JP2017048549A - ストレーナ装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡易で、ストレーナの機能を長期にわたって持続させることができるストレーナ装置及びその使用方法を提供する。
【解決手段】ストレーナ装置３０を構成するストレーナ２２は、通水配管に設けられた取水口から取水するように構成されるとともに、取水口には多数の取水孔２３を有するとともに、水中の夾雑物２４を遮るようになっている。前記ストレーナ２２の外面には、一端がストレーナ２２に固定され、他端が非固定状態で水の流れにより揺動して夾雑物２４による取水孔２３の詰まりを抑える複数の揺動部材としてのチェーン２５が取付けられている。このチェーン２５は、ストレーナ２２の下半部において水の流れに並行して延びるように複数設けられるとともに、水の流れの方向に複数設けられ、各チェーン２５が揺動したとき互いに接触しないように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば水力発電所における発電機や水車の軸受用冷却水及び発電機巻線冷却用空気冷却器の冷却水等を得るために、通水配管（水圧鉄管）の取水口に設けられている舟形のストレーナに落葉等の夾雑物が詰まることを防止するためのストレーナ装置及びその使用方法に関する。

水力発電所においては、ダムに貯留された水が導水路を介して上水槽に導かれ、上水槽内の水が通水配管を経て水車へと導かれ、発電機による発電が行われる。前記通水配管には取水口が設けられ、その取水口には冷却水配管が接続され、冷却水が自動ストレーナを介して発電機や水車の軸受部及び冷却器等へと供給される。

前記取水口には舟形のストレーナが取付けられ、落葉等の夾雑物が取水口から冷却水配管内へ流入しないようになっている。しかしながら、秋季から冬季にかけて落葉樹の落葉が増え、その落葉がストレーナに形成された多数の細孔に詰まるため、冷却水量が急激に減少して冷却性能が著しく低下する。この場合、発電機が突然故障停止するおそれがあることから、事前に発電機の運転を止めるとともに、通水配管内の通水を停止してストレーナの清掃を実施しなければならず、多大な手間と労力を費やす必要があった。このため、そのような異常事態を回避すべく、種々の検討が加えられている。

この種のストレーナ装置が例えば特許文献１に示されている。すなわち、このストレーナ装置は、取水管の先端に取付けられ、取水管に連通する開口が複数箇所に設けられたストレーナ本体と、そのストレーナ本体の外側に被嵌され、ストレーナ本体に対して相対移動可能な開度調整部材と、該開度調整部材を相対移動させる操作手段とを備えている。そして、開度調整部材をストレーナ本体に対して相対移動させ、ストレーナ本体の開口の開度を繰り返し変化させることにより、ストレーナに付着した夾雑物を除去することができる。

特開２００９−５６４０７号公報

前述した特許文献１に記載されている従来構成のストレーナ装置においては、開度調整部材をストレーナ本体の外周に相対移動可能に装着しなければならず、また開度調整部材にストレーナ本体の開口に合せた多数の孔を形成しなければならない。このため、従来のストレーナ装置は構成が複雑で、設置が煩雑であった。

さらに、このストレーナ装置は、開度調整部材を操作手段によりストレーナに対して何度も相対移動させなければならず、操作が面倒であるとともに、ストレーナ本体の開口に多量の夾雑物が詰まったときには開度調整部材の操作が重くなったり、操作が困難になったりするおそれがあった。

そこで、本発明の目的とするところは、構成が簡易で、ストレーナの機能を長期にわたって持続させることができるストレーナ装置及びその使用方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のストレーナ装置は、通水配管の周壁に設けられた取水口から取水するように構成され、前記取水口には複数の取水孔を有するとともに、水中の夾雑物を遮るためのストレーナを備え、前記ストレーナには、一端がストレーナに固定され、他端がストレーナに対して非固定状態で水の流れにより揺動して夾雑物による取水孔の詰まりを抑える複数の揺動部材を備えることを特徴とする。

前記取水口は通水配管の側部中央位置に設けられ、揺動部材はストレーナの下半部において水の流れに並行して延びるように複数設けられることが好ましい。
前記取水口は通水配管の側部中央位置に設けられ、揺動部材はストレーナの下半部において水の流れの方向に複数設けられ、各揺動部材は揺動したとき互いに接触しないように配置されることが好ましい。

前記揺動部材はチェーンにより構成されていることが好ましい。
前記チェーンの一端はストレーナに固定され、チェーンの他端には取水孔よりも大きく形成されたリングが連結されていることが好ましい。

