JP2002048090A - 長軸ポンプ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長軸ポンプ構造に関し、軸を中空化して軽量
とし軸の撓みを小さくし、曲げ応力を低減する。 【解決手段】 中空軸１０は一端が図示省略のジャーナ
ル軸受とスラスト軸受で、先端部がジャーナル軸受３３
で支持され、先端のインペラ３１を回転させる。中空軸
１０は１０ａ，１０ｂ，１０ｃの３本をボルト６、ナッ
ト７で周囲を複数個所締め付けて連結される。接合部の
フランジ３ａ，３ｂの周囲にはリング状カバー４が同カ
バーのカバー取付フランジ５にボルト６を挿通すること
により両フランジ３ａ，３ｂと共に固定され、周囲に流
れる水流の乱れを防止する。長軸横型ポンプの軸を中空
化することにより軸の撓みを小さくし、発生する曲げ応
力を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は長軸ポンプ構造に関
し、回転軸の重量を軽減し、軸の撓み量を抑えて軸に発
生する曲げ応力を低減する構造としたものである。

【０００２】

【従来の技術】ポンプの構造上、性能上、等の制約によ
り途中に軸受が設置できない軸受スパンの大きい長軸横
型ポンプが適用される場合があり、このようなポンプで
は回転軸が長く、自重により軸に発生する曲げ応力が増
大するため軸は中実で剛性の高い構造となっている。

【０００３】図６は上記の長軸ポンプの一例であり、長
軸構造のポンプである。駆動軸３０は一端がモータ３６
に連結されて回転駆動され、先端のインペラ３１を回転
させる。３２は水の流出するディフューザ固定ガイドで
ありディフューザ先端部３８を支持すると共に水路出口
を形成している。駆動軸３０一端の駆動側は、ラジアル
軸受３４、スラスト軸受３５で支持され、他端の先端側
はラジアル軸受３３で支持されている。このラジアル軸
受３３は出口ディフューザ部に固定ガイド３２を介して
固定される。

【０００４】駆動軸３０は、この例では中実の軸で長尺
であり、途中には軸受支持のない構造であり、一端が基
礎部４０へラジアル軸受３４、スラスト軸受３５で支持
され、先端部がラジアル軸受３３により支持され、モー
タ３６により回転駆動される。

【０００５】上記の長軸ポンプにおいて、水は水路ケー
シング３９を通って図中矢印で示すように吸い込まれ、
駆動軸３０の周囲を通り、インペラ３１で加圧されてデ
ィフューザ先端部３８より流出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の長
軸ポンプ構造では、途中に軸受が設置できない軸受スパ
ンの長軸横型ポンプが要求される場合があり、このよう
な長軸横型ポンプにおいては、軸も強度を保つために中
実構造としており自重も大きくなっている。従って自重
により軸が撓み、図７に示す軸受間のスパンが３０ｍ程
度の軸では中央部の撓みは１００mm程度にもなり、軸に
発生する曲げ応力が増大し、最悪の場合には軸が折れる
ような事態も発生する。

【０００７】そこで本発明は、長軸で軸受スパンの大き
な軸を中空化することにより軸の自重を軽減させ、軸の
撓み量を小さくして発生する曲げ応力を低減するように
した長軸ポンプ構造を提供することを課題としてなされ
たものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の（１）〜（６）の手段を提供する。

【０００９】（１）横向きに配置され先端部にインペラ
が取付けられ、後端が駆動装置に連結されると共に、両
側が軸受で支持される回転軸を有する長軸ポンプ構造に
おいて、前記回転軸は中空形状の軸であることを特徴と
する長軸ポンプ構造。

【００１０】（２）前記中空軸は複数本の中空軸片を接
合して構成され、各中空軸片は端部に形成されたフラン
ジ同志を接しボルト結合されることを特徴とする（１）
記載の長軸ポンプ構造。

【００１１】（３）前記各中空軸片の接合部周囲にはリ
ング状カバーが取付けられており、同リング状カバーの
取付けは同カバーに形成されたフランジと前記中空軸片
のフランジと共に前記ボルトで締め付けられることを特
徴とする（３）記載の長軸ポンプ構造。

【００１２】（４）横向きに配置されて両側の固定部へ
取付けられた内軸と、同内軸の周囲に取付けられた少な
くとも１個のジャーナル軸受と、前記内軸が中心に挿通
された中空形状で前記ジャーナル軸受で内壁周囲が回転
自在に支持されると共に、インペラが取付けられる先端
部外周囲が前方ジャーナル軸受で支持される中空軸とを
備えてなることを特徴とする長軸ポンプ構造。

