JP2015175240A - 軸受装置及びこれを備えた立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】循環用ポンプなどを必要とせず、簡易な構造で十分に軸受本体を冷却することができる軸受装置を提供すること。【解決手段】立軸ポンプ１用の軸受装置５１であって、軸受本体５３と、この軸受本体５３を囲むと共に潤滑油Ｌを収容する軸受ケース５５と、この軸受ケース５５の内部空間を上部空間５７と下部空間５９とに仕切る隔壁６１と、これら上部空間５７及び下部空間５９に接続されて潤滑油Ｌを循環させる送油管６３，６５とを備え、軸受本体５３は、上部空間５７又は下部空間５９の何れかに配置され、上部空間５７と下部空間５９とは軸受本体５３を通して相互に流体連通している。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプに用いられる軸受装置に係り、特に、立軸ポンプ用の外部軸受装置及びこれを備えた立軸ポンプに関する。

従来から立軸ポンプは、例えば、下水道での揚水や河川での排水等に用いられてきた。下水道で立軸ポンプが用いられる場合には、高揚程及び大流量が求められる。揚程として、３０ｍ程度が求められる場合がある。大型の立軸ポンプの場合、吊下げ管や吐出曲胴の直径が１５００ｍｍ（１．５ｍ）や２０００ｍｍ（２ｍ）に達するものがある。仮に、吊下げ管の直径が２ｍであって、３０ｍの揚程を実現する場合、直径２ｍ、高さ３０ｍの水柱と同等であることから、吊下げ管の体積は９４．２ｍ^３に相当する。更に回転体（羽根車、主軸等）の質量が加わるので、ポンプ主軸のスラスト軸受には、９４ｔ以上のスラスト力が加わる可能性を示唆している。

立軸ポンプのポンプ主軸のスラスト軸受には、上記のような大きなスラスト力が加わるため、軸受の摩擦抵抗及び摩耗を小さく抑える目的で、軸受本体は軸受ケースで囲まれて潤滑油の中に浸されている。そして、大きなスラスト力が加わった状態でスラスト軸受が回転すると、軸受レースとローラ（コロ）との摩擦により大量の熱が発生し、潤滑油が加熱される。潤滑油は、所定温度までは潤滑性能（粘度）が維持されるが、その温度を超えると潤滑性能が著しく低下する。これを防ぐために、潤滑油を冷却することが必要となる。

図１６は、従来技術に係る空冷式の軸受装置２５１を示す図である。図示したように、軸受本体２５３は軸受ケース２５５に囲まれており、軸受ケース２５５の内部空間には潤滑油Ｌが満たされている。軸受ケース２５５の周囲には放熱フィン２６３が設置され、さらにこの放熱フィン２６３に冷却用空気を供給するための冷却用ファン２９３が、ポンプ主軸２１３に装着されている（特許文献１参照）。また、冷却効果を高めるために、２つ目の放熱フィンと冷却用ファンを備えた軸受装置の発明も提案されている（引用文献２参照）。潤滑油Ｌが高温になると、潤滑油Ｌから軸受ケース２５５に、次いで軸受ケース２５５から放熱フィン２６３に熱が伝達される。そして、放熱フィン２６３の温度が上昇するが、冷却用ファン２９３から放熱フィン２６３に室温の空気が供給されることで、放熱フィン２６３と空気の間で熱交換が行われ、潤滑油Ｌの温度を一定に保つことができる。

図１７は、従来技術に係る強制循環式の軸受装置２５１ｂを示す図である。この軸受装置２５１ｂには、軸受本体２５３を浸している潤滑油Ｌを循環させるための送油管２６３が設けられ、この送油管２６３の途中に循環ポンプＰと熱交換器２６７が接続されている。循環ポンプＰは電動機２６４によって駆動される。加熱された潤滑油Ｌは、循環ポンプＰの作用によって外部に取り出され、熱交換器２６７によって熱を放出した後に、軸受ケース２５５に戻される。

特開２００３−２９３９７７号公報 特開２０１２−２０７６４０号公報 特開２０１１−２２６４２０号公報

しかしながら、上記の従来技術には、以下のような課題があった。すなわち、空冷式の軸受装置２５１の場合には、大きなスラスト力が発生する大揚程の立軸ポンプには対応できなかった。なぜなら、従来構造の空冷式軸受装置では、冷却能力は潤滑油の熱を伝えるケーシングの伝熱係数、熱を放散する放熱フィンの表面積及び冷却ファンの風量で決定される。ケーシングの伝熱係数は材料に依存するものの、強度や価格より一般鋼材（ＳＳ材）もしくは鋳鉄（ＦＣ材）となるため、大幅な伝熱係数の改善は見込めない。また、放熱フィンの表面積は構造的に限界がある。また、冷却ファンの冷却能力はポンプ主軸２１３の回転数に依存して制限される。特許文献２の発明は、冷却用ファンと放熱フィンを２組設けたものであるが、これでも冷却は十分ではない。

