(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路内の水流を、ランナーボスに回転可能に取り付けられたランナーベーンで受けてランナーを回転させ、このランナーの回転を発電機に伝達して発電を行う水車発電機の過速度防止装置において、
前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角度まで変更可能にする取付角度変更機構と、
前記ランナーベーンを定格回転可能角度に固定させるべく前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構と、
を備え、
前記発電機に対する電気負荷がなくなった時に、前記作動規制機構による前記取付角度変更機構に対する作動規制が解除され、水流の作用により前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度がフェザーリング角度となることを特徴とする水車発電機の過速度防止装置。
【請求項２】
前記取付角度変更機構は、前記ランナーボスの軸中心に沿って設けられたスライド孔と、このスライド孔に軸心方向に相対移動可能に収容されたスライドブロックと、このスライドブロックの外周面に形成されたガイド溝と、前記ランナーベーンの基端に設けられていて前記ガイド溝に移動可能に係合するパイロットピンと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項３】
前記作動規制機構は、前記スライド孔に対する前記スライドブロックの軸心方向への相対移動を規制するものであることを特徴とする請求項２に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項４】
前記作動規制機構は、一端が前記スライドブロックに固定され他端が前記発電機への回転伝達用ロータに相対回転不能で且つ軸心方向に相対移動可能なシャフトと、前記シャフトの他端に相対回転可能で且つ軸心方向に相対移動不能に係合し前記シャフトの軸心方向運動を水から離隔された空間部まで伝達するリンク機構と、このリンク機構を前記空間部内で固定可能にする制動手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項５】
前記制動手段は、前記リンク機構に取り付けられたストッパと、このストッパが係合可能な係合部を有する制動ベースと、前記ストッパを前記係合部から解除する方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパを前記係合部に係合させる方向に引き寄せストッパと係合部を係合状態に保持する電磁石と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項６】
前記電磁石は、前記発電機で発電中の電気が供給されて作動することを特徴とする請求項５に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【請求項７】
前記制動ベースには複数の係合部が設けられ、この複数の係合部の中から前記ストッパと係合する係合部を選択することにより、前記ランナーベーンの定格回転可能角度が変更可能であることを特徴とする請求項５に記載の水車発電機の過速度防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水流によりランナーを回転し、その回転を発電機に伝達して発電を行う水車発電機における過速度防止技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の水車発電機では、ランナーが回転している時に何らかの不測の事態により発電機が電路から切り離されて発電機の負荷がなくなると、ランナーの回転速度が定格回転速度よりも上昇し、いわゆる過速度で回転するという特性がある。
このように、ランナーが過速度で回転すると、ランナーの回転部分等が機械的損傷を受けるため好ましくない。そこで、水車発電機では、ランナーの過速度を防止する装置を備えている。
【０００３】
従来、水車発電機の過速度防止には、効率向上を目的として流れの向きを調節するためにランナーのすぐ上流側に設けられた多数のガイドベーンを全閉にすることにより、水の流れを遮断し、ランナーの回転速度を低下させていた。この場合、過速度防止装置は、ランナーの回転速度を機械的に検知する速度検出部と、全てのガイドベーンの角度を一括して調節するガイドベーン角度調節部と、速度検出部で検出された回転速度に基づいてガイドベーン角度調節部を動作させるリンク機構や油圧回路等の駆動制御部と、から構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水車発電機の過速度防止装置は、上述したように構造が複雑で、動作も複雑なため、作動不良が生じ易く、小型化も困難という欠点があった。また、駆動制御部の動力に圧油を用いており、その圧油装置が複雑で大型になるため、特に小出力の水車発電機に装備するには不向きであった。
