JP2000130603A

JP2000130603A - シール装置及びそれを備えた水車

Info

Publication number: JP2000130603A
Application number: JP10310712A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kawaguchi; 昭博川口; Yutaka Ozawa; 豊小澤; Tanehiro Shinohara; 種宏篠原; Kazunori Sakakibara; 積徳榊原; Kazuyoshi Miyagawa; 和芳宮川; Yoshihiro Iwasaki; 純弘岩崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】水車等の竪軸回転のランナとケーシングの間
のシール装置において、ランナの振動があってもシール
性能を高く維持できるシール装置と、同シール装置を備
えた水車を提供すること。【解決手段】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の大径部をケー
シングの下カバーの内周面に取付け、同大径部の上方へ
向かって内径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシ
ール部材の小径部を形成し、同小径部にランナ外周面に
向かうラビリンス形状を設けてなることを特徴とするシ
ール装置等とそれを備えた水車。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水車等のランナと
ケーシングの間のシール装置、および同シール装置を備
えた水車に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４に、従来の水車の竪軸回転のラン
ナとケーシングの間のシール装置を、フランシス水車を
例に示し説明する。なお、対象とした水車の全体的構造
は特定のものではなく、従来の公知のものであってよ
く、説明を省略する。

【０００３】図１４（ａ）はフランシス水車の従来の一
例の縦断面図であり、ケーシング１に導かれる圧力水
は、ステーベーン２、ガイドベーン３を経てランナ４に
至り、ランナ４を回転させる。このランナ４とケーシン
グ１の下カバー５の間には、シール装置６が設けられて
いる。

【０００４】本発明は、このシール装置６に係るもので
あり、図１４（ｂ）に、図１４（ａ）の従来のシール装
置６とその周辺を拡大して示す。図１４（ａ），（ｂ）
におけるシール装置６は、ランナ４の外周に設けた２段
ステップ状の形状の突起４１と下カバー５に取付けられ
たシール部材７で構成されている。このシール装置６の
シール部を介して流出する圧力水はランナ４に駆動力を
与えず、水車の効率を低下させることになるため、図１
５に別の従来例を示すように、さらにくし歯状の溝を多
段設けた構造のシール装置６として、シール装置６のシ
ール性能向上を図っているものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
シール装置６においては、しかしながら、ランナ４は緊
急停止時に半径方向に大きく振れているため、下カバー
５に取付けられるシール部材７との接触を回避するため
比較的大きいすきまを備える必要がある。シール装置６
のシール性能はこのすきまの大きさに左右されるので、
このことは水車の効率を損う原因の一つになっていた。

【０００６】本発明は、以上のような従来装置の問題を
解決し、水車等の竪軸回転のランナとケーシングの間の
シール装置において、ランナの振動があってもシール性
能を高く維持できるシール装置と、同シール装置を備え
た水車を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は上記の課
題を解決するためになされたものであって、請求項１の
発明は、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール
装置において、環状のシール部材の大径部をケーシング
の下カバーの内周面に取付け、同大径部の上方へ向かっ
て内径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシール部
材の小径部を形成し、同小径部にランナ外周面に向かう
ラビリンス形状を設けてなることを特徴とするシール装
置を提供するものである。

【０００８】すなわち請求項１の発明によれば、シール
部材のラビリンス部とランナの組み立て時のすきまを大
きくしても、運転中は水圧によるシール部材の変形です
きまが狭くなり、シール性能を高く維持できる。

【０００９】（２）また、請求項２の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、環
状のシール部材の小径部をランナの下端部の外周面に取
付け、同小径部の上方へ向かって外径側へ折り曲げた形
状でつながる同環状のシール部材の大径部を形成し、同
大径部にケーシングの下カバーの内周面に向かうラビリ
ンス形状を設けてなることを特徴とするシール装置を提
供するものである。

【００１０】すなわち請求項２の発明によれば、シール
部材のラビリンス部とケーシングの下カバーの組み立て
時のすきまを大きくしても、運転中は水圧によるシール
部材の変形ですきまが狭くなり、シール性能を高く維持
できる。

【００１１】（３）また、請求項３の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、環
状のシール部材の上端部をランナ外周面に取付け、同環
状のシール部材の上部に全周にわたるストレート部を、
下部に全周にわたる外側に向けた突起部を設け、同突起
部がケーシングの下カバーに全周にわたり当接するよう
に配列し、ケーシングの下カバーの前記ストレート部に
向きあう部分をラビリンス形状に、前記突起部に向きあ
う部分をストレート形状に形成してなることを特徴とす
るシール装置を提供するものである。

【００１２】すなわち請求項３の発明によれば、前記突
起部がケーシングの下カバーに当接するとシール部材の
ストレート部とケーシングの下カバーのラビリンス形状
との間の水圧が高くなりシール部材を内径側へ変形し突
起部でのすきまが拡大し高圧水が流れるため、シール部
材のストレート部とケーシングの下カバーのラビリンス
形状との間の水圧が低くなり変形がもどり突起部が再び
ケーシングの下カバーに当接しようとする。その結果、
すきまがバランス点で保持され、シール性能を高く維持
できる。

