JP2017032115A - 軸受装置および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油を適切な量で均等かつ安定的に複列玉軸受へ供給することができる、オイルリングを用いた軸受装置を提供する。
【解決手段】軸受装置９は、回転軸１のスラスト方向に作用する荷重を受ける複列転がり軸受９Ａと、複列転がり軸受９Ａの下方に配置される潤滑油貯槽１０と、回転軸１に支持され、該回転軸１の回転に伴って潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリング２０と、を備える。オイルリング２０は、複列転がり軸受９Ａの両側に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、横軸ポンプなどの回転機械に用いられる軸受装置に係り、特に、潤滑油を適切に軸受に供給することができる軸受装置に関する。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプなどの回転機械に関する。

回転軸が水平に設置された横軸式の回転機械（例えば、横軸ポンプ）には、回転軸を回転自在に支持するために、回転軸の端部近傍に軸受装置が配置される。さらに、軸受を潤滑および冷却するための潤滑油が貯留される潤滑油貯槽が、軸受装置の内部または外部に設けられる。潤滑油貯槽から軸受へ潤滑油を供給する手段としては、外部動力を用いた強制給油装置、または外部動力を用いない自己潤滑装置が挙げられる。強制給油装置は、軸受装置の外部に配置された潤滑油貯槽から外部動力を用いて、軸受装置内部に配置された軸受に潤滑油を供給する。自己潤滑装置では、軸受装置内部で回転軸の下部に配置された潤滑油貯槽から回転軸の回転力を利用して潤滑油をかき上げて潤滑油を軸受へ供給する。

強制給油装置の一例が、図７乃至図９に示される。図７は、強制給油装置を用いる場合における軸受装置を示す断面図である。図８は、強制給油装置の配管及び計器系統図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略側面図および概略平面図である。

図７に示すように、横軸ポンプ１００の回転軸１は水平に延びており、回転軸１の端部は軸受９Ａ，９Ｂに回転自在に支持される。図８に示すように、横軸ポンプ１００の外部には強制給油装置２６が配置されている。軸受９Ａ，９Ｂには、強制給油装置２６から潤滑油が強制的に供給される。強制給油装置２６は、潤滑油ポンプ２１、フィルター２４、潤滑油冷却器２３、複数の油圧監視計器２５、および潤滑油タンク２２等の複数の構成機器を備えている。そのため、強制給油装置２６のコストが高くなってしまう。

さらに、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、横軸ポンプ１００やこの横軸ポンプ１００を駆動するための電動機２００の設置スペースに加えて、強制給油装置２６の設置スペースが必要となる。この場合、強制給油装置２６を構成する各構成要素の体積が大きいため、強制給油装置２６用の設置スペースも大きくなる。結果として、ポンプシステム全体で必要とされる設置スペースが大型化し、回転機械としての市場における製品競争力を低下させる原因となりうる。

次に、自己潤滑装置を用いた従来の軸受装置の一例を図１０に示す。図１０に示されるように、回転軸１の端部は軸受９Ａ，９Ｂに回転自在に支持される。潤滑油が貯留される潤滑油貯槽１０は、軸受９Ａ，９Ｂの下方に配置されている。この潤滑油貯槽１０内の潤滑油をかき上げるための自己潤滑装置として、オイルリング２０が設けられている。オイルリング２０は回転軸１の外周面を囲むように配置されており、回転軸１の回転に伴って回転する。そして、回転するオイルリング２０によって潤滑油貯槽１０内の潤滑油をかき上げることで、潤滑油を軸受９Ａ，９Ｂに供給する。このようなオイルリング２０を用いた自己潤滑装置は、オイルリング式自己潤滑装置として従来から知られている。

ところで、従来のオイルリング式自己潤滑装置では、ラジアル軸受として用いられる軸受９Ｂはすべり軸受であるため、軸受内にオイルリングを比較的均等に配置してすべり軸受のすべり面全体に均等に潤滑油を分配することが可能であった。しかしながら、スラスト軸受として用いられる軸受９Ａは、回転軸１の両方向に作用するスラスト力を支持できるように、複列玉軸受であるため、そのままでは、軸受内部にオイルリングを配置することができなかった。また、転がり軸受の内輪の位置決めのため、回転軸の直径は、該回転軸の端部で小さくなっているので、スラスト軸受９Ａの両端部近傍にオイルリングを配置することはできなかった。このため、スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給する従来のオイルリング式自己潤滑装置では、オイルリング２０は、スラスト軸受９Ａの軸端部側にのみ配置されていた。したがって、潤滑油は、オイルリング２０に近い転がり軸受には供給されても、オイルリングから遠い転がり軸受には、十分な量の潤滑油を供給できず、さらに、温度が上昇した潤滑油が供給されていた。

