JPH0230985A - Protective device for electrically driven servo-motor of hydraulic machinery - Google Patents

Protective device for electrically driven servo-motor of hydraulic machinery

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JPH0230985A
JPH0230985A JP63179897A JP17989788A JPH0230985A JP H0230985 A JPH0230985 A JP H0230985A JP 63179897 A JP63179897 A JP 63179897A JP 17989788 A JP17989788 A JP 17989788A JP H0230985 A JPH0230985 A JP H0230985A
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electric servo
motor
guide vane
clutch
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江尻 正
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Abstract

PURPOSE:To enhance reliability as a protective device for an electrically driven servo-motor by connecting the electrically driven servo-motor for driving a guide vane with a protective drive device, and thereby providing a clutch which switches guide drive transfer force. CONSTITUTION:An electrically driven servo-motor 18 for driving a guide vane 1 is connected with a protective drive device 11 over the axial line of a gate shaft 3 which drives a guide ring 2 for driving the guide vane 1. And a clutch 9 switching guide vane driving transfer force is provided between the electrically driven servo-motor 18 and the protective drive device 11. This constitution can thereby enhance reliability as a protective device for the electrically driven servo-motor.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は水車及びポンプ水車等の水力機械における流入
水量又は吐出水量を調節するガイドベーンを操作する電
動サーボモータの保護装置に関す(従来の技術) 近年、中小水力発電所において建設コストや保守費用の
低減をはかるため、水車のガイドベーン操作に電動サー
ボモータを多用するようになっている。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a protection device for an electric servo motor that operates a guide vane that adjusts the amount of inflow water or the amount of water discharged in hydraulic machines such as water turbines and pump water turbines. Related (Prior Art) In recent years, electric servo motors have been increasingly used to operate guide vanes of water turbines in small and medium-sized hydroelectric power plants in order to reduce construction and maintenance costs.

この種の電動サーボモータでは、電動機の比較的高速低
トルクの可逆回転運動を、比較的低速高荷重の往復直線
運動にする必要性から、例えば特開昭62−27704
5号公報に示すように、その主要な可動部分の構成要素
にボールネジ、ボールナツト、ボールベアリング、テー
パーローラーベアリング等のころ軸受類を使用している
。これらのころ軸受では、永年使用、又は異物の混入等
により、インナーレース、ボールネジ、アウターレース
、ボールあるいはローラーとの接触面に損傷が発生する
と、軸受損失の増大又は動力伝達効率の低下により発熱
量が増大し、損傷箇所の急激な拡大、焼付にまで進展し
、本来相対運動すべき箇所が機械的にロックされるに至
る。
In this type of electric servo motor, it is necessary to convert the relatively high-speed, low-torque, reversible rotational motion of the electric motor into relatively low-speed, high-load, reciprocating linear motion.
As shown in Publication No. 5, roller bearings such as ball screws, ball nuts, ball bearings, and tapered roller bearings are used as components of the main movable parts. In these roller bearings, if damage occurs to the inner race, ball screw, outer race, ball, or contact surface with the rollers due to long-term use or contamination with foreign matter, the amount of heat generated will increase due to increased bearing loss or decreased power transmission efficiency. The damage increases and the damage progresses to rapid expansion and seizure, and parts that should normally move relative to each other become mechanically locked.

このような状態が発生する可能性は、従来の水力機械の
ガイドベーン操作用として一般的に広く使用されてきた
油圧シリンダーに比較すると、絶対的な頻度としては微
少であるが、電動サーボモータの方が格段に多い。また
、ころ軸受類に焼付が発生すると、ボール又はローラー
の変形、飛び出し、インナーレース、アウターレースの
破壊を伴う場合が多いため、機械的にロックされる減少
は瞬時に発生する。さらに、軸受損失の増大、動力伝達
効率の低下等が発生すると電動機自体の発熱量も増大す
る傾向にあり、これが進行すると、電動機コイルの絶縁
破壊が生じ電動機は回転不能及びトルク発生不能の状態
になる。すると、ガイドベーンは操作不能及びフリー状
態(ガイドベーンにかかる水力モーメントに支配される
状態)になる。このような状態は、電動機駆動電源喪失
、あるいは電動機制御装置故障の場合にも発生する。
Although the possibility of such a situation occurring is minimal in absolute terms compared to hydraulic cylinders, which have been widely used to operate guide vanes in conventional hydraulic machinery, electric servo motors There are far more. Furthermore, when seizure occurs in roller bearings, it is often accompanied by deformation or popping out of the balls or rollers, and destruction of the inner race and outer race, so mechanical locking occurs instantaneously. Furthermore, as bearing loss increases and power transmission efficiency decreases, the amount of heat generated by the motor itself tends to increase, and as this progresses, insulation breakdown of the motor coil occurs and the motor becomes unable to rotate or generate torque. Become. Then, the guide vane becomes inoperable and in a free state (a state dominated by the hydraulic moment applied to the guide vane). Such a state also occurs when a motor drive power source is lost or a motor control device malfunctions.

