JPS61192859A - Guide vane opening and closing device of cylinder water turbine - Google Patents

Guide vane opening and closing device of cylinder water turbine

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JPS61192859A
JPS61192859A JP60030490A JP3049085A JPS61192859A JP S61192859 A JPS61192859 A JP S61192859A JP 60030490 A JP60030490 A JP 60030490A JP 3049085 A JP3049085 A JP 3049085A JP S61192859 A JPS61192859 A JP S61192859A
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JP
Japan
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guide vane
cylinder
servo motor
water turbine
water
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Application number
JP60030490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Morimichi Shinohara
篠原 守道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16Stators
    • F03B3/18Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F03B3/183Adjustable vanes, e.g. wicket gates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the need for a guide ring and to simplify guide vane control mechanism decrease the weight of the mechanism, by a method wherein a servo motor for controlling a guide vane is disposed in an annular space formed by the outer periphery of a main shaft and the inner periphery of an inner case. CONSTITUTION:A cylindrical water turbine is provided within a headrace cylinder (guide vane case) 5, through which pressure water is fed, with an inner cylinder (inner case) 7, being a non-rotation part, and a guide vane 6 is rotatably mounted to the water turbine by means of bearings 5-1 and 5-2 respectively located between the two case 5 and 7. An annular space 8 is formed between the outer periphery of a main shaft 3 and each of the inner case 7 and the inner peripery of an inner case part 9 on the upper stream side connected to the case 7, and a servo motor, formed with a piston drum part 22, secured to the inner wall of the inner case 7, and a cylinder 23, being axially slidable, is disposed in the space 8. And a guide vane 6 is rotated by means of a link 17 and a lever 16 through movement of the cylinder 23.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は1円筒水車のガイドベーン開閉装置に係り、特
にガイドベーン操作機構を円筒水車内に収納しコンパク
ト化、簡単化するのに好適な、円筒水車のガイドベーン
開閉装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine, and is particularly suitable for storing a guide vane operating mechanism in a cylindrical water turbine to make it compact and simple. This invention relates to a guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

円筒水車に係るプロペラ水車のガイドベーン操作機構に
ついて、例えば実開昭52−125648号公報記載の
ものが開示されている。
Regarding a guide vane operating mechanism for a propeller water wheel related to a cylindrical water wheel, for example, one disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 52-125648 is disclosed.

当該公報によれば、ガイドベーンの開閉操作をおこなう
にあたり、ガイドリングと軸受との間に軸受ボールを介
挿させている。これは、ガイドリングと軸受との相互間
に発生する摩擦力を減少させうるちのではあるが、ガイ
ドベーンを開閉操作するには、水車本体の外側に設けら
れたサーボモーターから発生される動力を伝えるための
機構を備え、これらの機構を介して、ガイドリングに前
述の動力を伝え、ガイドリングとガイドベーンとを連結
するためのリンク、ピン、レバー等を介して動力伝達を
おこなっていたので、装置全体が大きくなるものであり
、その点考慮されていなかった。    ・ また例えば、実公昭44−26001号公報記載のよう
に、ガイドベーンの開閉操作をおこなうゲートリング(
ガイドリング)の構造を、ガイドベーンレバーとの連結
部において工夫し、構造を簡単化させたものがあるが、
ガイドベーンの開閉操作にあたっては、前述の実開昭5
2−125648号公報の例と同様の問題があった。
According to this publication, when opening and closing the guide vane, a bearing ball is inserted between the guide ring and the bearing. Although this reduces the frictional force generated between the guide ring and the bearing, in order to open and close the guide vane, the power generated from the servo motor installed outside the turbine body is required. The above-mentioned power was transmitted to the guide ring through these mechanisms, and the power was transmitted through links, pins, levers, etc. that connected the guide ring and guide vane. However, this would increase the size of the entire device, and this point was not taken into account.・For example, as described in Japanese Utility Model Publication No. 44-26001, a gate ring (
There are some models that simplify the structure of the guide ring) by devising the structure at the connection part with the guide vane lever.
When opening and closing the guide vanes, please use the
There was a problem similar to the example of Publication No. 2-125648.

また例えば、特公昭58−40658号公報記載のよう
に、ガイドベーン調整装置を、内側ガイドベーンリング
内に収納させて、ガイドベーンを内側ガイドベーンリン
グ内から制御するようにしたものがある。
For example, as described in Japanese Patent Publication No. 58-40658, there is a device in which a guide vane adjustment device is housed within an inner guide vane ring so that the guide vane is controlled from within the inner guide vane ring.

当該公報の例では、ガイドベーンの開閉操作をおこなわ
せる操作力源となるサーボモーターを、内側ガイドベー
ンリング内の1部分のスペースに、はぼ従来の公知技術
によるものと同形状のものを設置したものである。
In the example in the publication, a servomotor, which serves as the operating force source for opening and closing the guide vane, is installed in a part of the space inside the inner guide vane ring, with the same shape as that of the conventional known technology. This is what I did.

