JP2021143698A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液中において軸を軸受けする軸受装置において、液の侵入防止効果を向上させる。【解決手段】軸受装置１は、液中において軸２を軸受けするものであって、軸２を挿入する挿入穴１１ａ、１２ａを有し、挿入穴１１ａ、１２ａの周縁に密封部材１１ｂ、１２ｂが取り付けられたハウジングユニット１０と、ハウジングユニット１０内に収容され、軸を軸受けする軸受け１３と、ハウジングユニット１０内に圧縮空気を供給する圧力供給装置３１ａ、３１ｂと、ハウジングユニットに取り付けられ、ハウジングユニット１０内の水分を液中へ排出する排出装置２０と、を備え、圧力供給装置３１ａ、３１ｂは、ハウジングユニット１０の内圧ＰＡ、ＰＢをハウジングユニット１０に掛かる液圧Ｐ０より高く保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、液中において軸を軸受けする軸受装置に関する。

機械設備において、回転駆動系機器を支持する軸受が使用されている。軸受には大別して転がり軸受、滑り軸受及び非接触軸受がある。非接触軸受は構造の複雑さから特殊用途に限られ、一般的には転がり軸受もしくは滑り軸受のうちどちらかが用いられる。転がり軸受もしくは滑り軸受を使用する際には、一般的には潤滑剤としてグリースもしくは潤滑油が必要になる。

ところで、転がり軸受もしくは滑り軸受は地上のみならず水中でも使用される。しかしながら、軸受けは水中に浸ると潤滑材の潤滑特性が劣化し軸受けが破損する場合がある。そこで、従来から軸受けが浸水するのを防止するための種々の方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１には、軸受を収容した箱体に２重に止水パッキンを設けるとともに、内部の水を排水する排水ラインとグリースを排出する排グリースラインとを設ける方法が開示されている。特許文献２には、大気中へつながる水の排出口が設けられた箱体内に軸受を収容し、箱体内に水検出スイッチを設け、水検出スイッチが水を検出したとき、箱体内に圧縮空気を供給して排出口から外部へ水を排出する水中軸受箱が開示されている。

特開平８−７４７２８号公報 実開昭６３−１０１３２７号公報

しかしながら、特許文献１、２では浸水防止効果が十分ではないという問題がある。すなわち、特許文献１の方法ではパッキンを使用しているため、パッキンが経年劣化したときには軸受けの浸水を防ぐことができない。また、特許文献２の方法では、箱体内に水が浸入した後に対処するものであって浸水自体を防止するものではなく、水検出センサが水を感知しなければ圧縮空気は供給されないため、箱体内に存在するドレンにより軸受の性能が劣化する場合がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液の侵入防止効果を向上させることができる軸受装置を提供することを目的とする。

[１] 液中において軸を軸受けする軸受装置であって、
前記軸を挿入する挿入穴を有し、前記挿入穴の周縁に密封部材が取り付けられたハウジングユニットと、
前記ハウジングユニット内に収容され、前記軸を軸受けする軸受けと、
前記ハウジングユニット内に圧縮空気を供給する圧力供給装置と、
前記ハウジングユニットに取り付けられ、前記ハウジングユニット内の水分を前記液中へ排出する排出装置と、
を備え、
前記圧力供給装置は、前記ハウジングユニットの内圧を前記ハウジングユニットに掛かる液圧より高く保持する軸受装置。
[２] 前記排出装置は、前記ハウジングユニットの底部に取り付けられており、
前記ハウジングユニットの内圧は、前記排出装置の排出側の圧力より高い[１]に記載の軸受装置。
[３] 前記ハウジングユニットは、内部に前記軸受を収容するコアハウジングと、前記コアハウジングを収容するサブハウジングと、を有し、
前記コアハウジング及び前記サブハウジングは、それぞれ前記挿入穴を有するとともに、前記挿入穴の周縁に前記密封部材が取り付けられており、
前記排出装置は、最も外側の前記サブハウジングに取り付けられており、
前記圧力供給装置は、前記コアハウジングの内圧を前記サブハウジングの内圧より高くする[１]または[２]に記載の軸受装置。
[４] 前記ハウジングユニットは、複数の前記サブハウジングが入れ子状に収容された多重構造を有する[３]に記載の軸受装置。
[５] 前記ハウジングユニットは、内部に前記軸受を収容しており、前記排出装置が取り付けられたコアハウジングからなる[１]または[２]に記載の軸受装置。

