(57)【要約】【課題】簡単な構造で、かつ、メンテナンス等の作業をより簡単に行うことができる可動翼操作装置を提供することにある。【解決手段】リンク機構と、操作ロッドと、操作ロッドを軸方向に移動させる軸方向移動装置と、を有し、操作ロッドは、主軸よりも鉛直方向上側の端部に突出しており、軸方向移動装置は、付勢装置と、操作ロッドと水力機械の静止部との間に配置され、操作ロッドを水力機械の静止部に対して回転自在な状態で支持する第１回転自在結合器と、操作ロッドの端部に固定され、操作ロッドと一体で回転する回転結合部と、付勢装置の可動部の動作に連動して移動する静止結合部と、静止結合部に対して、回転結合部を回転自在な状態で支持する軸受と、を有し、軸受を介して静止結合部と回転結合部とを軸方向に接触させ、静止結合部の移動に合わせて操作ロッドを軸方向に移動させる第２回転自在結合器と、を有する。【選択図】図２
2016156348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力機械の可動翼の位置を操作する可動翼操作装置であって、
前記可動翼に連結され、前記可動翼を回動させるリンク機構と、
前記水力機械の主軸の内部に挿入され、前記リンク機構に連結され、前記主軸とともに回転し、軸方向に移動可能である操作ロッドと、
前記操作ロッドを前記軸方向に移動させる軸方向移動装置と、を有し、
前記操作ロッドは、前記主軸よりも鉛直方向上側の端部に突出しており、
前記軸方向移動装置は、前記水力機械の静止部に配置された固定部と前記固定部に対して直動方向に移動する可動部とを有する付勢装置と、
前記操作ロッドと前記水力機械の静止部との間に配置され、前記操作ロッドを前記水力機械の静止部に対して回転自在な状態で支持する第１回転自在結合器と、
前記操作ロッドの前記リンク機構が設置されている端部とは逆側の端部に固定され、前記操作ロッドと一体で回転する回転結合部と、前記付勢装置の可動部の動作に連動して移動する静止結合部と、前記静止結合部に対して、前記回転結合部を回転自在な状態で支持する軸受と、を有し、前記軸受を介して前記静止結合部と前記回転結合部とを軸方向に接触させ、前記静止結合部の移動に合わせて前記操作ロッドを軸方向に移動させる第２回転自在結合器と、を有することを特徴とする可動翼操作装置。
【請求項２】
前記付勢装置は、前記第２回転自在結合器の鉛直方向上側に配置され、
前記可動部が、前記第２回転自在結合器の静止結合部と連結することを特徴とする請求項１に記載の可動翼操作装置。
【請求項３】
一方の端部が前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材に連結され、他方の端部が前記付勢装置の前記可動部または前記固定部の一方に連結された第１部材と、
前記第１部材に交差して配置され、前記交差している部分で前記第１部材に回動自在な状態で連結され、一方の端部が前記第２回転自在結合器の静止結合部に連結され、他方の端部が前記付勢装置の前記可動部または前記固定部の他方に連結された第２部材と、を有する伝達機構を有することを特徴とする請求項１に記載の可動翼操作装置。
【請求項４】
前記軸方向移動装置は、前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材と、前記第２回転自在結合器の静止結合部に連結し、前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材と、前記第２回転自在結合器の静止結合部との軸方向の相対移動に対応して、前記軸方向に直交する方向に相対移動し、前記軸方向に直交する方向の相対距離が変化する第１連結部と第２連結部とを有する動力伝達機構を有し、
前記付勢装置は、直接または間接的に動力を伝達し、前記第１連結部と前記第２連結部との相対距離を変化させることを特徴とする請求項１に記載の可動翼操作装置。
【請求項５】
前記軸方向移動装置は、前記動力伝達機構の前記第１連結部に連結された第１管と、前記第１管に積層され、前記動力伝達機構の前記第２連結部に連結された第２管とを有する第１二重管と、
前記動力伝達機構と同じ構成であり、前記第１連結部に対応する連結部が、前記第１管に連結され、前記第２連結部に対応する連結部が前記第２管に連結された離間動力伝達機構と、
前記離間動力伝達機構の軸方向に相対移動する２つの連結部に管路がそれぞれ連結された第２二重管と、を有し、
前記第２二重管は、２つの管路の一方に前記付勢装置の可動部が連結され、他方が静止部に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の可動翼操作装置。
【請求項６】
前記水力機械は、回転部が前記主軸とともに回転する発電機が前記可動翼よりも鉛直方向上側に配置され、
前記主軸は、前記発電機よりも鉛直方向上側の端部に突出していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の可動翼操作装置。
