JP4077748B2

JP4077748B2 - Shaft seal device and pump turbine using the same

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Publication number: JP4077748B2
Application number: JP2003066377A
Authority: JP
Inventors: 宏二会沢; 勝宏大嶋; 聡成澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004270659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ水車の回転軸部からの流体の漏れを防止する軸封装置に係り、特に、端面型の軸封装置及びこれを用いたポンプ水車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプ水車は、上池から下池に落下する水流から水車の原理で得たランナの回転動力を、例えばランナの回転軸に直結した発電機に伝達する水車運転と、例えば夜間等の電力消費量が少ないときに、発電機をモータとしてランナを逆転駆動させ、下池の水を上池に汲み上げるポンプ運転とを繰り返し行う。このようなポンプ水車には、一般にランナの近傍に、ケーシングとケーシングを貫通するランナの回転軸との間隙からの高圧濁水の漏れを防止するために軸封装置が設けてある。
【０００３】
ここで、ポンプ水車においては、前述したポンプ運転を開始する際、その初動負荷の低減を目的として、ランナケーシング内に高圧空気（給気）を送り込み、ランナケーシング内における水面を下池側に押し下げた状態で、連続的にランナを空転させる水面押し下げ運転が行われる。この水面押し下げ運転時には、軸封装置周辺も水上に露出し無水状態となるため、ポンプ運転時や水車運転時と比較して、回転側と静止側の間隙をシールするシール面（例えばシールリングの摺動面）の冷却性・潤滑性が低下する。そこで、従来、水面押し下げ運転時でも上記シール面の冷却性・潤滑性が十分に確保されるよう、シールケースにシールリングまで貫通した導水孔を穿設しておき、この導水孔と外部の給水手段との間をフレキシブル配管等で配管して給水経路を形成することにより、水面押し下げ運転時、この給水経路を介して上記シール面に直接給水する端面型の軸封装置を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−４２６５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、水面押し下げ運転時のシール面への給水のために、外部の給水手段とシールケースとの間を配管しているため、シールケースの動きが配管により制約されてしまう。すなわち、運転中にランナの回転軸が上下動した場合、この上下動に対しシールケースが追従し難い構成となっている。この場合、例えば、回転軸の上下動に伴いシール面に作用する圧力が増大したとき、この上下動にシールケースが追従しきれないためにシール面圧が許容値を超えてしまう場合もあり、その結果、シールリングが焼損してしまう可能性がある。このことから、特許文献１の記載技術においては、長期間安定した摺動特性を確保し信頼性をより向上させる点において、更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、ランナの回転軸の上下動に対するシールケースの追従性を向上させ、長期に亘って高い信頼性を確保することができる軸封装置及びこれを用いたポンプ水車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明は、ポンプ水車のランナケーシングと回転軸との間隙からの流体の漏れを防止する軸封装置において、前記回転軸に取付けた回転リングと、この回転リング及び前記回転軸を囲うよう、前記ランナケーシングに取付けたケーシングと、このケーシング及び前記回転軸の間隙に位置し、前記回転軸を挿通するとともに、前記ケーシングに対し軸方向に摺動可能に設けたシールケースと、このシールケース及び前記ケーシングの間隙を封止するＯリングと、前記シールケース及び前記回転リングにそれぞれ取付けた互いに対向する静止側シールリング及び回転側シールリングからなり、前記シールケース及び前記回転リングの間隙を封止するシールリングと、このシールリングにおける前記静止側シールリング及び回転側シールリングの摺動面であるシール面に対し、外部の給水手段からの供給水を導くものであって、そのシール面までの給水経路の途中に少なくとも１つの断続部を有する間接給水手段と、前記ケーシング内の高圧空気を排気する排気管路と、この排気管路を開閉するバルブとを備え、前記間接給水手段は、前記ケーシング内に供給水を導く給水孔と、この給水孔からの供給水を流通する給水路を有するラビリンスシールとを備えている。
【０００８】
本発明によれば、水面押し下げ運転時、フレキシブルホース等で配管するなどして、シールリングまで連続した給水経路で直接的にシール面に給水するのではなく、間接給水手段によって、断続部を有する断続した給水経路を介して供給水を導く。そのため、フレキシブルホース等で配管する場合と異なり、給水経路によってシールケースの動作を制約することがなく、回転軸の上下動に対しシールケースを十分に追従させることができる。これにより、回転軸の上下動に伴ってシール面に作用する圧力が増大する場合にも、これに追従してシールケースが上下動するので、シール面の圧力過大によるシールリングの焼損等を防止することができる。よって、長期に亘って高い信頼性を確保することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記間接給水手段は、前記給水路を介して導かれた供給水を一時的に貯留する貯水部と、この貯水部内の貯留水を前記シール面に導く導水孔とをさらに備えている。
【００１２】
（３）上記（１）又は（２）において、更に好ましくは、前記シールケースに取付けられ、前記静止側シールリングを着脱可能に保持するカートリッジケースを更に備える。
【００１３】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明のポンプ水車は、回転軸の軸端に設けたランナと、このランナを覆うよう形成したランナケーシングと、前記回転軸に取付けた回転リングと、この回転リング及び前記回転軸を囲うよう、前記ランナケーシングに取付けたケーシングと、このケーシング及び前記回転軸の間隙に位置し、前記回転軸を挿通するとともに、前記ケーシングに対し軸方向に摺動可能に設けたシールケースと、このシールケース及び前記ケーシングの間隙を封止するＯリングと、前記シールケース及び前記回転リングにそれぞれ取付けた互いに対向する静止側シールリング及び回転側シールリングからなり、前記シールケース及び前記回転リングの間隙を封止するシールリングと、このシールリングにおける前記静止側シールリング及び回転側シールリングの摺動面であるシール面に対し、外部の給水手段からの供給水を導くものであって、そのシール面までの給水経路の途中に少なくとも１つの断続部を有する間接給水手段と、前記ケーシング内の高圧空気を排気する排気管路と、この排気管路を開閉するバルブとを備え、前記間接給水手段は、前記ケーシング内に供給水を導く給水孔と、この給水孔からの供給水を流通する給水路を有するラビリンスシールとを備えている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸封装置及びこれを用いたポンプ水車の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の軸封装置を用いるポンプ水車の一構成例の全体構造を表す断面図である。この図１に示すように、ポンプ水車は、ランナ（羽根車）１００と、このランナ１００を下部に固定した回転軸２００と、ランナ１００の上下にそれぞれ設けた上・下カバー３００ａ，３００ｂからなり、ランナ１００を覆うよう形成されたランナケーシング３００と、本発明の軸封装置４００と、回転軸２００を回転自在に支持する軸受装置５００と、ランナケーシング３００内に出入りする河川水（作動流体）の流量を調整するガイドベーン６００とを備えている。
【００１５】
こうした構成により、このポンプ水車は、水車運転時には、上池（上ダム、図示せず）より落水する河川水を、ランナケーシング３００のほぼ水平方向から流入させ、ほぼ鉛直方向の吸出し口３００ｃから流出させる際、水車の原理によってランナベーン１００ａに作用する水流の流体エネルギーをランナ１００の回転動力に変換する。この回転動力は、ランナ１００と回転軸２００を介して同軸に接続した発電機（図示せず）に伝達され、電気エネルギーに変換される（発電される）。一方、ポンプ運転時には、先述の発電機（図示せず）を駆動装置（モータ）として、水車運転時とは逆方向にランナ１００を回転駆動させ、吸出し口３００ｃから吸込んだ下池（下ダム、図示せず）の水を、上池に汲み上げる。このポンプ運転は、一般に、電力消費量が比較的少ない時間帯、例えば夜間等に行われる。
【００１６】
上記した本発明の軸封装置４００は、ポンプ水車の回転軸部、具体的には、回転軸２００を挿通する上カバー（固定体）３００ａ及び回転軸２００の間隙からの河川水（高圧濁水）の漏洩を防止するものである。以下に、本発明の軸封装置の第１実施形態を図２を用いて説明する。
【００１７】
図２は、本発明の軸封装置の第１実施形態の詳細構造を示す断面図である。この図２に示すように、軸封装置４００は、いわゆる端面型のものであって、ランナケーシング３００（上カバー３００ａ）に固定したケーシング１と、回転軸２００に取付けた回転リング２と、このケーシング１及び回転軸２００の間に位置し、回転軸２００を挿通するシールケース３と、このシールケース３を回転リング２に押し付けるコイルばね４と、シールケース３とケーシング１（カバー１ｂ）との間隙をシール（封止）するＯリング５と、シールケース３及び回転リング２にそれぞれ取付けた互いに対向する炭化珪素セラミックス製の静止側シールリング６ａ及び回転側シールリング６ｂからなり、シールケース３と回転リング２との間隙をシール（封止）するシールリング６と、このシールリング６の静止側シールリング６ａ及び回転側シールリング６ｂの摺動面であるシール面Ｓに給水する間接給水手段（後述）とを備えている。
【００１８】
上記ケーシング１は、上カバー３００ａに固定され、回転軸２００、回転リング２及びシールケース３を囲うように取付けた略円筒状の本体１ａと、このケーシング本体１ａの上部に設けたカバー１ｂとで構成されている。また、ケーシング本体１ａの内周側には、溶接により固定したピン７と、このピン７の外径側に差し込んだブロック８が設けられており、ブロック８はピン７の廻りに回転自在に装着されている。
【００１９】
上記回転リング２は、複数（例えば２つ）に分割されており、これら分割ピースを抱合せボルト９で締結することにより、回転軸２００に対し、回転軸２００を締め付けるように取り付けられている。また、この回転リング２のフランジ面２ａには、上記回転側シールリング６ｂの格納・固定用のケース１０が、図示しないボルトによって着脱可能に設けられている。
【００２０】
