JPH0712039A - ガイドベーンのシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水中に土や砂が混在していても、シールリング
が常に円滑に移動し、ガイドベーンのスムーズな回動が
可能で、かつパッキンが破損することなく、充分なシー
ル効果を維持できるガイドベーンのシール装置を提供す
るに。 【構成】シールリング１３を隙間方向に押圧している押
圧手段を、シールリングと略同径の一リングのコイルば
ね１０にて形成するとともに、このコイルばねを、ガイ
ドベーンの軸１ａと同心円状に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水車あるいはポンプ水
車など水力機械に採用されているガイドベーンのシール
装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水車あるいはポンプ水車などの水力機械
には、水量を調整するためにガイドベーンが設けられて
いる。このガイドベーンは、図２に１として示されてい
るように、水路４の水車ランナ３側端部に配置され、そ
して、その上下両側が軸支されて回動できるように形成
されている。

【０００３】すなわち、ガイドベーン１の上下端には、
その上下軸１ａ，１ｂが設けられており、これらの軸は
ブッシュ５ａ，６ａに支えられ回転するように形成され
ている。尚、このブッシュ５ａ，６ａは、水路壁である
上下カバー５，６に支持されている。

【０００４】ガイドベーン１の底部、すなわちガイドベ
ーン１と軸１ｂとの付け根部分には、図３にこの部分が
拡大されて示されているように、流体の力や回動トルク
による応力集中を回避するため、またガイドベーンの推
力を受けるため段軸部１ｃが設けられている。

【０００５】上軸１ａは、上カバー５を貫通し、図示は
されていないが、外部のガイドベーン操作装置に接続さ
れており、下軸１ｂは、下カバー内部に包括されている
場合もあるが、一般には外部に開放されている場合が多
い。

【０００６】この下軸１ｂが外部に開放されている場
合、ポンプ水車内部（水路４）と外部の圧力差により、
ガイドベーン端面、すなわち段軸部１ｃとブッシュ６ａ
との隙間δから漏水７ａ、あるいは漏水７ｂが生じる。

【０００７】これらの漏水を防止するため、一般には、
この隙間δにリップパッキン、スクィーズパッキンと呼
ばれるパッキンを設けるようにしていた。すなわち図４
に示すように、パッキン８をブッシュ６ａに設けられて
いる溝６ｃに装着し、両者間の隙間δを無くして漏水を
防止するようにしている。

【０００８】この場合、パッキン８の材料としてはゴ
ム、布入りゴム、皮、その他各種合成樹脂等が用いられ
ているが、ポンプ水車においては、漏れる水の中に土や
砂などの異物が混在しているため、通常、この異物に対
し耐久性があるゴムが一般に用いられている。

【０００９】このパッキン８を用いた場合のシール作用
について図５を用いて簡単に説明すると、流体圧力Ｐ
（Ｐ１＝高圧力側、Ｐ２＝低圧力側）がパッキン８に作
用した場合、パッキン８は変形して隙壁（シール面）に
密着する。この密着により、シール面に流体圧力よりも
高い圧力が生じ密封が図られるわけである。尚、この関
係の詳しい説明は「シール技術；近代編集者；昭和４７
年１２月；８５ページ」に示されている。

【００１０】このように形成されているシール装置の場
合、適正なシール効果を得るためには、パッキン８と隙
間δの寸法の関係は特定する必要があり、この隙間の寸
法は、パッキンの種類及び圧力の大きさによって関係は
異なる。例えば、スクィーズパッキンの中で広く一般に
使用されているＯリングを例にとると、硬さ８０Ａで断
面直径が８ｍｍの物を圧力１００ｋｇ／ｃｍ²の基で用
いる場合、隙間δはＯリングの断面直径の２％以下とな
る。

【００１１】このように充分なシール効果を得るために
は、隙間δの寸法は精度が要求されるわけであるが、こ
の種ガイドベーンの場合、ガイドベーン１の端面、すな
わち段軸部１ｃとブッシュ６ａとの間の隙間寸法は、ポ
ンプ水車の構造上、組立て完了後においては数種の部品
の加工公差が加算され、パッキン８に必要な適正隙間の
数倍から十数倍になってしまう場合があり、充分なシー
ル効果を得ることは難しいことであった。

