JPS6238876A - 一体形同期発電水力タ−ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、軸流プロペラ形水力タービンおよび同期発電
機を一体化して流路内構造を簡素化する技術分野で利用
される。

従来の技術 従来の軸流プロペラ形水力タービンおよび誘導発電機（
増速形）を第６ａ、６ｂ、６Ｃ図、同直結形を第７ａ、
７ｂ、７Ｃ図に示す。なお、従来、この種の技術にて発
電機を同期型とした事例はない。

第６ａ図は軸流プロペラ形水力タービン誘導発電機の側
面図、第６ｂ図はその■ｂ−■ｂ断面図、第６Ｃ図は同
じくそのＭｅ−Ｖｌｃ断面図である。本事例図は落差が
この種形式では、１０ｍ前後と低く、ために、タービン
回転数が低く、タービン発電機直結形とすれば、発電機
外径が大きくなり、流入口火となるため、増速装置を介
してタービンと発電機を連結している増速形の事例であ
る。

図において、符号０１はランナベーン、０２はランナボ
ス、０３はガイドベーン、０４はガイドベーン開閉機構
、０５はタービン主軸、０６は軸受、０７は増速装置、
０８は誘導発電機、０９は　　　□換気ダク）、０１０
はステーベーン、０１１は点検孔、　　　０１２は内側
ケーシング、０１３は発電機支持台、０１４は入口ケー
シング、０１５は出口ケーシングである。

水は上流より入口ケーシング０１４内に入り、発電機０
８の位置で、第６ｂ図、第６Ｃ図に示すように、その外
側左右に分岐しステーベー７０１０の所で再び分流、整
流され、流量調整用ガイドベーン０３を経て、ランナベ
ーンｏ１に入り、ベーンに回転力を与えた後、出口ケー
シング０５を経て放水口に放流されるランナベーンｏ１
は可動翼で、可動用機構はランナボスｏ２に内蔵される
。ランナベーン０１で得られた回転力はランナボスｏ２
に直結されたタービン主軸ｏ５により、増速装置０７を
介して発電機０８の軸に伝達される。

第７ａ図、第７ｂ図および第７ｃ図は軸流プロペラ形水
力タービン誘導発電機の直結形の側面図および断面図で
ある。本事例図は、落差がこの種形式では２０ｍ前後と
高く、ためにタービン回転数が高く、発電機回転数をタ
ービン回転数と同一としても、発電機外径は、増速装置
を介した第６ａ。

６ｂ、６０図の場合と同程度となるので、タービンと発
電機を直結している事例である。

図において、符号０１はランナベーン、０２はランナボ
ス、０３はガイドベーン、０４はガイドベーン開閉機構
、０５はタービン主軸、０６，０７は案内軸受、０８は
推力軸受、ｏ９はランナサーボモータ、０１０　、０１
６　は発電機案内軸受、０１１は発電機軸、０１２は内
側ケーシング、０１３は発電機支持台、０１４は入口ケ
ーシング、０１５は出口ケーシング、０１７は発電機回
転子、０１Ｂは発電機固定子、０１９は内側ケーシング
ステルベーン、０２０ハ発電機外側ケーシング、０２１
はランナ外側ケーシング、０２２はランナ外側ケにシン
グ支持台である。

水は上流より入口ケーシング０１４内に入り、発電機外
周である内側ケーシング０１２の外周を通って流量調整
用ガイドベーン０３を経てランナベーン０１に入り、ベ
ーンに回転力を与えた後、出口ケーシング０５を経て放
水口に放出される。

ランナベーン０１は可動翼で、可動用機構は、（＝ ランナボス０２ｑ内蔵され、機構を操作するためのラン
ナサーボモータ０９が発電機軸０１１とタービン主軸０
５の結合７ランジ部分に設けられる。

