JP2004036707A

JP2004036707A - 樹脂軸受、及び該樹脂軸受を組み込んだ両吸込渦巻ポンプ

Info

Publication number: JP2004036707A
Application number: JP2002192897A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Amano; 天野　和雄; Hideki Akiba; 秋庭　秀樹
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: JP3966098B2

Abstract

【課題】両吸込渦巻ポンプなどに組み込むことにより、小型化が図れる樹脂軸受を提供する。また該樹脂軸受を組み込むことにより、羽根車のポンプ性能が向上し、さらに、自液で軸受の自己潤滑ができる両吸込渦巻ポンプを提供する。
【解決手段】内面をラジアル軸受面とする円筒型の樹脂部材２０と、樹脂部材２０の外側に配置されるバックメタル２１とから構成される樹脂軸受において、バックメタル２１と樹脂部材２０とは締結部によって結合され、樹脂部材２０は、ラジアル軸受面に軸方向に延びる溝２２及び溝２２に円筒の内外を連通させる孔２４と、スラスト軸受面に径方向に延びる溝２３とを有する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂軸受、及び該樹脂軸受を組み込んだ両吸込型の渦巻ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
両吸込渦巻ポンプについては、例えばＪＩＳ　Ｂ８３２２　付図、特開平７−３１８４４９号公報、特開平８−２８４８６号公報、特開平１１−２３６８９４号公報、特開平１１−３０３７８９号公報などにその構造が示されている。
【０００３】
すなわち一般的な構造は図４に示されるように、略水平方向に配置された回転軸（主軸）１と、この回転軸１に固定され、回転軸１の軸方向両側から流体が吸い込まれ、軸方向中間部において回転軸１に対してほぼ直角方向、すなわちポンプ径の外周方向に流体が吐き出される両吸込遠心型の羽根車２とを備えている。また、この羽根車２を内包する渦巻ケーシング３と、この渦巻ケーシング３の外部であって軸方向両端側に設けられた軸受ハウジング４と、この軸受ハウジング４内部に設けられグリースまたは油で潤滑される軸受部５（転がり軸受または滑り軸受）とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の両吸込渦巻ポンプにおいては、回転軸１が渦巻ケーシング３外部のさらに軸方向両端側に設けられた軸受部５で支持される構造であるために、軸受部５同士の軸受スパン（一方の軸受部の支持位置から他方の軸受部の支持位置までの距離）が長くなる傾向にあった。
【０００５】
また、従来両吸込渦巻ポンプに採用されている滑り軸受の場合、その材料であるホワイトメタルの限界ＰＶ値（許容すべり速度と許容面圧の積）から、軸受装置が大きくならざるを得なかった。さらに、軸受潤滑液にはグリースや油が使用されているため、潤滑油の管理が必須であった。
【０００６】
本発明の目的は、例えば両吸込渦巻ポンプなどに組み込むことにより、その小型化が図れる樹脂軸受を提供することにある。
また本発明の目的は、上記樹脂軸受を組み込むことにより、回転軸の支持間隔が短縮されて回転軸に生じる曲げ応力が低減され、したがって回転軸径が小径化されて羽根車のポンプ性能が向上する両吸込渦巻ポンプを提供することにある。さらに本発明の目的は、ポンプ自身が取り扱う自液（水道水、河川水等）で軸受の自己潤滑ができ、軸受部のグリースや潤滑油が不要となる両吸込渦巻ポンプを提供することにある。
【０００７】
【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に係る樹脂軸受は、内面をラジアル軸受面とし、端面をスラスト軸受面とする円筒型の樹脂部材と、該樹脂部材の外側に配置されるバックメタルとから構成される樹脂軸受において、前記樹脂部材と前記バックメタルとは締結部において嵌合され、該樹脂部材は、軸方向寸法において、該バックメタルより長い延在部分を有し、前記ラジアル軸受面に軸方向に沿う溝と、前記延在部分の溝に円筒の内外面を連通する孔とが形成され、前記スラスト軸受面に径方向の溝が形成されている。
より詳しくは前記締結部は、前記樹脂部材と前記バックメタルとの圧入、嵌合もしくは前記樹脂部材外面と前記バックメタル内面との間の接着のいずれかの方法で締結されている。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る両吸込渦巻ポンプは、回転軸と、該回転軸を支持する樹脂軸受と、前記回転軸に固定され、該回転軸に沿う両方の吸込口から流体が吸い込まれ、該両吸込口の中間で回転軸とほぼ直角な方向から吐き出される遠心型羽根車と、該羽根車を内包する渦巻ケーシングとを備える両吸込渦巻ポンプにおいて、前記回転軸は、該回転軸が前記渦巻ケーシングを貫通する部分に取り付けられた樹脂軸受で支持され、該樹脂軸受は、内面をラジアル軸受面とし、端面をスラスト軸受面とする円筒型の樹脂部材と、該樹脂部材の外側に嵌合するバックメタルとから構成され、前記樹脂部材と前記バックメタルとは締結部において結合され、該樹脂部材は、軸方向寸法において、該バックメタルより長い延在部分を有し、前記ラジアル軸受面に軸方向に沿う溝と、前記延在部分の溝に円筒の内外面を連通する孔とが形成され、前記スラスト軸受面に径方向の溝が形成されている。
