JP4131907B2 - Electric water mouth operating device and water mouth operating method for hydraulic machine - Google Patents

Electric water mouth operating device and water mouth operating method for hydraulic machine Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機を使用して水口の操作を行う水力機械の電動式水口操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水力機械の水口の開閉機構としては油圧式のサーボモータを利用する機構や電動機を利用する機構などが存在する。今、水力発電所の水車のガイドベーン操作機構に着目してみると、この機構には多くの場合油圧式サーボモータが用いられているが、近年では中小水力発電所用に圧油装置が不要である電動式サーボモータが用いられるようになってきた。これは電動機の回転軸に歯車減速機を連結し、この歯車減速機の出力軸にボールねじを回転可能に連結し、ボールねじのボールナットに連結して直線運動を行うスライド軸によりガイドベーン操作用ゲートシャフトを回動せしめるものである（例えば実公昭６１−２９９７６号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の電動式水口操作装置の電動式サーボモータは、電動機の回転トルクを歯車減速機とボールねじで構成された機構により減速、トルク増幅して直線運動に変換して操作力を得るようにしているが、これを容量の大きい水車にまでその適用を拡大しようとした場合には、ガイドベーンは強大な操作力を必要とするので、ボールねじのねじ径即ちボールねじの負荷容量上の製作限界からの制約を受ける。また、ガイドベーンを流れる水の水圧脈動が操作機構を介して伝わって来るので、電動式サーボモータのボールねじは外力による強制振動を受けて摩耗が促進され寿命が短くなる場合があるため、大容量の水車には適用が制限されている。
【０００４】
また、歯車減速機とボールねじで構成された機構であるため、負荷側からの力により電動機が逆転するための抵抗力が大きいので、水車の特性によっては電源喪失の場合のガイドベーンの水圧自己閉鎖力による水車の自動停止が困難になることがあり、このために非常用予備電源を有しなければならない場合がある（発電用水力設備に関する技術基準第３８条２項）。
【０００５】
なお、近年においては、電動機の回転トルクを歯車減速機とボールねじで構成された機構により減速、トルク増幅して直線運動に変換して操作力を得る上記従来構成に代り、電動機により駆動される油圧ポンプの各吐出・吸引口を、油圧シリンダのヘッド側ポートおよびロッド側ポートにそれぞれ操作管を介して連結し、油圧ポンプの吐出方向切換えにより油圧シリンダのピストンロッドを押し引きして、ピストンロッドに連結した水力機械の水口操作機構を駆動する構成も開示されている（例えば特開平６−３０７３２５号公報、特開平８−１８９４５２号公報等）。
【０００６】
これらの技術においては、圧油タンクや集油タンクを省略して、構成の簡素化等が図られているが、大容量の水力機械にまで適用を拡大ならしめることが困難である等の課題がある。また、非常用予備電源が必要となったり、水圧自己閉鎖力による自動停止が困難となる等の課題がある。
【０００７】
本発明はかかる問題を解決して大容量の水力機械にまで適用を拡大ならしめ、かつ非常用予備電源を必要とせずに水圧自己閉鎖力による自動停止を容易ならしめることができ、信頼性が高く、しかも低コストの水力機械の電動式水口操作装置および水口操作方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、電動機により駆動され吐出方向が切換え可能な２方向回転型油圧ポンプの各吐出・吸引口を、油圧シリンダのヘッド側ポートおよびロッド側ポートにそれぞれ操作管を介して連結し、前記油圧ポンプの吐出方向切換えにより前記油圧シリンダのピストンロッドを押し引きして、前記ピストンロッドに連結した水力機械の水口操作機構を駆動する水力機械の水口操作装置において、前記各操作管に前記油圧ポンプをバイパスするループ配管を設け、このループ配管内に並列な２系統の分岐管路を設け、この分岐管路の一方の管路には、前記油圧シリンダのロッド側ポートより排出される油を止める機能を有する第一逆止弁と、前記油圧シリンダのヘッド側ポートより排出される油を止める機能を有する第二逆止弁とを直列に配置し、前記分岐管路の他方の管路には、前記油圧シリンダのロッド側ポートに流入する油を止める機能を有する第三逆止弁と、前記油圧シリンダのヘッド側ポートに流入する油を止める機能を有する第四逆止弁とを直列に配置し、かつ前記分岐管路の第一・第二逆止弁間および第三・第四逆止弁間を連結する連結管を設けてこの連結管にリリーフ弁を設けるとともに、さらにこの連結管を前記分岐管路から外部に延長させて、その延長部分に油圧制御用バッファ装置を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、ねじ径の大きさに製作限界があり、対振動強度が低いボールねじの使用を電動機のトルク伝達機構から排除して、これに代え大容量化が可能である。本発明においては、対振動強度が大きい２方向回転型油圧ポンプ、油圧シリンダ、リリーフ弁、逆止弁、油タンクとこれらを接続する配管で構成することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧制御用バッファ装置は、密閉型の油タンク、フィルタ付きの大気呼吸管を設けた開放型の油タンク、大気に開口したブラダを装着したブラダ型の油タンク、またはアキュムレータであることを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、油タンクは油圧シリンダのロッドの引き込み動作における油の回収時に圧力が立たないように大気に開放して圧力容器とならないようにして製作を容易にすることができる。また、油タンクの中にブラダを装着して油と外気を遮断して、作動油への水分や塵芥などの異物の混入を防止して設置場所の環境面からの影響を受けない信頼性の高いものとすることができる。さらに、油タンクをアキュムレータとして、油圧ポンプの吸込み側に常時圧力をかけておくことにより、油圧ポンプのキャビテーションの発生を防止して信頼性を高めることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油タンクは、分岐管に設けた第一ないし第四逆止弁およびリリーフ弁により、ピストンロッドの押し引きに伴って油圧シリンダに生じる油の余剰分を回収する機能および前記油圧シリンダに生じる油の不足分を供給する機能を有するものであることを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、油圧シリンダのピストンロッドによるシリンダ室減少分の油の余剰分および不足分を油タンクによって吸収することができ、高精度の操作性が得られる。
【００１４】
請求項４に係る発明では、請求項１から３までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドを検出し、電動機の制御装置により電動機に出力する電流を制限して発生トルクを減じるトルク制御手段、または油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドに近づいたことを検出し、電動機の制御装置により電動機の回転速度を減じる速度制御手段を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００１５】
本発明によれば、位置センサまたは位置検出スイッチにより油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドを検出し、電動機の制御装置を動作させて電動機に出力する電流を制限して発生トルクを減じる制御を行うことで、油圧ポンプを不要に酷使することを避けて寿命を延ばし信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、位置センサまたは位置検出スイッチにより油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドに近づいたことを検出し、電動機の制御装置を動作させて電動機の回転速度を減じる制御を行うことで、油圧ポンプを不要に酷使することを避けて寿命を延ばし信頼性を高めることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明では、請求項１から４までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、圧油が入り水口を開く側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させて、動作することにより一次側を油圧制御用バッファ装置に排出する開閉切換弁を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００１８】
本発明によれば、水圧自己閉鎖力で水口を閉じせしめるために、圧油が入り水口を開く側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させて開閉切換弁を設け、これを動作させて油圧シリンダの油を油圧制御用バッファ装置に排出させてこれを行うようにして非常用予備電源を不要として低コスト化が図れる。
【００１９】
請求項６に係る発明では、請求項１から５までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、圧油が入り水口を閉じる側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させてアキュムレータを設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００２０】
本発明によれば、圧油が入り水口を閉じる側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させてアキュムレータを設け、電源喪失で油圧ポンプを回すことができない故障時にはこれに畜圧された圧油を使って油圧シリンダを閉動作するようにして非常用予備電源を不要として低コスト化が図れる。
【００２１】
請求項７に係る発明では、請求項６記載の水力機械の電動式水口操作装置において、アキュムレータの入口にパイロット操作逆止弁または逆止弁と開閉切換弁を並列に回路構成した弁管路を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００２２】
本発明によれば、アキュムレータの入口にパイロット操作逆止弁または逆止弁と開閉切換弁を並列に回路構成された弁管路を設け、アキュムレータには自動的に油圧ポンプの吐出圧油が補給されるようにして安定した圧油を畜圧できるようにして、確保電源喪失で油圧ポンプを回すことができない故障時にはこれに畜圧された圧油を使って油圧シリンダを閉動作するようにして非常用予備電源を不要として低コスト化が図れる。
【００２３】
請求項８に係る発明では、請求項７記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧ポンプが水口を閉鎖するよう圧油を送る方向を自由流れ方向とするパイロット操作逆止弁を油圧ポンプの吐出口に設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００２４】
本発明によれば、油圧ポンプの吐出口にパイロット操作逆止弁を設け、電源喪失時などで電動機を回すことができなくなった事態でアキュムレータに畜圧された圧油を使う場合に、このパイロット操作逆止弁を動作させて油圧ポンプの逆転から起きる圧油の逆流を防止し、圧油の損失を減らしてアキュムレータの容量の効率を上げ、アキュムレータを小型化して低コスト化が図れる。
【００２５】
請求項９に係る発明では、請求項１から８までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、運転停止手段として、電動機に機械ブレーキを設け、または油圧制御用バッファ装置内の油面の異常低下もしくは油温の異常上昇を検出して運転を停止する機構を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００２６】
本発明によれば、電動機に機械ブレーキを取付けて、電源喪失時などで電動機を回すことができなくなった事態でアキュムレータに畜圧された圧油を使う場合に、このブレーキを動作させて油圧ポンプの逆転から起きる圧油の逆流を防止して圧油の損失を減らし、アキュムレータの容量の効率を上げてアキュムレータを小型化して低コストとすることができる。
【００２７】
また、油タンクに油面検出器を設け、これにより油面の異常低下を検出して運転を停止させるようにして故障に対する信頼性を高めることができる。また、油圧制御用バッファ装置に温度検出器を設け、これにより油温の異常上昇を検出して運転を停止させるようにして故障に対する信頼性を高めることができる。
【００２８】
請求項１０に係る発明では、請求項１から９までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、水口を閉じる動作で油が排出される側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管中に排出される油の流量を制限するオリフィス、絞り弁または流量調整弁を設け、これをバイパスしてなる回路中にこの排出される油の流れとは逆方向を自由流れとする逆止弁を向けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００２９】
本発明によれば、電源喪失時などで電動機を回すことができなくなった事態に至ったとき、油圧ポンプが外力で容易に回転するため、油圧シリンダは水圧自己閉鎖力で負荷側から押し戻されるが、この閉鎖速度は制御されたものではなく無拘束であるので、水口は所定の速度より速い危険な速度で閉じることになるので、これを防止するのに好適である。即ち、危険な速度で水口が閉じることを防止するために、水口を閉じる動作で油が排出される側の油圧シリンダポート、あるいはこれに接続された配管中に排出される油の流量を制限するオリフィス、または絞り弁または流量調整弁を設けることにより、水口が安全な速度で閉鎖するようにして故障に対する信頼性を高めることができる。
【００３０】
請求項１１に係る発明では、請求項１から１０までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧ポンプをバイパスするループ配管の並列な２系統の分岐管路の一方に、油圧シリンダのロッド側ポートより排出される油を止めるよう機能する第一のパイロット操作逆止弁と、ヘッド側ポートより排出される油を止めるよう機能する第二のパイロット操作逆止弁を直列に配置し、前記第一のパイロット操作逆止弁は油圧シリンダのヘッド側ポート操作管の油圧をパイロット油圧とし、前記第二のパイロット操作逆止弁は油圧シリンダのロッド側ポート操作管の油圧をパイロット油圧とする構成にしたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置を提供する。
【００３１】
本発明によれば、ねじ径の大きさに製作限界があり、対振動強度が低いボールねじの使用を電動機のトルク伝達機構から排除して、これに代え大容量化が可能であり、対振動強度が大きい２方向回転型油圧ポンプと油圧シリンダ、リリーフ弁、逆止弁、パイロット操作逆止弁、油タンクとこれらを接続する配管で構成することにより、構成のコンパクト化が図れる。また、パイロット操作逆止弁により油圧ポンプの負荷を軽減してエネルギーの消費を低減することができる。
【００３２】
請求項１２に係る発明では、電動機により駆動され吐出方向が切換え可能な２方向回転型油圧ポンプの各吐出・吸引口を、油圧シリンダのヘッド側ポートおよびロッド側ポートにそれぞれ操作管を介して連結し、前記油圧ポンプの吐出方向切換えにより前記油圧シリンダのピストンロッドを押し引きして、前記ピストンロッドに連結した水力機械の水口操作機構を駆動する水力機械の水口操作方法において、前記ピストンロッドの押し引きに伴って前記油圧シリンダにて油の余剰分が生じるときはこれを油タンクに回収し、不足分が生じるときはこれを油タンクより供給することを特徴とする水力機械の水口操作方法を提供する。
【００３３】
請求項１３に係る発明では、請求項１２記載の水力機械の水口操作方法において、油圧シリンダの前記水口に働く自己閉鎖力を支える側のシリンダ室を排油して、前記自己閉鎖力により前記水口を緊急に閉鎖させることを特徴とする水力機械の水口操作方法を提供する。
【００３４】
請求項１４に係る発明では、請求項１２または１３記載の水力機械の水口操作方法において、油圧シリンダの前記水口に働く自己閉鎖力を支える側のシリンダ室に対向するシリンダ室に蓄圧手段より油圧を印加して前記水口を緊急に閉鎖させることを特徴とする水力機械に水口操作方法を提供する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態においては、水車のガイドベーン操作装置を例に説明するが、ポンプその他の各種水力機械の水口操作装置に適用することができる。
【００３６】
第１実施形態（図１、図２）
本発明の第１実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００３７】
本実施形態では概述して、ガイドベーン５０を駆動するための油圧シリンダ４に油圧を供給するための各操作管（開側操作管、閉側操作管）６，７に、２方向回転型油圧ポンプ３をバイパスするループ配管６ａ，７ａを設け、このループ配管６ａ，７ａ内に並列な２系統の分岐管路（バイパス管）８，１１を設け、この分岐管路の一方の管路８には、油圧シリンダ４のロッド側ポート４ａより排出される油を止める機能を有する第一逆止弁９と、油圧シリンダ４のヘッド側ポート４ｂより排出される油を止める機能を有する第二逆止弁１０とを直列に配置し、分岐管路の他方の管路１１には、油圧シリンダ４のロッド側ポート４ａに流入する油を止める機能を有する第三逆止弁１２と、油圧シリンダ４のヘッド側ポート４ｂに流入する油を止める機能を有する第四逆止弁１３とを直列に配置し、かつ分岐管路の第一・第二逆止弁９，１０間および第三・第四逆止弁１２，１３間を連結する連結管１６を設けてこの連結管１６にリリーフ弁１４を設けるとともに、さらにこの連結管１６を分岐管路から外部に延長させて、その延長部分１６ａに油圧制御用バッファ装置として密閉型の油タンク１５を設けたものである。なお、以下の説明では、油圧シリンダ４のロッド側ポート４ａを「閉側シリンダポート４ａ」ともいい、ヘッド側ポート４ｂを「開側シリンダポート４ｂ」ともいう。
【００３８】
以下、具体的に説明する。
【００３９】
本実施形態では、制御装置１により運転される電動機２が設けられ、この電動機２の回転軸に２方向回転型油圧ポンプ３が連結されている。この油圧ポンプ３の吐出・吸引口３ａ，３ｂ（以下、単に「油圧ポンプ３のポート３ａ，３ｂ」ともいう）と、油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａおよび開側シリンダポート４ｂとが、開側操作管６と閉側操作管７とによりそれぞれ配管接続されている。そして、油圧ポンプ３が一方向に回転駆動（以下、「正転」という）すれば、圧油が開側シリンダポート４ｂから開側シリンダ室４ｃに流入し、油圧シリンダ４のピストンロッド５が、図１の矢印「開」方向（同図右方向）に押し出され、水車のガイドベーン５０が開状態となる。また、油圧ポンプ３が前記と反対方向に回転駆動（以下、「逆転」という）すれば、圧油が閉側シリンダポート４ａから閉側シリンダ室４ｄに流入し、油圧シリンダ４のピストンロッド５が、図１の矢印「閉」方向（同図左方向）に引き込まれ、水車のガイドベーン５０が閉状態となる。
【００４０】
