(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナが下端のフランジに連結された主軸の外周面および前記フランジの上面を、第１空間を介して覆うように、前記主軸に設置されているカップリングカバーと、
前記カップリングカバーの側部において、ランナ背圧室を介して前記ランナを覆うように設置されており、主軸封水部が第２空間を介して前記カップリングカバーの上面を覆うように設置される上カバーと
を備え、
前記カップリングカバーは、前記第１空間と前記第２空間との間を連結する第１開口部が上面に設けられると共に、前記第１開口部を介して前記第２空間から前記第１空間に流入した水を排出する第２開口部が側面に設けられており、
前記上カバーは、前記第２開口部から排出された水を外部へ排出する排水路が設けられていることを特徴とする、
水力機械のカバー装置。
【請求項２】
前記カップリングカバーは、
前記第１空間を前記主軸の回転方向において複数の空間に仕切るように設けられたリブ
を有する、
請求項１に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項３】
前記リブは、前記主軸の回転方向において内側の端部が外側の端部よりも前方に位置するように、前記主軸の径方向に対して傾斜している、
請求項２に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項４】
前記第１開口部と前記第２開口部とのそれぞれは、前記第１空間において前記リブによって仕切られた複数の空間のそれぞれに設けられている、
請求項２または３に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項５】
前記第１空間において前記リブによって仕切られた複数の空間のそれぞれにて、前記第１開口部は、前記主軸の回転方向の中央よりも前方に位置しており、前記第２開口部は、前記主軸の回転方向の中央よりも後方に位置している、
請求項４に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項６】
前記第２開口部は、前記主軸の回転方向において内側の端部が外側の端部よりも前方に位置するように、前記主軸の径方向に対して傾斜している、
請求項１から５のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項７】
前記カップリングカバーは、前記主軸の外周面から端部が離れており、当該カップリングカバーの端部と、前記主軸の外周面との間が、前記第１開口部として設けられている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項８】
前記第１開口部は、前記カップリングカバーの内周側の端部に設けられた切り欠きである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項９】
前記排水路は、
前記上カバーの内周面に形成されている溝と、
前記上カバーの内部において前記溝に連結している孔と、
前記上カバーの内部において前記孔に連結しているチャンバーと、
前記上カバーの内部において前記チャンバーに連結されている排水管と
を有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１０】
前記溝は、前記主軸の回転方向に沿ったリング状に形成されている、
請求項９に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１１】
前記孔は、前記主軸の回転方向において内側の端部が外側の端部よりも後方に位置するように前記主軸の径方向に対して傾斜している、
請求項９または１０に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１２】
前記チャンバーは、前記主軸の回転方向に沿ったリング状に形成されている、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１３】
前記チャンバーは、前記主軸の回転方向にて複数が並ぶように設けられており、
前記排水管は、前記複数のチャンバーのそれぞれに設けられている、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１４】
前記排水路は、
前記上カバーの内周面に形成されている溝と、
前記上カバーの内部において前記溝に連結されている排水管と
を有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の水力機械のカバー装置を備える、
水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力機械のカバー装置、水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車、ポンプ水車などの水力機械は、ランナの上部に上カバーが設けられており、ランナに連結された主軸が上カバーを貫通している。そして、静止体である上カバーと、回転体である主軸との間の隙間から圧力水が漏れることを防止するために、主軸封水装置が設置されている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２２５１１号公報
【特許文献２】特開平４−７６２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主軸封水装置については、漏水を効果的に防止するために、主軸へ直接的に圧力水を射出することや、封水羽根を設けることなど、さまざまな技術が提案されている。
【０００５】
しかし、前者のように圧力水を主軸へ直接的に射出する場合、射出する圧力水を高圧にする必要があるので、大規模な付帯設備が必要となる。また、後者のように、封水羽根を設ける場合には、水が上昇して飛散してしまう場合がある。
【０００６】
