JP2019015194A - 立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する周方向流体力がバランスするように、すべり軸受の摺動部面積の大きさを調整することで、軸受内液膜効果による周方向流体力を調整することが可能な立軸ポンプを提供する。【解決手段】複数のすべり軸受装置３２、３３を備えた立軸ポンプにおいて、複数のすべり軸受装置の一部は気中運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用される第１のすべり軸受装置であり、複数のすべり軸受装置の残りは、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用される第２のすべり軸受装置である。立軸ポンプはさらに、第２のすべり軸受装置のすべり軸受を更に下方に延長するためのすべり軸受の接続機構５２、又は第２のすべり軸受装置のすべり軸受の摺動面に対応する回転軸の摺動部分を下方に延長するための回転軸の接続機構を有する。【選択図】図１１Ｂ

Description

本発明は、立軸ポンプに関する。より具体的には、立軸ポンプのポンプケーシング内まで水が満たされていない状態でポンプの回転軸を回転して、管理運転を行う立軸ポンプや、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立軸ポンプに関する。

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。

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される排水ポンプでは、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。

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、立軸ポンプ３が配置される。立軸ポンプ３は、鉛直に配置された回転軸１０と、回転軸１０の先端に設けられたインペラ２２とを備える。立軸ポンプ３は、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）を継続することができる。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が設けられている。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が水位に応じて変化され、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。

図２は、先行待機運転の運転状態を説明する図である。前述したように、始動遅れによる浸水被害が生じないよう、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基づいて予め立軸ポンプが始動される（Ａ：気中運転）。雨水が排水機場に到達すると、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）へ移行する。さらに、立軸ポンプは、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。

図３は、図１に示した先行待機運転を行う従来の立軸ポンプ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、吐出エルボ３０と、ケーシング２９と、吐出ボウル２８と、吸い込みベル２７と、を備える。吐出エルボ３０は、ポンプ設置床に設置固定される。ケーシング２９は、この吐出エルボ３０の下端に接続される。吐出ボウル２８は、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。吸い込みベル２７は、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。

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すべり軸受装置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すべり軸受装置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、水を立軸ポンプ３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。

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。

図４は、図３に示したすべり軸受装置３２，３３に用いられるすべり軸受装置の拡大図である。図５は、図４に示すすべり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、回転軸１０は、その外周に、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１２ｃ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１ｃがスリーブ１１の外周面と対面し、外周面１ｄが軸受ケース１２に嵌合される。

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。このとき、すべり軸受装置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、ポンプ運転中のすべり軸受装置３２，３３のすべり軸受１とスリーブ１１の摺動部の雰囲気が、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に示したすべり軸受装置３２，３３は排水条件でも運転される。ここで、排水条件とは、ポンプ運転中のすべり軸受装置３２，３３の雰囲気が、土砂等の異物（スラリー）が混入した水中にある条件をいい、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。このような条件ですべり軸受装置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、すべり軸受装置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。

ところで、近年、ポンプ機場はより深い地下に配置されるようになり、それに応じて先行待機ポンプも長軸化が進んでいる。回転軸を長くすればするほど、回転軸には軸の振れ回りが激しくなる部分が生じる。この軸の振れ回りを抑制するために、回転軸に沿ってすべり軸受を適切な位置により多く配置する必要が生まれてきた。

しかしながら、このことにより、新たな技術的課題が発生する虞がある。図６Ａ及び図６Ｂは、軸の振れ回りが激しくなる部分にすべり軸受装置３２，３３を配置したポンプにおける回転軸１０、スリーブ１１、及びすべり軸受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、すべり軸受装置３２，３３のすべり軸受１と回転軸１０に取り付けたスリーブ１１とが摺動する際に、接触部（斜線で示される部分）での摩擦力が大きくなり摩耗が促進し、同時に発生する摩擦熱が大きくなる。そのため、すべり軸受１やスリーブ１１の損傷が懸念される。

これに対して、ドライ運転時であっても、すべり軸受の摺動面が水中に存在する状態でポンプを運転することができるように、従来から、回転軸及びすべり軸受を保護管で囲繞して、保護管内に清水を通水させたり、全てのすべり軸受装置を、すべり軸受装置内に水を溜めて摺動面が水中に存在する状態にしたものに置き換えたりすることが提案されている。しかしながら、保護管を用いる場合は、保護管に水を供給する設備が必要になるし、すべり軸受装置のメインテナンスが困難である。また、すべり軸受装置に水を溜めて、摺動面が水中に存在する状態にしたものに置き換える場合は、すべり軸受装置の構造が複雑になるのでコストが割高になることや、メインテナンスが困難であるといった問題がある。また、このようなすべり軸受は、サイズが比較的大きくなるので、水流の抵抗となり、ポンプ性能を低下させるという課題がある。

そもそも、回転軸の振れ回り自体を、全体として適切に低減すれば良いのであるが、これまで、立軸ポンプにおける対策は、どちらかといえば負荷の大きい軸受に関する対策等、局部的な対策が多かった。

そこで、発明者等は、ドライ運転の摺動時に、互いに逆向きの摩擦力による偶力を生じさせて摩擦力を相殺し、回転軸の振れ回りを抑制する仕組みを有するすべり軸受装置を発明した（特許文献１参照）。

このすべり軸受装置では、相殺される力が、回転軸の軸方向に垂直な振れ幅（径方向の振れ幅）の大小に依存する。すなわち、回転軸の振れ回りの大きい場所（腹）にこのすべり軸受装置を配置した場合は、振れ回りを抑制する効果が大きいが、回転軸の振れ回りの小さい場所（節）にこのすべり軸受装置を配置した場合、この効果が得にくくなる。

しかしながら、上下に長く伸びた立軸ポンプの回転軸のどの部分の振れ幅が最大（腹）であるか、最小（節）であるかを予め正確に把握することは難しく、回転軸の軸方向に垂直な振れ幅が小さい節の位置に、このすべり軸受装置を誤って配置してしまう虞があった。このすべり軸受装置を節の位置に配置した場合には、回転軸の振れ回りを抑制することは困難となる。また、一度すべり軸受を立軸ポンプに取り付けた後は、その位置を修正変更できない。また、この発明のすべり軸受装置は、サイズが大きいので、ポンプ性能や流体の流れを阻害しないように配置する必要があり、その配置位置には制限がある。そのため、配置可能な位置によっては、十分な逆向きの偶力を発揮できない場合もあった。

