JP2000297736A

JP2000297736A - 水力機械のシール装置

Info

Publication number: JP2000297736A
Application number: JP11106891A
Authority: JP
Inventors: Makoto Mikami; 上誠三; Hitoshi Sakakida; 田均榊; Tatsuo Yamashita; 下達雄山; Toshio Hirano; 野俊夫平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】従来必要であったガイド軸受を省略して水力
機械をコンパクト化し、メンテナンスを簡素化できる水
力機械のシール装置を提供する。【解決手段】ランナ１のランナバンド４７の外周面と
これに対向する水車ケーシング７の内周面との間を密封
する、水車やポンプ水車などの水力機械のシール装置で
ある。ランナバンド４７の出口部分を構成する円筒部４
８の外周面に対向する水車ケーシング７の内周面に、ラ
ンナ１の高速回転時においてランナ１に対して動圧軸受
として機能してランナ１のラジアル荷重を支持する環状
シール部材６０を周設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランナのランナバ
ンドの外周面とこれに対向する水車ケーシングの内周面
との間を密封する、水車やポンプ水車などの水力機械の
シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２に、従来の水車の概略構造を示
す。図１２に示したように従来の水車においては、水車
ランナ１に負荷されるラジアル荷重は、主に発電機１０
とランナ１との間の主軸１７に設けられた油潤滑ガイド
軸受２で支えられている。このため、ランナ１はオーバ
ーハングの状態で支持されている。

【０００３】また、ガイド軸受２は油槽３を有するので
大きな設置スペースを要し、このため発電機１０とラン
ナ１との間の主軸１７はこの軸受装置設置の制約により
非常に長くなる。

【０００４】さらに、回転中の軸受損失によって油槽３
内の潤滑油の温度が上昇するので、この潤滑油を冷却す
るための冷却装置４が必要であり、油槽３内外の冷却用
配管５やオイルクーラーなどを設置しなければならな
い。

【０００５】また、ランナ１は一対の水車ケーシング
（上カバー及び下カバー）７によって上下から挟まれて
おり、上側の水車ケーシング７の内周面と主軸１７との
間には主軸シール８が設けられている。

【０００６】さらに、ランナ１のランナバンドの出口部
外周にシール装置６が設けられており、これはランナ１
外周から吸出管９への漏れを密封する効果作用を有して
いる。但し、シール装置６は、漏洩防止効果を有するの
みであって、ランナ１のラジアル荷重を支持する効果は
有していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように発電機１０
と水車ランナ１との間にガイド軸受２を設けると、前述
のようにランナ１をオーバーハングで支えることにな
り、ランナ１の振動が大きくなりやすい。また、主軸１
７がこのガイド軸受２の設置によって長くなるので曲げ
剛性が低下して、さらに振動が大きくなる傾向にある。

【０００８】したがって、これらの振動を抑制するため
に軸受剛性の高いガイド軸受２が要求され、軸受は大形
となる。このようなガイド軸受２の損失による潤滑油の
温度上昇は、油槽３周辺の自然放熱では抑えられないの
で強制冷却が必要となって補機や配管の設置が必要とな
りこれらに関する管理も信頼性上重要となる。

【０００９】また、このガイド軸受２は水車の構造を複
雑にし、かつメンテナンス時の分解・組立などの作業を
複雑にしていると共に、水車コンパクト化の障害の一要
因ともなっている。

【００１０】そこで、本発明の目的は、従来必要であっ
たガイド軸受を省略して水力機械をコンパクト化し、メ
ンテナンスを簡素化できる水力機械のシール装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による水力機械の
シール装置は、ランナのランナバンドの外周面とこれに
対向する水車ケーシングの内周面との間を密封する、水
車やポンプ水車などの水力機械のシール装置において、
前記ランナバンドの出口部分を構成する円筒部の外周面
に対向する前記水車ケーシングの内周面に、前記ランナ
の高速回転時において前記ランナに対して動圧軸受とし
て機能して前記ランナのラジアル荷重を支持する環状シ
ール部材を周設したことを特徴とする。

【００１２】また、前記環状シール部材のシール面に複
数の凹部を周方向に沿って形成し、前記環状シール部材
よりも上流側の高圧の水を前記凹部に導くために前記環
状シール部材の上流側の面から前記凹部まで導水流路を
形成することが望ましい。