このような事情から、漏水を十分に防止することが困難な場合がある。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、漏水を効果的に防止できる、水力機械のカバー装置、水力機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の水力機械のカバー装置は、ランナが下端のフランジに連結された主軸の外周面および前記フランジの上面を、カップリングカバーが、第１空間を介して覆うように、主軸に設置されている。カップリングカバーの側部において、上カバーが、ランナ背圧室を介してランナを覆うように設置されている。上カバーは、主軸封水部が第２空間を介してカップリングカバーの上面を覆うように設置される。ここでは、カップリングカバーは、第１空間と第２空間との間を連結する第１開口部が上面に設けられると共に、第１開口部を介して第２空間から第１空間に流入した水を排出する第２開口部が側面に設けられている。上カバーは、第２開口部から排出された水を外部へ排出する排水路が設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、漏水を効果的に防止できる、水力機械のカバー装置、水力機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る水力機械を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る水力機械について動作を示す断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る水力機械について動作を示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図９】図９は、第５実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第６実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第６実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第７実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第８実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第８実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
［Ａ−１］全体構成
図１は、第１実施形態に係る水力機械を示す断面図である。
【００１３】
水力機械は、たとえば、フランシス型水車であって、図１に示すように、ランナ１、主軸２、カップリングカバー３、上カバー４、下カバー５、主軸封水部６、吸出管７、および、発電機８を備える。
【００１４】
ランナ１は、ランナ羽根１Ａとバンド１Ｂとクラウン１Ｃとを有し、ランナ羽根１Ａがバンド１Ｂとクラウン１Ｃとの間に挟まれるように設けられている。主軸２は、下端にフランジ２Ｆが設けられており、フランジ２Ｆがランナ１に連結されている。カップリングカバー３は、主軸２のフランジ２Ｆの上面を覆うと共に、主軸２の外周面を囲うように、主軸２に設置されている。上カバー４は、中央部分に主軸２が貫通しており、カップリングカバー３の外周面の側部において、ランナ１を上方から覆うように設置されている。下カバー５は、ランナ１を下方から覆うように設置されている。主軸封水部６は、カップリングカバー３の上面を覆うと共に主軸２の外周面を囲っている。吸出管７は、ランナ１の下方において、下カバー５に連結されている。発電機８は、主軸２に連結されている。なお、カップリングカバー３と上カバー４とによってカバー装置が構成される。
【００１５】
上記の水力機械（図１参照）は、水車運転時には、ランナ１の周囲に設けられたケーシング（図示なし）から、上カバー４と下カバー５との間に設置されたランナ１に圧力水が供給される。その供給された圧力水は、ランナ１においてランナ羽根１Ａが設けられたバンド１Ｂとクラウン１Ｃとの間に流れ、ランナ１が主軸２を回転軸として回転する。水力機械では、ランナ１と共に、主軸２とカップリングカバー３とが回転し、その主軸２の回転によって、発電機８が発電を行う。ランナ１を通過した圧力水は、吸出管７から放水路（図示なし）へ流出する。
【００１６】
上述したように、水力機械では、運転時にランナ１に供給された圧力水の一部が、回転体と静止体との間に侵入し、その間から漏れる場合があるが、主軸封水部６が、その圧力水を封じ込めて、漏水を防止している。
【００１７】
［Ａ−２］詳細構成
以下より、上記の水力機械の詳細な構成について説明する。
【００１８】
図２，図３は、第１実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図２は、図１のＸ部分を拡大して示す断面図である。図３は、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。なお、図３では、理解を容易にするために、水力機械を構成する一部（後述する第１開口部３Ａ）をＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、一部（後述する締結部材２Ｔ）の図示を省略している。
【００１９】
（１）ランナ１について
ランナ１は、図２に示すように、ボルトなどの締結部材２Ｔを用いて、クラウン１Ｃが主軸２に締結されている。ここでは、主軸２の下端に設けられたフランジ２Ｆにおいて、上側から下側へ貫通する孔に締結部材２Ｔが挿入されることによって、ランナ１が主軸２に連結されている。なお、図３においては、上述したように、図２で示した締結部材２Ｔについて、図示を省略している。
【００２０】
（２）主軸２について
主軸２は、図２に示すように、主軸スリーブ２１と主軸水切り部２２とが設けられている。
【００２１】
主軸スリーブ２１は、主軸２のフランジ２Ｆよりも上側部分において、主軸２の外周面を囲うように設けられている。主軸水切り部２２は、主軸スリーブ２１の上端において、主軸２の外周面を囲うように設けられている。
【００２２】
（２）カップリングカバー３について
カップリングカバー３は、図２に示すように、主軸２のフランジ２Ｆの上面に設置されており、内部の第１空間Ｓ１で締結部材２Ｔを収容している。つまり、カップリングカバー３は、側面部が第１空間Ｓ１を隔てて主軸２の外周面に対面し、上面部が第１空間Ｓ１を隔てて主軸２のフランジ２Ｆの上面に対面するように設けられている。
【００２３】
本実施形態においては、図３に示すように、カップリングカバー３は、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。また、カップリングカバー３は、リブ３１を有する。
【００２４】
