JP2003322098A - 一軸多段ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型化が図れ、かつ潤滑油供給用の油ポンプや
油配管、潤滑油の冷却装置などの補機を省略する。ま
た、取扱流体（水）で潤滑しても軸と軸受の接触を発生
しにくい信頼性の高いポンプを得る。 【解決手段】多段に配置された複数の羽根車４を有する
一軸多段ポンプの羽根車の心板側円筒部４２とデフュー
ザ部材５との間、或いは側板の軸方向部分４３とステー
ジ６との間に、シール機能を兼ね備えたジャーナル軸受
５１，６１を少なくとも２箇所以上設ける。また、羽根
車の心板側円板部とデフューザ部材との間にはスラスト
軸受１７ａ，１７ｂを少なくとも１箇所以上設ける。こ
れらジャーナル軸受或いはスラスト軸受にはその周方向
の全体にわたって正圧を発生するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転軸方向に羽根車
を多段に配置した一軸多段ポンプに関し、特に火力発電
プラントなどに用いられる多段のボイラー給水ポンプ
（ＢＦＰ）に適用して最適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一軸多段ポンプの例としてＢＦＰを例に
とり、図１５により説明する。図に示すように、ステー
ジ６などで構成されたポンプケーシング１００内には複
数枚の遠心羽根車４を嵌合した軸３が配置されている。
吸込みフランジ２ａから吸込まれた水は１段目の羽根車
４により昇圧され、その外周側に設けられたディフュー
ザ５に吐出され、次いで次段の羽根車４に導かれるる。
このようにして、昇圧行程が繰返えされ加圧されてい
く。これらの遠心ポンプ１では羽根車間のシール、すな
わち羽根車３とステータとの間のシールが不十分である
と性能が著しく低下すると共に、軸の支持剛性が低下す
るため軸振動が発生する。通常、羽根車４とステータと
の間は微小なすき間を介して対向する構造とすることに
より、各羽根車間のシールを行うようにしている。この
シール隙間を形成するように軸３はポンプ両端側に設け
られた油潤滑ラジアル軸受７ａ，７ｂにより保持されて
いる。この軸３は軸端に設けたスラストランナー９とス
ラスト軸受８ａ，８ｂによるスラスト軸受機構により軸
方向にも保持されている。

【０００３】前記ラジアル軸受及びスラスト軸受を設置
するために、従来は軸３をポンプケーシング１００の外
部まで導く必要があった。ポンプ１内部の高圧熱水（高
い圧力をかけることによって液体の状態を保っている高
温の水）を軸から漏らさないために、ラビリンスシール
１０ａ，１０ｂやメカニカルシール１２ａ，１２ｂ，1
３ａ，1３ｂを設けている。メカニカルシールは接触シ
ールのため、メカニカルシールの回転側１３ａ，１３ｂ
が高回転しながらメカニカルシールの固定側１２ａ，１
２ｂに接触するためシール部は高温になる。そこで冷却
水をメカニカルシールに供給して冷却する必要があり、
冷却水給排管１４ａ，１４ｂをメカニカルシール部に配
置していた。また、軸受７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは潤滑
油を利用するため、潤滑油を軸受に供給する油ポンプと
油配管が必要であった。

【０００４】従来、軸受にはＷＪ２などのバビットメタ
ルを軸受面に設けたラジアル軸受やスラスト軸受が用い
られるため、潤滑油の温度を１００℃程度に抑える必要
があり、軸受に供給される潤滑油も冷却する必要があっ
た。このため、潤滑油を冷却するための装置などの補機
も必要であった。また、潤滑油が軸受部から外部に漏れ
ないようにするために、シール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
も必要であった。このように軸受の潤滑流体として油を
用いていたため、種々のシールと補機が必要であった。

【０００５】なお、軸受をポンプ内部に設け、ポンプ内
の高圧熱水をその潤滑に利用することが、ＷＯＲＬＤ
ＰＵＭＰＳ ２月号(１９９４)に記載されている。即
ち、ポンプケーシング内部に軸受を設けることにより、
軸の一端側をポンプ外部に出す必要がなくなるから、一
端側のシール機構は不要となり、構造が簡素化される。
軸受に油を供給する油ポンプや油配管および潤滑油を冷
却する冷却装置などの補機も不要となり、低コスト化、
オイルレス化も図ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】軸受をポンプケーシン
グ内に設置するためには、軸受の潤滑流体として、従来
の油に代わり、ポンプ内の高圧熱水を用いることにな
る。高圧熱水の粘度は油の粘度よりもかなり小さいた
め、軸受の負荷容量（軸受が支えることのできる荷重）
が低下する。また、その水膜厚さも極端に小さくなり、
軸が軸受面に接触する危険性が大きくなる。更に、静的
な接触のみだけでなく、軸振動などの動的な接触も発生
しやすくなる。それにより、軸受の摩耗が発生し、羽根
車とステータとの間の微小な隙間を保持することができ
なくなり、接触による摩耗が進行しシール性能が下が
り、ポンプの性能も低下する。また、スラスト軸受は、
面圧を下げるため該スラスト軸受の直径を大きくするこ
とが好ましいが、ランナ９の十分なバランスが取れてい
ないと、ランナ９が高速回転したとき軸振動を発生する
原因になり、軸受やシールの摩耗が更に促進されてしま
う。