【００１３】（５）横向きに配置され先端部にインペラ
が取付けられ、後端が駆動装置に連結されると共に、両
側が軸受で支持される回転軸を有する長軸ポンプ構造に
おいて、前記回転軸は中空形状の軸であり、同中空軸の
中心に挿通され同中空軸と一体的に回転する芯棒を備え
てなり、同芯棒は一端部を押圧又は引っ張ることにより
前記中空の回転軸に軸方向の張力を与える構成であるこ
とを特徴とする長軸ポンプ構造。

【００１４】（６）前記回転軸の中空形状の内壁周囲の
全長に亘って複数の縦リブが設けられていることを特徴
とする請求項１又は４記載の長軸ポンプ構造。

【００１５】本発明の（１）においては、長軸ポンプの
軸が中空軸となっており、従来の中実の軸よりも自重が
軽減され軸の撓み量が小さくなり、発生する曲げ応力を
低減させることができる。又、軸を中空化することによ
り自重が小さくなるので軸径を中実の軸径よりも太くす
ることができ、曲げ応力は外表面で最大となるので、中
空化による強度低下は小さく問題とはならない。

【００１６】本発明の（２）では、中空軸は複数の中空
軸片をボルトで接合した構造であり、上記（１）の発明
の効果に加えて、製作が容易となり、長軸のものを一体
加工する場合と比べ、広い場所を必要としない。又、補
修、取替え等も容易となる利点を有する。

【００１７】本発明の（３）では、中空軸片の接合部に
はリング状カバーで覆われているので、軸周囲に沿って
流れる水流の乱れを防止することができ、上記（１）の
発明の信頼性を一層向上することができる。

【００１８】本発明の（４）においては、軸は中空形状
であるので、上記（１）の発明と同様に軸の自重が軽量
となり、軸の自重による撓みが小さくなり、曲げ応力を
低減させることができる。又、内軸が両側の固定部へ固
定されているので、その外側にジャーナル軸受を介して
支持される中空軸の撓みも抑えられ、曲げ応力の発生を
より小さくすることが可能になる。

【００１９】本発明の（５）では、芯棒に張力又は圧縮
力を加えることにより芯棒に加わる力が中空軸を軸方向
に引っ張るように作用する。これにより中空軸が撓もう
とすると、中空軸を直線状に引き戻そうとする力が作用
し、撓みが抑えられる。又、本発明の（６）においては
中空軸内壁面に縦リブが設けられているので回転軸の強
度が増し、曲げに対してより一層強くなるものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る長軸ポンプ構造を示し、（ａ）は長
軸ポンプの駆動軸の側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ
部拡大詳細図である。図１（ａ）において、１０は中空
軸であり、図６に示す駆動軸３０に相当する軸であり、
中空としたために軸径を大きくし、１０ａ，１０ｂ，１
０ｃの３本の軸を接合して構成されている。軸１０ａと
軸１０ｂとは、それぞれ端部１ａと１ｂとが接合され、
軸１０ｂと１０ｃとは端部２ａと２ｂとが接合され、１
本の中空軸を構成している。その他の構成は図６に示す
従来例と同じであるので説明は省略する。

【００２１】図１（ｂ）は、軸１０ａと１０ｂとの接合
部を示し、軸１０ａの端部１ａと１０ｂの端部１ｂには
小径部を形成することにより、それぞれ周方向にフラン
ジ３ａと３ｂとが形成され、これらフランジ３ａと３ｂ
の面は互いに接合して周囲の複数個所でボルト６とナッ
ト７で締め付けられて連結される。フランジ３ａと３ｂ
の外周囲は軸１０ａ，１０ｂの外周囲よりも小径となっ
ており、周囲には円環状のリング状カバー４が装着さ
れ、リング状カバー４の外表面と軸１０ａ，１０ｂ外表
面とで同一の軸外周面が形成されている。

【００２２】リング状カバー４にはボルト６締結の位置
に一体的にカバー取付フランジ５が形成されており、こ
のカバー取付フランジ５にはボルト６が挿通されて軸１
０ａ，１０ｂのフランジ３ａ，３ｂと共にボルト６、ナ
ット７で締め付けられて、リング状カバー４は軸１０
ａ，１０ｂに固定されている。