カップリングカバー３のうち、リブ３１は、図３に示すように、第１空間Ｓ１を複数の空間に仕切るように、複数、設けられている。複数のリブ３１のそれぞれは、第１空間Ｓ１において、主軸２の回転方向Ｒにて等間隔に並んでおり、主軸２の径方向に面が沿うように放射状に設けられており、第１空間Ｓ１を複数の分割室に分割している。また、複数のリブ３１のそれぞれは、面が主軸２の軸方向に沿って垂直になるように設けられている。
【００２５】
この他に、本実施形態においては、図２に示すように、カップリングカバー３は、第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとが形成されている。
【００２６】
第１開口部３Ａは、図２に示すように、カップリングカバー３の上面部に設けられている。第１開口部３Ａは、図３においてＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しているように、円形の孔であって、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間（分割室）のそれぞれに、１つずつ形成されている。複数の第１開口部３Ａのそれぞれは、複数の分割室のそれぞれにて、同じ位置に設けられている。つまり、複数の第１開口部３Ａのそれぞれは、主軸２の回転方向Ｒにおいて等間隔に並ぶように設けられている。ここでは、複数の第１開口部３Ａのそれぞれは、複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒで中央部分に位置するように設けられている。また、第１開口部３Ａは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、径方向で中心よりも主軸２の側に位置している。
【００２７】
第２開口部３Ｂは、図２に示すように、カップリングカバー３の側面部に設けられている。図３に示すように、第２開口部３Ｂは、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間（分割室）のそれぞれに、１つずつ形成されている。複数の第２開口部３Ｂのそれぞれは、複数の分割室のそれぞれにて、同じ位置に設けられている。つまり、複数の第２開口部３Ｂのそれぞれは、主軸２の回転方向Ｒにおいて等間隔に並ぶように設けられている。複数の第２開口部３Ｂのそれぞれは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒで中央部分に位置するように設けられている。ここでは、第２開口部３Ｂは、回転方向Ｒにおいて第１開口部３Ａよりも、やや後ろ側に位置するように設けられている。また、第２開口部３Ｂは、径方向に沿って貫通するように形成されている。
【００２８】
（３）上カバー４について
上カバー４は、図２に示すように、ランナ１の周辺部分の上方に設けられている。上カバー４は、カップリングカバー３の側方において、ランナ背圧室Ｓ１１を介してランナ１を上方で覆うように設置されている。また、上カバー４は、側面部が、カップリングカバー３の側面部に接するように設置されている。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態では、上カバー４は、主軸２に近い内側部分が外側部分よりも厚く、この内側部分に排水路４０が形成されている。
【００３０】
排水路４０は、図２および図３に示すように、溝４１と、孔４２と、チャンバー４３と、排水管４４とを有し、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂから排出された水が外部へ流れるように形成されている。
【００３１】
排水路４０のうち、溝４１は、図２に示すように、上カバー４の内側部分においてカップリングカバー３に対面する内周面に形成されている。溝４１は、垂直方向の幅が、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂよりも広くなるように形成されている。図３に示すように、溝４１は、主軸２の回転方向Ｒに沿ったリング状に形成されており、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂから水が排出される。
【００３２】
排水路４０のうち、孔４２は、図２に示すように、上カバー４の内側部分において、溝４１に連結するように形成されている。孔４２は、溝４１に連結された一端部よりも他端部が上側に位置するように傾斜している。図３に示すように、孔４２は、主軸２の径方向において溝４１よりも外側に位置しており、その径方向に沿って上カバー４を貫通するように形成されている。
【００３３】
排水路４０のうち、チャンバー４３は、図２に示すように、上カバー４の内側部分において、孔４２に連結するように形成されている。図３に示すように、チャンバー４３は、主軸２の回転方向に沿ったリング状（円形状）に形成されている。チャンバー４３は、主軸２の径方向において溝４１および孔４２よりも外側に位置しており、溝４１および孔４２を介して、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂから水が排出される。
【００３４】
排水路４０のうち、排水管４４は、図２に示すように、上カバー４の内側部分においてチャンバー４３に連結されており、上カバー４の内側部分の外周面から外側へ突き出るように設置されている。図３に示すように、排水管４４は、主軸２の径方向においてチャンバー４３よりも外側に位置しており、その径方向に沿って上カバー４を貫通する部分を含むように形成されている。排水管４４は、チャンバー４３に排出された水が、たとえば、ポンプ（図示なし）によって外部へ流れる。
【００３５】
（４）主軸封水部６について
主軸封水部６は、図２に示すように、カップリングカバー３の上方に設置されている。主軸封水部６は、主軸２の側方において第２空間Ｓ２を介してカップリングカバー３を上方で覆うように、上カバー４に固定されており回転しない。
【００３６】
主軸封水部６は、図２に示すように、封水本体部６１と、パッキン６２と、パッキン固定部６３とを備えており、主軸２の外周面において水を封じ込めている。
【００３７】
主軸封水部６のうち、封水本体部６１は、上カバー４の上面に設置されている。封水本体部６１は、第２空間Ｓ２を介して、カップリングカバー３の上面を覆っている。ここでは、封水本体部６１は、カップリングカバー３の上方において、主軸２の外周面を囲うように設けられている。
【００３８】
