JPH09170547A

JPH09170547A - 水力機械の軸封装置

Info

Publication number: JPH09170547A
Application number: JP7332318A
Authority: JP
Inventors: Takeya Furukawa; 川武也古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】各段のパッキンで同等のシール効果が得られ
るようにする。【解決手段】水力機械の主軸７の外周部に３段のパッ
キン１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設ける。中段パッキン室
２１と上段パッキン室２２との間に、圧力調整手段１１
０を設ける。圧力調整手段１１０を、両パッキン室２
１，２２を連通させるバイパス管１１１と、バイパス管
１１１上の減圧弁１１２と、バイパス管１１１から分岐
する排水管１１３と、排水管１１３上の逃し弁１１４と
で構成する。中段パッキン室２１が高圧の場合には、中
段パッキン室２１の高圧水を減圧弁１１２を通して上段
パッキン室２２に導く。上段パッキン室２２が高圧の場
合には、上段パッキン室２２の高圧水を逃し弁１１４を
通して排水する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水力機械の軸封装置
に係り、特に水車やポンプ水車の主軸にそって外部に漏
洩する流出水をシールする軸封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車やポンプ水車等の水力機器
においては、主軸に直結されたランナ側の圧力水が、外
部に漏水しないように、回転部と静止部の間に、軸封装
置を設けている。この軸封装置には、種々の構造のもの
があるが、回転する主軸の表面に、パッキンを接触摺動
させることによってシールする構造のものが多用されて
いる。洩止しようとする流体が、高圧の場合、上記パッ
キンを複数段設けて、対処する事が多い。

【０００３】図９は、このような構造の軸封装置を備え
た水力機器の一部を示したものであり、ケーシング１内
の圧力水は、ステイベーン２およびガイドベーン３を通
ってランナ４に向かって流れ、ランナ４を回転させた
後、吸出管（図示せず）から放水路へ放出される。この
間に、流水の一部は、ランナ４の背面にも流れ、上カバ
ー５との間隙６を通して主軸７と上カバー５との間に流
れようとするが、この圧力水をシールするのが軸封装置
８である。なお、ポンプ水車をポンプ運転する場合の水
の流れは、上記と逆になる。

【０００４】軸封装置８は、図９および図１０に示すよ
うに、上カバー５に対してボルト９で固定されたパッキ
ン箱１０を備えており、このパッキン箱１０内には、カ
ーボン製のパッキン１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（以下、共
通する場合は、１１で代表する。）が主軸７の回転軸方
向に沿って複数段設けられている。

【０００５】最下段のパッキン１１ｃは、土砂混入防止
のため、樹脂製パッキンとすることもある。これらのパ
ッキン１１は、パッキン押え１２の背部に設けられたガ
ータスプリング１３のバネ力によって主軸７に向けて常
時押圧されている。各パッキン１１は、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、例えば図１
１に示すように、円周方向の間隙Ｌを形成するようにし
て互いの凸部１４と凹部１５とが組み合わされ、それぞ
れの内周面は、摺動面Ｆとして、主軸７に被嵌された主
軸スリーブ１６の外周面と摺接している。また、図１２
に示すように、嵌合される凸部１４と凹部１５の各コー
ナーは通常、凸部１４がＣ面、凹部１５がＲ面の面取り
を施してあり、パッキン室の圧力水は、このＣ面とＲ面
により形成された流路Ａを通り、さらに、分割された各
パッキン１１の円周方向の間隙Ｌと、パッキン箱１０と
主軸スリーブ１６とのギャップＧで形成された流路Ｂを
通って、低圧側パッキン室または外部に放出される。

【０００６】一方、パッキン箱１０内の２つのパッキン
１１ｂおよび１１ｃの間には、清水給水孔１７が設けら
れ、これに連なる給水パイプ１８を通して、各パッキン
１１の摺動面Ｆに外部から清水が給水される。供給され
た清水の圧力は、主軸フランジ１９とパッキン箱１０と
の間の圧力室２０内の圧力と同等、もしくは０．１〜
０．２ＭＰａ程度高い圧力に圧力が調整されている。従
って、パッキン箱１０内に供給された清水は、パッキン
１１と主軸スリーブ１６との間で高圧の水膜を形成し、
ランナ４側からの土砂混入水が、パッキン摺動面Ｆに混
入するのを阻止するとともにパッキン１１の発熱を抑制
し、摺動面Ｆの潤滑効果により、パッキン１１の摩耗促
進を抑制する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】多段に組まれた軸封装
置のパッキンは、各段の差圧が均一であれば、各段が均
等なシール効果を発揮するが、各段での差圧の大きさに
差が生じると、差圧の大きな段のパッキンが、主として
シール効果を負担する傾向にある。このため、各段のシ
ール効果やパッキンの摩耗速度にバラつきが生じる。ま
た、各段での差圧のバラつきがあると、差圧の大きな段
を構成するパッキン箱１０に大きな水圧力がかかり、強
度的な面からみても好ましくない。