以上のように電動サーボモータ自体には構造的制約から
、従来−膜内に使用されている油圧シリンダー構造のも
のに比較し、機械的にロックされ、及び操作不能となる
故障の発生する可能性を格段に多く内在している。この
ような故障が発生すると発電機の急激な周波数動揺、負
荷動揺を生ずることはもちろん、特にガイドベーンフリ
ー状態になった場合には鉄管水圧、ケーシング水圧の異
常上昇、水車及び発電機回転部への異常トルクが発生す
る等の事態になるとともに、この時に発電機の負荷遮断
が発生すると水車及び発電機はランチウェイ回転数まで
回転が上昇17た状態を続ける等により水力発電所構造
物破壊の危険性も出てくる。
As mentioned above, due to the structural limitations of the electric servo motor itself, compared to the conventional hydraulic cylinder structure used in the membrane, there is a possibility that the electric servo motor itself will be mechanically locked and malfunction, resulting in inoperability. It contains significantly more. If such a failure occurs, not only will it cause sudden frequency fluctuations and load fluctuations in the generator, but especially if the guide vane becomes free, there will be an abnormal increase in water pressure in the iron pipe and casing, and damage to the water turbine and rotating parts of the generator will occur. At the same time, if the load of the generator is interrupted, the rotation of the turbine and generator will continue to increase to the launchway rotation speed, resulting in damage to the hydropower plant structure. There will also be danger.

従って、電動サーボモータを採用する水力発電所におい
ては、ガイドベーンフリー状態になるのを防止するため
、ガイドベーンを自己閉鎖形にするか、ガイドリングを
閉方向に動作させる重錘あるいは空気圧シリンダー又は
エアーモーターを設ける等の保護装置を設け、電動サー
ボモータが一定開度で機械的にロックされた場合には、
大口弁を流水しゃ断する等の方法が多く採用されている
Therefore, in hydroelectric power plants that use electric servo motors, in order to prevent the guide vanes from becoming free, the guide vanes should be self-closing, or a weight or pneumatic cylinder that moves the guide ring in the closing direction should be used. If a protective device such as an air motor is installed and the electric servo motor is mechanically locked at a certain opening,
Many methods are used, such as blocking the flow of water through large valves.

さらに、電動サーボモータの機械的なロック現象が発生
したときの保護装置としては、例えば、実公昭62−1
426号公報に示すように、電動サーボモータ基部自体
に流体サーボモータを備え、緊急的には電動サーボモー
タ基部毎、ガイドベーン閉方向に移動させる方式のもの
も採用されている。
Furthermore, as a protection device when a mechanical locking phenomenon occurs in an electric servo motor, for example,
As shown in Japanese Patent No. 426, a system is also adopted in which the electric servo motor base itself is equipped with a fluid servo motor, and the electric servo motor base itself is moved in the guide vane closing direction in an emergency.

(発明が解決しようとする課題) しかしなかも、ガイドベーンを自己閉鎖形とした場合に
は、ガイドベーン開度の全領域にわたり、閉側水力モー
メントを発生させなければならないので、従来の比較的
平衡形に近いガイドベーン形式に比較し、最大閉側水カ
モールントは2倍前後になる。したがって、その分、通
常ガイドベーンを操作するための電動サーボモータ操作
力も2倍近くになり、電動サーボモータ容量が大きくな
り不経済である。
(Problem to be solved by the invention) However, when the guide vane is of a self-closing type, it is necessary to generate a closing side hydraulic moment over the entire range of the guide vane opening. Compared to the guide vane type which is close to the balanced type, the maximum closing side water camouflage amount is approximately twice as much. Accordingly, the operating force of the electric servo motor normally used to operate the guide vane is almost doubled, which increases the capacity of the electric servo motor, which is uneconomical.

また、ガイドベーンにかかる水力モーメントは変動性の
ものであり、ガイドベーン開度により大幅に変化するの
が一般的である。したがって、電動機回転速度を制御で
きない緊急状態に於いては、ガイドベーンの閉鎖速度を
制御出来ず、最適閉鎖速度に対し遅い場合には、水車の
回転上昇を規定値以内に抑えられず、ガイドベーンの閉
鎖速度が速い場合には鉄管水圧上昇を規定値以内に抑え
られない。
Further, the hydraulic moment applied to the guide vane is variable and generally changes significantly depending on the opening degree of the guide vane. Therefore, in an emergency situation where the electric motor rotation speed cannot be controlled, the closing speed of the guide vane cannot be controlled, and if it is slower than the optimum closing speed, the increase in rotation of the water turbine cannot be suppressed within the specified value, and the guide vane closes. If the closing speed of the pipe is fast, the increase in water pressure of the iron pipe cannot be suppressed within the specified value.

ガイドリングに重錘を設け、常時閉側にモーメントを作
用させる保護装置の場合も上記と同様に、電動サーボ容
量が大きくなり不経済であると同時に、閉鎖速度を制御
できない。
In the case of a protection device in which a weight is provided on the guide ring and a moment is applied to the normally closed side, the electric servo capacity becomes large, which is uneconomical, and the closing speed cannot be controlled.

圧縮空気あるいは水圧等の流体圧で閉鎖する装置、例え
ばエアーシリンダー、エアーモータ、水圧シリンダー等
を設けた場合には、上記はどには電動サーボモータの容
量は大きくならない。しかし、通常運転の状態でもエア
ーシリンダー、水圧シリンダー、あるいはエアーモータ
のローター等が無負荷状態で電動サーボモータの動きに
追従して動作しているため、摺動抵抗分の動力を電動サ
ーボモータとして発生しなければならず、不経済となる
If a device that closes using fluid pressure such as compressed air or water pressure is provided, such as an air cylinder, an air motor, or a water pressure cylinder, the capacity of the electric servo motor will not be large enough in the above case. However, even in normal operation, the air cylinder, water pressure cylinder, or rotor of the air motor follows the movement of the electric servo motor under no load, so the power from the sliding resistance is used as the electric servo motor. This would be uneconomical.