油圧シリンダ４の開側シリンダ室４ｃに接続された操作管６（以下、「開側操作管６」という）、および油圧シリンダ４の閉側シリンダ室４ｄに接続された操作管７（以下、「閉側操作管７」という）には、油圧ポンプ３をバイパスするループ配管６ａ，７ａが設けられている。これらのループ配管６ａ，７ａには、並列な分岐管としてのバイパス管８，１１が２回路設けられている。
【００４１】
一方のバイパス管８には、油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａより排出される油を止めるよう機能する第一逆止弁９と、開側シリンダポート４ｂより排出される油を止めるよう機能する第二逆止弁１０とが直列に配置されている。また、他方のバイパス管１１には、油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａに流入する油を止めるよう機能する第三逆止弁１２と、開側シリンダポート４ｂに流入する油を止めるよう機能する第四逆止弁１３とが直列に配置されている。
【００４２】
また、他方のバイパス管１１の各逆止弁１２，１３間より分岐した連結管１６に、リリーフ弁１４の入口側が接続され、そのリリーフ弁１４の出口側は一方のバイパス管８の各逆止弁９，１０間に接続されている。さらに、一方のバイパス管８の各逆止弁９，１０間より延長した連結管１６の延長部分１６ａに、油タンク１５が接続されている。
【００４３】
このような構成において、ガイドベーン５０を開く場合には、制御装置１により電動機２を正転駆動させる。すると、油圧ポンプ３からの吐出油圧は開側操作管６を経由して油圧シリンダ４の開側シリンダポート４ｂから開側シリンダ室４ｃに流入し、他方、油圧シリンダ４の閉側シリンダ室４ｄから閉側シリンダポート４ａを介して排出される油は、閉側操作管７を介して油圧ポンプ３の吸込み側となるポート３ａに戻される。
【００４４】
一方、ガイドベーン５０を閉じる場合には、制御装置１により電動機２を逆転駆動させる。すると、油圧ポンプ３からの吐出油圧は閉側操作管７を経由して油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａから閉側シリンダ室４ｄに流入し、他方、油圧シリンダ４の開側シリンダ室４ｃから開側シリンダポート４ｂを介して排出される油は、開側操作管６を介して油圧ポンプ３の吸込み側となるポート３ｂに戻される。
【００４５】
このように、油圧ポンプ３と油圧シリンダ４とは閉鎖循環回路を形成するが、本実施形態に示すように一般的な水車に用いられている油圧シリンダ４は片ロッド型油圧シリンダであるので、ピストン５ａの往復動作におけるピストン押し退け油量がピストンロッド５の体積分だけ往復動作で異なり、閉動作の場合には圧油の消費量より排出される油量のほうが多い。このため、油圧ポンプ３の吸込み量から余ってしまうことになるので、この余剰分の油量を油タンク１５により回収させるようにする。一方、開動作の場合には、上記閉動作とは逆にピストンロッド５の体積分の油量がポンプ吸込み量から不足することになるので、この時は油タンク１５に貯えられた油を吸込むようにする。即ち、この油タンク１５は油圧シリンダ４の開動作と閉動作における油の消費量の違いを吸収させるバッファ機能を発揮する。
【００４６】
次に図２によって、油圧ポンプ３をバイパスするバイパス管８，１１およびこれらに取付けられた逆止弁８，９，１２，１３およびリリーフ弁１４の作用について説明する。
【００４７】
図２は、図１に示した水車のガイドベーン５０の水圧自己閉鎖特性を示すグラフである。このガイドベーン５０を操作する油圧シリンダ４のピストンロッド５は、この図２に示した特性により運転中は常に閉方向の力（ガイドベーン水圧自己閉鎖力Ｆ０）を受けている。
【００４８】
図１に示した水車が運転中であり、ガイドベーン５０水車の負荷に見合う開度にあり、この開度を維持する場合について以下に述べる。上述のようにガイドベーン５０は水圧によりそれぞれガイドベーン５０を閉じる方向の力を受けており、この力は全体としてガイドベーン水圧自己閉鎖力Ｆ０として作用している。ピストン５ａを動作させてガイドベーン５０を開閉する際には摩擦力が生じるため、ガイドベーンが自然に閉鎖しないようにするためには、ガイドベーン水圧自己閉鎖力Ｆ０からこの摩擦力を減じた力をガイドベーン５０が開く方向に作用させる必要がある。この力が図２に示した油圧シリンダに作用する閉鎖力Ｆ１である。逆に、ガイドベーン５０を開くためには、少なくともガイドベーン自己閉鎖力Ｆ０にこの摩擦力を加えた力をガイドベーン５０が開く方向に作用させる必要があり、この力が図２に示した、ガイドベーン開に必要な操作力Ｆ２である。これらのことからわかるように、ガイドベーン５０の開度を維持するためには、ピストン５ａにＦ１より大きくＦ２より小さい力を、常にガイドベーンが開く方向に作用させておく必要がある。そして、本実施形態においては、開側シリンダ室４ｃには常にこの力（図２の油圧シリンダに作用する閉鎖力Ｆ１より大きく、ガイドベーン開に必要な操作力Ｆ２より小さい力）に相当する油圧が発生している。そしてこのことにより、油圧シリンダ４のピストン５ａはその位置を保ち、ガイドベーン５０もその開度を保つように構成されている。この油圧は油圧ポンプ３より吐出された圧油を封じ込めて発生させるが、実際は油圧シリンダ４にピストン５ａの外周などからの内部油漏れが生じるため、油圧ポンプ３からこの漏れ分に相当する油を補給して運転開度を保つようにしなければならない。このため、油圧ポンプ３は常時、低速度で回転して油圧シリンダ４の開側シリンダポート４ｂに少量の圧油を送り込んでいる。この油圧ポンプ３の吐出側の圧油は、一方のバイパス管８においては第二逆止弁１０の作用により、また他方のバイパス管１１では第３逆止弁１２およびリリーフ弁１４の作用により、それぞれ吸込み側に逆流するのを防止している。
【００４９】
次に、この状態から水車の負荷が増加してガイドベーン５０を開く場合について説明する。制御装置１より電動機２に開制御指令が発せられると、電動機２と油圧ポンプ３とは正転方向に大きく回転する。すると、油圧ポンプ３はガイドベーン５０の開度を維持するための油圧よりも高い油圧の油を吐出し、その油は開側操作管６を経由して油圧シリンダ４の開側シリンダポート４ｂに送られるので、上記の力の平衡関係が崩れてピストン５ａは開方向に動作する。ここで、油圧ポンプ３が吐出する油の圧力は、図２に示したガイドベーン水圧自己閉鎖力Ｆ０にピストン５ａが動く際の摩擦力を加えた、ガイドベーン開に必要な油圧シリンダの操作力Ｆ２に相当する圧力以上であればよい。そして、この時、油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａより油が排出され閉側操作管７を介して油圧ポンプ３の吸込み側に戻されるが、この戻り油は上述したように油圧ポンプ３の吐出量に比べて少ないので、油圧ポンプ３はこの不足分を補うように油タンク１５に貯えられた油を同時に吸込む。
【００５０】
この油の流れについて詳述する。油圧ポンプ３の正転時には、閉側操作管７が吸込み側、開側操作管６が吐出側になる。閉側操作管７が吸込み側になると、油タンク１５に貯えられた油は逆止弁９を開いて管１６→８→７ａの経路で流れ、油圧シリンダ４より排出された油と図１の（Ａ）点で合流して油圧ポンプ３に流れ込む。油圧ポンプ３が吐出した圧油は、開側操作管６を通って油圧シリンダ４に流れ、ピストン５ａを押し出す。このときループ配管６ａ内の油圧も油圧ポンプ３がポート３ｂから吐出する油圧、つまり開側シリンダ室４ｃ内の油圧と等しくなるが、この油圧が逆流しないように前述の逆止弁１０，１２およびリリーフ弁１４が機能する。すなわち、逆止弁１０，１２が吸い込み側への油が逆流を防いでおり、リリーフ弁１４が油タンク１５への油の逆流を防いでする。ここで、リリーフ弁１４が開く圧力の設定値は、開操作時の開側シリンダ室４ｃの最大の油圧よりも高い値に設定されていることにより、開操作時にピストン５ａを押し出す油が油タンク１５に逆流しないようになっている。
【００５１】
次に、水車の負荷が減少してガイドベーン５０を閉じる場合について説明する。制御装置１より電動機２に閉制御指令が発せられると、電動機２と油圧ポンプ３とは逆転方向に大きく回転する。このとき、油圧ポンプ３の開側シリンダ室４ｃ内の圧油は前述のガイドベーン水圧自己閉鎖力に抗する力に相当する油圧が封圧されており、油圧ポンプ３は、この開側シリンダ室４ｃ内に封圧された圧油を吸い込んでポート３ａからこれよりも高圧の圧油を吐出する。ここで、「ガイドベーン水圧自己閉鎖力に抗する力」とは、ガイドベーンに作用する水圧自己閉鎖力に摩擦力を加減した力であり、上述したガイドベーン５０の開度を維持するために必要な力である。そしてこの圧油が閉側操作管７を経由して油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａを介して閉側シリンダ室４ｄへ供給され、ピストン５ａは閉方向に動作する。ここで、ピストン５ａの閉方向へ変位しても開側シリンダ室４ｃ内の油圧は常にガイドベーン水圧自己閉鎖力に抗する力に相当する油圧となっており、この圧力の圧油がポート３ｂから油圧ポンプ３に吸い込まれるようになっている。この時、油圧シリンダ４の開側シリンダポート４ｂより排出され、油圧ポンプ３で吸込み加圧されて吐出される圧油の量に比べて、油圧シリンダ４の閉側シリンダポート４ａに供給されて消費される圧油の量が少ないため余剰が生じる。従って閉動作の場合には、油圧ポンプ３より吐出された圧油は（Ａ）点で分流して油タンク１５に流れ込む。
【００５２】
この油の流れについて詳述する。油圧ポンプ３が逆転すると、開側操作管６が吸込み側に、また閉側操作管７が吐出側になる。油圧ポンプ３より吐出された圧油のうち閉側シリンダ室４ｄへ流入しない余剰分は（Ａ）点で分流され、閉側操作管７側のループ配管７ａからバイパス管１１へ流入し、逆止弁１２を押し開く。ここで、上述したようにリリーフ弁１４が開く圧力の設定値は開操作時の開側シリンダ室４ｃの最大の油圧よりも高い値に設定されているが、この設定値は閉操作時に油圧ポンプ３から吐出される圧油の圧力よりも低い値となっている。つまり逆に言えば、閉操作時に油圧ポンプ３ａが吐出する圧油の圧力は常に、リリーフ弁１４が開く圧力よりも高くなるように構成されている。したがって、（Ａ）点で分流してバイパス管１１に流入し、逆止弁１２を押し開いた圧油の余剰分は、リリーフ弁１４を押し開いて管１６に吐出され、油タンク１５に流入する。バイパス管１１に流れた圧油が油圧ポンプ３の吸込み側になる開操作管６に逆流しないように、逆止弁１３が機能し、また油圧ポンプ３の吸込み側に封圧された油圧が油タンク１５に流出しないように、逆止弁１０が機能する。
【００５３】
このように本実施形態によれば、電動機２の発生するトルクを油圧ポンプ３により液圧に変換して油圧シリンダ４を動作させ、水口操作機構に伝達せしめるようにしたことにより、従来の電動式水口操作装置の電動式サーボモータを利用した場合の如き歯車減速機やボールねじを使用せずに実施できるので、ボールねじのねじ径、即ちボールねじの負荷容量上の製作限界からの装置容量の制約が排除でき、大型の装置が製作可能となる。さらに、水力機械が水圧脈動で発生する振動に対しても、従来の油圧式サーボモータと同程度の強度となり、この制約も排除できるので、大容量の水力機械にも電動式水口操作装置の適用を拡大することができる。
【００５４】
また、歯車減速機とボールねじとにより構成される機構を使用しないので、負荷側からの力により電動機が逆転するための抵抗力は小さくでき、したがって電源喪失の場合のガイドベーン５０の水圧自己閉鎖力による水車の自動停止が容易になり、このため非常用予備電源が不要になり、低コストの電動式水口操作装置の提供が可能となる。
【００５５】
第２実施形態（図３）
本発明の第２実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図３は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００５６】
本実施形態は、油圧制御用バッファ装置を、第１実施形態における密閉型の油タンクに代えて、フィルタ付き大気呼吸管２２を設けた開放型の油タンクとして構成したものである。即ち、本実施形態の油タンク１５は油の出入りに応じて呼吸する呼吸口２１を有し、大気と連通する構成としてある。そして、この呼吸口２１に、フィルタ付大気呼吸管２２が取付けられている。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施形態において、油圧ポンプ３と油圧シリンダ４とは閉鎖循環回路を形成するが、油圧シリンダ４は片ロッド型油圧シリンダであるため、ピストン５ａの往復動作におけるピストン押し退け油量がピストンロッド５の体積分だけ異なる。閉動作の場合には圧油の消費量より排出される油量のほうが多いため、油圧ポンプ３の吸込み量から余ることになり、この余剰分の油量は油タンク１５により回収される。一方、開動作の場合には、上記閉動作とは逆にピストンロッド５の体積分の油量が油圧ポンプ吸込み量から不足することになるので、この時は油タンク１５に貯えられた油を吸込むようになる。
【００５８】
このように、本実施形態においても、油タンク１５は油圧シリンダ４の開動作と閉動作における油の消費量の違いを吸収するものであり、この点において第１実施形態と同様である。ただし、第１実施形態においては、油タンク１５が密閉されているので、タンク内部の空気圧（内圧）は油の体積変化に応じて変化し、油が流入する場合には圧力が初期の圧力よりも高くなり、流出する場合には初期の圧力よりも低くなる。ピストンロッド５を引き込んだ状態を初期状態とし、この時が大気圧であった場合には、ピストンロッド５が押し出されると油タンク１５は負圧となる。逆に、ピストンロッド５が押し出された状態を初期状態とし、この時が大気圧であった場合には、ピストンロッド５が引き込まれると油タンク１５は内圧を持つことになる。従って、油タンク１５はこの圧力変動を考慮した設計としなければならず、これに対応した強度を有する圧力容器としなければならない。
【００５９】
これに対し、本実施形態においては、油タンク１５を大気に通ずる呼吸口２１を有する構成としているので、油タンク内１５内の油の体積が変化してもタンク内圧は外気との呼吸により常に大気圧状態に保たれる。従って、本実施形態によれば、油タンク１５を圧力容器とする必要が無く、大気圧に対応する設計とすれば良いため、製作が容易であり、低コスト化が図れる。また、呼吸口２１にはフィルタ付き大気呼吸管２２を取付けたので、大気中の塵埃が油タンク１５内に混入することが防止でき、装置の設置環境面からの影響を受けない信頼性の高いものとすることができる。
【００６０】
第３実施形態（図４）
本発明の第３実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図４は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００６１】
本実施形態は、油圧制御用バッファ装置を、大気に開口したブラダを装着したブラダ型の油タンクとしたものである。即ち、図４に示すように、油タンク１５内に弾性材からなるブラダ２３が装着され、このブラダ２３は油の出入りに応じて呼吸する呼吸口２１を持ち、大気と連通している。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００６２】
このように、本実施形態においては、油タンク１５の内部にブラダ２３を装着し、このブラダ２３は呼吸口２１によって大気に連通する構成としたので、タンク内は油の体積が変化しても外気の呼吸機能によって常に大気圧に保たれる。
【００６３】
従って、本実施形態によっても第２実施形態と同様に、油タンク１５を圧力容器にする必要が無く、大気圧で設計すれば良いので、製作が容易であり、低コスト化が図れる。また、油タンク１５内にブラダ２３を装着して、油と外気とを遮断する構成としたので、作動油に水分や塵芥などの異物が混入することを防止することができ、設置場所の環境面からの影響を受けない信頼性の高いものとなる。
【００６４】
第４実施形態（図５）
本発明の第４実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図５は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００６５】
本実施形態は、油圧制御用バッファ装置を、アキュムレータとしたものである。即ち、図５に示すように、バイパス管８には、油圧ポンプ３が吐出した圧油を畜圧するアキュムレータ２４が接続されている。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は水圧自己閉鎖特性を持たせることが多い。従って、このガイドベーン５０を操作する油圧シリンダ４は、運転中開側シリンダポート４ｂには水圧自己閉鎖力を受けた油圧が常時発生するが、他方の閉側シリンダは無圧となる。この状態で油圧ポンプ３が動作すると、吸込み側管路における油の流れの損失水頭により、油圧ポンプ３の吸込み口は負圧になる。負圧が大きくなると油圧ポンプ３はキャビテーションを発生するようになり、振動、騒音が大きくなると共に、油圧ポンプ３の寿命も短くなる。
【００６７】
これに対し、本実施形態ではアキュムレータ２４によりバイパス管８、逆止弁９、ループ配管７ａを介して油圧シリンダ４の閉側シリンダ室４ｄにも常時圧油をかけておくので、ガイドベーン５０を閉動作させる場合でも油圧ポンプ３内が負圧にならず、キャビテーションの発生を防止することができる。従って、本実施形態によれば、油圧ポンプ３のキャビテーションの発生防止により、振動や騒音の発生を低減もしくは無くすることができ、装置寿命の長期化が図れるようになる。
【００６８】
第５の実施形態（図６、図７）
本発明の第５実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図６は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図であり、図７は作用説明図である。
【００６９】
本実施形態は、油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドを検出し、電動機の制御装置により電動機に出力する電流を制限して発生トルクを減じるトルク制御手段を設けたものである。即ち、本実施形態では図６に示すように、油圧シリンダ全閉位置検出スイッチ２５と、全開位置検出スイッチ２６とを設けてある。これにより、油圧シリンダ４の出方向（ピストンロッド５の「開」方向）のストロークエンド、および入り方向（ピストンロッド５の「閉」方向）のストロークエンドをそれぞれ検出できるようにしてある。そして、電動機２の制御装置１にトルク制御手段としての制御回路が設けられ、各ストロークエンドが検出された場合に電動機２に出力する電流を制限し、発生トルクを減じる指令が出力されるようになっている。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
ガイドベーン５０が閉動作あるいは開動作して油圧シリンダ４がストロークエンドに達すると、油圧ポンプ３より吐出した圧油は全量をリリーフ弁１４から油タンク１５に吐出し、同時に、油圧ポンプ３はこの油タンク１５の油を吸込むことになる。従って、油圧ポンプ３に入力されたエネルギーは熱となり、これにより油温が上昇することになって無駄なエネルギーが消費されることになる。また、このことは油圧ポンプ３を酷使していることにもなる。
【００７１】
これに対し、本実施形態では図７に示すように、各位置検出スイッチ２５，２６により油圧シリンダ４の出および入り方向でのピストンロッド５のストロークエンド（ｅ１，ｅ２）がそれぞれ検出され、制御装置１により電動機２に出力する電流が制限される（上限リミット（１）、（２））。これにより、電動機２の発生トルクを減じる制御が行われるので、各ストロークエンド位置ではリリーフ弁１４を動作せしめる油圧の上昇が停止される。
【００７２】
したがって、本実施形態によれば、油圧シリンダ４のストロークエンドでは電動機２に出力される電流が制限されて発生トルクを減じる制御が行われるので、リリーフ弁１４は動作しなくなり、無駄なエネルギーを消費することが無くなり、油圧ポンプ３を不要に酷使することを避けるので、装置寿命を長期化することができる。
【００７３】
第６の実施形態（図６、図８）
