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100000kWカプラン水車および100000kVA交流発電機
u.D.C.る21.1占5_け2:る21.313.322-815 電源開発株式会社大鳥発電所納 100′000kWカプラン水車および100′000kVA交流発電機 KaplanTurbineandlOO,000kVAA・C・GeneratorSuppliedtotheOtori Development Station of Electric Power Power 100,000kW CoリLtd. 井 横 昭 容 入 野 西 二* 雄* 一 Nisbinoiri Kazuo Sb∂jiIsobe 内  ̄・一* SeijiSat6 Yokoi 部 正 藤 佐 安* 信 Nobuyasu 磯 /\ /′\ 概 梗 只見川上流の電源地帯に建設される電源開発株式会社,大鳥発電所納100,000kW水車および発電機がこの ほど完成し現地据付けを完了した。水車はカプラソ形として各部に斬新な設計が行なわれており・ランナ外径 が6mを越える巨大なもので,ケーシングの現地溶接・上カバーに設置した案内羽根用サーボモータなど幾多 の新方式を採用し,据付,保て叩便宜を図るとともに無人発電所として十分安全な運転ができるよう考慮が払 われている。 また発電枚の大きさを示すkVA/rpmの値ほ日立の記録l冒-である0発電掛こかかる推力荷重は約1,920tに 達するので,これに耐えるため,推力軸受やrF部エンドブラケットの構造に対して特別の考慮が払われている0 第1表 1.緒 言 発 大 ものである∩ 機器の計画に当たっては製作ならびに押付けのほかに輸送プチ法に 鳥 100,000 落 差 (m) 回転数 (rpm) 台数 9 5 O ハリ 3 0U 3 只U n八じ その豊寓な経験を生かすとともに新しい柄想を加えて設計製作した 出 力 (kW) ド12川名n”津田門2石尻 ソ水車のうちの一例として,独特の■副生能巽形が採用されており, 滝鰍…醐抑岬…▲■P野 印大秋揚本仰卜柳上汁神瀬上 この水中ほ現在までに[1立製作所が数多く製作した高落差型カプラ 名 ・パー 製作所にニー机、てもすでに幾多の記鈷的削 ̄占を手がけて来たが,この たびカプラソ水車としてはわが国における最大容量機を完成した。 所 1221123各232213 水力発電用横器の大容量化への慣向ほ近年特に顕著であり,日立 電 わが国大容量カプラソ水車製作一覧表 ∧U O 爪U nU O 37 O O O 8 50 本発電所地点は冬期杭雪6mにも達する豪雪地域で付近にほ民家 僻 開始 立 1963 三 菱 1961 日 立 1962 JMV一宮士 1961 立 1963 3 0 O 爪Uハリ 立 1954 29 只U ハU 立 1961 29 ハU 八U 菱 1953 2 4 O ハUnU 菱 1954 2 2 5 O 八U 立 1953 JMV一富士 1953 4 0 2 1 5O O 東 2 1 0 nUnU 日 芝 1959 1L 1958 (プロペラ水中) は全くない無人地帯であるため,上流の奥只見発電所を親発電所と 御方式ほ巾小容量の発電所におし、てはしばしば採用されているが, 「牡二 条 このような大容量発穏所では珍い、ことで,それだけに機器の保守 潟 I/■\1-しーll して遠方制御される無人発電所として計画されている。この遠方制 新 \∼ ノ には十分な考慮が払われている。 御神路 建設に当たっては冬期6m余の雪中に越冬してケーシングの溶接 凧小 作業を行なったこともあり,今までに見られなかった工事であっ じ八 た。 同 磨、...馴 2.発電所計画概要 々 大鳥発電所は只見川水系開発の一環として,上流奥只見発電所と 丁企 ・ぞ 下流田子倉発電所の中間地点に計画されたもので,田子倉発電所へ '声ゝ 大鳥発電所 の上流終端付近に長さ約180m高さ83mセミアーチダムを建設し ′ト 出 て奥只見川発電所の放水および同発電所より下流の残水を貯留調整 心. し発電しようとするものである。 礫 直径約7.5m,長さ約69mの鉄管によって水が導入されている。 2.1機 著書 配 む 標 置 据付方式ほ単床式コンクリートバーレル方式で,楼器据付分解用 に380t(190t 塩 飢ハ1、 ケt見晃一正所 発電所は舞2図,舞3図に示すようにダム直下右岸に設置され, √ ̄ x2)クレーンを備えている。クレーンの据付位置 へ竜一・-′-・ については極力建犀高さを切りつめるよう機器のつり方について検 討後決定した。 尾柵氾 第1図 発電 所 付 近 地 図 水車室床面には調速倣,制御盤および所内用615kW横軸フラン 車ケーシングから直径0.75mの導管によって行なっている。 シス水車発電機1基が設定されている。この所内機への取水ほ主水 舞4図は水車室平面,舞5図は水車毒断面を示す。 日立製作所日立工場 ー1- 考 JMV一首首士 1956 3 1 O O ハU 22 5O O ついても十分なる検討を行ない随所に新規構造を採用した。 運転 製作社 588 立 日 昭和39年4月 評 論 2.2 4,000 56l,0()0 満水卑里旦巨ヱ些9 取 557,川)0 第46巻 第4号 発電所計画概要 水 河 川 名 阿賀野川水系只見川 詞整地,総貯水量 15,800,000m3 544,「I川) 有 効 貯 水 量 水車小心 満 .旦空些() 水 利 -1∴〆羊三世丁些 発 鬱′丁\\ ,ロニ∵.1ダ∪ 位 用 電 標 高 ダ 発 電 第2図 95,000kW 時 12,200kW 間 183.3×106kWh 発生電力量,年 冬 所 縦 断 面 図 ム 期 形 体 積 160,000m3 路形式 ダム下流面露出溶接鋼管1条 内径 7.5∼6.35m 延長 68.876m 厚さ 13∼26mm 所内用機器仕様 海 車 水 ㌦が / 形 ㌻)ぐ 式 台 数 HF-1RS(横軸渦巻形フラ ンシス水車)×1台 \、.