JP6832177B2 - Hydro power generator - Google Patents
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Description
本発明は、水流発電装置に関する。 The present invention relates to a hydropower generator.
従来、海または河川の水流(海流、潮流、河川流)のエネルギーを利用して発電する水流発電装置に関する技術が知られている。例えば、特許文献1には、浮遊圧力容器と、ブレードが連結されたロータアセンブリとを含み、ブレードが水流によって駆動されることによって発電するパワーポッドを備えた発電装置が開示されている。この水流発電装置は、浮遊圧力容器に対してロータアッセンブリが流体軸受により回転自在に支持されている。
Conventionally, there is known a technique related to a water flow power generation device that generates electricity by using the energy of the water flow (ocean current, tidal current, river flow) of the sea or a river. For example,
上記特許文献1に記載の水流発電装置において、ロータアッセンブリの浮遊圧力容器とは反対側の端部に、パワーポッドに浮力を付加する浮遊テイルコーン(浮力材)が取り付けられている。このように、ロータアッセンブリに浮力材を取り付けることにより、ロータアッセンブリの水中に露出する露出部の水中重量が小さくなり、軸受にかかる荷重が低減される。しかしながら、ロータアッセンブリの露出部の重心及び浮心の位置によっては、露出部の重量と浮力とにより露出部に作用するモーメントが大きくなってしまい、ロータアッセンブリが軸方向に対して並行な姿勢を保つことができないおそれがある。その結果、ロータアッセンブリを支持する軸受の軸受面に片当たりが生じてしまい、軸受面の摩耗が早まってしまう。
In the hydropower generator described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水流の力で回転する回転部を支持する軸受の摩耗を抑制することが可能な水中発電装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an underwater power generation device capable of suppressing wear of a bearing that supports a rotating portion that rotates by the force of a water flow.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、水流の力で発電を行う水流発電装置であって、前記水流の力で回転するブレードを有し、前記ブレードと一体で回転する回転部と、前記回転部に連結され、前記回転部の回転力で発電する発電ユニットと、前記発電ユニットを覆い、前記発電ユニットが配置された空間と、前記ブレードが配置された水中との境界となり、前記発電ユニットが配置された空間を空気雰囲気とするナセルと、前記回転部の径方向において、前記ナセルに対して前記回転部を回転自在に支持するジャーナル軸受と、を備え、前記回転部のうち前記ナセルの外側で水中に露出する露出部に、重心での重量と浮心での浮力とによりモーメントが作用したとき、前記ジャーナル軸受の一端が前記ナセルから受ける反力と他端が前記ナセルから受ける反力とのうち、小さい方に対する大きい方の比が1.5以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention is a water flow power generation device that generates power by the force of the water flow, has a blade that rotates by the force of the water flow, and rotates integrally with the blade. A rotating portion, a power generation unit connected to the rotating portion and generating power by the rotational force of the rotating portion, a space covering the power generation unit and arranging the power generation unit, and underwater in which the blade is arranged. The rotation is provided with a nacelle that serves as a boundary and has an air atmosphere in the space where the power generation unit is arranged, and a journal bearing that rotatably supports the rotating portion with respect to the nacelle in the radial direction of the rotating portion. When a moment acts on the exposed part exposed to water outside the nacelle due to the weight at the center of gravity and the buoyancy at the buoyancy, one end of the journal bearing receives a reaction force from the nacelle and the other end. The reaction force received from the nacelle is characterized in that the ratio of the larger one to the smaller one is 1.5 or less.
本発明にかかる水流発電装置は、重心での重量と浮心での浮力とにより露出部にモーメントが作用したとき、回転部を径方向に支持するジャーナル軸受の一端がナセルから受ける反力とナセルから他端が受ける反力とのうち、小さい方に対する大きい方の比が1.5以下である。それにより、ジャーナル軸受の一端及び他端がナセルから受ける反力の均一化を図り、ジャーナル軸受の軸受面に片当たりが生じて局所的に面圧が高まることを抑制することが可能となる。従って、本発明にかかる水流発電装置によれば、水流の力で回転する回転部を支持する軸受の摩耗を抑制することができる。 In the water flow power generator according to the present invention, when a moment acts on the exposed portion due to the weight at the center of gravity and the buoyancy at the buoyancy center, the reaction force and the nacelle received from the nacelle by one end of the journal bearing that supports the rotating portion in the radial direction. Of the reaction forces received by the other end, the ratio of the larger one to the smaller one is 1.5 or less. As a result, the reaction force received from the nacelle at one end and the other end of the journal bearing can be made uniform, and it is possible to suppress the occurrence of one-sided contact with the bearing surface of the journal bearing and the local increase in surface pressure. Therefore, according to the water flow power generation device according to the present invention, it is possible to suppress the wear of the bearing that supports the rotating portion that rotates by the force of the water flow.