【００１３】また、前記水力機械の起動・停止時におい
て前記ランナのラジアル荷重を支え得る大きさの動圧が
前記環状シール部材で発生するまでの間、前記ランナの
ラジアル荷重を補助的に支持するために、給水配管を介
して外部から供給された高圧水を高圧水吐出孔から吐出
して軸受として機能する静圧補助軸受を前記環状シール
部材の近傍に設けることが望ましい。

【００１４】また、前記静圧補助軸受に供給される前記
高圧水は、前記水力機械を駆動するためのダムの水頭を
利用したものとすることができる。

【００１５】また、前記静圧補助軸受への前記高圧水の
給水を停止するための給水バルブを前記給水配管に設け
ることが望ましい。

【００１６】また、前記環状シール部材において発生す
る水膜圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器か
らの信号に基づいて前記給水バルブを開閉制御する自動
遠隔バルブ開閉盤と、をさらに有することが望ましい。

【００１７】また、前記ランナの回転数を検出する回転
数検出器と、この回転数検出器からの信号に基づいて前
記給水バルブを開閉制御する自動遠隔バルブ開閉盤と、
をさらに有することが望ましい。

【００１８】また、前記高圧水吐出孔から吐出される前
記高圧水の流量を検出する流量検出器と、この流量検出
器からの流量信号が異常値を示した場合に、前記高圧水
吐出孔に詰まった異物を除去するための高圧水を前記給
水配管に供給する高圧ポンプと、をさらに有することが
望ましい。

【００１９】また、前記静圧補助軸受において発生する
圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器からの信
号が異常値を示した場合に、前記高圧水吐出孔に詰まっ
た異物を除去するための高圧水を前記給水配管に供給す
る高圧ポンプと、をさらに有することが望ましい。

【００２０】また、前記流量検出器又は前記圧力検出器
からの流量信号又は圧力信号を受信して、前記給水バル
ブが開状態の時に前記流量信号又は前記圧力信号が異常
値を示した場合に、前記高圧ポンプを作動させて前記静
圧補助軸受に前記高圧ポンプから高圧水を供給して前記
高圧水吐出孔の目詰まりを解除する自動異物除去制御装
置をさらに設けることが望ましい。

【００２１】また、前記水力機械の起動・停止時におい
て前記ランナのラジアル荷重を支え得る大きさの動圧が
前記環状シール部材で発生するまでの間、前記ランナの
ラジアル荷重を補助的に支持するために、カーボンや樹
脂系などの耐摩耗・耐焼付き性能に優れる摺動材料から
成るブシュを弾性部材により前記ランナバンドの前記円
筒部の外周面に押し付け、前記ランナの回転速度の上昇
に伴って前記円筒部の外周面に発生する圧力によって前
記ブシュが前記円筒部の外周面から離れて非接触状態に
なるようにすることもできる。

【００２２】また、前記円筒部の外周面と前記環状シー
ル部材との間隙空間と、前記円筒部の外周面と前記ブシ
ュとの間隙空間とを連通する導通管を設け、前記環状シ
ール部材に発生する動圧を前記ブシュのシール面に導入
することにより前記ランナの高速回転時には前記ブシュ
が前記円筒部の外周面から離れて非接触状態になるよう
にすることが望ましい。

【００２３】また、前記弾性部材に代えて水圧ベローを
設け、前記水力機械を駆動するためのダムからの高圧水
を前記水圧ベローに供給して前記ブシュを前記円筒部の
外周面に押し付けるようにすることもできる。

【００２４】また、前記ダムからの高圧水を前記水圧ベ
ローに供給するための給水配管及び給水バルブと、前記
水圧ベローの内部の高圧水を排水するための排水配管及
び排水バルブと、前記環状シール部材において発生する
水膜圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器から
の信号に基づいて前記給水バルブ及び前記排水バルブを
開閉制御する自動遠隔バルブ開閉盤と、をさらに有する
ことが望ましい。

【００２５】また、前記ブシュに代えて円筒ころ部材を
設け、前記円筒ころ部材によって前記円筒部を転がり支
持するようにすることもできる。

【００２６】また、前記ランナバンドの入口部の外周に
形成した環状の凸部と、この凸部に対向する前記水車ケ
ーシングに形成した円周溝とによって、前記ランナに流
入する水の中の異物を除去するためのトラップ流路を形
成することが望ましい。

