特開 2023-20613 立軸水車発電の機据付け工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023020613

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】立軸水車発電の機据付け工法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/16 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

H02K15/16 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021126072

(22)【出願日】2021-07-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横山 広雄

(72)【発明者】

【氏名】高木 誠司

(72)【発明者】

【氏名】塚本 高裕

(72)【発明者】

【氏名】糟谷 高志

(72)【発明者】

【氏名】高橋 伸人

(72)【発明者】

【氏名】椿原 大貴

(72)【発明者】

【氏名】平井 亮太

(72)【発明者】

【氏名】古川 武也

(72)【発明者】

【氏名】木村 尊昭

(72)【発明者】

【氏名】武田 裕

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615BB02

5H615BB07

5H615BB14

5H615BB17

5H615PP01

5H615PP02

5H615PP28

5H615SS59

(57)【要約】      （修正有）

【課題】容易かつ高精度に構造物のセンタリングを行うことが可能な立軸水車発電機の据付け工法を提供する。
【解決手段】水車フロア基礎コンクリートに据付けられる水車と発電機フロア基礎コンクリートに据付けられる発電機とを有する立軸水車発電機の据付け工法は、下カバを水車フロア基礎コンクリートに据付ける下カバ据付けステップＳ１０と、据付けられた下カバの下カバ内周面の中心点を求め据付け中心軸を導出する中心軸導出ステップＳ２０と、据付け中心軸に基づいて水車フロア基礎コンクリートおよび発電機フロア基礎コンクリートに設置したターゲットマークの座標を算出する転写ステップＳ３０と、下カバより上方に据付けられるべき各部材のそれぞれについてターゲットマークの情報に基づいてその中心位置を据付け中心軸上となるように位置決めし順次据え付ける各部材据付けステップＳ２００と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下カバ、ランナ、ガイドベーン、および上カバの各部材を備え水車フロア基礎コンクリートに据付けられる水車と、下部ブラケット、固定子、フレーム、および上部ブラケットの各部材を備え発電機フロア基礎コンクリートに据付けられる発電機とを有する立軸水車発電機の据付け工法であって、
前記下カバを前記水車フロア基礎コンクリートに据付ける下カバ据付けステップと、
前記下カバ据付けステップで据付けられた前記下カバの下カバ内周面の中心点を求め、据付け中心軸を導出する中心軸導出ステップと、
前記据付け中心軸に基づいて、前記水車フロア基礎コンクリートおよび前記発電機フロア基礎コンクリートに設置したターゲットマークの座標を算出する転写ステップと、
前記下カバより上方に据付けられるべき前記各部材のそれぞれについて、前記ターゲットマークの情報に基づいて、その中心位置を前記据付け中心軸上となるように位置決めし順次据え付ける各部材据付けステップと、
を有することを特徴とする立軸水車発電機の据付け工法。

【請求項2】

前記中心軸導出ステップは、
前記下カバ内周面上の少なくとも３か所の測定個所の位置を測定する位置測定ステップと、
前記測定個所のうちの３か所の位置を頂点とする三角形の外心の位置を前記下カバ内周面の中心位置として算出する中心算出ステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の立軸水車発電機の据付け工法。

【請求項3】

前記位置測定ステップにおいては、前記下カバ内周面上に設置したレーザ受光ポインタに、レーザトラッカからレーザを送受信し、
前記中心算出ステップにおいては、前記頂点を前記レーザ受光ポインタの中心とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の立軸水車発電機の据付け工法。

【請求項4】

前記転写ステップは、
前記水車フロア基礎コンクリートおよび前記発電機フロア基礎コンクリートに前記ターゲットマークを設置するステップと、
前記ターゲットマークの位置を測定するステップと、
前記ターゲットマークの位置の座標を、前記据付け中心軸を基準とした座標に変換するステップと、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立軸水車発電機の据付け工法。

【請求項5】

前記各部材据付けステップにおける前記固定子の据付けステップは、
前記固定子を前記フレーム内に収納し一体物とするステップと、
前記一体物を前記発電機フロア基礎コンクリートに仮置きするステップと、
前記固定子の固定子内周面の３か所以上の複数個所の位置を測定するステップと、
前記固定子内周面の中心位置を算出するステップと、
前記フレームのフレーム外周面の３か所以上の位置を測定するステップと、
前記外周面の中心位置を算出するステップと、
前記算出された前記固定子内周面の中心位置および前記フレーム外周面の中心位置の相対関係に基づいて、前記固定子内周面の中心位置が前記中心軸上に来るように、前記フレームの位置を調整する固定子センタリングステップと、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の立軸水車発電機の据付け工法。