したがって、内側ガイドベーンリングの直径を大きく設
定する必要を生じ、内側ガイドベーンリングと、外側ケ
ースとの間を通過する水量をある必要量だけ流す場合に
、外側ケースの内径を、このために大きく設定しなけれ
ばならないことになるとともに、サーボモーターとガイ
ドベーンとの間を、機構的に接続するためのガイドベー
ン調整装置は、ガイドベーンを含め複雑となるため、こ
れらの設置スペースの増大化および機構各部の組立、保
守等に煩雑さを生ずることについて配慮されていなかっ
た。
Therefore, it becomes necessary to set the diameter of the inner guide vane ring large, and in order to allow a certain amount of water to flow between the inner guide vane ring and the outer case, the inner diameter of the outer case must be set large for this purpose. In addition, the guide vane adjustment device for mechanically connecting the servo motor and guide vane is complicated, including the guide vane, resulting in an increase in installation space and No consideration was given to the complexity of assembling and maintaining each part of the mechanism.

また例えば、ガイドベーンの操作機構には該当しないが
、サーボモータの動力源として、可動翼を回動させる手
段について、実開昭55−83260号公報に記載され
ている。
For example, although it does not apply to a guide vane operating mechanism, a means for rotating a movable blade as a power source for a servo motor is described in Japanese Utility Model Application Publication No. 55-83260.

当該公報記載のサーボモータは、そのピストン構成部分
が、水車の運転中、常時回転している主軸の一端に固着
され、主軸あるいはプロペラとともに回転し、サーボモ
ータ内に、主軸とともに回転している液圧供給管から供
給される液圧力を液圧シリンダーに伝えて、ピストンを
主軸の軸線方向に往復移動せしめるものである。
In the servo motor described in this publication, the piston component is fixed to one end of the main shaft that is constantly rotating during operation of the water turbine, and rotates together with the main shaft or propeller, and the servo motor contains a liquid that rotates with the main shaft. The hydraulic pressure supplied from the pressure supply pipe is transmitted to the hydraulic cylinder to cause the piston to reciprocate in the axial direction of the main shaft.

この装置においては1例外なく主軸とともに。In this device, without exception, along with the main shaft.

ピストンが回転している状態で、かつ液圧供給管も回転
している状態のまま、シリンダー内に液圧を供給しなけ
ればならないので、液圧供給方法の構造が複雑になり、
また主軸とともに回転する複数の液圧供給管を経由して
、シリンダー内に液圧を供給する必要があり、これもま
たその構造が複雑となることについて、十分配慮されて
いなかった。
Because hydraulic pressure must be supplied into the cylinder while the piston is rotating and the hydraulic pressure supply pipe is also rotating, the structure of the hydraulic pressure supply method becomes complicated.
Further, it is necessary to supply hydraulic pressure into the cylinder via a plurality of hydraulic pressure supply pipes that rotate together with the main shaft, and this also complicates the structure, which has not been sufficiently considered.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、主軸の外周と内ケースの内周とで形成さ
れる円環状空間内に、ガイドベーン操作用サーボモータ
を形成し、ガイドベーンステムの操作力発生を合理的に
与えて、ガイドリングを不要とし、ガイドベーン操作機
構を簡単化、軽量化しうる円筒水車のガイドベーン開閉
装置の提供を、その目的としている。
The present invention was made to solve the problems of the prior art described above, and includes a servo motor for operating a guide vane formed in an annular space formed by the outer periphery of the main shaft and the inner periphery of the inner case. The object of the present invention is to provide a guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine that can rationally generate operating force for a guide vane stem, eliminate the need for a guide ring, and simplify and reduce the weight of a guide vane operating mechanism.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明に係る円筒水車のガイドベーン開閉装置の構成は
、圧力水が送水される導水筒内に、圧力水と主軸との接
触を遮断する非回転部である内筒を設け、その内筒壁と
前記導水筒の筒壁とにガイドベーンステムを介して回動
可能にガイドベーンを装着し1円筒水車の負荷変動に対
応して円筒水車のランナへの水量の増減を調整するため
にガイドベーンの開閉を行う円筒水車のガイドベーン開
閉装置において、前記主軸の外周と前記内筒の内周とで
形成される円環状空間内に、断面形状がドーナツ状に形
成され、ピストン部材またはシリンダ部材のいずれかが
前記内筒壁に固着され、他のいずれかが軸方向に往復動
するサーボモータと、このサーボモータによる軸方向往
復動を前記ガイドベーンステムの回動に変換する伝達手
段とを設けたものである。
The configuration of the guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine according to the present invention is such that an inner cylinder, which is a non-rotating part that blocks contact between the pressure water and the main shaft, is provided in the water guide cylinder through which pressure water is fed, and the inner cylinder wall A guide vane is rotatably attached to the cylindrical wall of the water guide cylinder via a guide vane stem, and the guide vane is used to adjust the increase/decrease in the amount of water to the runner of the cylindrical water turbine in response to load fluctuations of the cylindrical water turbine. In a guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine, a cross-sectional shape is formed in a donut shape in an annular space formed by the outer periphery of the main shaft and the inner periphery of the inner cylinder, and the cross section of the piston member or the cylinder member is A servo motor, one of which is fixed to the inner cylinder wall and the other of which is reciprocated in the axial direction, and a transmission means that converts the reciprocating motion in the axial direction by the servo motor into rotation of the guide vane stem. It is something that

