KR102688330B1 - Water turbine mounting structure of hydroelectric power plant and hydroelectric power plant - Google Patents
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Abstract
수력 발전 장치(H)는, 섬유 강화 플라스틱재로 이루어지는 워터 터빈(1)과, 워터 터빈의 회전을 받아 발전을 행하는 발전기(3)를 구비한다. 워터 터빈(1)의 관통공(50)에 수차축(20)이 삽통된다. 워터 터빈(1)의 허브(10)의 양 측면에 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)가 배치된다. 볼트(53)에 의해, 허브(10)와 플랜지 부재(51, 52)가 체결된다. 플랜지 부재(51, 52)가 수차축(20)에 장착된다. 허브(10)의 볼트공(10a)의 내주면과 볼트(53)의 외주면과의 사이에, 허브(10)의 축 방향 폭보다 길이가 짧고, 볼트(53)의 체결에 의해 양단이 플랜지 부재(51, 52)와 맞닿는 체결력 유지 부재(55)가 개재된다. The hydroelectric power generation device H is provided with a water turbine 1 made of a fiber-reinforced plastic material and a generator 3 that generates power by receiving rotation of the water turbine. The water wheel shaft 20 is inserted into the through hole 50 of the water turbine 1. A pair of flange members 51 and 52 are disposed on both sides of the hub 10 of the water turbine 1. The hub 10 and the flange members 51 and 52 are fastened by the bolt 53. Flange members 51 and 52 are mounted on the water wheel shaft 20. Between the inner peripheral surface of the bolt hole 10a of the hub 10 and the outer peripheral surface of the bolt 53, the length is shorter than the axial width of the hub 10, and by tightening the bolt 53, both ends are flange members ( A fastening force maintaining member 55 in contact with 51 and 52 is interposed.
Description
본 출원은, 2018년 8월 20일자 일본 특허출원 제2018-153955 및 2019년 3월 22일자 일본 특허출원 제2019-054824의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다. This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2018-153955, dated August 20, 2018, and Japanese Patent Application No. 2019-054824, dated March 22, 2019, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Quote.
본 발명은, 섬유 강화 플라스틱재로 이루어지는 워터 터빈(water turbine)을 구비하고, 수로(水路; water channel)에 설치되어 물의 힘으로 발전하는 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조에 관한 것이다. The present invention relates to a water turbine mounting structure for a hydroelectric power generation device that has a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and is installed in a water channel to generate electricity by the power of water.
수력 발전 장치는, 물의 에너지를 회전 에너지로 변환하는 워터 터빈과, 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 구비한다. 그 밖에, 필요에 따라, 워터 터빈의 회전을 증속하여 발전기에 전달하는 증속기, 발전기를 제어하는 제어 장치 등이 설치된다. A hydroelectric power generation device includes a water turbine that converts water energy into rotational energy, and a generator that converts rotational energy into electrical energy. In addition, if necessary, a speed increaser that speeds up the rotation of the water turbine and transmits it to the generator, a control device that controls the generator, etc. are installed.
소출력의 수력 발전 장치의 워터 터빈을 섬유 강화 플라스틱재로 하고, 증속기의 입력축으로 되는 수차축(水車軸)에 장착하는 경우, 종래, 도 10에 나타낸 워터 터빈 장착 구조가 채용되고 있었다. 이 워터 터빈 장착 구조는, 먼저, 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)와 워터 터빈(1)의 허브(10)의 양 측면을 끼워넣고, 이들 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)와 허브(10)를 볼트(53)와 체결하여 고정시킨다. 그리고, 이 워터 터빈(1)과 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)로 이루어지는 어셈블리를, 플랜지 부재(51, 52)의 부분에서 수차축(20)에 축 방향으로 이동 불가능하면서 또한, 회전 불가능하게 장착한다. 워터 터빈(1)이 물의 힘을 받아 회전하면, 그 회전 토크가 마찰력에 의해 플랜지 부재(51, 52)에 전달되어, 수차축(20)이 회전한다. When the water turbine of a low-output hydroelectric power generation device is made of fiber-reinforced plastic and is mounted on a water wheel shaft serving as the input shaft of a speed increaser, the water turbine mounting structure shown in FIG. 10 has conventionally been adopted. In this water turbine mounting structure, first, a pair of flange members 51, 52 and both sides of the hub 10 of the water turbine 1 are inserted, and these pair of flange members 51, 52 and the hub are connected to each other. Fasten (10) with the bolt (53) and secure it. And, the assembly consisting of the water turbine 1 and the pair of flange members 51 and 52 cannot be moved in the axial direction about the water wheel shaft 20 at the portion of the flange members 51 and 52, and cannot be rotated. Install it properly. When the water turbine 1 rotates under the force of water, the rotational torque is transmitted to the flange members 51 and 52 by friction, and the water wheel shaft 20 rotates.
특허문헌 1은 수직축형 수력 발전 장치에 관한 것이며, 수직 회전축과 3개의 블레이드(blade)를 볼트 및 너트를 사용하여 체결 고정시키는 것이 기재되어 있다. Patent Document 1 relates to a vertical axis-type hydroelectric power generation device, and describes fastening a vertical rotation axis and three blades using bolts and nuts.
수로에 설치되는 수력 발전 장치에서는, 워터 터빈이 유수(流水)로부터 다양한 변동 하중(荷重; load)을 받는다. 예를 들면, 유수의 유속(流速; flow rate) 변화에 의한 변동 하중을 받는다. 또한, 워터 터빈이, 회전 축심이 수류(水流) 방향과 평행한 프로펠러 수차(水車)인 경우, 수로의 수위 저하에 의해 워터 터빈의 상부가 수면보다 위로 나온 상태로 되면, 워터 터빈의 회전에 따라, 워터 터빈의 방사상으로 연장되는 블레이드가 물에 잠기고 있는 상태와 물로부터 나와 있는 상태를 반복함으로써, 큰 교번(交番) 하중을 받는다. In a hydroelectric power generation device installed in a waterway, a water turbine receives various fluctuating loads from running water. For example, it receives fluctuating loads due to changes in the flow rate of running water. Additionally, when the water turbine is a propeller water wheel whose rotation axis is parallel to the direction of the water flow, when the upper part of the water turbine rises above the water level due to a drop in the water level in the waterway, the rotation of the water turbine causes the upper part of the water turbine to rise above the water level. , the radially extending blades of the water turbine undergo large alternating loads by repeatedly being immersed in water and emerging from the water.
그리고, 수로의 수위 저하는, 강수량이 적은 경우나, 관개를 위해 수로의 물이 사용되는 경우에 일어난다. 또한, 장마철기, 태풍 등으로 집중 호우가 예상되는 경우에, 수로로부터의 일수(溢水; overflow)를 피하기 위해, 수로의 유량(流量)을 제한하는 경우도 있다. Additionally, a decrease in the water level of the canal occurs when there is little rainfall or when the water from the canal is used for irrigation. Additionally, when heavy rain is expected during the rainy season or due to typhoons, etc., the flow rate in the waterway may be restricted to avoid overflow from the waterway.
도 10에 나타낸 바와 같이, 워터 터빈(1)이 변동 하중(F1)를 받으면, 블레이드가 하중 방향으로 휘고, 그 휨이 블레이드의 근원부(根元部)로부터 허브(10)에 전해진다. 그러면, 양측이 플랜지 부재(51, 52)에 끼워진 허브(10)가, 양 플랜지 부재(51, 52)로부터 압축력 F2을 계속적으로 받는다. 이로써, 허브(10)가 크리프(creep) 변형되어 축 방향 폭이 좁아져, 워터 터빈(1)과 플랜지 부재(51, 52)를 체결하고 있는 볼트(53)가 느슨해져, 그 체결력이 저하된다. As shown in FIG. 10, when the water turbine 1 receives the fluctuating load F1, the blade bends in the direction of the load, and the bending is transmitted from the base of the blade to the hub 10. Then, the hub 10 with both sides fitted into the flange members 51 and 52 continuously receives the compressive force F2 from both flange members 51 and 52. As a result, the hub 10 is deformed by creep and the axial width becomes narrow, and the bolts 53 fastening the water turbine 1 and the flange members 51 and 52 become loose, thereby reducing the fastening force.
