【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水車の駆動により発電を行う水車発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸流水車発電装置は、固定案内羽根と回転羽根とを有する水車とこの水車により駆動される発電機とから主に構成され、さらに、回転羽根に取り付けられた水車回転軸、その水車回転軸の軸受、及び水車回転軸からの動力を伝達する動力伝達装置等を備えている。ここで、上記軸受は、油潤滑の転がり軸受が主に使用され、例えばボスに嵌め込まれたかたちで水車回転軸を支持している。
【０００３】
例えば、上記水車回転軸及びその軸受は、密閉円筒内に収容されて流水中に設置され、外部からの流水は、リング状のパッキンでシールされている。また、水車回転軸からの動力を流水外に設置された発電機に伝達する動力伝達系も、流水に触れないように密閉された経路が形成されている。
【０００４】
しかしながら、上述した水車発電装置では、シール部の内側へ水が絶えず流入しようとする外圧の加わった状態や、長年の運転によるパッキンや水車回転軸の磨耗の影響でシール部内へ漏水が発生するおそれがある。この場合、軸受や動力伝達系の潤滑不良による不具合と、潤滑油が、外部へ流出し、水路の油汚染が懸念される。そこで、水車における駆動部分の軸受を水中軸受とした装置等も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３９７７１号公報（第２頁，図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような水中軸受を適用した水車では、長期間にわたっての運転や、大型（高出力型）の装置を運転すること等を考えた場合、軸受部分の摺動性の面で課題を残すことになる。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、水中の油汚染等を懸念することなく、水中において摺動特性に優れた軸受構造を持つ水車発電装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る水車発電装置は、回転羽根とこの回転羽根に取り付けられた回転軸とを備える水車と、前記水車の備える前記回転軸の駆動力が伝達されて発電を行う発電機と、前記回転軸と摺動する軸受パッドの摺動面に給水路を備え、流水中で前記回転軸の少なくとも一方の端部を径方向から支持する水中軸受とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施形態に係る水車発電装置を正面側からみた断面図、図２は、その側面（右側面）の断面図である。
【００１０】
これらの図に示すように、この水車発電装置１は、回転羽根２とこの回転羽根２に取り付けられた水車回転軸３とを主に備える水車５と、水車回転軸３の駆動力が伝達されて発電を行う発電機６と、流水中で水車回転軸３の各端部を径方向（ラジアル方向）から支持する一対の円筒型の水中軸受７、８とを備えている。上記水中軸受７、８は、軸受パッド（摺動片）と基材片との結合体からなり、例えばボス１０に嵌め込まれたかたちで水車回転軸３を支持している。また、上記回転羽根２の回転中心には回転羽根車２ａが設けられている。
【００１１】
また、水車５には、流水を整流するために固定案内羽根１１が設けられている。水車回転軸３から発電機６への動力伝達機構は、水車回転軸３上の水中軸受７、８の間に固定されたプーリ１３と、発電機６の発電機回転軸（入力軸）１２に取り付けられたプーリ１４と、プーリ１３、１４間に架け渡されたベルト１５とによって構成されている。動力伝達機構としてのこのようなプーリ１３、１４及びベルト１５に代えて、ギアやこのギアに係合するチェーンを適用してもよい。また、水車５には、流水方向Ｙの上流側と下流側とに、各々ほぼ円筒状の上流側ケーシング１７と下流側ケーシング１８とが設けられており、これらのケーシングと固定案内羽根１１とで整流された水流により、当該水車５が駆動される。
【００１２】
次に、本実施形態の水車発電装置１が備える水中軸受７、８の構造を図３に基づき説明する。同図に示すように、水中軸受７、８が備える軸受パッド７ａ、８ａの摺動面７ｂには、水中軸受７、８の外部を流れる流水を当該摺動面７ｂ側に給水する給水路として横溝７ｃ及び縦溝７ｄが設けられている。横溝７ｃは、軸受パッド７ａ、８ａの摺動面７ｂの内周方向に沿ってリング状に複数形成されている。一方、縦溝７ｄは、軸受パッド７ａ、８ａの摺動面７ｂにおいて、隣り合う横溝７ｃどうしを、水中軸受７、８の軸方向に接続するように複数形成されている。ここで、上述したような横溝を摺動面７ｂの内周面に螺旋状に設け、縦溝７ｄを削除するようにしてもよい。
【００１３】
さらに、このような横溝７ｃ及び縦溝７ｄは、上流側ケーシング１７内に取り込まれた流水を水中軸受７、８側へ導水する中継用水路９に接続されている。つまり、水中軸受７、８は、流水中で水車回転軸３と摺動することになる。したがって、横溝７ｃ及び縦溝７ｄにて軸受パッド７ａ、８ａの摺動面７ｂ上に供給される（導かれる）流水により、水中軸受７、８の軸受パッド７ａ、８ａと水車回転軸３との摺動部分では、良好な潤滑作用が得られるとともに、さらにこの摺動部分を冷却することができる。これにより、水中軸受７、８の軸受構造部分の摺動性を高めることができる。
【００１４】
