JP4167612B2 - 軸受冷却装置および立軸バルブ型水車 - Google Patents
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Description
このような立軸バルブ型水車70としては、例えば図9および図10に示す構成を有するものが用いられる。図9は、従来の軸受冷却装置70aを備えた立軸バルブ型水車70の構成を示す構成図であり、図10は、図9の軸受冷却装置70aにおける潤滑油貯留槽49の構成を示す構成図である。
図9に示すように、立軸バルブ型水車70は、流水路56の流れ(図9において矢印方向の流れ)に沿って設けられた電球状のバルブ41と、バルブ41内に設置された水車軸45とを備えている。バルブ41の内部には発電機固定子42と発電機回転子43とからなる発電機42aが設けられており、発電機回転子43の中心軸に取り付けられた発電機軸44は水車軸45に連結されている。この水車軸45の先端にはランナ47が設けられており、流水路56の水の流れによってこのランナ47が回転され、これにより水車軸45および発電機軸44を介して発電機回転子43が回転される。
水車軸45は、バルブ41内において軸受49aにより回転自在に支持されており、この軸受49aの下流側(図9において下方)には、流水路56の水がバルブ41内の水車室60に浸入することを防止する水車軸封水装置58が水車軸45とバルブ41との間に設けられている。水車軸45の軸受49aにはこの軸受49aを冷却する潤滑油49kを貯留するための潤滑油貯留槽49が設けられており、図10に示すように、当該潤滑油貯留槽49内には潤滑油冷却器49bが設置されている。水車軸45の回転に伴い加熱された軸受49aを冷却する潤滑油49kは潤滑油貯留槽49内の潤滑油冷却器49bにより冷却される。
しかしながら、このような方法においては、流水路56を流れる水の流量が少ない場合、あるいは流水路56を流れる水が熱を有する場合には潤滑油貯留槽49内の潤滑油49kを十分に冷却することができないという問題がある。
本発明によれば、水車軸の軸受を冷却する軸受冷却装置を単純なものとすることにより、保守点検作業を容易なものとするとともに当該軸受冷却装置の設置スペースを小さなものとすることができ、しかも確実に潤滑油を冷却することができる。また、水車軸と潤滑油貯留槽の内周壁部とに囲まれた領域である潤滑油貯留槽の内部領域と、潤滑油貯留槽の外周壁部の外方の領域である外部領域とが、潤滑油貯留槽の底部と冷却水の水面との間の空間を介して連通される。これにより、潤滑油貯留槽の内部領域の気圧の大きさと外部領域の気圧の大きさとを常に平衡に保つことができ、当該潤滑油貯留槽の内外の気圧差に伴うサイフォン現象による潤滑油の潤滑油貯留槽外部への流出を防止することができるようになる。
これにより、潤滑油冷却部において冷却水に接する壁部の表面積を大きくすることができ、潤滑油冷却部における潤滑油と冷却水との熱交換をより促進することができる。
また、水車軸の回転に伴って冷却水貯留槽内の冷却水が回動しその水位が変動することが考えられるが、抵抗部材を冷却水の回動に抵抗する角度に配置することにより、冷却水の水位の変動を少なくすることができる。
これにより、潤滑油冷却部において冷却水が接する壁部の表面積を大きくすることができ、潤滑油冷却部における潤滑油と冷却水との熱交換をより促進することができる。
また、水車軸の回転に伴って冷却水貯留槽内の冷却水も回動するが、冷却水連通管を冷却水の回動方向に沿って所望の角度に配置することにより、冷却水連通管内に冷却水を容易に送ることができ、冷却効果を高めることができる。
これにより、潤滑油貯留槽内の潤滑油を確実に冷却することができるとともに、この潤滑油貯留槽の内部領域の気圧の大きさと外部領域の気圧の大きさとを常に平衡に保つことができ、当該潤滑油貯留槽の内外の気圧差に伴うサイフォン現象による潤滑油の潤滑油貯留槽外部への流出を防止することができる。
