(57)【要約】【課題】シーリングライナの損傷・摩耗状態に合わせて、該シーリングライナを容易に交換することができ、しかも、封水装置から漏水量が増加した場合でもシーリングライナの高さ（凹凸の数）を容易に調整できるラビリンス型封水装置を提供する。【解決手段】本発明に係るラビリンス型封水装置は、水車上カバー部に固設され、該水車主軸が挿通するドーナツ（環）型平板状の取付ベースと、該取付ベース上に固定軸を介して固定された円筒状の封水部を備え、該封水部は、互いに内径の異なるドーナツ（環）型平板状に形成された複数の押さえ板とライナ板が分離可能に、交互に積層して成るシーリングライナによって形成されている【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車上カバー部に固設され、該水車主軸が挿通するドーナツ（環）型平板状の取付ベースと、該取付ベース上に固定軸を介して固定された円筒状の封水部を備え、該封水部は、互いに内径の異なるドーナツ（環）型平板状に形成された複数の押さえ板とライナ板が分離可能に、交互に積層して成るシーリングライナによって形成されていることを特徴とするラビリンス型封水装置。
【請求項２】
封水部は、押さえ板の内径部分よりもライナ板の内径部分が突出していることで、封水部内面が円筒軸に沿って凹凸した形状となっており、該ライナ板の突出先端は、水車主軸に対して任意のギャップによって離間されている請求項１に記載のラビリンス型封水装置。
【請求項３】
ライナ板と押さえ板は、互いに凹凸嵌合によって結合され、該凹凸嵌合箇所にはパッキン部材が配されている請求項１または２に記載のラビリンス型封水装置。
【請求項４】
取付ベース、ライナ板および押さえ板のそれぞれは、インロー形状の分割面によって２つに分離可能となっている請求項１乃至３のいずれかに記載のラビリンス型封水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水力発電所の水車主軸回転部と水車上カバー静止部隙間からの漏水量を低減させるための、ラビリンス型封水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所は、例えば、図６に示すように、高い位置から落下する水のエネルギーによってランナＦを回転させて、さらにこの動力は水車主軸を介して回転子（ローター）Ｑ１を回転させ電気エネルギーに変換する。
【０００３】
この水車は、流水の圧力ヘッド変化を利用したフランシス水車（反動水車）であり、流水の運動エネルギーを、水車を回転させる圧力エネルギーとするものである。
【０００４】
すなわち、ランナＦ周囲の圧力は、図６に示すように、高い圧力が加わっているランナ入口部分Ｓ１と圧力の低いランナ出口部分Ｓ２ができる。
【０００５】
そして、図６に示すように、位置エネルギーを持った流水は水圧鉄管Ｄおよび渦巻ケーシングＫを流路として、さらに図７の流水量の調整を行うガイドベーン（案内羽根）Ｇを介してその中心にあるフランシスランナＦのランナベーンＬに水を流入させる。渦巻ケーシングの取付けおよびランナＦが挿入されるスペースは水車上カバー部１０１と水車下カバー１０２とが配され、ランナＦが接続され回転する水車主軸Ｐは水車上カバー部１０１の中央孔から上方に向けて突出されている。
【０００６】
このとき、水車主軸Ｐは、図７に示すように、水車上カバー部１０１に固設された封水部１０３との隙間を保ち回転しており、この隙間からフランシスランナＦ内部の水が水車上カバー上に漏出するのを防止している。
【０００７】
こうして、流水はランナベーンＬの圧力面に作用し、該ランナＦを回転させ、ランナベーンＬ負圧力面に向かう流れによって吸出し管（ドラフトチューブ）Ｒへ流出することとなる。
【０００８】
また、水車主軸Ｐの上端部は、発電機軸Ｕと接続（カップリング）し、スラスト軸受Ｖを介して発電機軸には回転子（ローター）Ｑ１が取り付けられ、該回転子Ｑ１の周囲には銅線をコイル状に結線した固定子（ステーター）Ｑ２が配されている。
【０００９】
ここで、従来における封水部１０３の具体的な構成としては、図８乃至図１０に示すように、筒状のパッキンボックス１０４の一端側に一体形成されている円形フランジ部１０４ａが上側カバー部１０１中央にボルトでもって固定され、該パッキンボックス１０４に回転する水車主軸Ｐが非接触状に挿通された状態となっている。
【００１０】
そして、パッキンボックス１０４の内面側には、内周に複数の凹凸形状によって構成された砲金製によるラビリンス型のシーリングライナ１０５が装着されており、ランナＦの水圧をパッキンボックス１０４上端部に向かって減圧させることで、漏水量を減少させている。
【００１１】
