特許 6953645 給水機構及び水車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6953645

(24)【登録日】2021年10月1日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】給水機構及び水車

(51)【国際特許分類】

   F03B 11/06 20060101AFI20211018BHJP

   F03B 3/02 20060101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   F03B11/06

   F03B3/02

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2021-47250(P2021-47250)

(22)【出願日】2021年3月22日

【審査請求日】2021年6月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】598048727

【氏名又は名称】富士・フォイト ハイドロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】特許業務法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 大助

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０９６３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８０１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １１／０６

Ｆ０３Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

土砂類を除去するろ過装置と、
河川水が流れる水路に設けられた取水口と前記ろ過装置との間を連通する上流配管と、
前記水路に設けられる水車ランナの主軸と摺動する主軸摺動装置と前記ろ過装置とを連通する下流配管と、
前記ろ過装置によって土砂類が取り除かれた水の一部を前記上流配管に還流させる還流配管とを備え、
前記主軸摺動装置は、前記河川水の流入を抑制する封水装置と、前記主軸の軸受装置とのうち、少なくとも一方を備える給水機構。

【請求項2】

土砂類を除去するろ過装置と、
河川水が流れる水路に設けられた取水口と前記ろ過装置との間を連通する上流配管と、
前記水路に設けられる水車ランナの主軸と摺動する主軸摺動装置と前記ろ過装置とを連通する下流配管と、
前記ろ過装置によって土砂類が取り除かれた水の一部を前記上流配管に還流させる還流配管とを備え、
前記還流配管は、前記下流配管から分岐して前記上流配管と連通する給水機構。

【請求項3】

前記還流配管には、前記主軸摺動装置の給水圧及び還流流量の少なくとも一方を調整する調整装置が設けられる、請求項２に記載の給水機構。

【請求項4】

土砂類を除去するろ過装置と、
河川水が流れる水路に設けられた取水口と前記ろ過装置との間を連通する上流配管と、
前記水路に設けられる水車ランナの主軸と摺動する主軸摺動装置と前記ろ過装置とを連通する下流配管と、
前記ろ過装置によって土砂類が取り除かれた水の一部を前記上流配管に還流させる還流配管とを備え、
前記還流配管は、前記主軸摺動装置と前記上流配管とを連通する給水機構。

【請求項5】

前記還流配管と前記下流配管とに、逆洗機構が設けられる請求項４に記載の給水機構。

【請求項6】

前記還流配管の第１位置から分岐して、前記下流配管の第２位置に連通する第１配管と、
前記下流配管の第３位置から分岐して、前記還流配管の第４位置に連通する第２配管と、
前記第１配管に設けられる第１弁と、
前記第２配管に設けられる第２弁と、
前記還流配管において、前記第１位置から前記第４位置までの間に設けられる第３弁と、
前記下流配管において、前記第２位置から前記第３位置までの間に設けられる第４弁とを備え、
前記第１弁及び前記第２弁は、通常時に開状態となり、逆洗時に閉状態となり、
前記第３弁及び前記第４弁は、通常時に閉状態となり、逆洗時に開状態となる、
請求項４に記載の給水機構。

【請求項7】

前記還流配管の前記第１位置から前記第４位置までの間、及び前記下流配管の前記第２位置から前記第３位置までの間の少なくとも一方に設けられ、前記主軸摺動装置の給水圧及び還流流量の少なくとも一方を調整する調整装置を備える、請求項６に記載の給水機構。

【請求項8】

土砂類を除去するろ過装置と、
河川水が流れる水路に設けられた取水口と前記ろ過装置との間を連通する上流配管と、
前記水路に設けられる水車ランナの主軸と摺動する主軸摺動装置と前記ろ過装置とを連通する下流配管と、
前記ろ過装置によって土砂類が取り除かれた水の一部を前記上流配管に還流させる還流配管とを備え、
前記主軸摺動装置は、前記河川水の流入を抑制する封水装置と、前記主軸の軸受装置とを備え、
前記下流配管は、互いに連通する第１下流配管、第２下流配管、及び第３下流配管を備え、
前記第１下流配管は、前記ろ過装置と連通し、
前記第２下流配管は、前記封水装置と連通し、
前記第３下流配管は、前記軸受装置と連通し、
前記還流配管は、
前記封水装置と連通する第１還流配管と、
前記軸受装置と連通する第２還流配管とを備える、
給水機構。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのうちいずれか1項に記載の給水機構と、
河川水を流す水路と、
前記水路に設けられる水車ランナと、
前記水車ランナと連結される主軸と、
を備える水車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水車の主軸に関する装置に水を供給するための給水機構及び水車に関する。

【背景技術】

【0002】

水車の主軸の軸受に水潤滑を用いる給水装置が特許文献１に開示されている。この給水装置では、軸受摺動部に土砂類を含む河川水が侵入することを防止するために水道水等の清水を利用する。主軸とカバーとの間には、封水装置と軸受が設けられる。封水装置は水車内へ河川水が流入しないようにシールするパッキンが用いられる。清水は、河川水よりも高い圧力で軸受及び封水装置に注入される。給水装置は、清水の利用効率を高めるために、清水の循環機構を備える。給水装置は、封水給水圧を確保するために、十分な容量を持つ給水ポンプと、十分な高さに配置した上部水槽を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５４−１３７５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の給水装置では、給水源として水道水又はそれに準ずる清水が必要である。しかし、清水が入手困難な場所では採用できず、更に清水の消費コストがかかるといった問題がある。
本開示は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、清水を用いずに運用可能な給水機構を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために本開示の給水機構は、土砂類を除去するろ過装置と、 河川水が流れる水路に設けられた取水口と前記ろ過装置との間を連通する上流配管と、前記水路に設けられる水車ランナの主軸の外周面に取り付けられる主軸摺動装置と前記ろ過装置とを連通する下流配管と、前記ろ過装置によって土砂類が取り除かれた水の一部を前記上流配管に還流させる還流配管と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の第１実施形態に係る水車１Ａの構成例を示すブロック図である。