【００２７】また、前記環状シール部材の上流側近傍の
前記ランナバンドの外周面に、前記ランナバンドと前記
水車ケーシングとの間に流入した異物を外向きに弾き飛
ばすための環状の凸部を形成すると共に、前記環状の凸
部に対向する前記水車ケーシングの位置に、前記環状の
凸部によって弾き飛ばされた異物を捕捉するための円周
溝を形成することもできる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明による水力機械のシ
ール装置の各種実施の形態を、図面を参照して説明す
る。

【００２９】第１の実施の形態図１は、本発明の第１の実施の形態のシール装置を備え
た水力機械の概略構成を示した縦断面図である。従来の
水力機械においては、図１２に示したように水車ランナ
バンド部の出口側外周の円筒部分に対向する水車ケーシ
ング７に、吸出管９への漏水を防ぐためのシール装置６
が設けられているが、このシール装置６は密封効果のみ
有しランナ１に負荷されるラジアル荷重を支持すること
はできない。

【００３０】そこで、本実施形態による水力機械のシー
ル装置においては、図１に示したように、従来のシール
装置６に代えて、軸受表面と同様な形状の環状シール部
材６０を適用する。この環状シール部材６０は、ランナ
１のランナバンド４７の出口部分を構成する円筒部４８
の外周面に対向する水車ケーシング７の内周面に周設さ
れている。ランナ１の回転軸心方向に沿った環状シール
部材６０のシール面の幅（軸長）Ｗは、環状シール部材
６０がランナ１に対して動圧軸受として機能してランナ
１のラジアル荷重を支持し得るような値に設定されてい
る。

【００３１】そして、ランナ１が回転すると、環状シー
ル部材６０のシール面と円筒部４８の外周面との隙間内
に圧力が生じ、ランナ１に負荷されるラジアル荷重を支
えることができる。ここで、ランナ１のラジアル荷重を
支えるための負荷容量は環状シール部材６０のシール面
の幅（軸長）Ｗに依存するので、荷重に応じてシール面
の幅Ｗを延長する必要があり、このためランナバンド４
７の円筒部４８も環状シール部材６０が設置できる長さ
に設定する。

【００３２】前記の如く環状シール部材６０を設けるこ
とにより、通常の高速回転中はこの環状シール部材６０
による動圧軸受効果によりランナ１のラジアル荷重を支
持できる。

【００３３】しかしながら、水力機械の起動・停止時に
は動圧発生が期待できないので、ランナ１と環状シール
部材６０が接触してシール表面が損傷する恐れがある。

【００３４】そこで、本実施形態においては、水力機械
の起動・停止時において、ランナ１のラジアル荷重を支
え得る大きさの動圧が環状シール部材６０で発生するま
での間、ランナ１のラジアル荷重を補助的に支持するた
めに、給水配管１５を介して外部から高圧水を供給して
ランナ１を支持する静圧補助軸受１１を環状シール部材
６０の近傍に設けている。

【００３５】静圧補助軸受１１は高圧水を円周方向に導
く連通溝１２と絞り孔（高圧水吐出孔）１３を有し、外
部からの高圧水はこの連通溝１２に供給し絞り孔１３を
介して軸受隙間に圧入される。静圧補助軸受１１に供給
する高圧水としては、水力機械を駆動するためのダムの
水頭を利用したものを使用することができる。

【００３６】静圧補助軸受１１は、水力機械の起動・停
止時に作動するものであり、静圧補助軸受１１の作動の
始動と停止は給水配管１５に設けた給水バルブ１６の開
閉で行う。静圧補助軸受１１によって起動・停止時のラ
ンナ１の支持を行うことにより、起動・停止時の低速回
転時においてもランナ１と環状シール部材６０とが接触
することがない。