また、このシーリングライナ１０５の凸先端部分は、水車主軸Ｐに対して任意の隙間（ギャップ）によって離間されていることで、所謂非接触型の主軸封水構造となっている。
【００１２】
このラビリンス型のシーリングライナ１０５のギャップを含む凹凸の寸法、凹凸の数、ならびに高さは、ランナ（ランナ背圧）Ｆからの水圧から設計段階で決定される。
【００１３】
また、図８に示すように、パッキンボックス１０４およびシーリングライナ１０５のそれぞれは、回転する水車主軸Ｐに対する脱着を容易にするために、フラット状の分割面１０７によって２つに分離可能となっている。
【００１４】
さらに、シーリングライナ１０５の凹凸部分と水車主軸Ｐとの間に混入して付着した流水中の異物を外部からの水圧で除去するための配管敷設ルート確保のため、パッキンボックス１０４からシーリングライナ１０５にかけて給水孔１０６が貫設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特になし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来におけるラビリンス型のシーリングライナは、経年使用、あるいは流水に混入している土砂による摩擦等により、その一部が損傷・摩耗した際には、シーリングライナを一体で交換しなければならないので、その保守作業が非常に面倒で且つ時間と費用を要する。
【００１７】
また、シーリングライナの凹凸部分と回転主軸との間からの漏水量の増加に対する処置においても、パッキンボックス内からシーリングライナを一体で交換しなければならないことから、漏水量増加の応急対策ができない構造となっている。
【００１８】
そこで、本発明は如上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、シーリングライナの損傷・摩耗状態に合わせて、該シーリングライナを容易に交換することができ、しかも、封水装置から漏水量が増加した場合でもシーリングライナの高さ（凹凸の数）を容易に調整できるラビリンス型封水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るラビリンス型封水装置は、水車上カバー部に固設され、該水車主軸が挿通するドーナツ（環）型平板状の取付ベースと、該取付ベース上に固定軸を介して固定された円筒状の封水部を備え、該封水部は、互いに内径の異なるドーナツ（環）型平板状に形成された複数の押さえ板とライナ板が分離可能に、交互に積層して成るシーリングライナによって形成されていることで、上述した課題を解決した。
【００２０】
また、封水部は、押さえ板の内径部分よりもライナ板の内径部分が突出していることで、封水部内面が円筒軸に沿って凹凸した形状となっており、該ライナ板の突出先端は、水車主軸に対して任意の隙間（ギャップ）によって離間されていることで、同じく上述した課題を解決した。
【００２１】
さらに、ライナ板と押さえ板は、互いに凹凸嵌合によって結合され、該凹凸嵌合箇所にはパッキン部材が配されていることで、同じく上述した課題を解決した。
【００２２】
また、取付ベース、ライナ板および押さえ板のそれぞれは、インロー形状の分割面によって２つに分離可能となっていることで、同じく上述した課題を解決した。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るラビリンス型封水装置は、水車上カバー部に固設され、該水車主軸が挿通するドーナツ（環）型平板状の取付ベースと、該取付ベース上に固定軸を介して固定された円筒状の封水部を備え、該封水部は、互いに内径の異なるドーナツ（環）型平板状に形成された複数の押さえ板とライナ板が分離可能に、交互に積層して成るシーリングライナによって形成されていることから、シーリングライナの損傷・摩耗の状態に合わせて、これを容易に交換することができ、しかも、漏水量が増加した場合のシーリングライナの高さ（凹凸の数）も容易に調整することができる。
【００２４】
すなわち、封水部は、互いに内径の異なるドーナツ（環）型平板状に形成された複数の押さえ板とライナ板が分離可能に、交互に積層して成るシーリングライナによって形成されているので、シーリングライナの損傷・摩耗の状態に合わせて、封水部自体の高さを任意に調整することができる。
【００２５】
従って、損傷・摩耗したライナ板だけを容易に交換することができ、しかも、漏水量が増加した場合には、ライナ板を追加補充することで、その漏水量の減水調整が容易に行える。
【００２６】
そして、封水部は、押さえ板の内径部分よりもライナ板の内径部分が突出していることで、封水部内面が円筒軸に沿って凹凸した形状となっており、該ライナ板の突出先端は、水車主軸に対して任意の隙間（ギャップ）によって離間されているので、ライナ板相互間の押さえ板によって、シーリングライナ内側での凹凸によるラビリンス構造が容易に得られる。