【０００８】差圧の大小は、構造的に決まるものである
が、組立の状態や、運転後のなじみ方、圧力変動、主軸
の振れ廻りなどにより変化するので、設計通りの値にな
らない場合が多い。パッキンが異常摩耗する原因として
は、土砂摩耗のほかに摺動面Ｆの水膜切れがある。水膜
切れの原因としては、（１）圧力室２０の圧力が高く、それによるパッキン箱
１０の変形が大となり、パッキン１１が傾いて、主軸ス
リーブ１６とパッキン１１との間の水膜が切れる場合。（２）冷却水量不足と各段パッキンに作用する差圧のア
ンバランスにより、差圧の大きなある１段のパッキン摺
動面Ｆの発熱が大きくなって水膜が切れる場合。（３）主軸７の振れ廻りにより、過渡的、部分的に水膜
が切れる場合。（４）河川水中の粘土質成分が、摺動面Ｆに付着堆積し
て、水膜が切れる場合。（５）（１）〜（３）が複合的に作用する場合。等がある。

【０００９】また、前述のように軸封装置の漏水は、主
に流路Ａ〜流路Ｂを通って流出するが、パッキン１１が
摩耗してくると、円周方向に分割された各パッキン１１
の間隙Ｌは次第に小さくなり、流路Ｂが狭くなる。低圧
側パッキン室、あるいは外部への漏水ポートである流路
Ｂが狭くなると、低圧側パッキン室あるいは外部への漏
水量が少なくなり、パッキン室の圧力が高くなる。

【００１０】このように、摺動面Ｆの水膜が切れたり、
適正な漏水量が確保できなくなった場合、パッキン内外
面の水圧バランスが崩れ、ガータスプリング１３による
スプリング力＋水圧力で、パッキン１１は主軸スリーブ
１６に押しつけられるため、異常摩耗を起こすとともに
冷却性も悪くなるので、主軸スリーブ１６の異常摩耗と
熱疲労によるクラック発生などの原因となる。したがっ
て本発明の目的は、各段のパッキンに作用する差圧を積
極的に制御し、各段でバランスよくシール効果を保つこ
とができる水力機械の軸封装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、各段のパッキ
ンに作用する圧力の差を、自動的に均等に制御すること
ができる水力機械の軸封装置を提供することにある。本
発明のさらに他の目的は、パッキンが摩耗した場合であ
っても、パッキン内外面の水圧バランスが崩れずに、適
正な摺動面の冷却効果を常に期待できる水力機械の軸封
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、水力機械の回転軸周囲部に、軸方向に沿って
複数段のパッキン箱を配置し、これら各パッキン箱内
に、周方向に分割された複数のパッキンをそれぞれ配置
するとともに、これらのパッキンを、ガータスプリング
の付勢力により軸心側に押圧して、各パッキンの摺動面
を前記回転軸の外周面に圧接させた水力機械の軸封装置
において、前記各パッキン箱で構成される圧力室のうち
の少なくとも２つの圧力室に、圧力室内の圧力を調整す
る圧力調整手段を設けるようにしたことを特徴とする。
そして、この圧力調整手段による圧力室内の圧力調整に
より、各段のパッキンに作用する圧力の差を常に一定に
保つことが可能となる。

【００１３】本発明はまた、圧力調整手段を、２つの圧
力室を連通させるバイパス管と、このバイパス管に設け
られた減圧弁と、バイパス管の減圧弁出側位置から分岐
する排水管と、この排水管に設けられた逃し弁とで構成
し、各段のパッキンに作用する圧力の差を自動的に均等
に制御するようにしたことを特徴とする。そしてこれに
より、装置構成を簡素化することが可能となる。本発明
はまた、圧力調整手段を、２つの圧力室を連通させるバ
イパス管と、このバイパス管に設けられた可調整絞り弁
と、バイパス管の可調整絞り弁出側位置から分岐する排
水管と、バイパス管と排水管との分岐部に設けられ前記
両圧力室の差圧により可調整絞り弁出側のバイパス管を
可調整絞り弁側または排水管側に選択的に接続する機械
式切換弁とで構成し、各段のパッキンに作用する圧力の
差を自動的に均等に制御するようにしたことを特徴とす
る。そしてこれにより、機械式切換弁のスプリング力調
整で、給排水の切換点となる圧力を任意に調整すること
が可能となる。