本発明の第６実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。本実施形態では油圧系統図としては第５実施形態で使用した図６を参照する。図８は本実施形態の作用説明図である。
【００７４】
本実施形態は、油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドに近づいたことを検出し、電動機の制御装置により電動機の回転速度を減じる速度制御手段を設けたものである。即ち、本実施形態でも第５実施形態と同様に、油圧シリンダ全閉位置検出スイッチ２５と全開位置検出スイッチ２６により油圧シリンダ４の出および入り方向のストロークエンドが検出されるようにしてある。本実施形態が第５実施形態と異なる点は、電動機２の制御装置１に速度制御手段としての回路構成を有し、制御装置１により電動機２の回転速度を減じる制御を行うようにした点である。その他の構成については、第５実施形態と略同様である。
【００７５】
ガイドベーン５０が閉あるいは開動作して油圧シリンダ４がストロークエンドに達すると、油圧ポンプ３より吐出した圧油は全量をリーフ弁１４から油タンク１５に吐出し、同時に、油圧ポンプ３はこの油タンク１５の油を吸込むことになるので、油圧ポンプ３が入力したエネルギーは熱となり油温を上昇させることになり、無駄なエネルギーを消費することになる。また、このことは油圧ポンプ３を酷使していることになる。
【００７６】
これに対し、本実施形態では図８に示すように、各位置検出スイッチ２５，２６により油圧シリンダ４の出および入り方向でのピストンロッド５のストロークエンド（ｅ１，ｅ２）がそれぞれ検出され、制御装置１により電動機２の回転速度を減じる制御（上限リミット（１）、（２））が行なわれるので、各ストロークエンド位置ではリリーフ弁１４を動作せしめる油圧の上昇が停止される。
【００７７】
したがって、本実施形態によれば、油圧シリンダ４のストロークエンドでは電動機２の回転速度を減じる制御が行われるので、リリーフ弁１４は動作しなくなり、無駄なエネルギーを消費することが無くなり、油圧ポンプ３を不要に酷使することを避けることができ、第５実施形態と同様に寿命の長期化が図れる。
【００７８】
第７の実施形態（図９）
本発明の第７実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図９は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００７９】
本実施形態は、圧油が入り水口を開く側の油圧シリンダポート、あるいはこれに接続された配管途中から分岐させて、動作することにより一次側を油圧制御用バッファ装置に排出する開閉切換弁を設けたものである。即ち、図９に示すように、本実施形態では、例えば油圧シリンダ４の開側操作管６から廃油管２８が分岐し、この廃油管２８に開閉切換弁２７が設けられるとともに、排油管２８は油タンク１５に接続されている。この開閉切換弁２７を動作させることにより、開側シリンダ室４ｃの油を油タンク１５に排出させることができる。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００８０】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は図２に示すような水圧自己閉鎖特性を持たせることが多い。従って、このガイドベーン５０を操作する油圧シリンダ４の開側シリンダ室４ｃには運転中、水圧自己閉鎖力を受けた油圧が常時発生している。本実施形態では、電源喪失などによって油圧ポンプ３をガイドベーン５０の閉方向に動作することができなくなった故障時を考慮して、油圧シリンダ４の開側操作管６から分岐させて設けた開閉切換弁２７を動作させることにより、油圧シリンダ４の油をタンク１５に排出させることにより、水圧自己閉鎖力によりガイドベーン５０を閉じることができる。
【００８１】
したがって、本実施形態によれば、電源喪失などの故障時には水圧自己閉鎖力によりガイドベーン５０を閉じるようにしたので、非常用予備電源を不要とすることができ、これにより低コスト化が図れる。
【００８２】
第８実施形態（図１０、図１１）
本発明の第８実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１０は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図であり、図１１は本実施形態の特性を示すグラフである。
【００８３】
本実施形態は、圧油が入り水口を閉じる側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させてアキュムレータを設けたものである。即ち、図１０に示すように、本実施形態では油圧シリンダ４の閉側操作管７の配管途中から給油管３０ａが分岐し、この給油管３０ａに開閉切換弁２９が元弁として設けられている。そして、この給油管３０ａの先端には、圧油を畜圧したアキュムレータ３０が設けられている。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は水圧自己閉鎖特性を持たせることが多いが、水車によっては図２のような特性にはならず、自己閉鎖力が不足して摩擦抵抗力を上回ることができずに、図１１に示す特性となって水圧自己閉鎖しないものもある。この現象は、図１１に示すように、油圧シリンダ４に作用する閉鎖力が０以下のマイナスになるガイドベーン開度Ｘ％から全開までの領域で生じる。
【００８５】
そこで、本実施形態では、この不足するガイドベーン水圧自己閉鎖力を補う圧油を供給するように、アキュムレータ３０を設けたもののである。例えば油圧ポンプ３が故障した場合などにおいて、油圧ポンプ３を使用せずに水車を非常停止する必要が生じたような場合、図示しない別の制御装置から開閉切換弁２９に開指令が発せられ、この開閉切換弁２９が開く。すると、アキュムレータ３０に貯えられた圧油が油圧シリンダ４の閉側シリンダ室４ｄに流入するので、ガイドベーン５０は、このアキュムレータ３０の圧油により閉鎖することになる。
【００８６】
したがって、本実施形態によれば、電源喪失などの故障時等において、アキュムレータ３０に畜圧された圧油によってガイドベーン５０を閉じるようにしたので、非常用予備電源を不要とすることができ、それにより低コスト化が図れる。
【００８７】
第９実施形態（図１２）
本発明の第９実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１２は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００８８】
本実施形態は第８実施形態の機能性を向上させたものである。即ち、図１２に示すように、本実施形態変形では、油圧シリンダ４の閉側操作管７の配管途中から分岐させた給油管３０ａにさらに分岐管３０ｂを設け、圧油を畜圧したアキュムレータ３０の入口側に開閉切換弁２９と並列に逆止弁３１が接続された回路構成の弁管路が設けてある。その他の構成については、第８実施形態を示す図１０と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００８９】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は水圧自己閉鎖特性を持たせることが多いが、水車によっては図２のような特性にはならず、自己閉鎖力が不足して摩擦抵抗力を上回ることができずに図１１に示す特性となって水圧自己閉鎖しないものもある。これは図１１において、油圧シリンダに作用する閉鎖力が０以下のマイナスになるガイドベーン開度Ｘ％から全開までの領域である。
【００９０】
第８実施形態では、この不足するガイドベーン５０の水圧自己閉鎖力を補うよう圧油を供給するアキュムレータ３０を設け、油圧シリンダ４の閉側操作管７の途中から分岐させて開閉切換弁２９を介して常時畜圧されたアキュムレータ３０を接続するものであるが、ガイドベーン５０を開動作する場合にはこの閉側操作管７は油圧ポンプ３の吸込み側になるので負圧となるので、開閉切換弁２９に漏れがあると、アキュムレータ３０に畜圧された圧油はここから抜け減少する。
【００９１】
そこで本実施形態では、アキュムレータ３０の入口の逆止弁３１と開閉切換弁２９を並列に回路構成された弁管路を採用することにより、開閉切換弁２９に漏れがあってもこれを許容できるようにしたものである。つまり、アキュムレータ３０の入口は逆止弁３１を持つので、圧油は自由に流入可能である。従って、アキュムレータ３０の圧油が漏れても、運転中の水車は絶えず負荷調整運転を繰り返しているので、ガイドベーン５０の閉動作において、油圧シリンダ４の閉操作管６には油圧ポンプ３の吐出油圧が発生するので、この時にアキュムレータ３０の圧油は補充されることになるので、アキュムレータ３０はガイドベーン５０の閉動作に必要な圧油を減少させることなく貯えておくことができる。
【００９２】
よって、本実施形態によれば、電源喪失などの故障時に使うアキュムレータ３０に畜圧された圧油の減少を防止することができ、非常用停止装置としての一層の信頼性向上が図れる。
【００９３】
第１０の実施形態（図１３）
本発明の第１０実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１３は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【００９４】
本実施形態は、第８および第９実施形態の応用例であり、油圧ポンプが水車の水口を閉鎖する圧油を送る方向を自由流れ方向とするパイロット操作逆止弁を油圧ポンプの吐出口に設けたものである。即ち、図１３に示すように、本実施形態では、油圧ポンプ３のポート３ａにガイドベーン５０の閉操作時における、油圧ポンプ３の吐出方向を自由流れ方向としてパイロット操作逆止弁３２を設けるとともに、アキュムレータ３０にもパイロット操作逆止弁３３を設けてある。そして、通常はパイロット操作逆止弁３２を外部の開閉切換弁３４によってパイロット油圧をかけて開いておき、アキュムレータ３０からの圧油で油圧シリンダ４を閉鎖する場合にパイロット油圧を抜いて逆止機能が働くようにしてある。その他の構成については、第９実施形態を示す図１２と略同様であるので、対応部分に図１２と同一符号を付して説明を省略する。
【００９５】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は水圧自己閉鎖特性を持たせることが多いが、水車によっては図２のような特性にはならず自己閉鎖力が不足して摩擦抵抗力を上回ることができずに図１１に示す特性となって水圧自己閉鎖しないものもある。これは図１１において、油圧シリンダに作用する閉鎖力が０以下のマイナスになるガイドベーン開度Ｘ％から全開までの領域である。本実施形態では、この不足するガイドベーン５０の水圧自己閉鎖力を補うよう圧油を供給するアキュムレータ３０を設けたものであり、このアキュムレータ３０の圧油を使用する場合に、油圧ポンプ３の内部を通ってこれが漏れて損失しないようにしてアキュムレータの容積効率を高めたものである。
【００９６】
ところで、油圧ポンプ３が故障した場合などで、油圧ポンプ３を使わずにガイドベーン５０の水圧自己閉鎖力の働きで水車を非常停止する必要が生じた場合に、図示しない別の制御装置によって開閉切換弁３４を操作すると、アキュムレータ３０のパイロット操作逆止弁３３に開油圧信号が発せられるのでこれが開く。すると、アキュムレータ３０に貯えられた圧油が油圧シリンダ４の閉側シリンダに流入するので、ガイドベーン５０はこのアキュムレータ３０の圧油で閉鎖することになる。この時に、油圧ポンプ３の内部を通過して圧油の一部が漏れるので油圧シリンダ４を確実に閉鎖するためにはこの損失する分の圧油の量を見込んだアキュムレータ３０の容量とする必要がある。
【００９７】
そこで本実施形態では、油圧ポンプ３の閉側圧油の吐出口となるポート３ａに油圧ポンプ３の吐出方向をこれの自由流れ方向としてパイロット操作逆止弁３２を設け、通常は開閉切換弁３４からのパイロット油圧を入れて開いておき、油圧ポンプ３の吸込み吐き出しに影響を及ぼさないようにしておく。そして、アキュムレータ３０からの圧油によって油圧シリンダ４を閉鎖する場合に、別に設けた開閉切換弁３４を動作させてパイロット油圧を抜いて動作させ、逆止機能が働くようにして、圧油の逆流を防止するものである。
【００９８】
本実施形態によれば、電源喪失などの故障時に使うアキュムレータ３０の圧油の損失を減らしてアキュムレータ３０の容積効率を上げ、これによりアキュムレータ３０を小型化することができ、もって低コスト化が図れる。
【００９９】
第１１実施形態（図１４）
本発明の第１１実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１４は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【０１００】
本実施形態は図１２に示した第９実施形態の変形例であり、油圧ポンプ３の電動機２に機械ブレーキ３５を設け、常時は非制動状態としておき、非常用アキュムレータ３０により油圧シリンダ４を閉鎖する場合には制動状態として油圧ポンプ３の逆転を防止するようにしたものである。その他の構成については、第９実施形態を示す図１２と略同様であるので、対応部分に図１２と同一符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
一般的な水車は種々の故障に対する安全性の考慮からガイドベーン５０は水圧自己閉鎖特性を持たせることが多いが、水車によっては図２のような特性にはならず、自己閉鎖力が不足して摩擦抵抗力を上回ることができずに図１１に示す特性となって水圧自己閉鎖しないものもある。これは図１１に示したように、油圧シリンダに作用する閉鎖力が０以下のマイナスになるガイドベーン開度Ｘ％から全開までの領域である。本実施形態では、この不足するガイドベーン５０の水圧自己閉鎖力を補うよう圧油を供給するアキュムレータ３０を設け、このアキュムレータ３０の圧油を使用する場合に、油圧ポンプ３の内部を通ってこれが漏れて損失しないようにして、アキュムレータの容積効率を高めたものである。
【０１０２】
このために、本実施形態では、油圧ポンプ３を駆動する電動機２に機械ブレーキ３５を設け、通常は非制動状態としておき、アキュムレータ３０からの圧油を閉側シリンダ室４ｄへ流入させるガイドベーンン５０を閉鎖する場合に、機械ブレーキ３５を動作させて油圧ポンプ３の逆転を防止するようにし、圧油の逆流を防止するようにしたものである。
【０１０３】
したがって、本実施形態によれば、電源喪失などの故障時に使うアキュムレータ３０の圧油の損失を減らし、アキュムレータ３０の容積効率を上げてアキュムレータを小型化することにより低コスト化が図れる。
【０１０４】
第１２実施形態（図１５）
本発明の第１２実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１５は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【０１０５】
本実施形態では、油タンク１５に油面検出器３６を設け、これにより油面の異常低下を検出して運転を停止させるようにしたものである。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
油タンク１５の中の油量は開側シリンダ室４ｃへ圧油を流入させ、ガイドベーン５０を開動作する際に消費するものであり、これが外部へ漏れて減少して必要最低量を下回ると、油圧ポンプ３が空気を吸入して油圧シリンダ４を動かすことができなくなり、ひいては水車を停止不能な事態に陥らせる。この事態を未然に防止するために、油タンク１５の油面を油面検出器３６で常時監視し、油量の減少を検出して制御装置１に信号を送り、運転を自動的に停止させるようにしたものである。
【０１０７】
本実施形態によれば、トルク伝達媒体である作動油の喪失を予知し、運転不能な事態に陥らないように事前に水車の運転を停止させるようにしたので、故障に対する信頼性を高めることができる。
【０１０８】
第１３実施形態（図１６）
本発明の第１３実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１６は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【０１０９】
本実施形態は、油タンク１５に温度検出器３７を設け、これにより油温の異常上昇を検出して運転を停止させるようにしたものである。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【０１１０】
油タンク１５の中の油量は油圧シリンダ４の動作に伴って出入りするものであり、例えば制御装置１の故障により油圧シリンダ４がハンチングを起こすような事態になったとすると、油タンク１５の油温は高頻度の繰り返し使用により急激に上昇する。すると、油圧ポンプ３は高温の油を吸入することになり、軸受温度が上昇して焼き付きを起こし運転不能になり、ひいては水車を停止不能な事態に陥らせる可能性がある。本実施形態では、この事態を未然に防止するために、油タンク１５の油温を温度検出器３７で常時監視し、油温の上昇を検出して制御装置１に信号を送り運転を自動的に停止させることができるようにしたものである。
【０１１１】
本実施形態によれば、トルク伝達媒体である作動油の油温の異常上昇を予知し、運転不能な事態に陥らないように事前に水車の運転を停止させるようにしたので、故障に対する信頼性を高めることができる。
【０１１２】
第１４実施形態（図１７）
本発明の第１４実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１７は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【０１１３】
本実施形態では、ガイドベーン５０を閉じる動作で油が排出される側の油圧シリンダポート４ｂに、排出される油の流量を制限する絞り弁３８を設け、これをバイパスしてなる回路３９ａ中に、この排出される油の流れとは逆方向を自由流れとする逆止弁３９を設けたものである。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【０１１４】
例えば運転中、電源喪失時などで電動機を回すことができない事態が生じた場合、油圧ポンプ３は外力で容易に回転するため、油圧シリンダ４は水圧自己閉鎖力で負荷側から押し戻される。この閉鎖速度は制御されたものではなく、無拘束であるので、ガイドベーン５０は所定の速度よりも速い危険な速度で閉じることになる。本実施形態では、これを防止するため、ガイドベーン５０を閉じる動作で油が排出される側の油圧シリンダポート４ｂに排出される油の流量を制限する絞り弁３８を設けたので、これにより制限された速度以上では閉鎖しない。
【０１１５】
本実施形態によれば、電源喪失時などで電動機２を駆動できなくなった事態でも、制限された安全な速度で閉鎖するようにしたので、故障に対する信頼性を高めることができる。
【０１１６】
第１５実施形態（図１８、図１１）
本発明の第１５実施形態による水力機械の電動式水口操作装置を説明する。図１８は水車に適用した場合の構成を示す油管系統図である。
【０１１７】
本実施形態は、バイパス管８に油圧シリンダ４の閉側シリンダ室４ｄより排出される油を止めるよう機能するパイロット操作逆止弁４０と、開側シリンダ室４ｃより排出される油を止めるよう機能するパイロット操作逆止弁４１とを直列に配置したものである。パイロット操作逆止弁４０は油圧シリンダ４の開側操作管６も油圧をパイロット油圧とし、パイロット操作逆止弁４１は油圧シリンダ閉側操作管７の油圧をパイロット油圧とするよう各々パイロット管４２，４３を配管接続構成してある。その他の構成については、第１実施形態を示す図１と略同様であるので、対応部分に図１と同一符号を付して説明を省略する。
【０１１８】
上記の構成において油圧ポンプ３をバイパスするバイパス管８と、これに取付けられたパイロット操作逆止弁４０，４１の作用について水車の負荷が減少してガイドベーン５０を閉じる場合で説明する。
【０１１９】