前記ストレーナの外面には塗料による被膜が形成されていることが好ましい。
前記通水配管は水力発電所の水圧配管であり、取水口には少なくとも発電機の軸受部を冷却するための冷却水配管が接続されていることが好ましい。

前記ストレーナ装置の使用方法は、前記ストレーナ装置の非使用時には揺動部材は自重で垂れ下がり、ストレーナ装置の使用時には揺動部材は通水配管内を流れる水によって揺動し、ストレーナに貼り付く夾雑物を除去することを特徴とする。

前記揺動部材は、水の流れに並行して延びるように複数設けられるとともに、水の流れの方向に複数設けられ、各揺動部材が通水配管内を流れる水によって独自に揺動し、ストレーナに貼り付く夾雑物を除去することが好ましい。

本発明のストレーナ装置によれば、構成が簡易で、ストレーナの機能を長期にわたって持続させることができるという効果を奏する。

実施形態において、ストレーナ外面に揺動部材としてのチェーンを取付けたストレーナ装置を示す正面図。 通水配管内の冷却水配管への取水口に固定されたストレーナを示す側断面図。 通水配管内の冷却水配管への取水口に固定されたストレーナを示す平断面図。 通水配管内の冷却水配管への取水口に固定されたストレーナにチェーンを取付けたストレーナ装置を拡大して示す側断面図。 チェーンの自由端にストレーナの取水孔より大きいリングを連結した状態を示す正面図。 チェーンが水流によって揺動する状態を示す作用図。 ストレーナ装置による実施形態の効果を示す斜視図。 水力発電所における全体構成を模式的に示す説明図。

以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて詳細に説明する。
図８に示すように、ダム１１の下流には上水槽１２が設けられ、導水路１３を介してダム１１内の水が上水槽１２に貯留される。前記上水槽１２には斜め下方へ延びる通水配管（水圧配管）１４が接続され、その通水配管１４は主弁１５を介して水車１６に接続されている。前記通水配管１４は鋼鉄製で、その直径が例えば２６００ｍｍ、厚さが例えば２８ｍｍに形成される。そして、上水槽１２内の水は通水配管１４を経て水車１６内に到り、通水配管１４を流れ落ちる水の力により水車１６を回し、発電機１７で発電を行うように構成されている。

図２に示すように、前記通水配管１４の周壁１４ａの一側部中央位置には取水口１８が開口され、その取水口１８には冷却水配管１９が水平方向に延びるように溶接によって固定されている。図８に示すように、この冷却水配管１９は、自動ストレーナ２０を介して発電機１７の複数の軸受部２１や水車１６の軸受部２１ａ及び発電機１７の巻線冷却用の空気冷却器２１ｂに到るように構成され、前記取水口１８から取水された水が冷却水配管１９を通って軸受部２１、２１ａ及び発電機１７の巻線を冷却するようになっている。

図１〜図３に示すように、前記通水配管１４の周壁１４ａ内面における取水口１８の周囲には、正面長円形でかつ断面円弧形の舟形状をなすストレーナ２２が、通水配管１４の周壁１４ａ内面から内方へ膨出するように、溶接により接合されている。このストレーナ２２の中心は、冷却水配管１９よりも上流側に位置している。このストレーナ２２は鋼鉄製で、長さが例えば１０５０ｍｍ、幅が４００ｍｍ、厚さが１２ｍｍに形成される。また、ストレーナ２２の通水配管１４内への膨出高さは例えば１３０ｍｍに形成される。

図１に示すように、このストレーナ２２には、円孔状の取水孔（細孔）２３が縦横に一定間隔をおいて多数穿設され、通水配管１４内を流れる水が各取水孔２３から冷却水配管１９へ導かれるようになっている。各取水孔２３は、その直径が例えば２２ｍｍに形成され、通水配管１４内を流れる水に混ざった落葉、木屑、ごみ等の夾雑物２４が取水孔２３から冷却水配管１９内へ流入し難いようになっている。なお、取水孔２３はストレーナ２２の上流側端部及び下流側端部には設けられていない。

前記自動ストレーナ２０は図示しない多数の微小孔を有する回転かごにより構成され、前記ストレーナ２２で除去されなかった微小な夾雑物２４を除去する。前記微小孔は、例えば直径３．２ｍｍに形成される。