主軸封水部６のうち、パッキン６２は、封水本体部６１において主軸２に対面する内周面に設けられている。パッキン６２は、たとえば、スプリング（図示なし）によって主軸スリーブ２１の側に押されており、内周面が主軸スリーブ２１の外周面と密着している。
【００３９】
主軸封水部６のうち、パッキン固定部６３は、パッキン６２の上部に設置されており、パッキン６２を固定している。
【００４０】
［Ｂ］動作
以下より、上記の水力機械の動作について説明する。
【００４１】
図４，図５は、第１実施形態に係る水力機械について動作を示す断面図である。図４は、図２と同様に、図１のＸ部分を拡大して示す断面図である。図５は、図３と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。図４，図５では、圧力水の流路について矢印で示している。なお、図４においては、締結部材２Ｔの図示を省略している。また、図５では、図３と同様に、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００４２】
上記のように水力機械を運転すると、図４において点Ａで示すように、圧力水は、ランナ１と上カバー４との間に位置するランナ背圧室Ｓ１１に入る。そして、点Ｂで示すように、圧力水がランナ背圧室Ｓ１１において、外側から内側へ進む。その後、点Ｃで示すように、その圧力水は、静止体である上カバー４の内周側面と、回転体であるカップリングカバーの外周側面との間の隙間を通って第２空間Ｓ２に入るので、第２空間Ｓ２では圧力が上昇する。そして、点Ｄに示すように、圧力水が第２空間Ｓ２において外側から内側へ進む。この後、第２空間Ｓ２から、静止体である主軸封水部６と、回転部である主軸２との間の隙間を圧力水が通過すると漏水が発生するが、この隙間を主軸封水部６がパッキン６２でシールしているので、水力機械では漏水の発生が防止されている。ただし、使用の継続によってパッキン６２が摩耗すると、静止体である主軸封水部６と回転部である主軸２との間が十分にシールされた状態でなくなる場合があるので、第２空間Ｓ２内の圧力が上昇するに伴って、この隙間から漏水が発生する場合がある。
【００４３】
しかしながら、本実施形態では、図４に示すように、カップリングカバー３には、第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとが形成されている。これと共に、上カバー４には、排水路４０が形成されている。このため、これらの各部を介して、第２空間Ｓ２から圧力水を外部へ排出できるので、漏水の発生をより効果的に抑制できる。
【００４４】
具体的には、図４において点Ｅで示すように、圧力水は、第２空間Ｓ２から、カップリングカバー３の第１開口部３Ａを介して、第１空間Ｓ１に入る。第１空間Ｓ１では、主軸２の回転によって、遠心力が働く。これと共に、図５に示すように、第１空間Ｓ１においては、カップリングカバー３のリブ３１が設けられており、そのリブ３１が主軸２と一体で回転するので、強制渦が生ずる。このため、第１空間Ｓ１では、圧力が内径側よりも外径側の方が高くなり、その外径側の圧力は、カップリングカバー３において外径側に設けられた第２開口部３Ｂによって開放される。したがって、点Ｆで示すように第１空間Ｓ１の外径側に進んだ圧力水は、点Ｇに示すように、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂを介して、上カバー４の排水路４０に排出される。ここでは、カップリングカバー３の外周側面と上カバー４の内周側面との間に、高圧な水の膜が形成される。
【００４５】
その後、図４，図５において点Ｇ，点Ｈに示すように、上カバー４の排水路４０では、溝４１と孔４２とチャンバー４３と排水管４４とのそれぞれを順次介して、圧力水が外部へ排出される。このため、本実施形態では、第２空間Ｓ２の圧力を低下できるので、漏水の発生をより効果的に防止できる。
【００４６】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、ランナ１が下端のフランジ２Ｆに連結された主軸２の外周面およびフランジ２Ｆの上面を、カップリングカバー３が、第１空間Ｓ１を介して覆うように、主軸２に設置されている。そして、カップリングカバー３の側部において、上カバー４が、ランナ背圧室７を介してランナ１を覆うように設置されている。また、第２空間Ｓ２を介してカップリングカバー３の上面を覆うように、主軸封水部６が上カバー４の上面に設置されている。主軸封水部６は、主軸２の外周面との間にパッキン６２が設けられている。
【００４７】
ここで、カップリングカバー３には、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間を連結する第１開口部３Ａが上面に設けられる共に、第１開口部３Ａを介して第２空間から第１空間に流入した水を排出する第２開口部３Ｂが側面に設けられている。また、上カバー４においては、第２開口部３Ｂから排出された水を外部へ排出する排水路４０が設けられている。このため、本実施形態では、上記したように、カップリングカバー３の第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂ、および、上カバー４の排水路４０を順次介して、第２空間Ｓ２から圧力水を外部へ排出できる。
【００４８】
したがって、本実施形態では、第２空間Ｓ２内の圧力を低減できるので、漏水の発生を効果的に防止できる。また、これに伴って、主軸封水部６のパッキン６２を、長期間、使用することができる。本実施形態では、上記したように、大規模な付帯設備を設けずに、十分な漏水の防止を実現できる。
【００４９】
本実施形態においては、カップリングカバー３は、第１空間Ｓ１を主軸２の回転方向Ｒにおいて複数の空間（分割室）に仕切るようにリブ３１が設けられている。このため、上述したように、第１空間Ｓ１においては、リブ３１が主軸２と一体で回転するので、強制渦が生じ、圧力が内径側よりも外径側の方が高くなる。そして、第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとのそれぞれは、第１空間Ｓ１においてリブ３１によって仕切られた複数の空間のそれぞれに設けられている。したがって、より効果的に圧力水を外部へ排出できる。
【００５０】
本実施形態においては、溝４１は、主軸２の回転方向Ｒに沿ったリング状に形成されている。このため、第２開口部３Ｂから圧力水が効率良く排出される。