【図2A】給水機構２Ａに用いられる封水装置７０Ａの構成例を示す断面図である。

【図2B】封水装置７０Ａの一部を拡大した断面図である。

【図3】本開示の第２実施形態に係る水車１Ｂの構成例を示すブロック図である

【図4A】給水機構２Ｂに用いられる封水装置７０Ｂの構成例を示す断面図である。

【図4B】封水装置７０Ｂの他の構成例を示す断面図である。

【図5A】本開示の第３実施形態に係る水車１Ｃの構成例を示すブロック図である。

【図5B】給水機構２Ｃの逆洗時における水の流れる方向を説明するための説明図である。

【図6】本開示の第４実施形態に係る水車１Ｄの構成例を示すブロック図である。

【図7】本開示の第５実施形態に係る水車１Ｅの構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら本開示に係る実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜異なる。また、以下に記載する実施形態は、本開示の好適な具体例である。このため、以下の実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

【0008】

１．第１実施形態
図１は、本開示の第１実施形態に係る水車１Ａの構成例を示すブロック図である。水車１Ａは、例えば、水力発電所の施設に用いられる。水車１Ａは、給水機構２Ａ、主軸８０、水車ランナ８２、ガイドベーン８４、及び水路１００を備える。

【0009】

河川水が流れる水路１００には、水車ランナ８２が配置される。水路１００は、例えば、鉄管又はコンクリートのケーシングによって構成される。水車ランナ８２は主軸８０と連結されている。ガイドベーン８４は水車ランナ８２を回転させる河川水の水量を調整する。主軸８０は、その外周の一部に円筒状のスリーブ８１を備える。

【0010】

給水機構２Ａは、主軸８０に取り付けられる封水装置７０Ａを備える。主軸８０は、カバー９０の内側に配置される。封水装置７０Ａは、水路１００の河川水がカバー９０の上側に侵入しないように、水路１００の水圧よりも高い圧力で給水され、封水装置７０Ａから給水が漏れ出すように構成される。給水機構２Ａは、封水装置７０Ａに前述した給水を行う。封水装置７０Ａは、主軸８０の外周面に取り付けられる。封水装置７０Ａは、主軸８０の外周面と摺動する主軸摺動装置の一例である。

【0011】

図２Ａは封水装置７０Ａの構成例を示す断面図であり、図２Ｂは図２Ａに示される封水装置７０Ａを拡大した断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、封水装置７０Ａは、スリーブ８１と摺動する。

【0012】

封水装置７０Ａは、パッキン７１ａ及び７１ｂ、スプリング７２ａ及び７２ｂ、パッキンケース７３ａ、７３ｂ及び７３ｃ、並びに給水口７４を備える。

【0013】

パッキン７１ａ及び７１ｂは、複数個の円弧状のセグメントを組み合わせて構成される。パッキン７１ａ及び７１ｂは、スリーブ８１と摺動する。パッキンケース７３ａは、パッキン７１ａ及びスプリング７２ａを収容し、パッキンケース７３ｂは、パッキン７１ｂ及びスプリング７２ｂを収容する。スプリング７２ａはパッキン７１ａをスリーブ８１に押圧し、スプリング７２ｂはパッキン７１ｂをスリーブ８１に押圧する。パッキン７１ａとパッキンケース７３ａとの間、パッキン７１ｂとパッキンケース７３ｂとの間にはわずかなギャップがあり、パッキン７１ａ及び７１ｂが主軸８０の動きに追従できるようになっている。

【0014】

下流配管Ｄから封水装置７０Ａに流れ込む水は、給水口７４を介して封水装置７０Ａ中に流れ込む。この水は、パッキン７１ａ及び７１ｂとスリーブ８１との摺動面、パッキン７１ａ及び７１ｂとパッキンケース７３ａ及び７３ｂのギャップから漏れ出る。主軸８０の回転に伴って、パッキン７１ａ及び７１ｂは、スリーブ８１と摺動するが、摺動面に漏れ出る水によって、スリーブ８１とパッキン７１ａ及び７１ｂとの間の摩擦力が低減すると共に摩擦熱が放熱される。

【0015】

封水装置７０Ａに供給される水は、ギャップの詰まり防止、パッキン７１ａ及び７１ｂとスリーブ８１との摺動面の摩耗防止のため、土砂類が十分除去される必要がある。また、上述したように、封水装置７０Ａの給水圧は、水路１００を流れる河川水の圧力よりも高いことが必要である。

【0016】

図1に示される水路１００には取水口１０が設けられており、取水口１０から河川水が給水機構２Ａに取り込まれる。取水口１０とろ過装置３０とは上流配管Ｕを介して連通する。上流配管Ｕは、合流点Ｘにおいて還流配管Ｆ１と連通する。還流配管Ｆ１には、還流水が流れる。この例では、合流点Ｘとろ過装置３０との間にポンプ２０が配置される。ポンプ２０は流入する水に対して加圧して吐出する。ろ過装置３０には、上流配管Ｕから河川水と還流水とが混合された水が流れ込む。この水には河川水に含まれる土砂類が混入している。

【0017】

ろ過装置３０は、水に含まれる土砂類を除去する。土砂類には、土及び砂の他、固形物が含まれる。ろ過装置３０は、例えば、サンドセパレータ及びストレーナ等が該当する。サンドセパレータは、遠心分離部と収容部とを備える。遠心分離部は流入する水に渦を発生させることにより、遠心力で土砂類を分離する。収容部は分離された土砂類を収容する。ストレーナは、網目状のエレメントと収容部を備え、異物をエレメントで捕集する。収容部は捕集した土砂類を収容する。ろ過装置３０は、サンドセパレータ単体、ストレーナ単体、又はサンドセパレータとストレーナとの組み合わせで構成されてもよい。

