JP2017032118A - 軸封装置および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油などの流体の漏洩を防止することができる軸封装置を提供する。
【解決手段】軸封装置５０は、回転軸１に固定可能なディフレクタ４０と、ディフレクタ４０が貫通する貫通孔３７ａを有する仕切り壁３７と、貫通孔３７ａに設けられたシール構造体４６とを備える。ディフレクタ４０は、ディフレクタ４０の外周面４０ａから半径方向外側に張り出した第１フランジ４１および第２フランジ４２を備える。シール構造体４６および貫通孔３７ａは、第１フランジ４１と第２フランジ４２との間に設けられており、第１フランジ４１は、仕切り壁３７の一方の側面３７ｂに対向し、第２フランジ４２は、仕切り壁３７の反対側の側面３７ｃに対向している。
【選択図】図４

Description

本発明は、軸封装置および該軸封装置を備えた回転機械に関するものである。

回転機械には、回転軸を回転自在に支持するための軸受装置が設置される。この軸受装置として、オイルリングを用いた自己潤滑式軸受装置が知られている。この自己潤滑式軸受装置は、回転軸に支持されたオイルリングが回転軸の回転に追随して回転し、軸受の下方に配置された潤滑油貯槽内の潤滑油をオイルリングによってかき上げて潤滑油を軸受に供給するというものである。回転機械の主要な構成要素はケーシング内に収容されており、軸受を含む軸受装置は軸受ハウジング内に収容されている。

特開２０００−３５６２２３号公報

回転軸は、軸受ハウジングを貫通して延びている。このため、オイルリングによってかき上げられた潤滑油は、回転軸と軸受ハウジングとの間の隙間を通ってケーシング内に漏洩することがある。

そこで、本発明は、潤滑油などの流体の漏洩を防止することができる軸封装置、および該軸封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、回転軸に固定可能なディフレクタと、前記ディフレクタが貫通する貫通孔を有する仕切り壁と、前記貫通孔に設けられたシール構造体とを備え、前記ディフレクタは、該ディフレクタの外周面から半径方向外側に張り出した第１フランジおよび第２フランジを備え、前記シール構造体および前記貫通孔は、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に設けられており、前記第１フランジは、前記仕切り壁の一方の側面に対向し、前記第２フランジは、前記仕切り壁の反対側の側面に対向していることを特徴とする軸封装置である。
本発明の好ましい態様は、前記シール構造体は、前記貫通孔に形成されたラビリンスシールであることを特徴とする。

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軸受と、上記軸封装置を備え、前記仕切り壁は、前記軸受を収容する軸受ハウジングの一部から構成されていることを特徴とする回転機械である。

回転軸とともにディフレクタが回転すると、第１フランジと仕切り壁の側面との間の隙間に浸入した流体（例えば、潤滑油）は、回転する第１フランジに引きずられて旋回し、流体に遠心力が作用する。この遠心力によって流体は外側に流され、流体は、第１フランジと仕切り壁の側面との間との隙間を通過することができない。したがって、本発明に係る軸封装置は、流体の漏洩を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る軸封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。 本発明の一実施形態に係る軸封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１および図２に示す軸受装置の構造を示した断面図である。 図３に示す軸封装置の拡大図である。

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。以下に説明する実施形態において、回転機械の一例としてポンプについて説明するが、回転機械はポンプに限定されない。回転機械の他の例として、コンプレッサやブロワなどを挙げることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る軸封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に回転自在に支持されている。

羽根車２はケーシング５内に配置されている。図１に示すケーシング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９Ａで支持されるようになっている。スラスト軸受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９Ａに潤滑油を供給するためのオイルディスク１１が、回転軸１に固定されている。

このスラスト軸受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９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受９Ｂと、１つのスラスト軸受９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。このスリーブ型のラジアル軸受９Ｂには、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。

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複数のディフューザ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に回転自在に支持されている。

