JP2942608B2 - 水力機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、フランシス水車、カプラン水車、斜流水
車、ポンプ水車等の水力機械に係り、特に、水車の上カ
バーおよび下カバーと、スピードリングとの接続のため
の労力が低減され、寸法誤差等への対応性が良く、安価
で信頼性の高い水力機械に関する。

（従来の技術） 水力発電所で使用される水力機械には、フランシス水
車、カプラン水車、斜流水車、ポンプ水車等があり、水
力発電所の地形的条件や流量的な条件によって機種が選
定される。これらの水力機械はいずれも発電機に直結さ
れた水車ランナを有し、水車ランナは、うず巻ケーシン
グ、スピードリングを介して導入される水流によって回
転力が与えられる。

第３図は、従来のフランシス水車の一例を示した概略
断面図であり、主軸１は上部で発電機（図示しない）と
結合され、下端には水車ランナ２が取り付けられてお
り、主軸受け（図示しない）を介して支持されている。

水車ランナ２の上部および下部は上カバー３および下
カバー４によって覆われ、両カバーの外側には円環状に
スピードリング８が設けられている。

下カバー４の下端には吸出管が接続されている。

水車ランナ２の周囲には複数個の可動ガイドベーン５
が円周方向に等間隔をおいて配設され、これらは上カバ
ー３と下カバー４によって回動自在に支持されている。
一方、スピードリング８には、その円周上に沿って前記
可動ガイドベーン５の外側にあって水流を整流する複数
のステーベーン７がほぼ垂直に取り付けられている。ス
ピードリング８は、圧力水を水車ランナの周囲に導く水
車ケーシング６に固着されており、水車ケーシング６の
周囲にはコンクリートを打設して固定されている。

前記上カバー３とスピードリング８との接合部は、第
４図に示すように、上カバー３から外側に張り出したフ
ランジ3aとスピードリング８から上方に張出したフラン
ジ8aとが重なるように当接し、このフランジ8aに固定さ
れたボルト９に、上カバー側のフランジ3aに設けられた
孔11が嵌合し、ナット10を締付けることによって固定さ
れている。

また、下カバー４とスピードリング８との間も同様に
接続されている。

上カバー３および下カバー４とスピードリング８との
接続部における漏水防止は、双方の水路を構成する面の
接合部に弾性材料からなるパッキング8cを介在させ、締
め付けることによって維持されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した水力機械は、大型化して、ス
ピードリングの内外径及び高さの寸法が大きくなると、
以下に述べるような問題が生じる。

水力機械を工場で製作し、据え付け現場まで輸送する
ため、大型化したスピードリングは水車ケーシグとは別
個に製作し、それぞれを輸送後、現地で溶接接合しなけ
ればならない。この溶接による熱応力等の影響により、
スピードリングがわずかに変形し、フランジ部の寸法や
平面の精度に狂いが生じる。この状態で上カバーおよび
下カバーのフランジを締付けて接合すると、上カバーと
下カバーとの間に回動自在に取り付けられている可動ガ
イドベーンの摺動面が変形し、クリアランスに狂いが生
じて滑らかな摺動が妨げられることがある。また、パッ
キングの締め付け部に変形の影響が及んで、締め付け力
が不均衡となる部分が生じ、締め付け力の大きい部分で
はパッキングの寿命が短縮され、締め付け力が小さい部
分では漏水防止効果が低減する。このように現地におけ
る溶接によって生じるスピードリングの変形に基づく精
度上の問題点がある。