【0018】

ろ過装置３０は、排砂弁３１を介して、排水槽３２と接続される。排砂弁３１を間欠的に開くことで、サンドセパレータ又はストレーナの収容部に蓄積された土砂類が間欠的に水と共に排水槽３２に排出される。

【0019】

ろ過装置３０は、分岐点Ｙを通り封水装置７０Ａに至る下流配管Ｄと接続される。下流配管Ｄは、分岐点Ｙにおいて分岐する還流配管Ｆ１と連通する。還流配管Ｆ１には調整装置５０が設けられる。調整装置５０は封水装置７０Ａの給水圧及び還流配管Ｆ１に流れる水の水量の少なくとも一方を調整することができる。調整装置５０としては、流量調整弁、オリフィス、及び可変絞り弁等を用いることができる。

【0020】

上述したように封水装置７０Ａは下流配管Ｄからの給水によって、ギャップ及び摺動面から水が漏れ出る。封水装置７０Ａへの給水量は漏れ出る水の量によって定まるので、封水装置７０Ａへの給水量は、僅かであり、しかも不安定である。

【0021】

仮に、調整装置５０を分岐点Ｙと封水装置７０Ａとの間に設けると、調整装置５０を通過する水量は、少量且つ不安定である。調整装置５０にて給水圧を調整する場合、調整装置５０は絞り部を通過する際の圧力損失によって圧力を調整するため、給水量が少量且つ不安定な場合、圧力の調整が容易でなく、更に頻繁な再調整が必要となる。

【0022】

調整装置５０に十分な水量の水を供給するため、下流配管Ｄから分岐した配管に調整装置５０を設け、調整装置５０を通過した後の水を排水槽等に廃棄することも考えられる。調整装置５０を通過した水を廃棄すれば、調整装置５０による圧力調整を容易とし、再調整の回数を低減できる。しかしながら、この場合には、取水口１０から流入する河川水も増加し、河川水と共に流入する土砂の量も増加する。

【0023】

そこで、給水機構２Ａは、還流配管Ｆ１を用いて、ろ過装置３０を通過した水の一部を分岐し、調整装置５０を通過した後、上流配管Ｕに還流させることによって、閉ループを構成した。ここで、取水口１０から取り込む河川水の水量をＱ１、ろ過装置３０から土砂類を排出する際に捨てられる水量をＱ２、封水装置７０Ａから漏れ出る水量をΔＱとする。なお、Ｑ２は、1回の排出に伴う水の量を長時間で平均した水量である。

【0024】

この場合、取水口１０から取り込む河川水の取水量Ｑ１は以下の式１で与えられる。
Ｑ１＝ΔＱ＋Ｑ２…式１
また、還流配管Ｆ１を流れる還流水の流量をＱ３、ろ過装置３０に流れ込む水の水量をＱ４とした場合、水量Ｑ４に占める取水量Ｑ１の割合は、以下に示す式２で与えられる。
Ｑ１／Ｑ４＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ３）…式２

【0025】

取水量Ｑ１は、式１に示されるように封水装置７０Ａから漏れ出る水量ΔＱと排砂に伴う水量Ｑ２の合計に過ぎなく、還流水量Ｑ３よりも大幅に小さい。このため、河川水と共に閉ループに流入する土砂類は、還流配管Ｆ１を設けず分岐管の水を廃棄する場合と比較して大幅に減少する。その結果、封水装置７０Ａへの土砂侵入も大幅に制限される。更に、豪雨等によって河川水に大量の土砂類が含まれ、一度のろ過では土砂類が除去しきれない場合であっても、還流水を繰り返しろ過することによって給水中の土砂類の量を低くすることができる。これらの効果により、封水装置７０Ａに流入する土砂類の量が低減され、パッキン７１ａ、７１ｂ及びスリーブ８１が摩耗すること及びギャップの詰まりが抑制される。

【0026】

また、給水機構２Ａによれば閉ループを採用するので、河川水の取水量Ｑ１が減少する。この結果、取水口１０から合流点Ｘまでの上流配管Ｕに、小径の配管を用いることができるので、給水機構２Ａの構成が簡素化され、且つコストが削減される。

【0027】

また、合流点Ｘ→ろ過装置３０→分岐点Ｙ→調整装置５０→還流配管Ｆ１→合流点Ｘといった閉ループを採用することによって、ろ過装置３０によってろ過された水が循環するので、分岐管の水を廃棄する場合と比較して閉ループの流水の水質が向上する。更に、水質の向上に伴って、ポンプ２０の摩耗が低減される。

【0028】

また、ろ過装置３０にサンドセパレータを採用する場合、サンドセパレータは遠心分離によって土砂類を除去するため、ろ過装置３０の入口から流れ込む水量Ｑ４は効率的に遠心分離ができる範囲である必要がある。下流配管Ｄに分岐を設けない場合、取水口１０から取水する河川水の取水量Ｑ１は、封水装置７０Ａから漏れ出る水量ΔＱとほぼ等しくなり、サンドセパレータに十分な水量を供給できない。また、下流配管Ｄに分岐を設け、分岐後の水を排水槽等に廃棄する場合、サンドセパレータの流量は確保できるが、河川水の取水量Ｑ１が増加し、河川水と共に流入する土砂類の量が増加する。これに対して、閉ループを採用する給水機構２Ａは、水量Ｑ４に占める還流水量Ｑ３が、取水量Ｑ１と比較して大きいので、サンドセパレータに安定した水量Ｑ４の水を供給できる。この結果、給水機構２Ａはサンドセパレータを用いて効率的に土砂類を除去でき、かつ河川水の取水量Ｑ１を減らして土砂類の流入を減らすことができる。