そこで、発明者らは、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する軸受内液膜効果による周方向流体力は、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力とは逆向きの力であること、及び液膜効果による周方向流体力は、ドライ運転時の摩擦力に比べて、回転軸の軸方向に垂直な振れ幅の大きさには依存し難く、回転軸の振れの発生位置が腹であるか節であるかでなく、むしろ回転数の大きさに影響されることに着目した。そして、ポンプケーシング内で回転軸のラジアル力を受けるすべり軸受の一部を、気中運転時にその摺動面が大気雰囲気にある状態で使用されるように構成し、残りのすべり軸受を、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用されるように構成することで、摩擦力と液膜効果による周方向流体力とが互いに相殺する効果を生じさせ、立軸ポンプの回転軸の振れ回りを全体的に抑制することを提案し、一定の成果を得ることができた。

国際公開第２０１５／０１２３５０号公報 特開２０１５−２２２１１７号公報 特開平６−９４０３５号公報 特開２０００−１３０３９０号公報 特開２００１−２８９１９１号公報

しかしながら、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する周方向流体力が、振れ回り振動を抑えるほど十分な大きさではない場合や、あるいは周方向流体力が必要以上に大きく作用してしまうことで、不安定化が生じる場合もあることが分かってきた。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。その目的は、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する周方向流体力がバランスするように、すべり軸受の摺動部面積の大きさを調整することで、軸受内液膜効果による周方向流体力を調整することが可能な立軸ポンプを提供することである。

本発明の一形態によれば、回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を収容するポンプケーシングと、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、を備えた立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、前記回転軸を支持する複数のすべり軸受装置を備える。前記複数のすべり軸受装置の一部は、気中運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用される第１のすべり軸受装置である。前記複数のすべり軸受装置の残りは、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用される第２のすべり軸受装置である。前記立軸ポンプはさらに、前記第２のすべり軸受装置のすべり軸受を更に下方に延長するためのすべり軸受の接続機構、又は前記第２のすべり軸受装置のすべり軸受の摺動面に対応する前記回転軸の摺動部分を下方に延長するための回転軸の接続機構を有する。

本発明の一形態によれば、回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を収容するポンプケーシングと、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、を備えた立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、前記回転軸を支持する複数のすべり軸受装置を備える。前記複数のすべり軸受装置の一部は、気中運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用される第１のすべり軸受装置である。前記複数のすべり軸受装置の残りは、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用される第２のすべり軸受装置である。前記第２のすべり軸受は、前記回転軸の最下部を支持するように設けられる。前記立軸ポンプはさらに、前記回転軸の最下部に、前記回転軸を更に下方に延長するための回転軸の接続機構を有するか、又は前記回転軸の最下部に設けられる第２のすべり軸受装置のすべり軸受を更に下方に延長するためのすべり軸受の接続機構を有する。

本発明の一形態において、前記ポンプケーシングは、前記羽根車の上流側に空気管を備える。

本発明によれば、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置において、すべり軸受に、更に下方にすべり軸受を接続して延長させるための接続機構を設け、すべり軸受を下方に増設して摺動面を調整することができ、又はすべり軸受の摺動部に対応して、下方に回
転軸を接続して延長させる回転軸の接続機構を設け、回転軸を増設して摺動面を調整することができる。これにより、摺動面の面積を状況に応じて調節することができる。従って、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する軸受内液膜効果による周方向流体力を調整できるようになるので、両方の力を適切にバランスさせて、振れ回り振動などの不安定化を抑制することができる。

先行待機運転を行う立軸ポンプの部分概略図である。 先行待機運転の運転状態を説明する図である。 図１に示した先行待機運転を行う従来の立軸ポンプの全体を示す断面図である。 図３に示したすべり軸受装置に用いられるすべり軸受装置の拡大図である。 図４に示すすべり軸受装置に設置されたすべり軸受の斜視図である。 軸の振れ回りが激しくなる部分にすべり軸受装置を配置したポンプにおける回転軸、スリーブ、及びすべり軸受の状態を示す模式的断面図である。 軸の振れ回りが激しくなる部分にすべり軸受装置を配置したポンプにおける回転軸、スリーブ、及びすべり軸受の状態を示す模式的断面図である。 本実施形態に係る立軸ポンプの縦断面図である。 大気運転時に、摺動面に液体の潤滑のない大気雰囲気で運転されるすべり軸受装置の摺動部分に働く力を模式的に示す断面図である。 軸受ハウジング内に収容されて、摺動面が潤滑油や水などの液体に浸された液中雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受１の摺動部分に働く力を模式的に示す図である。 すべり軸受の径方向に切断した断面形状による典型的な軸受の種類を説明する図である。 すべり軸受の径方向に切断した断面形状による典型的な軸受の種類を説明する図である。 すべり軸受の径方向に切断した断面形状による典型的な軸受の種類を説明する図である。 すべり軸受の径方向に切断した断面形状による典型的な軸受の種類を説明する図である。 すべり軸受装置の縦断面図である。 増設スリーブと増設すべり軸受を軸方向下方に増設した例を示す図である。 増設スリーブと増設すべり軸受を軸方向下方に増設した他の例を示す図である。 すべり軸受装置の縦断面図である。 図１２Ａに示した回転軸の下端部に増設回転軸を接続し、軸受ケースの下端部にすべり軸受を保持した増設軸受ケースを接続して、回転軸とすべり軸受の摺動面積を増加した例を示す図である。 比較的長い回転軸を支持するすべり軸受装置の縦断面図である。 図１２Ｃに示した軸受ケースの下端部にすべり軸受を保持した増設軸受ケースを接続して、回転軸とすべり軸受の摺動面積を増加した例を示す図である。 比較的長いすべり軸受を有する滑り軸受装置の縦断面図である。 図１２Ｅに示した回転軸の下端部に増設回転軸を接続し、回転軸とすべり軸受の摺動面積を増加した例を示す図である。 スリーブ及びスリーブ保持部材を設けた回転軸を支持するすべり軸受装置の縦断面図である。 図１２Ｇに示した回転軸の下端部に増設回転軸を接続し、軸受ケースの下端部にすべり軸受を保持した増設軸受ケースを接続して、回転軸とすべり軸受の摺動面積を増加した例を示す図である。