【００１４】本発明はまた、圧力調整手段を、各圧力室
にそれぞれ設けられた排水管と、これら各排水管にそれ
ぞれ設けられた逃し弁とで構成し、各段のパッキンに作
用する圧力の差を自動的に均等に制御するようにしたこ
とを特徴とする。そしてこれにより、各逃し弁の動作圧
力調整で、各圧力室内の圧力を任意に調整することが可
能となる。

【００１５】本発明はまた、圧力調整手段を、２つの圧
力室を連通させるバイパス管と、このバイパス管に設け
られた可調整絞り弁と、バイパス管の可調整絞り弁出側
位置から分岐する排水管と、この排水管に設けられた開
閉弁とで構成し、前記可調整絞り弁の開度制御および前
記開閉弁の開閉制御により、各段のパッキンに作用する
圧力の差を均等に制御するようにしたことを特徴とす
る。そして、これにより、可調整絞り弁の開度を手動で
調整することで、任意に圧力の調整を行なうことが可能
となる。

【００１６】本発明はまた、圧力調整手段を、２つの圧
力室を連通させるバイパス管と、このバイパス管に設け
られた第１制御弁と、バイパス管の第１制御弁出側位置
から分岐する排水管と、この排水管に設けられた第２制
御弁とで構成し、前記両制御弁の開度制御により、各段
のパッキンに作用する圧力の差を均等に制御するように
したことを特徴とする。そしてこれにより、両制御弁の
開度を手動で制御することで、圧力調整を任意に行なう
ことが可能となる。

【００１７】本発明はまた、圧力調整手段を、２つの圧
力室を連通させるバイパス管と、このバイパス管に設け
られた絞り弁と、絞り弁の出側に設けられた第１自動弁
と、絞り弁および第１自動弁に対し並列に接続された差
圧検出装置と、前記第１自動弁および差圧検出装置の出
側に設けられた圧力検出装置と、前記バイパス管の第１
自動弁出側位置から分岐する排水管と、この排水管に設
けられた第２自動弁とで構成し、前記各検出装置からの
信号で各自動弁を制御することにより、各段のパッキン
に作用する圧力の差を自動的に均等に制御するようにし
たことを特徴とする。そしてこれにより、より安定した
差圧のバランス調整が可能となる。

【００１８】本発明はさらに、周方向に隣位する一対の
パッキンの対向端部に、相互に組合わされる凸部および
凹部をそれぞれ設け、これら両部の周方向に対向する対
向面を、外径側に向かって次第に広間隔となる斜面とす
るようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、パ
ッキンが摩耗しても、凸部および凹部の対向面間の間隔
が狭くなることがなく、パッキン内外面の水圧バランス
が崩れずに、適正な摺動面の冷却効果を常に得ることが
可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水力
機械の軸封装置を示すもので、この軸封装置１０８は、
従来構造と同一のパッキン箱１０を備えており、このパ
ッキン箱１０内には、例えばカーボン製のパッキン１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ（以下、共通する場合は１１で代表
する。）が、主軸７の回転方向にそって例えば３段設け
られている。そして、これら各パッキン１１ａ，１１
ｂ，１１ｃは、パッキン押え１２の背部の設けたガータ
スプリング１３のばね力により、主軸７の軸心に向かっ
て常時押圧付勢されている。

【００２０】また、前記パッキン１１は、図２に示すよ
うに、周方向に分割された複数の分割片１１Ａにより構
成されており、これら各分割片１１Ａの相互間は、周方
向の間隙Ｌを形成するようにして互いの凸部１４と凹部
１５とが組合わされ、各分割片１１Ａの内周面は、摺動
面Ｆとして、主軸７に被嵌された主軸スリーブ１６の外
周面に摺接するようになっている。

【００２１】また、前記凸部１４および凹部１５の周方
向に対向する各対向面１４ａ，１５ａは、図２に示すよ
うに、外径側に向かって次第に広間隔となる斜面として
形成されており、これにより、各分割片１１Ａの摺動面
Ｆが摩耗した場合であっても、両部１４，１５の周方向
の間隙Ｌが初期値と変らない構造になっている。

