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JP7799588B2 - Bearing device for hydraulic machine and hydraulic machine - Google Patents
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JP7799588B2 - Bearing device for hydraulic machine and hydraulic machine - Google Patents

Bearing device for hydraulic machine and hydraulic machine

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JP7799588B2 JP2022144610A JP2022144610A JP7799588B2 JP 7799588 B2 JP7799588 B2 JP 7799588B2 JP 2022144610 A JP2022144610 A JP 2022144610A JP 2022144610 A JP2022144610 A JP 2022144610A JP 7799588 B2 JP7799588 B2 JP 7799588B2
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Description

本発明の実施の形態は、水力機械用の軸受装置及び水力機械に関する。 Embodiments of the present invention relate to a bearing device for a hydraulic machine and a hydraulic machine.

ランナとランナに連結された主軸とを有する水力機械に用いられる水力機械用の軸受装置が知られている。軸受装置は、水力機械の主軸の外周に設けられた主軸受と、主軸受を浸す水や油等の液体を潤滑材として収容する軸受液槽と、を有している。主軸受は、軸受液槽内で主軸の径方向に作用する荷重を受けて主軸を支持する。近年、環境への配慮により、漏油による環境汚染を避ける観点から、主軸受の潤滑材として河川水を用いる軸受装置の需要が高まっている。 A bearing device for hydraulic machinery is known, used in hydraulic machinery having a runner and a main shaft connected to the runner. The bearing device has a main bearing mounted on the outer periphery of the hydraulic machinery's main shaft, and a bearing fluid tank that contains a liquid such as water or oil as a lubricant and immerses the main bearing. The main bearing supports the main shaft by receiving a load acting in the radial direction of the main shaft within the bearing fluid tank. In recent years, due to environmental considerations and the need to avoid environmental pollution caused by oil leakage, there has been an increasing demand for bearing devices that use river water as a lubricant for the main bearing.

ところが、河川水は土砂等の異物を含んでいることから、主軸受の潤滑材として河川水を用いた場合、異物によって主軸受が摩耗するおそれがある。このことの対策として、主軸受の材料として、異物に対する耐摩耗性の高いセラミック等を用いる方法があるが、この場合、製造コストの増大を招くおそれがある。 However, because river water contains foreign matter such as sediment, using river water as a lubricant for the main bearings could result in wear of the main bearings due to the foreign matter. One way to address this is to use ceramics, which are highly resistant to wear and tear, as the main bearing material, but this could increase manufacturing costs.

特開平8-338428号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-338428

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、製造コストの増大を抑制しつつ、河川水に含まれる異物による主軸受の摩耗を抑制することができる水力機械用の軸受装置及び水力機械を提供することを目的とする。 The present invention was made with these points in mind, and aims to provide a bearing device for hydraulic machinery and a hydraulic machinery that can suppress wear on the main bearings caused by foreign matter contained in river water while suppressing increases in manufacturing costs.

実施の形態による水力機械用の軸受装置は、流入する河川水により回転駆動されるランナと、ランナの回転に伴い回転する主軸とを有する水力機械に用いられる。水力機械用の軸受装置は、主軸の外周に設けられ、主軸を支持する主軸受と、主軸受と主軸受を浸す潤滑材とを収容する上部水槽と、上部水槽よりもランナに近い位置に設けられ、ランナを回転駆動する河川水の一部が流入する下部水槽と、下部水槽とランナとの間の位置に設けられ、主軸の外周との間に河川水が流れる間隙を形成し、下部水槽に流入する河川水の流量を低減する主軸封水部と、を備える。下部水槽は、主軸封水部の間隙を通過して流入した河川水から、主軸の回転に起因して発生する河川水の旋回成分によって異物を分離する。上部水槽は、下部水槽で異物が分離された河川水を、潤滑材として収容する。 The bearing device for a hydroelectric machine according to the embodiment is used in a hydroelectric machine having a runner that is rotationally driven by inflowing river water and a main shaft that rotates with the rotation of the runner. The bearing device for a hydroelectric machine includes: a main bearing mounted on the outer periphery of the main shaft and supporting the main shaft; an upper water tank that contains the main bearing and a lubricant that immerses the main bearing; a lower water tank that is located closer to the runner than the upper water tank and into which some of the river water that drives the runner flows; and a main shaft water seal that is located between the lower water tank and the runner and forms a gap between the outer periphery of the main shaft and through which river water flows, reducing the flow rate of river water flowing into the lower water tank. The lower water tank separates foreign matter from the river water that flows in through the gap in the main shaft water seal by using the swirling component of the river water generated by the rotation of the main shaft. The upper water tank contains the river water from which foreign matter has been separated in the lower water tank as lubricant.

また、実施の形態による水力機械は、流入する河川水により回転駆動されるランナと、ランナの回転に伴い回転する主軸と、上述の軸受装置と、を備える。 The hydraulic machine according to the embodiment also includes a runner that is rotationally driven by inflowing river water, a main shaft that rotates in conjunction with the rotation of the runner, and the above-mentioned bearing device.

本実施の形態によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、河川水に含まれる異物による主軸受の摩耗を抑制することができる。 This embodiment makes it possible to suppress wear on the main bearings caused by foreign matter contained in river water while suppressing increases in manufacturing costs.

図1は、第1の実施の形態による立軸フランシス水車の子午面断面図である。FIG. 1 is a meridian cross-sectional view of a vertical shaft Francis turbine according to a first embodiment. 図2は、第1の実施の形態による軸受装置の正面断面図である。FIG. 2 is a front cross-sectional view of the bearing device according to the first embodiment. 図3は、図2に示される軸受水槽の水位と下池の水位との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the water level of the bearing water tank and the water level of the lower reservoir shown in FIG. 図4は、第2の実施の形態による軸受装置の正面断面図である。FIG. 4 is a front cross-sectional view of a bearing device according to a second embodiment. 図5は、図4に示される異物落下部材を下方から見た図である。FIG. 5 is a view of the foreign object dropping member shown in FIG. 4 as seen from below. 図6は、第3の実施の形態による軸受装置の正面断面図である。FIG. 6 is a front cross-sectional view of a bearing device according to a third embodiment. 図7は、図6に示される異物流入抑制部材を下方から見た図である。FIG. 7 is a view of the foreign matter inflow prevention member shown in FIG. 6 as viewed from below.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1~図3を用いて、第1の実施の形態による水力機械用の軸受装置及び水力機械について説明する。ここでは、まず、図1を用いて水力機械の一例である立軸フランシス水車について説明する。
(First embodiment)
A bearing device for a hydraulic machine and the hydraulic machine according to a first embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. First, a vertical shaft Francis turbine, which is an example of a hydraulic machine, will be described with reference to Figure 1.

図1に示すように、立軸フランシス水車1は、ケーシング2と、複数のステーベーン3と、複数のガイドベーン4と、ランナ5と、を含んでいる。 As shown in Figure 1, the vertical-shaft Francis turbine 1 includes a casing 2, a plurality of stay vanes 3, a plurality of guide vanes 4, and a runner 5.

ケーシング2は、渦巻き状に形成されている。ケーシング2は、水車運転時に、河川水Wが貯留される上池から水圧鉄管(いずれも図示せず)を通って河川水Wが流入し、流入した河川水Wが内部を流れるようになっている。ここで、河川水Wは、土砂等の異物を含んでいる場合がある。 The casing 2 is formed in a spiral shape. When the turbine is operating, river water W flows into the casing 2 from an upper reservoir where the river water W is stored through a penstock (neither shown), and the inflowing river water W flows inside the casing 2. Here, the river water W may contain foreign matter such as sediment.

ステーベーン3は、ケーシング2に流入した河川水Wをガイドベーン4及びランナ5に導くための部材である。複数のステーベーン3が、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン3の間には、河川水Wが流れる流路が形成されている。 The stay vanes 3 are components that guide the river water W that flows into the casing 2 to the guide vanes 4 and runner 5. Multiple stay vanes 3 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. A flow path through which the river water W flows is formed between the stay vanes 3.

ガイドベーン4は、流入した河川水Wをランナ5に導くための部材である。複数のガイドベーン4が、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン4の間には、河川水Wが流れる流路が形成されている。各ガイドベーン4は回動可能に構成されており、各ガイドベーン4が回動して開度を変えることにより、ランナ5に流入する河川水Wの流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機7の発電量が調整可能になっている。 The guide vanes 4 are components that guide the inflowing river water W into the runner 5. Multiple guide vanes 4 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. A flow path through which the river water W flows is formed between the guide vanes 4. Each guide vane 4 is configured to be rotatable, and by rotating each guide vane 4 to change its opening, the flow rate of the river water W flowing into the runner 5 can be adjusted. In this way, the amount of power generated by the generator 7, which will be described later, can be adjusted.