なお付記すると、本発明は、特に横軸形を対象に1円筒
水車のガイドベーンの開閉操作をおこなうためのサーボ
モータ機構を、簡単化、軽量化するために、主軸外周と
内側ケースとの間に存在する円環状空間部を最大限に利
用することに着目し、サーボモーターの断面形状がドー
ナツ状を呈するように形成するとともに、ガイドベーン
ステムと操作レバーの接続方法については、複数組から
なるステムの1本おきに、ステム長さに長短の変化をも
たせるように構成したものである。
As an additional note, the present invention aims to simplify and reduce the weight of the servo motor mechanism for opening and closing the guide vanes of a single cylindrical water turbine, especially for horizontal shaft types. Focusing on maximizing the use of the annular space that exists in The structure is such that every other stem has a change in the length of the stem.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の各実施例を第1図ないし第4図を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

まず、第1図は、本発明の一実施例に係るプロペラ水車
のガイドベーン開閉装置の断面図、第2図は、第1図の
A矢視断面図、第3図は、第2図のB矢視断面図である
First, FIG. 1 is a sectional view of a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along arrow A in FIG. It is a sectional view taken along arrow B.

本実施例は、円筒水車の代表例であるプロペラ水車のガ
イドベーン開閉装置を説明するものである。
This example describes a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine, which is a typical example of a cylindrical water turbine.

第1図において、1は、水車のランナに係るプロペラ、
2はプロペラボス、3は、プロペラ2の回転により発電
機(図示せず)を回転させる主軸、4はプロペラケース
である。
In Fig. 1, 1 is a propeller related to a runner of a water turbine;
2 is a propeller boss, 3 is a main shaft that rotates a generator (not shown) by rotation of the propeller 2, and 4 is a propeller case.

5は、水車の導水管に接続する導水筒に係るガイドベー
ンケースで、このガイドベーンケース5は、フランジを
介して前記プロペラケース4に接続している。
Reference numeral 5 denotes a guide vane case related to a water pipe connected to a water pipe of a water turbine, and this guide vane case 5 is connected to the propeller case 4 via a flange.

6はガイドベーンで、このガイドベーン6は、ガイドベ
ーンケース5の筒壁に設けた軸受5−1と1次に述べる
内ケースの筒壁に設けた軸受5−2に、ガイドベーンス
テムを介して回動可能に装着支持されている。
6 is a guide vane, and this guide vane 6 is connected to a bearing 5-1 provided on the cylindrical wall of the guide vane case 5 and a bearing 5-2 provided on the cylindrical wall of the inner case, which will be described next, via a guide vane stem. It is rotatably mounted and supported.

当該ガイドベーン6は、プロペラ水車の負荷変動に対応
して、プロペラ1への衝突水量の増減を調整するために
、その開閉操作が行われる。
The guide vane 6 is opened and closed in order to adjust the amount of water impinging on the propeller 1 in response to changes in the load of the propeller water turbine.

7は、ガイドベーンケース内に導入された圧力水と主軸
3との接触を遮断する内筒に係る内ケース、9は、内筒
に係る内ケース7に接続する上流側の内ケース部を示す
、10は、労イドベーンケース5の内周側に固着された
支持板で、支持板10の他端は、ガイドベーンケース5
の中央部に位置する前記内ケース7に固着されている。
Reference numeral 7 indicates an inner case related to an inner cylinder that blocks contact between pressurized water introduced into the guide vane case and the main shaft 3, and reference numeral 9 indicates an upstream inner case portion connected to the inner case 7 related to the inner cylinder. , 10 is a support plate fixed to the inner peripheral side of the guide vane case 5, and the other end of the support plate 10 is attached to the guide vane case 5.
The inner case 7 is fixed to the inner case 7 located in the center of the inner case 7.

これによって、ガイドベーンケース5、支持板10゜内
ケース7、上流側の内ケース部9の各部品は、プロペラ
水車の運転中あるいは停止中を問わず、その姿勢は静止
状態であり1回転することはない。
As a result, each part of the guide vane case 5, support plate 10° inner case 7, and upstream inner case part 9 remains stationary and rotates once, regardless of whether the propeller water turbine is in operation or stopped. Never.

このようにして、前記主軸3の外周と、内ケース7、上
流側の内ケース部9の内周との間に円環状空間8が形成
される。
In this way, an annular space 8 is formed between the outer periphery of the main shaft 3 and the inner periphery of the inner case 7 and the upstream inner case portion 9.

そして、この円環状空間8内に、次に詳細説明するよう
に、断面形状がドーナツ状に形成され、ダ一部材が軸方
向に往復動するサーボモータと。
In this annular space 8, as will be described in detail next, there is provided a servo motor having a doughnut-shaped cross-section and whose dowel member reciprocates in the axial direction.

このサーボモータによる軸方向往復動を前記ガイドベー
ン6の開閉運動に切換える伝達手段とを内設している。
A transmission means for switching the axial reciprocating motion by the servo motor to the opening/closing motion of the guide vane 6 is provided inside.

ニーに、サーボモータは、ガイドベーンの開閉操作を行
う操作力源となる液圧力発生手段である。
Second, the servo motor is a hydraulic pressure generating means that serves as a source of operating force for opening and closing the guide vanes.

サーボモータの構成を説明する。The configuration of the servo motor will be explained.