【請求項6】

前記各部材設置ステップは、
前記ランナおよび前記ガイドベーンを前記下カバ上に設置するステップと、
前記ランナおよび前記ガイドベーンの上部に前記上カバを据え付けるステップと、
前記上カバ上に水車軸受支持台を据え付ける水車軸受支持台据付けステップと、
前記水車軸受支持台据付けステップの後に、前記発電機フロア基礎コンクリートに前記下部ブラケットを据え付ける下ブラケット据付けステップと、
前記下ブラケット据付けステップの後に、前記固定子を据え付ける固定子据付けステップと、
前記固定子内に回転子を挿入する回転子設置ステップと、
前記回転子設置ステップの後に前記上部ブラケットを据え付けるステップと、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の立軸水車発電機の据付け工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、立軸水車発電機の据付け工法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に水車のランナの上方に発電機の回転子が直結され、これらの回転部が複数の軸受により支持される立軸水車発電機の据付けにおいては、立軸水車発電機を構成する回転部と静止部との芯出し（センタリング）を行う必要がある。ここで、立軸水車発電機の静止部は、例えば水車の上カバおよび下カバ、並びに、発電機の上部ブランケットおよび下部ブラケットなどである。

【0003】

センタリングは、回転部のそれぞれの部材および静止部のそれぞれの部材の中心を一致させるために実施される。このセンタリングが十分に実施されていないと、振動や回転体の異常な振れ等の不具合に繋がるおそれがある。

【0004】

従来、センタリングは、ピアノ線センタリング方式により実施されている。図１３は、立軸水車発電機３０の従来の据付け工法を説明するための立断面図である。

【0005】

立軸水車発電機３０は、まず、水車１０を水車フロア基礎コンクリート１に据え付けた後に、発電機２０を発電機フロア基礎コンクリート２に据え付ける。なお、また、水車フロア基礎コンクリート１には、ケーシング１１およびスピードリング１２が埋め込まれた状態となっている。水車および発電機のそれぞれの据え付けは、それぞれの各部材を、下方に配されるものから順次、据え付けていく方法が一般的である。

【0006】

センタリングは、これらの各部材の据え付けに先立って実施される。すなわち、まず、図１３に示すように、静止部の各部材を設置する。具体的には、下方から、水車１０の下カバ１３および上カバ１４を水車フロア基礎コンクリート１の水車フロア１ａより低いそれぞれの高さ位置に設置する。

【0007】

また、水車軸受支持台１５を上カバ１４上に設置する。また、発電機２０の下部ブラケット２１を発電機フロア基礎コンクリート２に、フレーム２３に収納状態の固定子２２を発電機フロア２ａ上に設置し、さらに上部ブラケット２４をフレーム２３上に設置する。

【0008】

次に、回転体の軸中心の目安として、上部ブラケット２４の上部ブラケット内周面２４ａの中心位置から、下端に錘６１のついたピアノ線６０を吊り下げる。次に、吊り下げられたピアノ線６０が中心となるように、他の静止部の各部材の位置を調整する。

【0009】

具体的には、水車１０については、下カバ１３の下カバ内周面１３ａ、上カバ１４の上カバ内周面１４ａ、および水車軸受支持台１５の水車軸受支持台内周面１５ａのそれぞれについて、内周面上に３箇所以上の基準点を決めて、各基準点とピアノ線６０との間の距離をマイクロメータ等の測定手段により測定する。この測定結果に基づいて、測定したそれぞれの距離が同じ値となるように、それぞれの静止部の位置を調整する。

【0010】

同様に、発電機２０についても、下部ブラケット２１の下部ブラケット内周面２１ａ、および固定子２２の固定子内周面２２ａのそれぞれについて、内周面上の各基準点とピアノ線６０との間の距離を測定し、その測定結果に基づいて、測定したそれぞれの距離が同じ値となるように、それぞれの静止部の位置を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第６４１６０１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

前述した従来のピアノ線方式センタリング工法の場合、センタリングを終えた後に、最下方の下カバ１３以外の部材を取り外し、下方から上方に向かって、静止部および回転部の部材を、順次、上方から搬入し据え付けることになる。

【0013】

このため、センタリング後に取り外した各静止部については、据付け手順によりそれが必要となる時期まで、現地に保管する必要がありその保管スペースを確保する必要がある。

【0014】

また、従来のピアノ線方式の場合、マイクロメータ等の測定手段を使用して距離を測定しているため、作業者に技量が要求されるとともに、測定誤差が生じやすい。さらに、上部ブラケットから水車主軸の上端部までは、たとえば１０メートルにも及ぶものが多く、ピアノ線が風で振動し易く、精度が求められる芯出しの課題となっている。