ここで、軸受パッド７ａ、８ａの摺動材料は、有機材料及び充填材を含有した有機系複合材料で構成されている。上記有機材料として好適な材料としては、例えば、四ふっ化エチレン、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン、ポリエーテルエーテルケトン若しくはポリイミドからなる低摩擦樹脂材料又はこれらをブレンドしたポリマーアロイ等が例示される。軸受損失の低減を実現するため、摩擦係数が０．３以下であればよいが、０．２以下であればさらによく、０．１以下が理想的な状態である。また、このような有機材料に代えて、無機材料を摺動材料に含有させ、摩擦係数を犠牲にせず、耐摩耗性を向上させることもできる。
【００１５】
また、軸受パッド７ａ、８ａの摺動材料の充填材として好適な材料としては、炭素、グラファイト、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ベリリア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ボロン、炭化チタン、ホー酸アルミニウム、チタン酸カリウムから選ばれた無機材料や、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ボロンから選ばれた固体潤滑材の少なくとも一種の繊維、ウィスカー若しくは粒子等が例示される。
【００１６】
ここで、上記充填材は、平均直径が０．０５μｍ〜１００μｍの範囲内にあり、且つアスペクト比が１を超える繊維若しくはウィスカー状の材料であることや、平均粒径が０．０５μｍ〜１００μｍの範囲内の粒子状の材料であることが望ましい。また、当該充填材は、複合材料中の含有率が１〜３０重量％の範囲内にあることが望ましい。
【００１７】
また、上述した有機材料や充填材を、プーリ１３、１４や上記ギアを構成する材料に適用してもよい。なお、プーリ１３、１４やこのプーリ代わる上記ギアの場合、有機材料として、ナイロン、ナイロンポリアセタル、ポリカーボネート、四ふっ化エチレン、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、若しくはポリイミドからなる低摩擦樹脂材料又はこれらをブレンドしたポリマーアロイを適用してよい。
【００１８】
ここで、上述した複合材料のうちで軸受パッド７ａ、８ａの摺動材料として特に好適な材料を選択した場合において、水中における負荷面圧に対しての静摩擦係数を図４に示す。同図４に示す第１の摺動材料は、有機材料（母材）としてＰＴＦＥ（四ふっ化エチレン樹脂）を適用し、さらに充填材として複合材料（当該摺動材料）中の含有率が１０重量％となるように炭素繊維を含有したものである。また、第２の摺動材料は、有機材料としてＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を適用し、さらに充填材として含有率が３０重量％となるように炭素繊維−グラファイト−ＰＴＦＥをブレンドした材料を含有したものである。さらに、第３の摺動材料は、有機材料としてＰＩ（ポリイミド）を適用し、充填材として含有率が２５重量％となるようにグラファイト−ＰＴＦＥをブレンドした材料を含有したものである。
【００１９】
図４では、これらの摺動材料と摺動させる相手材（水車回転軸）としては、ステンレス系のＳＵＳ４３１を適用し、測定条件としては水温２９３Ｋで２〜８ＭＰａの負荷面圧を個々の摺動材料に付与した場合の静摩擦係数が示されている。
【００２０】
一方、図５では、上述した第１〜第３の摺動材料と摺動させる相手材としては、同様にステンレス系のＳＵＳ４３１を適用し、測定条件としては水温を２９３Ｋ、面圧を４ＭＰａ、摺動速度を１．１ｍ／ｓとし、相手材に対して上記第１〜第３の摺動材料を０〜約１１Ｋｍまで移動させた場合の動摩擦係数の値が示されている。
【００２１】
これらの結果から明らかなように、軸受パッド７ａ、８ａの摺動材料を図４及び図５に示した複合材料から選択することにより、水中における水車回転軸３と軸受パッド７ａ、８ａとの摩擦係数が０．１５程度となり、良好な摺動特性を得ることができる。
【００２２】
さらに、上述した複合材料のうちで軸受パッド７ａ、８ａの摺動材料として特に好適な材料を選択した場合において、水中における当該摺動材料の磨耗特性を図６に示す。同図６に示す第１の摺動材料は、有機材料（母材）としてＰＴＦＥを適用し、充填材として炭素繊維を含有したものである。また、第２の摺動材料は、有機材料としてＰＴＦＥを適用し、充填材としてカーボン・グラファイトを含有したものである。さらに、第３の摺動材料は、有機材料としてＰＴＦＥを適用し、充填材としてホー酸アルミニウムを含有したものである。
【００２３】
また、本発明の実施例であるこれら第１〜第３の摺動材料と比較する比較例として、従来から一般的に用いられていた繊維強化樹脂と樹脂含浸カーボンとを同図に示す。図６では、測定条件として、面圧を２ＭＰａ、摺動速度を１５ｍ／ｓとし場合の個々の摺動材料の磨耗減量が示されている。
【００２４】
このデータから明らかなように、従来から用いられていた例えば樹脂を含浸させたカーボン系の材料や繊維強化樹脂を適用した軸受パッドに比べ、本実施形態の摺動材料を適用した軸受パッドは、磨耗減量を格段に低減させることができる。
【００２５】
次に、水車回転軸３の構成材料について図面に基づき説明する。水車回転軸３は、図７に示すように、その芯材３ａが、耐食性及び耐摩耗性に優れた鉄合金からなり、また、少なくとも水中軸受７、８との摺動部には、コバルト合金、ニッケル合金若しくはタングステンカーバイド合金がライニングされたライニング層３ｂが形成されている。また、図８に示すように、水車回転軸３に代えて、水車回転軸２１を適用してもよい。水車回転軸２１では、その芯材２１ａにスリーブ２１ｂが嵌合されており、スリーブ２１ｂにおける少なくとも水中軸受との摺動部には、コバルト合金、ニッケル合金若しくはタングステンカーバイド合金がライニングされたライニング層２１ｃが形成されている。
