JP2012136952A

JP2012136952A - Water lubrication type hydraulic power generator

Info

Publication number: JP2012136952A
Application number: JP2010287981A
Authority: JP
Inventors: Hatsuyoshi Kamishiro; 初義神代; Hiroaki Kiyose; 弘晃清瀬; Yoshiaki Ohama; 好暁大浜; Takanao Suzuki; 孝尚鈴木; Hideki Hasegawa; 英樹長谷川
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP5385891B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water lubrication type hydraulic power generator that prevents harmful foreign matters from getting into lubricating water in a bearing, in a configuration that the lubricating water of a water-lubricated bearing is taken out of an upstream part of a water turbine body.SOLUTION: The hydraulic power generator is equipped with: a rotary vane 17 having a propeller blade 15 to be rotated by water flowing in the water turbine body 2 and a runner 16 to rotate integrally with the propeller blade 15; and a stator 20 installed at the outside of the rotary vane 17. The rotary vane 17 is rotatably supported by the water-lubricated bearings 30, 31 which serve as a radial bearing and a thrust bearing for the runner 16. The water-lubricated bearings 30, 31 are supplied via a feedwater pipe 41 with the water taken out of a bearing feedwater port 40 located at the upstream part of the water turbine body 2, and configured so as to function as a bearing by forming a water film between the rotary vane 17 and themselves. The bearing feedwater port 40 is equipped with a filter unit 50 having a filter medium 51 with a mesh opening smaller than a gap S between the water-lubricated bearings 30, 31 and the rotary vane 17.

Description

本発明は、水が通流する水管の中途に設けられ、水管内部を通流する水のエネルギで発電する水潤滑式の水力発電装置に関する。 The present invention relates to a water-lubricated hydroelectric power generation apparatus that is provided in the middle of a water pipe through which water flows and that generates power using the energy of water flowing through the water pipe.

近年、新しい発電方法の１つとして、ダムの河川維持放流水、小河川水、農業用水、工場排水などを利用した小水力発電が注目されている。この小水力発電としては、例えば、１０００ｋＷ以下の小規模発電が可能な高低差のある河川維持放流や河川などでの発電方法として期待されている。 In recent years, as one of the new power generation methods, attention has been paid to small hydropower generation using river maintenance discharge water, small river water, agricultural water, factory drainage, and the like of a dam. As this small hydroelectric power generation, for example, it is expected as a power generation method in river maintenance discharges or rivers with a height difference capable of small-scale power generation of 1000 kW or less.

例えば、図９に示すように、上記ダムの河川維持放流水を利用して小水力発電を行う場合、ダム１００の所定位置に河川維持放流口１０１が設けられ、その河川維持放流口１０１から水管１０２が下流方向のジェットフローゲート１０３まで設けられているので、その水管１０２の中途に小規模水力発電装置１１０を設けて発電される。この小規模水力発電装置１１０で発電に利用された水は、上記ジェットフローゲート１０３から河川へと放流される。 For example, as shown in FIG. 9, when small hydroelectric power generation is performed using the river maintenance discharge water of the dam, a river maintenance discharge port 101 is provided at a predetermined position of the dam 100, and a water pipe is connected to the river maintenance discharge port 101. Since 102 is provided up to the jet flow gate 103 in the downstream direction, a small-scale hydroelectric generator 110 is provided in the middle of the water pipe 102 to generate electric power. The water used for power generation by the small-scale hydroelectric generator 110 is discharged from the jet flow gate 103 to the river.

また、このように水管１０２の中途に水力発電装置１１０が設けられる場合、水力発電装置１１０の故障時等に河川維持放流を行うためのバイパスライン１０４が設けられている。バイパスライン１０４は、通常は上流側の弁１０５で閉じられているが、水力発電装置１１０が故障した場合等には、上記弁１０５が開放されるとともに、水力発電装置１１０の上流側及び下流側を弁１０６，１０７で閉じて、メンテナンスができるようにしている。なお、図では、バイパスライン１０４を水力発電木１１０の上方に記載しているが、通常、側方に設けられる。 In addition, when the hydroelectric generator 110 is provided in the middle of the water pipe 102 as described above, a bypass line 104 is provided for performing river maintenance discharge when the hydroelectric generator 110 fails or the like. The bypass line 104 is normally closed by a valve 105 on the upstream side. However, when the hydroelectric generator 110 fails, the valve 105 is opened, and the upstream and downstream sides of the hydroelectric generator 110 are also opened. Are closed by valves 106 and 107 so that maintenance can be performed. Although the bypass line 104 is shown above the hydroelectric power generation tree 110 in the figure, it is usually provided on the side.

このような小水力発電に用いられる水力発電装置１１０としては、低落差および小流量であっても効率良く発電できる構造とされ、例えば、１ｍ〜２０ｍ程度の低落差、０．０６ｍ^３／ｓ〜３ｍ^３／ｓ程度の流量に適用して２ｋＷ〜３００ｋＷ程度の電力を得ることができるものが採用される。 The hydroelectric generator 110 used for such small hydropower generation has a structure capable of generating power efficiently even with a low drop and a small flow rate. For example, a low drop of about 1 m to 20 m, 0.06 m ³ / s Applying a flow rate of about 3 m ³ / s, one capable of obtaining power of about 2 kW to 300 kW is employed.

この水力発電装置に関する先行技術として、例えば、本出願人が先に出願した水力発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。この水力発電装置では、円環状の固定子を水管外側に設け、外周に永久磁石を備え内周に複数のプロペラブレードを有する翼車を備えた円環状の回転子を、上記固定子の内側で回転するように設けている。そして、水の通流によってプロペラブレードを介して回転子を回転させることで、固定子側で発電させている。この水力発電装置では、上記円環状の回転子が、側面と円周面に相対しスラスト方向およびラジアル方向の荷重を支える水潤滑軸受によって支持されている。 As a prior art regarding this hydroelectric power generation apparatus, for example, there is a hydroelectric power generation apparatus previously filed by the present applicant (see, for example, Patent Document 1). In this hydroelectric generator, an annular rotor having an annular stator provided outside the water pipe, a permanent magnet on the outer periphery, and an impeller having a plurality of propeller blades on the inner periphery is provided inside the stator. It is provided to rotate. Then, the rotor is rotated through the propeller blade by the flow of water to generate power on the stator side. In this hydroelectric generator, the annular rotor is supported by a water-lubricated bearing that faces a side surface and a circumferential surface and supports a load in a thrust direction and a radial direction.

また、他の先行技術として、水管内における水の通流によって回転するように構成され、筒状のランナによって周囲が囲繞されたプロペラブレードと、ランナの外周囲に設けられて一体回転する永久磁石と、この永久磁石に沿って設けられたステータとを備えた水力発電装置もある（例えば、特許文献２参照）。この水力発電装置では、上記ランナは、水の通流上流側端部と下流側端部とをそれぞれ水潤滑軸受により回転可能にラジアル支持され、少なくとも一方の水潤滑軸受は、下流側面に水が供給されてランナのスラスト軸受としても機能するように構成されている。 As another prior art, a propeller blade configured to rotate by the flow of water in the water pipe and surrounded by a cylindrical runner, and a permanent magnet provided integrally around the outer periphery of the runner There is also a hydraulic power generation apparatus including a stator provided along the permanent magnet (see, for example, Patent Document 2). In this hydroelectric generator, the runner is radially supported by a water-lubricated bearing at each of the upstream end and downstream end of the water flow, and at least one of the water-lubricated bearings has water on the downstream side surface. It is supplied and functions as a thrust bearing for the runner.