本発明によれば、圧力供給装置がハウジングユニットの内部を排出装置の排出口の液圧より高い圧力に保つことにより、ハウジングユニット側の内圧は液圧より高い状態に維持されるため、軸と密封部材の間から液が浸入するのを抑制し、液の侵入防止特性を向上させることができる。

本発明の軸受装置の好ましい実施形態を示す模式図である。 本発明の軸受装置の別の実施形態を示す模式図である。

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、本発明の軸受装置の好ましい実施形態を示す模式図である。図１の軸受装置１は、液中で使用される軸２を回転可能に軸受けするものであって、軸受１３を収容したハウジングユニット１０と、ハウジングユニット１０に取り付けられた排出装置２０と、ハウジングユニット１０内の圧力を調整する圧力供給装置３１ａ、３１ｂとを備える。軸受１３は例えばボールベアリング等の転がり軸受もしくは滑り軸受からなっている。

図１のハウジングユニット１０は、２重構造になっており、内部に軸受１３を収容するコアハウジング１１と、コアハウジング１１を収容するサブハウジング１２とを有する。コアハウジング１１及びサブハウジング１２は、例えば金属からなっており、直方体に形成されている。コアハウジング１１の側壁には軸２を挿入するための挿入穴１１ａが形成されており、挿入穴１１ａの周縁にはオイルシール又はパッキン等からなる密封部材１１ｂが取り付けられている。同様に、サブハウジング１２の側壁には軸２を挿入するための挿入穴１２ａが形成されており、挿入穴１２ａの周縁には密封部材１２ｂが取り付けられている。

軸２は、コアハウジング１１の密封部材１１ｂと摺動する部位の径がサブハウジング１２の密封部材１２ｂと摺動する部位の径より小さくなっている。さらに、軸２は、軸受１３に固定される部位の径がコアハウジング１１の密封部材１１ｂと摺動する部位の径より小さくなっている。よって、コアハウジング１１側の挿入穴１１ａは、サブハウジング１２側の挿入穴１２ａより小さく形成されることになる。これにより、軸受１３及びコアハウジング１１のサイズを小さくすることができるため、軸受装置１全体を小型化することができる。なお、軸２の形状は図１の形状に限定されず、長手方向にわたり同一の径で形成されてもよい。

排出装置２０は、ハウジングユニット１０内の水分を液中へ排出するものであって、例えば圧縮空気を排出することなく水滴のみを排出するオードドレンからなっている。排出装置２０は、ハウジングユニット１０に取り付けられており、特にハウジングユニット１０の最も外側に位置するサブハウジング１２の底部に取り付けられている。なお、１つの排出装置２０が取り付けられている場合について例示しているが、複数個取り付けても良く、取り付け場所はサブハウジング１２内の液を排出できる位置であればいずれの位置でもよい。

圧力供給装置３１ａ、３２ａは、例えばコンプレッサ等からなり、ハウジングユニット１０内に圧縮空気を供給するものである。図１のようにハウジングユニット１０がコアハウジング１１及びサブハウジング１２を有する場合、圧力供給装置３１ａは、コアハウジング１１側に配管３１ｂを介して圧縮空気を供給し、圧力供給装置３２ａは、サブハウジング１２側に配管３２ｂを介して圧縮空気を供給する。なお、圧力供給装置３１ａ、３２ａは別々の装置からなっていてもよいし、１つの装置を用いてバルブ等によりコアハウジング１１及びサブハウジング１２へ供給する圧縮空気の圧力を調整するようにしてもよい。

