JP2020029774A - Water turbine blade attaching structure of hydraulic generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼を備え、水路に設置されて水の力で発電する水力発電装置の水車翼取付け構造に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbine blade mounting structure of a hydraulic power generation device that includes a turbine blade made of a fiber-reinforced plastic material and is installed in a water channel to generate power with water power.
水力発電装置は、水のエネルギーを回転エネルギーに変換する水車翼と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備える。他に、必要に応じて、水車翼の回転を増速して発電機に伝達する増速機、発電機を制御する制御装置等が設けられる。 The hydraulic power generator includes a water turbine blade that converts water energy into rotational energy, and a generator that converts rotational energy into electric energy. In addition, as necessary, a gearbox for increasing the speed of rotation of the turbine blade and transmitting the rotation to the generator, a control device for controlling the generator, and the like are provided.
小水力発電装置の水車翼を繊維強化プラスチック材とし、増速機の入力軸となる水車軸に取り付ける場合、まず、一対のフランジ部材で水車翼の中心部の両側面を挟み込み、これら一対のフランジ部材と水車翼の中心部とをボルトで締め付けて固定する。そして、この水車翼と一対のフランジ部材とからなるアッセンブリを、フランジ部材の部分で水車軸に軸方向に移動不能かつ回転不能に取り付ける。水車翼が水の力を受けて回転すると、その回転トルクが摩擦力によりフランジ部材に伝達されて、水車軸が回転する。 When the turbine blade of the small hydro power plant is made of fiber-reinforced plastic material and attached to the turbine shaft that is the input shaft of the gearbox, first, a pair of flange members sandwich both sides of the center of the turbine blade, and the pair of flanges The member and the center of the turbine blade are tightened with bolts and fixed. Then, the assembly including the turbine blade and the pair of flange members is attached to the hydraulic shaft at the flange member portion so as not to move in the axial direction and to rotate. When the water turbine blades rotate under the force of water, the rotation torque is transmitted to the flange member by frictional force, and the water turbine shaft rotates.
特許文献1は垂直軸型水力発電装置に関し、垂直回転軸と3枚のブレードとをボルトおよびナットを用いて締結固定することが記載されている。
水路に設置される水力発電装置では、水車翼が水から変動荷重を受ける。例えば、水車翼が、回転軸心が水流方向と平行なプロペラ水車であり、その水車翼の上部が水面より上に出ている場合、水車翼の羽根は水に没している状態と水から出ている状態とを繰り返す。これにより、羽根が受ける荷重が大きく変化する。このようなスラスト方向の変動荷重を水車翼が受けると、荷重変動により、水車翼の中心部のボルト孔の内周面に、一対のフランジ部材と水車翼とを締め付ける前記ボルトが接触し、ボルト孔の内周面表層部が摩耗する。その摩耗部分から、水車翼の内部に水が浸透する。 In a hydraulic power generator installed in a water channel, a turbine blade receives a variable load from water. For example, if the turbine blade is a propeller turbine whose axis of rotation is parallel to the direction of the water flow, and the upper part of the turbine blade is above the water surface, the blades of the turbine blade are submerged in water and Repeat the state that it is out. As a result, the load applied to the blade changes greatly. When the turbine blade receives such a fluctuating load in the thrust direction, due to the load variation, the bolts for tightening the pair of flange members and the turbine blade come into contact with the inner peripheral surface of the bolt hole at the center of the turbine blade. The inner layer surface of the hole is worn. Water penetrates into the inside of the turbine blade from the worn portion.
繊維強化プラスチック材の樹脂材、例えばビニルエステル樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂と比較して、耐水性に優れ、水との接触でも強度劣化し難い。一方、繊維強化プラスチック材の繊維材は、水との接触により強度劣化に繋がる。水車翼の外皮は樹脂材であるため、水と接触しても強度低下を促進しないが、摩耗部分から繊維材が水と接触することで、水車翼の強度低下に繋がる。 A resin material of a fiber reinforced plastic material, for example, a vinyl ester resin, is superior in water resistance to an unsaturated polyester resin, and hardly deteriorates in strength even in contact with water. On the other hand, the fiber material of the fiber reinforced plastic material leads to deterioration in strength due to contact with water. Since the outer skin of the water turbine blade is made of a resin material, it does not promote a decrease in strength even when it comes into contact with water. However, when the fiber material comes into contact with water from a worn portion, the strength of the water turbine blade is reduced.
