JP2019027314A - Hydraulic machine and assembly and disassembly methods of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、水力機械およびその組立分解方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a hydraulic machine and an assembly / disassembly method thereof.
一般に、立軸フランシス水車などの水力機械の現地組立時には、水力機械の部品を工場から現地まで個別に搬送し、各部品をクレーンで吊り上げて建屋内へと搬入し、建屋内で各部品の据付調整を行う。同様に、水力機械のオーバーホール時には、水力機械を部品に分解し、各部品をクレーンで吊り上げて建屋から搬出し、各部品の点検や修理を行う。 In general, when assembling a hydraulic machine such as a vertical-axis Francis turbine, the parts of the hydraulic machine are individually transported from the factory to the site, and each part is lifted with a crane and carried into the building. I do. Similarly, when the hydraulic machine is overhauled, the hydraulic machine is disassembled into parts, each part is lifted by a crane and taken out of the building, and each part is inspected and repaired.
水力機械の部品の搬送方法としては、以下のような方法が知られている。例えば、二床式水力発電設備の上部空間と下部空間とを連通する連通口を設け、水力機械の現地組立時に、連通口の下部に配置された搬送用レールと、搬送用レールに取り付けられた吊り出し冶具とを用いて、水力機械の部品を搬送する方法が知られている。また、水力機械の水車主軸に、着脱可能な中間軸を設け、水車機械を囲うバレルの周面に、水力機械搬出入用のハッチに向かう搬送路を開口した水力機械も知られている。 The following methods are known as methods for transporting parts of hydraulic machines. For example, a communication port that connects the upper space and the lower space of a two-floor hydroelectric power generation facility was provided, and when the hydraulic machine was assembled on site, it was attached to the transport rail and the transport rail that were placed below the communication port. A method of conveying parts of a hydraulic machine using a lifting jig is known. There is also known a hydraulic machine in which a detachable intermediate shaft is provided on a hydraulic turbine main shaft of the hydraulic machine, and a conveyance path toward a hydraulic machine carry-in / out hatch is opened on a peripheral surface of a barrel surrounding the hydraulic machine.
立軸フランシス水車は、適用範囲が広く納入実績も多い水力機械であるが、その組立や分解に関していくつかの問題を有している。例えば、立軸フランシス水車の現地組立時には、水車の下部に配置される部品から順番に建屋内に部品を搬入するため、その組立作業および据付調整に長期間を要している。また、立軸フランシス水車の工場出荷前には水車の仮組作業を行うことから、現地と工場とで二重の組立作業が発生している。また、工場での仮組後の分解作業やオーバーホール時の分解作業においても、部品を順番に分解する必要があり、分解作業に多大な工数と人員が必要となる。同様の問題は、立軸フランシス水車以外の水力機械でも発生する。 The vertical shaft Francis turbine is a hydraulic machine with a wide range of applications and a long delivery record, but it has some problems with its assembly and disassembly. For example, when assembling the vertical shaft Francis turbine locally, the components are carried into the building in order from the components arranged at the bottom of the turbine, so that a long period of time is required for the assembly work and installation adjustment. In addition, because the temporary assembly of the turbine is performed before the vertical Francis turbine is shipped from the factory, double assembly work has occurred between the site and the factory. Also, in the disassembling work after temporary assembly in the factory and the disassembling work at the time of overhaul, it is necessary to disassemble the parts in order, and the disassembling work requires a great number of man-hours and personnel. A similar problem occurs in hydraulic machines other than vertical Francis turbines.
さらに、中型や小型の水力機械の組立時や分解時においては、建屋内の作業スペースが狭いことが問題となる。そのため、水力機械の組立作業、据付作業、流路点検などの作業性が悪いことから、作業効率低下の要因となっている。 Furthermore, when assembling and disassembling medium-sized and small hydraulic machines, there is a problem that the work space in the building is narrow. For this reason, work efficiency such as assembly work, installation work, and flow path inspection of the hydraulic machine is poor, which is a factor in reducing work efficiency.
そこで、本発明の実施形態は、水力機械の組立や分解を効率的に実施することが可能な水力機械およびその組立分解方法を提供することを課題とする。 Then, embodiment of this invention makes it a subject to provide the hydraulic machine and its assembly / disassembly method which can implement efficiently assembly and decomposition | disassembly of a hydraulic machine.
