JP2008038609A

JP2008038609A - 水車のシール装置

Info

Publication number: JP2008038609A
Application number: JP2006209742A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nomoto; 悟野本; Kiyoto Tani; 清人谷; Takayuki Shiozaki; 隆幸塩崎
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】本発明は、ランナと水車カバーとの間隙に形成するシール装置を流れる漏水に対するシール性能の維持と、漏水に含まれる硬質粒子によるシール装置の摩耗の抑制との両立を可能とした水車のシール装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の水車のシール装置は、水車の回転部であるランナと水車の固定部である水車カバーとの間の環状空間に設けられ、ランナ側の壁面に設けた段付き部が、水車カバー側の壁面に設けた段付き部に夫々面するように配置されて、これらの両壁面で挟まれた円環状空間に小間隙とこの小間隙に繋がった大間隙とを形成する階段形状のシール部を構成する水車のシール装置において、大間隙に面した水車カバー側の段付き部の壁面に、水平面に対して水車カバーの半径方向外方側が厚みを増すように傾斜してその傾斜角θが、１５°＜θ＜７５°に形成された傾斜部、又は大間隙側に曲率中心を持つ曲率面部を設けるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、水車のシール装置に係わり、特に水車の回転部と固定部との間隙に漏水を低減するように設けられた水車のシール装置に関する。

水力機械である縦軸の遠心型水車では、回転体のランナと静止体の水車上カバー及び水車下カバーとの間の間隙に漏水用のシール装置が複数箇所に設置されている。前記シール装置として漏水量を抑制するために階段形状のシール装置が設置されている場合が多い。

ところで、水車のランナを回転させる水に土砂等の硬質な粒子が混入していると、シール装置を構成する水車上カバー及び水車下カバーの壁面に摩耗が発生する。

階段形状のシール装置では流路断面積が小さな絞り部と急拡大するラビリンス部が連続して形成されているため、流路が狭い絞り部で加速された漏水が、絞り部から急拡大するラビリンス部に出て水車上カバー及び水車下カバーの壁面に衝突するので漏水中の硬質な粒子によって前記水車カバーの壁面に摩耗が発生する。

このような形状のシール装置では、水に土砂等の硬質な粒子が混入している場合、シール装置において流路断面積が小さな絞り部があるため、絞り部で増速された硬質粒子が急拡大するラビリンス部に出たところにある上カバー壁面に衝突するため摩耗が発生する。

また、ラビリンス部において上カバー壁面の半径方向外周側付近に硬質粒子の濃度の高い領域が存在する。これは、ラビリンス部内の流れ分布の影響や、ランナが回転することによって受ける遠心力の影響などにより、硬質粒子が半径方向外周側に寄せられるためである。硬質粒子の濃度が高い場合、硬質粒子が壁面に衝突する頻度が大きくなるので水車カバー壁面の摩耗が促進され、水車カバーは摩耗量の増大によって交換に至ることになる。

そこで、水に含まれた硬質な粒子に起因する水車の摩耗対策の技術として、特開平９−１７７６５３号公報には、水車のランナと水車カバーとの間隙のうち、狭小間隙部に設置したシール部を形成する対向壁のランナ側に凸曲面を、対向壁の水車カバー側に凹曲面を夫々形成し、狭小間隙に進入した漏水をランナの回転主軸の方向の流れに偏向させて、漏水に含まれる硬質粒子が水車カバー壁面に衝突して生じる水車カバー壁面の摩耗を低減する技術が開示されている。

また、漏水の漏洩量そのものを低減させて高効率の水車を得る技術として、特開昭５５−１５３８６３号公報には、水車のランナと水車カバーとの間隙に設置した階段形状のシール部を形成する両者の対向壁の入口側に、漏水の上流側に向かって尖鋭をなす鋭角部（角度θ＜９０°）を形成してこの鋭角部によってシール部の間隙に流入した漏水に著しい縮流を生じさせ、漏水の流れに抵抗を与えて漏洩量を低減して水力機械の高効率化を図る技術が開示されている。

