JP2017072192A - Sliding bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプやコンプレッサなどの回転流体機械の軸受として好適に使用されるすべり軸受装置に係り、例えば、先行待機運転ポンプのようなドライ条件で運転管理を行うポンプなどで、回転軸外周の高速化に対応したすべり軸受装置に関する。 The present invention relates to a sliding bearing device that is preferably used as a bearing of a rotary fluid machine such as a pump or a compressor. For example, a pump that performs operation management under dry conditions such as a preceding standby operation pump, and the like, The present invention relates to a sliding bearing device corresponding to high speed.
近年の先行待機運転ポンプの状況により、背景技術の一例を説明する。
近年、都市化の進展により、緑地の減少及び路面のコンクリート化、アスファルト化の拡大が進むことでヒートアイランド現象が発生し、いわゆるゲリラ豪雨と呼ばれる局所的な集中豪雨が都市部で頻発している。局所的な大量の降雨は、コンクリート化、アスファルト化した路面では、地中に吸収されることなくそのまま水路に導かれる。その結果、大量の雨水が、短時間のうちに排水機場に流入する。
An example of the background art will be described based on the situation of the preceding standby operation pump in recent years.
In recent years, with the progress of urbanization, the heat island phenomenon has occurred due to the reduction of green spaces, the road surface becoming concrete, and the expansion of asphalt, and so-called guerrilla heavy rains frequently occur in urban areas. A large amount of local rainfall is introduced into the waterway without being absorbed into the ground on concrete and asphalt road surfaces. As a result, a large amount of rainwater flows into the drainage station in a short time.
頻発するこのような集中豪雨によってもたらされる大量の雨水の速やかな排水に備えるために排水機場に設置する排水ポンプでは、始動遅れによる浸水被害が生じないよう、雨水が排水機場に到達する前に予め始動させておく先行待機運転が行われている。 In order to prepare for the rapid drainage of a large amount of rainwater caused by such frequent torrential rains, drainage pumps installed in the drainage pump station should have rainwater before reaching the drainage pump station in order to prevent inundation damage due to delays in starting. Pre-standby operation to be started is performed.
図1は、先行待機運転を行う立軸ポンプの部分概略図である。排水機場の水槽100には、縦方向に配置された回転軸10の先端にインペラ22を備え、インペラ22に水と共に空気を吸い込ませることにより、水槽100の水位が最低運転水位LWL以下であっても運転(先行待機運転)を継続することが可能な立軸ポンプ3が配置されている。この立軸ポンプ3には、インペラ22の入口側の吸い込みベル27の側面部に貫通孔5が設けられており、この貫通孔5には、外気に接する開口6aを備えた空気管6が取付けられている。これにより、この立軸ポンプ3では貫通孔5を介して立軸ポンプ3内に供給する空気の供給量を水位に応じて変化させ、最低運転水位LWL以下で立軸ポンプ3の排水量がコントロールされる。
FIG. 1 is a partial schematic diagram of a vertical shaft pump that performs a prior standby operation. The
図2は、先行待機運転の運転状態を説明する図である。例えば大都市の雨水排水用として、吸込水位に関係なく降雨情報等により予め立軸ポンプを始動しておく(A:気中運転)。低水位の状態から水位が上昇するに従って、インペラの位置まで水位が達し、立軸ポンプは空運転(気中運転)からインペラで水を撹拌する運転(B:気水撹拌運転)、さらに貫通孔を経て供給される空気を水と共に吸い込ませつつ水量を徐々に増やす運転(C:気水混合運転)を経て100%水の排出を行う全量運転(D:定常運転)へ移行する。また、高水位から水位が低下するときは、全量運転から貫通孔を経て供給する空気を水と共に吸い込ませつつ水量を徐々に減らす運転(C:気水混合運転)へ移行する。水位がLLWL近くに至ると、水を吸い込まず排水もしない運転(E:エアロック運転)へ移行する。これら5つの特徴ある運転を総称して先行待機運転という。なお、ポンプ始動は、ケーシング下端よりも低い水位LLLWLから開始する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operating state of the preceding standby operation. For example, for large city rainwater drainage, a vertical shaft pump is started in advance according to rainfall information or the like regardless of the suction water level (A: air operation). As the water level rises from the low water level, the water level reaches the impeller position, and the vertical shaft pump is operated from the idling operation (air operation) to the agitating operation with the impeller (B: air / water agitation operation), and further through the through hole. Then, the operation proceeds to a full operation (D: steady operation) in which 100% water is discharged through an operation of gradually increasing the amount of water (C: air / water mixing operation) while sucking in air supplied through the water. When the water level drops from the high water level, the operation shifts from the full operation to the operation of gradually reducing the water amount while sucking in the air supplied through the through holes together with the water (C: air-water mixing operation). When the water level reaches near LLWL, the operation shifts to an operation (E: air lock operation) in which water is not sucked and drained. These five characteristic operations are collectively referred to as advance standby operation. The pump start is started from the water level LLLWL lower than the lower end of the casing.
図3は、図1に示した先行待機運転を行う立軸ポンプ3の全体を示す断面図である。なお、図2に示した貫通孔5及び空気管6は図示省略されている。
図3に示すように、立軸ポンプ3は、ポンプ設置床に設置固定される吐出エルボ30と、この吐出エルボ30の下端に接続されるケーシング29と、ケーシング29の下端に接続されるとともにインペラ22を内部に格納する吐出ボウル28と、吐出ボウル28の下端に接続されるとともに水を吸い込むための吸い込みベル27とを備えている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the entire
As shown in FIG. 3, the
立軸ポンプ3のケーシング29、吐出ボウル28、及び吸い込みベル27の径方向略中心部には、上下二本の軸が軸継手26によって互いに接続されることにより形成された一本の回転軸10が配置されている。
回転軸10は、支持部材を介してケーシング29に固定されている上部軸受32と、支持部材を介して吐出ボウル28に固定されている下部軸受33によって支持されている。回転軸10の一端側(吸い込みベル27側)には、水をポンプ内に吸い込むためのインペラ22が接続されている。回転軸10の他端側は、吐出エルボ30に設けられた孔を通って立軸ポンプ3の外部へ延び、インペラ22を回転させる図示しないエンジンやモータ等の駆動機へ接続される。
回転軸10と吐出エルボ30に設けられた孔との間には、フローティングシール、グランドパッキンまたはメカニカルシール等の軸シール34が設けられており、軸シール34により立軸ポンプ3が扱う水が立軸ポンプ3の外部に流出することを防止する。
A single
The
A
駆動機は、保守点検を容易に行うことができるように陸上に設けられる。駆動機の回転は回転軸10に伝達され、インペラ22を回転させることができる。インペラ22の回転によって水は吸込みベル27から吸い込まれ、吐出ボウル28、ケーシング29を通過して吐出エルボ30から吐出される。
The driving machine is installed on land so that maintenance and inspection can be easily performed. The rotation of the driving machine is transmitted to the
