CN112513452A - 水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的水力发电装置包括：水力发电模块(3)，该水力发电模块(3)具有水轮机(2)及发电机(8)；在水路(1)的两肩各设置一个而形成的一对水路固定体(11、11)；旋转梁(14)，该旋转梁(14)的两端自由旋转地支承在轴承单元(13、13)上，该轴承单元(13、13)设置在这些水路固定体(11、11)上，具有调心性；旋转架座(6)，该旋转架座(6)可在浸水姿势和待机姿势之间于上下旋转，在该浸水姿势，该旋转架座(6)与该旋转梁(14)接合，支承水力发电模块(3)，水轮机(2)的底端位于水路(1)的水面之下，在该待机姿势，水轮机(2)的整体位于水面之上，轴承单元(13)的润滑剂是热固化型的食品机械用润滑脂。

Description

水力发电装置

相关申请

本申请要求申请日为2018年8月2日、申请号为JP特愿2018－145904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进行引用。

技术领域

本发明涉及设置于农业用水路、上下水道、工业用水路、小河等水路的水力发电装置，特别涉及用于从该水路中提起的机构中的润滑的改良。

背景技术

水力发电装置是将流水所具有的动能用于发电的系统。在该水力发电装置中，小型水力发电装置设置在农业用水等的水路中而利用(例如，专利文献1)。为了维护，设置于这样的水路的水力发电装置在更换旋转叶片或齿轮、油封等时，必须要求将水轮机从水路中提起。另外，即使在增水等的紧急情况时，为了防止溢水或水力发电装置的损伤，仍必须要求从水路中提起。

以往，在将水力发电装置从水路中提起时，代替吊车而使用装备在水力发电装置上的吊起机构、手动杆、滑动螺钉等，使支承水力发电模块的架座旋转而提起。

另外，热固化型的食品机械用润滑脂在专利文献2等中公开。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2015－14219号公报

专利文献2：JP特开2016－180476号公报

发明内容

发明要解决的课题

由于因加载在旋转梁上的水力发电组件的重量和流速变化，水轮机的叶片所承受的载荷变化，旋转梁弯曲，故用于使架座旋转的旋转梁(轴)的轴承最好采用具有调心性的轴承单元。

但是，由于因昼夜的温度差等，即使安装密封板，仍难以防止润滑脂从轴承内部泄漏的情况。另一方面，由于支承上述旋转梁的轴承配置在水路的正上方或水路壁的附近，故如果润滑脂泄漏，则用水受到污染。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种水力发电装置，其能够确保水力发电模块在浸水姿势和待机姿势之间的顺畅旋转，并且能够防止因润滑剂的泄漏而导致的用水的污染。

用于解决课题的技术方案

本发明的水力发电装置的特征在于，其包括：

水力发电模块，该水力发电模块具有水轮机及通过该水轮机的旋转而发电的发电机；

在水路的两肩各设置一个而形成的一对水路固定体；

旋转梁，该旋转梁的两端可旋转地支承在轴承单元上，该轴承单元设置在这些水路固定体上，具有调心性；

旋转架座，该旋转架座可在浸水姿势和待机姿势之间于上下旋转，在该浸水姿势，该旋转架座与该旋转梁接合，支承上述水力发电模块，上述水轮机的底端位于上述水路的水面之下，在该待机姿势，上述水轮机的整体位于上述水路的水面之上；

进行上述轴承单元的润滑的润滑剂是热固化型的食品机械用润滑脂。

按照这种结构，由于转动梁的两端由具有调心性的轴承单元支承，故即使由于负荷在转动梁上的水力发电模块的重量或流速变化等，使水轮机叶片承受的负荷变化，导致转动梁产生挠曲，由于轴承单元的调心性，仍可得到圆滑的转动。

上述润滑剂使用热固化型的食品机械用润滑脂，在向轴承单元充填后成为固态，故即使昼夜的温度差存在等也难以产生泄漏，且即使万一产生泄漏，由于是食品机械用，故不会产生因用水的污损而对人体或生物的危害。

在本发明中，上述旋转梁的一端通过联轴器与旋转驱动装置连接，上述旋转驱动装置的润滑剂可以是热固化型的食品机械用润滑脂。

若通过旋转驱动装置使旋转梁旋转，则容易进行浸水姿势和待机姿势之间的姿势变更，但与轴承单元同样地产生旋转驱动装置中的润滑剂的泄漏所导致的问题。但是，如果旋转驱动装置的润滑剂也使用热固化型的食品机械用润滑脂，则难以产生润滑脂的泄漏，并且即使万一产生泄漏，也不会产生因用水的污损而对人体或生物的危害