より詳しくは、前記樹脂軸受は、前記ラジアル軸受面もしくはスラスト軸受面の溝にポンプにより取り扱われる自液が流入して自己潤滑作用を有する。
また、前記渦巻ケーシング内面は、前記回転軸が貫通する部分及び回転軸の端部が支持される部分が曲面で形成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る樹脂軸受、及び該樹脂軸受を組み込んだ両吸込渦巻ポンプの実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の両吸込渦巻ポンプに係る第１の実施例の縦断面図である。
図１において、１１は上部ケーシング、１２は下部ケーシングであり、これら上部ケーシング１１と下部ケーシング１２とにより渦巻ケーシング１３が構成されている。本実施例では、渦巻ケーシング１３は図示下側の吐出流路に２個の渦巻部が形成される、いわゆるダブルボリュート形状のものを示してある。下部ケーシング１２には、吸込口１４と吐出口（図示せず）とが形成されている。回転軸１５には両吸込遠心型の羽根車１６が固定されており、回転軸１５が貫通する部分（図示右端）と回転軸１５の端部が支持される部分（図示左端）の渦巻ケーシング１３は、流体の吸込性向上のため内部方向へ突起し曲面Ｒで形成されている。すなわち曲面Ｒは、吸込口１４から吸い込まれた流体に旋回を与えて羽根車１６へ滑らかに吸い込まれるように形成されている。
【００１０】
渦巻ケーシング１３を内部方向へ突起させ該肉厚が厚くなっている部分に一対の樹脂軸受１７が左右に対向して取り付けられている。回転軸１５が渦巻ケーシング１３を貫通する部分（図示右側）は駆動機が取り付けられる側となり、貫通部分には軸封装置１８（本実施例では、メカニカルシール）が取り付けられている。回転軸１５の左右にはフランジ１９が形成されており、該フランジ１９が樹脂軸受１７のスラスト軸受面（詳細後述）に当接している。
上記構成において、回転軸１５の回転により流体が吸込口１４から吸い込まれ、羽根車１６によって昇圧されて吐き出し口から吐き出される。運転中は、樹脂軸受１７にポンプ自身の取り扱う自液が供給されるが（詳細は後述）、ポンプ始動時には、極めて短時間ではあるが供給がなくドライ起動となる場合がある。しかし本実施例では、摺動特性に優れた樹脂材料が使用されているので、摺動面での焼き付き、かじり付き等を起こすことなく安定した起動ができる。
【００１１】
図２は、樹脂軸受１７の詳細斜視図である。
樹脂軸受１７は、樹脂部材２０と該樹脂部材２０の外側に配置される圧入もしくは嵌合されるバックメタル２１とから構成され、両者は圧入もしくは嵌合などによって締結されている。詳細には、樹脂部材２０は、ラジアル方向とスラスト方向との両方向の荷重すなわちラジアル力とスラスト力とを受ける構造で円筒型をしており、その内面がラジアル軸受面を形成し、図示左端部は平面でスラスト軸受面を形成している。すなわち樹脂部材２０は、ラジアル力及びスラスト力を受けるすべり軸受を構成している。
【００１２】
樹脂部材２０は、樹脂部材２０には、好ましい材料として、例えばＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニルン・エーテル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＵＨＭＷ−ＰＥ（超高分子ポリエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリ・エーテル・エーテル・ケトン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）などが使用される。ほかに、メタセシス重合可能なシクロオレフィン類をメタセシス重合触媒の存在下に重合して得られる樹脂のうち少なくとも一種類を含む材料が使用される。より好ましくは、炭素繊維で強化されたＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、炭素繊維で強化されたＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）、炭素繊維で強化されたメタセシス重合可能なシクロオレフィン類をメタセシス重合触媒の存在下に重合して得られる樹脂のうち少なくとも一種類を含む材料などが使用される。
【００１３】
樹脂部材２０の軸方向寸法Ｌと径方向寸法Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）は、十分な厚さの水膜が形成され焼き付き等が生じないようにするため、０．８程度とする。また、樹脂部材２０の外側に配置されるバックメタル２１には、例えば円筒型のステンレス鋼が使用され、樹脂部材２０にバックメタル２１が圧入もしくは嵌合によって強固に締結されている。なお、樹脂部材２０の軸方向寸法Ｌは、バックメタル２１の軸方向寸法より、後述する孔２４が穿設（形成）できるようにＬ_１分だけ長い延在部分を有している。
【００１４】
より詳しくは締結には、円筒型の樹脂部材２０とバックメタル２１とは、樹脂部材２０の外径とバックメタル２１の内径との間に、十分な締代を確保して圧入される。すなわち、圧入した後にも樹脂部材２０とバックメタル２１とは、線膨張係数差で緩みが生じても、樹脂材料２０とバックメタル２１間に十分な締付け力が得られる寸法を考慮して圧入される。この際、樹脂部材２０とバックメタル２１との線膨張係数の関係は、樹脂＞バックメタルであるため、圧入時の温度よりも高温側で使用される場合には、締付け力が増大する方向であるため緩みが生じることはない。しかし、圧入時の温度よりも低温側で使用される場合には、締付け力が低下するため樹脂部材２０とバックメタル２１間の締代は使用時の最低温度、並びに高温時での締付力によるクリープを考慮して求める必要がある。圧入は、油圧プレス等によって樹脂部材２０をバックメタル２１に挿入することによって行なわれる。
