JP4601313B2 - Water turbine power generation unit and water turbine power generation unit relocation method - Google Patents

Water turbine power generation unit and water turbine power generation unit relocation method Download PDF

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Description

この発明は、低コスト化に適したフランシス水車、及びこれを用いた水車発電ユニット、並びに水車発電ユニットの移設工法に関する。   The present invention relates to a Francis turbine suitable for cost reduction, a turbine power generation unit using the Francis turbine, and a method for moving the turbine power generation unit.

反動水車の代表であるフランシス水車は、管路からの作動流体を流入する流路が形成された渦巻状ケーシングと、この渦巻状ケーシングの流路と連通する空間部を画成するカバー部材と、前記空間部に収容され、作動流体を受けて主軸と一体に回転するランナと、このランナの下流側に設けられて作動流体を放出するドラフト管とを備えて構成されており、管路から流入された水を渦巻状ケーシングの流路から主軸に向って空間部に流入し、この流入された水の圧力エネルギーをランナに作用させて回転させるようにしている。   The Francis turbine, which is a representative of the reaction water turbine, includes a spiral casing in which a flow path for flowing a working fluid from a pipeline is formed, a cover member that defines a space communicating with the flow path of the spiral casing, The runner is accommodated in the space and receives a working fluid and rotates integrally with the main shaft. The runner is provided on the downstream side of the runner and discharges the working fluid. The water thus introduced flows into the space from the flow path of the spiral casing toward the main axis, and the pressure energy of the water thus introduced is caused to act on the runner for rotation.

このようなフランシス水車においては、渦巻状ケーシングの流路から空間部に流入された水をステーベーンやガイドベーンを介してランナに供給し、このガイドベーンの開度をガイドベーン開閉機構によって調節して水車出力を調節するものが多いが、例えば、特許文献１に示されるものにあっては、ランナ入口の外周に固定ガイドベーンを配設して従来用いられていた可動ガイドベーンとガイドベーン開閉機構を排除し、ケーシング入口部手前に設置した入口弁の直下流に渦巻状ケーシングをバイパスして外部へ抜水する量を調節する流量調節弁を設け、この流量調節弁によりランナへの供給水量を調節するようにしたものも考えられている   In such a Francis turbine, water that has flowed into the space from the flow path of the spiral casing is supplied to the runner via a stay vane or a guide vane, and the opening degree of the guide vane is adjusted by a guide vane opening / closing mechanism. Although there are many things which adjust a turbine output, for example, in the thing shown in patent documents 1, a movable guide vane and guide vane opening-and-closing mechanism which were conventionally used by arranging a fixed guide vane in the perimeter of a runner entrance. A flow rate control valve that adjusts the amount of water to be discharged to the outside by bypassing the spiral casing is provided immediately downstream of the inlet valve installed in front of the casing inlet, and this flow rate control valve reduces the amount of water supplied to the runner. Something to be adjusted is also considered

そして、このようなフランシス水車のうち、特に主軸を横置きとしたものにおいては、例えば特許文献２にも示されるように、水車と発電機とが同軸上に配置され、発電機の回転軸が設置基礎上に立てられた一対の軸受台上にすべり軸受（ジャーナル軸受）を介して回転自在に支持されると共に、水車の主軸も同様に軸受台上に設けられた軸受を介して回転自在に支持されるようになっている。   Of such Francis turbines, in particular, those in which the main shaft is placed horizontally, for example, as shown in Patent Document 2, the turbine and the generator are arranged coaxially, and the rotating shaft of the generator is It is rotatably supported on a pair of bearing stands that are set up on an installation foundation via slide bearings (journal bearings), and the main shaft of the water turbine is also rotatable via bearings provided on the bearing stands. It has come to be supported.

実開平７−２５２７４号公報Japanese Utility Model Publication No. 7-25274 特開平６−３３５１９９号公報（００１２、００１３欄、図１）JP-A-6-335199 (columns 0012, 0013, FIG. 1)

ところで、事故時の急激な負荷変動や回転速度調整を行なうためには素早い流量制御が必要となるが、従来の可動式ガイドベーンにあっては複雑なガイドベーン開閉機構が必要となり、安価に製造することができない不都合があった。また、上述した特許文献１のようにガイドベーンを固定してバイバス通路に流量調節弁を設ける構成にあっては、ガイドベーン機構は簡素化できるものの、入口弁に加えて流量調節弁が必要となり、また、流量調節弁で抜水量を調節する構成では、十分な回転速度調整機能が得られないという不都合がある。   By the way, in order to perform rapid load fluctuations and rotation speed adjustment in the event of an accident, quick flow rate control is required, but conventional movable guide vanes require a complicated guide vane opening / closing mechanism and are manufactured at low cost. There was an inconvenience that could not be done. Further, in the configuration in which the guide vane is fixed and the flow rate adjusting valve is provided in the bypass passage as in Patent Document 1 described above, the guide vane mechanism can be simplified, but a flow rate adjusting valve is required in addition to the inlet valve. In addition, the configuration in which the amount of drainage is adjusted by the flow rate adjustment valve has a disadvantage that a sufficient rotation speed adjustment function cannot be obtained.

