JPH0960571A - 水力機械の軸封装置 - Google Patents

水力機械の軸封装置

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JPH0960571A
JPH0960571A JP7218814A JP21881495A JPH0960571A JP H0960571 A JPH0960571 A JP H0960571A JP 7218814 A JP7218814 A JP 7218814A JP 21881495 A JP21881495 A JP 21881495A JP H0960571 A JPH0960571 A JP H0960571A
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JP
Japan
Prior art keywords
water
shaft
seal
rotary shaft
seal case
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Pending
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JP7218814A
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English (en)
Inventor
Koichi Tezuka
公一 手塚
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0960571A publication Critical patent/JPH0960571A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Sealing Of Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールリング型の軸封装置が損傷等で封水性
能が低下した場合でも、漏水量を一定量以下に抑止して
信頼性を向上させる。 【解決手段】 シールケース6の内側に、回転軸1と回
転摺動可能に接触する水潤滑軸受11を嵌装し、かつシー
ルケース6と回転軸1とで形成される環状空間部12に開
口する給水孔13をシールケースに設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水車、ポンプあるい
はポンプ水車等の水力機械の軸封装置に係り、特にシー
ルリングを摺動させて回転軸からの漏水を抑止する軸封
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に水車、ポンプあるいはポンプ水車
等の水力機械においては回転軸に連結されたランナ廻り
の圧力水が回転軸と静止側部材とでと形成される環状隙
間から外部に漏水しないように軸封装置を備えている。
【0003】この軸封装置には種々の構造のものがある
が、シールリング型の軸封装置としては例えば特開昭6
2−180173号公報、特開昭64−80773号公
報、特開平2−168076号公報が知られている。こ
の装置は図5に示すように、水力機械の回転軸1に連結
されたランナ2廻りの圧力水が回転軸1と上カバー3と
の隙間から漏水するのを防止するために、回転軸1に固
定されたフランジ4に回転側シールリング5aを固定す
る一方、回転軸1を取り囲むように配設されたシールケ
ース6に取り付けられた静止側シールリング5bをスプ
リング7により回転側シールリング5aに押圧し、これ
らを摺動させている。また、シールケース6は上カバー
3に取り付けられたケーシング8の内側にカバー9およ
び封水を行うOリング10を介して軸方向移動可能なよう
に嵌装されている。
【0004】このように構成されたシールリング型の軸
封装置において、シールリング5a,5bの材料は従来
の焼成カーボンのみではなく、近年の材料技術の進歩に
より炭化珪素(Sic)等のセラミックス材料あるいは
超硬合金等が用いられるようになってきている。なお、
シールリング5a,5bは軸封装置の分解や組立の必要
上2分割以上の複数の分割片で構成される。特に、大径
の場合には材料の製造上の制約や経済性の面から分割数
を多くする必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な構成の従来の軸封装置において、シールリングは回転
側、静止側共に脆性材料であるために、耐衝撃性すなわ
ち破壊靭性に劣る。そのために、割れや欠け等の損傷を
生じやすく、その結果封水性能を著しく低下させ異常漏
水が起こるという問題があった。この割れや欠けを生じ
る要因を以下に詳述する。
【0006】(1)シールリング5a,5bは複数の分
割片で構成されているために、分割境界部に段差が生じ
やすく、この段差部の衝突によって損傷する。 (2)スプリング7は通常運転状態で発生するシール面
5cと直角方向の振動を吸収する作用を有するが、過渡
運転状態等の不安定な回転状態で発生する高サイクルの
微小振動に対しては、追従する事が出来ず、この微小振
動による衝撃力によって損傷する。
【0007】(3)回転軸の軸振れによって回転側シー
ルリング5aと静止側シールリング5b間に生じる径方
向の相対運動によって損傷する。 (4)摺動による摩擦熱で大きな熱応力を生じて損傷す
る。特に、ポンプ水車における調相運転等の空転運転時
には、シール面5cに水が存在しないので、乾燥摩擦状
態で高温になる。
【0008】以上損傷の要因を詳述したが、損傷以外に
も長期間の使用の間に、圧力水に混入していた土砂等の
異物がシール面5cに固着して封水性能が低下するとい
った問題があった。
【0009】それゆえに、水力機械の軸封装置におい
て、軸封部が一ヶ所であるために、上記したような種々
の原因による封水性能の低下(漏水量の増大)が発生し
た場合には、水力機械の水力効率の低下を招くことにな
る。さらに、損傷が大きい場合には水力機械を停止して
