JPH01224477A - 水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、水力発電所に設置される水車に関し、特に、
その水スラスト調整装置の改良に関するものである。

（従来の技術） 第５図に従来のランナシールの構成の一例及び水スラス
ト調整用バランスパイプの配置例を示す、・水車静止部
の上カバー３及び下カバー４と水車回転部のランナ１と
の間を流れる漏水は、エネルギー変換部であるランナ１
の流路内を流れないので、ポンプ水車にとっては、漏れ
損失となる。従って、漏水を極力減らすため、ランナ↓
と上カバー３及び下カバー４との間に、ランナシールラ
イナ７゜８．９．１０によるギャップの最小部を設け、
シールしている。

ランナ１の背部に回った圧力水はランナ１を下方に押す
方向へ作用する。又、ランナ１下端の圧力水はランナ１
を上方に押し上げる方向に作用する。よって、ランナ１
にかかる水スラストはランナ背部と下端部との水圧差に
よって生じることになる。

第５図に示されたランナシール構成に対応した水圧力布
を第６図に示す。ランナ背部の水圧分布は実ＭＡに示さ
れるようにランナ１の入口上部と上カバー３＾ヤツプで
一段下がり、更にランナ背部ライナ（静止側）７とラン
ナ背部ライナ（回転部側）８とで構成されるランナ背部
シール部５１の最小ギャップで大きく下がる。又、ラン
ナ下端部の水圧分布は実線Ｂで示される様にランナ１の
入口下部と下カバー４とのギャップで一段下がり、更に
ランナ出口ライナ（静止側）９とランナ出口ライナ（回
転部側）１０とで構成されるランナ出口シール部５２の
最小ギャップで大きく下がる。

水圧受圧面積はランナ背部側の方が主軸２の分だけラン
ナ端部側より小さいが、ランナ背部側のランナ背部シー
ル部５１以降の水圧は、ランナ下端側のランナ出口シー
ル部５２以降の水圧より、相当大きいので、通常、水ス
ラストはランナを下向きに押し下げる方向へ働く。

経年使用後、ランナシール部ライナ７．８，９゜１０が
河川水に含まれる土砂等により摩耗し、シール部ギャッ
プが拡大すると、水圧分布図に破線Ｃ９Ｄで示す様な水
圧分布となる。ランナ背部側の水圧増大に比し、ランナ
下端部側はランナ出口シール部５２以降の水圧は、ドラ
フトチューブ１２の圧力として摩耗に関連して経年的に
変化しないので、下向きの水スラストが増加することに
なる。ランナｌに作用する水スラストはランナｌ及び主
＃２を含む全回転部重量と共に、スラスト軸受１１によ
って支えられている。このスラスト軸受１１の設計荷重
は、ランナシール部ライナ７．８，９．１０の将来の摩
耗により、増大する水スラストを考慮して決めている。

なお、下向き水スラストの増加を抑制する方法として第
５図に示すようにランナ背部とドラフトチューブを接続
するバランスパイプ１３を設けることがある。これは、
将来ランナ背部シール部ライナ７及び８が摩耗し、シー
ル部ギャップが拡大した場合でも、ランナ背部側のラン
ナ背部シール部５１より内側の水圧をバランスパイプエ
３を通してドラフトチューブ１２内の水圧とバランスさ
せ、水スラストの増大を防ぐものである。ランナ背部シ
ール部５１より内側の水圧はバランスパイプ１３の途中
に設けら塾だ水スラスト調整バルブ１４の開度調節によ
り調整される。

今、ランナ背部シール部５１及びランナ出口シール部５
２が第６図に示された例の様に、同−直径上に位置する
と各シール外側の水圧及び受圧面積は。

はぼ等しいことからランナシール外側のランナ背部側と
ランナ下端部側へ作用する力はほぼ等しい。

一方ランナシール内側については、水圧受圧面積は、ラ
ンナ背部側の方が主軸２の分だけランナ下端部側より小
さいがランナ背部側の水圧は、ドラフトチュ一方２（第
φ図参照）内の圧力であるランナ下端側水圧により相当
大きいので、ランナ背部側に作用する力の方がランナ下
端側へ作用する力よりも大きく、下向きの水イラストが
生じる。