【００１３】（４）また、請求項４の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、環
状のシール部材の上端部をケーシングの下カバーの内周
面に取付け、同環状のシール部材の上部に全周にわたる
ストレート部を、下部に全周にわたる内側に向けた突起
部を設け、同突起部がランナに全周にわたり当接するよ
うに配列れ、ランナの前記ストレート部に向きあう部分
をラビリンス形状に、前記突起部に向きあう部分をスト
レート形状に形成してなることを特徴とするシール装置
を提供するものである。

【００１４】すなわち請求項４の発明によれば、前記突
起部がランナに当接するとシール部材のストレート部と
ランナのラビリンス形状との間の水圧が高くなりシール
部材を外径側へ変形し突起部でのすきまが拡大し高圧水
が流れるため、シール部材のストレート部とランナのラ
ビリンス形状との間の水圧が低くなり変形がもどり突起
部が再びランナに当接しようとする。その結果、すきま
がバランス点で保持され、シール性能を高く維持でき
る。

【００１５】（５）また、請求項５の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、ケ
ーシング側に連通する孔を備える中空部を有し、ランナ
に向き合う面を有する弾性体で形成された環状のシール
部材をケーシングの下カバーの内周面に取付け、ランナ
の同環状のシール部材に向き合う部分にラビリンス部を
形成してなることを特徴とするシール装置を提供するも
のである。

【００１６】すなわち請求項５の発明によれば、弾性体
で形成された環状のシール部材がラビリンスとの間でシ
ールが効くとシール部材に働く水圧がシール部材の膨張
を抑制し、その結果シール部のすきまが大きくなるとシ
ール部材に働く水圧が小さくなりシール部材は膨張しよ
うとしてバランスするすきまが保持され、シール性能を
高く維持できる。

【００１７】（６）また、請求項６の発明は、請求項５
に記載のシール装置において、前記ラビリンス部はラビ
リンスの径が上部から下部へと順次大きく形成されてな
ることを特徴とするシール装置を提供するものである。

【００１８】すなわち請求項６の発明によれば、ラビリ
ンスの径が上部から下部へと順次大きく形成されている
ので、シール部材の膨張のバランス作用がより良好に得
られバランスするすきまが保持され、シール性能を高く
維持できる。

【００１９】（７）また、請求項７の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、環
状のフローティングリングがランナを内周面で囲繞する
ようにケーシングの下カバーの内周の円環状溝内に設置
され、同環状のフローティングリングの内周面の上部に
ケーシング側と連通する複数個の部分円弧状の溝を有す
る軸受部が設けられ、同内周面の下部には平坦なシール
部が設けられ、前記軸受部と前記シール部との間に挟ま
れた同内周面に円周溝が設けられてなることを特徴とす
るシール装置を提供するものである。

【００２０】すなわち請求項７の発明によれば、ランナ
が回転すると部分円弧状の溝動圧軸受作用をして環状の
フローティングリングがランナとのすきまを保持でき、
また、ランナが軸揺れしても環状のフローティングリン
グは追随するのでシール部とランナのすきまを小さくで
き、シール性能を高く維持できる。

【００２１】（８）また、請求項８の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、環
状のフローティングリングがランナを内周面で囲繞する
ようにケーシングの下カバーの内周の円環状溝内に設置
され、同環状のフローティングリングの内周面を平坦な
面とするとともに、ケーシング側と連通する複数個の部
分溝が同内周面の全周にわたって断続的に設けられてな
ることを特徴とするシール装置を提供するものである。

【００２２】すなわち請求項８の発明によれば、ランナ
と環状のフローティングリングのすきまが狭まった方に
はケーシング側からの高圧水の効果が大きくなりすきま
を広げようとし、逆にランナと環状のフローティングリ
ングのすきまが広がった方にはケーシング側からの高圧
水の効果が小さくなりすきまが狭まろうとして環状のフ
ローティングリングはランナと同心を保持しようとする
ので、ランナとのすきまを小さくでき、シール性能を高
く維持できる。

【００２３】（９）また、請求項９の発明は、竪軸回転
のランナとケーシングとの間のシール装置において、ケ
ーシングの下カバーの下端部の内周側にランナの回転軸
方向で上方に向けて開く環状溝を設け、同環状溝内に同
回転軸方向に移動可能なシールリングを上方に付勢する
弾性体を介して設置するとともに、ランナの外周面に同
回転軸に垂直な下向きの環状平面を形成し、前記シール
リングの上端面を同環状平面に当接せしめてなることを
特徴とするシール装置を提供するものである。

【００２４】すなわち請求項９の発明によれば、シール
リングの上端面が弾性体により直接ランナの環状平面に
当接せしめられているので、ランナの軸揺れがあっても
当接面はずれるだけで、リーク量がほぼ零のシール性能
を維持できる。

