JP2002013462A

JP2002013462A - 水力機械および水力機械の製造方法

Info

Publication number: JP2002013462A
Application number: JP2000199731A
Authority: JP
Inventors: Takeya Furukawa; 武也古川; Akashi Oguma; 証小熊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】スリーブを構造簡素にして製造容易にし、かつ
主軸に対して組立て容易な水力機械および水力機械の製
造方法を提供する。【解決手段】本発明において、主軸３２に組み込むスリ
ーブ３０には、硬質被膜部３３が施工されるとともに、
抱き合わせ面３４ａ，３４ｂにて円筒半割れ部３０ａ，
３０ｂに分割されており、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂ
を分割リング片３９ａ，３９ｂにボルト４０を挿通する
ことで固定させるか、あるいは分割リング片３９ａ，３
９ｂ，４１ａ，４１ｂからスリーブ３０に押圧力を与え
て固定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造簡素にして製
造容易で、かつ組立て容易な水力機械および水力機械の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フランシス水車やチューブラ水車
等の水力機械では、主軸（回転軸）に軸封水部を設け、
ランナ室を流れる動力水（流水）を外部に漏出させない
ようにしており、その構成として図１３に示すものを用
いている。なお、図１３は、フランシスタイプのポンプ
水車を示している。

【０００３】この水力機械は、コンクリート１に埋設し
た渦巻状のケーシング２に、動力水を流出させる板状の
ステイベーン３を支持するステーリング４ａ，４ｂを備
えるとともに、ステーリング４ａ，４ｂに連接し、ラン
ナ室５を形成する上カバー６と下カバー７とを備えた構
成になっている。

【０００４】また、水力機械は、ランナ室５にガイドベ
ーン８とランナベーン９とを収容し、ガイドベーン８で
ステイベーン３から供給された動力水の流量を制御する
とともに、ランナベーン９でランナ室５内を流れる動力
水のエネルギから動力（回転トルク）を取り出す構成に
なっている。

【０００５】また、水力機械はランナベーン９を支持す
るランナクラウン１０とランナバンド１１とを備えると
ともに、ランナクラウン１０を主軸（回転軸）１２に接
続させる一方、主軸１２に摺動部としての軸封水部１３
と軸受１４とを備え、軸封水部１３で動力水の外部への
漏出を防止し、軸受１４で主軸１２の軸振動を抑制する
構成になっている。

【０００６】一方、軸封水部１３は、図１４に示すよう
に、主軸１２に被着させたスリーブ１５を、パッキンボ
ックス１６に収容し、パッキン押え１７で支持したカー
ボン製のパッキン１８を当接させ、運転中、上カバー６
とランナクラウン１０との隙間Ｓから流出する動力水の
外部への漏出を防止している。

【０００７】このような構成を備えた軸封水部１３に用
いるスリーブ１５は、ＳＵＳ４０３等のマルテンサイト
ステンレス鋼を使用しているが、硬度がＨＶ２１０以下
であり硅砂（ＨＶ７５０〜１２８０）やアルミナ（ＨＶ
１８００）に較べて柔らかく、河川水に多くの土砂が含
まれていると、摩耗が激しく動力水の機外漏出の要因に
なっていた。

【０００８】軸封水部１３は、例えば、図１５の（ａ）
に示すように、当初、パッキンボックス１６に収容し、
パッキン押え１７で支持したカーボン製のパッキン１８
を主軸１２に被着したスリーブ１５に正対位置に当接さ
せていても、パッキンボックス１６に土砂が浸入する
と、長年の使用の結果、土砂がスリーブ１５やパッキン
１８を摩耗させ、図１５の（ｂ）に示すように、パッキ
ン１８が傾き、スリーブ１５との間に隙間を形成する。
このため、パッキン１８は、運転中に発生するスラスト
Ｆの強弱変動をまともに受けて抗することができなくな
り、ついに折損事故に至り、動力水の機外漏出を防止で
きない不具合・不都合な点があった。特に、スラストＦ
の変動が著しく激しいと、スリーブ１５やパッキン１８
は、短期間のうちに変換を必要としていた。

【０００９】また、別の例として、軸封水部１３には、
図１６に示すように、主軸１２に被着したスリーブ１５
に、ラビリンス１９とライナ２０とを一体成形したラビ
リンスライナ２１を当接させ、ラビリンスライナ２１を
枠部２２で支持させたものがある。

