JPH0321750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は水力発電に用いられる水車の主軸を
支える軸受の潤滑油を冷却する構造に関するもの
である。

従来の技術 例えば水力発電に用いられる立て軸形のフラン
シス水車では、発電機側にスラスト軸受を設ける
一方、ラジアル軸受は、水車の主軸に設けてお
り、そのラジアル軸受の構造の一例を示せば、第
４図の通りである。すなわち第４図中符号１が主
軸であつて、図の上側に発電機が接続されるとと
もに、下側にランナが設けられており、この主軸
１の中間部に摺動環２が一体的に設けられてい
る。軸受箱３はその摺動環２を包囲かつ収容する
よう設けられていて、その内部には、摺動環２の
外側面に摺接する軸受としてのホワイトメタル４
が円周方向に一定間隔ごとに配置され、これらの
ホワイトメタル４はブラケツト５およびボルト６
によつて軸受箱３の内面に固定されている。そし
て潤滑油７が摺動環２とホワイトメタル４との摺
動面のほぼ半分が浸漬する程度に軸受箱３内に収
容されており、さらに摺動環２とホワイトメタル
４との摺動に基づく温度上昇を防ぐために水冷管
８が潤滑油７中に配置されている。したがつて摺
動管２とホワイトメタル４との摩擦によつて生じ
た熱は、水冷管８に冷却水を連続して流しておく
ことにより外部に運び去り、潤滑油７および軸受
部を規定温度以下に維持することができる。

しかるに上述した従来の冷却構造では、一般
に、前記潤滑油７の冷却には発電用の水を用いる
から、水冷管８の内部にヘドロや水垢が付着して
水冷管８の閉塞が生じるおそれがあり、またこの
ような不都合を未然に防止するために定期的な保
守・点検を行なうが、上記従来の構造では、水冷
管８が軸受箱３内の潤滑油７に浸漬されているか
ら、保守・点検のためには、潤滑油７の抜き取り
や水冷管８の取外しなどの作業を必要とし、保
守・点検に時間と多大な労力を要する問題があつ
た。また冷却水は前述したように自然水を用いる
から、その温度が相当低い場合もあり、そのよう
な場合には軸受箱３の内部で結露が生じ、その結
果、潤滑油７に水が根入して変質するあそれがあ
り、さらに水冷管８が破損し、もしくは亀裂が入
つた場合には、潤滑油７に水が混入する問題があ
つた。

ところで、特開昭55−64166号公報には、発電
用水車における軸受潤滑油の冷却のためにヒート
パイプを用いた構造が示されている。この提案の
冷却構造は、ヒートパイプの一端部（受熱部）を
潤滑油中に浸漬させ、他端部（放熱部）の一部を
冷却水中に浸漬させて、その放熱部を冷却水の水
温と水の気化熱を利用して冷却させるように構成
されている。このようにヒートパイプを用いた潤
滑油冷却構造では、ヒートパイプの熱輸送能力が
極めて高いため、潤滑油の熱を効率良く外部へ持
出して効果的に潤滑油を冷却することができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記提案のヒートパイプを用いた
潤滑油冷却構造では、次のような問題があつた。

すなわち、ヒートパイプの放熱部を水温と水の
気化熱を利用して冷却させる関係上、ヒートパイ
プの放熱部の一部を冷却水中に浸漬させなければ
ならない。そのための具体的構造の一例として
は、前記提案の公報では、軸受箱の下側に漏水槽
を配置しておき、ヒートパイプの上端部を受熱部
として軸受箱の底面から軸受箱内に突出させると
ともに、ヒートパイプの下端部を放熱部として、
その下端を前記漏水槽中に浸漬させるとともに、
放熱部の上部に毛細管作用を有する金網等を設け
ておいて、毛細管作用により漏水槽から吸上げら
れた水にフアンにより空気を吹付けて気化させる
ような構造が示されている。しかしながらこのよ
うな構造では、ヒートパイプが軸受箱の底面を貫
通することになるから、ヒートパイプの点検や交
換のためには軸受箱内の潤滑油を抜き取る必要が
あり、そのため保守・点検に相当な時間と労力を
必要とする。また漏水槽やフアンなどを軸受箱の
下側の狭い空間に配設しなければならず、そのた
め組付作業が容易ではなく、また保守・点検を困
難とする一因となつていた。さらに上述の構造で
は既存の発電用水車を改造してこれに適用するこ
とは極めて困難であつた。