【００２３】上記構成の実施の第１形態の長軸ポンプ構
造においては、従来の中実の駆動軸３０に代えて、軸を
中空化した中空軸１０とし、この中空軸１０は１０ａ，
１０ｂ，１０ｃの３本の中空軸にそれぞれフランジ３
ａ，３ｂを設けてボルト結合とし、結合部には、フラン
ジ３ａ，３ｂを形成すべく軸径を小さくし、その結果形
成された円周状の凹部を覆うリング状カバー４を設けた
構成とする。このような中空軸１０の採用により、長軸
のポンプ駆動軸が軽くなって自重が低減され、撓み量も
小さくなるので曲げ応力の発生を低減させることができ
る。なお、発生する撓み量は、本発明の中空軸では従来
の中実の軸３０の場合に発生していた撓み量よりも軽減
される。

【００２４】又、水張り時には中空軸１０には浮力が生
じ、中水での重量が更に軽減され、撓み量を小さくする
ことができる。更に、分割構造であるので製作が容易と
なり、長軸のものと一体的に製造する場合と比べ広大な
場所も必要とせず、分割部分の同時製作が可能となる。
又、更に、分割部分の接合部はリング状のカバー４で覆
われているので軸周囲に流れる水流の乱れも発生しな
い。なお、上記の実施の第１形態においては、中空軸１
０を３分割する例で説明したが、分割数は３分割でなく
ても良く、必要に応じて分割数を決定すれば良いもので
ある。

【００２５】図２は本発明の実施の第２形態に係る長軸
ポンプの軸の断面図である。図において、２０は駆動軸
であり、図１のものと同じく径を従来よりも大きくし、
中空軸として形成され回転駆動されて先端のインペラ３
１を回転させる構造である。２１は内軸であり、固定側
の壁４１と４３との間に張力用ナット２３と２４とで張
力をかけて固定されている。２２はジャーナル軸受であ
り、内軸２１に所定間隔で複数個所に取付けられ、その
外周囲で駆動軸２０を内側から回転自在に支持してい
る。

【００２６】又、駆動軸２０は先端部において外周囲が
ジャーナル軸受２７で支持されている。ジャーナル軸受
２７は先端部２８を介してディフューザに固定されてい
る。２５はモータであり、伝達歯車２６により、その回
転を駆動軸２０へ伝達する。２８，２９は油シール部で
あり、内軸２１へ取付けられ、両端部をシールし、図示
していないが潤滑油をジャーナル軸受２２へ供給し、
又、回収する通路が設けられる。

【００２７】上記の実施の第２形態においては、固定側
の壁４１と４３との間に静撓み量を抑えるために引張力
を加え固定された内軸の周囲のジャーナル軸受２２で駆
動軸２０の内側を支持し、外周側のジャーナル軸受２７
で中空の駆動軸２０の外側が支持され、内軸の外周囲に
回転駆動されて駆動軸２０先端に取付けられたインペラ
３１を回転させる構成とする。このような駆動軸の構成
により、駆動軸２０が軽量となり、軸の自重による撓み
が小さくなり、軸の曲げ応力の発生を低減することがで
きる。又、内軸２１の引張力によっても内軸２１の撓み
が抑えられるので、その外周に支持された駆動軸２０の
撓みも抑えられることになる。

【００２８】なお、上記に説明した実施の第１，第２形
態においては、長軸の途中に軸受が設置できない軸受ス
パンの長い長軸の横型ポンプの例で説明したが、中空軸
で長軸のポンプとしては軸の軽量化を目的として縦型の
ポンプにも適用でき、軸の軽量化と振動防止、等の効果
が得られるものである。

【００２９】図３は本発明の実施の第３形態に係る長軸
ポンプ構造の断面図である。図において、６０は中空軸
であり、モータ６９により回転駆動される。６１は中空
軸６０に取付けられたインペラ、６２は芯棒であり中
空、中実のいずれでも良く、中空軸６０内の中心に挿通
され、両端において端板６５，６７で固定される。６３
は補強であり芯棒６２を複数個所において中空軸６０内
壁に固定するものである。６４は中空軸６０を回転可能
に支持する軸受である。６６は固定側のガイドベーン、
６８は中空軸６０の端部に設けられ、芯棒６２を圧縮す
ると共に、中空軸に張力を与えるためのものである。そ
の他のポンプの作用は従来例で説明した通りであり、説
明は省略する。