【0029】

次に、図１を参照して、給水機構２Ａの各部の圧力について説明する。以下の説明では、取水口１０における河川水の水圧をＰ１、ガイドベーン８４の圧力損失をΔＰ１、水車ランナ８２の入口における河川水の水圧をＰ２、取水口１０から合流点Ｘまでの上流配管Ｕの圧力損失をΔＰ２、合流点Ｘにおける合流水の水圧をＰ３、分岐点Ｙから合流点Ｘまでの還流配管Ｆ１の圧力損失をΔＰ３、封水装置７０Ａの給水圧をＰ４とする。

【0030】

水路１００における水車ランナ入口付近の水圧Ｐ２は、以下の式３で与えられる。
Ｐ２＝Ｐ１-ΔＰ１…式３
合流点Ｘにおける水圧Ｐ３は、以下の式４で与えられる。
Ｐ３＝Ｐ１−ΔＰ２…式４
封水装置７０Ａの給水圧Ｐ４は以下の式５で与えられる。
Ｐ４＝Ｐ３＋ΔＰ３＝Ｐ１-ΔＰ２＋ΔＰ３…式５
河川水を封水装置７０Ａに侵入させないためには、給水圧Ｐ４が河川水の水圧Ｐ２を上回る必要がある。従って、以下に示す式６を充足する必要がある。
Ｐ４＞Ｐ２
Ｐ１-ΔＰ２＋ΔＰ３＞Ｐ１-ΔＰ１
ΔＰ１−ΔＰ２＋ΔＰ３＞０…式６
ここで、ΔＰ２は一般的にガイドベーン８４の圧力損失ΔＰ１よりも小さいため、式６が充足される。

【0031】

以上説明したように、封水装置７０Ａにおいて、給水圧Ｐ４は封水装置７０Ａの河川水側の水圧Ｐ２よりも高くなっている。このため、ポンプ２０に必要とされる容量は、閉ループ内に配置されたろ過装置３０、調整装置５０及び配管の損失に抗し、還流水量Ｑ３を安定して確保できるだけの容量であれば十分である。よって、ポンプ２０の容量は小さくてよい。

【0032】

また、合流点Ｘは、取水口１０の水圧Ｐ１から僅かに上流配管Ｕの圧力損失ΔＰ２だけ低くなった圧力を背圧として有する。このため、封水装置７０Ａの給水圧Ｐ４は、この背圧に分岐点Ｙから合流点Ｘまでの圧力損失ΔＰ３を加えた圧力を常に持つことになる。従って、安定して封水装置７０Ａの河川水側の水圧Ｐ２よりも高い給水圧Ｐ４を保つことができる。

【0033】

更に、上池の水位等により、水路１００の河川水の圧力が変動する場合、河川水側の水圧Ｐ２はこれに応じて変動する。この場合、同時に合流点Ｘの水圧Ｐ３の背圧も連動するため、給水圧Ｐ４が河川水側の水圧Ｐ２よりも高いという相対関係を常に保つことができる。以上の圧力の関係は、他の実施形態についても同様である。

【0034】

以上説明したように、第１実施形態の給水機構２Ａは、土砂類を除去するろ過装置３０と、河川水が流れる水路１００に設けられた取水口１０とろ過装置３０との間を連通する上流配管Ｕと、水路１００に設けられる水車ランナ８２の主軸８０と摺動する封水装置７０Ａ（主軸摺動装置の一例）と、ろ過装置３０と封水装置７０Ａとを連通する下流配管Ｄと、ろ過装置３０によって土砂類が取り除かれた水の一部を上流配管Ｕに還流させる還流配管Ｆ１と、を備える。

【0035】

給水機構２Ａは、河川水から封水装置７０Ａに給水するための水を生成するので、水道水等の清水を使用しなくとも、封水装置７０Ａに給水できる。また、給水機構２Ａは、還流配管Ｆ１を備えるので、ろ過装置３０によって土砂類が取り除かれた水を循環させる閉ループを構成する。このため、給水機構２Ａは、閉ループを構成しない場合と比較して、河川水を給水機構２Ａに取り込む量を削減できる。更に、ろ過装置３０には、河川水と還流水とが混合された水が流入するので、閉ループを構成しない場合と比較して、土砂類が十分に取り除かれた水を封水装置７０Ａに給水できる。

【0036】

また、ろ過装置３０としてストレーナを閉ループ内に配置する場合、土砂類の流入量が減ることで、ストレーナの詰まり速度を遅くすることができる。また、ろ過装置３０としてサンドセパレータを閉ループ内に配置する場合、十分な水量の水がサンドセパレータに流入するので、土砂類を効率的に除去できる。

【0037】

ここで、還流配管Ｆ１は下流配管Ｄから分岐して上流配管Ｕと連通する。下流配管Ｄにはろ過装置３０によって土砂類が取り除かれた水が流れるが、還流配管Ｆ１は下流配管Ｄから分岐するので、還流配管Ｆ１にはろ過装置３０によって土砂類が取り除かれた水の一部が流れる。この水を上流配管Ｕに還流させることによって、閉ループが構成される。また、封水装置７０Ａの給水量は、封水装置７０Ａから漏れ出る水量と等しくなるので、少ない。一方、ろ過装置３０がサンドセパレータの場合、効率よく土砂類を除去するためには、封水装置７０Ａの給水量と比較して大きな水量が必要である。下流配管Ｄに分岐を設けることによって、給水機構２Ａは、ろ過装置３０（例えば、サンドセパレータ）へ十分な水量の合流水を供給しつつ、封水装置７０Ａには適切な水量で給水できる。