図4は、図3に示した軸受32,33に適用される従来の軸受装置の拡大図である。図5は、図4に示す軸受装置に設置されたすべり軸受の斜視図である。図4に示すように、従来の軸受装置は、回転軸10の外周に、ステンレス鋼、セラミックス、焼結金属又は表面改質された金属からなるスリーブ11を有している。スリーブ11の外周側には、中空円筒の樹脂材料、セラミックス、焼結金属又は表面改質された金属からなるすべり軸受1が設けられている。スリーブ11の外周面は、すべり軸受1の内周面(すべり面)と非常に狭いクリアランスを介して対面し、すべり軸受1に対して摺動するように構成されている。すべり軸受1は、金属又は樹脂からなる軸受ケース12によりつば部12aを介してポンプのケーシング29(図3参照)等へ繋がる支持部材13に固定されている。図5に示すように、すべり軸受1は中空円筒状の形状を有しており、内周面1aがスリーブ11の外周面と対面し、外周面1bが軸受ケース12に嵌合される。
FIG. 4 is an enlarged view of a conventional bearing device applied to the
図3に示した立軸ポンプ3は、ポンプ起動時には大気中で運転される。すなわち、軸受32,33は液体の潤滑のないドライ条件で運転される。ここでドライ条件とは、ポンプ運転中の軸受32,33の雰囲気が、液体の潤滑がない大気中である条件をいい、ドライ運転とはその条件で運転することをいう。また、図4に示した軸受32,33は軸受に通水した排水条件でも運転される。ここで、排水条件とは、ポンプ運転中の軸受32,33の雰囲気が、土砂等の異物(スラリー)が混入した水中である条件をいい、排水運転とはその条件で運転すること、例えば気水混合運転、全量運転、エアロック運転等をいう。このような条件で軸受32,33が使用される。
尚、図3における立軸ポンプ3は、回転軸10について、軸受32,33が2箇所配置されているが、回転軸10の長さが長くなれば、それに応じてより多くの軸受が配置される。
The
In the
ところで、近年、ポンプの大容量化が更に進んでおり、それに伴い軸径を太くするようになってきた。そのため、軸受の摺動面の速度は高速化した。
また、ポンプ機場はより深い地下に配置されるようになり、それに応じた先行待機ポンプも長軸化と高揚程化が必要とされてきている。高揚程化に対応するには、回転数をあげる必要があり、また、長軸化に応じて軸径を太くし、剛性を高める必要が生まれてきた。
しかしながら、軸径を太くし、回転数を上げることにより、新たな技術的課題が発生する虞がある。図6(a),(b)は、ポンプ運転時における回転軸10、スリーブ11およびすべり軸受1の状態を示す模式的断面図である。ドライ運転においては、回転軸が従来に比べて高速で回転するので、軸受32,33におけるすべり軸受1と、回転軸10に取り付けたスリーブ11が摺動する際に、接触部で多大な摩擦熱が発生しやすくなり、そこで局所的に高温となる虞がある。図6(a),(b)において斜線部は局所的に高温になる部分である。
By the way, in recent years, the capacity of the pump has been further increased, and accordingly, the shaft diameter has been increased. Therefore, the speed of the sliding surface of the bearing has been increased.
In addition, the pumping station has been placed deeper underground, and the preceding standby pump corresponding to the pump station has been required to have a longer shaft and a higher head. In order to cope with higher heads, it is necessary to increase the number of revolutions, and it has become necessary to increase the shaft diameter and increase the rigidity in accordance with the increase in the length of the shaft.
However, increasing the shaft diameter and increasing the rotational speed may cause new technical problems. 6A and 6B are schematic cross-sectional views showing the state of the
このような回転軸に取り付けたスリーブの局所的な高温化は、軸受1の高温化および膨張を引起す虞があるが、ポンプの回転軸10は軸径が太くなり、あるいは長軸化しているので、むしろ、図6(a)に示すように、回転軸10の局所的な膨張により回転軸がわずかに曲がる虞があり、それによりポンプの回転部分と固定部分の干渉による振動や、軸受荷重の増加が起こりやすくなる。すなわち、回転体としてのアンバランス方向に接触し、この接触部が発熱するために軸断面に温度分布が生じ、熱膨張のために軸が曲がる。この際、曲がりにより回転体重心がずれるために回転体全体のアンバランスが徐々に大きくなっていく。また、曲がりにより軸受の当たり方が変化し、各軸受の温度勾配が変化する場合もある。
さらに、軸曲がりによる変位が軸受すきまより大きくなると、図6(b)に示すように、逆位相の2点接触状態となり、曲げ変位が拘束される。さらに熱膨張が続くために押付荷重が上昇するが、荷重上昇⇒発熱量増加⇒熱曲がり加速⇒荷重上昇といった悪循環に陥り、加速度的に軸受温度が上昇する。
Such a local high temperature of the sleeve attached to the rotary shaft may cause a high temperature and expansion of the
Further, when the displacement due to the shaft bending becomes larger than the bearing clearance, as shown in FIG. 6B, a two-point contact state with opposite phases is obtained, and the bending displacement is restrained. In addition, the pressing load increases due to continued thermal expansion, but the bearing temperature rises at an accelerated rate due to a vicious cycle of load increase ⇒ heat generation increase ⇒ thermal bending acceleration ⇒ load increase.
そこで、回転軸の曲がりを低減したり、回転軸の高温化する接触部を冷却したりする機能を有する装置あるいは構造が求められる。これらは、大掛かりで複雑な装置ではなく、ポンプ効率への影響、冷却設備とポンプとの組立・分離・調整などの様々な影響を克服した簡便なものが求められる。 Therefore, there is a demand for an apparatus or a structure having a function of reducing the bending of the rotating shaft or cooling the contact portion where the rotating shaft is heated. These are not large-scale and complicated devices, but simple devices that overcome various effects such as influence on pump efficiency and assembly / separation / adjustment of the cooling equipment and the pump are required.
ところで、このような現象についての対策の技術提案は、従来からなされてきた。
実開昭58−61920号公報(特許文献1)では、起動時やドライ運転時のすべり軸受の摩擦熱による焼き付き対策として、回転軸側の金属摺動部の一部に、その金属より熱膨張率の大きな四弗化エチレンなどの樹脂を埋め込み、摩擦熱により温度が上昇したときに、四弗化エチレンが金属摺動部より先に回転軸外周に延びることを利用して、固定側の金属摺動面と回転軸側の金属摺動部が直接に接触しないようにすることで、金属摺動部同士による摩擦熱の発生を阻害しようとする提案がなされている。
By the way, the technical proposal of the countermeasure about such a phenomenon has been made conventionally.
In Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-61920 (Patent Document 1), as a countermeasure against seizure due to frictional heat of the sliding bearing at the time of start-up or dry operation, a part of the metal sliding portion on the rotating shaft side is thermally expanded from the metal. The resin on the fixed side is used by embedding a resin such as ethylene tetrafluoride with a high rate and when the temperature rises due to frictional heat, the tetrafluoroethylene extends to the outer periphery of the rotating shaft before the metal sliding part. Proposals have been made to prevent generation of frictional heat between the metal sliding portions by preventing the sliding surface and the metal sliding portion on the rotating shaft side from directly contacting each other.
しかしながら、実開昭58−61920号公報(特許文献1)では、四弗化エチレンがどの程度の摺動負荷を受け持つことにするのか、その程度が一つの問題であり、四弗化エチレンの領域が少ない場合には、摺動負荷に耐えにくく、結局、回転軸側の金属摺動部全域を四弗化エチレンに置き換えなければならなかった。 However, in Japanese Utility Model Publication No. 58-61920 (Patent Document 1), the degree of sliding load that ethylene tetrafluoride is responsible for is one of the problems. In the case of a small amount, it was difficult to withstand the sliding load, and eventually the entire metal sliding portion on the rotating shaft side had to be replaced with ethylene tetrafluoride.