上記シールケース３には、その外周側における上記ピン７及びブロック８に対向する位置に、ケーシング１に対する軸方向（図２中上下方向）の動きをガイドするための立溝１１が設けてある。すなわち、この立溝１１がブロック８と係合することにより、シールケース３の動きは、軸方向（図２中上下方向）にガイドされると同時に、立溝１１の内壁面とブロック８の外径面とが接触することで周方向に拘束される（回転が防止される）。また、このシールケース３の回転リング２との対向端面には、静止側シールリング６ａを着脱可能に格納・保持するカートリッジケース１２が、図示しないボルトにより着脱可能に固定されている。また、このシールケース３のカバー１ｂとの対向端面には、ガイドピン１３が植設されており、このガイドピン１３の先端部は、カバー１ｂに穿設したガイド穴１４に緩挿される形となっている。
【００２１】
上記コイルばね４は、内側にガイドピン１３を挿通し、カバー１ｂとシールケース３の互いの対向端面間に挟装されており、シールケース３を回転リング２側に付勢することによって、静止側シールリング６ａを回転側シールリング６ｂに押し付けている。こうした構成により、回転軸２００が上下動に追従してシールケース３がケーシング１に対して摺動（上下動）するとともに、シール面Ｓにかかる圧力が、ほぼコイルばね４の付勢力程度に保たれるようになっている。
【００２２】
上記間接給水手段は、本実施の形態においては、外部給水装置（図示せず）と配管１５で接続されたコネクタ部１６と、このコネクタ部１６を介し配管１５に連通する給水孔１７と、この給水孔１７からの給水を一時的に貯水する貯水部１８と、この貯水部１８内の貯留水をシール面Ｓに導く導水孔（立孔）１９と、摺動部（シール面Ｓ）の外周部に沿って設けた円周溝２０と、この円周溝２０に連通した放射溝２１とで構成されている。
【００２３】
上記コネクタ部１６は、給水孔１５の位置に対応してカバー１ｂ上に配設されている。給水孔１５は、カバー１ｂを貫通して貯水部１８の上方に臨んでおり、給水孔１７と貯水部１８との間は、離間して断続部を形成している。貯水部１８は、シールケース３の段差部（カバー１ｂとの対向部）上にリング状に設けられており、その底部からシール面Ｓにかけ、シールケース３、カートリッジケース１０及び静止側シールリング６ａを貫通する形で導水孔１９が連通している。この導水孔１９は、図２では１つしか図示していないが、実際にはリング状に形成されたシール面Ｓの外周部に対し、周方向複数箇所において、貯水部１８から連通している。上記円周溝２０は、これら複数の導水孔１９を連通するよう、静止側シールリング６ａの回転側シールリング６ｂとの対向面に、シール面Ｓの外周に沿って環状に形成してある。放射溝２１は、静止側シールリング６ａの回転側シールリング６ｂとの対向面に、この円周溝２０から径方向外側に向かって放射状に複数設けてある。但し、これら円周溝２０及び放射溝２１は、回転側シールリング６ｂ側に設けても構わない。
【００２４】
こうした構造により、この間接給水手段は、別途設けた外部給水装置（図示せず）からの供給水を、配管等を介した連続した給水経路によって直接的にシール面Ｓに導くのではなく、断続部を有する断続した給水経路によって、間接的にシール面Ｓに導き水膜を形成するようになっている。
【００２５】
次に、上記構成の本実施の形態の軸封装置及びこれを用いたポンプ水車の動作を説明する。
前述したように、図１に示したポンプ水車は、水車運転と、ポンプ運転とを繰り返し行う。これら水車運転時及びポンプ運転時、或いは停止時に、ランナケーシング３００内が満水状態となった場合、ポンプ水車における回転軸２００部分、すなわち上カバー３００ａ及び回転軸２００の間隙部分からポンプ水車の本体側に流入しようとする河川水は、軸封装置４００におけるＯリング５及びシールリング６によりほぼ止水される。この際、シールリング６においては、回転軸２００とともに回転側シールリング６ｂが回転し、静止側シールリング６ａに対しシール面Ｓを境に摺動するため、シール面Ｓの潤滑・冷却が必要となる。これに対し、水車運転時又はポンプ運転時には、シール面Ｓの周囲が河川水で満たされるため、シール面Ｓに水が侵入し水膜が形成されるので、安定した潤滑性・冷却性が確保される。
【００２６】
一方、ポンプ運転を開始する際、ポンプ水車の初動負荷軽減のため、いわゆる水面押し下げ運転を行う。この水面押し下げ運転においては、ガイドベーン６００をほぼ閉じた状態で、別途設けた図示しない給気手段（コンプレッサ等）によってランナケーシング３００内に高圧空気を送り込み、ランナケーシング３００内の河川水を下池方向（吸出し口３００Ｃ方向）に押し下げ、ランナ１００がほぼ水上に露出した状態で、所定回転速度に昇速するまでランナ１００を回転駆動させる（空転させる）。
【００２７】
この水面押し下げ運転時には、軸封装置４００のケーシング１内の空間が高圧空気で満たされるため、シール面Ｓの周囲に潤滑・冷却のための水がなくなり、シール面Ｓの潤滑性・冷却性が低下し、著しい場合にはシールリング６の焼損にもつながりかねない。そこで、この水面押し下げ運転時には、前述の間接給水手段により、外部給水装置からの供給水をシール面Ｓに導く。
【００２８】
この場合、まず、外部給水装置（図示せず）から、配管１５、コネクタ部１６、給水孔１７を介し、Ｏリング５及びシールリング６により封止されたケーシング１内の空間内に供給された水は、そこに充満している高圧空気よりも０．１ＭＰａ程度高い圧力で押し込まれる。こうして給水孔１７を介して送り込まれた供給水は、貯水部１８に流下し一時的に貯留され、その後、導水孔１９を介して円周溝２０に導かれる。円周溝２０に導かれた供給水は、外周側からの高圧空気とともに摺動面（シール面Ｓ）に侵入し、シール面Ｓに水膜を形成する。また、円周溝２０で飽和状態となった供給水は、最終的に放射溝２１を介して高圧空気側に漏水していくため、円周溝２０の外周部の非シール面も、この放射溝２１を通過する水により冷却・潤滑される。本実施の形態においては、このような給水経路で外部からの供給水を導くことで、水面押し下げ運転中でも、シール面Ｓ、非シール面ともに供給水によって冷却・潤滑されるので、焼損等といった不具合の発生を防止でき、長期間安定した摺動特性を確保することができる。
【００２９】
以下に、本実施の形態により得られる作用効果を順次説明する。
（１）シールケースの追従性向上
本実施の形態によれば、水面押し下げ運転時、フレキシブルホース等で配管するなどして、シールリング６まで連続した給水経路で直接的にシール面Ｓに給水するのではなく、前述のように、断続部を有する断続した給水経路を介して供給水を導く。そのため、フレキシブルホース等で配管する場合と異なり、給水経路によってシールケース３の動作を制約することがなく、回転軸２００の上下動に対しシールケース３を十分に追従させることができる。これにより、シールリング６の安定した密封性能を長期間確保することができる。また、回転軸２００の上方への移動に伴い、シール面Ｓに作用する圧力が増大する場合にも、これに応じてシールケース３も上方に移動し、シール面Ｓに作用する圧力はほぼコイルばね１４の付勢力程度に保たれる。したがって、シール面Ｓの圧力過大によるシールリング６の焼損等も防止できる。よって、本実施の形態によれば、長期に亘って高い信頼性を確保することができる。
【００３０】
（２）シールリングの片当り防止
また、前述した特許文献１記載の軸封装置においては、「コ」の字型の回転側及び静止側シールリングを対向させ、その内部に高圧空気よりも０．１ＭＰａ程度高圧の供給水を供給し、給水圧力によってシール面に供給水を侵入させるようになっている。そのため、外部の高圧空気と対向する形で供給水がシール面に水膜を形成する形となり、シール面に形成される圧力分布が径方向に一様になり難く、このアンバランスが原因でシールケースが傾斜して浮上する傾向にあった。こうした現象が一旦生じると、シールケースはますます傾斜し易くなるため、回転側シールリングが静止側シールリングに対して片当り状態で摺動してしまい、過大なシール面圧の発生によってシールリングが損傷してしまう場合があり、安定した密封性能を維持できない可能性がある。
【００３１】
それに対し、本実施の形態においては、シール面Ｓの外周側に供給水を導くため、シール面Ｓ外周近傍の供給水の圧力は高圧空気圧力と同等となり、なおかつ供給水がシール面Ｓに侵入する際、高圧空気と対向することなく、高圧空気ととおに径方向内側に向かって一様に進入する。そのため、シール面Ｓの径方向における圧力分布（圧力勾配）が周方向各所において一様となるので、シールケース３が傾斜した状態で浮上することを防止でき、安定した密封性能を維持できるとともに、シール面の片当り等により発生するヒートショック（急激な冷却）による割れ損傷が確実に防止できる、信頼性を大きく向上させることができる。
【００３２】
（３）小型化・低コスト化
フレキシブルホース等といった配管を用いてシール面への給水経路を形成する場合、狭隘な空間に複数の配管を設置しなければならないので、小型化が困難であった。また、回転軸が上下動すると、これに伴って上下動しようとするシールケースから配管が外れてしまうこともあり、配管が外れてしまうと、水面押し下げ運転時のシール面の冷却・潤滑の機能が損なわれてしまう場合もあった。この場合、フレキシブル配管の外れ防止のためには、信頼性の高いジョイント機構が必要となり、それだけ軸封装置自体の製造コストを押し上げてしまう。
【００３３】
それに対し、本実施の形態においては、フレキシブルホース等の配管を用いない分、小型化が可能となり、それだけ低コスト化することができる。また、フレキシブルホースを用いないので高信頼性のジョイント機構等も不要であり、このことも、より小型化、低コスト化を図る上でのメリットである。
【００３４】
（４）メンテナンス性向上
本実施の形態においては、上記カートリッジケース１０やケース１２は、それぞれシールケース３、回転リング２に対しボルトにより固定されているので容易に着脱することができ、さらに、静止側シールリング６ａ等もカートリッジケース１０に対し着脱構造となっている。また、給水経路を構成する配管を省略したことにより、それら配管のメンテナンスが不要となる。これらのことから、シールリング６の交換を容易に行うことができ、メンテナンス性を向上させることができる。
但し、こうしたメンテナンス性向上のための構成は、本発明の基本的効果である上記（１）を得る限りにおいては、必ずしも必要な構成ではない。
【００３５】
（５）急停止対応
一般に、ポンプ水車においては、回転軸を駆動停止させても即座に回転を停止させることはできない。そのため、単に配管を介してシール面に給水する構成では、何等かの外乱によって、例えば外部給水装置が停止した場合、回転軸を急停止させた後、完全に停止するまでの間、シール面への給水が途絶えてしまう。その結果、その間、潤滑性・冷却性の低下した状態下で常に摺動することになり、シールリングが損傷し易い。
【００３６】
それに対し、本実施の形態においては、シール面Ｓへの給水経路に貯水部１８を設けているので、仮に外部給水装置が停止したとしても、その段階で貯水部１８にストックされている供給水が、導水孔１９を介してシール面Ｓに全て供給されるまで、一定の時間を確保することができる。したがって、急停止後、回転軸２００がほぼ回転停止するまでの間、供給水無しでシール面Ｓが摺動することを防止することができ、給水停止によるシールリング６の損傷を防止することができる。