この発明の目的は、水車翼が繊維強化プラスチック材である場合、荷重変動により、水車翼中心部のボルト孔の内周面表層部にボルトが接触して摩耗し、その摩耗部分から繊維強化プラスチック材の内部に水が浸透することによる水車翼の強度低下を防止することができる水力発電装置の水車翼取付け構造を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hydraulic turbine blade made of fiber-reinforced plastic material, wherein the load fluctuation causes the bolt to come into contact with the inner peripheral surface of the bolt hole at the center of the turbine blade and wear. An object of the present invention is to provide a turbine blade mounting structure of a hydraulic power generator, which can prevent a decrease in strength of the turbine blade due to penetration of water into a material.
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、
前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在することを特徴とする。
A turbine blade mounting structure for a hydraulic power unit according to the present invention is a hydraulic power unit including a turbine blade made of a fiber-reinforced plastic material, and a generator that generates electric power by rotating the turbine blade. A water turbine wing mounting structure that is mounted so as to rotate integrally with the axle,
The water turbine blade has a through hole in the center, the water wheel shaft is inserted into this through hole,
A pair of flange members are arranged on both side surfaces of the outer peripheral portion of the through hole in the water turbine blade, and a bolt is inserted through a bolt hole provided in the water turbine blade and the pair of flange members. The pair of flange members are fastened,
The pair of flange members are attached to the water wheel axle,
A wear prevention member is interposed between an inner peripheral surface of the bolt hole of the water turbine blade and an outer peripheral surface of the bolt.
この構成によると、水車翼のボルト孔の内周面とボルトの外周面との間に摩耗防止材を介在させたことにより、ボルトがボルト孔の内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔の内周面表層部が摩耗することがほとんどなく、水車翼の繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制される。それにより、水車翼の材料劣化による強度低下を防止することができる。 According to this configuration, the abrasion preventing material is interposed between the inner peripheral surface of the bolt hole of the water turbine blade and the outer peripheral surface of the bolt, so that the bolt does not contact the inner peripheral surface of the bolt hole. As a result, even if a thrust-direction fluctuating load is applied to the turbine blades from water, the inner surface of the bolt hole hardly wears, and water permeates into the fiber-reinforced plastic material of the turbine blades. Is suppressed. Thereby, it is possible to prevent a decrease in strength due to deterioration of the material of the turbine blade.
前記摩耗防止材は、前記水車翼の前記ボルト孔の内周に嵌合する円筒状であるとよい。
摩耗防止材が円筒状であると、摩耗防止材自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔の加工も容易となる。このため、より一層低コストで水車翼の強度低下防止を実現できる。
It is preferable that the wear prevention member has a cylindrical shape that fits into the inner periphery of the bolt hole of the water turbine blade.
When the wear prevention material is cylindrical, not only the processing of the wear prevention material itself, but also the processing of the bolt holes becomes easy. Therefore, it is possible to prevent the strength of the water turbine blade from being reduced at a lower cost.
前記摩耗防止材は、樹脂材または金属材からなっているとよい。
樹脂材および金属材は、いずれも加工が容易である。
The wear preventing material may be made of a resin material or a metal material.
Both the resin material and the metal material are easy to process.
前記摩耗防止材が樹脂材からなっている場合、樹脂材の種類として、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が適する。 When the abrasion preventive is made of a resin material, any one of unsaturated polyester, vinyl ester, and epoxy resin is suitable as the type of the resin material.
前記摩耗防止材は前記ボルトと同一金属からなるか、または、前記摩耗防止材は前記ボルトと異種金属からなり、前記摩耗防止材および前記ボルトの少なくともいずれか一方が耐食処理されているのが望ましい。
ボルトおよび摩耗防止材が共に金属材である場合、これら2つの金属材の種類が異なっていると、水中においては2つの金属間で電食が起きやすい。2つの金属材を同一金属とすることで、上記電食を回避することができる。また、2つの金属材が異種金属である場合でも、少なくともいずれか一方を耐食処理することで、上記電食を回避することができる。
It is preferable that the abrasion preventive is made of the same metal as the bolt, or that the abrasion preventive is made of a different metal from the bolt, and that at least one of the abrasion preventive and the bolt is corrosion-resistant. .
