーン２０で受けて
ランナー３を回転させ、このランナー３の回転を発電機
４に伝達して発電を行う水車発電機１の過速度防止装置
において、ランナーボス１３に対するランナーベーン２
０の取付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角
度まで変更可能にする取付角度変更機構と、ランナーベ
ーン２０を定格回転可能角度に固定させるべく前記取付
角度変更機構の作動を規制する作動規制機構と、を備
え、発電機４に対する電気負荷がなくなった時に、前記
作動規制機構による前記取付角度変更機構に対する作動
規制が解除されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水流によりラン
ナーを回転し、その回転を発電機に伝達して発電を行う
水車発電機における過速度防止技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の水車発電機では、ランナーが回
転している時に何らかの不測の事態により発電機が電路
から切り離されて発電機の負荷がなくなると、ランナー
の回転速度が定格回転速度よりも上昇し、いわゆる過速
度で回転するという特性がある。このように、ランナー
が過速度で回転すると、ランナーの回転部分等が機械的
損傷を受けるため好ましくない。そこで、水車発電機で
は、ランナーの過速度を防止する装置を備えている。

【０００３】従来、水車発電機の過速度防止には、効率
向上を目的として流れの向きを調節するためにランナー
のすぐ上流側に設けられた多数のガイドベーンを全閉に
することにより、水の流れを遮断し、ランナーの回転速
度を低下させていた。この場合、過速度防止装置は、ラ
ンナーの回転速度を機械的に検知する速度検出部と、全
てのガイドベーンの角度を一括して調節するガイドベー
ン角度調節部と、速度検出部で検出された回転速度に基
づいてガイドベーン角度調節部を動作させるリンク機構
や油圧回路等の駆動制御部と、から構成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水車発電機の過速度防止装置は、上述したように構造が
複雑で、動作も複雑なため、作動不良が生じ易く、小型
化も困難という欠点があった。また、駆動制御部の動力
に圧油を用いており、その圧油装置が複雑で大型になる
ため、特に小出力の水車発電機に装備するには不向きで
あった。

【０００５】また、ガイドベーンが全閉になるまでの過
渡期において、短時間ではあるがランナーが過速度状態
になることは避けられず、そのため、過速度回転にも耐
えられるように回転部分の設計をしなければならなかっ
た。ランナーには速度の２乗に比例する遠心力が作用す
るので、回転部分を過速度状態にも耐えられるように設
計するとなると、極めて高い強度が要求されるようにな
り、使用可能な材質も限られ、高価になるという不利点
もあった。そこで、この発明は、構造および制御が簡単
で、安価にでき、小出力の水車発電機にも装備可能で、
ランナーが過速度状態になるのを未然に確実に防止する
ことができる水車発電機の過速度防止装置を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、水路内の水流を、ランナーボスに回転
可能に取り付けられたランナーベーンで受けてランナー
を回転させ、このランナーの回転を発電機に伝達して発
電を行う水車発電機の過速度防止装置において、前記ラ
ンナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度を定
格回転可能角度からフェザーリング角度まで変更可能に
する取付角度変更機構と、前記ランナーベーンを定格回
転可能角度に固定させるべく前記取付角度変更機構の作
動を規制する作動規制機構と、を備え、前記発電機に対
する電気負荷がなくなった時に、前記作動規制機構によ
る前記取付角度変更機構に対する作動規制が解除される
ことを特徴とする。

【０００７】このように構成することにより、発電機に
電気負荷が加わる正常時には、作動規制機構が作動して
取付角度変更機構によりランナーベーンが定格回転可能
角度に固定されているが、発電機に電気負荷がなくなっ
た時には、作動規制機構による作動規制が解除されるた
めランナーベーンは取付角度変更機構により定格回転可
能角度からフェザーリング角度に姿勢変更可能になる。
そしてこの時、ランナーベーンには水流によって生じる
力により水流に対する抵抗が小さくなる方向に回転力が
作用する。その結果、ランナーボスに対するランナーベ
ーンの取付角度がフェザーリング角度に変更せしめられ
る。なお、フェザーリング角度は、ランナーベーンに水
流による回転力が殆ど発生しない姿勢であり、換言すれ
ば、水流に対する抵抗が一番小さくなる姿勢である。

