水車は、水の位置エネルギーを機械エネルギーに変換する機械です。この機械を使って発電機を駆動することで、水エネルギーを
電気 これは水力発電機セットです。
現代の水力タービンは、水の流れの原理と構造上の特徴に応じて 2 つのカテゴリに分けられます。
水の運動エネルギーと位置エネルギーの両方を利用する別のタイプのタービンは、衝撃タービンと呼ばれます。
反撃
上流貯水池から汲み上げられた水は、まず水転流室（渦形部）に流れ、その後ガイドベーンを通ってランナーブレードの湾曲したチャネルに流れ込みます。
水流は羽根車に反力を発生させ、羽根車を回転させます。この時、水流エネルギーは機械エネルギーに変換され、ランナーから流出した水はドラフトチューブを通って排出されます。
下流。
衝撃タービンには、主にフランシス流、斜流、軸流があります。主な違いは、ランナー構造が異なることです。
（１）フランシスランナーは、一般的に12～20枚の流線型のねじれたブレードとホイールクラウン、ロアリングなどの主要部品で構成されています。
流入と軸方向流出のこのタイプのタービンは、適用可能な水頭範囲が広く、容積が小さく、コストが低く、高水頭で広く使用されています。
軸流水車はプロペラ式と回転式に分けられます。前者は固定翼、後者は回転翼です。軸流水車は、一般的に3～8枚の翼、水車本体、排水コーンなどの主要部品で構成されています。この種の水車の通水能力はフランシス流水車よりも大きいです。パドル水車の場合、翼は負荷に応じて位置を変えることができるため、負荷変動が大きい領域で高い効率を発揮します。耐キャビテーション性能と水車の強度は斜流水車よりも劣り、構造も複雑です。一般的に、10〜100MPa程度の低中水頭域に適しています。
（２）分水室の機能は、導水機構への水の流入を均一にし、導水機構のエネルギー損失を低減し、水車を改善することである。
機械効率。上部に水頭を持つ大型および中型のタービンでは、円形断面の金属渦巻管がよく使用されます。
（３）水案内機構は、通常、ランナーの周囲に均等に配置され、一定数の流線型の案内羽根とその回転機構などを備える。
この構成の機能は、水の流れをランナーに均等に導き、ガイドベーンの開度を調整することで、水車のオーバーフローを水流に合わせて変化させることである。
発電機の負荷調整や変更の要件により、すべてが閉じられた状態では封水の役割を果たすこともできます。
（4）ドラフトパイプ：ランナー出口の水流に残っているエネルギーの一部は利用されないので、ドラフトパイプの機能は、
エネルギーの一部を回収し、下流に排水します。小型タービンでは一般的に効率の高いストレートコーンドラフトチューブが採用されていますが、大型・中型タービンでは
水道管をあまり深く掘ることはできないので、エルボベンドドラフトパイプが使用されます。
また、衝撃水車には管状水車、斜流水車、可逆ポンプ水車などがあります。
衝撃タービン：
高速水流の衝撃力を利用してタービンを回転させるもので、最も一般的なのはバケット型です。
バケット水車は、上記の高落差水力発電所で一般的に使用されます。その動作部品には、主に導水管、ノズル、スプレーが含まれます。
ニードル水車、水車、渦巻水車などは、水車の外縁にスプーン状の水受け皿を多数備えている。この水車の効率は負荷によって変化する。
変化は小さいですが、通水量はノズルによって制限され、ラジアル軸流よりもはるかに小さいです。通水量を改善するには、出力を上げ、
大型バケツ水車は効率向上のため、水平軸から垂直軸へ、ノズルも単一から複数ノズルへと進化しました。
3. 反動タービンの構造の紹介
埋設部は、渦形部、シートリング、ドラフトチューブなどを含み、すべてコンクリート基礎に埋設されています。これは、ユニットの分水部およびオーバーフロー部の一部です。
渦巻
渦巻管はコンクリート製と金属製に分けられます。水頭差が40メートル以内のユニットでは、主にコンクリート製渦巻管が使用されています。水頭差が40メートルを超えるタービンでは、強度が求められるため、一般的に金属製渦巻管が使用されています。金属製渦巻管は、強度が高く、加工が容易で、土木工事が簡単で、発電所の導水管との接続が容易などの利点があります。