【００３７】図２（ａ）、（ｂ）は、環状シール部材６
０においてその軸受効果を向上させる手段を示した図で
ある。図２（ａ）、（ｂ）に示したように、環状シール
部材６０の負荷能力を向上させるために、環状シール部
材６０のシール面６１に、その周方向に沿って複数のポ
ケット（凹部）１８を設けてポケット軸受と同様な効果
を持たせ、さらにこのポケット１８内の圧力を高くする
ためにシール高圧側の圧力をポケット１８に導く導水溝
（導水流路）１９を、環状シール部材６０の上流側に面
からポケット１８まで形成している。導水溝１９の設置
によりポケット軸受の動圧効果に静圧効果を付加した性
能のシールとなり、環状シール部材６０は負荷能力の高
いシール装置となる。

【００３８】以上述べたように本実施形態による水力機
械のシール装置によれば、ランナバンド４７部をシール
するための装置として、動圧軸受効果を有する環状シー
ル部材６０を設けることによって、環状シール部材６０
自身でランナ１を直接支持できるので、従来のオーバー
ハング支持を回避することが可能であり、ランナ１部の
振動を低減することができる。また、前記の如く環状シ
ール部材６０に軸受効果を持たせることによって、主軸
１７のガイド軸受を省略可能とし、主軸１７周りのコン
パクト化と軸曲げ剛性の向上が図れると共に、水力機械
の分解・組立て作業を容易にすることができる。

【００３９】第２の実施の形態次に、本発明の第２の実施の形態による水力機械のシー
ル装置について図面を参照して説明する。なお、本実施
の形態は上述した第１の実施の形態の構成を一部変更し
たものであり、以下では、第１の実施の形態と異なる部
分について説明する。

【００４０】図３は、本実施の形態のシール装置におけ
る静圧補助軸受１１の制御機構を示した図である。高圧
水はダム２０の水頭を利用し、フィルタ１４と給水バル
ブ１６を介して静圧補助軸受１１に高圧水を供給する。
これにより、高圧水を供給するためのポンプを外部に設
ける必要がなくなる。静圧補助軸受１１は、環状シール
部材６０に十分な動圧が発生したときに作動を停止し、
またランナ停止時はこの逆で動圧効果が小さくなったと
きに始動する必要がある。

【００４１】そこで、環状シール部材６０の水膜圧力を
圧力センサ（圧力検出器）２２で測定し、この圧力信号
２３を自動遠隔バルブ開閉盤２４に入力する。自動遠隔
バルブ開閉盤２４は、圧力センサ２２からの圧力信号に
基づいて環状シール部材６０の水膜厚力が所定値に達し
ているか否かを判断し、この判断結果に基づいて給水バ
ルブ１６（例えば電動式バルブ）を開閉する信号２１を
送信し、自動的に給水バルブ１６の開閉を行う。

【００４２】図４は、静圧補助軸受１１の制御機構の一
変形例を示した説明図である。水車の回転数を測定する
回転計（回転数検出器）２５からの回転数信号２６を先
の自動遠隔バルブ開閉盤２４に入力する。そして、静圧
補助軸受１１を始動あるいは停止する設定回転数になっ
たら、給水バルブ１６を開閉する信号を自動遠隔バルブ
開閉盤２４から送信する。

【００４３】以上述べたように本実施の形態による水力
機械のシール装置によれば、給水バルブ１６を自動で開
閉制御する自動遠隔バルブ開閉盤２４を設けたので、静
圧補助軸受１１の始動・停止を自動的に行えるばかりで
なく、静圧補助軸受１１を起動・停止運転時にのみ使用
するようにしたので、ダムの水の使用量を最小にしてダ
ム内の水の消費を押さえることができる。

【００４４】第３の実施の形態次に、本発明の第３の実施の形態による水力機械のシー
ル装置について図面を参照して説明する。なお、本実施
の形態は上述した第１又は第２の実施の形態の構成を一
部変更したものであり、以下では、上記各実施の形態と
異なる部分について説明する。

【００４５】図５は、本実施の形態のシール装置におけ
る静圧補助軸受１１の異常監視と異常解除機構を示した
図である。静圧補助軸受１１は定格回転時には作動して
いないので、環状シール部材６０を通過した水が軸受表
面に浸入する。この水には土砂などの異物が混入してい
るため、細い絞り孔（高圧水吐出孔）１３を目詰まりさ
せる可能性がある。

【００４６】そこで、本実施の形態においては、静圧補
助軸受１１に供給されて絞り孔１３から吐出される高圧
水の流量を流量計（流量検出器）２７で監視し、流量が
予め設定した既定値を下回ったときに高圧ポンプ２８を
始動すると共に高圧水バルブ２９を開けて非常に高い圧
力の水を送水し、絞り孔１３に目詰まりした異物を取り
除く。