【０００８】また、この発明において、前記取付角度変
更機構は、前記ランナーボスの軸中心に沿って設けられ
たスライド孔と、このスライド孔に軸心方向に相対移動
可能に収容されたスライドブロックと、このスライドブ
ロックの外周面に形成されたガイド溝と、前記ランナー
ベーンの基端に設けられていて前記ガイド溝に移動可能
に係合するパイロットピンと、を備えて構成することが
できる。このように取付角度変更機構を構成した場合に
は、発電機に電気負荷がなくなって、作動規制機構によ
る作動規制が解除されると、ランナーベーンは水流に対
する抵抗が小さくなる方向に回転し、その回転力がパイ
ロットピンとガイド溝を介してスライドブロックに作用
する。その結果、スライドブロックはスライド孔を軸心
方向に移動し、ランナーベーンがフェザーリング角度に
なると同時にスライドブロックが停止する。このように
すると、取付角度変更機構を簡単な構成にすることがで
き、また、作動不良を生じにくくすることができる。

【０００９】また、この発明において、前記作動規制機
構は、前記スライド孔に対する前記スライドブロックの
軸心方向への相対移動を規制するもので構成することが
できる。スライドブロックがスライド孔を軸心方向に相
対移動できなければ、ランナーベーンはランナーボスに
対する取付姿勢を変えることができない。このようにす
ると、正常時にはランナーベーンを確実に定格回転可能
角度に固定することが可能になる。

【００１０】また、この発明において、前記作動規制機
構は、一端が前記スライドブロックに固定され他端が前
記発電機への回転伝達用ロータに相対回転不能で且つ軸
心方向に相対移動可能なシャフトと、前記シャフトの他
端に相対回転可能で且つ軸心方向に相対移動不能に係合
し前記シャフトの軸心方向運動を水から離隔された空間
部まで伝達するリンク機構と、このリンク機構を前記空
間部内で固定可能にする制動手段と、を備えて構成する
ことができる。このように作動規制機構を構成した場合
には、発電機に電気負荷が加わる正常時に、ランナーボ
スとスライドブロックとシャフトが同期回転し、さら
に、シャフトと回転伝達用ロータが同期回転して、ラン
ナーの回転が発電機に伝達される。また、制動手段を、
水から離隔された空間部内に設置することができ、これ
により、制動手段に耐水性が不要になり、制動手段を電
気的に制御することが容易にできる。

【００１１】また、この発明において、前記制動手段
は、前記リンク機構に取り付けられたストッパと、この
ストッパが係合可能な係合部を有する制動ベースと、前
記ストッパを前記係合部から解除する方向に付勢する付
勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパ
を前記係合部に係合させる方向に引き寄せストッパと係
合部を係合状態に保持する電磁石と、を備えて構成する
ことができる。このように制動手段を構成した場合に
は、電磁石に通電することによりストッパを制動ベース
の係合部に係合した状態に保持することができ、その結
果、シャフトに係合するリンク機構を移動不能にするこ
とができる。一方、電磁石の通電を停止することにより
付勢手段がストッパを係合部から解除することができ、
その結果、シャフトに係合するリンク機構を移動可能に
することができる。したがって、電磁石の通電を制御す
ることにより、取付角度変更機構の作動を規制したり規
制解除することが容易にできる。

【００１２】また、この発明において、前記電磁石は、
前記発電機で発電中の電気が供給されて作動するように
することが可能である。このように構成した場合には、
発電機に対する電気負荷がなくなると同時に電磁石への
通電を停止することが可能になる。その結果、発電機に
対する電気負荷がなくなった時にランナーベーンを極め
て迅速にフェザーリング角度にすることが可能になる。