゛　　。

（発明が解決しようとする課Ｍ） ランナ１に作用する下向き水スラストはランナ１及び主
軸２を含む回転部重量と共に、スラスト軸受１１によっ
て支えられている。このスラスト軸受１１の設計荷重は
ランナシール部ライナ７．８゜９．１０の将来の摩耗に
より増大する水スラストを考慮して決めており、かつス
ラスト軸受設計荷重の中で、水スラストの占める割合は
非常に大きいため、スラスト軸受設計荷重が大きくなる
原因となっている。

また、バランスパイプ方式を採用した場合、ランナ背部
側の圧力水がドラフトチューブ１２側へ流れることにな
り、エネルギー変換部であるランナ１の流路内を流れな
い漏れ流量の増大となる。これは、ポンプ水車にとって
は、漏れ損失の増大と一 なりポンプ水車効宜の低下を意味する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 鉛直軸まわりに回転する主軸と、この主軸を支持するス
ラスト軸受と、主軸とともに回転するうンナと、こＭ→
叔旨♂ａう下刃７荏を具備する水車において、ランナと
上カバーとの間の間隙にはランナ背部シール部があり、
ランナと下カバーとの間の間隙にはランナ出口シール部
があっＶ、ランナ背部シール部の上刃バー側には上下動
可能な可動ライナが取着されており、この上下動によっ
て可動ライナと上カバーの間の間隙が調節可能であるこ
とを特徴とするものである。

（作　用） 水車の長時間運転に伴なってシール部が摩耗するが、可
動ライナを動かすことにより、シール部の間隙を一定に
保つことができる。

（実施例） 本発明に係る一実施例を第１図ないし第４図により説明
する。ただし、第５図および第６図に示した従来技術と
共通の部分には共通の符号を付して説明を省略する。

第１図に示す様に、ランナ背部シール部５１をランナ出
口シール部５２より外側に配置し、がっランナ背部シー
ル部５１を構成するランナ背部ライナ（静止側）３７を
、人がランナ背部室５０にはいること無く、上下にスラ
イドできる機構をランナ背部室５０外部に設ける。

ランナ背部ライナ（静止側）３７のスライド機構の一例
を第３図及び第４図に示す。複数のライナ保持台■９を
第４図に示す様に複数の円筒状のランナ背部ライナ（静
止側）３７の頭部に共通に接続し。

ランナ保持台１９を上下方向に移動することにより、ラ
ンナ背部ライナ（静止側）３７をスライドさせる。

ランナ保持台１９は上カバー３に植め込まれたボルト２
０に沿って上下方向に移動し、上下位置は位置！！１１
整ナツト２１によって固定保持される。ガイド軸受１８
はスライドするライナ背部ライナ（静止側）３７に対す
る軸受であり、その下部にランナ背部圧力水がランナ背
部ライナ（静止側）３７に沿って漏水しない様、封水装
置１７を設けている。

第１図に示した様なシール長さ方向にスライド可能なラ
ンナ出口ライナ（静止側）９を採用する場合、シール長
さ調整範囲を大きくし、摩耗によるギャップ拡大に対す
るシール効果維持能力を高めたい。従って新設当初は第
３図のランナ背部シール部５１シール長さ２３（第３図
参照）を短かくしておく必要がある。

ランナ背部シール部５１及びランナ出口シール部５２と
もシール効果を上げるため、ギャップ値は可能な限り、
はぼ同一に小さくしており、ランナ背部シール部５１側
のみシール長さ２３を短がくするとランナ背部シール部
５１のシール効果が落ち、ランナ背部シール部５１内側
の水圧が大となり、下向き水スラストの増大となる。

従って、ランナ背部シール部５１長さ２３を短かくした
場合の下向き水スラストの増加を抑えるためには、ラン
ナ背部シール部５１を第１図に示すように極力、外周側
に設置し、圧力が高いランナ背部シール部５１の外側の
受圧面積を小さくする必要がある。