しかも、水車効率はランナの上流側に配されたステーベーンやガイドベーンの角度によって決定されるが、ガイドベーンは通路抵抗を増大させる要因ともなるので、水車効率を向上させるためには、ガイドベーン損失の低減が有効である。   In addition, the turbine efficiency is determined by the angle of the stay vane and guide vane arranged upstream of the runner, but the guide vane also increases the passage resistance, so in order to improve the turbine efficiency, the guide vane loss Is effective.

また、従来の水車発電装置においては、水車と発電機とを別々の工場で製作し、それぞれの機能を検証した上でいずれか一方を他方の工場へ輸送し、一旦組み付けて総合調整試験を行い、しかる後に、水車と発電機とを分解して現地へ搬入し、現地で再び組付けて有水試験により調整する必要があり、竣工に至るまでに複雑かつ重複した工程が必要であった。   Also, in the conventional turbine generator, the turbine and generator are manufactured in separate factories, and after verifying their functions, one of them is transported to the other plant, and once assembled, a comprehensive adjustment test is performed. After that, it was necessary to disassemble the water turbine and the generator, carry them to the site, reassemble them at the site, and adjust them by a wet test, and complicated and overlapping processes were required until completion.

更に、水車発電装置は、定期的な分解細密点検を必要とするが、このような装置が設置される箇所は僻地であることも多く、点検施工に伴う時間損失や労働環境などの点で不利であった。特に、水車や発電機は重量があるので、これらの運搬作業のためには固定クレーンやホイストクレーン等の吊上装置が必要となり、多大な労力を要していた。   Furthermore, water turbine generators require periodic disassembly and detailed inspections, but the locations where such devices are installed are often remote areas, which is disadvantageous in terms of time loss and labor environment associated with inspection work. Met. In particular, since the water turbine and the generator are heavy, a lifting device such as a fixed crane or a hoist crane is necessary for the transportation work, and much labor is required.

しかも、従来においては、水車と発電機とがそれぞれ独立した軸受、軸受架台、軸受架台基礎が必要であったことから軸方向に長いスペースを必要とするので、組立調整が必要となり、据付に長期工程が必要であった。また、広い設置スペースが必要となることから、現地での組立調整や定期点検を行うためには、所定の建物が必要であった。   Moreover, in the past, since the turbine and generator had to have independent bearings, bearing mounts, and bearing mount foundations, a long space in the axial direction was required. A process was required. In addition, since a large installation space is required, a predetermined building is required to perform on-site assembly adjustment and periodic inspection.

さらにまた、従来の水車発電装置は、軸受としてジャーナル軸受を利用していたため、独立した基礎と架台が必要となり、軸方向に長いスペースを要し、小型化を図ることができない不都合があった。特に、軸受としてジャーナル軸受が用いられる場合には、多量の潤滑油が必要となり、一級河川の最上流域に水車や発電機を設置する場合には、軸受から流出する潤滑油により環境汚染を招く不都合があり、潤滑油の厳格な管理が必要であった。   Furthermore, since the conventional water turbine generator uses a journal bearing as a bearing, an independent foundation and a gantry are required, and a long space is required in the axial direction, which makes it impossible to reduce the size. In particular, when journal bearings are used as bearings, a large amount of lubricating oil is required. When installing a water turbine or a generator in the uppermost stream of a first-class river, the lubricating oil flowing out of the bearings causes environmental pollution. Therefore, strict management of the lubricating oil was necessary.

そこで、この発明においては、上述した諸事情に鑑みてなされたものであり、水車構造やその周辺構造を改善して低コスト化を図ることが可能なフランシス水車、及びこれを用いた水車発電ユニット、並びに水車発電ユニットの移設工法を提供することを主たる課題としている。   Therefore, in the present invention, a Francis turbine capable of reducing the cost by improving the turbine structure and its peripheral structure, and a turbine power generation unit using the same, have been made in view of the above-described circumstances. The main problem is to provide a method for moving the turbine power generation unit.

上記課題を達成するために、この発明に係る水車発電ユニットは、管路からの作動流体を流入する流路が形成された渦巻状ケーシングと、前記流路と連通する空間部を画成するカバー部材と、前記空間部に収容され、前記作動流体を受けて主軸と一体に回転するランナと、前記ランナの下流側に設けられて前記作動流体を放出するドラフト管とを有して構成されると共に、前記渦巻状ケーシングの流入口部に該流入口部の通路面積を可変させるニードル弁を着脱可能に配設したフランシス水車を具備し、このフランシス水車のベースと発電機のベースとを一体化し、前記フランシス水車の主軸と前記発電機の主軸を直結させると共に前記直結した主軸を前記発電機の筐体に設けられた軸受けで保持するようにしたことを特徴としている（請求項１）。 In order to achieve the above object, a water turbine power generation unit according to the present invention includes a spiral casing in which a flow path for flowing a working fluid from a pipe is formed, and a cover that defines a space portion that communicates with the flow path. A member, a runner that is housed in the space and receives the working fluid and rotates integrally with the main shaft, and a draft pipe that is provided downstream of the runner and discharges the working fluid. And a Francis turbine in which a needle valve for changing the passage area of the inlet portion is detachably disposed at the inlet portion of the spiral casing, and the base of the Francis turbine and the generator base are integrated. The main shaft of the Francis turbine and the main shaft of the generator are directly connected, and the directly connected main shaft is held by a bearing provided in a housing of the generator (claim). 1).

