JP2016156349A - Moving vane operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動翼を有する水力機械の可動翼の位置を調整する可動翼操作装置に関する。 The present invention relates to a movable blade operating device that adjusts the position of a movable blade of a hydraulic machine having movable blades.
水力機械には、カプラン水車、斜流水車などのように可動翼を持つ羽根車を備えた可動翼式の水力機械がある。可動翼を有する水力機械は、羽根車の可動翼を回転操作してその開度調整を行う可動翼操作装置を有する。可動翼操作装置は、操作液を利用した機構で、直動機構を操作し、直動機構の直動方向の移動をリンク機構で回動方向の移動に変換して羽根車に伝達することで、可動翼を回動させる。 Hydropower machines include movable wing type hydraulic machines having impellers having movable blades such as Kaplan turbines and mixed flow turbines. A hydraulic machine having movable blades has a movable blade operation device that rotates the movable blades of the impeller and adjusts the opening thereof. The movable blade operating device is a mechanism that uses an operation liquid, operates the linear motion mechanism, converts the movement of the linear motion mechanism in the linear motion direction into movement in the rotational direction by the link mechanism, and transmits it to the impeller. Rotate the movable wing.
特許文献1には、可動翼操作装置を有する水力機械として、可動翼(可動羽根)と、この可動翼を回動自在に保持する可動翼保持部と、可動翼に回動動作を行わせるリンク機構を有する羽根車と、この羽根車に一体に結合されると共に回転自在に支持される回転軸と、この回転軸の一部を利用して形成されたリンク機構を介し可動羽根の回動操作を操作液により行う液圧式操作装置と、回転軸に装着され、操作液を供給するポンプ装置と、回転軸に装着されポンプ装置から液圧式操作装置への操作液の供給に用いられる操作液用配管とを備え、操作液が通流する部位の全てを回転軸に装着する水力機械が記載されている。また、可動翼操作装置としては、操作液の供給を行う液圧供給装置を静止部分に配置し、液圧供給装置により液圧が供給され、リンク機構を動作させる部分を、回転軸の途中や可動翼保持部の中に配置する装置がある。 In Patent Document 1, as a hydraulic machine having a movable blade operating device, a movable blade (movable blade), a movable blade holding portion that rotatably holds the movable blade, and a link that causes the movable blade to perform a rotating operation. An impeller having a mechanism, a rotating shaft integrally coupled to the impeller and rotatably supported, and a rotating operation of the movable blade through a link mechanism formed by using a part of the rotating shaft A hydraulic operating device that performs operation with an operating fluid, a pump device that is mounted on a rotating shaft and supplies operating fluid, and an operating fluid that is mounted on the rotating shaft and used to supply operating fluid from the pump device to the hydraulic operating device There is described a hydraulic machine including a pipe and mounting all the parts through which an operation liquid flows on a rotating shaft. In addition, as the movable blade operating device, a hydraulic pressure supply device that supplies the operating fluid is arranged in a stationary part, and the hydraulic pressure is supplied by the hydraulic pressure supply device to operate the link mechanism in the middle of the rotating shaft or There is a device arranged in the movable blade holder.