When both the bolt and the wear prevention material are metal materials, if the two metal materials are different in type, electrolytic corrosion easily occurs between the two metals in water. By using the same metal for the two metal materials, the above-described electrolytic corrosion can be avoided. Further, even when the two metal materials are different metals, the electrolytic corrosion can be avoided by performing a corrosion-resistant treatment on at least one of them.
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面に前記摩耗防止材が接着剤により固定されていてもよい。
特に、摩耗防止材が金属材である場合、摩耗防止材の方が繊維強化プラスチック材からなる水車翼よりも硬度が高いため、ボルト孔に対して摩耗防止材が動くことで、ボルト孔の内周面表層部が摩耗する可能性がある。ボルト孔の内周面に摩耗防止材を接着剤により固定することで、摩耗防止材が動かないようにして、ボルト孔の内周面表層部の摩耗を防止することができる。
The wear preventing material may be fixed to an inner peripheral surface of the bolt hole of the water turbine blade with an adhesive.
In particular, when the wear prevention material is a metal material, the hardness of the wear prevention material is higher than that of the water turbine blade made of the fiber reinforced plastic material. The outer surface layer may be worn. By fixing the abrasion preventive material to the inner peripheral surface of the bolt hole with an adhesive, the abrasion preventive material is prevented from moving, so that the abrasion of the inner peripheral surface portion of the bolt hole can be prevented.
前記ボルトのねじ部が、前記水車翼よりも軸方向の外側に位置していてもよい。
これにより、ボルトのねじ部と摩耗防止部材との接触がなくなり、摩耗防止部材の摩耗が軽減される。
The screw portion of the bolt may be located outside the turbine blade in the axial direction.
This eliminates contact between the screw portion of the bolt and the wear prevention member, and reduces wear of the wear prevention member.
前記摩耗防止材は、前記ボルトの外周面にコーティングにより形成された樹脂材であってもよい。
ボルトと摩耗防止材とが別体である場合、ボルトと摩耗防止材との接触面、および摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面の2つの摺動箇所を有する。これに対し、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品であると、摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面のみが摺動箇所となる。このため、摩耗がより防止できる。
また、ボルトの外周面にコーティングにより形成された摩耗防止材は、ボルトと別体の摩耗防止材と比べて、肉厚を薄くすることができる。それにより、ボルト孔の内径を小さくすることができる。
さらに、摩耗防止材をボルトの外周面にコーティングにより形成することで、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品となり、部品点数を削減することができる。それにより、組立作業性が向上する。
The wear prevention member may be a resin material formed by coating an outer peripheral surface of the bolt.
When the bolt and the abrasion preventive member are separate bodies, it has two sliding portions: a contact surface between the bolt and the abrasion preventive material and a contact surface between the abrasion preventive material and the inner peripheral surface of the bolt hole. On the other hand, if the bolt and the abrasion preventive material are an integral part, only the contact surface between the abrasion preventive material and the inner peripheral surface of the bolt hole becomes a sliding portion. Therefore, wear can be further prevented.
Further, the thickness of the abrasion preventing material formed by coating the outer peripheral surface of the bolt can be reduced as compared with the abrasion preventing material separate from the bolt. Thereby, the inner diameter of the bolt hole can be reduced.
Further, by forming the abrasion prevention material on the outer peripheral surface of the bolt by coating, the bolt and the abrasion prevention material become an integrated part, and the number of parts can be reduced. Thereby, assembling workability is improved.
コーティングに用いられる前記樹脂材としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が好ましい。 As the resin material used for the coating, a thermosetting resin of any of unsaturated polyester, vinyl ester, and epoxy resin is preferable.
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、前記水車翼が複数の羽根を有するプロペラ水車である場合に適する。特に、前記プロペラ水車である水車翼が、回転軸心が水流方向と平行である場合に適する。いずれの場合も、水車翼が大きな変動荷重を受けるため、この発明の水車翼取付け構造を採用することによる効果が大きい。 The water turbine blade mounting structure of the hydraulic power generator according to the present invention is suitable for a case where the water turbine blade is a propeller turbine having a plurality of blades. In particular, the water turbine blade, which is the propeller turbine, is suitable for a case where the rotation axis is parallel to the water flow direction. In any case, since the turbine blade receives a large fluctuating load, the effect of adopting the turbine blade mounting structure of the present invention is large.