特開2005−36692号公報(特許文献2)では、立軸の排水ポンプの回転軸を支えるすべり軸受について、片当りによる局所的な高負荷による焼き付きを防止する技術が提案されている。それによれば、回転軸側の摺動部材をタングステンカーバイド等の高硬度材料とし、対する固定側の摺動部材を四弗化エチレン樹脂やフェノール樹脂、グラファイトおよびそれらの組成物としたもので、固定側の摺動部材内には、固定側の摺動部材よりも熱伝導率の高い伝熱材料が縦横に陥入され、固定側の摺動部における局所的な熱を、当該伝熱材料に伝熱させて放熱させることで、焼き付きを回避する技術が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-36692 (Patent Document 2) proposes a technique for preventing seizure due to a local high load due to a single contact of a slide bearing that supports a rotating shaft of a vertical drainage pump. According to this, the sliding member on the rotating shaft side is made of a high hardness material such as tungsten carbide, and the sliding member on the fixed side is made of tetrafluoroethylene resin, phenol resin, graphite and their composition, and fixed. In the sliding member on the side, a heat transfer material having a higher thermal conductivity than the sliding member on the fixed side is vertically and horizontally inserted, and local heat in the sliding portion on the fixed side is transferred to the heat transfer material. A technique for avoiding burn-in by transferring heat to dissipate heat is disclosed.
特開2009−203933号公報(特許文献3)にも、特開2005−36692号公報(特許文献2)と同様に、固定側の樹脂系の摺動部材の内部を径方向に陥入する伝熱部材を備えることで、固定側の摺動部における局所的な熱を、当該伝熱材料に伝熱させて放熱させる技術が開示されている。 Similarly to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-203933 (Patent Document 3), as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-36692 (Patent Document 2), the inside of the resin-side sliding member on the fixed side is radially inserted. By providing a heat member, a technique is disclosed in which local heat in the sliding portion on the fixed side is transferred to the heat transfer material to dissipate heat.
しかしながら、これらの技術は、固定側の摺動部材が樹脂材料であるので、熱伝導率が非常に小さく、局所的な摩擦による摩擦熱を伝熱材料に通すまでに、発熱点の温度が、かなりな高温になる必要があった。また、固定側の摺動部材が樹脂材料であるので、熱膨張率が非常に大きいため、局所的に高温となった発熱点のところを中心に熱膨張が起こっているが、それより少し離れたところでは、先に述べたように熱伝導率が非常に小さいことから温度が低いままの状態なので、熱膨張されない状態になっている。そのため、発熱点において、樹脂材料が予想不能な形状になってしまっていた。 However, in these techniques, since the sliding member on the fixed side is a resin material, the thermal conductivity is very small, and the temperature of the heat generation point is low until the frictional heat due to local friction is passed through the heat transfer material. It had to be quite hot. In addition, since the sliding member on the fixed side is a resin material, the coefficient of thermal expansion is very large, so thermal expansion occurs mainly at the heating point where the temperature is locally high. In the meantime, as described above, since the thermal conductivity is very small, the temperature remains low, so that it is not thermally expanded. For this reason, the resin material has an unpredictable shape at the heat generation point.
特開2006−170239号公報(特許文献4)や特開2012−132548号公報(特許文献5)には、回転側の摺動部材の熱膨張率を固定側の熱膨張率より一桁小さい組み合わせとした技術で、具体的には回転側の摺動部材を炭素繊維強化複合材料とし、固定側の摺動部材に超硬合金等を用いた技術が開示されている。このようにすることで、摺動部分に摩擦熱による高温化が発生したとしても、回転側よりも外周の固定側の摺動部材の熱膨張率の方が、回転側の摺動部材の熱膨張率よりも大きいので、回転側と固定側の摺動部材間のクリアランスが狭まって抱きついてしまう現象を回避できるとするものである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-170239 (Patent Document 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-132548 (Patent Document 5) describe a combination in which the thermal expansion coefficient of the sliding member on the rotating side is an order of magnitude smaller than the thermal expansion coefficient on the fixed side. Specifically, a technique is disclosed in which a rotating sliding member is a carbon fiber reinforced composite material, and a cemented carbide or the like is used for a stationary sliding member. In this way, even if the sliding part is heated to a high temperature due to frictional heat, the coefficient of thermal expansion of the sliding member on the outer peripheral side is higher than that of the sliding member on the rotating side. Since the coefficient of expansion is larger than the expansion coefficient, the phenomenon that the clearance between the rotating member and the sliding member on the fixed side becomes narrow and can be avoided is avoided.
また、特開2015−52273号公報(特許文献6)は、特開2006−170239号公報(特許文献4)や特開2012−132548号公報(特許文献5)に開示された技術では、回転側の摺動部材が炭素繊維強化複合材料に限られ、使用材料に設計的な自由度がないとして、より広範な材料対応が可能なように、固定側の摺動部の構造に工夫を凝らしている。
すなわち、回転側の摺動部材をPEEK等の樹脂材料とし、固定側の摺動部材を熱伝導率と熱膨張率が回転側の摺動部材よりも大きい金属とし、固定側の摺動部材の外周に膨張しやすいように空間を設けた構造としている。
Japanese Patent Laid-Open No. 2015-52273 (Patent Document 6) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-170239 (Patent Document 4) and Japanese Patent Laid-Open No. 2012-132548 (Patent Document 5). As the sliding members are limited to carbon fiber reinforced composite materials, and there is no design freedom in the materials used, the structure of the sliding part on the fixed side has been devised to allow for a wider range of materials. Yes.
That is, the rotation-side sliding member is made of a resin material such as PEEK, the stationary-side sliding member is made of a metal having higher thermal conductivity and thermal expansion coefficient than the rotation-side sliding member, and the stationary-side sliding member A structure is provided in which a space is provided so as to easily expand on the outer periphery.
以上のような固定側の摺動部材の熱膨張率を、回転側の熱膨張率よりも大きくする方法は、回転側の摺動部材の熱伝導率が小さいので、回転側の摺動部分は、固定側の摺動部分より高温になりやすい。一方、固定側の摺動部材は、回転側の摺動部材より熱伝導率が優れ、またより外周に向けて放熱が可能であるので、固定側の摺動部分は高温になりにくい。
この結果、固定側の摺動部材は温度上昇が少ないので熱膨張せず、また、回転側の摺動部材は、局所的高温を冷却することが困難な状態のまま、継続的に摩擦を繰り返すことになる。したがって、回転側の摺動部分の表面温度と、固定側の摺動部分の表面温度の差は広がり続けてしまう。
The method of increasing the coefficient of thermal expansion of the sliding member on the fixed side as described above is larger than the coefficient of thermal expansion on the rotating side, because the thermal conductivity of the sliding member on the rotating side is small. The temperature tends to be higher than the sliding part on the fixed side. On the other hand, since the sliding member on the fixed side has a higher thermal conductivity than the sliding member on the rotating side and can dissipate heat toward the outer periphery, the sliding portion on the fixed side is not easily heated.
