JPS6139514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガイドベーン開閉装置に係り、特
に、塑性変形アームによりガイドベーンを保護で
きるようにしたガイドベーン開閉装置に関する。

〔発明の技術的背景と問題点〕

一般に、水力機械のガイドベーン開閉装置は、
ランナの周囲に環状に多数配置されたガイドベー
ンを、それぞれガイドベーン操作リンク機構を介
してガイドリングに連結し、このガイドリングを
サーボモータによつて回動して、全てのガイドベ
ーンを同時に開閉するようにしている。しかし
て、ガイドベーン閉鎖の際にいずれかのガイドベ
ーンが異物を挾み込んだまま閉鎖を続行すると、
当該ガイドベーンが損傷してしまう。これを防止
するため、上記ガイドベーン操作機構中に弱点ピ
ンを設け、この弱点ピンを破断することによつて
異物を挾み込んだガイドベーンをガイドベーン開
閉装置から分離するような構造となつている。

また、ガイドベーン開閉装置から分離され、回
動自在になつたガイドベーンは、流水によつて振
れ回り、隣接するガイドベーンを損傷するおそれ
があるから、これを防止するため、摩擦力、バネ
力、塑性変形アームあるいは別のリンク装置等を
利用してガイドベーンの振れ回りを抑制するガイ
ドベーン保護装置が設けられている。

このうち、塑性変形アームを用いたガイドベー
ン保護装置は、例えば第１図に示すような塑性変
形アームをガイドベーン操作リンク機構中に組み
込み、前記弱点ピンの破断後も、ガイドリングと
異物を挾み込んだガイドベーンとをこの塑性変形
アームを介して相互に連結しておき、ガイドベー
ンにかかる無理な力をこの塑性変形アームの変形
によつて吸収すると共に、ガイドベーンの振れ回
りを抑制するものである。

しかして、従来の塑性変形アームは、第１図に
示すように塑性変形が起る杆体部の横断面の大き
さは、長手方向に沿つて一様断面となつており、
弱点ピン破断時に塑性変形アームに作用する曲げ
モーメントによりどの部分で塑性変形が生ずるの
かを推定するには、アームの全断面について応力
計算をする必要がある。また、一旦塑性変形が生
じるとアームに捩りが加わるので、塑性変形アー
ムの強度計算が非常に複雑になる、という不都合
がある 〔発明の目的〕 そこで、本発明の目的は、塑性変形アームの変
形部分を確実に推定することができるように塑性
変形アームの杆体部に曲げ応力を集中的に受ける
アーム弱点部を形成し、このアーム弱点部で塑性
変形が起るようにして、塑性変形アームの応力計
算を容易にすることができるようにしたガイドベ
ーン開閉装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、ガイドベ
ーンに一体的に結合され、回動自在に支承された
ガイドベーン軸と、ガイドベーン開閉作動力を与
えるガイドリングとをガイドベーン操作リンク機
構で連結し、ガイドベーンを開閉するようにした
ガイドベーン開閉装置において、上記ガイドベー
ン操作リング機構を、上記ガイドベーン軸に装着
されたガイドベーンアームと、一端をこのガイド
ベーンアームの自由端に弱点ピンを介してリンク
結合され他端を上記ガイドリングにリンク結合さ
れた駆動リンクと、一端を上記ガイドベーン軸に
固定され他端を上記弱点ピンに枢着されかつ上記
ガイドベーンアームと並列的に組み込まれた塑性
変形アームとで形成し、上記塑性変形アームの杆
体部に曲げ応力を集中的に受けるアーム弱点部を
形成し、上記弱点ピン破断後のガイドベーンに加
わる力を吸収し塑性変形アームの杆体部を塑性変
形せしめるようにしたことを特徴とするものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第２図ないし第７図を参
照して説明する。

第２図において符号１はガイドベーン軸を示
し、このガイドベーン軸１は水力機械の図示しな
い上カバーに回動自在に支承されている。

上記ガイドベーン軸１の下方には、第３図に示
すように、ガイドベーン２が一体的に結合されて
いる。また、ガイドベーン軸１の上端部には、ガ
イドベーンアーム３の基端に形成されたボス部４
が被嵌されており、このボス部４とガイドベーン
軸１との間に挿通されたキー５によつて、ガイド
ベーンアーム３とガイドベーン軸１とは後者の軸
線のまわりを一体的に回転できるように結合され
ている。

