JP2002242812A - 横軸バルブ水車の現地据付組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大型横軸バルブ水車の現地据付組立工期の短縮
を図る。 【解決手段】外側ケーシング１０及び内側ケーシング１
１と結合され、外側ケーシング１０の周りに打設される
コンクリートに埋設・固定されるステーベーン８を有
し、輸送制限上からいくつかの部分に分割されて工場か
ら出荷され外側ケーシング１０及びステーベーン８は現
地で溶接により接続される横軸バルブ水車の現地据付組
立方法において、外側ケーシング１０のフランジ２２に
ガイドベーン機構１５をボルト締めし、外側ケーシング
１０の分割接続部２１にシール溶接をした状態でコンク
リートを打設し、その後に分割接続部２１の本溶接を行
なう。これにより、コンクリート硬化熱や打設振動、溶
接熱による外側ケーシングフランジ２２の変形が抑えら
れ、工期の短縮が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主として大型の
横軸バルブ水車を現地で据え付け及び組み立てる方法に
関し、特にステーベーン部分のコンクリート埋設方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図８はバルブ水車の一般的な構造を示す
縦断面図である。図８において、流水路１内に密閉容器
（バルブ）２が置かれ、その下流側（図８の右側）の端
部に水車ランナ３が設けられている。バルブ２の内部に
は発電機４が収容され、その回転子５はシャフト６を介
して水車ランナ３と連結されている。水車ランナ３は、
流水路１を上流側（図８の左側）から矢印で示すように
流れる水の反力により回転し、回転子３を駆動して電力
を発生させる。水車ランナ３の上流側にはガイドベーン
７が配置され、図示しない操作器により開閉されるガイ
ドベーン７の開度により、発電機４の負荷に応じた水流
の流量調整が行なわれる。

【０００３】バルブ２は上下に直立する一対のステーベ
ーン８を介して、流水路１を形成するコンクリート構造
物９に支持されている。ステーベーン８は中空の筒体
で、各種の配線、配管の通路となり、またバルブ２に人
が出入りするマンホールを兼ねている。このステーベー
ン８は、一端が流水路１の壁面の一部を構成する円錐状
の外側ケーシング１０に結合され、他端はバルブ２の外
殻の一部を構成する円錐状の内側ケーシング１１に結合
されており、外側ケーシング１０の周りに打設されるコ
ンクリートからなるコンクリート構造物９に埋設・固定
されることにより、バルブ２を流水路中に保持してい
る。ステーベーン８の下流側端面には三角断面の整流体
１２が結合されている。

【０００４】ガイドベーン７は外側ガイドベーンリング
１３と内側ガイドベーンリング１４とに跨って開閉可能
に支持されているが、このガイドベーン７は図示しない
ガイドベーン操作器、外側ガイドベーンリング１３及び
内側ガイドベーンリング１４とともに、ガイドベーン機
構１５として一体的に組み立てられる。このガイドベー
ン機構１５は、外側ガイドベーンリング１３及び内側ガ
イドベーンリング１４の各々のフランジが外側ケーシン
グ１０及び内側ケーシング１１の各々のフランジにそれ
ぞれボルト締めされることによりバルブ２に連結され
る。外側ガイドベーンリング１３には、水車ランナ３を
囲むディスチャージリング１６の一端に連結され、ディ
スチャージリング１６の他端はコンクリート構造物で形
成された吸出し管１７に連結されている。

【０００５】ここで、大型バルブ水車においては、輸送
制限上の理由から、ステーベーン８や外側ケーシング１
０は、例えば、図９に示すようにいくつかの部分に分割
された状態で工場から出荷される。すなわち、図９の例
では、上下の各ステーベーン８は、外側ケーシング側８
ａと内側ケーシング８ｂとにそれぞれ２分割されてい
る。また、外側ケーシング１０は上流側及び下流側に２
分割されるとともに、上流側及び下流側部分は更に、１
０ａ〜１０ｄ及び１０ｅ〜１０ｈにそれぞれ４分割さ
れ、全体として８分割されている。ステーベーン８の上
下の分割部分８ａは、外側ケーシング１０の分割部分１
０ａ及び１０ｃに結合された状態で出荷され、また分割
部分８ｂは内側ケーシング１１に結合された状態で出荷
される。図９では図示していないが、整流体も上下に２
分割され、それらは外側ケーシング分割部分１０ｅ，１
０ｇ及び内側ケーシング１１にそれぞれ結合されて出荷
される。分割部分８ａ,８ｂ及び１０ａ〜１０ｈは、現
地で溶接により一体的に接続される。この分割の仕方
は、水車の容量により適宜に定められるもので種々であ
る。