また水車を据えつけるときは、スピードリングと一体
となった水車ケーシングの周囲にコンクリートを打設
し、これによって水車全体を固定するが、打設した未硬
化のコンクリートによる浮力や硬化時の発熱にともなう
ひずみによって、据え付け位置に誤差が生じることがあ
る。このような誤差が生じるとスピードリングのフラン
ジで接続された上カバーの水平精度に影響するが、上カ
バーには主軸を支持する主軸受けや、可動ガイドベーン
の駆動機構が取り付けられており、上カバーの水平精度
は厳格に守らなければならない。このため、上記のよう
な誤差が生じると、これを是正するため、上カバーとの
接合面であるスピードリングのフランジの面を研削加工
することになる。スピードリングは寸法が大きく、これ
を加工するには大きな工作機械が必要となり、機械設備
の制約により、誤差の是正ができない場合が生じたり、
このような加工を行うため長い工期と多大な労力を要
し、据え付け費用が増大するという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、このような問題点を解決す
るためになされたものであり、上カバーおよび下カバー
とスピードリングとの接合を、寸法誤差や水平精度の狂
いが生じてもこれに対応しうる構造とし、大型化して
も、低廉な費用で製作でき、信頼性の高い水力機械を提
供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の水力機械では、上
カバーおよび下カバーとスピードリングとの接続を、双
方から張り出したフランジの一方に複数のボルトを植設
し、このボルトに螺合した調整ナットと締付けナットの
間に他方のフランジを締付けて固定する。また、他方の
フランジと調整ナット及び締付けナットとの間にはそれ
ぞれ球面座金を設ける。双方のフランジの間に生じる間
隙には無収縮充填剤を注入して固化させる。

（作 用） このような構成の水力機械では、スピードリングと一
体となった水車ケーシングを据え付け、コンクリートで
固定した後、水車の上カバーおよび下カバーを接続する
ときに、スピードリングのフランジ面に、寸法誤差や水
平精度の狂いが生じていても、調整ナットの位置を調整
し、これらで上カバーおよび下カバーのフランジ面を支
持することによって、水平精度が正確に保持される。

つまり重ね合わせるように接合される双方のフランジ
の間に間隙が設けられ、この間隔は調整ナットによって
調整可能となり、スピードリングのフランジの寸法誤
差、水平精度の狂いがこの間隔を調整することによって
是正される。また、調整ナット及び締付けナットとスピ
ードリングのフランジ面との間に球面座金を介在させる
ことにより、スピードリングが傾いている場合でも、球
面座金と調整ナット及び締付けナットとの接触面におい
て両者のフランジの相対的な倒れが吸収されるため、上
カバー及び下カバーのフランジを水平な状態でボルトに
締結することができる。このため上カバーおよび下カバ
ーの水平精度を大幅に向上させることができる。またこ
の間隙は、注入された無収縮充填剤によって水密性が維
持される。

（実施例） 以下本発明による水力機械の一実施例を図面を用いて
説明する。

第１図は本発明によるフランシス水車の概略断面図で
あり、主軸１は上部において発電機（図示しない）と結
合され、下端には水車ランナ２が取り付けられている。
この主軸１は主軸受け（図示しない）を介して支持さ
れ、水車ランナ２に作用する水流の力によって回転す
る。

上カバー３は水車ランナ２の上部を覆い正確な水平精
度を保ってスピードリング８と結合されている。

下カバー４は水車ランナ２の下部の周囲を囲み、スピ
ードリング８と結合されている。また下方は吸出管（図
示しない）に結合されている。

上カバー３および下カバー４の外側には、これらを取
り囲むようにスピードリング８が設けられ、このスピー
ドリング８は水車ケーシング６と一体となるように溶接
接合されている。

水車ランナ２の外周囲であって、上カバー３と下カバ
ー４との間には、回動可能な複数個の可動ガイドベーン
５が取り付けられており、またこの可動ガイドベーン５
の外側のスピードリングには複数のステーベーン７が取
り付けられている。

水車ケーシング６からの水は、スピードリング８のス
テーベーン７と上カバーと下カバーとの間の可動ガイド
ベーン５によって整流・調整され、水車ランナ２に導か
れる。この水流の圧力によって水車ランナ２には回転力
が付与され、主軸１を介して発電機（図示しない）が回
転される。

このような水力機械の上記上カバー３および下カバー
４とスピードリング８との接合は、上カバー３および下
カバー４の外周から外側へ張り出されたフランジ3a,4a
とスピードリング８から張り出された円環状のフランジ
8a,8bとをボルト接合することによりなされる。

第２図は、上カバー３のフランジ3aとスピードリング
８のフランジ8aとの間の接合部を拡大して示した図であ
り、第１図中のＡの部分を示している。

スピードリングのフランジ8aには円周に沿って複数の
ボルト9aが植め込んで固定されており、このボルトに調
整ナット11が螺合されている。

調整ナット11は一方の面が球面を形成しており、球面
座金12aと当接して、球面座金が他方に有する平面の方
向を調整可能としている。

上カバーのフランジ3aには、ボルト9aが貫通し得る孔
が設けられており、これにボルト9aが嵌合して、フラン
ジ下面が前記球面座金の平面と当接している。

フランジ3aの上面にはボルト9aと螺合したナット10が
球面座金12bを介して当接しており、フランジ3aは調整
ナット11と締め付けナット10の間に締め付けて固定され
ている。

