CN105408635B

CN105408635B - 立轴泵

Info

Publication number: CN105408635B
Application number: CN201480041832.6A
Authority: CN
Inventors: 渡边裕辅; 石井正治; 杉山和彦
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: CN105408635A; WO2015012350A1; JPWO2015012350A1; CN107605793A; CN107605793B; JP2019023470A; JP6603382B2; JP6408990B2

Abstract

本发明不损失耐磨损性地在干燥运转时和在包含泥浆的排水运转时等也会防止因基于摩擦力和/或液膜等产生的不稳定化力而导致的振动。本发明的立轴泵在旋转轴(10(10′))的外周具有金属制的套筒(11)。在套筒(11)的外周侧设有第1滑动轴承(1)。另外，在第1轴承壳(12)的外周面上设有第2滑动轴承(9)。在旋转轴(10(10′))上固定有套筒壳(15)。在套筒壳(15)的内周面上设有套筒(14)。

Description

立轴泵

技术领域

本发明涉及具有滑动轴承的立轴泵，尤其涉及先行待机运转泵或在干燥条件下进行管理运转的泵等、进行空气中运转和排水(输水)运转的立轴泵。

背景技术

近年来，由于城市化的发展，而加深了绿地的减少、以及路面的混凝土化及柏油化的扩大，由此产生了城市热岛现象，被称为所谓游击暴雨的局部集中暴雨在市区频发。局部大量的降雨在混凝土化、柏油化了的路面上，没有被吸收到地下而直接被导入到水渠中。其结果为，大量的雨水在短时间内流入到排水泵站。

为了防备因频发的这样的集中暴雨而带来的大量雨水的快速排水，在设置于排水泵站的排水泵中，进行着在雨水到达排水泵站之前预先启动的先行待机运转，从而避免产生因启动延迟而导致的浸水损失。

图1是进行先行待机运转的立轴泵的局部概略图。在排水泵站的水槽100中配置有立轴泵3，该立轴泵3在沿纵向配置的轴的前端具有叶轮22，即使由于使空气与水一起吸入到叶轮22而导致水槽100的水位为最低运转水位LWL以下也能够继续运转(先行待机运转)。在该立轴泵3中，在叶轮22入口侧的吸水钟状罩(bell)27的侧面部上设有贯穿孔5，且在该贯穿孔5上安装有具有与外部空气接触的开口6a的空气管6。由此，在该立轴泵3中使经由贯穿孔5向立轴泵3内供给的空气的供给量根据水位而变化，从而在最低运转水位LWL以下控制立轴泵3的排水量。

图2是说明先行待机运转的运转状态的图。例如作为大城市的雨水排水用，与吸入水位无关而是基于降雨信息等预先启动立轴泵(A：空气中运转)。随着水位从低水位的状态上升，水位达到叶轮的位置，立轴泵从空转(空气中运转)经由通过叶轮搅拌水的运转(B：气水搅拌运转)、进一步经由一边将从贯穿孔供给的空气与水一起吸入一边逐渐增加水量的运转(C：气水混合运转)，向百分之百地进行水的排出的全开运转(D：稳态运转)过渡。另外，在水位从高水位降低时，从全开运转向一边将从贯穿孔供给的空气与水一起吸入一边逐渐减少水量的运转(C：气水混合运转)过渡。在水位到达LLWL附近时，向不吸入水也不进行排水的运转(E：气闭(air lock)运转)过渡。将具有这五个特征的运转总称为先行待机运转。此外，泵启动从比壳体下端低的水位LLLWL开始。

图3是表示图1所示的进行先行待机运转的立轴泵3整体的剖视图。此外，图2所示的贯穿孔5及空气管6被省略图示。如图3所示，立轴泵3具有：固定设置在泵设置台面上的排出弯头30；与该排出弯头30的下端连接的壳体29；与壳体29的下端连接、且将叶轮22收纳于内部的排出碗形部(bowl)28；和与排出碗形部28的下端连接、且用于吸入水的吸水钟形罩27。

在立轴泵3的壳体29、排出碗形部28及吸水钟形罩27的径向大致中心部上配置有通过联轴器26而相互连接的旋转轴10、10′。旋转轴10、10′由经由支承部件固定在壳体29上的上部轴承32、和经由支承部件固定在排出碗形部28上的下部轴承33支承。在旋转轴10、10′的一端侧(吸水钟形罩27侧)连接有用于将水吸入到泵内的叶轮22。旋转轴10、10′的另一端侧从设在排出弯头30上的孔通向立轴泵3的外部，而与使叶轮22旋转的未图示的发动机或马达等驱动机连接。

在旋转轴10、10′与设在排出弯头30上的孔之间设有浮动密封件、压盖密封垫(gland packing)或机械密封件等轴密封件34，由此防止立轴泵3所处理的水流出到立轴泵3的外部。

驱动机设在地上从而能够容易地进行保养检查。驱动机的旋转传递到旋转轴10、10′，从而能够使叶轮22旋转。水通过叶轮22的旋转而被从吸水钟形罩27吸入，并从排出碗形部28、壳体29通过从而从排出弯头30排出。

图4是适用于图3所示的轴承32、33的以往的轴承装置的放大图，图5是滑动轴承的立体图。如图4所示，以往的轴承装置在旋转轴10(10′)的外周具有由不锈钢等构成的金属制的套筒11。在套筒11的外周侧，设有图5所示的、中空圆筒的由树脂材料、陶瓷、烧结金属或进行了表面改性的金属构成的滑动轴承1。套筒11的外周面与滑动轴承1的内周面(滑动面)隔着非常狭窄的余隙而相对，且以相对于滑动轴承1滑动的方式构成。滑动轴承1通过由金属或树脂构成的轴承壳12并经由凸缘部12a而固定在向泵的壳体29(参照图3)等连接的支承部件13上。