したがって、従来のバイパス通路を介して抜水流量を調節する流量調節弁に代えて、渦巻状ケーシングの流入口部に通路面積を可変させるニードル弁を配設したので、負荷や回転速度の急変に対して流量制御を素早く行うことが可能となり、ガイドベーン制御方式と同様の機能を維持しつつ設備の簡素化を図ることが可能となる。
しかも、水車と発電機とのベースが一体化され、それぞれの主軸が同軸上に直結されて発電機の筐体に設けられた軸受によって保持されるので、小型軽量化を図ることが可能となり、それぞれの軸受に対し、軸受架台や軸受架台基礎が不要となり、また、水車と発電機との組み付け調節が不要となる。 Therefore, instead of the flow rate control valve that adjusts the drainage flow rate through the conventional bypass passage, a needle valve that changes the passage area is provided at the inlet of the spiral casing, so that sudden changes in load and rotational speed can be achieved. On the other hand, the flow rate can be quickly controlled, and the facility can be simplified while maintaining the same function as the guide vane control method.
Moreover, the base of the water turbine and the generator are integrated, and the respective main shafts are directly connected on the same axis and are held by bearings provided in the housing of the generator. For each bearing, there is no need for a bearing mount or a bearing mount foundation, and no assembly adjustment between the water turbine and the generator is required.

また、上述の構成において、前記空間部のランナの上流側にステーベーンとガイドベーンを一体化させた固定ベーンを周方向に複数設けることが好ましい（請求項２）。このような構成とすることで、ガイドベーンによる損失を減少させることが可能となり、また、固定ベーンとランナ羽根の形状をマッチングさせることが可能となる。   In the above-described configuration, it is preferable that a plurality of stationary vanes in which stay vanes and guide vanes are integrated are provided in the circumferential direction on the upstream side of the runner of the space portion. With such a configuration, it is possible to reduce the loss due to the guide vanes, and to match the shapes of the fixed vanes and the runner blades.

ここで、軸受けは、コロ軸受で構成することが潤滑油が不要とする上で好ましい（請求項３）。また、搬送作業を容易且つ簡易に行うために、一体化されたベースに移動用キャスタを取り付け可能にするとよい（請求項４）。このような移動用キャスタを取り付け可能とする水車発電ユニットの移設工法においては、水車発電ユニットのニードル弁とドラフト管を外すと共に一体化されたベースに移動用キャスタを取り付けて搬送する工程と、移動用キャスタを一体化されたベースから取り外してこのベースを設置箇所に据え付けると共にニードル弁とドラフト管を取り付ける工程とを備えることが、容易かつ簡易な搬送作業を実現する上で好ましい（請求項５）。 Here, the bearing is preferably on be constituted by roller bearings which lubricating oil is not required (claim 3). Further, in order to perform the carrying operation easily and simply, may allow mounting a moving caster integrated base (claim 4). In the moving method of the turbine generator unit that allows the transfer caster to be attached, the step of removing the needle valve and the draft pipe of the turbine generator unit and attaching the transfer caster to the integrated base and carrying the transfer to remove the use caster from integrated base with installing the base to the installation location and a step of mounting a needle valve and the draft tube, preferably in realizing easy and simple transport task (claim 5) .

以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、管路からの作動流体を流入する流路が形成された渦巻状ケーシングの流入口部に通路面積を可変させるニードル弁を配設したので、従来のバイパス通路を介して抜水流量を調節する流量調節弁が不要となり、ガイドベーン制御方式と同様の機能を維持しつつ設備の簡素化を図ることが可能となるので、設備コストの低減を図ることが可能となる。また、ランナへの供給流量を制御するために渦巻状ケーシングの流入口部にニードル弁が設けられるので、充分な回転速度調整が可能となり、水車発電機の回転上昇に伴う強度対策が不要となる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, the needle valve that varies the passage area is disposed at the inlet of the spiral casing in which the flow path for flowing the working fluid from the pipe is formed. This eliminates the need for a flow rate adjustment valve that adjusts the drainage flow rate through the conventional bypass passage, and simplifies the facility while maintaining the same function as the guide vane control method. Reduction can be achieved. In addition, a needle valve is provided at the inlet of the spiral casing to control the supply flow rate to the runner, so that sufficient rotation speed adjustment is possible, and strength measures associated with increased rotation of the turbine generator are not required. .

