JP3804296B2

JP3804296B2 - 軸受装置とそれを用いた立軸排水ポンプ

Info

Publication number: JP3804296B2
Application number: JP29781598A
Authority: JP
Inventors: 宏二会沢; 秀樹秋庭; 重信長沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP2000120584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型ポンプの主軸を支承する軸受装置と、これを用いた排水ポンプに係り、特に立軸排水ポンプの軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型ポンプの場合、主軸を支承する軸受装置は、ランナの上方部と変速機の下方部の二個所に配置されている。変速機下方部に配置された軸受装置はガイド軸受部とスラスト軸受部を組み合わせて構成されている。また、ランナの上方部に配置された軸受装置はガイド軸受部のみで構成されている。これらの軸受装置では潤滑液に鉱油系のタービン油が使用されている。タービン油は比重が０．８７で揚水液（比重１．０）よりも小さい。軸受装置でガイド軸受部のみで構成されている場合の構造例としては機械図集（すべり軸受、日本機械学会発行、昭和４４年１１月２０日初版：４８、４９ページ）に開示されている。
【０００３】
また、同様に軸受装置でガイド軸受部とスラスト軸受部を組み合わせた構成については前記機械図集の４０、４１ページに開示されている。
【０００４】
通常、この種の大型ポンプでは、軸受装置内にある鉱油系のタービン油で軸受が潤滑されるため、安定して長時間の排水運転ができる。
【０００５】
しかしながら、その一方において近年における急速な都市化により、降雨量が多くなると排水機場への雨水の流入が大量かつ急激なものとなると共に、排水機場が冠水する恐れがある。ところで、万一排水機場が冠水しても、機場の使命として一定期間は連続して排水運転ができることが要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、降雨量が多くて機場が冠水状態になると、前記軸受装置内にある鉱油系のタービン油（比重０．８７）が流出し、タービン油の必要とする部分が雨水（揚水液）に置換される。潤滑油が雨水に入れ代わった条件でスラスト軸受の摺動面に形成される潤滑膜厚を計算すると、雨水の場合の面圧は２．５ＭＰａで膜厚は１０μｍ以下となり、必要膜厚を下回り、安定した軸受性能が得られないことが判明した。
【０００７】
一方、ガイド軸受部は、軸受荷重が小さいことから雨水に入れ代わった条件でもセラミック軸受で対応可能である。
【０００８】
このように、従来の軸受装置では、スラスト軸受部の潤滑不良に起因する損傷が原因で、排水ポンプが停止し排水運転が不可能になる。すなわち、上述のようなスラスト軸受部を有する軸受装置構造では、雨水（揚水液）の軸受部への流入により長時間の排水運転を行うことができなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、長時間に渡って安定した軸受性能が得られる軸受装置を提供することにあり、他の目的は、上記軸受装置を用い、高信頼性を得ることができる立軸排水ポンプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受装置において、ポンプ主軸にスラストブロックが固定され、このスラストブロックの外周位置に配置される軸受ケースと、この軸受ケース及びスラストブロック間に周方向に沿って複数配設されたセグメント状のガイド軸受と、スラストブロック下部に取り付けたカラーと該カラーに対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受とこれらの軸受の潤滑液を蓄える油槽を設け、前記油槽内のパッド型スラスト軸受部のみに潤滑液貯留部を設けた構成とした。
【００１１】
本発明の軸受装置では、上述の如く、油槽内のスラスト軸受摺動部の潤滑液を貯留する手段を設けているので、油槽内に水が侵入してもスラスト軸受摺動部は潤滑液で潤滑されるので損傷が確実に防止される。また、油槽内の潤滑液の流失量が低減できるので、汚染防止に有効である。更に、スラスト軸受摺動部の異物等による損傷も防止できるので、潤滑液のみを交換することで再使用が可能である。
【００１２】
上記構成の軸受装置を排水機場の立軸排水ポンプに用いることにより、多量の降雨が有り、排水機場が冠水し、前記立軸ポンプの軸受内の油槽内に雨水が侵入してもスラスト軸受摺動部の潤滑液が雨水に置換されないため、長期間にわたって安定した軸受性能を示す軸受装置が得られ、この軸受装置をポンプに適用することにより、ポンプとして高信頼性を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図６により説明する。図１には本発明による軸受装置の第１の実施例を示す縦断面図である。なお、図１に示す軸受装置１６は、後述する立軸排水ポンプに主に用いられるもので、変速機１８の下方位置に配置されポンプ主軸１を支承するものである。