【０００７】また、作動液体である取り扱い水の流入量
や吐出量の変動、或いは軸の回転数によって過大なスラ
スト力が発生したり軸が振動した場合、負荷容量が小さ
い軸受は強く固体接触し、摺動，摩耗が生じ、ポンプ性
能を低下させる。

【０００８】これらのことから、ポンプ内に軸受を設け
るためには、静的および動的に負荷容量の大きい軸受に
する必要があった。更に、潤滑流体としてポンプの高圧
熱水を用いた場合、ポンプケーシング内圧力が低下する
と熱水が蒸気になってしまう。従来、ポンプに使用する
軸受の構造は真円軸受や楕円軸受が使用されているが、
これらの軸受では負圧になる部分が存在し、軸受内に負
圧が発生すると軸受内で熱水が蒸気化してしまうため、
従来構造の軸受では接触が発生し易く、摩耗や焼付きが
発生する可能性が高くなる。

【０００９】また、上記スラスト軸受としては一般にテ
ィルティングパッド形軸受が使用されるが、パッド裏面
にパッドを揺動させるピボットを有する構造になるた
め、軸方向に長くなり、羽根車４間にスラスト軸受を設
置した場合には、羽根車間の間隔が大きくなり、熱水が
流れる通路が長くなるから、損失が増大し、軸が長くな
ることにより振動的にも信頼性が低下する。

【００１０】このように上記文献のものでは、軸受をポ
ンプ内に設けた場合の検討が十分には為されていなかっ
た。

【００１１】本発明の目的は、一軸多段ポンプの小型化
が図れ、更に潤滑油供給用の油ポンプや油配管、潤滑油
の冷却装置などの補機を省略して低コスト化およびオイ
ルレス化を図ることにある。

【００１２】本発明の他の目的は、取扱流体の流入量や
吐出量の変動や回転数による軸振動の発生を抑え、一軸
多段ポンプの信頼性を向上し、長寿命化を図ることにあ
る。

【００１３】本発明の更に他の目的は、ポンプケーシン
グ内に設置される軸受が水などの取扱い流体で潤滑して
も軸と軸受の接触を発生しにくい信頼性の高いポンプを
得ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一軸多段ポンプは、回転軸と該回転軸に多
段に設けられた複数の羽根車を有するロータ、及び前記
羽根車の外周側に配置されたディフューザを有するステ
ータを備え、前記複数個の羽根車により作動液体を昇圧
するようにした一軸多段ポンプにおいて、前記複数個の
羽根車のうち最も上流側に位置する羽根車入口から最も
下流側に位置する羽根車出口までの間の作動液体が存在
するポンプ内部に設けられた前記羽根車の一個又は複数
個に、前記ロータが回転したときにロータとステータと
の間に、前記作動液体による動圧を発生する動圧発生部
を設け、該動圧発生部で前記ロータを支持する支持力を
発生するようにしたものである。

【００１５】本発明の他の特徴は、一軸多段ポンプにお
いて、複数個の遠心羽根車のうち最も上流側に位置する
羽根車の入口から最も下流側に位置する羽根車の出口ま
での間の作動液体が供給されるポンプ内部に設けられる
と共に、前記複数個の遠心羽根車に分散して設けられ、
ロータが回転するときに該ロータとステータとの間に作
動液体による動圧を発生する動圧発生部を備え、この動
圧発生部により前記ロータに発生するスラスト力を支持
するようにしたものである。

【００１６】前記動圧発生部は、例えば前記羽根車の軸
方向を向く面、又はこの面と対向するステータ側の面に
放射状に複数の板材を設け、この板材と羽根車の回転に
よりスラスト方向の支持力を発生するように構成したも
のである。

【００１７】また、前記動圧発生部の他の例は、作動液
体を昇圧していく過程でロータに発生するスラスト力と
逆方向の支持力を発生するものである。前記放射状に設
けられた複数の板材は、前記羽根車背面に設けられた羽
根部材にすると良い。