内ケース7の上流側端部にはフランジ7−1が形成され
ており、上流側の内ケース部9に形成されているフラン
ジ9−1との間に、ピストン胴22のピストンフランジ
22−1が挿まれて装着され、これら3者は、図示はし
ないが、ボルト。
A flange 7-1 is formed at the upstream end of the inner case 7, and a piston flange 22-1 of the piston body 22 is connected to the flange 9-1 formed at the upstream inner case portion 9. is inserted and installed, and these three are bolts (not shown).

ナツト等によって締結されて固着されている。It is fastened and fixed with nuts etc.

ピストン胴22の他端側には、ピストン22−2がピス
トン胴22と一体に形成されている。
A piston 22 - 2 is formed integrally with the piston body 22 at the other end thereof.

ピストン22−2の内径側には、シリンダー内側筒23
−1が、主軸3の外周を包囲するように形成され、シリ
ンダー内側筒23の内径をdr、主軸3の外径をDとす
れば、dr>Dの寸法関係を保持している。シリンダー
内側筒23の外径側にはシリンダー23が形成されてい
る。これらシリンダー23、シリンダー内側筒23−1
の他端は、シリンダーカバー21によって塞がれ、シリ
ンダー23の内部工は外気に対し密封されている。
A cylinder inner cylinder 23 is provided on the inner diameter side of the piston 22-2.
-1 is formed so as to surround the outer periphery of the main shaft 3, and if the inner diameter of the cylinder inner cylinder 23 is dr and the outer diameter of the main shaft 3 is D, then the dimensional relationship dr>D is maintained. A cylinder 23 is formed on the outer diameter side of the cylinder inner tube 23. These cylinders 23, cylinder inner cylinder 23-1
The other end is closed by a cylinder cover 21, and the internal workings of the cylinder 23 are sealed against outside air.

このように、ピストン、シリンダ一部材からなるサーボ
モータは、前記の円環状空間8内に断面形状がドーナツ
状に形成されているものである。
In this way, the servo motor consisting of a piston and a cylinder has a donut-shaped cross-section inside the annular space 8.

26−1.26−2は、サーボモータに液圧を与えるた
めの液圧管を示す。
26-1.26-2 indicates a hydraulic pipe for applying hydraulic pressure to the servo motor.

シリンダーカバ21の他端、すなわちガイドベーン6側
には、ブラケット20がピン19を介してリンク17と
連結し、そのリンク17は、ピン18を介してレバー1
6に連結し、レバー16は、ガイドベーン6のステムと
嵌合しており、これらによりサーボモータが発生する軸
方向往復動をガイドベーンステムの回動に変換する伝達
手段を構成している。
At the other end of the cylinder cover 21, that is, on the guide vane 6 side, a bracket 20 is connected to a link 17 via a pin 19, and the link 17 is connected to the lever 1 via a pin 18.
6, the lever 16 is fitted with the stem of the guide vane 6, and constitutes a transmission means that converts the axial reciprocating motion generated by the servo motor into rotation of the guide vane stem.

次に、このような構成のプロペラ水車のガイドベーン開
閉装置の作用を説明する。
Next, the operation of the guide vane opening/closing device for a propeller water turbine having such a configuration will be explained.

水車の導水管内を流下してくる圧力水は、ガイドベーン
ケース5内に導入され、矢印pに示す流れとなって、プ
ロペラケース4内に設置されたプロペラ1に衝突して、
プロペラボス2.主軸3゜および図示はないが主軸3の
他端側に設置されている発電機を回転させて発電をおこ
なう。
Pressure water flowing down inside the water pipe of the water turbine is introduced into the guide vane case 5, becomes a flow shown by the arrow p, and collides with the propeller 1 installed in the propeller case 4.
Propeller boss 2. Power is generated by rotating the main shaft 3° and a generator installed at the other end of the main shaft 3 (not shown).

このとき、発電機への負荷の増減の都度、ガイドベーン
6を開、閉させて、プロペラ1への衝突水量を増減させ
る必要がある。
At this time, it is necessary to open and close the guide vanes 6 to increase or decrease the amount of water impinging on the propeller 1 each time the load on the generator increases or decreases.

そこで、サーボモータを作動させるには、第1図に示す
ように、液圧p、を液圧管26−1に供給し、ピストン
22−2の、図示上の左側の面に作用させる。このとき
、ピストン22−2の左側の面と、シリンダー内側筒2
3−1の面との間に、いま発生可能な液圧力をF、とす
れば、F、 =π/ 4 (dpx”−d−”) Pa
、に相当する液圧力が発生する。ここに、 d、□ :ピストン胴22の外径 d、ニジリンダ−内側筒23−1の外径である。
Therefore, in order to operate the servo motor, as shown in FIG. 1, hydraulic pressure p is supplied to the hydraulic pressure pipe 26-1 and applied to the left side surface of the piston 22-2 in the drawing. At this time, the left side surface of the piston 22-2 and the cylinder inner cylinder 2
If the fluid pressure that can now be generated between the surface of 3-1 is F, then F, = π/4 (dpx"-d-") Pa
A hydraulic pressure corresponding to , is generated. Here, d, □ are the outer diameter d of the piston barrel 22 and the outer diameter of the cylinder inner cylinder 23-1.