図１１に示したガイドベーン５０水圧自己閉鎖特性を持つ水車が、ガイドベーン５０の開度Ｘ％以下の開度で運転中であるとすると、この状態の時には油圧シリンダ４はピストン５ａが水圧自己閉鎖力により閉鎖方向の力、即ちピストン５ａを押し戻そうとする力を受けているので、これに平衡する力を出すように開側シリンダ室４ｃ内にはこれに相当する油圧が発生しており、油圧シリンダ４のピストン５ａはその位置を保っている。この状態では、バイパス管８のパイロット操作逆止弁４０は開側操作管６からのパイロット油圧により開いた状態になっており、油圧シリンダ４の閉側シリンダは閉側操作管７、パイロット操作逆止弁４０を介して油タンク１５に排油された状態になっているので圧力は無い。他方のパイロット操作逆止弁４１は、閉側操作管７より導かれるパイロット油圧が無いので、逆止弁機能が働き、油圧シリンダ４の開側シリンダ室４ｃと開側操作管６の圧油が低下するのを防いでいる。
【０１２０】
この状態からガイドベーン５０を閉じる場合には、油圧ポンプ３は油圧モータの働きをする。即ち、圧力側となる油圧シリンダ４の開側操作管６の圧油を、排油側となる閉側操作管７に排出させれば油圧シリンダ４はガイドベーン５０が閉じる方向に動作することになるので、この場合の油圧ポンプ３は油圧モータの働きで、電動機２を発電機として制御装置１により回生制動されて所定の速度となるよう制御された運転を行う。
【０１２１】
一方、水圧自己閉鎖できないガイドベーン５０の開度Ｘ％以上で運転しているときに閉動作する場合には、油圧ポンプ３の吐出した圧油を内側シリンダ室４ｄへ送り、ガイドベーン５０を閉鎖する。この場合には油圧シリンダ４を動作させるために力が必要であるので、閉側シリンダ室４ｄには油圧ポンプ３により吐出された圧油で油圧が発生し、開側シリンダ室４ｃは油圧ポンプ３への吸込みにより圧力が無くなる。従って、バイパス管８のパイロット操作逆止弁４０は開側操作管６からのパイロット油圧が無くなるので、逆止弁の働きをして閉側操作管７の圧油が油タンク１５に流出するのを防止し、他方のパイロット操作逆止弁４１は閉側操作管７の油圧がパイロット油圧になって開くので、開側操作管６は油タンク１５に通じて開側シリンダ室４からの排油がなされる。従って、油圧シリンダ４はガイドベーン５０が閉じる方向に動作する。
【０１２２】
以上のように、本実施形態によると、正常に油圧シリンダ４が動作し、ガイドベーン５０が開閉するときはリリーフ弁１４は動作しない。このリリーフ弁１４は油圧ポンプ３に過トルクが働くような異常の場合にのみ動作して、油圧ポンプ３、油圧シリンダ、配管弁類の破損を防止するよう機能する。
【０１２３】
したがって、本実施形態によれば、バイパス管８にパイロット操作逆止弁４０，４１を取付けたことにより、リリーフ弁１４の動作を抑制するので、油圧ポンプ３の負荷を減少することができ、これにより省エネルギ化が図れる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る水力機械の電動式水口操作装置よれば、大容量の水力機械にまで適用を拡大ならしめ、信頼性の向上および低コスト化等が有効に図れる等の優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の装置構成を示す系統図。
【図２】第１実施形態の作用説明図。
【図３】本発明の第２実施形態の装置構成を示す系統図。
【図４】本発明の第３実施形態の装置構成を示す系統図。
【図５】本発明の第４実施形態の装置構成を示す系統図。
【図６】本発明の第５、第６実施形態の装置構成を示す系統図。
【図７】第５実施形態の作用説明図。
【図８】第６実施形態の作用説明図。
【図９】本発明の第７実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１０】本発明の第８実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１１】第８実施形態の作用説明図。
【図１２】本発明の第９実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１３】本発明の第１０実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１４】本発明の第１１実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１５】本発明の第１２実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１６】本発明の第１３実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１７】本発明の第１４実施形態の装置構成を示す系統図。
【図１８】本発明の第１５実施形態の装置構成を示す系統図。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ 電動機
３ 油圧ポンプ
４ 油圧シリンダ
４ａ ロッド側ポート（閉側シリンダポート）
４ｂ ヘッド側ポート（開側シリンダポート）
５ ピストンロッド
６，７ 操作管（開側操作管、閉側操作管）
６ａ，７ａ ループ配管
８，１１ 管路、（分岐管路、バイパス管）
９ 第一逆止弁
１０ 第二逆止弁
１１ 管路
１２ 第三逆止弁
１３ 第四逆止弁
１４ リリーフ弁
１５ 油タンク
１６ 連結管
５０ ガイドベーン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric water inlet operating device for a hydraulic machine that operates a water outlet using an electric motor.
[0002]
[Prior art]
In general, there are a mechanism using a hydraulic servo motor, a mechanism using an electric motor, and the like as a water opening / closing mechanism of a hydraulic machine. Now, focusing on the guide vane operation mechanism of the hydro turbine in a hydropower plant, a hydraulic servo motor is often used for this mechanism, but in recent years, a hydraulic oil device is not required for small and medium hydropower plants. Some electric servo motors have come into use. This is because the gear reducer is connected to the rotating shaft of the motor, the ball screw is connected to the output shaft of this gear reducer, and the guide vane is operated by the slide shaft that is connected to the ball nut of the ball screw for linear motion. (For example, Japanese Utility Model Publication No. 61-29976).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the electric servo motor of the conventional electric water inlet operating device reduces the rotational torque of the electric motor by a mechanism constituted by a gear reducer and a ball screw, and amplifies the torque to convert it into a linear motion to generate an operating force. However, when the application of this is extended to a turbine with a large capacity, the guide vane requires a large operating force, so that the screw diameter of the ball screw, that is, the load capacity of the ball screw. Limited by the above production limits. In addition, since the water pressure pulsation of the water flowing through the guide vane is transmitted through the operating mechanism, the ball screw of the electric servo motor is subject to forced vibration due to external force, which may promote wear and shorten the life. Applicability is limited to capacity turbines.
[0004]
Also, because the mechanism is composed of a gear reducer and a ball screw, the resistance force to reverse the motor due to the force from the load side is large, so depending on the characteristics of the turbine, the hydraulic pressure of the guide vane in the event of power loss It may be difficult to stop the water turbine automatically due to the closing force, and for this purpose, it may be necessary to have an emergency standby power supply (Article 38, Paragraph 2 of the Technical Standard for Power Generation Hydropower Equipment).
[0005]
In recent years, the rotational torque of the electric motor is decelerated by a mechanism constituted by a gear reducer and a ball screw, converted into a linear motion by torque amplification, and driven by the electric motor instead of the above-described conventional configuration for obtaining an operating force. Each discharge / suction port of the hydraulic pump is connected to the head side port and rod side port of the hydraulic cylinder via the operation pipe, and the piston rod of the hydraulic cylinder is pushed and pulled by switching the discharge direction of the hydraulic pump. Also disclosed is a structure for driving a water inlet operating mechanism of a hydraulic machine connected to the power plant (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-307325 and 8-189552).
[0006]
In these technologies, pressure oil tanks and oil collection tanks are omitted to simplify the configuration, but problems such as difficulty in expanding the application to large-capacity hydraulic machines There is. In addition, there are problems such that an emergency standby power supply is required, and that automatic stopping due to the hydraulic self-closing force becomes difficult.
[0007]
The present invention solves such a problem and expands the application to a large-capacity hydraulic machine, and can easily perform an automatic stop by a hydraulic self-closing force without requiring an emergency standby power source, and has high reliability. An object of the present invention is to provide an electric water mouth operating device and a water mouth operating method for a hydraulic machine that is high and low in cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, each discharge / suction port of the two-way rotary hydraulic pump driven by an electric motor and capable of switching the discharge direction is connected to the head side port and the rod side of the hydraulic cylinder. A hydraulic machine water port that is connected to each port via an operation pipe, and pushes and pulls the piston rod of the hydraulic cylinder by switching the discharge direction of the hydraulic pump to drive the water port operating mechanism of the hydraulic machine connected to the piston rod. In the operating device, each of the operation pipes is provided with a loop pipe that bypasses the hydraulic pump, and two parallel branch pipes are provided in the loop pipe, and one of the branch pipes has the hydraulic pressure A first check valve having a function of stopping oil discharged from the rod side port of the cylinder, and stops oil discharged from the head side port of the hydraulic cylinder. A third check valve having a function of stopping oil flowing into the rod side port of the hydraulic cylinder in the other pipe line of the branch pipe, A fourth check valve having a function of stopping oil flowing into the head side port of the hydraulic cylinder is arranged in series, and between the first and second check valves of the branch pipe and third and fourth reverse valves. A connecting pipe for connecting the stop valves is provided, a relief valve is provided on the connecting pipe, and the connecting pipe is extended from the branch pipe to the outside, and a hydraulic control buffer device is provided at the extended portion. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine is provided.
[0009]
According to the present invention, the use of a ball screw having a manufacturing diameter limit and a low vibration strength is eliminated from the torque transmission mechanism of the electric motor, and the capacity can be increased instead. In the present invention, a two-way rotary hydraulic pump, a hydraulic cylinder, a relief valve, a check valve, an oil tank and a pipe connecting them can be configured with a high anti-vibration strength.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to the first aspect, the buffer device for hydraulic control is a closed type oil tank or an open type oil tank provided with an air breathing pipe with a filter. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine is provided, which is a bladder-type oil tank or an accumulator equipped with a bladder opened to the atmosphere.
