JP2020029774A - 水力発電装置の水車翼取付け構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボルト孔の内周面表層部がボルトと接触して摩耗し、その摩耗部分から繊維強化プラスチック材の内部に水が浸透することによる水車翼の強度低下を防止することができる水車翼取付け構造を提供する。【解決手段】水力発電装置は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼１と、水車翼１の回転を受けて発電を行う発電機とを備える。水車翼１の貫通孔５０に水車軸２０が挿通される。水車翼１における貫通孔５０の外周部の両側面に一対のフランジ部材５１，５２が配置される。ボルト孔１０ａ，５１ａ，５２ａに挿通されたボルト５３により、水車翼１とフランジ部材５１，５２とが締結される。フランジ部材５１，５２が水車軸２０に取り付けられる。水車翼１のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５が介在する。【選択図】図３
Description
この発明は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼を備え、水路に設置されて水の力で発電する水力発電装置の水車翼取付け構造に関する。
水力発電装置は、水のエネルギーを回転エネルギーに変換する水車翼と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備える。他に、必要に応じて、水車翼の回転を増速して発電機に伝達する増速機、発電機を制御する制御装置等が設けられる。
小水力発電装置の水車翼を繊維強化プラスチック材とし、増速機の入力軸となる水車軸に取り付ける場合、まず、一対のフランジ部材で水車翼の中心部の両側面を挟み込み、これら一対のフランジ部材と水車翼の中心部とをボルトで締め付けて固定する。そして、この水車翼と一対のフランジ部材とからなるアッセンブリを、フランジ部材の部分で水車軸に軸方向に移動不能かつ回転不能に取り付ける。水車翼が水の力を受けて回転すると、その回転トルクが摩擦力によりフランジ部材に伝達されて、水車軸が回転する。
特許文献１は垂直軸型水力発電装置に関し、垂直回転軸と３枚のブレードとをボルトおよびナットを用いて締結固定することが記載されている。
水路に設置される水力発電装置では、水車翼が水から変動荷重を受ける。例えば、水車翼が、回転軸心が水流方向と平行なプロペラ水車であり、その水車翼の上部が水面より上に出ている場合、水車翼の羽根は水に没している状態と水から出ている状態とを繰り返す。これにより、羽根が受ける荷重が大きく変化する。このようなスラスト方向の変動荷重を水車翼が受けると、荷重変動により、水車翼の中心部のボルト孔の内周面に、一対のフランジ部材と水車翼とを締め付ける前記ボルトが接触し、ボルト孔の内周面表層部が摩耗する。その摩耗部分から、水車翼の内部に水が浸透する。
繊維強化プラスチック材の樹脂材、例えばビニルエステル樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂と比較して、耐水性に優れ、水との接触でも強度劣化し難い。一方、繊維強化プラスチック材の繊維材は、水との接触により強度劣化に繋がる。水車翼の外皮は樹脂材であるため、水と接触しても強度低下を促進しないが、摩耗部分から繊維材が水と接触することで、水車翼の強度低下に繋がる。
この発明の目的は、水車翼が繊維強化プラスチック材である場合、荷重変動により、水車翼中心部のボルト孔の内周面表層部にボルトが接触して摩耗し、その摩耗部分から繊維強化プラスチック材の内部に水が浸透することによる水車翼の強度低下を防止することができる水力発電装置の水車翼取付け構造を提供することである。
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、
前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在することを特徴とする。
前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在することを特徴とする。
この構成によると、水車翼のボルト孔の内周面とボルトの外周面との間に摩耗防止材を介在させたことにより、ボルトがボルト孔の内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔の内周面表層部が摩耗することがほとんどなく、水車翼の繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制される。それにより、水車翼の材料劣化による強度低下を防止することができる。
