JP2013007343A - Bearing for water-wheel generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水車発電機のガイドベーンの回転軸及び斯かるガイドベーンの回転軸を回転させる回転伝達部材を互いに回転自在に連結する連結軸を回転自在に支持するための水車発電機用の軸受に関する。 The present invention relates to a turbine generator bearing for rotatably supporting a rotating shaft of a guide vane of a turbine generator and a connecting shaft that rotatably connects a rotation transmitting member that rotates the rotating shaft of the guide vane. About.
例えば、フランシス型の水車発電機は、水車の回りに形成された円環(渦巻き)状の渦巻き水路から水車羽根が配された軸方向水路に水流が導入されて、斯かる軸方向水流により水車羽根が回転されて発電がなされるが、渦巻き水路から軸方向水路への水路には、固定ベーンに加えて、軸方向水路への水量を調節するガイドベーンが回転自在に配されている一方、ガイドベーンの回転軸には、当該回転軸を回転させる複数の回転伝達部材が連結軸を介して直列に連結されており、これら回転軸及び連結軸は、軸受を介して夫々回転自在に支持されている。 For example, in a Francis type turbine generator, a water flow is introduced into an axial water channel provided with water turbine blades from an annular (spiral) spiral water channel formed around the water turbine, and the water turbine is generated by the axial water flow. While the blades are rotated to generate power, the waterway from the spiral waterway to the axial waterway is rotatably arranged with guide vanes that adjust the amount of water to the axial waterway in addition to the fixed vane, A plurality of rotation transmission members that rotate the rotation shaft are connected in series to the rotation shaft of the guide vane via a connection shaft. The rotation shaft and the connection shaft are supported rotatably via bearings, respectively. ing.
ところで、非膨潤性が要求されるガイドベーンの回転軸の軸受において、一つの従来例では、金属素材に削り加工を施してなる一体成形品が使用されているが、斯かる削り加工による一体成形品からなる金属製の滑り軸受では、その重量が大きく、その設置、交換等において取扱が困難であり、クレーン等の重機を必要とする場合があり、他の従来例としての、金属製のハウジング(裏金)と、このハウジングに冷やしバメをもって嵌着されていると共に滑り内周面を有した金属製の滑り部材とからなる金属製の滑り軸受では、保守、交換に当たっての滑り部材のハウジングからの抜け出しが困難であると共に金属製の滑り部材の抜け出しにおいてハウジングの内周面に傷をつけたり変形させたりする結果、ハウジングの再利用にあたっては、ハウジングの寸法仕上げ等の再加工を必要とする虞があって、多大な時間を要する場合があり、一方、非膨潤性がそれ程要求されない回転伝達部材の連結軸においても、金属製の滑り軸受が使用される場合には、ガイドベーンの回転軸の軸受と同様であって、その設置、保守、交換等においてその取扱が困難であると共に多大な時間を要する場合がある。 By the way, in a bearing of a rotating shaft of a guide vane that requires non-swelling property, in one conventional example, an integrally molded product obtained by machining a metal material is used. However, integral molding by such machining is used. Metal sliding bearings made of products are heavy and difficult to handle during installation, replacement, etc., and may require heavy machinery such as cranes. Other conventional metal housings In a metal sliding bearing comprising a (back metal) and a metallic sliding member fitted with a cooling swivel to the housing and having a sliding inner peripheral surface, the sliding member is removed from the housing for maintenance and replacement. When the housing is reused, it is difficult to pull out and scratches or deforms the inner peripheral surface of the housing when the metal sliding member is pulled out. There is a risk that reworking such as dimensional finishing of the housing may be required, and it may take a lot of time. On the other hand, in the connection shaft of the rotation transmission member that does not require much non-swellability, a metal slide bearing is used. When used, it is similar to the bearing of the rotating shaft of the guide vane, and its handling, installation, maintenance, replacement, etc. are difficult and may take a lot of time.
特許文献1から6に記載の水中軸受は、回転軸から動摩擦を介在した一定方向の回転を受けるのであるが、ガイドベーンの回転軸及び回転伝達部材の連結軸の夫々の軸受は、斯かる水中軸受と異なり、回転軸又は連結軸から静摩擦と動摩擦とを介在した交代的な回転を受ける結果、静摩擦係数と動摩擦係数との間に甚だしい乖離があると、ガイドベーンを滑らかに回転させることが困難となる。
The underwater bearings described in
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非膨潤性に加えて軽量化をも期待できて設置、交換等において取扱が容易であり、金属製の裏金の再加工等を必要としないで容易に滑り部材の交換を行い得、しかも、ガイドベーンを滑らかに回転させることができる水車発電機用の軸受を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points. The object of the present invention is that it can be lightened in addition to non-swelling property and can be easily handled in installation, replacement, etc. It is an object of the present invention to provide a bearing for a water turbine generator that can easily replace a sliding member without requiring reworking, and that can smoothly rotate a guide vane.
水車発電機の水車ケーシングによって規定された水路に配される水車ガイドベーンの回転軸を当該水車ケーシングに設けられた軸受孔において回転自在に支持するための本発明の水車発電機用の軸受は、円筒状の内周面を有していると共に水車ケーシングの軸受孔を規定する内周面に外周面で嵌着するための剛性の金属製裏金と、この金属製裏金の円筒状の内周面に嵌着されていると共に水車ガイドベーンの回転軸を滑り回転自在に受容するための円筒状の滑り内周面を有した主として熱硬化性樹脂からなる滑り層とを具備している。 A bearing for a turbine generator according to the present invention for rotatably supporting a rotating shaft of a turbine guide vane disposed in a water channel defined by a turbine casing of the turbine generator in a bearing hole provided in the turbine casing. A rigid metal back metal that has a cylindrical inner peripheral surface and is fitted on the outer peripheral surface to the inner peripheral surface that defines the bearing hole of the water turbine casing, and the cylindrical inner peripheral surface of the metal back metal And a sliding layer mainly made of thermosetting resin having a cylindrical sliding inner peripheral surface for slidingly and rotatably receiving the rotating shaft of the water turbine guide vane.