【００１２】このようなことから、最近になり隙間寸法
が部品の加工公差などに左右されないシール装置が考え
られている。

【００１３】すなわち図６に示されているように、シー
ルすべき部分にパッキン８が施されたシールリング１３
を設け、このシールリング１３を、押圧手段によりシー
ル壁面に押しつけ、すなわちシールリングの周方向に所
定の間隔をおいて配置された複数個のコイルばね１０ａ
によりシールすべき隙間壁面側に押しつけ、パッキン８
の存在する隙間寸法を所定値に保つようにしたものであ
る。

【００１４】このものであると、シールリングが、複数
個のばね１０ａより形成され押圧手段によりシール面に
押しつけられているので、数種の部品の加工公差が加算
され、隙間δに大小が生じても、あるいは、流体力によ
るガイドベーン１の振動に伴う隙間δの変化があって
も、シールリングがこの変化に追従し、常に隙間を小さ
く保つ方向に作用し、シール効果を維持できるのであ
る。

【００１５】尚、これに関連するものとしては、例えば
特開昭６１−８２０７４号公報が挙げられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに形成されたシール装置であっても、高落差ポンプ水
車のガイドベーン部に用いると、ポンプ水車において
は、漏れる水の中に土や砂などの異物が混在しているた
め、シールリングの周方向に散在配置されたばねの内部
に土や砂が入ると、丁度籠状のものの内部に土や砂が入
ったと同様、出難くくなるため、ばねの伸縮が鈍くなっ
てしまう。

【００１７】この現象が周方向或る特定位置のばねに生
ずると、シールリングに傾きを生じさせてガイドベーン
の円滑な回動を妨げ、またパッキンが破損したり、さら
には漏水防止が不充分となる嫌いがあった。

【００１８】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、たとえ水中に土や砂が混在してい
てもシールリングに作用する押圧力が所定値を保ち、シ
ールリングが常に円滑に移動し、ガイドベーンの円滑な
回動が可能で、かつパッキンが破損することなく、充分
なシール効果を維持できるこの種ガイドベーンのシール
装置を提供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明はシール
リングを隙間方向に押圧している押圧手段を、シールリ
ングと略同径の一リングのコイルばねにて形成するとと
もに、このコイルばねを、ガイドベーン軸と同心円状に
配置し所期の目的を達成するようにしたものである。

【００２０】

【作用】すなわちこのように形成されたシール装置であ
ると、押圧手段であるばねが、ガイドベーンの下軸と同
芯円状に配置された一リングのコイルばねであるので、
たとえこの部分に土砂が侵入してきても、従来のように
周方向特定の部分のばねが作動しなくなる恐れは無く、
したがってシールリングに作用する押圧力は、周方向ほ
ぼ平等なものとなり、シールリングが常に円滑に移動
し、ガイドベーンの円滑な回動が可能となる。

【００２１】また、シールリングの偏りが減少すること
から、パッキンの偏り摺れは無くなりパッキングが破損
することはなくなる。

【００２２】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

【００２３】図１には、ガイドベーン１の下方部、すな
わち下軸１ｂ部の周辺が断面で示されている。下軸を支
えているブッシュ６ａの端面と段軸部１ｃの端面との間
には、シールリング１３が配置されている。

【００２４】このシールリング１３は、硬質材にて形成
され、段軸部側の面に凹溝１３ａを有し、かつ外周側の
側壁部でその上方部には、ばね係止用の鍔部１３ｂを有
している。

【００２５】前記シールリングの凹溝１３ａには、ゴム
材よりなるパッキン８が嵌挿されている。勿論この場
合、このパッキンの一部がシールリング１３の表面より
突出するように形成されていることは云うまでもない。
また、パッキン８と凹溝１３ａ壁面の接合面のうち、高
圧力側接合面、すなわち水路側となる側（図中左側）の
接合面は、シールリング１３に密封接合されており、パ
ッキン８と凹溝１３ａの接合面には流体の圧力が作用し
ないように形成されている。