水力機械の可動翼操作装置は、主軸の内部に操作液が供給される経路が設けられていると、操作液を供給する機構のメンテナンスの際に、主軸の内部、例えば発電機が配置されている部分の部品の交換や、補修が生じることになる。このため、メンテナンス等の際の作業に手間がかかる。また、主軸の内部に操作液を供給する経路を、主軸に挿入された操作ロッドや、主軸に設けることになる。 The movable wing operating device of a hydraulic machine is provided with a path for supplying operating fluid to the inside of the main shaft. Replacement of parts and repairs will occur. For this reason, it takes time and labor for maintenance. Further, a path for supplying the operation liquid into the main shaft is provided in the operation rod inserted into the main shaft or the main shaft.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、かつ、メンテナンス等の作業をより簡単に行うことができる可動翼操作装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a movable blade operating device having a simple structure and capable of performing operations such as maintenance more easily.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、水力機械の可動翼の位置を操作する可動翼位置操作装置であって、前記可動翼に連結され、前記可動翼を回動させるリンク機構と、前記水力機械の主軸の内部に挿入され、前記リンク機構に連結され、前記主軸とともに回転し、軸方向に移動可能である操作ロッドと、前記操作ロッドを前記軸方向に移動させる軸方向移動装置と、を有し、前記操作ロッドは、前記主軸よりも鉛直方向上側の端部に突出しており、前記軸方向移動装置は、前記操作ロッドの前記リンク機構が設置されている端部とは逆側の端部に配置され、前記操作ロッドとともに回転し、前記操作ロッドと連結したピストン及び前記ピストンが配置されたシリンダを備える操作液シリンダと、前記操作液シリンダに接続され、前記操作液シリンダと回転する回転部と前記回転部を回転自在な状態で支持する支持部とを有し、前記回転部と前記支持部との間に操作液を流通させる管路が形成された軸継手と、前記軸継手を介して、前記シリンダの前記ピストンの両側に操作液を供給可能な操作液供給装置と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a movable blade position operating device for operating the position of a movable blade of a hydraulic machine, and is connected to the movable blade and rotates the movable blade. A link mechanism that is inserted into the main shaft of the hydraulic machine, is connected to the link mechanism, rotates together with the main shaft, and is movable in the axial direction, and moves the operation rod in the axial direction The operation rod protrudes from the end on the upper side in the vertical direction with respect to the main shaft, and the axial movement device has an end on which the link mechanism of the operation rod is installed. An operation liquid cylinder that is disposed at an end opposite to the part, rotates together with the operation rod, and includes a piston connected to the operation rod and a cylinder in which the piston is disposed; and the operation liquid cylinder A pipeline that is continued, has a rotating part that rotates with the operating liquid cylinder, and a supporting part that supports the rotating part in a rotatable state, and allows the operating liquid to flow between the rotating part and the supporting part; It has a formed shaft coupling, and an operating fluid supply device which can supply an operating fluid to both sides of the piston of the cylinder via the shaft coupling.
また、前記水力機械は、回転部が前記主軸とともに回転する発電機が前記可動翼よりも鉛直方向上側に配置され、前記主軸は、前記発電機よりも鉛直方向上側の端部に突出していることが好ましい。 Further, in the hydraulic machine, a generator whose rotating part rotates together with the main shaft is arranged above the movable blade in the vertical direction, and the main shaft protrudes at an end portion in the vertical direction higher than the generator. Is preferred.
また、前記操作液供給装置は、前記軸継手の固定部に接続された配管と、前記操作液を供給する経路を切換可能なポンプと、前記ポンプを駆動させるモータと、を有し、前記配管と前記シリンダと前記ポンプで操作液回路を形成することが好ましい。 The operating fluid supply device includes a pipe connected to a fixed portion of the shaft coupling, a pump capable of switching a path for supplying the operating fluid, and a motor for driving the pump, and the piping It is preferable to form an operating fluid circuit with the cylinder and the pump.
また、前記操作液供給装置は、前記シリンダに13MPa以上の圧力の操作液を供給することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the operating fluid supply device supplies operating fluid having a pressure of 13 MPa or more to the cylinder.
本発明は、簡単な構造で、かつ、メンテナンス等の作業をより簡単に行うことができるという効果を奏する。 The present invention has an effect of having a simple structure and capable of more easily performing operations such as maintenance.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the following modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.