また、フランシス水車のベースと発電機のベースとを一体化し、フランシス水車の主軸と前記発電機の主軸とを軸線を一致させて直結させると共に主軸を発電機の筐体に設けられた軸受けによって保持するようにしたので、軸受のために独立した架台が不要となり、また、軸方向の寸法を短くすることが可能となる。このため、水車発電ユニットの小型軽量化やコストの低減を図ることが可能となる。また、水車と発電機とを現地で組付けて調節することが不要となるので、竣工に至る工程の短縮化を図り、コストの低減を図ることが可能となる。さらに、水車と発電機がユニット化されているので、水車発電ユニットを任意の場所へ移して定期点検等を行うことが可能となり、水車発電ユニットを屋外に設置することも可能となる。このため、水車や発電機を設置するための建物を割愛することが可能となり、設備コストを低減することが可能となる。Also, the base of the Francis turbine and the base of the generator are integrated, the main shaft of the Francis turbine and the main shaft of the generator are directly connected with their axes aligned, and the main shaft is held by a bearing provided in the housing of the generator As a result, an independent frame is not required for the bearing, and the axial dimension can be shortened. For this reason, it is possible to reduce the size and weight of the water turbine power generation unit and to reduce the cost. In addition, since it is not necessary to assemble and adjust the water turbine and the generator locally, it is possible to shorten the process leading to the completion and to reduce the cost. Furthermore, since the water turbine and the generator are unitized, the water turbine power generation unit can be moved to an arbitrary place for periodic inspections, and the water turbine power generation unit can be installed outdoors. For this reason, it becomes possible to omit the building for installing a water turbine and a generator, and it becomes possible to reduce an installation cost.

請求項２に係る発明によれば、ランナの上流側にステーベーンとガイドベーンを一体化させた固定ベーンを配設するようにしたので、ガイドベーンによる損失を減少させることが可能となり、また、固定ベーンとランナ羽根の形状のマッチングが可能となり、水車効率を高めることが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, since the stationary vane in which the stay vane and the guide vane are integrated is arranged on the upstream side of the runner, it is possible to reduce the loss due to the guide vane and Matching of the shape of the vane and the runner blades becomes possible, and the turbine efficiency can be improved.

請求項３に係る発明によれば、軸受けをコロ軸受で構成したので、多量の潤滑油が不要となり、潤滑油漏れの虞を無くすことが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, since the bearing is constituted by the roller bearing, a large amount of lubricating oil is not required, and the risk of lubricating oil leakage can be eliminated.

請求項４に係る発明によれば、一体化されたベースに移動用キャスタを取り付け可能にしたので、搬送時には移動用キャスタを利用して搬送することが可能となり、搬送作業を容易且つ簡易に行うことが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the moving caster can be attached to the integrated base, it is possible to transport using the moving caster at the time of transport, and the transport work is performed easily and simply. It becomes possible.

請求項５に係る発明によれば、水車発電ユニットのニードル弁とドラフト管を外すと共に一体化されたベースに移動用キャスタを取り付けて搬送する工程と、移動用キャスタを一体化されたベースから取り外してこのベースを設置箇所に据え付けると共にニードル弁とドラフト管を取り付ける工程とを有して水車発電ユニットが移設されるので、搬送時には搬送しやすい状態にすると共に、クレーン等の吊上装置が不要となり、搬送作業を低コストで容易且つ簡易に行うことが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, the step of removing the needle valve and the draft pipe of the water turbine power generation unit and attaching the transfer caster to the integrated base for conveyance, and removing the transfer caster from the integrated base Since the turbine generator unit is relocated with the step of installing the lever base at the installation location and attaching the needle valve and the draft pipe, it is easy to carry during transportation, and a lifting device such as a crane becomes unnecessary. Thus, it is possible to easily and easily carry out the conveyance work at a low cost.

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１及び図２において、本発明に係るフランシス水車を利用した水車発電ユニット１が示されている。この水車発電ユニット１は、水車２と発電機３とを一体化したもので、水車２のベース４ｂと発電機３のベース４ａとが一体化され、この一体化ベース４に水車２と発電機３とを同軸上に配して構成されている。   1 and 2, a water turbine power generation unit 1 using a Francis turbine according to the present invention is shown. This water turbine power generation unit 1 is a unit in which a water turbine 2 and a generator 3 are integrated, and a base 4 b of the water turbine 2 and a base 4 a of the generator 3 are integrated, and the water turbine 2 and the generator are integrated into the integrated base 4. 3 are arranged on the same axis.

水車２は、横軸型で、管路５からの水が流入する流路６を形成する渦巻状ケーシング７を有している。渦巻状ケーシング７の内側には、図３にも示されるように、流路６と連通する空間部８が一対のカバー部材９，１０によって画成され、この空間部８に、主軸１１に装着され、流路６から流入する水を受けて主軸１１と一体に回転する複数枚のランナ羽根１２を有するランナ１３が収容されている。管路５から渦巻状ケーシング７に入った水は、流路６で流速を増しつつ空間部８に流入し、空間部８に配された固定ベーン１４間を通過してランナ１３に供給され、ランナ１３を回転させた後にこのランナ１３の下流側に設けられたドラフト管１５を介して放水路１６へ導かれる。   The water turbine 2 is a horizontal axis type and has a spiral casing 7 that forms a flow path 6 into which water from the pipe 5 flows. Inside the spiral casing 7, as shown in FIG. 3, a space portion 8 communicating with the flow path 6 is defined by a pair of cover members 9 and 10, and the main shaft 11 is attached to the space portion 8. A runner 13 having a plurality of runner blades 12 that receives water flowing in from the flow path 6 and rotates integrally with the main shaft 11 is accommodated. The water that has entered the spiral casing 7 from the pipe 5 flows into the space 8 while increasing the flow velocity in the flow path 6, passes between the fixed vanes 14 disposed in the space 8, and is supplied to the runner 13. After the runner 13 is rotated, the runner 13 is guided to the water discharge passage 16 through a draft pipe 15 provided on the downstream side of the runner 13.

