CN110300846B - 水力发电设备 - Google Patents
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Abstract
提高一种水力发电设备，该水力发电设备可延长维修检修的期间，可容易维持。该水力发电设备包括：叶轮(2)，该叶轮(2)将水力变换为旋转力；翼轴(5)，该翼轴(5)安装于叶轮(2)上，通过至少1个轴承(7、8)而自由旋转地支承；齿轮部(6)，该齿轮部(6)增加翼轴(5)的旋转速度；发电机(10)，该发电机(10)与齿轮部(6)连接而进行发电；齿轮箱(9)，该齿轮箱(9)接纳翼轴(5)、至少1个轴承(7、8)与齿轮部(6)，另外容纳包括用于至少1个轴承(7、8)的食品机械用润滑脂A和用于齿轮部(6)的食品机械用润滑脂B的食品机械用润滑脂。食品机械用润滑脂A和食品机械用润滑脂B中，增稠剂和基油的种类相同，并且食品机械用润滑脂B的稠度大于食品机械用润滑脂A。
Description
相关申请
本申请要求申请日为2017年2月3日、申请号为JP特愿2017-030695的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而引用。
技术领域
本发明涉及水力发电设备，比如涉及设置于水道等处的水力发电设备。
背景技术
在过去的水力发电设备中，仅仅水车浸没于水中，必须要求各种辅助机械类，出现了水轮部与增速机部为一体、发电机部设置于水上的类型(专利文献1)。
比如，像图10所示的那样，在水轮部50和增速机部51为一体，发电机部52设置于水上的水力发电设备中，为了抑制水的阻力，极力地谋求紧凑化，齿轮箱内的齿轮与支承齿轮的轴承邻接而设置。在有限的空间的内部增速用的齿轮和支承该齿轮的轴承邻接，由此，将有效的润滑剂用于轴承与齿轮的两者。作为该润滑剂，如果考虑维修性，则与油相比较，润滑脂较容易处理，由此，采用具有耐腐蚀性、耐水性的润滑脂。
另外，对于传递旋转翼的旋转转矩的翼轴，为了防止安装翼的轴的一部分与水接触，水侵入齿轮箱的内部的情况，采用油密封件。该油密封件采用下述结构，在该结构中，以从内部对水中侧进行泵作用的方式设置，水不侵入齿轮箱的内部。
上述润滑脂采用食品机械用润滑脂。近年，在用于水道的水轮中，从安全、安心的观点来说，食品机械用润滑脂的适用通过用户而支持。最好采用该食品机械用润滑脂，以便消除泄漏造成的环境污染的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平9-32716号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在齿轮箱采用食品机械用润滑脂的场合，齿轮的润滑状态不稳定，齿轮产生过度的升温等的情况。由此，维修检修水力发电设备的期间短，在维持、管理该水力发电设备的方面，维修成本等的负担高。另外，人们希望，即使在为食品机械用润滑脂的情况下，泄漏仍小。即，如果润滑脂的泄漏少，则具有润滑寿命延长的效果。
本发明的目的在于提供一种水力发电设备，其可延长使维修检修的期间，可容易对其进行维持。
用于解决课题的技术方案
本发明的水力发电设备包括：
叶轮，该叶轮将水力变换为旋转力；
翼轴，该翼轴安装于叶轮上，通过至少1个轴承而自由旋转地支承；
齿轮部，该齿轮部增加该翼轴的旋转速度；
发电机，该发电机与该齿轮部连接而进行发电；
齿轮箱，该齿轮箱接纳上述翼轴、上述至少1个轴承与上述齿轮部，另外容纳包括用于上述至少1个轴承的食品机械用润滑脂A和用于上述齿轮部的食品机械用润滑脂B的食品机械用润滑脂；