また前記提案における具体的構造の他の例とし
ては、軸受箱の上面に冷却槽を配設し、ヒートパ
イプの下部を受熱部として軸受箱内の潤滑油中に
浸漬させるとともにヒートパイプの上部を放熱部
として軸受箱上面から冷却槽内へ突出させ、さら
にその放熱部の上端を冷却槽の上方を突出させて
その部分で水の気化熱による冷却を行なうように
した構造が示されている。しかしながらこのよう
な構造では、軸受箱の上面側に冷却槽を形成して
冷却槽からその下側の軸受箱にヒートパイプを貫
通させているため、冷却槽内の水が漏れて軸受箱
内に侵入し、潤滑油に混入してしまうおそれがあ
る。また構造的にも、水の侵入防止ためのシール
を充分に行なわなければならず、しかもヒートパ
イプは冷却槽下側からさらにその冷却槽の上側ま
で貫通させなければならないため、複雑な構造と
なつて、実用的価値は低いと言わざるを得ない。

この発明は以上の事情を背景としてなされたも
ので、ヒートパイプを用いた軸受潤滑油の冷却構
造として、構造が簡単でしかも保守・点検が容易
であり、なおかつ既存の発電用水車についても簡
単な改造だけで容易に適用し得るようにした冷却
構造を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、ランナと一体になつて回転する垂
直な主軸の中間部外周に摺動環を設けるととも
に、その摺動環を介して主軸を支承する軸受を設
け、かつこれら摺動環と軸受とを軸受箱中に収容
し、さらに摺動環と軸受との接触部分の少なくと
も一部を浸漬させる潤滑油を軸受箱中に収納した
立て軸形の発電用水車において、軸受箱の上方か
らヒートパイプの下端部を前記潤滑油中に浸漬す
るとともに、そのヒートパイプの上端部を前記軸
受箱から上方へ突出させ、かつその軸受箱の上面
側にヒートパイプの上端部を覆うダクトを設けて
おき、ダクト内に送風させることによりヒートパ
イプの上端部を空冷するように構成したことを特
徴とするものである。

作 用 主軸の回転による摺動環と軸受との摩擦で熱が
生じると、潤滑油の温度が上昇し、その温度がダ
クト内での空冷温度以上になると、ヒートパイプ
としては、潤滑油に浸漬させられた下端部が加熱
部となるとともに、ダクト内に突出させられた上
端部が放熱部となり、その結果、ヒートパイプの
内部では加熱とされる下端部側で作動流体が蒸発
し、かつその蒸気が放熱部とされる上端部側に流
れた後に放熱し、作動流体の潜熱として熱を潤滑
油からダクト内に運び、潤滑油を間接的に空冷す
る。その場合、ヒートパイプは潜熱として熱の輸
送を行なうものであつて熱輸送能力が極めて高い
から、潤滑油の冷却は実質的に直接的な空冷とほ
ぼ同等となり、潤滑油および軸受を充分規定温度
以下に維持することができる。

ここでヒートパイプは軸受箱の上面側から軸受
箱内に挿入してその下端部を潤滑油中に浸漬させ
ているから、ヒートパイプの交換や点検を行なう
際には軸受箱からの油抜きを行なう必要がなく、
また軸受箱の上面側に突出する上端部はダクト内
で強制空冷するだけであるから、軸受箱の上面側
で水冷する構造とは異なり、冷却水を漏水により
軸受箱内に水が侵入して潤滑油に水が混入するお
それもない。また上述のようにヒートパイプの上
端部はダクト内で単に強制空冷するだけであるた
め、構造的に極めて簡単である。しかも既存の発
電用水車に対して適用するにあたつても、ヒート
パイプを軸受箱の上面から挿入するとともにダク
トを軸受面の上面側に設置すれば良いだけである
から、簡単に改造工事を行なうことができる。

実施例 つぎにこの発明の実施例を添付の図面を参照し
て説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
り、第２図はそのヒートパイプの配列状態を示す
平面図であつて、ここで対象とする軸受部の構成
は従来と同様に、垂直な主軸１の中間部に摺動環
２が一体的に設けられるとともに、その外周面
に、円周方向に一定間隔ごとに配列したホワイト
メタルなどからなる軸受１０が接触しており、そ
の軸受１０を軸受箱３の内周面に取付けたブラケ
ツト５およびこれに取付けたボルト６によつて固
定することにより、主軸１がラジカル方向に支持
されている。さらに軸受箱３内には摺動環２と軸
受１０との接触面の少なくとも一部が浸漬する程
度に潤滑油７が収納されている。

前記軸受箱３の上板を貫通する多数のヒートパ
イプが主軸１の軸心を中心とした円周上に配列さ
れている。このヒートパイプ１１は一般に用いら
れているものと同様に、密閉管の内部を真空排気
した状態で適宜の凝縮性の流体を作動流体として
封入し、かつ毛細管圧力を生じさせるウイツクを
その密閉管の内部に設けたものであり、図示の例
では、始動流体としてフロン113（商品名）が用い
られ、また密閉管として銅管が使用されている。
そしてこのヒートパイプ１１は第３図に拡大して
示すように、下端部側に銅製の受熱フイン１２が
多数枚取付けられるとともに、上端部側にAl製
の多数枚の放熱フイン１３が取付けられており、
その受熱フイン１２が前記潤滑油７中に浸漬し、
かつ放熱フイン１３が軸受箱３の上方に突出する
ように配置され、その中間部に設けたフランジ１
４によつて軸受箱３の上板に固定されている。