ランナベーン０１で得られた回転力は、ランナボス０２
に直結されたタービン軸０５により、発電機軸０１１に
伝達される。

上記したような従来技術は、流路内に軸流プロペラ形水
力タービンと誘導発電機をタンデムに設置する方式であ
り、使用落差如伺では、タービンと発電機を直結形とす
ることが出来るが（第７ａ図、第７ｂ図、第７ｃ図参照
）、多くの事例では、タービン最適回転数では、発電機
外形が極端に犬となるため、増速装置を用いて、タービ
ンの最適回転数を３〜４倍に増速して発電機回転数とし
、発電機・軸方向は長くなるが、外径が比較的小さくな
るように増速形の方式とする事が多い。

何れの場合においても、第６図、第７図に示すように、
水力タービン側では、ランナボス０２に内蔵されたラン
ナベーン可動用機構、ランナサーボモータ０９、推力軸
受０８．増速装置０７を、発電機側では、比較的外径の
小さい、流路方向に長い構造で、かつ、主系統を必要と
するが、同期形に比べ、構造簡単な誘導形の構造を、そ
れぞれ有し、流路内にそれらを設けることとなる。この
事は、工事費の増大、据付、点検保守の複雑化および流
路内損失増加をもたらす原因となっている。

例えば、　１５００　ＫＷの軸流プロペラ膨水カタービ
ン誘導発電機で、第６図の増速形での流路方向のタービ
ン発電機長は、約６．５ｍ、発電機外周流路断面は約４
　ｍ　Ｘ　４　ｍ　、第７図の直結形での流路方向のタ
ービン発電機長は約５ｍ、発電機外周流路断面は約４．
５ｍφである。また、発電機を誘導形とするため、主系
統を必要とし、いわゆる親発電所にはなり得す、局地自
立発電は不可能で、かつ、同期形に比べ、発電機効率は
５チ程度悪くなる。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記したような従来技術の不具合を解消せん
とするもので、軸流プロペラ形水力タービンおよび同期
発電機に適用される両者の一体化に関するもので、流路
内の構成を簡単にし、工事費の低減、据付、保守の単純
化、流路内損失の減少を図ることにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、上述の問題を解決するために、次のような手
段を採っている。すなわち、 水力タービンのランナベーン外周に、バランス孔を有す
るランナリング、絶縁リング、発電機回転子および封水
リング板を設け、外側ケーシングに発電機固定子を取付
け、ランナベーンの一部を可動翼とし、ランナボスへ励
磁機軸を直結し、励磁機および回転整流器を取付けて一
体形とする。

作用 以上述べた手段によれば、したがって、ａ）ランナベー
ンの外周流路外にランナリング、絶縁リングを介して、
同期発電機回転子、さらには同期発電機固定子を置くこ
とにより、流路内の構造が簡単となり、工事費の減少、
据付、点検保守の単純化および流路内損失の減少を計る
ことが出来る。

例えば、　１５００　ＫＷの軸流〜プロペラ形水力ター
ビン同期発電機で（第１図参照）、流路方向タービン発
電機長は約４ｍ、最大流路断面は約２ｍφ、発電機外径
は約３ｍφである。

ｂ）絶縁リングは、流路内と発電機回転子の電気的絶縁
として機能し、ランナリングは、絶縁リングおよび発電
機回転子取付用であると共に、封水リング板の取付用で
もある。また、ランナリングには、バランス孔を設け、
ランナベーン入口および出口側、それぞれの水圧をバラ
ンスさせ、発電機回転子およびランナベーンのセンタリ
ングを計っている。

Ｃ）封水リング板は、外側ケーシングとランナリングの
間隙からの漏水を封する機能を持つと共に、発電機固定
子内への水飛沫を防止する。漏水防止には封水ベーン、
水シールおよび封水ノ（ツキンを用い、水飛沫防止には
、排気ベーンを用いる。

ｄ）ランナベーンは、一部可動翼とし、落差変動に部分
的に対応可能とし、一部を固定翼とし、水により回転力
を生ずると共に、発電機回転子のスパイダリムの機能を
有スル。

ｅ）流路内には、従来方式による一部ランナベーンの可
動用機構およびランナサーボモータと、新たに同期発電
用、励磁機、および回転整流器をランナボス直結軸に設
置し、同期発電機の機能を持たせる。

実施例 次に、本発明の実施例である、軸流プロペラ形水力ター
ビンおよび同期発電機を一体形とした一体形同期発電水
力タービンについて、第１図〜第５図を参照して説明す
る。

