(57)【要約】【課題】装置の小型化を実現すると共に、漏水を効果的に防止できる、主軸封水軸受装置、及び水力機械を提供する。【解決手段】本実施形態の主軸封水軸受装置において、ガイド軸受部は、ランナの上方に連結された主軸の外周面の周囲に液槽部が設けられており、液槽部の内部において軸受パッドが液体を介して主軸のラジアル荷重を受ける。主軸封水部は、ランナの上方において主軸の外周面の周囲にシール部材が設けられており、主軸の外周面との間を封止する。主軸封水部は、シール部材が液槽部の内周面に設置されている。【選択図】図２
2014031816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナの上方に連結された主軸の外周面の周囲に液槽部が設けられており、前記液槽部の内部において軸受パッドが前記主軸のラジアル荷重を受けるガイド軸受部と、
前記ランナの上方において前記主軸の外周面の周囲にシール部材が設けられており、前記主軸の外周面との間を封止する主軸封水部と
を備え、
前記主軸封水部は、前記シール部材が前記液槽部の内周面に設置されていることを特徴とする、
主軸封水軸受装置。
【請求項２】
前記ガイド軸受部は、
前記軸受パッドの上端部よりも上方において前記液槽部の外周面に設置されており、前記液槽部の内部から流入した液体を外部へ排出するオーバーフロー配管
を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項３】
前記ガイド軸受部は、前記主軸の外周面の周囲において前記ランナの上方を覆う上カバーの上面に設置されており、前記液槽部の底板が前記上カバーであることを特徴とする、
請求項１または２に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項４】
前記液槽部の外周面に設けられており、ポンプ及び電動弁が流路に設置されている強制排出管と、
前記液槽部の内部に収容された液体の液面の位置を計測し、当該計測によって得た液面レベル信号を出力する液面計と、
前記液面計から出力される液面レベル信号に応じて、前記ポンプ及び前記電動弁に制御信号を出力することによって、前記ポンプ及び前記電動弁の動作を制御する制御部と
を有する、
請求項１から３のいずれかに記載の主軸封水軸受装置。
【請求項５】
前記主軸は、
前記主軸封水部の上方において前記主軸の外周面に設置されているスラストカラー
を有し、
前記スラストカラーは、
前記主軸の外周面に内周部が固定されているリング部と、
前記主軸の外周面に間を隔てて内周面が対面しており、前記リング部の外周部に上端が連結されている円筒部と
を含み、
前記ガイド軸受部は、前記スラストカラーの前記円筒部を前記液槽部が内部に収容しており、前記液槽部の内部において前記軸受パッドの内周面が当該円筒部の外周面に対面していることを特徴とする、
請求項１から４のいずれかに記載の主軸封水軸受装置。
【請求項６】
前記ガイド軸受部において、前記液槽部は、
前記主軸の外周面の周囲において前記主軸の外周面に内周面が間を隔てて対面している内筒と、
前記主軸の径方向において前記内筒及び前記スラストカラーよりも外側の位置に設けられている下側外筒と、
前記主軸の径方向に沿って延在しており、前記主軸の径方向において前記内筒及び前記スラストカラーよりも外側の位置において前記下側外筒の上端部に固定されている支持板と、
前記主軸の径方向において前記内筒及び前記スラストカラーよりも外側の位置に設けられており、前記支持板の上面に下端部が固定されている上側外筒と
を有し、
前記内筒は、前記スラストカラーの前記リング部の下方において、前記主軸と前記スラストカラーの前記円筒部との間に上端側の部分が位置しており、
前記下側外筒は、前記スラストカラーの前記円筒部の下端部よりも上端部が低い位置にあり、
前記支持板は、上面と下面との間を貫通する貫通孔が形成されており、
前記上側外筒は、上端部が前記スラストカラーの円筒部の上端部よりも高い位置にあり、
前記軸受パッドは、前記支持板の上面に設置されており、上端部が前記内筒の上端部よりも低い位置にあることを特徴とする、
請求項５に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項７】
前記内筒は、
第１内筒と、
前記主軸の径方向において前記第１内筒よりも外側に設置されており、前記第１内筒よりも上端部が上方に位置している第２内筒と
を備え、
前記ガイド軸受部は、
前記第２内筒に設置されており、前記第１内筒の外周面と前記第２内筒の内周面との間に流入した水を外部へ排出する排出管
を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項８】
前記ガイド軸受部は、
前記排出管から分岐しており、前記排出管に流入した水を外部へ排出するバイパス管と、
前記排出管の流路に設置されたポンプと、
前記第１内筒の外周面と前記第２内筒の内周面との間の液面を計測し、当該計測によって得た液面レベル信号を出力する液面計と、
前記液面計から出力される液面レベル信号に応じて、前記ポンプに制御信号を出力することによって、前記ポンプの動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする、
請求項７に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項９】
前記主軸封水部は、
前記シール部材にパージ水を外部から供給するパージ水供給配管
を有し、
前記シール部材は、
当該シール部材の内周面のうち前記主軸の回転軸の方向において中央に位置する部分に形成されている内側円周溝と、
当該シール部材の外周面のうち前記主軸の回転軸の方向において中央に位置する部分に形成されている外側円周溝と、
前記内側円周溝と前記外側円周溝との間を連通する連通孔と
を含み、
前記パージ水供給配管は、前記シール部材の前記外側円周溝に連通していることを特徴とする、
請求項１から８のいずれかに記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１０】
前記シール部材は、
当該シール部材の内周面において前記内側円周溝の上側部分に設けられており、下端部が前記内側円周溝の内部に連結され、上端部には壁が形成されている動圧溝と、
当該シール部材の内周面において前記内側円周溝の下側部分に設けられており、上端部が前記内側円周溝の内部に連結され、上端部と下端部との間が貫通しているポンプ溝と
を有することを特徴とする、
請求項９に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１１】
前記動圧溝及び前記ポンプ溝は、前記主軸の回転軸の方向に対して平行に延在していることを特徴とする、
請求項１０に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１２】
前記主軸は、一の回転方向に回転し、
前記動圧溝は、前記主軸の回転軸の方向に対して傾斜して延在しており、前記一の回転方向において上端部が下端部よりも前方に位置しており、
前記ポンプ溝は、前記主軸の回転軸の方向に対して傾斜して延在しており、前記一の回転方向において下端部が上端部よりも前方に位置していることを特徴とする、
請求項１０に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１３】
前記主軸は、一の回転方向に回転し、
前記動圧溝は、
前記主軸の回転軸の方向に対して平行に延在しており、前記内側円周溝に下端部が連結されている導入溝と、
前記一の回転方向において前記導入溝の前方に形成されているレーリーステップ溝と
を有し、
前記ポンプ溝は、前記主軸の回転軸の方向に対して傾斜して延在しており、前記一の回転方向において下端部が上端部よりも前方に位置していることを特徴とする、
請求項１０に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１４】
前記動圧溝は、
前記主軸の回転軸の方向に対して平行に延在しており、前記内側円周溝に下端部が連結されている導入溝と、
前記主軸の周方向において前記導入溝を挟む一対のレーリーステップ溝と