斗り 準 落 水 ロ【U □【U 転 回 発 d 電 615kW 力差量 出基 漣 越流形曲線重力ダム ム 圧管 水 排水た 65.3×106kWll 〕ミ ダ Gq 6.Om 大 力,最 常 + 557,000m 深 水 5帆J氾l) 5,000,000m3 45m l.67m3/s 数 l,000rpm 式 EFBL-RD(横軸管通風換 機 形 気形一回転 動輪 大鳥骨書 メ 界磁式制動巻線付) 量 容 電 所 平 図 面 波 周 3. _ ̄.クーー。√丁_一丁八丁†r.⊥rr_-11+-一丁t二・三1 ?■・l ■そ上■ 420V 圧率数 発 電・刀 第3図 600kVA O.8 50′V 水 lコこl 車 L一些三三ー_____1′√=‥≡蒜 ̄▲-トー♪下るi.グリl_ス≡ 車 3.1水 レ′○・-○ 形 ∴⊂⊃. 式 台 仕 数 ○だ 。ふ■喜浄妻 様 VK-1RS(立軸渦巻形カプラソ水 車)×1台 ご・.砿 、-、 出 占ン′′ノ野、\‡;ゝ十 ̄11` _霹 カ 車制御盤 ・妄「 レ キ トナ尊+ ̄・9 -ふ・ ̄一号トー 1威 1i二二磁 最 大100,000kW 茶準落差時 95,000kW 般低落差時 68,000kW W-1 == 汁⊥.⊥一U 力 速機鮭 鞄 l _⊥レータ ーヒクル 有 効 落 差 、、卜′・焉竺票・ 巳・・一一二 dt▲_ 僧■ ̄■ 流.f≡L :・一圧油相- _室乙 Nり.1 巌 高 51.Om 基 準 49.Om 最 低 40.Om 最高落差時 221.5m3/s 基準落差時 219.5m3/s 最低落差時 193m3/s 】 こ.。.-■■∴ ̄○十 ./覧妄;′ノ′ヰニ壷圧ユ′ l恍書 l 数 転 回 l 一=----一一----一一一一-↑一一L+一一一-L一---=一一一一一「-一--L---一一 「 ヒ tる 調速横ゴミ水糊軸l≡2仙V狐VA・4 ・モ l●ll ̄ 庄油槽 l も宗諾凄 伽V 伽 20UV FB FFl李Tr 側0 るる 00 比 速 3.2 臼 横 度 型 試 297(m-kW) 験 落差40∼50mに適用されるランナとして7枚羽根ラ / 一丁○・ ミ■:▲b l 計方向) 1 ‥馴捷喪 125rpm(発電機側より見て反時 ンナを新設計し,完全相似の模型試験装置によ1)て効率, -l。. l l lこ・_-・;二 一て■J 一一。・ノ○一・・-p'二・?-・▲ キャビテーション性能の確認を行なった。いずれも下記 に示すように保証債を上回る満足すべき結果を得た。 --○■_○ 3・2.1効率試験および無拘束速度試験 第4図 機 器配置 据 付 平 面 図 葬る図に各落差における実物水車の推定効率と保証 ー 2 - 589 電源開発株式会社大鳥発電所納100,000kWカプラン水中および100,000kVA交流発電機 1 19,900 十 11,150 ∈【爪=エ併 8,750 ▼⊥ 覿 存 T ト ーl郎【)∩(クレ ̄1スパン) て†柑l三 〆り EL一.52六.r=り ▼⊥ 11'8F)叩 ⇒ミ磐 El+.523.840 ▼l ノル1i し土 ET。.515.000 ∈等=エ株 プ71:√脚仰 苛 掛迂2畏悠 El,.5】9,h5〔 仰計†1Jl 宗 仁IJ.520,0()0 ‡卜〔1nl 馴 1Ⅰ=`ノl伽11 ‖. .ち\・'111】け':う キ_⊥--;ニケ7し ≡〔)丁工 nJ r十1 頼卜 し仁油槽 J.2仙∩-J′S) 貢 \保祉帆 8〔 H=4()nl i二†買 』油‡:芯 EL,5(1凡115 T I+.Ⅵ「.Ll二L505.n()D (田二J`▼釧氏水位q=2Z(仙き■iJ E!+.503,州0 【一.I+W.LEl-502、92ニー ( ̄打方昔底面面百;束3らmシち) 【_+,,__ トレ"ナ 5(),0州 所内排水fン 水_・t== 1()(),()川) 力(kW) ∴十 ̄6,5()り ー…-十-∴ 第6図 水中効率曲 線 効率とを示す。なお同ランナによって無拘束速度試験 第5図 付断 機器配置据 も実施した。実物水車の推定無拘束速度ほ255rpm 血図 (規定回転数の204%)で保証値294rpm(235%)対し lj.1 て安全な値であることを確認した。 3.2.2 キャビテーション試験 ランナ径250mm模型によりキャビテーション発生状況の試験 を行なった。正常運転状況においてほ翼面にキャビテーションの (b)顛堕八m人-1ト山十村 発生は認められず弟7図に示すように十分安全な性能を有してい I)LANTけ ハU nJ ることを確認Lた。 3.2.3 4りmTレ【卜 ̄角度1日.50 1i=.1()rn ̄7し ト角度21□ 起動トルク測定 水車,発電機の回転部重量および水圧による推力ほ非常に大き 1一 な値となるため,起動時にほスラスト軸受の荷重を油圧によって 平衡させて後起動する構造になっているが,この大きな推力に対 して起動時に水中ランナの発生するトルクを推定するため模型試 H二4伽1ブレード角檻210 H=51mフレート角度コ10 験を行なった。第8図は実物水車の推定起動トルク曲線を示す。 3.3 水車本体構造 記録的な大容量椀であるため,各部の構造,材質および据付方法 25り 200 150 水 についてほ十分な検討を行ない,大型機に適した新方式を随所に採 蒜こ(nlユ/ヰ) 用した。これらの新方式採用個所に対してほいずれも上場仰こおい 第7凶 キャビテーション性能曲線 て棋塑その他の方法により動作あるいほ強度の確認を行なった上で 製品化した。本棟のおもな構造的特長ほ下記のとおりである。 - --- ランナプレート角薩2UO (i)ランナおよび回転部を除き全面的に溶接構造を採用した。 ランナ7■レート角度250 (ii)ケーシングの接続を現地溶接構造とした。 (iii)案内羽根用サーボモータを上カバーに設置する構造とし (八) (一G・帥)トミ一宿確 た。 O0 (iv)ランナブレードをブレード部とステム部を別個に製作して O 亡U nU Ji=`l()ml ボルトで結合する分割式構造とした。 H=49m 4OO 20 (Ⅴ)カバーライナを案内羽根数と同一に分割して製作するセグ メント方式を採用した。 H=51m (vi)軸受点検用防水装置を自動操作式とした。 推定所要起動トルク(オイルリ7タ動作時) 1 2 3 4 5 6 7 8 _____+. 9 10 11 (vii)案内羽根を溶接構造にて製作した。 案内羽根閑度(ぷ) 第8図 起 動 特 性 第9図は水車および発電機の構造図,弟10図ほ水平本体工場組 曲 線 立状況を示す。 - 3 一 590 立 昭和39年4月 =三∠ゝ 評 第46巻 白岡 3.3.2 「】.r 議 l+.rふ1 臣訂 ▲ ケーシングほ55分割,現地溶接組立式,スピードリ l ングほ6分割,フランジ組立式とした。ケーシングと ;■■i; 【 -  ̄1 ■帖、;≦妻喜一.ミニl ヒ⊆- ⊥【・、⊥1「 ̄T -トトT】l. スピードリングの合計重量は約325tで,第13図にそ ≡_jli の外観を示す。これらの製作に当たっては輸送上の制 l 叫碗 市′_ ケーシング,スピードリング ケーシング,スピードリングとも鋼板溶接構造とし, \ rl 第4号 約によって非常に分割数を多くせねばならなかったた -け壷藍】戸 緬′′;■■+、折▲ポ_ l T 苧...….■ト〓 l め現地作業を非常に困難ならしめたが,その反面,各 l ■・⊂1  ̄._Tll 戸∃r、-} 分割ごとに強度の検討が行なわれ,経済的な構造とす 】1,8(〉()¢ ることができた。 ■..ヨニ  ̄1i.ト_1! .嶺ノ ケーシングの現地溶接作業は機械加工完了面を変形 「二___二ニコ させないようにするため,慎重な作業方法が必要とさ ニー』㌔\ご1「 れるものであるが,木発電所においては下記のような 才…__エ≡ R 〆_メ 不利な条件が付加されたため非常に困難な作業となっ た。 L\1几----て_ ノ+ 互、『、l Lヨパ,。、 (A)本発電所は豪雪地帯で,冬期の建設作業は通 叫 常中止状態となるべきところを,工期短縮のためこ 紆 の期問にケーシングの溶接作業を行なうことになっ ㌔ 〓] 吉ニ■ト戸・・ た。このような豪雪地帯での越冬作業ほ初めての試 \顎、 みであるうえ,現地の気温はほとんど00C以下の日 が続き,そのうえなだれの危険を感ずるなど,作業 EL5(J3,U()り 条件が非常に悪かった。 (B)輸送制限によってケーシング分割数が多くな り溶接量が膨大となった。溶接線長さはケーシング 部約390m,ケーシングとスピードリングとの接続 q 約61mに達した。 (C)低落差用機械であるためケーシング寸法に比 べてケーシング板厚が蒔く剛性が小さい。しかし, これらについてほ事前に十分検討を行なって作業方 第9図 法を確立し,それに基づいて作業したので作業中は 水車 お よ び 発 電機構造断 面 図 とんど問題も起こさず,期待どおりの製品を完成す ることができた。作業順梓および完成後の結果ほ下 3.3.1 ラ ン ナ 記のとおりである。 ランナ外径6.1m水中回転部総重量約290甘という大形ランナ 立 (a)組 であるため,製作および試験二L程にそれぞれ新方式を採用した。 スピードリング設問後納強付として,水車カバー類を組み 立てた。特に木水中ほステーべ-ンが高く,また案内羽根の ランナブレードは新巽形を採用した7枚羽根で,製作,組立, 運搬を容易にするためブレード部とステム部とをそれぞれ別個に 上下間げきが′+、さいので案内羽根に影響するケーシングの溶 製作してボルトで結合する構造である。ブレード部分ほ耐食性の 接変形を早期に発見する必要がある。そのため12枚の案1勺 すぐれた13Cr鋳鋼,ステム部分ほ強大な水圧力,遠心力に耐え 羽根を組み立て,溶接途中において案内羽仮の動作の確認な 得る特殊鋳鋼としそれぞカ1の機能に応じて材料を使用した。 らびに上+Fの問げきな測定した。ケーシングの組立順序ほあ ランナブレード形状の加工にはならい枚械を使用し,加工精度 を高めるために原寸大のマスターブレードを使用した。 プレート外周部に発生しがちなキャビテーションに対しては腐 食保護のライニングを行ないかつ防食片を取り付けるなど万全の 処置を施している。強大な荷重を受けるランナボスは強度の高い 特殊鋳鋼製とし,流水面ほステンレス鋼肉盛によって保護した。 ランナボスは輸送限界最大寸法(外径約3.5mx長さ2m)とな り,輸送についてほ特に注意が払われた。策1】図はその貨車積 みの状況である。 ランナの静的平衡試験はボス,ブレードそのほかブレード操作 用リンクなどを正規状態に組み立て,中心にボール支点を匿いて 行なった。 ランナの動作状況ほ弟12図に示すようにランナ,水車主軸, サーボモータ,j王抽導入装匿を接続し,油圧操作によって確認し た。 第10図 - 4 - 水車本体(工場で組立中のもの) 591 電源開発株式会社大鳥発電所納100,000kWカプラソ水車および100,000kVA交流発電機 / / / / 第11図 ラ ン ナ ボ ス の 貨車積状況 第14図 ケ ー シ ン グ溶接順仔 (言J入No.ほ溶接順序を示す) イチェック検査を行ない,さらに溶接完了後Ⅹ線検査(ケー シングとスピードリングとの接続部56個所,ケーシング溶 接部124個所)を行なったが満足な結果を得た。 