水力タービンは、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と、水のエネルギーを
電気設備 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的特徴に基づいて、大きく2つのカテゴリーに分類できる。
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
上流の貯水池から汲み上げられた水は、まず水路（渦巻きケーシング）に流れ込み、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水路に流れ込む。
水流は羽根に反作用力を及ぼし、それによってインペラが回転する。このとき、水のエネルギーは機械エネルギーに変換され、ランナーから流れ出た水はドラフトチューブを通して排出される。
下流。
衝撃水車は主にフランシス流式、斜流式、軸流式に分類される。主な違いは、ランナーの構造が異なる点である。
（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、ホイールクラウンや下部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両方を行うこのタイプのタービンは、適用可能な水頭範囲が広く、小型で低コストであるため、高水頭の用途で広く使用されています。
軸流はプロペラ型と回転型に分けられます。前者は固定ブレードを持ち、後者は回転ブレードを持ちます。軸流ランナーは一般的に3～8枚のブレード、ランナー本体、排水コーンなどの主要部品で構成されています。この種のタービンの水通過能力はフランシス流よりも大きいです。パドルタービンの場合、ブレードは負荷に応じて位置を変えることができるため、大きな負荷変動の範囲で高い効率を発揮します。タービンの耐キャビテーション性能と強度は混合流タービンよりも劣り、構造もより複雑です。一般的に、10の低～中水頭範囲に適しています。
（２）水路室の機能は、水を水路機構に均等に流し込み、水路機構のエネルギー損失を減らし、水車を改善することである。
機械効率。水頭が上にある大型および中型タービンでは、円形断面の金属製渦巻きケーシングがよく使用される。
（３）水案内機構は、一般的に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ている。
この組成物の機能は、水の流れをランナーに均等に導き、ガイドベーンの開口部を調整することによって、タービンのオーバーフローを
発電機の負荷調整や変更に関する要件は、それらすべてが閉じている場合、水の封じ込めの役割も果たすことができます。
（４）ドラフトパイプ：ランナー出口の水流に残るエネルギーの一部は利用されないため、ドラフトパイプの機能は、
エネルギーの一部は下流に排出されます。小型タービンは一般的に効率の高い直線円錐ドラフトチューブを使用しますが、大型および中型タービンは
水道管はあまり深く掘ることができないため、エルボ状の排水管が使用される。
さらに、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る。
衝撃タービン：
このタイプのタービンは、高速で流れる水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ある。
バケットタービンは、一般的に上記の高落差水力発電所で使用されます。その主な構成要素は、導水路、ノズル、および噴霧器です。
針、水車、渦巻きケーシングなどは、水車の外縁に多数のスプーン状の水受けが取り付けられている。このタービンの効率は負荷によって変化する。
変化は小さいが、水通過能力はノズルによって制限され、これは半径方向の軸方向の流れよりもはるかに小さい。水通過能力を向上させるために、出力と
効率を向上させるため、大型水バケットタービンは水平軸から垂直軸に変更され、単一ノズルからマルチノズルへと発展した。
3．反動タービンの構造の概要
渦巻きケーシング、シートリング、ドラフトチューブなどの埋設部分は、すべてコンクリート基礎に埋設されています。これらは、装置の排水および溢水部分の一部です。
渦巻き
渦巻きケーシングは、コンクリート製と金属製に分けられます。水頭が40メートル以下のタービンでは、主にコンクリート製が用いられます。水頭が40メートルを超えるタービンでは、強度が必要なため、一般的に金属製が用いられます。金属製は、高強度、加工の容易さ、土木工事の簡便さ、発電所の導水管との接続の容易さといった利点があります。
金属製の渦巻きケーシングには、溶接式と鋳造式の2種類がある。
水頭が約40～200メートルの大型および中型衝撃水車には、鋼板溶接の渦巻きケーシングが主に用いられます。溶接の便宜上、渦巻きケーシングは複数の円錐形セクションに分割されることが多く、各セクションは円形ですが、ケーシングの尾部セクション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加工されます。各円錐形セクションは、板圧延機によってロール成形されます。
小型フランシス水車では、鋳鉄製の渦巻きケーシングが一体鋳造されることが多い。高落差・大容量の水車では、通常、鋳鋼製の渦巻きケーシングが使用され、ケーシングとシートリングは一体鋳造される。
渦巻きケーシングの最下部には、メンテナンス中に溜まった水を排出するための排水弁が備えられています。
シートリング
シートリングは衝撃水車の基本的な構成要素です。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の重量も支えるため、十分な強度と剛性が求められます。シートリングの基本機構は、上部リング、下部リング、および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部であり、軸方向荷重を伝達する支柱であり、流路面でもあります。同時に、タービンの主要構成部品の組み立てにおける主要な基準部品であり、最も早く設置される部品の1つでもあります。したがって、十分な強度と剛性を備えている必要があり、同時に優れた水力性能も求められます。