在连接旋转驱动装置的情况下，其连接用的上述联轴器可以是链式联轴器，上述联轴器的润滑剂可以是热固化型的食品机械用润滑脂。

当使用链条联结器连接旋转驱动装置时，即使旋转梁弯曲，轴承组件的轴承调心倾斜，链条联结器也吸收倾斜，不会对邻接的旋转驱动装置施加偏载荷。即，通过采用该结构，旋转驱动装置(例如其减速机)顺畅地工作。链耦合器需要润滑，但由于其润滑剂也使用热固化型的食品机械用润滑脂，因此，链耦合器的润滑剂也难以产生泄漏，并且即使万一产生泄漏，也不会产生因用水的污损而对人体、生物的危害。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两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两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部分。

图1为表示本发明的第1实施方式的水力发电装置的浸水姿势的立体图；

图2为表示该水力发电装置的待机姿势的立体图；

图3为表示该水力发电装置的水路的设置状态的浸水姿势的立体图；

图4为表示该水力发电装置的水路的设置状态的提起中途的姿势的立体图；

图5为表示该水力发电装置的轴承单元的一个例子的剖开的立体图；

图6为表示该水力发电装置的链式联轴器的一个例子的剖视图；

图7为表示变更该水力发电装置的水力发电模块的安装位置的状态的立体图；

图8为在该水力发电装置上安装配重的状态的立体图；

图9为表示本发明的第2实施方式的水力发电装置的立体图。

具体实施方式

结合图1至图7而对本发明的第1实施方式进行说明。

<水力发电装置的概况结构>

如图3所示的那样，该水力发电装置设置在水路1中，通过由水流引起的水轮机2的旋转来进行发电。水路1是农业用水路、工业用水路、小河等，在该图的例子中，水路壁由混凝土等构成的底壁部1a以及两侧的侧壁部1b、1b构成。

该水力发电装置由水力发电模块3和将该水力发电模块3支承在水路1中的支承装置4构成。支承装置4包括在水路1的两肩各设置一个而形成的一对水路固定体11、11；旋转梁14，该旋转梁14的两端自由旋转地支承在设置于这些水路固定体11、11上的具有调心性的轴承单元13、13上；旋转架座6，该旋转架座6与该旋转梁14接合，支承上述水力发电模块3，且可在水轮机2的底端位于水路1的水面S之下的浸水姿势和水轮机2的整体位于水路1的水面S之上的待机姿势之间上下旋转。上述一对水路固定体11、11被连接在连接件12上，构成固定座5。旋转梁14的一端通过联轴器16与旋转驱动装置15连接。

<关于水力发电模块3>

如图1所示的那样，水力发电模块3具有水轮机2及通过该水轮机2的旋转而发电的发电机8。发电机8例如是永久磁铁同步型。

水轮机2通常设置成浸没在水路1的流水中的状态，将水力转换为旋转力。水轮机2是旋转轴心O1与水路1的水流方向平行的螺旋桨型水轮机，具有在所述旋转轴心O1的周围呈放射状延伸的多个(在图示的例子中为5个)叶片2a。对于水轮机2的朝向，其正面朝向水流的上游侧，齿轮箱9位于背面。

水轮机2的旋转轴(在图中未示出)通过设置于齿轮箱9中的轴承(在图中未示出)自由旋转地支承。水轮机2的旋转通过在齿轮箱9内啮合的锥齿轮等的齿轮组(在图中未示出)而增速。在齿轮箱9内封入有润滑脂。齿轮箱9的输出轴经由沿上下方向延伸的支承筒10内的传动轴(未图示)而与发电机8的轴(在图中未示出)连接。

<关于旋转梁14、旋转架座6>

旋转梁14由方管构成，安装在两端的被支承部件的截面形状为圆形的部分自由旋转地支承在上述轴承单元13上。

旋转架座6是在旋转梁14的侧面以悬臂状延伸安装的框架体状的架座。旋转台架6具有：基端分别通过焊接等的方式接合在旋转梁14的侧面的两根平行的悬臂梁部件18、18，以及架设在这些悬臂梁部件18、18之间的设置板19。两根悬臂架部件18、18由角材等构成，使内侧相对且朝上设置。