[0011]
According to the present invention, the oil tank can be easily manufactured by opening it to the atmosphere so that no pressure is generated during oil recovery in the pulling operation of the rod of the hydraulic cylinder so as not to become a pressure vessel. In addition, by installing a bladder in the oil tank, the oil and the outside air are shut off to prevent foreign matter such as moisture and dust from entering the hydraulic oil, so that it is not affected by the environmental impact of the installation site. Can be expensive. Furthermore, by using the oil tank as an accumulator and constantly applying pressure to the suction side of the hydraulic pump, the occurrence of cavitation of the hydraulic pump can be prevented and the reliability can be improved.
[0012]
According to a third aspect of the invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to the second aspect, the oil tank is pushed and pulled by the piston rod by the first to fourth check valves and the relief valve provided in the branch pipe. And a function of recovering excess oil generated in the hydraulic cylinder and a function of supplying a shortage of oil generated in the hydraulic cylinder are provided. .
[0013]
According to the present invention, the oil tank can absorb the excess and deficiency of the oil that is reduced by the piston rod of the hydraulic cylinder, and high-accuracy operability can be obtained.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to third aspects, the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder is detected, and the motor is controlled by the motor control device. A torque control means for reducing the generated torque by limiting the current output to the motor, or a speed control means for detecting that the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder is approached and reducing the rotation speed of the motor by the motor control device. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized in that it is provided.
[0015]
According to the present invention, the position sensor or the position detection switch detects the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder, operates the motor control device to limit the current output to the motor, and reduces the generated torque. By doing so, it is possible to avoid unnecessarily overuse of the hydraulic pump, extend the life, and improve the reliability.
[0016]
In addition, the position sensor or the position detection switch detects that the hydraulic cylinder is approaching the stroke end in the direction of exit and entry of the hydraulic cylinder, and operates the motor control device to reduce the rotation speed of the motor, thereby controlling the hydraulic pump. By avoiding unnecessary abuse, the life can be extended and the reliability can be improved.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to fourth aspects, the hydraulic cylinder port on the side where the pressure oil enters and opens the water inlet, or a pipe connected to the hydraulic cylinder port An electric water inlet operating device for a hydraulic machine is provided, which is provided with an open / close switching valve that is branched and operated to discharge the primary side to a hydraulic control buffer device.
[0018]
According to the present invention, in order to close the water port by the water pressure self-closing force, the hydraulic oil enters the hydraulic cylinder port on the side where the pressure oil enters and the water port is opened, or an open / close switching valve is provided by branching from the middle of the piping. By operating it, the oil in the hydraulic cylinder is discharged to the hydraulic control buffer device and this is performed, so that an emergency standby power supply is not required and the cost can be reduced.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to fifth aspects, the hydraulic cylinder port on the side where the hydraulic oil enters and closes the water inlet or the middle of the pipe connected thereto An electric water inlet operating device for a hydraulic machine is provided, characterized in that an accumulator is provided by branching off from the water.
[0020]
According to the present invention, an accumulator is provided by branching from the hydraulic cylinder port on the side where pressure oil enters and the water inlet is closed or a pipe connected to the hydraulic cylinder port. The hydraulic cylinder is closed using the pressurized oil, so that an emergency standby power supply is not required and the cost can be reduced.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the electrically operated water inlet operating device for a hydraulic machine according to the sixth aspect, a pilot-operated check valve or a valve line in which a check valve and an open / close switching valve are arranged in parallel at the inlet of the accumulator is provided. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized in that it is provided.
[0022]
According to the present invention, a pilot-operated check valve or a valve line in which a check valve and an opening / closing switching valve are arranged in parallel is provided at the inlet of the accumulator, and the accumulator is automatically replenished with the discharge pressure oil of the hydraulic pump. As a result, stable hydraulic oil can be pressured and the hydraulic pump cannot be turned due to loss of the secured power supply. Cost reduction can be achieved by eliminating the need for an emergency standby power supply.
[0023]
According to an eighth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to the seventh aspect, the hydraulic pump is provided with a pilot operated check valve whose free flow direction is a direction in which the hydraulic pump sends pressure oil so as to close the water outlet. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine is provided.
[0024]
According to the present invention, a pilot operated check valve is provided at the discharge port of the hydraulic pump, and this pilot is used when the pressure oil accumulated in the accumulator is used in a situation where the electric motor cannot be turned due to loss of power. By operating the operation check valve, the backflow of the pressure oil caused by the reverse rotation of the hydraulic pump can be prevented, the loss of the pressure oil can be reduced to increase the capacity efficiency of the accumulator, and the accumulator can be reduced in size and cost.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to eighth aspects, a mechanical brake is provided in the electric motor as an operation stop means, or a hydraulic control buffer device is provided. There is provided an electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized in that a mechanism for detecting an abnormal drop in oil level or an abnormal rise in oil temperature is provided.
[0026]
According to the present invention, when a mechanical brake is attached to an electric motor, and the hydraulic oil stored in the accumulator is used in a situation where the electric motor cannot be turned due to loss of power, the hydraulic pump is operated by operating the brake. Therefore, it is possible to reduce the pressure oil loss by reducing the pressure oil loss caused by the reversal of the pressure, increase the efficiency of the capacity of the accumulator, reduce the size of the accumulator, and reduce the cost.
[0027]
In addition, an oil level detector is provided in the oil tank, thereby detecting an abnormal drop in the oil level and stopping the operation so as to increase the reliability against failure. Further, a temperature detector is provided in the hydraulic pressure control buffer device, so that an abnormal increase in the oil temperature is detected and the operation is stopped, so that the reliability against failure can be improved.
[0028]
According to a tenth aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to ninth aspects, the hydraulic cylinder port on the side from which oil is discharged by the operation of closing the water inlet or connected thereto. An orifice, throttle valve, or flow control valve that restricts the flow rate of oil discharged into the pipe is provided, and the reverse flow of the flow of oil discharged is reversed in a circuit that bypasses this. Provided is an electric water inlet operating device for a hydraulic machine characterized by having a stop valve directed.
[0029]
According to the present invention, when it becomes impossible to turn the electric motor due to power loss or the like, the hydraulic pump is easily rotated by external force, so the hydraulic cylinder is pushed back from the load side by the hydraulic self-closing force. Since the closing speed is not controlled and is unconstrained, the water mouth closes at a dangerous speed faster than a predetermined speed, which is suitable for preventing this. That is, in order to prevent the water port from closing at a dangerous speed, the flow rate of the oil discharged into the hydraulic cylinder port on the side from which the oil is discharged by the operation of closing the water port or the pipe connected thereto is limited. By providing an orifice, or a throttle valve or flow control valve, the reliability of failure can be increased by allowing the water port to close at a safe rate.
[0030]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of the first to tenth aspects, on one of the two branch lines in parallel of the loop pipe that bypasses the hydraulic pump, A first pilot operated check valve that functions to stop oil discharged from the rod side port of the hydraulic cylinder and a second pilot operated check valve that functions to stop oil discharged from the head side port are connected in series. The first pilot operation check valve uses the hydraulic pressure of the head side port operation pipe of the hydraulic cylinder as the pilot hydraulic pressure, and the second pilot operation check valve pilots the hydraulic pressure of the rod side port operation pipe of the hydraulic cylinder. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized by being configured to be hydraulic.
[0031]
According to the present invention, there is a manufacturing limit in the size of the screw diameter, and the use of a ball screw with low vibration strength is eliminated from the torque transmission mechanism of the electric motor, so that the capacity can be increased instead. By constructing the high-strength two-way rotary hydraulic pump, hydraulic cylinder, relief valve, check valve, pilot operated check valve, oil tank and piping connecting them, the configuration can be made compact. In addition, the pilot operation check valve can reduce the load on the hydraulic pump and reduce energy consumption.
[0032]
In the invention according to claim 12, each discharge / suction port of the two-way rotary hydraulic pump driven by an electric motor and capable of switching the discharge direction is connected to the head side port and the rod side port of the hydraulic cylinder via respective operation pipes. In the hydraulic port operation method of a hydraulic machine that pushes and pulls the piston rod of the hydraulic cylinder by switching the discharge direction of the hydraulic pump to drive the hydraulic port operation mechanism of the hydraulic machine connected to the piston rod, When the hydraulic cylinder generates a surplus of oil in the hydraulic cylinder as it is pulled, this is recovered in the oil tank, and when there is a shortage, it is supplied from the oil tank. provide.
[0033]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the water port operating method of the hydraulic machine according to the twelfth aspect, the cylinder chamber on the side supporting the self-closing force acting on the water port of the hydraulic cylinder is drained, and the water port is used by the self-closing force. Is provided, and a water inlet operation method for a hydraulic machine is provided.
[0034]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the water port operating method of the hydraulic machine according to the twelfth or thirteenth aspect, the hydraulic pressure is applied from the pressure accumulating means to the cylinder chamber facing the cylinder chamber on the side supporting the self-closing force acting on the water port of the hydraulic cylinder. A water mouth operating method is provided for a hydraulic machine, which is applied to urgently close the water mouth.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, a guide vane operating device for a water turbine will be described as an example, but the present invention can be applied to a water inlet operating device for various other hydraulic machines such as a pump.
[0036]
First embodiment (FIGS. 1 and 2)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0037]
In this embodiment, as outlined, the two-way rotation type hydraulic pressure is applied to each operation pipe (open side operation pipe, closed side operation pipe) 6 and 7 for supplying hydraulic pressure to the hydraulic cylinder 4 for driving the guide vane 50. Loop pipes 6a and 7a for bypassing the pump 3 are provided, two parallel branch pipes (bypass pipes) 8 and 11 are provided in the loop pipes 6a and 7a, and one branch pipe 8 of the branch pipe is provided. The first check valve 9 has a function of stopping oil discharged from the rod side port 4a of the hydraulic cylinder 4, and the second check valve has a function of stopping oil discharged from the head side port 4b of the hydraulic cylinder 4. A valve 10 is arranged in series, and a third check valve 12 having a function of stopping oil flowing into the rod side port 4a of the hydraulic cylinder 4 and a hydraulic cylinder 4 Stop oil flowing into the head side port 4b And a fourth check valve 13 having a function of connecting the first and second check valves 9 and 10 and the third and fourth check valves 12 and 13 of the branch pipe. A connecting pipe 16 is provided, and a relief valve 14 is provided on the connecting pipe 16. Further, the connecting pipe 16 is extended from the branch pipe to the outside, and a sealed oil tank is provided as a hydraulic control buffer device in the extended portion 16a. 15 is provided. In the following description, the rod side port 4a of the hydraulic cylinder 4 is also referred to as “closed cylinder port 4a”, and the head side port 4b is also referred to as “open cylinder port 4b”.
[0038]
This will be specifically described below.
[0039]
In the present embodiment, an electric motor 2 that is operated by the control device 1 is provided, and a two-way rotary hydraulic pump 3 is connected to a rotation shaft of the electric motor 2. The discharge / suction ports 3a and 3b of the hydraulic pump 3 (hereinafter also simply referred to as “ports 3a and 3b of the hydraulic pump 3”), the closed cylinder port 4a and the open cylinder port 4b of the hydraulic cylinder 4 are opened. The side operation pipe 6 and the closed side operation pipe 7 are connected by piping. When the hydraulic pump 3 is rotationally driven in one direction (hereinafter referred to as “forward rotation”), the pressure oil flows into the open cylinder chamber 4c from the open cylinder port 4b, and the piston rod 5 of the hydraulic cylinder 4 Pushing in the arrow “open” direction (right direction in FIG. 1) in FIG. When the hydraulic pump 3 is driven to rotate in the opposite direction (hereinafter referred to as “reverse rotation”), the pressure oil flows from the closed cylinder port 4a into the closed cylinder chamber 4d, and the piston rod 5 of the hydraulic cylinder 4 is moved. 1, the guide vane 50 of the water wheel is closed in the direction of the arrow "closed" in FIG.
[0040]
An operation tube 6 (hereinafter referred to as “open side operation tube 6”) connected to the open side cylinder chamber 4c of the hydraulic cylinder 4 and an operation tube 7 (hereinafter referred to as “hereinafter referred to as“ open side operation tube 6 ”). The closed operation pipe 7 ") is provided with loop pipes 6a and 7a that bypass the hydraulic pump 3. These loop pipes 6a and 7a are provided with two bypass pipes 8 and 11 as parallel branch pipes.
[0041]
One bypass pipe 8 functions to stop the oil discharged from the closed cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4 and to stop the oil discharged from the open cylinder port 4b. The second check valve 10 is arranged in series. The other bypass pipe 11 functions to stop oil flowing into the closed cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4 and to stop oil flowing into the open cylinder port 4b. The fourth check valve 13 is arranged in series.
[0042]
Further, the inlet side of the relief valve 14 is connected to the connecting pipe 16 branched from between the check valves 12 and 13 of the other bypass pipe 11, and the outlet side of the relief valve 14 is connected to each check pipe of the one bypass pipe 8. Connected between the valves 9 and 10. Further, an oil tank 15 is connected to an extended portion 16 a of a connecting pipe 16 that extends from between the check valves 9 and 10 of one bypass pipe 8.
[0043]
In such a configuration, when the guide vane 50 is opened, the motor 2 is driven to rotate forward by the control device 1. Then, the discharge hydraulic pressure from the hydraulic pump 3 flows into the open side cylinder chamber 4c from the open side cylinder port 4b of the hydraulic cylinder 4 via the open side operation tube 6, and on the other hand from the close side cylinder chamber 4d of the hydraulic cylinder 4 Oil discharged through the closed cylinder port 4 a is returned to the port 3 a on the suction side of the hydraulic pump 3 through the closed operation pipe 7.
[0044]
On the other hand, when the guide vane 50 is closed, the motor 2 is driven in reverse by the control device 1. Then, the discharge hydraulic pressure from the hydraulic pump 3 flows into the closed cylinder chamber 4d from the closed cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4 via the closed operation pipe 7, and from the open cylinder chamber 4c of the hydraulic cylinder 4 on the other hand. The oil discharged through the open cylinder port 4 b is returned to the port 3 b on the suction side of the hydraulic pump 3 through the open operation pipe 6.
[0045]
Thus, although the hydraulic pump 3 and the hydraulic cylinder 4 form a closed circulation circuit, the hydraulic cylinder 4 used in a general water turbine as shown in the present embodiment is a single rod type hydraulic cylinder. In the reciprocating operation of the piston 5a, the piston displacement oil amount differs in the reciprocating operation by the volume of the piston rod 5, and in the closing operation, the amount of oil discharged is larger than the amount of pressure oil consumed. For this reason, since it will be surplus from the suction | inhalation amount of the hydraulic pump 3, it will be made to collect | recover this excess oil amount with the oil tank 15. FIG. On the other hand, in the case of the opening operation, the oil amount corresponding to the volume of the piston rod 5 is insufficient from the pump suction amount, contrary to the above closing operation. At this time, the oil stored in the oil tank 15 is sucked in. Make sure. That is, the oil tank 15 exhibits a buffer function that absorbs the difference in oil consumption between the opening operation and the closing operation of the hydraulic cylinder 4.
[0046]
Next, the operation of the bypass pipes 8 and 11 that bypass the hydraulic pump 3 and the check valves 8, 9, 12, 13 and the relief valve 14 attached thereto will be described with reference to FIG. 2.
[0047]
FIG. 2 is a graph showing the hydraulic self-closing characteristic of the guide vane 50 of the water wheel shown in FIG. Due to the characteristics shown in FIG. 2, the piston rod 5 of the hydraulic cylinder 4 for operating the guide vane 50 always receives a force in the closing direction (guide vane water pressure self-closing force F0) during operation.