を有し、
前記ポンプ溝は、前記主軸の回転軸の方向に対して平行に延在していることを特徴とする、
請求項１０に記載の主軸封水軸受装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の主軸封水軸受装置を備える、
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、主軸封水軸受装置、及び水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力機械において、縦軸水車は、ランナの上面に連結された主軸の外周面に、ガイド軸受部と主軸封水部とが設置されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ガイド軸受部は、主軸において径方向（ラジアル方向）に作用するラジアル荷重を受けて、主軸を支持する。具体的には、ガイド軸受部は、水や潤滑油などの液体を潤滑剤として収容する液槽を備えており、その液槽内で軸受パッドが主軸のラジアル荷重を受ける。ガイド軸受部は、近年、環境への影響を考慮して、油潤滑に代わって水潤滑が採用され、液槽内には潤滑油よりも水が収容される場合が多い。
【０００４】
主軸封水部は、主軸との間をシール部材でシールしており、水力機械の運転時に作動流体としてランナに供給された水がランナ背圧室から外部へ漏れることを防止している。たとえば、主軸封水部は、ランナ背圧室よりも圧力が高いパージ水を供給するパージ水供給配管を備えており、そのパージ水供給配管からパージ水を主軸とシール部材との間に供給することによってシールしている。主軸封水部は、ガイド軸受部と上カバーとの間に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３４６２号公報（図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の水力機械は、主軸封水部とガイド軸受部との両者を個別に設置しているため、主軸が長くなり、装置を小型化することが容易でない。
【０００７】
そして、上記の水力機械では、ガイド軸受部とランナとの間が離れていると共に、ガイド軸受部と主軸封水部との間が離れているので、運転時にランナの回転によって発生する振動をガイド軸受部が十分に抑制できない場合がある。その結果、主軸封水部においてシール部材が設置された部分では、振動の振幅が大きくなり、シール部材の損傷が発生して、土砂を含む水が外部に多量に漏れるおそれがある。
【０００８】
上記のように、水力機械では、装置の小型化が容易でなく、漏水を十分に防止することが困難な場合がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化を実現すると共に、漏水を効果的に防止できる、主軸封水軸受装置、及び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】
【００１０】
本実施形態の主軸封水軸受装置において、ガイド軸受部は、ランナの上方に連結された主軸の外周面の周囲に液槽部が設けられており、その液槽部の内部において軸受パッドが主軸のラジアル荷重を受ける。主軸封水部は、ランナの上方において主軸の外周面の周囲にシール部材が設けられており、主軸の外周面との間を封止する。ここで、主軸封水部は、シール部材が液槽部の内周面に設置されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の小型化を実現すると共に、漏水を効果的に防止できる、主軸封水軸受装置、及び水力機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る水力機械の構成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おいて、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る水力機械の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おいて、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【図１０】図１０は、第６実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【図１１】図１１は、第７実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【図１２】図１２は、第８実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【図１３】図１３は、第９実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
＜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の構成を示す断面図である。
【００１５】
水力機械は、たとえば、フランシス型の縦軸水車であって、図１に示すように、ランナ１、主軸２、上カバー３、下カバー４、主軸封水軸受部５（主軸封水軸受装置）、吸出管６、及び発電電動機７を備える。
【００１６】
ランナ１は、ランナ羽根１Ａとバンド１Ｂとクラウン１Ｃとを有しており、複数のランナ羽根１Ａがバンド１Ｂとクラウン１Ｃとの間に設けられている。主軸２は、下端に設けられたフランジ２Ｆがランナ１のクラウン１Ｃの上面に連結されており、主軸２の中心軸を回転軸Ｃとして回転する。上カバー３は、主軸２が中央部分を貫通しており、主軸２の外周面の周囲において、ランナ１のクラウン１Ｃの上面を覆っている。下カバー４は、ランナ１のバンド１Ｂの下面を覆っている。主軸封水軸受部５は、主軸２の外周面の周囲において上カバー３の上面に設置されており、主軸２との間をシールしていると共に、主軸２の径方向に作用するラジアル荷重を受けて主軸２を支持している。吸出管６は、ランナ１の下方において、下カバー４に連結されている。発電電動機７は、主軸２の上端に連結されている。各部は、たとえば、金属材料を用いて形成されている。
【００１７】
上記の水力機械（図１参照）は、ポンプ水車であり、発電運転（水車運転）及び揚水運転（ポンプ運転）が行われる。
【００１８】
具体的には、発電運転（水車運転）の際には、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３と下カバー４との間に設置されたランナ１に水を供給する。そして、その供給された水が、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との間を流れる。これにより、鉛直方向に沿った主軸２の中心軸を回転軸Ｃとしてランナ１が回転する。ここでは、主軸２の中心軸の周りを囲う周方向ＣＲのうち、一の回転方向Ｒ１にランナ１が回転する。水力機械では、ランナ１と共に主軸２が回転し、その主軸２の回転によって、発電電動機７が駆動して発電を行う。ランナ１を通過した流水は、下方に流れ、吸出管６から排出される。
【００１９】
一方で、揚水運転（ポンプ運転時）の際には、発電運転（水車運転）時とは逆の回転方向Ｒ２に発電電動機７がランナ１を回転させる。これにより、水を下池から上池へ汲み上げる。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
図２は、図１のＡ部分を示す断面図である。図３は、図２のＸ１−Ｘ１部分の上面図である。図２，図３では、主軸２と主軸封水軸受部５とに関して、詳細に示している。
【００２３】
（１）主軸２について
主軸２は、図２，図３に示すように、円柱形状であって、外周面には、スラストカラー２０が設置されている。
【００２４】
スラストカラー２０は、図２に示すように、上カバー３の上方において、主軸２の外周面に固定されており、主軸２と共に回転する。スラストカラー２０は、リング部２１と円筒部２２とを備えており、両者が一体で形成されている。
【００２５】
