(57)【要約】【課題】構造を簡潔化して製作コスト及び組立工数を削減することができるガイドベーン装置及びその改造方法を提供する。【解決手段】複数のガイドベーン３と、ガイドベーン３の回転軸８にそれぞれ固定的に取り付けられた複数のガイドベーンアーム４と、複数のリンクアーム６，１０と、ガイドリング２と、リンクアーム６，１０の一方側をガイドリング２に回動可能に連結する複数のリンクピン７と、リンクアーム６，１０の他方側とガイドベーンアーム４とをそれぞれ回動可能に連結する複数の弱点ピン５と、一方側に弱点ピン５を嵌挿し他方側にガイドベーンの回転軸を通した補助レバー１３と、補助レバー１３をガイドベーン３の回転軸８に対して固定する摩擦継手１５とを備える。【選択図】図２
2010007548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力機械のランナ外周部の外側の静止部にあってランナに流入又はランナから流出する作動流体の流入口又は流出口の開口面積を調整するガイドベーン装置であって、
ランナケーシングの外周部の静止部に回動可能に設けられ、前記流入口又は流出口の開口面積を調整する複数のガイドベーンと、
前記ガイドベーンの回転軸にそれぞれ固定的に取り付けられた複数のガイドベーンアームと、
複数のリンクアームと、
ガイドリングと、
前記リンクアームの一方側を前記ガイドリングに回動可能に連結する複数のリンクピンと、
前記リンクアームの他方側と前記ガイドベーンアームとをそれぞれ回動可能に連結し、前記リンクアームと前記ガイドベーンアームの対向部に対応する位置に他の部分に比較して剪断強度が低い弱点部を有する複数の弱点ピンと、
一方側に前記弱点ピンを嵌挿する嵌挿穴を、他方側に前記ガイドベーンの回転軸を通す軸穴を有する補助レバーと、
前記補助レバーを前記ガイドベーンの回転軸に対して固定する摩擦継手と
を備えたことを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項２】
請求項１のガイドベーン装置において、
前記リンクアームが、前記ガイドベーンアーム及びガイドリングの上下に位置する上アーム及び下アームからなり、
前記弱点ピンの弱点部が、前記上アームと前記ガイドベーンアームの対向部に対応する位置、及び前記下アームと前記ガイドベーンアームの対向部に対応する位置に設けられている
ことを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項３】
ランナの外側の外周部の静止部に回動可能に設けた複数のガイドベーンと、前記ガイドベーンの回転軸にそれぞれ固定的に取り付けられた複数のガイドベーンアームと、複数のリンクアームと、ガイドリングと、前記リンクアームの一方側を前記ガイドリングに回動可能に連結する複数のリンクピンと、前記リンクアームの他方側と前記ガイドベーンアームとをそれぞれ回動可能に連結し、前記リンクアームと前記ガイドベーンアームの対向部に対応する位置に他の部分に比較して剪断強度が低い弱点部を有する複数の弱点ピンとを備え、水力機械のランナの外周部の外側の静止部にある作動流体の流入口又は流出口の開口面積を調整するガイドベーン装置の改造方法であって、
前記弱点ピンを前記リンクアームから上方に突出する突出部を有する新たなものに交換し、
一方側に前記弱点ピンを嵌挿する嵌挿穴を、他方側に前記ガイドベーンの回転軸を通す軸穴を有する補助レバーを追加し、
前記補助レバーを前記ガイドベーンの回転軸に対して摩擦継手によって固定する
ことを特徴とするガイドベーン装置の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力機械のランナ外周部の静止部にある開口の開口面積を調整するガイドベーン装置及びその改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車やポンプ水車等のような水力機械に用いられるガイドベーン装置では、サーボモータを駆動してガイドリングを回動させ、リンクアームやガイドベーンアーム等を介してランナ周りに環状に配置した複数のガイドベーンを開閉し、ランナケーシングからランナに誘導される作動流体（一般に水）の流量を調整する。そのため、例えばランナに導かれる作動流体に木材等の異物が混入していると、ガイドベーンを閉じる際に隣り合うガイドベーンの間に異物が挟まり、ガイドベーンやその開閉機構が損傷する場合がある。
【０００３】