羽根車２はケーシング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９Ａで支持される。スラスト軸受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９Ａに潤滑油を供給するためのオイルディスク１１が、回転軸１に固定されている。

このスラスト軸受９Ａに加えて、回転軸１の両側端部近傍には、回転軸１の半径方向荷重を支持する２つのラジアル軸受９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受９Ｂと、１つのスラスト軸受９Ａの合計３つの軸受で回転軸１は支持される。本実施形態では、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。このスリーブ型のラジアル軸受９Ｂには、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。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の構成は、図１に示した横軸単段ポンプと同様である。

図３は、図１および図２に示す軸受装置９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９Ａと、回転軸１の半径方向荷重を支持するラジアル軸受９Ｂと、を有する。本実施形態のスラスト軸受９Ａには、２つのアンギュラ玉軸受３１，３２により構成された複列転がり軸受が使用され、ラジアル軸受９Ｂにはスリーブ型のすべり軸受が用いられている。

スラスト軸受９Ａおよびラジアル軸受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。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内の油面１０Ａは、回転軸１よりも下方に位置している。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、スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するためのオイルディスク１１がスラスト軸受９Ａに隣接して配置されている。オイルディスク１１は、回転軸１に固定されている。オイルディスク１１は、回転軸１とともに回転し、潤滑油貯槽１０に貯留された潤滑油をかき上げる。オイルディスク１１によってかき上げられた潤滑油は、潤滑油路１７を通ってスラスト軸受９Ａに供給される。

ラジアル軸受９Ｂには、該ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に潤滑油を供給する２つのオイルリング２０が配置されている。スリーブ型のラジアル軸受９Ｂは、円筒状の軸受本体３８を有し、軸受本体３８の内周面が回転軸１を支持する軸受面を構成する。ラジアル軸受９Ｂには、部屋３９が形成されており、オイルリング２０は、この部屋３９を通って、回転軸１に支持される。部屋３９は、ラジアル軸受９Ｂの軸受本体３８に形成されている。ラジアル軸受９Ｂおよびオイルリング２０は、軸受ハウジング３６に収容されており、軸受ハウジング３６の内部に潤滑油貯槽１０が形成される。

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に貯留された潤滑油をかき上げる。オイルリング２０によってかき上げられた潤滑油は、ラジアル軸受９Ｂの軸受面と回転軸１の外周面との間に供給される。

スラスト軸受９Ａおよびラジアル軸受９Ｂは、軸受ハウジング３６内に収容されている。回転軸１は、軸受ハウジング３６の一部を構成する仕切り壁３７を貫通して延びている。軸受装置９は、この仕切り壁３７と回転軸１との間の隙間を潤滑油が通過することを阻止する軸封装置５０を備えている。

図４は図３に示す軸封装置５０の拡大図である。軸封装置５０は、回転軸１に固定された環状のディフレクタ４０を備えている。軸受ハウジング３６の一部を構成する仕切り壁３７には貫通孔３７ａが形成されており、回転軸１およびディフレクタ４０はこの貫通孔３７ａを貫通している。ディフレクタ４０は、オイルディスク１１およびオイルリング２０によってかき上げられた潤滑油が、仕切り壁３７と回転軸１との隙間から漏洩することを防止するために設けられている。ディフレクタ４０は回転軸１と同心状に配置されており、ディフレクタ４０は回転軸１と一体に回転する。

ディフレクタ４０は、その外周面４０ａから半径方向外側に張り出した第１フランジ４１および第２フランジ４２を備えている。第１フランジ４１および第２フランジ４２は、いずれも環状である。第１フランジ４１は仕切り壁３７の一方の側面３７ｂに対向しており、第２フランジ４２は仕切り壁３７の反対側の側面３７ｃに対向している。第１フランジ４１は、軸受ハウジング３６の内部に配置されており、第２フランジ４２は、軸受ハウジング３６の外部に配置されている。