【００１８】また前記動圧発生部の更に他の例は、前記
ステータ側に設けられて前記ロータをラジアル方向に支
持する軸受面を備え、この軸受面と対向するロータ側の
面との間にラジアル方向の支持力を発生するものであ
る。ここで、羽根車の回転軸への嵌合部に軸方向の円筒
部を形成し、この円筒部の外周面をステ−タに設けられ
た前記軸受面で支持するようにすると良い。更に、前記
軸受面はその周方向の全体にわたって正圧を発生するよ
うに、軸受面と被支持面との間隔が周方向に縮小或いは
拡大するように変化させた形状にすると良い。

【００１９】本発明の更に他の特徴は、回転軸と該回転
軸に多段に設けられた複数の羽根車を有するロータ、及
び前記羽根車の外周側に配置されたディフューザを有す
るステータを備え、前記複数個の羽根車により作動液体
を昇圧するようにした一軸多段ポンプにおいて、前記複
数個の羽根車の少なくとも２個以上の心板側円筒部とデ
フューザ部材との間に、シール機能を兼ね備えたジャー
ナル軸受を設けたことにある。

【００２０】前記シール機能を兼ね備えたジャーナル軸
受は、前記複数個の羽根車の少なくとも２個以上の側板
側軸方向部分とステージとの間に設けるようにしても良
い。更に、前記羽根車の心板円板部とデフューザ部材と
の間に、スラスト軸受を備えるようにすると良い。

【００２１】前記ジャーナル軸受或いはスラスト軸受に
はその周方向の全体にわたって正圧を発生するように、
軸受面と被支持面との間隔が周方向に縮小或いは拡大す
るように変化させた形状にするとなお良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の具体的実施例を図１〜図
１４に基づき以下説明する。これらの図において、図１
５と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示
す。図１は本実施例における一軸多段ポンプの例で、火
力発電プラント等に用いられる横軸式のボイラー給水ポ
ンプ（ＢＦＰ）に適用した例を示す。

【００２３】ＢＦＰとして用いられる一軸多段遠心ポン
プ１は、回転軸３及びこれに嵌合固定された複数の遠心
羽根車４を有するロータと、羽根車４の外周側に設けら
れたステータ（ディフューザ部材５及びステージ部材
６）を有している。作動液体である水は、吸込フランジ
２ａから吸い込まれ、多段に配置した複数個の遠心羽根
車により昇圧される。羽根車４によって昇圧された水は
羽根車４の外周側に設けられたディフューザ部材５とス
テージ部材６によって形成されたディフューザ流路に吐
出される。

【００２４】ディフューザ部材５はディフューザ流路の
内側の流路壁を構成する部材であり、ステージ部材６は
ディフューザ流路の外側の流路壁を構成する部材であ
る。また、ステージ部材６は軸方向に多段に配置されて
ポンプ１のケーシング１００も構成している。（以下の
説明では、ディフューザ部材５を単にディフューザと、
またステージ部材６を単にステージ６と称する場合もあ
る。）ディフューザ流路に吐出された水は、ディフュー
ザ部材５の外周に設けたステージ６によって外向きの流
れを内向きに変え、次段の羽根車４に導く昇圧行程を繰
返して加圧され、吐出フランジ２ｂから吐出される。回
転軸３はラジアル軸受１６ａ，１６ｂによって軸の両端
で支持されている。

【００２５】図２は遠心羽根車４、ディフューザ部材５
及びステージ部材６の部分要部拡大断面図、図３は羽根
車４をディフューザ部材５側（図２の矢印III側）から
見た図である。ディフューザ部材５及びステージ６は羽
根車４の外周側に配置されている。更に詳しく説明す
る。羽根車４の心板４１側の軸嵌合部には、該羽根車４
と一体に円筒部４２(以下、羽根車心板側円筒部という)
が形成されており、この円筒部４２の外周面に対向する
ディフューザ部材５の内周側には、ステージブッシュ５
１が嵌めこまれている。ここで、羽根車心板側円筒部４
２を羽根車４と別部材で構成し羽根車ボス部に固定する
ようにしてもよい。また、羽根車４の側板側の外周面に
対向するステージ６の内周側にはケーシングリング６１
が嵌めこまれている。羽根車心板側円筒部４２の外周面
とステージブッシュ５１の内周面、及び羽根車側板４４
の軸方向部分４３の外周面とケーシングリング６１の内
周面との間には微小なシールすき間が形成されている。