特開２００６−１８９０１４号公報JP 2006-189014 A 特開２００８−１４２４６号公報JP 2008-14246 A

ところで、上記特許文献１，２に記載されている水力発電装置は、図１０に示すように、水管内を通流する水Ｗを軸受給水口１１９から取出し、給水配管１１４を介してプロペラブレード１１１の軸受部１１２及び１１３に循環させて回転支持する構造となっている（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、水潤滑軸受に循環させる「水」を「循環水」ともいう）。この水潤滑式軸受１１２及び１１３は、油を使用しない軸受として水力発電装置１１０には有効であるが、給水配管１１４及び貫通穴１２３を設けて軸受部１１３及び１１２への連続給水ができるような構造にし、プロペラブレード１１１と一体的に回転するランナ１１５と、スラスト軸受部１１７及びラジアル軸受部１１６との間の軸受隙間に常に水膜を形成し、その水膜によってランナ１１５のスラスト力及びラジアル力を支持する必要がある。 By the way, as shown in FIG. 10, the hydroelectric generators described in Patent Documents 1 and 2 take out water W flowing through the water pipe from the bearing water supply port 119, and through the water supply pipe 114, the propeller blade 111. The bearings 112 and 113 are circulated and supported by rotation (in this specification and claims, “water” circulated through the water-lubricated bearing is also referred to as “circulated water”). These water-lubricated bearings 112 and 113 are effective for the hydroelectric generator 110 as bearings that do not use oil. However, the water supply pipe 114 and the through hole 123 are provided so that continuous water supply to the bearing portions 113 and 112 is possible. A water film is always formed in the bearing gap between the runner 115, which is structured and rotated integrally with the propeller blade 111, and the thrust bearing portion 117 and the radial bearing portion 116, and the thrust force and radial force of the runner 115 are formed by the water film. It is necessary to support power.

この軸受構造では、プロペラブレード１１１よりも上流方向の上流側水管部分１１８に設けられた軸受給水口１１９から循環水Ｗを取出し、給水配管１１４を介してステータ１２０の冷却用として用いた後、下流側の負荷側軸受部１１３（図示する右側）へ供給して、さらに上流側の軸受部１１２にも貫通穴１２３及びキャン１２２の内側を通って循環水としている。 In this bearing structure, after circulating water W is taken out from the bearing water supply port 119 provided in the upstream water pipe portion 118 in the upstream direction from the propeller blade 111 and used for cooling the stator 120 via the water supply pipe 114, Is supplied to the load side bearing portion 113 (the right side in the drawing), and the upstream bearing portion 112 is also circulated through the inside of the through hole 123 and the can 122.

また、このような水潤滑式の軸受部に取出す水Ｗは、水管内を流れる水Ｗを取出しているため、水中の異物（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「異物」は、水管内の水とともに流れる木材、枯葉、紙、その他のゴミを全て含む）が軸受部に循環させられるおそれがある。そのため、主流からの取出し部である軸受給水口１１９には、給水配管１１４への大きな異物の取出しを防止するためのスリット（ルーバー）１２１が設けられ、大きな異物が軸受給水口１１９から取出されないようにしている。 Moreover, since the water W taken out to such a water-lubricated bearing part is taken out of the water W flowing in the water pipe, foreign matter in the water ("foreign matter" in this specification and claims) All wood, dead leaves, paper, and other debris that flows with the water in the water pipe may be circulated through the bearing. For this reason, a slit (louver) 121 is provided in the bearing water supply port 119 which is a main portion extraction portion so as to prevent large foreign matter from being taken out into the water supply pipe 114 so that large foreign matter is not taken out from the bearing water supply port 119. I have to.

一方、上記ダムにおける河川維持放流水や、小河川水、農業用水等には、例えば、台風等によって想定していたよりも多量の異物が水中に混入する場合がある。また、河川維持放流水の場合など、ダムの取水口１２５（図９）に設けられた異物除去網などを清掃した時などには多量の異物が水管内の水Ｗに入る場合がある。このような場合、上記した軸受給水口１１９のスリット１２１によって大部分の異物が取出されないように分離できるが、スリット１２１の隙間を通過する異物Ｔが水潤滑軸受１１３に供給する水Ｗの中に取込まれるおそれがある。 On the other hand, in the river maintenance discharge water, small river water, agricultural water, etc. in the dam, a larger amount of foreign matter may be mixed in the water than expected due to, for example, a typhoon. In addition, a large amount of foreign matter may enter the water W in the water pipe when the foreign matter removal net provided in the water intake 125 (FIG. 9) of the dam is cleaned, such as in the case of river maintenance discharge water. In such a case, separation can be performed so that most of the foreign matter is not taken out by the slit 121 of the bearing water supply port 119, but the foreign matter T passing through the gap of the slit 121 is in the water W supplied to the water-lubricated bearing 113. May be taken in.

この異物Ｔは、多少の量であれば軸受部で破砕することができるが、許容範囲以上の異物Ｔが軸受給水口１１９から取出されると、ステータ１２０とランナ１１５との間や軸受部１１２，１１３の隙間に詰りを発生させるおそれがある。そして、軸受部１１２，１１３の隙間に異物Ｔが詰まると潤滑できなくなり、そのままの状態で回転を続けると回転翼が回転できなくなるおそれも生じる。 The foreign matter T can be crushed by the bearing portion if it is a slight amount. However, if foreign matter T exceeding the allowable range is taken out from the bearing water supply port 119, the foreign matter T is interposed between the stator 120 and the runner 115 or the bearing portion 112. , 113 may cause clogging. If the foreign matter T is clogged in the gap between the bearing portions 112 and 113, lubrication cannot be performed. If the rotation is continued as it is, the rotor blades may not be able to rotate.

さらに、上記異物がステータ１２０とランナ１１５との間に入ると、ステータ１２０の内面をカバーしているキャン１２２を損傷するおそれがある。キャン１２２は、ステータ１２０の内面全面をカバーしているため、損傷して交換する場合は多くの時間と労力を要するとともに、水力発電装置１１０の稼働率を低下させてしまう。 Furthermore, if the foreign matter enters between the stator 120 and the runner 115, the can 122 covering the inner surface of the stator 120 may be damaged. Since the can 122 covers the entire inner surface of the stator 120, when it is damaged and replaced, it takes a lot of time and labor, and lowers the operating rate of the hydroelectric generator 110.

なお、このような異物の問題を解決する対策として、大型フィルタを設置して異物を除去した浄水を軸受部に供給する方法も考えられるが、設備が大掛かりになり、大幅なコストの上昇とフィルタのメンテナンスに費用と時間を要することになり、小水力発電のメリットが失われてしまう。 As a measure to solve such a problem of foreign matter, a method of installing a large filter and supplying purified water from which foreign matter has been removed to the bearing part is also conceivable, but the equipment becomes large and the cost increases significantly. The cost and time required for maintenance will be lost, and the advantages of small hydropower will be lost.

また、上記特許文献１，２には、異物の大きさと軸受部の隙間との関係による異物の詰まりについて何ら記載されておらず、上記したように許容範囲以上の異物が水管内を流れた場合には上記したような問題を生じるおそれがある。 In addition, Patent Documents 1 and 2 do not describe any clogging of foreign matter due to the relationship between the size of the foreign matter and the clearance of the bearing portion, and when foreign matter exceeding the allowable range flows in the water pipe as described above. May cause problems as described above.