또한, 교번 하중에 의해, 허브(10)와 플랜지 부재(51, 52)와의 사이에 간극이 생기거나, 그 간극이 폐쇄되거나 함으로써, 허브(10)에서의 플랜지 부재(51, 52)와의 접촉면에 프레팅(fretting) 마모 등이 생기는 경우가 있다. 섬유 강화 플라스틱재의 수지재, 예를 들면, 비닐 에스테르 수지는, 불포화 폴리에스테르수지와 비교하여, 내수성(耐水性)이 우수하고, 물과의 접촉에서도 강도가 쉽게 열화되지 않는다. 한편, 섬유 강화 플라스틱재의 섬유재는, 물과의 접촉에 의해 강도 열화(劣化)로 이어진다. 워터 터빈의 외피는 수지재이므로, 물과 접촉해도 강도 저하가 촉진되지 않지만, 허브(10)에 프레팅 마모 등이 발생하면, 그 부분으로부터 워터 터빈의 섬유재가 물과 접촉하고, 워터 터빈(1)의 강도 저하로 이어진다. In addition, due to the alternating load, a gap is created between the hub 10 and the flange members 51 and 52, or the gap is closed, causing damage to the contact surface of the hub 10 with the flange members 51 and 52. Fretting (fretting) wear may occur. The resin material of fiber-reinforced plastic materials, for example, vinyl ester resin, has excellent water resistance compared to unsaturated polyester resin, and its strength does not easily deteriorate even in contact with water. On the other hand, the strength of the fiber materials of fiber-reinforced plastic materials deteriorates due to contact with water. Since the outer shell of the water turbine is a resin material, strength reduction is not accelerated even when in contact with water. However, if fretting wear or the like occurs in the hub 10, the fiber material of the water turbine comes into contact with water from that portion, and the water turbine 1 ) leads to a decrease in strength.
워터 터빈(1)을 금속재로 하면, 상기 허브(10)의 크리프 변형이나 프레팅 마모를 방지할 수 있다. 그러나, 섬유 강화 플라스틱재를 사용한 경우와 동등한 강도를 금속재로 확보하려고 하면, 워터 터빈(1)의 중량이 커지게 된다. 그러므로, 수차축(20)을 지지하는 기어의 강성(剛性)을 높일 필요가 있어, 비용 상승으로 된다. If the water turbine 1 is made of metal, creep deformation or fretting wear of the hub 10 can be prevented. However, if an attempt is made to secure the same strength using a metal material as in the case of using a fiber-reinforced plastic material, the weight of the water turbine 1 becomes large. Therefore, it is necessary to increase the rigidity of the gear supporting the water shaft 20, resulting in an increase in cost.
또한, 워터 터빈(1)을 비교적 경량인 알루미늄재로 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 수차축(20)이나 증속기에는 주로 강재(鋼材)가 사용되고 있으므로, 워터 터빈(1)이 알루미늄재이면, 이종(異種) 금속인 알루미늄재와 강재가 물에 잠기게 되어, 전해부식이 발생할 가능성이 있다. 그러므로, 알루미늄재의 적용은 어렵다. Additionally, it is conceivable to make the water turbine 1 made of relatively lightweight aluminum. However, since steel materials are mainly used for the water shaft 20 and the gearbox, if the water turbine 1 is made of aluminum, the aluminum material and steel materials, which are different metals, will be submerged in water, causing electrolytic corrosion. There is a possibility that it will happen. Therefore, application of aluminum materials is difficult.
본 발명의 목적은, 섬유 강화 플라스틱재로 만들어진 워터 터빈이 유수로부터의 변동 하중을 받음으로써, 워터 터빈의 허브가 크리프 변형이나 프레팅 마모되어 일어나는 강도 저하를 방지할 수 있는 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조, 및 수력 발전 장치를 제공하는 것이다. The object of the present invention is to provide a water turbine of a hydroelectric power generation device that can prevent strength reduction caused by creep deformation or fretting wear of the hub of the water turbine by receiving a fluctuating load from running water. To provide a mounting structure and a hydroelectric power generation device.
본 발명의 제1 구성에 관한 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조는, 섬유 강화 플라스틱재로 이루어지는 워터 터빈과, 이 워터 터빈의 회전을 받아 발전을 행하는 발전기를 구비한 수력 발전 장치에 있어서의, 상기 워터 터빈을 수차축에 대하여 일체로 회전하도록 장착하는 워터 터빈 장착 구조로서, The water turbine mounting structure of the hydroelectric power generator according to the first configuration of the present invention is the hydroelectric power generator provided with a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and a generator that generates power by receiving rotation of the water turbine. A water turbine mounting structure in which the water turbine is mounted to rotate integrally with respect to the water shaft,
상기 워터 터빈은 중심부에 중실(中實)의 허브를 구비하고, 이 허브에 형성된 관통공에 상기 수차축이 삽통(揷通)되고, The water turbine has a solid hub at the center, and the water shaft is inserted into a through hole formed in the hub,
상기 허브의 양 측면에 한 쌍의 플랜지 부재가 배치되고, 상기 허브 및 상기 한 쌍의 플랜지 부재에 형성된 볼트공에 걸쳐서 볼트가 삽통되고, 이 볼트에 의해 상기 허브와 상기 한 쌍의 플랜지 부재가 체결되고, A pair of flange members are disposed on both sides of the hub, and bolts are inserted through bolt holes formed in the hub and the pair of flange members, and the hub and the pair of flange members are fastened by these bolts. become,
상기 한 쌍의 플랜지 부재가 상기 수차축에 장착되고, The pair of flange members is mounted on the water shaft,
상기 허브의 상기 볼트공의 내주면(內周面)과 상기 볼트의 외주면(外周面)과의 사이에, 상기 허브의 축 방향 폭보다 길이가 짧고, 상기 볼트의 체결에 의해 양단이 상기 한 쌍의 플랜지 부재와 맞닿는 체결력 유지 부재가 개재(介在)되는 것을 특징으로 한다. Between the inner peripheral surface of the bolt hole of the hub and the outer peripheral surface of the bolt, a length is shorter than the axial width of the hub, and by tightening the bolt, both ends are formed into the pair of bolts. It is characterized in that a fastening force maintaining member in contact with the flange member is interposed.
이 구성에 의하면, 허브와 한 쌍의 플랜지 부재를 체결하는 볼트를 체결하면, 허브가 탄성 변형되어 그 축 방향 폭이 좁게 되므로, 체결력 유지 부재의 양단이 한 쌍의 플랜지 부재와 맞닿는다. 이 상태에서는, 워터 터빈이 변동 하중을 받아 한 쌍의 플랜지 부재로부터 워터 터빈의 중심부에 대하여 압축력이 작용한 경우, 그 압축력을 체결력 유지 부재가 받아 허브에는 큰 압축력이 걸리지 않기 때문에, 허브가 크리프 변형되는 것이 방지된다. 이와 같이, 허브의 크리프 변형을 방지함으로써, 볼트의 느슨함을 방지하여, 허브와 플랜지 부재의 체결력의 저하를 회피할 수 있다. According to this configuration, when the bolt that fastens the hub and the pair of flange members is tightened, the hub is elastically deformed and its axial width becomes narrow, so both ends of the fastening force maintaining member come into contact with the pair of flange members. In this state, when the water turbine receives a fluctuating load and a compressive force is applied from the pair of flange members to the center of the water turbine, the compressive force is received by the fastening force holding member and no large compressive force is applied to the hub, so the hub undergoes creep deformation. is prevented from happening. In this way, by preventing creep deformation of the hub, loosening of the bolt can be prevented and a decrease in the fastening force between the hub and the flange member can be avoided.