前記摩耗防止材は、前記水車翼の前記ボルト孔の内周に嵌合する円筒状であるとよい。
摩耗防止材が円筒状であると、摩耗防止材自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔の加工も容易となる。このため、より一層低コストで水車翼の強度低下防止を実現できる。
摩耗防止材が円筒状であると、摩耗防止材自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔の加工も容易となる。このため、より一層低コストで水車翼の強度低下防止を実現できる。
前記摩耗防止材は、樹脂材または金属材からなっているとよい。
樹脂材および金属材は、いずれも加工が容易である。
樹脂材および金属材は、いずれも加工が容易である。
前記摩耗防止材が樹脂材からなっている場合、樹脂材の種類として、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が適する。
前記摩耗防止材は前記ボルトと同一金属からなるか、または、前記摩耗防止材は前記ボルトと異種金属からなり、前記摩耗防止材および前記ボルトの少なくともいずれか一方が耐食処理されているのが望ましい。
ボルトおよび摩耗防止材が共に金属材である場合、これら２つの金属材の種類が異なっていると、水中においては２つの金属間で電食が起きやすい。２つの金属材を同一金属とすることで、上記電食を回避することができる。また、２つの金属材が異種金属である場合でも、少なくともいずれか一方を耐食処理することで、上記電食を回避することができる。
ボルトおよび摩耗防止材が共に金属材である場合、これら２つの金属材の種類が異なっていると、水中においては２つの金属間で電食が起きやすい。２つの金属材を同一金属とすることで、上記電食を回避することができる。また、２つの金属材が異種金属である場合でも、少なくともいずれか一方を耐食処理することで、上記電食を回避することができる。
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面に前記摩耗防止材が接着剤により固定されていてもよい。
特に、摩耗防止材が金属材である場合、摩耗防止材の方が繊維強化プラスチック材からなる水車翼よりも硬度が高いため、ボルト孔に対して摩耗防止材が動くことで、ボルト孔の内周面表層部が摩耗する可能性がある。ボルト孔の内周面に摩耗防止材を接着剤により固定することで、摩耗防止材が動かないようにして、ボルト孔の内周面表層部の摩耗を防止することができる。
特に、摩耗防止材が金属材である場合、摩耗防止材の方が繊維強化プラスチック材からなる水車翼よりも硬度が高いため、ボルト孔に対して摩耗防止材が動くことで、ボルト孔の内周面表層部が摩耗する可能性がある。ボルト孔の内周面に摩耗防止材を接着剤により固定することで、摩耗防止材が動かないようにして、ボルト孔の内周面表層部の摩耗を防止することができる。
前記ボルトのねじ部が、前記水車翼よりも軸方向の外側に位置していてもよい。
これにより、ボルトのねじ部と摩耗防止部材との接触がなくなり、摩耗防止部材の摩耗が軽減される。
これにより、ボルトのねじ部と摩耗防止部材との接触がなくなり、摩耗防止部材の摩耗が軽減される。
前記摩耗防止材は、前記ボルトの外周面にコーティングにより形成された樹脂材であってもよい。
ボルトと摩耗防止材とが別体である場合、ボルトと摩耗防止材との接触面、および摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面の２つの摺動箇所を有する。これに対し、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品であると、摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面のみが摺動箇所となる。このため、摩耗がより防止できる。
また、ボルトの外周面にコーティングにより形成された摩耗防止材は、ボルトと別体の摩耗防止材と比べて、肉厚を薄くすることができる。それにより、ボルト孔の内径を小さくすることができる。
さらに、摩耗防止材をボルトの外周面にコーティングにより形成することで、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品となり、部品点数を削減することができる。それにより、組立作業性が向上する。