また、強制循環式の軸受装置２５１ｂの場合は、潤滑油Ｌを循環するための循環ポンプＰと電動機２６４を設置する必要がある。因みに、特許文献３に開示されている強制循環式軸受装置の発明では、ポンプ主軸に遠心ポンプが設けられ、この遠心ポンプの作用によって軸受本体２５３の冷却をした。このため、構成部品が多く構造が複雑になるため、維持修繕コストを押し上げた。特に、下水道用や河川用に用いられる大型ポンプの場合、予備機などが装備されておらず、ポンプの運転を停止できない場合が多い。一方で、故障の原因となりやすい補機はできる限り無くしたい、という現場からの強い要求がある。換言すると、補機が不要で信頼性の高い冷却機構が望まれている。

本発明は、前述のような課題を解消すべくなされたもので、その目的は、循環用ポンプなどを必要とせず、簡易な構造で軸受本体を十分に冷却することができる軸受装置を提供することである。

第１手段は、立軸ポンプ用の軸受装置であって、軸受本体と、この軸受本体を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケースと、この軸受ケースの内部空間を上部空間と下部空間とに仕切る隔壁と、これら上部空間及び下部空間に接続されて潤滑油を循環させる送油管とを備え、軸受本体は、上部空間又は下部空間の何れかに配置され、上部空間と下部空間とは軸受本体を介して相互に流体的に連通している、という構成を採っている。

上記のような構成を採ることで、軸受装置は以下のように作用する。すなわち、ポンプ主軸に連結された原動機が回転することにより、ポンプ主軸の下端に取り付けられたインペラが回転する。これにより、吸込ベルマウスから水が取り込まれて、インペラから上方に向けて吐出される。吐出された水流は吊下げ管および吐出曲胴を通って、更に下流側に送給される。このとき、ポンプ主軸を支持する軸受装置（スラスト軸受）の軸受本体には、水流の圧力に応じた大きなスラスト力が加わる。この大きなスラスト力が加わった状態で立軸ポンプの運転が継続されると、軸受本体に大量の熱が発生する。そして、この熱は潤滑油を加熱する。

このとき、ポンプ主軸の回転に伴って、上部空間に配置された軸受本体を構成する上側のレースも回転する。この上側のレースが回転することにより、潤滑油に回転方向の速度エネルギが与えられる。回転方向に速度エネルギが与えられた潤滑油は、遠心力により半径方向外方への力が加えられる。このため、上部空間にある潤滑油には軸受ケースの外周部に向かう流れが発生する。軸受ケースの外周部には送油管が接続されているため、潤滑油がこの送油管の中に送り込まれる。そして、この送油管に送り込まれた潤滑油に相当する量の潤滑油が、軸受本体を通して下部空間から補給される。

第２手段は、第１手段の構成に加え、送油管は、前記立軸ポンプの出口配管内部に設けられた熱交換器に接続されている、という構成を採っている。

送油管に送り込まれた潤滑油は、熱交換器に供給される。熱交換器は吐出曲胴内の水流に直接接触しているため、潤滑油の保有する熱が熱交換器を介して効率よく水流に放出される。これにより、潤滑油の温度は低下する。温度が低下した潤滑油は、送油管を通して軸受ケースの下部空間に戻される。上述したように、下部空間から上部空間へ潤滑油は円滑に補給される。このように、軸受本体のレースの回転運動だけで潤滑油の循環が実現される。このため、循環ポンプなどの別個の駆動手段を設ける必要がなく、簡素な機器構成で維持管理やランニングコストを削減することが可能となる。

第３手段は、第１手段又は第２手段の何れかの構成に加え、上部空間または下部空間のうちの軸受本体が配置された側に、立軸ポンプのポンプ主軸の回転によって軸受ケースに対して回転する羽根車を設けた、という構成を採っている。

第４手段は、第１手段から第３手段の構成に加え、送油管の途中に潤滑油弁を設け、この潤滑油弁は潤滑油が所定温度以上の場合に開く、という構成を採っている。

第５手段は、第１手段から第４手段の何れかの構成に加え、送油管は、軸受ケースの外部に設けられたオイルクーラーに接続され、オイルクーラー付近の空気を動かすための冷却用ファンが立軸ポンプのポンプ主軸に装着されている、という構成を採っている。

第６手段は、第５手段の構成に加え、オイルクーラーに冷却液を噴霧するための冷却液噴霧機を備えた、という構成を採っている。

第７手段は、第５手段又は第６手段の何れかの構成に加え、オイルクーラーは水冷式であり、吐出配管から分岐した分岐管の水流によって冷却される、という構成を採っている。

第８手段は、第１手段から第７手段の何れかの構成に加え、送油管は軸受ケースの周囲に配置され、この送油管は吐出曲胴から分岐した分岐管の水流によって冷却される、という構成を採っている。

第９手段は、第８手段の構成に加え、送油管を囲む冷却ケースを更に備え、当該冷却ケース内に水流が供給される、という構成を採っている。

第１０手段は、先行待機型の立軸ポンプであって、上記第１手段から第９手段の何れかの構成の軸受装置と、吐出胴体に設けられた吐出弁と、立軸ポンプが待機状態であるか否かを検知する待機状態検知装置と、この待機状態検知装置からの情報に基づいて吐出弁を制御する制御部とを備え、制御部は、立軸ポンプが待機状態の場合に吐出弁を閉じる、という構成を採っている。