本発明の水車発電機用の軸受によれば、熱硬化性樹脂からなる滑り層が金属製裏金の円筒状の内周面に嵌着されているために、金属製の滑り軸受に比較して、軽量化を期待できて設置、交換等において容易に取扱うことができ、熱硬化性樹脂からなる滑り層の金属製裏金の内周面からの抜け出しを、冷やしバメをもって互いに嵌着されている金属製のハウジング(裏金)と金属製の滑り部材とのそれと比較して容易に行うことができる結果、金属製の裏金の再加工等の虞を回避できて容易に滑り層の交換を行い得、しかも、ガイドベーンの金属製の回転軸と熱硬化性樹脂からなる滑り層との摩擦となる結果、静摩擦係数を低減できる上に、静摩擦係数と動摩擦係数とを同等にできて、ガイドベーンの滑らかな回転を期待できる。 According to the bearing for a water turbine generator of the present invention, since the sliding layer made of a thermosetting resin is fitted to the cylindrical inner peripheral surface of the metal back metal, compared with the metal sliding bearing. Metals that can be easily handled in installation, replacement, etc. with the expectation of weight reduction, and the slipping layer made of thermosetting resin is fitted to each other with a cooling swivel from the inner peripheral surface of the metal back metal As a result of being able to be easily performed compared with that of a metal housing (back metal) and a metal sliding member, the possibility of reworking the metal back metal can be avoided and the sliding layer can be easily replaced, Moreover, the friction between the metal rotating shaft of the guide vane and the sliding layer made of the thermosetting resin can reduce the static friction coefficient and make the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient equal to each other. Can be expected.
水車発電機用の軸受の好ましい例では、水車ガイドベーンの回転軸を受容するための円孔を滑り内周面で規定した滑り層には、当該滑り内周面の円周方向に延びていると共に当該滑り内周面で円孔に開口した少なくとも一つの円環状の溝が形成されており、この円環状の溝は、一端で当該溝に開口する一方、他端で水車ケーシングの外面において外部に開口した通路を介して、当該外部に連通されるようになっている。 In a preferable example of a bearing for a water turbine generator, a sliding layer in which a circular hole for receiving a rotating shaft of a water turbine guide vane is defined by a sliding inner peripheral surface extends in a circumferential direction of the sliding inner peripheral surface. In addition, at least one annular groove is formed in the sliding inner peripheral surface so as to open to the circular hole. The annular groove opens at one end to the groove, and the other end is externally provided on the outer surface of the water turbine casing. The outside is communicated with the outside through a passage opened to the outside.
斯かる円環状の溝と通路とを具備した水車発電機用の軸受によれば、水路に微小砂を含んだ泥水が供給された場合に、滑り層の内周面と回転軸の外周面との間に侵入した微小砂を円環状の溝で補足して、この補足した微小砂を通路を介して外部に排出できる排砂機能を具備し得る結果、微小砂による滑り層の内周面又は回転軸の外周面への摺動痕の発生を回避できて、長期に亘るガイドベーンの滑らかな回転を確保できる。 According to the turbine generator bearing having such an annular groove and passage, when mud containing fine sand is supplied to the water channel, the inner peripheral surface of the sliding layer and the outer peripheral surface of the rotating shaft As a result, it is possible to provide a sand removal function that can capture the fine sand that has entered during the period with an annular groove and discharge the supplemented fine sand to the outside through the passage. Generation of sliding traces on the outer peripheral surface of the rotating shaft can be avoided, and smooth rotation of the guide vanes over a long period can be ensured.
円環状の溝は、一個でもよいが、軸方向に互いに離間して複数個の円環状の溝を滑り層に形成してもよく、この場合、複数個の円環状の溝を互いに連通させる相互連通通路を滑り層及び金属製裏金のうちの少なくとも一方に形成して、この相互連通通路を上記の通路を介して外部に連通するようにしてもよい。 The number of the annular grooves may be one, but a plurality of annular grooves may be formed in the sliding layer so as to be separated from each other in the axial direction. In this case, the plurality of annular grooves communicate with each other. The communication passage may be formed in at least one of the sliding layer and the metal back metal, and the mutual communication passage may be communicated with the outside through the passage.
水車発電機の水車ガイドベーンの回転軸に回転源からの回転を伝達して当該回転軸を回転させる複数の回転伝達部材を互いに回転自在に直列に連結する連結軸を各回転伝達部材に設けられた軸受孔において回転自在に支持するための本発明の他の水車発電機用の軸受は、円筒状の内周面を有していると共に回転伝達部材の軸受孔を規定する内周面に外周面で嵌着するための剛性の金属製裏金と、この金属製裏金の円筒状の内周面に嵌着されていると共に連結軸を滑り回転自在に受容するための円筒状の滑り内周面を有した主として熱硬化性樹脂からなる滑り層とを具備している。 Each rotation transmission member is provided with a connecting shaft that rotatably couples a plurality of rotation transmission members that transmit rotation from the rotation source to the rotation shaft of the turbine guide vane of the water turbine generator to rotate the rotation shaft. The other bearing for the turbine generator of the present invention for rotatably supporting in the bearing hole has a cylindrical inner peripheral surface and an outer periphery on the inner peripheral surface defining the bearing hole of the rotation transmitting member. A rigid metal backing for fitting on the surface, and a cylindrical sliding inner circumference that is fitted to the cylindrical inner circumference of the metal backing and receives the connecting shaft in a freely sliding manner And a sliding layer mainly made of a thermosetting resin.