【００１３】また、この発明において、前記制動ベース
に複数の係合部が設けられ、この複数の係合部の中から
前記ストッパと係合する係合部を選択することにより、
前記ランナーベーンの定格回転可能角度が変更可能にす
ることが可能である。このように構成した場合には、水
路を流れる水の量に応じて定格回転可能角度を変更する
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る水車発電機
の過速度防止装置の一実施の形態を図１から図５の図面
を参照して説明する。図１は過速度防止装置を備えた水
車発電機の縦断面図である。水車発電機１は、図示しな
い水圧鉄管に接続された円筒状のケーシング２と、ケー
シング２の内部に設置されて水流の作用により回転する
ランナー３と、ケーシング２の外面に固定されランナー
３の回転が主軸に伝達されて発電を行う発電機４、を備
えている。ケーシング２の内部は水路５になっていて、
水は水路５を図中右から左へと流れる。すなわち、図１
において右は上流側、左は下流側である。

【００１５】ケーシング２は、水路５に突出するプーリ
ーボックス６とリンクボックス７を有し、プーリーボッ
クス６はリンクボックス７の下流側に隣接して配置され
ていて、いずれも内部に水が侵入不能にシールされてい
る。そして、プーリーボックス６の内部には、回転伝達
用ロータ（以下、ロータと略す）８が、その軸中心をケ
ーシング２の軸中心に一致させて回転自在に設置されて
いる。ロータ８は、外面が円筒形をなし、内部に断面矩
形の中空部９が軸中心に沿って貫通形成されている。ま
た、プーリーボックス６の下流側端面からは、円筒パイ
プ状の支持管部１０が、その軸中心をケーシング２の軸
中心に一致させ、その先端を下流に向けて直線状に延設
されている。支持管部１０は軸心方向に貫通する貫通孔
１１を有しており、貫通孔１１の上流側はロータ８の中
空部９に開口している。

【００１６】支持管部１０の貫通孔１１にはシャフト１
２が回転自在に挿通されており、このシャフト１２によ
りランナー３の回転がロータ８に伝達される。以下、こ
れについて詳述する。ランナー３のランナーボス１３は
支持管部１０の下流側に配置され、支持管部１０に対し
て軸心方向に移動不能に取り付けられている。図２およ
び図３に示すように、ランナーボス１３は、その上流側
端面から軸中心に沿って内部に延びる断面円形のシャフ
ト貫通孔１４と、ランナーボス１３の内部に軸中心に沿
って形成された断面矩形のスライド孔１５を有してい
る。スライド孔１５の幅寸法はシャフト貫通孔１４の内
径よりも大きく、シャフト貫通孔１４はスライド孔１５
に連通している。支持管部１０から突出するシャフト１
２の下流側端部は、ランナーボス１３のシャフト貫通孔
１４を貫通して、その先端をスライド孔１５に突出させ
ている。ランナーボス１３のスライド孔１５には断面矩
形のスライドブロック１６が軸心方向に移動可能で且つ
周方向に回転不能に収納されており、シャフト１２の下
流側端部はこのスライドブロック１６に連結固定されて
いる。したがって、シャフト１２とランナーボス１３は
一体となって回転する。スライドブロック１６の各外側
面には所定曲線状のガイド溝１７がそれぞれ１本ずつ形
成されている。

【００１７】また、ランナーボス１３には、翼形断面を
なす４つのランナーベーン２０が周方向等間隔に設置さ
れている。すなわち、図３に示すように、ランナーボス
１３には、外表面からスライド孔１５に貫通する４つの
取付孔１８が周方向等間隔に設けられ、この取付孔１８
に、ランナーベーン２０の基部に形成された円柱状のボ
ス部２１が回転可能に挿入されている。ボス部２１の途
中には円環状の鍔部２２が突設されていて、この鍔部２
２がランナーボス１３に設けられた係合凹部２３に回転
可能に係合することにより、ボス部２１は取付孔１８の
軸心方向（すなわち、ランナーボス１３の径方向）には
移動不能で、取付孔１８の周方向に回転可能にされてい
る。したがって、ランナーベーン２０は、ランナーボス
１３から離脱不能で、且つ、ランナーボス１３に対する
取付角度を変更可能に設置されている。なお、図３で
は、ランナーベーン２０を１つだけ代表して図示してお
り、残る３つのランナーベーン２０は図示を省略してい
る。