以下、本発明に係る立軸ポンプおよび、それに用いるすべり軸受装置の実施形態を図７から図１２を参照して説明する。図７から図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。本明細書において、「上部」又は「上方」及び「下部」又は「下方」とは、立軸ポンプが移送する液体の下流側（図示において「吐出」側）及び上流側（図示において「吸込」側）をそれぞれ意味するものとして説明する。

図７は、本実施形態に係る立軸ポンプ３の縦断面図である。立軸ポンプ３はポンプケーシング内にポンプの揚水対象の水がない状態で回転軸を運転することがあるポンプである。立軸ポンプにはそのような状態で管理運転を行うものや、先行待機運転において、気中運転を行うものもある。図７は先行待機運転を行う立軸ポンプを例示している。なお、管理運転とは、降水が稀な季節のためポンプの停止状態が継続している時期に、ポンプが正常に運転できるかどうかを点検するための運転であって、ポンプケーシング内がドライな状態で行う運転である。その運転時間は、十数分から数十分になる場合もある。

図７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（羽根車の一例に相当する）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。吸い込みベル２７の下端から吐出エルボ３０の吐出端部までをポンプケーシングと呼ぶ。

インペラ２２の入口側の吸い込みベル２７の側面部には貫通孔が設けられており、この貫通孔には、外気に接する開口を備えた空気管６が取り付けられている。これにより、この立軸ポンプ３は、貫通孔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、立軸ポンプ３の排水量がコントロールされる。

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、回転軸１０が配置されている。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は、軸方向の適当な位置で、支持部材を介してケーシング２９に固定されているすべり軸受装置３２と、吐出ボウル２８の内筒に支持部材を介して固定されているすべり軸受装置３３、及び/又はインペラ２２を貫通した回転軸１０の場合において回転軸１０の下端部で、支持部材を介してケーシング２９に固定されているすべり軸受装置３３によって支持されている。すべり軸受装置３３とすべり軸受装置３２はともに１か所以上配置され、両者合わせて複数のすべり軸受装置となる。

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。

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
によって水が吸込みベル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。

ところで、立軸ポンプの回転軸１０は、ポンプケーシング内において、軸シール３４からインペラまでの長い距離延びているので、そのまま回転させると振れ回りが生じる。振れ回りの程度は高さ方向の位置により異なるが、この振れ回りを抑制するように、すべり軸受装置３２、３３を設けて回転軸１０を支持している。

すべり軸受装置３２の配置については、設計段階において、経験、あるいは便法的な計算により、回転軸１０の太さ、長さ、回転数、インペラの重さや枚数等の条件から、回転軸１０の振れ回りの大きい位置を割り出し、それに基づいて軸方向のどの辺りに、いくつ配置するかをある程度決めている。しかしながら、回転軸１０の振れ回りの大きい位置として予測されたすべり軸受装置３２の配置位置が、実際の振れ回りの大きい位置からずれてしまうことがある。また、このすべり軸受装置３２の配置位置は、立軸ポンプ３を組み立てた後に修正することはできない。

特に、回転軸１０が長くなるほど、回転軸１０に振れ回りの大きい部分が複数の場所に生じやすくなる。それを抑制するために、回転軸１０の軸方向に沿ってすべり軸受装置３２をより多く配置する必要が生じる。しかしながら、これにより、すべり軸受装置３２の配置位置が実際の回転軸１０の振れ回りが大きい位置からずれるケースがますます多くなり、また、ずれの大きさも拡大し得る。すなわち、複数のすべり軸受装置の一部は、回転軸１０の振れ回りの極端に小さい、いわゆる「節」の位置に配置されてしまうといったことが生じる。

ところで、ドライ運転においては、すべり軸受装置３２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、接触部での摩擦力が大きくなり、発生する摩擦熱が大きくなる。そのため、その接触部におけるスリーブや軸受の損傷が懸念される。

特に、回転軸１０の振れ回りの大きい所に備えたすべり軸受装置３２ほど軸受荷重が大きいので、摺動する相手方の回転軸１０に取り付けたスリーブ１１の局所的な高温化が生じやすくなり、立軸ポンプ３の回転体（回転軸１０及びスリーブ１１）と固定体（すべり軸受１）との干渉による振動や軸受荷重が増加する。

そこで、本実施形態に係る立軸ポンプ３は、すべり軸受装置３２、３３の一部として大気運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置を備え、その残りとして大気運転時であっても摺動面が常時水中雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置を備える。言い換えれば、すべり軸受装置３２，３３の一部は、すべり軸受１の摺動面（軸受面）に液体が無い状態で回転軸１０を支持し、残りのすべり軸受装置３２，３３は、すべり軸受１の摺動面（軸受面）に液体が存在する状態で回転軸１０を支持するように構成される。大気運転時に摺動面が大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置は、図４および図５にて示したすべり軸受装置である。

図４に示すように、このすべり軸受装置は、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等からなるスリーブ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１２ｃを介してポンプのケーシング２９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１ｃがスリーブ１１の外周面と対面し、外周面１ｄが軸受ケース１２に嵌合される。

図７に示した立軸ポンプ３は、図２で説明した先行待機運転を行う。即ち、立軸ポンプ３は、ポンプ起動時には、ケーシング２９、吐出ボウル２８、及び吸い込みベル２７の内部は大気の状態で運転される。このとき、立軸ポンプ３のすべり軸受装置３２、３３のうち、一部は、摺動面が大気雰囲気にある状態で使用され、残りは、摺動面が水中雰囲気にある状態で使用される。

ここで、大気運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置３２、３３と、摺動面が水中雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置３２、３３とで、どのような現象が生じているかを説明する。