As a result, the sliding member on the fixed side does not thermally expand because the temperature rise is small, and the sliding member on the rotating side continuously repeats friction while it is difficult to cool the local high temperature. It will be. Therefore, the difference between the surface temperature of the sliding portion on the rotating side and the surface temperature of the sliding portion on the fixed side continues to increase.
特開2015−52273号公報(特許文献6)では、回転側の摺動材料の樹脂の熱伝導率が、固定側の摺動材料の金属の熱伝導率に比べて小さいので、両者が摺動時に発熱しても、固定側に熱が速やかに伝えられる旨の記載があるが、摺動時の熱の接触抵抗は非常に大きいので固定側で発生した熱が固定側に逃げ、回転側の熱は固定側にうまく伝えられない。したがって、回転側の樹脂の温度は上昇し、一方で、樹脂材料は熱膨張率が金属より大きいので、固定側の摺動部とのクリアランスが狭まり、回転側が固定側に拘束される虞がある。 In Japanese Patent Laying-Open No. 2015-52273 (Patent Document 6), since the thermal conductivity of the resin of the sliding material on the rotating side is smaller than the thermal conductivity of the metal of the sliding material on the fixed side, both slide. There is a statement that even if heat is generated sometimes, heat is quickly transferred to the fixed side, but the contact resistance of heat during sliding is very large, so the heat generated on the fixed side escapes to the fixed side and the rotation side Heat cannot be transferred well to the fixed side. Therefore, the temperature of the resin on the rotating side rises, while the resin material has a coefficient of thermal expansion greater than that of the metal, so that the clearance with the sliding portion on the fixed side is narrowed and the rotating side may be constrained to the fixed side. .
本発明者らは、このような問題に鑑み、これまで、回転軸側の摺動部で発生する摩擦熱を、固定側に放熱するというよりは、おおむね図7に示すような、回転軸の周方向に均一に拡散するとともに、更に摺動部の軸方向に放熱機能と熱容量を持たせた放熱部を設け、放熱部を通して外気に熱を放熱する方式を提案してきた。
ところで、放熱部は、経済的に高くない金属が用いられる。ところが、これまでの構造では、そのような金属は、経時的に次第に錆びて放熱性能が低下しまうことが難点であった。
In view of such problems, the present inventors have heretofore provided that the rotating shaft as shown in FIG. 7 is generally dissipated rather than dissipating the frictional heat generated in the sliding portion on the rotating shaft side to the fixed side. A method has been proposed in which a heat dissipating part having a heat dissipating function and a heat capacity is provided in the axial direction of the sliding part and the heat is dissipated to the outside air through the heat dissipating part.
By the way, a metal that is not economically expensive is used for the heat radiation part. However, in the conventional structure, it has been difficult for such a metal to gradually rust over time, resulting in a decrease in heat dissipation performance.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、回転流体機械において、回転軸の回転軸側の摺動部で発生する摩擦熱を、回転軸を通して外気に熱を放熱するとともに、放熱部の錆による放熱性能の劣化を回避することができるすべり軸受装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a rotating fluid machine, the heat of friction generated in the sliding portion of the rotating shaft on the rotating shaft side is radiated to the outside air through the rotating shaft, and the heat radiating portion. An object of the present invention is to provide a plain bearing device capable of avoiding deterioration of heat dissipation performance due to rust.
上述の目的を達成するため、本発明のすべり軸受装置は、回転流体機械の回転軸の支持に使用され、軸受すべり面が大気中に露出するドライ条件で使用されるすべり軸受装置であって、前記回転軸の外周に固定されたスリーブと、前記スリーブが摺接する軸受すべり面を有したすべり軸受とを備え、前記回転軸の外周面を形成する材料は防錆素材で、該回転軸の中心側に該回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、前記スリーブの前記回転軸と接する材料の熱伝導率は前記回転軸の材料の熱伝導率よりも大きく、前記回転軸の中心側の伝熱材料の熱伝導率は前記回転軸の材料の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a sliding bearing device of the present invention is a sliding bearing device that is used for supporting a rotating shaft of a rotary fluid machine and is used under dry conditions in which a bearing sliding surface is exposed to the atmosphere. A sleeve fixed to the outer periphery of the rotating shaft; and a slide bearing having a bearing sliding surface with which the sleeve is slidably contacted. The material forming the outer peripheral surface of the rotating shaft is a rust-proof material, and the center of the rotating shaft A heat transfer material having better heat transfer than the rotary shaft is sealed on the side, and the thermal conductivity of the material in contact with the rotary shaft of the sleeve is larger than the thermal conductivity of the material of the rotary shaft, The heat conductivity of the heat transfer material on the center side is larger than the heat conductivity of the material of the rotating shaft.
また、本発明の別の態様のすべり軸受装置は、回転流体機械の回転軸の支持に使用され、軸受すべり面が大気中に露出するドライ条件で使用されるすべり軸受装置であって、前記回転軸の外周に固定されたスリーブと、前記スリーブが摺接する軸受すべり面を有したすべり軸受とを備え、前記回転軸の外周面を形成する材料は防錆素材で、該回転軸の中心側に該回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、前記回転軸の内周と前記回転軸の中心側の伝熱材料の外周は接触していることを特徴とする。 A sliding bearing device according to another aspect of the present invention is a sliding bearing device that is used for supporting a rotating shaft of a rotary fluid machine and is used under dry conditions in which a bearing sliding surface is exposed to the atmosphere. A sleeve fixed to the outer periphery of the shaft, and a slide bearing having a bearing sliding surface with which the sleeve is in sliding contact, and the material forming the outer peripheral surface of the rotating shaft is a rust-proof material on the center side of the rotating shaft. A heat transfer material having better heat transfer than the rotating shaft is hermetically sealed, and the inner periphery of the rotating shaft and the outer periphery of the heat transfer material on the center side of the rotating shaft are in contact with each other.
本発明の好ましい態様によれば、前記回転軸の外周面を形成する材料は、ステンレス鋼であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記回転軸の中心側にある伝熱材料は、銅材料又はアルミニウムであることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the material forming the outer peripheral surface of the rotating shaft is stainless steel.
According to a preferred aspect of the present invention, the heat transfer material on the center side of the rotating shaft is a copper material or aluminum.
本発明の好ましい態様によれば、前記スリーブは、前記すべり軸受と摺接する摺動部材と、前記摺動部材の内側に設けられ摺動部材よりも伝熱性の良い伝熱層とからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記摺動部材は、前記伝熱層の軸方向の両端部を覆い、前記回転軸と密着して固定されていることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the sleeve includes a sliding member that is in sliding contact with the slide bearing, and a heat transfer layer that is provided inside the sliding member and has a higher heat transfer property than the sliding member. Features.
According to a preferred aspect of the present invention, the sliding member covers both ends in the axial direction of the heat transfer layer and is fixed in close contact with the rotating shaft.
本発明の好ましい態様によれば、前記摺動部材は、ステンレス鋼、セラミックス、タングステンカーバイトからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記伝熱層は銅材料又はアルミニウムからなることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the sliding member is made of stainless steel, ceramics, or tungsten carbide.
According to a preferred aspect of the present invention, the heat transfer layer is made of a copper material or aluminum.