そこで、ガイドベーンアームを弱点ピンで互いに連結された上下２つのアーム部材で構成し、上側のアーム部材をリンクアームと連結ピンを介して連結したものがある（特許文献１等参照）。この構成の場合、ガイドベーンに異物が挟まった状態でガイドベーンがさらに閉方向に動作すると、弱点ピンが優先的に破断してガイドベーンアームを構成する上下のアーム部材が切り離され、ガイドベーン等に作用する過大な力が逃がされる。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５６−０００６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように弱点ピンが破断した場合、ガイドベーンはリンクアームとの連結が解かれて無拘束状態となるため、流入する作動流体の水力不平衡力によって揺動を起こす。その結果、弱点ピンの破断したガイドベーンが隣接するガイドベーンやランナに衝突し、ガイドベーンやランナの損傷を生じさせる恐れがある。それに対し、上記特許文献１では、片方がガイドベーンの回転軸に摩擦継手を介して連結された補助アームのもう片方に弱点ピンの上端部を通し、弱点ピンが破断してもガイドベーンが補助アーム及び上側のアーム部材を介してリンクアームに拘束される構成が開示されている。
【０００６】
この構成の場合、弱点ピンの破断後は摩擦継手の摩擦力の範囲でガイドベーンの揺動が拘束されるので、ガイドベーンの拘束が解かれることによるガイドベーン等の損傷は抑制されるが、ガイドリングとリンクアームを連結するリンクピン、リンクピンと上側のアーム部材を連結する連結ピン、及び補助アームと上側のアーム部材を連結する弱点ピンの３つのピンが必要となるため、構造が複雑で製作コストや組立工数が増す傾向にある。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたもので、構造を簡潔化して製作コスト及び組立工数を削減することができるガイドベーン装置及びその改造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、水力機械のランナの外周部の外側の静止部の作動流体の流入口又は流出口の開口面積を調整するガイドベーン装置であって、ランナの外周部の外側の静止部に回動可能に設けられ、前記ランナ外側の流入口又は流出口の開口面積を調整する複数のガイドベーンと、前記ガイドベーンの回転軸にそれぞれ固定的に取り付けられた複数のガイドベーンアームと、複数のリンクアームと、ガイドリングと、前記リンクアームの一方側を前記ガイドリングに回動可能に連結する複数のリンクピンと、前記リンクアームの他方側と前記ガイドベーンアームとをそれぞれ回動可能に連結し、前記リンクアームと前記ガイドベーンアームの対向部に対応する位置に他の部分に比較して剪断強度が低い弱点部を有する複数の弱点ピンと、一方側に前記弱点ピンを嵌挿する嵌挿穴を、他方側に前記ガイドベーンの回転軸を通す軸穴を有する補助レバーと、前記補助レバーを前記ガイドベーンの回転軸に対して固定する摩擦継手とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、構造を簡潔化して製作コスト及び組立工数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態に係るガイドベーン装置の概略構成を表す平面図、図２はガイドベーン装置を各アームの中心線に沿って切断して表した側断面図である。図１では後述する補助レバー１３を図示省略している。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のガイドベーン装置は、水力機械のランナ（図示せず）の外周部の外側の静止部の作動流体の流入口又は流出口の開口面積を調整するものである。このガイドベーン装置は、ガイドリング２と、ガイドリング２を回転駆動するサーボモータ１と、ランナケーシングの外周部に回動可能に設けられて環状に配置された複数のガイドベーン３と、ガイドベーン３の回転軸（ガイドベーンステム）８にそれぞれ固定的に取り付けられた複数のガイドベーンアーム４と、複数のリンクアーム６，１０と、リンクアーム６，１０の一方側（ランナの径方向内側）をガイドリング２に回動可能に連結する複数のリンクピン７と、リンクアーム６，１０の他方側（ランナの径方向外側）とガイドベーンアーム４をそれぞれ回動可能に連結する弱点ピン５と、弱点ピン５とガイドベーン３の回転軸８とを連結する補助レバー１３と、補助レバー１３をガイドベーン３の回転軸８に対して固定する摩擦継手１５とを備えている。
【００１３】