図８は、大気運転時に、摺動面に液体の潤滑のない大気雰囲気で運転されるすべり軸受装置の摺動部分に働く力を模式的に示す断面図である。図８は、回転軸１０の軸方向に垂直な断面を示す。ここで、回転側は、回転軸１０、及びそれに嵌合するスリーブ１１である。それに対して、固定側は、スリーブ１１と摺動するすべり軸受１とそれを支える軸受ケース１２である。なお、図８においては、スリーブ１１とすべり軸受１の間のクリアランスの寸法は、便宜上拡大されて示されている。

回転軸１０が回転すると、回転軸１０に固定されたスリーブ１１が回転する。大気雰囲気でこのすべり軸受装置が使用される場合、回転軸１０の振れ回りによりスリーブ１１の外周面がすべり軸受１に点Ａにて接触したときに、回転軸１０には軸受反力Ｆ_ＡＮが発生する。この軸受反力Ｆ_ＡＮによって、回転軸１０の回転方向とは逆方向に摩擦力Ｆ_ＡＦが発生し、この摩擦力Ｆ_ＡＦが回転軸１０に回転方向とは逆方向の振れ回り振動を引き起こす不安定化力となる。

ここで注意すべきことは、不安定化力である摩擦力Ｆ_ＡＦの大きさの程度は、回転軸１０の軸方向に垂直な振れ幅（即ち、回転軸１０の径方向の振れ幅）の大きさに依存することである。すなわち、摩擦力Ｆ_ＡＦの大きさは、この回転軸１０の振れが腹であるか節であるかに比較的敏感である。

図９は、摺動面が常時水中雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置の摺動部分に働く力を模式的に示す図である。図９は、回転軸１０の軸方向に垂直な断面を示す。このすべり軸受装置においても、回転側は、回転軸１０、及びそれに嵌合するスリーブ１１である。それに対して、固定側は、スリーブ１１と摺動するすべり軸受１とそれを支える軸受ケース１２である。図９のすべり軸受装置は、図８に示したすべり軸受装置と比べて、スリーブ１１とすべり軸受１の摺動部の雰囲気が水中である点が異なる。

回転軸１０が回転すると、回転軸１０に固定されたスリーブ１１が回転する。摺動面が水中雰囲気にある場合には、スリーブ１１とすべり軸受１の間に液膜が構成される。このとき、液膜には回転軸１０の回転による周方向の圧力不均一が生じ、その結果、回転軸１０に半径方向流体力Ｆ_ＡＲと周方向流体力Ｆ_ＡＴが発生する。この現象による効果を軸受内液膜効果といい、この周方向流体力Ｆ_ＡＴは、図８に関連して説明したドライ運転で発生する摩擦力Ｆ_ＡＦとは逆回転方向（逆方向）の力である。

ここで注意すべきことは、回転軸１０の軸方向に垂直な振れ幅の大きさへの周方向流体力Ｆ_ＡＴの依存性は、図８におけるドライ運転時の摩擦力Ｆ_ＡＦに比べて小さいことである。すなわち、周方向流体力Ｆ_ＡＴは、回転軸１０の振れが腹であるか節であるかでなく、むしろ回転数の大きさに影響する。

本実施形態の立軸ポンプ３は、複数のすべり軸受装置３２、３３の一部として、大気運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置を備え、その残りとして大気運転時であっても摺動面が常時水中雰囲気にある状態で使用されるすべり軸受装置とを備えている。これにより、大気運転時において、図８に示した摩擦力と、図９に示した周方向流体力が同時に発生する。そのため、回転軸１０を不安定化する力が互いに逆向きに相殺されるので回転軸１０の振れ回りが抑制される。したがって、ポンプケーシング内の複数のすべり軸受装置３２、３３の最下部のすべり軸受の摺動部が、ポンピング対象の揚水に浸されていない状態の時でも、安定的に問題なく運転可能なポンプを提供することができる。

仮に、相殺する力が、回転軸１０の軸方向に垂直な振れ幅の大きさに依存する場合、すなわち、本発明者等が発明した特許文献１等に開示された、互いに逆向きの摩擦力による偶力を生じさせて不安定化力を相殺し、回転軸１０の振れ回りを抑制する仕組みのすべり軸受装置などを用いる場合には、軸方向に垂直な振れ幅が最大の部分に相殺力がかかるように、すべり軸受装置を配置するべきである。しかしながら、先に述べたように回転軸１０のどの部分の振れ幅が最大（腹）であるか、最小（節）であるかを予め正確に把握して配置することは難しく、回転軸１０の軸方向に垂直な振れ幅がない節の位置に配置する可能性がある。そして、一旦、節の位置に配置した場合には、回転軸の振れ回りを止めることは困難となってしまい、また後から位置を修正変更できない。

しかし、本実施形態に係る立軸ポンプ３においては、複数のすべり軸受装置３２，３３のうち、一部をすべり軸受１の摺動部が常時液中状態にあるすべり軸受装置とすることで、回転軸１０に働く相殺偶力を周方向流体力としている。この相殺偶力は、摩擦力による相殺偶力とは異なり、回転軸１０の軸方向に垂直な振れ幅の大小にあまり依存せず、むしろ回転数の大小に依存する。このため、すべり軸受装置を設置する位置が回転軸の腹か節かに関係なく、回転軸１０のどの場所にこのすべり軸受装置３２，３３を配置してもそれなりの相殺力を生じさせることができる。そして、回転軸１０の高回転数化や、高周速化に応じてその相殺効果は大きくなる。したがって、本実施形態によれば、回転軸１０の振れ回りが抑制されるので、回転軸１０の摺動部の局所的な摩耗や摩擦熱による軸受やスリーブの損傷の虞はなくなった。

ところで、軸受内液膜効果は、すべり軸受１の径方向に切断した断面形状にも依存する。図１０Ａから図１０Ｄは、すべり軸受１の径方向に切断した断面形状による典型的な軸受の種類を説明する図である。図１０Ａは真円軸受を示し、図１０Ｂ及び図１０Ｃは多円弧軸受を示し、図１０Ｄはティルティングパッド軸受を示す。また、具体的には、図１０Ｂは、２円弧軸受を示し、図１０Ｃはオフセット軸受を示す。なお、図１０Ａから図１０Ｄにおいて、斜線部は回転軸１０を表している。