但し、こうした給水停止時の対応の構成は、本発明の基本的効果である上記（１）を得る限りにおいて必ずしも必要なものではなく、例えば、貯留部１８を介さず、導水孔１９の入口部分を漏斗状にしておく等して、供給孔１７から流下する供給水を直接導水孔１９に受け入れる構成としても構わない。
【００３７】
（６）シール面への土砂侵入の抑制
ポンプ運転や水車運転の最中は、河川水が導水孔１９から入り円周溝２０に到達し放射溝２１から外側に流出するように循環する。このため、円周溝２０においては、河川水とともに侵入した土砂粒子は遠心力によって浮遊しながら外周側に集まり、放射溝２１から排砂されるので、円周溝２０内のシール面Ｓ側の部分では土砂濃度が低くなる。そのため、シール面Ｓへの大きな土砂粒子の侵入を防止できるので、シール面Ｓの損傷を抑制することができ、長期間安定した排砂機能が維持できる。
但し、このように、シール面Ｓへの土砂侵入の抑制のために円周溝２０及び放射溝２１を設ける構成としたが、これらは、本発明の基本的効果である上記（１）を得る限りにおいて必ずしも必要なものではない。
【００３８】
（７）組立の容易化
また、本実施の形態においては、前述したようにフレキシブルホースが不要であるため、シールケース３を装着する際、フレキシブルホースの取り付け作業を省略することができるので、シールケース３の組み込み調整作業が容易となる。また、特にポンプ水車のように大径をなす回転軸２００に装着するとき、回転リングが一体的に環状に構成されている場合、回転リングを回転軸２００に圧入しなければならず、この作業に大変な労力及び時間を要するが、本実施の形態においては、回転リング２が分割構成であるため、抱合せボルト９によって容易に回転軸２００に着脱することができる。これにより、組立性及び分解性が極めて良好となり、組立を容易化することができる。
但し、本発明の基本的効果である上記（１）を得る限りにおいては、一体構成の回転リングを用いる構成としても構わない。
【００３９】
（８）その他
本実施の形態においては、静止側シールリング６ａ及び回転側シールリング６ｂにセラミックス（炭化珪素）を使用している。この炭化珪素セラミックスは、水中では低摩擦係数を示すことが知られている。したがって、水によって潤滑・冷却される静止側シールリング６ａ及び回転側シールリング６ｂを炭化珪素セラミックスで形成することにより、互いに摺動し合う際の摩擦係数は非常に低い値となり、長期に亘って安定した摺動特性が得られる。
但し、本発明の基本的効果である上記（１）を得る限りにおいては、シールリング６の材質を、必ずしも炭化珪素セラミックスに限定する必要はなく、例えばＰＥＥＫ系樹脂等を用いても良い。シールリング６の材質に関しては、特に限定はない。
【００４０】
図３は、本発明の軸封装置の第２実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第１実施形態における図２に対応する図である。但し、この図３において、図２と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図３に示す本実施の形態における軸封装置４００Ａは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第１実施形態における軸封装置４００に代えて用いられるものであり、間接給水手段の構成を除く他の構成は、先の軸封装置４００と同様の構成である。
【００４１】
本実施の形態における間接給水手段は、コネクタ部１６と、給水孔１７と、この給水孔１７を介し導かれた供給水を流通するリング給水管２４と、このリング給水管２４を流れる供給水をシール面Ｓに向かって噴射するノズル２５と、放射溝２１と、円周溝２０と、導水孔１９と、貯水部１８とで構成されている。但し、本実施の形態において、給水孔１７は、ケーシング本体１ａに設けられており、コネクタ部１６は、ケーシング本体１６の段差部に取付けられている。給水孔１７が接続するリング給水管２４は、シールリング６の周囲を囲うよう、シール面Ｓとほぼ同じ高さに位置している。ノズル２５は、このリング給水管２４から径方向内側に向けて複数配設され、シール面Ｓ、言い換えれば放射溝２１方向に向けられており、このノズル２５及び放射溝２１の間が給水経路の断続部を形成している。
なお、ノズル２５の大きさや個数は、シール面Ｓの潤滑・冷却に必要な水量を確保する観点から定まるものであって、特に限定されない。また、本実施の形態においては、貯水部１８は省略可能である。
【００４２】
このような構成の間接給水手段により、本実施の形態の軸封装置４００Ａは、水面押し下げ運転時、図示しない外部給水装置からの供給水を、配管１５、コネクタ部１６、給水孔１７を介してリング給水管２４に導き、リング給水管２４に充満した供給水を、ノズル２５を介して放射溝２１に向かって噴射することにより、水が高圧空気とともにシール面Ｓに侵入し水膜を形成する。ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様である。
【００４３】
本実施の形態においても、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、シール面Ｓに供給された水が、ノズル２５からの噴流であるため、伝熱促進の作用により、更なるシールリング６の冷却効果が得られ、摺動特性をより安定させることができる。
【００４４】
図４は、本発明の軸封装置の第３実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第１実施形態における図２に対応する図である。但し、この図４において、図２と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図４に示す本実施の形態における軸封装置４００Ｂは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第１実施形態における軸封装置４００に代えて用いられるものである。
【００４５】
本実施の形態における間接給水手段は、コネクタ部１６と、給水孔１７と、回転リング２及びケーシング本体１ａの間隙に配置したラビリンスシール２６と、給水孔１７と接続したラビリンスシール２６の給水路２７と、貯水部１８と、導水孔１９と、円周溝２０と、放射溝２１とで構成されている。また、カバー１ｂには、内部の高圧空気の空気抜き用の排気孔２８が設けられており、この排気孔２８からケーシング１の外部に連通し、排気孔２８とともに排気管路を構成する排気管２９には、空気抜きバルブ３０が設けられている。このように、本実施の形態においては、ラビリンスシール２６及びその給水路２７の後で、給水経路が断続している。その他の構成は、図２の軸封装置４００と同様である。
【００４６】
上記構成の間接給水段により、本実施の形態の軸封装置４００Ｂは、水面押し下げ運転時、図示しない外部給水装置からの供給水を、配管１５、コネクタ部１６、給水孔１７、ラビリンスシール２６及びその給水路２７に導くと同時に、空気抜きバルブ３０を開放し、ラビリンスシール２６よりも上部空間の空気を排気する。この排気が完了したら、空気抜きバルブ３０を閉じる。これにより、ラビリンスシール２６の上部空間は、外部給水装置からの供給水で満たされ、シール面Ｓに供給水が侵入し水膜が形成される。ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様である。
【００４７】
本実施の形態においても、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、ラビリンスシール２６よりも上部の空間は、常に水が充満した状態となるので、シール面Ｓは、ポンプ運転や水車運転のときと同様、確実に潤滑され、更に、水温が上昇し難いことから、供給水の粘度低下が防止できる。その結果、シール面Ｓの水膜厚さを厚くすることができ、シール面Ｓの摩擦損失をより効率的に低減させることができる。
【００４８】
図５は、本発明の軸封装置の第４実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第１実施形態における図２に対応する図である。但し、この図５において、図２と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図５に示す本実施の形態における軸封装置４００Ｃは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第１実施形態における軸封装置４００に代えて用いられるものであり、間接給水手段の構成を除く他の構成は、先の軸封装置４００と同様の構成である。
【００４９】
本実施の形態における間接給水手段が、図２に示した軸封装置４００の間接給水手段と相違する点は、カートリッジケース１２外周部に、下方に突出するようにリング部材３１を追設し、円周溝２０及び放射溝２１を省略した点である。本実施の形態においては、給水孔１７及び貯水部１８の間、導水孔１９及びシール面Ｓの間において、給水経路が断続している。
【００５０】
このような構成の間接給水装置によって、本実施の形態における軸封装置４００Ｃは、コネクタ部１６、給水孔１７、貯水部１８、導水孔１９を介し、外部給水装置からの供給水がシールリング６とリング部材３１との間の空間に導かれ、この空間内に充満した水が、高圧空気とともにシール面Ｓに侵入し水膜を形成する。ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施の形態においても、前述した第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、シールリング６とリング部材３１との間の空間がリング状の空間を形成し、この空間に充満させた供給水をシール面Ｓに侵入させるとともに、余剰の供給水は空間の外周部の間隙から漏れ出る構成であるため、シールリング６に円周溝２０や放射溝２１を形成する必要がなく、それだけシールリング６の幅を狭くでき、低コスト化を図ることができる。
【００５２】
図６は、本発明の軸封装置の第５実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第４実施形態を示した図５に対応する図である。但し、この図６において、図５と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図６に示す本実施の形態における軸封装置４００Ｄは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第４実施形態における軸封装置４００Ｃに代えて用いられるものであり、間接給水手段の構成を除く他の構成は、先の軸封装置４００Ｃと同様の構成である。
【００５３】
本実施の形態における間接給水手段が、図５の間接給水手段と相違する点は、ケース１０の外周部に、上方に突出するように設けたリング状のリブ３２を追設した点である。本実施の形態においても、給水孔１７及び貯水部１８の間、導水孔１９及びシール面Ｓの間において、給水経路が断続している。
【００５４】