【0015】

本発明が解決しようとする課題は、容易かつ高精度に構造物のセンタリングを行うことが可能な立軸水車発電機の据付け工法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

実施形態によれば、立軸水車発電機の据付け工法は、下カバ、ランナ、ガイドベーン、および上カバの各部材を備え水車フロア基礎コンクリートに据付けられる水車と、下部ブラケット、固定子、フレーム、および上部ブラケットの各部材を備え発電機フロア基礎コンクリートに据付けられる発電機とを有する立軸水車発電機の据付け工法であって、前記下カバを前記水車フロア基礎コンクリートに据付ける下カバ据付けステップと、前記下カバ据付けステップで据付けられた前記下カバの中心軸を求める中心軸導出ステップと、前記中心軸に基づいて、前記中心軸との相対関係が記録されたターゲットマークを、前記水車フロア基礎コンクリートおよび前記発電機フロア基礎コンクリートに設置する転写ステップと、前記下カバより上方に据付けられるべき前記各部材のそれぞれについて、ターゲットマークの情報に基づいて、その中心位置を前記中心軸上に合わせて位置決めし順次設置する各部材設置ステップと、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法の対象とする立軸水車発電機の構成の例を示す立断面図である。

【図2】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法の手順を示すフロー図である。

【図3】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の設定ステップの詳細手順を示すフロー図である。

【図4】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の設定ステップでのレーザ受光ポインタの配置を示す部分縦断面図である。

【図5】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の設定ステップでのレーザ受光ポインタの配置を示す部分平面図である。

【図6】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の設定ステップでのレーザ受光ポインタの位置の測定を示す斜視図である。

【図7】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の設定ステップでのレーザ受光ポインタの位置決めを示す平面図である。

【図8】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバの据付け位置に基づく据付け中心軸の導出を説明するための平面図である。

【図9】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における建屋側にターゲットマークを設置し据付け中心軸情報を転写するステップの詳細手順を示すフロー図である。

【図10】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における建屋側のターゲットマークへの据付け中心軸情報の転写を説明するための平面図である。

【図11】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における固定子の設置ステップの詳細手順を示すフロー図である。

【図12】実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における固定子の設置ステップを説明するための平断面図である。

【図13】立軸水車発電機の従来の据付け工法を説明するための立断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る立軸水車発電の機据付け工法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0019】

図１は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法の対象とする立軸水車発電機の構成の例を示す立断面図である。

【0020】

立軸水車発電機３０は、水車フロア基礎コンクリート１に据付けられる水車１０と、発電機フロア基礎コンクリート２に据付けられる発電機２０を有する。

【0021】

水車１０は、下カバ１３、上カバ１４、ランナ１６、水車ロータシャフト１７、ガイドベーン１８、および水車軸受支持台１５を有する。

【0022】

ランナ１６は、鉛直方向に下カバ１３と上カバ１４とに挟まれている。

【0023】

ガイドベーン１８は、スピードリング１２とランナ１６の間の流路に、周方向に複数設けられている。それぞれのガイドベーン１８は、回動可能に、その回転軸が下カバ１３および上カバ１４に支持されている。全てのガイドベーン１８は、同時に同一の開度に開閉するように連結機構により駆動され、ランナへの作動流体の流量が制御される。

【0024】

水車ロータシャフト１７はランナ１６に直結している。水車ロータシャフト１７には、水車軸受１９の回転部が取り付けられている。水車軸受１９は、水車軸受支持台１５により回転可能に水平方向の変位を拘束されるように支持されている。

【0025】

発電機２０は、発電機ロータシャフト２５、発電機ロータシャフト２５に取り付けられた回転子２６、回転子２６の径方向外側に回転子２６を囲むように配された固定子２２、固定子２２を収納するフレーム２３、発電機ロータシャフト２５を回転可能に支持する下部軸受２７および上部軸受２８を有する。なお、上部軸受２８は、図示しないスラスト軸受とラジアル軸受を有し、下部軸受２７は図示しないラジアル軸受を有する。下部軸受２７および上部軸受２８は、それぞれ下部ブラケット２１および上部ブラケット２４により支持される。

【0026】

水車１０の回転トルクを発電機２０に伝達するために、水車ロータシャフト１７と発電機ロータシャフト２５とはカップリング３１にて結合されている。

【0027】

ランナ１６、水車ロータシャフト１７、発電機ロータシャフト２５および回転子２６は、一体となって、水車軸受１９、下部軸受２７および上部軸受２８により回転可能に支持されている。