図１０Ａに示す真円軸受は、概ね軸方向に沿った溝４１を摺動面に有し、溝４１により水や潤滑油をすべり軸受１の軸方向に速やかに供給する。なお、図１３Ａに示す真円軸受は、溝４１を備えない場合もある。図１０Ａの真円軸受の溝４１が形成されていない部分の摺動面の半径はｒで、中心はＯである。真円軸受はこれら３種類の軸受中で一番軸受内液膜効果が生じやすく、したがってそれによる力も生じやすい。

図１０Ｂに示す２円弧軸受も、図１０Ａの真円軸受と同様に軸方向に沿った溝４１を摺動面に有する。図１０Ｂ及び図１０Ｃに示す多円弧軸受は、基本的に、回転軸１０が摺動するすべり軸受面の半径はｒであるが、このすべり軸受面は、中心が異なる複数の円弧が組み合わさって構成されている。図１０Ｂに示す２円弧軸受と図１０Ｃに示すオフセット軸受は、２つの円弧に対する中心Ｏ_１とＯ_２を有する。２以上の円弧を有する多円弧軸受
も構成され得る。多円弧軸受は、これら３種類の中で真円軸受ほどではないが、それでも軸受内液膜効果が生じ得る。

図１０Ｄに示すティルティングパッド軸受は、回転軸１０の周りにピボット４２を支点として傾斜運動ができるようなパッド４３と呼ばれるすべり軸受面を複数有し、回転軸１０の周囲を囲んでいる。ティルティングパッド軸受は、軸受内液膜効果が生じない。

従来は、すべり軸受１の摺動面に回転軸１０が液中で摺動することで液膜効果が生じると、立軸ポンプ３の回転軸１０に不安定力がかかるので、液膜効果が生じないようにティルティングパッド軸受を用いることも多かった。しかしながら、本実施形態においては、すべり軸受装置の一部を、摺動部が常時液中にある状態で使用することで、先行待機運転のドライ運転時に、ドライな摺動面のすべり軸受１によって回転軸１０に生じる摩擦力Ｆ_ＡＦに対向する力を、摺動面が常時水中にあるすべり軸受１における液膜効果によって生じさせている。このため、本実施形態では、多円弧軸受、より好ましくは真円軸受が用いられる。

次に、ポンプケーシング内のすべり軸受装置３２，３３のうち、常時水中雰囲気で使用されるすべり軸受装置を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１Ａは、すべり軸受装置３２の縦断面図である。図１１Ａに示すように、回転軸１０はすべり軸受装置３２の上下に延びており、回転軸１０の外周には、スリーブ１１を保持するスリーブ保持部材４４が設けられている。スリーブ１１はスリーブ保持部材４４の外周に備えられている。回転軸１０の回転に伴い、スリーブ保持部材４４及びスリーブ１１は回転軸１０と一体的に回転する。スリーブ１１は外周面を摺動面とし、少なくともその外表面は、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構成されている。

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が配置されている。すべり軸受１は真円軸受または多円弧軸受である。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、ポンプのケーシング２９（図７参照）又は吐出ボウル２８の内筒等へ繋がる支持部材１３に固定されている。

スリーブ１１とすべり軸受１は、さらに受液槽４５と傾斜板４６により囲まれ、これらによってスリーブ１１とすべり軸受１の摺動部が液中に没することができる液溜り４７が形成される。受液槽４５は、スリーブ１１及びすべり軸受１より下方に位置し、回転軸１０の径よりやや大きい径の略円筒壁である回転軸側壁面４５ａ１と、更にそれより大きい径の略円筒壁であるケーシング側壁面４５ｂ１を有する。回転軸側壁面４５ａ１とケーシング側壁面４５ｂ１の下部が互いに接続され、液体を保持する受液槽４５が形成されている。ケーシング側壁面４５ｂ１の上部と、すべり軸受１を支える軸受ケース１２は、互いに接続及び分離を可能とする図示しない接続機構を有し接続時には水密に接続されている。したがって、この接続部の高さレベルにおいては、受液槽４５内と外とで水の行き来はない。また、ケーシング側壁面４５ｂ１は、ポンピング時にそれに沿って流れる揚水の抵抗とならないように下に向けて凸の紡錘形状や円錐形状の先端を有し、上（下流側）に向けて徐々に外径が拡大している。この形状により、水流の流線は、渦などの乱れを生じにくくなり、圧力損失、流体損失を低減することができる。

回転軸側壁面４５ａ１の上端は、スリーブ１１とすべり軸受１の摺動部の上端部より高い位置まで延びている。前述したスリーブ保持部材４４は、受液槽４５の回転軸側壁面４５ａ１の上端と干渉しないように通路４８を有している。スリーブ保持部材４４のスリーブ１１を保持している部分の下端には、更に下方に摺動部を増やすために、接続機構を設
けている。具体的には、スリーブ保持部材４４のスリーブ１１を保持している部分の通路４８側下部は、雌ネジ部５０（接続機構の一例に相当する）を有している。

傾斜板４６は、全体として略筒状に構成された板部材であり、スリーブ１１及びすべり軸受１より上方に位置し、その下部から上部に向かって傾斜板４６の内径が徐々に小さくなる構造を有する。傾斜板４６の下部はすべり軸受１を支える軸受ケース１２と水密に接続しており、この接続部の高さレベルにおいては傾斜板４６の内側と外側とで水の行き来はない。傾斜板４６の上部は、わずかなクリアランスを有してスリーブ保持部材４４等の回転体と相対している。ここで、傾斜板４６の上端部は、前述した回転軸側壁面４５ａ１の上端より高い位置にある。

このようにすべり軸受装置３２，３３を構成することで、受液槽４５と傾斜板４６により囲まれた空間に水等の液体を注入すると、液面は、回転軸側壁面４５ａ１の上端の高さで満水状態となり、図中ＦＬの高さまで達する。これよりさらに液体を注入しても回転軸側壁面４５ａ１の上端を溢流してしまう。このとき、回転軸側壁面４５ａ１の上端は、スリーブ１１とすべり軸受１の摺動部の上端部より高い位置まで延びているので、スリーブ１１とすべり軸受１は水没している。