本発明の他の水車発電機用の軸受によれば、上記の軸受と同様に、熱硬化性樹脂からなる滑り層が金属製裏金の円筒状の内周面に嵌着されているために、金属製の滑り軸受に比較して、軽量化を期待できて設置、交換等において容易に取扱うことができ、熱硬化性樹脂からなる滑り層の金属製裏金の内周面からの抜け出しを、冷やしバメをもって互いに嵌着されている金属製のハウジング(裏金)と金属製の滑り部材とのそれと比較して容易に行うことができる結果、金属製のハウジング(裏金)の再加工等の虞を回避できて容易に滑り層の交換を行い得、しかも、回転伝達部材の金属製の連結軸と熱硬化性樹脂からなる滑り層との摩擦となる結果、静摩擦係数を低減できる上に、静摩擦係数と動摩擦係数とを同等にできて、回転伝達部材を介するガイドベーンの滑らかな回転を期待できる。 According to another bearing for a water turbine generator of the present invention, since the sliding layer made of a thermosetting resin is fitted to the cylindrical inner peripheral surface of the metal back metal, similar to the above bearing, Compared to metal sliding bearings, it can be lighter and can be handled easily during installation, replacement, etc., and the slipping layer made of thermosetting resin can be cooled from the inner peripheral surface of the metal backing metal. Compared with the metal housing (back metal) and metal sliding members that are fitted with each other with a flange, it is easier to carry out and avoids the possibility of reworking the metal housing (back metal). The sliding layer can be easily exchanged, and the friction between the metallic connecting shaft of the rotation transmission member and the sliding layer made of the thermosetting resin can be reduced, and the static friction coefficient can be reduced. The dynamic friction coefficient can be made equal, and the rotation transmission member Expected smooth rotation of the guide vanes.
本発明の滑り層は、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を含んでいるとよく、斯かるレゾール型フェノール樹脂は、摩擦摩耗性に優れ、高い剛性を有して機械的強度に優れていると共に水中等の湿潤雰囲気でも極めて小さい膨潤量となり、乾燥摩擦条件下、グリース潤滑条件下及び水潤滑条件下のいずれの条件下でも好ましい滑り特性を発揮できる上に、滑り層がポリエステル繊維織布等の特定の補強繊維織布を含んでいる場合には、当該補強繊維織布との親和性に優れているために、補強繊維織布をしっかりと接合保持した滑り層を提供できる。 The sliding layer of the present invention preferably contains a resol type phenolic resin as a thermosetting resin, and such a resol type phenolic resin has excellent frictional wear properties, high rigidity, and excellent mechanical strength. In addition, the amount of swelling is extremely small even in a wet atmosphere such as underwater, and it can exhibit favorable sliding characteristics under any of dry friction conditions, grease lubrication conditions, and water lubrication conditions, and the sliding layer has a polyester fiber woven fabric, etc. When the specific reinforcing fiber woven fabric is included, since it has excellent affinity with the reinforcing fiber woven fabric, it is possible to provide a sliding layer in which the reinforcing fiber woven fabric is firmly bonded and held.
好ましい例では、滑り層の滑り内周面は、熱硬化性樹脂からなる滑り面を含んでいる。 In a preferred example, the sliding inner peripheral surface of the sliding layer includes a sliding surface made of a thermosetting resin.
滑り層は、熱硬化性樹脂に加えて、当該熱硬化性樹脂に分散された四フッ化エチレン樹脂(以下、「PTFE」という)を更に含んでいるとよく、斯かるPTFEは、滑り層の滑り内周面をより低摩擦性にし得る。 The sliding layer preferably further contains a tetrafluoroethylene resin (hereinafter referred to as “PTFE”) dispersed in the thermosetting resin in addition to the thermosetting resin. The sliding inner peripheral surface can be made to have lower friction.
PTFEを含んでいる滑り層の内周面は、好ましい例では、熱硬化性樹脂からなる滑り面と、この滑り面に混在されていると共にPTFEからなる滑り面とを含んでいる。 In a preferred example, the inner peripheral surface of the sliding layer containing PTFE includes a sliding surface made of a thermosetting resin, and a sliding surface mixed with the sliding surface and made of PTFE.
滑り層の内周面でこのように熱硬化性樹脂からなる滑り面とPTFEからなる滑り面とが混在していると、滑り層の滑り内周面がより低摩擦になって、好ましい滑り性(摺動性)を得ることができる。 When the sliding surface made of thermosetting resin and the sliding surface made of PTFE are mixed on the inner peripheral surface of the sliding layer in this way, the sliding inner peripheral surface of the sliding layer becomes lower in friction, and preferable slipping property is achieved. (Slidability) can be obtained.
滑り層は、更に、好ましくは補強繊維織布を含んでいてもよく、この場合、熱硬化性樹脂は、補強繊維織布に含浸されていると共に補強繊維織布を覆っているとよい。 The sliding layer may further preferably include a reinforcing fiber woven fabric. In this case, the thermosetting resin may be impregnated in the reinforcing fiber woven fabric and cover the reinforcing fiber woven fabric.