これにより、潤滑油貯留槽の内部領域の気圧の大きさと外部領域の気圧の大きさとを常に平衡に保つことができ、当該潤滑油貯留槽の内外の気圧差に伴うサイフォン現象による潤滑油の潤滑油貯留槽外部への流出を防止することができる。
これにより、例えば水車軸の回転に伴い冷却水が撹拌されて生じる霧状の水滴が潤滑油貯留槽内へ浸入することを防止することができる。
これにより、潤滑油貯留槽内において、水車軸の軸受で加熱される部分の潤滑油と、冷却水により冷却される潤滑油冷却部の潤滑油とを循環させることができ、潤滑油を確実に冷却された状態で軸受に供給することができる。
このうち、図1は本発明の軸受冷却装置30aを備えた立軸バルブ型水車30の構成を示す構成図であり、図2は、図1の立軸バルブ型水車30の水車軸5の軸受9aの周辺部を示す拡大図であり、図3乃至8は、図1の立軸バルブ型水車30の水車軸5の軸受9aの周辺部の他の構成を示す拡大図である。
水車軸5を支持する軸受9aの下方には、当該軸受9aを冷却するための潤滑油9kを貯留する潤滑油貯留槽9が設けられている。この潤滑油貯留槽9は、外周壁部9bと、底部9cと、内周壁部9dとを有し、軸受9aおよび潤滑油貯留槽9は軸受カバー9eにより保護されている。
なお、上記構成のうち、潤滑油貯留槽9と冷却水貯留槽31とによって、本発明による水車軸5の軸受冷却装置30aが構成される。
上記構成において、潤滑油貯留槽9のうち、冷却室9fは冷却水貯留槽31中の冷却水21に接する潤滑油冷却部となっており、この冷却室(潤滑油冷却部)9fにおいて潤滑油9kと冷却水21との間の熱交換が行われるようになっている。
また、潤滑油貯留槽9のうち冷却室9f以外の部分、すなわち外周壁部9bと底部9cと内周壁部9dとにより囲まれた部分は他の部分9tとなっている。
次に本発明による軸受冷却装置および立軸バルブ型水車の変形例につき、図3乃至図8により説明する。図3乃至図8において、図1および図2に示す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を省略する。
図3において、水車軸5の回転に伴って冷却水貯留槽31内の冷却水21も水車軸5の回転と同じ方向に回動する。この場合、抵抗部材9gは冷却水21の回動に抵抗する角度で冷却室9fに取り付けられている、具体的には、抵抗部材9gは冷却水21の回動方向に対して垂直方向に配置されていることが望ましい。
また、水車軸5の回転に伴って冷却水貯留槽31内の冷却水21が回動しその水位が変動することが考えられるが、抵抗部材9gを冷却水21の回動に抵抗する角度に配置することにより、冷却水21の水位の変動を少なくすることができる。
また、水車軸5の回転に伴って冷却水貯留槽31内の冷却水21も回動するが、冷却水連通管9hを冷却水21の回動方向に沿って所望の角度に配置することにより、冷却水連通管9h内に冷却水21を容易に送ることができ、冷却効果を高めることができる。
また、冷却水21の水位レベルが潤滑油貯留槽9の底部9cのレベルよりも低く制御されることにより、水車軸5と潤滑油貯留槽9の内周壁部9dとに囲まれた領域である潤滑油貯留槽9の内部領域9pと、潤滑油貯留槽9の外周壁部9bの外方の領域である外部領域9qとが、前記底部9cと冷却水21の水面との間の空間を介して連通される。これにより、潤滑油貯留槽9の内部領域9pの気圧の大きさと外部領域9qの気圧の大きさとを常に平衡に保つことができ、当該潤滑油貯留槽9の内外の気圧差に伴うサイフォン現象による潤滑油9kの潤滑油貯留槽9外部への流出を防止することができる。
従って、このような霧状の水滴が潤滑油貯留槽9内の潤滑油9kに入ったときに生じる軸受9aの性能の低下やこの軸受9aの劣化、摺動部分や機械加工部分への錆の発生などを防止することができ、軸受9aの性能の信頼性を高めることができる。