シートリングは荷重支持部と流路部の両方の役割を担っているため、流路面は流体損失を最小限に抑えるために流線型の形状になっている。
シートリングの構造形態は、一般的に単柱型、半一体型、一体型の3種類に分類される。フランシス水車の場合、通常は一体型構造のシートリングが用いられる。
ドラフトパイプと基礎リング
ドラフトチューブはタービンの流路の一部であり、直線円錐形と曲線円錐形の2種類があります。曲線ドラフトチューブは一般的に大型および中型タービンで使用されます。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本部品であり、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、この基礎リング内で回転します。
導水構造
水車水路機構の機能は、ランナー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を採用することで、異なる流量でも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ーに入るようにします。タービンの良好な水力特性を確保し、流量を調整してユニットの出力を変更し、通常時および事故時の停止時に水流を遮断してユニットの回転を停止します。大型および中型の水路機構は、ガイドベーンの軸位置に応じて、円筒形、円錐形（バルブ型および斜め流タービン）、および放射状（全貫通型タービン）に分類できます。水路機構は主に、ガイドベーン、ガイドベーン操作機構、環状部品、シャフトスリーブ、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。
水路案内機構の環状部品には、底部リング、上部カバー、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含まれる。これらの部品は複雑な力が作用し、高い製造精度が求められる。
下部リング
底リングは、シートリングに固定された平らな環状部分で、そのほとんどは鋳造溶接構造です。大型ユニットの輸送条件の制約により、2つの半分または複数の花弁の組み合わせに分割できます。堆積摩耗のある発電所では、流れの表面に特定の耐摩耗対策が講じられます。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タイプのゴムシール溝が必要です。当社の工場では主に真鍮製シール板を使用しています。底リングのガイドベーンシャフト穴は、トップカバーと同心である必要があります。トップカバーと底リングは、中型および小型ユニットの同じ穴あけによく使用されます。大型ユニットは現在、当社の工場でCNCボーリングマシンで直接穴あけされています。
制御ループ
コントロールリングは、リレーの力を伝達し、伝達機構を介してガイドベーンを回転させる環状部品である。
ガイドベーン
現在、案内羽根には対称型と非対称型の2つの標準的な形状が用いられています。対称型案内羽根は、一般的に渦巻きの巻き付け角度が不完全な高比速度軸流タービンに用いられます。一方、非対称型案内羽根は、一般的に巻き付け角度が完全な渦巻きで用いられ、開口部の大きい低比速度軸流タービンや、高・中比速度フランシス水車に用いられます。円筒形の案内羽根は一般的に一体鋳造で製造されますが、大型ユニットでは鋳造溶接構造も用いられます。
ガイドベーンは水路機構の重要な部分であり、ランナーに入る水の循環量を形成および変化させる上で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。一般的には鋳造が用いられ、大型ユニットでは鋳造溶接も用いられます。材料は一般的にZG30およびZG20MnSiです。ガイドベーンの柔軟な回転を確保するため、ガイドベーンの上部、中部、下部の軸は同心である必要があり、半径方向の振れは中央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対して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形状は、ランナーに入る水の循環量に直接影響します。ガイドベーンの先端と後端は、キャビテーション耐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、および上部カバーの高さに関係しています。基本的には一体型の円筒形ですが、大型ユニットでは分割構造になっていることが多く、これにより隙間を非常に正確に調整できるという利点があります。
ガイドベーンスラスト装置は、水圧によるガイドベーンの浮力上昇を防止します。ガイドベーンの自重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がり、上部カバーに衝突してコネクティングロッドにかかる力に影響を与えます。スラストプレートは一般的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つ目はエネルギー損失の低減、2つ目は位相変調動作中の空気漏れの低減、3つ目はキャビテーションの低減です。ガイドベーンのシールは、高さ方向シールと端部シールに分けられます。
案内羽根の軸径の中央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、シールリングと案内羽根の軸径との間の水圧がしっかりと密閉されます。そのため、スリーブには排水孔が設けられています。下部軸径のシールは、主に堆積物の侵入と軸径の摩耗を防ぐためのものです。
