JPH04151074A

JPH04151074A - 水力機械の軸封装置

Info

Publication number: JPH04151074A
Application number: JP2272238A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kuwajima; 桑島　健
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-05-25

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）本発明は水力機械の軸封装置に係り、特に水車やポンプ
等の水力機械の主軸に沿って外部へ漏減する流出水をシ
ールするに好適な水力機械の軸封装置に関する。

（従来の技術）一般に、回転軸とケーシング等の固定部材との間にはパ
ッキングを含む軸封装置が組込まれ、パッキングを回転
軸の表面に接触させることによりシールを行なっている
。シール効果を高める為にはある程度の押圧力をパッキ
ングに付与する必要があるが、この押圧力が必要以上に
強すぎた場合には、回転軸の円滑な作動を妨げ、パッキ
ングまたは回転軸の摺動面の摩耗を促進し、著しい場合
には焼損を起すことがある。

第５図は水車の主軸封水装置を示したものであり、図に
おいてうず巻ケーシング１内の圧力水はガイドベーン２
を通してランナ３に向って流れ、ランナ３を回転させた
のち吸出管を経て対水路へ吐き出される。この間に流水
の一部はランナ３９上方にも流れ、上カバー４との間隙
５を通して、回転軸である主軸６と上カバー４との間に
流れようとするが、この圧力水は軸封装置７によってシ
ールされる。

この軸封装置７は第６図乃至第８図に示されたように、
上カバー４に対してボルト８で固定さｔたパッキング箱
９を有し、このパッキング箱９−にはパッキング１０ａ
　、　ｌｏｂ　、　１０ｃが軸方向に沿１て複数段設け
られ、これらのパッキング１０はパラキン押え１１の背
部に設けられたガータスプリング１２のバネ力によって
主軸６に向って押圧されて（る。パッキング１０ａ、１
０ｂ、１０Ｃのうち、上２Ｂのパッキングｌｏｇ　、　
１０ｂは通常フラン含浸焼結Ｃカーボンパッキングで構
成され、最下段のパラ碑ング１０ｃはフェノール樹脂系
の樹脂パッキングＣｚよって構成されている。

またパッキング１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃは第７
図に力すように、円周方向に複数個に分割されており、
各分割片の相互間は円周方向の間隙ｇを形成するように
して互いの凸部１４と凹部１５とが組合されている。さ
らに、パッキング１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃはそ
れぞれの内周面が主軸６に被嵌されたスリーブ１６の外
周面と摺接している。

一方、パッキング箱９内の２つのパッキング１０ｂおよ
び１０ｃの間には清水給水孔１７およびこの給水孔に連
なる給水バイブ１８が接続され、各パッキングｌＯａ　
、　１０ｂ　、　１０ｃの摺動面に清水を給水できるよ
うになっている。この供給された清水の圧力は、主軸フ
ランジ−１９とパッキング箱９との間の圧力室２０内の
圧力水の圧力と同等もしくは、それより１〜２　ｋｇｆ
’／ｃ−程度高い圧力を有している。

したがって、供給された清水は、ランナ３側からのパッ
キング摺動面への土砂の混入を防止すると共にパッキン
グの発熱を防止し、パッキングの摩耗の促進を防止する
ように作用する。

また、パッキング箱９の上方には水切り板２１が取付け
られ、パッキング１０ａ　、　ｆｏｂ　、　１０ｃ　カ
ラ流出した水を半径方向外方に振り飛ばし上部の軸受２
２に直接達しないようになっている。

（発明が解決しようとする課題）ところがパッキングとしてカーボンパッキングＩＤａ　
、　１０ｂと樹脂パッキングｌｏｃを使用した従来の軸
封装置における封水圧力は、カーボンパッキングでは５
　ｋｇｆ／ｃ−程度、又樹脂パッキングでは３　ｋｇｆ
／ｃシ程度と小さい値で限界となっている。

このために高圧の軸封装置の場合にはパッキングの段数
を増やして多段構造とせざるを得ず、必然的にランナ３
の上下方向の中心と軸受２２の中心との間の軸方向の距
離りが大きくなる傾向にあるしたがって、軸受からのオ
ーバーハングが大きくなって、軸振れが大となり運転上
大きな障害となっていた。