図1は、水力発電装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す水力発電装置5は、発電機フロア2に配置されている。水力発電装置5は、発電機6と発電機6を回転させる水力機械10と、を有する。発電機6は、発電機フロア2に設置されている。発電機6は、発電機フロア2に対して静止する静止部7と、静止部7に対して回転する回転部8とを有する。発電機6は、回転部8が静止部7に対して回転することで、発電する。発電機6は、回転部8と主軸12を通じて水力機械10に接続されている。水力機械10は、発電機6の回転部8に支持され、回転部8とともに回転する。また、水力機械10の一部は、静止部7と同様回転しない。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a hydroelectric generator. The
次に、図1に加え、図2を用いて、水力機械10について説明する。図2は、図1に示す水力発電装置のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。本実施形態の水力機械10は、カプラン水車である。水力機械10は、主軸(回転軸、発電機軸)12と、ランナベーン14と、ランナボス16と、ランナ操作装置20と、を有する。また、水力機械10は、さらに水路4のランナベーン14の上流側にガイドベーンを配置してもよい。
Next, the
本実施形態の水力機械10は、鉛直方向に沿って主軸12が設置され、主軸12を通じて発電機6の回転部8と接続された状態で鉛直方向を軸として軸周りに回転する。主軸12は、鉛直方向上側の端部が発電機6の鉛直方向上側の端面より鉛直方向上側に突出している。主軸12は、中空軸である。
The
ランナベーン14は、主軸12の鉛直方向下側の端部の水路4に配置されている。ランナベーン14は、回転方向に複数配置されている。ランナボス16は、主軸12の鉛直方向下側の端部に配置され、ランナベーン14を回動自在な状態で支持する。
The
ランナ操作装置20は、ランナベーン14を回動させ、ランナベーン14の向きを調整する装置である。ランナ操作装置20は、複数のランナベーン14のそれぞれを通り、回転軸に直交する方向を軸として、複数のランナベーン14を一体で回動させる。ランナ操作装置20は、リンク機構24と、操作ロッド26と、スペーサ28と、軸方向移動装置30と、カバー38と、を有する。
The
リンク機構24は、一方がランナベーン14に接続され、他方が操作ロッド26に接続されている。リンク機構24は、直動運動を回動運動に変換する機構である。操作ロッド26の直動運動を回動運動に変換することで、ランナベーン14を回動させる。
One of the
操作ロッド26は、主軸12の内部に挿入されている。操作ロッド26は、鉛直方向下側の端部でリンク機構24に接続されている。操作ロッド26は、鉛直方向上側の端部が主軸12よりも鉛直方向上側に突出している。
The
スペーサ28は、主軸12の鉛直方向上側の端部に固定されている。スペーサ28は、主軸12と一体で回転する。スペーサ28は、内部が中空であり、主軸12よりも突出している操作ロッド26が挿入されている。
The
軸方向移動装置30は、操作ロッド26を軸方向に移動させる。軸方向移動装置30は、操作液シリンダ32と、軸継手34と、操作液供給装置36と、カバー38と、を有する。
The
操作液シリンダ32は、スペーサ28の鉛直方向上側に配置され、スペーサ28と一体で回転する。操作液シリンダ32は、操作液供給装置36から供給される操作液により、操作ロッド26を軸方向に移動させる。つまり操作液シリンダ32は、操作ロッド26を直動方向に移動させる。操作液シリンダ32は、ピストン42と、ピストン42に接続されたロッド44と、ピストン42を収納するシリンダ46と、を有する。ロッド44は、一方の端部がピストン42に固定され、他方の端部がシリンダ46よりもスペーサ28側に突出し、操作ロッド26に固定されている。シリンダ46は、スペーサ28の鉛直方向上側に固定されている。操作液シリンダ32は、シリンダ46内のピストン42よりも鉛直方向上側の領域が第1室48となり、シリンダ46内のピストン42よりも鉛直方向下側の領域、つまりスペーサ28側の領域が第2室49となる。
The
軸継手34は、操作液シリンダ32の鉛直方向上側に配置されている。軸継手34は、ロータリージョイント(ロータリーユニオン)であり、操作液シリンダ32の操作液の経路と、操作液供給装置36の操作液との経路と、を繋げる。軸継手34は、高圧用回転継手であり、建設機械、工作機械あるいは圧延機で用いられるような軸継手、例えば、20MPa以上の高圧で使用される高圧用回転継手を用いることが好ましい。軸継手34は、操作液シリンダ32のシリンダ46に固定され、シリンダ46とともに回転する回転部50と、回転部50に対して回転自在に連結された静止部52とを有する。軸継手34は、回転部50と静止部52との間にベアリングが配置されている。軸継手34は、回転部50と静止部52との間にベアリングを配置し、ギャップを精密に管理することにより高圧下での漏油を最小限に抑えている。軸継手34の内部には、操作液が流れる経路が形成されている。操作液が流れる経路については、操作液供給装置36とともに説明する。