ボルトと摩耗防止材とが別体である場合、ボルトと摩耗防止材との接触面、および摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面の２つの摺動箇所を有する。これに対し、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品であると、摩耗防止材とボルト孔の内周面との接触面のみが摺動箇所となる。このため、摩耗がより防止できる。
また、ボルトの外周面にコーティングにより形成された摩耗防止材は、ボルトと別体の摩耗防止材と比べて、肉厚を薄くすることができる。それにより、ボルト孔の内径を小さくすることができる。
さらに、摩耗防止材をボルトの外周面にコーティングにより形成することで、ボルトと摩耗防止材とが一体の部品となり、部品点数を削減することができる。それにより、組立作業性が向上する。
コーティングに用いられる前記樹脂材としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が好ましい。
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、前記水車翼が複数の羽根を有するプロペラ水車である場合に適する。特に、前記プロペラ水車である水車翼が、回転軸心が水流方向と平行である場合に適する。いずれの場合も、水車翼が大きな変動荷重を受けるため、この発明の水車翼取付け構造を採用することによる効果が大きい。
この発明の水力発電装置の水車翼取付け構造は、繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在するため、ボルト孔の内周面表層部がボルトと接触して摩耗し、その摩耗部分から繊維強化プラスチック材の内部に水が浸透することによる水車翼の強度低下を防止することができる。
［第１の実施形態］
＜水力発電装置＞
図１、図２は第１の実施形態に係る水車翼取付け構造が適用された水力発電装置の正面図および側面図である。この水力発電装置は、水路に設置されて水の力で発電を行うものであり、水車翼１、増速機２、発電機３、および支持装置４を備える。他に、発電機３を制御する制御装置（図示せず）等が設けられる。
＜水力発電装置＞
図１、図２は第１の実施形態に係る水車翼取付け構造が適用された水力発電装置の正面図および側面図である。この水力発電装置は、水路に設置されて水の力で発電を行うものであり、水車翼１、増速機２、発電機３、および支持装置４を備える。他に、発電機３を制御する制御装置（図示せず）等が設けられる。
水車翼１は、筒状のハブ１０の外周から複数（例えば５つ）の羽根１１が放射状に延びるプロペラ水車であって、回転軸心Ｏが水路の水流の方向Ａと平行になるように設けられる。各羽根１１の先端部は、上流側に向けて傾斜している。ハブ１０と羽根１１とは一体に形成されている。上流側となるハブ１０の前面には、スピナ１２が取り付けられている。これらハブ１０、羽根１１、およびスピナ１２は、繊維強化プラスチック材で作られている。
増速機２は、水車翼１の回転を増速するものである。増速機２の入力軸となる水車軸２０が増速機２から上流側に突出しており、この水車軸２０に水車翼１が一体回転するように固定される。
図３に示すように、増速機２の増速機構２１は、互いに噛み合う一対の傘歯車２２，２３からなる。入力側の傘歯車２２は水車軸２０に取り付けられ、出力側の傘歯車２３は鉛直方向に延びる回転伝達軸２４に取り付けられている。回転伝達軸２４は、増速機２１で増速された回転力を発電機３に伝達する軸であり、支柱２５の内部に設けられている。図２に示すように、支柱２５は、上端が支持装置４に固定され、下端に増速機２が支持されている。
図２において、発電機３は下方に延びる発電機軸３０を有し、この発電機軸３０が回転連結具３１を介して前記回転伝達軸２４と連結されている。これにより、水車翼１の回転が増速機２により増速して発電機３に伝達されて、発電機３が発電する。発電機３は、例えば３相交流発電機である。
図１、図２に示すように、支持装置４は、水路の両側の側壁５の間に架け渡して設けられた２本の梁４０と、これら梁４０の上に載置された架台４１と、この架台４１に設置された２本の発電機スタンド４２と、これら２本の発電機スタンド４２の上部を繋ぐように設けられたベース板４３とを有する。発電機３は、架台４１とベース板４３との間に配置され、ベース板４３に固定される。
＜水車翼取付け構造＞
前記水車軸２０への前記水車翼１の取付け構造について説明する。