スラストカラー２０のうち、リング部２１は、図３では図示されていないが、上面形状がリング状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の周方向ＣＲに沿って円形に囲っている。つまり、リング部２１の中心軸が主軸２の中心軸（回転軸Ｃ）に一致している。リング部２１は、図２に示すように、主軸２の外周面から、回転軸Ｃに対して垂直な径方向に沿って外側へ延在しており、内周部が主軸２の外周面に形成された溝に嵌め込まれて固定されている。
【００２６】
スラストカラー２０のうち、円筒部２２は、図２、図３に示すように、円筒形状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを円形に囲っている。具体的には、円筒部２２は、図２に示すように、主軸２の外周面に間を隔てて内周面が対面しており、リング部２１において外周側に位置する他端部に上端が連結されている。円筒部２２は、リング部２１の他端部から回転軸Ｃの方向（スラスト方向）に沿って下方へ延在している。
【００２７】
（２）主軸封水軸受部５について
主軸封水軸受部５は、図２，図３に示すように、上カバー３の上面において、主軸２の外周面の周囲に設置されている。主軸封水軸受部５は、ガイド軸受部３０と主軸封水部４０とを備えている。
【００２８】
（２−１）ガイド軸受部３０について
主軸封水軸受部５において、ガイド軸受部３０は、図２に示すように、液槽部３１、軸受パッド３２、固定リング部３３、調整ボルト３４、オーバーフロー配管３５、及び蓋部３６を有し、主軸２の径方向に作用するラジアル荷重を受けて主軸２を支持する。
【００２９】
以下より、ガイド軸受部３０を構成する各部材について順次説明する。
【００３０】
ガイド軸受部３０のうち、液槽部３１は、図２に示すように、内筒３１１と下側外筒３１２と支持板３１３と上側外筒３１４とを有している。
【００３１】
液槽部３１において、内筒３１１は、図２，図３に示すように、円筒形状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。内筒３１１は、図２に示すように、主軸２の外周面から間を隔てて設置されており、内周面が主軸２の外周面に対面している。内筒３１１は、下端部が上カバー３の上面に固定されている。内筒３１１は、スラストカラー２０のリング部２１の下方において、上端側の部分が主軸２とスラストカラー２０の円筒部２２との間に位置しており、主軸２及びスラストカラー２０から離れている。
【００３２】
液槽部３１において、下側外筒３１２は、図３では図示がされていないが、図３に示す内筒３１１と同様に、円筒形状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。図２に示すように、下側外筒３１２は、主軸２の径方向において、内筒３１１及びスラストカラー２０よりも外側の位置に設けられている。下側外筒３１２は、下端部が上カバー３の上面に固定されている。下側外筒３１２は、内筒３１１よりも高さが低く、下側外筒３１２の上端部がスラストカラー２０の円筒部２２の下端部よりも低い位置にある。
【００３３】
液槽部３１において、支持板３１３は、図２に示すように、軸受パッド３２及び固定リング部３３を支持している。支持板３１３は、主軸２の径方向において、内筒３１１及びスラストカラー２０よりも外側の位置に設けられている。具体的には、支持板３１３は、主軸２の径方向に沿って延在しており、支持板３１３の下面において外周側の端部が下側外筒３１２の上端部に固定されている。そして、支持板３１３は、下面が上カバー３の上面に間を隔てて対面している。また、支持板３１３は、上面が、スラストカラー２０の円筒部２２の下端部と同じ位置にある。そして、支持板３１３においては、上面と下面との間を貫通する貫通孔３１３Ｈが形成されている。図２，図３に示すように、支持板３１３は、円板状であって、中心部分には、主軸２と内筒３１１との両者が貫通する開口が形成されており、その開口の周囲において複数の貫通孔３１３Ｈが主軸２の周方向ＣＲに等間隔で並んでいる。
【００３４】
液槽部３１において、上側外筒３１４は、図２，図３に示すように、円筒形状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。上側外筒３１４は、図２に示すように、主軸２の径方向において、内筒３１１及びスラストカラー２０よりも外側の位置に設けられている。上側外筒３１４は、下端部が、支持板３１３の上面において外周側の一端部に固定されている。そして、上側外筒３１４は、上端部が、スラストカラー２０の円筒部２２の上端部よりも高い位置にある。
【００３５】
液槽部３１は、上記のように、底板として上カバー３が用いられている。そして、液槽部３１では、内筒３１１が、主軸２の径方向において内側に位置する側板として、上カバー３の上面に設置されている。また、下側外筒３１２と上側外筒３１４との両者が、径方向において外側に位置する側板として、支持板３１３を挟んで、上カバー３の上面に順次設置されている。そして、液槽部３１は、上カバー３と共に、内筒３１１と下側外筒３１２と支持板３１３と上側外筒３１４とによって仕切られた内部空間に、水３１Ｌが潤滑液として収容される。
【００３６】
また、液槽部３１は、スラストカラー２０の円筒部２２の下端部分を内部に収容している。これと共に、液槽部３１は、軸受パッド３２、固定リング部３３、及び調整ボルト３４を内部空間に収容している。液槽部３１においては、スラストカラー２０の円筒部２２の下端部分、軸受パッド３２、固定リング部３３、及び調整ボルト３４が、水３１Ｌに浸漬される。液槽部３１は、たとえば、各部材を主軸２に仮止めした状態で組み立てることによって設置できる。
【００３７】
ガイド軸受部３０のうち、軸受パッド３２は、図２に示すように、主軸２の径方向において、内筒３１１及びスラストカラー２０よりも外側であって、下側外筒３１２及び上側外筒３１４よりも内側の位置に設けられている。軸受パッド３２は、支持板３１３の上面に設置されており、軸受パッド３２の上端部が内筒３１１の上端部よりも低い位置にある。図３に示すように、軸受パッド３２は、複数が、主軸２の周方向ＣＲに等間隔に並んで設置されている。軸受パッド３２は、液槽部３１の内部において、スラストカラー２０を構成する円筒部２２の外周面に、内周面（摺動面）が対面している。軸受パッド３２の内周面には、たとえば、樹脂母材中にセラミックス充填材が添加された層が形成されている。軸受パッド３２は、水３１Ｌを潤滑液として収容する液槽部３１内において、主軸２の周囲に設けられたスラストカラー２０の外周面を支持している。
【００３８】
ガイド軸受部３０のうち、固定リング部３３は、図２，図３に示すように、リング状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。図２に示すように、固定リング部３３は、主軸２の径方向において、内筒３１１、スラストカラー２０、及び軸受パッド３２よりも外側であって、下側外筒３１２及び上側外筒３１４よりも内側の位置に設けられている。固定リング部３３は、固定リング部３３の下端部が、支持板３１３の上面において内周側の他端部に固定されている。固定リング部３３の上端部は、内筒３１１の上端部よりも低い位置にある。固定リング部３３は、軸受パッド３２の外周面に、内周面が間を隔てて対面している。
【００３９】
ガイド軸受部３０のうち、調整ボルト３４は、図２，図３に示すように、固定リング部３３に取付けられており、先端が軸受パッド３２の外側の面に接している。調整ボルト３４は、締結工具を用いて回転されることによって、軸受パッド３２を径方向に移動させる。これにより、軸受パッド３２の内周面とスラストカラー２０の外周面との間のギャップ幅が調整される。
【００４０】
ガイド軸受部３０のうち、オーバーフロー配管３５は、図２，図３に示すように、軸受パッド３２の上端部よりも上方において液槽部３１の外周面に設置されており、液槽部３１の内部から流入した液体を外部へ排出する。具体的には、図２に示すように、オーバーフロー配管３５は、液槽部３１の上側外筒３１４において軸受パッド３２の上端部と固定リング部３３の上端部との両者よりも上方に位置する部分に設置されている。オーバーフロー配管３５は、上側外筒３１４の外周面から径方向の外側へ延在しており、液槽部３１の内部に連通している。図３に示すように、オーバーフロー配管３５は、複数が主軸２の周方向ＣＲにおいて等間隔に並んで設置されている。