ガイドベーン３の回転軸８は、ランナとランナケーシングとの間に回転自在に取り付けられており、ガイドベーン３はランナに作動流体を導入する流入口又はランナから導出される作動流体の流出口に臨んでいる。ガイドリング２は、ランナの回転中心を中心に回転駆動するようにランナの上方に設けられている。リンクピン７は、ガイドリング２上に一定間隔で設けられている。リンクアーム６，１０は、ガイドリング２及びガイドベーンアーム４の上下に配置され、それぞれ対応するガイドリング２及びガイドベーンアーム４を挟み込むように設けられている。リンクアーム６，１０とガイドベーンアーム４を連結する弱点ピン５は、リンクアーム６，１０とガイドベーンアーム４の対向部に対応する位置に他の部分に比較して剪断強度が低い弱点部５ａを有している。弱点部５ａは、リンクアーム６（上アーム）とガイドベーンアーム４の対向部に対応する位置、及びリンクアーム１０（下アーム）とガイドベーンアーム４の対向部に対応する位置に各１箇所（計２箇所）設けられている。ガイドベーンアーム４は、ガイドベーン３の回転軸８にキー９を介して固定されている。リンクピン７、弱点ピン５、回転軸８は、ランナの径方向内側からこの順で配置されている。
【００１４】
上記の補助レバー１３は、一方側に弱点ピン５を嵌挿する嵌挿穴１３ａを、他方側にガイドベーン３の回転軸８を通す軸穴１３ｂを有している。軸穴１３ｂの内周面と回転軸８の外周面の間には摩擦継手１５が介設されており、摩擦継手１５により付与される摩擦力で補助レバー１３は回転軸８に固定されている。補助レバー１３は回転軸８を基端としてガイドベーンアーム４とほぼ平行に伸び、嵌挿穴１３ａには弱点ピン５を嵌挿させているが、嵌挿穴１３ａは弱点ピン５よりも径が大きく、嵌挿穴１３ａの内周面と弱点ピン５の外周面の間には適当な間隙が存在する。したがって、弱点ピン５が破断していない状態では、弱点ピン５と補助レバー１３との間で力は伝達されない。摩擦継手１５は、ボルトの締め付けによって嵌挿穴１３ａ及び回転軸８に対する押し付け力を変化させることで、補助レバー１３を回転軸８に対して固定する静止摩擦力を調整することができる。
【００１５】
このような構成により、サーボモータ１を駆動してガイドリング２を回転駆動すると、ガイドリング２による操作力が、リンクピン７、リンクアーム６，１０、弱点ピン５、ガイドベーンアーム４、キー９、回転軸８を介してガイドベーン３に伝達され、各ガイドベーン３が同時に開閉しランナ外側の流入口又は流出口（図示せず）の開口面積が調整され、ランナに導かれる作動流体の流量が調整される。図４において矢印Ｓ方向にガイドリング２を回動させると、ガイドベーン３は二点鎖線の位置から実線位置に向け回動する。
【００１６】
ここで、図３は摩擦継手と補助レバーを持たない既設のガイドベーン装置の側断面図、図４はその隣り合う２つのガイドベーンの近傍の構造を抽出して表した平面図である。図３及び図４では、本実施形態に係るガイドベーン装置の各部に対応する箇所には、本実施形態の対応箇所の符号にダッシュ「’」を付けた符号を付して説明を省略する。
【００１７】
図３及び図４に示したガイドベーン装置は、摩擦保護機構を持たない既設のガイドベーン装置であり、本実施形態のガイドベーン装置から補助レバー１３、摩擦継手１５を省略した構成とほぼ同様である。この構成の場合、図４に示したように、ランナケーシングに導かれる作動流体に木材等の異物２０が混入してガイドベーン３’，３’間にその異物２０が挟まった場合、過度な操作力が作用した際に弱点ピン５’の弱点部５ａ’が優先的に破断し、ガイドベーン３’やその開閉機構が保護される。しかし、弱点ピン５’が破断した後、弱点ピン５’の破断したガイドベーン３’はガイドリング２’及びリンクアーム６’から切り離されて無拘束状態となり、水力不平衡力によって揺動を起こし隣接するガイドベーン３’やランナ（図示せず）等に衝突してガイドベーン３’やランナ等に損傷を与える恐れがある。
【００１８】
それに対し、本実施形態では、弱点ピン５が破断してガイドベーンアーム４がリンクアーム６，１０から切り離された場合、弱点ピン５の上半部が上側のリンクアーム６に伴って動き、補助アーム１３の嵌挿穴１３ａの内周面に当たる。これにより弱点ピン５の破断後もガイドベーン３はガイドリング２やリンクアーム６に拘束され、無拘束状態となることが避けられる。また、その後ガイドリング２の操作があった場合には、ガイドリング２からの操作力が、リンクピン７、リンクアーム６、弱点ピン５、補助アーム１３、摩擦継手１５、回転軸８を介してガイドベーン３に伝達される。したがって、ガイドベーンの開閉操作や作動流体によってガイドベーン３にかかるモーメントが補助アーム１３及び回転軸８と摩擦継手１５との間に作用する静止摩擦力の範囲であれば、操作量に応じてガイドベーン３が開閉する。
【００１９】
なお、摩擦接手１５による静止摩擦力は、弱点ピン５の破断トルクよりも小さく、ガイドベーン１３に作用する最大水力モーメントよりも大きく設定することが望ましい。この場合、弱点ピン５の破断後も、作動流体からの水力モーメントに抗してガイドベーン３を保持することができ、その後に過大な操作力が発生した場合にも補助レバー１３が回動させて各部の損傷を避けることができる。