第１１手段は、第１手段から第９手段の何れかの構成の軸受装置を備えた、先行待機型の立軸ポンプの制御方法であって、立軸ポンプが待機状態であるか否かを検知し、立軸ポンプが待機状態の場合に吐出配管に設けられた吐出弁を閉じる、という構成を採っている。

第１２手段は、立軸ポンプ用の軸受装置であって、軸受本体と、この軸受本体を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケースとを備え、更に、吐出胴体から分岐すると共に軸受ケース内部の潤滑油に接触する分岐管を備えた、という構成を採っている。

第１３手段は、立軸ポンプ用の軸受装置であって、軸受本体と、この軸受本体を囲むと
共に潤滑油を収容する軸受ケースとを備え、更に、吐出胴体から分岐すると共に軸受ケースの外周部に吐出水流を供給する分岐管を備えた、という構成を採っている。

本発明の一実施形態に係る立軸ポンプを示す一部断面図である。 図１に開示した立軸ポンプに用いられる軸受装置を示す図であり、図２（Ａ）は軸受装置の主要部の断面図であり、図２（Ｂ）は熱交換器の断面図であり、図２（Ｃ）は熱交換器の正面図である。 熱交換器の変形例を示す図であり、図３（Ａ）は配管が螺旋状のものであり、図３（Ｂ）は配管が四角形の渦巻き状のものであり、図３（Ｃ）は配管が蛇行したものである。 本発明の第２の実施形態に係る軸受装置を示す図であり、図４（Ａ）は軸受装置の主要部の断面図であり、図２（Ｂ）は循環用羽根車を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る軸受装置の主要部の断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る軸受装置の主要部の断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第９の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 本発明の第１０の実施形態に係る軸受装置を示す図である。 図１２に開示した軸受装置５１ｉの詳細図である。 本発明の第１１の実施形態に係る軸受装置の主要部の断面図である。 図１４に開示した軸受装置の変形例を示す主要部の断面図である。 従来技術に係る軸受装置の主要部の断面図である。 他の従来技術に係る軸受装置の主要部の断面図である。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下に説明する個別の構成要素を任意に組み合わせた発明についても、本発明が対象とする技術思想に含まれるものである。

［全体概要］
図１は、本実施形態に係る立軸ポンプ１の全体概要を示す図であり、特に、本実施形態の特徴を備える軸受装置５１を具備している立軸ポンプ１である。また、図２は、本実施形態に係る軸受装置５１を示す詳細図である。図１に示すように、立軸ポンプ１は、下方から順に吸込ベルマウス３、案内翼胴５、吊下げ管７、吐出曲胴９からなる流路を備えている。また、吊下げ管７の中心には電動モータ１１に連結されたポンプ主軸１３が配置され、このポンプ主軸１３の下端部にはインペラ１５が装着されている。そして、ポンプ主軸１３の上端部は、軸受装置５１によって回転自在に支持されている。この軸受装置５１は、ポンプ主軸１３に加わるスラスト力を受け止めるためのスラスト軸受である。また、軸受装置５１は送油管６３，６５を備えており、この送油管６３，６５には熱交換器６７が接続されている。

図２に示すように、軸受装置５１は、軸受本体５３と、この軸受本体５３を囲むと共に潤滑油Ｌを蓄えた軸受ケース５５と、この軸受ケース５５の内部空間を上部空間５７と下部空間５９とに仕切る隔壁６１と、これら上部空間５７及び下部空間５９に接続されて潤滑油Ｌを循環させる送油管６３，６５とを備えている。軸受本体５３は、上部空間５７又は下部空間５９の何れかに配置され、上部空間５７と下部空間５９とは軸受本体５３を通して潤滑油Ｌが連通している。なお、本実施形態では、軸受本体５３は上部空間５７に配
置されている。

［軸受本体］
本実施形態の軸受装置５１で用いられている軸受本体５３は、上述したようにスラスト軸受である。このため、図２において鉛直方向下方に向かう荷重を支持している。当該軸受本体５３は、下側のレース５３ｂが静止部材である軸受ケース５５の所定箇所に支持されており、上側のレース５３ａがポンプ主軸１３を含む回転部材に支持されている。

［軸受ケース］
軸受本体５３は、軸受ケース５５によって囲まれている。軸受ケース５５は軸受本体５３の周りにドーナツ状の内部空間を形成し、この内部空間には潤滑油Ｌが満たされている。軸受ケース５５内の潤滑油Ｌの量は、軸受本体５３が常に潤滑油Ｌに浸るのに十分な量である。このため、軸受本体５３は常に潤滑油Ｌによって潤滑され、それと共に冷却もされる。