【０００５】
また、ガイドベーンが全閉になるまでの過渡期において、短時間ではあるがランナーが過速度状態になることは避けられず、そのため、過速度回転にも耐えられるように回転部分の設計をしなければならなかった。ランナーには速度の２乗に比例する遠心力が作用するので、回転部分を過速度状態にも耐えられるように設計するとなると、極めて高い強度が要求されるようになり、使用可能な材質も限られ、高価になるという不利点もあった。
そこで、この発明は、構造および制御が簡単で、安価にでき、小出力の水車発電機にも装備可能で、ランナーが過速度状態になるのを未然に確実に防止することができる水車発電機の過速度防止装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、水路内の水流を、ランナーボスに回転可能に取り付けられたランナーベーンで受けてランナーを回転させ、このランナーの回転を発電機に伝達して発電を行う水車発電機の過速度防止装置において、前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角度まで変更可能にする取付角度変更機構と、前記ランナーベーンを定格回転可能角度に固定させるべく前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構と、を備え、前記発電機に対する電気負荷がなくなった時に、前記作動規制機構による前記取付角度変更機構に対する作動規制が解除され、水流の作用により前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度がフェザーリング角度となることを特徴とする。
【０００７】
このように構成することにより、発電機に電気負荷が加わる正常時には、作動規制機構が作動して取付角度変更機構によりランナーベーンが定格回転可能角度に固定されているが、発電機に電気負荷がなくなった時には、作動規制機構による作動規制が解除されるためランナーベーンは取付角度変更機構により定格回転可能角度からフェザーリング角度に姿勢変更可能になる。そしてこの時、ランナーベーンには水流によって生じる力により水流に対する抵抗が小さくなる方向に回転力が作用する。その結果、ランナーボスに対するランナーベーンの取付角度がフェザーリング角度に変更せしめられる。なお、フェザーリング角度は、ランナーベーンに水流による回転力が殆ど発生しない姿勢であり、換言すれば、水流に対する抵抗が一番小さくなる姿勢である。
【０００８】
また、この発明において、前記取付角度変更機構は、前記ランナーボスの軸中心に沿って設けられたスライド孔と、このスライド孔に軸心方向に相対移動可能に収容されたスライドブロックと、このスライドブロックの外周面に形成されたガイド溝と、前記ランナーベーンの基端に設けられていて前記ガイド溝に移動可能に係合するパイロットピンと、を備えて構成することができる。
このように取付角度変更機構を構成した場合には、発電機に電気負荷がなくなって、作動規制機構による作動規制が解除されると、ランナーベーンは水流に対する抵抗が小さくなる方向に回転し、その回転力がパイロットピンとガイド溝を介してスライドブロックに作用する。その結果、スライドブロックはスライド孔を軸心方向に移動し、ランナーベーンがフェザーリング角度になると同時にスライドブロックが停止する。このようにすると、取付角度変更機構を簡単な構成にすることができ、また、作動不良を生じにくくすることができる。
【０００９】
また、この発明において、前記作動規制機構は、前記スライド孔に対する前記スライドブロックの軸心方向への相対移動を規制するもので構成することができる。スライドブロックがスライド孔を軸心方向に相対移動できなければ、ランナーベーンはランナーボスに対する取付姿勢を変えることができない。このようにすると、正常時にはランナーベーンを確実に定格回転可能角度に固定することが可能になる。
【００１０】
また、この発明において、前記作動規制機構は、一端が前記スライドブロックに固定され他端が前記発電機への回転伝達用ロータに相対回転不能で且つ軸心方向に相対移動可能なシャフトと、前記シャフトの他端に相対回転可能で且つ軸心方向に相対移動不能に係合し前記シャフトの軸心方向運動を水から離隔された空間部まで伝達するリンク機構と、このリンク機構を前記空間部内で固定可能にする制動手段と、を備えて構成することができる。