このような補強繊維織布を含んだ滑り層によれば、滑り層の形状維持性を向上できて、滑り層のクリープ変形等を好ましく防止できる。 According to the sliding layer including such a reinforcing fiber woven fabric, the shape maintaining property of the sliding layer can be improved, and creep deformation or the like of the sliding layer can be preferably prevented.
補強繊維織布は、合成樹脂製の繊維、例えば、ポリエステル樹脂繊維又はふっ素樹脂繊維が好ましく、ポリエステル樹脂繊維としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂(以下、PETという)繊維が特に好ましいが、ポリブチレンテレフタレート樹脂繊維、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂繊維、ポリエチレンナフタレート樹脂繊維又はポリブチレンナフタレート樹脂繊維であってもよく、ふっ素樹脂繊維としては、PTFE繊維が特に好ましいが、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体樹脂繊維、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂繊維又はエチレン−ポリテトラフルオロエチレン共重合体樹脂繊維であってもよいが、本発明は、これらの例に限定されず、滑り層における補強基材としての補強機能を達成できて低摩擦性を有する上に、回転軸及び連結軸の表面との関連で当該回転軸及び連結軸の表面を損傷させる虞のないものであれば他の樹脂繊維、例えば、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等からなる繊維であってもよい。 The reinforcing fiber woven fabric is preferably a synthetic resin fiber, for example, a polyester resin fiber or a fluorine resin fiber, and the polyester resin fiber is particularly preferably a polyethylene terephthalate resin (hereinafter referred to as PET) fiber, but a polybutylene terephthalate resin fiber. Polytrimethylene terephthalate resin fiber, polyethylene naphthalate resin fiber or polybutylene naphthalate resin fiber may be used, and as the fluorine resin fiber, PTFE fiber is particularly preferable. For example, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether Copolymer resin fiber, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin fiber or ethylene-polytetrafluoroethylene copolymer resin fiber may be used, but the present invention is not limited to these examples. It can achieve a reinforcing function as a reinforcing base material in the sliding layer and has low friction, and there is no possibility of damaging the surfaces of the rotating shaft and the connecting shaft in relation to the surfaces of the rotating shaft and the connecting shaft. For example, it may be a fiber made of other resin fibers, such as polyacetal resin, polyethylene resin, polyphenylene sulfide resin, polyether ether ketone resin, and the like.
補強繊維織布を含んだ滑り層の一つの例は、補強繊維織布と熱硬化性樹脂とを含んでいる層を複数個積層した積層体からなっており、この場合、積層体の各層の熱硬化性樹脂は、補強繊維織布に含浸されていると共に補強繊維織布を覆っているとよく、斯かる例での滑り層の滑り内周面は、熱硬化性樹脂からなる滑り面を含んでいるとよい。 One example of the sliding layer including the reinforcing fiber woven fabric is a laminated body in which a plurality of layers including the reinforcing fiber woven fabric and the thermosetting resin are laminated. In this case, each layer of the laminated body The thermosetting resin is preferably impregnated into the reinforcing fiber woven fabric and covers the reinforcing fiber woven fabric, and the sliding inner peripheral surface of the sliding layer in such an example is a sliding surface made of a thermosetting resin. It is good to include.
積層体からなっている滑り層において、当該積層体の各層は、熱硬化性樹脂に加えて、当該熱硬化性樹脂に分散されたPTFEを含んでいてもよく、この場合、滑り層の滑り内周面は、熱硬化性樹脂からなる滑り面と、この滑り面に混在されていると共にPTFEからなる滑り面とを含んでいるとよい。 In the sliding layer made of a laminate, each layer of the laminate may contain PTFE dispersed in the thermosetting resin in addition to the thermosetting resin. The peripheral surface may include a sliding surface made of a thermosetting resin and a sliding surface made of PTFE that is mixed with the sliding surface.
レゾール型フェノール樹脂、PTFE及び補強繊維織布を含んだ滑り層は、レゾール型フェノール樹脂を35質量%から50質量%、PTFE10質量%から30質量%及び補強基材を35質量%から50質量%含んでいるとよい。 The sliding layer containing the resol type phenolic resin, PTFE and the reinforcing fiber woven fabric has a resol type phenolic resin of 35% to 50% by mass, a PTFE of 10% to 30% by mass, and a reinforcing base material of 35% to 50% by mass. It is good to include.
以上の軸受において、金属製裏金は、アルミニウム、ステンレス、銅合金等の耐腐食性の金属からなっているとよく、また、当該金属製裏金は、円筒状の内周面を有している円筒部と、この円筒部に一体的に形成されている環状鍔部とを有していてもよいが、これに代えて、鍔部なしの円筒状の内周面を有した円筒部のみからなっていてもよく、これら鍔部付き軸受及び鍔部なし軸受は、使用箇所に適合するように適宜選択し得る。 In the above bearings, the metal back metal is preferably made of a corrosion-resistant metal such as aluminum, stainless steel, or copper alloy, and the metal back metal is a cylinder having a cylindrical inner peripheral surface. May have a cylindrical portion having a cylindrical inner peripheral surface without a flange portion. These bearings with a flange part and bearings without a flange part may be appropriately selected so as to be adapted to the place of use.
本発明によれば、非膨潤性に加えて軽量化をも期待できて設置、交換等において取扱が容易であり、金属製の裏金の再加工等を必要としないで容易に滑り層の交換を行い得、しかも、ガイドベーンを滑らかに回転させることができる水車発電機用の軸受を提供することができる。 According to the present invention, weight reduction can be expected in addition to non-swelling property, and handling is easy in installation, replacement, etc., and the sliding layer can be easily replaced without requiring reworking of the metal back metal. In addition, it is possible to provide a bearing for a water turbine generator capable of smoothly rotating a guide vane.