【００２２】前記パッキン箱１０内の２つのパッキン１
１ｂ，１１ｃの間には、図１に示すように、清水給水孔
１７が設けられており、各パッキン１１の摺動面Ｆに
は、給水パイプ１８を通して外部から清水が給水される
ようになっている。また、中段パッキン室２１および上
段パッキン室２２には、各パッキン室２１，２２内の圧
力を調整する圧力調整手段１１０が設けられている。こ
の圧力調整手段１１０は、図１に示すように、前記両パ
ッキン室２１，２２を連通させるバイパス管１１１と、
このバイパス管１１１に設けられた減圧弁１１２と、バ
イパス管１１１の減圧弁１１２出側位置から分岐する排
水管１１３と、この排水管１１３に設けられた逃し弁１
１４とから構成されており、前記両パッキン１１ａ，１
１ｂに作用する圧力の差を自動的に均等に制御できるよ
うになっている。

【００２３】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。最下段のパッキン１１ｃは、圧力室２０からの土砂
混入防止の目的で設けられており、封水は上，中の２段
のパッキン１１ａ，１１ｂで受け持つことになる。した
がって、上，中の２段のパッキン１１ａ，１１ｂが封水
する分担水圧は、清水給水孔１７より給水される給水圧
力のそれぞれ１／２となることが望ましい。

【００２４】ここで、中段パッキン１１ｂの封水効果が
高く、例えば上段パッキン室２２の圧力が、清水給水孔
１７から給水される給水圧力の半分よりもさらに０．１
〜０．２ＭＰＡ低くなった場合には、バイパス管１１１
途中の減圧弁１１２が開き、中段パッキン室２１から上
段パッキン室２２に給水され、上段パッキン室２２の圧
力は、給水圧力の半分に上昇する。

【００２５】逆に、上段パッキン１１ａの封水効果が高
くなり、例えば上段パッキン室２２の圧力が、給水圧力
の半分よりもさらに０．１〜０．２ＭＰａ高くなった場
合には、排水管１１３に設けられた逃し弁１１４が開
き、上段パッキン室２２から圧力水が排出されるととも
に、中段パッキン室２１から上段パッキン室２１への給
水が停止し、上段パッキン室２２の圧力が給水圧力の半
分に低下する。

【００２６】以上の作用により、本実施の形態において
は、中段パッキン室２１〜上段パッキン室２２間の差圧
と、上段パッキン室２２〜大気圧間の差圧とは、常に給
水圧力の半分を中心に前後０．２ＭＰａ以内に保たれ
る。なお、減圧弁１１２および逃し弁１１４の動作圧力
は、任意に調整することができる。一方、軸封の継続に
よりパッキン１１は次第に摩耗することになるが、パッ
キン１１が摩耗すると、各分割片１１Ａは摩耗した分だ
け主軸７の軸心に向かって移動することになる。

【００２７】ここで、各分割片１１Ａの周方向の長さは
一定であるので、各分割片１１Ａが主軸７の軸心に向か
って移動すれば、その分だけ間隙Ｌは狭くなることにな
る。ところが、本実施の形態においては、凸部１４およ
び凹部１５の周方向に対向する各対向面１４ａ，１５ａ
を、外径側に向かって次第に広間隔となる斜面としてい
るので、各分割片１１Ａの摺動面Ｆが摩耗した場合であ
っても、両部１４，１５の周方向の間隙Ｌが初期値に比
べて狭くなるといった不具合がない。

【００２８】しかして、各パッキン室２１，２２に発生
する差圧を均等に保つことができるので、各段のパッキ
ン１１ａ，１１ｂのシール効果がほぼ同等となり、軸封
装置１０８全体としてのシール効果を向上させることが
できる。また、両パッキン１１ａ，１１ｂの摩耗速度に
差がなくなって、パッキン１１ａ，１１ｂの寿命を延ば
すことができる。また、差圧が均一に保たれるので、各
パッキン室２１，２２に作用する水圧は、各段のパッキ
ン箱１０に均等に作用することになり、強度上非常に有
利である。ランナ背圧、すなわちパッキン箱１０に作用
する水圧が高い場合でも、パッキン段数を増やすことで
各段に作用する差圧を低く抑えられるので、強度上もシ
ール性能上も非常に優れた軸封装置１０８を得ることが
できる。また、各分割片１１Ａ間に形成される漏水ポー
トＢの断面積は、パッキン１１が摩耗した場合であって
も不変であるので、パッキン１１からの漏水量は、パッ
キン１１の摩耗量に左右されずに一定に保たれ、漏水量
過少による水膜切れを防止し、パッキン１１や主軸スリ
ーブ１６の異常摩耗を防ぐことができる。