この状態で、回転軸１０、スリーブ保持部材４４、及びスリーブ１１を回転させると、その回転に伴って液体は回転し、回転による遠心力を得る。ところが、液面の外周側には、傾斜板４６が設けられているので液体の遠心力による外部への飛散を防止することができる。遠心力の圧力により傾斜板４６の内壁面において液面は上昇するが、傾斜板４６により回転軸１０側に液体の向きを変える上、傾斜板４６の上部は、わずかなクリアランスでスリーブ保持部材４４等の回転体と相対しているので、液体が傾斜板４６を乗り越えて外部に飛散することが抑制される。

また、傾斜板４６とスリーブ保持部材４４により形成される外形の形状は、上に向けて凸の紡錘形状又は円錐形状の先端を有し、下（上流側）に向けて徐々に外径が拡大している。この形状により、ポンピング時に傾斜板４６及びスリーブ保持部材４４の外形に沿って流れる揚水の水流の流線は、渦などの乱れを生じにくくなり、圧力損失、流体損失を低減することができる。揚水が、傾斜板４６とスリーブ保持部材４４の外形に沿って流線の乱れを抑制しつつ流れるので、揚水に混入している砂などの異物は、水流に伴って上方（下流側）に流れやすくなり、傾斜板４６とスリーブ保持部材４４のクリアランスから受液槽４５と傾斜板４６により囲まれた空間に流入することを防止できる。

以上のように、受液槽４５の液体が、遠心力により飛散することが防止される。また、受液槽４５内の雰囲気は湿度が高いので、気化による液体の減少が少ない。立軸ポンプ３が揚水する際に受液槽４５内に揚水の一部が供給されて、順次液体が補充されるので、受液槽４５に液体を供給する特別な給水設備や装置を要さずに、常時液体を溜めた状態で、即ち摺動面が液体に浸された状態で回転体の回転を継続することが可能である。

また、ケーシング側壁面４５ｂ１、傾斜板４６、及びスリーブ保持部材４４により形成される外形の形状は、全体として略紡錘形状とすることが好ましい。そうすることで、揚水の水流を乱すことが少なく、圧力損失を少なくできる。

また、このすべり軸受装置３２，３３では、受液槽４５と傾斜板４６が別々の部品であるので、受液槽４５を取り外すことにより、すべり軸受１を交換することができる。なお、受液槽４５の下部や傾斜板４６に、受液槽４５内に液体を注入し又は受液槽４５から液体を排出するための孔と、この孔を塞ぐ脱着可能なプラグを設けて、必要なときに液体の注入や排出をし易くしてもよい。これにより、受液槽４５内の洗浄を行うことができる。

さて、図１１Ａのすべり軸受装置３２では、ケーシング側壁面４５ｂ１の上部と、すべり軸受１を支える軸受ケース１２とは、互いに接続及び分離を可能とする接続機構を有する。また、スリーブ保持部材４４のスリーブ１１を保持している部分の下端には、更に下方に摺動部を増やすために、接続機構を設けている。これにより、増設スリーブや増設すべり軸受を接続することが可能である。

図１１Ｂは増設スリーブと増設すべり軸受を軸方向下方に増設した例を示す図である。スリーブ保持部材４４のスリーブ１１を保持している部分の通路４８側の下方に設けられた雌ネジ部５０に係合するように、増設スリーブ保持材４４ａは雄ネジ部５１を有する。増設スリーブ保持材４４ａは、その外周に増設スリーブ１１ａを保持している。一方、軸受ケース１２の下部にはねじ穴５２（接続機構の一例に相当する）が設けられ、受液槽４５のケーシング側壁面４５ｂ２の上部のフランジ部と増設軸受ケース１２ａにはそれに対応する貫通孔が設けられる。増設軸受ケース１２ａは、通しネジ（接続機構の一例に相当する）により、軸受ケース１２とケーシング側壁面４５ｂ２の上部のフランジ部とにはさみこまれて係合する。このとき、増設軸受ケース１２ａと軸受ケース１２との間、及び増設軸受ケース１２ａとケーシング側壁面４５ｂ２の上部のフランジ部との間は、図示しないシール部材により、水密に接続している。増設軸受ケース１２ａはその内周に増設すべり軸受１ａを保持する。増設すべり軸受１ａは、回転軸１０の回転に伴い回転する増設スリーブ１１ａの外周の摺動面と摺動する。受液槽４５は、スリーブ、すべり軸受の増設に伴い、回転軸側壁面４５ａ１またはケーシング側壁面４５ｂ１の軸方向に長くして、図１１Ｂに示すように回転軸側壁面４５ａ２またはケーシング側壁面４５ｂ２とすることが必要である。

これにより、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置３２，３３において、すべり軸受と回転軸１０側の摺動面との接触面積を状況に応じて調節することができる。従って、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する軸受内液膜効果による周方向流体力を調整できるようになるので、両方の力を適切にバランスさせて、振れ回り振動などの不安定化をおさえることができる。

尚、増設する部品、即ち増設スリーブ保持材４４ａ、増設スリーブ１１ａ、増設軸受ケース１２ａ、増設すべり軸受１ａや、増設に応じて差し替える受液槽４５は軸方向に分割面を有し、その面において分解及び組立をすることができる。

図１１Ｃは、増設スリーブと増設すべり軸受を軸方向下方に増設した他の例を示す図である。図１１Ｃに示す例は、図１１Ｂに示した例と同様に、増設スリーブ保持材４４ｂ、増設スリーブ１１ｂ、増設軸受ケース１２ｂ、増設すべり軸受１ｂによりすべり軸受の摺動部の面積を増加させている。図１１Ｃに示す例と図１１Ｂに示した例との違いは、以下の点にある。即ち、図１１Ｂに示した例では、回転軸１０の中心からスリーブ１１とすべり軸受１の摺動部までの径と、増設した部分の増設スリーブ１１ａと増設すべり軸受１ａの摺動部までの径とが同一であったが、図１１Ｃに示す例では、回転軸１０の中心から増設した部分の増設スリーブ１１ｂと増設すべり軸受１ｂの摺動部までの径は、スリーブ１１とすべり軸受１の摺動部までの径よりも大きくなっている点である。このように、増設する部分の摺動部の面積を軸方向だけでなく径方向に調節することが可能であり、スペースに限りがある場合に状況に応じて対応できる。