【0038】

また、還流配管Ｆ１には、封水装置７０Ａ（主軸摺動装置の一例）の給水圧及び還流流量の少なくとも一方を調整する調整装置５０が設けられる。還流配管Ｆ１が分岐する位置よりも下流に調整装置５０を設ける場合と比較して、給水機構２Ａは、調整装置５０に大きな水量の水を安定的に流入させることができるので、調整装置５０を用いた封水装置７０Ａの給水圧の調整が容易になる。

【0039】

２．第２実施形態
第１実施形態に係る給水機構２Ａは、下流配管Ｄから分岐した還流配管Ｆ１が、上流配管Ｕに連通することによって、閉ループを構成した。これに対して、第２実施形態に係る給水機構２Ｂは、還流配管Ｆ１の替わりに還流配管Ｆ２を用いる点、及び封水装置７０Ａの替わりに封水装置７０Ｂを備える点で、図１に示される給水機構２Ａと相違する。

【0040】

図３は、本開示の第２実施形態に係る水車１Ｂの構成例を示すブロック図である。水車１Ｂは給水機構２Ａの替わりに給水機構２Ｂを用いる点を除いて、第１実施形態の水車１Ａと同様に構成される。図３に示される給水機構２Ｂの各構成において、給水機構２Ａと同一の構成については、同一の符号付して説明を省略する。以下、相違点について説明する。

【0041】

還流配管Ｆ２は、封水装置７０Ｂと上流配管Ｕとを連通する。封水装置７０Ｂは主軸摺動装置の一例である。第１実施形態の封水装置７０Ａには、封水装置７０Ａから漏れ出る水量とほぼ等しい水量が給水された。これに対して封水装置７０Ｂには、漏れ出る水量を超える水量が下流配管Ｄから給水される。

【0042】

図４Ａは、封水装置７０Ｂの一構成例を示す断面図である。封水装置７０Ｂは、排水口７５Ａを備える点を除いて、図２Ａに示される封水装置７０Ａと同様に構成される。封水装置７０Ｂにおいて、給水口７４を介して供給される水は、封水装置７０Ｂとスリーブ８１の境界から漏れ出ると共に、パッキンケース７３ａ及び７３ｂの内部に流入する。パッキンケース７３ａ及び７３ｂの内部に流入した水は、排水口７５Ａを介して還流配管Ｆ２に流れ出る。

【0043】

図４Ｂは、封水装置７０Ｂの他の構成例を示す断面図である。給水口７４を介して供給される水は、パッキン７１ａとパッキンケース７３ａとのギャップを通過し、パッキン７１ａがスプリング７２ａと接触する面とパッキンケース７３ａの内壁とで囲まれた空間７７ａに流入する。また、給水口７４を介して供給される水は、パッキン７１ｂとパッキンケース７３ｂとのギャップを通過し、パッキン７１ｂがスプリング７２ｂと接触する面とパッキンケース７３ｂの内壁とで囲まれた空間７７ｂに流入する。空間７７ａ及び７７ｂは排水管７５Ｂと連通する。給水口７４を介して供給される水の一部は、排水管７５Ｂを介して還流配管Ｆ２に流れ出る。

【0044】

図４Ｂに示される封水装置７０Ｂの他の構成例では、パッキン７１ａ及び７１ｂとパッキンケース７３ａ及び７３ｂの間のギャップを常時大きな流量の水が流れるので、ギャップに土砂類が詰まりにくくなる。

【0045】

図３に示されるように、取水口１０から取り込む河川水の水量をＱ１、ろ過装置３０から土砂類を排出する際に捨てられる水量Ｑ２、封水装置７０Ｂから漏れ出る水量をΔＱ、ろ過装置３０に流れ込む合流水の水量をＱ４、還流配管Ｆ２に流れ出る還流水の流量をＱ５、とした場合、封水装置７０Ｂに流れ込む合流水の水量Ｑ７は、以下の式７で与えられる。
Ｑ７＝Ｑ５＋ΔＱ…式７

【0046】

第１実施形態の封水装置７０Ａに流れ込む水の水量は封水装置７０Ａから漏れ出る水量ΔＱとほぼ等しい。これに対して、封水装置７０Ｂに流れ込む水の水量Ｑ７は、封水装置７０Ａに流れ込む水の水量ΔＱと比較して大きい。封水装置７０Ｂにおいて、水がパッキン７１ａ及び７１ｂとパッキンケース７３ａ及び７３ｂの間のギャップを通過するようにすれば、ギャップを常時大きな流量の水が流れることになるため、土砂類がギャップに詰まりにくくなる。

【0047】

また、給水機構２Ｂによれば、第１実施形態の給水機構２Ａと同様に、ろ過装置３０で除去しきれない土砂類によって、パッキン７１ａ、７１ｂ及びスリーブ８１が摩耗すること及びギャップの詰まることが抑制される。加えて、給水機構２Ｂによれば、ろ過装置３０及びポンプ２０等の長寿命化が図られる。

【0048】

３．第３実施形態
第３実施形態に係る水車１Ｃは、給水機構２Ｂの替わりに給水機構２Ｃを備える点を除いて、第２実施形態に係る水車１Ｂと同様に構成されている。給水機構２Ｃは、逆洗機構２００を備える点、及び還流配管Ｆ２を逆洗配管と兼用する点を除いて、図３に示される第２実施形態の給水機構２Ｂと同様に構成される。なお、上述した第２実施形態では、封水装置７０Ｂとして、図４Ａに示す構成例と図４Ｂに示す他の構成例を例示した。第３実施形態の給水機構２Ｃでは、図４Ｂに示される他の構成例の封水装置７０Ｂが用いられる。以下の、給水機構２Ｃが給水機構２Ｂと相違する点について説明する。