上記ガイドベーンアーム３の自由端は弱点ピン
６を介して駆動リンク７の一端にリンク結合され
ており、この駆動リンク７の他端はリンクピン８
を介してガイドリング９にリンク結合されてい
る。上記弱点ピン６はガイドベーンアーム３と駆
動リンク７との接合面付近においてくびれてお
り、このくびれて小径になつた部分がピン弱点部
６ａになつている。

このようにして、ガイドベーン軸１は、ガイド
ベーンアーム３および駆動リンク７よりなるガイ
ドベーン操作リンク機構１０を介してガイドリン
グ９に連結されているが、また、ガイドベーンア
ーム３と並列的に設けられた塑性変形アーム１１
および駆動リンク７を介してもガイドリング９に
連結されている。

すなわち、ガイドベーン軸１の上端には、第３
図に示すような全体の形状が略ひようたん形の塑
性変形アーム１１の大径端部が固定ボルト１２，
１２によつてボルト止めされており、塑性変形ア
ームの小径端部は、これを貫通する前記弱点ピン
６の上端部に枢着されて駆動リンク７の一端にリ
ンク結合されている。

上記塑性変形アーム１１は、第２図および第３
図に示すように、長さ方向に沿つて板厚が等しい
板状体であるが、その形状は第３図に示すように
杆体部のうち曲げ応力を集中的に受ける部分がく
びれており、その最も幅の小さい部分がアーム弱
点部１１ａとなつている。

本発明によるガイドベーン開閉装置は、上記塑
性変形アーム１１を組み込んだガイドベーン操作
機構１０を、各ガイドベーン毎に、ガイドリング
９の周囲に放射状に配設している。

上記のように構成された本発明の一実施例によ
るガイドベーン開閉装置において、ガイドベーン
開閉時図示しないサーボモータによつてガイドリ
ング９が回動駆動されると、その駆動力はリンク
ピン８、駆動リンク７、弱点ピン６、ガイドベー
ンアーム３および前記キー５を介して、回転モー
メントとしてガイドベーン軸１に伝達され、ガイ
ドベーン２は開放方向あるいは閉鎖方向に回動さ
れる。

しかして、ガイドベーン閉鎖中にガイドベーン
２が異物を挾み込んだ場合には、そのガイドベー
ン２が呈する抵抗力が非常に大きくなり、その抵
抗力は弱点ピンのピン弱点部６ａに集中し、剪断
によつてこの部分が破断される。

すると、ガイドベーンアーム３と駆動リンク７
とのリンク結合が解けるから、塑性変形アーム１
１が存在しない場合には、ガイドベーン２はガイ
ドリング９から自由になり、流水によつて振れ回
つて隣接するガイドベーン等に損傷を与えるが、
塑性変形アーム１１によるガイドベーン保護手段
がある場合には、ガイドベーン２およびガイドベ
ーン軸１は塑性変形アーム１１が駆動リンク７と
連動するのでなおガイドリング９に連結されるこ
とになる。従つて、ガイドベーン２の急激な振れ
回りや、ガイドベーンアーム３と駆動リンク７と
の離脱が防止される。

弱点ピン６の破断後は、ガイドリング９から駆
動リンク７を介して伝えられる駆動力は塑性変形
アーム１１を塑性変形させるエネルギーとして消
費されるから、駆動力による無理な力がガイドベ
ーンにかかることはなく、異物を挾み込んだガイ
ドベーンおよびこれに隣接するガイドベーンが損
傷を受けることはない。

しかも、本発明によるガイドベーン開閉装置で
は、弱点ピン６破断後の駆動リンク７からの駆動
力は、塑性変形アーム１１の回動平面内でアーム
１１に曲げモーメントとして作用し、塑性変形は
必らず曲げモーメントによる曲げ応力が集中する
前記アーム弱点部１１ａに発生する。しかも、そ
の変形は塑性変形アーム１１の回動平面内で作用
する曲げモーメントによる単純な曲がりのみで捩
りなどは発生しない。

第４図は本発明の変形実施例を示し、この実施
例は、塑性変形アーム１１の杆体部をくびれさせ
ると共にその中央部に向つて板厚を漸減させ、ア
ーム弱点部１１ａの断面形状を円形にしたもの
で、このようにすると塑性変形を生じさせるべき
アーム弱点部をさらに確実に設定できるという利
点がある。