［軸受ケース内の隔壁］
軸受ケース５５には、内部空間を上部空間５７と下部空間５９とに仕切る隔壁６１が設けられている。本実施形態に係る隔壁６１は、内部空間の高さ方向の中間部に設けられ、概ね水平方向に形成されている。このため、軸受ケース５５内の潤滑油Ｌは、隔壁６１によって上部空間５７と下部空間５９とに分離される。但し、隔壁６１はポンプ主軸１３に近い側において途中で終端しており、この部分において上部空間５７と下部空間５９とは流体連通、すなわち潤滑油Ｌが上部空間５７と下部空間５９との間を行き来できるようになっている。そして、上部空間５７と下部空間５９との流体連通部に、上述の軸受本体５３が設置されている。本実施形態では、隔壁６１より上方の上部空間５７に軸受本体５３が配置されている。しかし、軸受本体５３を下部空間５９の側に配置するようにしてもよい。

軸受本体５３は、２つのレース５３ａ，５３ｂと、これらのレース５３ａ，５３ｂの間に配置される複数のローラ５３ｃとからなる。相互に隣接する２つのローラ５３ｃの間（図面における奥行き方向）には所定の隙間が存在するため、この隙間を通して潤滑油Ｌは流れることができる。すなわち、上部空間５７と下部空間５９とは、流体連通部に配置された軸受本体５３を介して連通している。

［送油管］
軸受ケース５５内の上部空間５７及び下部空間５９には、潤滑油Ｌを循環させる送油管６３，６５が接続されている。この送油管６３，６５は、軸受ケース５５内の潤滑油Ｌを外部へ取り出し、熱交換器６７で潤滑油Ｌの温度を下げた後、軸受ケース５５に戻す役割を有している。本実施形態の送油管６３，６５は、軸受ケース５５の外周壁から接線方向に向かって延びている。特に、上部空間５７に接続された送油管６３は、後述するように、回転方向と半径方向外方への速度成分を有する潤滑油Ｌを流れやすくするために、接線方向に接続されている。但し、厳密に接線方向に向いている必要は無く、接線方向に対して所定の角度で傾いていても問題にはならない。一方、下部空間５９に接続される送油管６５については、特に接続方向である必要はない。

［熱交換器］
送油管６３，６５は、熱交換器６７に接続されている（図１参照）。この熱交換器６７は、潤滑油Ｌから熱を奪うことにより潤滑油Ｌの温度を下げるためのものである。このため、熱交換器６７は冷却装置として機能する。本実施形態の熱交換器６７は、冷却管６９が渦巻き状に形成されたものであり、これにより冷却管６９の長さを十分に確保している。図から明らかなように、上部空間５７からの送油管６３は熱交換器６７の渦巻きの中心
に接続され、一方、下部空間５９へ向かう送油管６５は熱交換器６７の最外周部に接続されている。なお、各送油管６３，６５の接続位置は逆であってもよい。

熱交換器６７は、図１及び図２に示すように、吐出曲胴９に設けられた点検口（ハンドホール）７１に設置されている。この点検口７１は、ポンプの内部を点検をするために設けられた開閉可能な穴であり、立軸ポンプ１には通常設けられている。点検口７１は円形の穴であって、この穴に対応する円形蓋７３によって通常は封止されている。本実施形態の熱交換器６７は円形蓋７３に固定されており、熱交換器６７の主要部が吐出曲胴９の内部に位置するように設置されている。このため、立軸ポンプ１が運転されると、吐出曲胴９の内部を流れる水流が熱交換器６７に直接接触する。このように、熱交換器６７を点検口７１に設置すれば、熱交換器６７を設置するための特別な構造を新設する必要がなく、コストの面や維持管理の面からも有利である。

本実施形態の熱交換器６７は平面状の渦巻き形状であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３に示すような螺旋形状の熱交換器６７ａ（図３（Ａ）参照）、四角形の渦巻き形状の熱交換器６７ｂ（図３（Ｂ）参照）、蛇行形状の熱交換器６７ｃ（図３（Ｃ）参照）であってもよい。これらは冷却管の長さを十分に確保することを目的とした形状であり、この目的を達成できるものであれば、その他の形状を採用してもよい。

［作用］
次に、上記のように構成された本実施形態の軸受装置５１の作用について説明する。ポンプ主軸１３に連結された原動機１１が回転することにより、ポンプ主軸１３の下端に取り付けられたインペラ１５が回転する。これにより、吸込ベルマウス３から水が吸い込まれて、上方に向けてインペラ１５から吐出される。吐出された水流は吊下げ管７および吐出曲胴９を通って、更に下流側の吐出配管（図示略）に供給される。このとき、ポンプ主軸１３を支持する軸受装置５１（スラスト軸受）の軸受本体５３には、水流の圧力による大きなスラスト力が加えられている。大きなスラスト力が加えられた状態で立軸ポンプ１の運転が継続されると、軸受本体５３にて大量の熱が発生する。そして、この熱は潤滑油Ｌを加熱する。