金属製の渦巻きには、溶接型と鋳造型の 2 種類があります。
水頭が40～200メートル程度の大型・中型衝撃タービンでは、鋼板溶接渦巻管が主に用いられます。溶接の利便性を考慮し、渦巻管は複数の円錐形に分割されることが多く、各部分は円形で、渦巻管の尾部は断面が小さくなるため、シートリングとの溶接のために楕円形に成形されます。各円錐形セグメントは、板圧延機によって圧延成形されます。
小型フランシス水車では、鋳鉄製のボリュートが一体鋳造で用いられることが多い。高揚程・大容量水車では、鋳鋼製のボリュートが用いられることが多く、ボリュートとシートリングは一体鋳造されている。
渦巻の最下部には、メンテナンス時に溜まった水を排出するための排水バルブが装備されています。
シートリング
シートリングは衝撃タービンの基本部品であり、水圧を支えるだけでなく、ユニット全体の重量とユニットセクションのコンクリートを支えるため、十分な強度と剛性が必要です。シートリングの基本機構は、上部リング、下部リング、固定ガイドベーンで構成されています。固定ガイドベーンは、シートリングの支持、軸方向荷重を伝達する支柱、および流路面です。同時に、タービンの主要部品の組み立てにおける主要な基準部品であり、最も早く取り付けられる部品の1つです。したがって、十分な強度と剛性を備え、同時に優れた水理性能を備えている必要があります。
シートリングは荷重支持部品と流通部品の両方を兼ねているため、流通面は流線型の形状になっており、油圧損失を最小限に抑えます。
シートリングの構造は一般的に、単柱型、セミインテグラル型、インテグラル型の3種類があります。フランシス水車では、通常、インテグラル構造のシートリングが用いられます。
ドラフトパイプと基礎リング
ドラフトチューブは水車の流路の一部であり、直線型、円錐型、湾曲型の2種類があります。湾曲型ドラフトチューブは、大型・中型水車で一般的に使用されます。基礎リングは、フランシス水車のシートリングとドラフトチューブの入口部を接続する基礎部品で、コンクリートに埋め込まれています。ランナーの下部リングは、この内部で回転します。
水ガイド構造
水車の導水機構の機能は、ランナに入る水流の循環量を形成および変更することです。優れた性能を持つ回転式マルチガイドベーン制御が採用されており、異なる流量の下でエネルギー損失が少なく、水流が円周に沿って均一にランナに入ることを保証します。タービンが良好な水力特性を持つことを確認し、流量を調整してユニットの出力を変更し、水流をシールして、通常および事故停止時にユニットの回転を停止します。大型および中型の導水機構は、ガイドベーンの軸位置に応じて、円筒形、円錐形（バルブ型および斜流水車）、および放射状（全貫通水車）に分けられます。導水機構は、主にガイドベーン、ガイドベーン操作機構、環状部品、軸スリーブ、シールなどの部品で構成されています。
ガイドベーン装置の構造。
水案内機構の環状部品には、底リング、上カバー、支持カバー、制御リング、ベアリングブラケット、スラストベアリングブラケットなどがあり、複雑な力と高い製造要件を備えています。
ボトムリング
底リングはシートリングに固定された平らな環状部品で、ほとんどが鋳造溶接構造です。大型ユニットの輸送条件の制約により、2つに分割したり、より多くの花弁を組み合わせたりすることができます。堆積物による摩耗が発生する発電所では、流路面に一定の耐摩耗対策が施されています。現在、耐摩耗プレートは主に端面に取り付けられており、そのほとんどは0Cr13Ni5Mnステンレス鋼を使用しています。底リングとガイドベーンの上下端面がゴムでシールされている場合、底リングにはテール溝または圧力プレート式ゴムシール溝が必要です。当社工場では主に真鍮製のシーリングプレートを使用しています。底リングのガイドベーン軸穴は、上蓋と同心円状にする必要があります。上蓋と底リングは、中小型ユニットの同じ穴あけによく使用されます。現在、当社工場では大型ユニットをCNCボーリングマシンで直接穴あけ加工しています。
制御ループ