【請求項７】
前記付勢装置は、ピストンと前記ピストンが配置されたシリンダと前記ピストンに接続されたロッドとを備える操作液シリンダと、前記操作液シリンダの前記シリンダの前記ピストンの両側に操作液を供給可能な操作液供給装置と、を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の可動翼操作装置。
【請求項８】
前記操作液供給装置は、前記操作液シリンダに接続された配管と、前記操作液を供給する経路を切換可能なポンプと、前記ポンプを駆動させるモータと、を有し、前記配管と前記シリンダと前記ポンプで操作液回路を形成することを特徴とする請求項７に記載の可動翼操作装置。
【請求項９】
前記操作液供給装置は、前記シリンダに１３ＭＰａ以上の圧力の操作液を供給することを特徴とする請求項７または８に記載の可動翼操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動翼を有する水力機械の可動翼の位置を調整する可動翼操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力機械には、カプラン水車、斜流水車などのように可動翼を持つ羽根車を備えた可動翼式の水力機械がある。可動翼を有する水力機械は、羽根車の可動翼を回転操作してその開度調整を行う可動翼操作装置を有する。可動翼操作装置は、操作液を利用した機構で、直動機構を操作し、直動機構の直動方向の移動をリンク機構で回動方向の移動に変換して羽根車に伝達することで、可動翼を回動させる。
【０００３】
特許文献１には、可動翼操作装置を有する水力機械として、可動翼（可動羽根）と、この可動翼を回動自在に保持する可動翼保持部と、可動翼に回動動作を行わせるリンク機構を有する羽根車と、この羽根車に一体に結合されると共に回転自在に支持される回転軸と、この回転軸の一部を利用して形成されたリンク機構を介し可動羽根の回動操作を操作液により行う液圧式操作装置と、回転軸に装着され、操作液を供給するポンプ装置と、回転軸に装着されポンプ装置から液圧式操作装置への操作液の供給に用いられる操作液用配管とを備え、操作液が通流する部位の全てを回転軸に装着する水力機械が記載されている。また、可動翼操作装置としては、操作液の供給を行う液圧供給装置を静止部分に配置し、液圧供給装置により液圧が供給され、リンク機構を動作させる部分を、回転軸の途中や可動翼保持部の中に配置する装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５６５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水力機械の可動翼操作装置は、主軸の内部に操作液が供給される経路が設けられていると、操作液を供給する機構のメンテナンスの際に、主軸の内部、例えば発電機が配置されている部分の部品の交換や、補修が生じることになる。このため、メンテナンス等の際の作業に手間がかかる。また、主軸の内部に操作液を供給する経路を、主軸に挿入された操作ロッドや、主軸に設けることになる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、かつ、メンテナンス等の作業をより簡単に行うことができる可動翼操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、水力機械の可動翼の位置を操作する可動翼位置操作装置であって、前記可動翼に連結され、前記可動翼を回動させるリンク機構と、前記水力機械の主軸の内部に挿入され、前記リンク機構に連結され、前記主軸とともに回転し、軸方向に移動可能である操作ロッドと、前記操作ロッドを前記軸方向に移動させる軸方向移動装置と、を有し、前記操作ロッドは、前記主軸よりも鉛直方向上側の端部に突出しており、前記軸方向移動装置は、前記水力機械の静止部に配置された固定部と前記固定部に対して直動方向に移動する可動部とを有する付勢装置と、前記操作ロッドと前記水力機械の静止部との間に配置され、前記操作ロッドを前記水力機械の静止部に対して回転自在な状態で支持する第１回転自在結合器と、前記操作ロッドの前記リンク機構が設置されている端部とは逆側の端部に固定され、前記操作ロッドと一体で回転する回転結合部と、前記付勢装置の可動部の動作に連動して移動する静止結合部と、前記静止結合部に対して、前記回転結合部を回転自在な状態で支持する軸受と、を有し、前記軸受を介して前記静止結合部と前記回転結合部とを軸方向に接触させ、前記静止結合部の移動に合わせて前記操作ロッドを軸方向に移動させる第２回転自在結合器と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記付勢装置は、前記第２回転自在結合器の鉛直方向上側に配置され、前記可動部が、前記第２回転自在結合器の静止結合部と連結することが好ましい。
【０００９】