また、ポンプ主軸１３が回転すると、上部空間５７に配置された軸受本体５３のうちの上側のレース５３ａも回転する。この上側のレース５３ａが回転すると、レース５３ａから潤滑油Ｌに回転方向の速度エネルギが与えられる。回転方向に速度エネルギが与えられた潤滑油Ｌには、遠心力により半径方向外方への速度成分も発生する。このため、上部空間５７の潤滑油Ｌには軸受ケース５５の外周部に向かう流れが発生する。軸受ケース５５の外周部には送油管６３が接続されているため、潤滑油Ｌがこの送油管６３の中に送り込まれる。そして、この送油管６３に送り込まれる潤滑油Ｌに相当する量の潤滑油Ｌが、軸受本体５３を通して下部空間５９から供給される。

送油管６３に送り込まれた潤滑油Ｌは、熱交換器６７に供給される。熱交換器６７は吐出曲胴９内の水流に直接接触しているため、潤滑油Ｌの有する熱が熱交換器６７を介して効率よく水流に放出される。これにより、潤滑油Ｌの温度は低下する。温度が低下した潤滑油Ｌは、送油管６５を通して軸受ケース５５の下部空間５９に戻される。下部空間５９に回転部材は設置されていないため、潤滑油Ｌの流れは発生しない。また、上述したように、下部空間５９から上部空間５７へ潤滑油Ｌが補充されるため、潤滑油Ｌは円滑に送油管６５から下部空間５９に戻される。このように、軸受本体５３のレース５３ａの回転運動だけで、潤滑油Ｌの循環が行われる。このため、循環ポンプなどの新たな駆動手段を設ける必要がなく、簡素な機器構成で維持管理やランニングコストを削減することが可能である。

［第２の実施形態］
次に、図４に基づいて、第２の実施形態に係る軸受装置５１ｂについて説明する。主要な構成は上述の実施形態と共通するので、異なる部分を中心に説明する。本実施形態の特徴は、軸受ケース５５内に循環用羽根車７５を具備している点である。この循環用羽根車７５は、ポンプ主軸１３と共に回転する回転部材に取り付けられているため、ポンプ主軸１３と同じ回転速度で回転する。循環用羽根車７５は、上部空間５７において水平面に沿って回転するようになっている。図４（Ｂ）に示すように、循環用羽根車７５のブレードは回転方向に向かって凸状に湾曲しており、合計で８枚のブレードが設けられている。但し、ブレードの数は特に限定されるものでは無く、２枚や４枚あるいは８枚を超える数でも良いし、ブレードの形状も単純な平面状のものであってもよい。

循環用羽根車７５の回転によって、潤滑油Ｌには回転方向と半径方向外方に向かう速度エネルギが与えられる。これは、軸受本体５３の上側のレース５３ａの回転によって発生する速度エネルギと比べて格段に大きなエネルギである。このため、送油管６３の入口付近における潤滑油Ｌの圧力を高めることができ、大量の潤滑油Ｌを送油管６３に送り込むことが可能となる。また、循環用羽根車７５が回転することで、上部空間５７内の潤滑油Ｌも強く攪拌されるので、軸受本体５３と潤滑油Ｌとの熱交換の効率を向上させることができる。

［第３の実施形態］
次に、図５に基づいて第３の実施形態に係る軸受装置５１ｃについて説明する。当該実施形態では、点検口７１及び熱交換器６７が、吐出配管７７に設置されている。より詳しくは、熱交換器６７は、吐出弁７９又は逆止弁８１の下流側に設けられている。すなわち、吐出曲胴９の下流側には電動モータＭで開閉される吐出弁７９や逆止弁８１が設けられている。これら吐出弁７９や逆止弁８１の下流側は、吐出弁二次側と呼ばれることが多い。この吐出弁二次側は、吐出弁７９や逆止弁８１があるために、立軸ポンプ１ｃの運転を停止しても、水を落水させずに吐出配管７７内に溜めておくことが可能である。

吐出弁二次側の点検口７１に熱交換器６７を設置することで、熱交換器６７は常に吐出配管７７内の水に接触することができる。このため、立軸ポンプ１ｃが先行待機運転を行うポンプであり、吐出弁７９の上流側の水が無いドライ運転や揚水遮断時のエアロック運転の状態となっても、吐出弁二次側における水との熱交換器６７によって、潤滑油Ｌを確実に冷却することができる。

［第４の実施形態］
次に、図６に基づいて第４の実施形態に係る軸受装置５１ｄについて説明する。当該実施形態では、熱交換器６７が、吐出曲胴９の下流側の吐出短管８３の上部に設けられている点が特徴である。吐出短管８３は軸受装置５１ｃの近傍に配置される吐出配管であり、更に点検口及び熱交換器６７を吐出短管８３の上部に設けることで、送油管６３，６５の長さを短くすることができる。熱交換器６７は、吐出短管８３の内部を流れる水流によって冷却され、潤滑油を効率良く冷却することができる。このようにすることで、熱交換器６７の設計に余裕ができ、冷却容量の大きな熱交換器６７を用いることも可能となる。なお、吐出短管８３の上部の点検口は、既設のものを用いてもよいし、新たに設けてもよい。