在上述食品机械用润滑脂A和上述食品机械用润滑脂B中，增稠剂和基油中的任一者的种类相同，并且上述食品机械用润滑脂B的稠度大于上述食品机械用润滑脂A。
作为食品机械用途，上述食品机械用润滑脂为即使在泄漏的情况下，环境污染仍不成为问题的润滑脂，根据各种规格而确定，比如，对应于使用温度、极压性、耐水性等的食品机械的使用条件而进行各种的确定。
按照该方案，在齿轮箱内部，对于轴承用的食品机械用润滑脂(食品机械用润滑脂A)，与齿轮部用的食品机械用润滑脂(食品机械用润滑脂B)，增稠剂和基油的种类相同。但是，齿轮部用的食品机械用润滑脂的稠度大于轴承用的食品机械用润滑脂。对于用于齿轮部的稠度大的柔软的食品机械用润滑脂，齿轮齿面的润滑供给性良好，抑制齿轮部的过度的升温等的情况。抑制用于轴承的稠度小的硬的食品机械用润滑脂从轴承中泄漏的情况，维持轴承的润滑性能。
另外，在齿轮箱的内部，即使在轴承用的食品机械用润滑脂与齿轮部用的食品机械用润滑脂混合的情况下，由于两个润滑脂中的增稠剂和基油的种类相同，故几乎不对性能造成影响。于是，可延长维修检修水利发电设备的期间，容易对其进行维持。
上述至少1个轴承中的1个轴承也可位于上述齿轮部的一侧，至少在上述齿轮部侧的一侧面具有密封部件。上述密封部件比如，为由覆盖芯铁的弹性体构成的密封件，或金属制的屏蔽板。按照该方案，由于通过上述密封部件，轴承用的食品机械用润滑脂与齿轮部用的食品机械用润滑脂难以混合，故从维持齿轮部和轴承的润滑性能的方面来说，最好采用该方案。
上述齿轮箱也可在齿轮部附近部，具有贮存上述食品机械用润滑脂B的润滑脂存留部。上述齿轮部附近部为比如，可相对齿轮部的一部分，以规定间隔而间隔开地设置，通过重力，以一定量而贮存食品机械用润滑脂的齿轮箱的一部分。按照该方案，在齿轮箱的齿轮部附近部设置润滑脂存留部，该润滑脂存留部贮存上述食品机械用润滑脂B，由此，确实地将食品机械用润滑脂供给到齿轮齿面。
还可在上述齿轮箱中开设排出上述食品机械用润滑脂的排放孔。在此场合，在水力发电设备的维护时，可容易从排放孔中排放旧的食品机械用润滑脂。
也可在上述翼轴上设置多个油密封件，该油密封件防止水侵入到上述齿轮箱的内部。在此场合，与一个油密封件设置于翼轴上的方案相比较，食品机械用润滑脂的泄漏速度较慢，还抑制齿轮箱内的食品机械用润滑脂的减少。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
图1为第1实施方式的水力发电设备的主视图；
图2为图1的水力发电设备的侧视图；
图3为图1的水力发电设备的一部分(图2的III部)的立体图；
图4为表示图1的水力发电设备的齿轮箱结构的图；
图5为将图4的一部分(V部)放大的放大图；
图6为图1的水力发电设备的油密封件等的放大剖视图；
图7为以分别与图7的(a)和图7的(b)进行比较的方式表示图1的水力发电设备的油密封件的剖视图和现有技术的油密封件的剖视图；
图8为表示第2实施方式的油密封件的配置例子的剖视图；
图9为表示第3实施方式的油密封件等的配置例子的剖视图；
图10为现有技术的水力发电设备的主视图。
具体实施方式
根据图1～图7，对本发明的实施方式的水力发电设备进行说明。
<水力发电装置整体的大致构成>
像图1～图3所示的那样，该水力发电设备设置于比如河川、水渠等的具有流水的水道1中，接受叶轮2的旋转，进行发电。该水力发电设备包括：发电设备本体3与支承该发电设备本体3的支承装置4。发电设备本体3包括图4所示的叶轮2、翼轴5、齿轮部6、第1和第2轴承7、8、齿轮箱9、与图1所示的发电机10。首先，对支承装置4进行说明。