图3所示的立轴泵3在泵启动时在空气中运转。即，轴承32、33在没有基于液体的润滑的干燥条件下运转。在此干燥条件是指泵运转中的轴承32、33的环境为没有基于液体的润滑的空气中的条件，而干燥运转是指在该条件下的运转。另外，图3所示的轴承32、33也在向轴承输水了的排水条件下运转。在此，排水条件是指泵运转中的轴承32、33的环境为混入有砂土等异物(泥浆)的水中的条件，而排水运转是指在该条件下的运转，例如是指气水混合运转、全开运转等、气闭运转等。由于在这样的条件下使用轴承32、33，所以在轴承32、33中存在如下的技术课题。

虽然对于滑动轴承1使用各种各样的材料，但在进行干燥运转的立轴泵3的情况下，从干燥滑动性及排水运转时的可靠性的观点考虑，大多使用树脂或陶瓷制的轴承。在该情况下，对滑动轴承1要求如下：可承受干燥运转时的摩擦发热，并且可抵抗排水运转时的因水中的泥浆而导致的磨损。但是，这两个特性大多矛盾，通常耐磨损性高的轴承材料具有摩擦系数高的倾向。因此若使排水运转时的耐磨损性优先而选定轴承材料，则干燥条件下的摩擦发热增大，若为了抑制干燥条件下的摩擦发热而选定摩擦系数低的轴承材料，则排水运转时的因泥浆产生的轴承材料的磨损量增加。

另外，在对滑动轴承1和配置于滑动轴承1与轴承壳12之间的缓冲材料使用树脂或橡胶等高分子材料的情况下，由于具有按材料而确定的可使用温度的上限，所以因摩擦产生的发热限度由这些材料的性质决定。

在具有以上说明的特性的滑动轴承1中，若为了提高滑动轴承1的维持管理性而提高滑动轴承1的耐磨损性，则轴承滑动面的摩擦系数增大。由于该轴承滑动面的摩擦而有可能产生以下说明的振动。

通常，在运转立轴泵3那样的旋转机械时，存在如下情况：由于因旋转体自身所具有的重量的不平衡和/或流体荷载而对旋转体强制产生的激振力而导致旋转机械振动。但是，作为其他旋转机械的振动原因，具有因旋转体的振摆回转而在与位移方向(旋转体的径向)正交的方向(旋转体的周向)上产生的力。该力被称为不稳定化力，具有消除旋转体的阻尼作用的效用。其结果为，当因不稳定化力而导致旋转体整体的阻尼作用成为负时，存在引起发散振动(振摆回转逐渐增大这样的振动)的情况。

在此，在立轴泵3启动时等的空气中运转中，与水中运转相比由于轴承部中没有润滑流体，所以轴承滑动面的摩擦系数大。由于该摩擦力成为上述不稳定化力，所以在使用了摩擦系数高的轴承材料的情况下，不稳定化力变大，从而在旋转轴10、10′上引起与旋转方向反向地振摆回转的发散振动。另外，在干燥运转时产生这样的发散振动的情况下，因振动而导致轴承的表面压力增大，从而在轴承滑动面上产生的摩擦力变得极大。因此，有可能由于因轴承温度急剧上升引起的热膨胀或烧结而导致轴承陷入功能不良。

另一方面，在立轴泵3的排水运转时，在滑动轴承1的滑动面上形成有液膜。由于该液膜而产生不稳定化力，由此存在产生较大振动的情况。该现象以与在通过油润滑的滑动轴承中被称为油膜振荡(oil whip)或油膜涡动(oil whirl)的现象相同的机理发生。当发生该现象时，旋转轴10、10′激烈地振动，而无法正常运转。

为了防止这些振动，需要谋求不稳定化力的降低、或基于阻尼付加产生的旋转轴10、10′的稳定性的提高。但是，大幅降低作为干燥运转时的不稳定化力的原因的摩擦系数如上所述是困难的，另外在立轴泵3的结构方面，难以对旋转轴10、10′赋予充分的阻尼作用。

像这样，在进行先行待机运转的立轴泵用的滑动轴承中，要求耐磨损性、耐发热性(低摩擦性)、耐振动性等性能，但目前难以以高水平同时满足这些要求。另外，耐磨损性高的轴承材料由于干燥条件时的摩擦系数高，所以经常无法使用，其结果为，存在无法大幅提高轴承寿命的问题点。

另外，立轴泵3根据旋转轴10、10′的长度而需要更多的轴承。在该情况下，因上述的振动产生使所有轴承受到影响而导致磨损严重，所以在较短的维护跨度时间(maintenance span)内就必须更换所有轴承。

发明内容

本发明是鉴于上述以往的问题而研发的，其目的之一在于，不损失耐磨损性地，在干燥运转时和在包含泥浆的排水运转时等也会减少因基于摩擦力和/或液膜等产生的不稳定化力而导致的振动。

另外，一个其他目的在于降低施加于轴承滑动面的摩擦力。

另外，另一其他目的在于提供一种整体地减少设在立轴泵上的所有滑动轴承的磨损从而整体地延长寿命的有效方法。

为了实现上述目的，本发明的一个方式的立轴泵具有：旋转部件，其在外周面上具有第1滑动部且在内周面上具有第2滑动部，并能够在水中及空气中旋转；第1滑动轴承，其通过内周面支承上述第1滑动部；和第2滑动轴承，其通过外周面支承上述第2滑动部。

