JP4098548B2

JP4098548B2 - 立軸ポンプの外部軸受空冷装置及び立軸ポンプ装置

Info

Publication number: JP4098548B2
Application number: JP2002098904A
Authority: JP
Inventors: 秀基神野; 孝二藤原; 徹滝川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP2003293977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸ポンプの外部軸受を冷却するのに好適な立軸ポンプの外部軸受空冷装置及び立軸ポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
立軸ポンプのポンプ軸（主軸）は、一般的に、ポンプ胴体（ケーシング）の外部に設置される外部軸受と、ポンプ胴体内部に設置される水中軸受とにより支えられている。外部軸受はポンプ胴体を構成する吐出曲胴の上部に位置して、金属製の軸受ケース内に転がり軸受又は滑り軸受を内蔵して構成されている。
【０００３】
この外部軸受が支える荷重は、半径方向（ラジアル方向）の力の他に、ポンプに働く軸方向（スラスト方向）の推力もある。そこでもしそれらの荷重が大きく、軸受ケースを含めての外部軸受全体の温度上昇が、許容温度上昇値（＝起動後40℃）以上になると予想される場合には、冷却した潤滑油を外部から強制的に注入する一方で内部で熱せられた潤滑油を抜き出す強制潤滑方式が採られる。
【０００４】
しかしながら従来製作されている多くの立軸ポンプにおいては、潤滑油を内蔵して潤滑する油浴式が採られている。即ち一般の上下水道用、洪水対策用、灌漑用等に用いられる多くの立型ポンプにおいては、外部軸受内部の発生熱量がそれほど多くないので、発生した熱を外部軸受の軸受ケース外周から熱伝導や放射伝熱によって空気中へ発散させる油浴式を用いることで十分に温度上昇を抑えることができた。
【０００５】
しかしながら最近ではポンプの大型化に伴い軸受荷重も増大している上に、高速化に伴って、湯浴式では外部軸受内部の潤滑油の温度が、許容温度上昇値に収まらない場合が出てくるようになってきた。
【０００６】
そこで強制潤滑方式に変更するほどには大量の熱を発生しない場合、湯浴式を用いた上で外部軸受から空気中への熱伝達量を増加させて効果的に冷却できる手段が望まれるようになった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、立軸ポンプの外部軸受を効果的に冷却することができる立軸ポンプの外部軸受空冷装置及び立軸ポンプ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、立軸ポンプのポンプ軸をポンプ胴体外部で支える外部軸受を具備し、この外部軸受は前記ポンプ軸を支える軸受の周囲を軸受ケースによって囲むとともに軸受ケース内部に潤滑油を注入し、さらに軸受ケース外周に空冷用のフィンを設けて構成され、一方外部軸受の上部から突出しているポンプ軸に軸流ファンを装着し、軸流ファンの外周を囲む筒状の上部カバーと軸受ケースの外周を囲む筒状の下部カバーとを接続して上部カバーの上部に空気流入口を設けると共に下部カバーの下部に空気流出口を設け、ポンプ軸の回転に伴って前記軸流ファンを回転することで上部カバーの空気流入口から吸い込まれた空気を軸流ファンからフィン側に向けて吹き付けてフィンの間に空気を通して外部軸受全体を空冷し、下部カバーの空気流出口から放出することを特徴とする。即ち立軸ポンプの外部軸受の直上部には回転するポンプ軸が外部に露出しているため、この部分のポンプ軸に軸流ファンを装着してポンプ軸の回転動力の一部を用いて軸流ファンを回転して外部軸受の軸受ケース外周のフィンに空気を供給して空冷するように構成した。軸受ケース全体を均等に冷却する目的のため、軸流ファンの軸中心をポンプ軸の軸中心とし、吹き付けた空気が軸受ケース外周を均等に流れるようにしている。
【０００９】
また本発明は、前記フィンの前記軸流ファンに対向する側の端部を軸流ファンから出る空気の旋回流れの流れ方向に向かって傾斜させ、一方フィンの反対側の端部を軸流ファンの回転軸方向を向くように形成したことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記軸流ファンを前記ポンプ軸に回転自在に装着し、この軸流ファンを前記ポンプ軸から変速装置に取り出した動力によって回転することを特徴とする。これによって軸流ファンの回転速度を所望の速度にすることができる。
【００１１】
また本発明は、前記立軸ポンプの外部軸受空冷装置を備えたことを特徴とする立軸ポンプ装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を適用した立軸ポンプ（立軸ポンプ装置）５０の全体概略構成図である。また図２は前記立軸ポンプ５０に設置した外部軸受１０の周辺部分を拡大して示す概略断面図である。
【００１３】
図１に示すように立軸ポンプ５０は、吐出曲胴４１と吊下げ管４３と案内翼胴４５と吸込ベル４７とを有してなるポンプ胴体（ケーシング）４０の内部に、軸３１−１と軸３１−２を中間軸継手３１−３によって緊密に且つ同軸芯に固定してなるポンプ軸（主軸）３１を通し、ポンプ軸３１の下部に羽根車３３を固定し、一方ポンプ軸３１の上部に原動機或いは変速装置３５を取り付けて構成されている。ここでポンプ軸３１はポンプ胴体４０内の水中軸受３７，３７と、ポンプ胴体４０外部（吐出曲胴４１の上部）の外部軸受１０とによって支えられている。そして原動機或いは変速装置３５によりポンプ軸３１を介して羽根車３３に動力を伝えて回転駆動すると、吸込ベル４７から水が吸い込まれて揚水され、その水はポンプ胴体４０内を通って上部へ流れ、吐出曲胴４１から図示しない吐出配管へと流れ出る。
【００１４】