また、前記回転部の前記露出部は、前記回転部の軸方向において前記重心を挟んで設けられた複数の浮力材を有することが好ましい。これにより、重心の軸方向における両側で露出部に作用する浮力の均一化を図ることができるため、露出部の浮心を重心に近づけることができる。その結果、重心での重量と浮心での浮力とにより露出部に作用するモーメントを容易に小さく調整することができるため、ジャーナル軸受の一端が受ける反力と他端が受ける反力とのうち、小さい方に対する大きい方の比を1.5以下とすることが容易となる。 Further, it is preferable that the exposed portion of the rotating portion has a plurality of buoyant materials provided so as to sandwich the center of gravity in the axial direction of the rotating portion. As a result, the buoyancy acting on the exposed portion can be made uniform on both sides in the axial direction of the center of gravity, so that the buoyancy of the exposed portion can be brought closer to the center of gravity. As a result, the moment acting on the exposed portion can be easily adjusted to be small by the weight at the center of gravity and the buoyancy at the buoyancy, so that the reaction force received by one end of the journal bearing and the reaction force received by the other end , It becomes easy to set the ratio of the larger one to the smaller one to 1.5 or less.
また、前記回転部の前記露出部は、底部と、前記底部から前記ナセル側に向けて前記軸方向に延び、前記ブレードが連結された筒状の側壁部とを有し、前記複数の浮力材は、前記底部に取り付けられた第一浮力材と、前記側壁部に取り付けられた第二浮力材とを有することが好ましい。これにより、ブレードが連結された筒状部の軸長を利用して、第二浮力材を露出部の重心を挟んで第一浮力材の反対側に配置しやすくなる。すなわち、複数の浮力材を軸方向において重心を挟んだ位置に、比較的容易に設けることができる。 Further, the exposed portion of the rotating portion has a bottom portion and a tubular side wall portion extending in the axial direction from the bottom portion toward the nacelle side and to which the blades are connected, and the plurality of buoyancy members. Preferably has a first buoyancy material attached to the bottom portion and a second buoyancy material attached to the side wall portion. This makes it easier to place the second buoyancy material on the opposite side of the first buoyancy material with the center of gravity of the exposed portion in between, utilizing the axial length of the tubular portion to which the blades are connected. That is, a plurality of buoyancy members can be relatively easily provided at positions sandwiching the center of gravity in the axial direction.
また、前記回転部の前記露出部の前記複数のブレード以外の部分を収容する筒状の浮力材を含むことが好ましい。これにより、露出部の重心の軸方向における両側で露出部に作用する浮力の均一化を図ることができるため、露出部の浮心を重心に近づけることができる。 Further, it is preferable to include a tubular buoyancy material that accommodates a portion of the rotating portion other than the plurality of blades of the exposed portion. As a result, the buoyancy acting on the exposed portion can be made uniform on both sides in the axial direction of the center of gravity of the exposed portion, so that the buoyancy of the exposed portion can be brought closer to the center of gravity.
本発明にかかる水流発電装置は、水流の力で回転する回転部を支持する軸受の摩耗を抑制することができるという効果を奏する。 The water flow power generation device according to the present invention has an effect that wear of a bearing supporting a rotating portion that rotates by the force of a water flow can be suppressed.