【００２７】
しかも、非接触型の主軸封水方式において、ライナ板の増減による凹凸数の任意調整が容易に行えるので、漏水量に合わせた減圧効果が得られる。さらに、ライナ板材質の個別変更も可能となるので、ライナ板の耐摩耗性向上に加えて、封水装置本体の延命化と共に機能維持が図れる。
【００２８】
また、ライナ板と押さえ板は、互いに凹凸嵌合によって結合され、該凹凸嵌合箇所にはパッキン部材が配されているので、シーリングライナ自体の水密性を確保し且つ維持することができる。
【００２９】
さらに、取付ベース、ライナ板および押さえ板のそれぞれは、インロー形状の分割面によって２つに分離可能となっているので、水車主軸挿入状態でも取付ベース、ライナ板および押さえ板それぞれの脱着が容易に行える。
【００３０】
しかも、分割面はインロー形状であることから、水密性を確保し且つ維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ラビリンス型封水装置を分割面によって２つに分解した状態を示す斜視図である。
【図２】ラビリンス型封水装置（ライナ板５枚）に水車主軸が挿入された状態を示す斜視図である。
【図３】ラビリンス型封水装置に水車主軸が挿入された状態を示す断面図である。
【図４】ラビリンス型封水装置の組み付け状態を説明した分解斜視図である。
【図５】ラビリンス型封水装置（ライナ板７枚）に水車主軸が挿入された状態を示す斜視図である。
【図６】水力発電所の概略を示す構成図である。
【図７】ラビリンス型封水装置の取り付け状態を示す断面図である。
【図８】従来例におけるラビリンス型封水装置を分割面によって２つに分解した状態を示す斜視図である。
【図９】従来例におけるラビリンス型封水装置に水車主軸が挿入された状態を示す斜視図である。
【図１０】従来例におけるラビリンス型封水装置に水車主軸が挿入された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して、発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００３３】
本発明に係る水車主軸のラビリンス型封水装置は、水力発電所の水車において、水車主軸回転部と水車上カバー静止部隙間からの漏水量を低減させるために、積層構造のシーリングライナを備えたラビリンス型の封水部によって構成されている。
【００３４】
すなわち、この封水部３は、図２・図３に示すように、回転するランナＦの水車主軸Ｐが挿通された水車上カバー部１の中央軸孔周縁に、該水車主軸Ｐを挿通するドーナツ（環）型平板状の取付ベース４が、ボルト孔４ａに挿入されるボルト１８で固定され、該取付ベース４上で、周囲等間隔に配される縦向きの複数の固定軸（棒ボルト）２を介して固定される。
【００３５】
そして、この封水部３は、図１乃至図３に示すように、ドーナツ（環）型平板状の複数のライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅが、同じくドーナツ（環）型平板状の押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅを介して、互いに分離可能となるように積層して成るラビリンス型のシーリングライナ７によって形成されている。
【００３６】
具体的には、図３・図４に示すように、１つの取付ベース４、およびシーリングライナ７を構成する各５つのライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅのそれぞれは、インロー形状の分割面８によって２つに分離可能となっている。
【００３７】
この分離したライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅのそれぞれは、略半環状に形成されている。
【００３８】
そして、取付ベース４の上面には、円周に沿って嵌合凹部９が形成され、該嵌合凹部９の内側には、円周上の等間隔毎に上記固定軸２をねじ込ませるためのネジ孔１０が設けられている。
【００３９】
各ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの上下両面には、円周に沿って嵌合凸部１１が形成され、該嵌合凸部１１内側には、取付ベース４のネジ孔１０に対応して、円周上の等間隔毎に上記固定軸２を挿通させるための挿通孔１２が設けられている。
【００４０】