ランナ5は、ケーシング2に対して、回転軸線Xを中心に回転可能に構成されている。ランナ5は、水車運転時にケーシング2から流入する河川水Wによって回転駆動される。すなわち、ランナ5は、ランナ5に流入する河川水Wの圧力エネルギを回転エネルギへと変換するための部材である。 The runner 5 is configured to be rotatable around the rotation axis X relative to the casing 2. The runner 5 is rotationally driven by the river water W that flows in from the casing 2 when the turbine is operating. In other words, the runner 5 is a component that converts the pressure energy of the river water W that flows into the runner 5 into rotational energy.

ランナ5は、後述する主軸6に連結されたクラウン5aと、クラウン5aの外周側に設けられたバンド5bと、クラウン5aとバンド5bとの間に設けられた複数のランナ羽根5cと、を有している。複数のランナ羽根5cは、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ランナ羽根5cの間には、河川水Wが流れる流路が形成されている。 The runner 5 has a crown 5a connected to the main shaft 6 (described below), a band 5b attached to the outer periphery of the crown 5a, and multiple runner blades 5c attached between the crown 5a and the band 5b. The multiple runner blades 5c are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. A flow path is formed between the runner blades 5c through which river water W flows.

ランナ5には、主軸6が連結されている。主軸6は、ランナ5の回転に伴い、上下方向に延びる回転軸線Xを中心に回転する。主軸6は、回転軸線Xに沿う方向に沿って延びている。以下の説明において、主軸6の回転軸線Xに沿う方向を軸方向、主軸6の半径方向を径方向、主軸6の回転方向を周方向とも称する。 A main shaft 6 is connected to the runner 5. As the runner 5 rotates, the main shaft 6 rotates around a rotation axis X extending in the vertical direction. The main shaft 6 extends in a direction along the rotation axis X. In the following description, the direction along the rotation axis X of the main shaft 6 is also referred to as the axial direction, the radial direction of the main shaft 6 as the radial direction, and the rotation direction of the main shaft 6 as the circumferential direction.

主軸6には、発電機7が連結されている。発電機7は、水車運転時には、ランナ5の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。 A generator 7 is connected to the main shaft 6. When the turbine is operating, the generator 7 is configured to generate electricity by transmitting the rotational energy of the runner 5.

なお、発電機7は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ5を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、吸出し管8を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、立軸フランシス水車1を、ポンプ水車としてポンプ運転(揚水運転)することが可能になる。この際、ガイドベーン4の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。 The generator 7 may also function as an electric motor, and may be configured to rotate the runner 5 when supplied with electricity. In this case, water can be sucked up from the lower reservoir through the draft pipe 8 and released into the upper reservoir, enabling the vertical Francis turbine 1 to operate as a pump turbine (pumping operation). In this case, the opening of the guide vanes 4 can be changed to achieve an appropriate pumping volume depending on the pump head.

ランナ5の水車運転時の下流側には、吸出し管8が設けられている。吸出し管8は、下池9(図3参照)に連結されており、ランナ5を回転駆動させた河川水Wが、圧力を回復して、下池9に放出されるようになっている。 A draft pipe 8 is provided downstream of the runner 5 when the turbine is in operation. The draft pipe 8 is connected to the lower reservoir 9 (see Figure 3), so that the river water W that drives the runner 5 to rotate regains pressure and is released into the lower reservoir 9.

図2に示すように、ランナ5のクラウン5aの上方には、上カバー10が設けられている。クラウン5aと上カバー10との間には、背圧室11が設けられている。背圧室11には、水車運転時にランナ5を回転駆動する河川水Wの一部が流入する。この背圧室11に流入した河川水Wは、後述する軸受装置20の軸受水槽40に供給されるようになっている。 As shown in Figure 2, an upper cover 10 is provided above the crown 5a of the runner 5. A back pressure chamber 11 is provided between the crown 5a and the upper cover 10. A portion of the river water W that drives the runner 5 to rotate when the turbine is in operation flows into the back pressure chamber 11. The river water W that flows into this back pressure chamber 11 is supplied to the bearing water tank 40 of the bearing device 20, which will be described later.

次に、図2及び図3を用いて、本実施の形態による水力機械用の軸受装置20(以下、単に軸受装置20と記す)について説明する。 Next, using Figures 2 and 3, we will explain the bearing device 20 for hydraulic machinery according to this embodiment (hereinafter simply referred to as the bearing device 20).

軸受装置20は、ランナ5に連結された主軸6を支持するための装置である。本実施の形態による軸受装置20は、主軸6の潤滑材として河川水Wを用いる。図2に示すように、軸受装置20は、主軸受30と、軸受水槽40と、主軸封水部50と、を含んでいる。 The bearing device 20 is a device for supporting the main shaft 6 connected to the runner 5. The bearing device 20 in this embodiment uses river water W as a lubricant for the main shaft 6. As shown in Figure 2, the bearing device 20 includes a main bearing 30, a bearing water tank 40, and a main shaft water seal section 50.

主軸受30は、主軸6の外周に設けられている。主軸受30は、主軸6の径方向に作用する荷重を受けて主軸6を支持する。主軸受30の内周面は、主軸6の外周面に対向している。主軸受30の内周面と主軸6の外周面との間には、隙間が設けられている。主軸受30は、セグメント状に形成され、複数の主軸受30が、周方向に沿って配列されている。なお、このことに限られることはなく、主軸受30は、円筒状に形成され、主軸6の外周の周方向における全周にわたって設けられていてもよい。 The main bearings 30 are provided on the outer periphery of the main shaft 6. The main bearings 30 support the main shaft 6 by receiving a load acting in the radial direction of the main shaft 6. The inner circumferential surface of the main bearings 30 faces the outer circumferential surface of the main shaft 6. A gap is provided between the inner circumferential surface of the main bearings 30 and the outer circumferential surface of the main shaft 6. The main bearings 30 are formed in a segmental shape, and multiple main bearings 30 are arranged circumferentially. However, this is not limited to this, and the main bearings 30 may also be formed in a cylindrical shape and provided around the entire outer periphery of the main shaft 6 in the circumferential direction.

主軸受30の径方向における外側に、軸受支持台32が設けられている。軸受支持台32には、主軸受30の径方向の位置を調整するための調整部33が取り付けられている。調整部33は、調整ボルト33aと調整ナット33bとを有している。調整ボルト33aは、軸受支持台32に螺合され、調整ナット33bにより固定されている。調整ボルト33aの径方向における内側の端部は、主軸受30の外周面に当接し、主軸受30を径方向における内側に押圧している。調整ボルト33aの軸受支持台32へのねじ込み量を調整することにより、主軸受30の径方向の位置が調整可能になっている。軸受支持台32の下部からは、径方向における内側に支持板34が延びており、主軸受30を下方から支持している。また、軸受支持台32は、連結部材35を介して後述する軸受水槽40の槽本体41に連結され、槽本体41に支持されている。 A bearing support base 32 is provided radially outward from the main bearing 30. An adjustment unit 33 is attached to the bearing support base 32 for adjusting the radial position of the main bearing 30. The adjustment unit 33 has an adjustment bolt 33a and an adjustment nut 33b. The adjustment bolt 33a is threadedly engaged with the bearing support base 32 and secured by the adjustment nut 33b. The radially inner end of the adjustment bolt 33a abuts against the outer peripheral surface of the main bearing 30, pressing the main bearing 30 radially inward. The radial position of the main bearing 30 can be adjusted by adjusting the amount that the adjustment bolt 33a is threaded into the bearing support base 32. A support plate 34 extends radially inward from the lower part of the bearing support base 32, supporting the main bearing 30 from below. The bearing support base 32 is connected to the tank body 41 of the bearing water tank 40 (described below) via a connecting member 35 and is supported by the tank body 41.

軸受水槽40は、主軸受30の周囲に設けられている。軸受水槽40は、主軸受30を覆っている。軸受水槽40は、主軸受30の潤滑水である河川水Wを収容する。槽本体41は、底板41aと、天板41bと、側板41cと、軸方向仕切板41d(仕切板)と、径方向仕切板41eと、を有している。 The bearing water tank 40 is provided around the main bearing 30. The bearing water tank 40 covers the main bearing 30. The bearing water tank 40 contains river water W, which serves as lubricating water for the main bearing 30. The tank body 41 has a bottom plate 41a, a top plate 41b, a side plate 41c, an axial partition plate 41d (partition plate), and a radial partition plate 41e.