また、従来のカーボンパッキングは土砂混入水に対して
摩耗特性が悪いと共に脆性材料であるために折損を起し
易く、折損を防止するために断面係数を大きくした場合
には、パッキングが必然的に大型になって距離りかます
ます大きくなるという問題があった。また従来の樹脂パ
ッキングは熱伝導率が悪く冷却性が悪いので、摺動面付
近の温度勾配が大きくなり易く、いったん発熱すると摺
動面でのフレッティングコロ−ジョンを起し易い。

著しい場合には焼損を起すという問題があった。

そこで、本発明の目的は上述した従来の軸封装置が有す
る種々の問題点を解消し、高い封水圧力が期待でき、耐
摩耗性に優れ、少ない段数で封水性能を長期にわたって
維持できるようにした高寿命の水力機械の軸封装置を提
供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は回転軸の一端にラ
ンナを取付けた回転軸のまわりにパッキング箱を配置し
、このパッキング箱内に回転軸を取囲むように複数個の
パッキングを配置し、ガータスプリングのばね力によっ
てそれらのパッキングの摺動面を回転軸の周面に圧接さ
せるようにした水力機械の軸封装置において、前記回転
軸６の表面と接触する前記パッキングの摺動面の中間部
には圧力水の供給ポートを形成すると共に前記摺動面の
高圧側の内周端縁を全長にわたってほぼ直角に切欠いて
、圧力水を導入可能な切欠部を形成する一方前記パッキ
ングはカーボン基材中の気孔にアンチモン合金を溶融加
圧含浸した金属含浸カーボンで構成したことを特徴とす
るものである。

（作　用）カーボン基材中の気孔にアンチモン合金を溶融加圧含浸
して成る金属含浸カーボンは、従来のカーボンパッキン
グや樹脂パッキングと比較し強度が強く熱伝導率が良い
ので、このような特性を有する金属含浸カーボンを水力
機械の軸封水装置のパッキングに用いることにより、曲
げ強度や圧縮強度が向上し、小型化が図れる。また水力
機械の軸封水部が高圧化する傾向にある今日の技術に追
従出来るパッキングを提供できる。

また、熱伝導率が高くなることにより、主軸とパッキン
グとの摺動によって起る熱をより早く拡散出来、発熱を
防止することにより焼付を防ぐことが出来る。

（実施例）以下本発明による水力機械の軸封装置の一実施例を説明
する。

第１図乃至第４図は、本発明による水力機械の軸封装置
を示しており、第５図乃至第８図と同一部分には同一符
号を付して示しである。

第１図において、全体を符号７で示した軸封装置は上カ
バー４と主軸６との間にパッキング箱９が装着されこの
パッキング箱９内にはパッキング３２ａ　、　３２ｂ　
、−３２ｃが３段にわたって組込まれている。

これらのパッキング３２ａ　、　３２ｂ　、　３２ｃの
背面にはパッキング押え１１が宛われ、パッキング押え
１１の外側にはガータスプリング１２が装着されており
、パッキング３２ａ、　３２ｂ　、　８２ｃがスリーブ
１Ｂの外周面に押し付けられている。

本発明では、上記パッキング３２はカーボン基材中の気
孔にアンチモン合金を溶融加圧含浸して成る金属含浸カ
ーボンで構成される。

この金属含浸カーボンは曲げ強度や圧縮強度が従来のカ
ーボンパッキングの２倍であり、熱伝導係数は従来のカ
ーボンパッキングの１０倍であり、しかも摺動特性およ
び耐熱性が良く、また耐水性が良いものである。

第２図は第１図に示す下段のパッキング３２ｃを除いた
いわゆる２段のパッキクング３２ａ　、　３２ｂで構成
したものである。

又、パッキング箱９と圧力室２０との間に隔壁に給水孔
３３を設けると共にこの給水孔３３に対して給水パイプ
３４を接続し、主軸スリーブ１６の外周面に向って給水
Ｗを供給しうるようにした例を示している。

これは、高強度を有する金属含浸カーボンをパッキング
３２ａ　、　３２ｂに使用することにより、段数を１殺
減じたものである。

又、図示のように給水することによりポンプ水車での揚
水運転の起動や、調相運転などのランナ室内に圧縮空気
を封入してランナを空転する時の圧縮空気の漏れを防止
することが出来るようにしたものである。