このような構成の間接給水装置によって、本実施の形態における軸封装置４００Ｄは、コネクタ部１６、給水孔１７、貯水部１８、導水孔１９を介し、外部給水装置からの供給水がシールリング６とリブ３２及びリング部材３１との間の空間に導かれ、この空間内に充満した水が、高圧空気とともにシール面Ｓに侵入し水膜を形成する。ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様である。
【００５５】
本実施の形態においても、前述した第４実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、ケース１０に設けたリブ３２とカートリッジケース１２に設けたリング部材３１とでシール機能が得られるので、導かれた水の保持能力が第４実施形態における軸封装置４００Ｃに比較して高く、よりシール面Ｓへの給水を確実に行え信頼性を向上させることができる。
【００５６】
図７は、本発明の軸封装置の第６実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第１実施形態における図２に対応する図である。但し、この図７において、図２と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図７に示す本実施の形態における軸封装置４００Ｅは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第１実施形態における軸封装置４００に代えて用いられるものであり、間接給水手段の構成を除く他の構成は、先の軸封装置４００と同様の構成である。
【００５７】
本実施の形態における間接給水手段が、図２に示した軸封装置４００と相違する点は、給水孔１７と貯水部１８との間に、給水孔１７から流下する供給水を一時貯留する貯水槽３３と、この貯水槽３３に設けられ、貯水槽３３内の貯留水を貯水部１８に流下する供給管３４とを介設した点にある。この貯水槽３３は、給水孔１７の下部に位置するよう、ケーシング本体１ａの内壁面に固定されており、供給管２８は、その出口が貯水部１８内に臨むよう、貯水槽３３の底部付近に設けられている。本実施の形態においては、貯水槽３３の前後２箇所で給水経路が断続している。
【００５８】
このような構成の間接給水手段により、本実施の形態の軸封装置４００Ｅは、水面押し下げ運転時、配管１５、コネクタ部１６を介し給水孔１７から流下した水を、一旦貯水槽３３に受け入れ、この貯水槽３３内の貯留水を供給管３４を介して貯水部１５に供給する。その後は、図２を用いて説明した軸封装置４００と同様にして、シール面Ｓに水膜を形成する。ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様である。
【００５９】
本実施の形態においても、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができるとともに、貯水部１８に加えて貯水槽３３にも水を貯留することができるので、図２に示した軸封装置４００と比較して貯水槽３３の容積分だけ、多くの供給水を貯水することができる。すなわち、外部給水装置の停止後、軸封装置４００に比べてもシール面Ｓへの給水時間を長く確保することができるので、外部給水装置が何等かの外乱により停止した場合でも、回転軸２００を停止させてからその回転が止まるまでの間、給水無しでシール面Ｓが摺動してしまうといった事態をより確実に防止することができる。したがって、回転軸２００の急停止時のシール面Ｓの潤滑をより確実に確保でき、シールリング６の焼損を更に確実に防止することができるので、信頼性を格段に向上させることができる。
【００６０】
図８は、本発明の軸封装置の第７実施形態の詳細構造を表す断面図で、前述の第１実施形態における図２に対応する図である。但し、この図８において、図２と同様の部分又は同様の部分に相当する部分には同符号を付し説明を省略する。
この図８に示す本実施の形態における軸封装置４００Ｆは、例えば先の図１のポンプ水車において、前述した第１実施形態における軸封装置４００に代えて用いられるものであり、間接給水手段の構成を除く他の構成は、先の軸封装置４００と同様の構成である。
【００６１】
本実施の形態における間接給水手段が、図２に示した軸封装置４００と相違する点は、外部給水供給装置３５から供給される水を貯留する貯水タンク３６と、外部給水装置３５及び貯水タンク３６を接続する配管３７と、貯水タンク３６及び軸封装置４００Ｆ内の封止空間を接続する配管３８とを追設した点である。貯水タンク３６は、配管１５を介しコネクタ部１６に接続しており、図７で説明した貯留槽３３と同様、給水停止時に供えて貯留部１８とともに貯水目的で設けられたものであるが、図７の貯水槽３３と異なり、ケーシング１の外部に配設する分、スペースの制約を受けないため、容積の大きなものが用いられる。また、配管３７には、外部給水装置３７への逆流防止のための逆止弁３９が設けてある。
【００６２】
このような構成の間接給水手段により、本実施の形態の軸封装置４００Ｆは、水面押し下げ運転時、配管３７を介して外部給水装置３５から供給される水を、貯水タンク３６に貯留し、この貯水タンク３６内の貯留水が、配管１５、コネクタ部１６を介し給水孔１７から流下し、貯水部１８に再び貯留される。その後は、図２の軸封装置４００と同様の要領で、シール面Ｓに水膜が形成される。また、ポンプ運転時及び水車運転時のシール面Ｓへの水膜形成は、図２を用いて説明した第１実施形態と同様であるが、これら水車運転やポンプ運転の際には、軸封装置４００Ｆのケーシング１内に充満する河川水が、配管３８又は配管１５を介して貯水タンク３６にストックされる。
【００６３】
本実施の形態においても、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、軸封装置４００Ｆの外部に設けた比較的容積の大きな貯水タンク３６に貯水できるので、この貯水タンク３６の容積分、第１実施形態よりも給水経路中にストックできる水量が多く、図７の第６実施形態と同じく、外部給水装置３５が停止してしまった場合に確実に対応することができる。また、本実施の形態においては、水車運転時に配管３８又は配管１５を介し、軸封装置４００Ｆ内に充満する河川水が貯水タンク３６一杯にストックされるので、その後、水面押し下げ運転に移行する際、軸封装置４００Ｆのケーシング１内に高圧空気が供給されると、この貯水タンク３６内に貯水された河川水が、配管１５、コネクタ部１６、給水孔１７、貯水部１８、導水孔１９を介し、シール面Ｓ外周部に給水される。このように、水車運転時に貯水タンク３６に河川水が貯水されるので、外部給水装置３５からの供給量が低減できる。そのため、外部給水装置３５の小型化を図ることができ、それだけ製造コストを抑えることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、シール面への給水経路によってシールケースを拘束しないので、回転軸の上下動に対しシールケースを十分に追従させることができ、長期に亘って高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸封装置を用いるポンプ水車の一構成例の全体構造を表す断面図である。
【図２】本発明の軸封装置の第１実施形態の詳細構造を示す断面図である。
【図３】本発明の軸封装置の第２実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図４】本発明の軸封装置の第３実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図５】本発明の軸封装置の第４実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図６】本発明の軸封装置の第５実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図７】本発明の軸封装置の第６実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図８】本発明の軸封装置の第７実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
２回転リング
３シールケース
５Ｏリング
６シールリング
６ａ静止側シールリング
６ｂ回転側シールリング
１２カートリッジケース
１６コネクタ部（間接給水手段）
１７給水孔（間接給水手段）
１８貯水部（間接給水手段）
１９導水孔（間接給水手段）
２０円周溝（間接給水手段）
２１放射溝（間接給水手段）
２４リング給水管（間接給水手段）
２５ノズル（間接給水手段）
２６ラビリンスシール（間接給水手段）
２７給水路（間接給水手段）
２８排気孔（排気管路）
２９排気管（排気管路）
３０バルブ
３１リング部材（間接給水手段）
３２リブ（間接給水手段）
３３貯水槽（間接給水手段）
３４供給管（間接給水手段）
３５外部給水装置（外部の給水手段）
３６貯水タンク（間接給水手段）
３７，３８配管（間接給水手段）
１００ランナ
２００回転軸
３００ランナケーシング
４００，４００Ａ〜Ｆ軸封装置
Ｓシール面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shaft seal device that prevents leakage of fluid from a rotating shaft portion of a pump turbine, and more particularly to an end face type shaft seal device and a pump turbine using the same.
[0002]
[Prior art]
The pump turbine has a turbine operation that transmits the rotational power of the runner obtained from the water flow falling from the upper pond to the lower pond by the principle of the turbine, for example, to the generator directly connected to the rotation shaft of the runner, and the power consumption for example at night. When there are few, the runner is driven in reverse by using the generator as a motor, and the pump operation is repeated to pump water from the lower pond to the upper pond. Such a pump turbine is generally provided with a shaft seal device in the vicinity of the runner in order to prevent leakage of high-pressure muddy water from the gap between the casing and the rotation shaft of the runner passing through the casing.