【００１８】さらに、取付孔１８からスライド孔１５に
突出するボス部２１の先端部には、スライドブロック１
６のガイド溝１７に係合するパイロットピン２４が設け
られている。パイロットピン２４はボス部２１の中心軸
から偏心した位置に設けられていて、パイロットピン２
４はガイド溝１７に回転不能に係合し、ガイド溝１７の
長手方向に沿って相対移動可能にされている。このよう
に構成したことにより、ランナーベーン２０のボス部２
１をランナーボス１３の取付孔１８内で回転させて、ラ
ンナーベーン２０のランナーボスに対する取付角度を変
更すると、パイロットピン２４がボス部２１の中心軸を
中心にして回転することから、このパイロットピン２４
の回転力がガイド溝１７に伝達されて、スライドブロッ
ク１６がスライド孔１５内を軸心方向に移動する。

【００１９】なお、ガイド溝１７の軌道は、水路５の水
流でランナー３を定格回転数で回転させるのに必要な回
転力が得られるランナーベーン２０の取付角度（以下、
定格回転可能角度という）から、水流による回転力が発
生しない（換言すれば水流に対する抵抗が一番小さくな
る）ランナーベーン２０の取付角度（以下、フェザーリ
ング角度という）にスムーズに移行できるように設定さ
れている。なお、図１はランナーベーン２０の取付角度
が定格回転可能角度にされている場合を示しており、図
５はランナーベーン２０の取付角度がフェザーリング角
度にされている場合を示している。また、図２では、ラ
ンナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度にした
ときのガイド溝１７に対するパイロットピン２４の相対
位置を実線で示しており、ランナーベーン２０の取付角
度をフェザーリング角度にしたときのガイド溝１７に対
するパイロットピン２４の相対位置を破線で示してい
る。

【００２０】一方、シャフト１２の上流側端部は、貫通
孔１１の上流側端部開口からロータ８の中空部９内に突
出し、その先端に断面矩形のスライドブロック２５が形
成されている。スライドブロック２５は、中空部９に相
対回転不能に係合し、且つ、中空部９の軸心方向に沿っ
て相対移動可能にされている。これにより、ランナー３
の回転がシャフト１２を介してロータ８に伝達されるこ
ととなり、ランナー３とシャフト１２とロータ８は同期
回転することとなる。また、スライドブロック１６がラ
ンナーボス１３内で軸心方向に移動すると、これに伴っ
てスライドブロック２５が中空部９内を軸心方向に移動
することとなる。

【００２１】さらに、ロータ８に固定されたプーリ２６
と、発電機４の主軸に固定されたプーリ２７と、これら
プーリ２６，２７に巻回されたベルト２８によって、ロ
ータ８の回転が発電機４の主軸に伝達され、発電機４に
よる発電が可能になっている。すなわち、この水車発電
機１はランナー３の回転を発電機４に伝達して発電を行
う。なお、ベルト２８はケーシング２に形成された窓２
９を挿通することにより、ケーシング２の内部と外部の
間を走行可能にされている。

【００２２】また、シャフト１２のスライドブロック２
５にはリンク機構が付設されている。リンク機構は、一
端をスライドブロック２５に係合させ他端をリンクボッ
クス７に突出させた第１リンク３１と、ピン３２ａによ
って略中央部をリンクボックス７に回転可能に支承さ
れ、一端を第１リンク３１に連結させ、他端をケーシン
グ２の外部に突出させた第２リンク３２とから構成され
ている。

