会社のニュース カプラン水車の設置プロセスの簡単な紹介

このプレゼンテーションでは、カプラン タービンのモデルを使用して、その主な設置手順を紹介します。内部構造をわかりやすく説明するため、画像はすべて断面図となっております。

1. 1.組み込みコンポーネントのインストール
2. 2.ランナーの取り付け
3. 3.ガイドベーンとヘッドカバーの取り付け
4. 4.ガイドベーン駆動機構の設置
5. 5.ウォーターガイドベアリングとシャフトシールを取り付けます。
6. 6.ランナー、ガイドコーン、サポートカバーの3大部品の接続と吊り上げ設置。

1.組み込みコンポーネントのインストール

水力発電所の発電所の第一段階のコンクリート注入中に、喫水管エルボのコンクリート注入を完了し、喫水管コーンセクション（総称して喫水管と呼ぶ）の関連コンポーネントをエルボの上に設置するものとします。ドラフトチューブなどの基礎部品を固定した後、ランナーチャンバーを取り付けます。ランナーチャンバーはユニット取り付けの基準となる部品であり、その取り付け位置は正確でなければなりません。次の図は、ドラフト チューブ ランナー チャンバーとランナー チャンバーを示しています。

図 1. ドラフト チューブとランナー チャンバー

ランナー室上部にはステーリングが取り付けられています。大型水車のステーリングは大きく重いため、現場で組み立てられます。その中心はランナー室の中心と同軸です。ステーリングは水車全体の基礎部品として高い取付精度が要求されるだけでなく、十分な強度を確保する必要があります。図 2 を参照してください。

図2｜軸流タービンのランナーリング

ステーリングの外周には金属製のスパイラルケーシングがセグメントごとに取り付けられています。スパイラルケーシングの設置が完了したら、第2期コンクリート充填を実施し、タービン発電機ピットの建設が完了します。多くの軸流タービンはコンクリートスパイラルケーシングを採用しており、ステーリングの構造も若干異なります。図 3 を参照してください。

図3｜軸流タービンの金属スパイラルケーシング

シートリング内側の下部にはボトムリングが設置されており、このボトムリングには調整ガイドベーンの下端にベアリングを取り付けるための穴が設けられています。図 4 の下部の緑色のリングを参照してください。

図4｜カプラン水車の底部リング

2. ランナーの取り付け

大型水車のランナーは現場で組み立てられます。

ランナーシャフト（主軸）は中空であり、その内部にはランナーブレードの回転を制御するオイルパイプが通っています。主軸の上端のフランジは水素化装置に接続され、下端のフランジはランナー本体に接続されます。シャフトの中間部分にはシャフト カラーがあり、ガイド ベアリングの回転部分として機能します。図5を参照してください。このモデルは羽根が4枚あり、羽根車本体に羽根の回転を制御する機構が組み込まれています。図 6 に示すように、この機構はブレード アームを回転駆動します。ブレード回転機構は図には示されていません。ブレードをブレードアームに取り付け、主軸をランナー本体に取り付けます。図 7 に完成したランナーを示します。

図 8. カプラン タービン ランナーをランナー チャンバーに取り付ける

3. ガイドベーンとヘッドカバーの取り付け

可動ガイドベーンの下軸に下ガイドベーンベアリングを取り付け、ガイドベーンを1枚ずつボトムリングに取り付けます。

図 9. 可動ガイドベーンの取り付け

ステーリング上部にはヘッドカバーが装着されています。ヘッドカバーには、図10に示すように、ガイドベーンスリーブ（軸受）を取り付けるための貫通穴が設けられています。ヘッドカバー内には、潤滑、排水、冷却管などの油管、水管などが納められています。

図 10. カプランタービンのヘッドカバーの取り付け

ガイドベーンシャフトスリーブをヘッドカバーに取り付けます。図 11 に示すように、スリーブは可動ガイド ベーンの上部シャフトのベアリングとして機能します。スリーブの内部にはベアリング ブッシュとシャフト シール装置があります。

図 11.カプランタービン用ガイドベーンシャフトスリーブの取り付け

プラント内で、サポート カバーをフロー ガイド コーンとともに組み立て、ヘッド カバー内の所定の位置に持ち上げます。サポートカバーにはコントロールリングの取付面（レール）が設けられています。

図 12. カプランタービンのサポートカバーの組み立て

4. ガイドベーン駆動機構の設置

コントロールリングをサポートカバーのガイドレールに取り付けます。コントロールリングはタービンシャフト軸を中心に回転可能です。コントロールリングの上側にはシリンダロッドを接続するための大きなアイレットがあり、下周にはガイドベーンリンケージロッドを接続するためのピンがあります。