【００２６】羽根車４のディフューザ部材５に対向する
円板面（羽根車背面、即ち軸方向下流側）には放射状に
矩形の板材（裏羽根）１７が固定手段で固定されてい
る。この裏羽根１７はどのような部材でもよく、側板４
１と一体に成形するようにしても良い。この裏羽根１７
は、ロータが回転するときにロータとステータとの間に
作動液体による動圧を発生する動圧発生部としての機能
があり、この動圧発生部によりロータに発生するスラス
ト力を支持することができる。即ち、羽根車が回転する
と、強制的に裏羽根１７のある空間（室）を満たしてい
る液体を回転させて圧力を上昇させ、前記空間（隙間）
を広げるように羽根車背面にスラスト力が作用する。こ
のスラスト力の大きさは前記隙間（空間）の大きさによ
って決まり、隙間が小さくほど大きなスラスト力が発生
する。ＢＦＰなどの一軸多段ポンプでは熱水を昇圧して
いく過程で軸方向のスラスト力が働く。このスラスト力
の働く方向は羽根車４内の熱水の流路や熱水出入口の形
状によって変化するが、この例では常にスラスト力がポ
ンプの下流方向に働くように構成されている。なお、軸
３に作用するスラスト力が逆方向（上流側方向）の場合
には、羽根車の背面側ではなく、羽根車の側板側、即ち
ステータを構成するステージ６側（軸方向上流側）の側
板円板面４４に放射状に羽根部材を配置すれば良い。ま
た、裏羽根１７や羽根部材は羽根車４に設けるのではな
く、ステータ側の羽根車４に対抗する面、即ちディフュ
ーザ部材５側の羽根車４に対抗する面やステージ６側の
羽根車４に対抗する面に設けるようにしても同様の効果
を達成することができる。

【００２７】回転軸３の回転駆動機側の軸端側から高圧
の熱水が大気中に漏れないようにメカニカルシール１２
ａが設けられている。１４ａはこのメカニカルシールを
冷却する冷却水給排水管で、ＢＦＰ１外部から冷却水を
メカニカルシール１２ａへ導入するように構成されてい
る。メカニカルシール１２ａの更に軸端側にはラビリン
スシールなどで構成されたシール１１ａが設けられてい
る。

【００２８】図４は回転軸３の両端側を支持する軸受１
６ａ，１６ｂの詳細構造を説明する断面図である。前述
したように、軸受内では負圧を発生しないようにする必
要がある。本実施例では、図４に示すように、軸受１６
ａ，１６ｂは３個の円弧１６１、１６２、１６３を組み
合わせて構成され、軸３との隙間が、回転方向に対し小
さくなっていくような三円弧軸受としている。また、こ
の図には、軸３が回転している時に、軸受隙間に存在す
る流体により、軸受の一つの円弧部分に発生する圧力の
分布も示している。この圧力分布からもわかるように、
隙間が小さくなるほど発生する圧力は大きくなってい
く。また、前記三円弧のそれぞれの部分で同様の圧力分
布が発生する。この圧力により回転軸は三方向から支持
されることになり、回転軸３の回転振動を抑えて、接触
しにくい軸受とすることができる。

【００２９】この軸受の材料としては、熱水温度と軸受
の損失による温度上昇を加えた温度以上の耐熱性を有す
る熱可塑性樹脂材料を用いると良い。熱可塑性樹脂材料
を用いるのは万が一、軸３が軸受面に接触しても、軸受
面が損傷を受けるのみで、軸３にダメージを与えさせな
いためである。この材料の一例としては、例えばＰＥＥ
Ｋ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ(ポリフェ
ノールサルファイド)、或いはＰＴＦＥ(ポリテトラフロ
ロエチレン)などの熱可塑性樹脂材料が適している。

【００３０】また、軸受材として強度を上げるためにこ
れらの樹脂材料にカーボンやガラス繊維を入れて使用す
ることもできる。この軸受として三円弧以上の多円弧軸
受において、円弧１６１〜１６３と軸３とが形成する隙
間が回転方向に減少するように、各円弧が配置された軸
受であれば同様な効果を発生することができる。

【００３１】図５は多円弧以外の軸受で負圧を発生させ
ない軸受構造とした例を示す軸受の拡大断面図と圧力分
布を示す図である。この例では、軸受の周方向に、部分
的なステップ状盛上り部１６４，１６５，１６６（３箇
所）を形成したものである。この軸受の例では、圧力分
布は図５に示す様に発生し、負圧になる部分がなく、図
４に示す多円弧軸受と同様の効果を達成できる。なお、
ステップ状盛上り部は３箇所より多くしても良い。

【００３２】軸受１６ａ，１６ｂの上記２つ例では、軸
受面の全周にわたって正圧を発生するように、軸受面と
軸３との隙間（間隔）が縮小拡大するように形状変化さ
せて構成している。