【００２３】詳述すると、第１リンク３１の一端にはヘ
ッド部３３が形成されていて、このヘッド部３３が、ス
ライドブロック２５に設けられた係合凹部３４に嵌め込
まれている。そして、ヘッド部３３と係合凹部３４との
間に設けられた複数の軸受け３５によって、第１リンク
３１はシャフト１２の軸心回りに相対回転可能で且つ軸
心方向には相対移動不能にされている。第１リンク３１
の他端は、スライドブロック２５から突き出て、プーリ
ーボックス６とリンクボックス７とを離隔する隔壁３６
に設けられた挿通孔３６ａを貫通し、水から離隔された
空間部であるリンクボックス７内に突出している。

【００２４】第２リンク３２の一端にはその長手方向に
沿って延びる長孔３７が設けられており、この長孔３７
に、第１リンク３１の他端に固定されたピン３８が係合
している。これにより、第１リンク３１がその軸心方向
に移動すると、第２リンク３２がピン３２ａを中心にし
て回転することとなる。

【００２５】第２リンク３２の他端は、ケーシング２に
形成された窓３０を挿通して外部に突出しており、窓３
０から突出する部分の側面（図１の紙面裏側）には、ス
トッパ４０が取り付けられている。詳述すると、図４に
示すように、ストッパ４０は、逆Ｔ字形のアーム４１の
下端に一対の係止爪４２が設けられて構成されており、
スプリング（付勢手段）４３によって外方（すなわち、
ピン３２ａから離間する方向）に付勢される状態に、第
２リンク３２に取り付けられている。また、第２リンク
３２には、スプリング４３の付勢力に抗してストッパ４
０を内方（すなわち、ピン３２ａに接近する方向）に引
き付ける電磁石４４が固定されている。この電磁石４４
は、発電機４で発電中の電気の一部が供給されるように
なっており、電磁石４４への通電によりストッパ４０は
スプリング４３の付勢力に抗して内方に引き付けられ、
電磁石４４への通電が停止されるとストッパ４０はスプ
リング４３の付勢力によって外方へ引っ張られる。な
お、この実施の形態において、ストッパ４０と、スプリ
ング４３と、電磁石４４は制動手段を構成し、この制動
手段は水から離隔された空間部に設置されている。

【００２６】ケーシング２の窓３０は、第２リンク３２
が挿通可能な最小幅に形成されるとともに、ランナーベ
ーン２０の取付角度が定格回転可能角度からフェザーリ
ング角度に変わる時に必要な第２リンク３２の可動範囲
を確保することができる長さに形成されている。ここ
で、窓３０の幅とは図１の紙面に直交する方向に沿う内
のり寸法であり、窓３０の長さとはケーシング２の軸心
方向に沿う内のり寸法である。

【００２７】窓３０の側部に位置するケーシング２の上
面４５は、ピン３２ａを中心とする円弧状に形成されて
おり、ストッパ４０が配置される側の上面（制動ベー
ス）４５には、ランナーベーン２０の取付角度を定格回
転可能角度にした時にストッパ４０の係止爪４２が係合
可能な位置に、３つの係止凹部（係合部）４５ａ，４５
ｂ，４５ｃが等間隔に形成されている。ここで、ストッ
パ４０の係止爪４２が２つであるのに対して、ケーシン
グ２に３つの係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃが設けら
れているのは、３つある係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５
ｃからいずれか一方の側の２つの係止凹部を係止爪４２
の係止相手として選択することにより、水路５を流れる
水の量に応じてランナーベーン２０の定格回転可能角度
を２種類に変更できるようにするためである。なお、ケ
ーシング２の上面４５に係止凹部４５ａ，４５ｂ，・・
・を４つ以上設けて、定格回転可能角度を３種類以上に
変更可能にすることも可能である。