【００５１】
＜第２実施形態＞
［Ａ］構成
図６は、第２実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図６は、図３と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図であって、図５と同様に、圧力水の流路について矢印で示している。また、図６では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００５２】
本実施形態は、図６に示すように、カップリングカバー３について、リブ３１と第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとの構成が第１実施形態と異なる。また、上カバー４の排水路４０について、孔４２の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態は、これらの点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００５３】
（１）カップリングカバー３について
カップリングカバー３のうち、リブ３１は、図６に示すように、複数が、第１空間Ｓ１において、主軸２の回転方向Ｒにて等間隔に並んでいる。しかし、第１実施形態と異なり、リブ３１は、主軸２の径方向に面が平行でなく、径方向に対して傾くように設けられている。ここでは、リブ３１は、内側の端部が回転方向Ｒの前方であって、外側の端部が回転方向Ｒの後方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。
【００５４】
カップリングカバー３のうち、第１開口部３Ａは、図６に示すように、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間（分割室）のそれぞれに、１つずつ形成されている。しかし、第１実施形態と異なり、第１開口部３Ａは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒにて前方に位置するリブ３１に近い位置に設けられている。つまり、第１開口部３Ａは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒの中央部分よりも前方に位置するように形成されている。
【００５５】
カップリングカバー３のうち、第２開口部３Ｂは、図６に示すように、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間（分割室）のそれぞれに、１つずつ形成されている。しかし、第１実施形態と異なり、第２開口部３Ｂは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒで後方に位置するリブ３１に近い位置に設けられている。つまり、第２開口部３Ｂは、その複数の分割室のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒの中央部分よりも後方に位置するように形成されている。また、第２開口部３Ｂは、第１実施形態と異なり、主軸２の径方向に平行でなく、径方向に対して傾くように設けられている。ここでは、第２開口部３Ｂは、リブ３１と同様に、内側の端部が回転方向Ｒの前方であって、外側の端部が回転方向Ｒの後方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。
【００５６】
（２）上カバー４について
上カバー４の排水路４０のうち、孔４２は、図６に示すように、上カバー４の内部において、溝４１に連結するように形成されている。しかし、孔４２は、第１実施形態と異なり、主軸２の径方向に平行でなく、径方向に対して傾くように設けられている。ここでは、孔４２は、第２開口部３Ｂとは反対に、内側の端部が回転方向Ｒの後方であって、外側の端部が回転方向Ｒの前方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。
【００５７】
［Ｂ］動作
以下より、上記の水力機械の動作について説明する。
【００５８】
図６において点Ｅで示すように、圧力水は、カップリングカバー３の第１開口部３Ａを介して、第１空間Ｓ１に入る。第１空間Ｓ１では、主軸２の回転によって遠心力が働くと共に、リブ３１の回転によって強制渦が生ずる。このため、点Ｆで示すように第１空間Ｓ１の外径側に進んだ圧力水は、点Ｇに示すように、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂを介して、上カバー４の排水路４０に排出される。そして、点Ｇ，点Ｈに示すように、上カバー４の排水路４０では、溝４１と孔４２とチャンバー４３と排水管４４とのそれぞれを順次介して、圧力水が外部へ排出される。
【００５９】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、リブ３１は、主軸２の回転方向Ｒにおいて内側の端部が外側の端部よりも前方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。第２開口部３Ｂは、主軸２の回転方向Ｒにおいて内側の端部が外側の端部よりも前方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。また、孔４２は、主軸２の径方向に対して、流出する水の周方向速度と半径方向との合成ベクトル方向に見合った角度で傾斜している。つまり、孔４２は、主軸２の回転方向Ｒにおいて内側の端部が外側の端部よりも後方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。このように、本実施形態では、カップリングカバー３のリブ３１および第２開口部３Ｂ、上カバー４の孔４２のそれぞれは、主軸２が回転したときに圧力水にかかる力のモーメントに沿っているので、第１空間Ｓ１から、その各部を介して圧力水が外部へ排出されやすい。
【００６０】
本実施形態では、第１空間Ｓ１においてリブ３１によって仕切られた複数の空間のそれぞれにて、第１開口部３Ａは、主軸２の回転方向Ｒの中央よりも前方に位置しており、第２開口部３Ｂは、主軸２の回転方向Ｒの中央よりも後方に位置している。第１開口部３Ａは、主軸２の径方向において中央部分よりも内側に位置している。このため、第１空間Ｓ１にてリブ３１によって仕切られた複数の空間において圧力水に遠心力が大きくかかるので、第１開口部３Ａから第１空間Ｓ１に入った圧力水が、第２開口部３Ｂから排出されやすい。