【００２５】（１０）また、請求項１０の発明は、竪軸
回転のランナとケーシングとの間のシール装置におい
て、ケーシングの下カバーの下端部の内周側にランナの
回転軸方向で上方に向けて開く環状溝を設け、同環状溝
内に同回転軸方向に移動可能なシールリングを設置する
とともに、ランナの外周面に同回転軸に垂直な下向きの
環状平面を形成し、前記シールリングの上端面をステッ
プ状ないしテーパ状に形成し前記環状平面に当接せしめ
てなることを特徴とするシール装置を提供するものであ
る。

【００２６】すなわち請求項１０の発明によれば、シー
ルリングの上端面が静圧により直接ランナの環状平面に
当接せしめられているので、すきまを小さくでき、ラン
ナの軸揺れに対してもリーク量がほぼ零のシール性能を
維持できる。

【００２７】（１１）また、請求項１１の発明は、請求
項９又は請求項１０に記載のシール装置において、前記
環状溝の内周側縁とランナの外周面との間にラビリンス
部を設けてなることを特徴とするシール装置を提供する
ものである。

【００２８】すなわち請求項１１の発明によれば、請求
項９又は請求項１０の発明の特徴に加え、環状溝の内周
側縁とランナの外周面との間のラビリンス部のシール効
果が加わり、シール性能をより高く維持できる。

【００２９】（１２）また、請求項１２の発明は、請求
項１ないし請求項１１のいずれかに記載のシール装置
を、竪軸回転のランナとケーシングとの間に備えてなる
ことを特徴とする水車を提供するものである。

【００３０】すなわち請求項１２の発明によれば、請求
項１ないし請求項１１のいずれかに記載のシール装置に
より、水車において竪軸回転のランナとケーシングの間
のシール性能を高く維持することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１にもとづき、本発明の実施の
第１形態に係る水車の竪軸回転のランナ部とケーシング
の間のシール装置を説明する。図１（ａ）は同シール装
置６と水車のその近傍の縦断面図であり、図１（ｂ）は
（ａ）中Ａ部を拡大して示すシール装置の作用説明図で
ある。また図１において、従来例の図１４と同一機能部
品については、同一符号を付して説明を省略するが、こ
のことは図２以下の実施態様を示す図において同様とす
る。

【００３２】実施の第１形態においてはシール装置６
は、下カバー５の下端側に環状のシール部材７１の下部
の大径部７１ａが取付けられ、シール部材７１は上方向
途中で内径側へ折り曲げた断面形状をしており、ランナ
４に接近するシール部材７１の上部の小径部７１ｂはラ
ンナ４の外周面に向けてラビリンス形状を有するシール
構造となっている。

【００３３】シール部材７１の外周側へは、図１（ｂ）
に示すようにケーシング１から導かれる圧力水の水圧８
（高圧側）が負荷され、ラビリンス形状部を含む内周側
は低圧の圧力が作用する。シール部材７１は、高圧の水
圧８が作用すると図１（ｂ）中、２点鎖線で示すように
内径側へ変形する。変形する量は、シール部材７１の厚
みにより変えることが出来る。この作用を利用すること
で、シール部材７１の小径部７１ｂのラビリンス部とラ
ンナ４の組立時すきまを大きくしていても、運転中は、
シール部材７１の変形ですきまが狭くなりシール性能が
向上する。なお、７１’はランナ４の、シール部材７１
に面した側に取り付けられるシール用摺動部材である。

【００３４】次に、図２にもとづき、本発明の実施の第
２形態に係る水車の竪軸回転のランナ部とケーシングの
間のシール装置を説明する。図２（ａ）は同シール装置
６と水車のその近傍の縦断面図であり、図２（ｂ）は
（ａ）中Ｂ部を拡大して示すシール装置の作用説明図で
ある。

【００３５】実施の第２形態において、シール装置６
は、環状のシール部材７２の下部の小径部７２ａをラン
ナ４に取付ける構造としたもので、シール部材７２は上
方向途中で外径側へ折り曲げた断面形状をしており、下
カバー５内面に取付けたシール用摺動部材７２’に接す
るシール部材７２の上部の大径部７２ｂは下カバー５の
内周面に向けてラビリンス形状を有するシール構造とな
っている。

【００３６】本実施の形態においては、シール部材７２
をランナ４側に取付け、シール用摺動部材７２’を下カ
バー５側に取付けたので、シール部材７２の内周側に高
圧の水圧８が負荷され、かつ、ランナ４の回転による遠
心力作用でシール部材７２は、図中２点鎖線で示すよう
外径側へ変形し、ラビリンス部と下カバー５とのすきま
は小さくなり、前述の実施の第１形態と同様の作用効果
を生じる。すなわち、シール部材７２の大径部７２ｂの
ラビリンス部と下カバー５の組立時すきまを大きくして
いても、運転中は、シール部材７２の変形ですきまが狭
くなりシール性能が向上する。

【００３７】図３および図４にもとづき、本発明の実施
の第３形態に係る水車の竪軸回転のランナ部とケーシン
グの間のシール装置を説明する。図３は同シール装置と
水車のその近傍の縦断面図であり、図４（ａ）は図３中
Ｃ部の拡大図であり、図４（ｂ），（ｃ）はシール装置
の作用説明図である。