また、これらの機器の寿命を不必要に短縮する結果とな
り、この面でも不経済であると同時に、これらのシリン
ダー、エアーモータ等が通常運転中に故障し、機械的に
ロックされる可能性もあるので、このような使用のしか
たは保護装置自体の信頼性低下を招く原因となるため好
ましくない。
Additionally, it will unnecessarily shorten the lifespan of these devices, which is not only uneconomical in this respect, but also increases the possibility that these cylinders, air motors, etc. will fail during normal operation and become mechanically locked. Therefore, such usage is not preferable because it causes a decrease in the reliability of the protection device itself.

電動サーボモータ基部に流体シリンダーを設け、緊急時
には、電動サーボモータ全体を閉側に移動させる方式の
ものにおいては、通常時電動サーボモータが発生する最
大操作力を受けても流体シリンダーが動作しないように
流体圧あるいはスプリング力で保持していなければなら
ない。流体圧で保持する方式の場合、万一流体圧が低下
あるいは喪失した場合には、電動サーボモータの発生す
る操作力により動作してしまい、電動サーボモータ自体
に異常が無くても制御不能に陥る可能性がある。常時ス
プリング力で保持するような形式にした時は、この流体
シリンダーが動作する場合、スプリング力に抗して電動
サーボモータ操作力以上の力を発生しなければならない
ので、流体シリンダーの容量としては電動サーボモータ
の2倍以上の容量としなければならず、スプリング装置
とあいまって、この設備自体が非常に高価なものとなり
不経済となる。
In the case of a system in which a fluid cylinder is installed at the base of the electric servo motor and the entire electric servo motor is moved to the closed side in an emergency, the fluid cylinder is prevented from operating even if the electric servo motor receives the maximum operating force normally generated. must be maintained by fluid pressure or spring force. In the case of a system that maintains fluid pressure, if the fluid pressure drops or is lost, the electric servo motor will operate due to the operating force generated, and it may become uncontrollable even if there is no abnormality in the electric servo motor itself. There is sex. When the fluid cylinder is always held in place by spring force, when it operates, it must generate a force greater than the electric servo motor operating force against the spring force, so the capacity of the fluid cylinder The capacity must be more than twice that of the electric servo motor, and together with the spring device, this equipment itself becomes very expensive and uneconomical.

また、電動サーボモータが制御不能の場合、大口弁を流
水遮断することも考えられるが、これは最終的な保護方
式であり、大口弁が流水遮断による振動、衝撃により破
損する事故を想定すると、鉄管取水ゲートを閉鎖するま
で鉄管水が発電所内に流出する等の重大事故に進展する
可能性もある。
In addition, if the electric servo motor is uncontrollable, it is possible to cut off the water flow to the large mouth valve, but this is the final protection method, and assuming an accident where the large mouth valve is damaged due to vibration or shock caused by the water cutoff, Until the iron pipe water intake gate is closed, there is a possibility that serious accidents such as iron pipe water leaking into the power plant may occur.

従って水力発電所全体の運用面での信頼性を考慮すれば
、この保護方式は電動サーボモータ自体の直接の保護と
することは好ましくない。
Therefore, considering the operational reliability of the entire hydroelectric power plant, it is not preferable to use this protection method to directly protect the electric servo motor itself.

そこで本発明は、従来の水力機械のガイドベーン操作用
電動サーボモータの保護装置の欠点に鑑みなされたもの
で、保護装置として十分信頼性があり、最適なコストで
供給できる保護装置を提供することを目的とするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the drawbacks of conventional protection devices for electric servo motors for operating guide vanes of hydraulic machines, and an object of the present invention is to provide a protection device that is sufficiently reliable as a protection device and can be supplied at an optimal cost. The purpose is to

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、ガイドベーン駆動
用のガイドリングを動かすためのゲートシャフトの軸上
に、ガイドベーン駆動用の電動サーボモータと保護用駆
動装置とを連結し、これら電動サーボモータと保護用駆
動装置との間にガイドベーン駆動伝達力を切替えるため
のクラッチを設けたことを特徴とする。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the present invention provides an electric servo motor for driving the guide vane and a protection drive on the axis of the gate shaft for moving the guide ring for driving the guide vane. The present invention is characterized in that a clutch is provided between the electric servo motor and the protection drive device for switching the guide vane drive transmission force.

(作 用) 本発明によれば、電動サーボモータとゲートシャフトと
の機械的連結をスプリング付勢されるクラッチにより行
っていることから、保護用駆動装置の流体圧の有無に拘
らず、電動サーボモータが正常状態にあるときは、機械
的連結がはずれることは無く、確実なガイドベーン制御
をすることができる。また、このクラッチは保護用駆動
装置の操作用流体圧と同一流体圧により、保護用駆動装
置側に切替えられ、しかも、電動サーボモータにはセル
フロック形式のものを使用しているので、保護駆動装置
用流体圧が喪失状態にあるときは、クラッチは動作せず
、電動サーボモータとゲートシャフトとの機械的連結は
確保されるので、ガイドベーンがフリー状態になること
は無い。さらに、クラッチの切替え途中では電動サーボ
モータと保護用駆動装置との両方に機械的に連結されて
いる形式のため、この状態に於いてもガイドベーンがフ
リー状態になることは無い。
(Function) According to the present invention, since the mechanical connection between the electric servo motor and the gate shaft is performed by a spring-biased clutch, the electric servo motor can When the motor is in a normal state, the mechanical connection will not become disconnected and reliable guide vane control can be performed. In addition, this clutch is switched to the protection drive device side using the same fluid pressure as the operating fluid pressure of the protection drive device, and since the electric servo motor uses a self-locking type, the protection drive When the device fluid pressure is lost, the clutch does not operate and the mechanical connection between the electric servo motor and the gate shaft is ensured, so the guide vane does not become free. Furthermore, since the clutch is mechanically connected to both the electric servo motor and the protection drive device during clutch switching, the guide vane does not become free even in this state.