図３に示すように、水車軸２０は、増速機２よりも上流側（図３の左側）に突出した大径部２０ａと、この大径部２０ａの先端から上流側に延びる小径部２０ｂとを有し、小径部２０ｂの基端を除く外周面に雄ねじ２０ｃが形成されている。
前記水車軸２０への前記水車翼１の取付け構造について説明する。
図３に示すように、水車軸２０は、増速機２よりも上流側（図３の左側）に突出した大径部２０ａと、この大径部２０ａの先端から上流側に延びる小径部２０ｂとを有し、小径部２０ｂの基端を除く外周面に雄ねじ２０ｃが形成されている。
水車翼１は、ハブ１０の上流側および下流側の両側面に、一対の環状のフランジ部材５１，５２がボルト５３により締付け固定されている。ハブ１０は、中央部に貫通孔５０を有する筒状で、中実に成形されている。ハブ１０は、請求項で言う「水車翼における貫通孔の外周部」に相当する。
上流側のフランジ部材５１は、ハブ１０の貫通孔５０よりも内径が小さく、水車軸２０の小径部２０ｂに嵌合可能である。下流側のフランジ部材５２は、内周面が水車軸２０の大径部２０ａに嵌合可能で、かつ外周面がハブ１０の貫通孔５０に嵌合可能な筒状部５４を有する。
上流側のフランジ部材５１は、ハブ１０の貫通孔５０よりも内径が小さく、水車軸２０の小径部２０ｂに嵌合可能である。下流側のフランジ部材５２は、内周面が水車軸２０の大径部２０ａに嵌合可能で、かつ外周面がハブ１０の貫通孔５０に嵌合可能な筒状部５４を有する。
図４に示すように、前記ボルト５３は、水車翼１のハブ１０および一対のフランジ部材５１，５２にそれぞれ設けられたボルト孔１０ａ，５１ａ，５２ａにわたって挿通される。この実施形態の場合、下流側のフランジ部材５２のボルト孔５２ａがねじ孔となっており、上流側からボルト孔５１ａ，１０ａに挿入したボルト５３のねじ部５３ａをねじ孔であるボルト孔５２ａに螺合させることで、水車翼１と一対のフランジ部材５１，５２とが締結される。下流側のフランジ部材５２のボルト孔５２ａがねじ孔ではなく、ボルト孔５２ａを貫通させたボルト５３のねじ部５３ａにナット（図示せず）を螺着することで、水車翼１と一対のフランジ部材５１，５２とを締結してもよい。
水車翼１のハブ１０のボルト孔１０ａはフランジ部材５１，５２のボルト孔５１ａ，５２ａよりも内径が大きく、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５が介在している。この実施形態の摩耗防止材５５は、ボルト孔１０ａの内周に嵌合する円筒状である。ボルト５３の締め込みによるハブ１０の繊維強化プラスチック材のクリープ変形を考慮して、摩耗防止材５５が金属材の場合、軸方向寸法はハブ１０の軸方向寸法よりも若干短くしてある。摩耗防止材５５が樹脂材の場合、軸方向寸法は、ハブ１０の軸方向寸法と同じであってもよい。
摩耗防止材５５の材料は、樹脂材または金属材がよい。いずれも加工が容易である。摩耗防止材５５を樹脂材とする場合、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が好ましい。摩耗防止材５５は、金属材であるボルト５３と同一金属とするのが好ましい。異種金属の場合は、いずれか一方または両方の金属材を表面処理することで、電食を回避することができる。
図３に示すように、水車翼１は、一対のフランジ部材５１，５２と組み合わせたアッセンブリとして、ハブ１０の貫通孔５０に水車軸２０を挿通した状態で、水車軸２０に取り付けられる。具体的には、上流側のフランジ部材５１を水車軸２０の小径部２０ｂの基端に嵌合させ、かつ下流側のフランジ部材５２の筒状部５４を水車軸２０の大径部２０ａに嵌合させる。そして、上流側のフランジ部材５１を大径部２０ａと小径部２０ｂとの段面２０ｄに当接させ、小径部２０ｂの雄ねじ２０ｃに螺着したナット５６により、上流側のフランジ部材５１を水車軸２０に対し軸方向に移動不能に取り付ける。また、水車軸２０の大径部２０ａおよび下流側のフランジ部材５２の筒状部５４に設けられたキー溝にキー５７を係合させることで、下流側のフランジ部材５２を水車軸２０に回転不能に取り付ける。
＜水車翼取付け構造の作用＞
このように、水車翼１のハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５を介在させたことにより、ボルト５３がボルト孔１０ａの内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼１が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔１０ａの内周面表層部の摩耗を防止できる。その結果、水車翼１の材料である繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、水車翼１の材料劣化による強度低下を防止することができる。