そこで、本発明は、水潤滑軸受の潤滑水を水車本体の上流部から取出す構成において、潤滑水中に軸受部で問題となる異物が混入しないようにした水潤滑式水力発電装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a water-lubricated hydroelectric power generation apparatus that prevents foreign matter that becomes a problem in the bearing portion from being mixed in the lubricating water in a configuration in which the lubricating water of the water-lubricated bearing is taken out from the upstream portion of the turbine body. Objective.

上記目的を達成するために、本発明は、水が通流する水管の中途に設置し、該水管と内部が連通する水車本体を備えた水潤滑式水力発電装置であって、前記水車本体は、該水車本体内を通流する水によって回転するプロペラブレードと、該プロペラブレードの外周囲に設けられたランナと、前記ランナの外周囲に設けられて該ランナと一体回転する永久磁石とを有する回転翼と、前記回転翼の永久磁石外方に設けられたステータとを備え、前記回転翼は、前記ランナの上流部と下流部とをラジアル支持及びスラスト支持する水潤滑軸受により回転可能に支持され、前記水潤滑軸受は、前記水車本体の上流部に設けた軸受給水口から取出される水を給水配管を介して該水潤滑軸受に下流側から供給し、前記回転翼との間に水膜を形成して軸受として機能するように構成され、前記軸受給水口は、前記水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも細かい目開きを有するフィルタ材を具備したフィルタ部を備えている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「フィルタ材」は、所定の大きさの開口を有するメッシュ状のフィルタ材や、所定の大きさの開口を有する板状のフィルタ材等を含む。これにより、軸受給水口から水循環軸受に取込まれる水中の異物がフィルタ材で除去されるので、水潤滑軸受と回転翼との間に供給される水は、この水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも大きい異物が確実に除去された水となり、水潤滑軸受部分において異物の詰まり等を生じることを確実に防止することができる。従って、ステータとランナとの隙間に異物が詰まるのを防止し、ランナやキャン及びステータ等に問題が生じるのを未然に防ぐことができる。 In order to achieve the above object, the present invention is a water-lubricated hydroelectric power generation apparatus provided in the middle of a water pipe through which water flows and having a water turbine main body that communicates with the water pipe. A propeller blade that is rotated by water flowing through the water turbine body, a runner provided on the outer periphery of the propeller blade, and a permanent magnet that is provided on the outer periphery of the runner and rotates integrally with the runner. The rotor includes a rotor and a stator provided outside the permanent magnet of the rotor, and the rotor is rotatably supported by a water-lubricated bearing that radially supports and thrusts the upstream portion and the downstream portion of the runner. The water-lubricated bearing supplies water taken out from a bearing water supply port provided in an upstream portion of the turbine body to the water-lubricated bearing through a water supply pipe from the downstream side, and water between the rotor blades. Form a film with the bearing Is configured to function Te, the bearing water supply port is provided with a filter unit provided with the filter material having a finer mesh than the gap between the rotor blades and the water lubrication bearings. The “filter material” in the document of this specification and the claims includes a mesh-like filter material having an opening of a predetermined size, a plate-like filter material having an opening of a predetermined size, and the like. As a result, underwater foreign matter taken into the water circulation bearing from the bearing water supply port is removed by the filter material, so that water supplied between the water-lubricated bearing and the rotor blades is separated from the water-lubricated bearing and rotor blades. Foreign matter larger than the gap is reliably removed water, and it is possible to reliably prevent clogging of foreign matter and the like in the water-lubricated bearing portion. Accordingly, it is possible to prevent foreign matters from being clogged in the gap between the stator and the runner, and to prevent problems from occurring in the runner, the can, the stator, and the like.

また、前記給水配管に流量監視機器を設け、該流量監視機器で監視している流量が所定の流量を下回ると回転翼を停止させるように構成されていてもよい。このようにすれば、フィルタ材に異物が詰まった場合や、軸受隙間に異物が堆積して水潤滑軸受部に所定の潤滑水流量が得られない場合でも、回転翼を迅速に停止させることができる。従って、水潤滑軸受への流量不足時に即時停止させて、潤滑水不足による回転翼への影響を最小限に食い止めることができる。上記流量監視機器としては、例えば、電磁流量計が利用でき、この電磁流量計で給水配管中の流量を常時監視することで、詰まりによる流量低下を生じたことを迅速に検知して自動的に回転翼を停止させることができる。 Further, a flow rate monitoring device may be provided in the water supply pipe, and the rotor blades may be stopped when the flow rate monitored by the flow rate monitoring device falls below a predetermined flow rate. In this way, even when the filter material is clogged with foreign matter, or when foreign matter accumulates in the bearing gap and a predetermined lubricating water flow rate cannot be obtained in the water-lubricated bearing portion, the rotor blades can be stopped quickly. it can. Therefore, it is possible to stop immediately when the flow rate to the water-lubricated bearing is insufficient, and to minimize the influence on the rotor blade due to the lack of lubricating water. As the flow rate monitoring device, for example, an electromagnetic flow meter can be used, and by constantly monitoring the flow rate in the water supply pipe with this electromagnetic flow meter, it is possible to quickly detect that the flow rate has decreased due to clogging and automatically The rotor blade can be stopped.

また、前記フィルタ材は、内表面が水車本体の内表面と同一面となるように形成されていてもよい。このようにすれば、フィルタ材の内表面に異物が付着したとしても、その異物が水車本体内を通る水によって洗い流されるようにできる。 Moreover, the said filter material may be formed so that an inner surface may become the same surface as the inner surface of a watermill main body. In this way, even if foreign matter adheres to the inner surface of the filter material, the foreign matter can be washed away by water passing through the water turbine body.

また、前記フィルタ部は、前記フィルタ材を前記軸受給水口に取付けるフィルタ取付部材と、該フィルタ取付部材を前記水車本体に固定するフィルタ固定部材とを具備した接続構造を有していてもよい。このようにすれば、フィルタ材に異物が詰まったとしても、フィルタ固定部材を外してフィルタ取付部材を水車本体から取外すことでフィルタ材を外して容易に掃除又は交換することができる。 Moreover, the said filter part may have the connection structure which comprised the filter attachment member which attaches the said filter material to the said bearing water supply port, and the filter attachment member which fixes this filter attachment member to the said watermill main body. In this way, even if the filter material is clogged with foreign matters, the filter material can be removed and easily cleaned or replaced by removing the filter fixing member and removing the filter mounting member from the turbine body.

また、前記軸受給水口は、前記水車本体の水平方向両側方よりも上方位置に配置されていてもよい。このようにすれば、水車本体内を流れる土砂等の重い異物が軸受給水口から取出されないようにすることができる。 Moreover, the said bearing water supply port may be arrange | positioned rather than the horizontal direction both sides of the said turbine main body. In this way, it is possible to prevent heavy foreign matter such as earth and sand flowing in the water turbine body from being taken out from the bearing water supply port.