【０００６】さて、このような横軸バルブ水車におい
て、ステーベーン部分の据付けは、従来は次のような手
順で行っていた。すなわち、例えば図１０に示すよう
に、分割出荷されたステーベーン８及び外側ケーシング
１０を据付け基礎１８の架台１９上に組み合わせて設置
し、ステーベーン８の分割接続部２０及び外側ケーシン
グ１０の分割接続部２１をすべて溶接して一体化する。
その後、図１１に示すように、外側ケーシング１０の周
りにコンクリートを打設する。その場合、分割接続部２
１の現地溶接やコンクリートの硬化熱及び打設振動によ
り、外側ケーシングフランジ２２の変形（うねり）は避
けられない。そのため、このフランジ２２は、図１１に
示すように、工作機械２３を使用した機械加工やグライ
ンダによる手作業で変形を修正していた。なお、図示の
工作機械２３は、内側ケーシング１４内に支持された軸
２３ａを中心に旋回するアーム２３ｂの先端にカッタ２
３ｃが取り付けられ、モータ２３ｄで回転駆動されるカ
ッタ２３ｃによりフランジ面を切削するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来方法には、次のような問題があった。 分割接続部２１の溶接及びコンクリート打設によ
り、外側ケーシング１０のフランジ面に大きな変形が生
じる。そこで、この変形をできるだけ抑えるため、図１
２に示すように、外側ケーシング１０とコンクリート構
造物９との間、外側ケーシング１０と内側ケーシング１
１との間、内側ケーシング１１の内部などに多数の補強
材２４を取り付けなければならないので、その段取りに
多くの時間がかかる。なお、補強材２４には、パイプジ
ャッキやターンバックル式のステーなどが使用される。 外側ケーシングフランジ面の修正は工作機械２３や
グラインダによる手作業で行うが、工作機械２３は大型
になるため（ちなみに、フランジ２２の直径は、大型バ
ルブ水車では10ｍ以上になる。）、その現地据付けが大
変であり、また手作業による修正は多大の工数と熟練を
要する。 外側ガイドベーンリング１３のフランジ面と内側ガ
イドベーンリング１４のフランジ面との間の寸法Ａ（図
８参照）は、ガイドベーン機構１５の組立精度上から厳
密に管理されるが、上述した外側ケーシングフランジ面
の変形により、外・内側ケーシング１３,１４のフラン
ジ面間の間隔と上記寸法Ａとの間で誤差が生じやすく、
ガイドベーン機構１５の締め付け時に対応するフランジ
面間を良好に当接させるためには、上記した間隔調整を
繰り返す必要があり、その作業に多大の時間を要する。

【０００８】そこで、この発明の課題は、ステーベーン
埋設時の外側ケーシングの変形を防止するとともに、フ
ランジ機構の締付け作業を簡易化して、現地工事期間の
短縮と据付け精度の向上を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、従来の据え付け及び組み立て
手順を根本的に見直し、次の通りに行なうものである。
まず、この発明は、分割された前記ステーベーン及び外
側ケーシングを組み合わせて据付け基礎架台上に設置
し、前記ステーベーンの分割接続部を溶接し、次いで前
記外側ケーシングの分割接続部を外側からシール溶接し
た後、前記外側ケーシングの周りにコンクリートを打設
し、その後、このコンクリートが硬化してから、前記外
側ケーシングの分割接続部を内側から本溶接するものと
する（請求項１）。