【００２８】なお、この実施の形態において、ランナー
ボス１３のスライド孔１５と、スライド孔１５に収容さ
れたスライドブロック１６と、スライドブロック１６に
設けられたガイド溝１７と、ランナーベーン２０のパイ
ロットピン２４は、ランナーボス１３に対するランナー
ベーン２０の取付角度を変更可能にする取付角度変更機
構を構成する。これにより、取付角度変更機構の構成が
簡単になり、作動不良が生じる確率を小さくすることが
できる。また、この実施の形態において、スライドブロ
ック１６に連結されたシャフト１２と、シャフト１２に
連係された第１リンク３１および第２リンク３２からな
るリンク機構と、第２リンク３２に設けられた制動手段
（ストッパ４０，スプリング４３，電磁石４４）は、ラ
ンナーベーン２０を定格回転可能角度に固定させるべく
前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構を
構成する。

【００２９】このように構成された水車発電機１におい
ては、発電機４に電気負荷が加わる正常時には、電磁石
４４に通電されて、ストッパ４０の係止爪４２がケーシ
ング２の係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうちの２つ
に係止し、これにより、第２リンク３２はピン３２ａを
中心とする回転が不可能になり、第１リンク３１とシャ
フト１２とスライドブロック１６はケーシング２の軸心
方向へ移動不能になり、その結果、ランナーベーン２０
は回転不能になり、ランナーベーン２０の取付角度は定
格回転可能角度に固定される。すなわち、この時には、
作動規制機構が取付角度変更機構の作動を規制して、ラ
ンナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度に固定
する。また、この実施の形態では、作動規制機構は、ス
ライド孔１５に対するスライドブロック１６の軸心方向
への相対移動を規制することにより、ランナーベーン２
０の取付角度を変更不能にする。そして、この時には、
ランナーベーン２０に水流が作用することにより、ラン
ナーボス１３，スライドブロック１６，シャフト１２，
ロータ８が一体となって回転し、その結果、プーリー２
６，２７およびベルト２８を介して発電機４の主軸が回
転せしめられ、発電機４による発電が行われる。

【００３０】このように発電を行っている時に、何らか
の不測の事態が発生して発電機４が電路から切り離され
発電機４の電気負荷がなくなった時には、電磁石４４へ
の通電が自動的に停止される。すると、電磁石４４によ
るストッパ４０に対する引き付け力が消滅するので、ス
トッパ４０がスプリング４３の付勢力により外方へ引っ
張られ、係止爪４２がケーシング２の係止凹部４５ａ，
４５ｂ，４５ｃから脱出し、第２リンク３２はピン３２
ａを中心として回転可能になる。これにより、第１リン
ク３１とシャフト１２とスライドブロック１６はケーシ
ング２の軸心方向へ移動可能になる。さらに、スライド
ブロック１６がスライド孔１５内を軸心方向に移動可能
になることから、ランナーベーン２０のボス部２１が取
付孔１８内において回転可能になり、ランナーベーン２
０のランナーボス１３に対する取付角度が変更可能にな
る。すなわち、発電機４の電気負荷がなくなった時に
は、作動規制機構による取付角度変更機構に対する作動
規制が解除される。

【００３１】この状態において、定格回転可能角度に設
定されていたランナーベーン２０に水流が作用すると、
ランナーベーン２０には水流によって生じる力により水
流に対する抵抗が小さくなる方向に回転力が作用し、そ
の回転力がパイロットピン２４とガイド溝１７を介して
スライドブロック１６に作用する。その結果、スライド
ブロック１６はランナーボス１３のスライド孔１５内を
下流方向に移動する。そして、ランナーベーン２０の水
流に対する抵抗が一番小さくなる姿勢、換言すれば、ラ
ンナーベーン２０に水流による回転力が殆ど発生しない
姿勢になると、ランナーベーン２０の回転が停止してス
ライドブロック１６の軸心方向移動が停止せしめられ
る。すなわち、図５に示すように、ランナーベーン２０
がフェザーリング角度になると同時に、スライドブロッ
ク１６は軸心方向移動を停止する。したがって、発電機
４の電気負荷がなくなり、電磁石４４への通電が停止さ
れると、ランナーベーン２０のランナーボス１３に対す
る取付角度が自動的に定格回転可能角度からフェザーリ
ング角度に素早く変化する。