【００１０】しかし、この軸封水部１３は、主軸１２の
軸方向に沿って配置したラビリンス１９で迷路を形成
し、迷路内で漏出水の圧力を徐々に低下させて封水する
ものであるが、スリーブ１５とラビリンス１９とで形成
する隙間を流れる漏水の流速を著しく速くさせている。
このためこの軸封水部１３は、図１７の（ａ）に示すよ
うに、漏水の高速流に沿って土砂Ｄを巻き込み、ラビリ
ンス１９、１９間に形成した凹陥部２３に堆積させ、長
年の使用の結果、図１７の（ｂ）に示すように、スリー
ブ１５に凹陥状の摩耗部Ｒを形成させ、さらに運転中に
発生するスラストＦの強弱変動が繰返し加わって摩耗部
Ｒをより一層大きく形成させ、機外への動力水の漏水を
促進させていた。特に、チューブ水車のような水力機械
では、スラストＦの強弱変動により起動時、機外への漏
水量が毎分数百リッタ増えるに対し、逆に定格運転に入
ると毎分数十リッタに減る等の問題点が発生することが
あった。

【００１１】また、別の例として、軸封水部１３には、
図１８に示すように、主軸１２に被着したスリーブ１５
に綿布を基地に熱硬化性フェノール樹脂を被覆させ含浸
材で作製した軸受２４を設けるとともに、軸受２４の両
端部にホルダ２５で支持したカーボン製のパッキン１８
を設け、動力水の機外への漏水防止を図ったものが提案
されている。

【００１２】しかし、この軸封水部１３は、軸受２４が
土砂に弱いので、潤滑水として清水を使用する関係上、
軸受２４に清水を供給するストレーナやサンドセパレー
タ等の付帯設備を必要としている。

【００１３】このように、従来の水力機械では、機種、
容量、客先の要望等に応じて軸封水部１３の構造をその
都度変更して作製していたが、最近のように、土砂に対
し耐摩耗性に富むセラミックスの技術開発の進展に伴
い、スリーブ１５にセラミックスを被覆した軸封水部１
３が実現しており、土砂に対する耐摩耗性が強化され
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】土砂に対し、軸封水部
１３の耐摩耗性が強化されたといえども、それでも従来
の水力機械にはいくつかの問題点があり、その中でも、
スリーブ１５の構造の簡素化、製造の容易化および組立
工法の簡易化がある。

【００１５】従来、大容量の水車やポンプ水車のような
水力機械では、発電機のロータに大きな回転トルクを伝
える必要上、主軸１２の両端をフランジ形式にし、一端
をランナベーン９を支持するランナクウラン１０に、他
端を発電機のロータに接続させている。このため、水力
機械は、軸封水部１３を備え、主軸１２に被着したスリ
ーブ１５を一体の円筒タイプにできないので、予め分割
の円筒タイプにし、各分割片を主軸１２に抱き合わせて
溶接施工していた。この場合、スリーブ１５は、主軸１
２が工場内にある場合と、他の地域にある場合とでは施
工手順が異なってくる。

【００１６】例えば、水力機械を新規に製作する場合、
あるいは既設の水力機械をすべて工場に持ち込んでオー
バホールする場合、スリーブ１５は、予め作製しておい
た分割片を主軸１２に抱き合わせて溶接施工した後、そ
の外径仕上げと溶接仕上げとを同時に機械加工で施工し
ていた。

【００１７】また、例えば、既設機のスリーブ交換作業
において、主軸１２が主機（水力機械のランナを含む本
体）から外されない場合、つまり主軸１２を工場に持ち
込めない場合、スリーブ１５は単品のまま機械加工で外
径まで仕上げられ、予め作製しておいた分割片に開先加
工を施工し、主軸１２を保管している現地で、分割片を
主軸１２に抱き合わせて溶接する施工手順を採ってい
る。なお、現地で施工した溶接の仕上げは、グラインダ
などの手仕上げで行われる。

【００１８】一般に、主軸１２を主機から分解取り外す
には、先ず、発電機の分解段取りを行った後、ケーシン
グから回転子を引き抜いている。このため、分解の工数
がより一層多くなり、これに伴って再組立まで工期日数
が長くなり、運転の早期再開に支障をきたしている。

【００１９】また、大容量の水力機械ともなると、主軸
１２は工場への輸送だけでも大掛かりな作業となるた
め、工程上、余裕のあるオーバホールでも工場への搬入
をしない場合が多い。

【００２０】このように、従来の水力機械では、既設機
のスリーブ交換作業の際、多くの労力と時間を要してお
り、スリーブの構造の簡素化、製造の容易化および組立
工法の簡易化の改善を必要としていた。