<支承装置4>
像图1和图2所示的那样，支承装置4包括2个水平支承件11、11、支承板12与支承筒13。2个水平支承件11、11以经由支承板12，按一定间隔而间隔开的状态设置。支承板12支承于水平支承件11、11上。在支承板12的上部设置发电机10。
像图2所示的那样，在支承板12的下部，经由支承筒13连接齿轮箱9。支承筒13为中空圆筒状，沿水平方向而延伸，在支承筒13的顶端部和底端部分别设置翼缘部。相对支承板12的下部，通过多个螺栓而连接支承筒13的顶端部的翼缘部。像图3所示的那样，相对支承筒13的底端部的翼缘部，通过多个螺栓而连接齿轮箱9。
<叶轮等>
像图1所示的那样，叶轮2在沉没于水道1的流水中的状态设置，其将水力变换为旋转力。叶轮2为螺旋桨型，其中，旋转轴心L1与流水流动的方向平行。叶轮2包括设置于该旋转轴心L1处的轮毂2a，与多个(比如，5个)叶片2b，该多个叶片2b从该轮毂2a的外周面，呈辐射状而延伸到径向外方。像图2所示的那样，各叶片2b的前端部朝向上游侧而倾斜。
<齿轮箱结构等>
像图4所示的那样，在上述轮毂2a上，同轴地安装翼轴5，该翼轴5通过2个轴承，即第1和第2轴承7、8而自由旋转地支承。翼轴5的旋转速度通过齿轮部6而增加。翼轴5、第1和第2轴承7、8和齿轮部6接纳于齿轮箱9的内部。
另一方面，像图2所示的那样，发电机10的输入轴(在图中没有示出)在支承筒13的内部延伸。在支承筒13的内部，上述输入轴的底端和动力传递轴14的顶端经由在图中没有示出的旋转连接件，连接于相同轴上。动力传递轴14的轴心与翼轴5的轴心以相互正交的方式设置。此外，动力传递轴14通过支承筒13内部的轴承(在图中没有示出)，自由旋转地支承于该支承筒13上。
像图4所示的那样，齿轮部6包括相互啮合的一对的第1和第2伞齿轮6a、6b。在齿轮箱9的内部，于翼轴5的外周上，经由键15而嵌合第1伞齿轮6a，在动力传递轴14的外周上，经由键16嵌合第2伞齿轮6b。在动力传递轴14的底端部的外周面上，形成外螺纹，在该外螺纹上螺合螺母部件17，由此，防止第2伞齿轮6b相对动力传递轴14的抽出。通过这些伞齿轮6a、6b，翼轴5的旋转速度通过动力传递轴14而增加，对该旋转进行传递。于是，像图2所示的那样，与动力传递轴14一起，上述输入轴旋转，由此，发电机10进行发电。
像图4所示的那样，齿轮箱9包括：齿轮箱本体18与嵌合部19，该嵌合部19以接合合缝的方式嵌合于该齿轮箱本体18的开口端。像图5所示的那样，在嵌合部19的外周面上形成环状槽19a，在该环状槽19a上设置环状的密封部件20。环状的密封部件20采用比如O形密封环。通过该密封部件20，提高齿轮箱本体18的内周面和嵌合部19的外周面的密封性。
在嵌合部19的嵌合孔19b中嵌合第1轴承7的外圈外周面。像图4所示的那样，于齿轮箱本体18的嵌合孔18a中，嵌合第2轴承8的外圈外周面。这些轴承7、8以相互面对的方式设置于相同轴上。轴承7、8分别采用深槽滚珠轴承。但是，第1轴承7采用其轴承尺寸大于第2轴承8的类型。另外，第1轴承7在两侧面，具有将轴承空间密封的密封部件7a、7a，相对该情况，第2轴承8为没有密封部件的开放型。在本例子中，上述密封部件7a采用金属制的屏蔽板。
翼轴5从轴向的基端侧(翼轴2侧)，沿前端侧(图4的纸面右侧)，依次包括中直径部5a、凸缘部5b、大直径部5c与小直径部5d，它们一体地形成。