【００４７】また、これらの動作を自動的に行うために
自動異物除去制御装置３１を設置する。この自動異物除
去制御装置３１は以下のように動作する。先ず静圧補助
軸受１１が作動中であることを給水バルブ１６の開閉状
態（開で作動中）で確認し、次に流量計２７からの流量
信号により流量を測定して異常の有無を判定する。異常
であれば高圧ポンプ２８を始動し高圧水バルブ２９を開
け、同時に給水バルブ１６を閉める。その後元の状態に
復帰して流量を確認し、正常になるまで前記の動作を繰
り返す。

【００４８】また、流量の代わりに静圧補助軸受１１の
圧力を圧力計（圧力検出器）３０で測定し、この圧力計
３０からの圧力信号を自動異物除去制御装置３１に入力
して異常の有無の判定を行う事もできる。

【００４９】以上述べたように本実施の形態による水力
機械のシール装置によれば、シール装置を分解すること
なく、高圧ポンプ２８からの高圧水によって静圧補助軸
受１１の目詰まりを自動的に解除できるので常に正常な
静圧効果を得ることができ、信頼性の向上が図れる。

【００５０】第４の実施の形態次に、本発明の第４の実施の形態による水力機械のシー
ル装置について図面を参照して説明する。なお、本実施
の形態は上述した第１乃至第３の実施の形態の構成を一
部変更したものであり、以下では、上記各実施の形態と
異なる部分について説明する。

【００５１】図６に示したように本実施の形態のシール
装置においては、上述した静圧補助軸受に代わる補助軸
受として、周方向に複数個からなる耐摩耗・耐焼付き性
能に優れるカーボン或いは樹脂系材料等の摺動材料から
成るブシュ３２でランナ１を支持するように構成されて
いる。ブシュ３２はケーシング３４に収納され、ケーシ
ング３４からばね（弾性部材）３３で支持されランナバ
ンド４７の円筒部４８の外周面に押し付けられている。

【００５２】そして、ランナ１の回転速度が小さいとき
は、ブシュ３２は接触した状態でランナ１を支持してい
るが、回転が上昇するとブシュ３２とランナ１の間に水
膜が形成され、動圧が発生してブシュ３２を外周側に押
す力が生じ、ばね３３を圧縮して非接触な状態で支持す
ることになる。このようにブシュ３２は低回転領域での
み接触するので摩耗は少なく長期間使用できる。

【００５３】このように本実施の形態によれば、水力機
械の起動・停止時にブシュ３２がランナ１を接触支持
し、回転が上昇して環状シール部材６０に動圧効果が発
生するときには、ブシュ３２は自動的に離れて摩耗を防
止することができる。

【００５４】図７は、本実施の形態の一変形例を示して
おり、図６に示した上記実施の形態ではブシュ３２は、
ブシュ３２自身に発生する水膜の動圧によって回転上昇
に伴い非接触となるが、本変形例においては、環状シー
ル部材６０に発生する動圧を導通管３５を介してブシュ
３２の表面に導入し、この圧力でランナ１とブシュ３２
を非接触状態にする。ブシュ３２と導通管３５の間はば
ね３３が伸縮できるようにフレキシブルパイプ３６で連
結する。このようにすれば、環状シール部材６０に動圧
が発生し次第、ブシュ３２をランナ１と非接触状態にす
ることができる。

【００５５】図８は、本実施の形態の他の変形例を示し
ており、図６に示した上記実施の形態ではブシュ３２は
ばね３３によってランナ１に押し付けられているが、本
変形例においては、ばね３３に代えて、ダムの水頭を利
用した水圧ベロー３７をブシュ３２の背面側に設け、こ
の水圧ベロー３７によってブシュ３２をランナ１に押し
付ける。

【００５６】そして、水力機械の起動・停止時には、ダ
ム２０から高圧水を給水配管１５及び給水バルブ１６を
介してベロー３７に供給してブシュ３２をランナ１に押
し付け、環状シール部材６０に動圧効果が発生したら給
水配管１５の給水バルブ１６を閉じ、排水配管４９の排
水バルブ３８を開けてベロー３７内の圧を減じてベロー
３７を縮めブシュ３２を非接触状態にする。これによ
り、ランナ１に対するブシュ３２の接触／非接触状態の
切替を自在に行うことができる。