また、前記軸受給水口は、前記水車本体の上流部に複数個配設され、前記給水配管は、前記複数個の軸受給水口から取出される水を前記水潤滑軸受と前記回転翼との間に供給するように構成されていてもよい。このようにすれば、１つの軸受給水口に異物が詰まって取出す循環水量が減ったとしても、他の軸受給水口から取出した循環水を水潤滑軸受に供給して、長期間の安定運用ができる。 In addition, a plurality of the bearing water supply ports are disposed in the upstream portion of the turbine body, and the water supply pipe is configured to supply water taken from the plurality of bearing water supply ports between the water-lubricated bearing and the rotor blades. It may be configured to supply to. In this way, even if the amount of circulating water taken out due to clogging of foreign matter in one bearing water supply port decreases, the circulating water extracted from the other bearing water supply port is supplied to the water-lubricated bearing so that long-term stable operation can be achieved. it can.

本発明によれば、回転翼を支持する水潤滑式軸受部分に大きな異物が入り込まないようにでき、異物の多い使用条件であっても安定した運用ができる水潤滑式水力発電装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a water-lubricated hydroelectric generator that can prevent a large foreign matter from entering a water-lubricated bearing portion that supports a rotor blade, and can be stably operated even under a use condition with many foreign matters. Is possible.

本発明の一実施形態に係る水力発電装置を上流側から示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hydraulic power unit which concerns on one Embodiment of this invention from an upstream. 図１に示す水力発電装置を下流側から示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hydraulic power unit shown in FIG. 1 from the downstream. 図１に示す水力発電装置の上部を一部断面した斜視図である。It is the perspective view which carried out a partial cross section of the upper part of the hydroelectric generator shown in FIG. 図１に示す水力発電装置における構成を示す図面であり、(a) は上半部を示す縦断面図であり、(b) は(a) に示すIV部の拡大断面図である。It is drawing which shows the structure in the hydroelectric generator shown in FIG. 1, (a) is a longitudinal cross-sectional view which shows an upper half part, (b) is an expanded sectional view of the IV section shown in (a). 図４(a) に示す水力発電装置の軸受流量監視と自動停止させる制御の一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of bearing flow rate monitoring and automatic stop control of the hydroelectric generator shown in FIG. 図１に示す水力発電装置の軸受給水口を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the bearing water inlet of the hydroelectric generator shown in FIG. (a) は図６に示すＡ−Ａ断面図であり、(b) は図６に示すＢ−Ｂ断面図である。(a) is AA sectional drawing shown in FIG. 6, (b) is BB sectional drawing shown in FIG. 図６に示す軸受給水口のフィルタ材交換時の分解図である。It is an exploded view at the time of filter material replacement | exchange of the bearing water supply port shown in FIG. 河川維持放流水を利用した小規模水力発電の概要を示す側面図である。It is a side view which shows the outline | summary of the small-scale hydroelectric power generation using river maintenance discharge water. 従来の水力発電装置における構成の上半部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the upper half part of the structure in the conventional hydraulic power unit.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ダムの河川維持放流水によって発電する水力発電装置１を例に説明する。また、水力発電装置１の軸中心方向を「内方向」、半径方向外方向を「外方向」という。さらに、回転翼の軸受部における半径方向を「ラジアル方向」、それと直交する方向を「スラスト方向」という。図中の矢印Ｗは、水Ｗの流れ方向を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a hydroelectric power generation apparatus 1 that generates power using river maintenance discharge water of a dam will be described as an example. Moreover, the axial center direction of the hydroelectric generator 1 is referred to as “inward direction”, and the radially outward direction is referred to as “outward direction”. Further, the radial direction in the bearing portion of the rotor blade is referred to as “radial direction”, and the direction orthogonal thereto is referred to as “thrust direction”. An arrow W in the figure indicates the flow direction of the water W.

図１，２に示すように、この実施形態の水力発電装置１は、水管１０２（図９）の中途に設置される水車本体２を有し、この水車本体２は内径が水管１０２と同径に形成されている。また、水車本体２は、上流側水管部分３と発電機本体部分４と下流側水管部分５とから構成されている。水力発電装置１は、上流側水管部分３と下流側水管部分５の端部に設けられたフランジ６，７を水管１０２に設けられたフランジ（図示略）と結合することで、水管１０２の中途に設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the hydroelectric generator 1 of this embodiment has a water turbine body 2 installed in the middle of a water pipe 102 (FIG. 9). The water turbine body 2 has the same inner diameter as the water pipe 102. Is formed. The turbine body 2 is composed of an upstream water pipe portion 3, a generator main body portion 4, and a downstream water pipe portion 5. The hydroelectric generator 1 is formed by connecting flanges 6 and 7 provided at the ends of the upstream water pipe portion 3 and the downstream water pipe portion 5 with a flange (not shown) provided in the water pipe 102, thereby Is provided.

図３に示すように、上記水車本体２の上流側内周面には、周方向に等間隔で配設された複数のガイドベーン１０が固定されている。これらのガイドベーン１０の中心位置には、筒状のボス１１が設けられている。また、ボス１１は、ガイドベーン１０の下流方向に延び、その外周囲には、所定の隙間を保って軸流型に湾曲する複数枚のプロペラブレード１５を有する回転翼１７が配設されている。プロペラブレード１５は、ボス１１の周囲に等間隔で配置されており、ボス１１とは非接触で回転するようになっている。 As shown in FIG. 3, a plurality of guide vanes 10 arranged at equal intervals in the circumferential direction are fixed to the upstream inner peripheral surface of the turbine body 2. A cylindrical boss 11 is provided at the center position of these guide vanes 10. Further, the boss 11 extends in the downstream direction of the guide vane 10, and a rotating blade 17 having a plurality of propeller blades 15 that are curved in an axial flow type with a predetermined gap is disposed around the boss 11. . The propeller blades 15 are arranged around the boss 11 at equal intervals, and rotate without contact with the boss 11.

上記ガイドベーン１０は、プロペラブレード１５の傾きに対して逆方向に傾いて湾曲する軸流型をなしており、水流がプロペラブレード１５に適切な角度で効率良く当たるように形成されている。 The guide vane 10 has an axial flow type that is curved in a direction opposite to the inclination of the propeller blade 15, and is formed so that the water flow efficiently hits the propeller blade 15 at an appropriate angle.

上記プロペラブレード１５は、発電機本体部分４の内方に位置し、円筒状の上記ランナ１６の内周面に固定されている。これにより、プロペラブレード１５が回転すると、ランナ１６が一体的に回転するようになっている。ランナ１６には、水車本体２の内径と同径のランナショルダ１８が上流方向及び下流方向に突設されている。ランナ１６の外周面側には、永久磁石１９が配設されている。 The propeller blade 15 is located inside the generator main body 4 and is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical runner 16. As a result, when the propeller blade 15 rotates, the runner 16 rotates integrally. In the runner 16, a runner shoulder 18 having the same diameter as the inner diameter of the water turbine body 2 is provided so as to protrude in the upstream direction and the downstream direction. A permanent magnet 19 is disposed on the outer peripheral surface side of the runner 16.

回転翼１７は、このランナ１６とランナショルダ１８の上流側と下流側とに配設された上流側水潤滑軸受３０及び下流側水潤滑軸受３１によって支持されている。これらの水潤滑軸受３０，３１は、ランナショルダ１８の外周面をラジアル支持するとともに、ランナ１６の前後方向支持面をスラスト支持するように構成されている（詳細は後述する）。 The rotary blade 17 is supported by an upstream water-lubricated bearing 30 and a downstream water-lubricated bearing 31 disposed on the upstream side and the downstream side of the runner 16 and the runner shoulder 18. These water-lubricated bearings 30 and 31 are configured to radially support the outer peripheral surface of the runner shoulder 18 and to thrust support the front-rear direction support surface of the runner 16 (details will be described later).