【0028】

ランナ１６は、水車フロア基礎コンクリート１に周方向に亘り埋め込まれたケーシング１１からスピードリング１２を介して周方向内側に向かって流入する作動流体である水を受け入れて回転し、仕事を終えた水を下方に排出する。

【0029】

図２は、実施形態に係る立軸水車発電機３０の据付け工法の手順を示すフロー図である。

【0030】

なお、立軸水車発電機３０の据付け開始の前提として、水車フロア基礎コンクリート１および発電機フロア基礎コンクリート２は打設されており、ケーシング１１およびスピードリング１２は、水車フロア基礎コンクリート１内に設置されているものとする。

【0031】

まず、下カバ１３を据え付ける（ステップＳ１０）。すなわち、水車フロア基礎コンクリート１の水車フロア１ａより低い位置で水車フロア基礎コンクリート１を基礎として、下カバ１３を設置し、固定する。

【0032】

次に、下カバ１３の位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の導出を行う（ステップＳ２０）。すなわち、設置、固定された下カバ１３の下カバ内周面１３ａの中心位置を導出することにより、立軸水車発電機３０全体のセンタリングの基準となる据付け中心軸Ｌ０（図７参照）を導出する。

【0033】

さらに、水車フロア基礎コンクリート１および発電機フロア基礎コンクリート２にそれぞれ複数のターゲットマーク５５（図１０参照）を設置し、ターゲットマーク５５に中心位置情報を転写する（ステップＳ３０）。ステップＳ２０およびステップＳ３０の詳細については、後述するが、ステップＳ３０の一部はステップＳ２０と並行して実施される。

【0034】

これ以降、下カバ１３より上方に配される据付け対象とする部材を下側から順次据え付ける（ステップＳ２００）。以下、各部材据付けステップＳ２００の各ステップを順次説明する。

【0035】

これらの据付けにおいては、ターゲットマーク５５に基づいて中心位置を求め、センタリングして行う。なお、ターゲットマーク５５に基づくセンタリングについては後に詳しく説明するが、ここでは、まず、全体の据付けの手順について説明する。

【0036】

まず、ランナ１６およびガイドベーン１８の設置を行う（ステップＳ４０）。ランナ１６は水車ロータシャフト１７と結合した状態で設置する。また、上カバ１４の設置を行う（ステップＳ５０）。ガイドベーン１８は、下カバ１３と上カバ１４とに挟まれた状態で、その回転軸を下カバ１３および上カバ１４によって回動可能に支持されるように設置されるので、ステップＳ４０とステップＳ５０とは、必要に応じて、一部互いに並行しながら行われる。

【0037】

次に、水車軸受支持台１５の据付けを行う（ステップＳ６０）。水車軸受支持台１５は、上カバ１４上に据付けられる。

【0038】

ランナ１６、ガイドベーン１８、上カバ１４および水車軸受支持台１５のそれぞれの据付けは、水車フロア基礎コンクリート１に設けられたターゲットマーク５５の情報に基づいて、それぞれの内周面あるいは外周面の中心が据付け中心軸Ｌ０上となるように行われる。

【0039】

次に、下部ブラケット２１を据え付ける（ステップＳ７０）。下部ブラケット２１の据付けは、発電機フロア基礎コンクリート２に設けられたターゲットマーク５５の情報に基づいて、下部ブラケット２１の下部ブラケット内周面２１ａ中心が据付け中心軸Ｌ０上となるように行われる。

【0040】

次に、固定子２２を発電機フロア２ａ上に据付ける（ステップＳ８０）。ステップＳ８０の詳細については、後述する。

【0041】

次に、回転子２６を設置する（ステップＳ９０）。回転子２６は、発電機ロータシャフト２５に取り付けた状態で、下部軸受２７と一体で設置される。すなわち、下部軸受２７を下部ブラケット２１内に、また、回転子２６を固定子２２内に、それぞれ挿入する。

【0042】

さらに、上部ブラケット２４を据え付ける（ステップＳ１００）。上部ブラケット２４の据付けは、発電機フロア基礎コンクリート２に設けられたターゲットマーク５５の情報に基づいて、上部ブラケット２４の中心が据付け中心軸Ｌ０上となるように行われる。上部ブラケット２４を据付けた後に、発電機ロータシャフト２５に上部軸受２８を取り付ける。上部軸受２８が取り付けられることにより、回転子２６、発電機ロータシャフト２５、下部軸受２７および上部軸受２８が一体となって、発電機２０の回転部分が位置決めされる。