(実施例) 以下、図に示す一実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.

第1〜4図は、水力機械の一例である横軸水車に、本発
明による実施例を適用した場合のゲートシャフト回りの
縦断面図と、それに関連する装置の概念図及び系統図で
ある。
1 to 4 are a vertical sectional view around a gate shaft when an embodiment of the present invention is applied to a horizontal shaft water turbine, which is an example of a hydraulic machine, and a conceptual diagram and a system diagram of devices related thereto.

第2図に於いて、水車のガイドベーン1はリンクを介し
てガイドリング2に連結されており、このガイドリング
2はゲートシャフト3にベルクランク4と連結ロッド5
を介して連結されている。
In FIG. 2, a guide vane 1 of a water turbine is connected to a guide ring 2 via a link, and this guide ring 2 is connected to a gate shaft 3 with a bell crank 4 and a connecting rod 5.
are connected via.

このゲートシャフト3は第1図に示すようにゲートシャ
フト軸受6を介して回転自在に支持されている。このゲ
ートシャフト軸受6を挟んでベルクランク4の反対側に
位置するゲートシャフト3の軸上には、このゲートシャ
フト3に形成された段付カラ一部とリングキー7aとの
間に軸方向に移動不可能、かつゲートシャフト3と相対
的に回転可能にゲートアーム8が嵌め込まれている。こ
のゲートアーム8の側面には第3図に示すように不等配
の台形溝8aが形成され、この台形溝8aにはクラッチ
板9が噛み合うようになっている。
This gate shaft 3 is rotatably supported via a gate shaft bearing 6, as shown in FIG. On the axis of the gate shaft 3 located on the opposite side of the bell crank 4 with the gate shaft bearing 6 in between, there is a space between a part of the stepped collar formed on the gate shaft 3 and the ring key 7a in the axial direction. A gate arm 8 is fitted so as to be immovable and rotatable relative to the gate shaft 3. As shown in FIG. 3, unevenly spaced trapezoidal grooves 8a are formed on the side surface of the gate arm 8, and a clutch plate 9 is engaged with the trapezoidal grooves 8a.

このクラッチ板9は、ゲートシャフト3にキー溝10を
介して回動不能に、かつ軸方向に相対運動可能に取付け
られている。
This clutch plate 9 is attached to the gate shaft 3 via a keyway 10 so as to be non-rotatable but relatively movable in the axial direction.

このクラッチ板9の側面であって、ゲートアーム側には
これと噛み合う不等配の台形突起9aが形成されており
、保護装置アーム11側には、これと噛み合う不等配の
台形突起9bが形成されている。この保護装置アーム1
1はゲートシャフト3に形成された段付部とリングキー
7bとの間に、軸方向に移動不能、かつゲートシャフト
3に対して軽微な抵抗で回動可能にニードルベアリング
12を介して嵌め込まれている。また、保護装置アーム
11にはクラッチ板9側の側面に突起9bと噛み合う等
配の台形溝11aが形成されている。また、ゲートシャ
フト3の保護装置アーム11側の軸端近くには、クラッ
チ操作シリンダ13が嵌め込まれ、このクラッチ操作シ
リンダー13はクラッチ操作用ロッド14を介してクラ
ッチ板9に固着されている。さらに、ゲートシャフト3
の軸端にはスピンドル15が固着され、このスピンドル
15の他端はクラッチ操作シリンダー13を貫通して外
部に延出すると同時にスピンドル15の中心部には圧縮
空気通路用としての小孔15aが形成されている。この
スピンドル15には軸方向に移動自在なスプリング受け
16が固着され、このスプリング受け16とクラッチ操
作シリンダー13との間には皿バネ17が圧縮状態で取
付けられている。
On the side surface of this clutch plate 9, unevenly spaced trapezoidal projections 9a that mesh with the gate arm side are formed, and unevenly spaced trapezoidal projections 9b that mesh with this are formed on the protector arm 11 side. It is formed. This protector arm 1
1 is fitted between a stepped portion formed on the gate shaft 3 and the ring key 7b via a needle bearing 12 so as to be immovable in the axial direction but rotatable with slight resistance with respect to the gate shaft 3. ing. Furthermore, the protection device arm 11 is formed with equidistant trapezoidal grooves 11a that engage with the protrusions 9b on the side surface on the clutch plate 9 side. Further, a clutch operating cylinder 13 is fitted near the shaft end of the gate shaft 3 on the protector arm 11 side, and this clutch operating cylinder 13 is fixed to the clutch plate 9 via a clutch operating rod 14. Furthermore, gate shaft 3
A spindle 15 is fixed to the shaft end of the spindle 15, and the other end of the spindle 15 passes through the clutch operation cylinder 13 and extends to the outside.At the same time, a small hole 15a for a compressed air passage is formed in the center of the spindle 15. has been done. An axially movable spring receiver 16 is fixed to the spindle 15, and a disc spring 17 is mounted in a compressed state between the spring receiver 16 and the clutch operation cylinder 13.