ピストン22−2.ピストン胴22の他端にあるピスト
ンフランジ22−1は、内ケース7のフランジ7−1と
内筒9のフランジ9−1との間に挿まれて固着されてい
るので、ピストン22−2Φ面に液圧力p0を受けても
1図示上の位置を保持し、シリンダー23、シリンダー
内側管23−1などシリンダ一部材のみが、前記F0相
当の液圧力によって反作用的に図の左方向に移動し、液
圧力F0 をシリンダーカバー21、ブラケット20%
リンク17、ピン18.19を介してレバー16に伝達
してガイドベーン6を回動させる。
Piston 22-2. The piston flange 22-1 at the other end of the piston body 22 is inserted and fixed between the flange 7-1 of the inner case 7 and the flange 9-1 of the inner cylinder 9, so that the piston 22-2Φ surface Even if it receives a hydraulic pressure p0 at , hydraulic pressure F0, cylinder cover 21, bracket 20%
It is transmitted to the lever 16 via the link 17 and pins 18 and 19 to rotate the guide vane 6.

このときのシリンダ23の動作範囲は、ガイドベーン6
の必要な開、閉角度に相当する記号Qに相当する。
The operating range of the cylinder 23 at this time is the guide vane 6
It corresponds to the symbol Q, which corresponds to the required opening and closing angles.

次に、シリンダー23の位置を前述の位置から、図示の
位置に戻すには、液圧p0を供給中の液圧管26−1の
液圧を排出口に導びき、液圧管26−2側に液圧p0 
を供給する。このとき、液圧pHはピストン22−2の
表面側に作用し、このとき発生する液圧力をF0′  
とすれば、F0′=π/4 (dpt”  d−”)P
aに相当するものとなる。
Next, in order to return the position of the cylinder 23 from the above-mentioned position to the illustrated position, the hydraulic pressure of the hydraulic pressure pipe 26-1, which is currently supplying the hydraulic pressure p0, is guided to the discharge port and then Hydraulic pressure p0
supply. At this time, the hydraulic pressure pH acts on the surface side of the piston 22-2, and the hydraulic pressure generated at this time is F0'
Then, F0'=π/4 (dpt"d-")P
This corresponds to a.

ピストン22−2は前述の通り固着されているので、シ
リンダー23、シリンダー内側管23−1゜シリンダー
カバー21などシリンダ一部材は図示上で右方向に反作
用的に移動して図示の位置となる。
Since the piston 22-2 is fixed as described above, the cylinder members such as the cylinder 23, the cylinder inner tube 23-1, and the cylinder cover 21 move counteractively to the right in the drawing to reach the positions shown in the drawing.

以上に説明した液圧力FatF、’ をレバー16に伝
達することによってガイドベーン6の開、閉操作が可能
となる。
By transmitting the hydraulic pressure FatF,' explained above to the lever 16, the guide vane 6 can be opened and closed.

次に、サーボモータによる軸方向往復動を前記ガイドベ
ーンステムの回動に変換する伝達手段の接続機構につい
て第2図および第3図を参照して説明する。
Next, a connection mechanism of the transmission means for converting the axial reciprocating motion by the servo motor into rotation of the guide vane stem will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

第1図における矢視A方向の断面図を部分的に図示した
ものが第2図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken in the direction of arrow A in FIG. 1. FIG.

第2図に示すガイドベーン6の内側ステム6−1.6−
2は、通常水車1台について14〜24本で構成されて
いるが、1本お倉に交互に、内ケース7の内径側中心方
向への突出し長さがml)m2の関係を有するように長
、短の配列となっている。
Inner stem 6-1.6- of guide vane 6 shown in FIG.
2 is usually composed of 14 to 24 water turbines per water turbine, but one water turbine is alternately arranged so that the protrusion length toward the center of the inner diameter side of the inner case 7 has a relationship of ml) m2. It is a long and short array.

ここに、 ml :内側ステム6−1の突出し長さm2 :内側ス
テム6−2の突出し長さである。
Here, ml: Projection length of the inner stem 6-1 m2: Projection length of the inner stem 6-2.

第3図に示すように、シリンダーカバー21に伝達され
た液圧力は、ブラケット20、ビン19、リンク17.
ピン18を介してレバー16に伝達され、ガイドベーン
6を、その回転中心をCとして通常は角度θに相当する
分だけ回動させる。
As shown in FIG. 3, the hydraulic pressure transmitted to the cylinder cover 21 is transmitted to the bracket 20, the bottle 19, the link 17.
The signal is transmitted to the lever 16 via the pin 18, and the guide vane 6 is rotated by an amount corresponding to the angle θ, with its center of rotation being C.

ガイドベーン6を回動させるトルクTは、各構成部品の
摺動面の摩擦力を無視するものとして、T=F、 (F
、’ ) x r、 kとなる。ここに、kはレバーの
回転方向の角度によって異なる操作力伝達係数を示す。
The torque T for rotating the guide vane 6 is calculated as T=F, (F
, ' ) x r, k. Here, k represents an operating force transmission coefficient that varies depending on the angle of the rotation direction of the lever.

一方、第2図に示したように、プロペラ水車の内ケース
7は、可能な限りその直径Dcを小さくするほうが、水
車としての性能を高められるので、内ケース7の直径D
cは極力小さく形成されている。
On the other hand, as shown in Fig. 2, the diameter Dc of the inner case 7 of the propeller water turbine can be improved by making the diameter Dc as small as possible.
c is formed as small as possible.