【００２９】図３は、本発明の第２の実施の形態を示す
もので、前記第１の実施の形態における軸封装置１０８
に代え、圧力調整手段２１０を有する軸封装置２０８を
用いるようにしたものである。すなわち、この圧力調整
手段２１０は、図３に示すように、両パッキン室２１，
２２を連通させるバイパス管２１１と、このバイパス管
２１１に設けられた可調整絞り弁２１２と、バイパス管
２１１の可調整絞り弁２１２出側位置から分岐する排水
管２１３と、バイパス管２１１と排水管２１３との分岐
部に設けられた機械式切換弁としてのスプール弁２１４
とを備えている。

【００３０】前記スプール弁２１４は、図４に示すよう
に、弁箱２１５内を摺動するピストン２１６と、このピ
ストン２１６を図中左方に付勢するスプリング２１７
と、このスプリング２１７の付勢力を調節する圧力調整
ねじ２１８と、上段パッキン室２２の水圧をピストン２
１６に作用させる背圧管２１９とを備えており、このス
プール弁２１４は、両パッキン室２１，２２の差圧によ
り作動し、給水ポート２２０を開いて両パッキン室２
１，２２を連通させたり、排水ポート２２１を開いて上
段パッキン室２２を排水管２１３に連通させるようにな
っている。

【００３１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。中段パッキン１１ｂの封水効果が高く、例えば上段
パッキン室２２の圧力が、清水給水孔１７から給水され
る給水圧力の半分よりもさらに０．１〜０．２ＭＰａ低
くなった場合には、ピストン２１６がスプリング２１７
の付勢力で押されて給水ポート２２０が開き、中段パッ
キン室２１の高圧水が上段パッキン室２２に供給され
る。逆に、上段パッキン１１ａの封水効果が高くなり、
例えば上段パッキン室２２の圧力が、給水圧力の半分よ
りもさらに０．１〜０．２ＭＰａ高くなった場合には、
ピストン２１６は背圧管２１９からの水圧によりスプリ
ング２１７の付勢力に抗し摺動し、排水ポート２２１が
開いて上段パッキン室２２の高圧水が排水管２１３を介
し排出される。

【００３２】以上の作用により、本実施の形態において
は、中段パッキン室２１〜上段パッキン室２２間の差
圧、および上段パッキン室２２〜大気圧間の差圧が、い
ずれも給水圧力の半分を中心にして前後０．２ＭＰａに
保たれる。なお、両ポート２２０，２２１切換時の圧力
は、圧力調整ねじ２１８によってスプリング２１７の付
勢力を調整することによって、任意に調整することがで
きる。しかして、本実施の形態によっても、前記第１の
実施の形態と同様の効果が期待できる。

【００３３】図５は、本発明の第３の実施の形態を示す
もので、前記第１の実施の形態における軸封装置１０８
に代え、圧力調整手段３１０を有する軸封装置３０８を
用いるようにしたものである。すなわち、この圧力調整
手段３１０は、図５に示すように、各パッキン室２１，
２２にそれぞれ設けられた排水管３１１，３１２と、こ
れら各排水管３１１，３１２にそれぞれ設けられた逃し
弁３１３，３１４とを備えている。

【００３４】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。図示しない給水ポンプの異常等により、中段パッキ
ン１１ｂの封水効果が高く、例えば中段パッキン室２１
の圧力が、設定した給水圧力の半分よりもさらに０．１
〜０．２ＭＰａ高くなった場合には、中段パッキン室２
１側の逃し弁３１３が開き、中段パッキン室２１の圧力
水が排水管３１１を介し排水される。このため、中段パ
ッキン室２１の圧力が設定値に調整される。逆に、上段
パッキン１１ａの封水効果が高くなり、例えば上段パッ
キン室２２の圧力が、給水圧力の半分よりもさらに０．
１〜０．２ＭＰａ高くなった場合には、上段パッキン室
２２側の逃し弁３１４が開き、上段パッキン室２２の圧
力水が排水管３１２を介し排水される。このため、上段
パッキン室２２の圧力が設定値に調整される。