【００３８】実施の第３形態において、シール装置６
は、環状のシール部材７３の上端部をランナ４に取付け
た保持台７４に押え金具７５で保持したものである。環
状のシール部材７３の上部には全周にわたるストレート
部７３ａ、下部には全周にわたる外径側に向けた断面コ
の字状の突起部７３ｂが設けられ、突起部７３ｂがケー
シングの下カバー５に全周にわたり当接するように配列
され、ケーシングの下カバー５がストレート部７３ｂに
向きあう部分はラビリンス形状５１に、突起部７３ｂに
向きあう部分はストレート形状５２に形成されている。

【００３９】シール部材７３のストレート部７３ａと下
カバー５のラビリンス形状５１との間は第１のシール部
６１ａを形成し、シール部材７３の突起部７３ｂと下カ
バー５のストレート形状５２との間は第２のシール部６
１ｂを形成している。

【００４０】そして、組立時には、第１のシール部６１
ａのすきまｈ₁はｈ₁＞０とし、コの字形状の突起部７
３ｂがストレート形状５２と当接する面による第２のシ
ール部６１ｂのすきまｈ₂はｈ₂≒０となるようにして
いる。

【００４１】本実施の形態においては、シール部材７３
の外径側に高圧の水圧８が作用すると、第２のシール部
６１ｂのすきまｈ₂がｈ₂≒０のとき、第１のシール部
６１ｂのほぼ全域に一定の高圧の水圧８が作用する（図
４（ｂ））。この作用で、シール部材７３は、内径側へ
変形し、この結果、第２のシール部のすきまｈ₂は拡大
してｈ₂＞０となり、高圧水がシール部材７３の外径側
を流れる（図４（ｃ））。流れが生じると第１のシール
部６１ａのラビリンス部５１で圧力損失が生じるため、
シール部材７３の外径側に作用する水圧８は相対的に小
さくなる。するとシール部材７３は外径側へ復元しよう
とするため、その結果、シール部材７３の剛性との兼ね
合いで、第２のシール部のすきまｈ₂は０よりやや大き
いバランス点ですきまを保持し作動することとなる。

【００４２】なお、実施の第３形態においてシール部材
７３は、下カバー５に上端を保持して取付け、シール部
材７３の上部のストレート部７３ａに対向するランナ４
側にラビリンス形状５１を設け第１のシール部６１ａと
し、シール部材７３の下部に断面コの字状の突起部７３
ｂを設けてランナ４側のストレート形状５２との間を第
２のシール部６１ｂとしてもよい。

【００４３】また、上記コの字形状の突起部７３ｂは、
コの字形の形状に限定されるものではなく、シール部材
７３の下方において相対するストレート形状５２の部分
と全周にわたって当接する面を有して第２のシール部６
１ｂを形成する突起部であればよい。

【００４４】図５にもとづき、本発明の実施の第４形態
に係る水車の竪軸回転のランナ部とケーシングの間のシ
ール装置を説明する。図５（ａ）は同シール装置と水車
のその近傍の縦断面図であり、図５（ｂ）は同図（ａ）
中Ｄ部を拡大して示すシール装置の作用説明図である。

【００４５】実施の第４形態において、シール装置６
は、ランナ４に設けられたラビリンス部７５を有し、好
ましくは同ラビリンス部７５の上部の径は下部の径より
小さくする。そして、これに対向する下カバー５にゴム
等の弾性体よりなる環状のシール部材７４が取付けら
れ、シール装置６が構成されている。この弾性体よりな
るシール部材７４は、ランナ４のラビリンス部７５に向
きあう面を有し、内部には中空部７６を有しており、こ
の中空部７６には高圧の水圧が導入されるように穴７７
が設けられている。

【００４６】ラビリンス部７５は、この部分のシールが
効くと、ラビリンス部７５とシール部材７６の間には高
圧の水圧８が作用するが、弾性体であるシール部材７４
の中空部７６に作用している高圧と、ほぼ等しくなり、
このシール部材７４の膨張が抑制される。ラビリンス部
７５の下側、すなわち下流側を、上側より順次大径とす
ると、この作用はより確実となる。

【００４７】この結果、ラビリンス部７５のシール部の
すきまがやや大きくなり、シールの効きが悪くなると、
ラビリンス部７５での圧損が大きくなり、シール部材７
４へ外側から作用する圧力が小さくなり、シール部材７
４は膨張しようとする。

【００４８】以上の結果、上記の両方の状態の中間でバ
ランスするよう作用するため、ラビリンス部７５の下側
のすきまが０よりやや大きいすきまを保持し作動するこ
ととなる。

【００４９】図６および図７にもとづき、本発明の実施
の第５形態に係る水車の竪軸回転のランナ部とケーシン
グの間のシール装置を説明する。図６は同シール装置と
水車のその近傍の縦断面図であり、図７（ａ）は図６中
Ｅ−Ｅ矢視の拡大図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中
Ｆ−Ｆ矢視図である。