底板41aは、軸受水槽40の底部を構成している。底板41aは、軸受水槽40の軸方向における下方の位置に設けられている。底板41aは、天板41b、側板41c、軸方向仕切板41d及び径方向仕切板41eとは別体として構成されていてもよい。底板41aは、上カバー10から延び出た支持部材10aにより支持されていてもよい。底板41aは、内側を主軸6が通るように、主軸6と同心の円環の薄板状に形成されていてもよい。底板41aの内周部の直径は、主軸6の直径よりも大きくなっている。このため、底板41aの内周部と主軸6の外周面との間には、隙間が設けられている。 The bottom plate 41a forms the bottom of the bearing water tank 40. The bottom plate 41a is located at a lower position in the axial direction of the bearing water tank 40. The bottom plate 41a may be configured as a separate body from the top plate 41b, side plates 41c, axial partition plate 41d, and radial partition plate 41e. The bottom plate 41a may be supported by a support member 10a extending from the upper cover 10. The bottom plate 41a may be formed as a thin, annular plate concentric with the main shaft 6, with the main shaft 6 passing inside. The diameter of the inner periphery of the bottom plate 41a is larger than the diameter of the main shaft 6. As a result, a gap is provided between the inner periphery of the bottom plate 41a and the outer periphery of the main shaft 6.

天板41bは、軸受水槽40の天井部を構成している。天板41bは、軸受水槽40の軸方向における上方の位置に設けられている。天板41bは、底板41a、側板41c、軸方向仕切板41d及び径方向仕切板41eとは別体として構成されていてもよい。天板41bは、側板41cの上部に取り付けられていてもよい。天板41bは、内側を主軸6が通るように、主軸6と同心の円環の薄板状に形成されていてもよい。天板41bの内周部の直径は、主軸6の直径よりも大きくなっている。このため、天板41bの内周部と主軸6の外周面との間には、隙間が設けられている。 The top plate 41b forms the ceiling of the bearing water tank 40. The top plate 41b is located at an upper position in the axial direction of the bearing water tank 40. The top plate 41b may be configured as a separate body from the bottom plate 41a, side plate 41c, axial partition plate 41d, and radial partition plate 41e. The top plate 41b may be attached to the top of the side plate 41c. The top plate 41b may be formed as a thin, annular plate concentric with the main shaft 6, with the main shaft 6 passing inside. The diameter of the inner periphery of the top plate 41b is larger than the diameter of the main shaft 6. Therefore, a gap is provided between the inner periphery of the top plate 41b and the outer periphery of the main shaft 6.

側板41cは、軸受水槽40の側部を構成している。側板41cは、軸受水槽40の径方向における外側の位置に設けられている。側板41cは、内側に主軸6及び主軸受30が位置するように、主軸6と同心の円筒状に形成されていてもよい。側板41cの内周面は、主軸6の外周面に対向している。 The side plate 41c forms the side of the bearing water tank 40. The side plate 41c is located at the radially outer side of the bearing water tank 40. The side plate 41c may be formed in a cylindrical shape concentric with the main shaft 6, with the main shaft 6 and main bearing 30 located inside. The inner peripheral surface of the side plate 41c faces the outer peripheral surface of the main shaft 6.

軸方向仕切板41dは、側板41cから径方向における内側に延び出るように設けられている。軸方向仕切板41dは、側板41cに取り付けられていてもよい。軸方向仕切板41dは、内側を主軸6が通るように、主軸6と同心の円環の薄板状に形成されていてもよい。軸方向仕切板41dの外周部の直径は、側板41cの内周面の直径と等しくなっている。また、軸方向仕切板41dの内周部の直径は、主軸6の直径よりも大きくなっている。このため、軸方向仕切板41dの内周部と主軸6の外周面との間には、隙間が設けられている。軸方向仕切板41dは、軸受水槽40の内部を軸方向に後述する上部水槽42と後述する下部水槽43とに仕切っている。 The axial partition plate 41d is arranged to extend radially inward from the side plate 41c. The axial partition plate 41d may be attached to the side plate 41c. The axial partition plate 41d may be formed as a thin, annular plate concentric with the main shaft 6, with the main shaft 6 passing through its inside. The diameter of the outer periphery of the axial partition plate 41d is equal to the diameter of the inner periphery of the side plate 41c. The diameter of the inner periphery of the axial partition plate 41d is larger than the diameter of the main shaft 6. As a result, a gap is provided between the inner periphery of the axial partition plate 41d and the outer periphery of the main shaft 6. The axial partition plate 41d axially divides the interior of the bearing water tank 40 into an upper water tank 42 (described later) and a lower water tank 43 (described later).

径方向仕切板41eは、側板41cよりも径方向における内側の位置に設けられている。径方向仕切板41eは、軸方向仕切板41dよりも軸方向における下方の位置に設けられている。すなわち、径方向仕切板41eは、後述する下部水槽43に設けられている。径方向仕切板41eは、底板41aよりも径方向における外側の位置に設けられていてもよい。径方向仕切板41eは、上カバー10から延び出た支持部材10aにより支持されていてもよい。径方向仕切板41eは、主軸6と同心の中空の円錐台状に形成されていてもよい。径方向仕切板41eは、軸方向において下方から上方に向かうにつれて内径が大きくなるように傾斜していてもよい。径方向仕切板41eは、軸受水槽40の内部を径方向に仕切っている。より具体的には、径方向仕切板41eは、下部水槽43の内部を径方向に仕切っている。これにより、下部水槽43の内部において、径方向仕切板41eと側板41cとの間に、後述する異物回収部44が設けられている。 The radial partition plate 41e is located radially inward of the side plate 41c. The radial partition plate 41e is located axially lower than the axial partition plate 41d. That is, the radial partition plate 41e is located in the lower water tank 43 described below. The radial partition plate 41e may be located radially outward of the bottom plate 41a. The radial partition plate 41e may be supported by a support member 10a extending from the upper cover 10. The radial partition plate 41e may be formed in the shape of a hollow truncated cone concentric with the main shaft 6. The radial partition plate 41e may be inclined so that its inner diameter increases from bottom to top in the axial direction. The radial partition plate 41e radially divides the interior of the bearing water tank 40. More specifically, the radial partition plate 41e radially divides the interior of the lower water tank 43. As a result, a foreign matter collection section 44, described below, is provided inside the lower water tank 43, between the radial partition plate 41e and the side plate 41c.

軸受水槽40は、上部水槽42及び下部水槽43を含んでいる。軸受水槽40は、上述した軸方向仕切板41dによって、内部を軸方向に上部水槽42と下部水槽43とに仕切られている。 The bearing water tank 40 includes an upper water tank 42 and a lower water tank 43. The interior of the bearing water tank 40 is divided axially into the upper water tank 42 and the lower water tank 43 by the axial partition plate 41d described above.

上部水槽42は、軸受水槽40の軸方向における上方の位置に設けられている。上部水槽42は、主軸受30と河川水Wとを収容する。上部水槽42は、主軸受30と共に、上述した軸受支持台32、調整部33、支持板34及び連結部材35を収容してもよい。上部水槽42は、主軸受30の潤滑水として河川水Wを収容する。より具体的には、上部水槽42は、後述する下部水槽43で異物が分離された河川水Wを、主軸受30の潤滑水として収容する。上部水槽42は、主軸受30を浸すように河川水Wを収容する。なお、河川水Wは、主軸受30の全体を浸さなくてもよく、主軸受30の少なくとも一部を浸せばよい。河川水Wは、下部水槽43から軸方向仕切板41dと主軸6との間の隙間を通って上部水槽42に流入する。 The upper water tank 42 is located axially above the bearing water tank 40. The upper water tank 42 contains the main bearing 30 and river water W. The upper water tank 42 may contain the main bearing 30, as well as the bearing support base 32, adjustment unit 33, support plate 34, and connecting member 35 described above. The upper water tank 42 contains river water W as lubricating water for the main bearing 30. More specifically, the upper water tank 42 contains river water W, from which foreign matter has been separated in the lower water tank 43 (described below), as lubricating water for the main bearing 30. The upper water tank 42 contains river water W so as to submerge the main bearing 30. Note that the river water W does not need to submerge the entire main bearing 30; it is sufficient that at least a portion of the main bearing 30 is submerged. The river water W flows from the lower water tank 43 into the upper water tank 42 through the gap between the axial partition plate 41d and the main shaft 6.

下部水槽43は、軸受水槽40の軸方向における下方の位置に設けられている。すなわち、下部水槽43は、上部水槽42よりもランナ5に近い位置に設けられている。下部水槽43は、河川水Wを収容する。下部水槽43は、ランナ5を回転駆動する河川水Wの一部が流入する。河川水Wは、背圧室11から後述する主軸封水部50の間隙を通過して下部水槽43に流入する。より具体的には、主軸封水部50の間隙を通過した河川水Wは、底板41aの内周部と主軸6の外周面との間の隙間を通って下部水槽43に流入する。 The lower water tank 43 is located below the bearing water tank 40 in the axial direction. In other words, the lower water tank 43 is located closer to the runner 5 than the upper water tank 42. The lower water tank 43 contains river water W. A portion of the river water W that drives the runner 5 to rotate flows into the lower water tank 43. The river water W flows from the back pressure chamber 11 through a gap in the main shaft water seal section 50 (described below) and into the lower water tank 43. More specifically, the river water W that has passed through the gap in the main shaft water seal section 50 flows into the lower water tank 43 through the gap between the inner periphery of the bottom plate 41a and the outer periphery of the main shaft 6.