【００２１】また、スリーブ１５は、例えばセラミツク
ス等の硬質被膜を被覆する場合、主軸１２が工場内にあ
る場合と、他の地域にある場合とでは施工手順が異なっ
ている。

【００２２】例えば、主軸１２が工場にある場合、スリ
ーブ１５は、予め作製しておいた分割片を主軸１２に抱
き合わせて溶接施工した後、その外径仕上げ、溶接仕上
げおよび表面仕上げを機械加工で施工し、最後に、主軸
１２と一体にしてセラミックス等の被覆加工を行う。

【００２３】また、主軸１２が工場にない場合、スリー
ブ１５は、現地で主軸１２に組み込むため、分割片に予
め硬質皮膜を被覆して準備しておかなければならない。

【００２４】しかし、硬質皮膜を被覆済みのスリーブ１
５は、現地で主軸１２に溶接施工する場合、溶接時の熱
影響を受けて硬質皮膜の劣化、密着強度の低下、剥離な
ど不具合・不都合が発生する。このため、スリーブ１５
は、硬質皮膜の被覆施工と主軸１２への組み込み施工と
を手順を入れ換えて別々に行うことが必要とされる。

【００２５】硬質皮膜を被覆したスリーブ１５を分割構
造にした例として、特開平８−１４５０５１号公報が開
示されている。

【００２６】この技術によれば、硬質皮膜の被覆は、主
軸１２に組み込む前段階で施工済である。また、スリー
ブ１５の主軸１２への組み込み施工は、分割片を主軸１
２の周方向に沿って抱き合わせた後、分割片の端部に設
けた突き出し状のフランジをボルトで接続させている。

【００２７】しかし、スリーブ１５に突き出し状のフラ
ンジを設けたのでは、主軸１２、軸封水部１３、軸受１
４等の構造の大幅な設計変更が必要とされ、例えば既設
のスリーブ１５は硬質皮膜を被覆しただけの交換作業は
望めなくなる。まして、主軸１２、軸封水部１３、軸受
１４等の構造の設計変更に伴ってスリーブ１５も構造の
設計変更が求められ、構造の複雑化と相まって製作時や
組立時の労力の増加、コストの増加等のおそれがある。

【００２８】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、スリーブを構造簡素にして製造容易にし、
かつ主軸に対して組立て容易な水力機械および水力機械
の製造方法を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水力機械
は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、ランナに接続する主軸に組み込むとともに、軸
封水部に対設してスリーブを備えた水力機械において、
上記スリーブは、上記主軸に組み込む抱き合わせ面にて
分割された分割片によって筒状に形成されるとともに、
形成された筒状は非被覆領域と被覆領域に区分され、被
覆領域には硬質被膜部を備えており上記分割片は上記硬
質被膜部に熱を加えない固定手段によって上記主軸に対
して固定支持されていることを特徴とする。

【００３０】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項２に記載したように、固定
手段は、フランジを備えた分割リング片と、フランジに
挿通するボルトとで構成したものである。

【００３１】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項３に記載したように、固定
手段は、分割リング片に形成し、分割リング片の合わせ
面を溶接接続させたものである。

【００３２】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項４に記載したように、固定
手段は、非被覆領域に設けられたボルトであることを特
徴とする。

【００３３】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項５に記載したように、ラン
ナに接続する主軸に組み込むとともに、軸封水部に対設
してスリーブを備えた水力機械において、上記スリーブ
は、上記主軸に組み込む抱き合わせ面にて分割された分
割片によって筒状に形成されるとともに、形成された筒
状は非被覆領域と被覆領域に区分され、被覆領域には硬
質被膜部を備え、上記被覆領域の上記抱き合わせ面には
開先部が加工されており、上記分割片は上記開先部が溶
接接続されることで上記主軸に対して固定支持されてい
ることを特徴とする。

【００３４】また、本発明に係る水力機械は、上述の目
的を達成するために、請求項６に記載したように、主軸
に組み込むスリーブの抱き合わせ面のうち、少なくとも
非被覆領域には、凹部を備えたものである。

【００３５】また、本発明に係る水力機械の製造方法
は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載した
ように、主軸に組み込むスリーブを予め筒状に形成し、
筒状に形成したスリーブの外表面に、周方向に向かい合
う少なくとも２つ以上の被覆領域とひ被覆領域とを設
け、上記被覆領域には被覆しろを設けて、被覆領域に硬
質被膜部を被覆させた後、上記スリーブを非被覆領域に
て切断・分割して抱き合わせ面を施工し、施工した抱き
合わせ面に開先部を設け、上記開先部にて上記スリーブ
を上記主軸に溶接接続する方法である。