コントロールリングは、リレーの力を伝達機構を介してガイドベーンに伝達し、ガイドベーンを回転させる環状部品です。
ガイドベーン
現在、ガイドベーンには、対称型と非対称型の2種類の標準的なリーフ形状が一般的に採用されています。対称型ガイドベーンは、一般的に不完全渦巻管の巻き角を持つ高比速度軸流タービンに使用され、非対称型ガイドベーンは一般的に全巻き角渦巻管に使用され、大開口で低比速度軸流タービンおよび高・中比速度フランシス水車に使用されます。（円筒形の）ガイドベーンは、一般的に全体が鋳造されていますが、大型ユニットでは鋳造溶接構造も使用されます。
ガイドベーンは水案内機構の重要な部分であり、ランナーに入る水循環量の形成と変化に重要な役割を果たします。ガイドベーンは、ガイドベーン本体とガイドベーン軸径の2つの部分に分かれています。一般的には全鋳物が使用され、大型ユニットでは鋳造溶接も使用されます。材料は一般的にZG30とZG20MnSiです。ガイドベーンの柔軟な回転を確保するために、ガイドベーンの上部、中部、下部の軸は同心円状で、半径方向の振れは中心軸の直径公差の半分を超えてはならず、ガイドベーンの端面が軸に垂直でない許容誤差は0.15 / 1000を超えてはなりません。ガイドベーンの流路面のプロファイルは、ランナーに入る水循環量に直接影響します。ガイドベーンのヘッドとテールは、耐キャビテーション性を向上させるために、一般的にステンレス鋼で作られています。
ガイドベーンスリーブおよびガイドベーンスラスト装置
ガイドベーンスリーブは、ガイドベーンの中心軸の直径を固定する部品であり、その構造は材質、シール、および上蓋の高さと関連しています。通常は一体型の円筒形ですが、大型ユニットでは分割型が多く、隙間調整性に優れているという利点があります。
ガイドベーンスラスト装置は、水圧作用下でガイドベーンが上向きの浮力を持つことを防ぎます。ガイドベーンがガイドベーンの自重を超えると、ガイドベーンは上方に持ち上げられ、上蓋に衝突してコネクティングロッドに作用する力に影響を与えます。スラストプレートは一般にアルミニウム青銅製です。
ガイドベーンシール
ガイドベーンには3つのシール機能があります。1つはエネルギー損失の低減、2つ目は位相変調運転時の空気漏れの低減、そして3つ目はキャビテーションの低減です。ガイドベーンシールは、エレベーションシールとエンドシールに分けられます。
ガイドベーンの軸径の中間部と下部にはシールが設けられています。軸径がシールされると、シールリングとガイドベーンの軸径との間の水圧がしっかりと遮断されます。そのため、スリーブには排水孔が設けられています。軸径下部のシールは、主に堆積物の浸入と軸径摩耗の発生を防ぐためのものです。
ガイドベーンの伝動機構には多くの種類があり、一般的に使用されているのは2つです。1つはフォークヘッド型で、応力条件が良好で、大型・中型ユニットに適しています。もう1つはイヤーハンドル型で、主にシンプルな構造を特徴としており、小型・中型ユニットに適しています。
耳ハンドル伝動機構は、主にガイドベーンアーム、接続プレート、スプリットハーフキー、せん断ピン、シャフトスリーブ、エンドカバー、耳ハンドル、回転スリーブコネクティングロッドピンなどで構成されています。 強度は良くありませんが、構造が簡単なので、中小型ユニットに適しています。
フォーク駆動機構
フォークヘッド伝動機構は、主にガイドベーンアーム、接続プレート、フォークヘッド、フォークヘッドピン、接続ネジ、ナット、ハーフキー、せん断ピン、シャフトスリーブ、エンドカバー、補正リングなどで構成されています。
ガイドベーンアームとガイドベーンはスプリットキーで接続され、操作トルクを直接伝達します。ガイドベーンアームにはエンドカバーが取り付けられ、ガイドベーンは調整ネジでエンドカバーに吊り下げられています。スプリットハーフキーの採用により、ガイドベーン本体の上下端面の隙間を調整する際、ガイドベーンが上下に動きますが、他の伝達部品の位置には影響しません。