关于本发明的其他方式的立轴泵，第1滑动轴承以能够在干燥条件及排水条件下支承上述第1滑动部的方式构成，上述第2滑动轴承以能够在干燥条件及排水条件下支承上述第2滑动部的方式构成。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述第1滑动部与上述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸为上述第1滑动轴承的内径的1/1000以上、1/100以下，上述第2滑动部与上述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸为上述第2滑动轴承的外径的1/1000以上、1/100以下。

此外，上述第1滑动部与上述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸是指第1滑动轴承的内径与第1滑动部的外径之差，上述第2滑动部与上述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸是指第2滑动部的内径与第2滑动轴承的外径之差。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述第2滑动部与上述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸相对于上述第1滑动部与上述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸的比率为0.5以上、2.0以下。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述第2滑动部与上述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸相对于上述第1滑动部与上述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸的比率为0.7以上、1.3以下。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述第2滑动轴承的外径相对于上述第1滑动轴承的内径的比率为0.2以上、2.0以下。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述旋转部件的位于水中的部分的支承仅由上述滑动轴承来进行。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述滑动轴承包含树脂材料、陶瓷或金属，其中该树脂材料包含PA、PBI、POM、PBT、PET、PPE、PC、UHMW-PE、PTFE、PPS、PI、PEEK、PAR、PSF、PEI、PAI、PES及PF中的至少一种。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述滑动轴承包含添加了碳纤维、玻璃纤维、碳颗粒、玻璃颗粒及石墨中的至少一种的树脂材料。

关于本发明的其他方式的立轴泵，形成有使水向上述第1滑动部与上述第1滑动轴承之间的间隙、及上述第2滑动部与上述第2滑动轴承之间的间隙通过的流路。

关于本发明的其他方式的立轴泵，以能够设置于排水泵站的方式构成。

关于本发明的其他方式的立轴泵，在向上述流路输水的给水口上具有滤网。

关于本发明的其他方式的立轴泵，具有保持上述滑动轴承的轴承壳，上述轴承壳在其内周面上保持上述第1滑动轴承，在其外周面上保持上述第2滑动轴承。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述旋转部件为旋转轴，上述第2滑动部设在上述旋转轴的端部。

关于本发明的其他方式的立轴泵，上述第1滑动轴承及/或上述第2滑动轴承沿周向分割地构成。

本发明的其他方式的立轴泵是具有多个轴承装置的立轴泵，上述轴承装置中的至少一个具有上述第1滑动轴承及上述第2滑动轴承。

发明效果

根据本发明，能够不损失耐磨损性地，在干燥运转时和包含泥浆的排水运转时等也会减少因基于摩擦力和/或液膜等产生的不稳定化力而导致的振动。另外，根据本发明，能够减少施加于轴承滑动面的摩擦力，其结果为，由于能够减少滑动轴承的发热量，所以能够使用摩擦系数更高的轴承材料、即耐磨损性更高的轴承材料。

而且，在具有多个滑动轴承的立轴泵中，上述滑动轴承的至少一组具有第1滑动轴承与上述第2滑动轴承的组合结构，由此能够提供一种整体地减少立轴泵所具有的滑动轴承的磨损从而整体地延长寿命的有效方法。

附图说明

图1是进行先行待机运转的立轴泵的局部概略图。

图2是说明先行待机运转的运转状态的图。

图3是表示进行先行待机运转的立轴泵的整体的剖视图。

图4是以往的轴承装置的放大图。

图5是滑动轴承的立体图。

图6是适用于本实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图7是图6所示的XX′截面的剖视图。

图8是表示干燥运转时的轴承装置的动作的图。

图9是表示排水运转时的轴承装置的动作的图。

图10是表示本实施方式的立轴泵进行干燥运转时的振动速度的图。

图11是表示本实施方式的立轴泵进行干燥运转时的轴承温度的图。

图12是表示本实施方式的立轴泵进行排水运转时的振动速度的图。

图13是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图14是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图15是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图16是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图17是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图18是图17所示的XX′截面的剖视图。

图19是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。

图20是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的横剖视图。

图21是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的横剖视图。

图22是其他实施方式的立轴泵的概略剖视图。

图23是用作底轴承的轴承装置的横剖视图。

图24是用作底轴承的其他轴承装置的横剖视图。

具体实施方式

以下参照附图来说明本发明的实施方式。在图6到图24中，对相同或相当的结构要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

图6是适用于本实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。此外，本实施方式的立轴泵代替图3所示的进行先行待机运转的立轴泵3的轴承32、33而适用了图6所示的轴承装置，除轴承32、33以外均为与图3所示的立轴泵3相同的结构，因此省略本实施方式的立轴泵3整体的说明。

本轴承装置在旋转轴10(10′)的外周具有由超硬合金或不锈钢等构成的金属制的套筒11。在套筒11的外周侧设有图5所示的中空圆筒的由树脂材料、陶瓷、烧结金属或进行了表面改性的金属构成的第1滑动轴承1。套筒11的外周面(第1滑动部17)与第1滑动轴承1的内周面(滑动面)隔着非常狭窄的第1余隙7而相对，并以相对于第1滑动轴承1的滑动面滑动的方式构成。第1滑动轴承1的外周部固定在由金属或树脂构成的轴承壳12的内周面上，轴承壳12经由凸缘部12a并通过螺栓等固定机构21b而固定在向立轴泵3的壳体29(参照图3)等连接的支承部件13上。