このように作動規制機構を構成した場合には、発電機に電気負荷が加わる正常時に、ランナーボスとスライドブロックとシャフトが同期回転し、さらに、シャフトと回転伝達用ロータが同期回転して、ランナーの回転が発電機に伝達される。また、制動手段を、水から離隔された空間部内に設置することができ、これにより、制動手段に耐水性が不要になり、制動手段を電気的に制御することが容易にできる。
【００１１】
また、この発明において、前記制動手段は、前記リンク機構に取り付けられたストッパと、このストッパが係合可能な係合部を有する制動ベースと、前記ストッパを前記係合部から解除する方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパを前記係合部に係合させる方向に引き寄せストッパと係合部を係合状態に保持する電磁石と、を備えて構成することができる。
このように制動手段を構成した場合には、電磁石に通電することによりストッパを制動ベースの係合部に係合した状態に保持することができ、その結果、シャフトに係合するリンク機構を移動不能にすることができる。一方、電磁石の通電を停止することにより付勢手段がストッパを係合部から解除することができ、その結果、シャフトに係合するリンク機構を移動可能にすることができる。したがって、電磁石の通電を制御することにより、取付角度変更機構の作動を規制したり規制解除することが容易にできる。
【００１２】
また、この発明において、前記電磁石は、前記発電機で発電中の電気が供給されて作動するようにすることが可能である。このように構成した場合には、発電機に対する電気負荷がなくなると同時に電磁石への通電を停止することが可能になる。その結果、発電機に対する電気負荷がなくなった時にランナーベーンを極めて迅速にフェザーリング角度にすることが可能になる。
【００１３】
また、この発明において、前記制動ベースに複数の係合部が設けられ、この複数の係合部の中から前記ストッパと係合する係合部を選択することにより、前記ランナーベーンの定格回転可能角度が変更可能にすることが可能である。このように構成した場合には、水路を流れる水の量に応じて定格回転可能角度を変更することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る水車発電機の過速度防止装置の一実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１は過速度防止装置を備えた水車発電機の縦断面図である。水車発電機１は、図示しない水圧鉄管に接続された円筒状のケーシング２と、ケーシング２の内部に設置されて水流の作用により回転するランナー３と、ケーシング２の外面に固定されランナー３の回転が主軸に伝達されて発電を行う発電機４、を備えている。ケーシング２の内部は水路５になっていて、水は水路５を図中右から左へと流れる。すなわち、図１において右は上流側、左は下流側である。
【００１５】
ケーシング２は、水路５に突出するプーリーボックス６とリンクボックス７を有し、プーリーボックス６はリンクボックス７の下流側に隣接して配置されていて、いずれも内部に水が侵入不能にシールされている。
そして、プーリーボックス６の内部には、回転伝達用ロータ（以下、ロータと略す）８が、その軸中心をケーシング２の軸中心に一致させて回転自在に設置されている。ロータ８は、外面が円筒形をなし、内部に断面矩形の中空部９が軸中心に沿って貫通形成されている。
また、プーリーボックス６の下流側端面からは、円筒パイプ状の支持管部１０が、その軸中心をケーシング２の軸中心に一致させ、その先端を下流に向けて直線状に延設されている。支持管部１０は軸心方向に貫通する貫通孔１１を有しており、貫通孔１１の上流側はロータ８の中空部９に開口している。
【００１６】
支持管部１０の貫通孔１１にはシャフト１２が回転自在に挿通されており、このシャフト１２によりランナー３の回転がロータ８に伝達される。以下、これについて詳述する。
ランナー３のランナーボス１３は支持管部１０の下流側に配置され、支持管部１０に対して軸心方向に移動不能に取り付けられている。図２および図３に示すように、ランナーボス１３は、その上流側端面から軸中心に沿って内部に延びる断面円形のシャフト貫通孔１４と、ランナーボス１３の内部に軸中心に沿って形成された断面矩形のスライド孔１５を有している。スライド孔１５の幅寸法はシャフト貫通孔１４の内径よりも大きく、シャフト貫通孔１４はスライド孔１５に連通している。
支持管部１０から突出するシャフト１２の下流側端部は、ランナーボス１３のシャフト貫通孔１４を貫通して、その先端をスライド孔１５に突出させている。