【００５０】実施の第５形態において、シール装置６
は、ランナ４に対向するシール部材として下カバー５に
環状のフローティングリング８１を、その内周面でラン
ナ４を囲繞するように設置している。下カバー５の内周
下端には、フローティングリング８１の下端部が接する
側板８２を取付けて円環状溝を形成している。フローテ
ィングリング８１の内周面には、部分円弧状の溝８３を
複数個有する軸受部８４及びシール部８５が円周溝８６
を挟んで設けられている。又、下端部は、側板８２との
接面のシールをするため突起８７を設けている。

【００５１】以上のような、本実施の形態において、フ
ローティングリング８１の内周面に部分円弧状の溝８３
を設けていることで、ランナ４が回転するとこの部分が
動圧軸受作用をする。このため、フローティングリング
８１は、ランナ４と接することなく、すきまを保持した
状態で作動する。また、ランナ４が軸振れしてもフロー
ティングリング８１はフローティン機能を有しているの
で追随するため、シール部８５とランナ４間のすきまを
小さくすることが出来、シール性を向上することができ
る。

【００５２】図８，図９および図１０にもとづき、本発
明の実施の第６形態に係る水車の竪軸回転のランナ部と
ケーシングの間のシール装置を説明する。図８は同シー
ル装置と水車のその近傍の縦断面図であり、図９（ａ）
は図８中Ｇ−Ｇ矢視の拡大図であり、図９（ｂ）は図９
（ａ）中Ｈ−Ｈ矢視図である。図１０は本実施の形態の
シール装置の作用説明図である。

【００５３】実施の第６形態において、前述の実施の第
５形態と異なる点は、フローティングリング９１の内周
面を平坦な面とするとともに部分溝９２を複数個全周に
わたり設け、その部分溝９２に高圧水が連通する孔９３
を設けたフローティングリング９１であることである。

【００５４】このため図１０（ａ），（ｂ）に作用図を
示すように、すきまが狭まった方は、孔９３より部分溝
９２に供給される高圧水の水圧８の効果が大きく図１０
（ａ）に示すような圧力分布となり、圧力分布の積分値
が大きくなる。反対側のすきまの広い方は孔９３より部
分溝９２に供給される高圧水の水圧８の効果が小さくな
り、図１０（ｂ）に示すような圧力分布となり、圧力分
布の積分値が小さくなる。

【００５５】従って、すきまが狭まる方は広くなる方向
へフローティングリング９１は移動することで、ランナ
４に対し、同芯を保持しようとする。すなわち、前述の
実施の第５形態と同様の作用をすることになる。

【００５６】図１１，図１２および図１３にもとづき、
本発明の実施の第７形態に係る水車の竪軸回転のランナ
部とケーシングの間のシール装置を説明する。図１１は
同シール装置と水車のその近傍の縦断面図であり、図１
２，図１３は、その応用、変形例である。なお図１３
（ｂ）は図１３（ａ）中、Ｉ部の拡大詳細図である。

【００５７】図１１において、シール装置６は、下カバ
ー５に固定され下カバー５の下端部の内周側にランナ４
の回転軸方向で上方に向けて開く環状溝を形成するイン
サート１０１と、同環状溝内にインサート１０１に対し
ランナの回転軸方向に移動可能な様にリテーナ１０２、
シール部材１０３よりなるシールリングとを備え、シー
ル部材１０３の端面（シール面）１０４が接する部分の
ランナ４はランナの回転軸に垂直な環状平面の形状にし
たものである。

【００５８】１０５はバネであり、上記シールリングの
端面１０４が上記環状平面に当接するように付勢するも
のである。１０６，１０７はＯリングである。

【００５９】図１２に示すシール装置６は、図１１に示
すものと異なる点として、シール部材１０３’のシール
面をステップ状に加工し、静圧シールとしたものであ
る。１０８は、シール部材１０３’を保持するためのホ
ルダである。

【００６０】図１３に示すシール装置６は、図１２に示
すものと異なる点として、シール部材１０３''のシール
面をテーパ状に加工し静圧シールとし、かつ、インサー
ト１０１’により形成された環状溝の内周側縁の内周面
１０８に相手側ランナ４の外周面と共にラビリンス状の
加工を施したものである。

【００６１】なお、図１１に示すシール装置において同
様に、図１３に示すようにインサート１０１にランナ４
側と共にラビリンス状の加工を施してもよい。

【００６２】実施の第７形態は以上のような構成によ
り、図１１に示すものでは、シール部材１０３の端面１
０４が直接ランナ４の環状平面に当接しているため、ラ
ンナ４の軸振れがあっても当接面はずれるだけでリーク
量はほぼ０となる。

【００６３】図１２に示すものは、シール部材１０３’
が静圧シールとなっているのでこの部分のすきまは小さ
い値で保持可能であり、リーク量も少ない値になる。

【００６４】また図１３に示すものは、図１１又は図１
２に示すものおいてラビリンスを加えたことにより、よ
りシール性が向上するものである。

【００６５】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発
明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよ
いことは言うまでもない。