另外，在第1轴承壳12的外周面上设有中空圆筒的由树脂材料、陶瓷、烧结金属或进行了表面改性的金属构成的第2滑动轴承9。在旋转轴10(10′)上通过固定销或螺栓等固定机构21a而固定有套筒壳15。套筒壳15以通过旋转轴10(10′)的旋转而与旋转轴10(10′)同样地旋转的方式构成。在套筒壳15的内周面上设有套筒14。套筒14的内周面(第2滑动部18)与第2滑动轴承9的外周面(滑动面)隔着非常狭窄的第2余隙8而相对，并以相对于第2滑动轴承9的滑动面滑动的方式构成。

在套筒壳15上设有将包含泥浆等的水向第1余隙7及第2余隙8输入的给水口19。流入到给水口19的水从作为流路的第1余隙7及第2余隙8通过。像这样，由于形成有使水向第1余隙7及第2余隙8通过的流路，且第1余隙7及第2余隙8也作为流路发挥功能，所以能够在排水运转时以空气不滞留的方式使水快速地向第1余隙7及第2余隙8流动，从而快速地发挥第1滑动轴承1及第2滑动轴承9的功能。

第1滑动轴承1及第2滑动轴承9在立轴泵3启动时，在干燥条件下支承套筒11及套筒14，而在排水条件下隔着极薄的液膜支承套筒11及套筒14。

为了抑制旋转轴10(10′)的稳态振摆回转，并抑制因振摆回转而施加于第1滑动轴承1及第2滑动轴承9的荷载，优选第1余隙7的直径间隙尺寸(第1滑动轴承1的内径-套筒11的外径)及第2余隙8的直径间隙尺寸(套筒14的内径-第2滑动轴承9的外径)分别为第1滑动轴承1的内径的1/1000以上1/100以下、第2滑动轴承9的外径的1/1000以上1/100以下。在第1余隙7及第2余隙8的尺寸比这些范围大的情况下，旋转轴10(10′)的稳态振摆回转变大，因该振摆回转而施加于第1滑动轴承1及第2滑动轴承9的荷载也变大，从而存在难以稳定地运转的情况。另外，在第1余隙7及第2余隙8的尺寸比这些范围小的情况下，存在第1余隙7及第2余隙8被异物堵塞、或第1滑动轴承1及第2滑动轴承9因与异物之间的摩擦而烧粘的情况。

优选第1余隙7的直径间隙尺寸与第2余隙8的直径间隙尺寸相同，但如果第1滑动轴承1、第2滑动轴承9、套筒14或套筒11由树脂形成等而使得这些部件具有弹性，则即使第1余隙7的直径间隙尺寸与第2余隙8的直径间隙尺寸存在差异也会发挥本发明的功能。在该情况下，第2余隙8的直径间隙尺寸相对于第1余隙7的直径间隙尺寸的比率优选为0.5以上、2.0以下，更优选为0.7以上、1.3以下。但是，在如后述那样第1滑动轴承1、第2滑动轴承9、套筒14或套筒11进一步经由橡胶等缓冲材料而被固定的情况下(参照图13)，即使在因缓冲材料的变形而不在上述尺寸的范围内，第1滑动轴承1与第2滑动轴承9也能够同时分别与套筒11及套筒14接触，而发挥本发明的功能。

图7是图6所示的XX′截面的剖视图。如图示那样，构成为套筒11的外周面、第1滑动轴承1的内周面、第2滑动轴承9的外周面及套筒14的内周面各自的中心与中心轴O大致一致。此外，在图7中，为方便起见而放大示出第1余隙7及第2间隙9的尺寸。

图8是表示干燥运转时的轴承装置的动作的图。当旋转轴10(10′)旋转时，固定在旋转轴10(10′)上的套筒11及固定在套筒壳15上的套筒14也旋转。在干燥条件下，在套筒11的外周面与第1滑动轴承1在点A上接触时，会对旋转轴10(10′)产生轴承反作用力F_AN。由于该轴承反作用力F_AN，而在旋转轴10(10′)的旋转方向的反方向上产生摩擦力F_AF，该摩擦力F_AF成为在旋转轴10(10′)上引起旋转方向的反方向上的振摆回转振动的不稳定化力。

另一方面，套筒14与第2滑动轴承9在点B上接触，由此产生轴承反作用力F_BN，由于该轴承反作用力F_BN，产生作为摩擦力F_AF的反方向上的力的摩擦力F_BF。对旋转轴10(10′)体系来说，由于摩擦力F_AF与摩擦力F_BF相抵消，所以旋转轴10(10′)能够稳定地旋转。另外，旋转轴10(10′)的荷载(轴承反作用力)在点A和点B上分散，由此施加于滑动轴承的摩擦力也分散。其结果为，减少了因摩擦而导致的发热，从而抑制了干燥运转时的轴承的温度上升。

图9是表示排水运转时的轴承装置的动作的图。第1余隙7及第2余隙8被水充满，而该水分别构成液膜41、液膜42，由此本轴承装置作为流体润滑轴承装置而发挥功能。此时在液膜41上产生因旋转轴10(10′)的旋转而导致的周向上的压力不均一，其结果为，在旋转轴10(10′)上产生半径方向流体力F_AR和周向流体力F_AT。该周向流体力F_AT成为在排水运转时产生振动的不稳定化力。此外，该周向流体力F_AT为在上述干燥运转中产生的摩擦力F_AF的反方向上的力。