[0003]
Here, in the pump turbine, when the pump operation described above is started, high-pressure air (supply air) is fed into the runner casing to reduce the initial load, and the water surface in the runner casing is pushed down to the lower pond side. In this state, the water surface depressing operation is continuously performed to idle the runner. During this water surface push-down operation, the periphery of the shaft seal device is also exposed to the water and becomes anhydrous. Therefore, a seal surface that seals the gap between the rotating side and the stationary side (for example, the seal ring) The cooling and lubricity of the sliding surface is reduced. Therefore, conventionally, a water guide hole penetrating to the seal ring has been drilled in the seal case so that the cooling performance and lubricity of the seal surface can be sufficiently ensured even during the water surface depression operation. Some are equipped with an end face type shaft seal device that supplies water directly to the sealing surface through the water supply path during the water surface push-down operation by forming a water supply path by piping between the means with a flexible pipe or the like. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-42659
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in the above-mentioned Patent Document 1, since water is supplied between the external water supply means and the seal case in order to supply water to the seal surface during the water surface push-down operation, the movement of the seal case is caused by the piping. It is constrained by. That is, when the rotation shaft of the runner moves up and down during operation, the seal case does not easily follow this up and down movement. In this case, for example, when the pressure acting on the seal surface increases with the vertical movement of the rotary shaft, the seal surface pressure may exceed the allowable value because the seal case cannot follow this vertical movement. As a result, the seal ring may burn out. For this reason, in the technique described in Patent Document 1, there is room for further improvement in terms of ensuring stable sliding characteristics for a long period of time and further improving the reliability.
[0006]
An object of the present invention is to provide a shaft seal device capable of improving the followability of a seal case with respect to vertical movement of a rotating shaft of a runner and ensuring high reliability over a long period of time, and a pump turbine using the same. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a shaft seal device for preventing fluid leakage from a gap between a runner casing of a pump turbine and a rotary shaft, a rotary ring attached to the rotary shaft, A casing attached to the runner casing so as to enclose the ring and the rotating shaft, and is located in a gap between the casing and the rotating shaft, is inserted through the rotating shaft and is slidable in the axial direction with respect to the casing. A seal case, an O-ring for sealing a gap between the seal case and the casing, and a stationary seal ring and a rotary seal ring facing each other, which are respectively attached to the seal case and the rotary ring. And a seal ring that seals the gap between the rotating rings, and the stationary-side seal holder in the seal ring Indirectly having at least one intermittence part in the middle of the water supply path to the seal surface, which guides the water supplied from the external water supply means to the seal surface which is the sliding surface of the seal ring and the rotation side seal ring With water supply meansAnd an exhaust pipe for exhausting high-pressure air in the casing, and a valve for opening and closing the exhaust pipe. The indirect water supply means includes a water supply hole for guiding the supply water into the casing, and a water supply hole from the water supply hole. A labyrinth seal having a water supply channel for distributing the supply water.
[0008]
According to the present invention, at the time of the water surface push-down operation, pipes are connected with a flexible hose or the like, and water is not supplied directly to the seal surface through a continuous water supply path to the seal ring, but has an intermittent portion by indirect water supply means. Lead water through the intermittent water supply path. Therefore, unlike piping with a flexible hose or the like, the operation of the seal case is not restricted by the water supply path, and the seal case can sufficiently follow the vertical movement of the rotating shaft. As a result, even when the pressure acting on the seal surface increases as the rotary shaft moves up and down, the seal case moves up and down following this, preventing the seal ring from burning out due to excessive pressure on the seal surface. can do. Therefore, high reliability can be ensured over a long period of time.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  (2) In the above (1), preferably, the indirect water supply means isWater supplyA water storage part that temporarily stores the supply water guided through the water storage part, and a water guide hole that guides the stored water in the water storage part to the sealing surface.furtherI have.
[0012]
  (3) Above (1)Or (2)More preferably, the apparatus further comprises a cartridge case attached to the seal case and detachably holding the stationary seal ring.
[0013]
  (4In order to achieve the above object, a pump turbine according to the present invention includes a runner provided at a shaft end of a rotating shaft, a runner casing formed to cover the runner, a rotating ring attached to the rotating shaft, A casing attached to the runner casing so as to surround the rotating ring and the rotating shaft, and is positioned in a gap between the casing and the rotating shaft, is inserted through the rotating shaft and is slidable in the axial direction with respect to the casing. A seal case provided on the seal case, an O-ring for sealing the gap between the seal case and the casing, and a stationary seal ring and a rotary seal ring facing each other attached to the seal case and the rotary ring, respectively. A seal ring for sealing a gap between the seal case and the rotating ring, and the stationary side seal in the seal ring. Indirectly having at least one intermittence part in the middle of the water supply path to the seal surface, which guides the supply water from the external water supply means to the seal surface which is the sliding surface of the seal ring and the rotation side seal ring A water supply means; an exhaust pipe for exhausting high-pressure air in the casing; and a valve for opening and closing the exhaust pipe. The indirect water supply means includes a water supply hole for guiding the supply water into the casing, and the water supply And a labyrinth seal having a water supply channel for supplying water supplied from the hole.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a shaft seal device of the present invention and a pump turbine using the same will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a configuration example of a pump turbine using the shaft seal device of the present invention. As shown in FIG. 1, the pump turbine is composed of a runner (impeller) 100, a rotating shaft 200 with the runner 100 fixed to the lower portion, and upper and lower covers 300a and 300b provided above and below the runner 100, respectively. The runner casing 300 formed so as to cover the runner 100, the shaft seal device 400 of the present invention, the bearing device 500 that rotatably supports the rotating shaft 200, and river water (working fluid) that enters and exits the runner casing 300. And a guide vane 600 for adjusting the flow rate.
[0015]
With such a configuration, when the water turbine is operated, the pump water turbine causes the river water falling from the upper pond (upper dam, not shown) to flow from the runner casing 300 from a substantially horizontal direction, and to flow out from a substantially vertical suction port 300c. In this case, the fluid energy of the water stream acting on the runner vane 100 a is converted into the rotational power of the runner 100 according to the principle of the water wheel. This rotational power is transmitted to a generator (not shown) coaxially connected via the runner 100 and the rotary shaft 200, and is converted into electric energy (generated). On the other hand, when the pump is operated, the generator (not shown) described above is used as a drive device (motor), and the runner 100 is rotationally driven in the opposite direction to that during the water turbine operation, and the lower pond (lower dam, FIG. Pump up the water from the upper pond. This pump operation is generally performed in a time zone where power consumption is relatively small, for example, at night.
[0016]
The above-described shaft seal device 400 of the present invention includes a rotary shaft portion of a pump turbine, specifically, an upper cover (fixed body) 300a that passes through the rotary shaft 200 and river water (high-pressure muddy water) from the gap between the rotary shafts 200. Is to prevent leakage. Below, 1st Embodiment of the shaft-seal apparatus of this invention is described using FIG.
[0017]
FIG. 2 is a sectional view showing the detailed structure of the first embodiment of the shaft seal device of the present invention. As shown in FIG. 2, the shaft seal device 400 is of a so-called end surface type, and includes a casing 1 fixed to a runner casing 300 (upper cover 300a), a rotating ring 2 attached to a rotating shaft 200, A seal case 3 that is located between the casing 1 and the rotary shaft 200 and passes through the rotary shaft 200, a coil spring 4 that presses the seal case 3 against the rotary ring 2, and the seal case 3 and the casing 1 (cover 1b). An O-ring 5 for sealing (sealing) the gap, and a stationary-side seal ring 6a and a rotary-side seal ring 6b made of silicon carbide ceramics, which are attached to the seal case 3 and the rotary ring 2, respectively. A seal ring 6 that seals (seals) a gap between the rotary ring 2 and a stationary-side seal ring 6a of the seal ring 6 And a indirect water supply means for supplying water (described later) in a sliding surface of the fine rotating sealing ring 6b sealing surface S.
[0018]
The casing 1 is fixed to the upper cover 300a, and includes a substantially cylindrical main body 1a attached so as to surround the rotary shaft 200, the rotary ring 2 and the seal case 3, and a cover 1b provided on the upper portion of the casing main body 1a. It is configured. Further, a pin 7 fixed by welding and a block 8 inserted on the outer diameter side of the pin 7 are provided on the inner peripheral side of the casing body 1a. The block 8 is rotatably mounted around the pin 7. Has been.
[0019]
The rotating ring 2 is divided into a plurality of pieces (for example, two pieces), and these divided pieces are fastened to the rotating shaft 200 by fastening the divided pieces with the tie bolts 9. On the flange surface 2a of the rotating ring 2, a case 10 for storing and fixing the rotating side seal ring 6b is detachably provided by a bolt (not shown).
[0020]
The seal case 3 is provided with a standing groove 11 for guiding the movement in the axial direction (vertical direction in FIG. 2) relative to the casing 1 at a position facing the pin 7 and the block 8 on the outer peripheral side thereof. That is, when the standing groove 11 is engaged with the block 8, the movement of the seal case 3 is guided in the axial direction (vertical direction in FIG. 2), and at the same time, the inner wall surface of the standing groove 11 and the outside of the block 8. It is restrained in the circumferential direction by contact with the radial surface (rotation is prevented). A cartridge case 12 for detachably storing and holding the stationary seal ring 6a is detachably fixed to the end surface of the seal case 3 facing the rotating ring 2 by a bolt (not shown). Further, a guide pin 13 is planted on the end surface of the seal case 3 facing the cover 1b, and the tip of the guide pin 13 is loosely inserted into a guide hole 14 formed in the cover 1b. It has become.
[0021]
The coil spring 4 is inserted between the guide pins 13 on the inner side and is sandwiched between the opposing end surfaces of the cover 1b and the seal case 3, and is stationary by urging the seal case 3 toward the rotating ring 2 side. The side seal ring 6a is pressed against the rotation side seal ring 6b. With such a configuration, the rotary shaft 200 follows up and down movement, and the seal case 3 slides (up and down movement) with respect to the casing 1, and the pressure applied to the seal surface S is maintained at about the biasing force of the coil spring 4. It has come to droop.