次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。 Next, the present invention will be described in more detail based on an example of a preferred embodiment shown in the drawings. The present invention is not limited to these examples.
図1から図9において、本例の水車発電機用の軸受1は、水車発電機2の水車ケーシング3の水車ケーシング本体3a、水車上カバー3b及び水車下カバー3cによって規定された水路4に円周方向に等角度間隔をもって配された複数枚の水車ガイドベーン5の回転軸6a及び6bを当該水車ケーシング3の水車上カバー3b及び水車下カバー3cに設けられた軸受孔7a及び7bにおいて軸心8を中心としてR1及びR2方向に回転自在に支持するようになっている。
In FIG. 1 to FIG. 9, the
本例の水車発電機2は、フランシス型であって、水路4を規定すると共に水車ケーシング本体3a、水車上カバー3b及び水車下カバー3cを有した水車ケーシング3と、水車上カバー3bに回転自在に支持された水車11と、水車ケーシング3外に配された発電機12と、水車11の回転を発電機12に伝達する回転軸13と、夫々が軸受1を介して水車ケーシング3の水車上カバー3b及び3cに軸心8を中心としてR1及びR2方向に回転自在に支持されている上記の複数枚の水車ガイドベーン5と、各水車ガイドベーン5に対応して水車ケーシング3の水車ケーシング本体3aに固定的に設けられた複数枚のステーベーン14と、各水車ガイドベーン5の回転軸6aに回転源15からのR3及びR4方向の回転を伝達して当該各回転軸6aをR1及びR2方向に回転させるように各水車ガイドベーン5に対応して設けられた回転伝達部材16、17及び18とを主として具備している。
The
水車ケーシング3は、リベット、溶接、ボルト等により上下方向で互いに連結された水車上カバー3b及び水車下カバー3cと、水車上カバー3b及び水車下カバー3cの周囲にリベット、溶接、ボルト等により連結された水車ケーシング本体3aとを具備している。
The
水路4は、水車ケーシング本体3aによって規定された円環(渦巻き)状の渦巻き水路21と、水車上カバー3b及び水車下カバー3cによって規定されていると共に水車11が配される軸方向水路22と、水車ケーシング本体3a、水車上カバー3b及び水車下カバー3cによって規定されていると共に水路21から軸方向水路22に水流を導く環状水路23とを有しており、水車11を回転させて回転軸13を介して発電機12を発電作動させるべく水路21に導入された水流は、環状水路23においてステーベーン14により案内されて水車ガイドベーン5によりその水量が調節されて当該環状水路23を介して軸方向水路22に導入されて軸方向水路22において水車11を回転させ、その後、軸方向水路22の下方から送出されるようになっている。
The
水車ガイドベーン5は、環状水路23に配されるガイドベーン本体25と、ガイドベーン本体25の上端及び下端に一体的に設けられていると共に軸受1を介して水車ケーシング3の水車上カバー3b及び水車下カバー−3cにR1及びR2方向に回転自在に支持されている回転軸6a及び6bとを具備しており、回転軸6a及び6bの回転で環状水路23においてガイドベーン本体25が所定角に回転設定されることにより環状水路23の開度を決定して環状水路23を介する軸方向水路22に導入される水量を決定するようになっている。
The water
軸受1において、水車上カバー3bの軸受孔7aに配されて回転軸6aを回転自在に支持する軸受1aは、円筒状の内周面31aを有していると共に水車上カバー3bの軸受孔7aを規定する内周面32aに外周面33aで嵌着するための剛性の金属製裏金34aと、金属製裏金34aの円筒状の内周面31aに円筒状の外周面35aで嵌着されていると共に水車ガイドベーン5の一方の回転軸6aを軸心8を中心としてR1及びR2方向に滑り回転自在に受容するための円筒状の滑り内周面36aを有した主として熱硬化性樹脂からなる滑り層37aとを具備している。
In the
アルミニウム、ステンレス、銅合金等の耐腐食性の金属からなっている金属製裏金34aは、円筒状の外周面33a及び内周面31aを有した円筒部41aと、円筒部41aに一体的に形成されていると共に一対の貫通孔42aが軸対称に形成された環状鍔部43aと、外周面33a及び滑り内周面36aの夫々に形成された環状のシールリング溝44a及び45aと有している。
A metal back
円筒状の滑り層37aは、PET繊維又はPTFE繊維からなる補強繊維織布と、この補強繊維織布に含浸されていると共に補強繊維織布を覆っている熱硬化性樹脂としてのレゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでいる。
The cylindrical sliding
レゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでいる円筒状の滑り層37aの露出した滑り内周面36aは、熱硬化性樹脂からなる滑り面と、この滑り面に混在されていると共に四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面とを含んでいるが、滑り層37aにPTFEを含ませない場合には、円筒状の滑り層37aの露出した滑り内周面36aは、四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面の存在しない熱硬化性樹脂からなる滑り面を含んだ面となる。
The exposed sliding inner