渦巻状ケーシング７の流入口部７ａには、流入口部７ａの通路面積を可変させるニードル弁２０が着脱可能に配設されている。渦巻状ケーシング７の流入口部７ａには、ニードル弁２０を操作するニードル弁駆動装置２１が取り付けられた入口曲管２２が接続され、ニードル弁２０は、この入口曲管２２に収容されてニードル弁駆動装置２１により駆動されるようになっている。渦巻状ケーシング７の流入口部７ａの開口周縁には別体又は一体の部材によって形成された弁座２３が設けられ、ニードル弁２０は、この弁座２３に作動流体（水）の流入方向から着座する弁体２４と、この弁体２４から上流側へ延びてニードル弁駆動装置２１に接続された弁棒２５とを有して構成され、ニードル弁駆動装置２１の手動又は自動の操作により弁棒２５を進退させ、これにより弁体２４のリフト量を調節して水車の起動停止制御、水車調速制御、及び起動後の流量制御等が行われるようになっている。   A needle valve 20 for changing the passage area of the inlet 7a is detachably disposed at the inlet 7a of the spiral casing 7. An inlet curved pipe 22 to which a needle valve driving device 21 for operating the needle valve 20 is attached is connected to the inlet 7 a of the spiral casing 7. The needle valve 20 is accommodated in the inlet curved pipe 22 and is needled. It is driven by a valve drive device 21. A valve seat 23 formed by a separate or integral member is provided at the opening periphery of the inlet 7a of the spiral casing 7, and the needle valve 20 is inserted into the valve seat 23 from the inflow direction of the working fluid (water). The valve body 24 to be seated and the valve rod 25 extending from the valve body 24 to the upstream side and connected to the needle valve driving device 21 are configured. The valve is operated by manual or automatic operation of the needle valve driving device 21. The rod 25 is advanced and retracted, and thereby the lift amount of the valve body 24 is adjusted to perform the start / stop control of the turbine, the speed control of the turbine, the flow control after the startup, and the like.

なお、ニードル弁駆動装置２１が設けられた入口曲管２２は、給水管２６に対して連結管２７を介して接続されており、これら給水管２６、連結管２７、入口曲管２２によって渦巻状ケーシング７に作動流体を流入する管路５が構成されている。   In addition, the inlet curved pipe 22 provided with the needle valve driving device 21 is connected to the water supply pipe 26 via a connection pipe 27, and the water supply pipe 26, the connection pipe 27, and the inlet curved pipe 22 form a spiral shape. A conduit 5 through which the working fluid flows into the casing 7 is configured.

また、空間部８に配された固定ベーン１４は、円周上に等間隔、又は不等間隔で複数配設されているもので、従来のステーベーンとガイドベーンとを一体化した形状に形成されており、開閉機構は特に設けられておらず、カバー部材９，１０間に固定されている。   A plurality of fixed vanes 14 arranged in the space 8 are arranged on the circumference at equal intervals or at unequal intervals, and are formed in a shape in which conventional stay vanes and guide vanes are integrated. The opening / closing mechanism is not particularly provided, and is fixed between the cover members 9 and 10.

これに対して発電機３は、自身の主軸３１が水車２の主軸１１と軸線を一致させて直結され、筐体３２に設けられたコロ軸受３３，３４に回転自在に支持されている。したがって、水車２の主軸１１は、それ自体を支持する格別な軸受を必要とせず、発電機３の主軸３１を支持するコロ軸受３４によって同時に支持されている。そして、発電機３は、自身の主軸３１に筐体３２内に設けられた図示しない固定子内で回転する回転子が固定され、この回転子を回転させることで固定子に起電力を発生させるようになっている。 On the other hand, the generator 3 has its own main shaft 31 directly connected to the main shaft 11 of the water turbine 2 so as to coincide with the axis, and is rotatably supported by roller bearings 33 and 34 provided in the housing 32. Therefore, the main shaft 11 of the water turbine 2 does not require a special bearing that supports itself, and is simultaneously supported by the roller bearing 34 that supports the main shaft 31 of the generator 3. In the generator 3, a rotor that rotates in a stator (not shown) provided in the housing 32 is fixed to the main shaft 31 thereof, and an electromotive force is generated in the stator by rotating the rotor. It is like that.

水車２と発電機３とが一体化される一体化ベース４は、水車２の主軸１１と発電機３の主軸３１とが同軸となるように水車２のベース４ｂの高さと発電機３のベース４ａの高さが調節されている。また、この一体化ベース４の底部４ｃには、図４に示されるように、搬送用の移動用キャスタ３７が一体化ベース４をジャッキアップさせることにより取り付け可能となっている。   The integrated base 4 in which the water turbine 2 and the generator 3 are integrated is such that the height of the base 4b of the water turbine 2 and the base of the generator 3 are such that the main shaft 11 of the water turbine 2 and the main shaft 31 of the generator 3 are coaxial. The height of 4a is adjusted. Further, as shown in FIG. 4, a transfer moving caster 37 for transportation can be attached to the bottom portion 4 c of the integrated base 4 by jacking up the integrated base 4.