シールリング5a,5bを交換する等の補修が必要にな
り、結果的に水力機械の稼働効率を低下させることにな
り、軸封装置としての信頼性の点で問題があった。
【0010】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
もので、シールリング型の軸封装置が損傷等で封止性能
が低下した場合でも、漏水量を問題のない一定量以下に
抑止でき、さらに、通常運転時においてもシールリング
からの漏水量をさらに減少させることができる信頼性の
高い水力機械の軸封装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はシールリングの他に、そのバックアップと
しての封水手段を設けたことにある。請求項1に対応す
る発明は、シールケースの内側に、回転軸に装着された
スリーブと回転摺動可能に接触する水潤滑軸受を嵌装
し、かつシールケースとスリーブとで形成された環状空
間部に閉口する給水孔をシールケースに設けたものであ
る。したがって、本発明によれば、水潤滑軸受によって
流体抵抗が大きくなり、封水作用を果たすのでシールリ
ングが損傷した場合でも漏水量を問題のない一定量以下
に抑止できる。さらに通常運転時の漏水量をも減少させ
る事ができる。また、シールケースが水潤滑軸受を介し
て回転軸に支持されているため、回転軸が半径方向に軸
振れを生じても静止側シールリングと回転側シールリン
グとは同位相で振動するため、相対的に軸振れの影響を
受けない。
【0012】請求項2に対応する発明は、請求項1の軸
封装置において、水潤滑軸受の外周側を、シールケース
にスプリングを介して弾性支持されたピボットで、軸方
向位置の少なくとも一ヶ所を支承したので、回転軸の軸
振動による軸倒れや半径方向の振動に容易に追従し、封
水性能を一定に維持できると共に衝撃力を緩和できる。
【0013】請求項3の発明は、請求項1の軸封装置に
おいて、カバーとシールケースとを環状ベローズを介し
て接続したので、Oリングに比して軸方向及び半径方向
の追従性および封水性能が向上する。
【0014】請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3
のいずれかの軸封装置において、水潤滑軸受の内周に複
数本の環状溝を形成してラビリンス構造にしたので、ク
リアランスシールに比して、より封水性能が向上する。
【0015】請求項5の発明は、回転軸に突設されたフ
ランジに取り付けられた回転側シールリングと、回転軸
を取り囲むように環状に配置されたシールケースに取り
付けられた静止側リングとを圧接摺動させて、回転軸か
らの漏水を封止する水力機械の軸封装置において、前記
回転軸に相対するシールケースの内周に複数本の環状溝
を形成してラビリンス構造にしたものである。本発明に
よれば、ラビリンス効果により、簡素な構造で封水効果
のあるバックアップとしての封水構造を得る事ができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の各実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、図5に示す従来例と
同一の部分については同一符号を付してその詳細な説明
は省略する。 (第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態は請求
項1に対応するもので、図1を用いて説明する。
【0017】図1に示すように、水力機械の回転軸1に
連結されたランナ2廻りの圧力水が回転軸1と上カバー
3との隙間から漏水するのを防止するために、回転軸1
に固定されたフランジ4に回転側シールリング5aを固
定する一方、回転軸1を取り囲むように配設されたシー
ルケース6に取り付けられた静止側シールリング5bを
スプリング7により回転側シールリング5aに押圧し、
これらを摺動させている。また、シールケース6は上カ
バー3に取り付けられたケーシング8の内側にカバー9
および封水を行うOリング10を介して軸方向移動可能な
ように嵌装されている。シールケース6の内側には、回
転軸1に装着されたスリーブ1aと回転摺動可能に接触
する水潤滑軸受11を嵌装し、かつシールケース6とスリ
ーブ1a、シールリング5とで形成された環状空間部12
に開口する給水孔13をシールケース6に設けられてい
る。給水孔13の他端には図示しない水供給系に接続され
た供給管14が接続されている。
【0018】次に、本第1の実施の形態の作用効果につ
いて説明する。シールリング5のシール面5cの不一
致、過渡運転状態等の不安定な回転状態で発生する微小
振動や、シールリング5の熱膨張に起因する熱応力によ
る損傷などにより、シールリング5の封水性能の低下
(漏水量の増大)が生じた場合には、水潤滑軸受11とス
リーブ1aとの微小隙間による封水効果によって、漏水
量を問題のない一定量以下に抑止できる。さらに、通常
の運転時においても、シールリング5と水潤滑軸受11の
封水効果の相乗作用によって、さらに漏水量を減少させ
る事が出来る。
【0019】また、シールケース6を静止側部材である
ケーシング8に固定されたカバー9ではなく、水潤滑軸
受11を介して回転軸1に支持されているため、回転軸1
が運転中に半径方向に軸振れを生じてもフランジ4と同
位相で振動する。したがって、シールケース6に取り付
けられた静止側シールリング5bとフランジ4に取り付
けられた回転側シールリング5aは層対的に軸振れの影
響を受けないので、封水性能の安定化及びシールリング
5の長寿命化を図る事が可能になる。
【0020】図2は本実施の形態の他の実施の形態を示
すもので、請求項2の発明に対応する。水潤滑軸受11の
外周側を、シールケース6のガイド16、スプリング7を
介して弾性支持されたピボット15で、軸方向位置の少な
くとも一ヶ所を支承したので、回転軸の軸振動による軸
倒れや半径方向の振動に容易に追従し、封水性能を一定
に維持できると共に衝撃力を緩和できる。さらに、ガイ