【００３６】また、本発明に係る水力機械の製造方法
は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載した
ように、被覆しろは、被覆領域を研削して形成すること
を特徴とする。

【００３７】また、本発明に係る水力機械の製造方法
は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載した
ように、被覆しろは、非被覆領域に肉盛り溶接を施工し
た後、形成することを特徴とする。

【００３８】また、本発明に係る水力機械の製造方法
は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載し
たように、主軸に組み込むスリーブを予め筒状に形成
し、スリーブの外表面に、周方向に向かい合う少なくと
も２つ以上の被覆領域とひ被覆領域とを設け、上記被覆
領域を設けた部位について、上記スリーブの全周に亘っ
てブラスト処理を施工し、被覆領域に硬質被膜部を被覆
させた後、上記スリーブを被覆領域以外の領域にて上記
スリーブをその長手方向に切断・分割して抱き合わせ面
を施工し、施工した抱き合わせ面に開先部を設け、上記
開先部にて上記スリーブを上記主軸に溶接接続し、この
溶接接続部の表面加工を行った後、上記被覆領域に挟ま
れた非被覆領域に対しても硬質被膜部を施工する方法で
ある。

【００３９】また、本発明に係る水力機械の製造方法
は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載し
たように、非被覆領域の周長さをＬ_１とし、スリーブを
切断・分割する抱き合わせ面の周長さをＬ_２とすると
き、周長さ比Ｌ_１とＬ_２との関係を、

【数２】Ｌ_１≧２Ｌ_２の範囲に設定する方法である。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水力機械、水
力機械の製造方法および水力機械の組立工法の実施形態
を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

【００４１】図１は、本発明の第１実施形態を説明する
ために用いた組立斜視図である。

【００４２】本実施形態は、スリーブ３０を少なくとも
２つ以上の円筒半割れ部３０ａ，３０ｂに形成するとと
もに、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂの表面に、例えばセ
ラミックス等の硬質被膜部３３を被覆させたものであ
る。

【００４３】また、本実施形態は、フランジ３１を備え
た主軸３２の周方向に沿って同心状に配置する円筒半割
れ部３０ａ，３０ｂとして形成したスリーブ３０を抱き
合わせ面３４ａ，３４ｂで接続固定させる際、フランジ
３８ａ，３８ｂを備えた分割リング片３９ａ，３９ｂを
ボルト４０で固定させるか、あるいは分割リング片４１
ａ，４１ｂを溶接部４２で固定させるかのいずれかを選
択したものである。ここで、この選択にあたっては、ス
リーブ３０を設置しようとする水車の主軸（回転軸）３
２の周囲のスペースによって決定する。つまり、スペー
スに余裕がある場合にはフランジ３８ａ，３８ｂをボル
ト４０で固定させ、スペースに余裕がなく、この方法を
用いると大幅な改造が必要になる場合には、分割リング
片４１ａ，４１ｂを溶接部４２で固定するとよい。ま
た、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂの抱き合わせ面３４
ａ，３４ｂには、開先部により凹部（ともに図示せず）
が形成されている。

【００４４】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の円筒半割れ部３０ａ，３０ｂを抱き合わせ面３４ａ，
３４ｂで接続固定させる際、分割リング片３９ａ，３９
ｂのフランジ３８ａ，３８ｂにボルト４０を挿通させて
固定させるか、あるいは分割リング片４１ａ，４１ｂを
溶接部４２で固定させるかのいずれかを選択するので、
既設の水車に対しても主軸３２、軸封水部、軸受等の構
造変更を最低限に抑え、硬質被膜部３３を被覆したスリ
ーブ３０を容易に主軸３２に取り付けることができる。
また、分割リング片３９ａ，３９ｂ，４１ａ，４１ｂか
らスリーブ３０に押圧力を与えて固定させるので、スリ
ーブ３０の円筒半割れ部３０ａ，３０ｂを主軸３２に対
して容易に確実に固定させることができ、円筒半割れ部
３０ａ，３０ｂに被着させた硬質被膜部３３に熱を与え
ることもなく寿命を長く維持させることができる。

【００４５】図２は、本発明の第２実施形態を説明する
ために用いた組立て斜視図である。なお、第１実施形態
の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００４６】本実施形態は、フランジ３１を備えた主軸
３２の周方向に沿って同心状に配置した円筒半割れ部３
０ａ，３０ｂとして形成したスリーブ３０を、抱き合わ
せ面３４ａ，３４ｂで接続固定させる際、硬質被膜部３
３を除いた領域で、主軸３２にスリーブ３０の円筒半割
れ部３０ａ，３０ｂをボルト４３で接続固定させたもの
である。