【００２６】ブッシュ６ａのシールリング内壁に対向す
る面にも凹溝６ｃが形成され、この凹溝にもパッキン９
が嵌挿され、シールリング１３の下方部からの漏洩を防
止している。

【００２７】シールリングの鍔部１３ｂとブッシュ６ａ
間には、シールリングの押圧手段であるばね１０が、縮
圧的に介在されている。図からも明らかなように、特
に、このばねは、下軸１ａと同芯円状に配置された一リ
ングのコイルばねである。

【００２８】尚、図中１２として示されているのはシー
ルリング１３の回り止め用のストッパで、シールリング
１３の隙間方向以外の動きを止めている。

【００２９】さらに、ガイドベーンの段軸部１ｃには高
圧力側の隙間形状を規制するスカート状の突起１１が設
けられている。この突起があることにより、流体はこの
突起１１を回り込んでシールリング１３の周りに流入す
るので、流体力はシールリング１３のシール面と反対側
の面に先に作用する。

【００３０】このように形成されたシール装置である
と、押圧手段であるばね１０が、下軸１ａと同芯円状に
配置された一リングのコイルばねであるので、たとえこ
の部分に土砂が侵入してきても、コイルばねが一リング
であり、従来のように周方向特定の部分のばね作用が作
動しなくなる恐れは無く、したがってシールリング１３
に作用する押圧力は、周方向ほぼ平等なものとなり、シ
ールリング１３が常に円滑に移動し、ガイドベーン１の
円滑な回動が可能となる。

【００３１】また、シールリング１３の偏りが減少する
ことから、パッキン８の偏り摺れは無くなりパッキング
が破損することなく、充分なシール効果を維持すること
ができる。

【００３２】尚、以上の説明では、シールリングのばね
の形成およびその配置構成に当たり一つの実施例を挙げ
て説明してきたが、このようなシールリングのばねの構
成には、他にも種々考えられるであろう。

【００３３】図６にはもう一つの実施例をあげた。この
図においては、ばね１０は前実施例同様に下軸１ｂと同
心円状に形成されるが、シールリング１３の外周側に配
置されるのではなく、シールリング１３の径方向中央部
で、かつ下方部に凹溝１５が形成され、この凹溝に一リ
ングのばね１０が配置されるのである。

【００３４】このような構成であると、下軸に同心円状
の一リングのばねであることから、前述した実施例と同
様な効果が達成されることは勿論のこと、さらに、この
場合には、ばね１０が溝１５の両壁間に、配置されるの
でばね１０のばね線間には土砂が入り難くなり、さらに
有効であろう。

【００３５】また、図８には他の実施例を示した。この
実施例の場合には、コイルばね１０のばね線間隔ｈを変
えるようにしたものである。すなわち下方部に位置する
ばね線の間隔を上方部に位置するものより大きくするよ
うにしたものである。

【００３６】この構成であると、土砂は下方部を流れ、
また下方部に溜るのことから、この下方部のばね線間隔
が大きいことは、土砂はこの部分を通過し易く、また滞
留したとしても、ばね線間に詰まることは少なく、ばね
の伸縮に影響を及ぼさず、すなわちシールリングの押圧
力を長時間所定の値に保つことができるのである。

【００３７】尚、この場合、ばね線間隔を上方から下方
に向かうに従い次第に大きくするようにしても同様な効
果がえられるであろうし、この方がばねの製造はし易い
であろう。

【００３８】図９にはさらに他の実施例が示されてい
る。この実施例においては、ばね１０の形状を下方に向
かうほどその径（Ｄ１、Ｄ２）が大きくなるように形成
したものである。

【００３９】このように形成されたものであっても前述
したばねと同様な効果を達成し、さらには、ばね作用は
柔軟なものとなり有効であろう。

【００４０】

【発明の効果】以上種々述べてきたように、本発明は、
シールリングを押圧するばねの形状を、ガイドベーンの
軸と同心円状の一リングとなしたから、たとえ土砂が流
通してきても、ばねの間にたいせき退席することはなく
なり、したがってたとえ水中に土や砂が混在していて
も、シールリングに作用する押圧力が所定値を保たれて
シールリングが常に円滑に移動し、ガイドベーンのスム
ーズな回動が可能で、かつパッキンが破損することなく
充分なシール効果を維持できるこの種ガイドベーンのシ
ール装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシール装置の一実施例を示す縦断側面
図である。