環状のシールリング溝44aには、図示しない弾性Oリングが、シールリング溝45aには、弾性Yリング46aが夫々嵌着されている一方、滑り層37aの一方の端面47aには、当該端面47a及び内周面31aに接して弾性Yリング48aが嵌着されており、円筒部41a及び環状鍔部43aに形成された環状の段部溝49aには、弾性Yリング48aの内周面31aからの抜け出しを防止するための抜け出し防止リング50aが円筒部41aにねじ51aにより固定されて配されており、滑り層37aの他方の端面52aは、シールリング溝45aの一方の面を規定すると共に円筒部41aの内周面31aに一体的に形成された一方の突部53aに接触しており、突部53aの頂面54aと、シールリング溝45aの他方の面を規定して突部53aと協働してシールリング溝45aを規定すると共に円筒部41aの内周面31aに一体的に形成された他方の突部55aの頂面56aとは、滑り内周面36aの径よりも大きい径を有している。
An elastic O-ring (not shown) is fitted in the annular
斯かる軸受1aは、水車上カバー3bの軸受孔7aに挿入されて、その外周面33aで水車上カバー3bの内周面32aに嵌着されて、貫通孔42aに挿入される図示しないボルトにより水車上カバー3bに固定される一方、その滑り内周面36aで規定する円孔61aに挿入される回転軸6aを軸心8を中心としてR1及びR2方向に回転自在に支持する。
Such a
軸受1において、水車下カバー3cの軸受孔7bに配されて回転軸6bを回転自在に支持する軸受1bは、円筒状の内周面31bを有していると共に水車下カバー3cの軸受孔7bを規定する内周面32bに外周面33bで嵌着するための剛性の金属製裏金34bと、金属製裏金34bの円筒状の内周面31bに円筒状の外周面35bで嵌着されていると共に水車ガイドベーン5の他方の回転軸6bを軸心8を中心としてR1及びR2方向に滑り回転自在に受容するための円筒状の滑り内周面36bを有した主として熱硬化性樹脂からなる滑り層37bとを具備している。
In the
金属製裏金34aと同様に、アルミニウム、ステンレス、銅合金等の耐腐食性の金属からなっている金属製裏金34bは、円筒状の外周面33b及び内周面31bを有した円筒部41bと、外周面33bに形成された環状のシールリング溝44bと有して、鍔なしとして形成されている。
Similarly to the metal back
円筒状の滑り層37bは、円筒状の滑り層37aと同様に形成されており、補強繊維織布と、この補強繊維織布に含浸されていると共に補強繊維織布を覆っている熱硬化性樹脂としてのレゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでおり、補強繊維織布は、PET繊維又はPTFE繊維からなり、レゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでいる円筒状の滑り層37bの露出した滑り内周面36bは、熱硬化性樹脂からなる滑り面と、この滑り面に混在されていると共に四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面とを含んでいるが、円筒状の滑り層37aと同様に、滑り層37bにPTFEを含ませない場合には、円筒状の滑り層37bの露出した滑り内周面36bは、四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面の存在しない熱硬化性樹脂からなる滑り面を含んだ面となる。
The cylindrical sliding
環状のシールリング溝44bには、図示しない弾性Oリングが嵌着されている一方、円筒部41bの内周面31bの一方の端部に一体的に形成された突部53bと滑り層37bの一方の端面47bとの間には、これら突部53bと端面47bとに接触して弾性Yリング48bが嵌着されており、円筒部41bの内周面31bの他方の端部には、環状のスラスト軸受片57bが挿入されており、突部53bの頂面54bは、滑り内周面36bの径よりも大きい径を有している。
An elastic O-ring (not shown) is fitted into the annular
斯かる軸受1bは、水車下カバー3cの軸受孔7bに挿入されて、その外周面33bで水車下カバー3cの内周面32bに嵌着されて固定される一方、その滑り内周面36bで規定する円孔61bに挿入される回転軸6bを軸心8を中心としてR1及びR2方向に回転自在に支持しており、軸受1b内に配されている環状のスラスト軸受片57bは、その中央部に排水用の貫通孔58bを有すると共に回転軸6bの端面59bに接触して回転軸6bのスラスト荷重を受けるようになっており、回転軸6bの端面59bとスラスト軸受片57bとの間又はスラスト軸受片57bと水車下カバー3cとの間に、適宜なシムを介在させることにより、スラスト軸受片57bで受ける回転軸6bの軸方向のスラスト荷重を調整することができる。
Such a
各水車ガイドベーン5は、以上の対応の軸受1a及び1bにより、軸心8を中心としてR1及びR2方向に回転自在に支持される。
Each water
各水車ガイドベーン5の回転軸6aを、対応の二個の回転伝達部材16及び17を介してR1及びR2方向に回転させる回転源15は、図示しない油圧シリンダのピストンロッド71に軸72を介して揺動自在に連結された連結部材73と、水車ケーシング3の水車上カバー3bに滑り案内機構74を介して回転軸13を中心としてR3及びR4方向に回転自在に支持されていると共に連結部材73が軸75及びブラケット76を介して揺動自在に連結された円筒部材77とを具備しており、油圧シリンダのピストンロッド71のA方向の移動で、円筒部材77を回転軸13を中心としてR3方向に回転させる一方、油圧シリンダのピストンロッド71のB方向の移動で、円筒部材77を回転軸13を中心としてR4方向に回転させるようになっている。
A