図において、符号１はランナ固定ベーン、ＩＡはランナ
可動ベーン、１Ｂは可動ベーン軸、２はランナボス、２
Ａはリード線、３はガイドベーン、４はガイドベーン開
閉機構、５はタービン主軸、５Ａは励磁機軸、５Ｂは励
磁機軸中空孔、６は推力および案内軸受、７，８．９は
案内軸受、１０はランナサーボモータ、１１は回転整流
器、１２は励磁機回転子、３１は励磁機固定子、１３は
内側ケーシング、１４はランナコーン、１５は内側ケー
シングステー、ｘ６はランナコーンステー、１７はるン
ナコーンキャップ、１８は封水リング板、１８Ａは排気
ベーン、１８Ｂは封水ベーン、１８Ｃは水シールリング
、１８Ｄは封水カバー、１８Ｅは封水パツキン抑え、１
８Ｆは封水パツキン、１８Ｇは封水用給水管、１９は固
定側ランナリング、１９Ａは可動側ランナリング、１９
Ｂはバランス孔、１９Ｃは取付ボルト、２０は絶縁リン
グ、２１は発電機回転子ヨーク、２１Ａは発電機回転子
コイル、２２はリード線、２３は発電機固定子、２３Ａ
は固定子キャン、２３Ｂは固定子カバー、２３Ｃは固定
子取付フレーム、２４は発電機換気ダクト、２５は外側
ケーシング、２６は入口ケーシング、２７は出ロクーシ
ング、２８．２８Ａは外側ケーシング支持台、２９は発
電機支持台、３０はランナサーボモータロッド、３０Ａ
は可動機構用リングである。

第１ａ、ｌｂ、ｌｃ図において、水は上流側より入口ケ
ーシング２６に入り、外側ケーシング２５および内側ケ
ーシング１３間流路を通り、ガイドベーン３により、流
入方向を調整され、ランナベーン１、ＩＡに入り、ベー
ンに回転力を与えた後、出口ケーシング２７内を通って
、放水路に排出される。ランナベーン１はランナボス２
周辺に３〜６枚固定して取付け、ランナベーンＩＡはラ
ンナボス２内にベーンの可動用機構３０Ａを内蔵させ、
ランナボス２に直結のタービン主軸５の中空孔内、ラン
ナサーボモータロッド３０およびランナサーポモータ１
０により、可動ベーンとし、落差変動に効率良く追従で
きるようにしている。

ランナボス２のタービン主軸５０反対側下流方向には、
第１図および第５図に示すように、励磁機軸５Ａを直結
し、励磁機軸５Ａ上には同期発電に必要な励磁機回転子
１２および回転整流器１１を取付け、内部は励磁機軸中
空孔５Ｂとし、リード線２２を通す。リード線２２は、
第４図に示すように、ランナボス２、ランナベーン１内
中空孔を通り、ランナリング１９、絶縁リング２０、発
電機回転子ヨーク２１のそれぞれの孔を通過して、発電
機回転子コイル２１Ａに連結される。ランナボス２０両
側のタービン主軸５および励磁軸５Ａはそれぞれ内側ケ
ーシング１３内に設けた推力および案内軸受６、案内軸
受９、ランナコーン１４内に設けた案内軸受７および８
にて支えられる。

第５図に示すように、ランナコーン１４には、ランナコ
ーンキャップ１７を取付け、キャップ１７には励磁機固
定子３１を取付ける。また、これら内側ケーシング１３
およびランナコーン１４は、それぞれ内側ケーシングス
テー１５およびランナコーンステー１６にて、第１図に
示すように、外側ケーシング２５に連結されている。

第２図、第３図および第４図に示すように、ランナベー
ン１の外周には、ランナリング１９．１９Ａを取付げる
。ランナリング１９は、ランナベーン１に取付け、ラン
ナベーン１９Ａはランナベーン１９に取付ポル）　１９
Ｃで取付ける。また、ランナリング１９，１９Ａには、
バランス孔１９Ｂを設け、ランナベーン上流側および下
流側のそれぞれ外側ケーシング２５とランナリング１９
，１９Ａとの隙間より流入する漏水圧をバランスさせる
。ランナリング１９，１９Ａ外周には、絶縁リング２０
を設け、その外周に取付ける発電機回転子ヨーク２１と
ランナリング１９とを絶縁する。