ここで、下部水槽43に流入した河川水Wは、旋回成分を有している。すなわち、河川水Wは、主軸封水部50の間隙を流れている間に、主軸6の回転によって、径方向における外側に向かう旋回成分が付与される。このため、下部水槽43に流入した河川水Wに含まれる異物は、この主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって、周方向に旋回しながら下部水槽43の径方向における外側に向かう。このようにして、下部水槽43は、主軸封水部50の間隙を通過して流入した河川水Wから、主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって異物を分離する。 Here, the river water W that flows into the lower water tank 43 has a swirling component. That is, as the river water W flows through the gaps in the main shaft water seal section 50, the rotation of the main shaft 6 imparts a swirling component that moves radially outward to the river water W. Therefore, foreign matter contained in the river water W that flows into the lower water tank 43 swirls circumferentially due to the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6, moving radially outward from the lower water tank 43. In this way, the lower water tank 43 separates foreign matter from the river water W that flows in through the gaps in the main shaft water seal section 50 using the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6.

下部水槽43は、河川水Wに含まれる異物を回収する異物回収部44を有していてもよい。異物回収部44は、下部水槽43の径方向における外側の位置に設けられている。異物回収部44は、径方向仕切板41eと側板41cとの間に設けられている。上述したように、径方向仕切板41eは、軸方向における下方から上方に向かうにつれて内径が大きくなるように傾斜している。このことにより、下部水槽43に流入した河川水Wは、径方向仕切板41e上で旋回成分を維持することができる。このため、河川水Wに含まれる異物は、河川水Wの流れに乗って、径方向仕切板41eに沿うように周方向に旋回しながら径方向における外側に向かい、異物回収部44に導かれる。こうして、河川水Wに含まれる異物は、異物回収部44に回収される。 The lower water tank 43 may have a foreign matter collection section 44 that collects foreign matter contained in the river water W. The foreign matter collection section 44 is located at a radially outer position of the lower water tank 43. The foreign matter collection section 44 is located between the radial partition plate 41e and the side plate 41c. As described above, the radial partition plate 41e is inclined so that the inner diameter increases from bottom to top in the axial direction. This allows the river water W that flows into the lower water tank 43 to maintain a swirling component on the radial partition plate 41e. Therefore, foreign matter contained in the river water W rides the flow of the river water W, swirling circumferentially along the radial partition plate 41e, and heads radially outward, and is guided to the foreign matter collection section 44. In this way, the foreign matter contained in the river water W is collected in the foreign matter collection section 44.

下部水槽43は、異物回収部44に回収された異物を、河川水Wと共に外部に排出する排出部44aを有していてもよい。排出部44aは、異物回収部44の底部に設けられていてもよい。また、排出部44aに、排出装置44bが接続されていてもよい。排出装置44bは、軸受水槽40の外部に設置されていてもよい。排出装置44bは、排出部44aから異物及び河川水Wを所定時間毎に排出するように構成されている。例えば、排出装置44bは、タイマー制御により、異物回収部44から一定量の河川水Wを一定時間毎に排出してもよい。排出装置44bは、例えばストレーナであってもよい。 The lower water tank 43 may have a discharge section 44a that discharges foreign matter collected in the foreign matter collection section 44 to the outside along with river water W. The discharge section 44a may be provided at the bottom of the foreign matter collection section 44. A discharge device 44b may also be connected to the discharge section 44a. The discharge device 44b may be installed outside the bearing water tank 40. The discharge device 44b is configured to discharge foreign matter and river water W from the discharge section 44a at predetermined time intervals. For example, the discharge device 44b may discharge a fixed amount of river water W from the foreign matter collection section 44 at regular time intervals under timer control. The discharge device 44b may be, for example, a strainer.

また、排出部44aから排出された異物を捕捉するフィルタ44cが設けられていてもよい。フィルタ44cは、排出装置44bと後述する流入部44dとの間に設けられていてもよい。フィルタ44cは、後述する流入部44dに近い位置に設けられていてもよい。排出装置44bにより排出部44aから排出された異物は、外部に排出されてもよい。一方、排出装置44bにより排出部44aから排出された河川水Wは、フィルタ44cを通過して再び下部水槽43に供給されてもよい。河川水Wは、フィルタ44cを通過することによりろ過される。すなわち、フィルタ44cにより河川水Wに含まれる異物が補足される。下部水槽43は、排出部44aから排出されフィルタ44cを通過した河川水Wを再び内部に流入させる流入部44dを有していてもよい。流入部44dは、異物回収部44を画定する側板41cに設けられていてもよい。 A filter 44c may also be provided to capture foreign matter discharged from the discharge section 44a. The filter 44c may be provided between the discharge device 44b and the inlet section 44d, which will be described later. The filter 44c may be provided in a position close to the inlet section 44d, which will be described later. Foreign matter discharged from the discharge section 44a by the discharge device 44b may be discharged to the outside. On the other hand, the river water W discharged from the discharge section 44a by the discharge device 44b may pass through the filter 44c and be supplied again to the lower water tank 43. The river water W is filtered by passing through the filter 44c. In other words, the filter 44c captures foreign matter contained in the river water W. The lower water tank 43 may have an inlet section 44d that allows the river water W discharged from the discharge section 44a and passed through the filter 44c to flow back into the interior. The inlet section 44d may be provided on the side plate 41c that defines the foreign matter collection section 44.

また、下部水槽43に、主軸6と共に回転するインペラ45が設けられていてもよい。インペラ45は、主軸6の外周面に取り付けられていてもよい。インペラ45は、下部水槽43内を回転する。インペラ45は、下部水槽43内において、主軸封水部50の出口に近い位置に設けられていてもよい。インペラ45は、底板41aに近接するように設けられていてもよい。本実施の形態においては、下部水槽43に、1つのインペラ45が設けられている。 The lower water tank 43 may also be provided with an impeller 45 that rotates together with the main shaft 6. The impeller 45 may be attached to the outer peripheral surface of the main shaft 6. The impeller 45 rotates within the lower water tank 43. The impeller 45 may be provided within the lower water tank 43 at a position close to the outlet of the main shaft water seal section 50. The impeller 45 may also be provided close to the bottom plate 41a. In this embodiment, one impeller 45 is provided in the lower water tank 43.

インペラ45は、インペラ胴体部45aと、複数のインペラ羽根部45bと、を有している。インペラ胴体部45aは、主軸6と同心の円筒状に形成されていてもよい。インペラ胴体部45aの内周面は、主軸6の外周面に対向している。インペラ胴体部45aは、インペラ胴体部45aの内周面が主軸6の外周面に接触するように、主軸6の外周面に取り付けられている。インペラ胴体部45aの内周面の直径は、主軸6の直径と等しくなっている。インペラ羽根部45bは、インペラ胴体部45aの外周面に放射状に取り付けられている。インペラ羽根部45bは、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各インペラ羽根部45bの外周部の直径は、径方向仕切板41eの内周面の最小直径よりも小さくなっている。 The impeller 45 has an impeller body 45a and multiple impeller blades 45b. The impeller body 45a may be formed in a cylindrical shape concentric with the main shaft 6. The inner peripheral surface of the impeller body 45a faces the outer peripheral surface of the main shaft 6. The impeller body 45a is attached to the outer peripheral surface of the main shaft 6 so that the inner peripheral surface of the impeller body 45a contacts the outer peripheral surface of the main shaft 6. The diameter of the inner peripheral surface of the impeller body 45a is equal to the diameter of the main shaft 6. The impeller blades 45b are attached radially to the outer peripheral surface of the impeller body 45a. The impeller blades 45b are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. The diameter of the outer peripheral portion of each impeller blade 45b is smaller than the smallest diameter of the inner peripheral surface of the radial partition plate 41e.

このインペラ45の回転による遠心力によって、下部水槽43に流入した河川水Wには、径方向における外側に向かう旋回成分が更に付与される。このため、下部水槽43は、インペラ45の回転による遠心力によって、河川水Wから異物をより効果的に分離することができる。 The centrifugal force generated by the rotation of the impeller 45 imparts an additional radially outward swirling component to the river water W flowing into the lower water tank 43. As a result, the centrifugal force generated by the rotation of the impeller 45 allows the lower water tank 43 to more effectively separate foreign matter from the river water W.

主軸封水部50は、軸受水槽40の下部水槽43よりもランナ5に近い位置に設けられている。すなわち、主軸封水部50は、下部水槽43とランナ5との間の位置に設けられている。主軸封水部50は、主軸6の外周との間に河川水Wが流れる間隙を形成している。主軸封水部50は、下部水槽43に流入する河川水Wの流量を低減するように構成されている。河川水Wは、背圧室11から主軸封水部50の間隙に流入し、主軸封水部50の間隙を通過して、下部水槽43に流入するようになっている。 The spindle water seal section 50 is located closer to the runner 5 than the lower water tank 43 of the bearing water tank 40. In other words, the spindle water seal section 50 is located between the lower water tank 43 and the runner 5. The spindle water seal section 50 forms a gap between itself and the outer periphery of the spindle 6, through which river water W flows. The spindle water seal section 50 is configured to reduce the flow rate of river water W flowing into the lower water tank 43. The river water W flows from the back pressure chamber 11 into the gap in the spindle water seal section 50, passes through the gap in the spindle water seal section 50, and flows into the lower water tank 43.