[0022]
In the present embodiment, the indirect water supply means includes a connector portion 16 connected to an external water supply device (not shown) via a pipe 15, a water supply hole 17 communicating with the pipe 15 via the connector portion 16, A water storage part 18 that temporarily stores water supplied from the water supply hole 17, a water guide hole (standing hole) 19 that guides the stored water in the water storage part 18 to the seal surface S, and an outer periphery of the sliding part (seal surface S) It comprises a circumferential groove 20 provided along the part and a radiation groove 21 communicating with the circumferential groove 20.
[0023]
The connector portion 16 is disposed on the cover 1 b corresponding to the position of the water supply hole 15. The water supply hole 15 passes through the cover 1b and faces the water storage part 18, and the water supply hole 17 and the water storage part 18 are spaced apart to form an intermittent part. The water storage part 18 is provided in a ring shape on the step part (opposite part of the cover 1b) of the seal case 3, and extends from the bottom part to the seal surface S so that the seal case 3, the cartridge case 10 and the stationary side seal ring 6a. The water guide holes 19 communicate with each other in such a way as to pass through. Although only one water guide hole 19 is shown in FIG. 2, the water guide hole 19 communicates with the outer peripheral portion of the seal surface S formed in a ring shape from the water storage portion 18 at a plurality of locations in the circumferential direction. . The circumferential groove 20 is formed in an annular shape along the outer periphery of the seal surface S on the surface of the stationary seal ring 6a facing the rotation-side seal ring 6b so as to communicate the plurality of water guide holes 19. A plurality of radial grooves 21 are provided radially on the surface of the stationary seal ring 6a facing the rotation-side seal ring 6b from the circumferential groove 20 toward the radially outer side. However, the circumferential groove 20 and the radiation groove 21 may be provided on the rotation side seal ring 6b side.
[0024]
With such a structure, this indirect water supply means does not lead the water supplied from a separately provided external water supply device (not shown) directly to the sealing surface S through a continuous water supply path via piping or the like, but intermittently. A water film is indirectly guided to the sealing surface S by an intermittent water supply path having a portion.
[0025]
Next, the operation of the shaft seal device of the present embodiment having the above configuration and the pump turbine using the same will be described.
As described above, the pump turbine shown in FIG. 1 repeatedly performs the turbine operation and the pump operation. When the inside of the runner casing 300 becomes full during the operation of the water turbine, the pump operation, or the stop, the main body side of the pump water turbine from the rotation shaft 200 portion of the pump turbine, that is, the gap between the upper cover 300a and the rotation shaft 200. River water about to flow into the water is almost stopped by the O-ring 5 and the seal ring 6 in the shaft seal device 400. At this time, in the seal ring 6, since the rotation-side seal ring 6b rotates together with the rotary shaft 200 and slides with respect to the stationary-side seal ring 6a as a boundary, the seal surface S needs to be lubricated and cooled. Become. On the other hand, when the water turbine is operated or the pump is operated, the periphery of the seal surface S is filled with river water, so that water enters the seal surface S and a water film is formed, thereby ensuring stable lubricity and cooling performance. Is done.
[0026]
On the other hand, when starting the pump operation, so-called water surface push-down operation is performed in order to reduce the initial load of the pump turbine. In this water surface push-down operation, with the guide vane 600 substantially closed, high-pressure air is fed into the runner casing 300 by a separately provided air supply means (compressor or the like) that is not shown, and the river water in the runner casing 300 is directed toward the lower pond. The runner 100 is driven down (i.e., idled) until the speed is increased to a predetermined rotational speed while the runner 100 is pushed down (in the direction of the suction port 300 </ b> C) and the runner 100 is almost exposed to water.
[0027]
During this water surface push-down operation, the space in the casing 1 of the shaft seal device 400 is filled with high-pressure air, so that there is no water for lubrication / cooling around the seal surface S, and the lubricity / coolability of the seal surface S is improved. In the case of a significant decrease, the seal ring 6 may be burned out. Therefore, during the water surface push-down operation, the water supplied from the external water supply device is guided to the seal surface S by the indirect water supply means described above.
[0028]
In this case, first, an external water supply device (not shown) was supplied into the space in the casing 1 sealed by the O-ring 5 and the seal ring 6 via the pipe 15, the connector portion 16, and the water supply hole 17. Water is pushed in at a pressure higher by about 0.1 MPa than the high-pressure air filled there. The supply water thus fed through the water supply hole 17 flows down to the water storage section 18 and is temporarily stored, and then is guided to the circumferential groove 20 through the water introduction hole 19. The water supplied to the circumferential groove 20 enters the sliding surface (seal surface S) together with the high-pressure air from the outer peripheral side, and forms a water film on the seal surface S. Further, since the supply water saturated in the circumferential groove 20 eventually leaks to the high-pressure air side via the radiation groove 21, the non-seal surface on the outer peripheral portion of the circumferential groove 20 also has this radiation. Cooled and lubricated by water passing through the groove 21. In the present embodiment, by guiding the supply water from the outside through such a water supply path, both the sealing surface S and the non-sealing surface are cooled and lubricated by the supply water even during the water surface push-down operation, so that there is a problem such as burnout. Can be prevented, and stable sliding characteristics can be secured for a long period of time.
[0029]
Hereinafter, the operational effects obtained by the present embodiment will be described sequentially.
(1) Improved followability of seal case
According to the present embodiment, at the time of the water surface push-down operation, the water is not directly supplied to the seal surface S through the water supply path continuous to the seal ring 6 by piping with a flexible hose or the like. Supply water is guided through an intermittent water supply path having an intermittent part. Therefore, unlike piping with a flexible hose or the like, the operation of the seal case 3 is not restricted by the water supply path, and the seal case 3 can sufficiently follow the vertical movement of the rotary shaft 200. Thereby, the stable sealing performance of the seal ring 6 can be ensured for a long time. Further, when the pressure acting on the seal surface S increases as the rotary shaft 200 moves upward, the seal case 3 also moves upward accordingly, and the pressure acting on the seal surface S is almost equal to the coil. The biasing force of the spring 14 is maintained. Accordingly, it is possible to prevent the seal ring 6 from being burned out due to excessive pressure on the seal surface S. Therefore, according to the present embodiment, high reliability can be ensured over a long period of time.
[0030]
(2) Prevention of one contact of seal ring
Further, in the shaft seal device described in Patent Document 1 described above, the “U” -shaped rotation side and stationary side seal rings are opposed to each other, and supply water having a pressure of about 0.1 MPa higher than that of high pressure air is supplied to the inside. However, the supply water enters the seal surface by the supply water pressure. For this reason, the supply water forms a water film on the sealing surface facing the external high-pressure air, and the pressure distribution formed on the sealing surface is difficult to be uniform in the radial direction. The case tended to incline and rise. Once such a phenomenon occurs, the seal case is more likely to be inclined, so the rotating side seal ring slides against the stationary side seal ring in a single-contact state, and the seal ring is caused by the generation of excessive seal surface pressure. May be damaged, and stable sealing performance may not be maintained.
[0031]
On the other hand, in the present embodiment, since the supply water is guided to the outer peripheral side of the seal surface S, the pressure of the supply water near the outer periphery of the seal surface S is equal to the high-pressure air pressure, and the supply water enters the seal surface S. In doing so, it enters uniformly radially inward through the high-pressure air without facing the high-pressure air. Therefore, since the pressure distribution (pressure gradient) in the radial direction of the seal surface S is uniform in various places in the circumferential direction, the seal case 3 can be prevented from rising in an inclined state, and stable sealing performance can be maintained. It is possible to reliably prevent cracking damage due to heat shock (rapid cooling) that occurs due to a single contact of the sealing surface, and the reliability can be greatly improved.
[0032]
(3) Miniaturization and cost reduction
When forming a water supply path to the sealing surface using a pipe such as a flexible hose, it is difficult to reduce the size because a plurality of pipes must be installed in a narrow space. Also, if the rotary shaft moves up and down, the pipe may come off from the seal case that tries to move up and down, and if the pipe comes off, the cooling and lubrication function of the seal surface during the water surface push-down operation In some cases, it was damaged. In this case, in order to prevent the flexible pipe from coming off, a highly reliable joint mechanism is required, which increases the manufacturing cost of the shaft seal device itself.
[0033]
On the other hand, in the present embodiment, the size can be reduced as much as piping such as a flexible hose is not used, and the cost can be reduced accordingly. In addition, since a flexible hose is not used, a highly reliable joint mechanism or the like is unnecessary, which is also an advantage for further miniaturization and cost reduction.
[0034]
(4) Improved maintainability
In the present embodiment, the cartridge case 10 and the case 12 are fixed to the seal case 3 and the rotary ring 2 with bolts, so that they can be easily attached and detached. The cartridge case 10 has a detachable structure. Further, since the piping constituting the water supply path is omitted, maintenance of these piping becomes unnecessary. For these reasons, the seal ring 6 can be easily replaced, and the maintainability can be improved.
However, such a configuration for improving maintainability is not necessarily a necessary configuration as long as the above (1) which is the basic effect of the present invention is obtained.
[0035]
(5) Emergency stop response
In general, in a pump turbine, even if driving of a rotating shaft is stopped, rotation cannot be stopped immediately. Therefore, in the configuration in which water is simply supplied to the sealing surface via the pipe, for example, when the external water supply device stops due to some disturbance, the rotating shaft is suddenly stopped and then the sealing surface is stopped until it completely stops. Water supply will be interrupted. As a result, the seal ring always slides in a state where the lubricity and cooling performance are lowered, and the seal ring is easily damaged.