ランナーボス１３のスライド孔１５には断面矩形のスライドブロック１６が軸心方向に移動可能で且つ周方向に回転不能に収納されており、シャフト１２の下流側端部はこのスライドブロック１６に連結固定されている。したがって、シャフト１２とランナーボス１３は一体となって回転する。スライドブロック１６の各外側面には所定曲線状のガイド溝１７がそれぞれ１本ずつ形成されている。
【００１７】
また、ランナーボス１３には、翼形断面をなす４つのランナーベーン２０が周方向等間隔に設置されている。すなわち、図３に示すように、ランナーボス１３には、外表面からスライド孔１５に貫通する４つの取付孔１８が周方向等間隔に設けられ、この取付孔１８に、ランナーベーン２０の基部に形成された円柱状のボス部２１が回転可能に挿入されている。ボス部２１の途中には円環状の鍔部２２が突設されていて、この鍔部２２がランナーボス１３に設けられた係合凹部２３に回転可能に係合することにより、ボス部２１は取付孔１８の軸心方向（すなわち、ランナーボス１３の径方向）には移動不能で、取付孔１８の周方向に回転可能にされている。したがって、ランナーベーン２０は、ランナーボス１３から離脱不能で、且つ、ランナーボス１３に対する取付角度を変更可能に設置されている。なお、図３では、ランナーベーン２０を１つだけ代表して図示しており、残る３つのランナーベーン２０は図示を省略している。
【００１８】
さらに、取付孔１８からスライド孔１５に突出するボス部２１の先端部には、スライドブロック１６のガイド溝１７に係合するパイロットピン２４が設けられている。パイロットピン２４はボス部２１の中心軸から偏心した位置に設けられていて、パイロットピン２４はガイド溝１７に回転不能に係合し、ガイド溝１７の長手方向に沿って相対移動可能にされている。このように構成したことにより、ランナーベーン２０のボス部２１をランナーボス１３の取付孔１８内で回転させて、ランナーベーン２０のランナーボスに対する取付角度を変更すると、パイロットピン２４がボス部２１の中心軸を中心にして回転することから、このパイロットピン２４の回転力がガイド溝１７に伝達されて、スライドブロック１６がスライド孔１５内を軸心方向に移動する。
【００１９】
なお、ガイド溝１７の軌道は、水路５の水流でランナー３を定格回転数で回転させるのに必要な回転力が得られるランナーベーン２０の取付角度（以下、定格回転可能角度という）から、水流による回転力が発生しない（換言すれば水流に対する抵抗が一番小さくなる）ランナーベーン２０の取付角度（以下、フェザーリング角度という）にスムーズに移行できるように設定されている。
なお、図１はランナーベーン２０の取付角度が定格回転可能角度にされている場合を示しており、図５はランナーベーン２０の取付角度がフェザーリング角度にされている場合を示している。また、図２では、ランナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度にしたときのガイド溝１７に対するパイロットピン２４の相対位置を実線で示しており、ランナーベーン２０の取付角度をフェザーリング角度にしたときのガイド溝１７に対するパイロットピン２４の相対位置を破線で示している。
【００２０】
一方、シャフト１２の上流側端部は、貫通孔１１の上流側端部開口からロータ８の中空部９内に突出し、その先端に断面矩形のスライドブロック２５が形成されている。スライドブロック２５は、中空部９に相対回転不能に係合し、且つ、中空部９の軸心方向に沿って相対移動可能にされている。これにより、ランナー３の回転がシャフト１２を介してロータ８に伝達されることとなり、ランナー３とシャフト１２とロータ８は同期回転することとなる。また、スライドブロック１６がランナーボス１３内で軸心方向に移動すると、これに伴ってスライドブロック２５が中空部９内を軸心方向に移動することとなる。
【００２１】
さらに、ロータ８に固定されたプーリ２６と、発電機４の主軸に固定されたプーリ２７と、これらプーリ２６，２７に巻回されたベルト２８によって、ロータ８の回転が発電機４の主軸に伝達され、発電機４による発電が可能になっている。すなわち、この水車発電機１はランナー３の回転を発電機４に伝達して発電を行う。なお、ベルト２８はケーシング２に形成された窓２９を挿通することにより、ケーシング２の内部と外部の間を走行可能にされている。
【００２２】
また、シャフト１２のスライドブロック２５にはリンク機構が付設されている。リンク機構は、一端をスライドブロック２５に係合させ他端をリンクボックス７に突出させた第１リンク３１と、ピン３２ａによって略中央部をリンクボックス７に回転可能に支承され、一端を第１リンク３１に連結させ、他端をケーシング２の外部に突出させた第２リンク３２とから構成されている。
【００２３】