本発明の好ましい態様によれば、前記スリーブは、全体が炭素繊維強化複合材料からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記すべり軸受は、金属材料または炭素繊維強化複合材料からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記回転軸の端部に、フランジを介して別の回転軸を接続して一本の回転軸を構成し、前記フランジには前記伝熱材料に水が浸入することを防止するシール部材が設けられていることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the sleeve is entirely made of a carbon fiber reinforced composite material.
According to a preferred aspect of the present invention, the slide bearing is made of a metal material or a carbon fiber reinforced composite material.
According to a preferred aspect of the present invention, another rotary shaft is connected to the end of the rotary shaft via a flange to form one rotary shaft, and water enters the heat transfer material into the flange. It is characterized in that a sealing member is provided to prevent this.
本発明の好ましい態様によれば、前記回転軸の端部に、別の回転軸の端部を締まり嵌めにより接続して一本の回転軸を構成し、前記締まり嵌めは前記伝熱材料に水が浸入することを防止することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記伝熱材料の端部と前記別の回転軸の端部の間には、クリアランスが設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記伝熱材料の端部の反対側にある端部は、前記回転軸の中実部に接触していることを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, one end of the rotating shaft is connected to the end of the rotating shaft by an interference fit to form one rotating shaft, and the interference fit is applied to the heat transfer material. It is characterized by preventing intrusion.
According to a preferred aspect of the present invention, a clearance is provided between an end portion of the heat transfer material and an end portion of the other rotating shaft.
According to a preferred aspect of the present invention, an end portion on the opposite side of the end portion of the heat transfer material is in contact with a solid portion of the rotating shaft.
本発明の回転流体機械は、上記すべり軸受装置を用いたことを特徴とする。
本発明のポンプは、上記すべり軸受装置を用いたことを特徴とする。
The rotary fluid machine of the present invention is characterized by using the above-described slide bearing device.
The pump of the present invention is characterized by using the above-mentioned plain bearing device.
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
(1)本発明の構造は、回転軸の中心側に回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、すべり軸受と摺動するスリーブと回転軸の外周を接触させ、回転軸の内周と回転軸の中心側に備えた回転軸より伝熱性の良い伝熱材料の外周を接触させることにより、回転軸の摺動材料表面で発生した熱が、回転軸の中心側の伝熱性のよい材料によって迅速に軸方向に拡散し、同時に回転軸の中心側の伝熱性のよい材料によって回転軸外周全体に熱を伝えて回転軸に接する外気に放熱するので、摺動材料の発熱による温度上昇を緩和することができる。
(2)回転軸の中心側に回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備えたので、伝熱性の良い伝熱材料の表面が錆びることなく、伝熱性能が低下しない。また、回転軸をステンレス鋼のような防錆素材としたので、回転軸の外周面は錆びず、外気への放熱性能が低下しない。
The present invention has the following effects.
(1) The structure of the present invention is provided with a heat transfer material having better heat transfer than the rotation shaft on the center side of the rotation shaft, and a sleeve that slides on the slide bearing and the outer periphery of the rotation shaft are brought into contact with each other. By contacting the outer periphery of the heat transfer material with better heat transfer than the inner periphery and the rotation shaft provided on the center side of the rotating shaft, the heat generated on the surface of the sliding material of the rotating shaft is transferred to the center side of the rotating shaft. The material is quickly diffused in the axial direction by a good material, and at the same time, the heat transfer material on the center side of the rotating shaft transmits heat to the entire outer periphery of the rotating shaft and dissipates it to the outside air in contact with the rotating shaft. Temperature rise can be mitigated.
(2) Since the heat transfer material with better heat transfer than the rotation shaft is sealed on the center side of the rotation shaft, the surface of the heat transfer material with better heat transfer does not rust and the heat transfer performance does not deteriorate. Moreover, since the rotating shaft is made of a rust-proof material such as stainless steel, the outer peripheral surface of the rotating shaft does not rust, and the heat dissipation performance to the outside air does not deteriorate.
以下、本発明に係るすべり軸受装置および回転流体機械の実施形態を説明するため、図7を用いて背景技術を紹介し、続いて図8乃至図12を参照して本発明に係るすべり軸受装置および回転流体機械の実施形態を説明する。図7乃至図12において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, in order to describe an embodiment of a sliding bearing device and a rotary fluid machine according to the present invention, the background art will be introduced with reference to FIG. 7, and then the sliding bearing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. And an embodiment of a rotating fluid machine will be described. 7 to 12, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図7は、本発明の背景技術に係るすべり軸受装置の基本構成を示す断面図であり、発明者らがこれまで提案してきた技術である。当該すべり軸受装置は、例えば図3に示した軸受32,33に適用される。
図7に示すように、すべり軸受装置は、直径D1の回転軸10の外周にスリーブ11を有している。スリーブ11は回転軸10を摺動摩耗から保護するためのもので、樹脂及びその複合材料、ステンレス鋼、セラミックス、焼結金属、表面改質された金属、炭素及びその複合材料からなり、一定の厚さをもって回転軸10に固定されている。スリーブ11は回転軸10が回転するとその回転に伴って回転する。尚、回転軸は強度上の観点からステンレス鋼が選ばれる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the basic configuration of a plain bearing device according to the background art of the present invention, which is a technique proposed by the inventors so far. The slide bearing device is applied to, for example, the
As shown in FIG. 7, the plain bearing device has a