各ガイドベーンの上端軸にクランクアームを取り付け、コンロッドを用いてクランクアームとコントロールリングのピンを接続します。すべてのガイド ベーンが同じ角度で回転するように、コネクティング ロッドの中央にあるネジ付きスリーブを調整します。

カプランタービンのガイドベーンクランクアームとコネクティングロッドの取り付け。サーボモーターシートはコンクリートにあらかじめ埋め込まれた位置に取り付けられます。一部の大型水力タービンでは、サーボモーター シートがヘッド カバーに取り付けられています。サーボモータを取り付けるには、コンロッドを使用してシリンダのピストンロッドとコントロールリングを接続します。

5. ウォーターガイドベアリングとシャフトシールを取り付けます。

ガイド ベアリングは主にランナーの機械的アンバランス力に耐え、シャフトの振動を防ぎます。ガイド ベアリングは、ガイド ベアリング ブッシング、サポート ネジ、ベアリング ベース、シャフト カラー、オイル クーラーなどのいくつかの主要コンポーネントで構成されています。シャフトカラーはメインシャフトに取り付けられた回転部品であり、他のコンポーネントは固定されています。サポートねじはベアリング台座のブッシュサポートに取り付けられています。 6 つのブッシュ (断面図には 4 つだけが示されています) がメイン シャフトのシャフト カラーをしっかりと包み込みます。ガイドベアリングはオイルタンクの蓋で覆われたオイルタンク内に設置されています。オイルタンクとオイルタンクの蓋は、それぞれ軸受台座の下と上に取り付けられています。ブシュは潤滑油に浸されており、オイルタンクの下部には油温の上昇を防ぐため扇形の銅管クーラーが設置されています。ガイドベアリングは、図18に示すように、ガイドコーンの上部中央に取り付けられます。

図16 ウォーターガイドベアリングの構造

主軸シール装置は、ランナー室からの加圧水が主軸とガイドコーンの隙間から上方に漏れるのを防ぎます。メカニカルフェイスシールを採用したモデルです。 6 本の支柱がシールベアリングに固定されています (断面図には 3 つだけが示されています)。これらの柱には、図 17(a) に示すように、バネが取り付けられています。

シールリングホルダーはシールサポートの内輪に挿入されます。サポートの6本の支柱をシールリングホルダーの6つの穴に挿入します。ホルダーは上下に可動し、図 17(b) に示すように、ホルダーとサポートの間の隙間にはシールリングが埋め込まれており、水漏れを防ぎます。

回転リングは主軸に隙間なく固定されており、主軸とともに回転します。シール リングはシール リング ホルダーに埋め込まれており、サポート上のスプリングにより、シール リングが回転リングの下面にしっかりと押し付けられます。主軸が回転すると、回転リングとシールリングに滑り摩擦が生じます。しっかりと押し付けられたシールリングが水の漏れを効果的に防ぎます。図 17(c) を参照してください。

図17 軸封部の詳細構造

軸封装置は、図 18 に示すように、ガイドコーンの底部中央に取り付けられます。

図 18. ガイド コーン本体のガイド ベアリングとシャフト シールの構造。

6.ランナー、ガイドコーン、サポートカバーの 3 つの主要コンポーネントの接続と吊り上げ設置を完了します。

現場の作業場の高さが十分で、橋形クレーンの吊り上げ能力が十分であれば、3 体結合吊り上げ方式を採用できます。これには、図 19 に示すように、ランナー ブレード駆動機構と操作用油圧ホースの取り付けを含む、ランナー、ガイド コーン、サポート カバーの 3 つの主要コンポーネントの組み立てと接続が含まれます。

図 19. 3 つの部品を一緒に接続して持ち上げる

図 8 に示すように、固定コンポーネントを取り付けることでローターを個別に持ち上げる必要がなくなります。図 20 に示すように、ガイド ベーン、ヘッド カバー、スリーブのみを持ち上げます。

図20。三大部品の吊り上げ前に設置される固定部品

その後、3 つの主要コンポーネントをユニット全体として持ち上げて、機械のピットの下の位置に一緒に下げます。所定の位置に設置したら、図 12 を参照して、所定の順序で設置を進めてください。

全体の昇降を一体化することで、機械ピットでの据え付け作業が軽減され、ユニットの据え付け期間が短縮されます。現在、新設の発電所では統合昇降方式を採用するケースが増えています。タービンの設置プロセス全体は非常に複雑で、厳格な設置技術が必要です。発電機の設置と重なることも多く、現場の状況によっては設置順序が調整される場合もあります。さらに、タービンのモデルが異なれば、構造も若干異なります。上記の情報は参照のみを目的としています。