以下に、本発明にかかる水流発電装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the hydroelectric power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
図1は、実施形態に係る水流発電装置の一例を示す概略構成図であり、図2は、本実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。実施形態に係る水流発電装置1は、水中に配置され、水流エネルギーで発電する。水流発電装置1は、例えば海中に配置され、海流エネルギー又は潮流エネルギーで発電する。なお、水流発電装置1は、河川中に配置され、河川流エネルギーで発電してもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a water flow power generation device according to an embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a water flow power generation device according to the present embodiment. The water flow
水流発電装置1は、複数のブレード2が設けられたロータヘッド3を含むロータ(回転部)14と、ロータ14を回転可能に支持するナセル7を含むステータ15と、ナセル7の内部空間に配置され、ロータヘッド3と接続されるドライブトレイン8と、ナセル7の内部空間に配置され、ドライブトレイン8を介して伝達されるロータ14の回転エネルギーにより発電する発電機9と、を備えている。ドライブトレイン8と発電機9とは、ロータ14の回転力で発電する発電ユニット11を構成する。
The water
本実施形態において、水流発電装置1は、海中浮遊方式の水流発電装置1である。図1に示すように、水流発電装置1は、ケーブル(係留策)10を介して海底に係留される。ナセル7の内部空間は、空気のような気体で満たされており、発電ユニット11が配置された空間を空気雰囲気とする。ロータヘッド3に複数のブレード2が取り付けられる。ブレード2に海流が当たると、そのブレード2に作用する海流エネルギーでロータヘッド3が回転する。ロータ14の回転エネルギー(回転トルク)は、回転軸4を介して、ドライブトレイン8を介して発電機9に伝達される。発電機9は、ドライブトレイン8を介して伝達されたロータ14の回転エネルギーにより発電する。回転軸4は、ロータヘッド3に固定され、ブレード2が連結されたロータヘッド3とともに回転する。
In the present embodiment, the water flow
回転軸4は、ナセル7内部に挿入されている。また、回転軸4は、ロータヘッド3側の部分(第一回転部)とナセル7内部に挿入されている部分(第二回転部)とを有する。第一回転部と第二回転部とは、図示しないカップリングで連結されてもよい。水流発電装置1は、ロータヘッド3とナセル7との間に複数(本実施形態では、2つ)のジャーナル軸受5と複数(本実施形態では、2つ)のスラスト軸受6とが配置され、ロータヘッド3は、ナセル7によって回転可能な状態で支持されている。
The rotating
水流発電装置1は、回転軸4とナセル7との間にシール軸受19が配置されている。シール軸受19は、固定部がナセル7に固定され、回転部が回転軸4に固定され、回転軸4とナセル7との間を回転可能な状態で支持しつつ、回転軸4とナセル7との間をシールしている。これにより、水流発電装置1は、ナセル7の回転軸4が挿入されている部分からナセル7の内部に海水が流入することを抑制できる。その結果、ナセル7は、発電ユニット11が配置された空間と、ブレード2が配置された水中との境界となる。また、ロータ14のうち、回転軸4がシール軸受19で支持される位置を境界として、ナセル7の外側に配置される部分が、水中に露出するロータ14の露出部141となる。
In the
発電機9で発電された電力は、送電ケーブルを介して地上に送られる。海中浮遊方式の水流発電装置1は、ケーブル10によって海中に浮遊するため、風及び波浪の影響を受け難い利点がある。
The electric power generated by the
本実施形態において、ドライブトレイン8は、油圧ドライブトレインである。ドライブトレイン8は、回転軸4と接続されるブレーキ80と、回転軸4と接続される油圧ポンプ81と、油圧ポンプ81により作動する油圧モータ82と、配管83、84と、冷却ユニット85と、を備えている。水流発電装置1は、回転軸4をドライブトレイン8に含めてもよい。ブレーキ80は、ブレード2の回転を止めるときに駆動される。ブレーキ80は、回転軸4を固定し、回転しない状態とすることで、ブレード2等、ロータ14の回転を停止させる。油圧ポンプ81は、回転軸4の回転により作動オイルを加圧して吐出する。油圧モータ82は、供給される高圧の作動オイルによってロータ14を回転させる。配管83は、油圧ポンプ81のオイル吐出ポートと、油圧モータ82のオイル吸込ポートとを接続する。配管84は、油圧モータ82のオイル吐出ポートと、油圧ポンプ81のオイル吸込ポートとを接続する。ドライブトレイン8の作動オイルは、配管83及び配管84を流れることができる。冷却ユニット85は、配管84に設けられており、油圧モータ82から油圧ポンプ81に供給される作動オイルを冷却する。ドライブトレイン8は、ロータヘッド3が回転すると、回転軸4も回転する。油圧ポンプ81は、回転軸4を介して伝達されるロータヘッド3の回転エネルギーにより作動する。油圧ポンプ81は、油圧モータ82に作動オイルを供給して、その油圧モータ82を駆動する。油圧モータ82は、発電機9を作動する。なお、冷却ユニット85は、後述するジャーナル軸受5及びスラスト軸受6に潤滑流体としての水を加圧して供給するものであってもよい。なお、ドライブトレイン8は、回転軸4の回転力を発電機9に伝達可能であれば、いかなる構成であってもよい。