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在するため、ボルト孔の内周面表層部がボルトと接触して摩耗し、その摩耗部分から繊維強化プラスチック材の内部に水が浸透することによる水車翼の強度低下を防止することができる。 A turbine blade mounting structure for a hydraulic power generator according to the present invention is a hydraulic turbine including a turbine blade made of a fiber-reinforced plastic material and a generator configured to generate power by receiving rotation of the turbine blade. A turbine impeller mounting structure that is mounted so as to rotate integrally with an axle, wherein the turbine impeller has a through hole at a center portion, and the water turbine axle is inserted into the through hole, and the through hole of the turbine impeller is A pair of flange members are arranged on both side surfaces of the outer peripheral portion, and bolts are inserted through bolt holes provided in the water turbine blade and the pair of flange members, and the bolts fasten the water turbine blade and the pair of flange members. The pair of flange members are attached to the water wheel shaft, and an abrasion preventing material is interposed between the inner peripheral surface of the bolt hole of the water turbine blade and the outer peripheral surface of the bolt, The inner peripheral surface a surface layer portion of the belt hole worn in contact with the bolt, can be water from the worn portion within the fiber reinforced plastic material to prevent the reduction in strength of the water wheel blades due to osmosis.
[第1の実施形態]
<水力発電装置>
図1、図2は第1の実施形態に係る水車翼取付け構造が適用された水力発電装置の正面図および側面図である。この水力発電装置は、水路に設置されて水の力で発電を行うものであり、水車翼1、増速機2、発電機3、および支持装置4を備える。他に、発電機3を制御する制御装置(図示せず)等が設けられる。
[First Embodiment]
<Hydroelectric generator>
FIG. 1 and FIG. 2 are a front view and a side view of a hydroelectric power generator to which the turbine blade mounting structure according to the first embodiment is applied. This hydraulic power generation device is installed in a water channel to generate power using water power, and includes a
水車翼1は、筒状のハブ10の外周から複数(例えば5つ)の羽根11が放射状に延びるプロペラ水車であって、回転軸心Oが水路の水流の方向Aと平行になるように設けられる。各羽根11の先端部は、上流側に向けて傾斜している。ハブ10と羽根11とは一体に形成されている。上流側となるハブ10の前面には、スピナ12が取り付けられている。これらハブ10、羽根11、およびスピナ12は、繊維強化プラスチック材で作られている。
The
増速機2は、水車翼1の回転を増速するものである。増速機2の入力軸となる水車軸20が増速機2から上流側に突出しており、この水車軸20に水車翼1が一体回転するように固定される。
The
図3に示すように、増速機2の増速機構21は、互いに噛み合う一対の傘歯車22,23からなる。入力側の傘歯車22は水車軸20に取り付けられ、出力側の傘歯車23は鉛直方向に延びる回転伝達軸24に取り付けられている。回転伝達軸24は、増速機21で増速された回転力を発電機3に伝達する軸であり、支柱25の内部に設けられている。図2に示すように、支柱25は、上端が支持装置4に固定され、下端に増速機2が支持されている。
As shown in FIG. 3, the
図2において、発電機3は下方に延びる発電機軸30を有し、この発電機軸30が回転連結具31を介して前記回転伝達軸24と連結されている。これにより、水車翼1の回転が増速機2により増速して発電機3に伝達されて、発電機3が発電する。発電機3は、例えば3相交流発電機である。