特開平９−１７７６５３号公報特開昭５５−１５３８６３号公報

しかしながら、特許文献１による技術では、シール装置である絞り部の狭小間隙を形成する水車カバーの凹曲面に沿って漏水が流れるので、漏水に含まれる硬質粒子によりこの狭小間隙を形成する水車カバーの凹曲面に生じる磨耗が増大してしまう。

よって、シール部は狭小間隙を維持できず、漏水量を低減するというシール装置の本来の機能を維持できないという問題がある。

また、特許文献２による技術では、漏水の漏洩量は当初減少するかも知れないが、ランナと水車カバーの対向壁のシール部を形成する入口側は漏水に縮流を生じさせるために漏水が最も激しく衝突する場所であり、この入口側に設けた鋭角部に当たって縮流となる漏水に含まれる硬質粒子により生じる磨耗が増大してしまう。

本発明の目的は、ランナと水車カバーとの間隙に形成するシール装置を流れる漏水に対するシール性能の維持と、漏水に含まれる硬質粒子によるシール装置の摩耗の抑制との両立を可能とした水車のシール装置を提供することにある。

本発明の水車のシール装置は、水車の回転部であるランナと水車の固定部である水車カバーとの間の環状空間に設けられ、ランナ側の壁面に設けた段付き部が、水車カバー側の壁面に設けた段付き部に夫々面するように配置されて、これらの両壁面で挟まれた円環状空間に小間隙とこの小間隙に繋がった大間隙とを形成する階段形状のシール部を構成する水車のシール装置において、大間隙に面した水車カバー側の段付き部の壁面に、水平面に対して水車カバー側に厚みを増すように傾斜してその傾斜角θが、１５°＜θ＜７５°に形成された傾斜角を持つ傾斜部、又は大間隙側に曲率中心を持つ曲率面部を設けるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ランナと水車カバーとの間隙に形成するシール装置を流れる漏水に対するシール性能の維持と、漏水に含まれる硬質粒子によるシール装置の摩耗の抑制との両立を可能とした水車のシール装置を実現できる。

次に本発明の実施例であ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。

本発明の一実施例である縦軸水車のシール装置について、図１を用いて説明する。

図１において、本発明の一実施例の水車では、回転体は鉛直方向に配設された主軸５と、この主軸５の外周側に設置されたランナ１とを備えている。ランナ１はディスク形状のランナ上部材１Ａと環状のランナ下部材１Ｂとの間に形成され、これらのランナ上部材１Ａ及びランナ下部材１Ｂと一体形成されたランナベーン１Ｃを周方向に沿って相互に離間した複数枚にして環状列に配置した構造となっている。このランナ上部材１Ａはその内周側で主軸５と連結されている。

図示しないケーシングから供給された動力となる水は、図示しないステーベーンを経由してランナ１の半径方向外側に位置して水車の負荷に応じて流量制御するガイドベーン４を経由してランナ１に流入し、このランナベーン１Ｃを有するランナ１によって水のエネルギを回転トルクに変えて主軸５を駆動し、主軸５に連結した発電機で発電するように構成している。

そして、ランナ１を回転させた水はランナ１の下流側に形成された流路を流下して水車から排出される。尚、主軸５に連結されている発電機は図示を省略している。

一方、水車の静止体は、回転体のランナ１を上下から覆うように配置された環状の水車上カバー２及び水車下カバー３と、水車上カバー２と水車下カバー３との間に形成され、図示していないケーシングから水を導きランナ１に向って水を流下させる流路と、この流路の出口に近接した位置に設けられ、水車の負荷に応じてその配置角度を調節して流量制御するガイドベーン４を備えている。

この回転体のランナ１を構成するディスク形状のランナ上部材１Ａの外面側と、静止体の上カバー２の内面側との間にはランナ背圧室２１が形成されており、この部分に上部間隙が形成されている。