詳述すると、第１リンク３１の一端にはヘッド部３３が形成されていて、このヘッド部３３が、スライドブロック２５に設けられた係合凹部３４に嵌め込まれている。そして、ヘッド部３３と係合凹部３４との間に設けられた複数の軸受け３５によって、第１リンク３１はシャフト１２の軸心回りに相対回転可能で且つ軸心方向には相対移動不能にされている。第１リンク３１の他端は、スライドブロック２５から突き出て、プーリーボックス６とリンクボックス７とを離隔する隔壁３６に設けられた挿通孔３６ａを貫通し、水から離隔された空間部であるリンクボックス７内に突出している。
【００２４】
第２リンク３２の一端にはその長手方向に沿って延びる長孔３７が設けられており、この長孔３７に、第１リンク３１の他端に固定されたピン３８が係合している。これにより、第１リンク３１がその軸心方向に移動すると、第２リンク３２がピン３２ａを中心にして回転することとなる。
【００２５】
第２リンク３２の他端は、ケーシング２に形成された窓３０を挿通して外部に突出しており、窓３０から突出する部分の側面（図１の紙面裏側）には、ストッパ４０が取り付けられている。詳述すると、図４に示すように、ストッパ４０は、逆Ｔ字形のアーム４１の下端に一対の係止爪４２が設けられて構成されており、スプリング（付勢手段）４３によって外方（すなわち、ピン３２ａから離間する方向）に付勢される状態に、第２リンク３２に取り付けられている。また、第２リンク３２には、スプリング４３の付勢力に抗してストッパ４０を内方（すなわち、ピン３２ａに接近する方向）に引き付ける電磁石４４が固定されている。この電磁石４４は、発電機４で発電中の電気の一部が供給されるようになっており、電磁石４４への通電によりストッパ４０はスプリング４３の付勢力に抗して内方に引き付けられ、電磁石４４への通電が停止されるとストッパ４０はスプリング４３の付勢力によって外方へ引っ張られる。なお、この実施の形態において、ストッパ４０と、スプリング４３と、電磁石４４は制動手段を構成し、この制動手段は水から離隔された空間部に設置されている。
【００２６】
ケーシング２の窓３０は、第２リンク３２が挿通可能な最小幅に形成されるとともに、ランナーベーン２０の取付角度が定格回転可能角度からフェザーリング角度に変わる時に必要な第２リンク３２の可動範囲を確保することができる長さに形成されている。ここで、窓３０の幅とは図１の紙面に直交する方向に沿う内のり寸法であり、窓３０の長さとはケーシング２の軸心方向に沿う内のり寸法である。
【００２７】
窓３０の側部に位置するケーシング２の上面４５は、ピン３２ａを中心とする円弧状に形成されており、ストッパ４０が配置される側の上面（制動ベース）４５には、ランナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度にした時にストッパ４０の係止爪４２が係合可能な位置に、３つの係止凹部（係合部）４５ａ，４５ｂ，４５ｃが等間隔に形成されている。ここで、ストッパ４０の係止爪４２が２つであるのに対して、ケーシング２に３つの係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃが設けられているのは、３つある係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃからいずれか一方の側の２つの係止凹部を係止爪４２の係止相手として選択することにより、水路５を流れる水の量に応じてランナーベーン２０の定格回転可能角度を２種類に変更できるようにするためである。なお、ケーシング２の上面４５に係止凹部４５ａ，４５ｂ，・・・を４つ以上設けて、定格回転可能角度を３種類以上に変更可能にすることも可能である。
【００２８】
なお、この実施の形態において、ランナーボス１３のスライド孔１５と、スライド孔１５に収容されたスライドブロック１６と、スライドブロック１６に設けられたガイド溝１７と、ランナーベーン２０のパイロットピン２４は、ランナーボス１３に対するランナーベーン２０の取付角度を変更可能にする取付角度変更機構を構成する。これにより、取付角度変更機構の構成が簡単になり、作動不良が生じる確率を小さくすることができる。
また、この実施の形態において、スライドブロック１６に連結されたシャフト１２と、シャフト１２に連係された第１リンク３１および第２リンク３２からなるリンク機構と、第２リンク３２に設けられた制動手段（ストッパ４０，スプリング４３，電磁石４４）は、ランナーベーン２０を定格回転可能角度に固定させるべく前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構を構成する。
【００２９】