このように、水車翼１のハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５を介在させたことにより、ボルト５３がボルト孔１０ａの内周面に接触しなくなる。そのため、水車翼１が水から受けるスラスト方向の変動荷重が発生しても、ボルト孔１０ａの内周面表層部の摩耗を防止できる。その結果、水車翼１の材料である繊維強化プラスチック材の内部への水の浸透が抑制され、水車翼１の材料劣化による強度低下を防止することができる。
また、摩耗防止材５５が円筒状であるため、摩耗防止材５５自体の加工が容易であるだけでなく、ボルト孔１０ａの加工も容易である。このため、低コストで水車翼１の強度低下防止を実現できる。
特に、摩耗防止材５５が金属材である場合、摩耗防止材５５の方が水車翼１の繊維強化プラスチック材よりも硬度が高いため、ボルト孔１０ａに対して摩耗防止材５５が動くことで、ボルト孔１０ａの内周面表層部が摩耗する可能性がある。これを防ぐために、摩耗防止材５５が動かないように、ボルト孔１０ａの内周面に摩耗防止材５５を接着剤により固定してもよい。
また、水中では、異なる２種の金属間で電食が起きやすい。そこで、摩耗防止材５５が金属材である場合、ボルト５３との電食を回避するために、摩耗防止材５５をボルト５３と同じ金属材（例えばＳＵＳ３０４）とするのが望ましい。
この実施形態のように、摩耗防止材５５の軸方向寸法をハブ１０の軸方向寸法よりも若干短くしておくと、水車翼１が変動荷重を受けて一対のフランジ部材５１，５２から水車翼１の中心部に対して圧縮力が作用した場合、その圧縮力を摩耗防止材５５が受けてハブ１０に大きな圧縮力かからないようにすることができる。それにより、ハブ１０がクリープ変形することが防止される。ハブ１０のクリープ変形を防止することで、ボルト５３の緩みを防いで、ハブ１０とフランジ部材５１，５２の締付力の低下を回避することができる。
また、ハブ１０とフランジ部材５１，５２の締付力が確保されているため、水車翼１に交番荷重が作用しても、ハブ１０とフランジ部材５１，５２との間に隙間ができたり、その隙間が閉じたりすることがなく、ハブ１０におけるフランジ部材５１，５２との接触面にフレッティング摩耗が起きない。そのため、ハブ１０の端面から繊維強化プラスチック材の内部へ水が浸透することが抑制され、繊維強化プラスチック材の材料劣化による水車翼１の強度低下を防止することができる。
［第２の実施形態］
図５は水車翼取付け構造の第２の実施形態を示す。この水車翼取付け構造は、下流側のフランジ部材５２の軸方向内側面にボルト孔５２ａの外周に拡がる断面円形の凹部５８が設けられ、この凹部５８に摩耗防止材５５の上流側端が嵌まり込んでいる。ボルト５３のねじ部５３ａは、ねじ孔であるボルト孔５２ａに螺合している。ねじ部５３ａの基端位置は、凹部５８またはボルト孔５２ａの軸方向範囲内にある。つまり、ボルト５３のねじ部５３ａは、水車翼１よりも軸方向の外側に位置している。これにより、前記実施形態（図４参照）のように、ボルト５３のねじ部５３の一部が摩耗防止部材５５と接触することがなく、摩耗防止部材５５の摩耗が軽減される。
図５は水車翼取付け構造の第２の実施形態を示す。この水車翼取付け構造は、下流側のフランジ部材５２の軸方向内側面にボルト孔５２ａの外周に拡がる断面円形の凹部５８が設けられ、この凹部５８に摩耗防止材５５の上流側端が嵌まり込んでいる。ボルト５３のねじ部５３ａは、ねじ孔であるボルト孔５２ａに螺合している。ねじ部５３ａの基端位置は、凹部５８またはボルト孔５２ａの軸方向範囲内にある。つまり、ボルト５３のねじ部５３ａは、水車翼１よりも軸方向の外側に位置している。これにより、前記実施形態（図４参照）のように、ボルト５３のねじ部５３の一部が摩耗防止部材５５と接触することがなく、摩耗防止部材５５の摩耗が軽減される。
＜摩耗防止部材の他の例＞
図６は、ボルト５３の外周面に摩耗防止材５５がコーティングにより形成された摩耗防止材一体ボルト５９を示す。コーティングに用いられる樹脂材としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が適する。
図６は、ボルト５３の外周面に摩耗防止材５５がコーティングにより形成された摩耗防止材一体ボルト５９を示す。コーティングに用いられる樹脂材としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂が適する。