【００４１】
ガイド軸受部３０のうち、蓋部３６は、図２に示すように、主軸２の外周面の側方であって液槽部３１の上端部に設置されている。具体的には、蓋部３６は、スラストカラー２０の上方において、蓋部３６の下面のうち外周側の端部が上側外筒３１４の上端部で支持されている。上面形状については図示を省略しているが、蓋部３６は、円板状であって、中心部分には、主軸２が貫通する開口が形成されている。蓋部３６は、液槽部３１の上端部において着脱可能であり、たとえば、液槽部３１の上端部から蓋部３６を外した状態で液槽部３１の内部に水３１Ｌが潤滑液として供給される。
【００４２】
（２−２）主軸封水部４０について
主軸封水軸受部５において、主軸封水部４０は、シール部材４１及びパージ水供給配管４２を有し、主軸２の外周面との間をシールすることによって主軸２との間の隙間から流水が外部へ漏れることを防止している。
【００４３】
主軸封水部４０のうち、シール部材４１は、図２，図３に示すように、リング状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。シール部材４１は、図２に示すように、主軸２と液槽部３１との間に位置しており、液槽部３１の内周面に固定されている。具体的には、シール部材４１は、液槽部３１において内筒３１１の内周面に、外周面が取付けられている。シール部材４１は、樹脂、金属等の種々の材料を用いて形成することができる。
【００４４】
また、シール部材４１は、内周面に内側円周溝４１１が形成されており、外周面に外側円周溝４１２が形成されている。そして、シール部材４１は、内側円周溝４１１と外側円周溝４１２との間に連通孔４１３が形成されている。
【００４５】
図４は、第１実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【００４６】
図４（ａ）は、シール部材４１の内周面を示しており、図４（ｂ）は、シール部材４１の外周面を示している。
【００４７】
シール部材４１において、内側円周溝４１１は、図４（ａ）に示すように、回転軸Ｃの方向において内周面の中央部分に形成されており、主軸２の周方向ＣＲに沿って延在している。
【００４８】
外側円周溝４１２は、図４（ｂ）に示すように、回転軸Ｃの方向において、シール部材４１の外周面の中央部分に形成されており、内側円周溝４１１と同様に、主軸２の周方向ＣＲに沿って延在している。ここでは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、外側円周溝４１２の幅４１２Ｈが、内側円周溝４１１の幅４１１Ｈよりも広い。
【００４９】
そして、連通孔４１３は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、円形であって、主軸２の周方向ＣＲにおいて複数が等間隔に並んで形成されている。
【００５０】
主軸封水部４０のうち、パージ水供給配管４２は、図２に示すように、主軸２の径方向において液槽部３１の内筒３１１と下側外筒３１２との両者を貫通しており、シール部材４１に外部からパージ水を供給する。ここでは、パージ水供給配管４２は、シール部材４１の外周面に設けられた外側円周溝４１２に連結されており、外側円周溝４１２にパージ水を供給する。パージ水供給配管４２は、図３に示すオーバーフロー配管３５と同様に、複数が、主軸２の周方向ＣＲにおいて等間隔に並んで設置されている。
【００５１】
［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。
【００５２】
図５は、第１実施形態に係る水力機械の動作を示す断面図である。
【００５３】
図５は、図２と同様に、図１のＡ部分を示している。図５では、主軸封水軸受部５における水の流れを太い矢印で示している。
【００５４】
水力機械の運転時には、主軸封水部４０では、図５に示すように、パージ水供給配管４２からパージ水がシール部材４１に供給される。ここでは、パージ水は、ランナ１と上カバー３との間に位置するランナ背圧室（図１参照）のランナ背面圧よりも、０．０５〜０．１ＭＰａ程度、圧力が高くなるように、たとえば、ポンプ（図示省略）を用いて昇圧され、フィルタ（図示省略）を介してシール部材４１に供給される。
【００５５】
本実施形態では、パージ水は、シール部材４１において、外側円周溝４１２に供給された後に、連通孔４１３を介して、内側円周溝４１１に供給される。これにより、シール部材４１の内側円周溝４１１の内部がパージ水で満たされる。その後、パージ水は、一部がシール部材４１から下側（図１に示すランナ１の側）へ排出される。このため、パージ水の供給によって主軸２の外周面とシール部材４１の内周面との間がシールされる。
【００５６】
シール部材４１の内側円周溝４１１に供給されたパージ水は、シール部材４１の下側へ排出される他に、残りの一部が、シール部材４１の上側へ排出される。シール部材４１の上側へ排出されたパージ水は、内筒３１１とスラストカラー２０との間の隙間から、上カバー３の上面において内筒３１１と下側外筒３１２で仕切られた部分に流入した後に、支持板３１３の下方から貫通孔３１３Ｈを介して上方へ流入する。つまり、シール部材４１の上側へ排出されたパージ水は、液槽部３１の内部に収容された水３１Ｌに流入して混合される。
【００５７】
そして、液槽部３１の内部にパージ水などの水が流入して、液槽部３１の内部に収容する水３１Ｌの液面がオーバーフロー配管３５の設置位置よりも高くなったときには、その水３１Ｌがオーバーフロー配管３５に自然に流入し、オーバーフロー配管３５から外部へ排出される。
【００５８】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、ガイド軸受部３０は、水３１Ｌを内部に収容する液槽部３１がランナ１の上方において主軸２の外周面の周囲に設けられており、その液槽部３１の内部に設置された軸受パッド３２が、潤滑液である水３１Ｌを介して、主軸２を支持している。ガイド軸受部３０は、上カバー３の上面に設置されており、液槽部３１の底板が上カバー３である。そして、主軸封水部４０は、ランナ１の上方において主軸２の外周面の周囲にシール部材４１が設けられており、主軸２の外周面との間を封止する。ここでは、主軸封水部４０は、液槽部３１の内周面にシール部材４１が設置されている（図１，図２参照）。このため、本実施形態は、主軸２を短くすることが可能であるので、装置を小型化することができる。また、本実施形態は、ガイド軸受部３０と主軸封水部４０との間が近いため、運転時に発生する振動をガイド軸受部３０が十分に抑制できる。その結果、本実施形態では、主軸封水部４０のシール部材４１が設置された部分において振動の振幅が小さくなるので、シール部材４１の損傷を防止し、土砂を含む水が外部に漏れることを抑制できる。
【００５９】
本実施形態では、オーバーフロー配管３５が軸受パッド３２の上端部よりも上方において液槽部３１の外周面に設置されており、オーバーフロー配管３５が液槽部３１の内部から流入した水を外部へ排出する。このため、本実施形態は、液槽部３１の内部に水が混入した場合であっても、液槽部３１の内部に収容する水３１Ｌの液面を一定レベルに保持することができるので、漏水を効果的に防止することができる。
【００６０】
本実施形態では、主軸封水部４０は、シール部材４１の内周面のうち主軸２の回転軸Ｃの方向にて中央に位置する部分に、内側円周溝４１１が形成されている。シール部材４１の外周面のうち主軸２の回転軸Ｃの方向にて中央に位置する部分には、外側円周溝４１２が形成されている。そして、シール部材４１において内側円周溝４１１と外側円周溝４１２との間には、連通孔４１３が形成されている。また、パージ水供給配管４２がシール部材４１の外側円周溝４１２に連結されており、パージ水供給配管４２からシール部材４１にパージ水が外部から供給される。このため、本実施形態は、シール部材４１が主軸２の周方向ＣＲの全体において効果的に封止することができるので、漏水を十分に防止することができる。
【００６１】
したがって、本実施形態は、装置の小型化を実現すると共に、漏水を効果的に防止することができる。