さらに軸受箱３の上方に突出したヒートパイプ
１１の端部は、第２図に示すように、環状をなす
ダクト１５覆われており、このダクト１５の一部
には送風機１６が設けられるとともに、その送風
機１６に対してダクト１５の半径方向で対向する
位置に排気孔１７が設けられており、したがつて
ダクト１５の内部は、送風機１６によつて定温の
外気を流通させることによりヒートパイプ１１の
端部の空冷を行なう空冷域とされている。

上述した軸受装置では、摺動環２が主軸１と共
に回転することにより、軸受１０との摩擦によつ
て熱が発生し、その熱によつて潤滑油７の温度が
上昇するが、前記ヒートパイプ１１の放熱フイン
１３を取付けた上端部は、ダクト１５内の空冷域
にあつて潤滑油７の温度以下に冷されているか
ら、ヒートパイプ１１としては、潤滑油７に浸漬
されている部分が加熱部となり、かつ空冷域にあ
る部分が放熱部となる。したがつてヒートパイプ
１１の内部では、潤滑油７から熱を受けた作動流
体が蒸発するとともに、その蒸気が放熱フイン１
３を取付けた端部側に流れた後に放熱して凝縮
し、作動流体の潜熱として熱を輸送する。すなわ
ち潤滑油７はヒートパイプ１１を介して間接的に
空冷されることになり、その結果、潤滑油７およ
び軸受１０が規定の温度以下に維持される。

上記の冷却構造における冷却能力は、送風量や
その空気の温度の他に前記受熱フイン１２や放熱
フイン１３での熱伝達効率によつて影響を受ける
ので、所期の冷却能力を維持するために定期的な
保守・点検を必要とするが、上述した構成の冷却
構造であれば、ヒートパイプ１１を１本づつ抜き
取つてその点検あるいは交換を行なえばよいの
で、保守・点検を簡単かつ短時間に行なうことが
できる。また上記の冷却構造では、軸受箱３の内
部に空気などの低温流体を直接導き入れないか
ら、結露やそれに伴う水分の潤滑油７への混入が
生じる危険がなく、またヒートパイプの上端部の
冷却にも冷却水を使用しないため、冷却水の漏れ
による潤滑油への水分の混入も生じない。さらに
ヒートパイプ１１の作動流体として、フロンなど
の低沸点でかつ揮発性があり、潤滑油７を汚染す
ることのない流体を用いることができるので、こ
の点でも潤滑油７の性状劣化の危険を未然に防止
することができる。

なお、この発明は、ホワイトメタルからなる軸
受以外に各種の軸受を対象とした冷却に用いるこ
とができる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明の発電用水車の軸
受潤滑油冷却構造では、軸受潤滑油を、熱輸送能
力が著しく高いヒートパイプを介して冷却してお
り、しかもそのヒートパイプは、その下端部を軸
受箱の上方から軸受箱中の潤滑油中に浸漬させる
とともに、上端部は軸受箱の上面側に突出させ
て、ダクト内で強制空冷させる構成としているた
め、保守・点検が容易であるとともに構造的に極
めて簡単であり、しかもヒートパイプの冷却に水
を使用していないため潤滑油中への冷却水の混入
のおそれもなく、さらには既存の発電用水車にも
容易に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
２図はそのヒートパイプの配列状態を示す平面
図、第３図はヒートパイプの一例を示す正面図、
第４図は従来の冷却構造を示す断面図である。 １……主軸、２……摺動環、３……軸受箱、７
……潤滑油、１０……軸受、１１……ヒートパイ
プ、１５……ダクト、１６……送風機、１７……
排気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ランナと一体になつて回転する垂直な主軸の
   中間外周に摺動環を設けるとともに、その摺動環
   を介して主軸を支承する軸受を設け、かつこれら
   摺動環と軸受とを軸受箱中に収容し、さらに摺動
   環と軸受との接触部分の少なくとも一部を浸漬さ
   せる潤滑油を軸受箱中に収納した立て軸形の発電
   用水車において、 軸受箱の上方からヒートパイプの下端部を前記
   潤滑油中に浸漬するとともに、そのヒートパイプ
   の上端部を前記軸受箱から上方へ突出させ、かつ
   その軸受箱の上面側にヒートパイプの上端部を覆
   うダクトを設けておき、ダクト内に送風させるこ
   とによりヒートパイプの上端部を空冷するように
   構成したことを特徴とする発電用水車における軸
   受潤滑油の冷却構造。