[0048]
The case where the water wheel shown in FIG. 1 is in operation and the opening is suitable for the load of the guide vane 50 water wheel and this opening is maintained will be described below. As described above, the guide vane 50 receives a force in the direction of closing the guide vane 50 by the water pressure, and this force acts as a guide vane water pressure self-closing force F0 as a whole. When the piston 5a is operated to open and close the guide vane 50, a frictional force is generated. Therefore, in order to prevent the guide vane from being closed naturally, a force obtained by subtracting this frictional force from the guide vane water pressure self-closing force F0. Need to act in the direction in which the guide vane 50 opens. This force is the closing force F1 acting on the hydraulic cylinder shown in FIG. On the other hand, in order to open the guide vane 50, it is necessary to apply at least a force obtained by adding this frictional force to the guide vane self-closing force F0 in the direction in which the guide vane 50 opens. This force is shown in FIG. This is the operating force F2 required to open the guide vane. As can be seen from these facts, in order to maintain the opening degree of the guide vane 50, it is necessary to always apply a force larger than F1 and smaller than F2 to the piston 5a in the direction in which the guide vane opens. In the present embodiment, the opening side cylinder chamber 4c always has a hydraulic pressure corresponding to this force (a force larger than the closing force F1 acting on the hydraulic cylinder in FIG. 2 and smaller than the operating force F2 required for opening the guide vanes). Has occurred. As a result, the piston 5a of the hydraulic cylinder 4 keeps its position, and the guide vane 50 also keeps its opening. This hydraulic pressure is generated by containing the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3, but in actuality, internal oil leaks from the outer periphery of the piston 5 a to the hydraulic cylinder 4. It must be replenished to keep the opening. For this reason, the hydraulic pump 3 always rotates at a low speed and sends a small amount of pressure oil to the open cylinder port 4 b of the hydraulic cylinder 4. The pressure oil on the discharge side of the hydraulic pump 3 is caused by the action of the second check valve 10 in one bypass pipe 8 and by the action of the third check valve 12 and the relief valve 14 in the other bypass pipe 11. Each prevents backflow to the suction side.
[0049]
Next, the case where the load of the water turbine increases from this state and the guide vane 50 is opened will be described. When an opening control command is issued from the control device 1 to the electric motor 2, the electric motor 2 and the hydraulic pump 3 are greatly rotated in the forward rotation direction. Then, the hydraulic pump 3 discharges oil whose hydraulic pressure is higher than the hydraulic pressure for maintaining the opening degree of the guide vane 50, and the oil passes through the open side operation pipe 6 to the open side cylinder port 4 b of the hydraulic cylinder 4. Since the force is sent, the balance relationship between the forces is broken and the piston 5a moves in the opening direction. Here, the pressure of the oil discharged from the hydraulic pump 3 is the operating force of the hydraulic cylinder necessary for opening the guide vane, which is the guide vane water pressure self-closing force F0 shown in FIG. The pressure may be equal to or higher than the pressure corresponding to F2. At this time, the oil is discharged from the closed cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4 and returned to the suction side of the hydraulic pump 3 through the closed operation tube 7. This return oil is supplied to the hydraulic pump 3 as described above. Since it is smaller than the discharge amount, the hydraulic pump 3 simultaneously sucks the oil stored in the oil tank 15 so as to compensate for this shortage.
[0050]
This oil flow will be described in detail. During normal rotation of the hydraulic pump 3, the closed side operation tube 7 is on the suction side and the open side operation tube 6 is on the discharge side. When the closing side operation pipe 7 becomes the suction side, the oil stored in the oil tank 15 opens the check valve 9 and flows along the path of pipes 16 → 8 → 7a, and the oil discharged from the hydraulic cylinder 4 and the oil in FIG. Merge at point (A) and flow into the hydraulic pump 3. The pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 flows to the hydraulic cylinder 4 through the open operation pipe 6 and pushes out the piston 5a. At this time, the hydraulic pressure in the loop pipe 6a is equal to the hydraulic pressure discharged from the port 3b by the hydraulic pump 3, that is, the hydraulic pressure in the open cylinder chamber 4c. The relief valve 14 functions. That is, the check valves 10 and 12 prevent backflow of oil to the suction side, and the relief valve 14 prevents backflow of oil to the oil tank 15. Here, since the set value of the pressure at which the relief valve 14 opens is set to a value higher than the maximum hydraulic pressure of the open cylinder chamber 4c during the opening operation, the oil that pushes out the piston 5a during the opening operation is oil tank. 15 does not flow backward.
[0051]
Next, a case where the load on the water turbine is reduced and the guide vane 50 is closed will be described. When the control device 1 issues a close control command to the electric motor 2, the electric motor 2 and the hydraulic pump 3 rotate greatly in the reverse direction. At this time, the pressure oil in the open cylinder chamber 4c of the hydraulic pump 3 is sealed with a hydraulic pressure corresponding to the force against the above-described guide vane water pressure self-closing force, and the hydraulic pump 3 is connected to the open cylinder chamber. The pressure oil sealed in 4c is sucked in and the pressure oil higher than this is discharged from the port 3a. Here, the “force against the guide vane water pressure self-closing force” is a force obtained by adding or subtracting the frictional force to the water pressure self-closing force acting on the guide vane. In order to maintain the opening degree of the guide vane 50 described above. It is necessary power. Then, this pressure oil is supplied to the closed cylinder chamber 4d through the closed side operation pipe 7 and through the closed side cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4, and the piston 5a operates in the closing direction. Here, even if the piston 5a is displaced in the closing direction, the hydraulic pressure in the open-side cylinder chamber 4c is always a hydraulic pressure corresponding to the force against the guide vane water pressure self-closing force. Is sucked into the hydraulic pump 3. At this time, compared to the amount of hydraulic oil discharged from the open cylinder port 4b of the hydraulic cylinder 4 and sucked and pressurized by the hydraulic pump 3, it is supplied to the closed cylinder port 4a of the hydraulic cylinder 4 and consumed. A surplus occurs due to the small amount of pressurized oil. Therefore, in the case of the closing operation, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 is diverted at the point (A) and flows into the oil tank 15.
[0052]
This oil flow will be described in detail. When the hydraulic pump 3 rotates in the reverse direction, the open side operation tube 6 becomes the suction side and the close side operation tube 7 becomes the discharge side. The excess of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 that does not flow into the closed cylinder chamber 4d is diverted at the point (A), flows into the bypass pipe 11 from the loop pipe 7a on the closed operation pipe 7 side, and is checked. Push the valve 12 open. Here, as described above, the set value of the pressure at which the relief valve 14 opens is set to a value higher than the maximum hydraulic pressure of the open-side cylinder chamber 4c at the time of the opening operation. The pressure is lower than the pressure of the pressure oil discharged from 3. In other words, in other words, the pressure of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3a during the closing operation is always higher than the pressure at which the relief valve 14 opens. Therefore, the excess of the pressure oil diverted at the point (A) and flows into the bypass pipe 11 and pushes the check valve 12 open, the relief valve 14 is pushed open and discharged to the pipe 16 and flows into the oil tank 15. To do. The check valve 13 functions so that the pressure oil flowing to the bypass pipe 11 does not flow back to the opening operation pipe 6 on the suction side of the hydraulic pump 3, and the hydraulic pressure sealed on the suction side of the hydraulic pump 3 is oil. The check valve 10 functions so as not to flow into the tank 15.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, the torque generated by the electric motor 2 is converted into the hydraulic pressure by the hydraulic pump 3 to operate the hydraulic cylinder 4 and transmit the hydraulic cylinder 4 to the water inlet operation mechanism. Since it can be implemented without using a gear reducer or ball screw as in the case of using an electric servo motor of the water inlet operation device, the device capacity from the production limit on the ball screw screw diameter, that is, the load capacity of the ball screw, can be reduced. Restrictions can be eliminated and large devices can be manufactured. In addition, the vibration generated by hydraulic pulsations in hydraulic machines is almost as strong as conventional hydraulic servo motors, and this restriction can be eliminated. Can be enlarged.
[0054]
Further, since the mechanism constituted by the gear reducer and the ball screw is not used, the resistance force for the motor to reverse due to the force from the load side can be reduced, and therefore the hydraulic self-closing of the guide vane 50 in the case of power loss. It is easy to automatically stop the water turbine by force, so that an emergency standby power supply is not required, and a low-cost electric water mouth operating device can be provided.
[0055]
Second Embodiment (FIG. 3)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0056]
In the present embodiment, the hydraulic control buffer device is configured as an open type oil tank provided with an air breathing pipe 22 with a filter, instead of the sealed oil tank in the first embodiment. That is, the oil tank 15 of the present embodiment has a breathing port 21 that breathes in accordance with the entry and exit of oil, and is configured to communicate with the atmosphere. An air breathing tube 22 with a filter is attached to the breathing port 21. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0057]
In the present embodiment, the hydraulic pump 3 and the hydraulic cylinder 4 form a closed circulation circuit. However, since the hydraulic cylinder 4 is a single rod type hydraulic cylinder, the piston displacement oil amount in the reciprocating operation of the piston 5 a is equal to that of the piston rod 5. Only the volume is different. In the case of the closing operation, the amount of oil discharged is larger than the amount of pressure oil consumed, so that the surplus oil amount is recovered from the suction amount of the hydraulic pump 3, and the excess oil amount is recovered by the oil tank 15. On the other hand, in the case of the opening operation, the amount of oil corresponding to the volume of the piston rod 5 is insufficient from the suction amount of the hydraulic pump, contrary to the above closing operation. Inhale.
[0058]
Thus, also in this embodiment, the oil tank 15 absorbs the difference in the amount of oil consumed between the opening operation and the closing operation of the hydraulic cylinder 4, and this is the same as in the first embodiment. However, in the first embodiment, since the oil tank 15 is sealed, the air pressure (internal pressure) inside the tank changes according to the change in the volume of the oil, and when the oil flows in, the pressure is higher than the initial pressure. When it flows out, it becomes lower than the initial pressure. When the piston rod 5 is pulled in as an initial state and the atmospheric pressure is at this time, the oil tank 15 becomes negative pressure when the piston rod 5 is pushed out. On the contrary, when the piston rod 5 is pushed out as an initial state and this time is atmospheric pressure, the oil tank 15 has an internal pressure when the piston rod 5 is drawn. Therefore, the oil tank 15 must be designed in consideration of this pressure fluctuation, and must be a pressure vessel having a strength corresponding to this.
[0059]
On the other hand, in this embodiment, since the oil tank 15 has the breathing port 21 that communicates with the atmosphere, the tank internal pressure is always maintained by breathing with the outside air even if the oil volume in the oil tank 15 changes. Atmospheric pressure is maintained. Therefore, according to the present embodiment, it is not necessary to use the oil tank 15 as a pressure vessel, and it may be designed to cope with the atmospheric pressure, so that the manufacture is easy and the cost can be reduced. In addition, since the air breathing pipe 22 with a filter is attached to the breathing port 21, dust in the atmosphere can be prevented from being mixed into the oil tank 15, and it is highly reliable without being affected by the installation environment of the apparatus. Can be.
[0060]
Third embodiment (FIG. 4)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0061]
In the present embodiment, the buffer device for hydraulic control is a bladder-type oil tank equipped with a bladder opened to the atmosphere. That is, as shown in FIG. 4, a bladder 23 made of an elastic material is mounted in the oil tank 15, and this bladder 23 has a breathing port 21 that breathes in response to the entry and exit of oil and communicates with the atmosphere. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0062]
Thus, in this embodiment, since the bladder 23 is mounted inside the oil tank 15 and the bladder 23 communicates with the atmosphere through the breathing port 21, the oil volume in the tank changes. Atmospheric pressure is always maintained by the breathing function of the outside air.
[0063]
Therefore, as in the second embodiment, the present embodiment also eliminates the need for the oil tank 15 to be a pressure vessel, and it is only necessary to design it at atmospheric pressure. Therefore, the manufacturing is easy and the cost can be reduced. Further, since the bladder 23 is mounted in the oil tank 15 to block the oil and the outside air, it is possible to prevent foreign matters such as moisture and dust from entering the hydraulic oil, and the environment of the installation site. It is highly reliable without being affected by the surface.
[0064]
Fourth embodiment (FIG. 5)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0065]
In this embodiment, the hydraulic control buffer device is an accumulator. That is, as shown in FIG. 5, the bypass pipe 8 is connected to an accumulator 24 that stocks pressure oil discharged from the hydraulic pump 3. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0066]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic in consideration of safety against various failures. Therefore, in the hydraulic cylinder 4 that operates the guide vane 50, hydraulic pressure that is subjected to the hydraulic self-closing force is constantly generated in the open cylinder port 4b during operation, but the other closed cylinder is not pressurized. When the hydraulic pump 3 operates in this state, the suction port of the hydraulic pump 3 becomes negative pressure due to a loss head of the oil flow in the suction side pipe line. When the negative pressure increases, the hydraulic pump 3 generates cavitation, and vibration and noise increase, and the life of the hydraulic pump 3 also decreases.
[0067]
On the other hand, in the present embodiment, the accumulator 24 always applies pressure oil to the closed cylinder chamber 4d of the hydraulic cylinder 4 via the bypass pipe 8, the check valve 9, and the loop pipe 7a. Even in the case of the closing operation, the inside of the hydraulic pump 3 does not become negative pressure, and cavitation can be prevented. Therefore, according to the present embodiment, the occurrence of cavitation in the hydraulic pump 3 can be prevented or the generation of vibration and noise can be reduced or eliminated, and the life of the apparatus can be extended.
[0068]
Fifth embodiment (FIGS. 6 and 7)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine, and FIG. 7 is an operation explanatory diagram.
[0069]
In the present embodiment, torque control means is provided for detecting the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder and limiting the current output to the motor by the motor control device to reduce the generated torque. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 6, a hydraulic cylinder fully closed position detection switch 25 and a fully open position detection switch 26 are provided. Thereby, the stroke end in the exit direction (the “open” direction of the piston rod 5) of the hydraulic cylinder 4 and the stroke end in the entry direction (the “closed direction” of the piston rod 5) of the hydraulic cylinder 4 can be detected. A control circuit as a torque control means is provided in the control device 1 of the electric motor 2 so that a command to limit the current output to the electric motor 2 when each stroke end is detected and to reduce the generated torque is output. It has become. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0070]
When the guide vane 50 is closed or opened and the hydraulic cylinder 4 reaches the stroke end, the entire amount of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 3 is discharged from the relief valve 14 to the oil tank 15. The oil in the oil tank 15 is sucked. Therefore, the energy input to the hydraulic pump 3 becomes heat, which causes the oil temperature to rise and wastes energy. This also means that the hydraulic pump 3 is overworked.
[0071]
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the stroke end (e1, e2) of the piston rod 5 in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder 4 is detected by the position detection switches 25, 26, respectively. The current output to the electric motor 2 is limited by the device 1 (upper limit (1), (2)). As a result, control for reducing the torque generated by the electric motor 2 is performed, so that the increase of the hydraulic pressure that operates the relief valve 14 is stopped at each stroke end position.
[0072]
Therefore, according to the present embodiment, since the current output to the electric motor 2 is limited at the stroke end of the hydraulic cylinder 4 and the generated torque is reduced, the relief valve 14 does not operate and wastes energy. This eliminates the need to overuse the hydraulic pump 3 unnecessarily, thereby extending the life of the apparatus.
[0073]
Sixth embodiment (FIGS. 6 and 8)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, FIG. 6 used in the fifth embodiment is referred to as a hydraulic system diagram. FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of this embodiment.
[0074]
In this embodiment, speed control means for detecting that the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder is approaching and reducing the rotational speed of the motor by the motor control device is provided. That is, in this embodiment as well as the fifth embodiment, the stroke end in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder 4 is detected by the hydraulic cylinder fully closed position detection switch 25 and the fully open position detection switch 26. This embodiment is different from the fifth embodiment in that the control device 1 of the electric motor 2 has a circuit configuration as speed control means, and the control device 1 performs control to reduce the rotational speed of the electric motor 2. is there. Other configurations are substantially the same as those in the fifth embodiment.