特許文献１には、オイルリングによりかき上げられたオイルを軸受へ導く技術が開示されている。しかしながら、複列転がり軸受へ均等に潤滑油を供給するための課題とそれに対する対策については全く言及されていない。

特開昭５８−６３０５０号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、潤滑油を適切な量で均等かつ安定的に複列転がり軸受へ供給することができる、オイルリングを用いた軸受装置を提供することを目的とする。また、本発明はこのような軸受装置を備えた回転機械を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、回転軸のスラスト方向に作用する荷重を受ける複列転がり軸受と、前記複列転がり軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、前記オイルリングは、前記複列転がり軸受の両側に配置されていることを特徴とする軸受装置である。

本発明の別の態様は、回転軸のスラスト方向に作用する荷重を支持する複列転がり軸受と、前記複列転がり軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、前記オイルリングは、前記複列転がり軸受を構成する２つの軸受の間に配置されていることを特徴とする軸受装置である。

さらに、本発明の他の態様は、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する上記軸受装置と、を備えたことを特徴とする回転機械である。

さらに、本発明の他の態様は、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する上記軸受装置と、を備えたことを特徴とするポンプである。

本発明によれば、潤滑油を適切な量で均等かつ安定的に複列転がり軸受へ供給することができる、オイルリングを用いた軸受装置を提供することができる。また、本発明はこのような軸受装置を備えたポンプなどの回転機械を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、本発明の別の実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図である。 図６は、図５に示されるスラスト軸受の部分破断斜視図である。 図７は、強制給油装置を用いる場合における軸受装置を示す断面図である。 図８は、強制給油装置の配管及び計器系統図である。 図９（ａ）は、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略側面図であり、図９（ｂ）は、強制給油装置を用いた場合におけるポンプの配置を示す概略平面図である。 図１０は、自己潤滑装置を用いた従来の軸受装置の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸単段ポンプの一例を示す断面図である。図１に示される回転機械としての横軸単段ポンプ１００は、羽根車２と、この羽根車２が固定される回転軸１とを有している。回転軸１は水平に延びている。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。図１に示すポンプケーシング５はその内部に渦巻き室５ａを有しており、羽根車２は渦巻き室５ａの内部に配置されている。回転軸１の回転とともに羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸い込まれ、羽根車２と渦巻き室５ａの作用により液体の圧力が上昇されて、液体が吐出口４から吐き出される。

図示した例における羽根車２は、その両側から液体を吸い込む両吸込構造を有している。羽根車２の液体入口には、口金２Ａ，２Ｂがそれぞれ取り付けられている。これら口金２Ａ，２Ｂの直径を互いに異なるように設計することで、圧力差によるスラスト力を回転軸１の一方向に作用させ、回転軸１を安定させた状態で回転させることができる。このスラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット９Ａで支持されるようになっている。スラスト軸受ユニット９Ａは、回転軸１の両方向に作用するスラスト力を受けることができる複列転がり軸受である。このスラスト軸受ユニット９Ａにはスラスト力が負荷として作用するので、適正な量の潤滑油をスラスト軸受ユニット９Ａに供給して、スラスト軸受ユニット９Ａを潤滑しながら冷却する必要がある。

このスラスト軸受ユニット９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂと、１つのスラスト軸受ユニット９Ａの合計３つの軸受ユニットで回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられており、このスリーブ型のラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂには、オイルリング２０を備えた従来型の自己潤滑給油装置が採用されている。スラスト軸受ユニット９Ａには、後述する本発明の構成が適用される。

図２は、本発明の一実施形態に係る軸受装置を備えた横軸多段ポンプの一例を示す断面図である。図２に示される回転機械としての横軸多段ポンプ１００は、複数の羽根車２と、これら羽根車２が固定される回転軸１を有している。回転軸１は水平に延びている。複数の羽根車２は、回転軸１上に直列に配列されていて、これら羽根車２のそれぞれを囲むようにディフューザ６が配置される。回転軸１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸１および羽根車２が回転されるようになっている。また、回転軸１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置９，９に回転自在に支持されている。

羽根車２はポンプケーシング５内に配置されている。回転軸１の回転とともに複数の羽根車２が回転すると、吸込口３から水などの液体が吸込まれ、羽根車２とディフューザ６との作用により、液体の圧力が上昇されて液体が吐出口４から吐き出される。複数の羽根車２は同じ方向を向いて配列されているため、隣り合う羽根車２間の圧力差により生じるスラスト力が羽根車２の枚数分重なりあい、大きなスラスト力が発生する。このスラスト力は、横軸多段ポンプ１００内に設けられたバランス装置７により相殺されるが、過渡運転時などにはある程度のスラスト力が残留する。この残留スラスト力は、軸受装置９のスラスト軸受ユニット９Ａで支持される。スラスト軸受ユニット９Ａは、回転軸１の両方向に作用するスラスト力を受けることができる複列転がり軸受である。このスラスト軸受ユニット９Ａには、残留スラスト力が負荷として作用するので、適正な量の潤滑油をスラスト軸受ユニット９Ａに供給して、スラスト軸受ユニット９Ａを潤滑しながら冷却する必要がある。