【００２６】
ここで、水車回転軸３の好適な構成材料の組成及び特性を例えば表１に例示する。
【表１】
【００２７】
さらに、表１の材料を選択した場合の磨耗特性を図９の試験装置で測定した結果を図１０に示す。なお、図９の試験装置は、ホルダ（質量６６０ｇ）３２を上に載せたテストピース３１を、周速５１７ｍ／ｍｉｎで（方向Ｓに）ローラ搬送されるエメリー布３３と摺動させる。なお、３４はストッパである。図１０から明らかなように、磨耗減量の少ない例えばタングステンカーバイド合金やニッケル合金を選択することで、摺動特性に優れた水車回転軸３を構成することができる。
【００２８】
このように構成される本実施形態の水車発電装置１によれば、水中において摺動特性に優れた軸受構造を備えることで、軸受部分の性能低下や寿命の短縮化等を招くおそれがなく、構造の簡素化やメンテナンス等の省略によりコストの低減を図ることができる。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明は前記実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本実施形態では、本発明を構成する水中軸受を、水車回転軸３のラジアル軸受に適用した場合について説明したが、本発明を構成する水中軸受を、スラスト軸受（図示せず）として適用することも可能である。
【００３０】
また、上述した水車回転軸３を複数個の軸受パッドで取囲むようにし、且つこれらの軸受パッドの背面からばね力若しくは圧力媒体による静水圧力によって、複数個の軸受パッドを水車回転軸３に接触させるようにして水中軸受を構成してもよい。また、軸受パッドの背面に球面部を設け、前記球面部と同曲率の球面部を有するバックプレートと座接させ、前記軸受パッドが全方位に自在に回転し、この軸受パッドの摺動面と水車回転軸３の周面を全面接触するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水中の油汚染等を懸念することなく、水中において摺動特性に優れた軸受構造を持つ水車発電装置を提供することができる。これにより、例えば、大型の水車発電装置をメンテナンス等を行わずに長期間にわたって運転させること等が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水車発電装置を正面側からみた断面図である。
【図２】図１の水車発電装置を側面（右側面）からみた断面図である。
【図３】図１の水車発電装置が備える水中軸受の構造を詳細に示す図である。
【図４】図３の水中軸受の軸受パッドの摺動材料として特に好適な材料を選択した場合において水中における負荷面圧に対しての静摩擦係数を示す図である。
【図５】図３の水中軸受の軸受パッドの摺動材料として特に好適な材料を選択した場合において水中における負荷面圧に対しての動摩擦係数を示す図である。
【図６】図３の水中軸受の軸受パッドの摺動材料として特に好適な材料を選択した場合の水中における磨耗特性を示す図である。
【図７】図１の水車発電装置が備える水車回転軸の構造を示す図である。
【図８】図７と異なる他の水車回転軸の構造を示す図である。
【図９】図１の水車発電装置が備える水車回転軸の材料の磨耗減量の試験装置を示す断面図である。
【図１０】図９の試験装置による水車回転軸の材料の磨耗特性を示す図である。
【符号の説明】
１…水車発電装置、２…回転羽根、３，２１…水車回転軸、３ａ，２１ａ…芯材、３ｂ，２１ｃ…ライニング層、５…水車、６…発電機、７、８…水中軸受、７ａ、８ａ…軸受パッド、７ｂ…軸受パッドの摺動面、７ｃ…横溝、７ｄ…縦溝、９…中継用水路、２１ｂ…スリーブ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbine generator that generates electric power by driving a turbine.
[0002]
[Prior art]
In general, an axial-flow turbine power generator mainly includes a turbine having fixed guide blades and rotating blades, and a generator driven by the turbine, and further includes a turbine rotating shaft attached to the rotating blades, It is provided with a shaft bearing, a power transmission device for transmitting power from a water turbine rotating shaft, and the like. Here, as the bearing, an oil-lubricated rolling bearing is mainly used, for example, which supports a water turbine rotating shaft in a form fitted into a boss.
[0003]
