JP5687482B2 - Hydraulic machine runner - Google Patents
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Description
本発明は水車等の水力機械に用いられるランナに関し、特に、加工及びメンテナンスが容易なランナに関する。 The present invention relates to a runner used in a hydraulic machine such as a water turbine, and more particularly to a runner that is easy to process and maintain.
一般に、水力発電設備に用いられる水力機械1としては、いわゆるフランシス型の水車が比較的多く用いられている。フランシス型の水車は、図6に示すように、主に、渦巻きケーシング32、ランナ33、クラウン35、ランナバンド36、羽根37、38、ガイドベーン39、スピードリング40、ステーベーン42、吸出し管(ドラフトチューブ)44、主軸46、から構成されている。そして、ランナ33は、主軸46を介して図示しない発電機に連結される一方、上池(図示せず)からの水が、渦巻きケーシング32に導かれ、さらにこの渦巻きケーシング32の内周側の環状のスピードリング40、ステーベーン42及びガイドベーン39を通過する過程で増速しつつ角運動が付与されてランナ33内に流入し、ランナ33を回転させる。ランナ33の回転運動は主軸46を介して発電機を回転させて電気を発生させる。一方、ランナ33を回転させた水は出口側(内周側)から流出し、吸出し管44を経て下流の下池(図示せず)へと流れる。
In general, a relatively large number of so-called Francis type turbines are used as the
ところで、水車等の水力機械は動作流体に土砂などの固体を含む河川水を使用するため、ランナ部において土砂摩耗による損傷が生じやすい。特に、フランシス型水車のようなランナ形状では、流水がランナに流入する羽根入口部や、羽根の厚さが薄くなり摩耗による影響が大きい羽根出口部の損傷が大きな問題となっている。 By the way, since hydraulic machines, such as a water turbine, use river water containing solids, such as earth and sand, as a working fluid, they are easy to be damaged by earth and sand wear in a runner part. In particular, in a runner shape such as a Francis type turbine, damage to the blade inlet portion where flowing water flows into the runner and the blade outlet portion where the thickness of the blade is thin and is greatly affected by wear becomes a serious problem.
このような土砂摩耗等による損傷の対策として、従来から羽根表面に塗装や溶接、溶射等のコーティングによる土砂摩耗対策が施工されている。近年では、フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)によるコーティング技術が開発され、タングステンカーバイド(WC)材料等の高硬度材料が耐土砂摩耗に有効であることが知られている。 As countermeasures against damage due to such earth and sand wear, conventionally, countermeasures against earth and sand wear by coating such as painting, welding, and thermal spraying have been applied to the blade surface. In recent years, a coating technique by flame spraying (HVOF: High Velocity Oxygen Fuel) has been developed, and it is known that a high-hardness material such as tungsten carbide (WC) material is effective for earth and sand wear resistance.
しかしながら、フレーム溶射(以下、「溶射」という)を行う際、フランシス水車のようなランナの形状の場合は、機材の寸法による制約から土砂摩耗の著しい内径側(羽根出口側)の狭隘部や羽根入口部位への施工が困難であることから、各部材に溶射を施工した後にクラウン、バンド及び羽根を溶接組立する方法が提案されている(特許文献1)。 However, when performing flame spraying (hereinafter referred to as “thermal spraying”), in the case of a runner such as a Francis turbine, the narrow part and blades on the inner diameter side (blade outlet side) where the earth and sand wear is significant due to restrictions on the dimensions of the equipment. Since it is difficult to construct the entrance portion, a method of welding and assembling the crown, band, and blade after applying thermal spraying to each member has been proposed (Patent Document 1).