また、ゲートアーム8には第3図に示すように電動サー
ボモータ18がビン結合され、保護装置アーム11には
、第4図に示すようにエアーシリンダー19がピン結合
されている。この電動サーボモータ18は減速装置にウ
オームとつす一ムホイールとを使用している。これは電
動機にトルクが発生しない状態で、電動サーボモータの
最大能力の反力を操作ロッド側から受けたとしても、そ
の位置を保持することのできるセルフロック形になって
いる。エアーシリンダー19の駆動源として第1図に示
すようにエアータンク20が設けられ、ここには常時圧
縮空気が蓄圧されている。このエアータンク20は、電
磁弁21、閉側操作管22を介してエアーシリンダー1
9の閉側ボートに接続されるとともに、クラッチ操作管
23を介してスピンドル15の端部に接続されている。
Further, an electric servo motor 18 is pin-coupled to the gate arm 8, as shown in FIG. 3, and an air cylinder 19 is pin-coupled to the protection device arm 11, as shown in FIG. This electric servo motor 18 uses a worm and a single wheel as a speed reduction device. This is a self-locking type that can maintain its position even if the operating rod receives a reaction force of the maximum capacity of the electric servo motor when no torque is generated in the electric motor. As shown in FIG. 1, an air tank 20 is provided as a driving source for the air cylinder 19, and compressed air is constantly stored in the air tank 20. This air tank 20 is connected to the air cylinder 1 via a solenoid valve 21 and a closed-side operation pipe 22.
It is connected to the closed side boat 9 and also to the end of the spindle 15 via a clutch operation pipe 23.

電磁弁21は、通常、エアータンク20からの給気を遮
断し、閉側操作管22、クラッチ操作管23を大気と連
通している。そして、電動サーボモータ18が制御不能
状態に陥ったことを条件に、例えば、電動機操作電流が
規定値よりも高い、水車回転数が加速度に達した、調速
機電源が喪失した、電動機操作電源が喪失した、等を条
件に、ソレノイドを励磁すると、エアータンク20と閉
側操作管22及びクラッチ操作管23が通過するように
なっている。
The solenoid valve 21 normally cuts off air supply from the air tank 20 and communicates the closed-side operating pipe 22 and the clutch operating pipe 23 with the atmosphere. If the electric servo motor 18 has fallen into an uncontrollable state, for example, the motor operating current is higher than a specified value, the water turbine rotation speed has reached acceleration, the governor power supply has been lost, the motor operating power supply When the solenoid is energized under the condition that the solenoid is lost, the air tank 20, the closing side operating pipe 22, and the clutch operating pipe 23 are made to pass through.

ゲートシャフト軸受6にはクラッチ板9がゲートアーム
8側に完全に切替ったことを条件に動作するクラッチ用
配圧器24が設けられ、エアーシリンダ19には該エア
ーシリンダーが全閉になったことを条件に動作するエア
ーシリンダー用配圧器25が設けられている。また、エ
アータンク20から延出する開側操作管26はクラッチ
用配圧器24、エアーシリンダー用配圧器25を介して
エアーシリンダー19の開側ポートに接続されている。
The gate shaft bearing 6 is provided with a clutch pressure distributor 24 that operates on the condition that the clutch plate 9 is completely switched to the gate arm 8 side, and the air cylinder 19 is provided with a clutch pressure distributor 24 that operates on the condition that the clutch plate 9 is completely switched to the gate arm 8 side. An air cylinder pressure distributor 25 is provided which operates under the following conditions. Further, an open side operation pipe 26 extending from the air tank 20 is connected to an open side port of the air cylinder 19 via a clutch pressure distributor 24 and an air cylinder pressure distributor 25.

次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

第1図は通常状態、すなわちガイドベーン1が電動サー
ボモータ18に機械的に連結されている状態を示してい
る。本図に於いて、ゲートシャフト3にラジアル方向、
スラスト方向の力が作用しても、ゲートシャフト3はゲ
ートシャフト軸受6により、固定された状態に維持され
、かつ自由に回転自在な状態に維持されている。また、
常時皿バネ17の反発力はクラッチ操作シリンダー13
、クラッチ操作ロッド14を介してゲートアーム8に作
用し、かつその力はゲートアーム8に形成された台形溝
部8aの最大回転トルクによって生ずるスラスト方向分
力よりも十分大きな力なので、クラッチ板9の台形突起
部9aとゲートアーム8の台形溝部8aは噛み合い、両
者間にトルクの伝達がなされると同時に、ゲートアーム
8とクラッチ板1とは常に同一の動きをする。
FIG. 1 shows a normal state, that is, a state in which the guide vane 1 is mechanically connected to the electric servo motor 18. In this figure, the gate shaft 3 has a radial direction,
Even when a force in the thrust direction is applied, the gate shaft 3 is maintained in a fixed state and freely rotatable state by the gate shaft bearing 6. Also,
The repulsive force of the disc spring 17 is constantly exerted by the clutch operation cylinder 13.
, acts on the gate arm 8 via the clutch operating rod 14, and the force is sufficiently larger than the thrust direction component force generated by the maximum rotational torque of the trapezoidal groove 8a formed in the gate arm 8, so that the clutch plate 9 The trapezoidal protrusion 9a and the trapezoidal groove 8a of the gate arm 8 are engaged, and torque is transmitted between them, and at the same time, the gate arm 8 and the clutch plate 1 always move in the same manner.