For example, the water turbine rotation shaft and its bearing are housed in a closed cylinder and installed in flowing water, and flowing water from the outside is sealed with a ring-shaped packing. The power transmission system for transmitting the power from the rotating shaft of the water turbine to the generator installed outside the running water also has a closed path formed so as not to touch the running water.
[0004]
However, in the above-described turbine power generator, there is a possibility that water leaks into the seal portion due to a state where external pressure is applied so that water constantly flows into the inside of the seal portion, and the packing and the rotating shaft of the turbine are worn due to long-term operation. There is. In this case, there is a concern that a failure due to poor lubrication of the bearings and the power transmission system, and that the lubricating oil flows out to the outside, and that oil contamination of the water channel may occur. Therefore, an apparatus or the like in which a bearing of a driving portion of a water turbine is an underwater bearing is also known (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-39771 (page 2, FIG. 4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a water turbine to which such an underwater bearing is applied, when considering operation over a long period of time, or operation of a large-sized (high-output type) device, there remains a problem in terms of slidability of the bearing portion. Will be.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a water turbine power generation device having a bearing structure having excellent sliding characteristics in water without fear of oil contamination in water.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a water turbine power generator according to the present invention includes a water turbine having a rotating blade and a rotating shaft attached to the rotating blade, and a driving force transmitted from the rotating shaft of the water turbine to generate power. And a submersible bearing that has a water supply channel on a sliding surface of a bearing pad that slides on the rotating shaft and supports at least one end of the rotating shaft in flowing water in a radial direction. It is characterized by the following.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a water turbine power generator according to an embodiment of the present invention as viewed from the front side, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a side surface (right side surface) thereof.