【００３３】ポンプ内の軸受１６ａ，１６ｂは高圧の熱
水をシールする機能も持っている。熱水を昇圧する過程
で軸方向にスラスト力が発生するが、このスラスト力が
過大なため、裏羽根１７で発生する力だけでは支えられ
ない場合にはスラスト方向で接触が発生し、焼き付きが
生じる危険性がある。このスラスト力を緩和する方法と
して、軸受１６ｂの軸方向下流側にロータバランス用水
出口１５を設け、ポンプ１の上流吸込管（吸込みフラン
ジ２ａ）側に戻すこととが行われる。これにより、スラ
スト力を緩和できると共に、軸受内を熱水が循環するこ
とにより軸受の損傷を防止できる。軸受内の流体が流れ
て循環するようにしないと、軸受内で発生した熱を持ち
去ることができないので、軸受の温度が上昇する。この
ため、軸受材料に必要な強度を保てなくなり、また軸受
部分の熱水が蒸発して、焼き付きの危険性が高くなる。

【００３４】軸受１６ａ内の流体を循環させるために、
高圧熱水の一部を軸受１６ａの軸方向上流側で前記メカ
ニカルシール１２ａ，１３ａの軸方向下流側にも熱水出
口１８を設けている。これにより熱水をポンプ１の上流
吸込管（吸込みフランジ２ａ）側に戻し、軸受１６ａ内
を熱水が循環するようにし、上記軸受１６ｂ側と同様の
性能を持たせることができる。

【００３５】本発明の一軸多段ポンプの他の例を図６に
示す。この例も火力発電プラント等に用いられる横軸式
ボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）を示す縦断面図である。
この例では、上記図1に示す例の軸両端に配したラジア
ル軸受１６ａ，１６ｂの部分に、シール１０ａ，１９を
設けている。また、羽根車側板４４の軸方向円筒部分４
３（図２参照）と対向するステージ６の内面にはラジア
ル軸受２０が設けられ、更に羽根車４の心板側円筒部４
２（図２参照）と対向するディフューザ部材５の内周面
にもラジアル軸受２１が設けられている。これらラジア
ル軸受２０，２１は、それらのうちいずれか一方をのみ
とすることも可能であるし、更に羽根車の各段全てに前
記ラジアル軸受２０或いは２１を設けるのではなく、ラ
ジアル軸受は少なくとも複数あれば良いから、十分な軸
受性能が得られる場合には、ラジアル軸受を前記複数個
の遠心羽根車に対して分散して設けるようにしても良
い。これらラジアル軸受２０，２１では、ロータが回転
すると、ロータとステータとの間に作動液体による動圧
を発生する動圧発生部となり、この発生した動圧により
前記ロータのラジアル荷重を支持する。なお、ラジアル
軸受２０と２１はそれぞれ１個づつ設けるようにしても
良い。ラジアル軸受２０，２１の構造は、上記図４或い
は図５に示した多円弧軸受やステップ軸受と同様のもの
を用いる。このように、各段羽根車４にラジアル軸受２
０，２１を設けるようにしても、各段でのシール効果は
保たれるので、ポンプ性能を低下されることはない。軸
受材料としても前記実施例と同様に熱可塑性樹脂材料を
使用すると良い。

【００３６】この実施例とした場合には、図１に示す軸
受１６ａが不要となるため、その軸受に流体を循環させ
るための熱水出口１８が不要となる。なお、この例では
回転軸３の駆動軸端とは逆側の軸端部にスラストランナ
９を嵌合して設け、このランナ９を挟むようにスラスト
軸受８ａ，８ｂを設けている。これにより、スラスト力
をどちらか一方向のみに働く様に羽根車の設計ができな
い場合でも、回転軸のスラスト方向の移動を確実に防止
して、接触事故のない信頼性の高いＢＦＰを得ることが
できる。

【００３７】また、図６に示す実施例に、図３に示した
ような裏羽根１７を組み合わせてもよい。過大なスラス
ト力がポンプの運転状況により左右両方向に働いてしま
うような場合には、羽根車４の背面と前面（側板側）の
両側に裏羽根或いは羽根作用をする板材を設けると良
い。

【００３８】次に、上記図１或いは図６に示した実施例
における遠心羽根車４の背面又は前面（側板側）にスラ
スト軸受を設けた場合の例を図７〜図１４により説明す
る。図７は図1に示す羽根車４付近の拡大断面図、図８
は羽根車背面の円盤面から対向するディフューザ部材５
の円板面を見た図である。ディフューザ部材５及びステ
ージ６は羽根車４の外周側に配置され、羽根車４の心板
側に形成した心板側円筒部４２の外周面に対向するディ
フューザ部材５の内周面にはステージブッシュ５１が嵌
め込まれ、また羽根車側板側の軸方向部分４３の外周面
に対向するステージ６の内周面にはケーシングリング６
１が嵌め込まれている。羽根車心板円筒部４２は羽根車
４とは別部材で形成し固定手段で両者を固定するように
してもよい。羽根車心板側円筒部４２の外周面とステー
ジブッシュ５１の内周面、及び羽根車側板側の軸方向部
分４３の外周面とケーシングリング６１の内周面との間
にはそれぞれ微小な隙間が形成され、シールが形成され
ている。これらステージブッシュ５１やケーシングリン
グ６１で構成されたシール部は軸方向に多段に配置され
た羽根車のそれぞれに設置されている。

