JPS60153479A - ランナベ−ン開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可動翼を備えたポンプもしくは水車の翼角制御
装置、就中カブラン水車のランナベーン開閉装置に関す
る。

従来カブラン水車のランナベーン等の可動翼の翼角制御
には第７図に示すように発電機！ｒ。

の軸端に油圧用回転継手等の圧油導入装置３／により圧
油を取り入れ、カブラン水車のランナベーンｊＪを取付
けた水車軸３と発電機軸／６（以後本明細書中に何れか
或は併せて主軸と称する場合がある）間に設けたランナ
サーボモータ３３に圧油を供給し、ランナサーボモータ
！３は水車軸３中に軸方向移動自在に支持され一端がラ
ンナベーン３ａの放射方向に配した軸を回動せしめる装
置に連結され、他端がランナサーボモータ！３に連結さ
れた操作ロッド／を移動してランナベーンｊ−の翼角を
変えるようになっている油圧式のものが一般的であった
が、近年油圧装置、油圧配管の省略および油圧関係の保
守の省力化を目的として、電動駆動方式が採用されるよ
うになった。

第一図は従来例の電動駆動方式の縦断面図であって第１
図の圧油導入装置ｓｉの部分に備える。ランナサーボモ
ータｊ３は備えない。第２図ではモータ／りが駆動され
るとウオーム歯車が回転し、ウオーム！ｒ４Ｉにかみ合
うウオーム歯車ｊｊを外周に備え、発電機Ｓθに固定さ
れたケース６２に固定した減速機ケースｊ６に装着した
推力軸受ｊ７により回転自在に支持されたリフトナツト
５ｇを回転する。リフトナツトｓｒの中心孔にはめねじ
が切られており、ねじ耐テがねじ込まれている。ねじ軸
ｊ９端の円筒外周の軸方向のキー溝ｊｌ＆に発電機５０
に固定した回転防止装置のケース６コに固定した回り止
めキー６／が滑入しているのでねじ軸！９は軸方向に送
られ、ねじ軸ｊ？の円筒部内で軸受６３を介して軸方向
に移動しないように連結せられた発電機軸／６及び図示
されない水車軸中を挿通している操作ロッド／を軸方向
に移動させランナベーンの翼角を変えるようになってい
る。

このような電動機駆動のランナベーン開閉装置は次のよ
うな大きな欠点があった。

（１）操作ロッドの駆動には主軸に加わる水力学的荷重
に加うるに自重よりも大きな推力を要し、この推力は、
ランナベーン操作ロッドに加わる力の反力として軸受６
３、減速機等を介して、発電機ｊＯに加わるので、発電
獣。

のフレームは大きな強度を必要とする。

（２）　操作ロッド／は反力として主軸全体を押し引き
するので主軸用の推力軸受は、操作ロッドｌの反力によ
る荷重も加えて設計する必要がある。即ち、主軸用の軸
受が大きくなる。

（３）　回転防止装置の軸受６３は、ランナベーン停止
時も荷重を受けて、回転しているので、主軸用推力軸受
以上の容量のものを必要とし、軸受損失を生じる。

本発明は、流体機械の翼角制御装置において操作ロッド
推力を主軸内部で受け、いわゆる主軸の内力とすること
によって、上記（１）　、　（２）の欠点を除き、更に
、ランナベーン停止中は操作ロッド用推力軸受が主軸と
の間に回転を生じない構造として上記（３）の欠点をも
除去したランナベーン開閉装置を提供することを目的と
する。

本発明は流体機械の主軸中を挿通ずる操作ロッドを軸方
向に移動して翼角を制御するランナベーン開閉装置ｉこ
おいて、操作ロッドとランナベーン駆動軸とをねじ対偶
により相対運動可能ｔこ結合し、ランナベーン駆動軸を
主軸に対して軸方向移動しないように主軸に軸承すると
共に操作ロッドを主軸に対して軸方向移動可能に且つ回
動しないように主軸ｔこ支持し、主軸を汎遊星歯車装置
の一つの入力側に連結すると共に汎遊星歯車装置の他の
入力側となる一つの太陽歯車を主軸に対し選択的に停止
並びに正逆方向に回転できる操作駆動装置に連結し、汎
遊星歯車装置の出力側をこランナベーン駆動軸を連結し
たランナベーン開閉装置である。