ボルト５３と摩耗防止材５５とが別体である場合（図４参照）、ボルト５３と摩耗防止材５５との接触面、および摩耗防止材５５とボルト孔１０ａの内周面との接触面の２つの摺動箇所を有する。これに対し、図６の摩耗防止材一体ボルト５９のように、ボルト５３と摩耗防止材５５とが一体の部品であると、摩耗防止材５５とボルト孔１０ａの内周面との接触面のみが摺動箇所となる。このため、摩耗をより防止できる。
また、ボルト５３の外周面にコーティングにより形成された摩耗防止材５５は、ボルト５３と別体の摩耗防止材５５と比べて、肉厚を薄くすることができる。それにより、ボルト孔１０ａの内径を小さくすることができる。
さらに、摩耗防止材５５をボルト５３の外周面にコーティングにより形成することで、ボルト５３と摩耗防止材５５とが一体の部品となり、部品点数を削減することができる。それにより、組立作業性が向上する。
［第３の実施形態］
図７に示す第３の実施形態は、前記実施形態と同様、ハブ１０とフランジ部材５１，５２とを固定するボルト５３が、各ボルト孔１０ａ，５１ａ，５２ａにわたって挿通される。そして、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５が介在している。
図７に示す第３の実施形態は、前記実施形態と同様、ハブ１０とフランジ部材５１，５２とを固定するボルト５３が、各ボルト孔１０ａ，５１ａ，５２ａにわたって挿通される。そして、ハブ１０のボルト孔１０ａの内周面とボルト５３の外周面との間に摩耗防止材５５が介在している。
図８に示すように、摩耗防止材５５が金属材の場合、長さはハブ１０の軸方向幅よりも若干短くしてある。詳しくは、以下のように摩耗防止材５５の長さが定められている。すなわち、摩耗防止材５５の長さをl、ハブ１０の軸方向幅をＬとした場合、
ｌ＝Ｌ−ｄｌ・・・（式１）
の関係が成り立つ。ここで、ｄｌは、ハブ１０の弾性変形上限の変位量である。なお、図８ではｄｌの寸法を誇張して表示しているが、実際のｄｌの寸法は視認が困難な程度に微小である。
ｌ＝Ｌ−ｄｌ・・・（式１）
の関係が成り立つ。ここで、ｄｌは、ハブ１０の弾性変形上限の変位量である。なお、図８ではｄｌの寸法を誇張して表示しているが、実際のｄｌの寸法は視認が困難な程度に微小である。
このように、摩耗防止材５５の長さｌが式１を満たす長さとされていると、ボルト５３を締め付けた状態で、ハブ１０が弾性変形の上限まで変形する。このため、ボルト５３の締付けが強固となり、ボルト５３がより一層緩み難くなる。
摩耗防止材５５を接着剤により固定する場合、図８のように、ボルト孔１０ａの中央部に摩耗防止材５５が位置するように固定するとよい。その場合、ボルト５３の締付けによるハブ１０の弾性変形が軸方向の両側で均等に行われるので好ましい。
［第４の実施形態］
図９に示す第４の実施形態は、水車翼１のハブ１０に締結される一対のフランジ部材５１，５２が、軸方向幅が互いに同じで、かつハブ１０との接触面積が互いに同じとされている。また、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、各フランジ部材５１，５２におけるハブ１０との接触面の縁に、断面円弧状の面取り部６１，６２が設けられている。面取り部６１，６２は、他の断面形状であってもよい。例えば、２次曲線等の曲線形状であってもよい。場合によっては、直線状に切り欠いた形状であってもよい。
図９に示す第４の実施形態は、水車翼１のハブ１０に締結される一対のフランジ部材５１，５２が、軸方向幅が互いに同じで、かつハブ１０との接触面積が互いに同じとされている。また、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、各フランジ部材５１，５２におけるハブ１０との接触面の縁に、断面円弧状の面取り部６１，６２が設けられている。面取り部６１，６２は、他の断面形状であってもよい。例えば、２次曲線等の曲線形状であってもよい。場合によっては、直線状に切り欠いた形状であってもよい。
このように、一対のフランジ部材５１，５２の軸方向幅が互いに同じで、かつハブ１０との接触面積が互いに同じであると、ハブ１０が両側のフランジ部材５１，５２から受ける圧縮力の大きさをほぼ同じにすることができるため、ハブ１０と各フランジ部材５１，５２との間に均等な摩擦力が作用し、バランスが良い。また、フランジ部材５１，５２におけるハブ１０との接触面の縁に面取り部６１，６２が設けられていると、エッジロードが軽減され、フレッティング摩耗の発生を防止することができる。
