JP2017032134A - 軸受装置および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の周速が大きい場合でも、オイルリングにより十分な量の潤滑油を適切に軸受に供給することができる軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置９は、回転軸１を回転自在に支持する軸受９Ａ，９Ｂと、軸受９Ａ，９Ｂ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、回転軸１の回転に伴って潤滑油貯槽１０内の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の内周面２１には、潤滑油を保持するための複数の窪み部４０が形成されている。オイルリング２０には、複数の窪み部４０からオイルリング２０の外面２２まで延びる貫通穴４２が形成されている。【選択図】図５

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関し、特に、回転軸とともに回転するオイルリングにより軸受に潤滑油を供給す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。

特開昭５９−１１７９９８号公報 特開昭６１−５５４９８号公報 特開昭６２−７２９９５号公報

しかしながら、オイルリングを回転させる力は、回転軸とオイルリングとの摩擦によって発生するため、潤滑油を適切に供給することができる回転軸の周速には上限（例えば、軸受の周速が１８ｍ／ｓ以下）が存在する。つまり、回転軸の周速が大きいと、オイルリングは回転軸の回転に追随できなくなり、十分な量の潤滑油を軸受に供給できない。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、回転軸の周速が大きい場合でも、オイルリングにより十分な量の潤滑油を適切に軸受に供給することができる軸受装置および該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、回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記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内の潤滑油をかき上げるオイルリングとを備え、前記オイルリングの内周面には、前記潤滑油を保持するための複数の窪み部が形成されており、前記オイルリングには、前記複数の窪み部から前記オイルリングの外面まで延びる貫通穴が形成されていることを特徴とする軸受装置である。

本発明の好ましい態様は、前記複数の窪み部は、前記オイルリングの周方向に沿って配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の窪み部は、等間隔に配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルリングは、前記窪み部の壁面から前記オイルリングの回転方向において前方に延びる油すくい面を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルリングは多孔材料から構成されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、回転軸と、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。

オイルリングには、複数の窪み部が形成されており、窪み部に保持された多くの潤滑油が軸受に供給される。したがって、回転軸の周速が大きい場合であっても、十分な量の潤滑油を適切に軸受に供給することができる。

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。 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。 本発明の一実施形態に係る軸受装置の構造を示した断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 オイルリングの他の実施形態を示す拡大断面図である。 図６に示すオイルリングの縦断面図である。

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。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、本実施形態に係る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に、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、オイルリング２０が配置されている。

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の内部には、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９，９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に、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、オイルリング２０が配置されている。

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，９Ｂが配置されている。これら２つのラジアル軸受９Ｂ，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，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の内部には、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。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のいずれの場合も、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。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、スラスト軸受９Ａの、回転軸１の軸端部側に、該スラスト軸受９Ａに潤滑油を供給するためのオイルリング２０が配置されている。オイルリング２０は、アンギュラ玉軸受３１，３２の外輪を固定する固定部材１６に形成された隙間を通された状態で、回転軸１に支持される。オイルリング２０は、潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油にその下部を浸した状態で、回転軸１に支持されている。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によってかき上げられた潤滑油は、回転軸１を介してスラスト軸受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。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図４に示されるように、ラジアル軸受９Ｂには、部屋３９が設けられており、オイルリング２０は、この部屋３９を通った状態で、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。

図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。オイルリング２０の内周面２１には、オイルリング２０の周方向に沿って配列された複数の窪み部４０が形成されている。これら窪み部４０は、その内部に潤滑油を保持して回転軸１の頂部まで運ぶために設けられている。

複数の窪み部４０は、オイルリング２０の全周にわたって等間隔に配列されている。各窪み部４０は、内周面２１に向かって徐々に広がる入口４３を有している。さらに、各窪み部４０は、各入口４３に接続された絞り通路４１を有している。