ここで外部軸受１０は、図２に示すように、ラジアル軸受１６とスラスト軸受１７とを内蔵しており、これら軸受１６，１７によってポンプ軸３１は支えられている。一方これら軸受１６，１７の周囲は、軸受ケース１９によって囲まれ、その内部には潤滑及び冷却用の潤滑油が注入されている。軸受ケース１９の上部には軸受カバー１８が取り付けられている。
【００１５】
そして軸受ケース１９の外周側面には、ポンプ軸方向に延びる板状のフィン２３が所定の間隔毎に複数枚取り付けられている。フィン２３は軸受ケース１９と同一体として鋳造或いは溶接して形成されている。
【００１６】
一方外部軸受１０の上部から突出しているポンプ軸３１の部分には、軸流ファン１が直接固定されている。また軸流ファン１と前記軸受ケース１９の外周にはそれぞれ筒状の上部カバー２１と下部カバー２５とが設置され、両カバー２１，２５によって一つの筒が構成されている。上部カバー２１の上部は空気流入口２２となっており、下部カバー２５の下部は空気流出口２６となっている。
【００１７】
軸流ファン１は、鋼板製の複数枚（２〜９枚）の羽根１−１を羽根ボス１−２に取り付けて構成されている。羽根ボス１−２はポンプ軸３１に固定される。なお軸流ファン１は、羽根１−１の部分を樹脂等により作って鋼板製の羽根ボス１−２に組み込んで製作したり、軸流ファン１（１−１及び１−２）全体を金属により一体鋳造して製作したり、或いは樹脂を一体成形して製作したりしてもよい。
【００１８】
ここで図３は羽根１−１とフィン２３を外周側から見た周方向展開図である。同図に示すように軸流ファン１の羽根１−１はその全体が直線状に傾いており、その取付角αは、α＝１０〜４０度である。またフィン２３の軸流ファン１に対向する側の端部は屈曲しているが、それ以外の部分は直線状に軸流ファン１の回転軸方向を向くように形成されている。フィン２３の端部の傾斜角度βは、β＝５〜２０度である。つまり、軸流ファン１から流出する空気の流れは旋回流れになっており、軸流ファン１の回転軸に対して所定角度傾斜した方向に向けて流出するので、この旋回流れの方向をフィン２３内部で軸方向に転換させるため、フィン２３の軸流ファン１に対向する側の端部を軸流ファン１の回転によって流れ出る空気の流れ方向に向かって傾斜させ、一方フィン２３の反対側の端部を軸流ファン１の回転軸方向を向くように形成している。
【００１９】
このフィン２３は、軸受ケース１９の外径をＤ（ｍｍ）（図２参照）とすると、各フィン２３間のピッチＰがＰ＝（０．０５〜０．３）×Ｄの間隔で形成され、その翼弦長ＬがＬ＝（０．２〜０．５）×Ｄで形成されている。また羽根１−１の外周と上部カバー２１間の隙間は、（０．０１〜０．０３）×Ｄとしている。
【００２０】
そして立軸ポンプ５０を駆動してポンプ軸３１を回転すると、これと同時に軸流ファン１が回転し、軸流ファン１を囲む上部カバー２１の上部の空気流入口２２から空気が吸い込まれ（矢印Ａ）、吸い込まれた空気は軸受ケース１９と下部カバー２５の間を通過し（矢印Ｂ）、その際熱交換によってフィン２３が冷却されることで軸受ケース１９が冷却され、下部カバー２５の下部の空気流出口２６から大気中に放出される（矢印Ｃ）。
【００２２】
図４は本発明の他の実施形態にかかる外部軸受１０の周辺部分を拡大して示す概略断面図である。同図において前記図２に示す実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。同図において前記実施形態と相違する点は、軸流ファン１をポンプ軸３１に固定せず、ポンプ軸３１に対して回動自在に装着し、この軸流ファン１をポンプ軸３１から変速装置６に取り出した動力によって回転するように構成した点である。
【００２３】
即ち外部軸受１０と軸流ファン１の間のポンプ軸３１の部分にＶベルト車６−１を固定し、軸流ファン１の中央下部の筒状部分の外周に溝６−３を設け、一方軸受ケース１９の上面に中間軸６−４を立設してその上部に２つの径の異なる溝６−５，６−６を有するＶベルト車６−７を回動自在に装着し、Ｖベルト車６−１と溝６−６間、及び溝６−３と溝６−５間にそれぞれＶベルト６−８，６−９を巻き掛けることで変速装置６が構成されている。
【００２４】
そしてポンプ軸３１の回転動力は２本のＶベルト６−８，６−９によって変速されてポンプ軸３１の軸芯と同芯で回転自在にポンプ軸３１に取り付けられた軸流ファン１に伝えられ、これが回転して外部軸受１０を空冷する。このとき軸流ファン１はポンプ軸３１との間で相対的なすべり運動を行うが、このためポンプ軸３１の外周に軸受材からなるブッシング６−１０を取り付けて軸流ファン１に滑り運動させている。ブッシング６−１０を用いる場合、無潤滑軸受材料を用いれば、使用開始後のメンテナンスが容易になる。
【００２５】
なおこの実施形態の変速装置はＶベルトを用いた変速装置であるが、その他に、平ベルトや歯車やチェーン等を用いた他の各種変速装置であっても良い。また上記図４に示す実施形態では中間軸６−４を軸受ケース１９に取り付けたが、軸受カバー１８に取り付けても良い。また上記図４に示す実施形態では軸流ファン１をポンプ軸３１にブッシング６−１０を用いて回動自在に装着したが、ブッシング６−１０の代わりに転がり軸受を用いて軸流ファン１をポンプ軸３１に回動自在に取り付けてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、立軸ポンプの外部軸受の軸受ケース外周に所定形状のフィンを設けるとともに、外部軸受の上部に軸流ファンを装着するという簡単な構造だけで外部軸受を効果的に空冷することができ、外部軸受けの温度上昇を許容上昇値以下に収め、潤滑油を劣化させることなく長時間運転させることが可能になるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を適用した立軸ポンプ５０の全体概略構成図である。
【図２】立軸ポンプ５０に設置した外部軸受１０の周辺部分を拡大して示す概略断面図である。
【図３】羽根１−１とフィン２３を外周側から見た周方向展開図（空気を上部から下部方向へ流す場合）である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる外部軸受１０の周辺部分を拡大して示す概略断面図である。