또한, 허브와 플랜지 부재의 체결력이 확보되어 있으므로, 워터 터빈에 교번 하중이 작용해도, 허브와 플랜지 부재와의 사이에 간극이 생기거나, 그 간극이 폐쇄되거나 하지 않아, 허브에서의 플랜지 부재와의 접촉면에 프레팅 마모가 일어나지 않는다. 그러므로, 워터 터빈의 섬유 강화 플라스틱재의 내부로의 물의 침투가 억제되어, 섬유 강화 플라스틱재의 재료 열화에 의한 워터 터빈의 강도 저하를 방지할 수 있다. Additionally, since the fastening force between the hub and the flange member is secured, even if an alternating load acts on the water turbine, a gap does not appear between the hub and the flange member or the gap is closed, and the gap between the hub and the flange member is not closed. Fretting wear does not occur on the contact surface. Therefore, penetration of water into the interior of the fiber-reinforced plastic material of the water turbine is suppressed, and a decrease in the strength of the water turbine due to material deterioration of the fiber-reinforced plastic material can be prevented.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 플랜지 부재는, 상기 볼트의 길이 방향의 두께가 서로 같으며, 또한 상기 허브와의 접촉 면적이 서로 같은 것이면 된다. 이 경우, 허브가 양측의 플랜지 부재로부터 받는 압축력의 크기를 거의 같게 할 수 있으므로, 허브와 각각의 플랜지 부재와의 사이에 균등한 마찰력이 작용하므로, 밸런스가 양호하다. In the present invention, the pair of flange members may have the same thickness in the longitudinal direction of the bolt and have the same contact area with the hub. In this case, the magnitude of the compressive force that the hub receives from the flange members on both sides can be made approximately the same, and an equal friction force is applied between the hub and each flange member, resulting in good balance.
본 발명에 있어서, 상기 플랜지 부재에서의 상기 허브와의 접촉면의 에지에 모따기부(chamfered portion)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 모따기부가 형성되어 있으면, 에지 로드가 경감되어, 프레팅 마모의 발생을 방지할 수 있다. In the present invention, it is preferable that a chamfered portion is formed on the edge of the contact surface of the flange member with the hub. If the chamfer is formed, the edge load is reduced and the occurrence of fretting wear can be prevented.
본 발명의 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조는, 상기 워터 터빈이 복수의 날개를 구비하는 프로펠러 수차인 경우에 적절하다. 특히, 상기 프로펠러 수차인 워터 터빈이, 회전 축심이 수류 방향과 평행인 경우에 적절하다. 어느 경우에도, 워터 터빈이 큰 변동 하중을 받으므로, 본 발명의 워터 터빈 장착 구조를 채용하는 것에 의한 효과가 크다. The water turbine mounting structure of the hydroelectric power generation device of the present invention is suitable when the water turbine is a propeller water turbine having a plurality of blades. In particular, the water turbine, which is the propeller water turbine, is suitable when the rotation axis is parallel to the water flow direction. In either case, since the water turbine receives a large fluctuating load, the effect of adopting the water turbine mounting structure of the present invention is large.
본 발명의 제2 구성에 관한 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조는, 섬유 강화 플라스틱재로 이루어지는 워터 터빈과, 이 워터 터빈의 회전을 받아 발전을 행하는 발전기를 구비한 수력 발전 장치에 있어서의, 상기 워터 터빈을 수차축에 대하여 일체로 회전하도록 장착하는 워터 터빈 장착 구조로서, The water turbine mounting structure of the hydroelectric power generator according to the second configuration of the present invention is the hydroelectric power generator provided with a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and a generator that generates power by receiving rotation of the water turbine. A water turbine mounting structure in which the water turbine is mounted to rotate integrally with respect to the water shaft,
상기 워터 터빈은 중심부에 중실의 허브를 구비하고, 이 허브에 형성된 관통공에 상기 수차축이 삽통되고, The water turbine has a solid hub at the center, and the water shaft is inserted into a through hole formed in the hub,
상기 허브의 양 측면에 한 쌍의 플랜지 부재가 배치되고, 상기 허브 및 상기 한 쌍의 플랜지 부재에 형성된 볼트공에 걸쳐서 볼트가 삽통되고, 이 볼트에 의해 상기 허브와 상기 한 쌍의 플랜지 부재가 체결되고, A pair of flange members are disposed on both sides of the hub, and bolts are inserted through bolt holes formed in the hub and the pair of flange members, and the hub and the pair of flange members are fastened by these bolts. become,
상기 한 쌍의 플랜지 부재가 상기 수차축에 장착되고, The pair of flange members is mounted on the water shaft,
상기 한 쌍의 플랜지 부재는, 상기 볼트의 길이 방향의 두께가 서로 같으며, 또한 상기 허브와의 접촉 면적이 서로 같다. The pair of flange members have the same thickness in the longitudinal direction of the bolt and have the same contact area with the hub.
이 경우, 허브가 양측의 플랜지 부재로부터 받는 압축력의 크기를 거의 같게 할 수 있으므로, 허브와 각각의 플랜지 부재와의 사이에 균등한 마찰력이 작용하므로, 밸런스가 양호하다. In this case, the magnitude of the compressive force that the hub receives from the flange members on both sides can be made approximately the same, and an equal friction force is applied between the hub and each flange member, resulting in good balance.
본 발명의 수력 발전 장치는, 섬유 강화 플라스틱재로 이루어지는 워터 터빈과, 이 워터 터빈의 회전을 받아 발전을 행하는 발전기를 구비한 수력 발전 장치로서, 상기한 어느 하나의 워터 터빈 장착 구조에 의해, 상기 워터 터빈이 수차축에 대하여 일체로 회전하도록 장착되어 있다. 이 구성의 수력 발전 장치에 의하면, 섬유 강화 플라스틱재로 만들어진 워터 터빈이 유수로부터의 변동 하중을 받음으로써, 워터 터빈의 허브가 크리프 변형이나 프레팅 마모되어 일어나는 강도 저하를 방지할 수 있어, 수력 발전 장치의 내구성이 우수하고, 보수를 위해 운전 휴지(休止)하는 시간이 단축할 수 있어, 가동율(稼動率)이 향상된다.The hydroelectric power generation device of the present invention is a hydroelectric power generation device including a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and a generator that generates power by receiving rotation of the water turbine. By using any of the water turbine mounting structures described above, The water turbine is mounted to rotate integrally with respect to the water shaft. According to the hydroelectric power generation device of this configuration, the water turbine made of fiber-reinforced plastic material receives a fluctuating load from running water, thereby preventing the hub of the water turbine from deteriorating in strength due to creep deformation or fretting wear, thereby generating hydroelectric power. The durability of the device is excellent, the downtime for maintenance can be shortened, and the operating rate is improved.
특허청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 2개 이상의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. Any combination of two or more elements disclosed in the claims and/or specification and/or drawings is encompassed by the present invention. In particular, any combination of two or more of each claim in the claims is included in the present invention.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 워터 터빈 장착 구조가 적용된 수력 발전 장치의 정면도이다.
도 2는 동 수력 발전 장치의 측면도이다.
도 3은 도 2의 주요부를 나타낸 측면도이며, 일부를 단면(斷面)으로 나타내고 있다.
도 4는 도 3의 부분 확대도이다.
도 5는 워터 터빈의 허브와 체결력 유지 부재의 단면도(斷面圖)이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 워터 터빈 장착 구조를 나타낸 단면도이다.
도 7a는 도 6의 VIIA부 확대도이다.
도 7b는 도 6의 VIIB부 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 워터 터빈 장착 구조를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 워터 터빈 장착 구조를 나타낸 단면도이다.
도 10은 종래의 워터 터빈 장착 구조를 나타낸 단면도이다. The present invention can be more clearly understood from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for simple illustration and description and are not used to define the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims. In the accompanying drawings, the same symbols in a plurality of drawings represent the same or equivalent parts.