以往，为了在立式旋转轴中防止因该液膜产生的不稳定振动，而将轴承的内表面形状形成为多圆弧形状而并非正圆形状。但是，在包含大量泥浆的水中，在使用由树脂构成的轴承的情况下，存在由于磨损导致轴承的内表面形状接近正圆形状而失去振动抑制效果的情况。

在此，根据本轴承装置，在第2余隙8中的液膜42中，产生因套筒14的旋转而导致的周向上的压力不均一，其结果为，在旋转轴10(10′)上产生半径方向流体力F_BR和周向流体力F_BT。此时，由于周向流体力F_AT和周向流体力F_BT相互为相反方向，所以因液膜41、液膜42产生的不稳定化力相抵消，使旋转轴10(10′)能够不产生因不稳定化力而导致的振动地稳定地旋转。

图10是表示具有图6所示的轴承装置的本实施方式的立轴泵3进行干燥运转时的振动速度的图。为了与立轴泵3进行比较，而示出了具有图4所示的以往结构的轴承装置的立轴泵(以往结构)进行干燥运转时的振动速度。此外，以往结构的轴承装置及图6所示的轴承装置均作为滑动轴承而使用耐磨损性高且摩擦系数大的相同材料。如图示可知在具有本轴承装置的立轴泵3(本实施方式)中，从启动开始到停止为止以恒定且与以往结构相比低的振动速度运转。

图11是表示具有图6所示的轴承装置的本实施方式的立轴泵3进行干燥运转时的轴承温度的图。为了与立轴泵3进行比较，而示出了具有图4所示的以往结构的轴承装置的立轴泵(以往结构)进行干燥运转时的轴承温度。此外，以往结构的轴承装置及图6所示的轴承装置均作为滑动轴承而使用耐磨损性高且摩擦系数大的相同材料。如图示可知在具有本轴承装置的立轴泵3(本实施方式)中，从启动开始到停止为止保持恒定且与以往结构相比低的轴承温度。

如图10及图11所示，在具有以往结构的轴承装置的立轴泵中，由于施加于旋转轴的摩擦力大，所以产生大的振动，其结果为，轴承的温度上升增大。另一方面，在具有本轴承装置的立轴泵3中，如在图8中所说明地那样，能够减少振动并且减少摩擦力，从而能够抑制轴承温度的上升。

图12是表示具有图6所示的轴承装置的本实施方式的立轴泵3进行排水运转时的振动速度的图。为了与立轴泵3进行比较，而示出了具有图4所示的以往结构的轴承装置的立轴泵(以往结构)进行排水运转时的振动速度。此外，图12所示的结果是作为立轴泵的运转条件而以容易产生振动的条件来运转并计测此时的振动的结果。如图示可知在具有本轴承装置的立轴泵3(本实施方式)中，从启动开始到停止为止以恒定且与以往结构相比低的振动速度运转。

如以上所说明地那样，根据本实施方式的立轴泵3，即使在干燥运转时由于旋转轴10(10′)的轴的振摆回转而导致旋转体(套筒11及套筒14)与第1滑动轴承1及第2滑动轴承9发生冲撞，但由于在发生该冲撞时摩擦力的朝向相互反向地作用而抵消，所以能够抑制旋转轴10(10′)的振摆回转的发散，并防止因不稳定化而导致的振动。并且，能够减少因该振动而引起的摩擦，从而抑制轴承温度的上升。

由于本实施方式的立轴泵3具有第1滑动轴承1和第2滑动轴承9，所以能够分散干燥运转时的轴承滑动面的摩擦力，从而抑制因轴承滑动面的摩擦而导致的发热。由此，与以往结构相比能够使用摩擦系数高的轴承材料、即耐磨损性高的轴承材料，从而能够在长期间内稳定地运转。

另外，在本实施方式的立轴泵3中，由于在轴承壳12的内周面上保持第1滑动轴承1，在其外周面上保持第2滑动轴承9，所以能够成为在立轴泵3的轴向上紧凑的结构。

此外，在立轴泵3中，旋转轴10(10′)的位于水中的部分(套筒11及套筒14)的支承仅由第1滑动轴承1及第2滑动轴承9等滑动轴承来进行。即，在立轴泵3这样的进行排水运转的旋转机械中不适用球轴承或滚子轴承那样的滚动轴承，而能够通过滑动轴承起到本实施方式的效果。

接下来，说明其他实施方式的立轴泵。图13是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。如图示那样，在该轴承装置中，在第1滑动轴承1的背面侧(外周侧)及套筒14的背面侧(外周侧)配置有橡胶等的缓冲材料20a及缓冲材料20b。

通过设置这些缓冲材料20a及缓冲材料20b，即使对第1滑动轴承1及套筒14使用氮化硅或碳化硅等不耐冲击的材料，也能够防止因运转时的冲击而导致的破损。另外，如上述那样，即使第1余隙7和第2余隙8的尺寸不在上述范围内，通过缓冲材料20a及/或缓冲材料20b的变形也能够使第1滑动轴承1和第2滑动轴承9同时分别与套筒11及套筒14接触，从而能够充分地得到上述的不稳定化力的抵消效果。

此外，虽然缓冲材料20a及缓冲材料20b配置在第1滑动轴承1的背面侧及套筒14的背面侧，但配置部位并不限于此。例如，能够在套筒11的背面侧(内周侧)及第2滑动轴承9的背面侧(内周侧)、套筒11的背面侧及套筒14的背面侧、或第1滑动轴承1的背面侧及第2滑动轴承9的背面侧设置缓冲材料20a及缓冲材料20b。