【００１０】発明者は、数多くの大型バルブ水車の据付
組立経験から、外側ケーシングのフランジ面の変形に大
きな影響を及ぼすのは、コンクリート打設前に行なう外
側ケーシングの溶接であり、コンクリートで固めた後の
溶接はフランジ面にほとんど変形を生じさせないことを
見出した。請求項１は、この知見に基づくもので、外側
ケーシングの分割接続部をコンクリート打設時にコンク
リートが浸入しない程度にシール溶接した後、そのまま
コンクリートを打設し、このコンクリートが硬化してか
ら、外側ケーシングの分割接続部の本溶接を実施するも
のである。この請求項１によれば、外側ケーシングの本
溶接の際には外側ケーシングの周りがコンクリートで固
められているため、溶接熱を受けてもフランジ面はほと
んど変形しない。

【００１１】請求項１において、前記外側ガイドベーン
リング、前記内側ガイドベーンリング、ガイドベーン及
びガイドベーン操作器を一体に組み立てたガイドベーン
機構を据付け基礎架台上に設置し、このガイドベーン機
構に前記外側ケーシング及び内側ケーシングをボルト締
めした後、前記シール溶接を行ない、その後、前記外側
ケーシングの周りにコンクリートを打設するのがよい
（請求項２）。

【００１２】分割各部が組み合わされた外側ケーシング
は、分割接続部の溶接前であれば、各分割部分は若干の
位置ずれが許容される。そこで、外側ケーシングの分割
部分の組み合わせ段階でガイドベーン機構を外側ケーシ
ング及び内側ケーシングに締め付ければ、外側ケーシン
グ及び内側ケーシングのフランジ面はガイドベーン機構
のフランジ面間寸法Ａ（図８）に馴染むように移動し、
容易にガイドベーン機構のフランジ面に密着する。そこ
で、そのままの状態でボルト締めすれば、外側ケーシン
グ及び内側ケーシングはいわば現物合わせの形でガイド
ベーン機構に連結され、外側ケーシング及び内側ケーシ
ングとガイドベーン機構との間でのフランジ面の間隔調
整が不要になる。その場合、分割接続部での位置ずれを
良好にするためには、分割部分相互の突き合わせ端面間
に若干の隙間を持たせて組み合わせるのがよい。分割接
続部のシール溶接及びコンクリート打設は、ガイドベー
ン機構の締め付け後に行なう。

【００１３】また、請求項２によれば、コンクリートの
打設に先だって外側ケーシング及び内側ケーシングをガ
イドベーン機構に締め付け固定しておくことにより、外
側ケーシンがガイドベーン機構で拘束され、その後のコ
ンクリート打設時のコンクリート硬化熱や打設振動によ
る外側ケーシングフランジの変形が防止される。

【００１４】更に、請求項２において、前記ガイドベー
ン機構を締め付ける前記外側ケーシング及び内側ケーシ
ングの前記フランジの分割接続部は、前記コンクリート
打設前に本溶接及びフランジ面の仕上げを行ない、この
フランジに前記ガイドベーン機構を締め付けた後、前記
コンクリートを打設するのがよい（請求項３）。つま
り、外側ケーシング及び内側ケーシングの分割接続部の
本溶接はできるだけコンクリート打設後に行なうもの
の、ガイドベーン機構の締付け面のみは溶接及び仕上げ
（溶接部の平滑化）を完了しておくものである。これに
より、外側ケーシング及び内側ケーシングにガイドベー
ン機構を締め付けたら、以後は分割接続部の本溶接中も
含めてガイドベーン機構を取り外す必要がなくなる。な
お、ガイドベーン機構の締め付けに際しては、フランジ
面間の水封に必要なシール材（Ｏリングなど）は当然挿
入しておくものとする

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７に基づき、かつ
図９を参照しながら、図８に示した横軸バルブ水車にこ
の発明を適用した場合の実施の形態について説明する。
ここで、図１〜図５は据付組立工程の手順を示す図、図
６は図３のＰ部の拡大斜視図である。また、図７は図４
のＱ部の拡大図で、（Ａ）はシール溶接状態、（Ｂ）は
本溶接状態を示す。なお、従来例と対応する部分には同
一の符号を用いるものとする。まず、図１に示すよう
に、据付け基礎１８上に設けた架台１９に、下部ステー
ベーン８の分割部分８ａ（図９）を設置し、基礎ボルト
で固定した後、内側ケーシング１１、上部ステーベーン
８の分割部分８ａを順次組み合わせ、分割部分相互間を
仮固定する。この仮固定は、各分割部分の突き合わせ端
部の要所（例えば各２〜３箇所）に締結片を溶接してお
き、この締結片間をボルト締めして行なう。そして、こ
の状態で芯出しを行ない、ターンバックル式のステー２
５で保持した状態で、上下ステーベーン８の分割接続部
２０を外側及び内側から溶接する。