また、ランナ１６に設けられた永久磁石１９の外方周囲には、所定の隙間を開けてステータ２０（「ステータコア（積層鉄芯）」及び「ステータコイル」を含む）が設けられている。ステータ２０の内周面はキャン２１によって覆われており、外周側は発電機カバー２２で覆われている。 A stator 20 (including a “stator core (laminated iron core)” and a “stator coil”) is provided around the outer periphery of the permanent magnet 19 provided on the runner 16 with a predetermined gap. The inner peripheral surface of the stator 20 is covered with a can 21, and the outer peripheral side is covered with a generator cover 22.

そして、この図３及び図４(a) に示すように、上記水車本体２の内部を流れる水Ｗから上記水潤滑軸受３０，３１に循環水Wを取出す軸受給水口４０が、上記水車本体２の上流側水管部分３に設けられている。この軸受給水口４０は、水車本体２の水平方向両側方よりも上方位置（この例では、上流側水管部分３の頂部）に配置されている。このように軸受給水口４０を上方位置に配置することにより、水車本体２内を流れる土砂等の重い異物Ｔが軸受給水口４０から取込まれないようにしている。 As shown in FIGS. 3 and 4 (a), a bearing water supply port 40 for taking out the circulating water W to the water-lubricated bearings 30 and 31 from the water W flowing inside the turbine body 2 is provided in the turbine body 2. The upstream water pipe portion 3 is provided. The bearing water supply port 40 is disposed at a position higher than the both sides in the horizontal direction of the turbine body 2 (in this example, the top of the upstream water pipe portion 3). By disposing the bearing water supply port 40 in the upper position in this manner, heavy foreign matter T such as earth and sand flowing in the water turbine main body 2 is prevented from being taken in from the bearing water supply port 40.

この軸受給水口４０に接続された給水配管４１は、上流側水管部分３から取出した循環水Ｗを、上記ステータ２０の周囲に設けられた発電機カバー２２の周囲に供給して、発電機カバー２２を通じてステータ２０が発電時に発生する熱を効率的に除去している。その後、この循環水Ｗが給水配管４１によって、下流側水潤滑軸受３１に下流方向から供給されている。 The water supply pipe 41 connected to the bearing water supply port 40 supplies the circulating water W taken from the upstream water pipe portion 3 to the periphery of the generator cover 22 provided around the stator 20, thereby generating the generator cover. The heat generated by the stator 20 during power generation through 22 is efficiently removed. Thereafter, the circulating water W is supplied from the downstream direction to the downstream water-lubricated bearing 31 by the water supply pipe 41.

下流側水潤滑軸受３１の下流側端面には、凹部３２が全周に形成されており、この凹部３２に上記給水配管４１から循環水Ｗが供給されている。そして、この凹部３２に供給された水Ｗが、貫通穴３３から下流側水潤滑軸受３１とランナ１６との隙間Ｓに供給されて水膜が形成されるようになっている。このように、下流側水潤滑軸受３１の凹部３２に供給された循環水Ｗを下流側水潤滑軸受３１の上流側端面（スラスト軸受面）に供給して水膜を形成している。 The downstream end surface of the downstream water-lubricated bearing 31 has a recess 32 formed on the entire circumference, and the circulating water W is supplied to the recess 32 from the water supply pipe 41. And the water W supplied to this recessed part 32 is supplied to the clearance gap S between the downstream water-lubricated bearing 31 and the runner 16 from the through-hole 33, and a water film is formed. Thus, the circulating water W supplied to the recess 32 of the downstream water-lubricated bearing 31 is supplied to the upstream end surface (thrust bearing surface) of the downstream-side water-lubricated bearing 31 to form a water film.

上記凹部３２に供給された循環水Ｗは、下流側水潤滑軸受３１から上流方向に離間した軸受給水口４０から取出されるので静圧が作用しており、この静圧が作用している循環水Ｗによって形成される水膜は、下流側水潤滑軸受３１のスラスト対抗力の発生に十分な水圧を保ち、ランナ１６に作用する大きな下流方向のスラスト力を下流側水潤滑軸受３１で支持している。 The circulating water W supplied to the concave portion 32 is taken out from the bearing water supply port 40 that is separated from the downstream side water-lubricated bearing 31 in the upstream direction, so that a static pressure acts on the circulating water W. The water film formed by the water W maintains a sufficient water pressure for generating the thrust resistance force of the downstream water-lubricated bearing 31, and supports a large downstream thrust force acting on the runner 16 by the downstream water-lubricated bearing 31. ing.

また、この水潤滑軸受３０，３１とランナショルダ１８との間にも循環水Ｗが供給されて水膜が形成され、ランナショルダ１８の外周面（ラジアル軸受面）に形成された水膜でラジアル方向の力が支持されている。 Further, the circulating water W is also supplied between the water lubricated bearings 30 and 31 and the runner shoulder 18 to form a water film. The water film formed on the outer peripheral surface (radial bearing surface) of the runner shoulder 18 is radial. Directional force is supported.

さらに、下流側水潤滑軸受３１に供給された循環水Ｗは、ランナ１６の外周面とステータ２０のキャン２１の内周面との隙間Ｓから上流側水潤滑軸受３０にも供給される。そして、上流側水潤滑軸受３０でも、ランナ１６及びランナショルダ１８との間に水膜を形成し、ラジアル方向の力及びスラスト方向の力を支持している。 Further, the circulating water W supplied to the downstream water-lubricated bearing 31 is also supplied to the upstream water-lubricated bearing 30 from the gap S between the outer peripheral surface of the runner 16 and the inner peripheral surface of the can 21 of the stator 20. The upstream water-lubricated bearing 30 also forms a water film between the runner 16 and the runner shoulder 18 to support the radial force and the thrust force.

これら上流側水潤滑軸受３０及び下流側水潤滑軸受３１の潤滑に利用された水は、水車本体２の内方に排出されて下流方向へと流される。 The water used for the lubrication of the upstream side water lubrication bearing 30 and the downstream side water lubrication bearing 31 is discharged to the inside of the turbine body 2 and flows in the downstream direction.

なお、上記水潤滑軸受３０，３１は、例えば、ステンレス製で形成され、その軸受面がセラミック製で形成される。これにより、水潤滑軸受３０，３１に供給される水に異物が混入したとしても、軸受面で粉砕して水と一緒に排出してしまうことができる。しかし、上記したように、多量の異物が流入した場合には破砕されずに詰まりを生じるおそれがある。その上、回転翼１７のランナ１６と固定側であるステータ２０のキャン２１との隙間Ｓよりも大きな異物Ｔが混入した場合、樹脂等で形成されるキャン２１を傷付けてしまうおそれもある。 The water-lubricated bearings 30 and 31 are made of, for example, stainless steel, and the bearing surfaces are made of ceramic. As a result, even if foreign matter is mixed in the water supplied to the water-lubricated bearings 30 and 31, it can be crushed on the bearing surface and discharged together with the water. However, as described above, when a large amount of foreign matter flows in, there is a risk of clogging without being crushed. In addition, when a foreign matter T larger than the gap S between the runner 16 of the rotor blade 17 and the can 21 of the stator 20 on the fixed side is mixed, the can 21 formed of resin or the like may be damaged.