主軸封水部50は、スリーブ51と、シール部材52と、を有していてもよい。スリーブ51は、主軸6と同心の円筒状に形成されていてもよい。スリーブ51の内周面は、主軸6の外周面に対向している。スリーブ51は、スリーブ51の内周面が主軸6の外周面に接触するように、主軸6の外周面に取り付けられている。シール部材52は、スリーブ51に対向するように設けられている。シール部材52は、主軸6と同心の略円筒状に形成されていてもよい。シール部材52は、枠体部53に支持されている。スリーブ51とシール部材52との間に、上述した間隙が形成されている。シール部材52は、ラビリンスシール構造を有していてもよい。すなわち、シール部材52は、スリーブ51との間の隙間が相対的に小さい部分と相対的に大きい部分とが軸方向に交互に並ぶように構成されていてもよい。このような構成により、主軸封水部50の間隙における流体抵抗が増大し、背圧室11から下部水槽43に流入する河川水Wの流量を低減することができる。また、河川水Wは、主軸封水部50の間隙を流れている間に、主軸6の回転によって旋回成分が付与される。 The main shaft water sealing unit 50 may have a sleeve 51 and a seal member 52. The sleeve 51 may be formed in a cylindrical shape concentric with the main shaft 6. The inner peripheral surface of the sleeve 51 faces the outer peripheral surface of the main shaft 6. The sleeve 51 is attached to the outer peripheral surface of the main shaft 6 so that the inner peripheral surface of the sleeve 51 contacts the outer peripheral surface of the main shaft 6. The seal member 52 is provided facing the sleeve 51. The seal member 52 may be formed in a generally cylindrical shape concentric with the main shaft 6. The seal member 52 is supported by a frame portion 53. The above-mentioned gap is formed between the sleeve 51 and the seal member 52. The seal member 52 may have a labyrinth seal structure. In other words, the seal member 52 may be configured so that portions where the gap between the sleeve 51 and the seal member 52 is relatively small and portions where the gap is relatively large are arranged alternately in the axial direction. This configuration increases fluid resistance in the gap of the main shaft water seal 50, reducing the flow rate of river water W flowing from the back pressure chamber 11 into the lower water tank 43. In addition, while the river water W flows through the gap of the main shaft water seal 50, a swirling component is imparted to it by the rotation of the main shaft 6.

図3に示すように、水車運転時に、下池9の水位H2は、軸受水槽40の水位H1以上であってもよい。図3に示す軸受水槽40の水位H1は、図2に示す上部水槽42の水位H1と同一である。軸受水槽40の水位H1は、主軸受30の上端部の位置と一致していてもよい。下池9の水位H2は、ランナ5に流入した河川水Wが到達する下池9の水位である。水車運転時に、下池9の水位H2が軸受水槽40の水位H1よりも低い場合、軸受水槽40に収容された河川水Wが、圧力差によりランナ5の側に流出するおそれがある。これにより、軸受水槽40の水位H1が低下し、河川水Wが潤滑水として機能しなくなるおそれがある。これに対して、下池9の水位H2を軸受水槽40の水位H1以上にすることにより、軸受水槽40に収容された河川水Wがランナ5の側に流出することを防止することができる。 As shown in FIG. 3, during turbine operation, the water level H2 of the lower reservoir 9 may be equal to or higher than the water level H1 of the bearing sump 40. The water level H1 of the bearing sump 40 shown in FIG. 3 is the same as the water level H1 of the upper reservoir 42 shown in FIG. 2. The water level H1 of the bearing sump 40 may coincide with the position of the upper end of the main bearing 30. The water level H2 of the lower reservoir 9 is the water level of the lower reservoir 9 that reaches the river water W that flows into the runner 5. If the water level H2 of the lower reservoir 9 is lower than the water level H1 of the bearing sump 40 during turbine operation, the river water W contained in the bearing sump 40 may flow out toward the runner 5 due to a pressure difference. This may cause the water level H1 of the bearing sump 40 to drop, and the river water W may no longer function as lubricating water. In response to this, by setting the water level H2 of the lower reservoir 9 equal to or higher than the water level H1 of the bearing sump 40, the river water W contained in the bearing sump 40 can be prevented from flowing out toward the runner 5.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。 Next, we will explain the operation of this embodiment configured as described above.

本実施の形態による立軸フランシス水車1において水車運転を行う場合、図示しない上池から水圧鉄管、ケーシング2及びステーベーン3を介して河川水Wがガイドベーン4に流入し、ガイドベーン4からランナ5に河川水Wが流入する。このランナ5に流入した河川水Wにより、ランナ5が回転駆動される。回転駆動されるランナ5は、連結された主軸6を介して発電機7に回転エネルギを伝達し、発電機7による発電が行われる。ランナ5を回転駆動させた河川水Wは、ランナ5から吸出し管8を通って下池9に放出される。 When the vertical Francis turbine 1 according to this embodiment is operated, river water W flows from an upper reservoir (not shown) through the penstock, casing 2, and stay vanes 3 into the guide vanes 4, and from the guide vanes 4 into the runner 5. The river water W flowing into the runner 5 drives the runner 5 to rotate. The driven runner 5 transmits rotational energy to the generator 7 via the connected main shaft 6, which generates electricity. The river water W that drives the runner 5 to rotate is discharged from the runner 5 through the draft pipe 8 into the lower reservoir 9.

ランナ5を回転駆動する河川水Wの一部は、クラウン5aと上カバー10との間に設けられた背圧室11に流入する。背圧室11内の河川水Wは、主軸封水部50の間隙に流入し、主軸封水部50の間隙を流れる。主軸封水部50の間隙を通過した河川水Wは、底板41aの内周部と主軸6の外周面との間の隙間を通って下部水槽43に流入する。 A portion of the river water W that drives the runner 5 flows into the back pressure chamber 11 located between the crown 5a and the upper cover 10. The river water W in the back pressure chamber 11 flows into the gap in the main shaft water seal 50 and flows through the gap in the main shaft water seal 50. After passing through the gap in the main shaft water seal 50, the river water W flows into the lower water tank 43 through the gap between the inner periphery of the bottom plate 41a and the outer periphery of the main shaft 6.

ここで、河川水Wは、主軸封水部50の間隙を流れている間に、主軸6の回転によって、径方向における外側に向かう旋回成分が付与される。また、下部水槽43内では、主軸6の回転に伴い、インペラ45が回転している。このインペラ45の回転による遠心力によって、河川水Wに旋回成分が更に付与される。このため、下部水槽43に流入した河川水Wに含まれる異物は、これらの主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって、周方向に旋回しながら下部水槽43の径方向における外側に向かう。このようにして、下部水槽43で河川水Wから異物が分離される。また、河川水Wに含まれる異物は、河川水Wの流れに乗って、径方向仕切板41eに沿うように周方向に旋回しながら径方向における外側に向かい、異物回収部44に導かれる。こうして、河川水Wから分離された異物は、異物回収部44に回収される。 As the river water W flows through the gap in the main shaft water seal section 50, the rotation of the main shaft 6 imparts a radially outward swirling component to the river water W. Furthermore, within the lower water tank 43, the impeller 45 rotates as the main shaft 6 rotates. The centrifugal force generated by the rotation of the impeller 45 further imparts a swirling component to the river water W. Therefore, foreign matter contained in the river water W that flows into the lower water tank 43 swirls circumferentially and moves radially outward from the lower water tank 43 due to the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6. In this way, the foreign matter is separated from the river water W in the lower water tank 43. Furthermore, the foreign matter contained in the river water W rides the flow of the river water W, swirling circumferentially along the radial partition plate 41e and moving radially outward, and is then guided to the foreign matter collection section 44. The foreign matter separated from the river water W is collected in the foreign matter collection section 44.

異物回収部44に回収された異物は、河川水Wと共に排出部44aから外部に排出される。異物及び河川水Wは、排出装置44bにより、所定時間毎に排出される。排出部44aから排出された異物は、フィルタ44cに補足される。フィルタ44cに補足された異物は、外部に排出される。一方、フィルタ44cを通過し濾過された河川水Wは、流入部44dから再び下部水槽43に流入する。 The foreign matter collected in the foreign matter collection section 44 is discharged to the outside from the discharge section 44a together with the river water W. The foreign matter and river water W are discharged at predetermined intervals by the discharge device 44b. The foreign matter discharged from the discharge section 44a is captured by the filter 44c. The foreign matter captured by the filter 44c is discharged to the outside. Meanwhile, the river water W that has passed through the filter 44c and been filtered flows back into the lower water tank 43 from the inlet section 44d.