【００４７】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の円周半割れ部３０ａ，３０ｂを抱き合わせ面３４ａ，
３４ｂで接続固定させる際、円筒半割れ部３０ａ，３０
ｂを主軸３２にボルト４３で接続固定させるので、新設
の水車はもちろん、既設の水車であっても、硬質被膜部
３３を被着させたスリーブ３０をその硬質被膜部３３に
溶接などによる熱影響を与えずに主軸３２に容易に固定
させることができる。

【００４８】図３は、本発明の第３実施形態を説明する
ために用いた組立て斜視図である。なお、第１実施形態
の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００４９】本実施形態は、フランジ３１を備えた主軸
３２の周方向に沿って同心状に配置した円筒半割れ部３
０ａ，３０ｂとして形成したスリー部３０を、抱き合わ
せ面３４ａ，３４ｂで接続固定させる際、硬質被膜部３
３を除いた領域の抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに予め溶
接部４４として溶接用の開先を加工し、この開先部を溶
接して接続固定させたものである。ここで、円筒半割れ
部３０ａ，３０ｂには、接続固定させる前に予め硬質被
覆部３３を溶射などにより施工してあるが、硬質被膜部
３３についてはこの段階で表面の仕上げも行う。この
際、抱き合わせ面３４ａ，３４ｂ近傍の表面について
は、開先部（図示せず）を形成する。

【００５０】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の円筒半割れ部３０ａ，３０ｂを抱き合わせ面３４ａ，
３４ｂで接続固定させる際、硬質被膜部３３を除いた領
域の抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに溶接部４３を設けて
接続固定させるので、スリーブ３０を主軸３２に容易に
組立てることができる。

【００５１】図４は、本発明の第４実施形態を説明する
ために用いた組立て斜視図である。なお、第１実施形態
の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００５２】本実施形態は、第１実施形態に、第２実施
形態および第３実施形態を組み合わせたもので、フラン
ジ３１を備えた主軸３２の周方向に沿って同心状に配置
する円筒半割れ部３０ａ，３０ｂとして形成したスリー
ブ３０を、抱き合わせ面３４ａ，３４ｂで接続固定させ
る際、フランジ３８ａ，３８ｂを備えた分割リング片３
９ａ，３９ｂをボルト４０で固定させるとともに、主軸
３２に対して円筒半割れ部３０ａ，３０ｂをボルト４３
で直接接続固定させ、さらに硬質被膜部３３を除いた領
域の抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに溶接部４４を設けて
接続固定させたものである。

【００５３】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の円筒半割れ部３０ａ，３０ｂを抱き合わせ面３４ａ，
３４ｂで接続固定させる際、円筒半割れ部３０ａ，３０
ｂを分割リング片３９ａ，３９ｂで固定させるととも
に、主軸３２に対して円筒半割れ部３０ａ，３０ｂをボ
ルトで接続固定させさらに硬質被膜部３３を除いた領域
の抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに溶接部４４を設けて固
定させるので、スリーブ３０を主軸３２に十分に接続固
定させることができる。ここで、これらの接続方法は、
スリーブ３０の主軸への取り付け強度と、主軸３２周囲
の空きスペースに鑑み、自由に選択することができる。
これによって、既存の水車に対しても最適な強度でスリ
ーブ３０を容易に装着することが可能となる。

【００５４】図５は、本発明の第５実施形態を説明する
ために用いた一部切欠き平面展開図である。なお、第１
実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００５５】本実施形態は、円筒として形成したスリー
ブ３０の外表面を非被覆領域４５と被覆領域４６とに区
分けし、機械加工等によって予め定められた形状に形成
した後、区分けした被覆領域４６にた例えばセラミック
ス等の硬質被膜部３３を形成し、表面の仕上げを行った
後に、さらに非被覆領域４５のうち、角度１８０°の対
向位置に互いを傾斜状に切断・分割した傾斜状の抱き合
わせ面（切断・分割施工部）４７に開先加工を施工して
工場または現地内の主軸に組み込む構成にするものであ
る。

【００５６】ここで、スリーブ３０の外表面を機械加工
等により予め定められた形状に形成する工程は、硬質被
膜部３３を施工するための被覆しろを設けるもので、次
の２通りの方法で行うことができる。