ド16の長さを調節する事によって、回転軸1との軸芯合
わせが容易になる。また、水潤滑軸受11を周方向に複数
に分割してセクター状に構成すると、水潤滑軸受11をス
リーブ1aにスプリング7によって常に押圧しておくこ
とができるので、スリーブ1aや水潤滑軸受11が磨耗し
た場合でも一定の封水性能を得ることが出来る。図3は
さらに他の実施の形態を示すもので、請求項3および請
求項4の発明に対応する。
【0021】本実施の形態は、カバー9とシールケース
6とを環状ベローズ17を介して接続したので、過渡運転
状態等の不安定な回転状態を発生する微小振動等による
軸方向及び半径方向の動きに対する追従性及び封水性能
が向上する。
【0022】さらに、水潤滑軸受11の内周に複数本の環
状溝18を形成してラビリンス構造にしたので、クリアラ
ンスシールに比して、より封水性能が向上する。 (第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態は請求
項5に対応するもので、図4を用いて説明する。
【0023】図4に示すように、水力機械の回転軸1に
連結されたランナ2廻りの圧力水が回転軸1と上カバー
3との隙間から漏水するのを防止するために、回転軸1
に固定されたフランジ4に回転側シールリング5aを固
定する一方、回転軸1を取り囲むように配設されたシー
ルケース6に取り付けられた静止側シールリング5bを
スプリング7により回転側シールリング5aに押圧し、
これらを摺動させている。また、シールケース6は上カ
バー3に取り付けられたケーシング8の内側にカバー9
および封水を行うOリング10を介して軸方向移動可能な
ように嵌装されている。さらに、回転軸1に相対するシ
ールケース6の内周に複数本の環状溝18を形成してラビ
リンス構造にしたものである。本発明によれば、ラビリ
ンス効果により、簡素な構造で封水効果のあるバックア
ップとしての封水構造を得る事ができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
ールリング型の軸封装置が損傷等で封水性能が低下した
場合でも、漏水量を問題のない一定量以下に抑止でき、
さらに、通常運転時においてもシールリングからの漏水
量をさらに減少させることができる信頼性の高い水力機
械の軸封装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す水力機械の軸
封装置の縦断面図。
【図2】第1の実施の形態の他の実施の形態を示す水力
機械の軸封装置の縦断面図。
【図3】第1の実施の形態のさらに他の実施の形態を示
す水力機械の軸封装置の縦断面図。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す水力機械の軸
封装置の縦断面図。
【図5】従来の水力機械の軸封装置の一例を示す縦断面
図。
【符号の説明】
1…回転軸 9…カバー 1a…スリーブ 10…Oリング 2…ランナ 11…水潤滑軸受 3…上カバー 12…環状空間部 4…フランジ 13…給水孔 5…シールリング 14…供給管 5a…回転側シールリング 15…ピボット 5b…静止側シールリング 16…ガイド 5c…シール面 17…環状ベローズ 6…シールケース 18…環状溝 7…スプリング 8…ケーシング

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸に突設されたフランジに取り付け
    られた回転側シールリングと、回転軸を取り囲むように
    環状に配置されたシールケースに取り付けられた静止側
    リングとを圧接摺動させて、回転軸からの漏水を封止す
    る水力機械の軸封装置において、前記シールケースの内
    側に、回転軸に装着されたスリーブと回転摺動可能に接
    触する水潤滑軸受を嵌装し、かつシールケースとスリー
    ブとで形成された環状空間部に閉口する給水孔をシール
    ケースに設けた事を特徴とする水力機械の軸封装置。
  2. 【請求項2】 水潤滑軸受の外周側を、シールケースに
    スプリングを介して弾性支持されたピボットで、軸方向
    位置の少なくとも一ヶ所を支承した事を特徴とする請求
    項1記載の水力機械の軸封装置。
  3. 【請求項3】 シールケースを取り囲むように配設さ
    れ、シールケースを軸方向に移動可能に支承するカバー
    とシールケースとを、環状ベローズを介して接続した事
    を特徴とする請求項1記載の水力機械の軸封装置。
  4. 【請求項4】 水潤滑軸受の内周に複数本の環状溝を形
    成してラビリンス構造にしたことを特徴とする請求項1
    乃至請求項3のいずれかに記載の水力機械の軸封装置。
  5. 【請求項5】 回転軸に突設されたフランジに取り付け
    られた回転側シールリングと、回転軸を取り囲むように
    環状に配置されたシールケースに取り付けられた静止側
    リングとを圧接摺動させて、回転軸からの漏水を封止す
    る水力機械の軸封装置において、前記回転軸に相対する
    シールケースの内周に複数本の環状溝を形成してラビリ
    ンス構造にした事を特徴とする水力機械の軸封装置。
JP7218814A 1995-08-28 1995-08-28 水力機械の軸封装置 Pending JPH0960571A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014084910A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Nippon Pillar Packing Co Ltd 軸封装置
CN107178458A (zh) * 2017-07-19 2017-09-19 国电大渡河瀑布沟发电有限公司 一种水轮发电机轴承油雾的综合治理系统及方法

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