【0043】

なお、据付け中においても、回転子２６と発電機ロータシャフト２５の一体物の鉛直方向の荷重をスラスト軸受で支持するために、ステップＳ９０とステップＳ１００の一部を互いに並行して実施することでもよい。

【0044】

次に、発電機ロータシャフト２５の下端部と水車ロータシャフト１７の上端部とを結合してカップリング３１を形成する（ステップＳ１１０）。

【0045】

図３は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバ１３の据付け位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の導出ステップＳ２０の詳細手順を示すフロー図である。

【0046】

ステップＳ２０は、下カバ１３の位置測定ステップ（ステップＳ２１）および中心位置の算出ステップ（ステップＳ２２）を有する。

【0047】

図４は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバ１３の据付け位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の設定ステップでのレーザ受光ポインタ５２の配置を示す部分縦断面図、図５は、同じくレーザ受光ポインタの配置を示す部分平面図である。

【0048】

下カバ１３の位置測定ステップ（ステップＳ２１）においては、まず、レーザ受光ポインタ５２を下カバ内周面１３ａ上に配置する（ステップＳ２１ａ）。なお、このステップＳ２１においては、ステップＳ３０における後述するターゲットマーク５５の設置および位置測定を並行して行う。

【0049】

図４および図５に示すように、下カバ内周面１３ａ上に配置したレーザ受光ポインタ５２は、その受光側がレーザトラッカ５１の方向に向くように配置する。レーザ受光ポインタ５２は、測定者が手で下カバ内周面１３ａに押し当てることでもよい。

【0050】

次に、レーザ受光ポインタ５２の位置の測定を行う（ステップＳ２１ｂ）。

【0051】

図６は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバ１３の据付け位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の設定ステップＳ２０でのレーザ受光ポインタの位置の測定を示す斜視図である。

【0052】

レーザトラッカ５１からレーザ受光ポインタ５２へのレーザ送受信により、レーザトラッカ５１とレーザ受光ポインタ５２間の距離Ｌを取得する（レーザ送受信の往復の距離２Lより）。この際、レーザ発信部の位置を原点として、レーザ送信方向を、水平方向すなわちｘｙ平面上をｘ軸から角度Θ、さらに垂直方向（－ｚ方向）に向けて角度Φとするベクトル的な座標となる。なお、レーザ受光ポインタ５２は球体であり、レーザの反射位置は、実質的に、レーザ受光ポインタ５２の中心であるとみなせる。

【0053】

次に、ｘ、ｙ、ｚ体系での各レーザ受光ポインタの中心座標を算出する（ステップＳ２１ｃ）。ここで、ｚ軸は鉛直方向である。ｘ軸、ｙ軸は互いに直行する座標軸であれば、方向は、立軸水車発電機３０の据付け用のみを目的とする座標系でよい。あるいは、建屋の全体的な座標系があればそれに合わせてもよい。

【0054】

レーザトラッカ５１のレーザ発信部の位置を原点として、レーザ受光ポインタ５２の中心位置のｘ、ｙ、ｚ体系での座標は、次の式（１）、（２）および（３）により求められる。
ｘ ＝Ｌ・ｃｏｓΦ・ｃｏｓΘ ・・・（１）
ｙ ＝Ｌ・ｃｏｓΦ・ｓｉｎΘ ・・・（２）
ｚ ＝Ｌ・ｓｉｎΦ ・・・（３）

【0055】

このように、レーザ受光ポインタ５２を配置してのレーザ受光ポインタ５２位置の測定を順次、たとえばＰ１、Ｐ２およびＰ３の３か所について行う。

【0056】

この結果、各点の座標が、Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）として得られる。

【0057】

次に、下カバ１３の中心位置の算出を行う（ステップＳ２２）。

【0058】

まず、Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３の位置の、高さｚ＝ｚ０の平面への射影を行う（ステップＳ２２ａ）。同一水平面への射影ができればよいので、高さｚ＝ｚ０は任意であるが、高さｚ＝ｚ０の平面（ｚ０平面）としては、たとえば、水車フロア１ａの床面高さでもよい。

【0059】

図７は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバ１３の据付け位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の導出ステップＳ２０でのレーザ受光ポインタの位置決めを示す平面図である。

【0060】

Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３からｚ０平面への射影を、図７に示すように、それぞれＰｒ１、Ｐｒ２、およびＰｒ３とする。

【0061】

ここで、下カバ内周面１３ａによる円Ｓ０の半径をＲ０、レーザ受光ポインタの半径をｒ、（Ｒ０―ｒ）をＲ１とする。射影された点Ｐｒ１、Ｐｒ２、およびＰｒ３は、半径Ｒ１の円Ｓ１上にある。ここで、半径Ｒ１の円Ｓ１と半径Ｒ０の円Ｓ０とは、同一の水平面上にあり、両者の中心は一致する。ここで、両者の共通の中心を、Ｐｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚ０）とする。