在翼轴5的大直径部5c上，嵌合第1轴承7的内圈内径面。第1轴承7的内圈的一端面与凸缘部5b抵接，上述内圈的另一端面通过止动圈21而进行定位。
在翼轴5的小直径部5d上嵌合第2轴承8的内圈内径面。在该第2轴承8的内圈的一端面与第1伞齿轮6a的圆筒部的端面之间，设置间隔件22。另外，在小直径部5d的前端侧的外周面上形成外螺纹，通过将螺母部件23与该外螺纹螺合，第2轴承8在轴向进行定位。
间隔件22为在接近第2轴承8的外周面部分附设有在径向立设的环状的轴环22a的带有轴环的间隔件22。轴环22a的外周面伴随从轴向的基端侧，朝向前端侧的运动，形成小直径的倾斜面。齿轮箱本体18的嵌合孔18a的前端部形成下述的倾斜面，该倾斜面以规定间隔δ而与上述轴环22a的外周面的倾斜面面对。
像图5所示的那样，齿轮箱9包括润滑脂存留部24，该润滑脂存留部24贮存食品机械用润滑脂Gr。该润滑脂存留部24由齿轮箱本体18的底面部25、该底面部25连接的壁面部26与嵌合部19中的与上述壁面部26面对的面对面部27构成。另外，润滑脂存留部24的底面部25的壁厚薄，以促进冷却。维持第1伞齿轮6a的至少一部分的齿浸没于贮存于该润滑脂存留部24中的食品机械用润滑脂Gr中的状态。通过第1伞齿轮6a的旋转，将贮存于润滑脂存留部24中的食品机械用润滑脂Gr上刮，转到各部分。
另外，食品机械用润滑脂Gr预先涂敷于图4所示的第1和第2伞齿轮6a、6b的各齿上。还在第1和第2轴承7、8的轴承空间中，密封有食品机械用润滑脂Gr。但是，像后述的那样，对于在第1和第2轴承7、8中采用的食品机械用润滑脂Gr与用于齿轮部6的食品机械用润滑脂Gr，增稠剂和基油的种类相同，并且与用于第1和第2轴承7、8的食品机械用润滑脂Gr相比较，用于齿轮部6的食品机械用润滑脂Gr的稠度较大。作为增稠剂的种类，列举有比如尿素化合物、锂皂、氟树脂等。增稠剂的种类相同指与轴承用和齿轮用的润滑脂一起，增稠剂采用比如相同的尿素化合物。但是，不仅仅限于上述尿素化合物。作为基油的种类，列举有比如矿物油、酯、二酯、合成油等，而基油的种类相同指与轴承用和齿轮用的润滑脂一起，基油采用比如相同的矿物油。然而，不仅仅限于上述矿物油。
在齿轮箱本体18的底面部25上设置排放孔25a，该排放孔25a排出已贮存的食品机械用润滑脂Gr，在该排放孔25a中自由装卸地设置在图示之外的排放螺栓。另外，在齿轮箱本体18的上面部上开设有供脂孔18b，该供脂孔18b用于供给食品机械用润滑脂Gr，在该供脂孔18b中开设润滑脂喷嘴(在图中没有示出)等。如果在排放孔25a中安装附件(在图中没有示出)，该附件可吸引齿轮箱9内的食品机械用润滑脂Gr，则可更加容易进行食品机械用润滑脂Gr的更换作业。新供给的食品机械用润滑脂Gr的一部分因重力的影响，贮存于润滑脂存留部24中。
图6为该水力发电设备的油密封件等的放大剖视图。图7以分别与图7的(a)和图7的(b)进行比较的方式表示该水力发电设备的油密封件28的剖视图和已有技术的油密封件53的剖视图。图7的箭头GV的长度表示润滑脂泄漏速度，箭头GV的方向表示润滑脂泄漏方向。对于后述的图8、图9也是相同的。像图4、图6和图7所示的那样，在本实施方式中，在齿轮箱9的嵌合部19与翼轴5的中直径部5a的外周面之间，设置多个(在本例子中，为2个)油密封件28。
在本实施方式中，由于安装2个油密封件28、28，故通过第1个油密封件28和第2个油密封件28而划分的部分为另一空间，即使在该空间的润滑脂泄漏到水侧，邻接的第2个油密封件仍构成隔壁，抑制齿轮箱侧即轴承侧的润滑脂的泄漏。其结果是，与已有技术的一个密封件相比较，润滑脂的泄漏速度较慢，还抑制润滑脂的减少。