発電機回転子ヨーク２１および発電機回転子コイル２１
Ａは、ランナベーン１の外周に構成され、ランナベーン
１と共に回転する。すなわち、ランナベーン１は発電機
回転子のスパイダリムを構成している。ランナリング１
９，１９Ａには第２図および第３図に示すように、上流
側および下流側に対称に封水リング板１８を取付け、外
側ケーシング２５とランナリング１９．１９Ａ間の隙間
よりの漏水を防止する。封水リング板１８は第３図に示
すように、発電機固定子内への水飛沫を防止するための
複数の遠心ポンプ翼機能を持たせた排気ベーン１８Ａ、
複数の遠心ポンプ翼機能を持った封水ベーン１８Ｂを有
し、さらに、その側部には水シールリング１８Ｃ１水シ
ールリングへの封水用給水管１８Ｇ、封水パツキン１８
Ｆ、封水パツキン１８Ｆを収納する封水カバー１８Ｄお
よび封水パツキン抑え１８Ｅからなる。漏水は封水ベー
ン１８Ｂにて流入側に排除するが、その上での流出側へ
の漏水は、封水用給水管１８Ｇよりの水シールリング１
８Ｃへの給水の圧力（漏水圧より約Ｏ９５ｋｇ／７高い
圧力）および封水パツキンにより止水する。

封水カバー１８Ｄは封水パツキン１８Ｆのカバーである
と共に、流入軸に平行方向の封水パツキン圧力を調整し
、封水パツキン抑え１８Ｆは、流入軸に直角方向の封水
パツキン圧力を調整する。

第２図に示すように、発電機固定子２３は、ランナベー
ン１軸上の発電機回転子コイル２１Ａ外周にある間隙を
有して配置され、発電機固定子２３および絶縁用固定子
キャン２３Ａ１固定子カバー２３Ｂおよび固定子取付フ
レーム２３Ｃからなり、取付フレーム２３Ｃを介して、
外側ケーシング２５に取付けられ、かつ、発電機支持台
２９を介して基礎に取付けられる。外側ケーシング２５
の流入側および流出側には、それぞれ、外側ケーシング
支持台２８．２８Ａを設け、外側ケーシング２５を基礎
に取付ける。

発明の効果 本発明によると、次のような効果を発揮する。

ａ）封水リング板、絶縁リングを設けることにより、固
定子の絶縁キャンと合わせて、発電機回転子スパイダリ
ムとランナベーンを一体化でき、流路内の構造が簡単と
なり、工事費の減少、据付、点検保守の単純化および流
路内損失の減少　　　゛が計られる。例えば、　１５０
０　ＫＷ軸流プロペラ形水力タービン誘導発電機従来形
で流路方向タービン発電機長が約５〜６．５ｍ、発電機
外周流路断面は約４　ｍ　Ｘ　４　ｍまたは約４．５ｍ
φであるに約２．５ｍ）、最大流路断面は約２ｍφ、発
電機外径は約３ｍφである。

ｂ）流路内構造が簡単となったため、発電機が占有して
いたスペースの一部を使用して、同期発電用励磁機、回
転整流器を置くことができ、本発明水力タービン発電設
備を自立発電設備（親発電所）として利用できる。