上記構成において、管路５を介して流入された水は、ニードル弁２０の開度に応じて流量が調節され、渦巻状ケーシング７の流路６に流入し、この流路６から空間部８に流入されて固定ベーン１４間を通ってランナ１３に供給され、この供給された水の圧力エネルギーと速度エネルギーによりランナ１３を主軸１１と一体に回転させる。   In the above configuration, the water flowed in via the pipe line 5 is adjusted in flow rate according to the opening degree of the needle valve 20, and flows into the flow path 6 of the spiral casing 7. Is supplied to the runner 13 through the fixed vanes 14, and the runner 13 is rotated integrally with the main shaft 11 by the pressure energy and velocity energy of the supplied water.

したがって、ニードル弁２０の弁体２４のリフト量を調節することで、負荷や回転速度の急変に対して流量制御を素早く行うことが可能となり、ガイドベーン制御方式と同様に水車２の起動停止制御、水車調速制御などの機能を維持しつつ、ガイドベーンの開度調節機構やバイパス通路の流量調節機構を不要にして設備の簡素化を図ることが可能となる。   Therefore, by adjusting the lift amount of the valve body 24 of the needle valve 20, it becomes possible to quickly control the flow rate against a sudden change in load or rotation speed, and the start / stop control of the turbine 2 as in the guide vane control method. In addition, while maintaining functions such as water turbine speed control, it is possible to simplify the equipment by eliminating the guide vane opening degree adjusting mechanism and the bypass passage flow rate adjusting mechanism.

また、従来においては、ステーベーンがガイドベーンと別体に設けられていたので、ステーベーンとガイドベーンとのギャップ部分で乱流が生じたり、ガイドベーン自体によって水の流れを阻止する抵抗損失が生じており、また、ステーベーンはガイドベーンの上流側に設けられるので、ステーベーンの形状をランナ羽根１２の形状とマッチングさせることが困難であったが、本構成においては、ステーベーンとガイドベーンとを一体化した固定ベーン１４が空間部８に配されているので、乱流を抑えて水の流れが安定すると共に従来のガイドベーンによる抵抗損失もなくなり、また、固定ベーン１４の全体をランナ羽根１２の形状とマッチングさせることが可能となり、水車効率を向上させることが可能となる。   In the past, the stay vane was provided separately from the guide vane, so turbulent flow occurred in the gap between the stay vane and the guide vane, or resistance loss that prevented the flow of water by the guide vane itself occurred. In addition, since the stay vane is provided on the upstream side of the guide vane, it was difficult to match the shape of the stay vane with the shape of the runner blade 12, but in this configuration, the stay vane and the guide vane are integrated. Since the fixed vane 14 is arranged in the space portion 8, the flow of water is stabilized by suppressing the turbulent flow, the resistance loss due to the conventional guide vane is eliminated, and the entire fixed vane 14 has the shape of the runner blade 12. Matching can be performed, and the turbine efficiency can be improved.

さらに、水車２のベース４ｂと発電機３のベース４ａとを一体化し、水車２の主軸１１と発電機３の主軸３１とを軸線を一致させて直結させると共に主軸３１を発電機３の筐体３２に設けられたコロ軸受３３，３４で保持するようにしたので、小型軽量化を図ることが可能となる。また、それぞれの軸受３３，３４に対し、独立した軸受架台や軸受架台基礎が不要となり、また、水車２と発電機３とを現地で組み付け調節することが不要となるので、竣工に至る工程の単純化と短縮化を大幅に図ることが可能となる。   Further, the base 4 b of the water turbine 2 and the base 4 a of the generator 3 are integrated, the main shaft 11 of the water turbine 2 and the main shaft 31 of the generator 3 are directly connected with their axes aligned, and the main shaft 31 is connected to the casing of the generator 3. Since it is held by the roller bearings 33 and 34 provided on the shaft 32, it is possible to reduce the size and weight. In addition, an independent bearing stand and a bearing stand base are not required for each of the bearings 33 and 34, and it is not necessary to assemble and adjust the water turbine 2 and the generator 3 locally. Simplification and shortening can be greatly achieved.

さらに、従来においては、主軸１１，３１の軸受としてジャーナル軸受が用いられていたが、上述の構成においては、コロ軸受３３，３４が用いられているので、軸受けの損壊事故が発生しても、外部に油が流出して環境汚染を招く不都合がなくなり、潤滑油の厳格な管理も不要となる。   Furthermore, in the past, journal bearings were used as the bearings of the main shafts 11 and 31, but in the above-described configuration, the roller bearings 33 and 34 are used, so even if a bearing damage accident occurs, There is no inconvenience of environmental pollution caused by oil spilling outside, and strict management of the lubricating oil is also unnecessary.