The
操作液供給装置36は、操作液シリンダ32に操作液を供給する。操作液供給装置36は、モータにより可逆ポンプを操作して、操作液を供給する方向を切り換えるハイブリッドサーボである。操作液供給装置36は、第1経路60と、第2経路62と、ポンプ64と、モータ66と、操作液貯留タンク68と、を有する。
The operation
第1経路60は、ポンプ64と、第1室48とを繋げる経路である。第1経路60は、配管70と、静止側管路72と、回転側管路74と、シリンダ内管路76と、を有する。配管70は、一方の端部がポンプ64と接続しており、他方の端部が軸継手34の静止部52に接続している。静止側管路72は、配管70と接続しており、静止部52の内周面に回転軸周りに形成された周状の管路を有する。回転側管路74は、一方の端部が静止側管路72の周状の管路と接続され、他方の端がシリンダ46と接続されている。回転側管路74は、周状の管路と接続されることで、静止部52に対して回転部50が回転しても静止側管路72と接続した状態を維持する。シリンダ内管路76は、一方の端部が回転側管路74と接続され、他方の端部が第1室48と接続されている。第1経路60は、配管70と、静止側管路72と、回転側管路74と、シリンダ内管路76とが接続されていることで、ポンプ64と、第1室48とを繋げている。
The
第2経路62は、ポンプ64と、第2室49とを繋げる経路である。第2経路62は、配管80と、静止側管路82と、回転側管路84と、シリンダ内管路86と、を有する。配管80は、一方の端部がポンプ64と接続しており、他方の端部が軸継手34の静止部52に接続している。静止側管路82は、配管80と接続しており、静止部52の内周面に回転軸周りに形成された周状の管路を有する。回転側管路84は、一方の端部が静止側管路82の周状の管路と接続され、他方の端がシリンダ46と接続されている。回転側管路84は、周状の管路と接続されることで、静止部52に対して回転部50が回転しても静止側管路82と接続した状態を維持する。シリンダ内管路86は、一方の端部が回転側管路84と接続され、他方の端部が第2室49と接続されている。第2経路62は、配管80と、静止側管路82と、回転側管路84と、シリンダ内管路86とが接続されていることで、ポンプ64と、第2室49とを繋げている。
The
ポンプ64は、配管70に操作液を供給する状態と、配管80に操作液を供給する状態を切り換えることができる可逆ポンプである。モータ66は、ポンプ64を駆動する。操作液貯留タンク68は、ポンプ64に操作液を供給し、軸継手34から漏油される操作液を回収する。
The
カバー38は、発電機6のカバーに固定されている。カバー38は、主軸12の鉛直方向上側の端部に連結されているランナ操作装置20の各部、具体的に操作液シリンダ32と軸継手34の外周を覆っている。
The cover 38 is fixed to the cover of the generator 6. The cover 38 covers each part of the
水力機械10は、水路4に水が流れ、ランナベーン14が配置されている領域を通過すると、通過する水の力でランナベーン14が回転方向の力を受ける。ランナベーン14に回転方向の力が作用するとランナベーン14、ランナボス16及び主軸12が回転する。水力発電装置5は、水力機械10が回転することで、発電機6の回転部8が回転し、発電する。
In the
また、ランナ操作装置20は、操作液供給装置36のモータ66でポンプ64を駆動させ、第1経路60を介して第1室48に操作液を供給することで、第1室48の操作液の圧を第2室49の操作液の圧よりも高くし、ピストン42を第2室49側に付勢する。これにより、ピストン42が第2室49側、つまりスペーサ28側に移動され、ピストン42に連結されている操作ロッド26が鉛直方向下側に移動される。操作ロッド26が移動することで、リンク機構24を介してランナベーン14が回動される。また、第2室49から排出された操作液は、第2経路62からポンプ64に排出される。ポンプ64は、第2経路62から排出された操作液を第1経路60に供給する。このように、操作液供給装置36は、シリンダ46、第1経路60、第2経路62、ポンプ64を1つの閉じられた経路と、操作液を移動させる。
Further, the