そこで、上記軸受給水口４０に、上記回転翼１７のランナ１６と固定側のキャン２１との隙間Ｓよりも大きい異物Ｔを除去するフィルタ部５０が設けられている。このフィルタ部５０に設けられるフィルタ材５１は、ランナ１６とキャン２１との隙間Ｓよりも小さい目開きのメッシュ等が利用される。このように、軸受給水口４０に目開き（「メッシュサイズ」ともいう）の細かいフィルタ材５１を取付けることにより、給水配管４１へ大きい異物Ｔが取出されるのを防止している。つまり、フィルタ材５１により、上記水潤滑軸受３０，３１と回転翼１７との隙間Ｓに詰まるような大きさの異物Ｔを、上記軸受給水口４０で予め除去している。 Therefore, the bearing water supply port 40 is provided with a filter unit 50 that removes the foreign matter T larger than the gap S between the runner 16 of the rotor blade 17 and the fixed-side can 21. As the filter material 51 provided in the filter unit 50, a mesh having an opening smaller than the gap S between the runner 16 and the can 21 is used. In this way, by attaching the filter material 51 having a fine mesh (also referred to as “mesh size”) to the bearing water supply port 40, the large foreign matter T is prevented from being taken out to the water supply pipe 41. That is, the filter material 51 removes in advance the foreign matter T having such a size as to be clogged in the gap S between the water-lubricated bearings 30 and 31 and the rotary blade 17 at the bearing water supply port 40.

図４(b) に示すように、この実施形態のフィルタ材５１は、板材に所定の目開きの開口穴５２を設けたものが採用されている。また、フィルタ材５１は、内表面が水車本体２の内表面と同一面となるように形成されている。このようにすれば、フィルタ材５１の内表面に異物Ｔが付着したとしても、その異物Ｔが水車本体２内を通る水Ｗによって洗い流され易いようにできる。 As shown in FIG. 4B, the filter material 51 of this embodiment employs a plate material provided with opening holes 52 having predetermined openings. Further, the filter material 51 is formed so that the inner surface is flush with the inner surface of the turbine body 2. In this way, even if the foreign matter T adheres to the inner surface of the filter material 51, the foreign matter T can be easily washed away by the water W passing through the water turbine body 2.

また、この実施形態では軸受給水口４０を１つ設けているが、複数個の軸受給水口４０を設けることで、１つの軸受給水口４０に異物Ｔが詰まって取出し水量が減ったとしても、他の軸受給水口４０から十分な循環水Ｗを取出すようにできる。 In this embodiment, although one bearing water supply port 40 is provided, even if a plurality of bearing water supply ports 40 are provided and foreign matter T is clogged in one bearing water supply port 40, the amount of water taken out is reduced. Sufficient circulating water W can be taken out from the other bearing water supply port 40.

さらに、上記給水配管４１には、途中に流量監視機構である電磁流量計４２が設けられている。この電磁流量計４２により、給水配管４１内を流れる流量（水量）を監視している。電磁流量計４２を設けることにより、上記フィルタ材５１に異物Ｔが詰まって軸受給水口４０から水Ｗが取出せなくなったことを給水配管４１内の流量低下で自動的に検知し、その給水配管４１内の流量低下で異物Ｔの詰り等が発生したと判断して水力発電装置１を停止させるような制御を自動的に行うことができる。 Further, the water supply pipe 41 is provided with an electromagnetic flow meter 42 which is a flow rate monitoring mechanism on the way. The electromagnetic flow meter 42 monitors the flow rate (water amount) flowing through the water supply pipe 41. By providing the electromagnetic flow meter 42, it is automatically detected that the filter material 51 is clogged with foreign matter T and water W cannot be taken out from the bearing water supply port 40 due to a decrease in the flow rate in the water supply pipe 41. It is possible to automatically perform control such that the hydraulic power generation apparatus 1 is stopped when it is determined that the clogging of the foreign matter T has occurred due to a decrease in the internal flow rate.

図５は、上記電磁流量計４２による流量監視と水力発電装置１の自動停止とを行う制御の一例を示すグラフである。横軸には経過時間を示し、縦軸には軸受に供給される水量Ｖを示している。この例では、流量変化を時間軸で監視し、給水配管４１内の水量Ｖが所定の閾値（図示する一点鎖線）を下回ったら、フィルタ材５１に異物Ｔの詰り等が発生したと判断して水力発電装置１を停止させる信号が発せられるようにしている。この閾値としては、水潤滑軸受３０，３１に応じて問題の生じない水量Ｖに設定すればよい。 FIG. 5 is a graph showing an example of control for performing flow rate monitoring by the electromagnetic flow meter 42 and automatic stop of the hydroelectric generator 1. The horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the amount of water V supplied to the bearing. In this example, the flow rate change is monitored on the time axis, and if the water amount V in the water supply pipe 41 falls below a predetermined threshold value (the one-dot chain line shown in the figure), it is determined that the filter material 51 is clogged with foreign matter T or the like. A signal for stopping the hydroelectric generator 1 is generated. The threshold value may be set to a water amount V that does not cause a problem according to the water-lubricated bearings 30 and 31.

このように、水力発電装置１の運転中に水潤滑軸受３０，３１への水量低下を流量監視機構で検知して、優先的に水力発電装置１を停止する運転プログラムとすることにより、回転翼１７の軸受部分に水量低下による問題が生じる前に水力発電装置１を即時停止させて、問題が生じるのを未然に防ぐ運用ができるようにしている。 In this way, by setting the operation program to preferentially stop the hydroelectric generator 1 by detecting the decrease in the amount of water to the water-lubricated bearings 30 and 31 during the operation of the hydroelectric generator 1 with the flow rate monitoring mechanism. The hydroelectric generator 1 is immediately stopped before a problem due to a decrease in the amount of water occurs at the bearing portion 17 so that the operation can be prevented in advance.

さらに、図６及び図７(a),(b) に示すように、上記フィルタ部５０は、フィルタ材５１を簡単に取外すことができるフランジ接続構造としてもよい。上記図４では、給水配管４１端部をフィルタ部５０にボルト結合しているが、この例では、フィルタ材５１を固定するフィルタ取付部材５４と、このフィルタ取付部材５４を水車本体２に固定するフィルタ固定部材５３とを有している。具体的には、水車本体２の上部にフランジ材５６を固定し、このフランジ材５６にピン６１で回動可能に支持されたフィルタ固定部材５３を設けている。このフィルタ固定部材５３の上部には、所定長さのフィルタ取付部材５４を取付け、その上部に給水配管４１を接続するような構造としている。フィルタ取付部材５４の上端と給水配管４１とは、図７(a) に示すように、固定具６０で固定されるようになっている。また、フィルタ取付部材５４の下端は、図７(b) に示すように、フィルタ固定部材５３のボルト５７で固定されるようになっている。 Further, as shown in FIGS. 6 and 7A, 7B, the filter portion 50 may have a flange connection structure that allows the filter material 51 to be easily removed. In FIG. 4, the end of the water supply pipe 41 is bolted to the filter unit 50, but in this example, the filter mounting member 54 that fixes the filter material 51 and the filter mounting member 54 are fixed to the turbine body 2. And a filter fixing member 53. Specifically, a flange member 56 is fixed to the upper portion of the water turbine main body 2, and a filter fixing member 53 that is rotatably supported by a pin 61 is provided on the flange member 56. A filter mounting member 54 having a predetermined length is attached to the upper part of the filter fixing member 53, and the water supply pipe 41 is connected to the upper part. The upper end of the filter mounting member 54 and the water supply pipe 41 are fixed by a fixture 60 as shown in FIG. Further, the lower end of the filter mounting member 54 is fixed by a bolt 57 of the filter fixing member 53 as shown in FIG.