次に、以上の水車発電ユニット１を設置箇所に搬入する工程を説明する。
先ず、図４に示されるように、水車２と発電機３とを一体化ベース４に組付けた水車発電ユニット１をニードル弁２０が設けられた入口曲管２２を外した状態にすると共に、一体化ベース４をジャッキアップして移動用キャスタ３７を一体化ベース４の底部４ｃに取り付ける。そして、水車発電ユニット１を押すことによって移動させ、スロープ状の搬入架台を利用してトラックの荷台に積載し、現地まで搬送した後に、図５に示されるように、トラック３０の荷台から前記搬入架台３８を利用して設置箇所の近くに下ろし、設置箇所まで押して移動させる。そして、設置基礎上まで移動させた後に、一体化ベース４をジャッキアップして移動用キャスタ３７を取り外し、図６及び図７に示されるように、一体化ベース４を設置基礎３５上の所定箇所にボルト等によって固定し、また、渦巻状ケーシング７の流入口部７ａにニードル弁２０やニードル弁駆動装置２１が設けられた入口曲管２２を取り付ける。そして、ドラフト管１５を設置箇所に設けられた放水管３６に接続すると共に、入口曲管２２を設置箇所に設けられた給水管２６に連結管２７を介して接続し、また、図示しない電源コネクタに電源ケーブルを接続して、据付作業を完了させる。その後、有水試験による調整を行い竣工させる。 Next, the process of carrying in the above water turbine power generation unit 1 to an installation location is demonstrated.
First, as shown in FIG. 4, the turbine generator unit 1 in which the turbine 2 and the generator 3 are assembled to the integrated base 4 is in a state where the inlet bent pipe 22 provided with the needle valve 20 is removed, The integrated base 4 is jacked up, and the moving caster 37 is attached to the bottom portion 4 c of the integrated base 4. Then, the turbine generator unit 1 is moved by being pushed, loaded onto a truck bed using a slope-like loading platform, transported to the site, and then loaded from the loading platform of the truck 30 as shown in FIG. Using the gantry 38, it is lowered near the installation location and pushed to the installation location for movement. And after moving to the installation base, the integrated base 4 is jacked up and the caster 37 for movement is removed, and as shown in FIG. 6 and FIG. Further, an inlet bent pipe 22 provided with a needle valve 20 and a needle valve driving device 21 is attached to the inlet 7 a of the spiral casing 7. Then, the draft pipe 15 is connected to the water discharge pipe 36 provided at the installation location, the inlet curved pipe 22 is connected to the water supply pipe 26 provided at the installation location via the connecting pipe 27, and a power connector (not shown) Connect the power cable to and complete the installation work. After that, it will be completed by adjusting the water test.

また、据え付けられた状態からメンテナンスなどのために別の場所へ搬送する場合には、上述した作業と逆の順序の作業を行い、搬送すればよい。   In addition, when transporting from the installed state to another place for maintenance or the like, the work in the reverse order to the work described above may be performed and transported.

したがって、上述の構成によれば、搬送時においては、ニードル弁２０を外すと共に一体化ベース４に移動用キャスタ３７を取り付けて移動可能とし、据付時には、ニードル弁２０を取り付けると共に移動用キャスタ３７を一体化ベース４から取り外して据え付けるようにしたので、搬送は人力による押し作業によって完了させることが可能となり、水車発電ユニット１の搬送時にクレーン等の吊上装置が不要となり、搬送作業を容易且つ簡易に行うことが可能となる。   Therefore, according to the above-described configuration, during conveyance, the needle valve 20 is removed and the moving caster 37 is attached to the integrated base 4 so as to be movable. At the time of installation, the needle valve 20 is attached and the moving caster 37 is moved. Since it is detached from the integrated base 4 and installed, the transfer can be completed by a pushing operation by human power, and a lifting device such as a crane is not necessary when the water turbine power generation unit 1 is transferred, and the transfer operation is easy and simple. Can be performed.

また、上述の移設工法により水車２と発電機３を一体化させた状態で搬入、搬出ができるので、任意の場所に搬入し、また、任意の場所から搬出することが可能となる。このため、屋外に据え付けてメンテナンス時には別の場所へ搬送してメンテナンス作業をすることも可能となるので、発電所の建物を省略することも可能となる。   Moreover, since it can carry in and carry out in the state which integrated the water turbine 2 and the generator 3 by the above-mentioned moving construction method, it becomes possible to carry in to arbitrary places and to carry out from arbitrary places. For this reason, it is possible to install it outdoors and to carry out maintenance work by carrying it to another place at the time of maintenance, so that it is possible to omit the building of the power plant.

なお、上述の構成においては、ガイドベーンをステーベーンと別体に設けたことによる抵抗損失を考慮してこれらのベーンを一体化させた固定ベーン１４を配設し、この固定ベーン１４の形状をランナ羽根１２の形状にマッチングさせて水車効率を向上させるようにしたが、固定ベーン１４自体を取り除いた構成にしてもよい。   In the above-described configuration, the fixed vane 14 in which these vanes are integrated in consideration of resistance loss due to the guide vanes provided separately from the stay vanes is disposed, and the shape of the fixed vanes 14 is changed to the runner. Although the turbine efficiency is improved by matching with the shape of the blade 12, the configuration may be such that the fixed vane 14 itself is removed.