このスラスト軸受ユニット９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂと、１つのスラスト軸受ユニット９Ａの合計３つの軸受ユニットで回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられており、このスリーブ型のラジアル軸受ユニット９Ｂ，９Ｂには、オイルリング２０を備えた従来型の自己潤滑給油装置が採用されている。スラスト軸受ユニット９Ａには、後述する本発明の構成が適用される。これらの回転軸１の両端部近傍に配置される軸受装置９，９の構成は、図１に示した横軸単段ポンプと同様である。

図１および図２に示した横軸ポンプ１００いずれの場合も、回転軸１はポンプケーシング５を貫通して延びている。回転軸１とポンプケーシング５との間の隙間は、メカニカルシールなどの軸封装置８，８によってシールされている。したがって、羽根車２によって昇圧された液体が軸受装置９，９に浸入することはない。

図３は、本発明の一実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図である。図３に示されるように、この軸受装置９は、水平に延びる回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重を支持するスラスト軸受ユニット９Ａと、回転軸１の半径方向荷重を支持するラジアル軸受ユニット９Ｂと、を有する。本実施形態のスラスト軸受ユニット９Ａには、２つのアンギュラ玉軸受を備えた複列転がり軸受が使用される。

スラスト軸受ユニット９Ａおよびラジアル軸受ユニット９Ｂの下方には、潤滑油貯槽１０が配置されており、この潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油の油面が、符号１０Ａが付された点線で示されている。なお、潤滑油貯槽１０内の油面１０Ａが一定になるように、潤滑油量は管理されている。潤滑油貯槽１０の下方には冷却ジャケット２７が設けられており、冷却ジャケット２７を流れる冷却液によって潤滑油貯槽１０内の潤滑油が冷却される。冷却ジャケット２７の代わりにフィンつきの空冷構造を採用してもよい。あるいは、潤滑油貯槽１０内に、冷却液チューブを挿入して潤滑油を直接冷やす構造としてもよい。

図３に示されるように、軸受装置９は、複列転がり軸受であるスラスト軸受ユニット９Ａの両側に隣接して配置された２つのオイルリング２０を備える。回転軸１は、その直径が縮小した縮径部１Ａを有し、この縮径部１Ａは、回転軸１の外端から、スラスト軸受ユニット９Ａとラジアル軸受ユニット９Ｂとの間の所定の位置Ｐまで延びる。縮径部１Ａの直径は、スラスト軸受ユニット９Ａを構成する複列転がり軸受の回転側である内輪の内径と同一である。以下の説明では、スラスト軸受ユニット９Ａを、複列転がり軸受９Ａということがある。

軸受装置９は、複列転がり軸受９Ａを挟むように縮径部１Ａに配置された２つのオイルリング受け１５を有する。オイルリング受け１５は円環形状を有し、オイルリング受け１５の内径は、複列転がり軸受９Ａの回転側である内輪の内径と同一である。オイルリング受け１５の外周面には、環状凹部が形成され、この環状凹部に、オイルリング２０が支持される。オイルリング２０は、オイルリング受け１５により、回転軸１の軸方向における一定の位置に支持される。

複列転がり軸受９Ａを回転軸１に取り付けるときは、一方のオイルリング受け１５を回転軸１に嵌め、このオイルリング受け１５にオイルリング２０を支持させる。次に、複列転がり軸受９Ａを回転軸１に嵌める。さらに、他方のオイルリング受け１５を回転軸１に嵌め、このオイルリング受け１５にオイルリング２０を支持させる。複列転がり軸受９Ａの軸方向の位置は、オイルリング受け１５の軸方向の長さにより決まる。

図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３に示されるように、オイルリング２０は、複列転がり軸受９Ａの外輪を固定する固定部材１６に形成された隙間１６Ａを通された状態で、オイルリング受け１５に回転可能に支持される。オイルリング２０は、潤滑油貯槽１０（図３参照）に貯留される潤滑油にその下部を浸した状態で、オイルリング受け１５を介して回転軸１に支持される。オイルリング２０は、回転軸１の回転に伴って回転し、これにより、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油をかき上げる。

オイルリング２０は、黄銅などの金属材料から構成されてもよいし、焼結金属やセラミックスなどの多孔質材料から構成されてもよい。また、オイルリング２０の周縁部には、様々な起伏形状を設けてもよい。起伏形状によって、オイルリング２０がかき上げる潤滑油の量を増加させることができる。