【００１４】
軸受装置１６は、次のように構成されている。ポンプ主軸１にはスラストブロック２が固定されている。このスラストブロック２の外周位置に軸受ケース４が配置されている。この軸受ケース４及びスラストブロック２間には、周方向に沿って複数のセグメント状のガイド軸受３が配設されている。スラストブロック２の下部にはカラー９が取り付けられている。また、カラー９に対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受１０と、これらの軸受の潤滑液１９を蓄える油槽６と、前記油槽内のパッド型スラスト軸受部のみに潤滑液貯留部である、内筒７と外筒８をカラー９とスラスト軸受１０を所定の間隔を空けて囲むように設けている。
【００１５】
ここで、油槽６は軸受ケーシング１１に固定された内周側筒状部材６ａと外周側筒状部材６ｂで構成している。また、外周側筒状部材６ｂの上部にはカバー２７が固定されている。ガイド軸受３は軸受ケース４に装着されたボルト５により所定の軸受すき間に設定後、ナット２１で定位置に固定される。
【００１６】
潤滑液貯留部はパッド型スラスト軸受１０の内外周を囲むようにスラストブロック２下部に固定された内筒７と外筒８とで構成されている。
【００１７】
また、ガイド軸受３及びスラスト軸受１０の組み込み時には、潤滑液１９として油槽６に所定量の鉱油系のタービン油を注油している。スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間に残存する空気を確実に抜くため、外筒８に横穴８ａを設けている。スラスト部閉止栓１２を外しタービン油を注油していく。スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間の空気が横穴８ａから抜けたのを確認し、スラスト部閉止栓１２を取り付ける。
【００１８】
このように構成された軸受装置で、排水機場が冠水すると、雨水は図中に示す矢印のように、油槽６を構成する内周側筒状部材６ａとポンプ主軸１との隙間から流入し、油槽内に侵入する。その後は、油槽６の潤滑液１９を押し出しながら、軸受ケーシング１１とパッド型スラスト軸受１０の下面とで構成される隙間に到達し、外筒８の外周部を通過し、カバー２７とスラストブロック２との隙間から軸受装置の外側に流失していく。この時、組み込み時の潤滑液１９は、河川水よりも比重が小さいため、スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間に潤滑液１９が残る。
【００１９】
一方、ポンプ主軸１の回転中は周方向の速度成分が大きく、上昇する流れ成分が殆ど発生しない。従って、スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間にも雨水は流入しない。
【００２０】
その結果、これらの隙間に残存する潤滑液１９は雨水に洗われることがない。
【００２１】
このため、スラスト軸受摺動部２０は潤滑液１９の中に浸積された状態となるので長時間の連続運転ができる。
【００２２】
また、スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間に残存する潤滑液１９の量が多いので軸受装置の外部への潤滑液１９の流失量を低減することができ、冠水による汚染も軽減できる。また、スラストブロック下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれる隙間に雨水の流入がないため、雨水に含有する異物等による軸受部の損傷が皆無となる。そのため、冠水後の再組み込み時にはパッド型スラスト軸受１０及びカラー９が流用でき、潤滑液１９の交換のみで済むので、交換費用を大幅に節約できる。
【００２３】
さらに、冠水時においても、スラスト軸受摺動部２０には潤滑液１９が保持されているので、ポンプの起動停止が可能である。そのため、万一ポンプ以外の機器のトラブル等で主機のポンプが停止しても、再起動が容易にでき高信頼性が図れる。
【００２４】
図２は、本発明による軸受装置の第２の実施例を示す縦断面図である。
【００２５】
この図において、前記図１と異なるのはスラストブロック２の外周側にガイド軸受を配置しない構造とし、油槽６内のパッド型スラスト軸受部１０に潤滑液貯留部を設けた点にある。
【００２６】
この実施例によれば、基本的には前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
表１は、本発明のスラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれたスラスト軸受部の静圧を、解析により求めた結果を示したものである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
静圧の計算位置は、図２に示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の４箇所とした。Ｐ１はスラストブロック２下面近傍の外筒８の内側でスラスト軸受１０の外周側である。Ｐ２は半径及び周方向位置をＰ１と同等、高さ方向のみ変化させ、外筒８の下端近傍とした。Ｐ３はスラストブロック２下面近傍の内筒８の外側でスラスト軸受１０の内周側である。Ｐ４は半径及び周方向位置をＰ２と同等、高さ方向のみ変化させ、内筒７の下端近傍とした。回転数は実機定格運転の２７４ｒｐｍ、潤滑液はタービン油でＶＧ６８である。