1 is a front view of a hydroelectric power generation device to which a water turbine mounting structure according to a first embodiment of the present invention is applied.
Figure 2 is a side view of the hydroelectric power plant.
Figure 3 is a side view showing the main part of Figure 2, and a part is shown in cross section.
Figure 4 is a partial enlarged view of Figure 3.
Figure 5 is a cross-sectional view of the hub of the water turbine and the fastening force maintaining member.
Figure 6 is a cross-sectional view showing the water turbine mounting structure according to the second embodiment of the present invention.
Figure 7a is an enlarged view of part VIIA of Figure 6.
Figure 7b is an enlarged view of part VIIB of Figure 6.
Fig. 8 is a cross-sectional view showing the water turbine mounting structure according to the third embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a cross-sectional view showing the water turbine mounting structure according to the fourth embodiment of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional view showing a conventional water turbine mounting structure.
[제1 실시형태][First Embodiment]
<수력 발전 장치><Hydroelectric power generation device>
도 1, 도 2는 제1 실시형태에 관한 워터 터빈 장착 구조가 적용된 수력 발전 장치(H)의 정면도 및 측면도이다. 이 수력 발전 장치(H)는, 수로에 설치되어 물의 힘으로 발전을 행하는 것이며, 워터 터빈(1), 증속기(2), 발전기(3), 및 지지 장치(4)를 구비한다. 수력 발전 장치(H)에는, 그 밖에, 발전기(3)를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음) 등이 설치된다. 1 and 2 are front and side views of a hydroelectric power plant H to which the water turbine mounting structure according to the first embodiment is applied. This hydroelectric power generation device (H) is installed in a waterway and generates power using the power of water, and includes a water turbine (1), a speed increaser (2), a generator (3), and a support device (4). In addition, a control device (not shown) that controls the generator 3 and the like are installed in the hydroelectric power plant H.
워터 터빈(1)은, 중심부에 위치하는 허브(10)의 외주(外周)로부터 복수(예를 들면, 5개)의 블레이드(11)가 방사상으로 연장되는 프로펠러 수차이다. 워터 터빈(1)은, 그 회전 축심 O이 수로의 수류의 방향 A로 평행하게 되도록 설치된다. 각 블레이드(11)의 선단부는, 상류측을 향해 경사져 있다. 허브(10)와 블레이드(11)는 일체로 형성되어 있다. 상류측으로 되는 허브(10)의 전면(前面)에는, 스피너(spinner)(12)가 장착되어 있다. 이들 허브(10), 블레이드(11), 및 스피너(12)는, 섬유 강화 플라스틱재로 만들어지고 있다. The water turbine 1 is a propeller water turbine in which a plurality of blades 11 (for example, five) extend radially from the outer periphery of a hub 10 located at the center. The water turbine 1 is installed so that its rotation axis O is parallel to the direction A of the water flow in the water channel. The tip of each blade 11 is inclined toward the upstream side. The hub 10 and the blade 11 are formed as one piece. A spinner 12 is mounted on the front of the hub 10 on the upstream side. These hubs 10, blades 11, and spinners 12 are made of fiber-reinforced plastic material.
증속기(2)는, 워터 터빈(1)의 회전을 증속하는 것이다. 증속기(2)의 입력축으로 되는 수차축(20)이 증속기(2)로부터 상류측으로 돌출되어 있다. 이 수차축(20)에 워터 터빈(1)이 일체로 회전하도록 고정된다. The speed increaser 2 increases the rotation of the water turbine 1. The water wheel shaft 20, which serves as the input shaft of the gearbox 2, protrudes upstream from the gearbox 2. The water turbine 1 is fixed to this water wheel shaft 20 so as to rotate integrally.
도 3에 나타낸 바와 같이, 증속기(2)의 증속 기구(21)는, 서로 맞물리는 한 쌍의 베벨 기어(22, 23)로 이루어진다. 입력측의 베벨 기어(22)는 수차축(20)에 장착되어 있다. 출력측의 베벨 기어(23)는 연직(沿直) 방향으로 연장되는 회전 전달축(24)에 장착되어 있다. 회전 전달축(24)은, 증속기(21)에 의해 증속된 회전력을 발전기(3)에 전달하는 축이다. 회전 전달축(24)은, 지주(支柱; column)(25)의 내부에 설치되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 지주(25)는, 상단(上端)이 지지 장치(4)에 고정되고, 하단(下端)에 증속기(2)가 지지되어 있다. As shown in FIG. 3, the speed increase mechanism 21 of the speed increaser 2 consists of a pair of bevel gears 22 and 23 that mesh with each other. The bevel gear 22 on the input side is mounted on the water wheel shaft 20. The bevel gear 23 on the output side is mounted on a rotation transmission shaft 24 extending in the vertical direction. The rotation transmission shaft 24 is a shaft that transmits the rotational force increased by the speed increaser 21 to the generator 3. The rotation transmission shaft 24 is installed inside the column 25. As shown in FIG. 2, the upper end of the strut 25 is fixed to the support device 4, and the gearbox 2 is supported at the lower end.
도 2에 있어서, 발전기(3)는 아래쪽으로 연장되는 발전기 축(30)을 구비한다. 이 발전기 축(30)이 회전 연결구(31)를 통해 상기 회전 전달축(24)과 연결되어 있다. 이로써, 워터 터빈(1)의 회전이 증속기(2)에 의해 증속되어 발전기(3)에 전달되어, 발전기(3)가 발전한다. 발전기(3)는, 예를 들면, 3상 교류 발전기이다. In Figure 2, the generator 3 has a generator shaft 30 extending downward. This generator shaft 30 is connected to the rotation transmission shaft 24 through a rotation connector 31. Accordingly, the rotation of the water turbine 1 is accelerated by the speed increaser 2 and transmitted to the generator 3, and the generator 3 generates power. The generator 3 is, for example, a three-phase alternating current generator.
도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지 장치(4)는, 수로의 양측의 측벽(5)의 사이에 걸쳐져 설치된 2개의 빔(beam)(40)과, 이들 빔(40) 상에 탑재된 가대(mount frame)(41)와, 이 가대(41)에 설치된 2개의 발전기 스탠드(42)와, 이들 2개의 발전기 스탠드(42)의 상부를 연결하도록 설치된 베이스판(43)을 구비한다. 발전기(3)는, 가대(41)와 베이스판(43)과의 사이에 배치되고, 베이스판(43)에 고정된다. As shown in Figures 1 and 2, the support device 4 includes two beams 40 installed across the side walls 5 on both sides of the waterway, and a beam mounted on these beams 40. It is provided with a mount frame 41, two generator stands 42 installed on the mount frame 41, and a base plate 43 installed to connect the upper parts of these two generator stands 42. The generator 3 is disposed between the stand 41 and the base plate 43 and is fixed to the base plate 43.
<워터 터빈 장착 구조><Water turbine mounting structure>
상기 수차축(20)에 대한 상기 워터 터빈(1)의 장착 구조에 대하여 설명한다. The mounting structure of the water turbine 1 on the water shaft 20 will be described.
도 3에 나타낸 바와 같이, 수차축(20)은, 증속기(2)로부터 상류측(도 3의 좌측)으로 돌출된 대경부(大徑部)(20a)와, 이 대경부(20a)의 선단으로부터 상류측으로 연장되는 소경부(小徑部)(20b)를 구비한다. 소경부(20b)의 기단(基端; base end)을 제외하고 외주면에 수나사(20c)가 형성되어 있다. As shown in FIG. 3, the aberration shaft 20 includes a large diameter portion 20a protruding upstream from the speed increaser 2 (left side in FIG. 3), and a large diameter portion 20a of this large diameter portion 20a. It is provided with a small diameter portion 20b extending upstream from the tip. Male threads 20c are formed on the outer peripheral surface except for the base end of the small diameter portion 20b.