【００１６】次いで、図２に示すように、外側ケーシン
グ１０の分割部分１０ｂ，１０ｄ，１０ｅ〜１０ｈ（図
９）を順次吊り込んで組み合わせ、同様に仮固定して図
３に示すように一体化する。この状態で、外側ケーシン
グフランジ２２の分割接続部２１のみの本溶接及び接続
面の仕上げ（平滑化）を行なう。この溶接は、図６に示
すように、フランジ２２の分割接続部２１において、ガ
イドベーン機構１５の締め付け状態では溶接ができない
フランジ２２の接続面２２ａ及び補強リブ２２ｂの内側
面に対して行なう。次いで、図３において、予め部分組
立をしておいたガイドベーン機構１５を吊り込み、図４
に示すように吊り金具２６と一緒に架台１９上に設置
し、トランシット２７を使用して外側ケーシング１０に
対する芯出しを行なう。ガイドベーン機構１５の図示し
ないフランジ面の溝には、シール材（丸ゴム）が装着さ
れている。

【００１７】外側ケーシング１０とガイドベーン機構１
５との芯出しが終了したら、ガイドベーン機構１５を外
側ケーシング１０及び内側ケーシング１１にボルトで締
め付ける。この締め付け時に、外側ケーシング１０及び
内側ケーシング１１のフランジ面とガイドベーン機構１
５側のフランジ面との間に前後の位置ずれがあれば、締
付けボルトの締め込みに応じてステーベーン８及び外側
ケーシング１１の分割部分がガイドベーン機構１５に倣
って移動し、フランジ面間は良好に密着する。

【００１８】ガイドベーン機構１５の締め付け後、外側
ケーシング１０の分割接続部２１のシール溶接を行な
う。これは、コンクリート打設時に分割接続部２１の隙
間からコンクリートが浸入しないように最少限度の溶接
を行なうもので、図７（Ａ）に示すように分割接続部２
１に外側から当て金２８をあてがい、隅部２９に添って
溶接を施す。これでステーベーン８、外側ケーシング１
０及び外側ガイドベーンリング１３が一体にユニット化
される。

【００１９】シール溶接が終了したら、ステーベーン８
及び外側ケーシング１０の据付け芯を再度確認し、必要
に応じて修正した後、図５に示すように外側ケーシング
１０の周りにコンクリートを打設する。なお、架台１９
の一部はコンクリート中にそのまま埋設する。このコン
クリート打設において、ステーベーン８、外側ケーシン
グ１０及び外側ガイドベーンリング１３が強固なユニッ
トとして一体化されているため、コンクリート硬化熱や
打設振動などが外部から作用しても外側ケーシング１０
などの変形は抑えられ、また仮に変形があってもユニッ
ト全体として影響を受けるため、フランジ面などの局部
変形には至らない。

【００２０】その後、このコンクリートが硬化したら、
ステーベーン８、外側ケーシング１０及び整流体１２の
分割接続部２１の最終本溶接を行なう。図７（Ｂ）は外
側ケーシング１０の本溶接部３０を示すものである。本
溶接は分割溶接部２１の内側から、予め形成された開先
に沿って施す。この溶接において、外側ケーシング１０
は外側からコンクリートで固められているので、溶接に
よる外側ケーシングフランジ２２の変形はほとんど生じ
ない。すべての溶接完了後、外側ケーシング１０と外側
ガイドベーンリング１３との締付けボルトをわずかに緩
め、溶接とコンクリート打設による外側ケーシング１０
の内部応力を開放し、更に外側ガイドベーンリング１３
の据付け芯をパイプジャッキなどで修正した後、締付け
ボルトを強固に締め付けて作業を終わる。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、コンク
リートに埋設されるステーベーン及び外側ケーシングと
埋設されない外側ガイドベーンリングとを一体に据え付
け及び組み立てて、芯出し、コンクリート打設及び溶接
を行なうことにより、補強作業の低減、フランジ面修正
加工の省略、ガイドベーン機構締付け調整作業の省略な
どが図られ、例えば容量23,700KWレベルの横軸バルブ水
車についていえば、据付け工期が約1.5ヶ月短縮され、
据付け経費の約10％の節減が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す据付組立工程図
で、据付け基礎架台上にステーベーンを設置した状態の
縦断面図である。