潤滑油貯槽１０からオイルリング２０にかき上げられた潤滑油は、複列転がり軸受９Ａの軸方向の両側に隣接するオイルリング受け１５を介して回転軸１に供給される。２つのオイルリング２０は、それぞれ、２つのアンギュラ玉軸受から構成される複列転がり軸受９Ａの軸方向の両側に隣接しているので、潤滑油は、複列転がり軸受９Ａの両側から回転軸１を伝って複列転がり軸受９Ａを構成するアンギュラ玉軸受に供給される。したがって、従来のように、どちらか一方のアンギュラ玉軸受が優先的に潤滑油を供給されることがなく、両方のアンギュラ玉軸受に適切な量で均等かつ安定的に潤滑油が供給される。

図５は、本発明の別の実施形態に係る自己潤滑式軸受装置の構造を示した断面図であり、図６は、図５に示されるスラスト軸受ユニット９Ａの部分破断斜視図である。図５および図６に示されるように、この実施形態のスラスト軸受ユニット９Ａは、回転軸１上に直列に配置された２つのアンギュラ玉軸受３１，３２と、これらのアンギュラ玉軸受３１，３２の間に配置された環状の間座（スペーサ）１９とを有した複列転がり軸受である。アンギュラ玉軸受３１，３２は、回転軸１の軸方向荷重および半径方向荷重の両方を受けることができる。間座１９の内側には、その内径がアンギュラ玉軸受３１，３２の内輪の内径と同一であり、外周面にオイルリング２０を支持する環状凹部が形成された円環形状のオイルリング受け１５が配置される。このオイルリング受け１５は、回転軸１に嵌め込まれている。間座１９とオイルリング受け１５との間には空間が形成され、この空間に、オイルリング２０が通されている。尚、図４に示した押圧部材１６と同様に、間座１９には、周方向に延びる隙間が形成されており、オイルリング２０は、その隙間を通った状態で、回転軸１の回転に伴って回転する。

このような構成により、潤滑油貯槽１０からオイルリング２０にかき上げられる潤滑油は、２つのアンギュラ玉軸受３１，３２の間に設けられたオイルリング受け１５を介して回転軸１に供給される。オイルリング２０は、複列転がり軸受９Ａを構成するアンギュラ玉軸受３１、３２の間に配置されているので、オイルリング２０によってかき上げられた潤滑油は、回転軸１を伝って隣接するアンギュラ玉軸受３１，３２に供給される。したがって、従来のように、どちらか一方のアンギュラ玉軸受３１，３２が優先的に潤滑油を供給されることなく、両方のアンギュラ玉軸受３１，３２に適切な量で均等かつ安定的に潤滑油が供給される。

尚、間座１９の配置部分にオイルリング２０を設けるこの構成によれば、３つ以上の転がり軸受が軸方向に並ぶ複列転がり軸受の場合でも、隣接する２つの軸受の間にオイルリング２０を配置することができる。したがって、各転がり軸受に均等に潤滑油を供給することが可能となる。また、図３に示される実施形態の構成と、図５に示される実施形態の構成を組み合わせることにより、潤滑油をさらに均等に転がり軸受に供給することができる。

これまで、横軸ポンプの軸受装置を例として、本発明の実施形態に係る軸受装置９を説明してきた。しかしながら、この軸受装置９は、横軸ポンプ以外の回転機械にも適用することができる。例えば、本発明の軸受装置９は、ブロワーなどの回転機械にも適用することができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

１ 回転軸
２ 羽根車
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ポンプケーシング
６ ディフューザ
７ バランス装置
８ 軸封装置（メカニカルシール）
９ 軸受装置
９Ａ スラスト軸受ユニット（複列転がり軸受）
９Ｂ ラジアル軸受ユニット
１０ 潤滑油貯槽
１０Ａ 潤滑油面
１５ オイルリング受け
１６ 固定部材
１９ 間座
２０ オイルリング
２７ 冷却ジャケット
３１，３２ 軸受
１００ 横軸ポンプ

Claims (4)

1. 回転軸のスラスト方向に作用する荷重を受ける複列転がり軸受と、
   前記複列転がり軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、
   前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、
   前記オイルリングは、前記複列転がり軸受の両側に配置されていることを特徴とする軸受装置。
2. 回転軸のスラスト方向に作用する荷重を支持する複列転がり軸受と、
   前記複列転がり軸受の下方に配置される潤滑油貯槽と、
   前記回転軸に支持され、前記回転軸の回転に伴って前記潤滑油貯槽に貯留される潤滑油をかき上げるオイルリングと、を備え、
   前記オイルリングは、前記複列転がり軸受を構成する２つの軸受の間に配置されていることを特徴とする軸受装置。
3. 回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載の軸受装置と、を備えたことを特徴とする回転機械。
4. 回転軸と、
   前記回転軸に固定された羽根車と、
   前記回転軸を回転自在に支持する請求項１または２に記載の軸受装置と、を備えたことを特徴とするポンプ。

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