워터 터빈(1)은, 허브(10)의 상류측 및 하류측의 양 측면에, 한 쌍의 환형(環形)의 플랜지 부재(51, 52)가 볼트(53)에 의해 체결되어 고정되어 있다. 허브(10)는, 중앙부에 관통공(50)을 구비하는 통형(筒形)과, 관통공(50) 이외의 부분은 중실로 성형되어 있다. The water turbine 1 is fixed to both upstream and downstream sides of the hub 10 by fastening a pair of annular flange members 51 and 52 with bolts 53. The hub 10 is shaped like a cylinder with a through hole 50 in the center, and parts other than the through hole 50 are solid.
상류측의 플랜지 부재(51)는, 허브(10)의 관통공(50)보다 내경(內徑)이 작아 수차축(20)의 소경부(20b)에 끼워맞춤 가능하다. 하류측의 플랜지 부재(52)는, 내주면이 수차축(20)의 대경부(20a)에 끼워맞춤 가능하며, 또한 외주면이 허브(10)의 관통공(50)에 끼워맞춤 가능한 통형부(54)를 구비한다. The flange member 51 on the upstream side has a smaller inner diameter than the through hole 50 of the hub 10 and can be fitted into the small diameter portion 20b of the water wheel shaft 20. The downstream flange member 52 has a cylindrical portion 54 whose inner peripheral surface can be fitted into the large diameter portion 20a of the water wheel shaft 20 and whose outer peripheral surface can be fitted into the through hole 50 of the hub 10. ) is provided.
도 4에 나타낸 바와 같이, 워터 터빈(1)의 허브(10) 및 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)에, 각각, 볼트공(10a), (51a), (52a)이 축 방향으로 설치되어 있다. 상기 볼트(53)는, 이들 볼트공(10a), (51a), (52a)에 걸쳐서 삽통된다. 이 실시형태의 경우, 하류측의 플랜지 부재(52)의 볼트공(52a)이 나사공으로 되어 있고, 상류측으로부터 볼트공(51a), (10a)에 삽입한 볼트(53)의 나사부(53a)를 나사공인 볼트공(52a)에 나사결합시킴으로써, 워터 터빈(1)과 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)가 체결된다. 다른 예로서, 하류측의 플랜지 부재(52)의 볼트공(52a)이 나사공이 아니고, 볼트공(52a)을 관통시킨 볼트(53)의 나사부(53a)에 너트(도시하지 않음)를 나사 장착함으로써, 워터 터빈(1)과 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)를 체결해도 된다. As shown in FIG. 4, bolt holes 10a, 51a, and 52a are respectively installed in the hub 10 and the pair of flange members 51 and 52 of the water turbine 1 in the axial direction. It is done. The bolt 53 is inserted through these bolt holes 10a, 51a, and 52a. In this embodiment, the bolt hole 52a of the downstream flange member 52 is a threaded hole, and the threaded portion 53a of the bolt 53 inserted into the bolt hole 51a and 10a from the upstream side. The water turbine 1 and the pair of flange members 51 and 52 are fastened by screwing into the bolt hole 52a, which is a screw hole. As another example, the bolt hole 52a of the downstream flange member 52 is not a threaded hole, and a nut (not shown) is screwed into the threaded portion 53a of the bolt 53 that penetrates the bolt hole 52a. By doing so, the water turbine 1 and the pair of flange members 51 and 52 may be fastened.
허브(10)의 볼트공(10a)은 플랜지 부재(51, 52)의 볼트공(51a), (52a)보다 내경이 크고, 허브(10)의 볼트공(10a)의 내주면과 볼트(53)의 외주면과의 사이에 체결력 유지 부재(55)가 개재되어 있다. 체결력 유지 부재(55)는, 워터 터빈(1)의 섬유 강화 플라스틱재보다 경도(硬度)가 높고, 또한 수중에서 쉽게 녹슬지 않는 재료, 예를 들면, 스테인레스(SUS304) 등의 금속재로 이루어진다. 이 실시형태의 체결력 유지 부재(55)는, 볼트공(10a)의 내주(內周)에 끼워맞추어지는 원통형이다. The bolt hole 10a of the hub 10 has a larger inner diameter than the bolt holes 51a and 52a of the flange members 51 and 52, and the inner peripheral surface of the bolt hole 10a of the hub 10 and the bolt 53 A fastening force maintaining member 55 is interposed between the outer peripheral surface of . The fastening force holding member 55 is made of a material that has higher hardness than the fiber-reinforced plastic material of the water turbine 1 and does not easily rust in water, for example, a metal material such as stainless steel (SUS304). The fastening force holding member 55 of this embodiment is cylindrical and fits into the inner periphery of the bolt hole 10a.
도 5에 나타낸 바와 같이, 체결력 유지 부재(55)의 길이는 허브(10)의 축 방향 폭보다 약간 짧게 하고 있다. 상세하게는, 다음과 같이 체결력 유지 부재(55)의 길이가 정해져 있다. 즉, 체결력 유지 부재(55)의 길이를 l, 허브(10)의 축 방향 폭을 L로 한 경우, As shown in Fig. 5, the length of the fastening force retaining member 55 is slightly shorter than the axial width of the hub 10. In detail, the length of the fastening force maintaining member 55 is determined as follows. That is, when the length of the fastening force maintaining member 55 is l and the axial width of the hub 10 is L,
l= L-dl … (식 1)l=L-dl… (Equation 1)
의 관계가 성립된다. 여기서, dl은, 허브(10)의 탄성 변형 상한의 변위량이다. 그리고, 도 5에서는 dl의 치수를 과장하여 표시하고 있지만, 실제의 dl의 치수는 육안 관찰이 곤란한 정도로 미소(微小)이다. relationship is established. Here, dl is the displacement amount of the upper limit of elastic deformation of the hub 10. Although the size of dl is exaggerated in Figure 5, the actual size of dl is so small that it is difficult to observe with the naked eye.
체결력 유지 부재(55)는, 허브(10)의 볼트공(10a)의 내주면에 단지 끼워맞춘 것만으로도 되지만, 접착제에 의해 고정시켜도 된다. 체결력 유지 부재(55)를 접착제에 의해 고정시키는 경우, 도 5와 같이, 볼트공(10a)의 중앙부에 체결력 유지 부재(55)가 위치하도록 고정하면 된다. The fastening force holding member 55 may simply be fitted onto the inner peripheral surface of the bolt hole 10a of the hub 10, but may also be fixed with an adhesive. When fixing the fastening force maintaining member 55 with an adhesive, the fastening force retaining member 55 may be positioned at the center of the bolt hole 10a, as shown in FIG. 5 .
수차축(20)에 대한 워터 터빈(1)의 장착 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도 5와 같이 허브(10)의 볼트공(10a)에 체결력 유지 부재(55)를 끼워맞춘 워터 터빈(1)에 대하여, 허브(10)의 양 측면에 플랜지 부재(51, 52)를 볼트(53)에 의해 체결하여 어셈블리로 한다. 이 어셈블리를, 도 3에 나타낸 바와 같이, 허브(10)의 관통공(50)에 수차축(20)이 삽통된 상태에서, 수차축(20)에 장착된다. A method of mounting the water turbine 1 to the water shaft 20 will be described. First, with respect to the water turbine 1 in which the fastening force maintaining member 55 is fitted into the bolt hole 10a of the hub 10 as shown in FIG. 5, flange members 51 and 52 are installed on both sides of the hub 10. It is assembled by fastening with bolts (53). As shown in FIG. 3, this assembly is mounted on the water wheel shaft 20 with the water wheel shaft 20 inserted into the through hole 50 of the hub 10.