以下、図面に従って本発明の実施例について説明する。

第３図は本発明の実施例の縦断面図である。水車軸３と
操作ロッドｌは下方に延出され、水車軸３は水車のケー
シングに軸承されており、操作ロッド／は水車軸３中を
軸方向移動可能をこ押通し、図示されない水車軸３端の
ランナベーンの翼角を変える駆動装置に連結されている
。

操作ロッド／の上端はりフトナッ１２に固定され、リフ
トナラトコの外周は外径スプラインであって、内周がス
プラインのスプラインスリーブ／／に軸方向移動可能に
滑入し、スプラインスリーブｌ／は上部にフランジ部を
備え、該フランジ部は水車軸３のフランジ部と発電機軸
１６のフランジ部に挟持され、ボルトナツト／ｌにより
水車軸３、スプラインスリーブｉｉｓ発電機軸／、４は
共線めされている・ リフトナラトコにねじ込まれたねじ軸ダは上部にフラン
ジ＋ａを備える。発電機軸１６中を挿通するランナベー
ン駆動軸／Ｊはフランジ６に当接してボルトナツト１９
により締結された７う７ジ／Ｊａを備える。フランジ４
Ｉａとスプラインスリーブｌ／の上部の内フランジ部間
及びフランジノコａと発電機軸／６間には推力軸受ＩＯ
が配しである。

発電機軸ｌ乙の周囲は図示されないが発電機軸／６は上
下で枠体に軸承せられ、軸受間に回転子が固定せられて
回転子と対極する電機子が床上に据付けたフレームに支
持されているものである。発電機軸／６の上端には遊星
差動歯車装置λｌが配備されている。

遊星差動歯車装置コｌは以下のとおりである。

発電機軸／６と同一中心線上にある太陽歯車軸−２，２
に固定された第一の太陽歯車Ｓと、太陽歯車よとかみ合
うと共に発電機軸１６上端に固定せられた減速機ケース
／３に固定された第二の太陽歯車となっている固定内接
歯車り及びランナベーン駆動軸ｌコに固定された駆動内
接歯車ｔと夫々かみ合い太陽歯車軸−一とランナベーン
駆動軸／、２に軸受コ３．コダを介して回転自在に支持
される腕、２ｊに軸受ＪＡ、、２Ａを介して回転自在に
支持される太陽歯車軸−１−に平行な中間軸コクに固定
せられた遊星歯車６と、固定内接歯車りと、駆動内接歯
車ざとからなっている。

固定および駆動内接歯車り、ｊの歯数は／乃至数個の差
があり遊星歯車６が公転し、内接歯車内を１周するとそ
の歯数差分だけ両内接歯車の間に相対的なずれを発生し
、従って発電機軸／６とランナベーン駆動軸７２間に相
対運動が生ずるようになっている。

太陽歯車軸−一は発電機Ａ′Ｏの上面に固定された変速
機ケース／４Ｉに軸承され、同ケース内にて複数の電磁
クラッチｑ　ａ、ｙｂを介して太陽歯車軸、２．２上の
歯車、２ｔ、Ｊ／と太陽歯車軸コλは選択的に連結され
るようになっている。太陽歯車軸：ｌλに平行な変速機
ケース／ダに軸承された制御駆動軸３３には歯車−ｔ、
３／と夫々かみ合う歯車、２？、、７λが固定されてい
る。制御駆動軸３３は軸継手３ｙを介して固設したモー
タｌりに連結されている。

歯車コざ、λ９．．３／、３コの歯数を夫々ｚｔｍｒｚ
ｔｏ　ａ’Ｑｌ　ｐ　ｚ３１とし水車回転数をＮｏ、　
モー　タ／　７　ノ回転数をＮ１とすると に歯車λｇ、、２９．．７／、、？、２の歯数が選ばれ
ている。

操作ロッドｌ端に固定された検出棒３３はねじ軸１１ラ
ンナベーン駆動軸ｌλ、太陽歯車軸、２λを挿通して上
部機外に突出してポテンショメータ等の位置検出器（不
図示）に係合している。