以上、すべり軸受装置３２に関して説明したが、吐出ボウル２８の内筒に支持部材を介して固定されているすべり軸受装置３３にも同様の構成を採用することができる。

次に、図７に示す回転軸１０の下端部のすべり軸受装置３３に、常時水中雰囲気で使用されるすべり軸受装置が用いられる場合を説明する。図１２Ａは、すべり軸受装置３３の縦断面図である。回転軸１０はすべり軸受装置３３の上方でインペラ２２（図７参照）を貫通しており、図１２Ａに示すすべり軸受装置の位置は、回転軸１０の下端部に位置している。

回転軸１０の下端部の外周側には、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。すべり軸受１は真円軸受または多円弧軸受である。回転軸１０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、ポンプのケーシング２９（図７参照）等へ繋がる支持部材１３に固定されている。

回転軸１０の下端部とすべり軸受１は、更に受液槽４５と傾斜板４６により囲まれる。受液槽４５と傾斜板４６により形成される空間内には液溜り４７が形成され、回転軸１０の下端部とすべり軸受１の摺動部が液中に没せられる。

受液槽４５は、回転軸１０の下端部とすべり軸受１より下方に位置し、中央が窪んだ円形容器形状を有する。受液槽４５は、その周辺縁部において支持部材１３及び／又は軸受ケース１２と水密に接続して固定されており、その接続部の高さレベルにおいては、受液槽４５内と外とで水の行き来はない。また、受液槽４５は、ポンピング時に受液槽４５に沿って流れる揚水の抵抗とならないように下（上流側）に向けて凸の紡錘形状や円錐形状の先端を有し、上（下流側）に向けて徐々に拡大する外径を有する。この形状により、水流の流線は、渦などの乱れを生じにくくなり、圧力損失、流体損失を低減することができる。

傾斜板４６は、すべり軸受１の上方を覆うように位置し、その内径は、下部から上部に向かって徐々に小さくなる。傾斜板４６の下部は支持部材１３及び／又は軸受ケース１２に水密に接続して固定され、この接続部の高さレベルにおいては傾斜板４６の内側と外側とで水の行き来はない。傾斜板４６の上部は、わずかなクリアランスを有して異物侵入防止板４９と相対している。異物侵入防止板４９は、回転軸１０の外周面に固定された円盤状の部材であり、傾斜板４６を上部から覆うように配置される。これにより、傾斜板４６の内側及び受液槽４５内に、回転軸１０とすべり軸受１の摺動を阻害するような砂等の侵入を抑止している。

受液槽４５と傾斜板４６により囲まれた空間には、水等の液体を、傾斜板４６の上端を越流する図中ＦＬの高さまで注入することができる。そのようにすると、回転軸１０とすべり軸受１の摺動部の上端部より高い位置に液面が位置する、回転軸１０とすべり軸受１の摺動部は没水する。

この状態で、回転軸１０を回転させると、その回転に伴って水は回転し、回転による遠心力を得る。ところが、液面の外周側には傾斜板４６が設けられるので、遠心力による液体の外部への飛散を防止することができる。遠心力の圧力により傾斜板４６の内壁面において液面は上昇するが、傾斜板４６により回転軸１０側に水の向きを変える上、傾斜板４６の上部は、わずかなクリアランスで異物侵入防止板４９等の回転体と相対しているので、水が傾斜板４６を乗り越えて外部に飛散することが抑制される。

また、傾斜板４６と異物侵入防止板４９により形成される外形の形状は、上（下流側）に向けて凸の紡錘形状又は円錐形状の先端を有し、下（上流側）に向けて徐々に外径が拡大している。この形状により、ポンピング時に傾斜板４６及び異物侵入防止板４９の外形
に沿って流れる揚水の水流の流線は、渦などの乱れを生じにくくなり、圧力損失、流体損失を低減することができる。揚水が、傾斜板４６と異物侵入防止板４９の外形に沿って流線の乱れを抑制しつつ流れるので、揚水に混入している砂などの異物は、水流に伴って上方に流れやすくなり、傾斜板４６と異物侵入防止板４９のクリアランスから受液槽４５と傾斜板４６により囲まれた空間に流入することを防止できる。

以上のように、受液槽４５の水が、遠心力により飛散することが防止される。また、受液槽４５の雰囲気は湿度が高いので、気化による液体の減少が少ない。立軸ポンプ３が揚水する際に受液槽４５内に揚水の一部が供給されて、順次液体が補充されるので、受液槽４５に液体を供給する特別な給水設備や装置を要さずに、常時液体を溜めた状態で、即ち摺動面が水に浸された状態で、回転体の回転を継続することが可能である。

また、受液槽４５、傾斜板４６、及び異物侵入防止板４９により形成される外形の形状は、全体として略紡錘形状とすることが好ましい。そうすることで、揚水の水流を乱すことが少なく、圧力損失が少なくできる。

また、このすべり軸受装置３３では、受液槽４５と傾斜板４６が別々の部品であるので、受液槽４５を取り外すことにより、すべり軸受１を交換することができる。なお、受液槽４５の下部や傾斜板４６に、受液槽４５内に液体を注入し又は受液槽４５から液体を排出するための孔と、この孔を塞ぐ脱着可能なプラグを設けて、必要なときに液体の注入や排出をし易くしてもよい。これにより、受液槽４５内の洗浄を行うことができる。

ここで、回転軸１０の下端には、更に下方に摺動部を増やすために、接続機構を設けている。具体的には、回転軸１０の内側に雌ネジ部５３（接続機構の一例に相当する）を設けている。また、すべり軸受１を支える軸受ケース１２の下部にも追加のすべり軸受を増設できるように雌ネジ部５２（接続機構の一例に相当する）が設けられている。