図8において、循環経路形成部材9lの下端は、具体的には、潤滑油貯留槽9の冷却室9fの中に設けられ、循環経路形成部材9lの上端は軸受9aの近辺に設けられ、当該循環経路形成部材9lは水車軸5に対して所定角度をもって傾斜して配置されている。そして、循環経路形成部材9lの内部および循環経路形成部材9lの外部との間で、潤滑油9kの循環経路を形成している。
2 発電機固定子
2a 発電機
3 発電機回転子
4 発電機軸
5 水車軸
6 ガイドベーン
7 ランナ
9 潤滑油貯留槽
9a 軸受
9b 外周壁部
9c 底部
9d 内周壁部
9e 軸受カバー
9f 冷却室(潤滑油冷却部)
9g 抵抗部材
9h 冷却水連通管
9i 空気バイパス用連通管
9j 軸封装置
9k 潤滑油
9l 潤滑経路形成部材
9p 内部領域
9q 外部領域
9t 他の部分
16 流水路
17 ステイベーン
18 水車軸封水装置
19 コンクリート構造物
21 冷却水
22 水位検出装置
23 変換器
30 立軸バルブ型水車
30a軸受冷却装置
31 冷却水貯留槽
33 冷却水水位レベル制御装置
41 バルブ
42 発電機固定子
42a 発電機
43 発電機回転子
44 発電機軸
45 水車軸
46 ガイドベーン
47 ランナ
49 潤滑油貯留槽
49a 軸受
49b 潤滑油冷却器
49k 潤滑油
51 ストレーナ
52 冷却水供給ポンプ
53 冷却水給排水用配管
54 排水ピット
55 屋外排出用配管
56 流水路
58 水車軸封水装置
59 コンクリート構造物
60 水車室
70 立軸バルブ型水車
70a 軸受冷却装置
Claims (8)
- 流水路中に設置される立軸バルブ型水車の水車軸の軸受冷却装置において、
前記水車軸の軸受を冷却する潤滑油を貯留し、前記水車軸と立軸バルブ型水車の内壁との間に設けられ、内周壁部と外周壁部と底部とを有する潤滑油貯留槽であって、その底部の下方から突出して設けられた冷却室を有する潤滑油貯留槽と、
この潤滑油貯留槽のうち前記冷却室内の潤滑油を当該冷却室の壁部を介して冷却する冷却水を貯留する冷却水貯留槽とを備え、
前記冷却水貯留槽内の冷却水の水位レベルが、前記潤滑油貯留槽の底部のレベルよりも低く設定されていることを特徴とする軸受冷却装置。 - 潤滑油貯留槽の冷却室のうち冷却水貯留槽中の冷却水に接する潤滑油冷却部の壁部から抵抗部材が延び、この抵抗部材は水車軸の回転により回転する冷却水の抵抗として機能することを特徴とする請求項1に記載の軸受冷却装置。
- 潤滑油貯留槽の冷却室における潤滑油冷却部の内部を貫通して、冷却水貯留槽と連通する冷却水連通管を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の軸受冷却装置。
- 冷却水貯留槽内において、冷却水の水位レベルを前記冷却室の下端のレベルと前記潤滑油貯留槽の底部のレベルとの間で制御する冷却水水位レベル制御装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の軸受冷却装置。
- 潤滑油貯留槽の内周壁部と水車軸との間の空間と、潤滑油貯留槽の外方の空間とを連通させる空気バイパス用連通管を設けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の軸受冷却装置。
- 潤滑油貯留槽と水車軸との間に軸封装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の軸受冷却装置。
- 潤滑油貯留槽内に、潤滑油冷却部の冷却室と他の部分との間で潤滑油が循環する循環経路を形成する循環経路形成部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の軸受冷却装置。
- 水車軸と、この水車軸の軸受と、請求項1乃至7のいずれかに記載の軸受冷却装置とを備えたことを特徴とする立軸バルブ型水車。
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