Ｃ）一部可動翼とするため、固定翼に比し、落差変動に
部分的に対応可能となる。

ｄ）ランナリングにバランス孔を持つことにより、発電
機回転子を自動調心させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図より第５図は本発明の実施例を示し、第１ａ図は
一体形発電水力タービンの据付時の半断面を示した側面
図、第１ｂ図は第１ａ図の１ｂ−Ｉｂ断面図、第１Ｃ図
は第１ａ図のＩ　ｃ　−１ｃ断面図、第２図はランナベ
ーン・発電機周辺の断面図、第３図は封水リング板の概
念を示す一部斜視図、第４図はランナベーン・発電機回
転子の概念斜視図、第５図は励磁機周辺の断面図、第６
図以下は従来形を示し、第６ａ図は軸流プロペラ形水力
タービン誘導発電機（増速形）の側面図、第６ｂ図は第
６ａ図の■ｂ−■ｂ断面図、第６ｃ図は第６ａ図の■Ｃ
−■Ｃ断面図、第７ａ図は軸流プロペラ形水力タービン
誘導発電機（直結形）の側面図、第７ｂ図は第７ａ図の
■ｂ−■ｂ断面図、第７ｃ図は第７ａ図の■Ｃ−■Ｃ断
面図である。 １・・ランナ固定ベーン、ＩＡ・・ランナ可動ベーン　
ＩＢ・・可動ベーン軸、２・・ランナボス　２Ａ・・リ
ード線、３・・ガイドベーン、４・・ガイドベーン開閉
機構、５・・タービン主軸、５Ａ・・励磁機軸中空孔、
６・・推力および案内軸受、７，８．９・・案内軸受、
１０・・ランナサーボモータ　１１・・回転整流器、１
２・・励磁機回転子、１３・・内側ケーシング、１４・
・ランナコーン、１５・・内側ケーシングス−１−−１
１６−・ランナコーンステー、１７−−ランナコーンキ
ヤツプ、１８・・封水リング板、１８Ａ・　・排気ベー
ン、１８Ｂ　・・封水ベーン、１８Ｃ・・水シールリン
グ、　１８Ｄ−・封水カバー、１８Ｅ・・封水パツキン
欠抑え、１８Ｆ・・封水パツキン、１８Ｇ　・・封水用
給水管、１９・・固定側ランナリング、１９Ａ　・・可
動側ランナリング、１９Ｂ　・・バランス孔、１９Ｃ・
・取付ボルト、２０・・絶縁リング、２１・・発電機回
転子ヨーク、２１Ａ　・・発電機回転子コイル、２２・
・リード線、２３・・発電機固定子、２３Ａ　・・固定
子キャン、２３Ｂ・・固定子カバー、２３Ｃ・・固定子
取付フレーム、２４・・発電機換気ダクト、２５・・外
側ケーシング、２６φ参入口ケーシング、２７・・出口
ケーシング、　２８．２８Ａ　・・外側ケーシング支持
台、２９・・発電機支持台、３０・・ランナサーボモー
タロッド、３０Ａ　・・可動機構用リング、３１・・励
磁機Ｃほかノ名） 図面の浄書（内容に変更なし） ＩＩ　ｆａ図 １・・ランナ固定ベーン　　　　　　　１３・・丙１唄
１１灯−ンンフ゛２、・　ランナボス、　　　　　　　
　　　　　１５・・　内イ國ケーンンク人チーＪ・・力
゛イトベ′−ン　　　　　　　　　　　１６・・ランナ
コーンステー４・・　力゛イドヘーン開「す７＠猜　　
　　　１’ｌ＝　　ランナコーン皆ツフ０壬詞 手続補正書（方式） 昭和６０年１１月　１８日 特許庁長官　　宇　賀　　道　部　殿 １、事件の表示　　　特願昭６０年１７６８８６号２、
発明の名称　　　一体形同期発電水力タービン３、補正
をする者　　事件との関係　出願人名　称　、　　　三
菱重工業株式会社 ４、復代理人　　〒１００東京都千代田区有楽町−丁目
８番１号５、補正命令の日付　昭和６０年ｌＯ月　２９
日６、補正の対象　　　図面の浄書（内容に変更なし）
７、補正の内容　　　別紙のとおり Ａｒ＾

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸流プロペラ形水力タービンおよび同期発電機にあつて
   、水力タービンのランナベーン外周に、バランス孔を有
   するランナリング、絶縁リング、発電機回転子および封
   水リング板を設け、外側ケーシングに発電機固定子を取
   付け、ランナベーンの一部を可動翼とし、ランナボスへ
   励磁機軸を直結し、励磁機および回転整流器を取付けた
   一体形同期発電水力タービン。