<食品机械用润滑脂>
在本实施方式中，作为用于第1和第2轴承7、8的食品机械用润滑脂(食品机械用润滑脂A)，采用比如，モービルSHC系列的ポリレー462(混合稠度：280)，用于齿轮部6的食品机械用润滑脂采用ポリレー005(混合稠度：415)。各润滑脂均为ポリレー的系列，即使在相互混合的情况下，仍几乎不对性能产生影响。
像图4所示的那样，在第1轴承7中，由于至少在齿轮部的一侧面上设置密封部件7a，故第1轴承7用的食品机械用润滑脂与齿轮部6用的食品机械用润滑脂(食品机械用润滑脂B)难以混合。另外，通过在间隔件22上设置轴环22a等的方式，第2轴承8用的食品机械用润滑脂、与齿轮部6用的食品机械用润滑脂难以混合。此外，不但采用前述的食品机械用润滑脂的例子，还可采用NOKクリューバー(KLUEBER)的クリューバーフードNH1 94—301、フックスルブリテック的カシーダ润滑脂EPS00。
此外，本实施方式的食品机械用润滑脂A、B的稠度差为135，但是，如果稠度差在超过105不足165的范围内，则获得有效的润滑特性。表1表示稠度差的润滑特性是否良好。该试验条件如下所述。
试验条件：130min -1，试验时间：1000小时
在表1中，“最适合”的判断基准：Fe的含量小于等于0.1wt％，“适合”的判断基准：Fe的含量在0.1～0.4wt％的范围内，“不适合”的判断基准：Fe的含量大于等于0.4wt％。
表1 稠度差与特性的关系
| 稠度差 | 105以下 | 105～125 | 125～145 | 145～165 | 165以上 |
| 特性 | 不适合 | 适合 | 最适合 | 适合 | 不适合 |
<作用效果>
按照以上说明的水力发电设备，在齿轮箱9的内部，对于第1和第2轴承7、8用的食品机械用润滑脂、与齿轮部6用的食品机械用润滑脂，增稠剂和基油的种类相同。但是，齿轮部6用的食品机械用润滑脂的稠度大于第1和第2轴承7、8用的食品机械用润滑脂。对于用于齿轮部6的稠度大的柔软的食品机械用润滑脂，对齿轮齿面的润滑供给性良好，抑制齿轮部6的过度的升温等的情况。抑制用于第1和第2轴承7、8的稠度小的硬的食品机械用润滑脂从第1和第2轴承7、8而泄漏的情况，维持第1和第2轴承7、8的润滑性能。
另外，即使在于齿轮箱9的内部，第1和第2轴承7、8用的食品机械用润滑脂与齿轮部6用的食品机械用润滑脂混合的情况下，由于两个润滑脂中的增稠剂和基油的种类相同，故仍几乎不对性能造成影响。于是，可延长检修维修水力发电设备的期间，可容易对其维持。
由于在第1轴承7至少在齿轮部6侧的一侧面具有密封部件7a，故因密封部件7a，第1轴承7用的食品机械用润滑脂与齿轮部6用的食品机械用润滑脂难以混合，由此，从维持齿轮部6和第1轴承7的润滑性能的方面来说，特别是希望该方式。
在齿轮箱9的齿轮部附近部中具有润滑脂存留部24，在润滑脂存留部24中贮存食品机械用润滑脂，由此，确实向齿轮齿面供给食品机械用润滑脂。由于对于润滑脂存留部24，其底面部25的壁厚薄，以便促进冷却，故容易获得食品机械用润滑脂的水冷效果。
由于在齿轮箱9中，开设排出食品机械用润滑脂的排放孔25a，故在水力发电设备的维修时，可容易从排放孔25a而排出旧的食品机械用润滑脂。由于在齿轮箱本体18的顶面部，开设用于提供食品机械用润滑脂的供脂孔18b，故可容易进行食品机械用润滑脂的更换作业。