图14是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。如图示那样，在该轴承装置中，在由树脂材料构成的第1滑动轴承1的背面侧(外周侧)配置有金属制的背衬(back-metal)31a，在该背衬31a的背面侧(外周侧)配置有缓冲材料20a。同样地，在套筒14的背面侧(外周侧)配置有金属制的背衬31b，在该背衬31b的背面侧(外周侧)配置有缓冲材料20b。即使为这样的复杂结构，也能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。

此外，虽然背衬31a及背衬31b配置在第1滑动轴承1的背面侧及套筒14的背面侧，但配置部位并不限于此。例如，能够在套筒11的背面侧及第2滑动轴承9的背面侧、套筒11的背面侧及套筒14的背面侧、或第1滑动轴承1的背面侧及第2滑动轴承9的背面侧，与缓冲材料20a及缓冲材料20b一起设置背衬31a及背衬31b。

图15是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。在本轴承装置中，作为第2滑动轴承9的材料而使用超硬合金或不锈钢等金属材料，作为套筒14的材料而使用树脂材料。像这样，即使滑动轴承和套筒的材料反过来，也能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。

图16是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。在本轴承装置中，以结构部件在旋转轴10(10′)的轴向上成为反向的方式配置。即使为这样的结构，也能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。

图17是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图，图18是图17所示的XX′截面的剖视图。要求立轴泵3在设置于排水泵站的状态下容易进行检查或更换消耗品等的维护。另外，在组装时，需要根据立轴泵3的形状在使旋转轴10(10′)从第1滑动轴承1的内侧通过后再将套筒壳15及套筒14固定在旋转轴10(10′)上。

因此，在本轴承装置中，如图18所示，构成为套筒壳15及套筒14分割成两部分而形成，通过固定螺栓24将分割的套筒壳15相互结合，由此能够固定在旋转轴10(10′)上。通过像这样构成套筒壳15及套筒14，也能够在立轴泵3的设置场所中容易地进行组装/分解。

图19是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的纵剖视图。本轴承装置在给水口19上设有具有比第1余隙7的尺寸及第2余隙8的尺寸小的开口(网眼宽度)的滤网23。由此，即使在排水中混入有砂土等泥浆，也能够防止比第1余隙7的尺寸及第2余隙8的尺寸大的泥浆侵入到第1余隙7及第2余隙8。其结果为，从第1余隙7及第2余隙8通过的水中所包含的泥浆的直径充分地减小，从而能够减少第1滑动轴承1的滑动面及第2滑动轴承9的滑动面的磨损。即，能够维持第1余隙7的尺寸及第2余隙8的尺寸，从而能够持续进行在图8及图9中说明的不稳定化力的相抵消。

此外，优选滤网23的开口直径为第1余隙7及第2余隙8的尺寸的一半以下。另外，优选给水口19沿着以旋转轴10(10′)的中心轴为中心的圆周以相等间隔设在套筒壳15上。

图20是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的横剖视图。在该轴承装置中，在第1滑动轴承1的内周面(滑动面)及第2滑动轴承9的外周面(滑动面)上沿轴向形成有多个槽35a。由于套筒11与第1滑动轴承1的内周面(滑动面)之间的曲率之差、及套筒14的滑动面与第2滑动轴承9的外周面(滑动面)之间的曲率之差极小，所以即使像这样形成槽35a，对第1滑动轴承1与套筒11之间的接触状态及第2滑动轴承9与套筒14之间的接触状态产生的影响也小，从而能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。另外，通过像这样形成槽35a，而能够使从第1余隙7及第2余隙8通过的水的流量增加。

此外，槽35a也可以仅形成在第1滑动轴承1及第2滑动轴承9中的某一方上。另外，槽35a也可以设在套筒侧。槽35a不仅可以沿旋转轴10(10′)的轴向形成，也可以沿周向、相对于轴向的倾斜方向形成，或者形成为一条或多条螺旋状。

图21是适用于其他实施方式的立轴泵的轴承装置的横剖视图。在该轴承装置中，第1滑动轴承1及第2滑动轴承9沿周向分割成多个部分，并隔开间隙35b地配置在套筒壳15的内周面上。即使为这样的轴承装置，也能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。

此外，也可以是仅分割第1滑动轴承1及第2滑动轴承9中的某一方而形成。另外，间隙35b也可以设在套筒侧，即，也可以分割套筒11及/或套筒14。

在以上说明的各实施方式的立轴泵的轴承装置中，第2滑动轴承9在旋转轴10(10′)上的配置并没有限定，只要为旋转轴10(10′)上的接液部、即立轴泵内，无论设在哪里均会起到本发明的效果。另外，即使不为立轴泵内，但只要为在抽水时接液的结构、例如为将第2滑动轴承9配置在立轴泵外部(驱动机侧)、并将配管与立轴泵内连结而在排水运转时通过立轴泵排出的水来润滑的结构，则同样地会起到本发明的效果。

此外，在以上说明的各实施方式的立轴泵中，说明了代替图3所示的进行先行待机运转的立轴泵3的轴承32及轴承33，而分别适用图6、13、14、15、16、17、19所示的轴承装置的轴承，但并不限于此，也可以代替轴承32及轴承33中的任一个而适用这些轴承装置。在该情况下，通过使立轴泵3具有至少一个这些轴承装置，而能够显著地减少旋转轴10(10′)的振摆回转。其结果为，施加于所有轴承的振动减少而轴承的磨损减少，从而能够整体地延长所有轴承的寿命，并能够延长维护时间跨度。