また、一方の端部が前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材に連結され、他方の端部が前記付勢装置の前記可動部または前記固定部の一方に連結された第１部材と、
前記第１部材に交差して配置され、前記交差している部分で前記第１部材に回動自在な状態で連結され、一方の端部が前記第２回転自在結合器の静止結合部に連結され、他方の端部が前記付勢装置の前記可動部または前記固定部の他方に連結された第２部材と、を有する伝達機構を有することが好ましい。
【００１０】
また、前記軸方向移動装置は、前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材と、前記第２回転自在結合器の静止結合部に連結し、前記第１回転自在結合器を支持する静止部側の部材と、前記第２回転自在結合器の静止結合部との軸方向の相対移動に対応して、前記軸方向に直交する方向に相対移動し、前記軸方向に直交する方向の相対距離が変化する第１連結部と第２連結部とを有する動力伝達機構を有し、前記付勢装置は、直接または間接的に動力を伝達し、前記第１連結部と前記第２連結部との相対距離を変化させることが好ましい。
【００１１】
また、前記軸方向移動装置は、前記動力伝達機構の前記第１連結部に連結された第１管と、前記第１管に積層され、前記動力伝達機構の前記第２連結部に連結された第２管とを有する第１二重管と、前記動力伝達機構と同じ構成であり、前記第１連結部に対応する連結部が、前記第１管に連結され、前記第２連結部に対応する連結部が前記第２管に連結された離間動力伝達機構と、前記離間動力伝達機構の軸方向に相対移動する２つの連結部に管路がそれぞれ連結された第２二重管と、前記第２二重管は、２つの管路の一方に前記付勢装置の可動部が連結され、他方が静止部に連結されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記水力機械は、回転部が前記主軸とともに回転する発電機が前記可動翼よりも鉛直方向上側に配置され、前記主軸は、前記発電機よりも鉛直方向上側の端部に突出していることが好ましい。
【００１３】
また、前記付勢装置は、ピストンと前記ピストンが配置されたシリンダと前記ピストンに接続されたロッドとを備える操作液シリンダと、前記操作液シリンダの前記シリンダの前記ピストンの両側に操作液を供給可能な操作液供給装置と、を有することが好ましい。
【００１４】
また、前記操作液供給装置は、前記操作液シリンダに接続された配管と、前記操作液を供給する経路を切換可能なポンプと、前記ポンプを駆動させるモータと、を有し、前記配管と前記シリンダと前記ポンプで操作液回路を形成することが好ましい。
【００１５】
また、前記操作液供給装置は、前記シリンダに１３ＭＰａ以上の圧力の操作液を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、簡単な構造で、かつ、メンテナンス等の作業をより簡単に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、水力発電装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す水力発電装置のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。
【図３】図３は、他の実施形態の水力機械のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。
【図４】図４は、他の実施形態の水力発電装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、図４に示す水力発電装置のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。
【図６】図６は、ランナ操作装置の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１９】
図１は、水力発電装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す水力発電装置５は、発電機フロア２に配置されている。水力発電装置５は、発電機６と発電機６を回転させる水力機械１０と、を有する。発電機６は、発電機フロア２に設置されている。発電機６は、発電機フロア２に対して静止する静止部７と、静止部７に対して回転する回転部８とを有する。発電機６は、回転部８が静止部７に対して回転することで、発電する。発電機６は、回転部８と主軸１２を通じて水力機械１０に接続されている。水力機械１０は、発電機６の回転部８に支持され、回転部８とともに回転する。また、水力機械１０の一部は、静止部７と同様回転しない。
【００２０】