円環状のスピードリングのフランジ8aと上カバーのフ
ランジ3aとの間隙15の内側には、円周上に沿って双方の
フランジ面に当接し、弾性材料からなるシールパッキン
グ13が取り付けられており、間隙の外側全周に設けられ
た防護堰14との間に無収縮性充填剤を注入し、固化され
ている。

下カバーのフランジ4aとスピードリングのフランジ8b
との接合も同様の構造となっており、下カバーのフラン
ジ4aに植設されたボルト9bに螺合した調整ナットと締付
けナットとの間にスピードリングのフランジ8bが挟持さ
れ、双方のフランジ4b、8bが接合されている。

このように接合されるスピードリング８と上カバー３
および下カバー４とを有する水力機械では、スピードリ
ング８と水車ケーシング６との溶接接合時のひずみや、
水車吸え付け時のコンクリート打設および硬化熱による
位置の狂い等が原因となって、スピードリングのフラン
ジ8aに寸法誤差や水平精度の狂いが生じても、調整ナッ
ト11の高さを調整することにより、上カバー３および下
カバー４のフランジ3a,4aを水平にすることができる。
また、調整ナット11及び締付けナット10とスピードリン
グ８のフランジ面との間に球面座金12a,12bが介在して
いるため、フランジ3a,4aをフランジ8a,8bに対して傾い
た状態で締結する場合でも、締結状態を良好に維持する
ことができる。すなわち、球面座金12a,12bと調整ナッ
ト11及び締付けナット10との接触面において両フランジ
3a,8a、4a,8bの相対的な倒れが吸収されるため、上カバ
ー３および下カバー４の水平精度を維持し、正確な位置
に取り付けることが可能となる。

このため、スピードリングのひずみが上カバー３およ
び下カバー４に影響することがなく、可動案内羽根の摺
動面に狂いが生じて滑らかな摺動が妨げられるようなこ
とがない。

また双方のフランジ間は無収縮性の充填剤とシールパ
ッキング13によって水密性が確保される。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、上
カバーおよび下カバーとスピードリングとの接合部にお
いて、スピードリングにひずみ等によるフランジの寸法
誤差や水平精度の狂いを調整できる構造としており、ス
ピードリングのフランジの寸法誤差や水平精度を復元す
るための平面機械加工（立旋盤での加工等）が不要とな
り、上カバーの水平精度や可動ガイドベーンの摺動が良
好な、信頼性の高い高品質の水力機械を低コストで得る
ことができる。

また機械設備の制約から、寸法誤差や平面精度を復元
することができず、製作が不可能であった大型の水力機
械も、本発明により得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるフランシス水車を示し
た概略断面図、第２図は第１図中のＡの部分の拡大図、
第３図は従来のフランシス水車を示した概略断面図、第
４図は第３図中のＢの部分の拡大図である。 １……主軸、２……水車ランナ、３……上カバー、3a…
…上カバーのフランジ、４……下カバー、4a……下カバ
ーのフランジ、５……可動ガイドベーン、６……水車ケ
ーシング、７……固定ガイドベーン、８……スピードリ
ング、8a,8b……スピードリングのフランジ、9a,9b……
ボルト、10……締付けナット、11……調整ナット、12a,
12b……球面座金、13……シールパッキング、14……防
護堰。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水車ランナの周囲に取り付けられ、水車ケ
   ーシングから流入する圧力水を整流して水車ランナに導
   くスピードリングと、このスピードリングの内側に接続
   され水車ランナを覆う上カバーおよび下カバーとを有す
   る水力機械において、 前記上カバーおよび下カバーから張り出したフランジ
   と、前記スピードリングから張り出したフランジとのい
   ずれか一方のフランジに複数のボルトを植設し、双方の
   フランジの間隙にシールパッキンを配置するとともに、
   前記各ボルトに螺合した調整ナット及び締め付けナット
   により球面座金を介して他方のフランジを締め付けて固
   定し、双方のフランジの間隙に無収縮性充填材を注入し
   て固化させたことを特徴とする水力機械。