ここで、圧力供給装置３１ａ、３２ａは、ハウジングユニット１０の内圧をハウジングユニット１０の外側から掛かる液圧Ｐ０より高く保持する。つまり、圧力供給装置３２ａは、最も外側に位置するサブハウジング１２の内圧ＰＢが液圧Ｐ０よりも大きくなるように（Ｐ０＜ＰＢ）、サブハウジング１２へ圧縮空気を供給する。すると、液が液圧Ｐ０によって軸２と密封部材１２ｂとが摺動して隙間が発生しても、隙間から液が侵入するのを抑制することができる。

さらに、圧力供給装置３１ａは、コアハウジング１１内の内圧ＰＡがサブハウジング１２内の内圧ＰＢより高くなるように（ＰＢ＜ＰＡ）、コアハウジング１１内に圧縮空気を供給する。つまり、圧力供給装置３１ａ、３２ａは、Ｐ０＜ＰＢ＜ＰＡの関係になるようにハウジングユニット１０内の圧力を保持する。なお、液圧は、例えば軸受装置１を設置する深さ位置における水圧を予め測定し取得してもよいし、深さ位置から計算により求めても良い。すると、仮に密封部材１２ｂの摩耗が進行してサブハウジング１２内に液が浸入した場合であっても、ＰＢ＜ＰＡであるとともに、コアハウジング１１も密封部材１１ｂで密封されて２重で密封されているため、軸受１３が浸水するリスクを小さくすることができる。このとき、サブハウジング１２内に侵入した液は、排出装置２０から液中に排水されることになる。

また、排出装置２０の内部における排出側の内圧ＰＣは、液圧Ｐ０より高く設定されており、サブハウジング１２の内圧ＰＢより低く設定されている（Ｐ０＜ＰＣ＜ＰＢ）。すると、液が排出装置２０から逆流してサブハウジング１２内へ侵入するのを防止するとともに、サブハウジング１２内のドレンを排出装置２０から液内へ確実に排出することができる。

上記実施形態によれば、圧力供給装置３１ａ、３１ｂが、ハウジングユニット１０の内圧ＰＡ、ＰＢを液圧Ｐ０より高く保持することにより、軸２と密封部材１２ｂとの間に隙間が生じたとしても、ハウジングユニット１０内の液の侵入を抑制し、軸受１３に対する浸水防止効果を向上させることができる。また、排出装置２０は液中へドレンを排出するため、従来のように大気中へ排出する場合に比べて液の排出構造を簡略化することができる。

さらに、ハウジングユニット１０は、コアハウジング１１と、コアハウジング１１を収容するサブハウジング１２とを有する２重構造にし、圧力供給装置３１ａ、３２ａが、コアハウジング１１の内圧ＰＡをサブハウジングの内圧ＰＢより高くした場合、コアハウジング１１に収容した軸受１３への液の侵入をさらに抑制することができる。

なお、図１において、ハウジングユニット１０は、１つのコアハウジング１１と１つのサブハウジング１２とを備えた２重構造を有する場合について例示しているがこれに限定されない。例えば、ハウジングユニット１０は、内部に複数のサブハウジング１２を入れ子状に収容した３重構造、さらには多重構造を有していても良い。この場合でも、コアハウジング１１の内圧ＰＡがサブハウジング１２の内圧ＰＢより高いものであればよく、複数のサブハウジング１２の内圧ＰＢは、それぞれ同一であってもよいし、内側のサブハウジング１２の内圧を高くするようにしてもよい。

また、図２は本発明の軸受装置の別の実施形態を示す模式図である。図２の軸受装置１００のように、ハウジングユニット１１０が単一構造であっても良い。この場合、排出装置２０がコアハウジング１１に取り付けられ、圧力供給装置３１ａは、コアハウジング１１の内圧ＰＡを液圧Ｐ０より高く保持することになる。なお、図２においては、軸２が長手方向にわたり同一の径で形成された場合について例示しているが、図１同様、装置の小型化のために軸受１３に固定される部位の径がコアハウジング１１の密封部材１１ｂと摺動する部位の径より小さくなっていてもよい。