従って、電動サーボモータ18の操作ロッド18aの動
作量と操作力は、ゲートアーム8、クラッチ板9、ゲー
トシャフト3、ベルクランク4、連結ウッド5、ガイド
リング2の経路でガイドベーン1に伝達される。
Therefore, the operating amount and operating force of the operating rod 18a of the electric servo motor 18 are transmitted to the guide vane 1 through the path of the gate arm 8, clutch plate 9, gate shaft 3, bell crank 4, connecting wood 5, and guide ring 2. Ru.

この電動サーボモータ18はセルフロック形なので、ガ
イドベーン1を目標開度に操作した後、電動機18bに
電流を流さない、すなわち電動機18bは回転トルクを
発生しない状態にある。
Since this electric servo motor 18 is a self-locking type, after the guide vane 1 is operated to the target opening degree, no current is applied to the electric motor 18b, that is, the electric motor 18b is in a state in which it does not generate rotational torque.

このとき、電動サーボモータ18の操作ロッド18aは
、ガイド−ベーン1に生じている水力モーメントを、ガ
イドリング2、連結ロッド5、ベルクランク4、ゲート
シャフト3、クラッチ板9、ゲートアーム8を介して受
けているが、動作はしないので常に一定のガイドベーン
開度を保持することになる。
At this time, the operating rod 18a of the electric servo motor 18 transfers the hydraulic moment generated in the guide vane 1 through the guide ring 2, connecting rod 5, bell crank 4, gate shaft 3, clutch plate 9, and gate arm 8. Although the guide vane is receiving the guide vane, it does not operate, so the guide vane always maintains a constant opening degree.

電動サーボモータ18とガイドベーン1は以上の様に通
常状態では、機械的に連結されており、ガイドベーン1
の開度は電動サーボモータ18の動きにより制御される
As described above, the electric servo motor 18 and the guide vane 1 are mechanically connected in the normal state, and the guide vane 1
The opening degree of is controlled by the movement of electric servo motor 18.

ここで、電動サーボモータ18の構成部品である軸受類
が焼付く、電動機18bが焼損する。電動機電源が喪失
する等いずれかの故障が発生したり、あるいは、調速機
系統に故障が発生したりといった異常が発生した場合、
電気的に直接あるいは間接的にその異常は検出され、電
磁弁21が励磁される。電磁弁21が励磁されるとエア
ータンク20内の圧縮空気がスピンドル15及びエアー
シリンダー19の閉側ポートに閉側操作管22、クラッ
チ操作管23を通して同時に流れる。すると、スピンド
ル15の小孔15aを通して導かれた圧縮空気がクラッ
チ操作シリンダー13内に流れ込み、皿バネ17の反発
力に抗してクラッチ操作シリンダー13がクラッチ板9
を保護装置アーム11側に押し付ける。よって、クラッ
チ板9の台形溝部端面と、保護装置アーム11の台形突
起部端面は当接し、あるいは台形溝部と台形突起部の位
置があっていた場合はそのまま噛み合う。端面が押し付
けられた状態の場合に於いては、既に操作ロッド19a
は閉側に動作し始めているので、保護装置アーム11は
回動し始めており、最大でも台形溝部及び突起部の1ピ
ッチ分の角度回動ずれば噛み合う状態となる。この操作
途上で保護装置アーム11側に完全に噛み合うまではク
ラッチ板9はゲートアーム8側と噛み合っているので、
ゲートシャフト3は電動サーボモータ18に対して拘束
された状態にある。ガイドベーン1の開度が変わらない
のは、以上のような操作は、クラッチ板9のストローク
が微小であり、瞬時になされるからである。
Here, the bearings that are the components of the electric servo motor 18 seize, and the electric motor 18b burns out. If any failure occurs, such as a loss of motor power, or if a failure occurs in the governor system,
The abnormality is electrically detected directly or indirectly, and the solenoid valve 21 is energized. When the electromagnetic valve 21 is energized, compressed air in the air tank 20 simultaneously flows to the spindle 15 and the closed port of the air cylinder 19 through the closed side operating pipe 22 and the clutch operating pipe 23 . Then, the compressed air guided through the small hole 15a of the spindle 15 flows into the clutch operating cylinder 13, and the clutch operating cylinder 13 moves against the clutch plate 9 against the repulsive force of the disc spring 17.
is pressed against the protective device arm 11 side. Therefore, the end face of the trapezoidal groove of the clutch plate 9 and the end face of the trapezoidal protrusion of the protection device arm 11 come into contact with each other, or if the positions of the trapezoidal groove and the trapezoidal protrusion are aligned, they engage as they are. In the case where the end face is pressed, the operating rod 19a has already been pressed.
Since the protection device arm 11 has started to move toward the closing side, the protection device arm 11 has started to rotate, and if the trapezoidal groove portion and the protrusion portion rotate by one pitch at most, they will be in an engaged state. During this operation, the clutch plate 9 is engaged with the gate arm 8 side until it is completely engaged with the protector arm 11 side.
The gate shaft 3 is in a restrained state with respect to the electric servo motor 18. The reason why the opening degree of the guide vane 1 does not change is because the stroke of the clutch plate 9 is minute and the above operation is performed instantaneously.