また、第５図は本発明の他の変形実施例を示
し、この実施例は、平等強さの梁である杆体部の
側端縁中央部に例えば円弧状の切欠きを設け、こ
の部分をアーム弱点部１１ａとしたもので、この
ようにすると塑性変形アームの形状が単純になつ
て製造し易いという利点がある。

さらにまた、第６図は本発明のさらに他の変形
実施例を示し、この実施例は、平等強さの梁とな
つている杆体部の中央部の板厚を減じ、この板厚
を減じた杆体部分のほぼ中央に透孔を設けたもの
で、この第６図示の実施例のものは、第４図およ
び第５図に示すものの利点を併せ有する。

また、第７図は本発明の別の変形実施例を示
し、この実施例は、塑性変形アームの杆体部を丸
棒とし、その中央部をくびれさせて小径にして、
この小径部分をアーム弱点部１１ａとしたもの
で、その作用効果は第４図に示すものとほぼ同一
である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は、塑
性変形アームの杆体部に曲げ応力を集中的に受け
るアーム弱点部を設け、弱点ピン破断後ガイドベ
ーンに加わるべき無理な力を吸収する塑性変形が
必らず上記アーム弱点部において発生するように
したので、従来塑性変形発生箇所を推定するため
に塑性変形アームの全断面にわたつて行つていた
応力計算の代りに、アーム弱点部の断面一箇所に
ついての応力計算をするだけでよく、塑性変形ア
ーム設計のための計算時間を大幅に短縮すること
ができると共に、その計算の信頼性を大幅に向上
させることができる。

また、上記塑性変形は曲げモーメントによる単
純な曲がりのみで、従来の塑性変形アームにおけ
るような捩りは発生しないので、応力計算をさら
に容易にすることができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の塑性変形レバーの形状の一例を
示す２面図、第２図は本発明の一実施例によるガ
イドベーン開閉装置の主要部の断面図、第３図は
その塑性変形アーム取付部の平面図、第４図ない
し第７図は本発明の変形実施例による塑性変形レ
バーをそれぞれ示し、アーム弱点部の断面形状を
併せて示してある。 １……ガイドベーン軸、２……ガイドベーン、
３……ガイドベーンアーム、６……弱点ピン、７
……駆動リンク、９……ガイドリング、１０……
ガイドベーン操作リンク機構、１１……塑性変形
アーム、１１ａ……アーム弱点部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガイドベーンに一体的に結合され回転自在に
   支承されたガイドベーン軸と、ガイドベーン開閉
   作動力を与えるガイドリングとをガイドベーン操
   作リンク機構で連結し、ガイドベーンを開閉する
   ようにしたガイドベーン開閉装置において、上記
   ガイドベーン操作リング機構を、上記ガイドベー
   ン軸に装着されたガイドベーンアームと、一端を
   このガイドベーンアームの自由端に弱点ピンを介
   してリンク結合され他端を上記ガイドリングにリ
   ンク結合された駆動リンクと、一端を上記ガイド
   ベーン軸に固定され他端を上記弱点ピンに枢着さ
   れかつ上記ガイドベーンアームと並列的に組み込
   まれた塑性変形アームとで形成し、上記塑性変形
   アームの杆体部に曲げ応力を集中的に受けるアー
   ム弱点部を形成し、上記弱点ピン破断後のガイド
   ベーンに加わる力を吸収し塑性変形アームの杆体
   部を塑性変形せしめるようにしたことを特徴とす
   るガイドベーン開閉装置。 ２ 上記塑性変形レバーの杆体部が中央部がくび
   れた等厚板状体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のガイドベーン開閉装置。 ３ 上記塑性変形レバーの杆体部が中央部に向つ
   てくびれると共に板厚が漸減する板状体であり、
   アーム弱点部の断面形状が円形であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のガイドベー
   ン開閉装置。 ４ 上記塑性変形レバーの平等強さの梁となつて
   いる杆体部の側端縁中央部に切り欠きを設け、こ
   の切り欠き部をアーム弱点部としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のガイドベーン
   開閉装置。 ５ 上記塑性変形レバーの平等強さの梁となつて
   いる杆体部の厚さを減じ、この厚さを減じた杆体
   部分に透孔を設けて、この透孔開口部をアーム弱
   点部としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のガイドベーン開閉装置。 ６ 上記塑性変形アームの杆体部を丸棒とし、そ
   の中央部をくびれさせて小径にして、この小径部
   分をアーム弱点部としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のガイドベーン開閉装置。