次に、図１に加え、図２を用いて、水力機械１０について説明する。図２は、図１に示す水力発電装置のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。本実施形態の水力機械１０は、カプラン水車である。水力機械１０は、主軸（回転軸、発電機軸）１２と、ランナベーン１４と、ランナボス１６と、ランナ操作装置２０と、を有する。また、水力機械１０は、さらに水路４のランナベーン１４の上流側にガイドベーンを配置してもよい。
【００２１】
本実施形態の水力機械１０は、鉛直方向に沿って主軸１２が設置され、主軸１２を通じて発電機６の回転部８と接続された状態で鉛直方向を軸として軸周りに回転する。主軸１２は、鉛直方向上側の端部が発電機６の鉛直方向上側の端面より鉛直方向上側に突出している。主軸１２は、中空軸である。
【００２２】
ランナベーン１４は、主軸１２の鉛直方向下側の端部の水路４に配置されている。ランナベーン１４は、回転方向に複数配置されている。ランナボス１６は、主軸１２の鉛直方向下側の端部に配置され、ランナベーン１４を回動自在な状態で支持する。
【００２３】
ランナ操作装置２０は、ランナベーン１４を回動させ、ランナベーン１４の向きを調整する装置である。ランナ操作装置２０は、複数のランナベーン１４のそれぞれを通り、回転軸に直交する方向を軸として、複数のランナベーン１４を一体で回動させる。ランナ操作装置２０は、リンク機構２４と、操作ロッド２６と、スペーサ２８と、操作ロッド２６と、カバー３８と、を有する。
【００２４】
リンク機構２４は、一方がランナベーン１４に接続され、他方が操作ロッド２６に接続されている。リンク機構２４は、直動運動を回動運動に変換する機構である。操作ロッド２６の直動運動を回動運動に変換することで、ランナベーン１４を回動させる。
【００２５】
操作ロッド２６は、主軸１２の内部に挿入されている。操作ロッド２６は、鉛直方向下側の端部でリンク機構２４に接続されている。操作ロッド２６は、鉛直方向上側の端部が主軸１２よりも鉛直方向上側に突出している。
【００２６】
スペーサ２８は、主軸１２の鉛直方向上側の端部に固定されている。スペーサ２８は、水力機械１０の静止部側の部材であり、主軸１２と一体で回転しない。スペーサ２８は、内部が中空であり、主軸１２よりも突出している操作ロッド２６が挿入されている。スペーサ２８は、軸方向移動装置３０の後述する第１回転自在結合器３３を介して操作ロッド２６を回転自在かつ軸方向に移動自在な状態で支持している。
【００２７】
軸方向移動装置３０は、操作ロッド２６を軸方向に移動させる。軸方向移動装置３０は、操作液シリンダ３２と、第１回転自在結合器３３と、第２回転自在結合器３４と、操作液供給装置３６と、を有する。
【００２８】
操作液シリンダ３２は、スペーサ２８の鉛直方向上側に配置され、スペーサ２８と同様に静止部側の部材となる。操作液シリンダ３２は、操作液供給装置３６から供給される操作液により、操作ロッド２６を軸方向に移動させる。つまり操作液シリンダ３２は、操作ロッド２６を直動方向に移動させる。操作液シリンダ３２は、ピストン４２と、ピストン４２に接続されたロッド４４と、ピストン４２を収納するシリンダ４６と、を有する。ロッド４４は、一方の端部がピストン４２に固定され、他方の端部がシリンダ４６よりもスペーサ２８側に突出し、第２回転自在結合器３４を通じて操作ロッド２６に結合されている。シリンダ４６は、スペーサ２８の鉛直方向上側に固定されている。操作液シリンダ３２は、シリンダ４６内のピストン４２よりも鉛直方向上側の領域が第１室４８となり、シリンダ４６内のピストン４２よりも鉛直方向下側の領域、つまりスペーサ２８側の領域が第２室４９となる。
【００２９】
第１回転自在結合器３３は、主軸１２とスペーサ２８との間に配置されている。第１回転自在結合器３３は、スラストベアリングであり、主軸１２とスペーサ２８とをスペーサ２８に対して主軸１２を回転自在かつ軸方向に移動自在な状態で連結している。
【００３０】
第２回転自在結合器３４は、操作ロッド２６と操作液シリンダ３２のロッド４４とを相対的に回転自在な状態で、かつ、軸方向に一体で移動する状態で連結している。第２回転自在結合器３４は、軸受（スラストベアリング）５０、５２と、静止結合部５４と、回転結合部５６と、を有する。軸受５０、５２は、内側に配置された部材である操作ロッド２６と外側に配置された部材である静止結合部５４とを回転方向に回転自在な状態で支持する。静止結合部５４は、ロッド４４と連結されており、ロッド４４と一体で軸方向に移動する。静止結合部５４は、内部に軸受５０、５２と回転結合部５６とが配置されている。静止結合部５４は、軸方向において、軸受５０と軸受５２との互いに向かい合う面とは反対側の面と接している。また、操作ロッド２６が挿入されている。回転結合部５６は、操作ロッド２６の端部に固定され、操作ロッド２６と一体で回転し、軸方向に移動する。回転結合部５６は、軸方向における軸受５０と軸受５２との間に配置され、操作ロッド２６の径方向に突出し、軸受５０と軸受５２とに、挟み込まれるフランジ部を有する。回転自在結合器のスラストベアリングは、ころ軸受などやすべり軸受なども使用可能である。なお、発熱を抑制できるため、ころ軸受をもちいることが好ましい。