各押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅの上下両面には、円周に沿って嵌合凹部１３が形成され、該嵌合凹部１３内側には、取付ベース４のネジ孔１０およびライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの挿通孔１２に対応して、円周上の等間隔毎に上記固定軸２を挿通させるための挿通孔１４が設けられている。
【００４１】
また、上記した嵌合凹部１３と嵌合凸部１１との各対向箇所にはリング状（２分割）のパッキン部材１５が配される。
【００４２】
そして、取付ベース４上面の嵌合凹部９に、パッキン部材１５を介して、ライナ板５ａの下面にある嵌合凸部１１が嵌合し、該ライナ板５ａの上面にある嵌合凸部１１は、その上にくる押さえ板６ａの下面にある嵌合凹部１３にパッキン部材１５を介して嵌合することで、５つの押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅと５つのライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅとが交互に積み重ねられている(最上部には、押さえ板６ｅが位置する）。
【００４３】
そして、各ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅ、各押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅそれぞれの各挿通孔１２，１４に固定軸２を挿通し、最下部にある取付ベース４上面のネジ孔１０にねじ込ませ、シーリングライナ７上側に突出している固定軸２にナット１６をねじ込んで締結固定されるのである。
【００４４】
この他、図３に示すように、各ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの内径は、各押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅの内径よりも小さくしてあり、シーリングライナ７内に水車主軸Ｐが挿通した際には、押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅに対してライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの内径部分が内側（中央側）に突出し、該突出先端は、この水車主軸Ｐに対して任意の隙間（ギャップ）によって離間されることで、シーリングライナ７の内側面が凹凸状となった、所謂ラビリンス構造となるようにしている。
【００４５】
さらに、シーリングライナ７の凹凸部分と水車主軸Ｐとの間に混入し付着した流水中の異物を外部からの水圧で除去するために、例えば、下から３番目の上の押さえ板６ｃの周囲２箇所には、給水孔１７が貫設されている。
【００４６】
このライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの材質としては、例えば、下側の３つにステンレス鋼材、上側２つに真鍮材を使用する等、該ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅの損傷・摩耗の状態に合わせて、その材質の個別変更が行えるようにしている。
【００４７】
また、シーリングライナ７と水車主軸Ｐとの隙間からの漏水量に応じて、ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅの枚数の増減が行えるようにしている。
【００４８】
すなわち、漏水量が大きい場合には、図５に示すように、ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅの個数を各２つ増やして、各合計が７個となるようにする。この場合には、ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｇおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｇの増加分をみたすべく、長さの大きな固定軸（棒ボルト）２が使用される。
【００４９】
次に、以上のように構成された本発明を実施するための形態について、組み立て、使用、動作の一例について説明する。
【００５０】
先ず、図３・図４に示すように、ランナＦの水車主軸Ｐが挿通された水車上カバー部１の中央軸孔周縁に、取付ベース４がボルトで固定される。このとき、分割面８によって２つに分離された取付ベース４，４のそれぞれを、水車主軸Ｐを両側から挟み込むようにして該分割面８，８同士を接合しておき、この状態で水車上カバー部１上のボルト孔４ａにボルト１８をねじ込んで固定する。
【００５１】