上述した従来のランナに対する溶射等によるコーティング方法では、コーティング後に溶接組立を実施するが、母材とコーティング材とが異材で熱膨張率が異なることから、高温になるとコーティング材の割れ、剥離等が生じる危険性があるため、必要な応力除去のための焼鈍処理ができないという課題があった。
また、長期運用を開始した後に発生したコーティング損傷部に対しては、溶射コーティングによる再補修ができない等の課題があった。
In the above-described coating method by spraying on the conventional runner, welding assembly is performed after coating. However, since the base material and the coating material are different materials and have different coefficients of thermal expansion, cracking and peeling of the coating material may occur at high temperatures. There is a problem that an annealing process for removing necessary stress cannot be performed because of the danger to occur.
Moreover, the coating damage part which generate | occur | produced after starting long-term operation had problems, such as being unable to re-repair by thermal spray coating.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、ランナの内径側の狭隘部や羽根入口部に対する溶射等によるコーティングを容易に施工可能とするとともに、羽根面全面へのコーティングも容易に施工可能とし、かつ、溶射後の各部材の溶接施工を不要とする水力機械のランナを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily apply coating by spraying or the like to the narrow portion on the inner diameter side of the runner or the blade inlet portion, and can easily coat the entire blade surface. It is an object of the present invention to provide a runner for a hydraulic machine that can be applied to the machine and that does not require welding of each member after spraying.
さらに、長期運用を開始した後のコーティング損傷部の補修に対しても、内径側と外径側を分割することにより容易にコーティング部を再補修可能とする水力機械のランナを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a hydraulic machine runner that can easily repair the coating part by dividing the inner diameter side and the outer diameter side for repairing the damaged part of the coating after starting long-term operation. And
上記課題を解決するために、本発明に係る水力機械のランナは、外側ランナと中間ランナと内側ランナとからなる水力機械のランナであって、前記外側ランナと中間ランナを分離可能に締結する締結部材と、前記中間ランナと内側ランナを分離可能に締結する締結部材を有し、前記外側ランナと中間ランナと内側ランナの各ランナ羽根の接合部に位置決め部材を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a hydraulic machine runner according to the present invention is a hydraulic machine runner including an outer runner, an intermediate runner, and an inner runner, and is fastened to be separably fastened to the outer runner and the intermediate runner. and member, wherein the intermediate runners and inner runners have a fastening member to be separable, wherein said providing the positioning member at the junction of the runner blades of the outer runners and the intermediate runners and the inner runner.
本発明によれば、ランナの内径側の狭隘部や羽根入口部に対し溶射等によるコーティングを容易に施工可能とするとともに、羽根面全面へのコーティングも容易に施工でき、かつ、溶射後の各部材の溶接施工を不要とすることができる。また、長期運用を開始した後のコーティング損傷部の補修に対しても、ランナを分割構造としたことによりコーティングの再補修を簡便に実施することが可能となる。 According to the present invention, coating by spraying or the like can be easily applied to the narrow part on the inner diameter side of the runner or the blade inlet, and coating on the entire blade surface can be easily performed, and each after spraying It is possible to eliminate the need for welding the members. In addition, for repairing a damaged part of the coating after the start of long-term operation, the repair of the coating can be easily performed by using the runner as a split structure.