【００３５】以上の作用により、本実施の形態において
は、中段パッキン室２１〜上段パッキン室２２間の差
圧、および上段パッキン室２２〜大気圧間の差圧が、い
ずれも給水圧力の半分を中心にして前後０．２ＭＰａに
保たれる。なお、各逃し弁３１３，３１４の動作圧力
は、任意に調整することができる。しかして、本実施の
形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の効果が
期待できる。

【００３６】図６は、本発明の第４の実施の形態を示す
もので、前記第１の実施の形態における軸封装置１０８
に代え、圧力調整手段４１０を有する軸封装置４０８を
用いるようにしたものである。すなわち、この圧力調整
手段４１０は、図６に示すように、両パッキン室２１，
２２を連通させるバイパス管４１１と、このバイパス管
４１１に設けられた可調整絞り弁４１２と、可調整絞り
弁４１２の前後に設けられた圧力計４１３と、バイパス
管４１１の可調整絞り弁４１２出側位置から分岐する排
水管４１４と、この排水管４１４に設けられたバルブ４
１５とを備えている。

【００３７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。中段パッキン１１ｂの封水効果が高く、例えば上段
パッキン室２２の圧力が、清水給水孔１７から供給され
る給水圧力の半分よりもさらに０．１〜０．２ＭＰａ低
くなった場合には、各段のパッキン室２１，２２の圧力
を圧力計４１３でモニタリングしながら、可調整絞り弁
４１２の開度を手動で調整して開き、中段パッキン室２
１の高圧水を上段パッキン室２２に供給する。逆に、上
段パッキン１１ａの封水効果が高く、例えば上段パッキ
ン室２２の圧力が、給水圧力の半分よりもさらに０．１
〜０．２ＭＰａ高くなった場合には、バルブ４１５を開
いて上段パッキン室２２の圧力水を排水管４１４を介し
て排水する。

【００３８】しかして、本実施の形態においては、圧力
の調整を手動で行なう必要があるが、その他の点につい
ては前記第１の実施の形態と同様の効果が期待できる。
図７は、本発明の第５の実施の形態を示すもので、前記
第１の実施の形態における軸封装置１０８に代え、圧力
調整手段５１０を有する軸封装置５０８を用いるように
したものである。すなわち、この圧力調整手段５１０
は、図７に示すように、両パッキン室２１，２２を連通
させるバイパス管５１１と、このバイパス管５１１に設
けられた第１バルブ５１２と、第１バルブ５１２の前後
に設けられた圧力計５１３と、バイパス管５１１の第１
バルブ５１２出側位置から分岐する排水管５１４と、こ
の排水管５１４に設けられた第２バルブ５１５とを備え
ている。

【００３９】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。中段パッキン１１ｂの封水効果が高く、例えば上段
パッキン室２２の圧力が、給水圧力の半分よりもさらに
０．１〜０．２ＭＰａ低くなった場合には、各段のパッ
キン室２１，２２の圧力を圧力計５１３でモニタリング
しながら第１バルブ５１２の開度を手動で調整しながら
開き、中段パッキン室２１の高圧水を上段パッキン室２
２に供給する。逆に、上段パッキン１１ａの封水効果が
高く、たとえば上段パッキン室２２の圧力が、給水圧力
の半分よりもさらに０．１〜０．２ＭＰａ高くなった場
合には、第２バルブ５１５を開いて上段パッキン室２２
の圧力水を排水管５１４を介し排水する。

【００４０】しかして、手動で両バルブ５１２，５１５
の開度を調整することにより、前記第１の実施の形態と
同様の効果が期待できる。図８は、本発明の第６の実施
の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における軸
封装置１０８に代え、圧力調整手段６１０を有する軸封
装置６０８を用いるようにしたものである。すなわち、
この圧力調整手段６１０は、図８に示すように、両パッ
キン室２１，２２を連通させるバイパス管６１１と、こ
のバイパス管６１１に設けられた可調整絞り弁６１２
と、可調整絞り弁６１２の出側に設けられた電磁弁、電
動弁等の第１自動弁６１３と、これら可調整絞り弁６１
２および第１自動弁６１３に対し並列に接続された差圧
検出装置６１４と、この差圧検出装置６１４および前記
第１自動弁６１３の出側に設けられた圧力検出装置６１
５と、バイパス管６１１の第１自動弁６１３出側位置か
ら分岐する排水管６１６と、この排水管６１６に設けら
れた電磁弁、電動弁等の第２自動弁６１７とを備えてい
る。