また、ランナ１を構成する環状のランナ下部材１Ｂの外面側と、静止体の下カバー３の内面側との間にはランナ側圧室２２が形成されており、この部分に下部間隙が形成され、前記した上部間隙及び下部間隙にガイドベーン４を経た水の一部が夫々流入する。

そこで、これらの各間隙に流入する水の漏洩量を抑制するために、ランナ背圧室２１の上部間隙を夫々区画している回転体のランナ上部材１Ａと静止体の水車上カバー２との間に、漏水を減少させるためのランナ入口シール装置８Ａ及びランナ背圧室シール装置９が夫々形成されている。

同様に、ランナ側圧室２２の下部間隙を夫々区画している回転体のランナ下部材１Ｂと静止体の下カバー３との間に、漏水を減少させるためのランナ入口シール装置８Ｂ及びランナ側圧室シール装置１０が夫々形成されている。

詳細に説明すると、回転体のランナ１を構成するランナ上部材１Ａの外面側と静止体の水車上カバー２の内面側との間で囲まれた空間のうち、ランナ１の半径方向外周側と、このランナ１の半径方向外周側に面した水車上カバー２の内面側との間に形成される上部間隙には、ランナ入口の絞り部を形成するランナ入口シール装置８Ａが設けられている。

更に、前記空間のうち、ランナ背圧室２１を区画するランナ上部材１Ａの半径方向中央部の外面側と水車上カバー２の内面側との間には、絞り部を形成する階段形状のランナ背圧室シール装置９とが設けられている。

このランナ背圧室２１を区画する一方の部材である水車上カバー２にはバランスパイプ７が配設されており、ランナ背圧室２１に流入した水をバランスパイプ７を通じてランナ１の下部に接続しているドラフトパイプ部（図示なし）に流下させる構造となっている。

ランナ背圧室２１を区画する他方の部材であるランナ上部材１Ａにはバランスホール６が形成されており、ランナ背圧室２１に流入した水をバランスホール６を通じてランナ１の下流側に流下させる構造となっている。

また、回転体のランナ１を構成するランナ下部材１Ｂの外面側と静止体の水車下カバー３の内面側との間で囲まれた空間のうち、ランナ１の半径方向外周側と、このランナ１の半径方向外周側に面した水車下カバー３の内面側との間に形成される上部間隙には、ランナ入口の絞り部を形成するランナ入口シール装置８Ｂが設けられている。

更に、前記空間のうち、ランナ側圧室２２を区画するランナ下部材１Ｂの半径方向中央部の外面側と水車下カバー３の内面側との間には、絞り部を形成する階段形状のランナ側圧室シール装置１０とが設けられている。

そして、前記階段形状のランナ背圧室シール装置９及び階段形状のランナ側圧室シール装置１０シール装置を構成する静止体側の水車上カバー２及び水車下カバー３の壁面には交換可能なライナ（図示せず）が取付けられている。

上記した構成からなる水車において、ランナ１の回転に伴いランナ入口シール装置８Ａから侵入した漏水は、ランナ上部材１Ａの外面側と、静止体の上カバー２の内面側との間の間隙に設置された階段形状のランナ背圧室シール装置９を経てランナ背圧室２１に流入する。

このランナ背圧室２１に流入した漏水は、ランナ上部材１Ａに形成したバランスホール６を通ってランナベーン１Ｃの下流側のランナ１の内部へ流下するか、或いは、水車上カバー２に取付けられているバランスパイプ７を通過してランナ１の下部に接続しているドラフトパイプ部（図示なし）に流下するようになっている。

ところで、前記漏水に土砂等の硬質な粒子が混入していると、この漏水の流れによって階段形状のランナ背圧室シール装置９を形成する水車上カバー２の壁面に摩耗が発生し易い。このような階段形状のシール装置では、水に土砂等の硬質な粒子が混入している場合、シール装置の流路断面積が小さい絞り部から流路断面積が急拡大するラビリンス部に面した水車上カバーの壁面は漏水に含まれる硬質粒子による摩耗対策を講じる必要がある。