【００３１】
第２回転自在結合器３４は、このように、軸方向において、回転結合部５６のフランジ部が軸受５０、５２によって挟み込まれ、軸受５０、５２が静止結合部５４で挟み込まれる。また、第２回転自在結合器３４は、静止結合部５４と回転結合部５６とが回転自在な状態となる。これにより、第２回転自在結合器３４は、静止結合部５４と回転結合部５６とを回転自在な状態とし、かつ、静止結合部５４と回転結合部５６とを軸方向に連動して移動させる。
【００３２】
操作液供給装置３６は、操作液シリンダ３２に操作液を供給する。操作液供給装置３６は、モータにより可逆ポンプを操作して、操作液を供給する方向を切り換えるハイブリッドサーボである。操作液供給装置３６は、第１経路６０と、第２経路６２と、ポンプ６４と、モータ６６と、操作液貯留タンク６８と、を有する。
【００３３】
第１経路６０は、ポンプ６４と、第１室４８とを繋げる経路である。第２経路６２は、ポンプ６４と、第２室４９とを繋げる経路である。ポンプ６４は、第１経路６０に操作液を供給する状態と、第２経路６２に操作液を供給する状態を切り換えることができる可逆ポンプである。モータ６６は、ポンプ６４を駆動する。操作液貯留タンク６８は、ポンプ６４に操作液を供給し、操作液シリンダ３２からの漏油を回収する。
【００３４】
カバー３８は、発電機６のカバーに固定されている。カバー３８は、主軸１２の鉛直方向上側の端部に連結されているランナ操作装置２０の各部、具体的に操作液シリンダ３２とスペーサ２８の外周を覆っている。
【００３５】
水力機械１０は、水路４に水が流れ、ランナベーン１４が配置されている領域を通過すると、通過する水の力でランナベーン１４が回転方向の力を受ける。ランナベーン１４に回転方向の力が作用するとランナベーン１４、ランナボス１６及び主軸１２が回転する。水力発電装置５は、水力機械１０が回転することで、発電機６の回転部８が回転し、発電する。
【００３６】
また、ランナ操作装置２０は、操作液供給装置３６のモータ６６でポンプ６４を駆動させ、第１経路６０を介して第１室４８に操作液を供給することで、第１室４８の操作液の圧を第２室４９の操作液の圧よりも高くし、ピストン４２を第２室４９側に付勢する。これにより、ピストン４２が第２室４９側に移動され、第２回転自在結合器３４を介してピストン４２に連結されている操作ロッド２６が鉛直方向下側に移動される。操作ロッド２６が移動することで、リンク機構２４を介してランナベーン１４が回動される。また、第２室４９から排出された操作液は、第２経路６２からポンプ６４に排出される。ポンプ６４は、第２経路６２から排出された操作液を第１経路６０に供給する。このように、操作液供給装置３６は、シリンダ４６、第１経路６０、第２経路６２、ポンプ６４を１つの閉じられた経路として、操作液を移動させる。
【００３７】
また、ランナ操作装置２０は、操作液供給装置３６のモータ６６でポンプ６４を駆動させ、第２経路６２を介して第２室４９に操作液を供給することで、第２室４９の操作液の圧を第１室４８の操作液の圧よりも高くし、ピストン４２を第１室４８側に付勢する。これにより、ピストン４２が第１室４８側に移動され、第２回転自在結合器３４を介してピストン４２に連結されている操作ロッド２６が鉛直方向上側に移動される。操作ロッド２６が移動することで、リンク機構２４を介してランナベーン１４が、操作ロッド２６が鉛直方向下側に移動した場合とは反対の方向に回動される。また、第１室４８から排出された操作液は、第１経路６０からポンプ６４に排出される。ポンプ６４は、第１経路６０から排出された操作液を第２経路６２に供給する。このように、操作液供給装置３６は、シリンダ４６、第１経路６０、第２経路６２、ポンプ６４を１つの閉じられた経路として、操作液を移動させる。ランナ操作装置２０は、操作液シリンダ３２に供給する操作液を制御し、操作液の圧を調整することで、ランナベーン１４を回動操作し開度を調整する。
【００３８】
本実施形態のランナ操作装置２０は、操作ロッド２６を主軸１２よりも鉛直方向上側まで配置し、発電機６よりも鉛直方向上側に突出させ、操作ロッド２６の鉛直方向上側に操作液が循環するシリンダ４６を配置することで、操作液が操作ロッド２６及び主軸１２の内部に流入しない構造とすることができる。これにより、ランナ操作装置２０の構造を簡単にすることができ、操作液が循環する経路のメンテナンスを簡単にすることができる。具体的には、経年あるいは事故で補修や交換が必要になった場合も、発電機６を分解せずに処理が可能であり、停止期間や補修コストを大幅に低減できる。
【００３９】