オイルリング２０は、窪み部４０からオイルリング２０の外面２２まで延びる複数の貫通穴４２を有している。より具体的には、複数の貫通穴４２のうちのいくつかは、窪み部４０からオイルリング２０の外周面２２ａまで延び、他の貫通穴４２は、窪み部４０からオイルリング２０の両側面２２ｂ，２２ｂまで延びている。これら貫通穴４２は、窪み部４０とオイルリング２０の外部とを連通している。図５に示す実施形態では、複数の貫通穴４２が形成されているが、貫通穴４２の数はこの例に限定されない。窪み部４０から外面２２まで延びる少なくとも１つの貫通穴４２が形成される。

潤滑油貯槽１０に貯留される潤滑油中に窪み部４０が浸漬されると、潤滑油は、窪み部４０に流入する。窪み部４０内の潤滑油は、回転するオイルリング２０により、回転軸１上に運ばれる。窪み部４０内の潤滑油が回転軸１の頂部に接触すると、潤滑油は回転軸１上に流出する。このとき、窪み部４０内には複数の貫通穴４２を通じて空気が入り込むため、窪み部４０内の潤滑油は回転軸１の外周面上にスムーズに流れ出す。さらに、入口４３は、オイルリング２０の内周面２１に向かって広がる形状を有しているので、潤滑油は窪み部４０から速やかに流出できる。

オイルリング２０が回転しているとき、窪み部４０内に保持された潤滑油には遠心力が作用するため、潤滑油の一部は貫通穴４２を通じてオイルリング２０の外部に飛び散る。飛び散った潤滑油は、ラジアル軸受９Ｂの部屋３９（図３および図４参照）を形成する壁面に付着し、部屋３９の壁面は潤滑油によって覆われる。したがって、回転するオイルリング２０が部屋３９の壁面に接触しても、オイルリング２０および／または部屋３９の壁面に焼き付きが生じることを防止することができる。

上述したオイルリング２０の材料には、焼きつき防止のため、柔らかい材料、例えば、砲金が使用される。一実施形態では、窪み部４０内に溜められた潤滑油がスムーズに流出できるように、オイルリング２０の材料として多孔材料を使用してもよい。

スラスト軸受９Ａに隣接して配置されたオイルリング２０の構成も上述したオイルリング２０の構成と同じである。

本実施形態によれば、オイルリング２０の内周面２１には複数の窪み部４０が形成されているため、多くの潤滑油を軸受９Ａ，９Ｂに供給することができる。したがって、回転軸１の周速が大きい場合であっても、十分な量の潤滑油を適切に軸受９Ａ，９Ｂに供給することができる。

図６は、図４に示すオイルリング２０の他の実施形態を示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態のオイルリング２０の構成は、先に説明したオイルリング２０の実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。この実施形態では絞り通路４１が設けられていない。

図７は、図６に示すオイルリング２０の縦断面図である。図７に示すように、オイルリング２０は矢印で示す方向に回転する。オイルリング２０は、窪み部４０の壁面からオイルリング２０の回転方向において前方に延びる油すくい面４４を有している。この油すくい面４４は、窪み部４０の壁面から、オイルリング２０の内周面２１まで斜めに延びている。オイルリング２０が矢印で示す方向に回転すると、潤滑油貯槽１０内の潤滑油は油すくい面４４にすくい上げられ、窪み部４０内に流れ込む。本実施形態によれば、オイルリング２０が高速で回転しているときでも、窪み部４０は、潤滑油を確実に保持することができる。

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
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 液面
１６ 固定部材
２０ オイルリング
２１ 内周面
２２ 外面
２２ａ 外周面
２２ｂ 側面
３１，３２ アンギュラ玉軸受
３９ 部屋
４０ 窪み部
４１ 絞り通路
４２ 貫通穴
４３ 入口
４４ 油すくい面

Claims (6)

1. 回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記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内の潤滑油をかき上げるオイルリングとを備え、
   前記オイルリングの内周面には、前記潤滑油を保持するための複数の窪み部が形成されており、
   前記オイルリングには、前記複数の窪み部から前記オイルリングの外面まで延びる貫通穴が形成されていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記複数の窪み部は、前記オイルリングの周方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記複数の窪み部は、等間隔に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記オイルリングは、前記窪み部の壁面から前記オイルリングの回転方向において前方に延びる油すくい面を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 前記オイルリングは多孔材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 回転軸と、
   請求項１乃至５のいずれか一項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。

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