In this embodiment, the
次に、ロータ14のナセル7に対する支持構造について説明する。以下の説明において、回転軸4の軸方向を「軸方向」と称し、回転軸4の径方向を「径方向」と称する。
Next, the support structure of the
ロータヘッド3は、図2に示すように、中心に回転軸4が連結された底部31と、底部31の外縁部から回転軸4を囲んで軸方向に延びる筒状の側壁部32とを有する。側壁部32は、底部31に連結された大径部321と、大径部321に連結されたブレード連結部322とを有する。ブレード連結部322は、大径部321よりも小径のロータ側筒状部322aと、ロータ側筒状部322aの軸方向における一端から径方向外側に突出し、大径部321に連結される第一ロータ側フランジ部322bと、ロータ側筒状部322aの軸方向における他端から径方向外側に突出する第二ロータ側フランジ部322cとを有する。ロータ側筒状部322aは、軸方向における略中央部の外周面に、複数のブレード2が周方向に間隔を空けて連結されている。
As shown in FIG. 2, the rotor head 3 has a
また、ナセル7は、回転軸4を囲んで軸方向に延び、ロータ14を支持するロータ支持部70を有する。ロータ支持部70は、ロータヘッド3の側壁部32に設けられたブレード連結部322の形状に沿って、ブレード連結部322よりも一回り大きく形成される。ロータ支持部70は、軸方向に延びるステータ側筒状部70aと、ステータ側筒状部70aの軸方向における一端から径方向外側に突出する第一ステータ側フランジ部70bと、ステータ側筒状部70aの軸方向における他端から径方向外側に突出する第二ステータ側フランジ部70cとを有する。
Further, the
図2に示すように、水流発電装置1は、ロータヘッド3の側壁部32に設けられたブレード連結部322のロータ側筒状部322aと、ナセル7に設けられたロータ支持部70のステータ側筒状部70aとの間に、2つのジャーナル軸受5が配置される。また、水流発電装置1は、ブレード連結部322の第一ロータ側フランジ部322bとロータ支持部70の第一ステータ側フランジ部70bとの間に、スラスト軸受6が配置される。また、水流発電装置1は、ブレード連結部322の第二ロータ側フランジ部322cとロータ支持部70の第二ステータ側フランジ部70cとの間に、スラスト軸受6が配置される。
As shown in FIG. 2, in the water flow
これにより、ロータ14は、2つのジャーナル軸受5によって、径方向においてナセル7に対して回転自在に支持され、2つのスラスト軸受6によって、軸方向においてナセル7に対して回転自在に支持される。このように、ロータヘッド3のうち、複数のブレード2が連結されたブレード連結部322をジャーナル軸受5及びスラスト軸受6によってナセル7に対して支持することで、ロータ14を安定的に支持し、ロータ14の回転ブレを抑制することができる。なお、本実施形態において、ジャーナル軸受5及びスラスト軸受6は、水潤滑軸受であり、ロータヘッド3の周囲から取得した海水により潤滑される。水流発電装置1は、上述したように、冷却ユニット85からジャーナル軸受5及びスラスト軸受6に潤滑流体としての海水を加圧して供給するものであってもよい。
As a result, the
次に、ロータ14に取り付けられた複数の浮力材40について説明する。図3は、水流発電装置のロータの露出部近傍を示す拡大断面図である。図示するように、ロータ14の露出部141は、軸方向において露出部141の重心141Wを挟んで設けられた複数の浮力材40を有している。複数の浮力材40は、第一浮力材41と、第二浮力材42とを含む。第一浮力材41及び第二浮力材42は、低密度材料で形成されており、ロータ14の露出部141に浮力を付与する。
Next, a plurality of
第一浮力材41は、ロータヘッド3の底部31のナセル7とは反対側の面に取り付けられる。第一浮力材41は、露出部141の重心141Wよりもナセル7とは反対側に設けられる。第二浮力材42は、ロータヘッド3の側壁部32に設けられたブレード連結部322のロータ側筒状部322aの外周面に取り付けられる。第二浮力材42は、露出部141の重心141Wよりもナセル7側に設けられる。つまり、第一浮力材41と第二浮力材42とは、軸方向において露出部141の重心141Wを挟んで設けられる。本実施形態において、第二浮力材42は、図2に示すように、複数のブレード2の取り付け部を回避しながら、ロータ側筒状部322aの外周面に全周にわたって取り付けられる。なお、第二浮力材42は、ロータ側筒状部322aの外周面の一部にのみ取り付けられてもよいい。
The
これにより、ロータ14の露出部141の水中重量(空中での重量から水中で作用する浮力を差し引いた重量)を小さくすることができ、ジャーナル軸受5及びスラスト軸受6にかかる荷重を小さくすることが可能となる。本実施形態において、ロータ14の露出部141は、上下対称構造に形成されているため、露出部141の浮心141Bと重心141Wとは、図3に示すように、鉛直方向において並ぶ位置に配置される。第一浮力材41と第二浮力材42とを、軸方向において露出部141の重心141Wを挟んで設けることにより、重心141Wの軸方向における両側でロータ14の露出部141に作用する浮力の均一化を図ることができる。つまり、露出部141の浮心141Bを重心141Wに近づけることができる。