구체적으로는, 상류측의 플랜지 부재(51)를 수차축(20)의 소경부(20b)의 기단에 끼워맞추고, 또한 하류측의 플랜지 부재(52)의 통형부(54)를 수차축(20)의 대경부(20a)에 끼워맞춘다. 그리고, 상류측의 플랜지 부재(51)를 대경부(20a)와 소경부(20b)와의 단면(20d)에 맞닿게 하여, 소경부(20b)의 수나사(20c)에 나사장착한 너트(56)에 의해, 상류측의 플랜지 부재(51)를 수차축(20)에 대하여 축 방향으로 이동 불가능하게 장착한다. 또한, 수차축(20)의 대경부(20a) 및 하류측의 플랜지 부재(52)의 통형부(54)에 설치된 키홈에 키(57)를 걸어맞춤으로써, 하류측의 플랜지 부재(52)를 수차축(20)에 회전 불가능하게 장착한다. Specifically, the flange member 51 on the upstream side is fitted to the base end of the small diameter portion 20b of the water wheel shaft 20, and the cylindrical portion 54 of the flange member 52 on the downstream side is fitted on the water shaft 20. ) is fitted into the large diameter portion (20a). Then, the flange member 51 on the upstream side is brought into contact with the cross section 20d of the large diameter portion 20a and the small diameter portion 20b, and a nut 56 is screwed onto the male thread 20c of the small diameter portion 20b. As a result, the flange member 51 on the upstream side is mounted so that it cannot move in the axial direction with respect to the water wheel shaft 20. Furthermore, the downstream flange member 52 is secured by engaging the key 57 in the key groove provided in the large diameter portion 20a of the water shaft 20 and the cylindrical portion 54 of the downstream flange member 52. It is mounted non-rotatably on the water wheel shaft (20).
<워터 터빈 장착 구조의 작용><Function of water turbine mounting structure>
허브(10)와 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)를 체결하는 볼트(53)를 체결하면, 허브(10)가 탄성 변형되어 그 축 방향 폭이 좁게 되므로, 체결력 유지 부재(55)의 양단이 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)와 맞닿는다. 이 상태에서는, 워터 터빈(1)이 변동 하중을 받아 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)로부터 워터 터빈(1)의 중심부에 대하여 압축력이 작용한 경우, 그 압축력을 체결력 유지 부재(55)가 받아 허브(10)에는 큰 압축력이 걸리지 않기 때문에, 허브(10)가 크리프 변형되는 것이 억제된다. 이와 같이, 허브(10)의 크리프 변형을 억제함으로써, 볼트(53)의 느슨함을 방지하여, 허브(10)와 플랜지 부재(51, 52)의 체결력의 저하를 회피할 수 있다. When the bolt 53 that fastens the hub 10 and the pair of flange members 51 and 52 is tightened, the hub 10 is elastically deformed and its axial width becomes narrow, so both ends of the fastening force maintaining member 55 It comes into contact with this pair of flange members 51 and 52. In this state, when the water turbine 1 receives a fluctuating load and a compressive force is applied from the pair of flange members 51 and 52 to the center of the water turbine 1, the compressive force is applied to the fastening force holding member 55. Since no large compressive force is applied to the hub 10, creep deformation of the hub 10 is suppressed. In this way, by suppressing creep deformation of the hub 10, loosening of the bolt 53 can be prevented and a decrease in the fastening force between the hub 10 and the flange members 51 and 52 can be avoided.
체결력 유지 부재(55)의 길이 l을, 식 1을 만족시키는 길이로 하는 경우, 볼트(53)를 체결한 상태에서, 허브(10)가 탄성 변형의 상한까지 변형된다. When the length l of the fastening force retaining member 55 is set to a length that satisfies Equation 1, the hub 10 is deformed up to the upper limit of elastic deformation in the state in which the bolt 53 is fastened.
그러므로, 볼트(53)의 체결이 강고해져, 볼트(53)가 더 한층 쉽게 느슨해지지 않는다. Therefore, the fastening of the bolt 53 becomes stronger, and the bolt 53 does not loosen easily.
그리고, 체결력 유지 부재(55)는, 식 1의 치수 관계로 함으로써 볼트(53)의 체결력을 강화할 수 있는 형상, 치수이면 되고, 반드시 원통형이 아니라도 된다. 예를 들면, 단면 형상이 U자형이나 홈형의 부재라도 된다. In addition, the fastening force holding member 55 may have a shape and size that can strengthen the fastening force of the bolt 53 by maintaining the dimensional relationship of equation 1, and does not necessarily have to be cylindrical. For example, the member may have a U-shaped or groove-shaped cross-sectional shape.
또한, 허브(10)와 플랜지 부재(51, 52)의 체결력이 확보되어 있으므로, 워터 터빈(1)에 교번 하중이 작용해도, 허브(10)와 플랜지 부재(51, 52)와의 사이에 간극이 생기거나, 그 간극이 폐쇄되거나 하지 않아, 허브(10)에서의 플랜지 부재(51, 52)와의 접촉면에 프레팅 마모가 일어나지 않는다. 그러므로, 워터 터빈(1)의 섬유 강화 플라스틱재의 내부로의 물의 침투가 억제되어, 워터 터빈(1)의 재료 열화에 의한 강도 저하를 방지할 수 있다. In addition, since the fastening force between the hub 10 and the flange members 51 and 52 is secured, even if an alternating load acts on the water turbine 1, there is no gap between the hub 10 and the flange members 51 and 52. Fretting wear does not occur on the contact surface of the hub 10 with the flange members 51 and 52, as the gap is not closed. Therefore, penetration of water into the interior of the fiber-reinforced plastic material of the water turbine 1 is suppressed, and a decrease in strength due to material deterioration of the water turbine 1 can be prevented.
체결력 유지 부재(55)가 허브(10)의 볼트공(10a)의 내주면에 접착제에 의해 고정되어 있으면, 체결력 유지 부재(55)가 볼트공(10a) 중에서 움직이는 것에 의한 볼트공(10a)의 내주면의 손상이 억제된다. 이로써, 볼트공(10a)의 내주면으로부터의 섬유 강화 플라스틱재의 내부로의 물의 침투도 억제된다. 체결력 유지 부재(55)를 접착제에 의해 고정시키는 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 볼트공(10a)의 중앙부에 체결력 유지 부재(55)를 고정하면, 볼트(53)의 체결에 의한 허브(10)의 탄성 변형이 축 방향의 양쪽에서 균등하게 행해지므로, 바람직하다. If the fastening force maintaining member 55 is fixed to the inner peripheral surface of the bolt hole 10a of the hub 10 with an adhesive, the fastening force maintaining member 55 moves in the bolt hole 10a to the inner peripheral surface of the bolt hole 10a. Damage is suppressed. Thereby, penetration of water into the interior of the fiber-reinforced plastic material from the inner peripheral surface of the bolt hole 10a is also suppressed. When fixing the fastening force holding member 55 with an adhesive, as shown in FIG. 5, if the fastening force holding member 55 is fixed to the central part of the bolt hole 10a, the hub 10 by fastening the bolt 53 ) is preferable because the elastic deformation is performed equally on both sides of the axial direction.
상기한 바와 같이 워터 터빈(1)의 섬유 강화 플라스틱재로의 물의 침투가 억제되므로, 내수성이 높은 고가의 섬유 강화 플라스틱재를 사용하지 않아도 된다. 또한, 체결력 유지 부재(55)가 원통형이므로, 체결력 유지 부재(55) 자체의 가공이 용이할뿐아니라, 볼트공(10a)의 가공도 용이하다. 그러므로, 저비용으로 워터 터빈(1)의 강도 저하 방지를 실현할 수 있다. As described above, penetration of water into the fiber-reinforced plastic material of the water turbine 1 is suppressed, so there is no need to use an expensive fiber-reinforced plastic material with high water resistance. In addition, since the fastening force holding member 55 is cylindrical, not only the fastening force holding member 55 itself is easy to process, but also the bolt hole 10a is easy to process. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the strength of the water turbine 1 at low cost.
