JP3798457B2 - 水力機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水車、ポンプあるいはポンプ水車等の水力機械に係り、特に分解・組立が容易な水力機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水車やポンプ等の水力機械は、二床式構造の建屋やバレル式構造の建屋内に設置されている。図５は、バレル式構造の建屋内に設置された従来の水力機械を示すもので、この水力機械は、図示しない上池から導水する鉄管に接続されたケーシング１とケーシング１の内周に配置されたステイベーン２ａおよびステイベーン２ａを上下に挟み込んで流路を形成するリングからなるステイリング２を備えている。
【０００３】
ステイリング２には、上側フランジ２ｂと下側フランジ２ｃとが設けられているとともに、上カバー３には上カバーフランジ部３ａが設けられており、上カバー３は、この上カバーフランジ部３ａを上側フランジ２ｂにボルト締結することによりステイリング２に取付られている。
【０００４】
一方、下カバー４には下カバーフランジ部４ａが設けられており、下カバー４は、この下カバーフランジ部４ａを前記下側フランジ２ｃにボルト締結することによりステイリング２に取り付けられている。
【０００５】
前記ステイベーン２ａの内側であって前記上カバー３と下カバー４との間の流路には、ガイドベーン５が円形翼列状に配置されており、このガイドベーン５の上スピンドル５ａは、上カバー３に設けた上部軸受６および中間軸受７によって回転自在に支持され、またガイドベーン５の下スピンドル５ｂは、下カバー４に設けた下部軸受８によって回転自在に支持されている。そして、このガイドベーン５で流量調整された水はランナ９に流れ、ランナ９から流れた水は、上部吸出し管１０を通って吸出し管ライナから放水路に排出されるようになっている。
【０００６】
このランナ９は、水車主軸１１の下端部に連結されており、ランナ９の回転トルクは、この水車主軸１１を介し発電機に伝達されて発電されるようになっている。
【０００７】
前記上カバー３には、ランナクラウン９ａ側の外周シールが形成されており、また上カバー３上には、ガイドベーンアーム１２，ガイドベーンリング１３およびガイドリング１４がそれぞれ設置されている。
【０００８】
また、前記ステイリング２の上部には、水車のピットを形成する下部ピットライナ１５および上部ピットライナ１６が設置されており、これら両ピットライナ１５，１６には、図６に示すように、コンクリートで固められた水車バレル１７が設けられている。そして、この水車バレル１７により、下部ピットライナ１５に負荷される発電機静止部重量、回転部重量および運転時の水スラスト荷重等を十分支持できるようになっている。水車室１９は、この水車バレル１７の大きさと、水車室１９に設置される補機類のメンテナンススペースを考慮して、その大きさが決定されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構成を有する水力機械において、特に大容量ポンプ水車の発電機において、発電機下部ベアリングブラケットには、スラスト軸受と下部ガイド軸受とが設けられているが、スラスト荷重が加わっても変形しないように剛性を高めるため、直径を極力小さくする必要がある。そして、発電機下部ベアリングブラケットの直径を小さくするためには、下部ベアリングブラケットが取付けられる上部ピットライナ１６の内径を小さくしてなければならない。
【００１０】
そこで従来は、水力機械の大型構造物でかつ保守のために分解を必要とする上カバー３を４分割構造とするとともに、上部ピットライナ１６の内径を、これら各分割片を上方に吊上げることができる必要最小限の寸法に決めている。このため、上部ピットライナ１６の内径は、下部ピットライナ１５の内径よりも小径となっている。
【００１１】
従来の上カバー３は前述のように４分割構造であるため、上カバー３の組立は、ガイドベーン５の上で各１／４片を複雑な手順を踏んで組合わせ、さらに合わせ目をボルトで締付けて一体の上カバー３とし、これをガイドベーン５の上スピンドル５ａに装着しなければならない。