【００６１】
したがって、本実施形態では、第１実施形態の場合よりも、更に、漏水を効果的に防止できる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構成
図７は、第３実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図７は、図６と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図であって、圧力水の流路について矢印で示している。また、図７では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００６３】
本実施形態は、図７に示すように、上カバー４の排水路４０について、チャンバー４３と排水管４４との構成が第２実施形態と異なる。本実施形態は、これらの点、および、関連する点を除き、第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００６４】
排水路４０のうち、チャンバー４３は、図７に示すように、上カバー４の内部において、孔４２に連結するように形成されている。チャンバー４３は、カップリングカバー３の外周面に沿ったリング状でなく、第１空間Ｓ１の場合と同様に、カップリングカバー３の外周面において仕切り板によって複数に仕切られている。複数のチャンバー４３は、第１空間Ｓ１と同様に、主軸２の回転方向Ｒにて等間隔に並ぶように設けられている。
【００６５】
排水路４０のうち、排水管４４は、図７に示すように、上カバー４のチャンバー４３に連結されている。ここでは、排水管４４は、主軸２の回転方向Ｒにて並ぶ複数のチャンバー４３のそれぞれに設けられている。
【００６６】
［Ｂ］動作
以下より、上記の水力機械の動作について説明する。
【００６７】
図７において点Ｅで示すように、圧力水は、カップリングカバー３の第１開口部３Ａを介して、第１空間Ｓ１に入る。第１空間Ｓ１では、主軸２の回転によって遠心力が働くと共に、リブ３１の回転によって強制渦が生ずる。このため、点Ｆで示すように第１空間Ｓ１の外径側に進んだ圧力水は、点Ｇに示すように、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂを介して、上カバー４の排水路４０に排出される。そして、点Ｇ，点Ｈに示すように、上カバー４の排水路４０では、溝４１と孔４２とチャンバー４３と排水管４４とのそれぞれを順次介して、圧力水が外部へ排出される。ここでは、主軸２の回転方向Ｒにて並ぶ複数のチャンバー４３のそれぞれに圧力水が入った後に、その複数のチャンバー４３のそれぞれに設けられた複数の排水管４４のそれぞれから、圧力水が排出される。
【００６８】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、カップリングカバー３は、リブ３１と第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとの構成が第２実施形態と同様である。また、上カバー４の排水路４０について、孔４２の構成が第２実施形態と同様である。チャンバー４３は、主軸２の回転方向Ｒにて複数が並ぶように設けられており、排水管４４は、複数のチャンバー４３のそれぞれに設けられている。このため、圧力水は、複数の排水管４４から外部へ排出される。
【００６９】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【００７０】
＜第４実施形態＞
［Ａ］構成
図８は、第４実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図８は、図３と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。図８では、カップリングカバー３と主軸２とについて示しており、上カバー４（図３参照）については図示を省略している。また、図８では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００７１】
本実施形態は、図８に示すように、カップリングカバー３の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００７２】
図８に示すように、カップリングカバー３は、第１実施形態の場合と同様に、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。第１開口部３Ａは、主軸２の回転方向Ｒにおいて複数が等間隔に並ぶように設けられている。第２開口部３Ｂは、主軸２の回転方向Ｒにおいて複数が等間隔に並ぶように設けられている。
【００７３】
しかし、第１実施形態の場合と異なり、カップリングカバー３は、リブ３１（図３参照）が設けられていない。
【００７４】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、リブ３１（図３参照）が無い点を除き、第１実施形態と同様である。リブ３１が無いので第１空間Ｓ１ではリブ３１の回転による強制渦の発生が無いが、第１空間Ｓ１では、主軸２の回転によって、遠心力が働く。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様な経路で、圧力水が外部へ排出される。
【００７５】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【００７６】
＜第５実施形態＞
［Ａ］構成
図９は、第５実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図９は、図８と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。図９では、図８と同様に、カップリングカバー３と主軸２とについて示しており、上カバー４（図３参照）については図示を省略している。また、図９では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００７７】
本実施形態は、図９に示すように、カップリングカバー３の構成が第４実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、関連する点を除き、第４実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００７８】