또한, 허브(10)의 볼트공(10a)의 내주면과 볼트(53)의 외주면과의 사이에 체결력 유지 부재(55)를 개재시킨 것에 의해, 볼트(53)가 볼트공(10a)의 내주면에 접촉하지 않게 된다. 그러므로, 워터 터빈(1)이 물로부터 받는 스러스트(thrust) 방향의 변동 하중이 발생해도, 볼트공(10a)의 내주면 표층부의 마모를 방지할 수 있다. 그 결과, 워터 터빈(1)의 재료인 섬유 강화 플라스틱재의 내부로의 물의 침투가 억제되어, 워터 터빈(1)의 재료 열화에 의한 강도 저하를 방지할 수 있다. In addition, by interposing the fastening force holding member 55 between the inner peripheral surface of the bolt hole 10a of the hub 10 and the outer peripheral surface of the bolt 53, the bolt 53 is attached to the inner peripheral surface of the bolt hole 10a. There will be no contact. Therefore, even if a fluctuating load in the thrust direction received by the water turbine 1 from water occurs, wear of the inner peripheral surface layer of the bolt hole 10a can be prevented. As a result, penetration of water into the interior of the fiber-reinforced plastic material, which is the material of the water turbine 1, is suppressed, and a decrease in strength due to material deterioration of the water turbine 1 can be prevented.
[제2 실시형태][Second Embodiment]
도 6은 워터 터빈 장착 구조의 제2 실시형태를 나타낸다. 이 워터 터빈 장착 구조는, 워터 터빈(1)의 허브(10)에 체결되는 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)가, 상기 볼트(53)의 길이 방향의 두께, 즉 워터 터빈(1)의 축 방향의 두께가 서로 같으며, 또한 허브(10)와의 접촉 면적이 서로 같은 것으로 되어 있다. 상기 양 플랜지 부재(51, 52)는, 하류측의 플랜지 부재(52)에 설치된 통형부(54)보다 외경측의 부분의 전체가 균일한 두께의 평판형으로 되어 있다. 도시한 예에서는, 상류측의 플랜지 부재(51)는, 외경측단으로부터 내경측단의 전체에 걸쳐 균일한 두께로 되어 있다. 또한, 도 7a, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 각각의 플랜지 부재(51, 52)에서의 허브(10)와의 접촉면의 에지에, 단면이 원호형의 모따기부(61, 62)가 형성되어 있다. 모따기부(61, 62)는, 다른 단면 형상이라도 된다. 예를 들면, 2차 곡선 등의 곡선 형상이라도 된다. 경우에 따라서는, 직선형으로 절결(切缺)한 형상이라도 된다. Figure 6 shows a second embodiment of the water turbine mounting structure. In this water turbine mounting structure, a pair of flange members 51 and 52 fastened to the hub 10 of the water turbine 1 have a thickness in the longitudinal direction of the bolt 53, that is, that of the water turbine 1. The thickness in the axial direction is the same, and the contact area with the hub 10 is the same. The entire portion of the two flange members 51 and 52 on the outer diameter side of the cylindrical portion 54 provided on the downstream flange member 52 is shaped like a plate with a uniform thickness. In the example shown, the flange member 51 on the upstream side has a uniform thickness from the outer diameter side edge to the inner diameter side edge. Additionally, as shown in FIGS. 7A and 7B, chamfers 61 and 62 having an arc-shaped cross section are formed on the edges of the contact surfaces of each flange member 51 and 52 with the hub 10. The chamfered portions 61 and 62 may have different cross-sectional shapes. For example, it may be a curved shape such as a quadratic curve. In some cases, it may have a straight cut shape.
이와 같이, 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)의 축 방향 두께가 서로 같으며, 또한 허브(10)와의 접촉 면적이 서로 같은 것이면, 허브(10)가 양측의 플랜지 부재(51, 52)로부터 받는 압축력의 크기를 거의 같은 것으로 할 수 있고, 그러므로, 허브(10)와 각각의 플랜지 부재(51, 52)와의 사이에 균등한 마찰력이 작용하므로, 밸런스가 양호하다. 그 결과, 변동 하중에 대해서도, 플랜지 부재(51, 52)의 한쪽이 과대한 압축력을 받지 않고, 그러므로, 크리프 변형되지 않는다. 또한, 플랜지 부재(51, 52)에서의 허브(10)와의 접촉면의 에지에 모따기부(61, 62)가 형성되어 있으면, 에지 로드가 경감되어, 프레팅 마모의 발생을 방지할 수 있다. In this way, if the axial thickness of the pair of flange members 51 and 52 is the same and the contact area with the hub 10 is the same, the hub 10 is separated from the flange members 51 and 52 on both sides. The magnitude of the compressive force received can be made to be approximately the same, and therefore, an equal friction force is applied between the hub 10 and each of the flange members 51 and 52, so the balance is good. As a result, even in response to fluctuating loads, one side of the flange members 51 and 52 does not receive excessive compressive force and therefore does not undergo creep deformation. Additionally, if chamfers 61 and 62 are formed on the edges of the contact surfaces of the flange members 51 and 52 with the hub 10, the edge load is reduced and occurrence of fretting wear can be prevented.
그리고, 상기한, 한 쌍의 플랜지 부재(51, 52)의 축 방향 폭이 서로 같으며, 또한 허브(10)와의 접촉 면적이 서로 같은 것에 의해, 허브(10)가 양측의 플랜지 부재(51, 52)로부터 받는 압축력의 크기를 거의 같게 할 수 있으므로, 허브(10)와 각각의 플랜지 부재(51, 52)와의 사이에 균등한 마찰력이 작용하므로, 밸런스가 양호하다는 효과는, 체결력 유지 부재(55)를 생략해도 얻을 수 있다. In addition, since the axial widths of the pair of flange members 51 and 52 described above are the same and their contact areas with the hub 10 are the same, the hub 10 is connected to the flange members 51 and 52 on both sides. Since the magnitude of the compressive force received from 52 can be made almost the same, an equal friction force is applied between the hub 10 and each flange member 51, 52, so the effect of good balance is achieved by the fastening force holding member 55 ) can also be obtained by omitting it.
[제3 실시형태][Third Embodiment]
제1 실시형태(도 4) 및 제2 실시형태(도 6)에서는, 볼트(53)의 나사부(53a)가 허브(10)의 볼트공(10a)과 축 방향으로 중첩되어 있지 않지만, 도 8에 나타낸 제3 실시형태와 같이, 볼트(53)의 나사부(53a)의 일부가 허브(10)의 볼트공(10a)과 축 방향으로 중첩되어 있어도 된다. 이 경우, 나사공인 볼트공(52a)의 축 방향 전역(全域)에 볼트(53)의 나사부(53a)가 나사결합되므로, 큰 체결력을 얻을 수 있다. In the first embodiment (FIG. 4) and the second embodiment (FIG. 6), the threaded portion 53a of the bolt 53 does not overlap in the axial direction with the bolt hole 10a of the hub 10, but FIG. As in the third embodiment shown in , a part of the threaded portion 53a of the bolt 53 may overlap the bolt hole 10a of the hub 10 in the axial direction. In this case, since the threaded portion 53a of the bolt 53 is screwed to the entire axial direction of the bolt hole 52a, a large fastening force can be obtained.