下部水槽43で異物が分離された河川水Wは、軸方向仕切板41dの内周部と主軸6の外周面との間の隙間を通って上部水槽42に流入する。こうして、上部水槽42には、下部水槽43で異物が分離された河川水Wが、潤滑水として収容される。 The river water W from which foreign matter has been separated in the lower water tank 43 flows into the upper water tank 42 through the gap between the inner periphery of the axial partition plate 41d and the outer periphery of the main shaft 6. In this way, the river water W from which foreign matter has been separated in the lower water tank 43 is stored in the upper water tank 42 as lubricating water.

このように本実施の形態によれば、下部水槽43は、主軸封水部50の間隙を通過して流入した河川水Wから、主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって異物を分離する。上部水槽42は、下部水槽43で異物が分離された河川水Wを、主軸受30の潤滑水として収容する。このことにより、上部水槽42に異物が流入することを抑制することができ、主軸受30の潤滑水に異物が含まれることを抑制することができる。このため、異物によって主軸受30が摩耗することを抑制することができる。また、主軸受30の材料として、異物に対する耐摩耗性の高いセラミック等を用いることを不要にすることができる。このため、製造コストの増大を抑制することができる。このように本実施の形態によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、河川水Wに含まれる異物による主軸受30の摩耗を抑制することができる。 According to this embodiment, the lower water tank 43 separates foreign matter from the river water W that flows in through the gap in the main shaft water seal 50 using the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6. The upper water tank 42 stores the river water W from which foreign matter has been separated in the lower water tank 43 as lubricating water for the main bearing 30. This prevents foreign matter from flowing into the upper water tank 42 and prevents foreign matter from being contained in the lubricating water for the main bearing 30. This prevents wear of the main bearing 30 due to foreign matter. It also eliminates the need to use ceramics or other materials with high wear resistance against foreign matter as materials for the main bearing 30. This prevents increases in manufacturing costs. According to this embodiment, it is possible to prevent wear of the main bearing 30 due to foreign matter contained in the river water W while suppressing increases in manufacturing costs.

また、本実施の形態によれば、主軸6に、主軸受30に対向する主軸スカート(軸受ジャーナル)を設けることを不要にすることができる。すなわち、主軸6に主軸スカートが設けられていなくても、主軸受30の潤滑水に異物が含まれることを抑制することができる。このため、主軸6の重量を低減することができる。また、主軸6の主軸受30に対向する部分の外径を小さくすることができ、主軸受30の内径を小さくすることができる。このため、主軸受30を小型化することができる。 Furthermore, according to this embodiment, it is not necessary to provide the main shaft 6 with a main shaft skirt (bearing journal) that faces the main bearing 30. In other words, even if the main shaft 6 is not provided with a main shaft skirt, it is possible to prevent foreign matter from being contained in the lubricating water for the main bearing 30. This allows the weight of the main shaft 6 to be reduced. Furthermore, the outer diameter of the portion of the main shaft 6 that faces the main bearing 30 can be reduced, allowing the inner diameter of the main bearing 30 to be reduced. This allows the main bearing 30 to be made more compact.

また、本実施の形態によれば、下部水槽43に、主軸6と共に回転するインペラ45が設けられ、下部水槽43は、インペラ45の回転による遠心力によって、河川水Wから異物を分離する。このことにより、河川水Wに含まれる異物をより効果的に分離することができる。このため、上部水槽42に異物が流入することをより一層抑制することができ、異物によって主軸受30が摩耗することをより一層抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the lower water tank 43 is provided with an impeller 45 that rotates together with the main shaft 6, and the lower water tank 43 separates foreign matter from the river water W by centrifugal force caused by the rotation of the impeller 45. This makes it possible to more effectively separate foreign matter contained in the river water W. As a result, foreign matter can be further prevented from flowing into the upper water tank 42, and wear on the main bearing 30 due to foreign matter can be further prevented.

また、本実施の形態によれば、軸受水槽40は、内部を軸方向に上部水槽42と下部水槽43とに仕切る軸方向仕切板41dを有している。このように、1つの軸受水槽40の内部を、軸方向仕切板41dにより上部水槽42と下部水槽43とに区分けすることにより、軸受装置20の大型化及び製造コストの増大を抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the bearing water tank 40 has an axial partition plate 41d that divides the interior axially into an upper water tank 42 and a lower water tank 43. In this way, by dividing the interior of a single bearing water tank 40 into the upper water tank 42 and the lower water tank 43 by the axial partition plate 41d, it is possible to prevent the bearing device 20 from becoming larger and the manufacturing costs from increasing.

また、本実施の形態によれば、下部水槽43は、径方向における外側の位置に設けられた、河川水Wに含まれる異物を回収する異物回収部44を有している。このように、異物回収部44で異物を回収することにより、河川水Wに含まれる異物をより効果的に分離することができる。このため、上部水槽42に異物が流入することをより一層抑制することができ、異物によって主軸受30が摩耗することをより一層抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the lower water tank 43 has a foreign matter collection section 44 located at a radially outer position, which collects foreign matter contained in the river water W. In this way, by collecting foreign matter using the foreign matter collection section 44, it is possible to more effectively separate the foreign matter contained in the river water W. This further prevents foreign matter from flowing into the upper water tank 42, and further prevents wear on the main bearing 30 due to foreign matter.

また、本実施の形態によれば、下部水槽43は、異物回収部44に回収された異物を、河川水Wと共に外部に排出する排出部44aを有している。このように、排出部44aから異物を外部に排出することにより、異物回収部44内の異物が、径方向における内側に移動することを抑制することができる。このため、上部水槽42に異物が流入することをより一層抑制することができ、異物によって主軸受30が摩耗することをより一層抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the lower water tank 43 has a discharge section 44a that discharges foreign matter collected in the foreign matter collection section 44 to the outside together with the river water W. In this way, by discharging the foreign matter to the outside from the discharge section 44a, it is possible to prevent the foreign matter in the foreign matter collection section 44 from moving radially inward. This further prevents foreign matter from flowing into the upper water tank 42, and further prevents wear on the main bearing 30 due to foreign matter.

また、本実施の形態によれば、排出部44aから排出された異物を捕捉するフィルタ44cが設けられ、下部水槽43は、排出部44aから排出されフィルタ44cを通過した河川水Wを再び内部に流入させる流入部44dを有している。このように、排出部44aから排出された河川水Wを、フィルタ44cを通過させて濾過した後に、再び流入部44dから下部水槽43内に流入させることにより、河川水Wから異物を除去しつつ、軸受水槽40の水位H1の変動を抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, a filter 44c is provided to capture foreign matter discharged from the discharge section 44a, and the lower water tank 43 has an inlet section 44d that allows the river water W discharged from the discharge section 44a and passing through the filter 44c to flow back into the interior. In this way, the river water W discharged from the discharge section 44a is passed through the filter 44c to be filtered, and then allowed to flow back into the lower water tank 43 from the inlet section 44d, thereby removing foreign matter from the river water W while suppressing fluctuations in the water level H1 of the bearing water tank 40.

また、本実施の形態によれば、排出部44aから異物及び河川水Wを所定時間毎に排出する排出装置44bが設けられている。このことにより、異物回収部44に回収された異物を、所定時間毎に自動的に外部に排出することができる。 Furthermore, according to this embodiment, a discharge device 44b is provided that discharges foreign matter and river water W from the discharge section 44a at predetermined intervals. This allows the foreign matter collected in the foreign matter collection section 44 to be automatically discharged to the outside at predetermined intervals.

なお、上述した本実施の形態においては、下部水槽43に、1つのインペラ45が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、下部水槽43に、複数のインペラ45が設けられていてもよい。複数のインペラ45は、軸方向に並ぶように主軸6に取り付けられていてもよい。この場合、下部水槽43に流入した河川水Wに、より大きな旋回成分を付与することができる。このため、下部水槽43は、複数のインペラ45の回転による遠心力によって、河川水Wから異物をより効果的に分離することができる。 In the above-described embodiment, an example has been described in which one impeller 45 is provided in the lower water tank 43. However, this is not limited to this, and multiple impellers 45 may be provided in the lower water tank 43. The multiple impellers 45 may be attached to the main shaft 6 so that they are aligned in the axial direction. In this case, a larger swirling component can be imparted to the river water W that flows into the lower water tank 43. Therefore, the lower water tank 43 can more effectively separate foreign matter from the river water W by using the centrifugal force generated by the rotation of the multiple impellers 45.

(第2の実施の形態)
次に、図4及び図5を用いて、第2の実施の形態による水力機械用の軸受装置及び水力機械について説明する。
Second Embodiment
Next, a bearing device for a hydraulic machine and a hydraulic machine according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.