【００３０】
表１に示すように、Ｐ１とＰ２の圧力を比較すると、Ｐ２の方が０．００３３ＭＰａ高い。また、Ｐ３とＰ４の圧力を比較すると、Ｐ４の方が０．００１５ＭＰａ高い。
【００３１】
これら解析結果から、スラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８とで囲まれるスラストブロック２下面近傍の静圧は、内筒７及び外筒８の下端近傍よりも低いので、内筒７と外筒８とで囲まれたすき間にある潤滑液１９がこのすき間より外部に押し出されることがなく、保持されることが判明した。
【００３２】
図３は本発明による軸受装置の第３の実施例を示す縦断面図である。
【００３３】
この図において図１と異なる点は、前記潤滑液貯留部をスラストブロック２下部に固定した内筒７と外筒８、更にスラスト軸受１０の下面に設けた整流板１３とで構成した点にある。
【００３４】
本実施例によれば、基本的には前述した第１及び２の実施例と同様の作用効果を得ることができる。さらに、スラスト軸受の下面に設けた整流板１３と内筒７及び外筒８とで形成される隙間を狭くできるため雨水が入りにくくなる。また、雨水の流入方向（半径方向）に整流されるので、潤滑液と雨水がこの整流板１３を境界に確実に分離できるので、信頼性が向上する。
【００３５】
図４は本発明による軸受装置の第４の実施例を示す縦断面図である。
【００３６】
この実施例において、前記第１の実施例と異なるのは前記潤滑液貯留部がスラストブロック２下部に固定した外周側にフッ素系樹脂７ａをコーティングした内筒７と、内周側にフッ素系樹脂７ａをコーティングした外筒８とで構成した点にある。
【００３７】
本実施例によれば、基本的には前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。さらに、貯留している潤滑液１９が、スラストブロック２下部に固定した内筒７及び外筒８のフッ素系樹脂７ａをコーティングした接触面で滑るので、潤滑液１９の連れ回り回転数が遅くなり、攪拌損失の低減による電力節約が図れる。
【００３８】
図５は本発明による軸受装置の第５の実施例を示す縦断面図である。
【００３９】
この実施例において、前記第１の実施例と異なる点は、スラストブロック２下面に対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受構造において、スラストブロック２下面に直接スラスト軸受１０を設けた点にある。スラスト軸受１０の部分のみに潤滑液貯留部を設けた点は図１と同じである。潤滑液貯留部は図１と同様な構造で構成されている。
【００４０】
この実施例によれば、基本的には前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。さらに、スラスト軸受１０とスラストブロック２の間にカラーを取り付けない構成としたので、構造が簡単でコスト低減が図れる。
【００４１】
次に、本発明の軸受装置を立軸排水ポンプに適用した場合について述べる。
【００４２】
即ち、立軸排水ポンプは図６に示すように、ポンプ主軸１とポンプ主軸１の下部に固定されたランナ１７と、ポンプ主軸１を挿通すると共に、内部に水の流路を形成したポンプケーシング１４と、ポンプケーシング１４よりも上方位置に装着され、ポンプ主軸１を回転自在に支承する本発明の軸受装置１６とを有している。
【００４３】
軸受装置１６は、ポンプ主軸１に固定されたスラストブロック２と、このスラストブロック２の外周位置に配置される軸受ケース４と、この軸受ケース４及びスラストブロック間に周方向に沿って複数配設されたセグメント状のガイド軸受３と、スラストブロック２下部に取り付けたカラー９と、カラー９に対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受１０と、これらの軸受の潤滑液を蓄える油槽６と、前記油槽内のパッド型スラスト軸受部のみに設けた潤滑液貯留部とで構成している。
【００４４】
実施例によれば、ポンプケーシング１４の上面１４ａより雨水が本発明の軸受装置１６に流入しても、スラスト軸受部に潤滑液１９が貯留されるので、スラスト軸受摺動部２０は潤滑液１９の中に浸積された状態となり、安定した軸受性能が得られる。
【００４５】
このため、本発明の軸受装置を有している立軸排水ポンプは、ポンプとして高信頼性を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の軸受装置では、上述の如く、油槽内にスラスト軸受部のみ潤滑液の貯留部を設けているので、油槽内に雨水が侵入してもスラスト軸受摺動部は潤滑液で潤滑されるのでは損傷が確実に防止される。また、油槽内の潤滑液の流失量が低減できるので、汚染防止に有効である。更に、スラスト軸受摺動部の異物等による損傷も防止できるので、冠水後の交換時は潤滑液のみの交換で済み、交換費用の節約が図れる。
【００４７】