【００４１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。中段パッキン室２１と上段パッキン室２２との差圧
が、例えば給水圧力の半分に０．１〜０．２ＭＰａ加え
た値よりも大きい場合には、差圧検出装置６１４の動作
信号により第１自動弁６１３が開となり、圧力水が中段
パッキン室２１から上段パッキン室２２に供給されて差
圧のバランスが図られる。

【００４２】逆に、差圧が例えば球威圧力の半分に０．
１〜０．２ＭＰａ加えた値よりも小さく、かつ上段パッ
キン室２２の圧力が、例えば給水圧力の半分に０．１〜
０．２ＭＰａ加えた値よりも大きい場合には、差圧検出
装置６１４の不動作信号と圧力検出装置６１５の動作信
号とのＡＮＤ条件により第２自動弁６１７が開となり、
上段パッキン室２２の圧力水が排水管６１６を介して排
水される。これにより、圧力が低下して各段のパッキン
１１ａ，１１ｂに作用する差圧のバランス調整がなされ
る。しかして、本実施の形態によっても、前記第１の実
施の形態と同様の効果が期待できる。なお、前記各実施
の形態においては、パッキン１１を３段に配する場合に
ついて説明したが、４段以上配する場合にも同様に適用
することができる。また、前記各実施の形態における構
成を任意に組合わせて用いるようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、各パッキ
ン箱で構成される圧力室のうちの少なくとも２つの圧力
室にに、圧力室内の圧力を調整する圧力調整手段を設け
るようにしているので、各段のパッキンに作用する圧力
の差を常に一定に保つことができる。

【００４４】本発明はまた、圧力調整手段を、バイパス
管と、減圧弁と、排水管と、逃し弁とで構成し、各段の
パッキンに作用する圧力の差を自動的に均等に制御する
ようにしているので、装置構成を簡素化することができ
る。

【００４５】本発明はまた、圧力調整手段を、バイパス
管と、可調整絞り弁と、排水管と、機械式切換弁とで構
成し、各段のパッキンに作用する圧力の差を自動的に均
等に制御するようにしているので、機械式切換弁のスプ
リング力調整により、給排水の切換点となる圧力を任意
に調整することができる。

【００４６】本発明はまた、圧力調整手段を、排水管
と、逃し弁とで構成し、各段のパッキンに作用する圧力
差を自動的に均等に制御するようにしているので、各逃
し弁の動作圧力調整により、各圧力室内の圧力を任意に
調整することができる。

【００４７】本発明はまた、圧力調整手段を、バイパス
管と、可調整絞り弁と、排水管と、開閉弁とで構成し、
前記可調整絞り弁の開度制御および前記開閉弁の開閉制
御により、各段のパッキンに作用する圧力の差を均等に
制御するようにしているので、手動により任意に圧力を
調整することができる。

【００４８】本発明はまた、圧力調整手段を、バイパス
管と、第１制御弁と、排水管と、第２制御弁とで構成
し、前記両制御弁の開度制御により、各段のパッキンに
作用する圧力の差を均等に制御するようにしているの
で、両制御弁の開度を手動で制御することにより、任意
に圧力を調整することができる。

【００４９】本発明はまた、圧力調整手段を、バイパス
管と、絞り弁と、第１自動弁と、差圧検出装置と、圧力
検出装置と、排水管と、第２自動弁とで構成し、前記各
検出装置からの信号で各自動弁を制御することにより、
各段のパッキンに作用する圧力の差を自動的に均等に制
御するようにしているので、差圧のバランス調整をより
安定に行なうことができる。

【００５０】本発明はさらに、各パッキンの凸部および
凹部の周方向に対向する対向面を、外径側に向かって次
第に広間隔となる斜面とするようにしているので、パッ
キンが摩耗しても、対向面間の間隔を常に一定にするこ
とができ、パッキン内外面の水圧バランスが崩れずに、
適正な摺動面の冷却効果を常に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水力機械の軸
封装置を示す構成図である。

【図２】図１のパッキンの各分割片の構成を示す斜視図
である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図１相当図で
ある。

【図４】図３のスプール弁の構成を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図１相当図で
ある。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図１相当図で
ある。