【００３９】本実施例では、これら複数個のシール部の
うち、２個以上をシール機能があるジャーナル軸受に置
き換え、回転軸３を支持するようにしている。回転軸３
を支持する軸受は、軸受内で負圧を発生しない構造とす
る必要があり、図４に示したように、３個以上の円弧を
組み合わせ、常に軸３との隙間が回転方向に対し小さく
なっていくような多円弧軸受を用いている。

【００４０】羽根車背面の心板円板部４１に対向するデ
ィフューザ５の面、及び羽根車側板円板部に対向するス
テージ６の軸方向面には、それぞれロータに作用するス
ラスト力を受けるためのスラスト軸受１７ａが図７，図
８に示すように設けられている。これらの軸受１７ａも
羽根車４が回転した時に負圧が発生しない構造とする必
要があり、以下、その構造を説明する。

【００４１】図９はスラスト軸受１７ａを有するディフ
ューザ部材５の部分の断面図、図１０は羽根車４が回転
した時に発生する圧力分布を示している。図９のよう
に、スラスト軸受１７ａには、なだらかに傾斜した突出
部２９が円周方向に３個以上配置されており、これによ
って、図１０に示すようにスラスト軸受１７ａと羽根車
４とによって形成される隙間が回転方向に徐々に小さく
なるように構成されている。スラスト軸受１７ａの部分
に浸入した水により水膜が形成され、水は粘度のある非
圧縮性流体であるから、流体圧が発生し、これによりス
ラスト力が生じる。このスラスト力は隙間が小さくなれ
ばなるほど大きくなり、軸受隙間を広げるように働くか
ら、ボイラー給水ポンブで熱水を昇圧していく過程で発
生する軸方向のスラスト力を支持することができる。ポ
ンプの昇圧過程で発生するスラスト力は、羽根車内の熱
水流路や熱水出入口の形状によって変化する。

【００４２】前記スラスト軸受１７ａを、ディフューザ
部材５に対向する羽根車心板円板部やステージ６に対向
する羽根車側板円板部に設置するようにしても同様の効
果を得ることができる。スラスト軸受を羽根車の前面側
及び背面側の両方に設けることにより、ロータに作用す
るスラスト力の方向が変化しても安定して支持すること
が可能である。

【００４３】上記ジャーナル軸受やスラスト軸受の材料
も前述した実施例と同様に、熱水温度と軸受の損失によ
る温度上昇を加えた温度以上の耐熱性を有する熱可塑性
樹脂材料を用いる。また、スラスト力を緩和するため、
図１や図６の例と同様に、軸受１６ｂやシール１９の軸
方向下流側にロータバランス用水出口１５を設け、ポン
プの上流側吸込管に戻すようにすると良い。

【００４４】なお、本実施例によれば、多段に設けられ
た羽根車に複数のジャーナル（ラジアル）軸受を備えて
いるから、図１に示す軸受１６ａ，１６ｂを不要にする
こともでき、その場合には軸受１６ａ，１６ｂの部分を
図６に示すようなシールとしても良い。

【００４５】本発明の更に他の例を図１１〜図１４によ
り説明する。これらの図は上述した図７〜図１０に相当
する図である。この例では、図１３に示すように、スラ
スト軸受１７ｂの表面に、ステップ状に突出する部分３
０を円周方向に３個以上を形成したものである。この例
でも図１４に示すように、スラスト軸受１７ｂと羽根車
４によって形成される隙間がステップ状突出部３０で小
さくなり、この隙間に浸入した水により図に示すように
Ｂ_１部分で昇圧し、ロータに作用するスラスト力とバラ
ンスさせることができる。他は図７〜図１０の例と同様
である。

【００４６】なお、上記実施例では、一軸多段遠心ポン
プの例で説明したが、斜流羽根車を有する一軸多段斜流
ポンプでも同様に実施することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、軸受等をポンプケーシ
ング外に設置する必要がないから、一軸多段ポンプの大
幅な小型化が図れ、更に潤滑油供給用の油ポンプや油配
管、潤滑油の冷却装置などの補機を省略できることによ
る低コスト化およびオイルレス化を図ることができる効
果がある。

【００４８】また、軸受間の距離を短くできることによ
り、取扱流体の流入量や吐出量の変動や回転数による軸
振動の発生を抑えることができ、一軸多段ポンプの信頼
性を向上し、長寿命化を図ることができる。