【００３２】このように、この実施の形態の水車発電機
の過速度防止装置によれば、発電機４に対する電気負荷
がなくなった時に、ランナーベーン２０の取付角度を定
格回転可能角度からフェザーリング角度に瞬時に自動的
に変更することができ、その結果、ランナーベーン２０
の回転を殆どなくすことができるので、ランナーベーン
２０が過速度で回転するのを確実に防止することができ
る。また、過速度防止装置は、構成が簡単で、小型にで
き、制御も簡単になり、安価にできる。また、小出力の
水車発電機１にも十分に装備可能になる。また、水流を
停止させずに、ランナーベーン２０をフェザーリング角
度にすることで流れを十分に確保するようにしているの
で、水車発電機１よりも上流の水圧鉄管（取水路）に水
圧上昇が生じない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明するように、この発明によれ
ば、前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取
付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角度まで
変更可能にする取付角度変更機構と、前記ランナーベー
ンを定格回転可能角度に固定させるべく前記取付角度変
更機構の作動を規制する作動規制機構と、を備え、前記
発電機に対する電気負荷がなくなった時に、前記作動規
制機構による前記取付角度変更機構に対する作動規制が
解除されるようにしたことにより、発電機に電気負荷が
なくなった時に、ランナーボスに対するランナーベーン
の取付角度をフェザーリング角度に自動的に変更するこ
とができ、ランナーが過速度回転するのを確実に防止す
ることができるという優れた効果が奏される。

【００３４】また、この発明において、前記取付角度変
更機構が、前記ランナーボスの軸中心に沿って設けられ
たスライド孔と、このスライド孔に軸心方向に相対移動
可能に収容されたスライドブロックと、このスライドブ
ロックの外周面に形成されたガイド溝と、前記ランナー
ベーンの基端に設けられていて前記ガイド溝に移動可能
に係合するパイロットピンと、を備えて構成された場合
には、取付角度変更機構を簡単な構成にすることがで
き、また、作動不良を生じにくくすることができるとい
う効果がある。

【００３５】また、この発明において、前記作動規制機
構を、前記スライド孔に対する前記スライドブロックの
軸心方向への相対移動を規制するもので構成した場合に
は、正常時にランナーベーンを確実に定格回転可能角度
に固定することができる。

【００３６】また、この発明において、前記作動規制機
構が、一端が前記スライドブロックに固定され他端が前
記発電機への回転伝達用ロータに相対回転不能で且つ軸
心方向に相対移動可能なシャフトと、前記シャフトの他
端に相対回転可能で且つ軸心方向に相対移動不能に係合
し前記シャフトの軸心方向運動を水から離隔された空間
部まで伝達するリンク機構と、このリンク機構を前記空
間部内で固定可能にする制動手段と、を備えて構成され
た場合には、制動手段を、水から離隔された空間部内に
設置することができ、これにより、制動手段に耐水性が
不要になり、制動手段を電気的に制御することが容易に
できる。

【００３７】また、この発明において、前記制動手段
が、前記リンク機構に取り付けられたストッパと、この
ストッパが係合可能な係合部を有する制動ベースと、前
記ストッパを前記係合部から解除する方向に付勢する付
勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパ
を前記係合部に係合させる方向に引き寄せストッパと係
合部を係合状態に保持する電磁石と、を備えて構成され
た場合には、電磁石の通電を制御することにより、取付
角度変更機構の作動を規制したり規制解除することが容
易にできる。

【００３８】また、この発明において、前記電磁石を、
前記発電機で発電中の電気が供給されて作動するように
した場合には、発電機に対する電気負荷がなくなった時
にランナーベーンを極めて迅速にフェザーリング角度に
することが可能になる。また、この発明において、前記
制動ベースに複数の係合部が設けられ、この複数の係合
部の中から前記ストッパと係合する係合部を選択するこ
とにより、前記ランナーベーンの定格回転可能角度が変
更可能にした場合には、水路を流れる水の量に応じて定
格回転可能角度を変更することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る過速度防止装置を備えた水車
発電機の一実施の形態の縦断面図であり、ランナーベー
ン取付角度が定格回転可能角度の場合を示している。