［第５の実施形態］
次に、図７に基づき第５の実施形態に係る軸受装置５１ｅについて説明する。当該実施形態は、送油管６３の途中に潤滑油弁８５を設けた点が特徴である。この潤滑油弁８５は、潤滑油が所定温度以上の時に開くように構成されている。潤滑油の温度は、軸受ケース
５５内に設置された温度センサ８７によって検出する。検出された潤滑油の温度は制御装置８９に送信され、制御装置８９は電動式の潤滑油弁８５の開閉を行う。このように、潤滑油の温度に応じて潤滑油の循環／停止を切り替えるのは、以下のような理由からである。すなわち、外気温度が低い時期などにおいて、潤滑油の温度も低い場合には、潤滑油の粘度は高い。この潤滑油の粘度が高い状態で熱交換器６７に潤滑油を送油すると、潤滑油は適切な温度まで加熱されにくい。潤滑油の温度が低すぎる場合には、軸受本体５３に対する潤滑性能が低下する可能性があるので、これを回避するために潤滑油弁８５を潤滑油の温度に応じて開閉する。

［第６の実施形態］
次に、図８に基づいて第６の実施形態に係る軸受装置５１ｆについて説明する。当該実施形態は、送油管６３，６５が、軸受ケース５５の外部に設けられたオイルクーラー９１に接続されている点が特徴である。また、オイルクーラー９１の近傍の空気を流動させるためのファン９３が、ポンプ主軸１３に装着されている点も特徴である。オイルクーラー９１は、自動車のラジエータのように流路管が蛇行しており、この蛇行した流路管に多数の放熱リブが取り付けられている。本実施形態のオイルクーラー９１は、軸受ケース５５の外周面を取り囲むようなドーナツ形状である。

また、オイルクーラー９１の近傍には、このオイルクーラー９１に冷却液を噴霧するための冷却液噴霧機９５が設けられている。冷却液噴霧器９５は、水を霧状にしてオイルクーラー９１に噴霧するためのものである。冷却液は、立軸ポンプによって加圧された流水の一部を用いている。こうすることで、特別な水供給機構を設けること無く、効率的にオイルクーラー９１を冷却することができる。オイルクーラー９１を効率良く冷却できれば、その内部を流れる潤滑油Ｌも効率的に冷却できる。なお、冷却液として立軸ポンプで加圧された流水を用いる他、通常の上水道の水を用いるようにしてもよい。オイルクーラー９１を冷却水噴霧式にすることで、小さなオイルクーラーであっても大量の熱を放出することが可能となる。

本実施形態のファン９３は、オイルクーラー９１に送風するものではない。ファン９３はオイルクーラー９１の上方に配置されて、低温の空気を下方から吸い上げる機能を有している。このため、軸受ケース５５及びオイルクーラー９１は冷却ハウジング９６によって覆われており、この冷却ハウジング９６の下方から低温の空気が取り込まれ、オイルクーラー９１を冷やした空気は、冷却ハウジング９６の上方に形成された空気穴９７を介して外部に放出されるようになっている。このため、オイルクーラー９１と空気によって効率的に熱交換が行われる。もちろん、ファン９３によって上方からオイルクーラー９１に向けて空気を送風するような構造であっても、一定以上の冷却は可能であるので、このような構成も本実施形態の想定する範囲である。

また、オイルクーラー９１は、上述のような冷却水噴霧式に限定されるものでは無く、図９に示すような水冷式のものでもよい。この水冷式のオイルクーラー９１ｆは、潤滑油Ｌより低い温度の水が流れる冷却配管９９を、オイルクーラー９１ｆに接触させて熱交換を行うものである。低温の水は、例えば立軸ポンプによって加圧された水流や上水道の水を用いるのがよい。立軸ポンプで加圧された水流を用いる場合には、吐出配管から分岐した分岐管の水を用いるのがよい。水冷式のオイルクーラー９１ｆは、空冷式のそれに比べて冷却能力が高く、同じ冷却能力を想定すると、空冷式より大幅に小型軽量化することができる。このため、空冷式では十分に冷却できないような高揚程の立軸ポンプに適用することが可能である。

［第７の実施形態］
次に、図１０に基づき第７の実施形態について説明する。当該実施形態においては、送
油管６３，６５が軸受ケース５５の外周部に配置され、この送油管６３，６５が吐出曲胴から分岐した分岐管１０１の水流によって冷却される、という点が特徴である。具体的には、送油管６３，６５は軸受ケース５５の外周部に沿って巻き付けられている。巻き付け数は１周分でも良いし、冷却効果を高めるために複数周分巻き付けるようにしてもよい。そして、送油管６３，６５が巻き付けられた軸受ケース５５は冷却ケース１０３によって囲まれている。

冷却ケース１０３の内部には、吐出曲胴９から分岐した分岐管１０１を通して、加圧された水が供給される。本実施形態によれば、送油管６３，６５の長さを短くすることができ、送油管６３，６５の流路抵抗を小さく抑えることができる。このため、軸受本体５３のレースの回転のみでは潤滑油に発生する遠心力が小さい場合でも、潤滑油を送油管６３，６５で確実に循環させて冷却することが可能である。また、送油管６３，６５内の潤滑油の流れる方向と、冷却ケース１０３に供給される水の流れる方向が、いわゆる対向流となるように構成することが望ましい。これは、潤滑油と冷却水とを同じ方向に流す場合に比べて、熱交換の効率が高いからである。また、冷却ケース５５内に導入された水は吸込水槽１０５に戻す構造となっており、特別な排水機構を設ける必要は無い。