【００４９】更に、ポンプケーシング内に設置される軸
受が負圧を発生しない構造とすることにより、水などの
取扱い流体で潤滑しても軸と軸受の接触を発生しにくい
信頼性の高いポンプを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すＢＦＰの縦断面図であ
る。

【図２】図１に示す羽根車部分を詳細に示す拡大断面図
である。

【図３】図２に示す羽根車の背面図で、図２のIII方向
から見た図である。

【図４】図1に示す軸受１６ａ，１６ｂの構造を詳細に
示す拡大断面図で、軸受に発生する圧力分布も併せて説
明する図である。

【図５】図1に示す軸受１６ａ，１６ｂの他の例を示す
図で、図４に相当する図である。

【図６】本発明の他の例を示すボイラー給水ポンプの縦
断面図である。

【図７】図２とは別の例を示す羽根車部分の拡大断面図
である。

【図８】図７の羽根車背面を示す正面図である。

【図９】図７に示すスラスト軸受部分の詳細断面図であ
る。

【図１０】図７の例のスラスト軸受における圧力分布図
を説明する図である。

【図１１】図２及び図７とは更に別の例を示す羽根車部
分の拡大断面図である。

【図１２】図１１の羽根車背面を示す正面図である。

【図１３】図１１に示すスラスト軸受部分の詳細断面図
である。

【図１４】図１１の例のスラスト軸受における圧力分布
図を説明する図である。

【図１５】一般的なボイラー給水ポンプの構造を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１…ボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）、２ａ…吸込フラン
ジ、２ｂ…吐出フランジ、３…回転軸、４…羽根車、５
…ディフューザ部材、５１…ステージブッシュ、６…ス
テージ、６１…ケーシングリング、７ａ，７ｂ，１６
ａ，１６ｂ，２０，２１…ラジアル軸受、８ａ，８ｂ，
１７ａ，１７ｂ…スラスト軸受、９…ランナ、１０ａ，
１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…ラビリンスシール、
１２ａ，１２ｂ…メカニカルシール(固定側)、１３ａ，
１３ｂ…メカニカルシール(回転側)、１４ａ，１４ｂ…
冷却水給排管、１５…ローターバランス用水出口、１７
…裏羽根、１８…熱水出口、１９…シール、２９，３０
…突出部、４２…羽根車の心板側円筒部、４３…羽根車
側板軸方向部分、５１…ステージブッシュ（ジャーナル
軸受）、６１…ケーシングリング（ジャーナル軸受）、
１００…ポンプケーシング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 17/10 Ｆ１６Ｃ 17/10 Ａ 33/20 33/20 Ａ (72)発明者 坂本 倭一 東京都足立区中川四丁目13番17号 株式会 社日立インダストリイズ内 (72)発明者 植山 淑治 東京都足立区中川四丁目13番17号 株式会 社日立インダストリイズ内 (72)発明者 永井 優治 東京都足立区中川四丁目13番17号 株式会 社日立インダストリイズ内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA01 BA06 CA13 CA15 CA46 CA54 DA11 DA13 DA15 DA20 3H034 AA01 AA19 BB01 BB06 BB17 CC03 CC06 DD06 DD13 DD24 EE06 EE10 EE11 EE12 3J011 AA04 AA11 AA12 BA02 BA08 CA01 DA02 SC05