図６に示すように、より具体的な構造としては、フィルタ取付部材５４の下端にはフランジ部５５が設けられており、このフランジ部５５と上記水車本体２の上面に設けられたフランジ材５６との間にフィルタ材５１の上部とパッキン６２とを挟んで設ける。そして、フィルタ取付部材５４のフランジ部５５を、フィルタ固定部材５３のボルト５７でフランジ材５６に固定することにより、フランジ部５５とフランジ材５６との間でフィルタ材５１を保持している。この状態で、フィルタ材５１の内表面が、水車本体２の内表面と同一面に保持されている。また、フィルタ取付部材５４の上端にはフランジ５８が設けられ、上記給水配管４１に設けられたフランジ４３とがパッキン５９を挟んで固定具６０で固定されている。この固定具６０は、締付けることでフランジ５８，４３を密接させるようになっている。 As shown in FIG. 6, as a more specific structure, a flange portion 55 is provided at the lower end of the filter mounting member 54, and a flange member 56 provided on the flange portion 55 and the upper surface of the turbine body 2. The upper part of the filter material 51 and the packing 62 are sandwiched therebetween. Then, the filter material 51 is held between the flange portion 55 and the flange material 56 by fixing the flange portion 55 of the filter mounting member 54 to the flange material 56 with the bolts 57 of the filter fixing member 53. In this state, the inner surface of the filter material 51 is held on the same plane as the inner surface of the turbine body 2. Further, a flange 58 is provided at the upper end of the filter mounting member 54, and the flange 43 provided in the water supply pipe 41 is fixed by a fixture 60 with a packing 59 interposed therebetween. The fixing device 60 is adapted to closely contact the flanges 58 and 43 by tightening.

このようにしてフィルタ取付部材５４を介してフィルタ材５１を取付けるフィルタ接続構造によれば、フィルタ固定部材５３と固定具６０とを外せば、フィルタ取付部材５４を側方から取外し又は取付けすることができる。 In this way, according to the filter connection structure in which the filter member 51 is attached via the filter attachment member 54, the filter attachment member 54 can be removed or attached from the side by removing the filter fixing member 53 and the fixture 60. it can.

図８に示すように、フィルタ材５１が詰まった時の確認時には、フィルタ固定部材５３のボルト５７を緩めてフィルタ固定部材５３をフィルタ取付部材５４から外すとともに、固定具６０を外せば、フィルタ取付部材５４を横方向に取外すことができる。これにより、フィルタ材５１の上方に空間を形成することができ、フィルタ材５１を上方に取外すことが容易にできる。従って、フィルタ材５１に異物Ｔが詰まった場合でも、水力発電装置１を水管１０２に固定した状態でフィルタ材５１を容易に取外して、清掃又は交換を行うことができる。 As shown in FIG. 8, when confirming when the filter material 51 is clogged, the bolt 57 of the filter fixing member 53 is loosened to remove the filter fixing member 53 from the filter mounting member 54, and the filter 60 can be attached by removing the fixture 60. The member 54 can be removed laterally. Thereby, a space can be formed above the filter material 51, and the filter material 51 can be easily removed upward. Therefore, even when the filter material 51 is clogged with foreign matter T, the filter material 51 can be easily removed and cleaned or replaced while the hydroelectric generator 1 is fixed to the water pipe 102.

このような水力発電装置１によれば、水車本体２内に流れる水Wがガイドベーン１０によって方向が調整されると共に増速され、この水Wでプロペラブレード１５が効率良く回転させられる。そして、このプロペラブレード１５と一体的にランナ１６が回転させられ、ランナ１６に固定された永久磁石１９が、ステータ２０（ステータコア）に対して回転させられ、これによってステータ２０で発電することができる。 According to such a hydroelectric generator 1, the direction of the water W flowing in the water turbine body 2 is adjusted by the guide vane 10 and the speed is increased, and the propeller blade 15 is efficiently rotated by the water W. Then, the runner 16 is rotated integrally with the propeller blade 15, and the permanent magnet 19 fixed to the runner 16 is rotated with respect to the stator 20 (stator core), whereby power can be generated by the stator 20. .

一方、上記軸受給水口４０から取出される循環水Ｗは、フィルタ部５０によって大きな異物Ｔが除去されるので、水潤滑軸受３０，３１に供給される循環水Ｗ中にはランナ１６とキャン２１との隙間Ｓ等、水潤滑軸受３０，３１と回転翼１７との隙間Ｓに詰まるような大きさの異物Ｔはなく、水潤滑軸受３０，３１とランナ１６及びランナショルダ１８との間に供給した循環水Ｗで形成した水膜で安定した水潤滑軸受３０，３１の機能を保ち、水力発電装置１を安定して運用することができる。 On the other hand, since the large foreign matter T is removed by the filter unit 50 from the circulating water W taken out from the bearing water supply port 40, the runner 16 and the can 21 are contained in the circulating water W supplied to the water-lubricated bearings 30 and 31. Such as the gap S between the water-lubricated bearings 30, 31 and the rotor blade 17, and there is no foreign matter T that is clogged, and is supplied between the water-lubricated bearings 30, 31 and the runner 16 and the runner shoulder 18. Thus, the functions of the water-lubricated bearings 30 and 31 that are stable with the water film formed from the circulating water W can be maintained, and the hydroelectric generator 1 can be operated stably.

以上のように、上記水力発電装置１によれば、軸受給水口４０に設けられたフィルタ部５０によって水潤滑軸受３０，３１とランナ１６及びキャン２１との隙間（潤滑部隙間）Ｓよりも大きな異物Ｔが流入するのを防ぐので、異物の多い使用条件であっても、フィルタ部５０を通過した異物Ｔは軸受部を通過し、水力発電装置１の安定した継続運転ができる。また、軸受給水口４０から取出された水中に小さな異物Ｔが混入した場合でも、キャン２１やランナ１６等を傷付けることなく排出することができる。 As described above, according to the hydroelectric generator 1, the filter portion 50 provided in the bearing water supply port 40 is larger than the gap (lubricating portion gap) S between the water-lubricated bearings 30, 31 and the runner 16 and the can 21. Since foreign matter T is prevented from flowing in, the foreign matter T that has passed through the filter portion 50 passes through the bearing portion even under a use condition with a large amount of foreign matter, so that the hydroelectric generator 1 can be stably operated continuously. Further, even when a small foreign matter T is mixed in the water taken out from the bearing water supply port 40, the can 21 and the runner 16 can be discharged without being damaged.

しかも、水中の異物Ｔでフィルタ材５１に詰まりを生じたとしても、水潤滑軸受３０，３１の潤滑水量が所定量以下になると水力発電装置１を自動的に停止させることができ、回転翼１７に問題を生じる前に水力発電装置１を停止させることで安定した運用が可能となる。 Moreover, even if the filter material 51 is clogged with the foreign matter T in the water, the hydroelectric generator 1 can be automatically stopped when the amount of the lubricating water in the water-lubricated bearings 30 and 31 is less than or equal to the predetermined amount. Therefore, stable operation is possible by stopping the hydroelectric generator 1 before problems occur.