また、ランナ操作装置２０は、操作液供給装置３６で、可逆式のポンプ６４をモータ６６で駆動し、双方向に操作液を供給するハイブリッドサーボとすることで、例えばギアポンプやスクリューポンプから圧油タンクに蓄圧された圧油の場合、あるいは斜板式ピストンポンプやギアポンプなどの定容量の容積型ポンプを直接接続している場合よりも効率よく高い圧力の操作液を供給することができる。操作液を高圧にできることで、操作液シリンダ３２を小型化することができる。具体的には、操作液供給装置３６は、シリンダに５ＭＰａ以上の圧力の操作液を供給することが好ましく、シリンダに１３ＭＰａ以上の圧力の操作液を供給することがさらに好ましい。これにより、操作液シリンダ３２を小型化することができる。また、発電機６に補強等を行わずに、主軸１２の鉛直方向上側の端部に操作液シリンダ３２を配置することができる。なお、操作液供給装置３６は、シリンダに５ＭＰａ以上、好ましくは１３ＭＰａ以上の圧力の操作液を供給することで、装置を小型化することができ、効率よく駆動を行うことができるが、シリンダに５ＭＰａ未満の圧力の作動液を供給する構成としてもよい。
【００４０】
また、ランナ操作装置２０は、操作液を回転部に導入するための複雑な構造を持つ操作液の導入装置に代わり、単純な形状でかつ高圧の操作液を供給する導入装置を採用する。これにより、可動翼の開度調整に必要な作動機構の小型化が可能になり、かつ、水力機械１０の製造コストを低減することが可能になる。
【００４１】
また、ランナ操作装置２０は、第２回転自在結合器３４で、操作液シリンダ３２のロッド４４と操作ロッド２６とを連結することで、操作液シリンダ３２を静止部側に配置することができる。これにより、操作液シリンダ３２の構造を簡単にすることができる。また、第１回転自在結合器３３を設けることで、操作ロッド２６、主軸１２の一部に負荷が集中することを抑制でき、操作ロッド２６の鉛直方向上側に軸方向移動装置３０の各部を配置した場合に生じる影響を小さくすることができる。
【００４２】
図３は、他の実施形態の水力機械のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。図３に示す水力機械１０ａのランナ操作装置２０ａは、軸方向移動装置３０ａの構造以外は、水力機械１０と同様の構造である。
【００４３】
軸方向移動装置３０ａは、操作液シリンダ３２ａと、第１回転自在結合器３３と、第２回転自在結合器３４と、操作液供給装置３６と、伝達機構８０と、を有する。軸方向移動装置３０ａは、第１回転自在結合器３３及び第２回転自在結合器３４と、操作液シリンダ３２ａと、が伝達機構８０を介して接続されている。本実施形態では、第１回転自在結合器３３が支持している静止側の部材を第１静止部７０とし、第２回転自在結合器３４が支持している静止側の部材を第２静止部７２とする。図１及び図２に示す第２回転自在結合器３４は、静止結合部５４が直接ロッド４４に接続されている。これに対して、本実施形態の第２回転自在結合器３４は、第２静止部７２は伝達機構８０を介して操作液シリンダ３２ａに接続されている。
【００４４】
伝達機構８０は、第１部材８２と、第２部材８４と、第１部材８２と第２部材８４とを回動自在に連結する連結部８６と、を有する。第１部材８２は、細長い板状の部材であり、一方の端部が連結部８３ａを介して、第１静止部７０に連結され、他方の端部が連結部８３ｂを介してロッド４４に連結されている。連結部８３ａ、８３ｂは、回動自在な状態で支持している。第２部材８４は、細長い板状の部材であり、一方の端部が連結部８５ａを介して、第２静止部７２に連結され、他方の端部が連結部８５ｂを介してシリンダ４６に連結されている。連結部８５ａ、８５ｂは、回動自在な状態で支持している。伝達機構８０は、第１部材８２と第２部材８４との板状の一部が交差している。連結部８６は、第１部材８２と第２部材８４との交差している部分に配置され、第１部材８２と第２部材８４とを回動自在な状態で連結する。伝達機構８０は、連結部８６が支点となり、連結部８３ａと連結部８５ａの距離と、連結部８３ｂと連結部８５ｂの距離とが連動して変化する。具体的には、伝達機構８０は、連結部８３ａと連結部８５ａの距離が短くなると、連結部８３ｂと連結部８５ｂの距離が短くなる。伝達機構８０は、連結部８３ａと連結部８５ａの距離が長くなると、連結部８３ｂと連結部８５ｂの距離が長くなる。
【００４５】
軸方向移動装置３０ａは、操作液シリンダ３２ａのピストン４２をシリンダ４６内で移動させ、連結部８３ｂと連結部８５ｂの距離を変化させることで、連結部８３ａに連結されている第１静止部７０と、連結部８５ａに連結されている第２静止部７２との距離を変化させることができる。これにより、第１静止部７０に対して、第２静止部７２を近づけることができ、静止部に対して、操作ロッド２６を軸方向に移動させることができる。
【００４６】
ランナ操作装置２０ａは、伝達機構８０を介して操作液シリンダ３２ａの動力を伝達し、第１回転自在結合器３３と第２回転自在結合器３４との相対距離を変化させることで、水力発電装置５の回転部に係るスラスト力の増加を抑制することができ、操作液シリンダ３２で生じる負荷を支持する支点を設けずに、各位置に力を付与することができる。
【００４７】