【００１２】
ところで、上カバー３の組立は、重量物を上方からクレーンで狭い上部ピットライナ１６を通して吊降ろし、ガイドベーン５上の高い位置でかつ狭いピット内で行なわなければならないため、熟練した技能者が数日をかけて慎重に作業を行なわなければならない。
【００１３】
水力機械の現地組立では、静止部品のセンタリングを行なうために、まず上カバー３を仮組立してセンタリング作業を実施し、終了後上カバー３を分解して吊上げる、そしてその後、ランナ９と水車主軸１１とを投入してから上カバー３を再度組立し、水力機械を現地に据付けるようにしている。
【００１４】
そのため、上カバー３の組立、分解、再組立と現地作業工程が約２週間程度必要となるが、近年現地据付工事においては、工程を短縮し早期電力供給量アップの要求される傾向のなかで、上カバー３の組立作業の短縮は大きな課題となっている。
【００１５】
また、製作する上においても、４分割にしたことにより製作日数が一体型に比較して１．５倍程度長くなるとともに、コストも割高となり、また構造強度面でも不利になる。
【００１６】
また、水車バレル１７の外径寸法は、下部ピットライナ１５の内径に対して発電機の静止部品の重量と回転部重量および水力機械の運転中に生じる水スラスト荷重の合計の荷重に耐えるコンクリートの必要厚みが加算された寸法となる。また、下部ピットライナ１５の内径は、上カバー取付ボルトを締付ける工具の作業スペースを確保する必要から、その分が上カバー３の外径よりも大きくなる、したがって、水車バレルの外径寸法が大きくなり、水車室フロアの補機類のメンテナンススペースが充分取れなかったり、場合によってはフロアを大きくすることにもなり、建設費の増大にもつながる要因となる。
【００１７】
また、下部ピットライナ１５の高さは、前述のように上カバー３の分解組立をカイドベーン５の上に仮置きして行なう必要から、ガイドベーン５の上に上カバー３の分割片がおける高さ方向のスペースが必要となり、そのスペースを確保する寸法が下部ピットライナ１５の高さとなる。そして、発電機の据付位置は、下部ピットライナ１５の高さが基準となって決まるので、発電機の高さを低くして建屋の高さを低くしたくても、上カバー３の組立方法が変わらない限り低くできず、建設工期およびコストの低減を図ることができない。
【００１８】
また、発電機の据付位置が高いので、水車主軸１１や発電機軸の軸長が長くなって危険速度が低くなるため、軸径を太くしたりして剛性を高める必要がある。
【００１９】
また、水力機械において、ランナ９およびガイドベーン５は、運転によってキャビテーションによる壊食や土砂摩耗により補修を必要とするが、補修のためランナ９またはガイドベーン５を搬出する場合、発電機を分解して上側に吊上げる必要がある。このため、発電機を分解し、かつ上カバー３の上に取付けられている部品一式も分解する必要があり、補修の工期を大幅に長くしている。特に最近では、水力機械の大容量化、小型化に共なって、キャビテーションや土砂摩耗により補修間隔が短くなり、稼動効率向上の点からも補修工期の短縮が要求されている。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、ガイドベーンを下カバー側から分解、組立てることができる水力機械を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、上カバーを一体構造にしてそのまま吊降ろして組立でき、現地据付工程を大幅に短縮できるとともに、製造メーカーでの製作期間も短縮することができる水力機械を提供することにある。
【００２２】