第１フランジ４１と側面３７ｂとの間には、微小な隙間が形成されており、第２フランジ４２と側面３７ｃとの間には、微小な隙間が形成されている。仕切り壁３７の貫通孔３７ａは、第１フランジ４１と第２フランジ４２との間に配置されている。貫通孔３７ａとディフレクタ４０の外周面４０ａとの間には、僅かな隙間が形成されている。

第１フランジ４１と第２フランジ４２との間には、シール構造体４６が設けられている。本実施形態では、シール構造体４６は、仕切り壁３７の貫通孔３７ａに形成されたラビリンスシールである。より具体的には、仕切り壁３７の貫通孔３７ａには、複数の環状溝３７ｄが貫通孔３７ａの周方向に沿って形成されており、これら環状溝３７ｄによってラビリンスシールが構成されている。このシール構造体４６は、仕切り壁３７の貫通孔３７ａとディフレクタ４０の外周面４０ａとの間の隙間からの潤滑油の漏洩を防止するためのシールである。

シール構造体４６の他の例として、仕切り壁３７の貫通孔３７ａとディフレクタ４０の外周面４０ａとの間に配置されたＯリング、リップパッキン、オイルシール、メカニカルシール、または磁性流体シールを採用することができる。例示した各種シールを組み合わせてもよい。

回転軸１とともにディフレクタ４０が回転すると、第１フランジ４１と仕切り壁３７の側面３７ｂとの間の隙間に浸入した潤滑油は、回転する第１フランジ４１に引きずられて旋回し、潤滑油に遠心力が作用する。この遠心力によって潤滑油は外側に流され、潤滑油は、第１フランジ４１と仕切り壁３７の側面３７ｂとの間との隙間を通過することができない。したがって、本実施形態に係る軸封装置５０は、流体である潤滑油の漏洩を防止することができる。

たとえ、潤滑油が仕切り壁３７の貫通孔３７ａとディフレクタ４０の外周面４０ａとの間の隙間に浸入したとしても、シール構造体４６によって、潤滑油が仕切り壁３７の貫通孔３７ａを通過することを防止することができる。つまり、本実施形態に係る軸封装置５０は、第１フランジ４１およびシール構造体４６によって、潤滑油の漏洩を２重に防止することができる。さらに、第２フランジ４２により、仕切り壁３７の外側からの他の流体および／または異物の侵入を防止することができる。

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 ケーシング
６ ディフューザ
７ バランス装置
９ 軸受装置
９Ａ スラスト軸受
９Ｂ ラジアル軸受
１０ 潤滑油貯槽
１０Ａ 潤滑油面
１１ オイルディスク
１７ 潤滑油路
２０ オイルリング
２７ 冷却ジャケット
３１，３２ アンギュラ玉軸受
３６ 軸受ハウジング
３７ 仕切り壁
３７ａ 貫通孔
３７ｂ，３７ｃ 側面
３７ｄ 環状溝
３８ 軸受本体
３９ 部屋
４０ ディフレクタ
４０ａ 外周面
４１ 第１フランジ
４２ 第２フランジ
４６ シール構造体
５０ 軸封装置

Claims (3)

1. 回転軸に固定可能なディフレクタと、
   前記ディフレクタが貫通する貫通孔を有する仕切り壁と、
   前記貫通孔に設けられたシール構造体とを備え、
   前記ディフレクタは、該ディフレクタの外周面から半径方向外側に張り出した第１フランジおよび第２フランジを備え、
   前記シール構造体および前記貫通孔は、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に設けられており、
   前記第１フランジは、前記仕切り壁の一方の側面に対向し、前記第２フランジは、前記仕切り壁の反対側の側面に対向していることを特徴とする軸封装置。
2. 前記シール構造体は、前記貫通孔に形成されたラビリンスシールであることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
3. 回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   請求項１または２に記載の軸封装置を備え、
   前記仕切り壁は、前記軸受を収容する軸受ハウジングの一部から構成されていることを特徴とする回転機械。

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