【００６２】
＜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。
【００６３】
図６は、図２，図５と同様に、図１のＡ部分を示す断面図である。図６は、主軸２と主軸封水軸受部５との部分に関して詳細に示しており、主軸封水軸受部５における水の流れを太い矢印で示している。
【００６４】
本実施形態は、図６に示すように、ガイド軸受部３０は、第１実施形態の場合（図２，図５参照）と異なり、強制排出管３７を更に備えている。この他に、本実施形態では、液面計５１と制御部６１とが更に設けられている。本実施形態は、これらの点及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、上記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。
【００６５】
ガイド軸受部３０において、強制排出管３７は、図６に示すように、液槽部３１の外周面に設けられている。具体的には、強制排出管３７は、液槽部３１の上側外筒３１４に設置されており、上側外筒３１４の外周面から径方向の外側へ延在している。強制排出管３７は、上側外筒３１４においてオーバーフロー配管３５よりも下方に設置されており、液槽部３１の内部に連通している。強制排出管３７は、ポンプ３７１と電動弁３７２とが流路に設置されており、ポンプ３７１と電動弁３７２との両者が駆動することによって、液槽部３１の内部から水３１Ｌを強制的に外部へ排出する。
【００６６】
液面計５１は、図６に示すように、液槽部３１の内部において設置されている。具体的には、液面計５１は、支持板３１３の上方において、上側外筒３１４の内周面に固定されている。液面計５１は、液槽部３１の内部に潤滑液として収容された水３１Ｌの液面の位置を計測し、その計測によって得た液面レベル信号Ｓ５１を制御部６１へ出力する。
【００６７】
制御部６１は、図６に示すように、液面計５１から液面レベル信号Ｓ５１が入力される。そして、制御部６１は、その入力された液面レベル信号Ｓ５１に応じて、ポンプ３７１に制御信号Ｓ６１Ａを出力することによって、ポンプ３７１の動作を制御する。これと共に、制御部６１は、その入力された液面レベル信号Ｓ５１に応じて、電動弁３７２に制御信号Ｓ６１Ｂを出力することによって、電動弁３７２の動作を制御する。
【００６８】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【００６９】
水力機械では、主軸２と主軸封水部４０の間が十分にシールされなかった場合には、パージ水の他に、作動流体として供給された水が、シール部材４１の上側へ多量に流出する。そして、シール部材４１の上側へ流出した水が、液槽部３１において潤滑液として水３１Ｌを収容する内部空間に混入する場合がある。
【００７０】
このような場合において、液槽部３１内の水３１Ｌの液面が、たとえば、オーバーフロー配管３５の設置位置よりも上方になったときには、液面計５１が出力した液面レベル信号Ｓ５１に応じて、制御部６１が制御信号Ｓ６１Ａ，Ｓ６１Ｂを出力して、ポンプ３７１と電動弁３７２との両者をオン状態にして駆動させる。そして、ポンプ３７１と電動弁３７２との両者の駆動により、液槽部３１内の水３１Ｌが強制排出管３７から外部へ強制的に排出される。
【００７１】
その後、液槽部３１内の水３１Ｌの液面が、たとえば、オーバーフロー配管３５の設置位置以下になったときには、液面計５１から出力された液面レベル信号Ｓ５１に応じて、制御部６１がポンプ３７１と電動弁３７２との両者をオフ状態にし、水３１Ｌの排出を停止する。
【００７２】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、液面レベル信号Ｓ５１に応じてポンプ３７１と電動弁３７２との両者の動作が制御され、液槽部３１内の水３１Ｌが強制排出管３７から外部へ強制的に排出される。このため、本実施形態は、液槽部３１の内部に水が外部から流入した場合であっても、液槽部３１の内部に収容する水３１Ｌの液面を一定レベルに保持することができる。
【００７３】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【００７４】
＜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。
【００７５】
図７は、図２，図５と同様に、図１のＡ部分を示す断面図である。図７では、主軸２と主軸封水軸受部５との部分に関して詳細に示しており、主軸封水軸受部５における水の流れを太い矢印で示している。
【００７６】
本実施形態は、図７に示すように、第１実施形態の場合（図２，図５参照）に対して、ガイド軸受部３０において、液槽部３１の内筒３１１の形態が異なると共に、排出管３８を更に備えている。本実施形態は、これらの点及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、上記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。
【００７７】
液槽部３１の内筒３１１は、図７に示すように、二重内筒であって、第１内筒３１１Ａと、第２内筒３１１Ｂとを備える。
【００７８】
内筒３１１において、第１内筒３１１Ａと第２内筒３１１Ｂとの両者は、円筒形状であって、主軸２に対して同軸に設置されており、主軸２の外周面の周りを囲っている。
【００７９】
第１内筒３１１Ａは、内周面が主軸２の外周面に間を隔てて対面している。第１内筒３１１Ａは、下端部が上カバー３の上面に固定されており、上端側の部分が、スラストカラー２０のリング部２１の下方において、主軸２とスラストカラー２０の円筒部２２との間に位置している。また、第１内筒３１１Ａの上端部は、第２内筒３１１Ｂの上端部よりも下方に位置している。
【００８０】
第２内筒３１１Ｂは、第１内筒３１１Ａの外径よりも内径が大きく、第１内筒３１１Ａを内部空間に収容している。第２内筒３１１Ｂは、主軸２の径方向において第１内筒３１１Ａよりも外側の位置で、下端部が上カバー３の上面に固定されている。第２内筒３１１Ｂは、上端側の部分が、スラストカラー２０のリング部２１の下方において、主軸２とスラストカラー２０の円筒部２２との間に位置している。また、第２内筒３１１Ｂの上端部は、軸受パッド３２の上端部よりも上方に位置している。
【００８１】
本実施形態では、液槽部３１は、上カバー３と共に、第２内筒３１１Ｂと下側外筒３１２と支持板３１３と上側外筒３１４とによって仕切られた内部空間に、水３１Ｌを潤滑液として収容している。
【００８２】
排出管３８は、図７に示すように、第２内筒３１１Ｂと下側外筒３１２との両者を主軸２の径方向において貫通している。排出管３８は、第２内筒３１１Ｂにおいてパージ水供給配管４２が貫通する部分よりも下方に設置されている。排出管３８は、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に連通しており、その間に流入した水を外部へ排出する。
【００８３】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【００８４】
上記の実施形態の場合と同様に、主軸２と主軸封水部４０の間が十分にシールされなかった場合には、パージ水の他に、作動流体として供給された水が、シール部材４１の上側へ流出する。
【００８５】
この場合、本実施形態では、シール部材４１の上側へ流出した水は、図７に示すように、液槽部３１のうち第２内筒３１１Ｂの外側において水３１Ｌを潤滑液として収容する内部空間に流入する前に、第１内筒３１１Ａと第２内筒３１１Ｂとの間に流入する。
【００８６】
そして、第１内筒３１１Ａと第２内筒３１１Ｂとの間に流入した水は、排出管３８を流れて、外部へ排出される。
【００８７】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態において、シール部材４１の上側へ流出した水は、第１内筒３１１Ａと第２内筒３１１Ｂとの間に流入した後に、第１内筒３１１Ａと第２内筒３１１Ｂとの間から排出管３８を流れて、外部へ排出される。このため、シール部材４１の上側へ流出した水が、液槽部３１のうち潤滑液として水３１Ｌを収容する内部空間に流入することを防止できる。つまり、土砂が潤滑液に混入することを抑制することができる。