一の実施形態によれば、水力機械は、貯水池から水が流入するケーシングと、前記ケーシングの内径側に設けられた固定翼であるステーベーンと、前記ケーシングの内径側に設けられた第1部分と、前記第1部分の内径側に設けられ、前記第1部分と分割可能な第2部分とを含むステーリングとを備える。さらに、前記機械は、前記ステーベーンの内径側に設けられた可動翼であるガイドベーンと、前記ガイドベーンの上部に設けられた上カバと、前記ガイドベーンの下部に設けられた下カバと、前記ガイドベーンを開閉させるガイドベーン開閉機構とを備える。さらに、前記機械は、前記ケーシングから流入する水により回転するランナと、前記ランナの回転運動を発電機に伝達する主軸と、前記ランナを回転させた水が流入するドラフトチューブとを備える。 According to one embodiment, the hydraulic machine includes a casing into which water flows from a reservoir, a stay vane that is a fixed vane provided on the inner diameter side of the casing, and a first portion provided on the inner diameter side of the casing. And a staying provided on the inner diameter side of the first portion and including the first portion and a separable second portion. Further, the machine includes a guide vane that is a movable vane provided on an inner diameter side of the stay vane, an upper cover provided on an upper part of the guide vane, a lower cover provided on a lower part of the guide vane, A guide vane opening and closing mechanism for opening and closing the guide vane. Further, the machine includes a runner that rotates with water flowing from the casing, a main shaft that transmits the rotational motion of the runner to a generator, and a draft tube into which water that rotates the runner flows.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1から図6では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1 to FIG. 6, the same or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the first embodiment.
図1の水力機械は、立軸フランシス水車であり、ケーシング1と、ステーベーン2と、ステーリング3と、ガイドベーン4と、上カバ5と、下カバ6と、ガイドベーン開閉機構7と、ランナ8と、主軸9と、ドラフトチューブ10とを備えている。
The hydraulic machine of FIG. 1 is a vertical shaft Francis turbine, and includes a
図1は、主軸9に垂直で互いに垂直なX方向およびY方向と、主軸9に平行なZ方向を示している。本明細書では、+Z方向を上方向として取り扱い、−Z方向を下方向として取り扱う。本実施形態の−Z方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。本明細書ではさらに、主軸9に近い側を内径側と呼び、主軸9から遠い側を外径側と呼ぶ。
FIG. 1 shows an X direction and a Y direction perpendicular to the
ケーシング1は、渦巻状の形状を有し、上部貯水池から圧力水が流入するよう構成されている。ステーベーン2は、ケーシング1の内径側に設けられた固定翼である。ステーリング3は、リング状の形状を有し、ケーシング1の内径側に設けられている。ステーリング3は、ステーベーン2で軸方向の水応力を支持するよう構成されている。
The
ガイドベーン4は、ステーベーン2の内径側に設けられた可動翼である。上カバ5は、ガイドベーン4の上部に設けられており、下カバ6は、ガイドベーン4の下部に設けられている。上カバ5と下カバ6は、ガイドベーン4を支承し、円筒流路を形成している。ケーシング1に流入した圧力水は、ステーベーン2とガイドベーン4とを介してこの円筒流路に流入する。ガイドベーン開閉機構7は、ガイドベーン4をサーボモータ等の駆動力により開閉させる。
The guide vane 4 is a movable vane provided on the inner diameter side of the stay vane 2. The
ランナ8は、円筒流路の内径側に設けられており、円筒流路から流入する圧力水により回転する。これにより、ランナ8は、圧力水の持つエネルギーを回転エネルギーに変換することができる。主軸9は、ランナ8に取り付けられており、ランナ8の回転運動を発電機(図示せず)に伝達する。ドラフトチューブ10は、ランナ8を回転させてエネルギーを失った流水が流入するよう構成されており、この流水の圧力を回復させる流路を形成している。
The
水力機械の現地組立時には、水力機械の部品を工場から現地まで搬送し、搬送した部品をクレーンで吊り上げて建屋内へと搬入する。矢印A1は、部品を搬入する際の部品の移動方向の例を示している。同様に、水力機械のオーバーホール時には、水力機械を部品に分解し、分解した部品をクレーンで吊り上げて建屋から搬出する。矢印A2は、部品を搬出する際の部品の移動方向の例を示している。 At the time of local assembly of the hydraulic machine, the parts of the hydraulic machine are transported from the factory to the site, and the transported parts are lifted with a crane and carried into the building. Arrow A1 shows an example of the moving direction of the component when the component is carried in. Similarly, when the hydraulic machine is overhauled, the hydraulic machine is disassembled into parts, and the disassembled parts are lifted by a crane and carried out of the building. Arrow A2 shows an example of the moving direction of the component when the component is carried out.