【0049】

図５Ａは、本開示の第３実施形態に係る給水機構２Ｃの構成例を示すブロック図である。図５Ａに示される給水機構２Ｃの各構成において、給水機構２Ｂと同一の構成については、同一の符号付して説明を省略する。

【0050】

給水機構２Ｃは、通常時において、給水機構２Ｂと同様に、下流配管Ｄ→封水装置７０Ｂ→還流配管Ｆ２といった経路で水を流す。一方、給水機構２Ｃは、逆洗時に還流配管Ｆ２→封水装置７０Ｂ→下流配管Ｄといった経路で水を流す。このように逆洗時には水の流れる方向が、通常時の逆方向になる。

【0051】

給水機構２Ｃは、閉ループを構成するので、ろ過装置３０によって土砂類を効率的に除去することができる。しかし、ろ過装置３０で除去しきれない土砂類が封水装置７０Ｂに流れ込み、パッキン７１ａ及び７１ｂとパッキンケース７３ａ及び７３ｂとの間のギャップに詰まって、パッキン７１ａ及び７１ｂのスリーブ８１への密着度を悪化させ、河川水の侵入防止機能を阻害する可能性がある。逆洗機構２００は逆洗時に水の流れる方向を逆方向に制御する。通常時と逆方向に水を流すことによって、給水機構２Ｃは、ギャップに詰まった土砂類を掻き出すことできる。従って、逆洗機構２００を備える給水機構２Ｃは、封水装置７０Ｂのメンテナンス回数を低減しつつ、封水装置７０Ｂの性能を高く維持できる。

【0052】

逆洗機構２００は、還流配管Ｆ２と、下流配管Ｄとに設けられている。逆洗機構２００は、第１配管Ｌ１と、第２配管Ｌ２と、第１弁２０１と、第２弁２０２と、第３弁２０３と、第４弁２０４とを備える。第１配管Ｌ１は、還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１から分岐して、下流配管Ｄの第２位置Ｚｄ２に連通する。第２配管Ｌ２は、下流配管Ｄの第３位置Ｚｄ３から分岐して、還流配管Ｆ２の第４位置Ｚｆ４に連通する。
また、調整装置５０は、還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１と第３弁２０３との間に配置される。

【0053】

第１弁２０１は第１配管Ｌ１に設けられ、通常時に閉状態となり、逆洗時に開状態となる。第２弁２０２は、第２配管Ｌ２に設けられ、通常時に閉状態となり、逆洗時に開状態となる。第３弁２０３は、還流配管Ｆ２において、第１位置Ｚｆ１から第４位置Ｚｆ４までの間に設けられる。第３弁２０３は、通常時に開状態となり、逆洗時に閉状態となる。第４弁２０４は、下流配管Ｄにおいて、第２位置Ｚｄ２から第３位置Ｚｄ３までの間に設けられる。第４弁２０４は、通常時に開状態となり、逆洗時に閉状態となる。

【0054】

図５Ａに示されるように通常時には、第３弁２０３及び第４弁２０４が閉状態となり、第１弁２０１及び第２弁２０２が開状態となる。通常時には、図５Ａに示す矢印の方向に水が流れる。具体的には、給水機構２Ｃは、ポンプ２０→ろ過装置３０→第４弁２０４→下流配管Ｄ→封水装置７０Ｂ→還流配管Ｆ２→調整装置５０→第３弁２０３→合流点Ｘ→ポンプ２０の順に水を流す。

【0055】

一方、逆洗時には、図５Ｂに示されるように、第３弁２０３及び第４弁２０４が閉状態となり、第１弁２０１及び第２弁２０２が開状態となる。逆洗時には、図５Ｂに示す矢印の方向に水が流れる。具体的には、給水機構２Ｃは、ポンプ２０→ろ過装置３０→第１配管Ｌ１→第１弁２０１→還流配管Ｆ２→封水装置７０Ｂ→下流配管Ｄ→第２配管Ｌ２→第２弁２０２→還流配管Ｆ２→合流点Ｘ→ポンプ２０の順に水を流す。

【0056】

第３実施形態に係る給水機構２Ｃは、逆洗時に用いる配管を還流配管Ｆ２と兼用している。このため、給水機構２Ｃは、逆洗用配管を別途設ける場合と比較して構成が簡素化される。また、調整装置５０を還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１と第３弁２０３との間に配置したので、逆洗時には調整装置５０に水が流れない。よって、給水機構２Ｃは、通常時と比較して逆洗時の水量を大きくできる。この結果、給水機構２Ｃは効率的に逆洗を実施できる。なお、調整装置５０は、還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１から第４位置Ｚｆ４までの間に配置すればよい。加えて、給水機構２Ｃによれば、ろ過装置３０で除去しきれない土砂類によって、パッキン７１ａ、７１ｂ及びスリーブ８１が摩耗すること、並びにギャップの詰まりが抑制される。

【0057】

４．第４実施形態
第１実施形態から第３実施形態までの給水機構２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、封水装置７０Ａ又は７０Ｂに給水する。これに対して、第４実施形態の給水機構２Ｄは、軸受装置８００に対して給水する点で相違する。
図６は、本開示の第４実施形態に係る水車１Ｄの構成例を示すブロック図である。第４実施形態の水車１Ｄは、給水機構２Ｂの替わりに給水機構２Ｄを備える点を除いて、第２実施形態の水車１Ｂと同様に構成される。

【0058】

給水機構２Ｄは、封水装置７０Ｂの替わりに封水装置７００を備える点、及び軸受装置８００を備える点で、給水機構２Ｂと相違する。封水装置７００及び軸受装置８００は、主軸８０と摺動する主軸摺動装置の一例である。