そこで、漏水に含まれる硬質粒子による摩耗対策として、本実施例では図２に示すような構造の階段形状のシール装置を採用した。即ち、図２は図１に示した本発明の一実施例の縦軸の遠心型水車におけるランナの背圧室にある階段形状のシール装置部分を表す縦断面図である。

図２に示した階段形状のシール装置９は、ランナ１と水車上カバー２に挟まれた環状の空間で、ランナ１の外壁面と水車上カバー２の内壁面との間に、漏水の流れ方向の上流に位置する上流側間隙１５から下流側に位置する下流側間隙１６に至る領域に、間隙が狭い１段目絞り部１１と、間隙が急拡大するラビリンス部１２と、間隙が狭い２段目絞り部１３とが連続して形成されるように構成されている。

即ち、ランナ１側の壁面に設けた階段形状をなす段差部と、水車カバー２側の壁面に設けた階段形状をなす段差部とが夫々面するように配置して、これらのランナ１側の壁面と水車カバー２側の壁面とで挟まれた円環状空間に小間隙の１段目絞り部１１と、この１段目絞り部１１に繋がった間隙が急拡大する大間隙のラビリンス部１２と、小間隙の２段目絞り部１３とを形成する階段形状のシール装置９である。

そして、この階段形状のシール装置９は、小間隙の１段目絞り部１１の下流側となる大間隙のラビリンス部１２に面した水車上カバー２の壁面に設けた段差部の上壁面、及び小間隙の２段目絞り部１３の下流側となる拡大した間隙に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に、水車の主軸５の鉛直方向の軸線に対して直交した垂直な面となる水平面を基準として、この水平面に対して水車カバー２の半径方向外方側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂を持つ傾斜部２Ａを設けている。

即ち、水車上カバー２の段差部の上壁面に水車カバー２の半径方向内側から半径方向外側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂を持つ傾斜部２Ａを夫々設けた構成となっている。

前記の傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂は、それぞれ傾斜角θ_１（１５°＜θ_１＜７５°）、及び傾斜角θ_２（１５°＜θ_２＜７５°）をなすように構成されている。

これらの傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂の作用効果について詳細に説明すると、小間隙の１段目絞り部１１を通過してその下流側となる大間隙のラビリンス部１２に流入した漏水は、このラビリンス部１２に面した水車上カバー２の壁面に設けた段差部の上壁面に向かって流下する。

そして流下する漏水は、水車上カバー２の段差部の上壁面に設けた傾斜部２Ａの傾斜角θ₁の傾斜面に沿ってその流れをラビリンス部１２の中央側寄りに偏向した後に、下流側の小間隙の２段目絞り部１３に流下する。

ここで、前記傾斜部２Ａの傾斜角θ₁の作用は、傾斜部２Ａの傾斜角θ₁の傾斜面に沿って漏水が流下する際に、小間隙の１段目絞り部１１から傾斜部２Ａに向かって直進する漏水に含まれる硬質粒子は、最初にこの傾斜部２Ａの壁面に衝突してこの壁面部分を磨耗することになる。

そして、この傾斜部２Ａの壁面との衝突で進行方向を変えられた硬質粒子は、次に水車上カバー２の段差部の上壁面における前記傾斜部２Ａに隣接した位置の壁面部分に二度目の衝突をしてこの壁面部分を磨耗することになる。

漏水中の硬質粒子がシール装置９を構成する水車上カバー２の傾斜部２Ａの傾斜面に衝突する角度は、傾斜角θ₁を大きくすると、傾斜面に対する硬質粒子の進行方向の角度が小さいほど傾斜部２Ａの傾斜面は硬質粒子による磨耗量が少なくなる。

逆に傾斜角θ₁が大きくなると傾斜部２Ａに隣接した位置の上壁面には硬質粒子が強い勢いを保ったままで二度目の衝突を行うので隣接した位置の上壁面の磨耗量が大きくなる。この境界値が傾斜部２Ａの傾斜角７５°である。