[0075]
When the guide vane 50 is closed or opened and the hydraulic cylinder 4 reaches the stroke end, the entire amount of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 is discharged from the leaf valve 14 to the oil tank 15, and at the same time, the hydraulic pump 3 Since the oil in the tank 15 is sucked, the energy input by the hydraulic pump 3 becomes heat and raises the oil temperature, and wasteful energy is consumed. This also means that the hydraulic pump 3 is overworked.
[0076]
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the position detection switches 25 and 26 detect the stroke end (e1, e2) of the piston rod 5 in the exit and entry directions of the hydraulic cylinder 4, respectively. Since the device 1 performs control (upper limit (1), (2)) to reduce the rotation speed of the electric motor 2, the increase in hydraulic pressure that operates the relief valve 14 is stopped at each stroke end position.
[0077]
Therefore, according to the present embodiment, control is performed to reduce the rotational speed of the electric motor 2 at the stroke end of the hydraulic cylinder 4, so that the relief valve 14 does not operate and wasteful energy is not consumed. Unnecessarily overuse can be avoided, and the life can be prolonged as in the fifth embodiment.
[0078]
Seventh embodiment (FIG. 9)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0079]
In the present embodiment, there is provided an on-off switching valve that discharges the primary side to the hydraulic control buffer device by operating by branching from the hydraulic cylinder port on the side where pressure oil enters and opening the water inlet or the pipe connected to the hydraulic cylinder port. It is provided. That is, as shown in FIG. 9, in this embodiment, for example, a waste oil pipe 28 branches from the open side operation pipe 6 of the hydraulic cylinder 4, and an open / close switching valve 27 is provided in the waste oil pipe 28 and the oil drain pipe 28 is It is connected to the oil tank 15. By operating the on / off switching valve 27, the oil in the open cylinder chamber 4c can be discharged to the oil tank 15. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0080]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic as shown in FIG. 2 in consideration of safety against various failures. Accordingly, during the operation, hydraulic pressure that is subjected to the hydraulic self-closing force is constantly generated in the open cylinder chamber 4c of the hydraulic cylinder 4 that operates the guide vane 50. In the present embodiment, in consideration of a failure in which the hydraulic pump 3 cannot be operated in the closing direction of the guide vane 50 due to power loss or the like, the opening / closing provided by branching from the opening side operation pipe 6 of the hydraulic cylinder 4 By operating the switching valve 27, the oil in the hydraulic cylinder 4 is discharged to the tank 15, whereby the guide vane 50 can be closed by the hydraulic self-closing force.
[0081]
Therefore, according to the present embodiment, the guide vane 50 is closed by the water pressure self-closing force at the time of failure such as power loss, so that an emergency standby power supply can be dispensed with, thereby reducing the cost.
[0082]
Eighth embodiment (FIGS. 10 and 11)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is an oil pipe system diagram showing the configuration when applied to a water turbine, and FIG. 11 is a graph showing the characteristics of this embodiment.
[0083]
In the present embodiment, an accumulator is provided by branching from a hydraulic cylinder port on the side where pressure oil enters and closing a water inlet, or a pipe connected to the hydraulic cylinder port. That is, as shown in FIG. 10, in this embodiment, the oil supply pipe 30a branches off from the middle of the closed side operation pipe 7 of the hydraulic cylinder 4, and an open / close switching valve 29 is provided as a main valve in the oil supply pipe 30a. . And the accumulator 30 which pressure-accumulated pressure oil is provided in the front-end | tip of this oil supply pipe | tube 30a. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0084]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic in consideration of safety against various failures. However, some water turbines do not have the characteristics shown in FIG. 2, and the self-closing force is insufficient. In some cases, the frictional resistance cannot be exceeded and the characteristics shown in FIG. As shown in FIG. 11, this phenomenon occurs in a region from the guide vane opening X% to the fully opened state where the closing force acting on the hydraulic cylinder 4 is minus 0 or less.
[0085]
Therefore, in this embodiment, the accumulator 30 is provided so as to supply pressure oil that compensates for the insufficient guide vane water pressure self-closing force. For example, when the hydraulic pump 3 is out of order and the hydraulic turbine needs to be stopped without using the hydraulic pump 3, an opening command is issued to the open / close switching valve 29 from another control device (not shown). This open / close switching valve 29 is opened. Then, since the pressure oil stored in the accumulator 30 flows into the closed cylinder chamber 4d of the hydraulic cylinder 4, the guide vane 50 is closed by the pressure oil in the accumulator 30.
[0086]
Therefore, according to this embodiment, the guide vane 50 is closed by the pressure oil that has been pressured by the accumulator 30 in the event of a failure such as a loss of power, so that an emergency standby power supply can be eliminated. Thereby, the cost can be reduced.
[0087]
Ninth embodiment (FIG. 12)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0088]
This embodiment improves the functionality of the eighth embodiment. That is, as shown in FIG. 12, in the present embodiment modification, an accumulator 30 in which a branch pipe 30b is further provided in the oil supply pipe 30a branched from the middle of the piping of the closed side operation pipe 7 of the hydraulic cylinder 4 and the pressure oil is pressured. A valve line having a circuit configuration in which a check valve 31 is connected in parallel with the open / close switching valve 29 is provided on the inlet side of the valve. The other configurations are substantially the same as those in FIG. 10 showing the eighth embodiment, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0089]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic in consideration of safety against various failures. However, some water turbines do not have the characteristics shown in FIG. 2, and the self-closing force is insufficient. In some cases, the frictional resistance cannot be exceeded and the characteristics shown in FIG. In FIG. 11, this is a region from the guide vane opening X% to the fully open state where the closing force acting on the hydraulic cylinder is minus 0 or less.
[0090]
In the eighth embodiment, an accumulator 30 for supplying pressure oil is provided so as to compensate for the insufficient hydraulic self-closing force of the guide vane 50, and the open / close switching valve 29 is branched from the middle of the closing side operation pipe 7 of the hydraulic cylinder 4. However, when the guide vane 50 is opened, the closing side operation tube 7 is on the suction side of the hydraulic pump 3 and therefore has a negative pressure. If there is a leak in the switching valve 29, the pressure oil stored in the accumulator 30 is removed from this pressure and decreases.
[0091]
Therefore, in the present embodiment, by adopting a valve line in which the check valve 31 at the inlet of the accumulator 30 and the open / close switching valve 29 are configured in parallel, this can be permitted even if there is a leak in the open / close switching valve 29. It is what I did. That is, since the inlet of the accumulator 30 has the check valve 31, the pressure oil can flow freely. Therefore, even if the pressure oil in the accumulator 30 leaks, the water turbine in operation constantly repeats the load adjustment operation. Therefore, when the guide vane 50 is closed, the hydraulic pump 3 discharges into the closing operation pipe 6 of the hydraulic cylinder 4. Since the hydraulic pressure is generated, the pressure oil in the accumulator 30 is replenished at this time, so that the accumulator 30 can store the pressure oil necessary for the closing operation of the guide vane 50 without decreasing.
[0092]
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent a decrease in the pressure oil stored in the accumulator 30 used in the event of a failure such as a loss of power, and further improve the reliability as an emergency stop device.
[0093]
Tenth embodiment (FIG. 13)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a tenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0094]
The present embodiment is an application example of the eighth and ninth embodiments, and a pilot operated check valve having a free flow direction as a direction in which the hydraulic pump sends pressure oil that closes the water port of the turbine is used as a discharge port of the hydraulic pump. It is provided. That is, as shown in FIG. 13, in this embodiment, a pilot operated check valve 32 is provided in the port 3a of the hydraulic pump 3 with the discharge direction of the hydraulic pump 3 as a free flow direction when the guide vane 50 is closed. The accumulator 30 is also provided with a pilot operated check valve 33. Normally, the pilot operation check valve 32 is opened by applying a pilot hydraulic pressure by the external opening / closing switching valve 34, and when the hydraulic cylinder 4 is closed by the pressure oil from the accumulator 30, the pilot hydraulic pressure is released and the check function is released. Is supposed to work. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 12 showing the ninth embodiment, the same reference numerals as those in FIG.
[0095]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic in consideration of safety against various failures. However, some water turbines do not have the characteristics shown in FIG. In some cases, the frictional resistance cannot be exceeded and the characteristics shown in FIG. In FIG. 11, this is a region from the guide vane opening X% to the fully open state where the closing force acting on the hydraulic cylinder is minus 0 or less. In the present embodiment, an accumulator 30 is provided to supply pressure oil so as to compensate for the insufficient hydraulic self-closing force of the guide vane 50. When the pressure oil of the accumulator 30 is used, the interior of the hydraulic pump 3 is provided. This increases the volumetric efficiency of the accumulator so that it does not leak through.
[0096]
By the way, when the hydraulic pump 3 is out of order and the hydraulic turbine needs to be stopped due to the hydraulic self-closing force of the guide vane 50 without using the hydraulic pump 3, it is opened and closed by another control device (not shown). When the switching valve 34 is operated, an open hydraulic pressure signal is issued to the pilot operation check valve 33 of the accumulator 30 so that it opens. Then, since the pressure oil stored in the accumulator 30 flows into the closed cylinder of the hydraulic cylinder 4, the guide vane 50 is closed with the pressure oil of the accumulator 30. At this time, since a part of the pressure oil leaks through the inside of the hydraulic pump 3, in order to close the hydraulic cylinder 4 with certainty, it is necessary to set the capacity of the accumulator 30 to allow for the amount of pressure oil to be lost. There is.
[0097]
Therefore, in the present embodiment, the pilot operation check valve 32 is provided in the port 3a serving as the discharge port for the closed-side pressure oil of the hydraulic pump 3 with the discharge direction of the hydraulic pump 3 as the free flow direction. The pilot oil pressure is turned on and opened so as not to affect the suction and discharge of the hydraulic pump 3. When the hydraulic cylinder 4 is closed by the pressure oil from the accumulator 30, the open / close switching valve 34 provided separately is operated to operate with the pilot oil pressure removed, so that the check function works, and the backflow of the pressure oil Is to prevent.
[0098]
According to the present embodiment, the loss of pressure oil in the accumulator 30 used in the event of a failure such as a loss of power can be reduced to increase the volumetric efficiency of the accumulator 30, thereby reducing the size of the accumulator 30 and reducing the cost. .
[0099]
Eleventh embodiment (FIG. 14)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to an eleventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0100]
This embodiment is a modification of the ninth embodiment shown in FIG. 12, in which a mechanical brake 35 is provided in the electric motor 2 of the hydraulic pump 3, and the hydraulic cylinder 4 is closed by the emergency accumulator 30 while being kept in a non-braking state at all times. In this case, the hydraulic pump 3 is prevented from reverse rotation as a braking state. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 12 showing the ninth embodiment, the same reference numerals as those in FIG.
[0101]
In general water turbines, the guide vane 50 often has a water pressure self-closing characteristic in consideration of safety against various failures. However, some water turbines do not have the characteristics shown in FIG. 2, and the self-closing force is insufficient. In some cases, the frictional resistance cannot be exceeded and the characteristics shown in FIG. As shown in FIG. 11, this is a region from the guide vane opening X% to the fully open state where the closing force acting on the hydraulic cylinder is minus 0 or less. In the present embodiment, an accumulator 30 that supplies pressure oil is provided so as to compensate for the insufficient hydraulic self-closing force of the guide vane 50, and when the pressure oil of the accumulator 30 is used, it passes through the inside of the hydraulic pump 3. The volumetric efficiency of the accumulator is increased by preventing leakage and loss.
[0102]
For this purpose, in the present embodiment, a mechanical vane 35 is provided in the electric motor 2 that drives the hydraulic pump 3 and is normally in a non-braking state, and the guide vane that allows the pressure oil from the accumulator 30 to flow into the closed cylinder chamber 4d. When 50 is closed, the mechanical brake 35 is operated to prevent reverse rotation of the hydraulic pump 3 and to prevent backflow of pressure oil.
[0103]
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the cost by reducing the loss of the pressure oil of the accumulator 30 used at the time of failure such as the loss of the power source, increasing the volume efficiency of the accumulator 30, and reducing the size of the accumulator.
[0104]
Twelfth embodiment (FIG. 15)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a twelfth embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0105]
In the present embodiment, the oil level detector 36 is provided in the oil tank 15, thereby detecting an abnormal drop in the oil level and stopping the operation. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0106]
The amount of oil in the oil tank 15 is consumed when pressure oil flows into the open-side cylinder chamber 4c and the guide vane 50 is opened. If this leaks to the outside and decreases and falls below the required minimum amount, The hydraulic pump 3 sucks air and cannot move the hydraulic cylinder 4, and as a result, the water turbine cannot be stopped. In order to prevent this situation, the oil level of the oil tank 15 is constantly monitored by the oil level detector 36, a decrease in the oil amount is detected, a signal is sent to the control device 1, and the operation is automatically stopped. It is what I did.
[0107]
According to the present embodiment, the loss of hydraulic fluid that is a torque transmission medium is predicted and the operation of the water turbine is stopped in advance so as not to cause an inoperable situation. it can.
[0108]
13th Embodiment (FIG. 16)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0109]
In the present embodiment, a temperature detector 37 is provided in the oil tank 15, thereby detecting an abnormal increase in the oil temperature and stopping the operation. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0110]
The amount of oil in the oil tank 15 goes in and out with the operation of the hydraulic cylinder 4. For example, if the hydraulic cylinder 4 causes hunting due to a failure of the control device 1, the oil in the oil tank 15 Temperature rises rapidly with frequent and repeated use. Then, the hydraulic pump 3 sucks in high-temperature oil, and the bearing temperature rises, causing seizure, making it impossible to operate, and possibly causing the water turbine to be unable to stop. In the present embodiment, in order to prevent this situation, the oil temperature in the oil tank 15 is constantly monitored by the temperature detector 37, a rise in the oil temperature is detected, a signal is sent to the control device 1, and the operation is automatically performed. Can be stopped.
[0111]
According to the present embodiment, since an abnormal increase in the oil temperature of the hydraulic fluid that is a torque transmission medium is predicted, the operation of the water turbine is stopped in advance so as not to cause an inoperable situation. Can be increased.
[0112]
Fourteenth embodiment (FIG. 17)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a fourteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0113]
In the present embodiment, a throttle valve 38 that restricts the flow rate of the oil to be discharged is provided in the hydraulic cylinder port 4b on the side from which oil is discharged by the operation of closing the guide vane 50, and this is bypassed in the circuit 39a. In addition, a check valve 39 is provided in which the flow is opposite to the direction of the discharged oil. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0114]
For example, when a situation occurs in which the electric motor cannot be rotated during operation, such as when the power supply is lost, the hydraulic pump 3 is easily rotated by an external force, so that the hydraulic cylinder 4 is pushed back from the load side by a hydraulic self-closing force. Since this closing speed is not controlled and is unconstrained, the guide vane 50 will close at a dangerous speed faster than a predetermined speed. In the present embodiment, in order to prevent this, the throttle valve 38 that restricts the flow rate of the oil discharged to the hydraulic cylinder port 4b on the oil discharge side by the operation of closing the guide vane 50 is provided. Do not close above the specified speed.
[0115]
According to the present embodiment, even when the electric motor 2 cannot be driven due to loss of power or the like, the motor 2 is closed at a limited safe speed, so that it is possible to improve the reliability against failure.
[0116]
Fifteenth embodiment (FIGS. 18 and 11)
An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to a fifteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is an oil pipe system diagram showing a configuration when applied to a water turbine.
[0117]
In the present embodiment, a pilot operation check valve 40 that functions to stop oil discharged from the closed cylinder chamber 4d of the hydraulic cylinder 4 in the bypass pipe 8 and a function to stop oil discharged from the open cylinder chamber 4c. The pilot operated check valve 41 is arranged in series. The pilot operation check valve 40 has a pilot hydraulic pressure for the open side operation pipe 6 of the hydraulic cylinder 4 and the pilot operation check valve 41 has a pilot pipe 42 and a hydraulic pressure for the hydraulic cylinder close side operation pipe 7 respectively. 43 is connected to the pipe. Since other configurations are substantially the same as those in FIG. 1 showing the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0118]
The operation of the bypass pipe 8 that bypasses the hydraulic pump 3 and the pilot operated check valves 40 and 41 attached thereto will be described in the case where the load on the turbine is reduced and the guide vane 50 is closed.