[제4 실시형태][Fourth Embodiment]
그러나, 도 8과 같이 볼트(53)의 나사부(53a)의 일부가 허브(10)의 볼트공(10a)과 축 방향으로 중첩되어 있으면, 나사부(53a)가 체결력 유지 부재(55)와 접촉하여 체결력 유지 부재(55)가 마모되는 현념(懸念)이 있다. 이와 같은 체결력 유지 부재(55)의 마모를 방지하기 위해, 도 9와 같이 구성하면 된다. 도 9에 나타낸 제4 실시형태는, 하류측의 플랜지 부재(52)의 축 방향 내측면에, 볼트공(52a)의 외주에 펼쳐지는 단면이 원형인 오목부(58)가 형성되고, 이 오목부(58)에 체결력 유지 부재(55)의 상류측단이 끼워넣어져 있다. 볼트(53)의 나사부(53a)는, 나사공인 볼트공(52a)에 나사결합되어 있다. 나사부(53a)의 기단 위치 P는, 오목부(58) 또는 볼트공(52a)의 축 방향 범위 내에 있다. 즉, 볼트(53)의 나사부(53a)는, 워터 터빈(1)보다 축 방향의 외측에 위치하고 있다. 이로써, 볼트(53)의 나사부(53)의 일부가 체결력 유지 부재(55)와 접촉하지 않고, 체결력 유지 부재(55)의 마모가 경감된다. However, as shown in FIG. 8, if a portion of the threaded portion 53a of the bolt 53 overlaps the bolt hole 10a of the hub 10 in the axial direction, the threaded portion 53a contacts the fastening force retaining member 55. There is a possibility that the fastening force maintaining member 55 is worn out. In order to prevent wear of the fastening force maintaining member 55, it may be configured as shown in FIG. 9. In the fourth embodiment shown in Fig. 9, a concave portion 58 with a circular cross-section extending to the outer periphery of the bolt hole 52a is formed on the axial inner surface of the downstream flange member 52, and this concave portion The upstream end of the fastening force retaining member 55 is inserted into the portion 58. The threaded portion 53a of the bolt 53 is screwed to the bolt hole 52a, which is a threaded hole. The proximal end position P of the threaded portion 53a is within the axial direction range of the recessed portion 58 or the bolt hole 52a. That is, the threaded portion 53a of the bolt 53 is located outside the water turbine 1 in the axial direction. As a result, a portion of the threaded portion 53 of the bolt 53 does not come into contact with the fastening force retaining member 55, and wear of the fastening force retaining member 55 is reduced.
각각의 상기 실시형태는, 허브(10)의 양 플랜지(51, 52)의 축 방향의 두께를 각각 균등하게 하였으나, 양 플랜지(51, 52)는, 축 방향에 대향하는 부분의 두께가 서로 같으면, 반드시 균등한 두께가 아니라도 된다. 각각의 상기 실시형태는, 워터 터빈(1)이 프로펠러 수차이며, 또한 그 회전 축심 O이 수류 방향과 평행인 수력 발전 장치에 적용된 워터 터빈 장착 구조를 나타내지만, 본 발명은, 워터 터빈(1)의 회전 축심 O이 수류 방향과 평행이 아닐 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 워터 터빈(1)이 프로펠러 수차가 아닌 수력 발전 장치에도 적용할 수 있다. In each of the above embodiments, the thickness of the flanges 51 and 52 in the axial direction of the hub 10 is equalized, but if the thickness of the portions of the flanges 51 and 52 facing each other in the axial direction are the same, , it does not necessarily have to be of uniform thickness. Although each of the above embodiments shows a water turbine mounting structure applied to a hydroelectric power generation device in which the water turbine 1 is a propeller water wheel and its rotation axis O is parallel to the water flow direction, the present invention provides the water turbine 1 It can also be applied when the rotation axis O is not parallel to the water flow direction. Additionally, the water turbine 1 can be applied to a hydroelectric power generation device other than a propeller water turbine.
이상, 실시예에 기초하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명하였으나, 여기서 개시한 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서가 아니라 특허 청구의 범위에 의해 기재되고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. The embodiments for carrying out the present invention have been described above based on examples. However, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims rather than the foregoing description, and is intended to include all changes within the meaning and scope equivalent to the claims.
1: 워터 터빈
3: 발전기
10: 허브
10a, 51a, 52a: 볼트공
11: 블레이드
20: 수차축
50: 관통공
51, 52: 플랜지 부재
53: 볼트
55: 체결력 유지 부재
61, 62: 모따기부
H: 수력 발전 장치
O: 회전 축심1: Water turbine
3: Generator
10: hub
10a, 51a, 52a: bolt hole
11: blade
20: water wheel axis
50: Through hole
51, 52: Flange member
53: bolt
55: Absence of maintaining fastening force
61, 62: Chamfer part
H: Hydroelectric power plant
O: Rotational axis
Claims (7)
상기 워터 터빈은 중심부에 중실(中實)의 허브를 구비하고, 상기 허브에 형성된 관통공에 상기 수차축이 삽통(揷通)되고,
상기 허브의 양 측면에 한 쌍의 플랜지 부재가 배치되고, 상기 허브 및 상기 한 쌍의 플랜지 부재에 형성된 볼트공에 걸쳐서 볼트가 삽통되고, 상기 볼트에 의해 상기 허브와 상기 한 쌍의 플랜지 부재가 체결되고,
상기 한 쌍의 플랜지 부재가 상기 수차축에 장착되고,
상기 허브의 상기 볼트공의 내주면(內周面)과 상기 볼트의 외주면(外周面) 사이에, 상기 허브의 축 방향 폭보다 길이가 짧고, 상기 볼트의 체결에 의해 상기 허브가 탄성 변형하여 상기 허브의 축 방향 폭이 좁게 되는 것으로 양단이 상기 한 쌍의 플랜지 부재와 맞닿는 체결력 유지 부재가 개재(介在)되고, 상기 체결력 유지 부재는, 상기 허브의 상기 볼트공의 내주면에 접착제에 의해 고정되어 있는,
수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조. In a hydroelectric power generation device including a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and a generator that generates power by receiving rotation of the water turbine, the water turbine is rotated integrally with respect to the water wheel shaft. As a water turbine mounting structure mounted so as to,
The water turbine has a solid hub at the center, and the water shaft is inserted into a through hole formed in the hub,
A pair of flange members are disposed on both sides of the hub, bolts are inserted through bolt holes formed in the hub and the pair of flange members, and the hub and the pair of flange members are fastened by the bolts. become,
The pair of flange members is mounted on the water shaft,
Between the inner peripheral surface of the bolt hole of the hub and the outer peripheral surface of the bolt, the length is shorter than the axial width of the hub, and the hub is elastically deformed by tightening the bolt. The axial width of is narrowed so that a fastening force maintaining member whose both ends abut against the pair of flange members is interposed, and the fastening force retaining member is fixed to the inner peripheral surface of the bolt hole of the hub with an adhesive.
Water turbine mounting structure of hydroelectric power plant.
상기 한 쌍의 플랜지 부재는, 상기 볼트의 길이 방향의 두께가 서로 같으며, 또한 상기 허브와의 접촉 면적이 서로 같은, 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조. According to paragraph 1,
The pair of flange members has the same thickness in the longitudinal direction of the bolt and has the same contact area with the hub.
상기 플랜지 부재에서의 상기 허브와의 접촉면의 에지에 모따기부(chamfered portion)가 형성되어 있는, 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조. According to claim 1 or 2,
A water turbine mounting structure for a hydroelectric power generating device, wherein a chamfered portion is formed on an edge of a contact surface of the flange member with the hub.
상기 워터 터빈은, 복수의 날개를 구비하는 프로펠러 수차(水車)인, 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조. According to claim 1 or 2,
A water turbine mounting structure for a hydroelectric power generation device, wherein the water turbine is a propeller water wheel provided with a plurality of blades.
상기 프로펠러 수차인 워터 터빈은, 회전 축심이 수류(水流) 방향과 평행인, 수력 발전 장치의 워터 터빈 장착 구조. According to clause 4,
The water turbine, which is the propeller water wheel, is a water turbine mounting structure of a hydroelectric power generation device in which the rotation axis is parallel to the water flow direction.
제1항 또는 제2항에 기재된 워터 터빈 장착 구조에 의해, 상기 워터 터빈이 수차축에 대하여 일체로 회전하도록 장착된,
수력 발전 장치. A hydroelectric power generation device comprising a water turbine made of a fiber-reinforced plastic material and a generator that generates power by receiving rotation of the water turbine,
By means of the water turbine mounting structure according to claim 1 or 2, the water turbine is mounted to rotate integrally with respect to the water wheel axis.
Hydroelectric power plant.
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