図１２Ｂは、図１２Ａに示した回転軸１０の下端部に増設回転軸１０ａを接続し、軸受ケース１２の下端部にすべり軸受１ａを保持した増設軸受ケース１２ａを接続して、回転軸１０とすべり軸受の摺動面積を増加した例を示す図である。回転軸１０の下端部に設けられた雌ネジ部５３に係合するように、増設回転軸１０ａは雄ネジ部（接続機構の一例に相当する）を有する。一方、軸受ケース１２の下部には雌ネジ部５２が設けられ、増設軸受ケース１２ａにはそれに対応する貫通孔が設けられる。増設軸受ケース１２ａは、通しネジ（接続機構の一例に相当する）により、軸受ケース１２と係合する。増設軸受ケース１２ａの内周に保持されたすべり軸受１ａは、回転軸１０の外周の摺動面と摺動する。

これにより、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置３３において、すべり軸受と回転軸１０側の摺動面との接触面積を状況に応じて調節することができる。従って、大気雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する摩擦力に対して、常時液体雰囲気で使用されるすべり軸受装置の摺動面で発生する軸受内液膜効果による周方向流体力を調整できるようになるので、両方の力を適切にバランスさせて、振れ回り振動などの不安定化をおさえることができる。

図１２Ｂに示した例では、予め存在する回転軸１０と軸受ケース１２の下端に各々増設回転軸１０ａおよび増設すべり軸受１ａを保持した増設軸受ケース１２ａを接続することで、すべり軸受と回転軸の摺動面積を増加させている。しかしながら、図１２Ｃに示すように、予め、すべり軸受１の下端よりも下方に延在するように比較的長い回転軸１０を準備してもよい。この場合は、図１２Ｄに示すように、軸受ケース１２に、増設すべり軸受１ａを保持した増設軸受ケース１２ａを増設するだけでよい。これにより、増設回転軸１０ａの準備と調整が不要になる。

これとは逆に、図１２Ｅに示すように、予め回転軸１０の下端部より下方に延在するように比較的長いすべり軸受１を準備してもよい。この場合は、図１２Ｆに示すように、回転軸１０に増設回転軸１０ａを増設するだけでよい。これにより、増設軸受ケース１２ａと増設すべり軸受１ａの準備と調整が不要になる。

尚、図１２Ａ乃至図１２Ｆにおいては、説明のため便宜的に回転軸１０の外周にスリーブやスリーブ保持器を備えていない実施形態を示した。しかしながら、図１２Ｇに示すように、回転軸１０の外周にスリーブ１１及びスリーブ保持部材４４を設けた場合についても、スリーブ１１及びスリーブ保持部材４４を回転軸１０と一体のものとしてとらえることができる。この場合、破線で図示するように、増設回転軸１０ａ、増設軸受ケース１２ａ、及び増設すべり軸受１ａを設けることで、本実施態様が適用され得ることは明らかである。

図１２Ｈは、図１２Ｂに示した例と同様に、増設回転軸１０ａ、増設軸受ケース１２ａ、及び増設すべり軸受１ａにより、すべり軸受の摺動部の面積を増加させている例である。図１２Ｈに示す例と図１２Ｂに示した例との違いは以下の点である。即ち、図１２Ｂに示した例では、増設回転軸１０ａの外径は、回転軸１０の外径と同一であったが、図１２Ｈに示す例では、増設回転軸１０ａの外径は、回転軸１０の外径より大きい。このように、増設する部分の摺動部の面積を軸方向だけでなく径方向に調節することが可能であり、スペースに限りがある場合に状況に応じて対応できる。

以上、本発明の実施形態について、主に先行待機運転を行う立軸ポンプを例として説明したが、立軸ポンプ３は、ポンプケーシング内に、ポンプが揚水する対象の水がない状態で回転軸を回転して運転することがあるポンプであって、そのような状態で管理運転を行うポンプも含まれる。また、以上の実施形態においては、増設スリーブ、増設すべり軸受、及び増設回転軸等を接続するための接続機構として、ネジ機構を説明したが、接続機構はこれには限られず、他の任意の接続機構を採用することができる。上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。

１…すべり軸受
３…立軸ポンプ
６…空気管
１０…回転軸
１１…スリーブ
２２…インペラ
２９…ケーシング
３０…吐出エルボ
３２…すべり軸受装置
３３…すべり軸受装置
３４…軸シール
４４…スリーブ保持部材
４５…受液槽
４６…傾斜板

Claims (3)

1. 回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を収容するポンプケーシングと、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、を備えた立軸ポンプであって、
   前記回転軸を支持する複数のすべり軸受装置を備え、
   前記複数のすべり軸受装置の一部は、気中運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用される第１のすべり軸受装置であり、
   前記複数のすべり軸受装置の残りは、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用される第２のすべり軸受装置であり、
   前記立軸ポンプはさらに、前記第２のすべり軸受装置のすべり軸受を更に下方に延長するためのすべり軸受の接続機構、又は前記第２のすべり軸受装置のすべり軸受の摺動面に対応する前記回転軸の摺動部分を下方に延長するための回転軸の接続機構を有する、立軸ポンプ。
2. 回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を収容するポンプケーシングと、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、を備えた立軸ポンプであって、
   前記回転軸を支持する複数のすべり軸受装置を備え、
   前記複数のすべり軸受装置の一部は、気中運転時に摺動面が大気雰囲気にある状態で使用される第１のすべり軸受装置であり、
   前記複数のすべり軸受装置の残りは、摺動面が常時液体雰囲気にある状態で使用される第２のすべり軸受装置であり、
   前記第２のすべり軸受は、前記回転軸の最下部を支持するように設けられ、
   前記立軸ポンプはさらに、前記回転軸の最下部に、前記回転軸を更に下方に延長するための回転軸の接続機構を有するか、又は前記回転軸の最下部に設けられる第２のすべり軸受装置のすべり軸受を更に下方に延長するためのすべり軸受の接続機構を有する、立軸ポンプ。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載された立軸ポンプにおいて、
   前記ポンプケーシングは、前記羽根車の上流側に空気管を備える、立軸ポンプ。

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