また、軸受給水口４０を水車本体２の上部に設けることにより、土砂等の重たい異物Ｔが水潤滑軸受３０，３１に入ることがないようにして、水力発電装置１の安定した運転を可能としている。 Further, by providing the bearing water supply port 40 in the upper part of the turbine body 2, it is possible to prevent the heavy foreign matter T such as earth and sand from entering the water-lubricated bearings 30 and 31, thereby enabling the hydroelectric generator 1 to be stably operated. Yes.

さらに、大掛かりな自動ストレーナ等を設置することなく異物Ｔを除去でき、さらに別途きれいな潤滑水Ｗを供給するように構成する必要もないため、設備費用を抑えた水潤滑式水力発電装置１を構成することができる。 Furthermore, it is possible to remove the foreign matter T without installing a large automatic strainer or the like, and it is not necessary to separately supply clean lubricating water W, so that the water-lubricated hydroelectric generator 1 with reduced equipment costs is configured. can do.

なお、上記実施形態では、フィルタ部５０をフランジ接続構造として簡単に取外せるようにしているが、他の構造で取付けるようにしてもよく、上記実施形態に限定されるものではない。 In addition, in the said embodiment, although the filter part 50 can be easily removed as a flange connection structure, you may make it attach with another structure, and is not limited to the said embodiment.

また、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。 Further, the above-described embodiment shows an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.

本発明に係る水潤滑式水力発電装置は、小水力発電を行いたいダムの河川維持放流部や、小河川、農業用水路、工場排水路などにおいて利用できる。 The water-lubricated hydroelectric power generation apparatus according to the present invention can be used in river maintenance and discharge sections of dams where small hydropower generation is desired, small rivers, agricultural waterways, factory drainage channels, and the like.

１水力発電装置
２水車本体
３上流側水管部分
４発電機本体部分
５下流側水管部分
１５プロペラブレード
１６ランナ
１７回転翼
１８ランナショルダ
１９永久磁石
２０ステータ
２１キャン
３０水潤滑軸受（上流側）
３１水潤滑軸受（下流側）
３２凹部
３３貫通穴
４０軸受給水口
４１給水配管
４２電磁流量計
４３フランジ
５０フィルタ部
５１フィルタ材
５２開口穴
５３フィルタ固定部材
５４フィルタ取付部材
５５フランジ部
５６フランジ材
５８フランジ
６０固定具
１０２水管
Ｓ隙間
Ｔ異物（ゴミ）
Ｗ循環水（水）
Ｖ水量 1 Hydroelectric generator
2 Waterwheel body
3 Upstream water pipe
4 Generator body
5 Downstream water pipe portion 15 Propeller blade 16 Runner 17 Rotating blade 18 Runner shoulder 19 Permanent magnet 20 Stator 21 Can 30 Water lubricated bearing (upstream side)
31 Water-lubricated bearing (downstream)
32 recessed portion 33 through hole 40 bearing water supply port 41 water supply piping 42 electromagnetic flow meter 43 flange 50 filter portion 51 filter material 52 opening hole 53 filter fixing member 54 filter mounting member 55 flange portion 56 flange material 58 flange 60 fixing device 102 water pipe
S clearance
T Foreign matter (dust)
W Circulating water (water)
V Water volume

Claims

水が通流する水管の中途に設置し、該水管と内部が連通する水車本体を備えた水潤滑式水力発電装置であって、
前記水車本体は、該水車本体内を通流する水によって回転するプロペラブレードと、該プロペラブレードの外周囲に設けられたランナと、前記ランナの外周囲に設けられて該ランナと一体回転する永久磁石と、を有する回転翼と、
前記回転翼の永久磁石外方に設けられたステータとを備え、
前記回転翼は、前記ランナの上流部と下流部とをラジアル支持及びスラスト支持する水潤滑軸受により回転可能に支持され、
前記水潤滑軸受は、前記水車本体の上流部に設けた軸受給水口から取出される水を給水配管を介して該水潤滑軸受に下流側から供給し、前記回転翼との間に水膜を形成して軸受として機能するように構成され、
前記軸受給水口は、前記水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも細かい目開きを有するフィルタ材を具備したフィルタ部を備えていることを特徴とする水潤滑式水力発電装置。 A water-lubricated hydroelectric power generation device installed in the middle of a water pipe through which water flows and having a water turbine main body that communicates with the inside of the water pipe,
The turbine body includes a propeller blade that is rotated by water flowing in the turbine body, a runner provided on an outer periphery of the propeller blade, and a permanent rotor that is provided on the outer periphery of the runner and rotates integrally with the runner. A rotor having a magnet, and
A stator provided outside the permanent magnet of the rotor blade,
The rotor blade is rotatably supported by a water-lubricated bearing that radially supports and thrust supports an upstream portion and a downstream portion of the runner,
The water-lubricated bearing supplies water taken from a bearing water supply port provided in an upstream portion of the turbine body to the water-lubricated bearing from a downstream side through a water supply pipe, and forms a water film between the rotor blades. Formed and configured to function as a bearing,
The water supply type hydroelectric power generator, wherein the bearing water supply port includes a filter portion including a filter material having an opening finer than a gap between the water-lubricated bearing and the rotor blade.

前記給水配管に流量監視機器を設け、該流量監視機器で監視している流量が所定の流量を下回ると回転翼を停止させるように構成されている請求項１に記載の水潤滑式水力発電装置。 The water-lubricated hydroelectric generator according to claim 1, wherein a flow rate monitoring device is provided in the water supply pipe, and the rotor blades are stopped when the flow rate monitored by the flow rate monitoring device falls below a predetermined flow rate. .

前記フィルタ材は、内表面が水車本体の内表面と同一面となるように形成されている請求項１又は請求項２に記載の水潤滑式水力発電装置。 3. The water-lubricated hydroelectric generator according to claim 1, wherein the filter material is formed so that an inner surface thereof is flush with an inner surface of a turbine body.

前記フィルタ部は、前記フィルタ材を前記軸受給水口に取付けるフィルタ取付部材と、
該フィルタ取付部材を前記水車本体に固定するフィルタ固定部材とを具備した接続構造を有している請求項３に記載の水潤滑式水力発電装置。 The filter portion includes a filter mounting member for mounting the filter material to the bearing water supply port,
The water-lubricated hydroelectric generator according to claim 3, further comprising a connection structure including a filter fixing member that fixes the filter mounting member to the turbine body.

前記軸受給水口は、前記水車本体の水平方向両側方よりも上方位置に配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の水潤滑式水力発電装置。 The water-lubricated hydroelectric generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the bearing water supply port is disposed at a position above the both sides in the horizontal direction of the turbine body.

前記軸受給水口は、前記水車本体の上流部に複数個配設され、
前記給水配管は、前記複数個の軸受給水口から取出される水を前記水潤滑軸受と前記回転翼との間に供給するように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の水潤滑式水力発電装置。 A plurality of the bearing water supply ports are arranged in the upstream portion of the turbine body,
The said water supply piping is comprised so that the water taken out from these bearing water supply ports may be supplied between the said water-lubricated bearing and the said rotary blade. Water-lubricated hydroelectric generator.