【００３０】上記構成の実施の第３形態において、ボル
ト６８により芯棒６２に圧縮力を与えると、中空軸６０
は引っ張られて張力が与えられ、中空軸６２が自重で撓
もうとすると、軸を直線状に引き戻そうとする力が作用
し、撓みが抑えられる。芯棒６２は圧縮力が与えられる
ので、座屈を防止するために複数個所に補強６３を配置
し、曲げを拘束するようにしている。このような構造の
実施の第４形態においても、中空軸であるので軸の自重
が小さくなり、又、軸の撓みは、芯棒６２を圧縮すると
共に中空軸に張力を与えることにより確実に抑えること
ができる。

【００３１】図４は本発明の実施の第４形態に係る長軸
ポンプ構造を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
におけるＢ−Ｂ断面図である。図において、７０は中空
軸であり、（ｂ）図に示すように、外筒７０ａと内筒７
０ｂとからなり、内、外筒７０ａ，７０ｂ間は９０度間
隔に縦リブ７４が全長に亘って設けられている。

【００３２】７１は中空軸７０に取り付けられたインペ
ラ、７２は中空軸７０を軸受７３に回転自在に支持する
支持軸である。なお、他端の駆動部と軸受は図示省略し
ているが従来と同様の構造であり、特に説明は省略す
る。７４は端板であり、ガイドベーン７５が取り付けら
れたケースを固定する。その他の水路やポンプの作用は
図６で説明した従来例と同じであるので説明は省略す
る。

【００３３】本実施の第４形態においては、中空軸内壁
面に縦リブ７４を円周方向に均等に４個設け、内側の内
筒７０ｂと外側の外筒７０ａとを連結した構成であり、
本実施の第４形態においても、実施の第１形態と同じ作
用、効果を奏すると共に、更に、中空軸の断面係数を高
くし、曲げが防止され、一層信頼性が向上するものであ
る。

【００３４】図５は本発明の実施の第５形態に係る長軸
ポンプ構造の断面図である。図において、８０は中空軸
であり、一端が軸受８４で回転自在に支持され他端でモ
ータ６９により回転駆動される。中空軸８０内には複数
個所に中空軸引張部材８７が固定され、中心部は引張棒
８２が移動自在に挿通されている。引張棒８２には一端
に頭８３が取付けられ、途中の中空軸引張部材８７に当
接する位置にも頭８３が形成され、又、他端には端板８
９を介して外部に突出し、ナット８８で中空軸８０の端
部へ固定されている。なお、８１はインペラ、８５は中
空軸８０の端板８６は固定側のガイドベーンである。
又、ポンプとしての作用は従来例で説明した内容と同じ
であり、説明は省略する。

【００３５】上記に説明の実施の第５形態においては、
図３の例では芯棒に圧縮力が作用したが、芯棒に相当す
る引張棒８２には張力が働くようにしたものであり、そ
の他の作用は図３の実施の第３形態のものと同じであ
る。即ち、ナット８８を締めると、引張棒８２は引っ張
られるが、頭８３で中空軸引張部材８７を図中右側へ押
すことにより、中空軸８０は引っ張られることになり、
図３に示す例と同様の作用、効果を奏し、中空軸の撓み
を確実に抑えることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の長軸ポンプ構造は、（１）横向
きに配置され先端部にインペラが取付けられ、後端が駆
動装置に連結されると共に、両側が軸受で支持される回
転軸を有する長軸ポンプ構造において、前記回転軸は中
空形状の軸であることを特徴としている。

【００３７】このような構造により、従来の中実の軸よ
りも自重が軽減され軸の撓み量が小さくなり、発生する
曲げ応力を低減させることができる。又、軸を中空化す
ることにより自重が小さくなるので軸径を中実の軸径よ
りも太くすることができ、曲げ応力は外表面で最大とな
るので、中空化による強度低下は小さく問題とはならな
い。

【００３８】本発明の（２）では、中空軸は複数の中空
軸片をボルトで接合した構造であり、上記（１）の発明
の効果に加えて、製作が容易となり、長軸のものを一体
加工する場合と比べ、広い場所を必要としない。又、補
修、取替え等も容易となる利点を有する。

【００３９】本発明の（３）では、中空軸片の接合部に
はリング状カバーで覆われているので、軸周囲に沿って
流れる水流の乱れを防止することができ、上記（１）の
発明の信頼性を一層向上することができる。

【００４０】本発明の（４）の長軸ポンプ構造は、横向
きに配置されて両側の固定部へ取付けられた内軸と、同
内軸の周囲に取付けられた少なくとも１個のジャーナル
軸受と、前記内軸が中心に挿通された中空形状で前記ジ
ャーナル軸受で内壁周囲が回転自在に支持されると共
に、インペラが取付けられる先端部外周囲が前方ジャー
ナル軸受で支持される中空軸とを備えてなることを特徴
としている。