さらに本発明の他の目的は、発電機を分解、搬出することなく水力機械の部品を分解して搬出することができる水力機械を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、ステイベーンを有するステイリングと、ステイリングの内周側に配設された上カバーおよび下カバーと、これら両カバー間の流路に配置されるガイドベーンと、ガイドベーンで流量調整された水との間でエネルギの授受を行なうランナと、ランナとともに回転する軸とを備え、バレル式の建屋内に配置された水力機械において、導水官に接続されるケーシングと一体をなして建屋側に一緒に埋設されるステイリングと下カバーの間にガイドベーンを配置し、前記ガイドベーンにはガイドベーンアームと連結される上スピンドルと、下カバーに支持される下スピンドルを設け、前記ステイリングに、上スピンドルを支持する軸受を設けるとともに、前記下カバーに、下スピンドルを支持する軸受を設け、前記上カバーは、その取付ボトルのピッチサークルがガイドベーンピッチより内側にあり、かつステイリングにボルト締結により一体に連結されるとともに、前記取付ボルトのピッチサークルおよび前記ガイドベーンピッチのいずれも前記バレル式の建屋の下部ピットライナ内径より内周側にあることを特徴とする。そして、ガイドベーンの上スピンドルをステイリングで支持することにより、ガイドベーンの分解を下カバー側から行なうことが可能となり、上カバーの分解、組立に影響を与えることがなくなる。
【００２６】
本発明はまた、上カバーをランナ背圧室を形成する底板と、ガイドリングおよび軸受台を支える上側リングと、底板と上側リングとを連結するテーパー筒状の側板とから構成し、ガイドベーンアームはステイリングの上スピンドル用軸受上に設置するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、上カバーの小型化、簡素化が可能となるとともに、上カバーの剛性を向上させることが可能となり、底板にかかる水圧による荷重、上側リングにかかる軸受からのラジアル荷重、あるいはガイドリングを介しガイドベーンサーボモータからかかる操作荷重等が作用しても、変形量が極めて少なく信頼性の高い上カバーが得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水力機械を示すもので、この水力機械は、バレル式の建屋内に設置されており、図示しない上池から導水する鉄管に接続されたうず巻状のケーシング２１と、このケーシング２１の内周に配置され、ステイベーン２２ａを上下に挟み込んで流路を形成するステイリング２２とを備えている。そして、このステイリング２２の内側には、上カバー２３および下カバー２４が上下に対向して配置され、これらはステイリング２２にボルト締結により一体に連結されるようになっており、前記ステイベーン２２ａの内側であって両カバー２３，２４間の流路には、ガイドベーン２５が配置されるようになっている。
【００３１】
このガイドベーン２５の上スピンドル２５ａは、図１および図２に示すように、前記ステイリング２２に設けた上部軸受２６および中間軸受２７によって回転自在に支持されており、またガイドベーン２５の下スピンドル２５ｂは、下カバー２４に設けた下部軸受２８によって回転自在に支持されている。そしてこれによりガイドベーン２５は、後述する上部吸出し管３０および下カバー２４を分解した後、下側から取外し、組立ができるようになり、上カバー２３の分解、組立に影響しないようになっている。
【００３２】
前記ガイドベーン２５で流量調整された水は、図１および図２に示すように、ランナ２９に流れるとともに、ランナ２９から流れた水は、下カバー２４の下に分解、組立可能に接続された上部吸出し管３０を通り、さらに吸出し管ライナ１８から放水路に排出されるようになっている。
【００３３】
前記ランナ２９は、図１および図２に示すように、水車主軸３１の下端部に連結されており、ランナ２９の回転トルクは、この水車主軸３１を介し発電機に伝達されて発電がなされるようになっている。そしてこのランナ２９のランナクラウン２９ａの外周部は、前記ステイリング２２の内周部に対向しており、このステイリング２２の内周部によりランナクラウン２９ａ側の外周シールが形成されている。このランナ２９は、下カバー２４を分解することにより下側にも、また上カバー２３を分解することにより上側にも、分解組立が可能な構造となっている。
【００３４】
前記上カバー２３は、図１に示すように、ランナ背圧室を形成する底板２３ａと、ガイドリング３４および軸受台３８を支える上側リング２３ｂと、前記底板２３ａと上側リング２３ｂとを連結するテーパ筒状の側板２３ｃとから一体構造品として構成されており、その取付ボルトのピッチサークルは、ガイドベーン２５のピッチサークルよりも内側に設定されている。そしてこれにより、後述する下部ピットライナ３５の内径を、ガイドベーンアーム３２の近傍まで小さくできるようになっている。