In FIG. 2, the
図1、図2に示すように、支持装置4は、水路の両側の側壁5の間に架け渡して設けられた2本の梁40と、これら梁40の上に載置された架台41と、この架台41に設置された2本の発電機スタンド42と、これら2本の発電機スタンド42の上部を繋ぐように設けられたベース板43とを有する。発電機3は、架台41とベース板43との間に配置され、ベース板43に固定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
<水車翼取付け構造>
前記水車軸20への前記水車翼1の取付け構造について説明する。
図3に示すように、水車軸20は、増速機2よりも上流側(図3の左側)に突出した大径部20aと、この大径部20aの先端から上流側に延びる小径部20bとを有し、小径部20bの基端を除く外周面に雄ねじ20cが形成されている。
<Water turbine blade mounting structure>
The mounting structure of the
As shown in FIG. 3, the
水車翼1は、ハブ10の上流側および下流側の両側面に、一対の環状のフランジ部材51,52がボルト53により締付け固定されている。ハブ10は、中央部に貫通孔50を有する筒状で、中実に成形されている。ハブ10は、請求項で言う「水車翼における貫通孔の外周部」に相当する。
上流側のフランジ部材51は、ハブ10の貫通孔50よりも内径が小さく、水車軸20の小径部20bに嵌合可能である。下流側のフランジ部材52は、内周面が水車軸20の大径部20aに嵌合可能で、かつ外周面がハブ10の貫通孔50に嵌合可能な筒状部54を有する。
In the
The
図4に示すように、前記ボルト53は、水車翼1のハブ10および一対のフランジ部材51,52にそれぞれ設けられたボルト孔10a,51a,52aにわたって挿通される。この実施形態の場合、下流側のフランジ部材52のボルト孔52aがねじ孔となっており、上流側からボルト孔51a,10aに挿入したボルト53のねじ部53aをねじ孔であるボルト孔52aに螺合させることで、水車翼1と一対のフランジ部材51,52とが締結される。下流側のフランジ部材52のボルト孔52aがねじ孔ではなく、ボルト孔52aを貫通させたボルト53のねじ部53aにナット(図示せず)を螺着することで、水車翼1と一対のフランジ部材51,52とを締結してもよい。
As shown in FIG. 4, the
水車翼1のハブ10のボルト孔10aはフランジ部材51,52のボルト孔51a,52aよりも内径が大きく、ハブ10のボルト孔10aの内周面とボルト53の外周面との間に摩耗防止材55が介在している。この実施形態の摩耗防止材55は、ボルト孔10aの内周に嵌合する円筒状である。ボルト53の締め込みによるハブ10の繊維強化プラスチック材のクリープ変形を考慮して、摩耗防止材55が金属材の場合、軸方向寸法はハブ10の軸方向寸法よりも若干短くしてある。摩耗防止材55が樹脂材の場合、軸方向寸法は、ハブ10の軸方向寸法と同じであってもよい。
The bolt holes 10 a of the
摩耗防止材55の材料は、樹脂材または金属材がよい。いずれも加工が容易である。摩耗防止材55を樹脂材とする場合、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が好ましい。摩耗防止材55は、金属材であるボルト53と同一金属とするのが好ましい。異種金属の場合は、いずれか一方または両方の金属材を表面処理することで、電食を回避することができる。
The material of the
図3に示すように、水車翼1は、一対のフランジ部材51,52と組み合わせたアッセンブリとして、ハブ10の貫通孔50に水車軸20を挿通した状態で、水車軸20に取り付けられる。具体的には、上流側のフランジ部材51を水車軸20の小径部20bの基端に嵌合させ、かつ下流側のフランジ部材52の筒状部54を水車軸20の大径部20aに嵌合させる。そして、上流側のフランジ部材51を大径部20aと小径部20bとの段面20dに当接させ、小径部20bの雄ねじ20cに螺着したナット56により、上流側のフランジ部材51を水車軸20に対し軸方向に移動不能に取り付ける。また、水車軸20の大径部20aおよび下流側のフランジ部材52の筒状部54に設けられたキー溝にキー57を係合させることで、下流側のフランジ部材52を水車軸20に回転不能に取り付ける。
As shown in FIG. 3, the
<水車翼取付け構造の作用>
このように、水車翼1のハブ10のボルト孔10aの内周面とボルト53の外周面との間に摩耗防止材55を介在させたことにより、ボルト53がボルト孔10aの内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼1が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔10aの内周面表層部の摩耗を防止できる。その結果、水車翼1の材料である繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、水車翼1の材料劣化による強度低下を防止することができる。
<Operation of the turbine blade mounting structure>
As described above, the
また、摩耗防止材55が円筒状であるため、摩耗防止材55自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔10aの加工も容易である。このため、低コストで水車翼1の強度低下防止を実現できる。
Further, since the
特に、摩耗防止材55が金属材である場合、摩耗防止材55の方が水車翼1の繊維強化プラスチック材よりも硬度が高いため、ボルト孔10aに対して摩耗防止材55が動くことで、ボルト孔10aの内周面表層部が摩耗する可能性がある。これを防ぐために、摩耗防止材55が動かないように、ボルト孔10aの内周面に摩耗防止材55を接着剤により固定してもよい。