【００５７】一つは、円筒として形成したスリーブ３０
のうち、被覆領域４６をその被覆厚さだけ研削し、ここ
を被覆しろとして硬質被膜部３３を形成する方法であ
る。もう一つは、スリーブ３０を最終形状よりも硬質被
膜部３３の被膜厚さだけ小さく形成しておき、非被覆領
域４５に硬質被膜部３３の被膜厚さと同じ厚さとなるよ
うに肉盛り溶接部４９を施工し、仕上げ加工して被覆し
ろを設けたものである。この場合、肉盛り溶接法として
は、ＴＩＧ溶接法等の比較的入熱の少ない溶接法を用い
るとよい。これは、一般に軸スリーブはオーステナイト
ステンレスや二相ステンレスを材料として用いるが、入
熱の大きい溶接方法を用いると、溶接熱により５００〜
８００℃に加熱された範囲の結晶粒界にクロム炭化物が
析出して、この範囲のクロム量が減少するために結晶粒
界に沿って腐食が起きるためである。

【００５８】なお、スリーブ３０の円筒は、当初から一
体円筒でもよく、また、分割片を点付け溶接などで一体
円筒にしてもよい。また、非被覆領域４５は、図６に示
すように、硬質被膜部３３の溶接熱の影響を考慮して機
械加工施工済部４８と開先加工を施工する傾斜状の抱き
合わせ面（切断・分割背後部）４７とに区分けされる
が、今、機械加工施工済部４８の周長さをＬ１とし、傾
斜状の抱き合わせ面４７の周長の長さをＬ２とすると、
周長さ比Ｌ１とＬ２との関係を、

【数３】Ｌ_１≧２Ｌ_２ ……（１）の範囲に設定している。この範囲は、実験により求めた
好ましい範囲である。

【００５９】そして上述のように工場で加工した開先加
工を施工した軸スリーブ３０を図９に示したように、抱
き合わせ面４７に溶接部５１を形成して溶接接続させ、
その溶接部５１の外表面を図１０で示すように、グライ
ンダ等で加工し、外形寸法を整え工場または現地内の主
軸に組み込む。

【００６０】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の外表面を機械加工等によって予め定められた形状にし
た後、被覆領域４６に硬質被膜部３３を形成し、さらに
非被覆領域４５のうち角度１８０°の対向位置を互いに
傾斜状に切断・分割した抱き合わせ面４７に開先加工を
施工して工場等に保管した主軸に組み込む際、非被覆領
域４５の周長さを上式（１）の範囲に設定して抱き合わ
せ面４７を溶接接続させるので、硬質被膜部３３に与え
られる溶接熱の影響がなく、硬質被膜部３３を高い品質
に維持させることができる。

【００６１】図７は、本発明の第６実施形態を説明する
ために用いた一部切欠き平面展開図である。なお、第１
実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００６２】本実施形態は、円筒として形成したスリー
ブ３０を主軸に組み込む前に、スリーブ３０の外表面の
全域を予め定められた外形に機械加工した後、非被覆領
域４５と被覆領域４６とに区分けして、区分けした被覆
領域４６に例えばタングステンカーバイドまたはセラミ
ックス等の硬質被膜部３３を形成し、さらに非被覆領域
４５を傾斜状に切断・分割した抱き合わせ面４７に開先
加工を施工する。ここで、この実施形態についても、非
被覆領域４５の周長さを上式（１）の範囲に設定して抱
き合わせ面４７を形成する。

【００６３】そして、このように加工したスリーブ３０
を工場または現地保管の主軸にスリーブ３０を組み込
む。この際、図１０に示すように抱き合わせ面を溶接接
続させ、溶接部５１を形成する。そして、溶接部５１の
外表面をグラインダ等で加工した外形寸法を整えた後
に、溶接部５１にも硬質被膜部３３を形成し、施工した
硬質被膜部３３をダイヤモンド砥石５２で加工し、外形
寸法を整えるものである。

【００６４】この場合、硬質被膜部３３を施工する部位
に関しては、工場において硬質被膜部３３を施工する前
に図８に示すように全面をブラスト処理部５０を形成し
ておくと、スリーブ３０を主軸に組み込む際の工数を少
なくすることができる。

【００６５】このように、本実施形態は、スリーブ３０
の外表面を機械加工によって予め定められた外径にした
後、被覆領域４６に硬質被膜部３３を形成し、さらに非
被覆領域４５のうち角度１８０°の対向位置を互いに傾
斜状に切断・分割した抱き合わせ面４７を非被覆領域４
５の周長さを上式（１）の範囲に設定して開先加工を施
工し、工場等に保管した主軸に組み込む際に抱き合わせ
面４７を溶接接続させた後に、さらに溶接部５１につい
ても硬質被膜部３３を施工するため、硬質被膜部３３に
溶接熱の影響を与えずにスリーブ３０全周を硬質被膜部
３３で覆うことができ、硬質被膜部３３を高い品質に維
持させることができる。