程 (d)工 ケーシング,スピードリングの現地作業に要した日数およ び作業員ほ下記のとおりである。 スピードリング組み立てよりⅩ線完了まで92日間(平均作 業員約20名) 3.3.3 案内羽根用サーボモータ 案内羽根用サーボモータほ上カノミー上対称位置2個所に設置す 第12図 ラソナブレード丁場l別発作試験 る構造を採用した。それぞれ2個のピストンを有する直動式構造 で,ガイドリングとの接続部はスライダブロックを備え,力の伝 達を行なっている。上カ/し一設置形のサーボモータは従来のバー レル内設置形,ピットライナ側面設置形に比べ土木作業と並f二J七 て機械の据付けができることおよび分解点検が容易であるという 大きな利点をも【している。 3.3.4 案 内 羽 根 案内羽根ほべ-ソ郎とステム部とをそれぞJL別個に製作し√別宅 する構造を採用した。ベーン部ほ鋼板製であるが,ステムーたl;ほ触 大な水圧を支持するため特殊鋳鋼製である。ベーー/未i帥よ銅枇の 平滑面を利用し機械加工を省略したために変形を極力少な・こする 必要があるが,ステムが非常に長いためステムとべ-ンとのi糾差 には変形が予想された。そのため試作品の製作によ一つて溶接ノJ 法,順序などを検討するとともに溶接部の弧掛こついても政壊試 験を行なってその強度を確認した。 第13図 ケーシング(工場で組立中のもの) 案内羽根上 ̄卜のカ/ミーとの間げきほ停止時摘水量減少の口約で らかじめ組立場において背割部の溶接を行ない「Ⅰ]弧状のピー 従来の標準の約60夕方程度の値まで切りつめた。この小さい聞け スとし,さらにこのピースを2個溶接し,これをスピードリ きを保持するために案内羽根間げきの調盤台を上カバー上に備え ングに組み立てた。 ている。 (b)溶 接 3.3.5 カ バ ー 類 上カバー,ウォールリング,ディスチャージリングとも鋼板桁 溶接は舞14図に示す順序にしたがった。この間スピード リング部の歪測定を各段階ごとに行ない,ひずみが過大にな 接構造である。ウォールリング,ディスチャージリングはコンク らないように溶接方法について常に注意を払った。 リート埋込式であるためコンクリート打設時に変形が生じないよ (c)検 査 うに十分な補強を施した。またランナ外周部に対応するデイスチ 溶接完了後のスピードリング内周部およびケーシング入口 ャージリング内面にほ腐食軌L用にステンレス鋼板をライニソグ 部の変形は,水車本体および水圧鉄管の組み立てには全く支 した。+ニカバー,ウォールリングの案内羽根対応部には交換可能 障のない値であることを確認した。溶接部は溶接作業中にダ なステンレス鋼製のライナを取り付けた。従来このライナはカ/ミ - 5 - 592 椚和39年4月 計 ユ_/. J占有 3・4 厩] 第46巻 第4号 運転制御装置 丸亀発電所は,奥只見川尭芯所を親発電所として遠方制御され, よた必要に比てじて遠別iリ御によらず,但接に一人制御方式にても運 転されるようになっている。遠方制御方式の場合にほ,木発電所の ダノン 遠オ巾引妾切換開閉器を「遠方+の位置町また直接一人制御方式 の場合にほ「直接.+の位置に置く。「遠方+にした場合ほ,親発電 ′拶ノノ/ ノイニ/ 所の奥只見川発電所において,「準備+,「運転+,「停止+の各操作を 行なうことができるっ ノ〆 / 以卜に水rlt遭転制御装揖の各部について説明する。 事 ̄二.夏 †丁-・+ 油 3・4・1庄 装 置 吐川音1,300J/min,月三ノJ25kg/cl-1巳のスクリューポンプ2台が 什油ボン′ゾとして佐用されている。このポンプほ,高圧一段スク リューホンゾとしてほ記録的容量のもので,立柚,誘導電動機駆 \ 動である。2台のポンプほけ-▲仕様であり,いずれをも常用機, 予備機とすることができる。常用圧油ポンプは,水車の運転,停 漣⊥⊥ヽこ 1_卜にかかわらず,連続運転され,水中運転中に圧油槽の油圧が規 定値以下に降下した場合,またほ常用ポンプ用電動機が故障の場 合は,予術肘由ポンプが自動的に起動し,圧油槽油圧が規定値以 内に保たれるようになっている。圧油槽油圧が常用圧力に復帰 \ し,かつ常用ポンプ側の故障が回復すれば,自動的に再び常用ポ ンプの単独運転方式に復帰する。水車停止中に圧油槽油圧が規定 ゝ 値以下に降下した場合は,油圧継電器が動作して予備ポンプが間欠 堅主萱萱ヨ 第15上村 運転し油汗を規定値に保つよう動作する。 軸卦札仁一、t検川l妨水装置 圧油ポンプセ、ソトの据付外観図を第 茫 † _意 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄■ 1E動機 丁匡 世 油郎十〔油血†吐ト音胤r.1州) ら成F),互いに連続管にて内部が接続 モ ̄▼クー一宇;憾・・ 盲点使 古l アニ 1d図にホす。=召三油槽ほ二つの部屋か されている。清掃点検のときには,連 り三油J十ニプ ローニ 結管のバルブを締め,一方の集油槽を 唄二脚二崩謂.憾∴ァ干 【掛軸i】 :.++F.・ご川) ができるので,水車を停止すること, 【11 -ユh5‖ = 清掃点検し,他方のみで運転すること jl 。 且 泊掃点検を行なうことが可能である。  ̄「■迩 苧 1去油槽 抽の温度の変動を年間を通してなるべ …⑳紙閑 ___臣.5二 監 く少なくするため,集油槽には油冷却 油巾汁 、※l 捕=恥i芦 l ∴ざ ;・L・'も・、r:.妄ム川tご ■ 器および電熱式加熱器が設けられてい 喜 油,言川1器 る。圧油ポンプセット運転系統図を弟 .〃い 〓化 19図に示す。 粍 山山 岩 (王亡水陳J112:こ 3・4.2 ヶ・シ▲ム+J二ウニr三二ゝ'⊥ ̄三1 ノ「∴ ニ:‡二:=:壬三:ここ≧‡‡讃 ・こ ̄lノ 舵療・ 一 寸㌣てで′・ ⑳. 