図4及び図5に示す第2の実施の形態においては、異物回収部の上方に、仕切板から突出し、異物を異物回収部に向けて落下させる異物落下部材が設けられている点が主に異なる。他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。図4及び図5において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 The second embodiment shown in Figures 4 and 5 differs primarily in that a foreign object drop member is provided above the foreign object collection section, protruding from the partition plate and causing foreign objects to drop toward the foreign object collection section. Other configurations are substantially identical to those of the first embodiment shown in Figures 1 to 3. In Figures 4 and 5, parts that are identical to those of the first embodiment shown in Figures 1 to 3 are designated by the same reference numerals and detailed descriptions are omitted.

本実施の形態においては、図4に示すように、異物回収部44の上方に、異物落下部材60が設けられている。異物落下部材60は、軸方向仕切板41dに設けられている。異物落下部材60は、軸方向仕切板41dに取り付けられていてもよい。異物落下部材60は、軸方向仕切板41dから下方に向けて突出している。異物落下部材60は、周方向に延びていてもよい。図4及び図5に示すように、異物落下部材60は、部分円環の薄板状に形成されていてもよい。また、図5に示すように、複数の異物落下部材60が、周方向に間隔をあけて配置されていてもよい。この場合、各異物落下部材60は、周方向における両側に設けられた端部61を有していてもよい。異物落下部材60は、異物を異物回収部44に向けて落下させる。異物落下部材60は、異物を端部61に衝突させることにより、異物を落下させてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, a foreign object drop member 60 is provided above the foreign object collection section 44. The foreign object drop member 60 is provided on the axial partition plate 41d. The foreign object drop member 60 may be attached to the axial partition plate 41d. The foreign object drop member 60 protrudes downward from the axial partition plate 41d. The foreign object drop member 60 may extend in the circumferential direction. As shown in FIGS. 4 and 5, the foreign object drop member 60 may be formed in the shape of a partially annular thin plate. Also, as shown in FIG. 5, multiple foreign object drop members 60 may be arranged at intervals in the circumferential direction. In this case, each foreign object drop member 60 may have end portions 61 provided on both sides in the circumferential direction. The foreign object drop member 60 drops foreign objects toward the foreign object collection section 44. The foreign object drop member 60 may drop foreign objects by colliding with the end portions 61.

下部水槽43に流入した河川水Wに含まれる異物は、主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって、周方向に旋回しながら下部水槽43の径方向における外側に向かう。河川水Wに含まれる異物は、河川水Wの流れに乗って、径方向仕切板41eに沿うように周方向に旋回しながら径方向における外側に向かい、異物回収部44の上方に導かれる。異物回収部44の上方に導かれた異物は、異物落下部材60、とりわけ異物落下部材の端部61に衝突して、異物回収部44に向けて落下する。 Foreign matter contained in the river water W that flows into the lower water tank 43 swirls circumferentially due to the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6, and moves radially outward from the lower water tank 43. The foreign matter contained in the river water W rides the flow of the river water W, swirling circumferentially along the radial partition plate 41e, and moves radially outward, and is led above the foreign matter collection section 44. The foreign matter led above the foreign matter collection section 44 collides with the foreign matter falling member 60, particularly the end 61 of the foreign matter falling member, and falls toward the foreign matter collection section 44.

このように本実施の形態によれば、異物回収部44の上方に、軸方向仕切板41dから突出し、異物を異物回収部44に向けて落下させる異物落下部材60が設けられている。このことにより、河川水Wの旋回成分によって異物回収部44の上方まで導かれた異物を、異物回収部44に落下させることができる。このため、異物を異物回収部44に効率的に回収することができる。 According to this embodiment, a foreign object drop member 60 is provided above the foreign object collection section 44, protruding from the axial partition plate 41d and causing foreign objects to drop toward the foreign object collection section 44. This allows foreign objects that have been guided above the foreign object collection section 44 by the swirling component of the river water W to fall into the foreign object collection section 44. This allows foreign objects to be efficiently collected in the foreign object collection section 44.

また、本実施の形態によれば、軸方向仕切板41dに異物落下部材60が設けられていることにより、異物が軸方向仕切板41d及び側板41cに衝突することを抑制することができる。このため、異物によって軸方向仕切板41d及び側板41cが摩耗することを抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the foreign object dropping member 60 is provided on the axial partition plate 41d, thereby preventing foreign objects from colliding with the axial partition plate 41d and side plate 41c. This prevents wear on the axial partition plate 41d and side plate 41c caused by foreign objects.

(第3の実施の形態)
次に、図6及び図7を用いて、第3の実施の形態による水力機械用の軸受装置及び水力機械について説明する。
(Third embodiment)
Next, a bearing device for a hydraulic machine and a hydraulic machine according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.

図6及び図7に示す第3の実施の形態においては、異物回収部よりも主軸に近い位置に、仕切板から突出し、異物が上部水槽に流入することを抑制する異物流入抑制部材が設けられている点が主に異なる。他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。図6及び図7において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 The third embodiment shown in Figures 6 and 7 differs primarily in that a foreign matter inflow prevention member protrudes from the partition plate and is located closer to the main shaft than the foreign matter collection unit to prevent foreign matter from entering the upper tank. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in Figures 1 to 3. In Figures 6 and 7, parts that are the same as those of the first embodiment shown in Figures 1 to 3 are designated by the same reference numerals and detailed descriptions are omitted.

本実施の形態においては、図6に示すように、異物回収部44よりも主軸6に近い位置に、異物流入抑制部材70が設けられている。すなわち、異物流入抑制部材70は、異物回収部44よりも径方向における内側に設けられている。異物流入抑制部材70は、軸方向仕切板41dに設けられている。異物流入抑制部材70は、軸方向仕切板41dに取り付けられていてもよい。異物流入抑制部材70は、軸方向仕切板41dから下方に向けて突出している。異物流入抑制部材70は、周方向に延びていてもよい。図6および図7に示すように、異物流入抑制部材70は、円筒状に形成されていてもよい。異物流入抑制部材70は、異物が上部水槽42に流入することを抑制する。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, the foreign matter inflow suppression member 70 is provided at a position closer to the main shaft 6 than the foreign matter collection section 44. That is, the foreign matter inflow suppression member 70 is provided radially inward of the foreign matter collection section 44. The foreign matter inflow suppression member 70 is provided on the axial partition plate 41d. The foreign matter inflow suppression member 70 may be attached to the axial partition plate 41d. The foreign matter inflow suppression member 70 protrudes downward from the axial partition plate 41d. The foreign matter inflow suppression member 70 may extend in the circumferential direction. As shown in FIGS. 6 and 7, the foreign matter inflow suppression member 70 may be formed in a cylindrical shape. The foreign matter inflow suppression member 70 suppresses foreign matter from flowing into the upper water tank 42.

下部水槽43に流入した河川水Wに含まれる異物は、主軸6の回転に起因して発生する河川水Wの旋回成分によって、周方向に旋回しながら下部水槽43の径方向における外側に向かう。河川水Wに含まれる異物は、河川水Wの流れに乗って、径方向仕切板41eに沿うように周方向に旋回しながら径方向における外側に向かい、異物回収部44に導かれる。ここで、河川水Wが旋回成分を失うことにより、河川水Wに含まれる異物の一部が、径方向における内側に移動することがある。また、異物回収部44内の異物が、径方向における内側に移動することもあり得る。この場合、径方向における内側に移動した異物が、下部水槽43から軸方向仕切板41dと主軸6との間の隙間を通って上部水槽42に流入するおそれがある。 Foreign matter contained in the river water W that flows into the lower water tank 43 swirls circumferentially due to the swirling component of the river water W generated by the rotation of the main shaft 6, and moves radially outward from the lower water tank 43. The foreign matter contained in the river water W rides the flow of the river water W, swirling circumferentially along the radial partition plate 41e, and moves radially outward, and is led to the foreign matter collection section 44. Here, as the river water W loses its swirling component, some of the foreign matter contained in the river water W may move radially inward. Furthermore, foreign matter within the foreign matter collection section 44 may move radially inward. In this case, foreign matter that has moved radially inward may flow from the lower water tank 43 into the upper water tank 42 through the gap between the axial partition plate 41d and the main shaft 6.

これに対して本実施の形態によれば、異物回収部44よりも主軸6に近い位置に、軸方向仕切板41dから突出し、異物が上部水槽42に流入することを抑制する異物流入抑制部材70が設けられている。このことにより、径方向における内側に移動した異物を、この異物流入抑制部材70に衝突させて、軸方向仕切板41dと主軸6との間の隙間に到達することを抑制することができる。このため、上部水槽42に異物が流入することをより一層抑制することができ、異物によって主軸受30が摩耗することをより一層抑制することができる。 In contrast, according to this embodiment, a foreign matter inflow prevention member 70 is provided at a position closer to the main shaft 6 than the foreign matter collection section 44, protruding from the axial partition plate 41d and preventing foreign matter from flowing into the upper water tank 42. This causes foreign matter that moves radially inward to collide with this foreign matter inflow prevention member 70, preventing it from reaching the gap between the axial partition plate 41d and the main shaft 6. This further prevents foreign matter from flowing into the upper water tank 42, and further prevents wear of the main bearing 30 due to foreign matter.