また、分岐管１０１は、ポンプ始動時に用いる空気抜き管を流用してもよい。立軸ポンプ１ｇが通常運転されている時は、空気抜き管は使用されておらず、加圧された水流を取り出すことが可能であるからである。空気抜き管を分岐管１０１として併用することで、特別に分岐管を設ける必要がなく、設備を簡素化することができる。分岐管１０１は吐出弁７９の上流側に接続されている。これは、先行待機運転を行う立軸ポンプ１ｇの場合に、待機運転時は吐出弁７９を閉じることで、インペラ１５によって水や空気が取り込まれれば、待機運転時に立軸ポンプ内に滞留している空気が、分岐管１０１を介して冷却ケース１０３内に供給されるからである。待機運転時は立軸ポンプ１ｇは揚水していないため、負荷としては軽い状態にある。このため、軸受本体５３には大きなスラスト力が加わっておらず、大きな発熱を伴うこともない。従って、通常運転時のような水冷では無く、本実施形態のような分移管１０１を利用した空冷でも、軸受本体５３を十分に冷却することが可能である。

［第８の実施形態］
次に、図１１に基づいて第８の実施形態について説明する。当該実施形態は、分岐管１０１が吐出弁７９又は逆止弁８１の下流側に接続されている点が特徴である。分岐管１０１を吐出弁７９又は逆止部８１の下流側に接続することで、待機運転時であっても軸受ケース５５を効率良く冷却することが可能である。なぜなら、吐出弁７９又は逆止弁８１の下流側（吐出弁二次側）には、これらの弁の作用により、待機運転時にも加圧された水が滞留しているからである。このため、分岐管１０１には加圧された水が流れ込み、この水を軸受ケース５５の外周部に供給することができる。軸受ケース５５の外周部には送油管６３，６５が設けられており、供給された低温の水によって送油管６３，６５が冷却される。換言すると、本実施形態の軸受装置５１ｈでは、待機運転時か通常運転時かの区別なく、水冷によって潤滑油を冷却することが可能となる。なお、待機運転状態を検出するために、立軸ポンプに待機状態検知装置として、吸水槽の水位を検出する水位センサや、立軸ポンプの負荷を検出する負荷センサなどを備えてもよい。これらのセンサによって、待機運転状態を確実に検出でき、運転状態に応じて適切な冷却を行うことができる。

また、当該実施形態では、分岐管１０１に電動の水流弁１０７が設けられ、この水流弁１０７は潤滑油が所定温度以上の場合に開くようにしている点が特徴である。上述したように、潤滑油は温度が低過ぎると潤滑性能が低い場合がある。このため、潤滑油温度が所定値を超えた場合に初めて水流弁１０７を開き、軸受ケース５５の外周部に低温の水を供給するようになっている。このように構成することで、潤滑油の温度が低い場合には潤滑
油は冷却されないので、立軸ポンプの運転に伴って潤滑油の温度は適切に上昇する。

一方、潤滑油の温度が所定値を超えた場合には、水流弁１０７が開く。これにより、吐出配管７７から分岐管１０１を介して加圧された水が軸受ケース５５の外周部に供給され、軸受ケース５５の外周部に配置された送油管６３，６５を冷却することができる。送油管６３，６５が冷却されれば、その内部を流れる潤滑油も冷却される。

［第９の実施形態］
次に、図１２に基づいて第９の実施形態について説明する。当該実施形態は、立軸ポンプ用の軸受装置５１ｉであって、軸受本体５３と、この軸受本体５３を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケース５５とを備え、更に、吐出曲胴９から分岐すると共に軸受ケース５５の外周部に接する分岐管１０１を備えている。すなわち、当該実施形態に係る軸受装置５１ｉは、送油管を備えていない点で、上記各実施形態とは異なっている。図１２から分かるように、分岐管１０１は吐出曲胴９の二か所から水流を取り込み、軸受ケース５５の外周面に接している。このため、分岐管１０１の温度が軸受ケース５５の温度より低ければ、分岐管１０１と軸受ケース５５との間で熱交換が行われる。本実施形態によれば、送油管を設置する必要が無くなり、装置構成を簡素化することが可能である。図１３は軸受装置５１ｉの詳細を示す。この図１３に示すように、送油管を設ける代わりに、取出管６６が上部空間５７と下部空間５９とを連通しており、この取出管６６の表面が水流に接触することで、潤滑油Ｌが冷却されるようになっている。