前記ストレーナ２２の下半部において、揺動部材としての複数のチェーン２５はその一端（固定端２５ａ）がストレーナ２２の外面に取付けられ、他端（自由端２５ｂ）がストレーナ２２に非固定状態で通水配管１４内の水の流れにより揺動するように構成されている。チェーン２５の固定端２５ａは、例えばストレーナ２２の取水孔２３に図示しない銅線等を通してチェーン２５を構成する鎖素子２６を結合し、チェーン２５がストレーナ２２に固定されている。

前記チェーン２５は、例えば上下方向に３列、左右方向（上流から下流方向）に５列、合計１５個取付けられる。各チェーン２５の長さは例えば１００〜１５０ｍｍに設定され、水の流れ方向におけるチェーン２５間の間隔は例えば１５０〜２００ｍｍに設定される。

図５に示すように、前記チェーン２５は長円状をなす鎖素子２６が連結して構成されている。各鎖素子２６はステンレス鋼により形成されている。各チェーン２５の非固定状態である自由端２５ｂには、ストレーナ２２の取水孔２３よりも大きく形成されたステンレス鋼製の円環状をなすリング２７が連結されている。このリング２７により、チェーン２５の自由端２５ｂが取水孔２３内へ吸い込まれないように構成されている。

そして、前記通水配管１４内への非通水時には図１及び図４の実線に示すように自重で垂れ下がり、通水配管１４内への通水時には図１の二点鎖線に示すように水の流れの方向すなわちほぼ水平方向に並行して延びる。各チェーン２５は、水の流れによって揺動したとき、互いに接触しない長さに設定されている。このような各チェーン２５の揺動運動により、夾雑物２４による取水孔２３の詰まりを抑えるようになっている。

図４に示すように、前記ストレーナ２２の外面或いはストレーナ２２の周囲の通水配管１４の周壁１４ａ内面には塗料による被膜２８が形成され、チェーン２５の揺動によるストレーナ２２外面及び周壁１４ａ内面の摩耗を抑制する。この塗料は密着性（付着性）に優れるとともに、耐摩耗性も発現できるものであり、具体的にはエポキシ樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、アクリル変性ウレタン樹脂塗料等が用いられる。塗布形態としては、塗料を塗布して被膜２８を一層形成する形態でもよいが、下塗り塗料を塗布後に上塗り塗料を塗布して被膜２８を二層形成する形態が好ましい。具体的には、下塗り塗料としてエポキシ樹脂塗料、上塗り塗料としてアクリル変性ウレタン樹脂塗料を使用して、密着性、耐摩耗性等の特性を有する被膜２８を形成する。

前述したストレーナ２２、揺動部材としてのチェーン２５、被膜２８等によりストレーナ装置３０が構成されている。
次に、以上のように構成されたストレーナ装置３０の使用方法について作用とともに説明する。

さて、図８に示すように、水力発電所において発電を行う場合には、ダム１１に貯留された水を上水槽１２から通水配管１４を経て水車１６に導いて発電機１７で発電を行う。前記水車１６や発電機１７の軸受部２１、２１ａ及び発電機１７の空気冷却器２１ｂは、通水配管１４の取水口１８から冷却水配管１９に流入された冷却水により冷却される。このとき、通水配管１４の取水口１８にはストレーナ２２にチェーン２５が取付けられたストレーナ装置３０が設けられている。

図１、図４及び図６の実線に示すように、ストレーナ装置３０の非使用時には全てのチェーン２５は自重により垂れ下がった状態にある。次いで、ストレーナ装置３０の使用時、すなわち通水配管１４内への通水時には、図６の矢印に示すように、チェーン２５の他端が自由端２５ｂになっていることから、チェーン２５の自由端２５ｂ側はストレーナ２２外面において通水配管１４内の水流によりその固定端２５ａを起点にして半円状（又は扇状）を描くように揺動運動をする。すなわち、図６の一点鎖線又は二点鎖線に示すように、チェーン２５の自由端２５ｂ側は水流の強さ、方向等に応じてその固定端２５ａを起点にして揺動（回動）し、水流の方向へと延びる。

図１の二点鎖線に示すように、チェーン２５は、水の流れに並行して延びるように３列に設けられるとともに、水流の方向にも５列に設けられていることから、各チェーン２５が通水配管１４内を流れる水の状態に応じてそれぞれ独自に揺動する。

このような多数のチェーン２５の揺動運動により、ストレーナ２２外面に貼り付く落葉等の夾雑物２４をストレーナ２２外面から剥して落としたり、ストレーナ２２外面から離間させたりすることができる。その結果、図７に示すように、ストレーナ２２外面の下半部において夾雑物２４が取り除かれ、取水孔２３の詰まりが防止される。このため、通水配管１４から冷却水配管１９への冷却水の流れを維持することができ、冷却水の水量や水圧を十分に確保することができる。