以下、本発明に係る水力機械のランナの実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係るランナを図1により説明する。
(構成)
本第1の実施形態のランナは、外側ランナ1、中間ランナ2及び内側ランナ3から構成されている。外側ランナ1と中間ランナ2は締結ホルダー4、5を介してボルト等の締結部材7、8により分離可能に締結されている。又、中間ランナ2と内側ランナ3は、ボルト等の締結部材9、10により分離可能に締結されている。
Embodiments of a hydraulic machine runner according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The runner according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
(Constitution)
The runner according to the first embodiment includes an
このような締結構造を採用することにより、従来のランナと同等の構造及び同等の水力性能を実現している。また、これらの締結構造により一体となったランナはボルト等からなるランナ締結部材11によって水車の主軸12と締結され、主軸12は図示しない発電機または発電電動機等に直結されている。
By adopting such a fastening structure, a structure equivalent to a conventional runner and a hydraulic performance equivalent to those of a conventional runner are realized. The runner integrated with these fastening structures is fastened to a
外側ランナ1は外側ランナ羽根1aおよびそれと溶接により一体化された外側ランナクラウン1b、外側ランナバンド1cから構成されている。又、中間ランナ2は中間ランナ羽根2aおよびそれと溶接により一体化された中間ランナクラウン2b、中間ランナバンド2cから構成されており、内側ランナ3は内側ランナ羽根3aおよびそれと溶接により一体化された内側ランナクラウン3b、内側ランナバンド3cから構成さている。また、中間ランナ2と内側ランナ3との間にはノックピン等の位置決め部材13が挿入されている。
The
(作用)
このように構成された第1の実施形態において、外側ランナ1と内側ランナ3は中間ランナ2に対して分離可能であり、また再組立時には位置決め部材13やホルダー5に設けた段差による嵌め合い構造の作用により組立時の状態を容易に再現できる。
(Function)
In the first embodiment configured as described above, the
また、ランナを外中内に3分割することにより、羽根幅が短い内径側の狭隘部に対し両側からのコーティング施工が可能となり、また、外径側も内径側部分が無いことにより作業性が向上する。これにより、羽根およびクラウンやバンド部全面のコーティングを容易に実施することができる。 In addition, by dividing the runner into three parts inside and outside, it is possible to apply coating from both sides to the narrow part on the inner diameter side where the blade width is short, and the workability is also improved because there is no inner diameter side part on the outer diameter side. improves. Thereby, the coating of the blades, the crown, and the entire band portion can be easily performed.
また、羽根内径側の狭隘部への溶射等によるコーティング作業を溶接組立および応力除去焼鈍後に施工できるため、従来のランナの材料強度を保持したまま、ランナの耐摩耗特性を向上させることができる。 In addition, since the coating operation such as thermal spraying on the narrow portion on the blade inner diameter side can be performed after welding assembly and stress relief annealing, the wear resistance of the runner can be improved while maintaining the material strength of the conventional runner.
さらに、コーティングの損傷部の補修時に、土砂摩耗の著しい外側ランナ1と内側ランナ3を分解することにより溶射等によるコーティングの再補修が容易に実施可能となり、再組立時にも位置決め部材や嵌め合い構造により当初の組立状態を容易に再現できるため、当初のランナ構造、および水力性能を確実かつ簡便に復元することが可能となる。
Furthermore, when repairing damaged parts of the coating, the
(効果)
以上説明したように、本第1の実施形態によれば、外側ランナと内側ランナを簡単に分離及び再組立可能としたことにより溶射等によるコーティング作業の作業性が向上し、ランナの材料強度を保持したまま、耐摩耗特性を向上させることができる。また、コーティングの損傷部の補修も外側ランナと内側ランナを分解可能としたことにより簡便に行うことができる。
(effect)
As described above, according to the first embodiment, the outer runner and the inner runner can be easily separated and reassembled, thereby improving the workability of the coating operation by thermal spraying and the like, and improving the material strength of the runner. While being held, the wear resistance can be improved. In addition, the damaged portion of the coating can be easily repaired by disassembling the outer runner and the inner runner.
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係るランナを図2(a)、(b)により説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
A runner according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本第2の実施形態に係る水力機械のランナは、外側ランナ1に締結部材挿入孔14、15を設け、この挿入孔14、15に挿入されたボルト等の締結部材7、8により中間ランナ2と外側ランナ1を接合することを特徴としている。
The runner of the hydraulic machine according to the second embodiment is provided with the fastening
これにより、第1の実施形態と同様に、内径側の狭隘部や羽根入口部に対し溶射等によるコーティングが容易に施工可能となるとともに、羽根面全面へのコーティングも容易に施工できる。また、コーティング損傷部の補修に対しても、ランナを分割構造としたことにより容易にコーティングの再補修が可能となる。 As a result, similar to the first embodiment, coating by thermal spraying or the like can be easily applied to the narrow portion on the inner diameter side or the blade inlet portion, and coating on the entire blade surface can be easily performed. In addition, for repairing a damaged part of the coating, it is possible to easily repair the coating by using a split runner structure.