図１は、本発明に係る水車発電ユニットに用いられるフランシス水車を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a Francis turbine used in a turbine power generation unit according to the present invention. 図２は、図１を側方から見た水車発電ユニットの一部切り欠きの側面図である。FIG. 2 is a side view of a partially cutaway portion of the water turbine power generation unit when FIG. 1 is viewed from the side. 図３は、水車のランナ付近を示す拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the runner of the water turbine. 図４は、本発明に係る水車発電ユニットの搬送時における状態を説明する図であり、図４（ａ）は、水車発電ユニットを水車側から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）を側方から見た図である。4A and 4B are diagrams for explaining the state of the water turbine power generation unit according to the present invention during transportation. FIG. 4A is a diagram of the water turbine power generation unit viewed from the water turbine side, and FIG. It is the figure which looked at a) from the side. 図５は、水車発電ユニットの搬送工程を説明する図であり、図５（ａ）は、搬送する状態を上方から見た図、図５（ｂ）は図５（ａ）を水平方向から見た図である。5A and 5B are diagrams for explaining the transporting process of the water turbine power generation unit. FIG. 5A is a view of the transported state as viewed from above, and FIG. 5B is a view of FIG. 5A as viewed from the horizontal direction. It is a figure. 図６は、水車発電ユニットの据付状態を水車側から見た図である。FIG. 6 is a view of the installed state of the water turbine power generation unit as seen from the water wheel side. 図７は、水車発電ユニットの据付状態を図６の側方から見た図である。FIG. 7 is a view of the installed state of the water turbine power generation unit as viewed from the side of FIG. 6.

１ 水車発電ユニット
２ 水車
３ 発電機
４ 一体化ベース
４ａ，４ｂ ベース
５ 管路
６ 流路
７ 渦巻状ケーシング
７ａ 流入口部
８ 空間部
９，１０ カバー部材
１３ ランナ
１４ 固定ベーン
１５ ドラフト管
１１，３１ 主軸
２０ ニードル弁
３２ 筐体
３３，３４ コロ軸受
３７ 移動用キャスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine power generation unit 2 Turbine 3 Generator 4 Integrated base 4a, 4b Base 5 Pipe line 6 Flow path 7 Spiral casing 7a Inlet part 8 Space part 9,10 Cover member 13 Runner 14 Fixed vane 15 Draft pipe 11,31 Spindle 20 Needle valve 32 Housing 33, 34 Roller bearing 37 Moving caster

Claims (5)

管路からの作動流体を流入する流路が形成された渦巻状ケーシングと、前記流路と連通する空間部を画成するカバー部材と、前記空間部に収容され、前記作動流体を受けて主軸と一体に回転するランナと、前記ランナの下流側に設けられて前記作動流体を放出するドラフト管とを有して構成されると共に、前記渦巻状ケーシングの流入口部に該流入口部の通路面積を可変させるニードル弁を着脱可能に配設したフランシス水車を具備し、このフランシス水車のベースと発電機のベースとを一体化し、前記フランシス水車の主軸と前記発電機の主軸を直結させると共に前記直結した主軸を前記発電機の筐体に設けられた軸受けで保持するようにしたことを特徴とする水車発電ユニット。 A spiral casing in which a flow path for flowing a working fluid from a pipe is formed; a cover member that defines a space communicating with the flow path; and a main shaft that receives the working fluid and is received in the space. runner and, with formed and a draft tube for releasing the hydraulic fluid provided downstream of the runner, passage of the flow inlet to the inlet portion of the spiral casing which rotates together with A Francis turbine is provided with a needle valve that can be attached and detached in a removable manner. The base of the Francis turbine and the base of the generator are integrated, and the main shaft of the Francis turbine and the main shaft of the generator are directly connected to each other. A turbine generator unit characterized in that a directly connected main shaft is held by a bearing provided in a housing of the generator. 前記空間部の前記ランナの上流側にステーベーンとガイドベーンを一体化させた固定ベーンを周方向に複数設けたことを特徴とする請求項１記載の水車発電ユニット。 The water turbine power generation unit according to claim 1, wherein a plurality of stationary vanes in which stay vanes and guide vanes are integrated are provided in the circumferential direction on the upstream side of the runner in the space portion. 前記軸受けは、コロ軸受けで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の水車発電ユニット。 The water turbine power generation unit according to claim 1 , wherein the bearing is a roller bearing. 前記一体化されたベースに移動用キャスタを取り付け可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水車発電ユニット。 The water turbine power generation unit according to any one of claims 1 to 3, wherein a caster for movement can be attached to the integrated base. 請求項４記載の水車発電ユニットの移設工法において、前記水車発電ユニットの前記ニードル弁と前記ドラフト管を外すと共に前記一体化されたベースに移動用キャスタを取り付けて搬送する工程と、前記移動用キャスタを前記一体化されたベースから取り外して前記ベースを設置箇所に据え付けると共に前記ニードル弁と前記ドラフト管を取り付ける工程とを有することを特徴とする水車発電ユニットの移設工法。 5. The method of moving a water turbine power generation unit according to claim 4 , wherein a step of removing the needle valve and the draft pipe of the water turbine power generation unit and attaching a transfer caster to the integrated base and transporting, and the transfer caster The method of moving a water turbine power generation unit, comprising: removing from the integrated base and installing the base at an installation location and attaching the needle valve and the draft pipe.
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