【００５７】また、図８に示した変形例においてブシュ
３２の接触／非接触状態の切替を自動化するために、環
状シール部材６０の動圧を圧力計２２で測定して、その
圧力信号を自動遠隔バルブ開閉盤３９に送り、この信号
を判断して給水バルブ１６と排水バルブ３８の開閉操作
を自動遠隔バルブ開閉盤３９が行う。

【００５８】図９は、本実施の形態の他の変形例を示し
ており、本変形例においては、図８に示した変形例のブ
シュ３２に代えて円筒ころ４０をランナ１に押し付けて
接触支持する。円筒ころ４０は支持ケーシング４１内に
収納され、この支持ケーシング４１は図８の変形例の水
圧ベロー３７と同じもので支持される。円筒ころ４０と
ランナ１は転がり接触するので摩耗は少ない。ランナ１
の回転が上昇すると、図８の実施形態と同様の動作によ
って円筒ころ４０とランナ１とが非接触となる。

【００５９】図７乃至図９に示した各変形例において
も、水力機械の起動・停止時にブシュ３２或いは円筒こ
ろ４０がランナ１を接触支持し、ランナ１の回転が上昇
して環状シール部材６０に動圧効果が発生したときに
は、ブシュ３２又は円筒ころ４０は自動的に離れて摩耗
を防止することができる。

【００６０】第５の実施の形態次に、本発明の第５の実施の形態による水力機械のシー
ル装置について図面を参照して説明する。なお、本実施
の形態は上述した第１乃至第４の実施の形態に構成を一
部追加したものであり、以下では、上記各実施の形態と
異なる部分について説明する。

【００６１】図１０は、本実施の形態の水力機械のシー
ル装置におけるシール隙間への異物浸入防止装置を示し
た縦断面図である。水力機械のシール装置には、ダムの
水に含まれる土砂などの異物が侵入する可能性がある。

【００６２】そこで、本実施形態においては、ランナバ
ンド４７の入口部に鍔部（環状の凸部）４２を形成する
と共に、この鍔部４２に対向する水車ケーシング７の位
置に円周溝４３を形成し、これら鍔部４２及び円周溝４
３で、異物を除去するためのトラップ流路４４を形成す
る。これにより比重の大きい異物はトラップ流路４４を
通過するときに円周溝４３の底部に沈殿し、環状シール
部材６０へ供給する水から除去される。

【００６３】このように本実施の形態によれば、環状シ
ール部材６０へ供給される水の中から土砂などの異物が
トラップ流路４４によって除去され、異物による環状シ
ール部材６０のシール面６１の損傷を回避できる。

【００６４】図１１は、本実施の形態の一変形例を示し
た縦断面図であり、環状シール部材６０の上流側近傍の
ランナバンド４７の外周面に、ランナバンド４７と水車
ケーシング７との間に流入した異物を外向きにはじき飛
ばすための環状の円板（環状の凸部）４５を形成し、こ
の円板４５に対向する水車ケーシング７位置に、円板４
５によって弾き飛ばされた異物を捕捉するための円周溝
４６を形成した。

【００６５】上記構成より成る本変形例においては、ラ
ンナバンド４７に流入してきた比重の大きい異物は、円
板４５によって外周に飛ばされ、水車ケーシング７に衝
突した後、円周溝４６底部に沈殿し、環状シール部材６
０へ供給する水から除去される。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による水力機
械のシール装置によれば、動圧軸受として機能する環状
シール部材によってランナのラジアル荷重を支持するよ
うにしたので、ランナの振動を低減できると共に、主軸
のガイド軸受を省略できることによってコンパクト化が
図れ、水力機械の分解・組立て作業を容易にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるシール装置を
備えた水力機械の概略構成を示した縦断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態による水力機械のシ
ール装置の軸受効果を向上させる手段を示した図であ
り、（ａ）は部分縦断面図、（ｂ）は部分正面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態による水力機械のシ
ール装置における静圧補助軸受の制御機構を示した図。