次に作用について説明する。

ランナベーン停止は電磁クラッチデａ、９ｂを消勢する
ことにより行われる。ランナベーン停止中において、水
車の回転力は水車軸３から発電機軸／６に伝えられ、発
電機は所要の仕事をなし、更に発電機軸／６から該回転
力は減速機ケース／３、固定内接歯車り、次に遊星歯車
６、駆動内接歯車Ｓと伝達され（ここで遊星歯車番の自
転は行われないことに注意）ランナベーン駆動軸１２、
ねじ軸亭は水車軸３と共に回転するのでねじ軸ダと水車
軸３と同一回転のリフトナラトコとの間にずれは生じな
いのでランナベーンはその位置を保持する。太陽歯車軸
ココは水車と同一回転数でまわるが、電磁クラッチ９ａ
。

９ｂにより歯車λｇ　、３／は太陽歯車軸、２．２と分
離されモータ１７は停止している。

水車運転中でランナベーンを操作する場合はモータ／７
を回転させると同時に電磁クラッチ９ａをつなぐとモー
タ／７から制御駆動軸３３に回転は伝えられ、歯車２９
から歯車、２ｔに変速して回転が伝えられる。電磁クラ
ッチ９ａを回され、太陽歯車Ｓは水車軸３と共に回転し
ている固定内接歯車７の回転数Ｎｏよりも早く回転する
ので遊星歯車６は固定内接歯車７とかみ合い自転すると
共に腕２Ｓは回転して遊星歯車６は公転し、駆動内接歯
車ｊは例えば図示矢印イのように固定内接歯車７に対し
て回転し、ランナベーン駆動軸ｌコと発電機軸／６との
間に相対回転変位が生ずる。従ってねじ軸グとリフトナ
ラトコは相対回転し、リフトナラトコはスプラインスリ
ーブｌ／に導かれて軸方向に移動し、操作ロッドｌを移
動させランナベーンの角度を変える。その際ランナベー
ンに加わる流体力に打克つために生ずる推力は操作ロッ
ドｌから、リフトナラトコを介してねじ軸ダに伝わり、
フランジ＋ａ、／コａの何れかの側の推力軸受ＩＯに加
わり担持される。

上述した方向と逆方向にランナベーンの角度を変える場
合はモータｌりを回転させると同時に電磁クラッチ９ｂ
をつなぐと制御駆動軸３３の回転は歯車３コから歯車３
１に変速して伝えられ、電磁クラッチ？ｂを介して太陽
歯車Ｉ＃コ固定内接歯車７の回転数よりも遅い速度で回
転するので遊星歯車６は公転し、駆動内接歯車ｇは矢印
イと反対方向に固定内接歯車７！こ対して回転し、ねじ
軸グとリフトナツトλは相対回転し、リフトナラトコは
前述した電磁クラッチ９ａを連結した場合とは逆方向に
移動して操作ロッド／を逆方向に移動させランナベーン
の角度を変える。か−る操作ロッドｌの変位は検出棒３
Ｓにて機外に導かれ、ポテンショメータ等の位置の検出
器にてランナベーンの角度が検出され、制御回路に導い
て表示可能となっている。

上述のように操作ロッド／に加わる推力は水車軸３、発
電機軸１６等の主軸にて担持されるから水車の軸受、発
電機の軸受にランナベーンの角度を変えることによって
生ずる流体力が加わることがない。水車停止中のランナ
ベーンの操作は運転中と同様であるがモータ／７の回転
を正、逆転とし同一回転とする。

太陽歯車３の駆動は第３図では電磁クラッチを一個使い
、回転数をかえ、ランナベーンの操作速度がほぼ同一に
なるよう考慮しているがモータ速度を電気的に変える等
の方法、またクラッチを使用せずモータ直結としてラン
ナベーン停止中はモータを空転させる方法等でもよい。

第３図では遊星差動歯車装置、２／は発電機軸１６の上
部に、リフトナツトλは発電機軸／６と水車軸３の結合
部に配置されているがどちらか一方にまとめて配置する
ようにしてもよい。

上記実施例では、減速機として、遊星差動歯車装置、２
／を使用しているが・主軸の回転に対して釣合がとれラ
ンナベーンを回転させるトルクが得られるものであれば
細形式の減速機であってもよいのであり、次にか＼る実
施例について説明する。