ちなみに、同一の条件でストレーナ２２にチェーン２５を取付けた場合とチェーン２５を取付けなかった場合について効果を比較した。その結果、冷却水配管１９への冷却水量は、チェーン２５を取付けた場合には９６％を維持できたのに対し、チェーン２５を取付けなかった場合には５０％の低下が見られた。また、自動ストレーナ２０の入口圧力は、チェーン２５を取付けた場合には８７％（１．２８ＭＰａから１．１１ＭＰａ）維持できたのに対し、チェーン２５を取付けなかった場合には６６％（１．２８ＭＰａから０．８４ＭＰａ）に低下した。加えて、ステンレス鋼により形成されたチェーン２５の摩耗量は、１０ヶ月経過後に鎖素子２６の線径で０．３ｍｍであり、線径が５０％以下に減肉するには３．５年を要することから、チェーン２５は耐久性の高いことが示された。

以上詳述した実施形態によって得られる効果を以下にまとめて記載する。
（１）この実施形態のストレーナ装置３０は、一端がストレーナ２２に固定され、他端が非固定状態に形成された複数の揺動部材としてのチェーン２５を有している。このため、複数のチェーン２５が通水配管１４内の水の流れにより揺動し、ストレーナ２２外面への夾雑物２４の貼り付きを抑えることができる。従って、夾雑物２４によるストレーナ２２の取水孔２３の詰まりを抑制することができる。

よって、この実施形態のストレーナ装置３０によれば、構成が簡易で、ストレーナ２２の機能を長期にわたって持続させることができる。その結果、通水配管１４への通水を緊急停止してストレーナ２２の清掃作業を行ったり、定期的にストレーナ２２の清掃作業を実施したりする必要がなく、そのための手間や費用を節約することができる。

（２）前記チェーン２５は、水の流れに並行して延びるように複数設けられている。このため、水の流れを利用してストレーナ２２外面の夾雑物２４を有効に除去することができる。

（３）前記取水口１８は通水配管１４の側部中央位置に設けられ、チェーン２５はストレーナ２２の下半部において水の流れの方向に複数設けられ、各チェーン２５は揺動したとき互いに接触しないように配置されている。そのため、チェーン２５は自重で垂れ下がった状態からその自由端２５ｂが水の流れる方向へ移動するときにストレーナ２２外面の夾雑物２４を効率的に拭うことができる。しかも、複数のチェーン２５は揺動時に接触しないように構成されていることから、各チェーン２５が独立して揺動することができ、チェーン２５による夾雑物２４の除去を有効に進めることができる。

（４）前述のように、揺動部材はチェーン２５により構成されている。このため、チェーン２５を構成する鎖素子２６間が水の流れにより相対的に動くことができ、夾雑物２４の除去効率を向上させることができる。

（５）前記チェーン２５の一端はストレーナ２２に固定され、チェーン２５の他端には取水孔２３よりも大きく形成されたリング２７が連結されている。この場合には、チェーン２５の他端がストレーナ２２の取水孔２３に吸い込まれることを防止でき、夾雑物２４の除去を継続して実施することができる。

（６）前記ストレーナ２２の外面には密着性が良く、耐摩耗性も発揮できる塗料による被膜２８が形成されている。このため、チェーン２５とストレーナ２２外面との接触による摩耗を抑制でき、チェーン２５による夾雑物２４の除去を長期にわたって継続することができる。

（７）前記ストレーナ２２は舟形状をなし、通水配管１４内へ膨出するように構成されている。そのため、ストレーナ２２の強度を高めることができるとともに、ストレーナ２２の面積を拡大でき、通水配管１４から冷却水配管１９への冷却水の供給量を十分に確保することができる。

（８）前記通水配管１４は水力発電所の水圧配管であり、取水口１８には発電機１７の軸受部２１、水車１６の軸受部２１ａ及び発電機１７の巻線を冷却するための冷却水配管１９が接続される。この場合、水力発電所において、発電機１７の停止を抑制して発電機１７の稼動を持続させることができ、水力発電所の管理水準を向上させることができる。

（９）前記ストレーナ装置３０の使用方法は、ストレーナ装置３０の非使用時にはチェーン２５が自重で垂れ下がり、ストレーナ装置３０の使用時にはチェーン２５が通水配管１４内を流れる水によって揺動し、ストレーナ２２に貼り付く夾雑物２４を除去するものである。従って、チェーン２５を水の流れによって揺動させることにより、ストレーナ２２の詰まりを容易に抑制することができる。