しかし、液圧力Fll (Fl、’ )によって、ガイ
ドベーン6の中心Cにおける発生トルクは、Fo(F0
’ )  を一定としたとき、可能な限り大きく発生さ
せることが、ガイドベーン操作機構中の液圧力発生サー
ボモーターの有効内径面積を小さく設定できることにな
る。これの実現手段として、ガイドベーン6の内側ステ
ム6−1.6−2の長さを、m 1 ” m 2とした
ときに比較して、ガイドベーン6の中心Cの発生させ得
るトルクTを、内ケース7の直径Dcを一定としたとき
、最も大きく発生せしめうるように、ガイドベーン6の
内側ステム6−1.6−2の長さを、ステム1本おきに
m 、 ) m 2の関係の長、短の配列とし、第3図
に示したレバー16のrを、最も大きく設定できるよう
に構成している。
However, due to the hydraulic pressure Fll (Fl,'), the generated torque at the center C of the guide vane 6 is Fo(F0
' ) is kept constant, generating as much pressure as possible allows the effective inner diameter area of the hydraulic pressure generating servo motor in the guide vane operating mechanism to be set small. As a means of realizing this, the torque T that can be generated at the center C of the guide vane 6 is compared when the length of the inner stem 6-1.6-2 of the guide vane 6 is m 1 '' m 2 . , when the diameter Dc of the inner case 7 is constant, the length of the inner stems 6-1, 6-2 of the guide vane 6 is set to m, ) m2 for every other stem so that the inner stem 6-1, 6-2 can be generated the most. The long and short relationships are arranged so that r of the lever 16 shown in FIG. 3 can be set to the largest value.

本実施例によれば、主軸3の外側と内ケース7の内周と
で形成される円環状空間8の容積を利用してガイドベー
ン操作用サーボモータを形成させて、ガイドリング設置
を不要としている。
According to this embodiment, the volume of the annular space 8 formed by the outside of the main shaft 3 and the inner periphery of the inner case 7 is used to form a servo motor for operating the guide vane, thereby eliminating the need for installing a guide ring. There is.

そして、内ケース7の大径Dcを可能な限り小さくして
も、内ケース7と主軸3との間に形成される円環状空間
8の容積を有効に利用してガイドベーン操作のレバー、
リンク等の機構を設置することができる。
Even if the large diameter Dc of the inner case 7 is made as small as possible, the volume of the annular space 8 formed between the inner case 7 and the main shaft 3 can be effectively used to control the lever for operating the guide vane.
A mechanism such as a link can be installed.

しかも、ガイドベーンステムの操作力発生を合理的に与
えることができるので、ガイドベーン操作機構を簡単化
し、かつ、軽量化できる効果があり、ガイドベーンを含
む操作機構の部品数を約30%減少させ、これらの重量
を約40%、製作コストを約20%低減させることがで
きる効果がある。
Moreover, since the operating force of the guide vane stem can be generated rationally, the guide vane operating mechanism can be simplified and lightened, reducing the number of parts of the operating mechanism including the guide vane by approximately 30%. This has the effect of reducing these weights by about 40% and manufacturing costs by about 20%.

以上に説明したサーボモータは、第1図によって説明し
たとおり、固定側の内ケース7と、主軸3との間に形成
される円環状空間8に、その断面形状がドーナツ状とな
るように外し、かつ、ピストン側を固着して構成される
ものであるが、これと同じ機能を有する方式としてサー
ボモーターのシリンダー側を固定側とし、ピストン側を
可動側としたものについて、第4図を参照して説明する
As explained with reference to FIG. 1, the servo motor described above is inserted into the annular space 8 formed between the inner case 7 on the fixed side and the main shaft 3, and is removed so that its cross-sectional shape is doughnut-shaped. , and is constructed with the piston side fixed, but see Figure 4 for a system that has the same function as this, with the cylinder side of the servo motor being the fixed side and the piston side being the movable side. and explain.

ここに第4図は、本発明の他の実施例に係るプロペラ水
車のガイドベーン開閉装置の部分断面図であり、図中、
第1図と同一符号のものは、第1図の実施例と同等部分
であるから、その説明を省略する。
FIG. 4 is a partial sectional view of a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine according to another embodiment of the present invention, and in the figure,
Components with the same reference numerals as those in FIG. 1 are equivalent to those in the embodiment shown in FIG. 1, so their explanation will be omitted.

第4図は、液圧p0 が液圧管26−2に供給され、ピ
ストン25−1の裏面、すなわち図示上の右側の面に作
用している状態を示す、シリンダー24、シリンダー内
側管24−2は夫々シリンダーフランジ24−1に固着
されており、シリンダーフランジ24−1は、内ケース
7に設けたフランジ7−1、内筒9のフランジ9−1と
の間に挿まれて装着され、これら3者は1図示しないが
ボルト、ナツト等によって締結され固着されている。
FIG. 4 shows a state in which hydraulic pressure p0 is supplied to the hydraulic pressure pipe 26-2 and acts on the back surface of the piston 25-1, that is, the right side surface in the drawing, showing the cylinder 24 and the cylinder inner pipe 24-2. are fixed to the cylinder flange 24-1, respectively, and the cylinder flange 24-1 is inserted and installed between the flange 7-1 provided on the inner case 7 and the flange 9-1 of the inner cylinder 9. The three parts are fastened and fixed by bolts, nuts, etc. (not shown).