[0010]
As shown in these figures, the turbine 1 is mainly provided with a rotating blade 2 and a turbine rotating shaft 3 attached to the rotating blade 2, and the driving force of the turbine 3 is transmitted. And a pair of cylindrical underwater bearings 7 and 8 that support each end of the water turbine rotating shaft 3 in flowing water in a radial direction (radial direction). The underwater bearings 7 and 8 are composed of a combination of a bearing pad (sliding piece) and a base piece, and support the water turbine rotating shaft 3 in a state of being fitted into a boss 10, for example. A rotary impeller 2 a is provided at the center of rotation of the rotary blade 2.
[0011]
The water turbine 5 is provided with fixed guide vanes 11 for rectifying flowing water. A power transmission mechanism from the water turbine rotating shaft 3 to the generator 6 includes a pulley 13 fixed between the underwater bearings 7 and 8 on the water turbine rotating shaft 3 and a generator rotating shaft (input shaft) 12 of the generator 6. It is constituted by a pulley 14 attached and a belt 15 bridged between the pulleys 13 and 14. Instead of the pulleys 13 and 14 and the belt 15 as the power transmission mechanism, a gear or a chain engaged with the gear may be applied. The water turbine 5 is provided with a substantially cylindrical upstream casing 17 and a downstream casing 18 on the upstream side and the downstream side in the flowing water direction Y, respectively. The water turbine 5 is driven by the rectified water flow.
[0012]
Next, the structure of the underwater bearings 7 and 8 included in the water turbine power generator 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the sliding surfaces 7b of the bearing pads 7a, 8a provided in the underwater bearings 7, 8 serve as water supply channels for supplying running water flowing outside the underwater bearings 7, 8 to the sliding surface 7b side. A horizontal groove 7c and a vertical groove 7d are provided. The plurality of lateral grooves 7c are formed in a ring shape along the inner circumferential direction of the sliding surface 7b of the bearing pads 7a, 8a. On the other hand, a plurality of vertical grooves 7d are formed on the sliding surface 7b of the bearing pads 7a, 8a so as to connect adjacent horizontal grooves 7c to each other in the axial direction of the underwater bearings 7, 8. Here, the horizontal groove as described above may be spirally provided on the inner peripheral surface of the sliding surface 7b, and the vertical groove 7d may be omitted.
[0013]
Further, the horizontal groove 7c and the vertical groove 7d are connected to a relay water passage 9 that guides flowing water taken into the upstream casing 17 to the underwater bearings 7 and 8. That is, the underwater bearings 7 and 8 slide with the water turbine rotating shaft 3 in flowing water. Therefore, the running water supplied (guided) to the sliding surfaces 7b of the bearing pads 7a, 8a in the horizontal grooves 7c and the vertical grooves 7d causes the bearing pads 7a, 8a of the underwater bearings 7, 8 to be in contact with the rotating shaft 3 of the turbine wheel. In the sliding portion, a good lubricating action can be obtained, and the sliding portion can be further cooled. As a result, the slidability of the underwater bearings 7, 8 in the bearing structure can be enhanced.
[0014]
Here, the sliding material of the bearing pads 7a and 8a is composed of an organic composite material containing an organic material and a filler. Suitable materials as the organic material include, for example, ethylene tetrafluoride, a low friction resin material composed of ethylene tetrafluoride / perfluoroalkoxyethylene, polyether ether ketone or polyimide, or a polymer alloy obtained by blending these materials. You. In order to reduce the bearing loss, the friction coefficient may be 0.3 or less, but more preferably 0.2 or less, and 0.1 or less is an ideal state. In addition, instead of such an organic material, an inorganic material may be contained in the sliding material to improve the wear resistance without sacrificing the friction coefficient.
[0015]
Materials suitable as fillers for the sliding material of the bearing pads 7a and 8a include carbon, graphite, glass, alumina, silica, zirconia, beryllia, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, titanium carbide, and aluminum borate. And at least one kind of fiber, whisker or particle of an inorganic material selected from potassium titanate, or a solid lubricant selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide and boron nitride.