【００６６】例えば、上記実施の形態は全て水車として
説明したが、前述の水車と同様にランナとケーシングの
間のシールを要する流体機械一般に適用できるものであ
る。

【００６７】

【発明の効果】（１）以上、請求項１の発明によれば、
シール装置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の大径部をケー
シングの下カバーの内周面に取付け、同大径部の上方へ
向かって内径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシ
ール部材の小径部を形成し、同小径部にランナ外周面に
向かうラビリンス形状を設けてなるように構成したの
で、シール部材のラビリンス部とランナの組み立て時の
すきまを大きくしても、運転中は水圧によるシール部材
の変形ですきまが狭くなり、ランナの振動等があって
も、シール性能を高く維持できる。

【００６８】（２）また、請求項２の発明によれば、シ
ール装置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシ
ール装置において、環状のシール部材の小径部をランナ
の下端部の外周面に取付け、同小径部の上方へ向かって
外径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシール部材
の大径部を形成し、同大径部にケーシングの下カバーの
内周面に向かうラビリンス形状を設けてなるように構成
したので、シール部材のラビリンス部とケーシングの下
カバーの組み立て時のすきまを大きくしても、運転中は
水圧によるシール部材の変形ですきまが狭くなり、ラン
ナの振動等があっても、シール性能を高く維持できる。

【００６９】（３）請求項３の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、環状のシール部材の上端部をランナ外周面
に取付け、同環状のシール部材の上部に全周にわたるス
トレート部を、下部に全周にわたる外側に向けた突起部
を設け、同突起部がケーシングの下カバーに全周にわた
り当接するように配列し、ケーシングの下カバーの前記
ストレート部に向きあう部分をラビリンス形状に、前記
突起部に向きあう部分をストレート形状に形成してなる
ように構成したので、前記突起部がケーシングの下カバ
ーに当接するとシール部材のストレート部とケーシング
の下カバーのラビリンス形状との間の水圧が高くなりシ
ール部材を内径側へ変形し突起部でのすきまが拡大し高
圧水が流れるため、シール部材のストレート部とケーシ
ングの下カバーのラビリンス形状との間の水圧が低くな
り変形がもどり突起部が再びケーシングの下カバーに当
接しようとする。その結果、すきまがバランス点で保持
され、ランナの振動等があっても、シール性能を高く維
持できる。

【００７０】（４）請求項４の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、環状のシール部材の上端部をケーシングの
下カバーの内周面に取付け、同環状のシール部材の上部
に全周にわたるストレート部を、下部に全周にわたる内
側に向けた突起部を設け、同突起部がランナに全周にわ
たり当接するように配列れ、ランナの前記ストレート部
に向きあう部分をラビリンス形状に、前記突起部に向き
あう部分をストレート形状に形成してなるように構成し
たので、前記突起部がランナに当接するとシール部材の
ストレート部とランナのラビリンス形状との間の水圧が
高くなりシール部材を外径側へ変形し突起部でのすきま
が拡大し高圧水が流れるため、シール部材のストレート
部とランナのラビリンス形状との間の水圧が低くなり変
形がもどり突起部が再びランナに当接しようとする。そ
の結果、すきまがバランス点で保持され、ランナの振動
等があっても、シール性能を高く維持できる。

【００７１】（５）請求項５の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、ケーシング側に連通する孔を備える中空部
を有し、ランナに向き合う面を有する弾性体で形成され
た環状のシール部材をケーシングの下カバーの内周面に
取付け、ランナの同環状のシール部材に向き合う部分に
ラビリンス部を形成してなるように構成したので、弾性
体で形成された環状のシール部材がラビリンスとの間で
シールが効くとシール部材に働く水圧がシール部材の膨
張を抑制し、その結果シール部のすきまが大きくなると
シール部材に働く水圧が小さくなりシール部材は膨張し
ようとしてバランスするすきまが保持され、ランナの振
動等があっても、シール性能を高く維持できる。

【００７２】（６）請求項６の発明によれば、シール装
置を、請求項５に記載のシール装置において、前記ラビ
リンス部はラビリンスの径が上部から下部へと順次大き
く形成されてなるように構成したので、ラビリンスの径
が上部から下部へと順次大きく形成されているので、シ
ール部材の膨張のバランス作用がより良好に得られバラ
ンスするすきまが保持され、ランナの振動等があって
も、シール性能を高く維持できる。

【００７３】（７）請求項７の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、環状のフローティングリングがランナを内
周面で囲繞するようにケーシングの下カバーの内周の円
環状溝内に設置され、同環状のフローティングリングの
内周面の上部にケーシング側と連通する複数個の部分円
弧状の溝を有する軸受部が設けられ、同内周面の下部に
は平坦なシール部が設けられ、前記軸受部と前記シール
部との間に挟まれた同内周面に円周溝が設けられてなる
ように構成したので、ランナが回転すると部分円弧状の
溝動圧軸受作用をして環状のフローティングリングがラ
ンナとのすきまを保持でき、また、ランナが軸揺れして
も環状のフローティングリングは追随するのでシール部
とランナのすきまを小さくでき、ランナの振動等があっ
ても、シール性能を高く維持できる。