[0036]
On the other hand, in this embodiment, since the water storage unit 18 is provided in the water supply path to the seal surface S, even if the external water supply device stops, the supply water stocked in the water storage unit 18 at that stage However, a certain period of time can be secured until all the water is supplied to the sealing surface S through the water guide holes 19. Therefore, the seal surface S can be prevented from sliding without supplying water until the rotating shaft 200 substantially stops rotating after the sudden stop, and damage to the seal ring 6 due to the stop of water supply can be prevented. it can.
However, such a configuration at the time of stopping water supply is not necessarily required as long as the above (1) which is the basic effect of the present invention is obtained. For example, the inlet portion of the water guide hole 19 is not provided through the storage portion 18. It is also possible to adopt a configuration in which the supply water flowing down from the supply hole 17 is directly received by the water introduction hole 19 by, for example, forming a funnel shape.
[0037]
(6) Suppression of earth and sand entering the sealing surface
During pump operation and water turbine operation, the river water circulates so as to enter the water guide hole 19, reach the circumferential groove 20, and flow out from the radiation groove 21. For this reason, in the circumferential groove 20, the earth and sand particles that have entered with the river water gather on the outer peripheral side while floating due to centrifugal force and are discharged from the radiation groove 21, so that the sand on the sealing surface S side in the circumferential groove 20 is removed. In the area, the sediment concentration is low. For this reason, since large sand particles can be prevented from entering the seal surface S, damage to the seal surface S can be suppressed, and a stable sand discharge function can be maintained for a long period of time.
However, as described above, the circumferential groove 20 and the radiation groove 21 are provided to suppress the intrusion of earth and sand into the seal surface S. However, these provide the above-described (1) which is the basic effect of the present invention. This is not always necessary.
[0038]
(7) Easy assembly
In the present embodiment, since the flexible hose is not necessary as described above, the mounting operation of the flexible hose can be omitted when the sealing case 3 is mounted. It becomes easy. In particular, when the rotary ring is integrally formed in an annular shape when mounted on a rotary shaft 200 having a large diameter like a pump turbine, the rotary ring must be press-fitted into the rotary shaft 200. However, in this embodiment, since the rotating ring 2 has a divided configuration, the rotating shaft 200 can be easily attached to and detached from the rotating shaft 200. Thereby, the assembling property and the disassembling property become extremely good, and the assembling can be facilitated.
However, as long as the above (1) which is the basic effect of the present invention is obtained, a configuration using an integrally configured rotating ring may be used.
[0039]
(8) Other
In the present embodiment, ceramics (silicon carbide) is used for the stationary seal ring 6a and the rotary seal ring 6b. This silicon carbide ceramic is known to exhibit a low friction coefficient in water. Therefore, by forming the stationary side seal ring 6a and the rotary side seal ring 6b lubricated and cooled by water with silicon carbide ceramics, the friction coefficient when sliding against each other becomes a very low value, and over a long period of time. Stable sliding characteristics can be obtained.
However, as long as the above (1) which is the basic effect of the present invention is obtained, the material of the seal ring 6 is not necessarily limited to silicon carbide ceramics, and for example, a PEEK resin or the like may be used. The material of the seal ring 6 is not particularly limited.
[0040]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the second embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 2 in the first embodiment described above. However, in FIG. 3, parts that are the same as or correspond to parts similar to those in FIG.
The shaft seal device 400A in the present embodiment shown in FIG. 3 is used in place of the shaft seal device 400 in the first embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG. Other than the configuration, the configuration is the same as that of the shaft seal device 400 described above.
[0041]
The indirect water supply means in the present embodiment includes a connector portion 16, a water supply hole 17, a ring water supply pipe 24 that circulates the supply water guided through the water supply hole 17, and supply water that flows through the ring water supply pipe 24. The nozzle 25 which injects toward the sealing surface S, the radiation groove 21, the circumferential groove 20, the water guide hole 19, and the water storage part 18 are comprised. However, in the present embodiment, the water supply hole 17 is provided in the casing body 1 a, and the connector portion 16 is attached to a step portion of the casing body 16. The ring water supply pipe 24 to which the water supply hole 17 is connected is located at substantially the same height as the seal surface S so as to surround the seal ring 6. A plurality of nozzles 25 are arranged radially inward from the ring water supply pipe 24 and are directed toward the seal surface S, in other words, in the direction of the radiating groove 21. The space between the nozzle 25 and the radiating groove 21 is a water supply path. Intermittent portions are formed.
The size and number of the nozzles 25 are determined from the viewpoint of securing the amount of water necessary for lubrication and cooling of the seal surface S, and are not particularly limited. Moreover, in this Embodiment, the water storage part 18 is omissible.
[0042]
With the indirect water supply means having such a configuration, the shaft seal device 400A of the present embodiment supplies water supplied from an external water supply device (not shown) via the pipe 15, the connector portion 16, and the water supply hole 17 during the water surface push-down operation. By injecting the water supplied to the ring water supply pipe 24 and filling the ring water supply pipe 24 toward the radiation groove 21 through the nozzle 25, the water enters the seal surface S together with the high-pressure air to form a water film. . Formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.
[0043]
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained, and the water supplied to the seal surface S is a jet flow from the nozzle 25. Further cooling effect of the seal ring 6 can be obtained, and the sliding characteristics can be further stabilized.
[0044]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the third embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 2 in the first embodiment described above. However, in FIG. 4, the same reference numerals are given to the same parts as in FIG.
A shaft seal device 400B in the present embodiment shown in FIG. 4 is used in place of the shaft seal device 400 in the first embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG.
[0045]
The indirect water supply means in the present embodiment includes a connector portion 16, a water supply hole 17, a labyrinth seal 26 disposed in the gap between the rotating ring 2 and the casing body 1 a, and a water supply path 27 of the labyrinth seal 26 connected to the water supply hole 17. And a water reservoir 18, a water guide hole 19, a circumferential groove 20, and a radiation groove 21. The cover 1b is provided with an exhaust hole 28 for venting internal high-pressure air. The exhaust hole 28 communicates with the outside of the casing 1 through the exhaust hole 28 and constitutes an exhaust pipe line together with the exhaust hole 28. Is provided with an air vent valve 30. Thus, in the present embodiment, the water supply path is intermittent after the labyrinth seal 26 and its water supply path 27. Other configurations are the same as those of the shaft seal device 400 of FIG.
[0046]
With the indirect water supply stage having the above-described configuration, the shaft seal device 400B of the present embodiment supplies water supplied from an external water supply device (not shown) to the pipe 15, the connector portion 16, the water supply hole 17, the labyrinth seal 26, and the water surface push-down operation. Simultaneously with the water supply passage 27, the air vent valve 30 is opened, and the air in the upper space is exhausted from the labyrinth seal 26. When this exhaust is completed, the air vent valve 30 is closed. Thereby, the upper space of the labyrinth seal 26 is filled with the supply water from the external water supply device, the supply water enters the seal surface S, and a water film is formed. Formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.
[0047]
Also in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained, and the space above the labyrinth seal 26 is always filled with water. As in the case of driving and water turbine driving, the oil is reliably lubricated and the water temperature is unlikely to rise, so that the viscosity of the feed water can be prevented from lowering. As a result, the water film thickness of the seal surface S can be increased, and the friction loss of the seal surface S can be more efficiently reduced.
[0048]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the fourth embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 2 in the first embodiment described above. However, in FIG. 5, parts that are the same as or correspond to parts similar to those in FIG.
The shaft seal device 400C in the present embodiment shown in FIG. 5 is used in place of the shaft seal device 400 in the first embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG. Other than the configuration, the configuration is the same as that of the shaft seal device 400 described above.
[0049]
The indirect water supply means in the present embodiment is different from the indirect water supply means of the shaft seal device 400 shown in FIG. 2 in that a ring member 31 is additionally provided on the outer periphery of the cartridge case 12 so as to protrude downward. The circumferential groove 20 and the radiation groove 21 are omitted. In the present embodiment, the water supply path is intermittent between the water supply hole 17 and the water reservoir 18 and between the water guide hole 19 and the seal surface S.
[0050]
With the indirect water supply device having such a configuration, the shaft seal device 400C in the present embodiment allows the water supplied from the external water supply device to seal ring 6 via the connector portion 16, the water supply hole 17, the water storage portion 18, and the water guide hole 19. The water filled in the space between the ring member 31 and the ring member 31 enters the seal surface S together with the high-pressure air to form a water film. Formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.
[0051]
In this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, the space between the seal ring 6 and the ring member 31 forms a ring-shaped space, and this space is filled. Since the supply water is allowed to enter the seal surface S and the excess supply water leaks from the gap at the outer peripheral portion of the space, there is no need to form the circumferential groove 20 or the radiation groove 21 in the seal ring 6, Accordingly, the width of the seal ring 6 can be reduced, and the cost can be reduced.
[0052]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the fifth embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 5 showing the fourth embodiment described above. However, in FIG. 6, parts that are the same as or similar to parts in FIG.
The shaft seal device 400D in the present embodiment shown in FIG. 6 is used in place of the shaft seal device 400C in the fourth embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG. Other than the configuration, the configuration is the same as that of the previous shaft seal device 400C.
[0053]
The indirect water supply means in the present embodiment is different from the indirect water supply means in FIG. 5 in that a ring-shaped rib 32 provided so as to protrude upward is additionally provided on the outer peripheral portion of the case 10. Also in the present embodiment, the water supply path is intermittent between the water supply hole 17 and the water reservoir 18 and between the water guide hole 19 and the seal surface S.