【００４１】このような構造により、上記（１）の発明
と同様に軸の自重が軽量となり、軸の自重による撓みが
小さくなり、曲げ応力を低減させることができる。又、
内軸が両側の固定部へ固定されているので、その外側に
ジャーナル軸受を介して支持される中空軸の撓みも抑え
られ、曲げ応力の発生をより小さくすることが可能にな
る。

【００４２】本発明の長軸ポンプ構造は、又、（５）横
向きに配置され先端部にインペラが取付けられ、後端が
駆動装置に連結されると共に、両側が軸受で支持される
回転軸を有する長軸ポンプ構造において、前記回転軸は
中空形状の軸であり、同中空軸の中心に挿通され同中空
軸と一体的に回転する芯棒を備えてなり、同芯棒は一端
部を押圧又は引っ張ることにより前記中空の回転軸に軸
方向の張力を与える構成であることを特徴としている。

【００４３】このような構成により、芯棒に張力又は圧
縮力を加えることにより芯棒に加わる力が中空軸を軸方
向に引っ張るように作用する。これにより中空軸が撓も
うとすると、中空軸を直線状に引き戻そうとする力が作
用し、撓みが抑えられる。又、本発明の（６）において
は中空軸内壁面に縦リブが設けられているので回転軸の
強度が増し、曲げに対してより一層強くなるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る長軸ポンプ構造
の軸を示し、（ａ）は軸の全体を示す側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ部拡大図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る長軸ポンプの軸
の断面図である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る長軸ポンプ構造
の断面図である。

【図４】本発明の実施の第４形態に係る長軸ポンプ構造
の中空軸断面図である。

【図５】本発明の実施の第５形態に係る長軸ポンプ構造
の断面図である。

【図６】従来の長軸ポンプの断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ 端部 ３ａ，３ｂ フランジ ４ リング状カバー ５ カバー取付フランジ ６ ボルト ７ ナット １０，５０，６０，７０ 中空軸 ２０ 駆動軸 ２１ 内軸 ２２，２７ ジャーナル軸受 ２３，２４ 張力用ナット ２５ モータ ２６ 伝達歯車 ２８，２９ シール部 ５２ 支持軸 ６２ 芯棒 ８２ 引張棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 揚 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 筒井 勇哉 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 大久保 剛 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA01 CA13 DA16 DA19 3J033 AA01 BA02 BA04 BA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横向きに配置され先端部にインペラが取
   付けられ、後端が駆動装置に連結されると共に、両側が
   軸受で支持される回転軸を有する長軸ポンプ構造におい
   て、前記回転軸は中空形状の軸であることを特徴とする
   長軸ポンプ構造。
2. 【請求項２】 前記中空軸は複数本の中空軸片を接合し
   て構成され、各中空軸片は端部に形成されたフランジ同
   志を接しボルト結合されることを特徴とする請求項１記
   載の長軸ポンプ構造。
3. 【請求項３】 前記各中空軸片の接合部周囲にはリング
   状カバーが取付けられており、同リング状カバーの取付
   けは同カバーに形成されたフランジと前記中空軸片のフ
   ランジと共に前記ボルトで締め付けられることを特徴と
   する請求項３記載の長軸ポンプ構造。
4. 【請求項４】 横向きに配置されて両側の固定部へ取付
   けられた内軸と、同内軸の周囲に取付けられた少なくと
   も１個のジャーナル軸受と、前記内軸が中心に挿通され
   た中空形状で前記ジャーナル軸受で内壁周囲が回転自在
   に支持されると共に、インペラが取付けられる先端部外
   周囲が前方ジャーナル軸受で支持される中空軸とを備え
   てなることを特徴とする長軸ポンプ構造。
5. 【請求項５】 横向きに配置され先端部にインペラが取
   付けられ、後端が駆動装置に連結されると共に、両側が
   軸受で支持される回転軸を有する長軸ポンプ構造におい
   て、前記回転軸は中空形状の軸であり、同中空軸の中心
   に挿通され同中空軸と一体的に回転する芯棒を備えてな
   り、同芯棒は一端部を押圧又は引っ張ることにより前記
   中空の回転軸に軸方向の張力を与える構成であることを
   特徴とする長軸ポンプ構造。
6. 【請求項６】 前記回転軸の中空形状の内壁周囲の全長
   に亘って複数の縦リブが設けられていることを特徴とす
   る請求項１又は４記載の長軸ポンプ構造。