そして、分割面８によって２つに分離されたライナ板５ａ，５ａそれぞれを、水車主軸Ｐを両側から挟み込むようにして該分割面８，８同士を接合しておき、取付ベース４上面の嵌合凹部９にパッキン部材１５を介して、ライナ板５ａの下面にある嵌合凸部１１を嵌合する。
【００５２】
さらに、分割面８によって２つに分離された押さえ板６ａ，６ａそれぞれを、水車主軸Ｐを両側から挟み込むようにして該分割面８，８同士を接合しておき、ライナ板５ａの上面にある嵌合凸部１１に、押さえ板６ａの下面にある嵌合凹部１３を、パッキン部材１５を介して嵌合する。
【００５３】
こうして、図２・図３に示すように、５つの押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅと５つのライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅとが交互に積み重ねられる。このとき、最上部には、押さえ板６ｅが位置する。
【００５４】
そして、各ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅ、各押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅそれぞれの各挿通孔１２，１４に固定軸２を挿通し、最下部にある取付ベース４上面のネジ孔１０に固定軸２の一端をねじ込ませ、シーリングライナ７（最上部の押さえ板６ｅ）上側に突出している固定軸２にナット１６をねじ込んで締結固定する。
【００５５】
尚、分割面８によって分離された取付ベース４、ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅ、押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅそれぞれの各一方と各他方とを個別に組み立てておいてから、これらを水車主軸Ｐに両側から挟み込むようにして該分割面８，８同士を接合し、その後、ランナＦの水車主軸Ｐが挿通された水車上カバー部１の中央軸孔周縁に、取付ベース４をボルト１８で固定するようにしても良い。このとき、パッキン部材１５は、リング状のものを予め半分に切断しておく。
【００５６】
また、複数のライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅのうちの１つまたは２つ等が損傷・摩耗した場合には、ナット１６を外してから固定軸２を介して、損傷・摩耗したライナ板５ａ（５ｂ，…，５ｅ）を取り出し、新規のライナ板５ａ（５ｂ，…，５ｅ）に交換する。
【００５７】
このとき、損傷・摩耗の程度に応じて、例えば、下側の３つにステンレス鋼材、上側２つに真鍮材を使用する等の材質の個別変更を行う。
【００５８】
また、漏水量が増加した場合には、ライナ板５ｆ，５ｇを追加補充する。すなわち、図５に示すように、ライナ板５ａ，５ｂ，…，５ｅおよび押さえ板６ａ，６ｂ，…，６ｅの個数を、例えば、各２つだけ増やして合計が各７個となるようにする。この場合には、ライナ板５ｆ，５ｇおよび押さえ板６ｆ，６ｇの増加分を満たすために、長さの大きな固定軸（棒ボルト）２が使用される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るラビリンス型封水装置は、水力発電機器の他に、例えば、回転する軸が貫通する構造をもつ一般工業・農業機器等で隙間からの漏水等液漏れを低減させるための封水装置として使用する等、種々の分野のものに幅広く応用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ｓ１…ランナ入口部
Ｓ２…ランナ出口部
Ｄ…水圧鉄管
Ｋ…渦巻ケーシング
Ｆ…ランナ
Ｌ…ランナベーン
Ｐ…水車主軸
Ｇ…ガイドベーン（案内羽根）
Ｒ…吸出し管（ドラフトチューブ）
Ｖ…スラスト軸受
Ｕ…発電機軸
Ｑ１…回転子（ローター）
Ｑ２…固定子（ステーター）
１…水車上カバー
２…固定軸（棒ボルト）
３…封水部
４…取付ベース
４ａ…ボルト孔
５ａ（５ｂ，…，５ｅ）…ライナ板
６ａ（６ｂ，…，６ｅ）…押さえ板
７…シーリングライナ
８…分割面
９…嵌合凹部
１０…ネジ孔
１１…嵌合凸部
１２…挿通孔
１３…嵌合凹部
１４…挿通孔
１５…パッキン部材
１６…ナット
１７…給水孔
１８…ボルト
１０１…水車上カバー
１０２…水車下カバー
１０３…封水部
１０４…パッキンボックス
１０４ａ…円形フランジ部
１０５…シーリングライナ
１０６…給水孔
１０７…分割面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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