上記各実施形態は、水車翼１がプロペラ水車であり、かつその回転軸心Ｏが水流方向と平行である水力発電装置に適用された水車翼取付け構造を示すが、この発明は、水車翼１の回転軸心Ｏが水流方向と平行でない場合にも適用できる。また、水車翼１がプロペラ水車でない水力発電装置にも適用できる。
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１…水車翼
３…発電機
１０…ハブ（貫通孔の外周部）
１０ａ，５１ａ，５２ａ…ボルト孔
１１…羽根
２０…水車軸
５０…貫通孔
５１，５２…フランジ部材
５３…ボルト
５３ａ…ねじ部
５５…摩耗防止材
Ｏ…回転軸心
３…発電機
１０…ハブ（貫通孔の外周部）
１０ａ，５１ａ，５２ａ…ボルト孔
１１…羽根
２０…水車軸
５０…貫通孔
５１，５２…フランジ部材
５３…ボルト
５３ａ…ねじ部
５５…摩耗防止材
Ｏ…回転軸心
Claims (11)
- 繊維強化プラスチック材からなる水車翼と、この水車翼の回転を受けて発電を行う発電機とを備えた水力発電装置における、前記水車翼を水車軸に対して一体回転するように取り付ける水車翼取付け構造であって、
前記水車翼は中心部に貫通孔を有し、この貫通孔に前記水車軸が挿通され、
前記水車翼における前記貫通孔の外周部の両側面に一対のフランジ部材が配置され、前記水車翼および前記一対のフランジ部材に設けられたボルト孔にわたってボルトが挿通され、このボルトにより前記水車翼と前記一対のフランジ部材とが締結され、
前記一対のフランジ部材が前記水車軸に取り付けられ、
前記水車翼の前記ボルト孔の内周面と前記ボルトの外周面との間に摩耗防止材が介在することを特徴とする水力発電装置の水車翼取付け構造。 - 請求項１に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記摩耗防止材は、前記水車翼の前記ボルト孔の内周に嵌合する円筒状である水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１または請求項２に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記摩耗防止材は、樹脂材または金属材からなる水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１または請求項２に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記摩耗防止材は、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂からなる水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１または請求項２に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記摩耗防止材は前記ボルトと同一金属からなるか、または、前記摩耗防止材は前記ボルトと異種金属からなり、前記摩耗防止材および前記ボルトの少なくともいずれか一方が耐食処理されている水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記水車翼の前記ボルト孔の内周面に前記摩耗防止材が接着剤により固定された水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記ボルトのねじ部が、前記水車翼よりも軸方向の外側に位置している水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記摩耗防止材は、前記ボルトの外周面にコーティングにより形成された樹脂材である水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項８に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記樹脂材は、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、およびエポキシ樹脂のうちのいずれかの熱硬化性樹脂である水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記水車翼は、複数の羽根を有するプロペラ水車である水力発電装置の水車翼取付け構造。
- 請求項１０に記載の水力発電装置の水車翼取付け構造において、前記プロペラ水車である水車翼は、回転軸心が水流方向と平行である水力発電装置の水車翼取付け構造。
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