また、傾斜角θ₁を小さくすると、漏水中の硬質粒子がこの傾斜面に対する硬質粒子の進行方向の角度が大きいほど傾斜部２Ａの傾斜面は硬質粒子による磨耗量が大きくなる。

逆に傾斜角θ₁が小さくなると傾斜部２Ａに隣接した位置の上壁面には硬質粒子の勢いが弱くなって二度目の衝突を行うので隣接した位置の上壁面の磨耗量が分散されて小さくなる。この境界値が傾斜部２Ａの傾斜角１５°である。

即ち、シール装置９を構成する水車上カバー２の傾斜部２Ａ、及びこの傾斜部２Ａに隣接した位置の上壁面との双方に生じる漏水中の硬質粒子による磨耗量を全体のバランスを考慮してトータルとして所望の磨耗量以下に低減するためには、水車上カバー２の段差部の上壁面に設けた傾斜部２Ａの傾斜角θ₁を、１５°＜θ_１＜７５°の範囲に設定すれば良いことが分かった。
説明は省略するが、小間隙の２段目絞り部１３の下流側となる拡大した間隙に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に設けた傾斜角θ₂を持つ傾斜部２Ａの傾斜角θ₂についても、同様の理由から１５°＜θ_１＜７５°の範囲に設定するのが良い。

上記した本実施例の階段形状のランナ背圧室シール装置９によれば、水車のランナ背圧室２１に流れ込む漏水に含まれる土砂等の硬質粒子は、階段形状のシール装置９を形成する小間隙の１段目絞り部１１、大間隙のラビリンス部１２、小間隙の２段目絞り部１３を漏水と共に順次通過して流下する。

漏水とこの漏水に含まれる土砂等の硬質粒子の流れ方向は、１段目絞り部１１、ラビリンス部１２、２段目絞り部１３を順次流下する流れ方向成分に加え、ランナ１の回転によってランナ壁面からの剪断応力を受け、ランナ回転方向成分も加わる。

階段形状のシール装置９を上記した如く、大間隙のラビリンス部１２に面した水車上カバー２の壁面に設けた段差部の上壁面に水平面を基準として、この水平面に対して水車カバー２側に傾斜して厚みを増す傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂を持つ傾斜部２Ａを夫々設けた構成にすることにより、漏水に含まれる土砂等の硬質粒子が、１段目絞り部１１を通過して大間隙のラビリンス部１２に面した水車上カバー２の上壁面に当たる際、並びに２段目絞り部１３を通過して下流側間隙１６に面した水車上カバー２の上壁面に当たる際に生じる硬質粒子による水車上カバー２の上壁面の磨耗量を大幅に低減することができる。

また、傾斜部２Ａの傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂を１５°＜θ_１＜７５°の範囲に設定することにより、硬質粒子はラビリンス部１２に面した水車上カバー２の段差部の上壁面のコーナー部に滞留して集積することなく下流側の小間隙の２段目絞り部１３に流下するので、硬質粒子の集積による前記上壁面の磨耗の増大が防止できる。

更に、傾斜部２Ａの傾斜角θ₁及び傾斜角θ₂を１５°＜θ_１＜７５°の範囲に設定することにより、漏水に含まれる硬質粒子による階段形状のシール装置９を構成する水車上カバー２の段差部の上壁面の磨耗が抑制されるので、階段形状のシール装置を形成する小間隙の間隙寸法は維持でき、よって漏水に対するシール性能は長期間にわたって維持できる。

上記の階段形状のシール装置の詳細構造はランナ１と水車上カバー２に挟まれた環状の空間に設置された階段形状のシール装置９に適用したものについて説明したが、同様にランナ１と水車下カバー３に挟まれた環状の空間に設置された階段形状のシール装置１０、及びランナ入口のランナ入口シール装置８Ａ、８Ｂにも夫々適用できることは言うまでもない。