[0016]
Here, the filler has an average diameter in the range of 0.05 μm to 100 μm, and is a fiber or whisker-like material having an aspect ratio of more than 1 or an average particle diameter of 0.05 μm to 100 μm. It is desirable that the material be a particulate material within the range. The content of the filler in the composite material is desirably in the range of 1 to 30% by weight.
[0017]
Further, the above-described organic material and filler may be applied to the materials constituting the pulleys 13 and 14 and the gear. In the case of the pulleys 13 and 14 and the above-mentioned gears in place of the pulleys, nylon, nylon polyacetal, polycarbonate, ethylene tetrafluoride, ethylene tetrafluoride / perfluoroalkoxyethylene, polyether ether ketone, or polyimide is used as an organic material. Low friction resin material or a polymer alloy obtained by blending them.
[0018]
Here, FIG. 4 shows the coefficient of static friction with respect to the load surface pressure in water when a particularly suitable material is selected as the sliding material for the bearing pads 7a and 8a from among the composite materials described above. The first sliding material shown in FIG. 4 uses PTFE (ethylene tetrafluoride resin) as an organic material (base material), and has a content of 10 in a composite material (the sliding material) as a filler. It contains carbon fiber so as to be in a weight%. The second sliding material includes PEEK (polyetheretherketone) as an organic material, and a material obtained by blending carbon fiber-graphite-PTFE so as to have a content of 30% by weight as a filler. It was done. Further, the third sliding material includes a material obtained by applying PI (polyimide) as an organic material and blending graphite-PTFE so as to have a content of 25% by weight as a filler.
[0019]
In FIG. 4, stainless steel SUS431 is applied as a mating member (water turbine rotating shaft) to be slid with these sliding materials, and a load surface pressure of 2 to 8 MPa at a water temperature of 293 K is used for each sliding. The coefficient of static friction when applied to a material is shown.
[0020]
On the other hand, in FIG. 5, stainless steel SUS431 is similarly applied as a mating member to be slid with the above-described first to third sliding materials, and the water temperature is 293 K, the surface pressure is 4 MPa, and the sliding conditions are as measurement conditions. The values of the dynamic friction coefficient when the dynamic speed is 1.1 m / s and the first to third sliding materials are moved from 0 to about 11 km with respect to the mating material are shown.
[0021]
As is apparent from these results, by selecting the sliding material of the bearing pads 7a and 8a from the composite materials shown in FIGS. 4 and 5, the friction between the water turbine rotating shaft 3 and the bearing pads 7a and 8a in water is obtained. The coefficient becomes about 0.15, and good sliding characteristics can be obtained.
[0022]
FIG. 6 shows the abrasion characteristics of the sliding material in water when a particularly suitable material is selected as the sliding material for the bearing pads 7a and 8a from among the composite materials described above. The first sliding material shown in FIG. 6 uses PTFE as an organic material (base material) and contains carbon fibers as a filler. In addition, the second sliding material is a material that uses PTFE as an organic material and contains carbon graphite as a filler. Further, the third sliding material is a material in which PTFE is applied as an organic material and aluminum borate is contained as a filler.
[0023]
In addition, as a comparative example comparing with the first to third sliding materials which are examples of the present invention, a fiber-reinforced resin and a resin-impregnated carbon which have been generally used in the past are shown in FIG. FIG. 6 shows the wear loss of each sliding material when the surface pressure is 2 MPa and the sliding speed is 15 m / s as the measurement conditions.
[0024]
As is clear from this data, the bearing pad to which the sliding material of the present embodiment is applied is compared to the conventionally used bearing pad to which, for example, a carbon-based material impregnated with a resin or a fiber-reinforced resin is applied, Wear loss can be significantly reduced.
[0025]
Next, constituent materials of the water turbine rotating shaft 3 will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 7, the core 3a of the water turbine rotating shaft 3 is made of an iron alloy having excellent corrosion resistance and wear resistance, and at least a sliding part with the underwater bearings 7, 8 is made of a cobalt alloy. , A lining layer 3b lined with a nickel alloy or a tungsten carbide alloy is formed. Further, as shown in FIG. 8, a water wheel rotating shaft 21 may be used instead of the water wheel rotating shaft 3. In the water turbine rotating shaft 21, a sleeve 21b is fitted to a core material 21a, and a lining layer 21c lined with a cobalt alloy, a nickel alloy or a tungsten carbide alloy is provided at least on a sliding portion of the sleeve 21b with the underwater bearing. Is formed.