【００３５】
前記ガイドベーンアーム３２は、図１に示すように、ステイリング２２上端の上部軸受２６上に取付けられており、このガイドベーンアーム３２は、ガイドベーンリング２３を介してガイドリング３４に連結されている。
【００３６】
前記ステイリング２２の上部には、水車のピットを形成する下部ピットライナ３５および上部ピットライナ３６が設置されており、これら両ピットライナ３５，３６の外周側には、コンクリートで固められた水車バレル３７が設けられている。そして、この水車バレル３７により、下部ピットライナ３５に負荷される発電機静止部重量、回転部重量および運転時の水スラスト荷重等を充分支持できるようになっている。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００３８】
ランナ２９のキャビテーションによる壊食や土砂による摩耗等を修理する場合には、図３に示すように、まず上部吸出し管３０を分解するととも、下カバー２４を分解し、これらをドラフト監査路を通して外部に搬出する。
【００３９】
次いで、吸出し管ライナ１８上にランナ点検架台３９を設置し、その後、カップリングボルトを外してランナ２９を水車軸３１から取外し、このランナ２９をランナ点検架台３９上に吊降ろす。ランナ２９は、この状態で修理が行なわれる。
【００４０】
図４（ａ）、（ｂ）は従来構造の分割型の上カバー３を用いた水力機械と、本発明の一体型の上カバー２３を用いた水力機械との高さ方向の寸法を比較したものである。
【００４１】
図４（ａ）に示す従来の水力機械は、ガイドベーン５の上で上カバー３を組立てる必要があるため、作業スペース４０が必要となり、この作業スペース４０を考慮して下部ピットライナ１５の高さが決定される。また、これに発電機下部ブラケットの基礎に必要なコンクリートの厚み分が加算されて、下部ブラケット据付面４１が決定される。そして、この下部ブラケット据付面４１から発電機フロア底面４２が決定される。
【００４２】
これに対して、図４（ｂ）に示す本発明の水力機械は、上カバー２３を小型、一体構造として、そのまま上部ピットライナ３６を通して吊上げられるようにしているので、ガイドベーン２５上に組立スペースが必要なく、下部ピットライナ３５の高さを低くすることができる。その結果、発電機の下部ブラケット据付面４１および発電機フロア底面４２も低くでき、水力発電所の連設コストを低く抑えることができる。
【００４３】
しかして、ステイリング２２にガイドベーン２５の上スピンドル２５ａ用の上部軸受２６および中間軸受２７を設けるようにしているので、下カバー２４および上部吸出し管３０を分解することにより、ガイドベーン２５を下側に取出して修理することができる。またランナ２９も、下側に取出してドラフト監査路内で修理できるので、これらの修理の際に発電機を分解する必要がない。
【００４４】
また、上カバー２３は、その取付ボルトのピッチサークルがガイドベーン２５のピッチサークルより内側にあるので、上カバー２３を小型にして、一体構造でもそのまま上部ピットライナ３６を通して吊上げることができる。このため、現地据付工程を大幅に短縮できるとともに、製造メーカーでの製作期間も短縮できる。また、上カバー２３の外径を小さくしたことにより、上カバー２３の下部にかかる水圧がランナ外周シールの内側となり、圧力を低下させることができるとともに、上カバー２３の水圧による撓み量を減少させることができる。
【００４５】