【図２】図１のステーベーンに外側ケーシングの分割部
分を組み合わせる工程を示す縦断面図である。

【図３】図２の外側ケーシング及び内側ケーシングにガ
イドベーン機構を組み合わせる工程を示す縦断面図であ
る。

【図４】図３で組み合わせたガイドベーン機構を芯出し
及びボルト締めする工程を示す縦断面図である。

【図５】図４における外側ケーシングの周りにコンクリ
ートを打設した状態を示す縦断面図である。

【図６】図３のＰ部の拡大斜視図である。

【図７】図４のＱ部の拡大図で、（Ａ）はシール溶接状
態、（Ｂ）は本溶接状態をそれぞれ示す。

【図８】横軸バルブ水車の一般的な構成を示す縦断面図
である。

【図９】図８におけるステーベーン及び外側ケーシング
の分割例を示す斜視図である。

【図１０】図９におけるステーベーン、内側ケーシング
及び外側ケーシングを据付け基礎架台上に設置した従来
例を示す縦断面図である。

【図１１】図１０における外側ケーシングの周りにコン
クリートを打設し、フランジの変形を修正する工程を示
す縦断面図である。

【図１２】図１０の右正面図である。

【符号の説明】

９ コンクリート構造物 １０ 外側ケーシング １１ 内側ケーシング １２ 整流体 １３ 外側ガイドベーンリング １４ 内側ガイドベーンリング １５ ガイドベーン機構 ２１ 外側ケーシングの分割接続部 ２２ 外側ケーシングフランジ ２８ 当て金 ２９ シール溶接部 ３０ 本溶接部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外側ケーシング及び内側ケーシングと結合
   され、かつ前記外側ケーシングの周りに打設されるコン
   クリートに埋設・固定されるステーベーンを有し、前記
   外側ケーシング及びステーベーンはいくつかの部分に分
   割された状態で工場から出荷されるとともに、これら各
   部分は現地で溶接により接続され、また前記外側ケーシ
   ング及び内側ケーシングには、外側ガイドベーンリング
   及び内側ガイドベーンリングがそれぞれフランジを介し
   てボルトで締め付けられる横軸バルブ水車の現地据付組
   立方法において、 分割された前記ステーベーン及び外側ケーシングを組み
   合わせて据付け基礎架台上に設置し、前記ステーベーン
   の分割接続部を溶接し、次いで前記外側ケーシングの分
   割接続部を外側からシール溶接した後、前記外側ケーシ
   ングの周りにコンクリートを打設し、その後、このコン
   クリートが硬化してから、前記外側ケーシングの分割接
   続部を内側から本溶接することを特徴とする横軸バルブ
   水車の現地据付組立方法。
2. 【請求項２】前記外側ガイドベーンリング、前記内側ガ
   イドベーンリング、ガイドベーン及びガイドベーン操作
   器を一体に組み立てたガイドベーン機構を据付け基礎架
   台上に設置し、このガイドベーン機構に前記外側ケーシ
   ング及び内側ケーシングをボルト締めした後、前記シー
   ル溶接を行ない、その後、前記外側ケーシングの周りに
   コンクリートを打設することを特徴とする請求項1記載
   の横軸バルブ水車の現地据付組立方法。
3. 【請求項３】前記ガイドベーン機構を締め付ける前記外
   側ケーシング及び内側ケーシングの前記フランジの分割
   接続部は、前記コンクリート打設前に本溶接及びフラン
   ジ面の仕上げを行ない、このフランジに前記ガイドベー
   ン機構を締め付けた後、前記コンクリートを打設するこ
   とを特徴とする請求項２記載の横軸バルブ水車の現地据
   付組立方法。