第１図に示した本実施例のランナシール構成に対応した
ランナ背部及びランナ下端部の水圧分布図をそれぞれ、
第２図の曲線Ｅ、Ｆに示す。

ランナ背部シール部５１の位置をランナ出口シール部５
２よりも外周側に設置する事により、圧力の高いランナ
シール外側の受圧面積は水圧分布曲線Ｅ、Ｆに示される
様にランナ下端部の０部がランナ背部の０部より大とな
っており、その結果ランナシール部外側においてはラン
ナ１を上向きに押す力が作用する事になる。

しかし、ランナ背部シール部５１の長さ２３を新設当初
は短かくしている事から、ランナ背部シール部５１内側
の水圧が低下する度合は従来に比し、小さくドラフトチ
ューブ１２内圧力であるランナ下端部水圧に対し、高い
水圧となっている。その結果ランナシール部内側におい
ては、従来よりも下向き水スラストが大となっている。

ランナ１に作用する力は各点の水圧をＰＬ、Ｐｉの水圧
を受ける投影面積をＡｉとするとΣＰｉ　Ａｉとなる。

ランナ１に作用する上向き水スラストがランナ１及び主
軸２を含む回転部重量より、大となると回転部浮上り現
象が生じる。従って、ランナ下端部に作用する上向きの
力（ΣＰｉＤＡｉ□）がランナ背部に作用する下向きの
力（ΣＰｉＵＡｉｕ）より大きい場合は、うンナ１に作
用する上向き水スラストが回転部重量以下となる様に新
設当初のランナ背部シールのシール長さ２３を調整して
おく。経年使用により、ランナ背部ライナ３７，８が摩
耗しシールギャップが拡大し、ランナ背部シール部５１
の内側の水圧が増大してきた場合、ランナ背部ライナ（
静止側）３７を下方にスライドさせ、シール部の長さ２
３を長くする事により、シール効果を維持し、下向き水
スラストの増大を防ぐ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ランナ背部シール部のシール部長さを
調整し、ギャップ拡大後もシール効果を維持することが
可能となり、スラスト軸受は新設当初の水スラストに対
応した設計荷重とすれば良く、低価格化となる。ランナ
下端側は最内周側ランナ出口端にシール部を設け、ラン
ナ背部側は極力、外周側にランナ背部シールを設置する
事により、ランナ背部に作用する下向きの力を極小、ラ
ンナ下端部に作用する上向きの力を極大とする事ができ
る。

スラスト軸受に作用する荷重は、下向き方向の回転部重
量とランナ背部に作用する力と上向き方向のランナ下端
部に作用する力との合力によって決まってくる。ランナ
背部シール部の長さを適切に選定する事により、スラス
ト軸受荷重を零個に近づける様シール効果を最適化すれ
ば、スラスト軸受葵は、非常に低荷重の設計荷重とする
事ができ低価格化が可能となる。又スラスト軸受の低設
計荷重化により、スラスト軸受簀を支えるブラケット及
び冷却装置も低価格化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の要部縦断面図、第２図
は第１図の水車のランナ背部及び上端部水圧分布図、第
３図は第１図の水車のランナ背部シール部拡大断面図、
第４図は第１図の水車の長さ調整装置の平面図、第５図
は従来の水車の要部縦断面図、第６図は第５図の水車の
従来のランナシールのランナ背部及び上端部水圧分布図
である。 １・・・ランナ　　　　　　　２・・・主軸３・・・上
カバー　　　　　　４・・・下カバー８・・・ランナ背
部ライナ（回転部側）９°゛ランナ出ロライナ（静止側
） １０−°°ランナ出ロライナ（回転部側）１０・・・ス
ラスト軸受 ５１・・・ランナ背部シール部 ５２・・・ランナ出口シール部 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第１図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉛直軸まわりに回転する主軸と、この主軸を支持するス
   ラスト軸受と、主軸とともに回転するランナと、このラ
   ンナの上部をおおう上カバーと、ランナの下部をおおう
   下カバーを具備する水車において、ランナと上カバーと
   の間の間隙にはランナ背部シール部があり、ランナと下
   カバーとの間の間隙にはランナ出口シール部があって、
   ランナ背部シール部の上カバー側には上下動可能な可動
   ライナが取着されており、この上下動によって可動ライ
   ナと上カバーの間の間隙が調節可能であることを特徴と
   する水車。