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸と該回転軸に多段に設けられた複数
   の羽根車を有するロータ、及び前記羽根車の外周側に配
   置されたディフューザを有するステータを備え、前記複
   数個の羽根車により作動液体を昇圧するようにした一軸
   多段ポンプにおいて、 前記複数個の羽根車のうち最も上流側に位置する羽根車
   入口から最も下流側に位置する羽根車出口までの間の作
   動液体が存在するポンプ内部に設けられた前記羽根車の
   一個又は複数個に、前記ロータが回転したときにロータ
   とステータとの間に、前記作動液体による動圧を発生す
   る動圧発生部を設け、該動圧発生部で前記ロータを支持
   する支持力を発生することを特徴とする一軸多段ポン
   プ。
2. 【請求項２】回転軸と該回転軸に多段に設けられた複数
   の遠心羽根車を有するロータ、及び前記遠心羽根車の外
   周側に配置されたディフューザを有するステータを備
   え、前記複数個の遠心羽根車により作動液体を昇圧する
   ようにした一軸多段ポンプにおいて、 前記複数個の遠心羽根車のうち最も上流側に位置する羽
   根車の入口から最も下流側に位置する羽根車の出口まで
   の間の作動液体が供給されるポンプ内部に設けられると
   共に、前記複数個の遠心羽根車に分散して設けられ、前
   記ロータが回転するときに前記ロータと前記ステータと
   の間に作動液体による動圧を発生する動圧発生部を備
   え、この動圧発生部により前記ロータに発生するスラス
   ト力を支持するようにしたことを特徴とする一軸多段ポ
   ンプ。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記動圧発生部
   は、前記羽根車の前記軸方向を向く面、又はこの面と対
   向する前記ステータ側の面に放射状に複数の板材を設
   け、この板材と羽根車の回転によりスラスト方向の支持
   力を発生することを特徴とする一軸多段ポンプ。
4. 【請求項４】請求項３において、前記動圧発生部は、作
   動液体を昇圧していく過程でロータに発生するスラスト
   力と逆方向の支持力を発生するものであることを特徴と
   する一軸多段ポンプ。
5. 【請求項５】請求項３において、前記放射状に設けられ
   た複数の板材は、前記羽根車背面に設けられた羽根部材
   であることを特徴とする一軸多段ポンプ。
6. 【請求項６】請求項１において、前記動圧発生部は、前
   記ステータ側に設けられて前記ロータをラジアル方向に
   支持する軸受面を備え、この軸受面と対向するロータ側
   の面との間にラジアル方向の支持力を発生するものであ
   ることを特徴とする一軸多段ポンプ。
7. 【請求項７】請求項６において、前記回転軸に嵌合して
   設けられた前記羽根車の嵌合部に軸方向に延設された円
   筒部を形成し、この円筒部の外周面をステ−タに設けら
   れた前記軸受面で支持することを特徴とする一軸多段ポ
   ンプ。
8. 【請求項８】請求項７において、前記軸受面はその周方
   向の全体にわたって正圧を発生するように、軸受面と被
   支持面との間隔が周方向に縮小或いは拡大するように変
   化させた形状としたことを特徴とする一軸多段ポンプ。
9. 【請求項９】回転軸と該回転軸に多段に設けられた複数
   の羽根車を有するロータ、及び前記羽根車の外周側に配
   置されたディフューザを有するステータを備え、前記複
   数個の羽根車により作動液体を昇圧するようにした一軸
   多段ポンプにおいて、前記複数個の羽根車の少なくとも
   ２個以上の心板側円筒部とデフューザ部材との間に、シ
   ール機能を兼ね備えたジャーナル軸受を設けたことを特
   徴とする一軸多段ポンプ。
10. 【請求項１０】回転軸と該回転軸に多段に設けられた複
    数の羽根車を有するロータ、及び前記羽根車の外周側に
    配置されたディフューザを有するステータを備え、前記
    複数個の羽根車により作動液体を昇圧するようにした一
    軸多段ポンプにおいて、前記複数個の羽根車の少なくと
    も２個以上の側板側軸方向部分とステージとの間に、シ
    ール機能を兼ね備えたジャーナル軸受を設けたことを特
    徴とする一軸多段ポンプ。
11. 【請求項１１】回転軸と該回転軸に多段に設けられた複
    数の羽根車を有するロータ、及び前記羽根車の外周側に
    配置されたディフューザを有するステータを備え、前記
    複数個の羽根車により作動液体を昇圧するようにした一
    軸多段ポンプにおいて、前記羽根車の心板円板部とデフ
    ューザ部材との間に、スラスト軸受を備えたことを特徴
    とする一軸多段ポンプ。
12. 【請求項１２】請求項９〜１１の何れかにおいて、前記
    ジャーナル軸受或いはスラスト軸受にはその周方向の全
    体にわたって正圧を発生するように、軸受面と被支持面
    との間隔が周方向に縮小或いは拡大するように変化させ
    た形状としたことを特徴とする一軸多段ポンプ。
13. 【請求項１３】多段に配置された複数の羽根車を有する
    一軸多段ポンプにおいて、前記羽根車の心板側円筒部と
    デフューザ部材との間、或いは側板の軸方向部分とステ
    ージとの間に、シール機能を兼ね備えたジャーナル軸受
    を少なくとも２箇所以上設け、前記羽根車の心板側円板
    部とデフューザ部材との間にはスラスト軸受を少なくと
    も１箇所以上設け、これらジャーナル軸受或いはスラス
    ト軸受にはその周方向の全体にわたって正圧を発生する
    ように構成したことを特徴とする一軸多段ポンプ。
14. 【請求項１４】請求項９〜１３の何れかにおいて、前記
    軸受の材料は、熱水温度と軸受の損失による温度上昇を
    加えた温度以上の耐熱性を有する熱可塑性樹脂材料であ
    ることを特徴とする一軸多段ポンプ。
15. 【請求項１５】請求項１４において、前期熱可塑性樹脂
    材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポ
    リフェノールサルファイド（ＰＰＳ）、或いはポリテト
    ラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかであることを特
    徴とする一軸多段ポンプ。