争 ̄ ̄′く㌻′三こ舶 書 毒⑳ ◆一⑳ オイルストレーナ 一九1rイ「 給排水装置 水旺鉄管の有水時においてほ,水車 ■・二 発電機各軸受,発電枚空気冷却器,主 l l 『同閏、 変圧器冷却器などへの給水ほ,すべて 水圧鉄管より自動ストレーナを通して 三1 ー・1:: Tiしノ 供給される。水圧鉄管が無水時に変圧 ㌢止 二渾▼J  ̄毎=【フ ̄ ll〆 -八一ー J--\、h■二⊥一芯 ・E≡替 山一 軽. 器へ給水する場合ほ給水主管の元バル __+ し 第16L東J仕油ポ/ブセット ブを閉じ,吸出管排水兼用の給水ポン (1,3001/Inin,25kg/cn12×2fて) 所内排水ポンプにほ, ーと「r了卜数に分割さたていたれJnほl泊勺な摩耗に対して摩耗個所 のみ交換し得るよう案内羽数と同一数の分割にする構造としたっ 3・3.占 プを起動させる。 誘導電動練馬区動の常用,予備ポンプ2 台,小水車駆動ポンプ1台が使用され,所内排水ピットの水位が 軸受点検用防水装置 上昇するにしたがい,常用排水ポンプー予備排水ポンプー小水草 放水路水位が水車軸受部より上位にあるときでも容易に軸受部 駆動排水ポンプの順に,水位に応じて自動的に起動し,排水ピッ の点検ができるようにカプラン水中では一般に防水装F琵な設ける トrノっの水を排水rうーるっ排水ピット水位が姐定値まで下降すれば, が・従来ほ手動操作式が凱出であった〔手動梯作式を大形俄に用 自動起動された各ポンプは自動的に停止する。 いた場合は動作が‖滑にできない欠点があるため,本水恥ここねい 水巾上カバーの排水には自吸式電動ポンプ1台が使用され,フ てほ第15図に示すような空気圧自動拙作式な採用した。工場内 ロートスイッチにより断続運転され,上カバーのため水を所内排 において行なった動作試験,封水性試験の結果はいずれも良好 水ピットに排水する。給排水の系統図を弟17図に示す。 で,従来の手動操rt一式あるいはゴムホース加圧式に比べすぐれて 3・4・3 いることを確認した。 調 速 機 調速機にほ口立電気式調速機を使用している。主サーボモータ ---一一 6 593 電源開発株式会社大鳥発電所納100,000kWカプラソ水車および100,000kVA交流発電機 減「仁木糊 までの感度は0.05%以下で,系統の L 微細な周波数変動を検出し応勅する ヒろ仙′】(】「片 トー1土日よ迦u +r ∵、トと1 芯 T亡■.に純 好 -・ゝ 「‖肘-u ㌧.日 一-一+T■1「 卜.+▼■⊥ 卜 胤㈱細憎 となっている。また,本調速機ほ安 定Lたプログラム運転にも適正こさせ るため,員御寺回転数と出ブ+との関 .:⊥■.◆ トナ旦_jしl吐5せl〕 払 什 H「 ‖=㌫ し.+一1 ■トト1一・+1 H≠→ ‥1小山 /r 一灯〕 運転山九の前後に0.5%程度の凹転 数可こ勅荷石ご有L,整走出力の餐史iこ j止 ともない,不動耶の位置が同時に変 吏されるようになっている。落差の = ET+495l ̄〉りn 1/6∼1/200,中位出力/(秒0・1c/s) 係に折線柑生をヰ)たせ,プログラム -.⊥ 止 \…=∵ -央 †-▲ + キる放水ぎ阜 寸、■ン ̄7 整範抑ま46∼52c/s,応答速度ほ約 一 ∵比 卜 府H虹 モる空1i .■十し ・-11-・1\ トー■■■〒⊥. - ■ に十分な性能を有している。速度調 変動に対しては,水車効率が常に殻 ス_クリ・- 適になるよう,案内羽根開歴とラン 峨J11午1= 帆111号二川7k\ 1什鉛 ナベン開度の関係が落差変動に応じ + ;川=1 ̄ブタ附十 て自動的に調解される高能率運転装 約 節17同 統 排J(系 図 一躍を備えている。調速機盤面外観を 舞柑図に示す。 調速機の1二場での性能試験結果は 1,別叫一 次のとぉりでぁる。 性 感 (補助サーボモータ 0.m5 まで)  ̄1 ̄く潮時朋 (l(二/s 急変させた 0.05秒 とき) (帥助サーボモータよで) 7% 、1甥以人調定率 20%(折綿部で) 克之大調定率 調 水 楼 速 制 和 御 `正 刀 引 1:ケーシングリ三ノJ.;Ⅰ 12: 回 転 計 2:ランナー背Jf迎成計 3:吸付管了て乍腔連成.汁 13: 4:旺締?:モ父托力計 15: 5:流 16: 言l 負荷制限案内羽限閲歴指′Jミ.ラー 月て 柵 ランナプレー=1日吐指′示.il 屯 流 平 衡 計 負荷制限操作ハンドル 配圧井原錠川振作閉「才1:さ:壬 急停11二用操作口附ほ旨 電 6こ 変旺器用給水弁開閉用ハンドル 給水弁開閉用ハン■ドノし 水中述・附弓り土用ハンドル 制動用ノ、ソトル 14こ .言】 スノヽ一 タ用F矧訳語旨 17: 一夕用開閉滋(肘■+州川い ト' ̄′'同伴王㍑旨 18: 9: 呼起数ノ 上泣人 12秒 水車運転の順序 3.4.4 発電所かL-Jの遠方制御心よび,本発 電所での但接-・人湖御の,いずれの 遠方制御の場合にほ,「準術+,ll運 機 速 転+,t ̄件【卜1の撹作な奥只見川発屯 所よさ)制御し,何様-▲人制御の場介 ブ+(tHキ十= 「【1山 い ー .一〓.・‥1=り 山⊥∴㍉瑠 ㌧謡仲卜㌃叶「巳十+ +.ト・.トゲま い ほ,起動咋備を1】己+′後,円山 ̄に髄の順 +L・■〔J、、ト ノ仰J御附こよi),う世転,帆卜の拙作 一 1 ■麒1・ を行なうことにな一)ている。榊抒iか +ニノ起臥迎払 .+〓川】十 二… 柏〓+=什=い〓ト 絹子 油圧系統および,肘由ポンプ運転系 一∴.附いh 獣∴■「J ㈹ -月J†L 仙卜までの機詩語の動 作順「テニは下.言上のとおりである∩制御 +←1 rYT 60% 力式にても述転することができる∩ 】0:水_+て軸受氾度.三■1 11:り三 ′「丁ノミ ′J二 灯 箱18Lズl調 ダンピング戯さ,損人 前述のように本発電所は奥只見川 寸盤川) ヲ己`[E践舵 7:発てに機 8:発′一に株 機 話 山 脹 統な第19図に示す。 (i)起 動 準 備 変圧号詩および水車発電機各部冷 却水の通水,変圧器油循環ポンプ :rゴよび常用旺油ポンプの運転,グ + リース給油装置の運転,高能率運 転装置用空気ポンプの運転などが 「丁二て 「∼7 謂瑚謡 lヒ油 甘 菜諾√ 7、ノ1  ̄⊥頂+__ 一い】‥.与【ト‖川人 T-・ 〓虹 一 ・h 小.苛U 作 系 陛! 統 - 勅 ソプが起動し,スラスト入l】油圧 が規定値になれば,水中運転用電 fハマ 稚 (ii)起 スラスト軸受用オイルリフトポ j馬油rl+川⊥装且 節19図 行なわれる。 7・- 594 昭和39年4月 三△. 評 ユム 磁弁が付勢され,調速機の起動装置により,案内羽根が起動開 第2表 度に開き水中が起動する。回転数が規定値に達するとオイルリ 発 官一 所 水車発電機速度が定格値の80%に達し,副励磁機電圧が70% 以上になり,主回路が投入されていることを条件として,界磁 部 名 出 力 (kVA) 回転数(rpm) kVA/rpm 133,000 200 665 125,000 225 556 105,000 ユ67 628 100,000 125 800 95,000/86,000 360/300 264/287 93,000 200/167 465/556 久 促進継電掛こより界磁開閉器が自動閉路し励磁をはじめる。 (iv)並 第 第4号 わが国の代表的大容量機のkVA/rpm 見衣倉戊四間 磁 只母子 奥御山大男佐 フトポンプは停JLする。 (iii)励 第46巻 占用 列 自動同期装置が加圧され 発電機電圧が90%に達すると, 自動的に調整され,電子管式自動同期装置により,系統と発電 4・2 機が同期となれば,遮断器が自動投入される。投入後ほ出力調 形 式 一 R 造 4.2.1特 整電動機によF)負荷をとることができる。 (Ⅴ)停 構 圧 洲喘 自動電圧平衡装置が,路線側電圧と発電機電圧が平衡するよう, 電 長 木椀は低速大容量機としてほ記録的な発電棟である。発電機の 山 重量は,大体,次の式で示されるといわれており,わが国の大容 負荷制限電動掛こより案内羽根が徐々に閉じ閉度が約%以 量機についてkVA/rpmを表示して見ると弟2表のようになり, 下になると,断続的に無効電力の遅れ進みが白動的に調整さ 本機は日本最大,世界的にも最大級に属している。 れ,無効電力が零となるよう操作される。無負荷開度になる Ⅳ=ゑ(晋)” と,遮断器および界磁開閉器が閉路し,同時に停止用電磁弁の 動附こより案lノ+羽根が全閉する。このときランナべ-ンほ全開 し次の起動が容易に行なわれるように考慮されている。水中の 速度が定格の約20%に降下すると,速度継電器の動作により 発電機に空気ブレーキがかかF),水車発電機が完全に停止すれ Ⅳ:重 量 々:常 数 搾:常 数 次に推力荷重が非常に大きいため,エンドブラケットおよび推 ばブレーキほ自動的に解除される。なおオイルリフトポンプ 力軸受に対しては幾多の試験を行なってから,設計に着手したも は,水巾停_ll二に際L,水中回転数が定格の80%以 ̄Fに降下す のである。推力荷重が大きいため,推力軸受径が大きく,したが れば,速度継電器により起動Lノ,小1沖1転数が5%以下に降下 って油槽の外径が大きくなる一方,無拘束速度が高いた軌回転 すれば,そjtから一足時間後に停1卜する〔 3.4・5 非 常 停 了・継鉄応力の関係で,回転子内径を大きくすることができず,し 止 たがって,下部案内軸受をあまり回転子中心に近づけることがで 電気的故障の場合にほ,非常停止用継電掛こよf),主遮断器を きなかった。そのためかさ形が採用できず,準かさ形が採用され 自動的に閃くと同時に,軌ヒ用電磁石が付勢され,水中停止,操 た。 作,発電機励磁の急速減磁,界磁開閉器閉路が行なわれる。制動 最近の溶接技術および,非破壊試験の進歩によって,溶接シャ ほ上述の停止操作の場合と同様の順序で行なわれる。 フトを採用する傾向にあるが,本機の上部シャフトも溶接構造に 主機過速度,主軸受温度上昇,調速機用柵圧降下,調速機故障 よF)製作された。本校ほ電源開発株式会社御母衣発電所納発電機 の場合および,急停止引きボタンを挽作した場合ほ,停止用電磁 と同様・主機,励磁機を一つのカバーでおおった全密閉式構造で 弁が付勢し,水中を停止せしめる。この場合ほ案内羽根全閉鎖後 あるが,励磁機通風路の設計には,前機の例よりもさらに進歩し に主遮断器が閉路される。制動ほ上記と同様に20%速度が動作 た構造を採用した。 する。 弟20図ほ現地組立完了Lた発電機の外観を示す。 固 4.2.2 4.発 4.1 機 式 定 転 凹 電極力主 励 励 磁 磁 子 固定子わくは,鋼板溶接により作られており,輸送制限のため 発電機仕様 汗≠ 副 電 定 6分割されている。鉄心には高級ダイライトコアが使用してあ VEFK3W-RD(立軸閉鎖通風準かさ形乍気冷 り,固定子線輪はワンターンコイルで,絶縁はSLS絶縁が採用 却器付凹転界磁式制動巻線付) してある。 格 100,000kVA 数 125rpm ような工夫が施されている。すなわち,鉄心1パケットのみ,段 圧 13,200V 付きとし,かつ細みぞを切り,鉄心端部に垂直方向よりはいる磁 数 48極 束による鉄損を防止している。また鉄心歯押え金具には,非磁性 率 90% 金属を使用し,その表面に細みぞを切り,ここに発生する損失を 棟 定 格 極 数18 電 圧 440V 形 式 VEFBo-SP 2・5m,直径は7t456mで,無拘束速度338rpm(270%)に耐える 定 格 60kW よう設計されている。 