クラッチ板9と保護アーム11とが完全に噛み合うと、
ゲートアーム8とクラッチ板9との拘束は解除されるの
で、操作ロッド19aは閉側に動作し、エアーシリンダ
ー19の閉側動作及び操作力は、保護装置アーム11、
クラッチ板9、ゲートシャフト3、ベルクランク4、操
作ロッド5、ガイドリング2を介してガイドベーン1に
伝達され、ガイドベーン1は閉側に動作して全閉に至る
When the clutch plate 9 and the protective arm 11 are completely engaged,
Since the restraint between the gate arm 8 and the clutch plate 9 is released, the operating rod 19a moves to the closing side, and the closing side movement and operating force of the air cylinder 19 are controlled by the protection device arm 11,
It is transmitted to the guide vane 1 via the clutch plate 9, gate shaft 3, bell crank 4, operating rod 5, and guide ring 2, and the guide vane 1 moves toward the closing side to be fully closed.

これにより水車への流入水量は遮断され水車は停止に至
る。
This cuts off the amount of water flowing into the water wheel, and the water wheel comes to a halt.

次に、故障箇所が判明し復旧した場合には、電動サーボ
モータの操作ロッド18aは全閉状態にあり、かつガイ
ドベーン1は全閉状態に保持されているので、ゲートア
ーム8およびクラッチ板9の台形溝部と台形突起部は初
期の同一相対位置にある。この状態で電磁弁21の励磁
を解除すると、閉側操作管22、クラッチ操作管23は
排気状態となるので、クラッチ操作シリンダー13内の
空気は排気され、空気圧による操作力は無くなり、皿バ
ネ17の反発力により、クラッチ操作シリンダー13は
クラッチ板9をゲートアーム8側に押し付ける。
Next, when the failure location is identified and the system is restored, the operating rod 18a of the electric servo motor is in the fully closed state and the guide vane 1 is held in the fully closed state, so the gate arm 8 and the clutch plate 9 The trapezoidal groove and the trapezoidal protrusion are at the same initial relative position. When the solenoid valve 21 is de-energized in this state, the closing-side operation tube 22 and the clutch operation tube 23 are in the exhaust state, so the air inside the clutch operation cylinder 13 is exhausted, the operation force due to air pressure is eliminated, and the disc spring 17 Due to the repulsive force, the clutch operation cylinder 13 presses the clutch plate 9 against the gate arm 8 side.

クラッチ板9がゲートアーム9に完全に噛み合うと、ク
ラッチ用配圧器24は開側操作管26を連通する状態に
なる。また、エアーシリンダー用配圧器25は閉側操作
管26を連通する状態にあるため、エアータンク20内
の圧縮機空気はエアーシリンダー19の開側ポートに導
かれ、エアーシリンダー19の操作ロッド19aは開方
向に動作し、全開の位置に至る。この状態になると、エ
アーシリンダー用配圧器25は開側操作管26を遮断す
ると同時に、エアーシリンダー19開側ポートを排気状
態にする。このような操作により完全な通常運転状態に
復帰する。
When the clutch plate 9 is completely engaged with the gate arm 9, the clutch pressure distributor 24 is brought into communication with the open side operation pipe 26. Furthermore, since the air cylinder pressure distributor 25 is in communication with the closed-side operating pipe 26, the compressor air in the air tank 20 is guided to the open-side port of the air cylinder 19, and the operating rod 19a of the air cylinder 19 is It moves in the opening direction and reaches the fully open position. In this state, the air cylinder pressure distributor 25 shuts off the open side operation pipe 26 and at the same time puts the open side port of the air cylinder 19 into the exhaust state. This operation restores a complete normal operating state.

以上のように、本実施例によれは、電動サーボモータが
制御不能状態に陥ったとき、微小な遅れ時間で、かつ最
適な閉鎖速度でガイドベーンを確実に閉鎖出来るので、
最小の水圧上昇、速度上昇に抑えることが可能になり、
水車の構造物及び発電機回転体構造物に対する信頼性が
向上する。
As described above, according to this embodiment, when the electric servo motor falls into an uncontrollable state, the guide vane can be reliably closed with a minute delay time and at the optimal closing speed.
It becomes possible to suppress the water pressure increase and speed increase to the minimum,
The reliability of the water turbine structure and generator rotating body structure is improved.

また、停止時、通常運転時、保護装置への切替時など、
どのような状態においても、ガイドベーンフリー状態に
ならないので、ガイドベーンのバタツキによる鉄管水圧
異常上昇、ガイドベーン又は操作機構等の破損を防止で
き、この点でも信頼性が向上する。
In addition, when stopping, during normal operation, when switching to a protective device, etc.
Since the guide vane does not become free in any condition, it is possible to prevent an abnormal rise in the water pressure of the iron pipe due to the fluttering of the guide vane, and to prevent damage to the guide vane or the operating mechanism, thereby improving reliability in this respect as well.

その他の機器、装置においても、その故障場所や程度に
より運転を緊急に停止した方が良いとあらかじめ判断で
きる場合、電気シーケンスに組み込んでおけば緊急閉鎖
への切替を電磁弁を介して行うことができ、これにより
発電所運用上の一般的な信頼性も向上する。
For other equipment and equipment, if it is determined in advance that it is better to stop operation urgently depending on the location and severity of the failure, switching to emergency closure can be performed via a solenoid valve if it is incorporated into the electrical sequence. This also improves the general reliability of power plant operations.