ハウジングユニット１０として、コアハウジング１１のみを用いた単層のもの(図２参照)、コアハウジング１１及び１つのサブハウジング１２を用いた２重構造のもの、コアハウジング１１と２つのサブハウジング１２を用いた３重構造のものを用意した。軸受１３として内径５０ｍｍ、外径９０ｍｍ、幅２０ｍｍの転がり軸受を使用し、軸２の下面を水深Ｄｐ０＝１０００ｍｍに配置し、排出装置２０の排出口を水深Ｄｐ＝１２００ｍｍの位置に配置した。このとき、コアハウジング１１内圧を０．２０ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、サブハウジング１２内圧をコアハウジング１１内圧より０．０５ｋｇｆ／ｃｍ^２だけ小さくした。この条件下において軸２を連続回転させた。そして、水の侵入を防いだ時間を耐久性として評価し、耐久性をコアハウジング１１内への水浸入防止効果を示す指標とした。比較例として、排出装置２０及び圧力供給装置３１ａがなく、密封部材１１ｂのみで防水したコアハウジング１１に軸受１３を収容した軸受装置を用いた。評価結果を表１に示す。

表１において、耐久性の「◎」は４週間以上水浸入無し、「〇」は４週間未満で水浸入有り、「×」は２週間未満で水浸入有りを示す。また、設置スペースの「◎」は軸受円周方向のハウジング寸法１８０ｍｍ未満、「〇」は軸受円周方向のハウジング寸法１８０ｍｍ以上２７０ｍｍ未満、「×」は軸受円周方向のハウジング寸法２７０ｍｍ以上を示す。

比較例の軸受装置の耐久性は劣っていたが、本発明の実施例１〜３はいずれも水中での耐久性に優れていた。さらに、実施例２、３のように、２重構造以上の多重構造にすることで耐久性の向上が見られた。ただし、ハウジングユニット１０を多重構造にするには寸法を大きくする必要があり、必要な設置スペース確保及び使用できる軸２の寸法も考慮すると実施例２が最も優れていた。

１、１００ 軸受装置
２ 軸
１０、１１０ ハウジングユニット
１１ コアハウジング
１２ サブハウジング
１１ａ、１２ａ挿入穴
１１ｂ、１２ｂ密封部材
１３ 軸受
２０ 排出装置
３１ａ、３２ａ圧力供給装置
３１ｂ、３２ｂ配管
Ｐ０ 液圧
ＰＡ コアハウジングの内圧
ＰＢ サブハウジングの内圧

Claims (5)

1. 液中において軸を軸受けする軸受装置であって、
   前記軸を挿入する挿入穴を有し、前記挿入穴の周縁に密封部材が取り付けられたハウジングユニットと、
   前記ハウジングユニット内に収容され、前記軸を軸受けする軸受けと、
   前記ハウジングユニット内に圧縮空気を供給する圧力供給装置と、
   前記ハウジングユニットに取り付けられ、前記ハウジングユニット内の水分を前記液中へ排出する排出装置と、
   を備え、
   前記圧力供給装置は、前記ハウジングユニットの内圧を前記ハウジングユニットの外側から掛かる液圧より高く保持する軸受装置。
2. 前記排出装置は、前記ハウジングユニットの底部に取り付けられており、
   前記ハウジングユニットの内圧は、前記排出装置の排出側の圧力より高い請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記ハウジングユニットは、内部に前記軸受を収容するコアハウジングと、前記コアハウジングを収容するサブハウジングと、を有し、
   前記コアハウジング及び前記サブハウジングは、それぞれ前記挿入穴を有するとともに、前記挿入穴の周縁に前記密封部材が取り付けられており、
   前記排出装置は、最も外側の前記サブハウジングに取り付けられており、
   前記圧力供給装置は、前記コアハウジングの内圧を前記サブハウジングの内圧より高くする請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記ハウジングユニットは、複数の前記サブハウジングが入れ子状に収容された多重構造を有する請求項３に記載の軸受装置。
5. 前記ハウジングユニットは、内部に前記軸受を収容しており、前記排出装置が取り付けられたコアハウジングからなる請求項１または２に記載の軸受装置。

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