【0059】

給水機構２Ｄは、下流配管Ｄを介して軸受装置８００に給水する。軸受装置８００は、主軸８０の軸受として機能し、主軸８０の外周面に設けられたスリーブ８１と摺動する。スリーブ８１と軸受装置８００との間は、下流配管Ｄからの給水によって、水潤滑が実施される。水潤滑によって、摩擦熱を放熱すると共に、摩擦力の低減が図れる。
軸受装置８００に供給された水の一部は、軸受装置８００から漏れ出る。また、軸受装置８００に供給された水の残りは、回収されて還流配管Ｆ２を介して、合流点Ｘに還流する。

【0060】

封水装置７００は、上述した封水装置７０Ａ及び７０Ｂと同様に、河川水の流入を抑制する。封水装置７００は、主軸８０の外周面に設けられたスリーブ８１と摺動する。封水装置７００には、下流配管Ｄからの直接の給水は無い。封水装置７００は、軸受装置８００から漏れ出た水によって、スリーブ８１との間で水潤滑を実施してもよい。

【0061】

第４実施形態に係る給水機構２Ｄによれば、軸受装置８００に給水することができるので、水潤滑方式の軸受装置８００を採用することができる。水循環方式の軸受装置８００は、潤滑油が漏れ出ることがないので、環境に対する影響を軽減できる。

【0062】

５．第５実施形態
第５実施形態の水車１Ｅは、給水機構２Ｄの替わりに給水機構２Ｅを用いる点を除き、第４実施形態の水車１Ｄと同様に構成される。図７は、本開示の第５実施形態に係る水車１Ｅの構成例を示すブロック図である。

【0063】

第４実施形態に係る給水機構２Ｄは、軸受装置８００に給水する一方、封水装置７００に給水していない。これに対して、第５実施形態に係る給水機構２Ｅは、下流配管Ｄに分岐を設けることによって封水装置７００及び軸受装置８００に給水する点、封水装置７００からの還流水と軸受装置８００からの還流水を上流配管Ｕに還流させるために２系統の配管を備える点で、給水機構２Ｄと相違する。以下、給水機構２Ｅが給水機構２Ｄと相違する点について説明する。

【0064】

給水機構２Ｄは、互いに連通する第１下流配管Ｄ１、第２下流配管Ｄ２、及び第３下流配管Ｄ３を備える。これらの配管Ｄ１〜Ｄ３は、第４実施形態の下流配管Ｄに相当する。第１下流配管Ｄ１は、ろ過装置３０と連通する配管である。第２下流配管Ｄ２は、封水装置７００と連通する配管である。第３下流配管Ｄ３は、軸受装置８００と連通する配管である。この例の軸受装置８００は、水潤滑方式を採用する。

【0065】

給水機構２Ｄは、分岐点Ｚ２において互いに連通する第１還流配管Ｆａ、第２還流配管Ｆｂ、及び第３還流配管Ｆｃを備える。第１還流配管Ｆａは、封水装置７００と連通する配管である。第２還流配管Ｆｂは、軸受装置８００と連通する配管である。第１還流配管Ｆａ及び第２還流配管Ｆｂは、第３還流配管Ｆｃを介して上流配管Ｕと連通する。なお、第１還流配管Ｆａは第３還流配管Ｆｃを介することなく、上流配管Ｕと直接連通してもよい。また、第２還流配管Ｆｂは第３還流配管Ｆｃを介することなく、上流配管Ｕと直接連通してもよい。

【0066】

第１還流配管Ｆａには、調整装置５１が設けられている。また、第２還流配管Ｆｂには、調整装置５２が設けられている。調整装置５１及び５２は、給水圧及び還流流量の少なくとも一方を調整する。

【0067】

第５実施形態に係る給水機構２Ｅによれば、封水装置７００及び軸受装置８００といった２系統の主軸摺動装置に給水できる。また、２系統の第１還流配管Ｆａ及び第２還流配管Ｆｂを用いて、還流水を合流点Ｘに還流させることができる。

【0068】

６．変形例
本開示は、上述した各実施形態に限定されるものでは、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各種の変形及び各実施形態は、適宜組み合わせてもよい。
（１）上述した各実施形態では、上流配管Ｕを用いて取水口１０から取り込んだ河川水を合流点Ｘに導いたが、本開示はこれに限定されない。例えば、取水口１０から合流点Ｘまでの上流配管Ｕに、他のろ過装置が配置されてもよい。上流配管Ｕに土砂類を除去する装置が設けることにより、ある程度、土砂類が除去された河川水をろ過装置３０に供給することができる。

【0069】

（２）上述した第１実施形態では、ポンプ２０は合流点Ｘとろ過装置３０との間に配置されたが、本開示はこれに限定されない。ポンプ２０は、合流点Ｘから分岐点Ｙまでの上流配管Ｕ又は下流配管Ｄ、若しくは還流配管Ｆ１であって、ポンプ入口圧がポンプ２０の許容下限値以下とならない位置に配置してもよい。

【0070】

（３）上述した第１実施形態では、調整装置５０は還流配管Ｆ１に配置されたが、ポンプ２０から分岐点Ｙまでの上流配管Ｕ又は下流配管Ｄに配置してもよい。また、調整装置５０は還流配管Ｆ１とポンプ２０から分岐点Ｙまでの上流配管Ｕ又は下流配管Ｄの両方に設置しても良い。

【0071】

（４）上述した第２実施形態及び第４実施形態では、ポンプ２０を上流配管Ｕにおいて合流点Ｘとろ過装置３０の間に配置したが、本開示はこれに限定されない。ポンプ２０は、下流配管Ｄにおいてろ過装置３０から封水装置７０Ｂまでの間、あるいは還流配管Ｆ２に設けてもよい。