第３図ないし第４図はパッキング３２ａ　、　３２ｂ　
。

３２ｃの摺動面に高圧側の圧力水Ｐ１を導くための流路
を形成し、パッキング摺動面の冷却効果を高め、摺動面
付近の温度勾配をより小さくすることにより安定した水
膜を形成し、さらに耐摩耗性を改善し、高寿命化を図る
上で有効な手段をそれぞれ示している。

すなわち第３図および第４図に示した例では、パッキン
グ３２ａ　、　３２ｂ　、　３２ｃの各分割部片の摺動
面に給水ポートを構成する矩形状の溝３５を設け、この
溝３５に高圧側圧力水Ｐ１を導くよう圧力室２０内に連
通する連通溝３Ｂを設けたものである。

これによると高圧側圧力水はパッキングを半径方向外方
へ戻すように作用し、この力はパッキング背部に設けら
れたガータスプリングの押圧力と相殺してパッキング摺
動面の面圧を下げ、冷却効果を高めると共に、より安定
な水膜を形成し、摩耗をより軽減し高寿命化を図るよう
に働く。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、主軸
の外周面に対して配置されたパッキング≠として、カー
ボン基材中の気孔に、アンチモン合金を溶融加圧含浸し
て成る金属含浸カーボ〉を使用したので、強度アップが
計られて封水圧丈を高くしても破壊が起らない。また、
熱伝達が良いので、主軸とパッキングとの摺動熱が拡散
しやすく焼付を防ぐことが出来る。

このような特徴から軸受装置全体を小型、軽量化が出来
て、上下方向の中心と軸受の中心との間の軸方向の距離
が小さくでき、また軸振れも小さく出来、水力機械の安
定な運転が可能となる。

又、パッキングの摺動面に矩形状の溝を設けて高圧側圧
力水を導くことにより、冷却効果を高め安定した水膜が
摺動面に得ることが出来る。

これらの特徴によりポンプ水車の揚水起動時や調相運転
時にも安定した運転が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水力機械の軸封装置の一実施例を
示した縦断面図、第２図は本発明の軸封装置の他の一実
施例を示した縦断面図、第３図および第４図はパッキン
グの摺動面に給水ポートを形成した例を示した斜視図お
よび断面図、第５図は従来の水車の主要部を示した縦断
面図、第６図は従来の軸封装置を示した縦断面図、第７
図は従来の軸封装置に使用しているパッキングの一部を
示した斜視図、第８図は同パッキングの装着状態を示し
た断面図である。１・・・ケーシング　　　２・・・ガイドベーン３・・
・ランナ　　　　　４・・・上カバー５・・・間隙　　
　　　　６・・・主軸７・・・軸封装置　　　　８・・
・ボルト９・・・パッキング箱　　１０・・・パッキン
グ１１・・・パッキング押え　Ｉ２・・・ガータスプリ
ング１４・・・凸部　　　　　　１５・・・凹部１６・
・・主軸スリーブ　　１７・・・給水孔１８・・・給水
バイブ　　　Ｉ９・・・主軸フランジ２０・・・圧力室
　　　　　２１・・・水切り２２・・・軸受　　　　　
３２・・・パッキング３３・・・給水孔　　　　　３４
・・・給水パイプ３６・・・連通溝代理人　弁理士　則　近　憲　佑第図Ｓ第図第図第図第図／ｌ第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水力機械の回転軸の一端にランナを取付け、その
回転軸のまわりにパッキング箱を配置してこのパッキン
グ箱内に前記回転軸を取り囲むように複数個のパッキン
グを配置し、ガータスプリングのばね力によってそれら
のパッキングの摺動面を前記回転軸の表面に圧接させる
ようにした水力機械の軸封水装置において、前記回転軸
の表面と接触する前記パッキングとして、カーボン基材
中の気孔にアンチモン合金等の金属含浸カーボンを使用
したことを特徴とする水力機械の軸封装置。
（２）前記回転軸の表面と接触する前記パッキングの摺
動面の中間部には圧力水の供給ポートを形成すると共に
、前記摺動面の高圧側の内周端縁を全長にわたりほぼ直
角に切欠いた圧力水を導入可能な切欠部を形成したこと
を特徴とする請求項（１）の水力機械の軸封装置。