次に、図１４に基づいて第１０の実施形態について説明する。当該実施形態は、立軸ポンプ用の軸受装置５１ｊであって、軸受本体５３と、この軸受本体５３を囲むと共に潤滑油Ｌを収容する軸受ケース５５ｊとを備え、更に、吐出曲胴（図示略）から分岐すると共に軸受ケース５５ｊの内部の潤滑油Ｌに接触する分岐管１０１ｊを備えている点が特徴である。すなわち、第９の実施形態と同様に、送油管を備えていない点が、上記の主要な実施形態と異なっている。

具体的には、分岐管１０１ｊが軸受ケース５５ｊの内部に挿入されるようになっている。分岐管１０１ｊの内部には低温の水が流れているため、軸受ケース５５ｊ内の高温の潤滑油Ｌから効率良く熱を奪うことができる。特に、軸受ケース５５ｊ内の潤滑油Ｌには、軸受本体５３の上側レース５３ａの回転によって内部に循環流が生じている。この循環流に分岐管１０１ｊが接触することで、潤滑油Ｌを所定の温度範囲に維持することが可能となる。図１５は、さらに軸受ケース５５ｊの内部空間を上下に仕切る隔壁６１を加えた構成を示す。

本発明は、立軸ポンプの外部軸受装置に利用することが可能である。

１ 立軸ポンプ
３ 吸込ベルマウス
５ 案内翼胴
７ 吊下げ管
９ 吐出曲胴
１１ 電動モータ
１３ ポンプ主軸
１５ インペラ
５１，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ、５１ｉ、５１ｊ 軸受装置
５３ 軸受本体
５３ａ 上側のレース
５３ｂ 下側のレース
５３ｃ ローラ（コロ）
５５ 軸受ケース
５７ 上部空間
５９ 下部空間
６１ 隔壁
６３，６５ 送油管
６７，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ 熱交換器
６９ 冷却管
７１ 検出口（ハンドホール）
７３ 円形蓋
７５ 循環用羽根車
７７ 吐出配管
７９ 吐出弁
８１ 逆止弁
８３ 吐出短管
８５ 潤滑油弁
８７ 温度センサ
８９ 制御装置
９１，９１ｆ オイルクーラー
９３ 冷却用ファン
９５ 冷却液噴霧機
９６ 冷却ハウジング
９７ 空気穴
９９ 冷却配管
１０１ 分岐管
１０３ 冷却ケース
１０５ 吸込水槽
１０７ 水流弁

Claims (13)

1. 立軸ポンプ用の軸受装置であって、
   軸受本体と、この軸受本体を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケースと、この軸受ケースの内部空間を上部空間と下部空間とに仕切る隔壁と、これら上部空間及び下部空間に接続されて前記潤滑油を循環させる送油管とを備え、
   前記軸受本体は、前記上部空間又は下部空間の何れかに配置され、前記上部空間と下部空間とは前記軸受本体を通して相互に流体連通している、装置。
2. 前記送油管は、前記立軸ポンプの出口配管内部に設けられた熱交換器に接続されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記上部空間または下部空間のうちの前記軸受本体が配置された側に、立軸ポンプのポンプ主軸の回転によって前記軸受ケースに対して回転する羽根車を設けた、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記送油管の途中に潤滑油弁を設け、この潤滑油弁は前記潤滑油が所定温度以上の場合に開く、請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記送油管は、前記軸受ケースの外部に設けられたオイルクーラーに接続され、前記オイルクーラー付近の空気を動かすためのファンが立軸ポンプのポンプ主軸に装着されている、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記オイルクーラーに冷却液を噴霧するための冷却液噴霧機を備えた、請求項５に記載の装置。
7. 前記オイルクーラーは水冷式であり、吐出配管から分岐した分岐管の水流によって冷却される、請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記送油管は前記軸受ケースの周囲に配置され、この送油管は吐出曲胴から分岐した分岐管の水流によって冷却される、請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
9. 前記送油管を囲む冷却ケースを更に備え、当該冷却ケース内に前記水流が供給される、請求項８に記載の装置。
10. 先行待機型の立軸ポンプであって、上記請求項１から９の何れか一項に記載の軸受装置と、吐出配管に設けられた吐出弁と、立軸ポンプが待機状態であるか否かを検知する待機状態検知装置と、この待機状態検知装置からの情報に基づいて前記吐出弁を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記立軸ポンプが待機状態の場合に前記吐出弁を閉じる、立軸ポンプ。
11. 請求項１から９の何れか一項に記載の軸受装置を備えた、先行待機型の立軸ポンプの制御方法であって、
    前記立軸ポンプが待機状態であるか否かを検知し、前記立軸ポンプが待機状態の場合に吐出胴体に設けられた吐出弁を閉じる、立軸ポンプの制御方法。
12. 立軸ポンプ用の軸受装置であって、
    軸受本体と、この軸受本体を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケースとを備え、
    更に、吐出胴体から分岐すると共に前記軸受ケース内部の前記潤滑油に接触する分岐管を備えた、装置。
13. 立軸ポンプ用の軸受装置であって、
    軸受本体と、この軸受本体を囲むと共に潤滑油を収容する軸受ケースとを備え、
    更に、吐出胴体から分岐すると共に前記軸受ケースの外周部に吐出水流を供給する分岐管を備えた、装置。