このように構成された水車発電機１においては、発電機４に電気負荷が加わる正常時には、電磁石４４に通電されて、ストッパ４０の係止爪４２がケーシング２の係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうちの２つに係止し、これにより、第２リンク３２はピン３２ａを中心とする回転が不可能になり、第１リンク３１とシャフト１２とスライドブロック１６はケーシング２の軸心方向へ移動不能になり、その結果、ランナーベーン２０は回転不能になり、ランナーベーン２０の取付角度は定格回転可能角度に固定される。すなわち、この時には、作動規制機構が取付角度変更機構の作動を規制して、ランナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度に固定する。また、この実施の形態では、作動規制機構は、スライド孔１５に対するスライドブロック１６の軸心方向への相対移動を規制することにより、ランナーベーン２０の取付角度を変更不能にする。
そして、この時には、ランナーベーン２０に水流が作用することにより、ランナーボス１３，スライドブロック１６，シャフト１２，ロータ８が一体となって回転し、その結果、プーリー２６，２７およびベルト２８を介して発電機４の主軸が回転せしめられ、発電機４による発電が行われる。
【００３０】
このように発電を行っている時に、何らかの不測の事態が発生して発電機４が電路から切り離され発電機４の電気負荷がなくなった時には、電磁石４４への通電が自動的に停止される。すると、電磁石４４によるストッパ４０に対する引き付け力が消滅するので、ストッパ４０がスプリング４３の付勢力により外方へ引っ張られ、係止爪４２がケーシング２の係止凹部４５ａ，４５ｂ，４５ｃから脱出し、第２リンク３２はピン３２ａを中心として回転可能になる。これにより、第１リンク３１とシャフト１２とスライドブロック１６はケーシング２の軸心方向へ移動可能になる。さらに、スライドブロック１６がスライド孔１５内を軸心方向に移動可能になることから、ランナーベーン２０のボス部２１が取付孔１８内において回転可能になり、ランナーベーン２０のランナーボス１３に対する取付角度が変更可能になる。すなわち、発電機４の電気負荷がなくなった時には、作動規制機構による取付角度変更機構に対する作動規制が解除される。
【００３１】
この状態において、定格回転可能角度に設定されていたランナーベーン２０に水流が作用すると、ランナーベーン２０には水流によって生じる力により水流に対する抵抗が小さくなる方向に回転力が作用し、その回転力がパイロットピン２４とガイド溝１７を介してスライドブロック１６に作用する。その結果、スライドブロック１６はランナーボス１３のスライド孔１５内を下流方向に移動する。そして、ランナーベーン２０の水流に対する抵抗が一番小さくなる姿勢、換言すれば、ランナーベーン２０に水流による回転力が殆ど発生しない姿勢になると、ランナーベーン２０の回転が停止してスライドブロック１６の軸心方向移動が停止せしめられる。すなわち、図５に示すように、ランナーベーン２０がフェザーリング角度になると同時に、スライドブロック１６は軸心方向移動を停止する。したがって、発電機４の電気負荷がなくなり、電磁石４４への通電が停止されると、ランナーベーン２０のランナーボス１３に対する取付角度が自動的に定格回転可能角度からフェザーリング角度に素早く変化する。
【００３２】
このように、この実施の形態の水車発電機の過速度防止装置によれば、発電機４に対する電気負荷がなくなった時に、ランナーベーン２０の取付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角度に瞬時に自動的に変更することができ、その結果、ランナーベーン２０の回転を殆どなくすことができるので、ランナーベーン２０が過速度で回転するのを確実に防止することができる。
また、過速度防止装置は、構成が簡単で、小型にでき、制御も簡単になり、安価にできる。また、小出力の水車発電機１にも十分に装備可能になる。
また、水流を停止させずに、ランナーベーン２０をフェザーリング角度にすることで流れを十分に確保するようにしているので、水車発電機１よりも上流の水圧鉄管（取水路）に水圧上昇が生じない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明するように、この発明によれば、前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度を定格回転可能角度からフェザーリング角度まで変更可能にする取付角度変更機構と、前記ランナーベーンを定格回転可能角度に固定させるべく前記取付角度変更機構の作動を規制する作動規制機構と、を備え、前記発電機に対する電気負荷がなくなった時に、前記作動規制機構による前記取付角度変更機構に対する作動規制が解除され、水流の作用により前記ランナーボスに対する前記ランナーベーンの取付角度がフェザーリング角度となるようにしたことにより、発電機に電気負荷がなくなった時に、ランナーボスに対するランナーベーンの取付角度をフェザーリング角度に自動的に変更することができ、ランナーが過速度回転するのを確実に防止することができるという優れた効果が奏される。