したがって本実施例によれば、ランナと水車カバーとの間隙に形成するシール装置を流れる漏水に対するシール性能の維持と、漏水に含まれる硬質粒子によるシール装置の摩耗の抑制との両立を可能とした水車のシール装置を実現できる。

図３は本発明の他の実施例である水車のシール装置を示す部分断面図である。図３において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

１段目絞り部１１の下流側にあるラビリンス部１２に面した水車上カバー２の段差部の上壁面、２段目絞り部１３の下流側にある下流側間隙１６に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に、水車の主軸５の鉛直方向の軸線に対して直交した垂直な面となる水平面を基準として、この水平面に対して水車カバー２の半径方向外方側から半径方向内方側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₃の傾斜部及び傾斜角θ₅の傾斜部を夫々設けている。

更に、水車上カバー２の段差部の上壁面に半径方向内方側から半径方向外方側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₄の傾斜部及び傾斜角θ₆の傾斜部を夫々設けて、双方の傾斜部からなる三角形状の突出部２Ｅを形成している。

即ち、ラビリンス部１２に面した水車上カバー２及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の各段差部の上壁面に、断面が三角形状を形成する傾斜した傾斜角θ₃の傾斜部及び傾斜角θ₄の傾斜部を持つ突出部２Ｅと、断面が三角形状を形成する傾斜した傾斜角θ₅の傾斜部及び傾斜角θ₆の傾斜部を持つ突出部２Ｅとを夫々設けた構成となっている。

ラビリンス部１２に面した前記突出部２Ｅを構成する２つの傾斜部を形成する傾斜角θ₃及び傾斜角θ₄は、それぞれ傾斜角θ₃（１５°＜θ₃＜７５°）、及び傾斜角θ₄（１５°＜θ₄＜７５°）をなすように構成されている。

また、下流側間隙１６に面した前記突出部２Ｅを構成する２つの傾斜部を形成する傾斜角θ₅び傾斜角θ₆は、それぞれ傾斜角θ₅（１５°＜θ₅＜７５°）、及び傾斜角θ₆（１５°＜θ₆＜７５°）をなすように構成されている。

また、ラビリンス部１２、並びに下流側間隙１６に夫々面した水車上カバー２の段差部の上壁面に繋がる、前記突出部２Ｅより更に半径方向外側の位置となる水車上カバー２の垂直方向の壁面に窪み部２Ｄを夫々設けた構造を採用している。

この窪み部２Ｄは、小間隙の１段目絞り部１１及び２段目絞り部１３から突出部２Ｅに向かって直進する漏水に含まれる硬質粒子の流れの一部をラビリンス部１２及び下流側間隙１６の中心側に偏向した主流側の流れとは別に、その反対方向の流れに転向させる流れを作ることにより、ラビリンス部１２及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の上壁面のコーナー部に硬質粒子が集積するのを確実に防止して、水車上カバー２の上壁面に生じる磨耗を更に抑制するために機能するものである。

尚、前記傾斜部で角傾斜角を１５°から７５°の範囲に設定する理由は第１実施例と同じ理由であるのでここでは説明を省略する。

したがって本実施例によっても、ランナと水車カバーとの間隙に形成するシール装置を流れる漏水に対するシール性能の維持と、漏水に含まれる硬質粒子によるシール装置の摩耗の抑制との両立を可能とした水車のシール装置を実現できる。

図４は本発明の更に他の実施例である水車のシール装置を示す部分断面図である。図４において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

１段目絞り部１１の下流側にあるラビリンス部１２に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に、水車の主軸５の鉛直方向の軸線に対して直交した垂直な面となる水平面を基準として、この水平面に対して水車カバー２の半径方向外周側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₇の傾斜部も設けている。

更に、水車上カバー２の段差部の上壁面に半径方向内周側に向かって厚みを増すように傾斜した傾斜角θ₈の傾斜部の双方からなる断面が三角形状に窪んだ窪み部２Ｂを設けている。