【0062】

次に、下カバ内周面１３ａの中心座標を算出する（ステップＳ２２ｂ）。上述のように下カバ内周面１３ａによる高さｚ０における円は円Ｓ０である。円Ｓ０の中心Ｐｃは、円Ｓ１の中心でもある。

【0063】

図８は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における下カバ１３の据付け位置に基づく据付け中心軸Ｌ０の導出を説明するための平面図である。

【0064】

中心Ｐｃの座標は、中心Ｐｃと点Ｐｒ１との距離、中心Ｐｃと点Ｐｒ２との距離、および中心Ｐｃと点Ｐｒ３との距離が一致するという条件から算出することができる。

【0065】

あるいは、円Ｓ１が、三角形（Ｐｒ１－Ｐｒ２－Ｐｒ３）の外接円であることから、三角形の外接円の中心、すなわち外心を求める方法でもよい。

【0066】

三角形（Ｐｒ１－Ｐｒ２－Ｐｒ３）の外心は、図８に示すように、辺Ｐｒ１－Ｐｒ２の垂直二等分線Ｌａと、辺Ｐｒ２－Ｐｒ３の垂直二等分線Ｌｂとの交点を求めることにより得られる。

【0067】

次に、据付け中心軸Ｌ０を設定する（ステップＳ２２ｃ）。具体的には、求めた円Ｓ１の中心位置Ｐｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚ０）を鉛直方向に伸ばして、すなわち、ｚを可変として据付け中心軸Ｌ０（ｘｃ，ｙｃ，ｚ）が得られる。据付け中心軸Ｌ０は、下カバ内周面１３ａの中心点Ｐｃを含む。ここで、ｘｙ座標については、原点が据付け中心軸Ｌ０上に来るように、座標変換を行う。具体的には、座標変換前のｘ座標、ｙ座標の値がそれぞれｘ１、ｙ１であった場合、ｘ座標の値を（ｘ１－ｘｃ）、ｙ座標の値を（ｙ１－ｙｃ）とする。この結果、据付け中心軸Ｌ０上の高さ位置座標ｚの点の座標は、（０、０、ｚ）で与えられる。

【0068】

以上が、下カバの設置位置に基づく据付け中心軸の導出ステップ（ステップＳ２０）の手順の詳細である。

【0069】

次に、建屋側にターゲットマークを設置し据付け中心軸情報を転写する（ステップＳ３０）。

【0070】

図９は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における建屋側にターゲットマークを設置し据付け中心軸情報を転写するステップＳ３０の詳細手順を示すフロー図である。

【0071】

図１０は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における建屋側のターゲットマークへの据付け中心軸情報の転写を説明するための平面図である。

【0072】

まず、建屋側にターゲットマーク５５を設置する（ステップＳ３１）。ターゲットマーク５５は、水車フロア１ａおよび発電機フロア２ａのそれぞれに少なくとも一つを設置する。なお、ターゲットマーク５５を、水車フロア基礎コンクリート１の水車フロア１ａ以外の箇所、および発電機フロア基礎コンクリート２の発電機フロア２ａ以外の箇所に設置してもよい。なお、設置とは、建屋の床、壁への貼り付けを含むものとする。

【0073】

ここで、ターゲットマーク５５は、建屋側、すなわち水車フロア１ａおよび発電機フロア２ａのそれぞれにおいて、基準位置を示すものである。ターゲットマーク５５は、たとえば、正方形あるいは矩形で平面状の板、紙、布等に十字型の表示がされたものである。十字の交点が基準位置となる。基準位置の座標は、当該ターゲットマーク５５に対応して記録されている。

【0074】

また、複数のターゲットマーク５５を設置した方が、据付け対象とする部材の位置との関係から測定がしやすい場合は、ターゲットマーク５５を周方向に分散させて設置する。ここで、たとえば、ターゲットマーク５５が３つの場合、それぞれのターゲットマーク５５の中心位置をＰｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３とする。ステップＳ３１は、前述の、下カバ１３の位置測定ステップＳ２１と並行して行う。