回転伝達部材16は、軸受孔81を有すると共に円筒部材77の内周面82に一体的に形成された環状の突起からなり、回転伝達部材17は、一端部83及び他端部84の夫々に軸受孔85及び86を有する板状の腕部材からなり、回転伝達部材18は、一端部87及び他端部88に夫々に軸受孔89及び90を有する板状の腕部材からなり、回転伝達部材18の軸受孔90に回転軸6aの上部が嵌入されて当該回転軸6aの上部が他端部88に固着されており、回転軸6aは、回転伝達部材18の軸心8を中心とするR1及びR2方向の回転と共に回転するようになっており、軸受孔81において回転伝達部材16に一端部91が軸受92を介して軸心93を中心としてR5方向に回転自在に支持された連結軸94は、その他端部95が軸受孔85に嵌合されて回転伝達部材17に固着されて、回転伝達部材16と回転伝達部材17とを互いにR5方向に回転自在に直列に連結しており、軸受孔89において回転伝達部材18に一端部96が軸受97を介して軸心98を中心としてR6方向に回転自在に支持された連結軸99は、その他端部100が軸受孔86に嵌合されて回転伝達部材17に固着されて、回転伝達部材17と回転伝達部材18とを互いにR6方向に回転自在に直列に連結している。
The
各水車ガイドベーン5は、油圧シリンダのピストンロッド71のA方向の移動による円筒部材77の回転軸13を中心としたR3方向の回転で、回転伝達部材17のR5方向の回転と回転伝達部材18のR6方向の回転との回転による回転軸6aのR1方向の回転を介してR1方向に回転される一方、油圧シリンダのピストンロッド71のB方向の移動による円筒部材77の軸心8を中心としたR4方向の回転で、回転伝達部材17のR5方向の回転と回転伝達部材18のR6方向の回転との回転による回転軸6aのR2方向の回転を介してR2方向に回転されるようになっており、而して、油圧シリンダのピストンロッド71のA方向又はB方向の適宜の移動量で、各ガイドベーン本体25の環状水路23に対する開度が決定された値に設定され、各ガイドベーン本体25による環状水路23に対する開度の大小は、水車発電機2による発電量が一定となるように、渦巻き水路21の流量等によって決定される。
Each
水車発電機2の水車ガイドベーン5の回転軸6aに回転源15からのR3方向及びR4方向の回転を伝達して当該回転軸6aをR1及びR2方向に回転させる回転伝達部材16、17及び18を互いに回転自在に直列に連結する連結軸94及び99を回転伝達部材16及び18の夫々に設けられた軸受孔81及び89においてR5方向及びR6方向の夫々に回転自在に支持するための水車発電機用の軸受92及び97の夫々は、円筒状の内周面111を有していると共に回転伝達部材16及び18の軸受孔81及び89の夫々を規定する内周面112及び113の夫々に外周面114で嵌着するための剛性の金属製裏金115と、金属製裏金115の円筒状の内周面111の夫々に嵌着されていると共に連結軸94及び99の夫々をR5及びR6方向の夫々に滑り回転自在に受容するための円筒状の滑り内周面116を有した主として熱硬化性樹脂からなる滑り層117とを具備している。
連結軸94用の軸受92と連結軸99用の軸受97とは、互いに同様に形成されているので、以下、軸受92について説明すると、軸受92において、軸受1aにおける金属製裏金34aと同様にアルミニウム、ステンレス、銅合金等の耐腐食性の金属からなっている金属製裏金115は、円筒状の外周面114及び内周面111を有した円筒部121と、円筒部121に一体的に形成されている環状鍔部122とを具備しており、滑り層117は、軸受1aにおける滑り層37aと同様に形成されており、補強繊維織布と、この補強繊維織布に含浸されていると共に補強繊維織布を覆っている熱硬化性樹脂としてのレゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでおり、補強繊維織布は、PET繊維又はPTFE繊維からなり、レゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散されたPTFEとを含んでいる円筒状の滑り層117の露出した内周面116は、熱硬化性樹脂からなる滑り面と、この滑り面に混在されていると共に四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面とを含んでいるが、軸受1aにおける滑り層37aと同様に、滑り層117にPTFEを含ませない場合には、円筒状の滑り層117の露出した内周面116は、四フッ化エチレン樹脂からなる滑り面の存在しない熱硬化性樹脂からなる滑り面を含んだ面となる。
Since the
斯かる軸受92は、その円筒部121が回転伝達部材16の軸受孔81に挿入されて、その外周面114で回転伝達部材16の内周面112に嵌着されると共にその環状鍔部122が回転伝達部材17の一端部83と回転伝達部材16との間に配されて回転伝達部材16に固定される一方、その滑り層117の内周面116で規定する円孔125に挿入される連結軸94を軸心93を中心としてR5方向に回転自在に支持する。
In such a
軸受97も同様に、その円筒部121が回転伝達部材18の軸受孔89に挿入されて、その外周面114で回転伝達部材18の内周面113に嵌着されると共にその環状鍔部122が回転伝達部材17の他端部84と回転伝達部材18との間に配されて回転伝達部材18の一端部87に固定される一方、その滑り層117の内周面116で規定する円孔125に挿入される連結軸99を軸心98を中心としてR6方向に回転自在に支持する。
Similarly, the
以上の軸受1a、1b、92及び97のいずれも、熱硬化性樹脂からなる滑り層37a、37b及び117の夫々が金属製裏金34a、34b及び115の円筒状の内周面31a、31b及び111の夫々に嵌着されているために、金属製の滑り軸受に比較して、軽量化を期待できて設置、交換等において容易に取扱うことができ、熱硬化性樹脂からなる滑り層37a,37b及び117の夫々の金属製裏金の内周面31a、31b及び111の夫々からの抜け出しを、冷やしバメをもって互いに嵌着されている金属製のハウジング(裏金)と金属製の滑り部材とのそれと比較して容易に行うことができる結果、金属製の裏金34a、34b及び115の再加工等の虞を回避できて容易に滑り層37a、37b、及び117の交換を行い得、しかも、軸受1a及び1bでは、ガイドベーン5の金属製の回転軸6a及び6bの夫々と熱硬化性樹脂からなる滑り層37a、37bの夫々との摩擦となる結果、静摩擦係数を低減できる上に、静摩擦係数と動摩擦係数とを同等にできて、ガイドベーン5の滑らかな回転を期待できる一方、軸受92及び97では、回転伝達部材16、17及び18を介するガイドベーン5の滑らかな回転を期待できる。