[0054]
With the indirect water supply device having such a configuration, the shaft seal device 400D in the present embodiment allows the water supplied from the external water supply device to seal ring 6 via the connector part 16, the water supply hole 17, the water storage part 18, and the water guide hole 19. The water that is guided to the space between the rib 32 and the ring member 31 and fills the space enters the seal surface S together with the high-pressure air to form a water film. Formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.
[0055]
In the present embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment described above can be obtained, and a sealing function can be obtained by the rib 32 provided in the case 10 and the ring member 31 provided in the cartridge case 12. The holding capacity of the guided water is higher than that of the shaft seal device 400C in the fourth embodiment, and the water supply to the seal surface S can be performed more reliably and the reliability can be improved.
[0056]
FIG. 7 is a sectional view showing the detailed structure of the sixth embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 2 in the first embodiment described above. However, in FIG. 7, the same reference numerals are given to the same parts as in FIG.
The shaft seal device 400E in the present embodiment shown in FIG. 7 is used in place of the shaft seal device 400 in the first embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG. Except for the configuration, the configuration is the same as that of the shaft seal device 400 described above.
[0057]
The indirect water supply means in the present embodiment is different from the shaft seal device 400 shown in FIG. 2 in that the stored water temporarily stores the supply water flowing down from the water supply hole 17 between the water supply hole 17 and the water storage part 18. A tank 33 and a supply pipe 34 provided in the water storage tank 33 and flowing down the stored water in the water storage tank 33 to the water storage section 18 are provided. The water storage tank 33 is fixed to the inner wall surface of the casing body 1 a so as to be positioned below the water supply hole 17, and the supply pipe 28 is near the bottom of the water storage tank 33 so that the outlet faces the water storage section 18. Is provided. In the present embodiment, the water supply path is intermittent at two places before and after the water tank 33.
[0058]
With the indirect water supply means having such a configuration, the shaft seal device 400E of the present embodiment temporarily receives the water flowing down from the water supply hole 17 through the pipe 15 and the connector portion 16 during the water surface push-down operation, into the water storage tank 33. The stored water in the water storage tank 33 is supplied to the water storage unit 15 through the supply pipe 34. Thereafter, a water film is formed on the seal surface S in the same manner as the shaft seal device 400 described with reference to FIG. Formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.
[0059]
Also in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained, and water can be stored in the water storage tank 33 in addition to the water storage section 18, so that the shaft shown in FIG. Compared to the sealing device 400, a larger amount of supply water can be stored by the volume of the water storage tank 33. That is, since the water supply time to the sealing surface S can be ensured longer than the shaft seal device 400 after the external water supply device is stopped, even when the external water supply device stops due to some disturbance, the rotary shaft 200 It is possible to more reliably prevent a situation in which the seal surface S slides without water supply until the rotation stops. Therefore, lubrication of the seal surface S at the time of sudden stop of the rotating shaft 200 can be ensured more reliably, and burning of the seal ring 6 can be prevented more reliably, so that the reliability can be greatly improved.
[0060]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the seventh embodiment of the shaft seal device of the present invention, and corresponds to FIG. 2 in the first embodiment described above. However, in FIG. 8, parts that are the same as or correspond to parts similar to those in FIG.
The shaft seal device 400F in this embodiment shown in FIG. 8 is used in place of the shaft seal device 400 in the first embodiment described above, for example, in the pump turbine of FIG. Other than the configuration, the configuration is the same as that of the shaft seal device 400 described above.
[0061]
The indirect water supply means in the present embodiment is different from the shaft seal device 400 shown in FIG. 2 in that a water storage tank 36 that stores water supplied from the external water supply device 35, an external water supply device 35, and a water storage tank. A pipe 37 for connecting 36 and a pipe 38 for connecting the water storage tank 36 and the sealing space in the shaft seal device 400F are additionally provided. The water storage tank 36 is connected to the connector section 16 via the pipe 15 and is provided for the purpose of storing water together with the storage section 18 when the water supply is stopped, similar to the storage tank 33 described in FIG. Unlike the water storage tank 33 of FIG. 7, a space having a large capacity is used because it is not limited by space because it is disposed outside the casing 1. The pipe 37 is provided with a check valve 39 for preventing a backflow to the external water supply device 37.
[0062]
With the indirect water supply means having such a configuration, the shaft seal device 400F of the present embodiment stores water supplied from the external water supply device 35 via the pipe 37 in the water storage tank 36 during the water surface push-down operation. The stored water in the water storage tank 36 flows down from the water supply hole 17 through the pipe 15 and the connector part 16 and is stored again in the water storage part 18. Thereafter, a water film is formed on the seal surface S in the same manner as the shaft seal device 400 of FIG. In addition, the formation of a water film on the seal surface S during pump operation and water turbine operation is the same as in the first embodiment described with reference to FIG. 2. River water filling the casing 1 of the apparatus 400F is stocked in the water storage tank 36 via the pipe 38 or the pipe 15.
[0063]
Also in the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and water can be stored in a relatively large water storage tank 36 provided outside the shaft seal device 400F. Therefore, the amount of water that can be stocked in the water supply path is larger than that of the first embodiment, and as in the sixth embodiment of FIG. In the present embodiment, the river water filling the shaft seal device 400F is stocked to the full capacity of the water storage tank 36 via the pipe 38 or the pipe 15 during the water turbine operation. When high-pressure air is supplied into the casing 1 of the shaft seal device 400F, the river water stored in the water storage tank 36 passes through the pipe 15, the connector part 16, the water supply hole 17, the water storage part 18, and the water introduction hole 19. Then, water is supplied to the outer peripheral portion of the seal surface S. In this way, since the river water is stored in the water storage tank 36 during the water turbine operation, the supply amount from the external water supply device 35 can be reduced. Therefore, the external water supply device 35 can be reduced in size, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the seal case is not restrained by the water supply path to the seal surface, the seal case can sufficiently follow the vertical movement of the rotary shaft, and high reliability can be ensured over a long period of time. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a configuration example of a pump turbine using a shaft seal device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the first embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a second embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a detailed structure of a third embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a detailed structure of a fourth embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a detailed structure of a fifth embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a sixth embodiment of the shaft seal device of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a detailed structure of a seventh embodiment of the shaft seal device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 casing
2 Rotating ring
3 Seal case
5 O-ring
6 Seal ring
6a Static side seal ring
6b Rotating side seal ring
12 Cartridge case
16 Connector (indirect water supply means)
17 Water supply hole (indirect water supply means)
18 Water reservoir (indirect water supply means)
19 Water conveyance hole (indirect water supply means)
20 Circumferential groove (indirect water supply means)
21 Radiation groove (indirect water supply means)
24 ring water pipe (indirect water supply means)
25 nozzle (indirect water supply means)
26 Labyrinth seal (indirect water supply means)
27 Water supply channel (indirect water supply means)
28 Exhaust hole (exhaust pipe)
29 Exhaust pipe (exhaust pipe)
30 valves
31 Ring member (indirect water supply means)
32 rib (indirect water supply means)
33 Water tank (indirect water supply means)
34 Supply pipe (indirect water supply means)
35 External water supply device (external water supply means)
36 Water storage tank (indirect water supply means)
37,38 Piping (indirect water supply means)
100 runners
200 axis of rotation
300 runner casing
400, 400A-F Shaft seal device
S Seal surface

Claims

In the shaft seal device for preventing fluid leakage from the gap between the runner casing of the pump turbine and the rotary shaft,
A rotating ring attached to the rotating shaft;
A casing attached to the runner casing so as to surround the rotating ring and the rotating shaft;
A seal case that is located in a gap between the casing and the rotating shaft, is inserted through the rotating shaft, and is slidable in the axial direction with respect to the casing;
An O-ring that seals the gap between the seal case and the casing;
A seal ring for sealing a gap between the seal case and the rotating ring, the stationary ring and the rotating seal ring facing each other, which are attached to the seal case and the rotating ring, respectively.
This seal ring guides water supplied from an external water supply means to the seal surface which is a sliding surface of the stationary seal ring and the rotary seal ring, and is in the middle of the water supply path to the seal surface. Indirect water supply means having at least one interrupted portion;
An exhaust pipe for exhausting high-pressure air in the casing;
With a valve that opens and closes this exhaust line,
The indirect water supply means includes a water supply hole that guides the supply water into the casing, and a labyrinth seal having a water supply passage for supplying the supply water from the water supply hole.

2. The shaft seal device according to claim 1, wherein the indirect water supply means includes a water storage part that temporarily stores the supply water guided through the water supply channel , and a water guide that guides the stored water in the water storage part to the seal surface. A shaft seal device further comprising a hole.

3. The shaft seal device according to claim 1, further comprising a cartridge case attached to the seal case and detachably holding the stationary seal ring.

A runner provided at the end of the rotary shaft;
A runner casing formed to cover the runner;
A rotating ring attached to the rotating shaft;
A casing attached to the runner casing so as to surround the rotating ring and the rotating shaft;
A seal case that is located in a gap between the casing and the rotating shaft, is inserted through the rotating shaft, and is slidable in the axial direction with respect to the casing;
An O-ring that seals the gap between the seal case and the casing;
A seal ring for sealing a gap between the seal case and the rotating ring, the stationary ring and the rotating seal ring facing each other, which are attached to the seal case and the rotating ring, respectively.
This seal ring guides water supplied from an external water supply means to the seal surface which is a sliding surface of the stationary seal ring and the rotary seal ring, and is in the middle of the water supply path to the seal surface. Indirect water supply means having at least one interrupted portion;
An exhaust pipe for exhausting high-pressure air in the casing;
With a valve that opens and closes this exhaust line,
The pump water turbine according to claim 1, wherein the indirect water supply means includes a water supply hole that guides supply water into the casing, and a labyrinth seal having a water supply passage that distributes the supply water from the water supply hole.