【0075】

次に、順次、それぞれのターゲットマーク５５の中心の鉛直線上にレーザ受光ポインタ５２の中心がくるようにレーザ受光ポインタ５２を設置する。図１０では、Ｐｔ１の位置にレーザ受光ポインタ５２を設置している場合を示す。前述の、下カバ１３の位置測定ステップＳ２１において用いたレーザトラッカ５１を同じ位置のまま用いてそれぞれのターゲットマーク５５上のレーザ受光ポインタ５２の位置の測定を行う（ステップＳ３２）。得られるターゲットマーク５５の位置座標は、レーザ発信部の位置を原点とするベクトル的な座標となる。

【0076】

次に、レーザ受光ポインタ５２の位置について、レーザ発信部の位置を原点とした（ｘ、ｙ、ｚ）体系での座標を算出する（ステップＳ３３）。この際の算出は、前述の式（１）ないし（３）と同様の算出法となる。ターゲットマーク５５平面的位置、すなわち（ｘ座標の値、ｙ座標の値）はレーザ受光ポインタ５２に一致する。この結果、（ｘ、ｙ、ｚ）体系におけるターゲットマーク５５の中心位置Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３のそれぞれの座標が得られる。ここで、たとえば、Ｐｔ１の座標を（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）であるとする。

【0077】

次に、前述の下カバ１３についての中心位置の算出ステップＳ２２において行われたｘｙ座標の原点を据付け中心軸Ｌ０上とするための座標変換を、ターゲットマーク５５の位置座標に適用する。具体的には、座標変換前のｘ座標、ｙ座標の値がそれぞれｘｔ１、ｙｔ１であった場合、ｘ座標の値を（ｘｔ１－ｘｃ）、ｙ座標の値を（ｙｔ１－ｙｃ）とする。この結果、ターゲットマーク５５の中心位置Ｐｔ１の座標は、（ｘｔ１－ｘｃ、ｙｔ１－ｙｃ、ｚ）で与えられる。他のターゲットマークについても同様である。

【0078】

この結果、据付け中心軸Ｌ０に対するターゲットマーク５５の位置の３次元座標が得られる。据付け中心軸Ｌ０（０，０，ｚ）は、仮想的な直線であり視認することはできないが、この得られたターゲットマーク５５の位置の３次元座標から、据付け中心軸Ｌ０の水平位置が逆算することができる。すなわち、据付け中心軸Ｌ０（０，０，ｚ）の情報は、ターゲットマーク５５の各座標情報として、各ターゲットマーク５５に転写されたことになる。

【0079】

このように、据付け中心軸Ｌ０の情報がターゲットマーク５５の各座標の情報として転写されたことにより、各部材の据付け時には、ターゲットマーク５５との相対的な位置に基づいて、その部材の中心位置を求めることができる。したがって、その中心位置が据付け中心軸Ｌ０（０、０、ｚ）上に来るようにセンタリングを行うことができる。

【0080】

図１１は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における固定子２２の設置ステップＳ８０の詳細手順を示すフロー図である。また、図１２は、実施形態に係る立軸水車発電機の据付け工法における固定子２２の設置ステップを説明するための平断面図である。

【0081】

ステップＳ８０は、固定子２２をフレーム２３内に取り付けた固定子一体物２０ａ（図１２）を仮置きするステップ（ステップＳ８１）、固定子内周面２２ａ上の測定点およびフレーム外周面２３ａ上の測定点の座標を測定するステップ（ステップＳ８２）、および固定子２２の位置決め、設置を行うステップ（ステップＳ８３）を有する。

【0082】

まず、固定子２２をフレーム２３内に取り付けた固定子一体物２０ａを発電機フロア基礎コンクリート２の発電機フロア２ａ上に設置する（ステップＳ８１）。

【0083】

次に、固定子内周面２２ａおよびフレーム外周面２３ａのそれぞれの中心座標を測定する（ステップＳ８２）。ステップＳ８２の詳細な手順は以下のとおりである。なお、ステップＳ２０で実施する内容と同様の部分についてはステップＳ２０と同様の符号を用い、また、詳細な説明を省略する。

【0084】

まず、レーザ受光ポインタ５２を固定子内周面２２ａ上の測定点に設置し、レーザトラッカ５１からレーザ送受信し、固定子内周面２２ａ上の測定点の水平方向Θ、垂直方向Φ、測定距離Ｌｓを得る（ステップＳ８２ａ）。これを、少なくとも、固定子内周面２２ａ上の３か所について行う。

【0085】

次に、（ｘ、ｙ、ｚ）体系での各レーザ受光ポインタ５２の中心（球体の中心）のレーザトラッカ５１を原点とする相対座標を算出する（ステップＳ８２ｂ）。

【0086】

次に、発電機フロア基礎コンクリート２に設けられたターゲットマーク５５から、レーザトラッカ５１の３次元位置を算定し、各レーザ受光ポインタの中心（球体の中心）座標を補正する。さらに、各レーザ受光ポインタ５２の補正後の座標に基づいて、固定子内周面２２ａの中心点Ｃ１の座標を算出する（ステップＳ８２ｃ）。