スリーブ11の外周に相対してすべり軸受1がスリーブ11を囲んで配置されている。すべり軸受1は、回転軸10が回転している状態でも、一定の位置に軸を保つために回転軸を支承するもので、ポンプケーシングなどに接続している支持部材13に軸受ケース12を介して固定されている。したがって、回転軸10の回転は許すが、回転軸10の平行移動はできない程度にすべり軸受1とスリーブ11の間は微小なクリアランスしかない。そのため、すべり軸受1とスリーブ11は摺動するので、すべり軸受1は、摩擦係数の低減のため、PTFE(ポリ四フッ化エチレン)、PA(ポリアミド)、PC(ポリカーボネート)、EP(エポキシ樹脂)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂からなる。
A
スリーブ11の軸方向の両端には、大気運転時にスリーブ11において摺動により発生する摩擦熱を受熱して、速やかに外周の大気に放熱するための放熱部14,14’が備えられている。放熱部14,14’の内周直径はD1,外周直径はD0である。
放熱部14,14’の役目の一つは、スリーブ11で摺動により発生する摩擦熱を受熱することなので、適切な熱容量をもたせる必要がある。流入する摩擦熱に比べ熱容量が小さいと、放熱部14,14’の温度がすぐに上昇してしまい、スリーブ11と放熱部14,14’の温度差が小さくなってスリーブの摩擦熱が移動しにくくなる。
At both ends in the axial direction of the
One of the roles of the
放熱部14,14’の役目のもう一つは、放熱部外周の大気に熱を逃がすことであるので、外周の表面積は適切に広くとる必要がある。放熱部14,14’の外周の表面積が小さいと、流入する摩擦熱に比べ放熱する量が少なくなり、放熱部14,14’の温度が次第に上昇してしまう。
Another role of the
放熱部14,14’の役目の最後の一つは、受熱した熱を放熱部14,14’の全領域に拡散する熱流路の役目がある。したがって、熱流の流路断面積は適切に広くかつ均一にする必要がある。そうしないと、流路が狭い場合には流入する摩擦熱を放熱部に適切に伝えられなくなる。
The last one of the roles of the
以上の役目を機能するため、放熱部14,14’は、銅、金、銀、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属及びその合金、又は炭素及びその複合材料からなり、放熱部14,14’の軸方向の長さや、厚み、回転軸10の外径D1に対して放熱部14,14’の外径D0が決められる。尚、放熱部14,14’は、回転軸10とスリーブ11の間に一部が延伸するなどの構造により、スリーブ11における摩擦熱をより受熱しやすくできる。
In order to function as described above, the
図7に示したような構造により、スリーブ11が摩擦熱により高温になっても、摩擦熱が放熱部14,14’に速やかに伝熱し、放熱部14,14’の全体に熱が伝わり、外周の大気に放熱することができ、スリーブ11の摩擦熱による更なる高温化が抑えられる。
With the structure shown in FIG. 7, even when the
ところで、現実的には、放熱部14,14’には経済的な観点から、金、銀及びその合金や、炭素及びその複合材料は高価であり、アルミニウムは、自然電位が回転軸のステンレス鋼にくらべてかなり離れているため、腐食対策を講じなければならず、結局、銅が用いられている。
しかしながら、放熱部14,14’は、ポンプ内部の環境で使用されるので、銅といえども時間がたつにつれて外周面に緑青が発生し、放熱効果が低下してしまうことが懸念される。
By the way, in reality, from the economical viewpoint, the
However, since the
そこで、本発明者は、図8乃至図10に示すようなすべり軸受装置および回転軸の構造を提案するものである。
図8は本発明に係るすべり軸受装置および回転軸の縦断面図である。
本発明に係るすべり軸受装置も、例えば図3に示した軸受32,33に適用される。図8に示すように、すべり軸受装置は、直径D4の回転軸10の外周に、外径D3の円筒状の摺動部材11’と摺動部材11’の内側に設けられ摺動部材11’よりも伝熱性の良い円筒状の伝熱層16とからなるスリーブ11を有している。但し、スリーブ11は伝熱層16の軸方向の両端部を覆い、回転軸10と密着して固定されている。したがって、ポンプ水はスリーブ11によりシールされ、伝熱層16に浸透しない。
Therefore, the present inventor proposes a structure of a plain bearing device and a rotating shaft as shown in FIGS.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a plain bearing device and a rotating shaft according to the present invention.
The plain bearing device according to the present invention is also applied to the
スリーブ11は回転軸10を摺動摩耗から保護するために、ステンレス鋼、セラミックス、タングステンカーバイド等の高硬度合金からなる。これらの熱膨張係数は、ステンレス鋼が17〜18(×10−6/℃)であるが、それ以外は2〜10(×10−6/℃)である。また、これらの熱伝導率は、ステンレス鋼が17〜21(W/m・K)、セラミックスが3〜150(W/m・K)、高硬度合金が60〜80(W/m・K)である。
The
伝熱層16は銅材料からなりスリーブ11の内面および回転軸10と平均的に接触して固定されている。銅は、熱膨張係数が16〜17(×10−6/℃)、熱伝導率が400(W/m・K)である。
The
回転軸10は強度上の観点からステンレス鋼である。回転軸10の内部には、軸受装置の位置から軸方向両側に連通して直径D5の伝熱柱15がある。伝熱柱15は伝熱層16と同じく銅材料からなり、回転軸10の内壁と平均的に接触している。
スリーブ11、伝熱層16、および伝熱柱15は回転軸10が回転するとその回転に伴って回転する。
The rotating
When the
スリーブ11の外周面に相対してすべり軸受1の内周面が配置されている。すべり軸受1は、ポンプケーシングなどに接続している支持部材13に軸受ケース12を介して固定されている。回転軸10が回転している状態でも、一定の位置に軸を保つために回転軸を支承するために、回転軸の回転は許すが、回転軸の平行移動はできない程度にすべり軸受1とスリーブ11の間は微小なクリアランスを保っている。
The inner peripheral surface of the
スリーブ11の摺動部が高温になると、スリーブ11の内側の伝熱層16に熱が伝えられる。伝熱層16はスリーブ11に比べて熱伝導率が大きいので、伝熱層16に熱が速やかに伝達され、伝熱層16全域が均等に温度上昇する。したがって、伝熱層16は回転軸10に平均的に接触しているので、回転軸10も伝熱層16が接する部分から均等に温度上昇する。結果として回転軸10は、軸断面に温度分布が生じないので、熱膨張のために軸が曲がることはない。
尚、伝熱層16は先に述べたようにスリーブ11に水密にシールされた状態に置かれているので、伝熱層16の表面に緑青は発生しないので、素材境界における伝熱性能は低下しないで維持される。
When the sliding portion of the
Since the
伝熱層16の全域に伝わった摩擦熱は、伝熱層16の内周と平均的に接触する回転軸10の外周から回転軸10内に均等に貫入し、回転軸10の内周と平均的に接触する伝熱柱15に流入する。
スリーブ11の熱膨張係数は、スリーブ11の材料をステンレスとした場合には、伝熱層16および伝熱柱15の材料を銅材料にすれば、回転軸10がステンレス材料であるので、スリーブ11、伝熱層16、回転軸10および伝熱柱15の熱膨張係数をほぼ同等にすることができ、また、スリーブ11の材料をセラミックス、タングステンカーバイド等の高硬度合金とした場合は、伝熱層16および伝熱柱15の材料を銅材料にすれば、回転軸10がステンレス材料なので、スリーブ11の熱膨張係数は伝熱層16、回転軸10および伝熱柱15のこれら各々の熱膨張係数よりも小さくなる。このようにすれば、伝熱層16、回転軸10および伝熱柱15の径方向の熱膨張は、スリーブ11の熱膨張に律速されるので、これらの材料どうしの密着は保たれ、熱の流れも保たれる。
The frictional heat transmitted to the entire area of the
When the
伝熱柱15に伝えられた熱は、回転軸10内を軸受装置の位置から軸方向両側に連通して延びた伝熱柱15の末端に向けて伝えられる。この過程で、伝熱柱15の外周に平均的に接触する回転軸10に向けて伝熱柱15から熱が流れ、回転軸10の外周から大気に向けて熱が放熱される。
伝熱柱15は、このように、回転軸10の軸方向に寸法をとれるので、回転軸10の外周を豊富な放熱面とすることができる。この結果、スリーブ11の摺動表面における摩擦熱が順調に放熱されるので、スリーブ11の表面温度が従来と比べて高温化しない。
The heat transferred to the
Since the
スリーブ11の熱膨張率が比較的小さいことと、スリーブ11の表面の温度が従来と比べて高温化しないので、すべり軸受1は、摩擦係数の低減のため、PTFE(ポリ四フッ化エチレン)、PA(ポリアミド)、PC(ポリカーボネート)、EP(エポキシ樹脂)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂であってもよい。
Since the thermal expansion coefficient of the
しかしながら、固定側の摺動部材が樹脂材料であると、樹脂材料は熱伝導率が非常に小さく(1W/m・K以下)、局所的な摩擦による摩擦熱を樹脂材料を保持する軸受ケース12や支持部材13に通すまでに、発熱点の温度が、かなりな高温になる虞がある。また、固定側の摺動部材が樹脂材料であるので、熱膨張率が非常に大きいため(60〜150×10−6/℃)、局所的に高温となった発熱点のところを中心に熱膨張が起こっているが、それより少し離れたところでは、先に述べたように熱伝導率が非常に小さいことから温度が低いままの状態なので、熱膨張されない状態になっている。そのため、発熱点において、樹脂材料が予想不能な形状になる虞がある。
However, if the sliding member on the fixed side is a resin material, the resin material has a very low thermal conductivity (1 W / m · K or less), and the bearing
以上のような観点から、固定側の摺動材料は、ステンレス鋼のような金属材料や炭素繊維強化複合材料が好ましい。尚、炭素繊維強化複合材料には、熱伝導率が、100(W/m・K)前後で、熱膨張係数が1×10−6/℃前後である。
これらの材料を用いれば、スリーブ11とすべり軸受1の摺動により発生するすべり軸受1の摩擦熱は、すべり軸受1を支える軸受ケース12に速やかに伝えられるので、すべり軸受1の摺動面の温度は高温化しにくくなる。
From the above viewpoint, the fixed-side sliding material is preferably a metal material such as stainless steel or a carbon fiber reinforced composite material. The carbon fiber reinforced composite material has a thermal conductivity of around 100 (W / m · K) and a thermal expansion coefficient of around 1 × 10 −6 / ° C.