一方、定常運転に於いて、ガイドベーンの開度調整をす
る必要のない場合には、電動サーボ−モータの電動機発
生電力は0であり、保護用エアーシリンダーへの圧縮空
気が配圧器、電磁弁により遮断されているので、圧縮空
気消費量はOであり、経済的な運用が可能となる。
On the other hand, in steady operation, when there is no need to adjust the opening of the guide vane, the electric power generated by the electric servo motor is 0, and the compressed air to the protective air cylinder is supplied to the pressure regulator and solenoid valve. Since the compressed air is shut off by , the compressed air consumption is 0, making economical operation possible.

上記実施例では、保護装置としてエアーシリンターの例
を挙げたが、水圧、窒素ガス等の他の流体シリンダーを
使用しても同様の構成で実施することができる。
In the above embodiment, an air cylinder was used as an example of the protection device, but the same structure can be implemented even if other fluid cylinders such as water pressure, nitrogen gas, etc. are used.

また、負荷遮断等により調速機から急閉鎖信号が発せら
れたとき、保護装置側へ切り換えるような電気シーケン
スにすれば、電動サーボモータは通常の比較的緩慢な開
閉操作のみをすれば良いので、電動サーボモータ容量は
格段に小さくて済み、コンパクトで経済的になる。それ
に伴ない電動機容量も小さくなることから、電動機内電
源装置、制御装置も小容量のもので済みこの面からも経
済的になる。
In addition, if the electrical sequence is set to switch to the protective device side when a sudden closing signal is issued from the speed governor due to load shedding, etc., the electric servo motor only needs to perform normal relatively slow opening/closing operations. , the capacity of the electric servo motor is much smaller, making it compact and economical. Since the capacity of the motor is also reduced accordingly, the power supply device and control device within the motor can also be of small capacity, making it economical from this point of view as well.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明から明らかなように、本発明によれば、ガイド
ベーンは、電動サーボモータが正常に動作しているとき
は、電動サーボモータに対して機械的に連結され、電動
サーボモータが制御不能のときは、保護用駆動装置に対
して機械的に連結され、電動サーボとの連結は切り放さ
れ、かつ切替途中、あるいは保護用駆動装置の駆動源が
0のときには、電動サーボモータとの機械的な連結が保
持され、電動サーボモータによりガイドベーンが拘束さ
れるから、電動サーボモータの保護装置として信頼性の
高いものにすることができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the guide vane is mechanically coupled to the electric servo motor when the electric servo motor is operating normally, and when the electric servo motor is out of control. When the protection drive device is mechanically connected to the electric servo motor, the connection with the electric servo is disconnected, and during switching or when the drive source of the protection drive device is 0, the mechanical connection with the electric servo motor is disconnected. Since the connection is maintained and the guide vane is restrained by the electric servo motor, it is possible to provide a highly reliable protection device for the electric servo motor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による一実施例を示す断面図、第2図は
第1図の■−■断面図、第3図は第1図の■−■断面図
、第4図は第1図のTV−IV断面図である。 1・・・ガイドベーン、2・・・ガイドリング、3・・
・ゲートシャフト、6・・・ゲートシャフト軸受、8・
・・ゲートアーム、9・・・クラッチ板、10・・・キ
、11・・・保護装置用アーム、13・・・クラッチ操
作シリンダー、14・・・クラッチ操作用ロッド、11
5・・・スピンドル、16・・・スプリング受け、17
・・・皿バネ、18・・・電動サーボモータ、18b・
・・電動機、19・・・エアーシリンダー19a・・・
操作ロッド、20・・・エアータンク、21・・・電磁
弁、24・・・クラッチ用配圧器、25・・・エアーシ
リンダー用配圧器。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along ■--■ in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line It is a TV-IV sectional view of. 1... Guide vane, 2... Guide ring, 3...
・Gate shaft, 6... Gate shaft bearing, 8.
...Gate arm, 9...Clutch plate, 10...Ki, 11...Arm for protection device, 13...Clutch operation cylinder, 14...Rod for clutch operation, 11
5...Spindle, 16...Spring receiver, 17
...Disc spring, 18...Electric servo motor, 18b.
...Electric motor, 19...Air cylinder 19a...
Operating rod, 20... Air tank, 21... Solenoid valve, 24... Clutch pressure distributor, 25... Air cylinder pressure distributor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ガイドベーン駆動用のガイドリングを動かすためのゲー
トシャフトの軸上に、ガイドベーン駆動用の電動サーボ
モータと保護用駆動装置とを連結し、これら電動サーボ
モータと保護用駆動装置との間にガイドベーン駆動伝達
力を切替えるためのクラッチを設けたことを特徴とする
水力機械の電動サーボモータ保護装置。
An electric servo motor for driving the guide vane and a protection drive device are connected on the axis of the gate shaft for moving the guide ring for driving the guide vane, and a guide is connected between the electric servo motor and the protection drive device. An electric servo motor protection device for a hydraulic machine, characterized by being provided with a clutch for switching vane drive transmission force.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0713780U (en) * 1993-05-06 1995-03-07 株式会社吉野工業所 Liquid dispenser

Patent Citations (1)

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JPH0713780U (en) * 1993-05-06 1995-03-07 株式会社吉野工業所 Liquid dispenser

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