【0087】

次に、フレーム外周面２３ａ上のレーザ受光ポインタ５２の位置座標を、発電機フロア基礎コンクリート２に設けられたターゲットマーク５５の位置座標に基づいて算出する（ステップＳ８２ｄ）。次に、フレーム外周面２３ａの中心点Ｃ２の座標を算出する（ステップＳ８２ｅ）。レーザ受光ポインタ５２が設置されたフレーム外周面２３ａ上の点には、ターゲットマーク５７を設置する。

【0088】

次に、固定子の位置決め、設置を行う（ステップＳ８３）。

【0089】

ステップＳ８３としては、まず、フレーム外周面２３ａの中心Ｃ２の固定子内周面２２ａの中心Ｃ１に対する相対位置を算出する（ステップＳ８３ａ）。

【0090】

次に、発電機フロア基礎コンクリート２に設けられたターゲットマーク５５とフレーム外周面２３ａ上のターゲットマーク５７との関係を確認しながら、固定子内周面の中心Ｃ１が据え付け中心線上に来るように、固定子一体物２０ａの水平方向位置を調整する（ステップＳ８３ｂ）。

【0091】

次に、固定子２２がフレーム２３内に収納固定された固定子一体物２０ａの位置を固定する（ステップＳ８３ｃ）。

【0092】

以上のように、本実施形態によれば、まず、最下方の下カバ１３を据付けた後に、下カバ内周面１３ａに基づき、据付け中心軸Ｌ０を決定し、この結果を、建屋側すなわち水車フロア基礎コンクリート１および発電機フロア基礎コンクリート２に転写する。この結果、これ以降に順次上方から搬入し据付ける各部材は、据え付ける際にセンタリングを行うことができる。この結果、各部材は、その据付け時期に現地に搬入すればよく、保管スペースを大幅に低減することができる。

【0093】

また、建屋側に転写された情報に基づいて各部材のセンタリングを行えることから、従来のピアノ線方式の場合のような測定誤差が生じやすいという問題が解決される。

【0094】

また、本実施形態の据付け工法では、立軸水車発電機３０を分解することなく中心位置の経年的な変化も確認できるため、中心位置の変化を通して立軸水車発電機３０が故障する前の予兆を確認できる。例えば、軸受の温度が上昇している場合に、本実施形態に記載された据え付け中心に対する中心位置Ｃ２の相対位置を算出し、この相対位置が所定値よりも大きい場合には、ブラケットの中心位置（軸受ギャップ）が大きくずれている可能性を確認できる。あるいは、固定子２２や回転子２６に振動が起こっている場合に本実施形態に記載された据え付け中心に対する中心位置Ｃ２の相対位置を算出し、その変化を追うことで、固定子２２と回転子２６との間の隙間であるエアギャップが変化している可能性を確認することもできる。

【0095】

以上、説明した実施形態によれば、下カバ１３を据付けた後に、下カバ内周面１３ａの中心点を求め据付け中心軸Ｌ０を導出するとともに据付け中心軸Ｌ０の情報を建屋のターゲットマーク５５に転写することにより、容易かつ高精度に構造物のセンタリングを行うことを可能とする。

【0096】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0097】

１…水車フロア基礎コンクリート、１ａ…水車フロア、２…発電機フロア基礎コンクリート、２ａ…発電機フロア、１０…水車、１１…ケーシング、１２…スピードリング、１３…下カバ、１３ａ…下カバ内周面、１４…上カバ、１４ａ…上カバ内周面、１５…水車軸受支持台、１５ａ…水車軸受支持台内周面、１６…ランナ、１７…水車ロータシャフト、１８…ガイドベーン、１９…水車軸受、２０…発電機、２０ａ…固定子一体物、２１…下部ブラケット、２１ａ…下部ブラケット内周面、２２…固定子、２２ａ…固定子内周面、２３…フレーム、２３ａ…フレーム外周面、２４…上部ブラケット、２４ａ…上部ブラケット内周面、２５…発電機ロータシャフト、２６…回転子、２７…下部軸受、２８…上部軸受、３０…立軸水車発電機、３１…カップリング、５１…レーザトラッカ、５２…レーザ受光ポインタ、５５…水車フロアターゲットマーク、５６…発電機フロアターゲットマーク、５７…フレーム外側ターゲットマーク、６０…ピアノ線、６１…錘

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】