また、ランナ操作装置20は、操作液供給装置36のモータ66でポンプ64を駆動させ、第2経路62を介して第2室49に操作液を供給することで、第2室49の操作液の圧を第1室48の操作液の圧よりも高くし、ピストン32を第1室48側に付勢する。これにより、ピストン42が第1室48側、つまり軸継手34側に移動され、ピストン42に連結されている操作ロッド26が鉛直方向上側に移動される。操作ロッド26が移動することで、リンク機構24を介してランナベーン14が、操作ロッド26が鉛直方向下側に移動した場合とは反対の方向に回動される。また、第1室48から排出された操作液は、第1経路60からポンプ64に排出される。ポンプ64は、第1経路60から排出された操作液を第2経路62に供給する。このように、操作液供給装置36は、シリンダ46、第1経路60、第2経路62、ポンプ64を1つの閉じられた経路と、操作液を移動させる。ランナ操作装置20は、操作液シリンダ32に供給する操作液を制御し、操作液の圧を調整することで、ランナベーン14を回動操作し開度を調整する。
Further, the
本実施形態のランナ操作装置20は、操作ロッド26を主軸12よりも鉛直方向上側まで配置し、発電機6よりも鉛直方向上側に突出させ、操作ロッド26の鉛直方向上側に操作液が循環するシリンダを配置することで、操作液が操作ロッド26及び主軸12の内部に作動油が流入しない構造とすることができる。これにより、ランナ操作装置20の構造を簡単にすることができ、操作液が循環する経路のメンテナンスを簡単にすることができる。具体的には、経年あるいは事故で補修や交換が必要になった場合も、発電機を分解せずに処理が可能であり、停止期間や補修コストを大幅に低減できる。
In the
また、ランナ操作装置20は、操作液供給装置36に、可逆式のポンプ64をモータ66で駆動し、双方向に操作液を供給するハイブリッドサーボとすることで、例えばギアポンプやスクリューポンプから圧油タンクに蓄圧された圧油の場合、あるいは斜板式ピストンポンプやギアポンプなどの定容量の容積型ポンプを直接接続している場合よりも効率よく高い圧力の操作液を供給することができる。操作液を高圧にできることで、操作液シリンダ32及び軸継手34を小型化することができる。具体的には、操作液供給装置36は、シリンダに5MPa以上の圧力の操作液を供給することが好ましく、シリンダに13MPa以上の圧力の操作液を供給することがさらに好ましい。これにより、操作液シリンダ32及び軸継手34を小型化することができる。また、発電機6に補強等を行わずに、主軸12の鉛直方向上側の端部に操作液シリンダ32及び軸継手34を配置することができる。なお、操作液供給装置36は、シリンダに5MPa以上、好ましくは13MPa以上の圧力の操作液を供給することで、装置を小型化することができ、効率よく駆動を行うことができるが、シリンダに5MPa未満の圧力の作動液を供給する構成としてもよい。
In addition, the
また、ランナ操作装置20は、操作液を回転部に導入するための複雑な構造を持つ操作液の導入装置に代わり、単純な形状でかつ高圧の操作液を供給する導入装置を採用する。これにより、可動翼の開度調整に必要な作動機構の小型化が可能になり、かつ、水力機械の製造コストを低減することが可能になる。
The
また、本実施形態のランナ操作装置20は、操作液シリンダ32のシリンダ46と主軸12の間にスペーサ28を設けることで、操作液シリンダ32を主軸12に対して、分離しやすくでき、かつ組み立てしやすくすることができる。
Further, the
ここで、ランナ操作装置20は、操作液として、油を用いることが好ましいが、これに限定されない。操作液としては、水車装置に使用可能であるならば適宜の液体の採用が可能である。また本実施形態は、水力機械10をカプラン水車であるとしてきたが、これに限定されることはなく、斜流水車やバルブ水車などの可動翼を有する他の可動羽根式の水車装置とするができる。また、水力機械10は、可動羽根式のポンプ装置を含む可動羽根式の水力機械装置にも適用可能である。
Here, the
2 発電機フロア
4 水路
5 水力発電装置
6 発電機
7 静止部
8 回転部
10 水力機械
12 主軸(回転軸、発電機軸)
14 ランナベーン
16 ランナボス
20 ランナ操作装置
24 リンク機構
26 操作ロッド
28 スペーサ
30 軸方向移動装置
32 操作液シリンダ
34 軸継手
36 操作液供給装置
38 カバー
42 ピストン
44 ロッド
46 シリンダ
48 第1室
49 第2室
50 回転部
52 静止部
60 第1経路
62 第2経路
64 ポンプ
66 モータ
68 操作液貯留タンク
70、80 配管
72、82 静止側管路
74、84 回転側管路
76、86 シリンダ内管路
14
Claims (4)
前記可動翼に連結され、前記可動翼を回動させるリンク機構と、