ガイドベーン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ものが2種類あります。1つはフォークヘッド型で、応力状態が良好で、大型および中型ユニットに適しています。もう1つは耳型で、構造がシンプルであることが主な特徴で、小型および中型ユニットにより適しています。
耳型ハンドル伝動機構は、主にガイドベーンアーム、連結板、分割ハーフキー、せん断ピン、シャフトスリーブ、エンドカバー、耳型ハンドル、回転スリーブ連結ロッドピンなどで構成されています。力はそれほど強くありませんが、構造がシンプルなので、中小規模の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、連結プレート、フォークヘッド、フォークヘッドピン、連結ネジ、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、補償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、作動トルクを直接伝達する。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によってエンドカバー上に吊り下げられている。スプリットキーを使用しているため、ガイドベーン本体の上下端面間の隙間を調整する際にガイドベーンが上下に移動するが、他の伝達部品の位置には影響しない。
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装備されています。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、まずせん断ピンが切断され、他の伝動部品の損傷を防ぎます。
さらに、連結板または制御リングとフォークヘッドとの接続部において、連結ねじを水平に保つために、調整用の補正リングを取り付けることができる。連結ねじの両端のねじ山はそれぞれ左ねじと右ねじになっているため、取り付け時に連結ロッドの長さとガイドベーンの開口部を調整することができる。
回転部
回転部は主にランナー、主軸、ベアリング、シール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、ブレードを組み立てて溶接して作られます。タービンの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、乾油潤滑など、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型ベアリングが採用されています。
フランシス・ランナー
フランシス水車は、上部クラウン、ブレード、下部リングから構成されます。上部クラウンには通常、漏水損失を低減するための漏水防止リングと、軸方向の水圧を低減するための圧力解放装置が備えられています。下部リングにも漏水防止装置が備えられています。
軸方向ランナーブレード
軸流ランナー（エネルギー変換の主要部品）のブレードは、本体とピボットの2つの部分から構成されています。これらは別々に鋳造され、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。）製造には、一般的にZG30とZG20MnSiが使用されます。ランナーのブレード数は、一般的に4、5、6、8枚です。
ランナーの体
ランナー本体にはすべてのブレードと作動機構が装備されており、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。通常、ランナー本体はZG30およびZG20MnSiで作られています。形状は体積損失を低減するためにほとんどが球形です。ランナー本体の具体的な構造は、リレーの配置位置と作動機構の形状によって異なります。主軸との接続では、カップリングねじは軸方向の力のみを支え、トルクは接合面の半径方向に沿って配置された円筒形のピンによって支えられます。
作動機構
操作フレームとの直線リンク：
1. ブレード角度が中間位置にあるとき、アームは水平で、コネクティングロッドは垂直です。
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、半径方向の位置はスナップリングによって位置決めされます。
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る。
4. 操作フレームには、組み立て時の調整に便利な耳型ハンドルが付いています。耳型ハンドルと操作フレームの嵌合端面は、リミットピンによって制限されており、耳型ハンドルを固定した際に連結ロッドが詰まるのを防ぎます。
5. 操作フレームは「I」字型を採用しています。そのほとんどは、4～6枚のブレードを備えた小型から中型のユニットで使用されています。
操作フレームのない直線リンク機構: 1. 操作フレームが廃止され、連結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。大型ユニットの場合。
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、旋回アームと連結ロッドは大きな傾斜角を持ちます。2. リレーのストロークが増加し、ブレード数の多いランナーで動作します。
ランナールーム
ランナーチャンバーは、鋼板溶接構造で、中央のキャビテーションが発生しやすい部分はステンレス鋼で作られており、キャビテーション耐性が向上しています。ランナーチャンバーは、ユニットの運転時にランナーブレードとランナーチャンバー間のクリアランスが均一であるという要件を満たすのに十分な剛性を備えています。当社の工場では、製造工程において完全な加工方法を確立しています。A. CNC立旋盤加工。B. プロファイル加工。ドラフトチューブの直線円錐部は鋼板で裏打ちされ、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