極 数12 電 圧110V 形 式 定 格1.732kVA 内軸受を近づける目的で,軸受タンクを回転子内部に押し込む 梅 数 ため・転鉄は上下非対称形となることが多いが,本棟は輌受タ 機 調整機用発電橙 鉄心端恥こは,鉄抗および漂遊負荷損低減のため,弟21図の 600kW 減少している。 4.2.3 回 転 子 完成された回転子の外観を弟22図に示す。回転子の積厚は (i)ふ く て つ 転鉄ほ,輸送の関係で,ボスと8本のアームに分割できるよ VEFI∋0-K うに製作された。一般にかさ形構造では,回転子中心と下部案 48 ー 8 ¶ 電源開発株式会社大鳥発電所納100,000kWカプラン水車および100,000kVA交流発電機 ンクが大きいため,回転子内部に押し込めず,したがって蛎鉄 の流れが,円滑に伝達されるように考慮して,1本のアームに ほ上下対称形とした。 対し,4枚の水平フランジを設けている。アームほボスにボル 相鉄アームには,溶接構造を採用し,負荷トルクによる応力 トにより締付けしてある。ボスの上端には上シャフト,下流に ほ下シャフトが接続される。 (ii)継 鉄 継鉄ほ扇形に打ち抜かれた薄鉄板を積み屯ねた,いわゆるセ グメントヨークである。杭み方ほ,セグメントの猷ぎRによる 有効断面積の減少を最小にしかつセグメント同士のラップ面積 を大きくする方法を採用した(特許出願中)。継鉄の杭厚が高い ため,界磁極の中心部の冷却効果が悪くなるので,ここに冷却 凪が行くように継鉄中央部に冷却ダクトを設けてある。 (iii)主 軸 主軸ほ上部シャフトおよび下部シャフトに2分されており, 下部シャフトはシャフトカラーとともに,また上部シャフトほ 直接,緬鉄ボスに取り付けられる構造である。 上部シャフトは前に述べたように溶接シャフトである。舞23 図は溶接作業中の写真である。材質は軸部およびフランジ部と もボイラ鋼板を使用し,軸方向の溶拉ほエレクトロスラッグ, 円周方向の溶接はユニオンメルトである。桁接後十分ノーマラ イズイングとテンパーの熱処理を行ない,溶接部の組織の均一 化を図った。完成さたたシャフトは十分にⅩ線検査を行ない, 有害な欠陥のないことを確めたほか,運転中主軸払渡が上って 第20図 も,曲りの出ないことを確認するため,ヒートインジケーショ 現地組立完了した発電機 ソ試験を行ない,振れの出ないことを確認した。 (iv)易し 拍押え魚貝 (非石釧てL) 磁 極 界磁極鉄心は積層式であって,両端部にほ鍛鋼製の端板が取 り付けられ,端板間に打ち抜かれた鋼板が積み重ねられ,リベ みぞ ットで固定される。 界磁線輪は平角銅のエッジワイズ巻で,段間絶縁には,セミ r如甲え金具 血 固定子線輪 、lT-- ‖州 キュアエポキシアスベスト紙が使用されている。セミキュアユ ポキシアスベスト紙は最近開発されたものであって,従来使用 一紙心細〆ちぞ 囲 されていたシュラック処理アスベスト紙と比較して,その銅綿 との接着力ほ弟3表に示すようにかく段と大きくなっている。 線輪の上下端には,アルミ製心金入り,べクライトモールドボ 別判別泉 川址 肘什 ビン板が取り付けられている。 界磁極の長さが長いため,無拘束速度到達時,界磁線輪の変 維 形が大きくなる。これを防止するため,中央部に界磁線輪支持 剛立線輪 金具を1個取り付けている。この支持金具は継鉄内面より締付 第21図 鉄JL端部の漂遜色荷損低減 ボルトで締付けられているので,万一線輪絶縁の枯れのため支 持金具がゆるんでも,回転子を抜き出さずに増締めすることが できる(特許出願中)。弟24図ほ従来の方法と比較して図示し 第22図 完成 さ れ た 回転子 第23図 - 9 - 溶接作業中の上部シャフト 595 596 昭和39年4月 第3表 ⊥と 評 論 界磁線輪段間絶縁接続強度試験結果 第46巻 第4表 ノ わが国代表的大容量枚の推力荷重 出 ′や 25 卜 常温引張り菰度 却山 "帯 見衣倉鳥凹関川 ア_てべ_1ト紙 母子 奥御田大卑小件掲 0.凱鉄栂 只 第4号 力 (kVA) 推力荷重(t) 直 水 結 車 133,000 1,075 フ ラ ン シ ス 125,000 1,060 フ ラ ン ン′ ス 105,000 868 フ ラ ン′ シ ス 100,000 1,920 カ プ ル 95,000/86,000 299 ベ 93,000 855 プ 30,OUO 752 カ 久 ラ ラ ト ソ シ ス ノ ブ ン ラ ソ 平均10kg/cIn2 ンエラリク処確 エ・√トキシーtて ミーキ 平均 20kg/cnュ2 17処理 支持金具取付ネン 固定子内面A 支持金具 l l 磁緑 倫 ll ll 一界 季物./ 軋半銭 l \ 御 `彬 ′繋 1 1 L 1 ㌔ l 第25図 、/ 推 力 軸 受 外 観 l / (vi)ブ Å 【ト + 熱応力のため,リングが変形するのを防止するため,弟22図 にも示したようにリング表面に適当間隔にみぞを切ってある。 】 支持金具 ブレーキシリンダおよびピストンほ,ブレーキの動作に使用 界磁線 論 、 ブレーキ する圧縮空気にふくまれる水分のため,さびが生じ l 動作が不円滑となるおそれがある。これを防ぐためシリンダー 絶縁物 には非磁性鋼の肉盛りをするとともに,ピストンを真鍋製とし 締付ボルト た。ブレーキシリンダにほ,乗じん装置が取り付けられ,制動 l ll ll 卜¢ キ 動中ほリング表面が樺擦熱のため,著しく加熱し,これによる 固定子内面 A ー 回転了・下面にほ,ブレーキリングが取り付けられている。制 A-Å断面 支持金具取付ネジ レ 中生ずるごみを機内に飛ばさないよう考慮してある。また下部 l】 l】 ‥ + /継鉄 / Ⅰ壬 l :≒ ;l :ヨ エンドブラケットより簡軸こはずせるよう取り外し装置が設け l :L られている。 