【００３４】
また、この発明において、前記取付角度変更機構が、前記ランナーボスの軸中心に沿って設けられたスライド孔と、このスライド孔に軸心方向に相対移動可能に収容されたスライドブロックと、このスライドブロックの外周面に形成されたガイド溝と、前記ランナーベーンの基端に設けられていて前記ガイド溝に移動可能に係合するパイロットピンと、を備えて構成された場合には、取付角度変更機構を簡単な構成にすることができ、また、作動不良を生じにくくすることができるという効果がある。
【００３５】
また、この発明において、前記作動規制機構を、前記スライド孔に対する前記スライドブロックの軸心方向への相対移動を規制するもので構成した場合には、正常時にランナーベーンを確実に定格回転可能角度に固定することができる。
【００３６】
また、この発明において、前記作動規制機構が、一端が前記スライドブロックに固定され他端が前記発電機への回転伝達用ロータに相対回転不能で且つ軸心方向に相対移動可能なシャフトと、前記シャフトの他端に相対回転可能で且つ軸心方向に相対移動不能に係合し前記シャフトの軸心方向運動を水から離隔された空間部まで伝達するリンク機構と、このリンク機構を前記空間部内で固定可能にする制動手段と、を備えて構成された場合には、制動手段を、水から離隔された空間部内に設置することができ、これにより、制動手段に耐水性が不要になり、制動手段を電気的に制御することが容易にできる。
【００３７】
また、この発明において、前記制動手段が、前記リンク機構に取り付けられたストッパと、このストッパが係合可能な係合部を有する制動ベースと、前記ストッパを前記係合部から解除する方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパを前記係合部に係合させる方向に引き寄せストッパと係合部を係合状態に保持する電磁石と、を備えて構成された場合には、電磁石の通電を制御することにより、取付角度変更機構の作動を規制したり規制解除することが容易にできる。
【００３８】
また、この発明において、前記電磁石を、前記発電機で発電中の電気が供給されて作動するようにした場合には、発電機に対する電気負荷がなくなった時にランナーベーンを極めて迅速にフェザーリング角度にすることが可能になる。
また、この発明において、前記制動ベースに複数の係合部が設けられ、この複数の係合部の中から前記ストッパと係合する係合部を選択することにより、前記ランナーベーンの定格回転可能角度が変更可能にした場合には、水路を流れる水の量に応じて定格回転可能角度を変更することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る過速度防止装置を備えた水車発電機の一実施の形態の縦断面図であり、ランナーベーン取付角度が定格回転可能角度の場合を示している。
【図２】  前記実施の形態における水車発電機のランナー部分の拡大断面図である。
【図３】  図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】  図１の紙面裏側から見た制動機構の要部拡大図である。
【図５】  前記実施の形態における水車発電機のランナーベーン取付角度がフェザーリング角度の場合を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  水車発電機
２  ケーシング
３  ランナー
４  発電機
５  水路
７  リンクボックス（空間部）
８  回転伝達用ロータ
１２  シャフト（作動規制機構）
１３  ランナーボス
１５  スライド孔（取付角度変更機構）
１６  スライドブロック（取付角度変更機構）
１７  ガイド溝（取付角度変更機構）
２０  ランナーベーン
２４  パイロットピン（取付角度変更機構）
３１  第１リンク（リンク機構、作動規制機構）
３２  第２リンク（リンク機構、作動規制機構）
４０  ストッパ（制動手段、作動規制機構）
４３  スプリング（付勢手段、制動手段、作動規制機構）
４４  電磁石（制動手段、作動規制機構）
４５  上面（制動ベース、制動手段、作動規制機構）
４５ａ〜４５ｃ  係止凹部（係合部、制動手段、作動規制機構）
【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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