【００７４】（８）請求項８の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、環状のフローティングリングがランナを内
周面で囲繞するようにケーシングの下カバーの内周の円
環状溝内に設置され、同環状のフローティングリングの
内周面を平坦な面とするとともに、ケーシング側と連通
する複数個の部分溝が同内周面の全周にわたって断続的
に設けられてなるように構成したので、ランナと環状の
フローティングリングのすきまが狭まった方にはケーシ
ング側からの高圧水の効果が大きくなりすきまを広げよ
うとし、逆にランナと環状のフローティングリングのす
きまが広がった方にはケーシング側からの高圧水の効果
が小さくなりすきまが狭まろうとして環状のフローティ
ングリングはランナと同心を保持しようとすることによ
り、ランナとのすきまを小さくでき、ランナの振動等が
あっても、シール性能を高く維持できる。

【００７５】（９）請求項９の発明によれば、シール装
置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシール装
置において、ケーシングの下カバーの下端部の内周側に
ランナの回転軸方向で上方に向けて開く環状溝を設け、
同環状溝内に同回転軸方向に移動可能なシールリングを
上方に付勢する弾性体を介して設置するとともに、ラン
ナの外周面に同回転軸に垂直な下向きの環状平面を形成
し、前記シールリングの上端面を同環状平面に当接せし
めてなるように構成したので、シールリングの上端面が
弾性体により直接ランナの環状平面に当接せしめられて
いることにより、ランナの振動等があってもリーク量が
ほぼ零のシール性能を維持できる。

【００７６】（１０）請求項１０の発明によれば、シー
ル装置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間のシー
ル装置において、ケーシングの下カバーの下端部の内周
側にランナの回転軸方向で上方に向けて開く環状溝を設
け、同環状溝内に同回転軸方向に移動可能なシールリン
グを設置するとともに、ランナの外周面に同回転軸に垂
直な下向きの環状平面を形成し、前記シールリングの上
端面をステップ状ないしテーパ状に形成し前記環状平面
に当接せしめてなるように構成したので、シールリング
の上端面が静圧により直接ランナの環状平面に当接せし
められていることによりすきまを小さくでき、ランナの
振動等があっても、リーク量がほぼ零のシール性能を維
持できる。

【００７７】（１１）請求項１１の発明によれば、シー
ル装置を、請求項９又は請求項１０に記載のシール装置
において、前記環状溝の内周側縁とランナの外周面との
間にラビリンス部を設けてなるように構成したので、請
求項９又は請求項１０の発明の特徴に加え、環状溝の内
周側縁とランナの外周面との間のラビリンス部のシール
効果が加わり、シール性能をより高く維持できる。

【００７８】（１２）請求項１２の発明によれば、水車
において、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載
のシール装置を、竪軸回転のランナとケーシングとの間
に設けてなるように構成したので、請求項１ないし請求
項１１のいずれかに記載のシール装置により、水車にお
いて竪軸回転のランナとケーシングの間のシール性能を
高く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、（ａ）はシール装置と水車のその近
傍の縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ部を拡大して示すシ
ール装置の作用説明図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、（ａ）はシール装置と水車のその近
傍の縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ部を拡大して示すシ
ール装置の作用説明図である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、シール装置と水車のその近傍の縦断
面図である。

【図４】（ａ）は図３中Ｃ部の拡大図であり、（ｂ）お
よび（ｃ）は（ａ）に示すシール装置の作用説明図であ
る。

【図５】本発明の実施の第４形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、（ａ）はシール装置と水車のその近
傍の縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｄ部を拡大して示すシ
ール装置の作用説明図である。

【図６】本発明の実施の第５形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、シール装置と水車のその近傍の縦断
面図である。

【図７】（ａ）は図６中、Ｅ−Ｅ矢視図であり、（ｂ）
は（ａ）中、Ｆ−Ｆ矢視図である。

【図８】本発明の実施の第６形態に係る水車のシール装
置の説明図であり、シール装置と水車のその近傍の縦断
面図である。

【図９】（ａ）は図８中、Ｇ−Ｇ矢視図であり、（ｂ）
は（ａ）中、Ｈ−Ｈ矢視図である。

【図１０】本発明の実施の第６形態に係るシール装置の
作用説明図である。

【図１１】本発明の実施の第７形態に係る水車のシール
装置の説明図であり、シール装置と水車のその近傍の縦
断面図である。

【図１２】本発明の実施の第７形態に係る応用・変形例
の水車のシール装置の説明図であり、シール装置と水車
のその近傍の縦断面図である。

【図１３】本発明の実施の第７形態に係る水車のシール
装置の別の応用・変形例の説明図であり、（ａ）はシー
ル装置と水車のその近傍の縦断面図、（ｂ）は（ａ）中
Ｉ部の拡大図である。