As a result, the underwater weight of the exposed
図3に示すように、2つのジャーナル軸受5の軸方向における中心5aから露出部141の重心141Wまでの距離を“Lw”とし、2つのジャーナル軸受5の中心5aから露出部141の浮心141Bまでの距離を“Lb”とし、2つのジャーナル軸受5の中心5aから一端51及び他端52までの距離を“Lj”とする。一端51、他端52は、2つのジャーナル軸受5を一体の軸受として考えた場合の軸方向における一端、他端を示す。また、ジャーナル軸受5の一端51がナセル7のロータ支持部70から受ける径方向の反力を“F1”とし、ジャーナル軸受5の他端52がナセル7のロータ支持部70から受ける径方向の反力を“F2”とする。なお、ここでは、2つのジャーナル軸受5がナセル7から受ける反力を一端51、他端52に集約して考える。
As shown in FIG. 3, the distance from the
鉛直方向上向きの力を正とすると、露出部141に作用する鉛直方向の力の釣り合いから、次式(1)が成立する。また、重心141Wでの露出部141の重量Wと、浮心141Bでの浮力Bとにより、ジャーナル軸受5の中心5a回りに図中反時計回り方向のモーメントMが作用したとする。図中反時計回り方向のモーメントMを正とすると、ジャーナル軸受5に作用するモーメントの釣り合いから、次式(2)が成立する。式(1)、式(2)は、反力F1及び反力F2を共に鉛直方向上向きと仮定したものである。式(1)及び式(2)に基づいて、ジャーナル軸受5の一端51が受ける反力F1は、次式(3)により算出され、ジャーナル軸受5の他端52が受ける反力F2は、次式(4)により算出される。
Assuming that the upward force in the vertical direction is positive, the following equation (1) is established from the balance of the forces in the vertical direction acting on the exposed
F1+F2−W+B=0 ・・・(1)
M−Lj・F1+Lj・F2=0 ・・・(2)
F1=(W−B)/2+(M/Lj)/2 ・・・(3)
F2=(W−B)/2−(M/Lj)/2 ・・・(4)
F1 + F2-W + B = 0 ... (1)
M-Lj ・ F1 + Lj ・ F2 = 0 ・ ・ ・ (2)
F1 = (WB) / 2+ (M / Lj) / 2 ... (3)
F2 = (WB) /2- (M / Lj) / 2 ... (4)
モーメントMが正(図中反時計回り方向)である場合、式(3)により算出される反力F1は、正の値となり、図3の実線矢印で示すように、ジャーナル軸受5の一端51の図中上側の面に作用する鉛直方向上向きの力となる。また、モーメントMが正(図中反時計回り方向)である場合、式(4)により算出される反力F2は、負の値となり、図3の実線矢印で示すように、ジャーナル軸受5の他端52の図中下側の面に作用する鉛直方向下向きの力となる。このとき、ジャーナル軸受5は、反力F1及び反力F2を受ける側において軸受面に片当たりが生じる。
When the moment M is positive (counterclockwise in the figure), the reaction force F1 calculated by the equation (3) becomes a positive value, and as shown by the solid arrow in FIG. 3, one
式(3)及び式(4)から、反力F1と反力F2とは、モーメントMが小さいほど互いの値が近くなることがわかる。仮にモーメントMが値0であれば、反力F1と反力F2とは、同方向かつ同じ値となり、ジャーナル軸受5の軸受面に片当たりが生じない。モーメントMの値が小さく、反力F1と反力F2との値が近いほど、ジャーナル軸受5の軸受面に生じる片当たりが小さくなる。モーメントMは、次式(5)により算出される。式(5)から、露出部141の重心141Wと浮心141Wとの距離が近いほど、すなわち距離Lwと距離Lbとが近い値であるほど、モーメントMの値を容易に調整することができることがわかる。つまり、距離Lwと距離Lbとが近い値であるほど、露出部141の重量Wと浮力Bとの差がモーメントMの大きさに寄与する程度が大きくなるため、重量Wと浮力Bとの差の調整によりモーメントMを小さく調整しやすくなる。
From the equations (3) and (4), it can be seen that the values of the reaction force F1 and the reaction force F2 become closer to each other as the moment M becomes smaller. If the moment M has a value of 0, the reaction force F1 and the reaction force F2 have the same direction and the same value, and one-sided contact does not occur on the bearing surface of the