【図４】本発明の第２の実施の形態による水力機械のシ
ール装置における静圧補助軸受の他の制御機構を示した
図。

【図５】本発明の第３の実施の形態による水力機械のシ
ール装置における静圧補助軸受の異常監視と異常解除機
構を示した図。

【図６】本発明の第４の実施の形態による水力機械のシ
ール装置における補助軸受の概略構成を示した図。

【図７】本発明の第４の実施の形態による水力機械のシ
ール装置の一変形例における補助軸受の概略構成を示し
た図。

【図８】本発明の第４の実施の形態による水力機械のシ
ール装置の他の変形例における補助軸受の概略構成を示
した図。

【図９】本発明の第４の実施の形態による水力機械のシ
ール装置の他の変形例における補助軸受の概略構成を示
した図。

【図１０】本発明の第５の実施の形態による水力機械の
シール装置におけるシール隙間への異物侵入防止装置の
概略構成を示した縦断面図。

【図１１】本発明の第５の実施の形態による水力機械の
シール装置の一変形例におけるシール隙間への異物侵入
防止装置の概略構成を示した縦断面図。

【図１２】従来の水力機械の概略構成を示した縦断面
図。

【符号の説明】

１ランナ７水車ケーシング８主軸シール１１静圧補助軸受１２連通溝１３絞り孔（高圧水吐出孔）１５給水配管１６給水バルブ１７主軸１８ポケット１９導水溝（導水流路）２０ダム２２、３０圧力計（圧力検出器）２３圧力信号２４自動遠隔バルブ開閉盤２５回転計（回転数検出器）２６回転数信号２７流量計２８高圧ポンプ２９高圧水バルブ３１自動異物除去制御装置３２ブシュ３３ばね３４ブシュケーシング３５導通管３６フレキシブルパイプ３７ベロー３８排水バルブ３９自動遠隔バルブ開閉盤４０円筒ころ部材４１円筒ころ支持ケーシング４２鍔部４３、４６円周溝４４トラップ流路４５円板４７ランナバンド４８円筒部４９排水配管６０環状シール部材６１シール面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下達雄神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者平野俊夫神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 3H072 AA07 AA27 BB01 BB06 BB07 BB16 BB23 BB32 BB40 CC01 CC10 CC31 CC69 CC76 CC78 CC82 CC91 CC92 CC99