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係るランナを図3(a)、(b)により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
A runner according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本第3の実施形態に係る水力機械のランナは、外側ランナ1、中間ランナ2及び内側ランナ3のそれぞれの羽根間の接合部に、ノックピン等からなる変形防止部材16、17を各接合部につき1本以上挿入した構成にしている。
The runner of the hydraulic machine according to the third embodiment has
これにより、水車運転状態での羽根接合部の水圧による変形を抑止することができるとともに、羽根に対する負荷が大きな大流量運転時でも効率が低下することなく、安定した運転が可能となる。 As a result, it is possible to suppress the deformation due to the water pressure of the blade joint in the water turbine operation state, and it is possible to perform a stable operation without lowering the efficiency even during a large flow operation with a large load on the blade.
[第4の実施形態]
第4の実施形態に係るランナを図4(a)、(b)により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
A runner according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本第4の実施形態に係るランナは、外側ランナ1、中間ランナ2及び内側ランナ3のそれぞれの羽根間の接合部を、図4(b)に示すように、段差構造とし相互に嵌め合うように構成されている。
In the runner according to the fourth embodiment, the joints between the blades of the
これにより、第3の実施形態と同様に、水車運転状態での羽根接合部の水圧による変形を抑止することができ、翼負荷の大きな大流量運転時でも効率低下する事なく、安定した運転が可能となる。 Thereby, similarly to the third embodiment, it is possible to suppress deformation due to the water pressure of the blade joint in the water turbine operation state, and stable operation can be performed without a decrease in efficiency even during large flow operation with a large blade load. It becomes possible.
[第5の実施形態]
第5の実施形態に係るランナを図5により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
A runner according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本第5の実施形態に係るランナは、ランナを周方向に複数に分割し、分割されたランナのフランジ部18〜21をボルト等(図示せず)により締結した構造にしている。
これにより、分割された各ランナのサイズは小さくなり、河川土砂と比較して硬度が格段に高いDLC(ダイアモンドライクカーボン)のコーティング炉に入れることが可能となる。したがって、ランナ構成要素にDLCをコーティングすることにより、補修することなく永久的に土砂摩耗しないランナ構造を実現することができる。
なお、本実施形態では、ランナは4つに分割されているが、これに限定されず、任意の数に分割することができる。
The runner according to the fifth embodiment has a structure in which the runner is divided into a plurality of portions in the circumferential direction and the
Thereby, the size of each divided runner becomes small, and it becomes possible to put in a DLC (diamond-like carbon) coating furnace whose hardness is much higher than that of river sediment. Therefore, by applying DLC to the runner component, it is possible to realize a runner structure that does not permanently wear earth without repair.
In the present embodiment, the runner is divided into four parts. However, the present invention is not limited to this, and can be divided into an arbitrary number.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組合せ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, combinations, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…外側ランナ、1a…外側ランナ羽根、1b…外側ランナクラウン、1c…外側ランナバンド、2…中間ランナ、2a…中間ランナ羽根、2b…中間ランナクラウン、2c…中間ランナバンド、3…内側ランナ、3a…内側ランナ羽根、3b…内側ランナクラウン、3c…内側ランナバンド、4、5…締結ホルダー、7,8,9,10…締結部材、11…ランナ締結部材、12…水車主軸、13…位置決め部材、14,15…締結部材、16,17…変形防止部材、18,19,20,21…フランジ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記外側ランナと中間ランナと内側ランナの各ランナ羽根の接合部に位置決め部材を設けたことを特徴とする水力機械のランナ。 A hydraulic machine runner comprising an outer runner, an intermediate runner, and an inner runner, the fastening member fastening the outer runner and the intermediate runner in a separable manner, and the fastening member fastening the intermediate runner and the inner runner in a separable manner Yes, and
A runner for a hydraulic machine, wherein a positioning member is provided at a joint portion of each runner blade of the outer runner, the intermediate runner, and the inner runner.
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