【００２０】
ここで、図５は本実施形態のガイドベーン装置の比較例として例示したガイドベーン装置の側断面図である。
【００２１】
図５の比較例では、ガイドベーンアーム３４は、キー３９を介してガイドベーンの回転軸３８に固定された下側アーム部材３４Ｂと、連結ピン４２を介してリンクアーム３６に連結された上側アーム部材３４Ａとで構成されている。上側アーム部材３４Ａと下側アーム部材３４Ｂは弱点ピン３５で連結されている。リンクアーム３６はリンクピン３７を介してガイドリング３２に連結されており、弱点ピン３５の上端部と回転軸３８の上端部は補助レバー４３で連結されている。補助レバー４３と回転軸３８とは摩擦継手４５を介して固定されており、弱点ピン３５は補助レバー４３に対して嵌挿されている。したがって、過大な操作力によって弱点ピン３５が破断しても、摩擦継手４５、補助レバー４３、弱点ピン５、上側アーム部材３４Ａ、連結ピン４２、リンクアーム３６、リンクピン３７を介してガイドベーンがガイドリング３２に拘束され、ガイドベーンの無拘束状態が回避される構成となっている。
【００２２】
しかしながら、図５の比較例の構成では、ガイドリング３２とリンクアーム３６を連結するリンクピン３７、リンクピン３６と上側アーム部材３４Ａを連結する連結ピン４２、及び補助アーム４３と上側アーム部材３４Ａを連結する弱点ピン３５の３つのピンが連結部分に必要となる。
【００２３】
それに対し、本実施形態では、弱点ピン５がリンクアーム６，１０、ガイドベーンアーム４及び補助アーム１３を連結し、かつガイドベーン３の回転軸８に基端側を連結しているので、上側アーム部材３４Ａと連結ピン４２を必要とせず、リンクピン７と弱点ピン５の２つのピンで各アームを連結することができる。したがって、図５の比較例に対して、構造を簡潔化して製作コスト及び組立工数を削減することができる。
【００２４】
また、本実施形態のガイドベーン装置は、その構成が簡素であるため、例えば先の図３に示したような、ランナの外周部の外側の静止部に回動可能に設けた複数のガイドベーン３’と、ガイドベーン３’の回転軸８’にそれぞれ固定した複数のガイドベーンアーム４’と、複数のリンクアーム６’，１０’と、ガイドリング２’と、リンクアーム６’，１０’の一方側をガイドリング２’に回動可能に連結する複数のリンクピン７’と、リンクアーム６’，１０’の他方側とガイドベーンアーム４’とをそれぞれ回動可能に連結する複数の弱点ピン５’とを備えた既設のガイドベーン装置を改造して容易に構成することができる。すなわち、図４の既設のガイドベーン装置において、弱点ピン５’をリンクアーム６’から上方に突出する突出部を有する新たなもの（例えば図２の弱点ピン５）に交換し、一方側に弱点ピンを嵌挿する嵌挿穴を、他方側にガイドベーンの回転軸８’を通す軸穴を有する補助レバー（例えば図２の補助レバー１３）を追加し、補助レバーをガイドベーンの回転軸８’に対して摩擦継手（例えば図２の摩擦継手１５）によって固定することで構成可能である。ガイドベーン４’を交換しないと、リンクアーム６’や交換後の弱点ピン等の高さに対して追設の補助レバーの高さが合わない場合にはガイドベーンアーム４’も適宜交換することで対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るガイドベーン装置の概略構成を表す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガイドベーン装置を各アームの中心線に沿って切断して表した側断面図である。
【図３】摩擦補助機構を持たない既設のガイドベーン装置の側断面図である。
【図４】摩擦補助機構を持たない既設のガイドベーン装置の隣り合う２つのガイドベーンの近傍の構造を抽出して表した平面図である。
【図５】本発明のガイドベーン装置に対する比較例の側断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１            サーボモータ
２，２’      ガイドリング
３，３’      ガイドベーン
４，４’      ガイドベーンアーム
５，５’      弱点ピン
６，６’      リンクアーム
７，７’      リンクピン
８，８’      回転軸
９，９’      キー
１０，１０’  リンク
１３          補助レバー
１５          摩擦接手
【図１】
2010007548.tif 000003
【図２】
2010007548.tif 000004
【図３】
2010007548.tif 000005
【図４】
2010007548.tif 000006
【図５】
2010007548.tif 000007