Claims

立軸ポンプのポンプ軸をポンプ胴体外部で支える外部軸受を具備し、この外部軸受は前記ポンプ軸を支える軸受の周囲を軸受ケースによって囲むとともに軸受ケース内部に潤滑油を注入し、さらに軸受ケース外周に空冷用のフィンを設けて構成され、
一方外部軸受の上部から突出しているポンプ軸に軸流ファンを装着し、
軸流ファンの外周を囲む筒状の上部カバーと軸受ケースの外周を囲む筒状の下部カバーとを接続して上部カバーの上部に空気流入口を設けると共に下部カバーの下部に空気流出口を設け、
ポンプ軸の回転に伴って前記軸流ファンを回転することで上部カバーの空気流入口から吸い込まれた空気を軸流ファンからフィン側に向けて吹き付けてフィンの間に空気を通して外部軸受全体を空冷し、下部カバーの空気流出口から放出することを特徴とする立軸ポンプの外部軸受空冷装置。
前記フィンの前記軸流ファンに対向する側の端部を軸流ファンから出る空気の旋回流れの流れ方向に向かって傾斜させ、一方フィンの反対側の端部を軸流ファンの回転軸方向を向くように形成したことを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプの外部軸受空冷装置。
前記軸流ファンを前記ポンプ軸に回転自在に装着し、この軸流ファンを前記ポンプ軸から変速装置に取り出した動力によって回転することを特徴とする請求項１又は２記載の立軸ポンプの外部軸受空冷装置。
請求項１又は２又は３記載の立軸ポンプの外部軸受空冷装置を備えたことを特徴とする立軸ポンプ装置。