菓 l l 4.2.4 / / 下部エンドブラケット 下部エンドブラケットほ,発電機下部に設霞され回転了一重畳も 含め,全推力約1,920t J を支持するものである〔推力軸受および 】l -卜部案内軸受ほ同一油槽内に設置される∩ J 第24図 あるが,輸送制限のためアームと_卜・中・下リングおよぴタンク A-Å断面 Å アームの数ほ10本で に分割されている。この構造ほ,電源開発株式会社佐久間発電所 界磁線輪支持金具取付け方法の比較 納93,000kVA交流発電棟下部エンドブラケットで採用された方 式に類似している。 4.2.5 てあるが,従来の方法による増締めほ回転子を抜き出さねばで フ ア 力 軸 受 推力軸受は,キングスベリー形で,調整ボルトにより支持さ きないことほ明らかである。 (Ⅴ) 推 れ,適切な油膜ができるよう,各シューほ自由に傾くことができ ン 回転子上下面には,全溶接製軸流フアンが付けられた。界磁 る。弟4表はわが国における大容量機の推力荷重を示す。軸受外 線輪長が長いので,十分冷却風を界磁線輪中央部まで送るた 径は3,890¢,セグメント数ほ20,このためメタル外観ほ,円周 め,軸流フアンとした。フアンの羽根断面形状ほ中空異形と 方向より半径方向が長いという特殊な形となった。紳長いため, し,羽根とフアンボスの溶接部は溶接作業が容易で,かつ非破 軸受シュー変形が大きくなり,油膜の形成に困難があることを考 壊検査が可能なように特殊な設計となっている。上部フアンボ 慮して,サポートを特殊な構造とした。本軸受ほ,設計に先だ スにほカバーをはり,ボス部における風損を減少するよう考慮 ち,実物大メタルにより熱および圧力を与えて変形を測定し,適 してある。 切なる寸法を決定したものである。第25図は推力軸受外観であ なお,フアンガイドは固定子線輪に近接するため非磁性鋼を 使用した。 る。 推力軸受シューとランナの間の油膜は,発電樺停止中切れ,互 ー10- 597 電源開発株式会計大鳥発電所納100,000kWカプラソ水車および100,000kVA交流発電機 上部エンドブラケット 4.2.占 上部エンドブラケットは固定子上部に設置され,上部案内軸受 にかかる半径方向荷重および励磁磯,圧柵ヘッドの重量をささえ ている。上部エンドブラケットのアーム間の半数は励磁機の冷却 風の入気路となり,半数は吐出路となる。吐出路にほカーボン粉 を除去するため空気ろ過器が設けられている。 励 4.2.7 磁 轢 主励磁楼ほ出力600kW,定格電圧440V,副励磁機は60kW, 第26図 推力軸受シ 定格電圧110Vである。発電楼上部に直結され,密閉風道内に設 ー ュ 置されており,発電機本体の冷却風により冷却さJLる。吐気は主 発電機の上部エンドブラケットアーム間に設けられている,空気 いに金属接触に近い状態にあると考え「_JJLるので,本機のように ろ過器をとおり発電機風洞如こもどさJtる。禅閉風道l勺ほ刷子, 起動時の推力荷屯の大きな軸受では,起助時に軸受面に無押がく 空気ろ過器などの点検に便なるよう考慮して設計されている。調 る。このため,肘由起動装躍が椒り付けF)jt,起動時および停1ヒ 速機用発電機ほ副励磁機の上に直結されている。 自動電圧調整装置としては回転増幅形が使用され,これと組み 時に軸受シューとランサとの間に旺柵をそう入する方式としてあ 合わせて急速励磁方式が採用されている。 る。シューの形が細長いので,シュー全体に均一に圧抽がまわら ない恐れがあるため,シュー1偶に2個の肘【il孔を設托してある (弟2d図)∩ 5.緒 この穴にほ,iけ独に油量調緊弁が設けられ,回転部 以上電源開発株式会社大鳥発電所納1帆000kWカプラン水中お が均一に浮き上がるよう調解されている∩ よび100,000kVA交流発電楼の概要を述べたが,木椀は昭和38年 工場試験の際には,シューに圧力計,温度計,油膜厚み計を取 り付け,運転時の油膜圧九 言 11月営業運転にほいった。本カプラン水車は容量においてわれわれ 温度,圧力分布を測定し,安全性の 裏付けとした。20個の調整ボルトのうち14個を下に下げ,6個 の実績を一挙に2倍以上飛躍させた記録的なものであるが,現地に のみで回転子重量を支持すると,シューには現地でかかる荷重と おいて支障なく運転にはいることができたことは誠に喜ばしい。 終わりにのぞみ,本機の製作に当たり,熟Lなご指導を賜った電 ほほ等しい荷重を工場においてかけることができる∩この実荷重 源開発株式会社の関係者各位に深区な謝意を表する次第である。 試験の結果現地における安全性を確認することができた。 案 新 紹 の 介 月・秀 登録新案弟719835号 形 離 分 閉 密 母 もに,【ノ柑;を気密に保持する必要がある。従来,この穐f弓=線装置と 函6を跨せた後,遮へい箱4および接続箱6に圧接した凹リブ5な しては,接続すべき遮へい箱に円筒形接続箱を跨せ,これらの箱間 にパッキングを介装してしゆう動可能に締め付けたものが提案され らびに凸リブ8,9間の凹部16に伸縮自在な馴犬パッキング11の両 端に設けた凸部12および13を係合させ,この上から締付バンド14 実用に供されているカ㍉ で締付けるようにしたものであるから,遮へい箱4と接続箱6の製 この方式によれば,しゆう動叶能なるよう 作上の外径公差および組立,据付時の中心のずれなどの誤差を容易 に締め付けるため完全に気密を保‡与することができず,特に,屋外 に配置されるものでは雨水あるいはじんあいなどの侵入が防止でき なかった。さらに,これの欠点は製作公差および据付誤差の吸収が に吸収しうるとともに,接続作業容易にして確実な防水防じん効果 ‖一 uJ/ 只‖丁′ {hV .■′ノ5 〃ノ4一 7 1‖一 ′ (岩監) が得られる。 3 ハU 郎 困難なことであった。本案ほ接続すべき遮へい箱4に円筒形の接続 密閉母線においては温度変化による伸縮を接続部で吸収するとと 5\ 太 一11一 6【 9 11丁