在发电机8中，通过安装在设置板19上的发电机座20，其轴设置在与设置板19垂直的方向上。上述支撑筒10安装在上述设置板19的底面上。

<关于模块位置变更单元31、力矩增大单元>

在旋转架座6上，作为在使水力发电模块3上下转动而将水轮机2提升到上述待机姿势、或从待机位置而沉入浸水姿势时，缓和水路1的水流的影响的机构，设有增大与旋转架座6的水流相对的力矩的机构。作为该力矩增大机构，在相对于旋转架座6的旋转轴心O远近方向上设置有可变更水力发电模块3的安装位置的模块位置变更机构31。具体而言，模块位置变更装置31由在支架长度方向上并列设置在旋转架座6的悬臂架部件18、18上，选择性地用于安装水力发电模块3的多个安装孔33构成。图1表示将变更水力发电模块3设置在最靠近旋转轴心O的状态，图7表示将变更水力发电模块3设置在离旋转轴心O最远的状态。

<关于旋转驱动装置15>

旋转驱动装置15是使水力发电模块3在上述浸水姿势和待机姿势之间转动的装置，使旋转梁14例如在90°的范围正反向旋转。旋转驱动装置15由电动马达和使该马达的旋转减速的减速机(均未图示)构成，设置在旋转装置支承座17上，该旋转装置支承座17设置在上述水路固定框11上。旋转驱动装置15侧的上述轴承单元13设置在上述旋转装置支承座17上。

上述马达及上述减速机的输出轴与上述旋转梁14的旋转轴心O同心。在旋转驱动装置15的上述减速机内，作为润滑剂封入有热固化型的食品机械用润滑脂。

另外，也可将以上述浸水姿势和待机姿势而对水力发电模块3进行定位，或者进而以定位状态进行固定的止动件或锁定机构等的定位机构(未图示)设置在固定基台5与旋转梁14等之间。

<关于轴承单元13>

轴承单元13是在枕形等的轴箱内具备滚珠轴承等的滚动轴承的结构，具有调心功能。

图5表示轴承单元13的一个例子。该轴承单元13通过滚动轴承35的外圈36的球面状的外周面自由滑动地嵌合在形成于枕形等的轴箱34的内周的凹球面的轴承嵌合面34a上，从而具有调心功能。在滚动轴承35中，滚珠等的滚动体38介于内圈37和上述外圈36之间。滚动体38保持在保持器39的凹槽内，内圈37和外圈36之间的轴承空间的两端由密封件32密封。在上述轴承空间内，作为润滑剂，封入有热固化型的食品机械用润滑脂。

<关于联轴器16，图6>

联轴器16使用链式联轴器。链式联轴器例如图6所示的那样，是将两列的滚子链41、41卷绕在同心且自由旋转的两个链轮42、42上的结构，通过链轮42和滚子链41之间的间隙而进行柔性的旋转传动。在该例子中，在上述链轮42、42中的一者连接有旋转梁14(参照图1)的端部的被支承部件43，在上述链轮42、42的另一者上连接有作为旋转驱动装置15的输出轴的减速器的输出轴44，该对轴43、44作为一根轴而连接。上述链轮42、42和滚子链41接纳于壳体45的内部，在壳体45内作为润滑剂封入有热固化型的食品机械用润滑脂。

<关于热固化型的食品机械用润滑脂>

热固化型的润滑脂是以超高分子量聚乙烯等的树脂和润滑脂成分为主成分的润滑脂，在初期状态具有流动性，具有通过加热而固化的性质。热固化型的食品机械用润滑脂是上述热固化型的润滑脂中的上述润滑脂成分采用食品机械用的润滑脂的类型。

作为热固化型的润滑脂的商品，包括PolyLubeポリループ(注册商标)，作为该PolyLube的一种，包括有食品机械用的类型。在该热固化型中，对于食品机械用的PolyLube，树脂使用超高分子量聚噻吩，润滑脂成分使用尿素－合成油性系润滑脂。

<作用>

按照本方案，像图1、图3所示的那样，通常，水力发电模块3为水轮机2浸入到水路1的流水中的浸水姿势，通过水轮机2因水流而旋转，发电机8进行发电。

在为了维护或增水时的安全等而从水路1中提起时，通过旋转驱动装置15而使旋转架座6旋转90°，使水力发电模块3像图2所示的那样，处于水平的待机姿势。图4表示旋转架座6在旋转过程中的姿势。

在像上述那样而进行姿势变更时，由于装载水力发电模块3的旋转梁14的两端由轴承单元13支承，故即使由于因负载在旋转梁14上的水力发电模块3的重量和流速变动而使水轮机10受到的载荷变动，使旋转梁14产生挠曲的情况下，因轴承单元13的调心性，仍获得顺利的旋转。