【００１５】
樹脂部材２０の摺動面には、自己潤滑性を向上させるために溝２２，２３が設けられている。詳細には、ラジアル荷重を受ける樹脂部材２０の内面には、左右（本実施例では９０°間隔）に一方の端部から他方の端部まで軸方向に延びる、もしくは途中で途切れる溝２２が形成されている。また、スラスト荷重を受ける樹脂部材２０の図示左端面には、複数本（本実施例では６０°間隔で６本）の溝２３が内面から外面まで径方向に延びている。
【００１６】
さらに、前記樹脂部材２０の溝２２でバックメタル２１で被覆されない延在部分（前記Ｌ_１部分）には、前記円筒の内外を連通する孔２４が複数個形成されており、ポンプ運転中は、孔２４から自液がラジアル軸受面に供給される。
【００１７】
以上説明したように本実施例によれば、回転軸１５は、渦巻ケーシング１３を貫通する部分及び軸端に取り付けられた樹脂軸受１７で支持される構造にしたので、従来構造のような軸受ハウジングや大きな軸受が不要になる。このため、部品点数の削減、構造の簡素化、並びに両吸込渦巻ポンプの小型化（７０％程度）が図られる。
【００１８】
また回転軸１５は、渦巻ケーシング１３を貫通する部分及び軸端に取り付けられた樹脂軸受１７で支持される構造にしたので軸受スパンが短縮され、ポンプ運転中に回転軸１５に生じる曲げ応力が小さくなる。このため、羽根車１６を固定する回転軸１５の中央部付近の軸径を、従来寸法に比較して８０％程度に細くすることができる。これに伴って羽根車の入口部分の横断面積が拡張されて吸込み性能が向上する。さらに、高速化を図ることによってポンプ性能が一段と向上する。このように高速化と小型化を併用することにより、ポンプ本体の体積は従来のものに比較して６７％程度と大幅な縮小を実現することができる。
【００１９】
さらに、渦巻ケーシング１３内部に樹脂軸受１７を取り付けてポンプ自身が取り扱う自液（水道水、河川水等）で樹脂軸受１７の自己潤滑が可能になったことにより、グリースや潤滑油が不要となる。
さらに、樹脂軸受１７が、ラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を受ける構造にしたことにより、製作や組立時の工数低減が図られる。
図３は、本発明の樹脂軸受に係る第２の実施例の縦断面図である。
前記第１の実施例と異なる部分について説明すると、樹脂軸受２５の外面とバックメタル２６の内面には、軸方向に一端面から他端面まで延びる、若しくは、途中で途切れる溝２７が形成されていることである。該溝２７は樹脂部材２５の外面とバックメタル２６の内面とに交互に位置するようになっている。樹脂部材２５とバックメタル２６間には適宜間隔のすきまが形成され、該すきまにエポキシ系接着剤２８を流し込んで両者を接着させている。エポキシ系接着材２８の硬化後は、両者を接着して接着剤が回り止めの作用をする。
本実施例によれば、接着剤が回り止めの作用をするので、樹脂部とバックメタルとの熱膨張差を考慮することなく締結できる、という効果がある。
なお、図示されていないが、上記第２の実施例において、例えばバックメタルの内面には軸方向に一端面から他端面まで延びる、若しくは、途中で途切れる溝が形成され、一方樹脂軸受外面にも軸方向に一端面から他端面まで延びる、若しくは、途中で途切れる突起を形成し、溝に突起が嵌め込まれるようにしてバックメタルと樹脂軸受とを嵌合させる締結構造にすることによって、接着を不要にして締結することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の樹脂軸受によれば、例えば両吸込渦巻ポンプなどに組み込むことにより、構造の簡素化が図られる。
また本発明の両吸込渦巻ポンプによれば、上記樹脂軸受を組み込むことにより、回転軸の支持間隔が短縮されて回転軸に生じる曲げ応力が低減され、したがって回転軸径が小径化できるため羽根車入口径を大きくできポンプ性能を向上させることが可能となる。
さらに本発明の両吸込渦巻ポンプによれば、上記樹脂軸受を組み込むことにより、ポンプ自身が取り扱う自液（水道水、河川水等）で軸受の自己潤滑が可能になり、軸受部のグリースや潤滑油が不要となり、メンテナンスが容易になる。
さらに本発明の両吸込渦巻ポンプによれば、ポンプが小型化されることにより製造コストが低減されると共に、設置スぺースの縮小も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の両吸込渦巻ポンプに係る第１の実施例の縦断面図である。
【図２】樹脂軸受の詳細斜視図である。
【図３】本発明の樹脂軸受に係る第２の実施例の縦断面図である。
【図４】従来の両吸込渦巻ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１，１５…回転軸、２，１６…両吸込型の羽根車、３，１３…渦巻ケーシング、４…軸受ハウジング、５…軸受、１１…上部ケーシング、１２…下部ケーシング、１４…吸込口、１７…樹脂軸受、１８…軸封装置、１９…フランジ、２０，２５…樹脂部材、２１，２６…バックメタル、２２，２３，２７…溝、２４…孔。