【図２】ポンプ水車のガイドベーン周囲を示す縦断側面
図である。

【図３】図２のガイドベーン下軸部を拡大して示す縦断
側面図である。

【図４】従来のシール装置を示す縦断側面図である。

【図５】従来のシール装置のシール作用状態を示す縦断
側面図である。

【図６】従来のシール装置を示す縦断側面図である。

【図７】本発明のシール装置の他の実施例を示す縦断側
面図である。

【図８】本発明のシール装置のさらに他の実施例を示す
縦断側面図である。

【図９】本発明のシール装置のさらに他の実施例を示す
縦断側面図である。

【符号の説明】

１…ガイドベーン、１ｂ…ガイドベーン下軸、１ｃ…段
軸部、３…水車ランナ、６ａ…ブッシュ、８…パッキ
ン、９…パッキン、１０…コイルばね（押圧手段）、１
３…シールリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩城 文則 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイドベーンの軸と該軸を支承している
   ブッシュとの間に、パッキンを有するシールリングを備
   え、該シールリングを押圧手段により軸壁面方向に押圧
   して、軸とブッシュ間の漏水を防止するようになしたガ
   イドベーンのシール装置において、 前記シールリングの押圧手段を、前記ガイドベーンの軸
   と同心円状の一リング状コイルばねにて形成するように
   したことを特徴とするガイドベーンのシール装置。
2. 【請求項２】 ガイドベーンの軸と該軸を支承している
   ブッシュとの間に、パッキンを有するシールリングを備
   え、該シールリングを押圧手段により軸壁面方向に押圧
   して、軸とブッシュ間の漏水を防止するようになしたガ
   イドベーンのシール装置において、 前記シールリングの押圧手段をコイルばねにて形成する
   とともに、該コイルばねの形状を、前記ガイドベーン軸
   と同心円の一リング状に形成したことを特徴とするガイ
   ドベーンのシール装置。
3. 【請求項３】 ガイドベーンの軸と該軸を支承している
   ブッシュとの間に、パッキンを有するシールリングを備
   え、該シールリングを押圧手段により軸壁面方向に押圧
   して、軸とブッシュ間の漏水を防止するようになしたガ
   イドベーンのシール装置において、 前記シールリングの押圧手段をコイルばねにて形成する
   とともに、該コイルばねの形状を、前記ガイドベーン軸
   と同心円状の一リング状に形成し、かつコイルばね線間
   の間隔が下方側程大きくなるように形成したことを特徴
   とするガイドベーンのシール装置。
4. 【請求項４】 前記シールリングの外周側壁面に、外方
   に突出した鍔部をもうけるとともに、該鍔部に前記コイ
   ルばねの一方端を係止してなる請求項１、２若しくは３
   記載のガイドベーンのシール装置。
5. 【請求項５】 前記コイルばねを、下方側程そのリング
   直径が大きくなるように形成してなる請求項１、２、３
   若しくは４記載のガイドベーンのシール装置。
6. 【請求項６】 ガイドベーンの軸と該軸を支承している
   ブッシュとの間に配置され、かつ前記軸とブッシュ間の
   隙間方向に移動可能に形成されているシールリングと、 該シールリングのシール面側に、一部頭出するように埋
   設固着され、かつ柔軟材よりなるパッキンと、 前記シールリングを軸壁面方向に押圧する押圧手段と、
   を備えてなるガイドベーンのシール装置において、 前記押圧手段を、前記ガイドベーン軸と同心円の一リン
   グ状で、かつ線間隔が下方側ほど大きいコイルばねにて
   形成するとともに、前記シールリングの外周側壁面上方
   部には、外方に突出した鍔部をもうけ、該鍔部に前記コ
   イルばねの一方端を固着係止するようにしたことを特徴
   とするガイドベーンのシール装置。