In particular, when the
また、水中では、異なる2種の金属間で電食が起きやすい。そこで、摩耗防止材55が金属材である場合、ボルト53との電食を回避するために、摩耗防止材55をボルト53と同じ金属材(例えばSUS304)とするのが望ましい。
Further, in water, electric corrosion is likely to occur between two different metals. Therefore, when the
この実施形態のように、摩耗防止材55の軸方向寸法をハブ10の軸方向寸法よりも若干短くしておくと、水車翼1が変動荷重を受けて一対のフランジ部材51,52から水車翼1の中心部に対して圧縮力が作用した場合、その圧縮力を摩耗防止材55が受けてハブ10に大きな圧縮力かからないようにすることができる。それにより、ハブ10がクリープ変形することが防止される。ハブ10のクリープ変形を防止することで、ボルト53の緩みを防いで、ハブ10とフランジ部材51,52の締付力の低下を回避することができる。
When the axial dimension of the
また、ハブ10とフランジ部材51,52の締付力が確保されているため、水車翼1に交番荷重が作用しても、ハブ10とフランジ部材51,52との間に隙間ができたり、その隙間が閉じたりすることがなく、ハブ10におけるフランジ部材51,52との接触面にフレッティング摩耗が起きない。そのため、ハブ10の端面から繊維強化プラスチック材の内部へ水が浸透することが抑制され、繊維強化プラスチック材の材料劣化による水車翼1の強度低下を防止することができる。
Further, since the tightening force between the
[第2の実施形態]
図5は水車翼取付け構造の第2の実施形態を示す。この水車翼取付け構造は、下流側のフランジ部材52の軸方向内側面にボルト孔52aの外周に拡がる断面円形の凹部58が設けられ、この凹部58に摩耗防止材55の上流側端が嵌まり込んでいる。ボルト53のねじ部53aは、ねじ孔であるボルト孔52aに螺合している。ねじ部53aの基端位置は、凹部58またはボルト孔52aの軸方向範囲内にある。つまり、ボルト53のねじ部53aは、水車翼1よりも軸方向の外側に位置している。これにより、前記実施形態(図4参照)のように、ボルト53のねじ部53の一部が摩耗防止部材55と接触することがなく、摩耗防止部材55の摩耗が軽減される。
[Second embodiment]
FIG. 5 shows a second embodiment of the water turbine blade mounting structure. In this water turbine blade mounting structure, a
<摩耗防止部材の他の例>
図6は、ボルト53の外周面に摩耗防止材55がコーティングにより形成された摩耗防止材一体ボルト59を示す。コーティングに用いられる樹脂材としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が適する。
<Other examples of wear prevention members>
FIG. 6 shows an
ボルト53と摩耗防止材55とが別体である場合(図4参照)、ボルト53と摩耗防止材55との接触面、および摩耗防止材55とボルト孔10aの内周面との接触面の2つの摺動箇所を有する。これに対し、図6の摩耗防止材一体ボルト59のように、ボルト53と摩耗防止材55とが一体の部品であると、摩耗防止材55とボルト孔10aの内周面との接触面のみが摺動箇所となる。このため、摩耗をより防止できる。
When the
また、ボルト53の外周面にコーティングにより形成された摩耗防止材55は、ボルト53と別体の摩耗防止材55と比べて、肉厚を薄くすることができる。それにより、ボルト孔10aの内径を小さくすることができる。
Further, the thickness of the
さらに、摩耗防止材55をボルト53の外周面にコーティングにより形成することで、ボルト53と摩耗防止材55とが一体の部品となり、部品点数を削減することができる。それにより、組立作業性が向上する。
Further, by forming the
[第3の実施形態]
図7に示す第3の実施形態は、前記実施形態と同様、ハブ10とフランジ部材51,52とを固定するボルト53が、各ボルト孔10a,51a,52aにわたって挿通される。そして、ハブ10のボルト孔10aの内周面とボルト53の外周面との間に摩耗防止材55が介在している。
[Third Embodiment]
In the third embodiment shown in FIG. 7, a
図8に示すように、摩耗防止材55が金属材の場合、長さはハブ10の軸方向幅よりも若干短くしてある。詳しくは、以下のように摩耗防止材55の長さが定められている。すなわち、摩耗防止材55の長さをl、ハブ10の軸方向幅をLとした場合、
l=L−dl・・・(式1)
の関係が成り立つ。ここで、dlは、ハブ10の弾性変形上限の変位量である。なお、図8ではdlの寸法を誇張して表示しているが、実際のdlの寸法は視認が困難な程度に微小である。
As shown in FIG. 8, when the
l = L-dl (Equation 1)
Holds. Here, dl is the displacement amount of the upper limit of the elastic deformation of the
このように、摩耗防止材55の長さlが式1を満たす長さとされていると、ボルト53を締め付けた状態で、ハブ10が弾性変形の上限まで変形する。このため、ボルト53の締付けが強固となり、ボルト53がより一層緩み難くなる。