即ち、水車カバー２の段差部の上壁面に断面が三角形状の窪みを形成する傾斜した傾斜角θ₇び傾斜角θ₈の傾斜部を持つ窪み部２Ｂを夫々設けた構成となっている。

ラビリンス部１２に面した前記窪み部２Ｂ構成する２つの傾斜部を形成する傾斜角θ₇及び傾斜角θ₈は、それぞれ傾斜角θ₇（１５°＜θ₇＜７５°）、及び傾斜角θ₈（１５°＜θ₈＜７５°）をなすように構成されている。

図５は本発明の別の実施例である水車のシール装置を示す部分断面図である。図５において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

１段目絞り部１１の下流側にあるラビリンス部１２に面した水車上カバー２の段差部の上壁面、及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の段差部の上壁面に、水車の主軸５の鉛直方向の軸線に対して直交した垂直な面となる水平面を基準として、この水平面から上壁面に繋がる水車上カバー２の垂直方向の壁面にかけて大間隙側のラビリンス部１２に曲率中心を持つ半径Ｒの曲率面を備えた曲率部２Ｆを夫々設けた構成となっている。

この半径Ｒの曲率面を持つ曲率部２Ｆは、小間隙の１段目絞り部１１及び２段目絞り部１３から前記曲率部２Ｆに向かって直進する漏水に含まれる硬質粒子の流れの一部をラビリンス部１２及び下流側間隙１６の中心側に偏向した主流側の流れを作ることにより、ラビリンス部１２及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の上壁面のコーナー部に硬質粒子が集積するのを確実に防止して、水車上カバー２の上壁面に生じる磨耗を更に抑制するために機能するものである。

図６は本発明の更に別の実施例である水車のシール装置を示す部分断面図である。図６において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例、並びに図５に示した実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

図６に示す実施例のシール装置では、ラビリンス部１２及び下流側間隙１６に夫々面した水車上カバー２の上壁面に半径Ｒの曲率面を持つ曲率部２Ｆが設けられた構成である。

更に、ラビリンス部１２、並びに下流側間隙１６に夫々面した水車上カバー２の段差部の上壁面に近接して、前記曲率部２Ｆより更に半径方向外側の位置となる水車上カバー２の垂直方向の壁面に窪み部２Ｄを夫々設けた構造を採用している。

この窪み部２Ｄは、小間隙の１段目絞り部１１及び２段目絞り部１３から曲率部２Ｆに向かって直進する漏水に含まれる硬質粒子の流れの一部をラビリンス部１２及び下流側間隙１６の中心側に偏向した主流側の流れとは別に、その反対方向の流れに転向させてラビリンス部１２及び下流側間隙１６に流下させる流れを作ることにより、ラビリンス部１２及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の上壁面のコーナー部に硬質粒子が集積するのを確実に防止して、水車上カバー２の上壁面に生じる磨耗を更に抑制するために機能するものである。

図７は本発明の異なる他の実施例であるシール装置部分を表す断面図である。図７において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

図７に示す実施例のシール装置では、ラビリンス部１２、並びに下流側間隙１６に夫々面した水車上カバー２の段差部の上壁面に近接して、傾斜部２Ａより更に半径方向外側の位置となる水車上カバー２の垂直方向の壁面に窪み部２Ｄを夫々設けた構造を採用している。

この窪み部２Ｄは、小間隙の１段目絞り部１１及び２段目絞り部１３から傾斜部２Ａに向かって直進する漏水に含まれる硬質粒子の流れの一部をラビリンス部１２及び下流側間隙１６の中心側に偏向した主流側の流れとは別に、その反対方向の流れに転向させてラビリンス部１２及び下流側間隙１６に流下させる流れを作ることにより、ラビリンス部１２及び下流側間隙１６に面した水車上カバー２の上壁面のコーナー部に硬質粒子が集積するのを確実に防止して、水車上カバー２の上壁面に生じる磨耗を更に抑制するために機能するものである。