【図２】前記実施の形態における水車発電機のランナ
ー部分の拡大断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１の紙面裏側から見た制動機構の要部拡大
図である。

【図５】前記実施の形態における水車発電機のランナ
ーベーン取付角度がフェザーリング角度の場合を示す要
部断面図である。

【符号の説明】

１水車発電機２ケーシング３ランナー４発電機５水路７リンクボックス（空間部）８回転伝達用ロータ１２シャフト（作動規制機構）１３ランナーボス１５スライド孔（取付角度変更機構）１６スライドブロック（取付角度変更機構）１７ガイド溝（取付角度変更機構）２０ランナーベーン２４パイロットピン（取付角度変更機構）３１第１リンク（リンク機構、作動規制機構）３２第２リンク（リンク機構、作動規制機構）４０ストッパ（制動手段、作動規制機構）４３スプリング（付勢手段、制動手段、作動規制機
構）４４電磁石（制動手段、作動規制機構）４５上面（制動ベース、制動手段、作動規制機構）４５ａ〜４５ｃ係止凹部（係合部、制動手段、作動規
制機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H072 AA09 AA26 BB15 CC54 CC71 3H073 AA09 AA27 BB32 CC01 CC26 CD15 CE10 CE26 3H074 AA12 BB19 CC16 CC43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水路内の水流を、ランナーボスに回転可
能に取り付けられたランナーベーンで受けてランナーを
回転させ、このランナーの回転を発電機に伝達して発電
を行う水車発電機の過速度防止装置において、前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角
度を定格回転可能角度からフェザーリング角度まで変更
可能にする取付角度変更機構と、前記ランナーベーンを定格回転可能角度に固定させるべ
く前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構
と、を備え、前記発電機に対する電気負荷がなくなった時に、前記作
動規制機構による前記取付角度変更機構に対する作動規
制が解除されることを特徴とする水車発電機の過速度防
止装置。
【請求項２】前記取付角度変更機構は、前記ランナー
ボスの軸中心に沿って設けられたスライド孔と、このス
ライド孔に軸心方向に相対移動可能に収容されたスライ
ドブロックと、このスライドブロックの外周面に形成さ
れたガイド溝と、前記ランナーベーンの基端に設けられ
ていて前記ガイド溝に移動可能に係合するパイロットピ
ンと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の水車
発電機の過速度防止装置。
【請求項３】前記作動規制機構は、前記スライド孔に
対する前記スライドブロックの軸心方向への相対移動を
規制するものであることを特徴とする請求項２に記載の
水車発電機の過速度防止装置。
【請求項４】前記作動規制機構は、一端が前記スライ
ドブロックに固定され他端が前記発電機への回転伝達用
ロータに相対回転不能で且つ軸心方向に相対移動可能な
シャフトと、前記シャフトの他端に相対回転可能で且つ
軸心方向に相対移動不能に係合し前記シャフトの軸心方
向運動を水から離隔された空間部まで伝達するリンク機
構と、このリンク機構を前記空間部内で固定可能にする
制動手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載
の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項５】前記制動手段は、前記リンク機構に取り
付けられたストッパと、このストッパが係合可能な係合
部を有する制動ベースと、前記ストッパを前記係合部か
ら解除する方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の
付勢力に抗して前記ストッパを前記係合部に係合させる
方向に引き寄せストッパと係合部を係合状態に保持する
電磁石と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の
水車発電機の過速度防止装置。
【請求項６】前記電磁石は、前記発電機で発電中の電
気が供給されて作動することを特徴とする請求項５に記
載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項７】前記制動ベースには複数の係合部が設け
られ、この複数の係合部の中から前記ストッパと係合す
る係合部を選択することにより、前記ランナーベーンの
定格回転可能角度が変更可能であることを特徴とする請
求項５に記載の水車発電機の過速度防止装置。