前記水力機械の主軸の内部に挿入され、前記リンク機構に連結され、前記軸とともに回転し、軸方向に移動可能である操作ロッドと、
前記操作ロッドを前記軸方向に移動させる軸方向移動装置と、を有し、
前記操作ロッドは、前記主軸よりも鉛直方向上側の端部に突出しており、
前記軸方向移動装置は、前記操作ロッドの前記リンク機構が設置されている端部とは逆側の端部に配置され、前記操作ロッドとともに回転し、前記操作ロッドと連結したピストン及び前記ピストンが配置されたシリンダを備える操作液シリンダと、
前記操作液シリンダに接続され、前記操作液シリンダと回転する回転部と前記回転部を回転自在な状態で支持する支持部とを有し、前記回転部と前記支持部との間に操作液を流通させる管路が形成された軸継手と、
前記軸継手を介して、前記シリンダの前記ピストンの両側に操作液を供給可能な操作液供給装置と、を有することを特徴とする可動翼操作装置。 A movable blade position manipulating device for manipulating the position of a movable blade of a hydraulic machine,
A link mechanism connected to the movable wing and rotating the movable wing;
An operation rod inserted into the main shaft of the hydraulic machine, connected to the link mechanism, rotated together with the shaft, and movable in the axial direction;
An axial movement device that moves the operating rod in the axial direction;
The operation rod protrudes at the end on the upper side in the vertical direction from the main shaft,
The axial movement device is disposed at an end of the operating rod opposite to the end where the link mechanism is installed, and rotates with the operating rod, and a piston connected to the operating rod and the piston An operating fluid cylinder comprising the arranged cylinders;
The operating liquid cylinder is connected to the operating liquid cylinder and has a rotating part that rotates and a supporting part that supports the rotating part in a rotatable state, and the operating liquid is supplied between the rotating part and the supporting part. A shaft coupling formed with a conduit for circulation;
An operating fluid supply device capable of supplying an operating fluid to both sides of the piston of the cylinder via the shaft coupling.
前記主軸は、前記発電機よりも鉛直方向上側の端部に突出していることを特徴とする請求項1に記載の可動翼操作装置。 In the hydraulic machine, a generator whose rotating part rotates together with the main shaft is arranged on the upper side in the vertical direction from the movable blade,
The movable blade operating device according to claim 1, wherein the main shaft protrudes at an end portion on a vertically upper side than the generator.
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