水力タービンのシールメンテナンス

水力タービン発電機ユニットのメンテナンスにおいて、メンテナンス項目の一つにメンテナンスシールがあります。水力タービンのメンテナンスシールとは、停止時やメンテナンス時に水力タービン作動シールおよび油圧ガイドベアリングに必要となるベアリングシールのことで、尾水位が高い時にタービンピットへの逆流を防ぐ役割を果たします。本日は、タービン主軸シールの構造から、タービンシールのいくつかの分類について解説します。

水力タービンの作動シールは以下のように分類できます。

（１）平板シール。平板シールには、単層平板シールと二層平板シールがあります。単層平板シールは、主に単層のゴム板を使用して、主軸に固定されたステンレス鋼回転リングの端面とシールを形成します。水圧によってシールされます。構造は単純ですが、シール効果は二層平板シールほど良くなく、耐用年数も二層平板シールほど長くありません。二層平板シールはシール効果は良好ですが、構造が複雑で、昇降時に水漏れが発生します。現在、小型および中型の軸流ユニットにも使用されています。

（２）ラジアルシール。ラジアルシールは、扇形のカーボンブロックを鋼製の扇形ブロック内にバネで主軸にしっかりと押し付けてシール層を形成する構造です。シールリングには小さな排水孔が設けられており、漏れた水を排出します。主に清浄な水中でシールされ、沈殿物を含む水中では耐摩耗性が低下します。シール構造が複雑で、設置やメンテナンスが難しく、バネの性能を確保するのが難しく、摩擦後のラジアル方向の自己調整が小さいため、現在ではほぼ廃止され、端面シールに置き換えられています。

（３）パッキンシール。パッキンシールは、底部シールリング、パッキン、水シールリング、水シールパイプ、グランドで構成されています。底部シールリングとグランド圧縮スリーブの中間にあるパッキンによって主にシールの役割を果たします。このシールは、小型の横型ユニットに広く使用されています。

（4）フェースシール。フェースシール***機械式と油圧式。機械式フェースシールは、スプリングの力で円形ゴムブロックを備えたディスクを引き上げ、円形ゴムブロックを主軸に固定されたステンレス鋼リングに近づけてシールする。ゴムシールリングは、水力タービンの上部カバー（またはサポートカバー）に固定される。このタイプのシール構造はシンプルで調整も容易だが、スプリングの力が不均一で、偏心クランプ、摩耗、シール性能の不安定性が発生しやすい。

（５）ラビリンスリングシール。ラビリンスリングシールは近年開発された新しいタイプのシールです。その動作原理は、タービンランナーの上部にポンププレート装置を設置することです。ポンププレートの吸引効果により、主軸フランジは常に大気中にあります。シャフトとシャフトシールの間には接触がなく、空気層のみが存在する状態です。シールの寿命は非常に長いです。主軸シールは非接触ラビリンス型で、シャフトに近い回転スリーブ、シールボックス、主軸シール排水管などの部品で構成されています。タービンの通常運転中は、全負荷範囲においてシールボックスに水圧がかかりません。ランナー上のポンププレートはランナーと共に回転し、水や固形物が主軸シールに侵入するのを防ぎます。同時に、ポンププレートの排水管は、水車の上部カバーの下に砂や固形物が蓄積するのを防ぎ、上部漏水止めリングを通して少量の漏水をポンププレートの排水管を通して排水口へ排出する。

これらはタービンシールの主要な4つのカテゴリーです。これら4つのカテゴリーの中で、ラビリンスリングシールは新しいシール技術として、シールボックスからの水漏れを効果的に防止できるため、多くの水力発電所で採用・使用されており、良好な運転効果が得られています。