図９に示すように、カップリングカバー３は、第４実施形態の場合と同様に、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。第１開口部３Ａは、主軸２の回転方向Ｒにおいて複数が等間隔に並ぶように設けられている。第２開口部３Ｂは、主軸２の回転方向Ｒにおいて複数が等間隔に並ぶように設けられている。そして、リブ３１（図３参照）については設けられていない。
【００７９】
しかし、第２開口部３Ｂは、図９に示すように、第４実施形態の場合と異なり、主軸２の径方向に平行でなく、径方向に対して傾くように設けられている。ここでは、第２開口部３Ｂは、内側の端部が回転方向Ｒの前方であって、外側の端部が回転方向Ｒの後方に位置するように、主軸２の径方向に対して傾斜している。つまり、第２実施形態の場合（図６参照）と同様である。
【００８０】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、第２開口部３Ｂが主軸２の径方向に対して傾いている点を除き、第４実施形態と同様である。第２開口部３Ｂが主軸２の径方向に対して傾いている点は、第２実施形態の場合（図６参照）と同様である。このため、本実施形態では、他の実施形態と同様な経路で、圧力水が外部へ排出される。
【００８１】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【００８２】
＜第６実施形態＞
［Ａ］構成
図１０，図１１は、第６実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図１０は、図２と同様に、図１のＸ部分を拡大して示す断面図である。図１１は、図３と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。図１１では、カップリングカバー３と主軸２とについて示しており、上カバー４（図３参照）については図示を省略している。また、図１１では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００８３】
本実施形態は、図１０，図１１に示すように、カップリングカバー３の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００８４】
カップリングカバー３は、図１０に示すように、第１実施形態の場合と同様に、主軸２のフランジ２Ｆの上面に設置されており、内部の第１空間Ｓ１で締結部材２Ｔを収容している。カップリングカバー３は、図１１に示すように、第１実施形態の場合と同様に、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。そして、複数の第２開口部３Ｂが、主軸２の回転方向Ｒにおいて等間隔に並ぶように設けられている。
【００８５】
しかし、第１実施形態の場合と異なり、カップリングカバー３は、図１０に示すように、主軸２の外周面から端部が離れており、そのカップリングカバー３の端部と、主軸２の外周面との間が、第１開口部３Ａとして設けられている。ここでは、図１１に示すように、第１開口部３Ａは、主軸２の回転方向Ｒに沿ってリング状に主軸２の外周面を囲うように設けられている。また、カップリングカバー３においては、リブ３１（図３参照）が設けられていない。なお、カップリングカバー３にリブ３１（図３参照）を設けてもよい。
【００８６】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、第１開口部３Ａの形状が第１実施形態と異なっているが、第１実施形態と同様に、この第１開口部３Ａから第１空間Ｓ１へ圧力水が入る。また、本実施形態では、リブ３１（図３参照）が無いので第１空間Ｓ１ではリブ３１の回転による強制渦の発生が無いが、第１空間Ｓ１では、主軸２の回転によって、遠心力が働く。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様な経路で、圧力水が外部へ排出される。
【００８７】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【００８８】
＜第７実施形態＞
［Ａ］構成
図１２は、第７実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図１２は、図１１と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。図１２では、図１１と同様に、カップリングカバー３と主軸２とについて示しており、上カバー４（図３参照）については図示を省略している。また、図１２では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００８９】
本実施形態は、図１２に示すように、カップリングカバー３の構成が第６実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、関連する点を除き、第６実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００９０】
カップリングカバー３は、図１２に示すように、第６実施形態の場合と同様に、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。そして、複数の第２開口部３Ｂが、主軸２の回転方向Ｒにおいてが等間隔に並ぶように設けられている。また、リブ３１（図３参照）が設けられていない（なお、第６実施形態の場合と同様に、リブ３１（図３参照）について、別途、設けてもよい）。
【００９１】
しかし、カップリングカバー３においては、第６実施形態の場合と異なり、第１開口部３Ａは、図１２に示すように、カップリングカバー３の内周側の端部において、主軸２の回転方向Ｒに沿って複数が等間隔に並ぶように設けられている。複数の第１開口部３Ａのそれぞれは、半円状の切り欠きとして、カップリングカバー３に形成されている。
【００９２】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態は、第１開口部３Ａの形状が第６実施形態と異なっているが、第６実施形態と同様に、この第１開口部３Ａから第１空間Ｓ１へ圧力水が入る。このため、本実施形態では、第６実施形態と同様な経路で、圧力水が外部へ排出される。