Claims

内面をラジアル軸受面とし、端面をスラスト軸受面とする円筒型の樹脂部材と、該樹脂部材の外側に配置されるバックメタルとから構成される樹脂軸受において、
前記樹脂部材と前記バックメタルとは締結部において嵌合され、
該樹脂部材は、軸方向寸法において、該バックメタルより長い延在部分を有し、
前記ラジアル軸受面に軸方向に沿う溝と、前記延在部分の溝に円筒の内外面を連通する孔とが形成され、
前記スラスト軸受面に径方向の溝が形成されていることを特徴とする樹脂軸受。
前記締結部は、前記樹脂部材と前記バックメタルとの圧入、嵌合もしくは前記樹脂部材外面と前記バックメタル内面との間の接着のいずれかの部分であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂軸受。
回転軸と、該回転軸を支持する樹脂軸受と、前記回転軸に固定され、該回転軸に沿う両方の吸込口から流体が吸い込まれ、該両吸込口の中間で回転軸とほぼ直角な方向から吐き出される遠心型羽根車と、該羽根車を内包する渦巻ケーシングとを備える両吸込渦巻ポンプにおいて、
前記回転軸は、該回転軸が前記渦巻ケーシングを貫通する部分に取り付けられた樹脂軸受で支持され、
該樹脂軸受は、内面をラジアル軸受面とし、端面をスラスト軸受面とする円筒型の樹脂部材と、該樹脂部材の外側に配置されるバックメタルとから構成され、
前記樹脂部材と前記バックメタルとは締結部において結合し、
該樹脂部材は、軸方向寸法において、該バックメタルより長い延在部分を有し、
前記ラジアル軸受面に軸方向に沿う溝と、前記延在部分の溝に円筒の内外面を連通する孔とが形成され、前記スラスト軸受面に径方向の溝が形成されていることを特徴とする両吸込渦巻ポンプ。
前記樹脂軸受は、前記ラジアル軸受面もしくはスラスト軸受面の溝にポンプにより取り扱われる自液が流入して自己潤滑作用を有するものであることを特徴とする請求項４に記載の両吸込渦巻ポンプ。
前記渦巻ケーシング内面は、前記回転軸が貫通する部分及び回転軸の端部が支持される部分が曲面で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の両吸込渦巻ポンプ。