上記の本実施形態は、縦軸の水車のランナ背圧室部分にあるシール装置に関するものであるが、同様のシール装置を有する斜流水車にも勿論適用可能である。

本発明は、水車のシール装置に適用可能である。

本発明の一実施例であるシール装置を備えた水車の断面図。図１に示した実施例に適用された水車のシール装置の部分断面図。本発明の他の実施例である水車のシール装置の部分断面図。本発明の更に他の実施例である水車のシール装置の部分断面図。本発明の別の実施例である水車のシール装置の部分断面図。本発明の更に別の実施例である水車のシール装置の部分断面図。本発明の異なる他の実施例である水車のシール装置の部分断面図。

符号の説明

１：ランナ、１Ａ：ランナ上部材、１Ｂ：ランナ下部材、１Ｃ：ランナベーン、２：上カバー、２Ａ：傾斜部、２Ｂ：窪み部、２Ｄ：窪み部、２Ｅ：突出部、２Ｆ：曲率部、３：下カバー、４：ガイドベーン、５：主軸、６：バランスホール、７：バランスパイプ、８Ａ、８Ｂ：ランナ入口シール装置、９：ランナ背圧室シール装置、１０：ランナ側圧室シール装置、１１：１段目絞り部、１２：ラビリンス部、１３：２段目絞り部、１５：上流側間隙、１６：下流側間隙、
２１：ランナ背圧室、２２：ランナ側圧室。

Claims

水車の回転部であるランナと水車の固定部である水車カバーとの間の環状空間に設けられ、ランナ側の壁面に設けた段付き部が、水車カバー側の壁面に設けた段付き部に夫々面するように配置されて、これらの両壁面で挟まれた円環状空間に小間隙とこの小間隙に繋がった大間隙とを形成する階段形状のシール部を構成する水車のシール装置において、大間隙に面した水車カバー側の段付き部の壁面に、水平面に対して水車カバーの半径方向外方側が厚みを増すように傾斜してその傾斜角θが、１５°＜θ＜７５°に形成された傾斜部を設けたことを特徴とする水車のシール装置。
水車の回転部であるランナと水車の固定部である水車カバーとの間の環状空間に設けられ、ランナ側の壁面に設けた段付き部が、水車カバー側の壁面に設けた段付き部に夫々面するように配置されて、これらの両壁面で挟まれた円環状空間に小間隙とこの小間隙に繋がった大間隙とを形成する階段形状のシール部を構成する水車のシール装置において、この大間隙に面した水車カバー側の段付き部の壁面に、大間隙側に曲率中心を持つ曲率面部を設けたことを特徴とする水車のシール装置。
請求項１に記載した水車のシール装置において、水車カバー側の壁面に設けた傾斜部は第１の傾斜部と第２の傾斜部とからなり、第１の傾斜部は水平面に対して水車カバーの半径方向外方側が厚みを増すように傾斜しており、その傾斜角θ₁が１５°＜θ₁＜７５°に設定され、第２の傾斜部は水平面に対して水車カバーの半径方向内方側が厚みを増すように傾斜しており、その傾斜角θ₂が１５°＜θ₂＜７５°に形成されていることを特徴とする水車のシール装置。
請求項３に記載した水車のシール装置において、水車カバー側の壁面に設けた第１の傾斜部と第２の傾斜部との間で前記水車カバー側の壁面に水平面に対して大間隙側に突出した突出部を形成するように前記第１の傾斜部と第２の傾斜部とを配置したことを特徴とする水車のシール装置。
請求項３に記載した水車のシール装置において、水車カバー側の壁面に設けた第１の傾斜部と第２の傾斜部との間で前記水車カバー側の壁面に水平面に対して壁面側に窪んだ窪み部を形成するように前記第１の傾斜部と第２の傾斜部とを配置したことを特徴とする水車のシール装置。
請求項１乃至請求項５に記載した水車のシール装置において、この大間隙に面した水車カバー側の壁面のうち、垂直面側の壁面に水車カバー側に窪んだ凹部を設けたことを特徴とする水車のシール装置。