由于轴承单元13的润滑剂使用热固化型的食品机械用润滑脂，由于该食品机械用润滑脂在向轴承单元13填充后成为固态，故即使存在昼夜的温度差等，仍难以产生泄漏，并且即使万一产生泄漏，由于是食品机械用，故不产生因用水的污损而对人体或生物造成的危害。

由于上述旋转梁14的一端通过联接器13而与旋转驱动装置15连接，故在浸水姿势和待机姿势之间的姿势变更是容易的，但是，具有旋转驱动装置15中的润滑剂的泄漏的担心。然而，由于旋转驱动装置15的润滑剂也使用热固化型的食品机械用润滑脂，故难以产生润滑脂的泄漏，并且，即使万一产生泄漏，也不产生因用水的污损而对人体、生物的危害。

由于上述联轴器13采用链式联轴器，故即使旋转梁14因上述理由而挠曲，轴承单元13的轴承进行调心而倾斜，联轴器13仍吸收倾斜，不对邻接的旋转驱动装置15施加偏荷重。即，通过采用该结构，旋转驱动装置15例如，其减速机顺畅地工作。链式联轴器16必须要求润滑，但由于其润滑剂也使用热固化型的食品机械用润滑脂，故链式联轴器13的润滑剂也难以产生泄漏，并且即使万一产生泄漏，也不会产生用水的污损对人体、生物的危害。

构成上述力矩增大机构的模块位置变更装置31(图1)获得到以下的作用效果。在将水力发电模块3从浸水姿势上抬到待机姿势时，若解除浸水姿势的保持，则因水路1的水流产生的力矩而急剧地将水力发电模块3抬起，为了抵抗该急剧抬起动作，必须要求提高各部分的强度。在流速快的情况下，该问题变得显著。另外，在流速快时，难以使水力发电模块3从待机姿势旋转到浸水姿势。在这样的水路1及其水流的状况下，通过模块位置变更单元31，像图7那样，将水力发电模块3安装在旋转架座6的前端。由此，通过水力发电模块3的自重，抵抗水流的旋转架座6的力矩增大，可缓和向上述待机姿势的提升时的急剧抬起，并且容易进行从待机姿势向浸水姿势旋转的动作。

作为增大抵抗上述水路1水流的力矩增大装置，也可以如图8所示的那样，设置配重7来取代模块位置变更装置31。

另外，也可以不设置上述模块位置变更装置31或配重7等的力矩增大装置，而是如图9所示的本发明的第2实施方式的那样，将旋转架座6设为在图1的状态下安装水力发电模块3的最小长度。

如上面所述，参照实施方式，对优选的实施例进行了说明，如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后，会在显然的范围内，容易想到各种的变更和修改方案。于是，这样的变更和修改方案应解释为属于根据权利要求书而确定的本发明的范围内的方式。

标号的说明：

标号1表示水路；

标号2表示水轮机；

标号2a表示叶片；

标号3表示水力发电模块；

标号4表示支承装置；

标号5表示固定基座；

标号6表示旋转架座；

标号7表示配重；

标号8表示发电机；

标号9表示齿轮箱；

标号10表示支承筒；

标号11表示水路固定体；

标号12表示连接件；

标号13表示轴承单元；

标号14表示旋转梁；

标号15表示旋转驱动装置；

标号16表示联轴器；

标号18表示悬臂支架件；

标号19表示设置板；

标号20表示发电机座；

标号31表示模块位置变更机构；

符号O表示旋转轴心。

Claims (3)

1.一种水力发电装置，该水力发电装置包括：

水力发电模块，该水力发电模块具有水轮机及通过该水轮机的旋转而发电的发电机；

在水路的两肩各设置一个而形成的一对水路固定体；

旋转梁，该旋转梁的两端以能旋转的方式支承在轴承单元上，该轴承单元设置在这些水路固定体上，具有调心性；

旋转架座，该旋转架座能在浸水姿势和待机姿势之间于上下旋转，在该浸水姿势，该旋转架座与该旋转梁接合，支承上述水力发电模块，上述水轮机的底端位于上述水路的水面之下，在该待机姿势，上述水轮机的整体位于上述水路的水面之上，

进行上述轴承单元的润滑的润滑剂是热固化型的食品机械用润滑脂。

2.根据权利要求1所述的水力发电装置，其中，上述旋转梁的一端经由联轴器而与旋转驱动装置连接，上述旋转驱动装置的润滑剂为热固化型的食品机械用润滑脂。

3.根据权利要求2所述的水力发电装置，其中，上述联轴器为链式联轴器，上述联轴器的润滑剂为热固化型的食品机械用润滑脂。

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