M=Lb・B−Lw・W ・・・(5) M = Lb ・ B-Lw ・ W ・ ・ ・ (5)
上述したように、本実施形態にかかる水流発電装置1は、露出部141の浮心141Bを重心141Wに近づけることができる。そのため、本実施形態にかかる水流発電装置1は、式(5)により算出されるモーメントMを容易に小さくすることができ、ひいては式(3)及び式(4)により算出される反力F1及び反力F2の値を容易に近づけることができる。なお、図3は、浮心141Bと重心141Wとを示すため、浮心141Bと重心141Wとを比較的に大きく離して記載しているが、浮心141Bと重心141Wとは、近いほど好ましく、浮心141Bと重心141Wとの位置が一致することが、さらに好ましい。
As described above, in the hydroelectric
ここで、反力F1と反力F2とのうち、大きい方を反力Fbigとし、小さい方を反力Fsmallとすると、本実施形態にかかる水流発電装置1において、反力Fsmallに対する反力Fbigの比は、次式(6)に示すように、1.5以下とされる。このように、反力F1と反力F2との値を近づけ、反力Fsmallに対する反力Fbigの比を1.5以下とすることで、ジャーナル軸受5の軸受面に片当たりが生じて局所的に面圧が高まることを抑制することができる。なお、反力Fsmallに対する反力Fbigの比は、小さいほど好ましい。
Here, if the larger one of the reaction force F1 and the reaction force F2 is the reaction force Fbig and the smaller one is the reaction force Fsmal, the reaction force Fbig with respect to the reaction force Fsmall in the
Fbig/Fsmall≦1.5 ・・・(6) Fbig / Fsmal ≤ 1.5 ... (6)
なお、ここでは、2つのジャーナル軸受5がナセル7から受ける反力を一端51、他端52に集約して考えたが、ジャーナル軸受5は、軸方向に沿ってナセル7から分布荷重の反力を受ける。式(6)において、反力Fsmallに対する反力Fbigの比が1.5以下であるとは、2つのジャーナル軸受5がナセル7から受ける反力を一端51、他端52に集約した力を基準として考えるものではなく、2つのジャーナル軸受5がナセル7から受ける分布荷重の反力のうち、一端51及び他端52で受ける力を基準として考えるものである。
Here, the reaction forces received by the two
図4及び図5は、比較例としての水流発電装置のロータの露出部近傍を示す拡大断面図である。比較例としての水流発電装置1Aは、実施形態にかかる水流発電装置1の第一浮力材41に代えて、浮力材40Aを備える。また、比較例としての水流発電装置1Aは、実施形態にかかる水流発電装置1の第二浮力材42を備えない。水流発電装置1Aのその他の構成は、水流発電装置1と同様であるため、説明を省略する。
4 and 5 are enlarged cross-sectional views showing the vicinity of the exposed portion of the rotor of the hydropower generator as a comparative example. The water flow
浮力材40Aは、第一浮力材41と同様に、ロータヘッド3の底部31に取り付けられている。また、浮力材40Aは、図4に示すように、第一浮力材41よりも大きい。それにより、比較例としての水流発電装置1Aのロータ14の露出部141に作用する浮力Bの大きさは、実施形態にかかる水流発電装置1のロータ14の露出部141に作用する浮力Bの大きさと同一となる。また、比較例としての水流発電装置1Aは、露出部141の重量Wが実施形態にかかる水流発電装置1の露出部141の重量Wと同一である。
The
比較例としての水流発電装置1Aのロータ14の露出部141は、第二浮力材42を備えないため、実施形態にかかる水流発電装置1の露出部141の浮心141B(図3参照)よりも、浮心141Bが重心141Wから軸方向において離れた位置に配置される。つまり、図4に示すように、ジャーナル軸受5の軸方向における中心5aから露出部141の重心141Wまでの距離Lwと、2つのジャーナル軸受5の中心5aから露出部141の浮心141Bまでの距離Lbとの差が大きくなる。その結果、式(5)から、比較例としての水流発電装置1Aは、実施形態にかかる水流発電装置1よりもモーメントMの値が大きくなる。そのため、比較例としての水流発電装置1Aは、実施形態にかかる水流発電装置1よりも、反力F1及び反力F2とのうち、小さい方の反力Fsmallに対する大きい方の反力Fbigの比が大きくなる。比較例としての水流発電装置1Aは、図5において破線で囲んだ範囲に示すように、ジャーナル軸受5及びスラスト軸受6の軸受面に生じる片当たりが大きくなってしまい、軸受面の摩耗が不均一となると共に、摩耗が早まってしまう。なお、図5は、ジャーナル軸受5及びスラスト軸受6の軸受面に生じる片当たりが大きくなることを説明するため、ロータ14全体の軸方向に対する傾斜の程度を実際よりも大きくしている。
Since the exposed