ランナ操作装置２０ａは、伝達機構８０を介して操作液シリンダ３２ａの動力を伝達することで、伝達機構８０の連結部８６を支点とした各連結部８３ａ、８３ｂ、８５ａ、８５ｂの距離を調整することで、操作液シリンダ３２ａの動力を小さくしてもランナを操作することができる。これにより、動作に必要な圧力を小さくすることができ、操作液シリンダ３２ａ及び操作液供給装置３６に種々の機構を用いることができる。
【００４８】
図４は、他の実施形態の水力発電装置の概略構成を示す模式図である。図５は、図４に示す水力発電装置のランナ操作装置の一部を拡大して示す模式図である。図６は、ランナ操作装置の動作を説明するための説明図である。図４から図６に示す水力機械１０ｂのランナ操作装置２０ｂは、軸方向移動装置３０ｂの構造以外は、水力機械１０と同様の構造である。
【００４９】
軸方向移動装置３０ｂは、操作液シリンダ３２と、第１回転自在結合器３３と、第２回転自在結合器３４と、操作液供給装置３６と、伝達機構１００と、を有する。軸方向移動装置３０ｂは、第１回転自在結合器３３及び第２回転自在結合器３４と、操作液シリンダ３２と、が伝達機構１００を介して接続されている。本実施形態でも、第１回転自在結合器３３が支持している静止側の部材を第１静止部７０とし、第２回転自在結合器３４が支持している静止側の部材を第２静止部７２とする。本実施形態の操作液シリンダ３２は、シリンダ４６が発電機フロア２に設置されている。
【００５０】
伝達機構１００は、第１動力伝達機構１０２と、第２動力伝達機構１０４と、第１二重管１０５と、第２二重管１０９と、を有する。第１動力伝達機構１０２は、ひし形リンク機構である。第１動力伝達機構１０２は、連結部１３０、１３２、１３４、１３６と、連結棒１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄを有する。連結部１３０は、第１静止部７０に連結されている。連結部１３０には、回動可能な状態で連結棒１３８ａ、１３８ｂが連結されている。連結部１３２は、第２静止部７２に連結されている。連結部１３２には、回動可能な状態で連結棒１３８ｃ、１３８ｄが連結されている。連結部１３４は、連結棒１３８ａと連結棒１３８ｄとが回動可能な状態で連結されている。連結部１３６は、連結棒１３８ｂと連結棒１３８ｃとが回動可能な状態で連結されている。これにより、第１動力伝達機構１０２は、連結棒１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄで四角形が形成され、四角形の頂点に連結部１３０、１３２、１３４、１３６が配置される。また、連結棒１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄが同じ長さであり、連結部１３０と連結部１３２とが直動方向のみに移動可能であるため、連結棒１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄで形成される四角形はひし形となる。第１動力伝達機構１０２は、連結部１３０と連結部１３２とが直動方向（軸方向）に移動すると、連結部１３４と連結部１３６とが、直動方向に移動しつつ、相対距離が変化する方向に移動する。具体的には、第１動力伝達機構１０２は、連結部１３０と連結部１３２との距離が短くなると、連結部１３４と連結部１３６との距離が長くなる。第１動力伝達機構１０２は、連結部１３０と連結部１３２との距離が長くなると、連結部１３４と連結部１３６との距離が短くなる。
【００５１】
第１二重管１０５は、内側管１０６と内側管１０６の外周面を覆うように配置された外側管１０８とを有する。第１二重管１０５は、水平方向が軸方向となる向きで配置されている。内側管１０６は、連結部１３６に連結されている。外側管１０８は、連結部１３４に連結されている。第１二重管１０５は、内側管１０６と外側管１０８とが独立して第１二重管１０５の軸方向に移動する。第１動力伝達機構１０２は、連結部１３４、１３６が、水力機械１０ｂの軸方向に直交する方向の位置が同じ位置を維持して軸方向に移動する。このため、第１二重管１０５は、内側管１０６と外側管１０８とが同軸上に配置された状態を維持しながら、独立して第１二重管１０５の軸方向に移動することができる。
【００５２】
第２動力伝達機構１０４は、連結部１４０、１４２、１４４、１４６と、４つの連結棒１４８を有する。第２動力伝達機構１０４は、第１動力伝達機構１０２と同様の構造である。第２動力伝達機構１０４は、４つの連結棒１４８で四角形が形成され、四角形の頂点に連結部１４０、１４２、１４４、１４６が配置される。連結部１４４は、第１二重管１０５の外側管１０８に連結されている。連結部１４６は、第１二重管１０５の内側管１０６に連結されている。
【００５３】
第２二重管１０９は、内側管１１０と内側管１１０の外周面を覆うように配置された外側管１１２とを有する。第２二重管１０９は、鉛直方向が軸方向となる向きで配置されている。内側管１１０は、一方の端部が連結部１４２に連結され、他方の端部が操作液シリンダ３２のロッド４４に連結されている。外側管１１２は、一方の端部が連結部１４０に連結され、他方の端部が静止部である発電機フロア２に連結されている。第２二重管１０９は、内側管１１０と外側管１１２とが独立して第２二重管１０９の軸方向に移動する。