図2は、第1実施形態の水力機械の構造を示す断面図であり、図1の拡大断面図に相当する。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the first embodiment, and corresponds to the enlarged cross-sectional view of FIG.
本実施形態のステーリング3は、ケーシング1の内径側に設けられた第1ステーリング3aと、第1ステーリング3aの内径側に設けられ、第1ステーリング3aと分割可能な第2ステーリング3bとを含んでいる。第1および第2ステーリング3a、3bはいずれもリング状の形状を有しており、第1ステーリング3aが外側に位置し、第2ステーリング3bが内側に位置している。第1および第2ステーリング3a、3bはそれぞれ、第1および第2部分の例である。
The staying 3 of the present embodiment includes a
第1ステーリング3aと第2ステーリング3bは分割可能であるため、水力機械の現地組立時にはこれらを建屋内に別々に搬入する。まず、ケーシング1の内径側の領域に第1ステーリング3aを搬入する。次に、第1ステーリング3aの搬入後に、第1ステーリング3aの内径側の領域に第2ステーリング3bを搬入する。こうして、ステーリング3が建屋内に搬入される。
Since the
同様に、水力機械の分解・オーバーホール時には、第1ステーリング3aと第2ステーリング3bを建屋から別々に搬出する。まず、ケーシング1の内径側の領域から第2ステーリング3bを搬出する。次に、第2ステーリング3bの搬出後に、ケーシング1の内径側の領域から第1ステーリング3aを搬出する。こうして、ステーリング3が建屋から搬出される。
Similarly, when the hydraulic machine is disassembled and overhauled, the
このように、本実施形態のステーリング3は、第1ステーリング3aと第2ステーリング3bとに分割することができる。これにより、第2ステーリング3bを、ガイドベーン4、上カバ5、下カバ6、およびガイドベーン開閉機構7と一体化された状態で、第1ステーリング3aの内径側の領域に搬入することや、第1ステーリング3aの内径側の領域から搬出することが可能となる。よって、本実施形態の第2ステーリング3b、ガイドベーン4、上カバ5、下カバ6、およびガイドベーン開閉機構7は、建屋内に同時に搬入され、建屋から同時に搬出される。図2の斜線部は、第2ステーリング3bおよびこれと同時に搬入・搬出される部品を示している。
Thus, the staying 3 of the present embodiment can be divided into the
第2ステーリング3bは、ガイドベーン4、上カバ5、下カバ6、およびガイドベーン開閉機構7とどのような方法で一体化されていてもよい。図2は、第2ステーリング3bが上カバ5および下カバ6と締結具Fにより締結されている様子を示している。締結具Fの例はボルトである。
The
第1ステーリング3aは、第2ステーリング3bを載置するための載置部Pを含んでいる。本実施形態の載置部Pは、第2ステーリング3bを載置するための段差である。第2ステーリング3bは、第1ステーリング3aの載置部Pの上部に載置されている。本実施形態の第2ステーリング3bは、建屋内に搬入された後、第1ステーリング3aと締結具により締結される。この締結具の例は、上述の締結具Fと同様にボルトである。第1ステーリング3aと第2ステーリング3bとを締結する締結具は、建屋から搬出する際に取り外される。
The
図1は、第2ステーリング3bの最外径D1(最外部の半径)と、ケーシング1の最内径D2(最内部の半径)を示している。本実施形態の第2ステーリング3bの最外径D1は、ケーシング1の最内径D2よりも小さく設計されている。これにより、第2ステーリング3bが上カバ5、下カバ6等と一体化されていても、第2ステーリング3bを、ケーシング1の内径側の領域にスムーズに搬入することや、ケーシング1の内径側の領域からスムーズに搬出することが可能となる。
FIG. 1 shows the outermost diameter D1 (outermost radius) of the
本実施形態によれば、第2ステーリング3b、ガイドベーン4、上カバ5、下カバ6、およびガイドベーン開閉機構7に関し、工場での仮組作業で組立調整を行いそのまま現地に搬送することが可能となるため、現地組立や据付調整に要する時間を短縮することができる。さらに、これらを工場で組み立てることができるため、組立時に広い作業スペースを確保することができ、組立工数を削減することが可能となる。
According to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、オーバーホール時に第2ステーリング3b、ガイドベーン4、上カバ5、下カバ6、およびガイドベーン開閉機構7を一体化したまま搬出することができるため、分解工数や流路点検工数を削減することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
なお、ステーベン2は、本実施形態では翼形の形状を有しているが、代わりに、軸方向の水応力を効果的に支持するために支柱の形状を有していてもよい。これにより、現地でステーベーン2を第1ステーリング3aに滑らかに接合する必要がなくなり、現地組立や据付調整に要する時間をさらに短縮することができる。
Note that the
以上のように、本実施形態によれば、水力機械の組立や分解を効率的に実施することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to efficiently assemble and disassemble the hydraulic machine.