第９図は第３図における遊星差動歯車装置を遊星歯車減
速機に置き変えた実施例である。第９図は第３図と同様
な構成であるが減速装置として遊星差動歯車装置ではな
く、広く一般に使われている遊星歯車減速機（一段減速
）を用いたものであって、必らずしも第３図に示すよう
な差動歯車装置ではなく、回転釣合のとれ二人力により
一出力をする減速機であれば、細形式のもので差し支え
ないことを示す例であるＯこの実施例はねじ軸ｌにボー
ルねじ等を使用して、ランナベーンより伝わる操作ロッ
ド／の軸方向の力が、ランナベーン駆動軸／、２を回転
させる場合で出力軸となるランナベーン駆動軸／コから
の回転力により二つの入力軸が相対回転させられる減速
機を用いる場合は減速機ケース１３に固定した固定内接
歯車７に固定したカバー３６に内部に太陽歯車軸、２コ
を挿通した中空軸３りを固定し、中空軸３７と太陽歯車
１＃−間を断接する電磁クラッチ／Ｓを設け、ランナベ
ーン操作時以外は太陽歯車よと、減速機ケース／３とを
固定する必要がある。

遊星歯車減速機３ｇは公知のもので太陽歯車５には遊星
歯車６がかみ合い、遊星歯車６は減速機ケース１３に固
定した固定内接歯車７とかみ合う。遊星歯車６は次段の
第二の太陽南朝９と一体の軸に固定せられた腕ｌＩ／に
固定せられた遊星歯車軸４１．２に軸受を介して回転自
在に支持され、第二の太陽歯車３９は第二の遊星歯車ダ
３がかみ合い、該遊星歯車ｌＩ３は減速機ケース／３に
一体に設けた第二の固定内接歯車ｐ４＜とかみ合ってい
る。第二の遊星歯車／Ｉ３はランナベーン駆動軸／２の
軸端に固定せられた腕１１．ｔに固定された遊星歯車軸
ｌＩ６に軸受を介して回転自在に支持されている。検出
棒３ｊは第二の太陽歯車３９の中心孔をも挿通して機外
に導かれている。

電磁クラッチ／りを解放して電磁クラッチデａ。

９ｂの何れかを連結すると太陽歯車３は発電機軸１６従
って減速機ケース１３に対して正転又は逆転するから、
遊星歯車６は太陽歯車５と逆方向に公転し、従って腕ｌ
Ｉ／、第二の太陽歯車３９は減速回転して第二の遊星歯
車ダ３は太陽歯車よと同方向に公転して腕１５からラン
ナベーン駆動軸／コに操作回転力を伝えランナベーンの
角度を変える。

電磁クラッチ？ｌＬ、？ｂを解放し電磁クラッチ／Ｓを
連結すると太陽歯車Ｓは太陽歯車軸ココが中空軸３７、
カバー３６、固定内接歯車？、減速機ケース／３と一体
的となり、発電機軸／基と一体的に回転してランナベー
ン駆動軸／、２は発電機軸／４１こ対して相対回転しな
いからねじ軸亭は回転しない。ランナベーンからの推力
によりねじ軸グを回動しようとする回転力は電磁クラッ
チ／Ｓを介して発電機軸ｌ乙に担持される。

尚、各実施例は操作ロッド／側にめねじ部材のリフトナ
ラトコを、ランナベーン駆動軸７．２側におねじ部材の
ねじ軸ダを備えたがこれは第Ｓ図ζこ示すように操作ロ
ッド／におねじ１２１を設け、ランナベーン駆動軸／２
にめねじ軸ｌＩｌを固定し、めねじ軸ｌＩｌと操作ロッ
ドｌのおねじ／コ１を係合し、操作ロッドζこ固定した
スプライン軸／／’ｌこスプラインスリーブ／／を係合
して回り止めとしてもよい。

以上のように本発明は流体機械の主軸中を挿通する操作
ロッドを軸方向に移動して翼角を制御するランナベーン
開閉装置において、操作ロッドとランナベーン駆動軸と
をねじ対偶により相対運動可能に結合し、ランナベーン
駆動軸を主軸に対して軸方向移動しないように主軸に軸
承すると共に操作ロッドを主軸に対して回動しないよう
に支持し、主軸とランナベーン駆動軸を遊星歯車装置に
より連結すると共に遊星歯車装置の一つの太陽歯車を主
軸に対して停止及び相対的に正逆転可能な操作駆動装置
に連結した。