その結果、冠水し油槽内に雨水が侵入しても長期間にわたって安定した軸受性能が維持される。
【００４８】
また、安定した軸受性能が維持できる軸受装置を立軸排水ポンプに適用することにより、ポンプとして高信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による軸受装置の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明による軸受装置の第２の実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明による軸受装置の第３の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明による軸受装置の第４の実施例を示す縦断面図である。
【図５】本発明による軸受装置の第５の実施例を示す縦断面図である。
【図６】本発明による軸受装置を適用した立軸排水ポンプを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…ポンプ主軸、２…スラストブロック、３…ガイド軸受、４…軸受ケース、５…調整ボルト、６…油槽、７…内筒、７ａ…フッ素樹脂コーティング面、８…外筒、８ａ…横穴、軸受ケーシング、９…カラー、１０…スラスト軸受、１１…軸受ケーシング、１２…閉止栓、１３…整流板、１４…ポンプケーシング、１４ａ…ポンプケーシングの上面、１５…ガイド軸受部のみで構成された軸受装置、１６…軸受装置、１７…ランナ、１８…変速機、１９…潤滑液、２０…スラスト軸受摺動部、２１…ナット、２７…カバー。

Claims

ポンプ主軸（１）に固定したスラストブロック（２）と、スラストブロック下部に取り付けたカラー（９）と、前記カラーに対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受（１０）と、このパッド型スラスト軸受の潤滑液を蓄えた油槽（６）とを設けた軸受装置において、
前記油槽内であって前記パッド型スラスト軸受の内外周を囲むように内筒（７）と外筒（８）とをスラストブロックの下部に固定して配置して潤滑液貯留部を形成し、冠水時にこの潤滑液貯留部に流入した雨水を内筒および外筒の下部に形成された隙間から軸受装置外に導くことを特徴とする軸受装置。
前記スラストブロックの外周位置に配置した軸受ケース（４）と、この軸受ケース及び前記スラストブロック間に周方向に沿って複数配設したセグメント状のガイド軸受（３）とを有することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
ポンプ主軸（１）に固定したスラストブロック（２）と、このスラストブロックの下面に取り付けられた複数個のパッド型スラスト軸受（１０）と、このパッド型スラスト軸受の潤滑液を蓄えた油槽（６）とを設けた軸受装置において、
前記油槽内であって前記パッド型スラスト軸受の内外周を囲むように内筒（７）と外筒（８）とをスラストブロックの下部に固定して配置して潤滑液貯留部を形成し、冠水時にこの潤滑液貯留部に流入した雨水を内筒および外筒の下部に形成された隙間から軸受装置外に導くことを特徴とする軸受装置。
ポンプ主軸（１）と、前記ポンプ主軸に下部に固定された羽根車（１７）と、前記ポンプ主軸を挿通し、内部に水の流路を形成したポンプケーシング（１４）と、前記ポンプケーシングよりも上方位置に装着され、前記ポンプ主軸を回転自在に支承する軸受装置（１６）とを有する立軸排水ポンプにおいて、
前記軸受装置は、前記ポンプ主軸に固定したスラストブロック（２）と、スラストブロック下部に取り付けたカラー（９）と、前記カラーに対向して配置された複数個のパッド型スラスト軸受（１０）と、このパッド型スラスト軸受の潤滑液を蓄えた油槽（６）とを備えており、この油槽内であって前記パッド型スラスト軸受の内外周を囲むように内筒（７）と外筒（８）とをスラストブロックの下部に固定して配置して潤滑液貯留部を形成し、冠水時にこの潤滑液貯留部に流入した雨水を内筒および外筒の下部に形成された隙間から軸受装置外に導くことを特徴とする立軸排水ポンプ。
前記軸受装置は、前記スラストブロックの外周位置に配置した軸受ケース（４）と、この軸受ケース及び前記スラストブロック間に周方向に沿って複数配設したセグメント状のガイド軸受（３）とを有することを特徴とする請求項１に記載の立軸排水ポンプ。
ポンプ主軸（１）と、前記ポンプ主軸に下部に固定された羽根車（１７）と、前記ポンプ主軸を挿通し、内部に水の流路を形成したポンプケーシング（１４）と、前記ポンプケーシングよりも上方位置に装着され、前記ポンプ主軸を回転自在に支承する軸受装置（１６）とを有する立軸排水ポンプにおいて、
前記軸受装置は、前記ポンプ主軸に固定したスラストブロック（２）と、このスラストブロックの下面に取り付けられた複数個のパッド型スラスト軸受（１０）と、このパッド型スラスト軸受の潤滑液を蓄えた油槽（６）とを備え、前記油槽内であって前記パッド型スラスト軸受の内外周を囲むように内筒（７）と外筒（８）とをスラストブロックの下部に固定して配置して潤滑液貯留部を形成し、冠水時にこの潤滑液貯留部に流入した雨水を内筒および外筒の下部に形成された隙間から軸受装置外に導くことを特徴とする立軸排水ポンプ。