另外，立轴泵根据旋转轴10(10′)的长度而增加轴承装置的配备数，而存在轴承装置为三个以上的情况。即使在这样的情况下，通过作为该轴承装置而具有至少一个图6、13、14、15、16、17、19所示的轴承装置、即具有至少一组能够与可与旋转轴10(10′)一起旋转的部件的内周面滑动接触的第1滑动轴承1、及能够与可与旋转轴10(10′)一起旋转的部件的外周面滑动接触的第2滑动轴承9，而能够显著地减少旋转轴10(10′)的振摆回转。其结果为，施加于所有轴承的振动减少而轴承的磨损减少，从而能够整体地延长所有轴承的寿命，并能够延长维护时间跨度。

图22是其他实施方式的立轴泵的概略剖视图。如图示那样在立轴泵3中，旋转轴10′贯穿叶轮22，并在其前端部设有被支承部件13支承的底轴承37。在底轴承37的与旋转轴10′的相反一侧设有用于调整水流的轴承罩38。

图23是用作图22所示的立轴泵3的底轴承37的轴承装置的横剖视图。如图示那样，本轴承装置在旋转轴10′的外周设有套筒11，且旋转轴10′的端部形成为凹状。在该凹状的端部的内周上经由缓冲材料20b设有套筒14。与套筒11隔着第1余隙7而相对的第1滑动轴承1在其背面侧(外周侧)配置有缓冲材料20a，且该缓冲材料20a固定在轴承壳12上。在套筒14的内周侧配置有隔着第2余隙8而相对的第2滑动轴承9，且以套筒14的内周面与第2滑动轴承9的外周面滑动接触的方式构成。第2滑动轴承9通过轴承壳16而固定，轴承壳16通过螺栓21c而固定在支承部件13上。在轴承壳16上设有给水口19，从给水口19输入的水从第1余隙7及第2余隙8通过，由此使本轴承装置作为流体润滑轴承装置而发挥功能。

根据本轴承装置，能够起到与图6所示的轴承装置相同的效果。在此基础之上，通过在旋转轴10′的端部设置套筒14，而能够减小套筒14的内周面(第2滑动面)的直径。由此，能够降低套筒14的内周面的圆周速度，从而能够抑制因第2滑动轴承9的摩擦而导致的发热。另外，由于第2滑动轴承9配置在旋转轴10′的端部附近，所以能够容易地进行第2滑动轴承9的安装/更换，从而能够容易地对现有的立轴泵适用本轴承装置。此外，虽然没有图示，但优选在轴承壳16的下侧(水的流入侧)以避免妨碍水流的方式设置大致半球状的轴承罩38(参照图22)。在该情况下，为了减少混入水中的泥浆向第1余隙7及第2余隙8的混入，优选构成为，在轴承罩38上在与水流方向成直角的方向上设置给水口，并将该给水口与轴承壳16的给水口19连接。

图24是用作图22所示的立轴泵3的底轴承37的其他轴承装置的横剖视图。在本轴承装置中，旋转轴10′的端部形成为凹状，在该凹状的端部的内周上经由缓冲材料20b设有套筒14。套筒14被压板36从下方向推压，而固定在旋转轴10′上。另外，该套筒14相对于套筒11配置在轴向大致相同的位置上。由此，能够减小本轴承装置的设置体积。

在适用于以上说明的各实施方式的立轴泵的轴承装置中，优选第2滑动轴承9的外径相对于第1滑动轴承1的内径的比率为0.2以上、2.0以下。若第2滑动轴承9的外周面(滑动面)的直径的比率超过该范围，则套筒14的圆周速度变大，从而干燥运转时的因摩擦而导致的发热增大，因此不优选。此外，在使用内径不同的多个第1滑动轴承1的情况下，优选使用具有为其最小径的0.2倍以上且为最大径的2.0倍以下的外径的第2滑动轴承9。

另外，在适用于以上说明的各实施方式的立轴泵的轴承装置中，对于用于第1滑动轴承1及第2滑动轴承9的材料，为了在干燥运转及排水运转中作为长期间轴承发挥功能，而在干燥运转时要求低摩擦系数、在包含泥浆的水中要求高耐磨损性。因此，优选第1滑动轴承1及第2滑动轴承9由包含树脂材料的耐磨损性高的材料形成，其中该树脂材料包含PA(聚酰胺)、PBI(聚苯并咪唑)、POM(聚缩醛)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PPE(聚苯醚)、PC(聚碳酸酯)、UHMW-PE(超高分子聚乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PPS(聚苯硫醚)、PI(聚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PAR(聚芳酯)、PSF(聚砜)、PEI(聚醚酰亚胺)、PAI(聚酰胺酰亚胺)、PES(聚醚砜)及PF(酚醛树脂)中的至少一种。

而且，优选第1滑动轴承1及第2滑动轴承9由包含在上述树脂材料中添加了碳纤维、玻璃纤维、碳颗粒、玻璃颗粒或石墨等的材料的、进行了强化/改性的材料形成。另外，第1滑动轴承1及第2滑动轴承9从需要具有高耐磨损性的观点考虑，也可以由包含氮化硅或碳化硅等的陶瓷或金属的材料形成。

这些材料的比磨损率(以摩擦体积/轴承荷载/行进距离定义的耐磨损性的指标)至少为1×10^-6mm²/N以下，根据材料而为1×10^-7mm²/N以下。因此，虽然在以往结构中需要选择同时实现低摩擦性和耐磨损性的材料，但由于在上述的材料中具有低摩擦性，所以只要仅考虑耐磨损性即可。