なお、上カバー２３の小型化により、ステイリング２２の内径も小さくなって水圧力を多く受けることになるが、ステイリング２２は外周側がコンクリートに埋設されて強固に固定されているので、水圧による変形は、実用上ほとんど問題にならない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、導水官に接続されるケーシングと一体をなして建屋側に埋設されるステイリングと下カバーの間にガイドベーンを配置し、前記ガイドベーンにはガイドベーンアームと連結される上スピンドルと、下カバーに支持される下スピンドルを設け、前記ステイリングに、上スピンドルを支持する軸受を設けるとともに、前記下カバーに、下スピンドルを支持する軸受を設け、前記上カバーは、その取付ボトルのピッチサークルがガイドベーンピッチより内側にあり、かつステイリングにボルト締結により一体に連結されるとともに、前記取付ボルトのピッチサークルおよび前記ガイドベーンピッチのいずれも前記バレル式の建屋の下部ピットライナ内径より内周側にあることので、ガイドベーンの分解を下カバー側から行なうことができ、上カバーの分解、組立に影響を与えることがないとともに、上カバーを一体かして現地据付工程の短縮および上カバー製作期間の短縮を図ることができる等の効果が得られる。
【００６０】
本発明はまた、上カバーをランナ背圧室を形成する底板と、ガイドリングおよび軸受台を支える上側リングと、底板と上側リングとを連結するテーパ筒状の側板とから構成し、ガイドベーンアームを、ステイリングの上スピンドル用軸受上に設置するようにしているので、上カバーを小型化、簡素化することができるとともに、上カバーの剛性を高めることができ、底板に係る水圧による荷重、上側リングにかかる軸受からのラジアル荷重、あるいはガイドリングを介しガイドベーンサーボモータからかかる操作荷重等が作用しても、変形量が極めて少なく信頼性の高い上カバーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による水力機械の要部を示す縦断面図。
【図２】 図１と同様の主要部を示す縦断面図。
【図３】 ランナの修理時の状態を示す図２相当図。
【図４】 （ａ）は分割構造の上カバーを用いた、従来の水力機械の構成図、（ｂ）は一体構造の上カバーを用いた本発明の水力機械の構成図。
【図５】 従来の水力機械の要部を示す断面図。
【図６】 同水力機械の平面図。
【符号の説明】
２，２２ ステイリング
２ａ，２２ａ ステイベーン
３，２３ 上カバー
４，２４ 下カバー
５，２５ ガイドベーン
５ａ，２５ａ 上スピンドル
５ｂ，２５ｂ 下スピンドル
６，２６ 上部軸受
７，２７ 中間軸受
８，２８ 下部軸受
９，２９ ランナ
９ａ，２９ａ ランナクラウン
１０，３０ 上部吸出し管
１１，３１ 水車主軸
１２，３２ ガイドベーンアーム
１３，３３ ガイドベーンリング
１４，３４ ガイドリング
１５，３５ 下部ピットライナ
１６，３６ 上部ピットライナ
１７，３７ 水車バレル
１８ 吸出し管ライナ
２３ａ 底板
２３ｂ 上側リング
２３ｃ 側板
３８ 軸受台

Claims (2)

1. ステイベーンを有するステイリングと、ステイリングの内周側に配設された上カバーおよび下カバーと、これら両カバー間の流路に配置されるガイドベーンと、ガイドベーンで流量調整された水との間でエネルギの授受を行なうランナと、ランナとともに回転する軸とを備え、バレル式の建屋内に配置された水力機械において、
   導水官に接続されるケーシングと一体をなして一緒に建屋側に埋設されるステイリングと下カバーの間にガイドベーンを配置し、前記ガイドベーンにはガイドベーンアームと連結される上スピンドルと、下カバーに支持される下スピンドルを設け、前記ステイリングに、上スピンドルを支持する軸受を設けるとともに、前記下カバーに、下スピンドルを支持する軸受を設け、
   前記上カバーは、その取付ボトルのピッチサークルがガイドベーンピッチより内側にあり、かつステイリングにボルト締結により一体に連結されるとともに、
   前記取付ボルトのピッチサークルおよび前記ガイドベーンピッチのいずれも前記バレル式の建屋の下部ピットライナ内径より内周側にあることを特徴とする水力機械。
2. 上カバーは、ランナ背圧室を形成する底板と、ガイドリングおよび軸受台を支える上側リングと、底板と上側リングとを連結するテーパ筒状の側板とを備え、ガイドベーンアームは、ステイリングの上スピンドル用軸受上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の水力機械。

Images