【００８８】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【００８９】
＜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。
【００９０】
図８は、図７と同様に、図１のＡ部分を示す断面図である。図８では、主軸２と主軸封水軸受部５との部分に関して詳細に示しており、主軸封水軸受部５における水の流れを太い矢印で示している。
【００９１】
本実施形態は、図８に示すように、第３実施形態の場合（図７参照）と異なり、排出管３８にバイパス管３８１とポンプ３８２とが設けられている。また、ガイド軸受部３０においては、配管３９と液面計５１と制御部６１とが更に設けられている。一方で、オーバーフロー配管３５については設置されていない。本実施形態は、これらの点及び関連する点を除き、第３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、上記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。
【００９２】
バイパス管３８１は、排出管３８から分岐しており、排出管３８に流入した水を外部へ排出する。具体的には、バイパス管３８１は、上側外筒３１４の外周面よりも径方向の外側の位置において下方に延在している。
【００９３】
ポンプ３８２は、排出管３８の流路のうち、バイパス管３８１の設置位置よりも径方向の外側の位置に設置されている。ポンプ３８２は、制御部６１から出力された制御信号Ｓ６１Ａが入力され、その入力された制御信号Ｓ６１Ａに応じて駆動する。
【００９４】
配管３９は、第２内筒３１１Ｂと下側外筒３１２との両者を主軸２の径方向において貫通している。配管３９は、第２内筒３１１Ｂにおいてパージ水供給配管４２が貫通する部分よりも上方に設置されている。配管３９は、分岐管３９１が設置されている。分岐管３９１は、上側外筒３１４の外周面よりも径方向の外側の位置において、上方に延在している。分岐管３９１は、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間から配管３９を通って水が内部に流入する。
【００９５】
液面計５１は、分岐管３９１に固定されている。液面計５１は、分岐管３９１の内部に流入した水の液面を計測することによって、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に溜まった水の液面を計測する。そして、液面計５１は、その計測によって得た液面レベル信号Ｓ５１を制御部６１へ出力する。
【００９６】
制御部６１は、図８に示すように、液面計５１から液面レベル信号Ｓ５１が入力される。そして、制御部６１は、その入力された液面レベル信号Ｓ５１に応じて、ポンプ３８２に制御信号Ｓ６１Ａを出力することによって、ポンプ３８２の動作を制御する。
【００９７】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【００９８】
上記の実施形態の場合と同様に、主軸２と主軸封水部４０の間が十分にシールされなかった場合には、その間から水が漏れて、液槽部３１の内部に流入する。
【００９９】
上記の実施形態の場合と同様に、主軸２と主軸封水部４０の間が十分にシールされなかった場合には、パージ水の他に、作動流体として供給された水が、シール部材４１の上側へ流出する。そして、シール部材４１の上側へ流出した水が、液槽部３１において潤滑液として水３１Ｌを収容する内部空間に混入する場合がある。
【０１００】
このような場合、本実施形態では、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に流入した水が、排出管３８に設置されたバイパス管３８１から排出される。しかし、シール部材４１の上側へ水が流出する速度が、バイパス管３８１から水が排出される速度よりも大きい場合には、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に水が多量に溜まる。
【０１０１】
このとき、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に溜まった水の液面が、予め定めた位置を超えたときには、本実施形態では、液面計５１が出力した液面レベル信号Ｓ５１に応じて、制御部６１が制御信号Ｓ６１Ａを出力し、ポンプ３８２をオン状態にして駆動させる。そして、ポンプ３８２の駆動により、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に溜まった水が排出管３８を流れて外部へ排出される。
【０１０２】
その後、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に溜まった水の液面が、予め定めた位置以下になったときには、液面計５１から出力された液面レベル信号Ｓ５１に応じて、制御部６１がポンプ３８２をオフ状態にし、水３１Ｌの排出を停止する。
【０１０３】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、第１内筒３１１Ａの外周面と第２内筒３１１Ｂの内周面との間に溜まった水が、ポンプ３８２の駆動により、排出管３８を流れて外部へ排出される。このため、シール部材４１の上側へ流出した水が、液槽部３１のうち潤滑液として水３１Ｌを収容する内部空間に流入することを防止できる。つまり、土砂が潤滑液に混入することを抑制することができる。
【０１０４】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、液槽部３１の外部から内部に水が混入しにくいため、オーバーフロー配管３５（図７参照）の設置を不要にすることができる。
【０１０６】
したがって、本実施形態は、装置の小型化を実現することができる。
【０１０７】
＜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おいて、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【０１０８】
図９では、図４（ａ）と同様に、シール部材４１の内周面を示している。また、パージ水が供給されたシール部材４１の内周面の圧力分布のグラフを併せて示しており、このグラフでは、縦軸が、回転軸Ｃの方向における位置Ｚを示し、横軸が、圧力値Ｐを示している。
【０１０９】
本実施形態は、図９に示すように、第１実施形態の場合（図４（ａ）参照）と異なり、シール部材４１の内周面には、動圧溝４１４と、ポンプ溝４１５とが形成されている。本実施形態は、これらの点及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、上記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。
【０１１０】
動圧溝４１４は、シール部材４１の内周面において、内側円周溝４１１の上側部分に設けられている。動圧溝４１４は、回転軸Ｃの方向に対して平行に延在しており、下端部が内側円周溝４１１に連結されている。動圧溝４１４は、上端部には壁が形成されており、上端部と下端部との間が貫通していない。動圧溝４１４は、主軸２の周方向ＣＲにおいて複数が等間隔で並んでいる。動圧溝４１４の幅は、たとえば、複数の動圧溝４１４の間の幅と同じである。また、動圧溝４１４の深さは、シール部材４１の内周面と主軸２の外周面との間のシールギャップに対して、たとえば、１〜３倍である。
【０１１１】
ポンプ溝４１５は、シール部材４１の内周面において、内側円周溝４１１の下側部分に設けられている。ポンプ溝４１５は、動圧溝４１４と同様に、回転軸Ｃの方向に対して平行に延在しており、上端部が内側円周溝４１１に連結されている。ポンプ溝４１５は、下端部に壁が形成されておらず、上端部と下端部との間が貫通している。ポンプ溝４１５は、主軸２の周方向ＣＲにおいて複数が等間隔で並んでいる。複数のポンプ溝４１５は、主軸２の周方向ＣＲにおいて複数の動圧溝４１４に対応して形成されている。つまり、ポンプ溝４１５は、主軸２の周方向ＣＲにおいて動圧溝４１４と同じ位置に設けられている。また、ポンプ溝４１５の幅及び深さは、動圧溝４１４の場合と同じである。