If these materials are used, the frictional heat of the sliding
図9は、伝熱柱15の末端部分の一例であり、図9の下方に図8の軸受装置が配置され、それとつながっていることを想定している。図3における軸継手26部分に採用される。図9の上側は、直径D0の中実軸の通常の回転軸10’である。回転軸10’の下部には、フランジ17があり、下側の本願発明に係る回転軸10の端面に設けられたフランジ18と締結可能となっている。
フランジ17より更に下部には、スプライン等が形成された外周が略直径D0の軸が延びている。
FIG. 9 shows an example of the end portion of the
Further below the
図9の下側の本願発明に係る回転軸10の上端には、フランジ18の接合面の近傍に、前述した回転軸10’のスプライン部と係合する部分が備えられている。回転軸10は、前述したように外径D4、内径D5の中空軸で、D4はD0より大きい。内径D5の中空部分には、外径D5の伝熱柱15が嵌合している。
At the upper end of the
フランジ17との接合面には、Oリング溝20があり、そこにOリング21が備えられている。フランジ17とフランジ18は、ボルトなどの締結部材19などにより締結され、Oリングによりシールされる。伝熱柱15の軸方向の伸びを考慮して、伝熱柱15の上端部と、中実軸の回転軸10’の下端部の間には、フランジ17とフランジ18とが接合された場合でも、クリアランスが適切に設けられている。このように、伝熱柱15はOリングシールにより、排水運転時でも、水が伝熱柱15にしみこまないようになっているので、伝熱柱15が長い年月で表面に緑青が発生して伝熱性能を損なうことはない。
An O-ring groove 20 is provided on the joint surface with the
中空軸を採用したことで、中実軸の直径よりも外径を大きくしなければならないが、従来は、回転軸に放熱部を取り付けたので、結局全体的な外径は回転軸の直径よりも大きくなっているので、従来の技術に比べて、必ずしも中空軸の採用は欠点とはならない。
尚、図9により、説明の便宜のため、上下の方向を示したが、向きについては特にとらわれない。また、回転軸の端部がポンプ羽根車の端部などである場合は、フランジ17を閉止フランジとすることで対応可能である。
By adopting a hollow shaft, the outer diameter has to be larger than the diameter of the solid shaft, but conventionally, since the heat dissipation part was attached to the rotating shaft, the overall outer diameter was eventually larger than the diameter of the rotating shaft. Therefore, the use of a hollow shaft is not necessarily a drawback as compared with the conventional technology.
Note that FIG. 9 shows the vertical direction for convenience of explanation, but the direction is not particularly limited. Further, when the end portion of the rotating shaft is the end portion of the pump impeller or the like, this can be dealt with by using the
図10は、図3における軸継手26部分に採用される伝熱柱15の末端部分の別の一例であり、図9と同じく、その下方に図8の軸受装置が配置され、それとつながっていることを想定している。図10の上側は、直径D0の中実軸の通常の回転軸10’である。回転軸10’の下部にはフランジはなく、そのまま回転軸10’が延びている。
10 is another example of the end portion of the
図10の下側の本願発明に係る回転軸10は、前述したように外径D4、内径D5の中空軸で、ただしその上端の回転軸10’との接合部分では、内径がD0となっている。D4はD0より大きい。内径D5の中空部分には、外径D5の伝熱柱15が嵌合している。
回転軸10’と回転軸10は、焼嵌めまたは冷やし嵌めにより、回転軸10’は、回転軸10に差し込まれ結合される。
The rotating
The
伝熱柱15の軸方向の伸びを考慮して、伝熱柱15の上端部と、中実軸の回転軸10’の下端部の間には、回転軸10と回転軸10’が接合された場合でも、クリアランスが適切に設けられている。このように、焼嵌め等により、排水運転時でも、水が伝熱柱15にしみこまないようになっているので、伝熱柱15が長い年月で表面に緑青が発生して伝熱性能を損なうことはない。
In consideration of the axial extension of the
尚、図10においても、図9と同じく、説明の便宜のため、上下の方向を示したが、向きについては特にとらわれない。また、回転軸の端部がポンプ羽根車の端部などである場合は、回転軸10の端部を直径D0の閉止ふたを焼嵌め等で閉止することで対応可能である。
In FIG. 10, as in FIG. 9, the vertical direction is shown for convenience of explanation, but the direction is not particularly limited. Further, when the end of the rotating shaft is the end of a pump impeller or the like, it can be dealt with by closing the end of the
図11は、伝熱柱15の末端部分の一例であり、図11の上方に図8の軸受装置が配置され、それとつながっていることを想定している。図3における回転軸の途中に採用される。図11では、説明の便宜のため、本願発明に係る回転軸10の上側から伝熱柱15が下方に延びて、その端部が回転軸10の途中にある場合を示している。
この場合、本願発明に係る回転軸10は、伝熱柱15の下端部までは、外径D4、内径D5の中空軸で、それより下の方は直径D4の中実軸のままでよい。伝熱柱15の端部から下に向けて、外径をなだらかなテーパーをかけながら、D0の直径の中実軸にしていくことも可能であるが、加工費用の点ではそれは不利である。
FIG. 11 is an example of the end portion of the
In this case, the rotating
以上説明したように、伝熱層16及び伝熱柱15は、水封された環境であるので、それらの表面には緑青が発生せず、それら表面からの伝熱性能は低下しないで維持される。一方、最終的に熱の伝達されるところは、ステンレス鋼の回転軸10であるので、ステンレス鋼の表面は錆びないため、常に一定の放熱性能を保てる。また、伝熱柱15の軸方向の長さは必要に応じて長くできるので、回転軸10の表面を放熱部として十分に利用することができる。
尚、伝熱層16及び伝熱柱15は、水封された環境とするので、銅だけでなくアルミニウム(熱伝導率:230〜240W/m・K 熱膨張係数:23〜24×10−6/℃)の使用も可能になり、このことにより、軽量化も実現できる。
As described above, since the
Since the
図12は、図8乃至図11の実施例の変形例である。図11においては、スリーブ11に炭素繊維強化複合材料を用いている。この場合、炭素繊維強化複合材料は熱伝導率が大きく、熱膨張係数が小さい。炭素繊維強化複合材料はすでに銅に近い熱伝導性能をもっていながら錆びないので、この材料単体でスリーブ11を構成することが可能である。
更に、伝熱柱15に炭素繊維強化複合材料を用いることも可能である。但し、現時点では経済的には少々向かないかもしれない。
FIG. 12 shows a modification of the embodiment shown in FIGS. In FIG. 11, a carbon fiber reinforced composite material is used for the
Furthermore, it is also possible to use a carbon fiber reinforced composite material for the
図8乃至図12に示す本発明に係る軸受装置は、図3に示した軸受32,33に適用される。
図3に示した立軸ポンプ3は、ポンプ起動時には大気中で運転される。すなわち、軸受32,33は液体の潤滑のないドライ条件で運転される。ここでドライ条件とは、ポンプ運転中の軸受32,33の雰囲気が、液体の潤滑がない大気中である条件をいい、ドライ運転とはその条件で運転することをいう。また、図4に示した軸受32,33は軸受に通水した排水条件でも運転される。ここで、排水条件とは、ポンプ運転中の軸受32,33の雰囲気が、土砂等の異物(スラリー)が混入した水中である条件をいい、排水運転とはその条件で運転すること、例えば気水混合運転、全量運転等、エアロック運転等をいう。このような条件で軸受32,33が使用される。
The bearing device according to the present invention shown in FIGS. 8 to 12 is applied to the
The
本発明によれば、立軸ポンプ3において、すべり軸受1と摺動する回転軸10について、回転軸の中心側に回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、すべり軸受と摺動するスリーブと回転軸の外周を接触させ、回転軸の内周と回転軸の中心側に備えた回転軸より伝熱性の良い伝熱材料の外周を接触させる構成にしている。
上記構成によれば、回転軸の摺動材料表面で発生した熱が、回転軸の中心側の伝熱性のよい材料によって迅速に軸方向に拡散し、同時に回転軸の中心側の伝熱性のよい材料によって回転軸の外周全体に熱を伝えて回転軸に接する外気に放熱するので、摺動材料の発熱による温度上昇を緩和することができる。
また、回転軸の中心側に回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備えたので、伝熱性の良い伝熱材料の表面が錆びることなく、伝熱性能が低下しない。また、回転軸をステンレス鋼のような防錆素材としたので、回転軸の外周面は錆びず、外気への放熱性能が低下しない。