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the second embodiment.
本実施形態の第2ステーリング3bは、ガイドベーン4、上カバ5、およびガイドベーン開閉機構7と一体化された状態で、建屋内に搬入され、建屋から搬出される(図3の斜線部を参照)。下カバ6は、第2ステーリング3bとは別個に搬入および搬出される。
The
一般に、ガイドベーン開閉機構7を第2ステーリング3bや上カバ5などに取り付ける作業は面倒である。本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、面倒なガイドベーン開閉機構7の取り付け作業や取り外し作業を建屋内で行うことを省略できる。
In general, it is troublesome to attach the guide vane opening /
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the third embodiment.
本実施形態の第2ステーリング3bは、下カバ6と一体化された状態で、建屋内に搬入され、建屋から搬出される(図4の斜線部を参照)。ガイドベーン4、上カバ5、およびガイドベーン開閉機構7は、第2ステーリング3bとは別個に搬入および搬出される。
The
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、下カバ6の取り付け作業や取り外し作業を建屋内で行うことを省略できる。よって、下カバ6の取り付けや取り外しに要する時間を削減することが可能となる。
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to omit performing the attaching operation and the removing operation of the
(第4実施形態)
図5は、第4実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the fourth embodiment.
本実施形態の第2ステーリング3bは、上カバ5や下カバ6とは別個に建屋内に搬入され、建屋から搬出される(図5の斜線部を参照)。よって、水力機械の現地組立時には、ケーシング1の内径側に下カバ6を搬入し、次に下カバ6の上部に第2ステーリング3bを搬入し、その後に第2ステーリング3bの上部に上カバ5を搬入する。一方、水力機械の分解・オーバーホール時には、これらの部品が上カバ5、第2ステーリング3b、および下カバ6の順番で搬出される。
The
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、ステーリング3を第1ステーリング3aと第2ステーリング3bとに分割することで、ステーリング3の搬入や搬出を効率的に実施することが可能となる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the staying 3 is divided into the
(第5実施形態)
図6は、第5実施形態の水力機械の構造を示す断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the hydraulic machine according to the fifth embodiment.
本実施形態の下カバ6は、ガイドベーン4の下部に設けられた第1下カバ6aと、第1下カバ6aの下部に設けられ、第1下カバ6aと分割可能な第2下カバ6bとを含んでいる。そして、本実施形態の第2ステーリング3bは、ガイドベーン4、上カバ5、第1下カバ6a、およびガイドベーン開閉機構7と一体化された状態で、建屋内に搬入され、建屋から搬出される(図6の斜線部を参照)。第2下カバ6bは、第2ステーリング3bとは別個に搬入および搬出される。具体的には、組立時には第2下カバ6bが第2ステーリング3bより前に搬入され、分解時には第2下カバ6bが第2ステーリング3bより後に搬出される。
The
本実施形態の水力機械は、低比速度機の立軸フランシス水車である。この場合、下カバ6の突起部が搬入や搬出の妨げになる可能性がある。よって、本実施形態の下カバ6は、この突起部を含まない第1下カバ6aと、この突起部を含む第2下カバ6bとに分割されている。これにより、第2ステーリング3bの搬入や搬出をスムーズに実施することが可能となる。
The hydraulic machine of this embodiment is a vertical shaft Francis turbine of a low specific speed machine. In this case, the protrusion of the
なお、本実施形態の下カバ6は、同様の課題を有する低比速度機の立軸フランシス水車以外の水力機械にも適用可能である。
In addition, the
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な機械および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した機械および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples only and are not intended to limit the scope of the invention. The novel machines and methods described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, substitutions, and changes can be made to the machine and method embodiments described in the present specification without departing from the scope of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to include such forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.