以上述べた実施の形態によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、河川水に含まれる異物による主軸受の摩耗を抑制することができる。 The above-described embodiment makes it possible to suppress wear on the main bearing caused by foreign matter contained in river water while suppressing increases in manufacturing costs.

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これらの新規な実施の形態は、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。これらの実施の形態やその変形は、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。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

1:立軸フランシス水車、5:ランナ、6:主軸、20:軸受装置、30:主軸受、40:軸受水槽、41d:軸方向仕切板、42:上部水槽、43:下部水槽、44:異物回収部、44a:排出部、44b:排出装置、44c:フィルタ、44d:流入部、45:インペラ、50:主軸封水部、60:異物落下部材、70:異物流入抑制部材、W:河川水 1: Vertical-shaft Francis turbine, 5: Runner, 6: Main shaft, 20: Bearing device, 30: Main bearing, 40: Bearing water tank, 41d: Axial partition, 42: Upper water tank, 43: Lower water tank, 44: Foreign matter collection section, 44a: Discharge section, 44b: Discharge device, 44c: Filter, 44d: Inlet section, 45: Impeller, 50: Main shaft water seal, 60: Foreign matter drop member, 70: Foreign matter inflow prevention member, W: River water

Claims (9)

流入する河川水により回転駆動されるランナと、前記ランナの回転に伴い回転する主軸とを有する水力機械に用いられる水力機械用の軸受装置であって、
前記主軸の外周に設けられ、前記主軸を支持する主軸受と、
前記主軸受と、前記主軸受を浸す潤滑水とを収容する上部水槽と、
前記上部水槽よりも前記ランナに近い位置に設けられ、前記ランナを回転駆動する前記河川水の一部が流入する下部水槽と、
前記下部水槽と前記ランナとの間の位置に設けられ、前記主軸の外周との間に前記河川水が流れる間隙を形成し、前記下部水槽に流入する前記河川水の流量を低減する主軸封水部と、
前記下部水槽に収容され、前記主軸と共に回転するインペラと、を備え、
前記下部水槽は、前記主軸封水部の前記間隙を通過して流入した前記河川水から、前記主軸の回転に起因して発生する前記河川水の旋回成分によって異物を分離し、
前記上部水槽は、前記下部水槽で前記異物が分離された前記河川水を、前記潤滑水として収容
前記下部水槽は、前記インペラの回転による遠心力によって、前記河川水から前記異物を分離する、水力機械用の軸受装置。
A bearing device for a hydraulic machine used in a hydraulic machine having a runner that is rotationally driven by inflowing river water and a main shaft that rotates in conjunction with the rotation of the runner,
a main bearing provided on an outer periphery of the main shaft and supporting the main shaft;
an upper water tank that contains the main bearing and lubricating water that immerses the main bearing;
a lower water tank provided closer to the runner than the upper water tank and into which a portion of the river water that rotates the runner flows;
a main shaft water seal portion that is provided at a position between the lower water tank and the runner, that forms a gap between the main shaft and an outer periphery thereof, through which the river water flows, thereby reducing the flow rate of the river water flowing into the lower water tank;
an impeller housed in the lower water tank and rotating together with the main shaft ;
the lower water tank separates foreign matter from the river water that has flowed in through the gap of the main shaft water seal portion by a swirling component of the river water that is generated due to rotation of the main shaft,
the upper water tank stores , as the lubricating water, the river water from which the foreign matter has been separated in the lower water tank;
The lower water tank separates the foreign matter from the river water by centrifugal force generated by the rotation of the impeller .
流入する河川水により回転駆動されるランナと、前記ランナの回転に伴い回転する主軸とを有する水力機械に用いられる水力機械用の軸受装置であって、
前記主軸の外周に設けられ、前記主軸を支持する主軸受と、
前記主軸受と、前記主軸受を浸す潤滑水とを収容する上部水槽と、
前記上部水槽よりも前記ランナに近い位置に設けられ、前記ランナを回転駆動する前記河川水の一部が流入する下部水槽と、
前記下部水槽と前記ランナとの間の位置に設けられ、前記主軸の外周との間に前記河川水が流れる間隙を形成し、前記下部水槽に流入する前記河川水の流量を低減する主軸封水部と、を備え、
前記下部水槽は、前記主軸封水部の前記間隙を通過して流入した前記河川水から、前記主軸の回転に起因して発生する前記河川水の旋回成分によって異物を分離し、
前記上部水槽は、前記下部水槽で前記異物が分離された前記河川水を、前記潤滑水として収容し、
前記下部水槽は、径方向における外側の位置に設けられた、前記河川水に含まれる前記異物を回収する異物回収部を有する、水力機械用の軸受装置。
A bearing device for a hydraulic machine used in a hydraulic machine having a runner that is rotationally driven by inflowing river water and a main shaft that rotates in conjunction with the rotation of the runner,
a main bearing provided on an outer periphery of the main shaft and supporting the main shaft;
an upper water tank that contains the main bearing and lubricating water that immerses the main bearing;
a lower water tank provided closer to the runner than the upper water tank and into which a portion of the river water that rotates the runner flows;
a main shaft water sealing unit that is provided at a position between the lower water tank and the runner, that forms a gap between the main shaft and an outer periphery thereof, through which the river water flows, and that reduces the flow rate of the river water flowing into the lower water tank,
the lower water tank separates foreign matter from the river water that has flowed in through the gap of the main shaft water seal portion by a swirling component of the river water that is generated due to rotation of the main shaft,
the upper water tank stores, as the lubricating water, the river water from which the foreign matter has been separated in the lower water tank;
A bearing device for a hydraulic machine, wherein the lower water tank has a foreign matter collection section provided at a radially outer position to collect the foreign matter contained in the river water.
前記下部水槽は、前記異物回収部に回収された前記異物を、前記河川水と共に外部に排出する排出部を有する、請求項に記載の水力機械用の軸受装置。 3. The bearing device for a hydraulic machine according to claim 2 , wherein the lower water tank has a discharge section that discharges the foreign matter collected in the foreign matter collection section to the outside together with the river water. 前記排出部から排出された前記異物を捕捉するフィルタを備え、
前記下部水槽は、前記排出部から排出され前記フィルタを通過した前記河川水を再び内部に流入させる流入部を有する、請求項に記載の水力機械用の軸受装置。
a filter that captures the foreign matter discharged from the discharge portion,
4. The bearing device for a hydraulic machine according to claim 3 , wherein the lower water tank has an inlet portion through which the river water discharged from the outlet portion and passed through the filter flows back into the lower water tank.
前記排出部から前記異物及び前記河川水を所定時間毎に排出する排出装置を備える、請求項に記載の水力機械用の軸受装置。 4. The bearing device for a hydraulic machine according to claim 3 , further comprising a discharge device that discharges the foreign matter and the river water from the discharge portion at predetermined intervals. 前記上部水槽及び前記下部水槽を含む軸受水槽を備え、
前記軸受水槽は、内部を軸方向に前記上部水槽と前記下部水槽とに仕切る仕切板を有し、
前記下部水槽は、径方向における外側の位置に設けられた、前記河川水に含まれる前記異物を回収する異物回収部を有する、請求項1に記載の水力機械用の軸受装置。
a bearing water tank including the upper water tank and the lower water tank,
The bearing water tank has a partition plate that divides the interior thereof in the axial direction into the upper water tank and the lower water tank,
2. The bearing device for a hydraulic machine according to claim 1, wherein the lower water tank has a foreign matter recovery section provided at a radially outer position to recover the foreign matter contained in the river water.
前記異物回収部の上方に設けられ、前記仕切板から突出し、前記異物を前記異物回収部に向けて落下させる異物落下部材を備える、請求項に記載の水力機械用の軸受装置。 7. The bearing device for a hydraulic machine according to claim 6 , further comprising a foreign object dropping member provided above the foreign object collecting section, protruding from the partition plate, and dropping the foreign objects toward the foreign object collecting section. 前記異物回収部よりも前記主軸に近い位置に設けられ、前記仕切板から突出し、前記異物が前記上部水槽に流入することを抑制する異物流入抑制部材を備える、請求項に記載の水力機械用の軸受装置。 7. A bearing device for a hydraulic machine according to claim 6 , further comprising a foreign matter inflow prevention member that is provided at a position closer to the main shaft than the foreign matter collection section, protrudes from the partition plate, and prevents the foreign matter from flowing into the upper water tank. 流入する河川水により回転駆動されるランナと、
前記ランナの回転に伴い回転する主軸と、
請求項1又は2に記載の水力機械用の軸受装置と、を備える、水力機械。
a runner that is rotationally driven by inflowing river water;
a main shaft that rotates in accordance with the rotation of the runner;
A hydraulic machine comprising: the bearing device for a hydraulic machine according to claim 1 or 2 .
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