[0026]
Here, for example, the composition and characteristics of suitable constituent materials of the water turbine rotating shaft 3 are exemplified in Table 1.
[Table 1]
[0027]
Further, FIG. 10 shows the results of measuring the wear characteristics when the materials shown in Table 1 were selected using the test apparatus shown in FIG. In the test apparatus of FIG. 9, the test piece 31 on which the holder (mass 660 g) 32 is placed is slid at a peripheral speed of 517 m / min with the emery cloth 33 conveyed by a roller (in the direction S). Reference numeral 34 denotes a stopper. As is clear from FIG. 10, by selecting, for example, a tungsten carbide alloy or a nickel alloy with a small loss in wear, the water turbine rotating shaft 3 having excellent sliding characteristics can be configured.
[0028]
According to the water turbine power generator 1 of the present embodiment configured as described above, by providing a bearing structure having excellent sliding characteristics in water, there is no possibility that the performance of the bearing portion is reduced or the life of the bearing portion is shortened. Cost can be reduced by simplifying the structure and omitting maintenance and the like.
[0029]
As described above, the present invention has been specifically described with the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in the present embodiment, the case where the underwater bearing constituting the present invention is applied to the radial bearing of the turbine rotating shaft 3 has been described, but the underwater bearing constituting the present invention is applied as a thrust bearing (not shown). It is also possible.
[0030]
Further, the above-described turbine wheel rotating shaft 3 is surrounded by a plurality of bearing pads, and the plurality of bearing pads are brought into contact with the turbine wheel rotating shaft 3 by the spring force or the hydrostatic pressure of the pressure medium from the back of these bearing pads. The underwater bearing may be configured so as to allow the underwater bearing. In addition, a spherical portion is provided on the back surface of the bearing pad, and the spherical surface portion is seated on a back plate having a spherical portion with the same curvature as the spherical portion, so that the bearing pad freely rotates in all directions, and a sliding surface of the bearing pad. You may make it the whole peripheral surface of the waterwheel rotating shaft 3 contact.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a water turbine power generator having a bearing structure having excellent sliding characteristics in water without concern for oil contamination in water. Thus, for example, it is possible to operate a large-scale water turbine power generator for a long period of time without performing maintenance or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a water turbine power generator according to an embodiment of the present invention as viewed from the front side.
FIG. 2 is a sectional view of the water turbine generator of FIG. 1 as viewed from a side (right side).
FIG. 3 is a diagram showing in detail a structure of an underwater bearing provided in the water turbine power generator of FIG. 1;
4 is a diagram showing a static friction coefficient with respect to a load surface pressure in water when a particularly suitable material is selected as a sliding material for a bearing pad of the underwater bearing of FIG.
FIG. 5 is a view showing a dynamic friction coefficient with respect to a load surface pressure in water when a particularly suitable material is selected as a sliding material for a bearing pad of the underwater bearing of FIG. 3;
FIG. 6 is a view showing wear characteristics in water when a particularly suitable material is selected as a sliding material for a bearing pad of the underwater bearing of FIG. 3;
FIG. 7 is a view showing a structure of a turbine rotating shaft provided in the turbine generator of FIG. 1;
FIG. 8 is a view showing a structure of another water turbine rotating shaft different from FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a test device for abrasion loss of material of a water turbine rotating shaft provided in the water turbine power generation device of FIG. 1;
FIG. 10 is a view showing a wear characteristic of a material of a rotating shaft of a water turbine by the test device of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine power generator, 2 ... Rotating blade, 3, 21 ... Turbine rotating shaft, 3a, 21a ... Core material, 3b, 21c ... Lining layer, 5 ... Turbine, 6 ... Generator, 7, 8 ... Underwater bearing, 7a 8a: bearing pad, 7b: sliding surface of bearing pad, 7c: lateral groove, 7d: vertical groove, 9: relay channel, 21b: sleeve.