一方、実施形態にかかる水流発電装置1は、上述したように、露出部141の浮心141Bを重心141Wに近づけることで、反力F1と反力F2との値を容易に近づけることができ、また、反力F1と反力F2とのうち、小さい方(反力Fsmall)に対する大きい方(反力Fbig)の比が1.5以下とされる。その結果、比較例の水流発電装置1Aよりも、ジャーナル軸受5の軸受面に生じる片当たりを抑制することができる。また、スラスト軸受6についても、同様に、軸受面に生じる片当たりを抑制することができる。
On the other hand, in the hydroelectric
以上説明したように、実施形態にかかる水流発電装置1は、露出部141に重心141Wでの重量Wと浮心141Bでの浮力BとによりモーメントMが作用したとき、ロータ14を径方向に支持するジャーナル軸受5の一端51がナセル7から受ける反力F1とナセル7から他端52が受ける反力F2とのうち、小さい方(反力Fsmall)に対する大きい方(反力Fbig)の比が1.5以下である。それにより、ジャーナル軸受5の一端51及び他端52がナセル7から受ける反力F1,F2の均一化を図り、ジャーナル軸受5の軸受面に片当たりが生じて局所的に面圧が高まることを抑制することが可能となる。従って、本実施形態にかかる水流発電装置1によれば、水流の力で回転する回転部を支持する軸受の摩耗を抑制することができる。
As described above, the
また、ロータ14の露出部141は、ロータ14の軸方向において重心141Wを挟んで設けられた複数の浮力材40を有する。これにより、重心141Wの軸方向における両側で露出部141に作用する浮力の均一化を図ることができるため、露出部141の浮心141Bを重心141Wに近づけることができる。その結果、重心141Wでの重量Wと浮心141Bでの浮力Bとにより露出部141に作用するモーメントMを容易に小さく調整することができるため、ジャーナル軸受5の一端51が受ける反力F1と他端52が受ける反力F2とのうち、小さい方(反力Fsmall)に対する大きい方(反力Fbig)の比を1.5以下とすることが容易となる。
Further, the exposed
また、ロータ14の露出部141は、底部31と、底部31からナセル7側に向けて軸方向に延び、ブレード2が連結された筒状の側壁部32とを有し、複数の浮力材40は、底部31に取り付けられた第一浮力材41と、側壁部32に取り付けられた第二浮力材42とを有する。これにより、ブレード2が連結された筒状の側壁部32の軸長を利用して、第二浮力材42を露出部141の重心141Wを挟んで第一浮力材41の反対側に配置しやすくなる。すなわち、複数の浮力材40を軸方向において重心141Wを挟んだ位置に、比較的容易に設けることができる。
Further, the exposed
本実施形態では、第一浮力材41をロータヘッド3の底部31に取り付け、第二浮力材42をロータヘッド3の側壁部32に設けられたブレード連結部322のロータ側筒状部322aに取り付けるものとしたが、第一浮力材41及び第二浮力材42の配置位置は、これに限られない。例えば、複数のブレード2自体に第二浮力材42を取り付けてもよいし、複数のブレード2の内部に第二浮力材42を配置してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、複数の浮力材40が第一浮力材41と第二浮力材42とを有するものとしたが、複数の浮力材40は、3つ以上の浮力材を有するものであってもよい。
Further, in the present embodiment, the plurality of
また、水流発電装置1は、浮力材を1つのみ備えるものであってもよい。図6は、変形例にかかる水流発電装置を示す斜視図である。図6においては、係留索の図示を省略している。変形例にかかる水流発電装置1Bは、水流発電装置1の第一浮力材41及び第二浮力材42に代えて、浮力材40Bを有している。水流発電装置1Bのその他の構成は、水流発電装置1と同様であるため、説明を省略する。図示するように、浮力材40Bは、露出部141の複数のブレード2以外の部分を収容する筒状部材である。これにより、重心141Wの軸方向における両側で露出部141に作用する浮力の均一化を図ることができるため、露出部141の浮心141Bを重心141Wに近づけることができる。
Further, the hydroelectric
また、本実施形態では、ロータヘッド3の側壁部32に設けられたブレード連結部322のロータ側筒状部322aと、ナセル7に設けられたロータ支持部70のステータ側筒状部70aとの間に、2つのジャーナル軸受5を配置するものとしたが、ジャーナル軸受5は、少なくとも1つ配置されればよく、3つ以上配置されてもよい。また、本実施形態では、ジャーナル軸受5とスラスト軸受6とを別部材として用いるものとしたが、隣接するジャーナル軸受5とスラスト軸受6とを一体の部材として構成してもよい。また、ジャーナル軸受5とスラスト軸受6との少なくともいずれか一方は、ナセル7の内部空間に配置された油潤滑式の軸受であってもよい。
Further, in the present embodiment, the rotor side
1、1A、1B 水流発電装置
2 ブレード
3 ロータヘッド
31 底部
32 側壁部
321 大径部
322 ブレード連結部
322a ロータ側筒状部
322b 第一ロータ側フランジ部
322c 第二ロータ側フランジ部
4 回転軸
5 ラジアル軸受
5a 中心
51 一端
52 他端
6 ジャーナル軸受
7 ナセル
70 ロータ支持部
70a ステータ側筒状部
70b 第一ステータ側フランジ部
70c 第二ステータ側フランジ部