即ち、二人力により一出力の定まる歯車装置、（／Ｓ　
） 具体的には遊星歯車装置、差動歯車装置もしくはこれら
の組合せ歯車装置等の汎遊星歯車装置に連結するように
したから操作ロッドに加わる推力は主軸に担持され、主
軸を支持する軸受に加わらないから、主軸を支持する軸
受を大きくする必要がなく、該推力は発電機のフレーム
にも加わらないから発電機のフレームは該推力を考慮ｌ
こ入れる必要がない。水車軸と発電機軸からなる主軸の
連結部の何れの側へもねじ軸とリフトナツトを片寄せて
配することができる。又汎遊星歯車装置を水車軸と発電
機軸間に配することもできる（減速機ケースの上下に発
電機軸と水車軸を固定する）。更に主軸上端に全装置を
配することもできるので配置する自由度が大きい。遊星
歯車装置とした場合は主軸及び太陽歯車軸が同一軸心に
あり、主軸を中心ｌこしてその回りに均衡して装置が配
され、釣合いよく、コンパクトである。

【図面の簡単な説明】

第１図はカブラン水車発電機の回転部を示す（／６　） 側面図、第一図は従来例の電動ランナベーン開閉装置の
縦断面図、第３図、第ダ図、第Ｓ図は夫々本発明の実施
例の縦断面図である。 ／・−操作ロッド　コ・・リフトナツト　３・・水車軸
　ダ・・ねじ軸　ｐａ−φフランジ４ｔｌ・・めねじ軸
　ｊ・・太陽歯車　６・・遊星歯車　り・・固定内接歯
車　Ｓ・・駆動内接歯車　デａ、９ｂ＠・電磁クラッチ
　１０−・推力軸受　／／・Φスプラインスリーブ　７
戸・・スプライン軸　／Ｊ・φランナベーン駆動軸／、
２ａ・・フランジ　／、２１・・おねじ　／３・・減速
機ケース　／４１・・変速機ケース　１５・ｅ電磁クラ
ッチ　／６・・発電機軸　／り・・モータ　／ｌ、／９
・・ボルトナツト　、２／・・遊星差動歯車装置　、２
コ・参太陽歯車軸　、２３゜−ｌ・・軸受　、２ｊ・・
腕　、２６・・軸受　コク・・中間軸　、２ｇ、コ９．
３／　、３．２・・歯車　３３・・制御駆動軸　３グ・
・軸継手　３ｊ・・検出棒　３４−・カバー　３７・１
中空軸　３ｇ拳・遊星歯車減速機　３９・・太陽歯車　
ｑ／・・腕　４ｔコ・・遊星歯車軸　ｌＩ３・・遊星歯
車　＋＋・・固定内接歯車　４ｔｊ−・・腕　ダ６・・
遊星歯車軸　ｊθ・・発電機　３／１１・圧油導入装置
　ｊコ・・ランナベーン　５３・・ランナサーボモータ
　１４Ｉ・・ウオーム　ｊ５・・ウオーム歯車　ｊ［・
・減速機ケース　Ｓり・・推力軸受　ｓｔ＠拳リフトナ
ツト　３９・・ねじ軸　！ｒ？ａ・・キー溝　４／・・
回り止めキー　ＡＪ・・ケース　６３・拳軸受。 特許出願人　株式会社荏原製作所 代　理　人　新　井　−部 （１９） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ　流体機械の主軸中を挿通する操作ロッドを軸方向に
   移動して翼角を制御するランナベーン開閉装置において
   、操作ロッドとランナベーン駆動軸とをねじ対偶により
   相対運動可能に結合し、ランナベーン駆動軸を主軸に対
   して軸方向移動しないように主軸に軸承すると共に操作
   ロッドを主軸に対して軸方向移動可能に且つ回動しない
   ように主軸に支持し、主軸を汎遊星歯車装置の一つの入
   力側に連結すると共に汎遊星歯車装置の他の入力側とな
   る一つの太陽歯車を主軸に対し選択的に停止並びに正逆
   方向に回転できる操作駆動装置に連結し、汎遊星歯車装
   置の出力側にランナベーン駆動軸を連結したランナベー
   ン開閉装置。