1:ケーシング、2:ステーベーン、3:ステーリング、
3a:第1ステーリング、3b:第2ステーリング、4:ガイドベーン、
5:上カバ、6:下カバ、6a:第1下カバ、6b:第2下カバ、
7:ガイドベーン開閉機構、8:ランナ、9:主軸、10:ドラフトチューブ
1: casing, 2: stay vane, 3: staying,
3a: first staying, 3b: second staying, 4: guide vane,
5: Upper hip, 6: Lower hip, 6a: First lower hip, 6b: Second lower hip,
7: Guide vane opening / closing mechanism, 8: Runner, 9: Main shaft, 10: Draft tube
Claims (7)
前記ケーシングの内径側に設けられた固定翼であるステーベーンと、
前記ケーシングの内径側に設けられた第1部分と、前記第1部分の内径側に設けられ、前記第1部分と分割可能な第2部分とを含むステーリングと、
前記ステーベーンの内径側に設けられた可動翼であるガイドベーンと、
前記ガイドベーンの上部に設けられた上カバと、
前記ガイドベーンの下部に設けられた下カバと、
前記ガイドベーンを開閉させるガイドベーン開閉機構と、
前記ケーシングから流入する水により回転するランナと、
前記ランナの回転運動を発電機に伝達する主軸と、
前記ランナを回転させた水が流入するドラフトチューブと、
を備える水力機械。 A casing into which water flows from the reservoir,
A stay vane that is a fixed wing provided on the inner diameter side of the casing;
A staying including a first portion provided on the inner diameter side of the casing, and an inner diameter side of the first portion, the first portion and a second portion that can be divided;
A guide vane that is a movable vane provided on the inner diameter side of the stay vane;
An upper cover provided on an upper portion of the guide vane;
A lower cover provided at a lower portion of the guide vane;
A guide vane opening and closing mechanism for opening and closing the guide vane;
A runner rotating with water flowing from the casing;
A main shaft that transmits the rotational motion of the runner to a generator;
A draft tube into which the water that has rotated the runner flows;
With hydraulic machine.
前記ケーシングの内径側に設けられた固定翼であるステーベーンと、
前記ケーシングの内径側に設けられたステーリングと、
前記ステーベーンの内径側に設けられた可動翼であるガイドベーンと、
前記ガイドベーンの上部に設けられた上カバと、
前記ガイドベーンの下部に設けられた下カバと、
前記ガイドベーンを開閉させるガイドベーン開閉機構と、
前記ケーシングから流入する水により回転するランナと、
前記ランナの回転運動を発電機に伝達する主軸と、
前記ランナを回転させた水が流入するドラフトチューブと、
を備える水力機械の組立分解方法であって、
前記水力機械の組立時に、前記ケーシングの内径側に前記ステーリングの第1部分を搬入し、
前記第1部分の搬入後に、前記第1部分の内径側に前記ステーリングの第2部分を搬入する、
ことを備える水力機械の組立分解方法。 A casing into which water flows from the reservoir,
A stay vane that is a fixed wing provided on the inner diameter side of the casing;
Staying provided on the inner diameter side of the casing;
A guide vane that is a movable vane provided on the inner diameter side of the stay vane;
An upper cover provided on an upper portion of the guide vane;
A lower cover provided at a lower portion of the guide vane;
A guide vane opening and closing mechanism for opening and closing the guide vane;
A runner rotating with water flowing from the casing;
A main shaft that transmits the rotational motion of the runner to a generator;
A draft tube into which the water that has rotated the runner flows;
An assembly / disassembly method for a hydraulic machine comprising:
When assembling the hydraulic machine, carry in the first portion of the staying on the inner diameter side of the casing,
After carrying in the first part, carry in the second part of the staying on the inner diameter side of the first part,
A method for assembling and disassembling a hydraulic machine.
前記第2部分の搬出後に、前記ケーシングの内径側から前記第1部分を搬出する、
ことを備える請求項6に記載の水力機械の組立分解方法。 When disassembling the hydraulic machine, carry out the second part from the inner diameter side of the casing,
After unloading the second part, unload the first part from the inner diameter side of the casing,
The assembly / disassembly method of the hydraulic machine of Claim 6 provided with this.
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