【００６６】また、本実施形態では、主軸にスリーブ３
０を組み込んだ後に硬質被膜部３３を施工する部位を最
小限にしているため、スリーブ３０を主軸に組み込んだ
後の熱変形も最小限に抑えることができる。

【００６７】図１１は、本発明の第７実施形態を説明す
るために用いた概念図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一部分には同一符号を付す。

【００６８】本実施形態は、主軸３２に接着剤３６を塗
布し、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂとして形成したスリ
ーブ３０を接着剤３６を介して主軸３２に被着させたも
のである。

【００６９】接着剤３６は、耐水性を有する嫌気性即硬
タイプのものが用いられる。また、円筒半割れ部３０
ａ，３０ｂの抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに接する表面
は研削されており、図１２に示すように、開先部３５
ａ，３５ｂが構成されている。そして、これらの円筒半
割れ部３０ａ，３０ｂが抱き合わされると、抱き合わせ
面３４ａ，３４ｂ近傍の表面に凹部３７ａ，３７ｂが形
成される。ここで、この凹部３７ａ，３７ｂの幅は軸封
水部のパッキンの長さと比較して十分に小さいものとす
る。また、図１２においては、開先部３５ａ，３５ｂは
面取りにより加工されたものとなっているが、これに限
らず、円筒表面から滑らかに連続する曲面としてもよ
い。

【００７０】このように、本実施形態は、主軸３２に接
着剤３６を塗布し、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂとして
形成したスリーブ３０を主軸３２に被着させることで、
溶接による熱の影響を受けずに済むため、硬質被膜の劣
化や剥離がなく、寿命の長い硬質被膜部３３を得ること
ができる。

【００７１】また、本実施形態は、円筒半割れ部３０
ａ，３０ｂの抱き合わせ面３４ａ，３４ｂに開先部３５
ａ，３５ｂを設け、円筒半割れ部３０ａ，３０ｂを抱き
合わせたときに凹部３７ａ，３７ｂが形成されるように
なっている。そして、このことにより、円筒半割れ部３
０ａ，３０ｂの抱き合わせ面３４ａ，３４ｂにおいて多
少の段差が生じるような場合であっても、これを許容す
ることができるため、より剥離の起こりにくい硬質被膜
部１５を形成することができる。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明は、主軸に
組み込むスリーブの構造を簡素にして製造容易に構成す
るので、主軸への組み込む工期をより一層短縮させるこ
とができ、既設機のスリーブの交換をより一層簡易に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を説明するために用いた
組立斜視図。

【図２】本発明の第２実施形態を説明するために用いた
組立斜視図。

【図３】本発明の第３実施形態を説明するために用いた
組立斜視図。

【図４】本発明の第４実施形態を説明するために用いた
組立て斜視図。

【図５】本発明の第５実施形態を説明するために用いた
一部切欠平面展開図。

【図６】図５のＢ−Ｂ矢視方向から見た切断断面図。

【図７】本発明の第６実施形態態を説明するために用い
た一部切欠平面展開図。

【図８】図７のＤ−Ｄ矢視方向から見た切断断面図。

【図９】図６において溶接を施工した後の切断断面図。

【図１０】図８において溶接および硬質被膜を被覆・施
工した後の切断断面図。

【図１１】本発明の第７実施形態を説明するために用い
た概念図。

【図１２】図１１のＡ部の部分拡大図。

【図１３】従来の水力機械を示す一部切欠き断面図。

【図１４】従来の水力機械における軸封水部を説明する
ために用いた断面図。

【図１５】従来の水力機械における軸封水部を説明する
ために用いた断面図で、（ａ）は組立て当初の状態を示
す図で、（ｂ）は長年の使用の結果、パッキンの摩耗を
説明するために用いた断面図。

【図１６】従来の水力機械における別の軸封水部を説明
するために用いた断面図。

【図１７】従来の水力機械における軸封水部を説明する
ために用いた断面図で、（ａ）はラビリンスに土砂が堆
積した状態を説明するために用いた断面図、（ｂ）は長
年の使用の結果、スリーブに摩耗が生じたことを説明す
るために用いた断面図。