【０１１２】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【０１１３】
本実施形態では、パージ水は、シール部材４１の内周面において、内側円周溝４１１に供給された後に、動圧溝４１４とポンプ溝４１５との両者に分かれて流入する。
【０１１４】
このうち、動圧溝４１４では、パージ水が下端部に流入した後に、上端部において壁で堰き止められるので動圧が発生する。
【０１１５】
一方で、ポンプ溝４１５では、パージ水が上端部に流入した後に、下端部において堰き止められずに、そのまま下方へ流出する。
【０１１６】
このため、本実施形態においては、図９のグラフで示すように、回転軸Ｃの方向において、上側部分の圧力が、中央部分及び下側部分よりも高くなる。
【０１１７】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、シール部材４１の内周面の上端部側に動圧が発生し、シール部材４１の下端部側ではパージ水がそのまま流出するので、主軸２とシール部材４１との間をより効果的にシールすることができる。
【０１１８】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【０１１９】
本実施形態においては、動圧溝４１４とポンプ溝４１５との両者は、主軸２の回転軸Ｃの方向に対して平行に延在している。このため、主軸２が周方向ＣＲのうち一の回転方向Ｒ１に回転する場合と他の回転方向Ｒ２に回転する場合との両者において、動圧が同様にシール部材４１の内周面に発生する。したがって、発電運転（水車運転）と揚水運転（ポンプ運転）との両者において、漏水を効果的に防止することができる。
【０１２０】
＜第６実施形態＞
［Ａ］構成
図１０は、第６実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【０１２１】
図１０では、図９と同様に、シール部材４１の内周面を示している。
【０１２２】
本実施形態は、図１０に示すように、第５実施形態の場合（図９参照）に対して、シール部材４１の内周面に形成された動圧溝４１４及びポンプ溝４１５の形態が異なる。また、本実施形態の水力機械は、たとえば、発電運転（水車運転）専用であって、主軸２が一の回転方向Ｒ１のみに回転する。本実施形態は、これらの点及び関連する点を除き、第５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、上記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。
【０１２３】
動圧溝４１４は、一の回転方向Ｒ１において、上端部が下端部よりも前方に位置するように形成されている。つまり、動圧溝４１４は、主軸２の回転軸Ｃの方向に対して傾斜した方向に延在している。動圧溝４１４の延在方向が主軸２の回転軸Ｃの方向に対して傾斜する角度α１は、たとえば、１５〜３０°である。
【０１２４】
ポンプ溝４１５は、一の回転方向Ｒ１において、上端部が下端部よりも後方に位置するように形成されている。ポンプ溝４１５の延在方向が回転軸Ｃの方向に対して傾斜する角度α２は、動圧溝４１４の場合と同じであって（α１＝α２）、たとえば、１５〜３０°である。
【０１２５】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【０１２６】
本実施形態では、パージ水は、第５実施形態の場合と同様に、シール部材４１の内周面において、内側円周溝４１１に供給された後に、動圧溝４１４とポンプ溝４１５との両者に分かれて流入する。
【０１２７】
このとき、動圧溝４１４では、パージ水が下端部から上端部へ流れた後に上端部の壁で堰き止められるので、動圧が発生する。本実施形態では、動圧溝４１４の下端部から上端部へ流れるパージ水において、周方向ＣＲでの流れ成分の向きは、主軸２が回転する一の回転方向Ｒ１と同じ向きにあるので、第５実施形態の場合よりも高圧な動圧が動圧溝４１４で発生する。
【０１２８】
また、ポンプ溝４１５では、パージ水が上端部から下端部へそのまま流れて排出される。本実施形態では、ポンプ溝４１５の上端部から下端部へ流れるパージ水において、周方向ＣＲでの流れ成分の向きは、主軸２が回転する一の回転方向Ｒ１と同じ向きにあるので、第５実施形態の場合よりも、ポンプ溝４１５においてパージ水が排出され易い。
【０１２９】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、主軸２が一の回転方向Ｒ１に回転する場合に、シール部材４１の内周面の上端部側に第５実施形態の場合よりも高圧な動圧が発生する。そして、シール部材４１の下端部側では、第５実施形態の場合よりもパージ水がそのまま流出しやすい。このため、主軸２とシール部材４１との間をより効果的にシールすることができる。
【０１３０】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【０１３１】
＜第７実施形態＞
［Ａ］構成
図１１は、第７実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【０１３２】
ここで、図１１（ａ）は、図１０と同様に、シール部材４１の内周面を示しており、図１１（ｂ）は、シール部材４１において動圧溝４１４が形成された部分の断面を示している。
【０１３３】
本実施形態は、図１１に示すように、第６実施形態の場合（図１０参照）に対して、シール部材４１の内周面に形成された動圧溝４１４の形態が異なる。本実施形態は、これらの点及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、上記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。
【０１３４】
動圧溝４１４は、導入溝４１６とレーリーステップ溝４１７とを含む。
【０１３５】
動圧溝４１４のうち、導入溝４１６は、回転軸Ｃの方向に対して平行に延在している。導入溝４１６は、下端部が内側円周溝４１１に連結されており、上端部には壁が形成されている。導入溝４１６は、レーリーステップ溝４１７にパージ水が充満するように、レーリーステップ溝４１７の体積以上の体積になるように形成されている。
【０１３６】
動圧溝４１４のうち、レーリーステップ溝４１７は、一の回転方向Ｒ１において、導入溝４１６の前方に形成されている。レーリーステップ溝４１７は、深さＤ１が、導入溝４１６の深さＤよりも浅く、シールギャップの２〜３倍である。
【０１３７】
この他に、レーリーステップ溝４１７は、高い動圧を得るために、下記式（１）〜（３）を満たす条件で形成されている。なお、下記式において、Ｂは、一の動圧溝４１４の導入溝４１６において一の回転方向Ｒ１の一端（前端）と、一の動圧溝４１４の隣りに設けられた他の動圧溝４１４において一の回転方向Ｒ１の他端（後端）との間の幅である。また、Ｂ１は、一の回転方向Ｒ１におけるレーリーステップ溝４１７の幅（横幅）である。Ｌは、シール部材４１の上端と内側円周溝４１１の上端との間の幅である。Ｌ１は、回転軸Ｃの方向におけるレーリーステップ溝４１７の幅（縦幅）である。
【０１３８】
Ｂ／Ｌ＝２〜５              ・・・（１）
Ｂ１／Ｂ＝０．７〜０．９    ・・・（２）
Ｌ１／Ｌ＝０．４〜０．８    ・・・（３）
【０１３９】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【０１４０】
本実施形態において、動圧溝４１４では、パージ水が導入溝４１６の下端部からレーリーステップ溝４１７に流入し、堰き止められるので動圧が発生する。本実施形態では、動圧溝４１４において、パージ水は、導入溝４１６からレーリーステップ溝４１７へ流れるので、主軸２の一の回転方向Ｒ１とパージ水の流れの向きが同じである。このため、第６実施形態の場合と同様に、高圧な動圧が動圧溝４１４で発生する。