[0119]
If the water turbine having the guide vane 50 water pressure self-closing characteristic shown in FIG. 11 is operating at an opening degree of X% or less of the guide vane 50, in this state, the hydraulic cylinder 4 has the piston 5a with the water pressure self-closing characteristic. Since a closing force, ie, a force to push back the piston 5a, is received by the closing force, a corresponding hydraulic pressure is generated in the open cylinder chamber 4c so as to generate a force balanced with the force. The piston 5a of the hydraulic cylinder 4 maintains its position. In this state, the pilot operation check valve 40 of the bypass pipe 8 is opened by the pilot hydraulic pressure from the open side operation pipe 6, and the closed side cylinder of the hydraulic cylinder 4 is closed by the closed side operation pipe 7. There is no pressure since the oil tank 15 is drained through the stop valve 40. The other pilot operated check valve 41 has no pilot hydraulic pressure guided from the closed side operation pipe 7, so that the check valve function works, and the pressure oil in the open side cylinder chamber 4 c of the hydraulic cylinder 4 and the open side operation pipe 6 is discharged. Prevents the decline.
[0120]
When the guide vane 50 is closed from this state, the hydraulic pump 3 functions as a hydraulic motor. That is, if the pressure oil in the open side operation pipe 6 of the hydraulic cylinder 4 on the pressure side is discharged to the close side operation pipe 7 on the oil discharge side, the hydraulic cylinder 4 operates in the direction in which the guide vane 50 is closed. Therefore, in this case, the hydraulic pump 3 performs an operation controlled so as to be regeneratively braked at the predetermined speed by the control device 1 using the electric motor 2 as a generator by the action of the hydraulic motor.
[0121]
On the other hand, in the case of a closing operation when the guide vane 50 is operating at an opening X% or more of the guide vane 50 that cannot be self-closed, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 is sent to the inner cylinder chamber 4d to close the guide vane 50. To do. In this case, since force is required to operate the hydraulic cylinder 4, hydraulic pressure is generated in the closed cylinder chamber 4d by the pressure oil discharged by the hydraulic pump 3, and the open cylinder chamber 4c is in the hydraulic pump 3. Pressure disappears due to suction. Accordingly, the pilot operation check valve 40 of the bypass pipe 8 loses the pilot hydraulic pressure from the open side operation pipe 6, so that the pressure oil in the close side operation pipe 7 flows out to the oil tank 15 by acting as a check valve. The other pilot operation check valve 41 is opened when the hydraulic pressure of the closed side operation pipe 7 becomes the pilot hydraulic pressure, so that the open side operation pipe 6 passes through the oil tank 15 and drains oil from the open side cylinder chamber 4. Is made. Accordingly, the hydraulic cylinder 4 operates in the direction in which the guide vane 50 is closed.
[0122]
As described above, according to this embodiment, when the hydraulic cylinder 4 operates normally and the guide vane 50 opens and closes, the relief valve 14 does not operate. The relief valve 14 operates only in the case of an abnormality in which overtorque is applied to the hydraulic pump 3, and functions to prevent damage to the hydraulic pump 3, the hydraulic cylinder, and the piping valves.
[0123]
Therefore, according to the present embodiment, since the operation of the relief valve 14 is suppressed by attaching the pilot operated check valves 40 and 41 to the bypass pipe 8, the load on the hydraulic pump 3 can be reduced. This can save energy.
[0124]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to the present invention, the application can be expanded to a large-capacity hydraulic machine, and it is possible to effectively improve the reliability and reduce the cost. An effect is produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.
FIG. 3 is a system diagram showing a device configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram showing a device configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a system diagram showing a device configuration of fifth and sixth embodiments of the present invention.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the fifth embodiment.
FIG. 8 is an operation explanatory diagram of a sixth embodiment.
FIG. 9 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a system diagram showing an apparatus configuration according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the eighth embodiment.
FIG. 12 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a system diagram showing an apparatus configuration according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a system diagram showing a device configuration of a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a system diagram showing a device configuration of a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a system diagram showing an apparatus configuration according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a system diagram showing a device configuration of a fifteenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Control device
2 Electric motor
3 Hydraulic pump
4 Hydraulic cylinder
4a Rod side port (closed side cylinder port)
4b Head side port (open side cylinder port)
5 Piston rod
6, 7 Operation tube (open side operation tube, closed side operation tube)
6a, 7a Loop piping
8,11 pipeline, (branch pipeline, bypass pipe)
9 First check valve
10 Second check valve
11 pipeline
12 Third check valve
13 Fourth check valve
14 Relief valve
15 Oil tank
16 Connecting pipe
50 guide vanes

Claims (14)

電動機により駆動され吐出方向が切換え可能な２方向回転型油圧ポンプの各吐出・吸引口を、油圧シリンダのヘッド側ポートおよびロッド側ポートにそれぞれ操作管を介して連結し、前記油圧ポンプの吐出方向切換えにより前記油圧シリンダのピストンロッドを押し引きして、前記ピストンロッドに連結した水力機械の水口操作機構を駆動する水力機械の水口操作装置において、前記各操作管に前記油圧ポンプをバイパスするループ配管を設け、このループ配管内に並列な２系統の分岐管路を設け、この分岐管路の一方の管路には、前記油圧シリンダのロッド側ポートより排出される油を止める機能を有する第一逆止弁と、前記油圧シリンダのヘッド側ポートより排出される油を止める機能を有する第二逆止弁とを直列に配置し、前記分岐管路の他方の管路には、前記油圧シリンダのロッド側ポートに流入する油を止める機能を有する第三逆止弁と、前記油圧シリンダのヘッド側ポートに流入する油を止める機能を有する第四逆止弁とを直列に配置し、かつ前記分岐管路の第一・第二逆止弁間および第三・第四逆止弁間を連結する連結管を設けてこの連結管にリリーフ弁を設けるとともに、さらにこの連結管を前記分岐管路から外部に延長させて、その延長部分に油圧制御用バッファ装置を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。Each discharge / suction port of a two-way rotary hydraulic pump that is driven by an electric motor and whose discharge direction can be switched is connected to a head side port and a rod side port of a hydraulic cylinder via respective operation pipes, and the discharge direction of the hydraulic pump In the hydraulic port control device for driving the hydraulic port connected to the piston rod by pushing and pulling the piston rod of the hydraulic cylinder by switching, loop piping bypassing the hydraulic pump to each of the operating tubes And two parallel branch pipes are provided in the loop pipe, and one of the branch pipes has a function of stopping oil discharged from the rod side port of the hydraulic cylinder. A check valve and a second check valve having a function of stopping oil discharged from the head side port of the hydraulic cylinder are arranged in series, and the branch pipe A second check valve having a function of stopping oil flowing into the rod side port of the hydraulic cylinder, and a fourth reverse having a function of stopping oil flowing into the head side port of the hydraulic cylinder. A stop valve is arranged in series, and a connecting pipe is provided between the first and second check valves and between the third and fourth check valves of the branch pipe, and a relief valve is provided on this connecting pipe. In addition, the connecting pipe is extended from the branch pipe to the outside, and a hydraulic control buffer device is provided in the extended portion. 請求項１記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧制御用バッファ装置は、密閉型の油タンク、フィルタ付きの大気呼吸管を設けた開放型の油タンク、大気に開口したブラダを装着したブラダ型の油タンク、またはアキュムレータであることを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。2. The hydraulic water manipulating device for a hydraulic machine according to claim 1, wherein the hydraulic control buffer device is equipped with a sealed oil tank, an open oil tank provided with an air breathing pipe with a filter, and a bladder opened to the atmosphere. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized by being a bladder type oil tank or an accumulator. 請求項２記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油タンクは、分岐管に設けた第一ないし第四逆止弁およびリリーフ弁により、ピストンロッドの押し引きに伴って油圧シリンダに生じる油の余剰分を回収する機能および前記油圧シリンダに生じる油の不足分を供給する機能を有するものであることを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。3. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to claim 2, wherein the oil tank is oil generated in the hydraulic cylinder as the piston rod is pushed and pulled by the first to fourth check valves and the relief valve provided in the branch pipe. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized in that it has a function of collecting a surplus amount of oil and a function of supplying a shortage of oil generated in the hydraulic cylinder. 請求項１から３までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドを検出し、電動機の制御装置により電動機に出力する電流を制限して発生トルクを減じるトルク制御手段、または油圧シリンダの出および入り方向のストロークエンドに近づいたことを検出し、電動機の制御装置により電動機の回転速度を減じる速度制御手段を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。4. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the stroke end in the direction of entry and exit of the hydraulic cylinder is detected, and the current output to the electric motor is limited by the electric motor control device. Hydropower characterized by providing torque control means for reducing the generated torque or speed control means for detecting that the hydraulic cylinder is approaching the stroke end in the exit and entry directions and reducing the rotation speed of the motor by the motor control device Electric water inlet control device for the machine. 請求項１から４までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、圧油が入り水口を開く側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させて、動作することにより一次側を油圧制御用バッファ装置に排出する開閉切換弁を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。5. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydraulic oil enters the hydraulic cylinder port on the side where the hydraulic oil enters and opens the water outlet, or is branched from the middle of the pipe and operated. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine, characterized in that an open / close switching valve for discharging the primary side to the hydraulic control buffer device is provided. 請求項１から５までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、圧油が入り水口を閉じる側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管途中から分岐させてアキュムレータを設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。6. The hydraulic water port operating device for a hydraulic machine according to claim 1, wherein an accumulator is provided by branching from a hydraulic cylinder port on the side where pressure oil enters and the water port closing side or a pipe connected to the hydraulic cylinder port. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine. 請求項６記載の水力機械の電動式水口操作装置において、アキュムレータの入口にパイロット操作逆止弁または逆止弁と開閉切換弁を並列に回路構成した弁管路を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。7. The hydraulic water inlet operating device for a hydraulic machine according to claim 6, wherein a valve line comprising a pilot operated check valve or a check valve and an open / close switching valve in parallel is provided at the inlet of the accumulator. Electric water inlet control device for the machine. 請求項７記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧ポンプが水口を閉鎖するよう圧油を送る方向を自由流れ方向とするパイロット操作逆止弁を前記油圧ポンプの吐出口に設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。8. The hydraulic water port operating device for a hydraulic machine according to claim 7, wherein a pilot operated check valve is provided at a discharge port of the hydraulic pump so that a direction in which the hydraulic pump sends pressure oil to close the water port is a free flow direction. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine. 請求項１から８までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、運転停止手段として、電動機に機械ブレーキを設け、または油圧制御用バッファ装置内の油面の異常低下もしくは油温の異常上昇を検出して運転を停止する機構を設けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。The electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 8, wherein a mechanical brake is provided in the electric motor as an operation stop means, or an oil level abnormality or oil temperature in a hydraulic control buffer device is reduced. An electric water mouth operating device for a hydraulic machine, characterized in that a mechanism for detecting an abnormal rise in water and stopping operation is provided. 請求項１から９までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、水口を閉じる動作で油が排出される側の油圧シリンダポートあるいはこれに接続された配管中に排出される油の流量を制限するオリフィス、絞り弁または流量調整弁を設け、これをバイパスしてなる回路中にこの排出される油の流れとは逆方向を自由流れとする逆止弁を向けたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。The electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the oil discharged into the hydraulic cylinder port on the side from which oil is discharged by the operation of closing the water inlet or the pipe connected thereto. An orifice, throttle valve, or flow control valve that restricts the flow rate of the oil is provided, and a check valve that directs the flow in the direction opposite to the flow of the discharged oil is directed in a circuit that bypasses the orifice. An electric water inlet operating device for hydraulic machines. 請求項１から１０までのいずれかに記載の水力機械の電動式水口操作装置において、油圧ポンプをバイパスするループ配管の並列な２系統の分岐管路の一方に、油圧シリンダのロッド側ポートより排出される油を止めるよう機能する第一のパイロット操作逆止弁と、ヘッド側ポートより排出される油を止めるよう機能する第二のパイロット操作逆止弁を直列に配置し、前記第一のパイロット操作逆止弁は油圧シリンダのヘッド側ポート操作管の油圧をパイロット油圧とし、前記第二のパイロット操作逆止弁は油圧シリンダのロッド側ポート操作管の油圧をパイロット油圧とする構成にしたことを特徴とする水力機械の電動式水口操作装置。The electric water inlet operating device for a hydraulic machine according to any one of claims 1 to 10, wherein one of two parallel branch pipes of a loop pipe that bypasses the hydraulic pump is discharged from the rod side port of the hydraulic cylinder. A first pilot operated check valve that functions to stop the oil that is discharged and a second pilot operated check valve that functions to stop the oil discharged from the head side port are arranged in series, and the first pilot The operation check valve is configured such that the hydraulic pressure of the head side port operation pipe of the hydraulic cylinder is a pilot hydraulic pressure, and the second pilot operation check valve is configured such that the hydraulic pressure of the rod side port operation pipe of the hydraulic cylinder is a pilot hydraulic pressure. An electric water inlet operating device for a hydraulic machine. 電動機により駆動され吐出方向が切換え可能な２方向回転型油圧ポンプの各吐出・吸引口を、油圧シリンダのヘッド側ポートおよびロッド側ポートにそれぞれ操作管を介して連結し、前記油圧ポンプの吐出方向切換えにより前記油圧シリンダのピストンロッドを押し引きして、前記ピストンロッドに連結した水力機械の水口操作機構を駆動する水力機械の水口操作方法において、前記ピストンロッドの押し引きに伴って前記油圧シリンダにて油の余剰分が生じるときはこれを油タンクに回収し、不足分が生じるときはこれを油タンクより供給することを特徴とする水力機械の水口操作方法。Each discharge / suction port of a two-way rotary hydraulic pump that is driven by an electric motor and whose discharge direction can be switched is connected to a head side port and a rod side port of a hydraulic cylinder via respective operation pipes, and the discharge direction of the hydraulic pump In the hydraulic port operation method of the hydraulic machine that drives the hydraulic port operation mechanism of the hydraulic machine connected to the piston rod by pushing and pulling the piston rod of the hydraulic cylinder by switching, the hydraulic cylinder is moved to the hydraulic cylinder as the piston rod is pushed and pulled. When a surplus of oil occurs, it is collected in an oil tank, and when a deficiency occurs, it is supplied from the oil tank. 請求項１２記載の水力機械の水口操作方法において、油圧シリンダの前記水口に働く自己閉鎖力を支える側のシリンダ室を排油して、前記自己閉鎖力により前記水口を緊急に閉鎖させることを特徴とする水力機械の水口操作方法。13. The water port operating method for a hydraulic machine according to claim 12, wherein the cylinder chamber on the side supporting a self-closing force acting on the water port of a hydraulic cylinder is drained, and the water port is urgently closed by the self-closing force. The water mouth operation method of a hydraulic machine. 請求項１２または１３記載の水力機械の水口操作方法において、油圧シリンダの前記水口に働く自己閉鎖力を支える側のシリンダ室に対向するシリンダ室に蓄圧手段より油圧を印加して前記水口を緊急に閉鎖させることを特徴とする水力機械に水口操作方法。14. The water port operating method for a hydraulic machine according to claim 12, wherein an oil pressure is applied from a pressure accumulating means to a cylinder chamber facing a cylinder chamber on a side supporting a self-closing force acting on the water port of a hydraulic cylinder to make the water port urgent. Water mouth operation method for hydraulic machine, characterized by closing.
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