【図１８】従来の水力機械における別の軸封水部を説明
するために用いた断面図。

【符号の説明】

１コンクリート２ケーシング３ステイベーン４ａ，４ｂステーリング５ランナ室６上カバー７下カバー８ガイドベーン９ランナベーン１０ランナクラウン１１ランナバンド１２主軸１３軸封水部１４軸受１５スリーブ１６パッキンボックス１７パッキン押え１８パッキン１９ラビリンス２０ライナ２１ラビリンスライナ２２枠部２３凹陥部２４軸受２５ホルダ３０スリーブ３０ａ，３０ｂ円筒半割れ部３１フランジ３２主軸３３硬質被膜部３４ａ，３４ｂ抱き合わせ面３５ａ，３５ｂ開先部３６接着剤３７ａ，３７ｂ凹部３８ａ，３８ｂフランジ３９ａ，３９ｂ分割リング片４０ボルト４１ａ，４１ｂ分割リング片４２溶接部４３ボルト４４溶接部４５非被覆領域４６被覆領域４７抱き合わせ面４８機械加工施工済部４９肉盛溶接部５０ブラスト処理部５１溶接部５２ダイヤモンド砥石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランナに接続する主軸に組み込むととも
に、軸封水部に対設してスリーブを備えた水力機械にお
いて、上記スリーブは、上記主軸に組み込む抱き合わせ
面にて分割された分割片によって筒状に形成されるとと
もに、形成された筒状は非被覆領域と被覆領域に区分さ
れ、被覆領域には硬質被膜部を備えており上記分割片は
上記硬質被膜部に熱を加えない固定手段によって上記主
軸に対して固定支持されていることを特徴とする水力機
械。
【請求項２】固定手段は、フランジを備えた分割リン
グ片と、フランジに挿通するボルトとで構成したことを
特徴とする請求項１記載の水力機械。
【請求項３】固定手段は、分割リング片に形成し、分
割リング片の合わせ面を溶接接続させたことを特徴とす
る請求項１記載の水力機械。
【請求項４】固定手段は、非被覆領域に設けられたボ
ルトであることを特徴とする請求項１記載の水力機械。
【請求項５】ランナに接続する主軸に組み込むととも
に、軸封水部に対設してスリーブを備えた水力機械にお
いて、上記スリーブは、上記主軸に組み込む抱き合わせ
面にて分割された分割片によって筒状に形成されるとと
もに、形成された筒状は非被覆領域と被覆領域に区分さ
れ、被覆領域には硬質被膜部を備え、上記被覆領域の上
記抱き合わせ面には開先部が加工されており、上記分割
片は上記開先部が溶接接続されることで上記主軸に対し
て固定支持されていることを特徴とする水力機械。
【請求項６】主軸に組み込むスリーブの抱き合わせ面
のうち、少なくとも非被覆領域には、凹部を備えたこと
を特徴とする請求項１または５記載の水力機械。
【請求項７】主軸に組み込むスリーブを予め筒状に形
成し、筒状に形成したスリーブの外表面に、周方向に向
かい合う少なくとも２つ以上の被覆領域とひ被覆領域と
を設け、上記被覆領域には被覆しろを設けて、被覆領域
に硬質被膜部を被覆させた後、上記スリーブを非被覆領
域にて切断・分割して抱き合わせ面を施工し、施工した
抱き合わせ面に開先部を設け、上記開先部にて上記スリ
ーブを上記主軸に溶接接続することを特徴とする水力機
械の製造方法。
【請求項８】被覆しろは、被覆領域を研削して形成す
ることを特徴とする請求項７記載の水力機械の製造方
法。
【請求項９】被覆しろは、非被覆領域に肉盛り溶接を
施工した後、形成することを特徴とする請求項７記載の
水力機械の製造方法。
【請求項１０】主軸に組み込むスリーブを予め筒状に
形成し、スリーブの外表面に、周方向に向かい合う少な
くとも２つ以上の被覆領域とひ被覆領域とを設け、上記
被覆領域を設けた部位について、上記スリーブの全周に
亘ってブラスト処理を施工し、被覆領域に硬質被膜部を
被覆させた後、上記スリーブを被覆領域以外の領域にて
上記スリーブをその長手方向に切断・分割して抱き合わ
せ面を施工し、施工した抱き合わせ面に開先部を設け、
上記開先部にて上記スリーブを上記主軸に溶接接続し、
この溶接接続部の表面加工を行った後、上記被覆領域に
挟まれた非被覆領域に対しても硬質被膜部を施工するこ
とを特徴とする水力機械の製造方法。
【請求項１１】非被覆領域の周長さをＬ_１とし、スリ
ーブを切断・分割する抱き合わせ面の周長さをＬ_２とす
るとき、周長さ比Ｌ_１とＬ_２との関係を、【数１】Ｌ_１≧２Ｌ_２の範囲に設定することを特徴とする請求項７または１０
に記載の水力機械の製造方法。