したがって、液圧管26−2から供給されて、ピストン
25−1の裏面に作用した液圧力によって、ピストン2
5−1、ピストン胴25、ピストンカバー25−2など
は図示の位置を保持している。
Therefore, the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pressure pipe 26-2 and acting on the back surface of the piston 25-1 causes the piston to
5-1, the piston barrel 25, the piston cover 25-2, etc. are maintained in the illustrated positions.

この状態から、ピストン25−1を右方向に移動させる
には、液圧管26−2内の液圧を排出口に導き、液圧管
26−1側に液圧p0を供給する。
In order to move the piston 25-1 rightward from this state, the hydraulic pressure within the hydraulic pressure pipe 26-2 is guided to the discharge port, and hydraulic pressure p0 is supplied to the hydraulic pressure pipe 26-1 side.

このとき、液圧p0はピストン25−1の表面側に作用
し、このとき発生する液圧力をF0′  とすれば、F
ll′=π/4 (d、1”−d、”) Pa、に相当
するものとなる。ここに、d2、:ピストン胴25の外
径d、ニジリンダー内側管24−2の外径である、シリ
ンダー24、シリンダー内側管24−2などは、前述の
通り固着されているので、ピストン25−1、ピストン
側25、ピストンカバー25−3.ブラケット20.リ
ンク17などは右方向に、液圧力F0′  を有して移
動し、この移動量を第3図に示したレバー16に伝達し
、先に第1〜3図によって説明した如くガイドベーン6
を、第4図に示した軸受5−1.5−2を摺動面として
回動させる。このときのピストン25−1の動作範囲は
、ガイドベーン6の必要な開、閉角度に相当する記号a
に相当する。このようにシリンダー側を固定側としても
、第2,3図に示した内側ステム6−1.6−2の構成
は、サーボモータのピストン側を固定側としたときと同
一構成である。
At this time, the hydraulic pressure p0 acts on the surface side of the piston 25-1, and if the hydraulic pressure generated at this time is F0', then F
This corresponds to ll'=π/4 (d, 1''-d,'') Pa. Here, d2: the outer diameter d of the piston body 25, the outer diameter of the Nijilinder inner tube 24-2.Since the cylinder 24, cylinder inner tube 24-2, etc. are fixed as described above, the piston 25- 1, piston side 25, piston cover 25-3. Bracket 20. The link 17 and the like move to the right with a hydraulic pressure F0', and this amount of movement is transmitted to the lever 16 shown in FIG.
is rotated using bearings 5-1 and 5-2 shown in FIG. 4 as sliding surfaces. The operating range of the piston 25-1 at this time is a symbol a corresponding to the necessary opening and closing angles of the guide vane 6.
corresponds to Even if the cylinder side is set as the fixed side in this way, the structure of the inner stem 6-1, 6-2 shown in FIGS. 2 and 3 is the same as when the piston side of the servo motor is set as the fixed side.

このように第4図の実施例によれば、先に説明した第1
図の実施例の場合と全く同様の効果が期待される。
As described above, according to the embodiment shown in FIG.
Exactly the same effects as in the embodiment shown in the figure are expected.

なお、前述の各実施例では、プロペラ水車のガイドベー
ン開閉装置について説明したが1本発明の適用対象は、
プロペラ水車に限定されるものではなく、同等の効果が
期待される円筒水車を対象とし、ランナーへの水量の増
減を調整するためのガイドベーンの開閉を操作する機構
の範囲で汎用的なものである。
In addition, in each of the above-mentioned embodiments, a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine was explained, but the present invention is applicable to the following:
It is not limited to propeller water turbines, but is intended for cylindrical water turbines that are expected to have the same effect, and is a general-purpose mechanism that operates the opening and closing of guide vanes to adjust the amount of water to the runner. be.

また、サーボモータのピストン、シリンダ部材の形状と
構造、サーボモータの軸方向往復動をガイドベーンの回
動に変換する伝達手段の機構や各部品の形状等は、本実
施例に限定されるものではなく、同等の効果が期待され
る範囲で他の機構や形状の採用を妨げるものではない。
In addition, the shape and structure of the piston and cylinder member of the servo motor, the mechanism of the transmission means that converts the axial reciprocating motion of the servo motor into rotation of the guide vane, and the shape of each part are limited to those in this embodiment. However, this does not preclude the adoption of other mechanisms or shapes as long as equivalent effects are expected.

さらに、前述の各実施例では、内筒は内ケース7と上流
側内ケース部9とに分割され、各フランジ7−1.9−
1で、ピストンまたはシリンダ一部材のフランジを挿ん
で接合する構成となっているが、内筒は一体成形とし、
ピストンまたはシリンダ一部材を内側から固着すること
も可能である。
Furthermore, in each of the embodiments described above, the inner cylinder is divided into the inner case 7 and the upstream inner case part 9, and each flange 7-1.9-
1, the flange of one piston or cylinder member is inserted and joined, but the inner cylinder is integrally molded,
It is also possible to secure the piston or cylinder part from the inside.