In any of the
滑り層37a、37b及び117の夫々を作製する場合には、PET繊維又はPTFE繊維からなる補強繊維織布を準備し、次に、希釈したレゾール型フェノール樹脂ワニスを作成し、更に、この作成したレゾール型フェノール樹脂ワニスに、低分子量PTFE粉末を所定量配合して分散含有させ、レゾール型フェノール樹脂ワニスと低分子量PTFE粉末との混合液を作成する。斯かる準備したレゾール型フェノール樹脂ワニスを、準備した補強繊維織布に、当該ワニスを収容した容器内での浸漬により又はローラ塗り、スプレー塗り、刷毛塗り等により塗工し、このワニスを塗工した補強繊維織布を一対のローラに間に通して、補強繊維織布に塗工したワニスを補強繊維織布の隙間に隙間なしに十分に充填し、その後、ワニスを塗工した補強繊維織布を乾燥炉に配置してワニスを乾燥して、乾燥後、適宜の手段により目的の大きさをもった方形状に切断することにより、補強繊維織布と、補強繊維織布の含浸されていると共に補強繊維織布を覆っている熱硬化性樹脂とてしてのレゾール型フェノール樹脂と、斯かるレゾール型フェノール樹脂に分散された低分子量PTFEからなる図10に示す平板状の軸受素材151を形成し、こうして形成した軸受素材151を145℃の温度で加熱しつつ7Mpaの圧力を加えつつ所定の径をもったローラに巻きつけて円筒状に捲回することにより単層の滑り層37a、37b及び117を得ることができる。
When producing each of the sliding
斯かる平板状の軸受素材151から補強繊維織布と熱硬化性樹脂とを含んでいる層を複数個積層した積層体からなる滑り層37a、37b及び117の夫々を作製する場合には、図11に示すように複数枚の平板状の軸受素材151を準備し、この複数枚の平板状の軸受素材151を重ね合わせて配置し、この重ね合わせた複数枚の平板状の軸受素材151からなる積層体152を、例えば145℃の温度で加熱しつつ7Mpaの圧力を加えて成形し、この平板状の積層体152をローラに複数回巻きつけて、ローラに捲回された積層体を、上記温度で加熱しつつ押圧ローラにより上記圧力を加えて成形すると、図12に示す積層体からなる滑り層37a、37b及び117の夫々を得ることができる。
When each of the sliding
軸受1a及び1bの夫々では、夫々平坦な円筒状の滑り内周面36a及び36bを有した滑り層37a及び37bとしたが、例えば、図13及び14に示す軸受1aのように、滑り層37aに、滑り内周面36aの円周方向に延びていると共に当該滑り内周面36aで円孔61aに開口した少なくとも一つ、本例では、三つの円環状の溝161を軸方向において離間して形成して、一端では当該溝161に開口する一方、他端では水車ケーシング3の外面162において開口した通路163を介して斯かる溝161を水車ケーシング3の外部に連通するようにしてもよく、この場合、通路163は、滑り層37aの円筒状の外周面35aに円周方向において離間して形成された四つの溝164及び四つの溝164を溝161に連通させるべく、一端では溝161に開口し、他端では溝164に開口して各溝161に対して四つずつ滑り層37aに形成された貫通孔165からなる相互連通通路と、一端では四つの溝164に開口して、他端では円筒部41aの外周面33aで開口して円筒部41aに形成された四つの貫通孔166と、一端では貫通孔166に開口して、他端では水車ケーシング3の水車上カバー3bの外面162で開口して水車ケーシング3の水車上カバー3bに形成された貫通孔167とからなっていてもよい。
In each of the
斯かる円環状の溝161と通路163とを具備した水車発電機用の軸受1aによれば、水路23に微小砂を含んだ泥水が供給された場合に、滑り層37aの滑り内周面36aと回転軸6aの外周面171との間に侵入した微小砂を円環状の溝161で補足して、この補足した微小砂を通路163を介して水車ケーシング3の外部に排出できる排砂機能を具備し得る結果、微小砂による滑り層37aの滑り内周面36a又は回転軸6aの外周面171への摺動痕の発生を回避できて、長期に亘るガイドベーン5の滑らかな回転を確保できる。
According to the turbine generator bearing 1a having the
水車発電機2の保守等において、水車ケーシング3の外部から通路163を介して滑り内周面36aと外周面171との間の隙間に圧力浄水(清水)を注入して、当該隙間を清掃するようにしてもよく、斯かる通路163は、排砂機能に加えて、清掃機能にも使用し得て好ましい。
In maintenance of the
軸受1bにも、上記と同様の排砂機能を設けてもよく、また図13に示すように、シールリング溝45a、弾性Yリング46a、弾性Yリング48a、段部溝49a、抜け出し防止リング50a、突部53a及び突部55aを設けない一方、円筒部41aの軸方向の一方の端面172に弾性Uリング装着用の環状のシールリング溝173を設けて軸受1aを形成してもよい。
The
1 軸受
2 水車発電機
3 水車ケーシング
3a 水車ケーシング本体
3b 水車上カバー
3c 水車下カバー
4 水路
5 水車ガイドベーン
6a、6b 回転軸
7a、7b 軸受孔
8 軸心
31a、31b 内周面
32a、32b 内周面
33a、33b、35a、35b外周面
34a、34b 金属製裏金
36a、36b 滑り内周面
37a、37b 滑り層
DESCRIPTION OF
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