When the
摩耗防止材55を接着剤により固定する場合、図8のように、ボルト孔10aの中央部に摩耗防止材55が位置するように固定するとよい。その場合、ボルト53の締付けによるハブ10の弾性変形が軸方向の両側で均等に行われるので好ましい。
When the abrasion
[第4の実施形態]
図9に示す第4の実施形態は、水車翼1のハブ10に締結される一対のフランジ部材51,52が、軸方向幅が互いに同じで、かつハブ10との接触面積が互いに同じとされている。また、図10(A),(B)に示すように、各フランジ部材51,52におけるハブ10との接触面の縁に、断面円弧状の面取り部61,62が設けられている。面取り部61,62は、他の断面形状であってもよい。例えば、2次曲線等の曲線形状であってもよい。場合によっては、直線状に切り欠いた形状であってもよい。
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment shown in FIG. 9, a pair of
このように、一対のフランジ部材51,52の軸方向幅が互いに同じで、かつハブ10との接触面積が互いに同じであると、ハブ10が両側のフランジ部材51,52から受ける圧縮力の大きさをほぼ同じにすることができるため、ハブ10と各フランジ部材51,52との間に均等な摩擦力が作用し、バランスが良い。また、フランジ部材51,52におけるハブ10との接触面の縁に面取り部61,62が設けられていると、エッジロードが軽減され、フレッティング摩耗の発生を防止することができる。
As described above, when the pair of
上記各実施形態は、水車翼1がプロペラ水車であり、かつその回転軸心Oが水流方向と平行である水力発電装置に適用された水車翼取付け構造を示すが、この発明は、水車翼1の回転軸心Oが水流方向と平行でない場合にも適用できる。また、水車翼1がプロペラ水車でない水力発電装置にも適用できる。
Each of the above embodiments shows a turbine blade mounting structure applied to a hydraulic power generator in which the
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments for carrying out the present invention have been described based on the embodiments. However, the embodiments disclosed herein are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1…水車翼
3…発電機
10…ハブ(貫通孔の外周部)
10a,51a,52a…ボルト孔
11…羽根
20…水車軸
50…貫通孔
51,52…フランジ部材
53…ボルト
53a…ねじ部
55…摩耗防止材
O…回転軸心
DESCRIPTION OF
10a, 51a,
Claims (11)
前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在することを特徴とする水力発電装置の水車翼取付け構造。 In a hydroelectric power generator including a turbine blade made of a fiber-reinforced plastic material and a generator for generating electric power by receiving rotation of the turbine blade, the turbine blade is mounted so that the turbine blade is integrally rotated with respect to the turbine shaft. Structure,
The water turbine blade has a through hole in the center, the water wheel shaft is inserted into this through hole,
A pair of flange members are arranged on both side surfaces of the outer peripheral portion of the through hole in the water turbine blade, and a bolt is inserted through a bolt hole provided in the water turbine blade and the pair of flange members. The pair of flange members are fastened,
The pair of flange members are attached to the water wheel axle,
A turbine blade mounting structure for a hydraulic power plant, wherein a wear preventing member is interposed between an inner peripheral surface of the bolt hole of the turbine blade and an outer peripheral surface of the bolt.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210914 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220308 |