（１０）前記チェーン２５は、水の流れに並行して延びるように複数設けられるとともに、水の流れの方向に複数設けられ、各チェーン２５が通水配管１４内を流れる水によって独自に揺動し、ストレーナ２２に貼り付く夾雑物２４を除去する。この場合、複数のチェーン２５がそれぞれ独自に働き、チェーン２５による夾雑物２４の除去効率を高めることができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記揺動部材として、複数の金属棒、金属線や金属管をそれぞれ相対回動可能に連結したものを使用してもよい。

・前記実施形態において、チェーン２５を水の流れに並行するように、２列、４列等に配置してもよい。また、水の流れの方向におけるチェーン２５間の間隔を長くするとともに、チェーン２５自体の長さを長く設定してもよい。

・前記複数のチェーン２５をストレーナ２２の上半部と下半部に設けるように構成してもよい。
・前記複数のチェーン２５の配置を、互いに干渉しない範囲で、千鳥状に設定したり、ランダムに設定したりしてもよい。

・前記チェーン２５を構成する鎖素子２６の形状を、円形状、楕円形状、非対称形状等に形成してもよい。また、鎖素子２６の材料として、鋼線等を使用してもよい。
・前記ストレーナ２２の形状、膨出高さ等を適宜変更してもよい。

・前記チェーン２５を、水流によって揺動したときその自由端２５ｂ側が隣接するチェーン２５の固定端２５ａ側に接触（干渉）するように構成してもよい。この場合には、揺動範囲の狭いチェーン２５の固定端２５ａ側に付着した夾雑物２４に対し、隣接するチェーン２５の自由端２５ｂ側が当たってその夾雑物２４を振り落して取り除くことができる。そのため、チェーン２５の自由端２５ｂ側への夾雑物２４の堆積を抑制することができる。

・前記取水口１８を、通水配管１４の側部中央位置以外の位置、例えば通水配管１４の上部中央位置に設けるように構成してもよい。

１４…通水配管、１４ａ…周壁、１７…発電機、１８…取水口、１９…冷却水配管、２１、２１ａ…軸受部、２１ｂ…空気冷却器、２２…ストレーナ、２３…取水孔、２４…夾雑物、２５…揺動部材としてのチェーン、２７…リング、２８…被膜、３０…ストレーナ装置。

Claims (9)

1. 通水配管の周壁に設けられた取水口から取水するように構成され、前記取水口には複数の取水孔を有するとともに、水中の夾雑物を遮るためのストレーナを備え、前記ストレーナには、一端がストレーナに固定され、他端がストレーナに対して非固定状態で水の流れにより揺動して夾雑物による取水孔の詰まりを抑える複数の揺動部材を備えることを特徴とするストレーナ装置。
2. 前記取水口は通水配管の側部中央位置に設けられ、揺動部材はストレーナの下半部において水の流れに並行して延びるように複数設けられている請求項１に記載のストレーナ装置。
3. 前記取水口は通水配管の側部中央位置に設けられ、揺動部材はストレーナの下半部において水の流れの方向に複数設けられ、各揺動部材は揺動したとき互いに接触しないように配置されている請求項１又は請求項２に記載のストレーナ装置。
4. 前記揺動部材はチェーンにより構成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のストレーナ装置。
5. 前記チェーンの一端はストレーナに固定され、チェーンの他端には取水孔よりも大きく形成されたリングが連結されている請求項４に記載のストレーナ装置。
6. 前記ストレーナの外面には塗料による被膜が形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のストレーナ装置。
7. 前記通水配管は水力発電所の水圧配管であり、取水口には少なくとも発電機の軸受部を冷却するための冷却水配管が接続されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のストレーナ装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のストレーナ装置の使用方法であって、
   前記ストレーナ装置の非使用時には揺動部材は自重で垂れ下がり、ストレーナ装置の使用時には揺動部材は通水配管内を流れる水によって揺動し、ストレーナに貼り付く夾雑物を除去することを特徴とするストレーナ装置の使用方法。
9. 前記揺動部材は、水の流れに並行して延びるように複数設けられるとともに、水の流れの方向に複数設けられ、各揺動部材が通水配管内を流れる水によって独自に揺動し、ストレーナに貼り付く夾雑物を除去する請求項８に記載のストレーナ装置の使用方法。

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