【図７】本発明の第５の実施の形態を示す図１相当図で
ある。

【図８】本発明の第６の実施の形態を示す図１相当図で
ある。

【図９】従来の水力機械の軸封装置を示す構成図であ
る。

【図１０】図９の要部拡大図である。

【図１１】図１０のパッキンの構成を示す斜視図であ
る。

【図１２】図１０の要部拡大図である。

【符号の説明】

７主軸１０パッキン箱１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃパッキン１１Ａ分割片１２パッキン押え１３ガータスプリング１４凸部１４ａ，１５ａ対向面１５凹部２１中段パッキン室２２上段パッキン室１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８軸
封装置１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０圧
力調整手段１１１，２１１，４１１５１１，６１１バイパス管１１２減圧弁１１３，２１３，３１１，３１２，４１４，５１４，６
１６排水管１１４，３１３，３１４逃し弁２１２，４１２，６１２可調整絞り弁２１４スプール弁４１３，５１３圧力計４１５バルブ５１２第１バルブ５１５第２バルブ６１３第１自動弁６１４差圧検出装置６１５圧力検出装置６１７第２自動弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水力機械の回転軸周囲部に、軸方向に沿っ
て複数段のパッキン箱を配置し、これら各パッキン箱内
に、周方向に分割された複数のパッキンをそれぞれ配置
するとともに、これらのパッキンを、ガータスプリング
の付勢力により軸心側に押圧して、各パッキンの摺動面
を前記回転軸の外周面に圧接させた水力機械の軸封装置
において、前記各パッキン箱で構成される圧力室のうち
の少なくとも２つの圧力室に、圧力室内の圧力を調整す
る圧力調整手段を設けたことを特徴とする水力機械の軸
封装置。
【請求項２】前記圧力調整手段は、２つの圧力室を連通
させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた減圧
弁と、バイパス管の減圧弁出側位置から分岐する排水管
と、この排水管に設けられた逃し弁とを備え、各段のパ
ッキンに作用する圧力の差を自動的に均等に制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の水力機械の軸封装置。
【請求項３】前記圧力調整手段は、２つの圧力室を連通
させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた可調
整絞り弁と、バイパス管の可調整絞り弁出側位置から分
岐する排水管と、バイパス管と排水管との分岐部に設け
られ前記両圧力室の差圧により可調整絞り弁出側のバイ
パス管を可調整絞り弁側または排水管側に選択的に接続
する機械式切換弁とを備え、各段のパッキンに作用する
圧力の差を自動的に均等に制御することを特徴とする請
求項１記載の水力機械の軸封装置。
【請求項４】前記圧力調整手段は、各圧力室にそれぞれ
設けられた排水管と、これら各排水管にそれぞれ設けら
れた逃し弁とを備え、各段のパッキンに作用する圧力の
差を自動的に均等に制御することを特徴とする請求項１
記載の水力機械の軸封装置。
【請求項５】前記圧力調整手段は、２つの圧力室を連通
させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた可調
整絞り弁と、バイパス管の可調整絞り弁出側位置から分
岐する排水管と、この排水管に設けられた開閉弁とを備
え、前記可調整絞り弁の開度制御および前記開閉弁の開
閉制御により、各段のパッキンに作用する圧力の差を均
等に制御することを特徴とする請求項１記載の水力機械
の軸封装置。
【請求項６】前記圧力調整手段は、２つの圧力室を連通
させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた第１
制御弁と、バイパス管の第１制御弁出側位置から分岐す
る排水管と、この排水管に設けられた第２制御弁とを備
え、前記両制御弁の開度制御により、各段のパッキンに
作用する圧力の差を均等に制御することを特徴とする請
求項１記載の水力機械の軸封装置。
【請求項７】前記圧力調整手段は、２つの圧力室を連通
させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた絞り
弁と、絞り弁の出側に設けられた第１自動弁と、絞り弁
および第１自動弁に対し並列に接続された差圧検出装置
と、前記第１自動弁および差圧検出装置の出側に設けら
れた圧力検出装置と、前記バイパス管の第１自動弁出側
位置から分岐する排水管と、この排水管に設けられた第
２自動弁とを備え、前記各検出装置からの信号で各自動
弁を制御することにより、各段のパッキンに作用する圧
力の差を自動的に均等に制御することを特徴とする請求
項１記載の水力機械の軸封装置。
【請求項８】周方向に隣位する一対のパッキンの対向端
部に、相互に組合わされる凸部および凹部をそれぞれ設
け、これら両部の周方向に対向する対向面を、外径側に
向かって次第に広間隔となる斜面としたことを特徴とす
る請求項１、２，３，４，５，６または７記載の水力機
械の軸封装置。