フォークヘッド伝動機構において、ガイドベーンアームと連結プレートにはせん断ピンが設けられています。ガイドベーンが異物によって固着すると、関連する伝動部品の作動力が急激に増加します。応力が1.5倍に達すると、せん断ピンが最初に切断されます。これにより、他の伝動部品が損傷するのを防ぎます。
さらに、連結プレートまたは制御リングとフォークヘッドの接続部には、連結ネジの水平状態を維持するために、調整用の補正リングを取り付けることができます。連結ネジの両端のネジ山はそれぞれ左ネジと右ネジになっており、設置時に連結ロッドの長さとガイドベーンの開度を調整できます。
回転部分
回転部は主にランナー、主軸、軸受、シーリング装置で構成されています。ランナーは、上部クラウン、下部リング、ブレードによって組み立てられ、溶接されています。タービン主軸のほとんどは鋳造です。ガイドベアリングには多くの種類があります。発電所の運転条件に応じて、水潤滑、薄油潤滑、乾式潤滑など、いくつかの種類のベアリングがあります。一般的に、発電所では薄油シリンダー型またはブロックベアリングが採用されています。
フランシス・ランナー
フランシスランナは、上部クラウン、羽根、下部リングで構成されています。上部クラウンには通常、漏水損失を低減するための防漏リングと、軸方向の水圧を低減するための圧力緩和装置が装備されています。下部リングにも防漏装置が装備されています。
軸方向ランナーブレード
軸流ランナーの羽根（エネルギー変換の主要部品）は、本体と軸の2つの部分で構成されています。別々に鋳造され、加工後にネジやピンなどの機械部品と組み合わされます。（一般的に、ランナーの直径は5メートル以上です。）一般的にはZG30とZG20MnSiが生産されています。ランナーの羽根枚数は、一般的に4、5、6、8枚です。
ランナーボディ
ランナー本体には全てのブレードと操作機構が備えられており、上部は主軸に接続され、下部は複雑な形状のドレンコーンに接続されています。ランナー本体は通常、ZG30およびZG20MnSiで製造され、体積損失を低減するために球形が多くなっています。ランナー本体の具体的な構造は、リレーの配置位置と操作機構の形状によって異なります。主軸との接続において、カップリングスクリューは軸方向の力のみを負担し、トルクは接合面の半径方向に沿って分布する円筒ピンによって負担されます。
操作機構
操作フレーム付きストレートリンケージ：
1. ブレード角度が中間位置にあるとき、アームは水平、コネクティングロッドは垂直になります。
2. 回転アームとブレードは円筒形のピンを使用してトルクを伝達し、スナップリングによって半径位置が位置決めされます。
3.コネクティングロッドは内側コネクティングロッドと外側コネクティングロッドに分かれており、力が均等に分散されます。
4. 操作フレームにはイヤーハンドルが設けられており、組み立て時の調整に便利です。イヤーハンドルと操作フレームの合わせ面はリミットピンによって制限されており、イヤーハンドルを固定した際にコネクティングロッドが固着するのを防ぎます。
5. 操作フレームは「I」字型を採用しており、4～6枚刃の小型・中型機に多く採用されています。
操作フレームのないストレートリンケージ機構：1.操作フレームがキャンセルされ、コネクティングロッドと回転アームがリレーピストンによって直接駆動されます。大きなユニットの場合。
操作フレーム付き斜めリンク機構：1. ブレードの回転角度が中間位置にあるとき、旋回アームとコネクティングロッドの傾斜角度が大きくなります。2. リレーのストロークが増加し、ランナーのブレード数が増えます。
ランナールーム
ランナー室は鋼板を全面溶接構造とし、キャビテーションが発生しやすい中央部にはステンレス鋼を採用することで耐キャビテーション性を向上させています。ランナー室は十分な剛性を有し、ユニット運転時のランナーブレードとランナー室間のクリアランスを均一に保つという要件を満たしています。当社工場では、製造工程において、A. CNC垂直旋盤加工、B. プロファイリング加工という包括的な加工方法を確立しています。ドラフトチューブのストレートコーン部は鋼板でライニングされ、工場で成形され、現場で組み立てられます。
投稿日時: 2022年9月26日