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランナのランナバンドの外周面とこれに対
向する水車ケーシングの内周面との間を密封する、水車
やポンプ水車などの水力機械のシール装置において、前記ランナバンドの出口部分を構成する円筒部の外周面
に対向する前記水車ケーシングの内周面に、前記ランナ
の高速回転時において前記ランナに対して動圧軸受とし
て機能して前記ランナのラジアル荷重を支持する環状シ
ール部材を周設したことを特徴とする水力機械のシール
装置。
【請求項２】前記環状シール部材のシール面に複数の凹
部を周方向に沿って形成し、前記環状シール部材よりも
上流側の高圧の水を前記凹部に導くために前記環状シー
ル部材の上流側の面から前記凹部まで導水流路を形成し
たことを特徴とする請求項１記載の水力機械のシール装
置。
【請求項３】前記水力機械の起動・停止時において前記
ランナのラジアル荷重を支え得る大きさの動圧が前記環
状シール部材で発生するまでの間、前記ランナのラジア
ル荷重を補助的に支持するために、給水配管を介して外
部から供給された高圧水を高圧水吐出孔から吐出して軸
受として機能する静圧補助軸受を前記環状シール部材の
近傍に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の水力機械のシール装置。
【請求項４】前記静圧補助軸受に供給される前記高圧水
は、前記水力機械を駆動するためのダムの水頭を利用し
たものであることを特徴とする請求項３記載の水力機械
のシール装置。
【請求項５】前記静圧補助軸受への前記高圧水の給水を
停止するための給水バルブを前記給水配管に設けたこと
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の水力機械の
シール装置。
【請求項６】前記環状シール部材において発生する水膜
圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器からの信
号に基づいて前記給水バルブを開閉制御する自動遠隔バ
ルブ開閉盤と、をさらに有することを特徴とする請求項
５記載の水力機械のシール装置。
【請求項７】前記ランナの回転数を検出する回転数検出
器と、この回転数検出器からの信号に基づいて前記給水
バルブを開閉制御する自動遠隔バルブ開閉盤と、をさら
に有することを特徴とする請求項５記載の水力機械のシ
ール装置。
【請求項８】前記高圧水吐出孔から吐出される前記高圧
水の流量を検出する流量検出器と、この流量検出器から
の流量信号が異常値を示した場合に、前記高圧水吐出孔
に詰まった異物を除去するための高圧水を前記給水配管
に供給する高圧ポンプと、をさらに有することを特徴と
する請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の水力
機械のシール装置。
【請求項９】前記静圧補助軸受において発生する圧力を
検出する圧力検出器と、この圧力検出器からの信号が異
常値を示した場合に、前記高圧水吐出孔に詰まった異物
を除去するための高圧水を前記給水配管に供給する高圧
ポンプと、をさらに有することを特徴とする請求項３乃
至請求項７のいずれか一項に記載の水力機械のシール装
置。
【請求項１０】前記流量検出器又は前記圧力検出器から
の流量信号又は圧力信号を受信して、前記給水バルブが
開状態の時に前記流量信号又は前記圧力信号が異常値を
示した場合に、前記高圧ポンプを作動させて前記静圧補
助軸受に前記高圧ポンプから高圧水を供給して前記高圧
水吐出孔の目詰まりを解除する自動異物除去制御装置を
さらに設けたことを特徴とする請求項８又は請求項９に
記載のシール装置。
【請求項１１】前記水力機械の起動・停止時において前
記ランナのラジアル荷重を支え得る大きさの動圧が前記
環状シール部材で発生するまでの間、前記ランナのラジ
アル荷重を補助的に支持するために、カーボンや樹脂系
などの耐摩耗・耐焼付き性能に優れる摺動材料から成る
ブシュを弾性部材により前記ランナバンドの前記円筒部
の外周面に押し付け、前記ランナの回転速度の上昇に伴
って前記円筒部の外周面に発生する圧力によって前記ブ
シュが前記円筒部の外周面から離れて非接触状態になる
ようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の水力機械のシール装置。
【請求項１２】前記円筒部の外周面と前記環状シール部
材との間隙空間と、前記円筒部の外周面と前記ブシュと
の間隙空間とを連通する導通管を設け、前記環状シール
部材に発生する動圧を前記ブシュのシール面に導入する
ことにより前記ランナの高速回転時には前記ブシュが前
記円筒部の外周面から離れて非接触状態になるようにし
たことを特徴とする請求項１１記載の水力機械のシール
装置。
【請求項１３】前記弾性部材に代えて水圧ベローを設
け、前記水力機械を駆動するためのダムからの高圧水を
前記水圧ベローに供給して前記ブシュを前記円筒部の外
周面に押し付けるようにしたことを特徴とする請求項１
１又は請求項１２に記載の水力機械のシール装置。
【請求項１４】前記ダムからの高圧水を前記水圧ベロー
に供給するための給水配管及び給水バルブと、前記水圧
ベローの内部の高圧水を排水するための排水配管及び排
水バルブと、前記環状シール部材において発生する水膜
圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器からの信
号に基づいて前記給水バルブ及び前記排水バルブを開閉
制御する自動遠隔バルブ開閉盤と、をさらに有すること
を特徴とする請求項１３記載の水力機械のシール装置。
【請求項１５】前記ブシュに代えて円筒ころ部材を設
け、前記円筒ころ部材によって前記円筒部を転がり支持
するようにしたことを特徴とする請求項１１乃至請求項
１４のいずれか一項に記載の水力機械のシール装置。
【請求項１６】前記ランナバンドの入口部の外周に形成
した環状の凸部と、この凸部に対向する前記水車ケーシ
ングに形成した円周溝とによって、前記ランナに流入す
る水の中の異物を除去するためのトラップ流路を形成し
たことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか
一項に記載の水力機械のシール装置。
【請求項１７】前記環状シール部材の上流側近傍の前記
ランナバンドの外周面に、前記ランナバンドと前記水車
ケーシングとの間に流入した異物を外向きに弾き飛ばす
ための環状の凸部を形成すると共に、前記環状の凸部に
対向する前記水車ケーシングの位置に、前記環状の凸部
によって弾き飛ばされた異物を捕捉するための円周溝を
形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のい
ずれか一項に記載の水力機械のシール装置。