ただし、一般には前述の実施例の構成とするのが組立上
便利である。
However, in general, it is convenient for assembly to adopt the configuration of the above-described embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように1本発明によれば、主軸の外局と内ケ
ースの内周とで形成される円環状空間内に、ガイドベー
ン操作用サーボモータを形成し。
As described above, according to one aspect of the present invention, the servo motor for operating the guide vane is formed within the annular space formed by the outer station of the main shaft and the inner periphery of the inner case.

ガイドベーンステムの操作力発生を合理的に与えて、ガ
イドリングを不要とし、ガイドベーン操作機構を簡単化
、軽量化しうる円筒水車のガイドベーン開閉装置を提供
することができる。
It is possible to provide a guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine which can reasonably generate operating force for a guide vane stem, eliminate the need for a guide ring, and simplify and reduce the weight of a guide vane operating mechanism.

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

第1図は1本発明の一実施例に係るプロペラ水車のガイ
ドベーン開閉装置の断面図、第2図は。 第1図のA矢視断面図、第3図は、第2図のB矢視断面
図、第4図は、本発明の他の実施例に係るプロペラ水車
のガイドベーン開閉装置の部分断面図である。 1・・・プロペラ、3・・・主軸、5・・・ガイドベー
ンケース、5−1.5−2・・・軸受、6・・・ガイド
ベーン、6−1.6−2・・・内側ステム、7・・・内
ケース、7−1・・・フランジ、8・・・円環状空間、
9・・・上流側の内ケース部、9−1・・・フランジ、
16・・・レバー。 17・・・リンク、18.19・・・ビン、20・・・
ブラケット、21・・・シリンダーカバー、22.25
・・・ピストン側、22−1・・・ピストンフランジ、
23゜24・・・シリンダー、23−1.24−2・・
・シリンダー内側筒、24−1・・・シリンダーフラン
ジ、25−1・・・ピストン、25−2・・・ピストン
カバー、第1口 第 3 ロ ん 第 4 目
FIG. 1 is a sectional view of a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view. FIG. 3 is a sectional view taken along arrow A in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along arrow B in FIG. 2, and FIG. 4 is a partial sectional view of a guide vane opening/closing device for a propeller water turbine according to another embodiment of the present invention. It is. 1... Propeller, 3... Main shaft, 5... Guide vane case, 5-1.5-2... Bearing, 6... Guide vane, 6-1.6-2... Inside Stem, 7... Inner case, 7-1... Flange, 8... Annular space,
9... Upstream inner case part, 9-1... Flange,
16...Lever. 17...Link, 18.19...Bin, 20...
Bracket, 21...Cylinder cover, 22.25
...Piston side, 22-1...Piston flange,
23゜24...Cylinder, 23-1.24-2...
・Cylinder inner cylinder, 24-1...Cylinder flange, 25-1...Piston, 25-2...Piston cover, 1st mouth 3rd 4th

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、圧力水が送水される導水筒内に、圧力水と主軸との
接触を遮断する非回転部である内筒を設け、その内筒壁
と前記導水筒の筒壁とにガイドベーンステムを介して回
動可能にガイドベーンを装着し、円筒水車の負荷変動に
対応して円筒水車のランナへの水量の増減を調整するた
めにガイドベーンの開閉を行う円筒水車のガイドベーン
開閉装置において、前記主軸の外周と前記内筒の内周と
で形成される円環状空間内に、断面形状がドーナツ状に
形成され、ピストン部材またはシリンダ部材のいずれか
が前記内筒壁に固着され、他のいずれかが軸方向に往復
動するサーボモータと、このサーボモータによる軸方向
往復動を前記ガイドベーンステムの回動に変換する伝達
手段とを設けたことを特徴とする円筒水車のガイドベー
ン開閉装置。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、サーボ
モータによる軸方向往復動をガイドベーンステムの回動
に切換える伝達手段を連結すべき、複数のガイドベーン
ステムの内筒壁内径方向への突き出し長さを、交互に長
、短の配列となるように構成したものである円筒水車の
ガイドベーン開閉装置。
[Claims] 1. An inner cylinder, which is a non-rotating part that blocks contact between the pressurized water and the main shaft, is provided in the water guide cylinder through which pressure water is fed, and the inner cylinder wall and the cylinder wall of the water guide cylinder are connected to each other. A guide vane is rotatably attached to the cylindrical water turbine via a guide vane stem, and the guide vane is opened and closed in order to adjust the amount of water to the runner of the cylindrical water turbine in response to load fluctuations of the cylindrical water turbine. In the guide vane opening/closing device, a cross-sectional shape is formed in a donut shape in an annular space formed by an outer periphery of the main shaft and an inner periphery of the inner cylinder, and either a piston member or a cylinder member is attached to the inner cylinder wall. A cylindrical cylinder, characterized in that it is provided with a servo motor fixed to the servo motor and one of the others reciprocating in the axial direction, and a transmission means for converting the axial reciprocating motion by the servo motor into rotation of the guide vane stem. Guide vane opening/closing device for water turbines. 2. In the device described in claim 1, the transmission means for switching the axial reciprocating motion by the servo motor to rotation of the guide vane stems is connected in the inner diameter direction of the inner cylinder wall of the plurality of guide vane stems. A guide vane opening/closing device for a cylindrical water turbine whose protrusion lengths are arranged in an alternately long and short arrangement.
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