【0072】

（５）上述した第２実施形態では、調整装置５０は還流配管Ｆ１に配置されたが、ポンプ２０から封水装置７０Ｂまでの下流配管Ｄに配置してもよい。また、調整装置５０は還流配管Ｆ１及びポンプ２０から封水装置７０Ｂまでの下流配管Ｄの両方に設置しても良い。

【0073】

（６）上述した第３実施形態では、ポンプ２０を上流配管Ｕにおいて合流点Ｘとろ過装置３０の間に配置したが、本開示はこれに限定されない。ポンプ２０は、下流配管Ｄにおいてろ過装置３０から逆洗機構２００までの間、あるいは還流配管Ｆ２において逆洗機構２００から合流点Ｘとの間に設けてもよい。

【0074】

（７）上述した第３実施形態では、調整装置５０は還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１から第４位置Ｚｆ４の間に配置されたが、調整装置５０は下流配管Ｄの第２位置Ｚｄ２から第３位置Ｚｄ３の間に配置されてもよい。また、調整装置５０は、還流配管Ｆ２の第１位置Ｚｆ１から第４位置Ｚｆ４の間と、下流配管Ｄの第２位置Ｚｄ２から第３位置Ｚｄ３の間との両方に配置してもよい。

【0075】

（８）上述した第４実施形態では、ポンプ２０を上流配管Ｕにおいて合流点Ｘとろ過装置３０の間に配置したが、本開示はこれに限定されない。ポンプ２０は、上流配管Ｕ、下流配管Ｄあるいは還流配管Ｆ２の任意の位置に配置してよい。

【0076】

（９）上述した第４実施形態では、調整装置５０は還流配管Ｆ２に配置されたが、下流配管Ｄに配置してもよい。また、調整装置５０は還流配管Ｆ２と下流配管Ｄの両方に配置してもよい。

【0077】

（１０）上述した第５実施形態では、ポンプ２０を上流配管Ｕにおいて合流点Ｘとろ過装置３０の間に配置したが、本開示はこれに限定されない。ポンプ２０は、上流配管Ｕ、第１下流配管Ｄ１あるいは第３還流配管Ｆｃの任意の位置に配置してよい。

【0078】

（１１）上述した第５実施形態では、調整装置５１は第１還流配管Ｆａに配置されたが、第２下流配管Ｄ２に配置してもよい。また、調整装置５１は第１還流配管Ｆａと第２下流配管Ｄ２の両方に配置してもよい。調整装置５２は第２還流配管Ｆｂに配置されたが、第３下流配管Ｄ３に配置してもよい。また、調整装置５２は第２還流配管Ｆｂと第３下流配管Ｄ３の両方に配置してもよい。調整装置は、調整装置５１又は５２の代替として、若しくは追加装置として、第１下流配管Ｄ１又は第３還流配管Ｆｃに置くこともできる。

【0079】

（１２）上述した第４実施形態において、第３実施形態で説明した逆洗機構２００を適用してもよい。この場合、還流配管Ｆ２を逆洗配管として利用される。

【0080】

（１３）上述した第５実施形態において、第３実施形態で説明した逆洗機構２００を適用してもよい。この場合、第１還流配管Ｆａ及び第２還流配管Ｆｂを逆洗配管として利用される。

【0081】

（１４）上述した第５実施形態において、第１還流配管Ｆａ及び第２還流配管Ｆｂを用いて、還流水を還流させたが、本開示はこれに限定されない。例えば、軸受装置８００あるいは封水装置７００の内部で第１還流配管Ｆａと第２還流配管Ｆｂとを１本の還流配管によって連通され、この還流配管が上流配管Ｕに連通されてもよい。この場合、１本の還流配管を用いて還流水を還流させることができるので、第１還流配管Ｆａ及び第２還流配管Ｆｂを用いる場合と比較して、給水機構２Ｅの構成を簡素化できる。

【0082】

（１５）上述した各実施形態において、封水装置７０Ａ、７０Ｂ、又は７００はラビリンスシールあるいはメカニカルシールでも良い。

【符号の説明】

【0083】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ,１Ｅ…水車、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ,２Ｅ…給水機構、１０…取水口、２０…ポンプ、３０…ろ過装置、３１…排砂弁、３２…排水槽、５０…流量調整弁、６０，６１，６２…オリフィス、７０Ａ，７０Ｂ，７００…封水装置、７１ａ，７１ｂ…パッキン、７２ａ，７２ｂ…スプリング、７３ａ，７３ｂ…パッキンケース、７４…給水口、７５Ａ…排水口、７５Ｂ…排水管、８０…主軸、８１…スリーブ、１００…水路、２００…逆洗機構、２０１…第１弁、２０２…第２弁、２０３…第３弁、２０４…第４弁、８００…軸受装置、Ｄ…下流配管、Ｄ１…第１下流配管、Ｄ２…第２下流配管、Ｄ３…第３下流配管、Ｆ１，Ｆ２…還流配管、Ｆａ…第１還流配管、Ｆｂ…第２還流配管、Ｌ１…第１配管、Ｌ２…第２配管、Ｕ…上流配管、Ｚｆ１…第１位置、Ｚｄ２…第２位置、Ｚｄ３…第３位置、Ｚｆ４…第４位置。

【要約】

【課題】清水を使用せずに、効率的に運用可能な給水機構を提供する。
【解決手段】給水機構２Ａは、土砂類を除去するろ過装置３０と、河川水が流れる水路１００に設けられた取水口１０とろ過装置３０との間を連通する上流配管Ｕと、水路１００に設けられる水車ランナ８２の主軸８０と摺動する封水装置７０Ａとろ過装置３０とを連通する下流配管Ｄと、ろ過装置３０によって土砂類が取り除かれた水の一部を上流配管Ｕに還流させる還流配管Ｆ１と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】