According to the present invention, in the
According to the above configuration, the heat generated on the surface of the sliding material of the rotating shaft is quickly diffused in the axial direction by the heat conductive material on the center side of the rotating shaft, and at the same time, the heat conductivity on the center side of the rotating shaft is good. Since the material transmits heat to the entire outer periphery of the rotating shaft and dissipates heat to the outside air in contact with the rotating shaft, temperature rise due to heat generation of the sliding material can be mitigated.
In addition, since the heat transfer material having better heat transfer than the rotation shaft is sealed on the center side of the rotation shaft, the surface of the heat transfer material having better heat transfer does not rust and the heat transfer performance does not deteriorate. Moreover, since the rotating shaft is made of a rust-proof material such as stainless steel, the outer peripheral surface of the rotating shaft does not rust, and the heat dissipation performance to the outside air does not deteriorate.
以上、本発明に係る具体的実施例を先行待機ポンプを一例として説明した。
ところで、本発明に係る三層構造のスリーブ、あるいは摺動層と伝熱層の互いの端部が接した状態で摺動層と伝熱層が回転軸を環状に囲む構造のスリーブは、すべり軸受だけでなく、例えば、コンプレッサや蒸気タービンなどの液体の潤滑のない条件で運転する回転流体機械の回転軸に装着してラビリンスシール部などに用いることができる。また、立軸に限らず横軸回転機械にも用いられる。
As described above, the specific embodiment according to the present invention has been described by taking the preceding standby pump as an example.
By the way, the sleeve of the three-layer structure according to the present invention, or the sleeve of the structure in which the sliding layer and the heat transfer layer surround the rotation shaft in a state where the end portions of the sliding layer and the heat transfer layer are in contact with each other, It can be used not only for a bearing but also for a labyrinth seal part by being mounted on a rotating shaft of a rotating fluid machine that operates under conditions without liquid lubrication, such as a compressor or a steam turbine. Moreover, it is used not only for a vertical axis but also for a horizontal axis rotary machine.
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。 Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea.
1 すべり軸受
1a 内周面
1b 外周面
3 立軸ポンプ
5 貫通孔
6 空気管
6a 開口
10’,10 回転軸
11 スリーブ
11’ 摺動部材
12 軸受ケース
13 支持部材
14,14’ 放熱部
15 伝熱柱
16 伝熱層
17,18 フランジ
20 Oリング溝
21 Oリング
22 インペラ
26 軸継手
27 吸い込みベル
28 吐出ボウル
29 ケーシング
30 吐出エルボ
32 上部軸受
33 下部軸受
34 軸シール
100 水槽
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記回転軸の外周に固定されたスリーブと、
前記スリーブが摺接する軸受すべり面を有したすべり軸受とを備え、
前記回転軸の外周面を形成する材料は防錆素材で、該回転軸の中心側に該回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、
前記スリーブの前記回転軸と接する材料の熱伝導率は前記回転軸の材料の熱伝導率よりも大きく、
前記回転軸の中心側の伝熱材料の熱伝導率は前記回転軸の材料の熱伝導率よりも大きいことを特徴とするすべり軸受装置。 A sliding bearing device used for supporting a rotating shaft of a rotating fluid machine and used in dry conditions in which a bearing sliding surface is exposed to the atmosphere,
A sleeve fixed to the outer periphery of the rotating shaft;
A slide bearing having a bearing sliding surface with which the sleeve slides,
The material that forms the outer peripheral surface of the rotating shaft is a rust-proof material, and a heat transfer material having better heat transfer than the rotating shaft is provided on the center side of the rotating shaft,
The thermal conductivity of the material in contact with the rotating shaft of the sleeve is greater than the thermal conductivity of the material of the rotating shaft,
The slide bearing device according to claim 1, wherein the heat conductivity of the heat transfer material on the center side of the rotating shaft is larger than the heat conductivity of the material of the rotating shaft.
前記回転軸の外周に固定されたスリーブと、
前記スリーブが摺接する軸受すべり面を有したすべり軸受とを備え、
前記回転軸の外周面を形成する材料は防錆素材で、該回転軸の中心側に該回転軸より伝熱性の良い伝熱材料を密封して備え、
前記回転軸の内周と前記回転軸の中心側の伝熱材料の外周は接触していることを特徴とするすべり軸受装置。 A sliding bearing device used for supporting a rotating shaft of a rotating fluid machine and used in dry conditions in which a bearing sliding surface is exposed to the atmosphere,
A sleeve fixed to the outer periphery of the rotating shaft;
A slide bearing having a bearing sliding surface with which the sleeve slides,
The material that forms the outer peripheral surface of the rotating shaft is a rust-proof material, and a heat transfer material having better heat transfer than the rotating shaft is provided on the center side of the rotating shaft,
A sliding bearing device, wherein an inner periphery of the rotating shaft is in contact with an outer periphery of a heat transfer material on a center side of the rotating shaft.
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