【図１４】（ａ）はフランシス水車の従来の一例の縦断
面図であり、（ｂ）は（ａ）中の従来のシール装置とそ
の周辺の拡大説明図である。

【図１５】従来のシール装置の別の例の説明図である。

【符号の説明】

１ケーシング２ステーベーン３ガイドベーン４ランナ５下カバー６シール装置７シール部材７１シール部材７２シール部材７３シール部材７４シール部材８１フローティングリング９１フローティングリング１０１インサート１０２リテーナ１０３シール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠原種宏兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者榊原積徳兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者宮川和芳兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者岩崎純弘兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内Ｆターム(参考） 3H072 AA06 AA27 BB27 CC58 CC69 3J041 AA02 BA04 BC03 DA10 3J042 AA05 AA16 BA01 CA10 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の大径部をケー
シングの下カバーの内周面に取付け、同大径部の上方へ
向かって内径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシ
ール部材の小径部を形成し、同小径部にランナ外周面に
向かうラビリンス形状を設けてなることを特徴とするシ
ール装置。
【請求項２】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の小径部をラン
ナの下端部の外周面に取付け、同小径部の上方へ向かっ
て外径側へ折り曲げた形状でつながる同環状のシール部
材の大径部を形成し、同大径部にケーシングの下カバー
の内周面に向かうラビリンス形状を設けてなることを特
徴とするシール装置。
【請求項３】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の上端部をラン
ナ外周面に取付け、同環状のシール部材の上部に全周に
わたるストレート部を、下部に全周にわたる外側に向け
た突起部を設け、同突起部がケーシングの下カバーに全
周にわたり当接するように配列し、ケーシングの下カバ
ーの前記ストレート部に向きあう部分をラビリンス形状
に、前記突起部に向きあう部分をストレート形状に形成
してなることを特徴とするシール装置。
【請求項４】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のシール部材の上端部をケー
シングの下カバーの内周面に取付け、同環状のシール部
材の上部に全周にわたるストレート部を、下部に全周に
わたる内側に向けた突起部を設け、同突起部がランナに
全周にわたり当接するように配列れ、ランナの前記スト
レート部に向きあう部分をラビリンス形状に、前記突起
部に向きあう部分をストレート形状に形成してなること
を特徴とするシール装置。
【請求項５】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、ケーシング側に連通する孔を備え
る中空部を有し、ランナに向き合う面を有する弾性体で
形成された環状のシール部材をケーシングの下カバーの
内周面に取付け、ランナの同環状のシール部材に向き合
う部分にラビリンス部を形成してなることを特徴とする
シール装置。
【請求項６】請求項５に記載のシール装置において、
前記ラビリンス部はラビリンスの径が上部から下部へと
順次大きく形成されてなることを特徴とするシール装
置。
【請求項７】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のフローティングリングがラ
ンナを内周面で囲繞するようにケーシングの下カバーの
内周の円環状溝内に設置され、同環状のフローティング
リングの内周面の上部にケーシング側と連通する複数個
の部分円弧状の溝を有する軸受部が設けられ、同内周面
の下部には平坦なシール部が設けられ、前記軸受部と前
記シール部との間に挟まれた同内周面に円周溝が設けら
れてなることを特徴とするシール装置。
【請求項８】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、環状のフローティングリングがラ
ンナを内周面で囲繞するようにケーシングの下カバーの
内周の円環状溝内に設置され、同環状のフローティング
リングの内周面を平坦な面とするとともに、ケーシング
側と連通する複数個の部分溝が同内周面の全周にわたっ
て断続的に設けられてなることを特徴とするシール装
置。
【請求項９】竪軸回転のランナとケーシングとの間の
シール装置において、ケーシングの下カバーの下端部の
内周側にランナの回転軸方向で上方に向けて開く環状溝
を設け、同環状溝内に同回転軸方向に移動可能なシール
リングを上方に付勢する弾性体を介して設置するととも
に、ランナの外周面に同回転軸に垂直な下向きの環状平
面を形成し、前記シールリングの上端面を同環状平面に
当接せしめてなることを特徴とするシール装置。
【請求項１０】竪軸回転のランナとケーシングとの間
のシール装置において、ケーシングの下カバーの下端部
の内周側にランナの回転軸方向で上方に向けて開く環状
溝を設け、同環状溝内に同回転軸方向に移動可能なシー
ルリングを設置するとともに、ランナの外周面に同回転
軸に垂直な下向きの環状平面を形成し、前記シールリン
グの上端面をステップ状ないしテーパ状に形成し前記環
状平面に当接せしめてなることを特徴とするシール装
置。
【請求項１１】請求項９又は請求項１０に記載のシー
ル装置において、前記環状溝の内周側縁とランナの外周
面との間にラビリンス部を設けてなることを特徴とする
シール装置。
【請求項１２】請求項１ないし請求項１１のいずれか
に記載のシール装置を、竪軸回転のランナとケーシング
との間に備えてなることを特徴とする水車。