【００５４】
伝達機構１００は、操作液シリンダ３２の力を第２二重管１０９、第２動力伝達機構１０４、第１二重管１０５、第１動力伝達機構１０２の経路で第１静止部７０及び第２静止部７２に伝達する。例えば、伝達機構１００は、操作液シリンダ３２の力でロッド４４が距離Ｗ移動することで、第２二重管１０９の内側管１１０と外側管１１２とが距離Ｗ相対移動する。第２二重管１０９の内側管１１０と外側管１１２とが相対移動すると、第２動力伝達機構１０４の連結部１４０と連結部１４２の距離が変化し、連結部１４４と連結部１４６の距離が反対方向に変化する。これにより、第１二重管１０５の内側管１０６と外側管１０８とが相対移動し、相対移動により第１動力伝達機構１０２の連結部１３４と連結部１３６の距離が、連結部１４４と連結部１４６の距離と同じ距離変化し、連結部１３０と連結部１３２の距離が、連結部１４０と連結部１４２の距離と同じ距離である距離Ｗ変化する。
【００５５】
このように、ランナ操作装置２０ｂは、伝達機構１００を用い、ひし形リンクの第１動力伝達機構１０２、第２動力伝達機構１０４で動力を伝達することで、操作液シリンダ３２から出力する操作力を支持する部分を設けずに動力を伝達することができる。これにより、支点に大きな負荷がかかることを抑制することができる。
【００５６】
また、第１二重管１０５、第２二重管１０９で動力を伝達し、ひし形リンクの第１動力伝達機構１０２、第２動力伝達機構１０４を対称形状とすることで、第１回転自在結合器３３及び第２回転自在結合器３４と、操作液シリンダ３２との距離を離すことができる。具体的には、第１回転自在結合器３３及び第２回転自在結合器３５と、操作液シリンダ３２との水平方向の距離Ｌを大きくすることができる。これにより、操作液シリンダ３２を発電機６の上ではなく、発電機フロア２に配置することができる。また、この場合でも動力伝達にひし形リンクの第１動力伝達機構１０２、第２動力伝達機構１０４を用いることで、支点に大きな負荷がかかることを抑制することができる。
【００５７】
また、上記実施形態のランナ操作装置２０ｂは、動力伝達機構を２つ設け、二重管を２つ設けたが、これに限定されない。例えば、第１二重管１０５の端部に操作液シリンダ３２を設けてもよいし、動力伝達機構と二重管との組み合わせを３つ以上設けてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態のランナ操作装置２０ｂは、二重管で動力伝達機構の相対移動を伝達したが、相対移動を伝達できればよく、一対の板の組み合わせでも棒の組み合わせでもよい。
【００５９】
ここで、ランナ操作装置２０は、操作液として、油を用いることが好ましいが、これに限定されない。操作液としては、水車装置に使用可能であるならば適宜の液体の採用が可能である。また、本実施形態のランナ操作装置２０は、効率よく駆動ができるため、軸方向移動装置３０、３０ａ、３０ｂの直動方向に移動させる機構として操作液シリンダを用いたが、操作液を用いずに、直動方向に移動を行う付勢装置を用いてもよい。例えば、電動で稼働する直動装置を用いてもよい。また本実施形態は、水力機械１０をカプラン水車であるとしてきたが、これに限定されることはなく、斜流水車やバルブ水車などの可動翼を有する他の可動羽根式の水車装置とすることができる。また、水力機械１０は、可動羽根式のポンプ装置を含む可動羽根式の水力機械装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２  発電機フロア
４  水路
５  水力発電装置
６  発電機
７  静止部
８  回転部
１０  水力機械
１２  主軸（回転軸、発電機軸）
１４  ランナベーン
１６  ランナボス
２０  ランナ操作装置
２４  リンク機構
２６  操作ロッド
２８  スペーサ
３０、３０ａ  軸方向移動装置
３２  操作液シリンダ
３３  第１回転自在結合器
３４  第２回転自在結合器
３６  操作液供給装置
３８  カバー
４２  ピストン
４４  ロッド
４６  シリンダ
４８  第１室
４９  第２室
５０、５２  軸受
５４  静止結合部
５６  回転結合部
６０  第１経路
６２  第２経路
６４  ポンプ
６６  モータ
６８  操作液貯留タンク
７０  第１静止部
７２  第２静止部
８０、１００  伝達機構
８２  第１部材
８３ａ、８３ｂ、８５ａ、８５ｂ、８６  連結部
８４  第２部材
１０２  第１動力伝達機構
１０４  第２動力伝達機構
１０５  第１二重管
１０９  第２二重管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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