【００９３】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【００９４】
＜第８実施形態＞
［Ａ］構成
図１３，図１４は、第８実施形態に係る水力機械について詳細な構成を示す断面図である。図１３は、図２と同様に、図１のＸ部分を拡大して示す断面図である。図１４は、図３と同様に、図１のＸ１−Ｘ１部分の矢視図である。また、図１４では、第１開口部３ＡをＸ１−Ｘ１部分の断面に投影して図示しており、これと共に、締結部材２Ｔの図示を省略している。
【００９５】
本実施形態は、図１３，図１４に示すように、カップリングカバー３の構成および上カバー４の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態は、これらの点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００９６】
（１）カップリングカバー３について
カップリングカバー３は、図１３に示すように、主軸２のフランジ２Ｆの上面に設置されており、内部の第１空間Ｓ１で締結部材２Ｔを収容している。カップリングカバー３は、図１４に示すように、側面部が主軸２の周囲において円形になるように設けられている。しかし、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、カップリングカバー３は、第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとが設けられた位置が異なる。
【００９７】
第１開口部３Ａは、図１４に示すように、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間のそれぞれに、１つずつ形成されている。しかしながら、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、第１開口部３Ａは、その仕切られた複数の空間のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒにて前方に位置するリブ３１に近い位置に設けられている。つまり、第１開口部３Ａは、第２実施形態の場合（図６参照）と同様に、その仕切られた複数の空間のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒの中央部分よりも前方に位置するように形成されている。
【００９８】
第２開口部３Ｂは、図１４に示すように、第１空間Ｓ１において複数のリブ３１で仕切られた複数の空間のそれぞれに、１つずつ形成されている。しかしながら、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、第２開口部３Ｂは、その仕切られた複数の空間のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒで後方に位置するリブ３１に近い位置に設けられている。つまり、第２開口部３Ｂは、第２実施形態の場合（図６参照）と同様に、その仕切られた複数の空間のそれぞれにおいて、主軸２の回転方向Ｒの中央部分よりも後方に位置するように形成されている。
【００９９】
（２）上カバー４について
上カバー４は、図１３に示すように、カップリングカバー３の側方において、ランナ背圧室Ｓ１１を介してランナ１を上方で覆うように設置されている。そして、上カバー４は、排水路４０が形成されている。
【０１００】
排水路４０は、図１３，図１４に示すように、溝４１と排水管４４とを有し、カップリングカバー３の第２開口部３Ｂから排出された水が外部へ流れる。本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、排水路４０には、孔４２（図２参照）とチャンバー４３（図２参照）とが設けられていない。
【０１０１】
排水路４０のうち、溝４１は、図１３，図１４に示すように、第１実施形態の場合（図２参照）と同様に設けられている。
【０１０２】
排水路４０のうち、排水管４４は、図１３，図１４に示すように、上カバー４の溝４１に連結されており、溝４１に排出された水が、水の有する圧力によって外部に排出される。なお、外部にポンプ（図示なし）を設置し、そのポンプを用いて、溝４１から外部への水の排出を促進するように構成しても良い。
【０１０３】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、第１開口部３Ａと第２開口部３Ｂとの位置が、第１実施形態と異なっているが、第２実施形態と同様に、第１開口部３Ａから第１空間Ｓ１の内部へ圧力水が入り、第２開口部３Ｂから第１空間Ｓ１の外部へ圧力水が出る。そして、本実施形態では、第２開口部３Ｂから出た圧力水が、排水路４０を介して外部へ排出される。ここでは、溝４１と排水管４４とを順次介して、圧力水が排出される。
【０１０４】
したがって、本実施形態では、他の実施形態と同様に、漏水を効果的に防止できる。
【０１０５】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１…ランナ、１Ａ…ランナ羽根、１Ｂ…バンド、１Ｃ…クラウン、２…主軸、２Ｆ…フランジ、２Ｔ…締結部材、３…カップリングカバー、３Ａ…第１開口部、３Ｂ…第２開口部、４…上カバー、５…下カバー、６…主軸封水部、７…吸出管、８…発電機、２１…主軸スリーブ、２２…水切り部、３１…リブ、４０…排水路、４１…溝、４２…孔、４３…チャンバー、４４…排水管、６１…封水本体部、６２…パッキン、６３…パッキン固定部、Ｓ１…第１空間、Ｓ１１…ランナ背圧室、Ｓ２…第２空間
【図１】
0005638555.tif 000002
【図２】
0005638555.tif 000003
【図３】
0005638555.tif 000004
【図４】
0005638555.tif 000005
【図５】
0005638555.tif 000006
【図６】
0005638555.tif 000007
【図７】
0005638555.tif 000008
【図８】
0005638555.tif 000009
【図９】
0005638555.tif 000010
【図１０】
0005638555.tif 000011
【図１１】
0005638555.tif 000012
【図１２】
0005638555.tif 000013
【図１３】
0005638555.tif 000014
【図１４】
0005638555.tif 000015