【０１４１】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、主軸２が一の回転方向Ｒ１に回転する場合に、シール部材４１の内周面の上端部側に高圧な動圧が発生する。このため、主軸２とシール部材４１との間をより効果的にシールすることができる。
【０１４２】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【０１４３】
＜第８実施形態＞
［Ａ］構成
図１２は、第８実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【０１４４】
ここで、図１２（ａ）は、図５と同様に、シール部材４１の内周面を示しており、図２（ｂ）は、シール部材４１において動圧溝４１４が形成された部分の断面を示している。
【０１４５】
本実施形態は、図１２に示すように、第５実施形態の場合（図９参照）に対して、シール部材４１の内周面に形成された動圧溝４１４の形態が異なる。本実施形態は、これらの点及び関連する点を除き、第５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、上記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。
【０１４６】
動圧溝４１４は、導入溝４１６とレーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂとを含む。
【０１４７】
動圧溝４１４のうち、導入溝４１６は、回転軸Ｃの方向に対して平行に延在しており、下端部が内側円周溝４１１に連結されている。導入溝４１６は、レーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂにパージ水が充満するように、各レーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂの合計した体積以上の体積になるように形成されている。
【０１４８】
動圧溝４１４のうち、レーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂは、主軸２の周方向ＣＲにおいて、一対が導入溝４１６を挟んでいる。レーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂは、深さＤ１が、導入溝４１６の深さＤよりも浅く、シールギャップの２〜３倍である。この他に、レーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂは、高い動圧を得るために、上述した式（１）〜（３）を満たす条件で形成されている。
【０１４９】
［Ｂ］動作
以下より、上記した本実施形態の水力機械の動作について説明する。
【０１５０】
本実施形態において、動圧溝４１４では、パージ水が導入溝４１６の下端部からレーリーステップ溝４１７Ａ，４１７Ｂに流入し、堰き止められるので動圧が発生する。
【０１５１】
本実施形態では、主軸２の周方向ＣＲのうち、主軸２が一の回転方向Ｒ１に回転したときには、一の回転方向Ｒ１の前方（回転が進む側）に位置するレーリーステップ溝４１７Ｂにパージ水が主に充満して、高圧な動圧が発生する。そして、主軸２が逆の回転方向Ｒ２に回転したときには、その逆の回転方向Ｒ２の前方に位置するレーリーステップ溝４１７Ａに主にパージ水が充満して、高圧な動圧が発生する。
【０１５２】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、主軸２が一の回転方向Ｒ１に回転する場合と他の回転方向Ｒ２に回転する場合との両者において、シール部材４１の内周面の上端部側に高圧な動圧が発生する。このため、主軸２とシール部材４１との間をより効果的にシールすることができる。
【０１５３】
したがって、本実施形態は、漏水を更に効果的に防止することができる。
【０１５４】
＜第９実施形態＞
［Ａ］構成など
図１３は、第９実施形態に係る水力機械において、主軸封水部のシール部材を示す図である。
【０１５５】
図１３は、図２と同様に、断面図であり、主軸封水部４０の設置部分を詳細に示している。
【０１５６】
本実施形態は、図１３に示すように、第１実施形態の場合（図２参照）に対して、弾性体４３が更に設けられている点が異なる。本実施形態は、この点及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、上記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。
【０１５７】
弾性体４３は、図１３に示すように、主軸封水部４０のシール部材４１の外周面と液槽部３１の内周面との間に設けられている。ここでは、弾性体４３の外周面が、液槽部３１を構成する内筒３１１の内周面に設置されている。そして、弾性体４３の内周面には、シール部材４１が設置されており、パージ水供給配管４２が弾性体４３を貫通している。弾性体４３は、たとえば、ゴム状弾性体であって、シール部材４１よりも弾性変形が生じやすい樹脂シートである。この他に、スプリングなどの付勢部材を用いて、弾性体４３を構成しても良い。
【０１５８】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、主軸封水部４０のシール部材４１の外周面と液槽部３１の内周面との間に弾性体４３が設けられている。このため、本実施形態では、シール部材４１が主軸２の径方向に動くことができるので、主軸２が大きく振動したとき等にシール面に動圧効果が発生し、自動的に調芯が行われる。その結果、シール部材４１の内周面と主軸２の外周面との間のギャップが均等になるので、シール部材４１の損傷を防止することができる。
【０１５９】
したがって、本実施形態は、漏水を効果的に防止することができる。
【０１６０】
＜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。
【０１６１】
たとえば、上記実施形態においては、液槽部の内部に収容する潤滑液が水の場合について説明したが、これに限らない。油を潤滑液として液槽部の内部に収容する場合に、上記の実施形態を適用しても良い。この場合には、たとえば、上記の第４実施形態のように、液槽部の内部に外部から水が混入しにくい構成にすることが好適である。
【符号の説明】
【０１６２】
１…ランナ、２…主軸、３…上カバー、４…下カバー、５…主軸封水軸受部、６…吸出管
７…発電電動機、２０…スラストカラー、２１…リング部、２２…円筒部、３０…ガイド軸受部、３１…液槽部、３１Ｌ…水、３２…軸受パッド、３３…固定リング部、３４…調整ボルト、３５…オーバーフロー配管、３６…蓋部、３７…強制排出管、３８…排出管、３９…配管、４０…主軸封水部、４１…シール部材、４２…パージ水供給配管、４３…弾性体、５１…液面計、６１…制御部、３１１…内筒、３１１Ａ…第１内筒、３１１Ｂ…第２内筒、３１２…下側外筒、３１３…支持板、３１３Ｈ…貫通孔、３１４…上側外筒、３７１…ポンプ、３７２…電動弁、３８１…バイパス管、３８２…ポンプ、３９１…分岐管、４１１…内側円周溝、４１２…外側円周溝、４１３…連通孔、４１４…動圧溝、４１５…ポンプ溝、４１６…導入溝、４１７，４１７Ａ，４１７Ｂ…レーリーステップ溝、Ｃ…回転軸、ＣＲ…周方向、Ｒ１…回転方向、Ｒ２…回転方向、Ｓ５１…液面レベル信号、Ｓ６１Ａ，Ｓ６１Ｂ…制御信号
【図１】
2014031816.tif 000003
【図２】
2014031816.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014031816.tif 000008
【図７】
2014031816.tif 000009
【図８】
2014031816.tif 000010
【図９】
2014031816.tif 000011
【図１０】
2014031816.tif 000012
【図１１】
2014031816.tif 000013
【図１２】
2014031816.tif 000014
【図１３】
2014031816.tif 000015