套筒11及套筒14能够由包含超硬合金及不锈钢等金属材料、陶瓷、或上述树脂材料的材料形成，优选耐磨损性高的材料。第1滑动轴承1和第2滑动轴承9的材料也可以为相互不同的材料。套筒11和套筒14的材料也可以为相互不同的材料。本发明无论将具有怎样的摩擦系数的材料用于第1滑动轴承1、第2滑动轴承9、套筒11及套筒14，都能够减少不稳定化力。

本发明并不限于上述的实施方式的立轴泵，能够良好地用于具有滑动轴承的立轴泵，尤其能够良好地用于按先行待机运转中的每个运转状态(空气中运转、气水搅拌运转、气水混合运转、稳态运转、气闭运转那样的运转状态)而施加于轴承的载荷变化、导致不稳定化力变化的立轴泵。

另外，上述各实施方式的立轴泵以能够设置于排水泵站的方式构成。由于合流式等的对下水道用雨水进行排水的排水泵站排出包含泥浆的水，所以上述各实施方式的立轴泵优选适用于排水泵站。尤其在为大深度型雨水排水设备且为采用将沉砂池设于泵的排出侧的后沉砂方式的排水泵站中，由于与在泵的流入侧前设置沉砂池的前沉砂方式的排水泵站相比泥浆量多，所以能够更良好地使用上述各实施方式的立轴泵。

上述的实施方式是以具有本发明所属的技术领域下的通常知识的人能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例只要为本领域技术人员当然均可实现，本发明的技术思想也能够适用于其他实施方式。因此，本发明并不限定于所记载的实施方式，在遵照由权利要求书定义的技术思想的最广泛范围内被解释。

附图标记说明

1第1滑动轴承、3立轴泵、5贯穿孔、6空气管、6a开口、7第1余隙、8第2余隙、9第2滑动轴承、10旋转轴、10′旋转轴、11套筒、12轴承壳、12a凸缘部、13支承部件、14套筒、15套筒壳、16轴承壳、17第1滑动部、18第2滑动部、19给水口、20a缓冲材料、20b缓冲材料、21a固定机构、21b固定机构、22叶轮、23滤网、24固定螺栓、27吸水钟形罩、28排出碗形部、29壳体、30排出弯头、31a背衬、31b背衬、32上部轴承、33下部轴承、34轴密封件、35a槽、35b间隙、36压板、37底轴承、38轴承罩、100水槽。

Claims

1.一种立轴泵，其特征在于，具有：

旋转部件，其在外周面上具有第1滑动部且在内周面上具有第2滑动部，并能够在水中及空气中旋转；

第1滑动轴承，其通过内周面支承所述第1滑动部；和

第2滑动轴承，其通过外周面支承所述第2滑动部。

2.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述第1滑动轴承以能够在干燥条件及排水条件下支承所述第1滑动部的方式构成，

所述第2滑动轴承以能够在干燥条件及排水条件下支承所述第2滑动部的方式构成。

3.如权利要求1或2所述的立轴泵，其特征在于，

所述第1滑动部与所述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸为所述第1滑动轴承的内径的1/1000以上、1/100以下，

所述第2滑动部与所述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸为所述第2滑动轴承的外径的1/1000以上、1/100以下。

4.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述第2滑动部与所述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸相对于所述第1滑动部与所述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸的比率为0.5以上、2.0以下。

5.如权利要求4所述的立轴泵，其特征在于，

所述第2滑动部与所述第2滑动轴承之间的直径间隙的尺寸相对于所述第1滑动部与所述第1滑动轴承之间的直径间隙的尺寸的比率为0.7以上、1.3以下。

6.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述第2滑动轴承的外径相对于所述第1滑动轴承的内径的比率为0.2以上、2.0以下。

7.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述第1滑动轴承及所述第2滑动轴承包含树脂材料、陶瓷或金属，其中该树脂材料包含PA、PBI、POM、PBT、PET、PPE、PC、UHMW-PE、PTFE、PPS、PI、PEEK、PAR、PSF、PEI、PAI、PES及PF中的至少一种。

8.如权利要求7所述的立轴泵，其特征在于，

所述第1滑动轴承及所述第2滑动轴承包含添加了碳纤维、玻璃纤维、碳颗粒、玻璃颗粒及石墨中的至少一种的树脂材料。

9.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

形成有使水向所述第1滑动部与所述第1滑动轴承之间的间隙、及所述第2滑动部与所述第2滑动轴承之间的间隙通过的流路。

10.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

以能够设置于排水泵站的方式构成。

11.如权利要求9所述的立轴泵，其特征在于，

在向所述流路输水的给水口上具有滤网。

12.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

具有轴承壳，所述轴承壳在内周面上保持所述第1滑动轴承，在外周面上保持所述第2滑动轴承。

13.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述旋转部件为旋转轴，

所述第2滑动部设在所述旋转轴的端部。

14.如权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述第1滑动轴承及/或所述第2滑动轴承沿周向分割地构成。

15.一种立轴泵，具有多个轴承装置，其特征在于，

所述轴承装置中的至少一个具有权利要求1至14中任一项所述的第1滑动轴承及第2滑动轴承。

16.一种滑动轴承装置，其特征在于，具有：

第1滑动轴承，其通过内周面支承设在旋转部件的外周面上的第1滑动部；和

第2滑动轴承，其通过外周面支承设在所述旋转部件的内周面上的第2滑动部。