由于防止水侵入齿轮箱9的内部的多个油密封件28设置于上述翼轴5上，故与一个油密封件设置于翼轴上的结构相比较，食品机械用润滑脂的泄漏速度较慢，还抑制齿轮箱9内部的食品机械用润滑脂的减少。
<第2和第3实施方式>
在以下的说明中，对于对应于通过各实施方式而在先说明的事项的部分，采用同一标号，省略重复的说明。在仅仅对结构的一部分进行说明的场合，对于结构的其它的部分，只要没有特别的记载，与在先说明的方式相同。由同一结构，实现同一作用效果。不仅可进行通过实施的各方式而具体描述的部分的组合，而且如果没有特别地对组合产生妨碍，还可部分地将实施的方式之间组合。
也可像图8表示第2实施方式的那样，与前述的实施方式相比较，扩大油密封件28、28之间的距离(轴向的距离)，在密封件28、28之间填充食品机械用润滑脂。换言之，还可将密封件28、28之间作为润滑脂存留部29。在此场合，在2个密封件28、28之间，润滑脂存留部29构成隔壁，由此，与前述的实施方式相比较，按照根据表示润滑脂的泄漏速度的大小的箭头GV而明白的方式，润滑脂的泄漏速度进一步变慢，还进一步抑制润滑脂的减少。
还可像图9的第3实施方式那样，在翼轴5的外周面中，与水接触的油密封件28之前(上游侧)，设置润滑脂扩散抑制用的密封环30等。在此场合，与图7的实施方式相比较，按照根据表示润滑脂的泄漏速度的大小的箭头GV而明白的方式，润滑脂的泄漏速度进一步变慢，还进一步抑制润滑脂的减少。
也可设置3个以上的油密封件28。
第1轴承7也可为单侧密封件，其仅仅在作为齿轮部6侧的一个侧面，具有密封部件7a。密封部件7a也可为由覆盖芯铁的弹性体构成的密封件。
第1和第2轴承7、8也可分别采用深槽滚珠轴承以外的滚动轴承。
如上所述，参照附图，对优选的实施方式进行了描述，但是在不脱离本发明的实质的范围内，可进行各种的追加、变更或删除。于是，这样的方案也包括在本发明的范围内。
标号的说明：
标号2表示叶轮；
标号5表示翼轴；
标号6表示齿轮部；
标号7、8表示轴承；
标号7a表示密封部件；
标号9表示齿轮箱；
标号10表示发电机；
标号24表示润滑脂存留部；
标号25a表示排放孔；
标号28表示油密封件。
Claims (4)
1.一种水力发电设备，该水力发电设备包括：
叶轮，该叶轮将水力变换为旋转力；
翼轴，该翼轴安装于叶轮上，通过至少1个轴承而自由旋转地支承；
齿轮部，该齿轮部增加该翼轴的旋转速度；
发电机，该发电机与该齿轮部连接而进行发电；
齿轮箱，该齿轮箱接纳上述翼轴、上述至少1个轴承与上述齿轮部，另外容纳包括用于上述至少1个轴承的食品机械用润滑脂A和用于上述齿轮部的食品机械用润滑脂B的食品机械用润滑脂，
在上述食品机械用润滑脂A和上述食品机械用润滑脂B中，增稠剂和基油中的任一者的种类相同，并且上述食品机械用润滑脂B的稠度大于上述食品机械用润滑脂A，上述齿轮箱在齿轮部附近部包括润滑脂存留部，该润滑脂存留部贮存上述食品机械用润滑脂B，通过旋转上述齿轮部，将贮存于上述润滑脂存留部中的上述食品机械用润滑脂B上刮，转到各部分。
2.根据权利要求1所述的水力发电设备，其中，上述至少1个轴承中的1个轴承位于上述齿轮部的一侧，至少在上述齿轮部侧的一侧面具有密封部件。
3.根据权利要求1或2所述的水力发电设备，其中，在上述齿轮箱中开设排出上述食品机械用润滑脂的排放孔。
4.根据权利要求1或2所述的水力发电设备，其中，在上述翼轴上设置多个油密封件，该油密封件防止水侵入到上述齿轮箱的内部。
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