8 ドライブトレイン
9 発電機
10 ケーブル
11 発電ユニット
14 ロータ
141 露出部
141B 浮心
141W 重心
15 ステータ
19 シール軸受
40、40A、40B 浮力材
41 第一浮力材
42 第二浮力材
80 ブレーキ
81 油圧ポンプ
82 油圧モータ
83、84 配管
85 冷却ユニット
1, 1A, 1B
Claims (4)
前記水流の力で回転するブレードを有し、前記ブレードと一体で回転する回転部と、
前記回転部に連結され、前記回転部の回転力で発電する発電ユニットと、
前記発電ユニットを覆い、前記発電ユニットが配置された空間と、前記ブレードが配置された水中との境界となり、前記発電ユニットが配置された空間を空気雰囲気とするナセルと、
前記回転部の径方向において、前記ナセルに対して前記回転部を回転自在に支持するジャーナル軸受と、
前記回転部のうち前記ナセルの外側で水中に露出する露出部に配置された浮力材と、を備え、
前記露出部に、前記露出部の重心での重量と前記露出部の浮心での浮力とによりモーメントが作用したとき、前記ジャーナル軸受の一端が前記ナセルから受ける反力と他端が前記ナセルから受ける反力とのうち、小さい方に対する大きい方の比が1.5以下であることを特徴とする水流発電装置。 It is a water flow power generation device that generates electricity with the power of water flow.
A rotating portion having a blade that rotates by the force of the water flow and rotating integrally with the blade,
A power generation unit that is connected to the rotating part and generates power by the rotational force of the rotating part,
A nacelle that covers the power generation unit, serves as a boundary between the space in which the power generation unit is arranged and the water in which the blade is arranged, and creates an air atmosphere in the space in which the power generation unit is arranged.
A journal bearing that rotatably supports the rotating portion with respect to the nacelle in the radial direction of the rotating portion.
A buoyancy material arranged in an exposed portion of the rotating portion exposed to water outside the nacelle is provided.
Before Symbol Exposure unit, when the moment by the buoyancy in the center of buoyancy of the weight and the exposed portion of the center of gravity of the exposed portion is applied, the reaction force and the other one end of the journal bearing receives from the nacelle is the A water flow power generator characterized in that the ratio of the larger reaction force received from the nacelle to the smaller one is 1.5 or less.
前記複数の浮力材は、前記底部に取り付けられた第一浮力材と、前記側壁部に取り付けられた第二浮力材とを有することを特徴とする請求項2に記載の水流発電装置。 The exposed portion of the rotating portion has a bottom portion and a tubular side wall portion extending in the axial direction from the bottom portion toward the nacelle side and to which the blades are connected.
The water flow power generation device according to claim 2, wherein the plurality of buoyancy materials include a first buoyancy material attached to the bottom portion and a second buoyancy material attached to the side wall portion.
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