JP4642064B2

JP4642064B2 - 横軸ポンプの無注水軸受装置

Info

Publication number: JP4642064B2
Application number: JP2007321044A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森; 弘靖大庭
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: JP2009144563A

Description

本発明は、横軸ポンプの無注水軸受装置に関する。

横軸ポンプの主軸を支持する軸受装置として運転中の外部注水を不要とした無注水軸装置が種々知られている。この種の無注水軸受装置としては、水中軸受をポンプケーシング内の揚水で冷却する自液冷却する方式や、特許文献１に記載されているように揚水に対して封止された貯水室に水中軸受を水没させておく方式が知られている。また、揚水に対して封止された軸受箱内に手動又は自動の給油器で潤滑油を供給する方式が知られている。さらに、ベルトを介して主軸の回転が伝達されるグリスポンプによって、揚水に対して封止された軸受箱内にグリスを注入する方式も知られている。

しかし、従来のこの種の無注水軸受装置は、自液冷却方式と手動の注油器を使用する方式を除き、動力源や主軸の回転を伝達する機構が必要である点で構造が複雑である。一方、自液潤滑方式では管理のためや落水によるポンプケーシング内に水が存在しない状態（インペラが空気中にある状態）での運転（気中運転）の際に水中軸受が発熱して寿命短縮の原因となる。また、手動式の注油器を使用する方式は、性能を維持するための管理が煩雑である。

特開２００７−１８２７６９号公報

本発明は、簡易な構造で維持管理も容易であるが、所望の潤滑効果が確実に得られ、かつ気中運転時の発熱を効果的に抑制することができる、横軸ポンプの無注水軸受装置を提供することを課題とする。

本発明は、インペラが固定された主軸を支持する軸受を収容すると共に潤滑油が充填された液密の軸受室を備え、前記インペラよりも吐出側のポンプケーシング内に配置された軸受箱と、前記軸受室に供給する潤滑油が蓄液された潤滑油タンクと、前記軸受箱の前記軸受室と前記潤滑油タンクとを接続する供給管路と、前記ポンプケーシング内に配置された外郭体と、前記外郭体の内部を潤滑油室と水圧室とに仕切り、かつ前記潤滑油室と前記水圧室の圧力の釣り合いに応じて弾性的に変形して前記潤滑油室の容積を増減させる仕切機構と、前記外郭体に形成されて前記潤滑油室と前記供給管路とを連通させる潤滑油ポートと、前記外郭体に形成されて前記水圧室と前記ポンプケーシング内とを連通させる水圧ポートとを有する潤滑油供給器と、前記供給管路に介装され、前記潤滑油タンクから前記軸受室に向かう前記潤滑油の流れは許容するが、前記軸受室から前記潤滑油タンクに向かう前記潤滑油の流れを阻止する逆流防止弁と、を備える横軸ポンプの無注水軸受装置を提供する。

横軸ポンプの運転開始時には、呼水（満水）のためにポンプケーシング内を真空吸引する必要がある。この真空吸引によりポンプケーシング内の圧力が低下すると、水圧ポートを介してポンプケーシング内と連通する潤滑油供給器の水圧室の圧力が低下する。水圧室の圧力が低下すると、仕切機構の変形によって潤滑油室の容積が増加し、その結果、潤滑油タンクから潤滑油室へ潤滑油が吸引される。横軸ポンプが起動してインペラが回転を開始すると、ポンプケーシング内の圧力が上昇する。ポンプケーシング内の圧力が上昇すると、水圧ポートを介してポンプケーシング内と連通する水圧室の圧力が上昇する。水圧室の圧力が上昇すると、仕切機構の変形により潤滑油室の容積が減少し、減少した容積に対応する量の潤滑油が供給管路を介して軸受室に供給される。供給管路には逆流防止弁が介装されているので、潤滑油室内の潤滑油は潤滑油タンクへ逆流しない。このように横軸ポンプの運転開始時に必須である呼水のための真空吸引を実行することで、潤滑油タンクに蓄液された潤滑油が潤滑油供給器を経て自動的に軸受室に供給される。

横軸ポンプの運転中には、水圧ポートを介してポンプケーシング内と連通する水圧室の圧力増減に応じて仕切機構が変形（潤滑油室の容積が増減）することにより、軸受室内の潤滑油の圧力はポンプケーシング内の圧力と同圧に維持される。その結果、軸受室内への揚水や異物の進入を防止できる。

横軸ポンプの運転停止によりポンプケーシング内から揚水がなくなって圧力が低下すると、水圧室の圧力が低下し、仕切機構の変形によって潤滑油室の容積が増加する。この潤滑室の容積増加は軸受室内の潤滑油の圧力を低下させる方向に作用する。しかし、仕切機構自体が有する弾性によって潤滑油室内の潤滑油が加圧される（余圧）。この余圧により気中運転時にも潤滑油室の潤滑油が加圧されるので、軸受の発生する熱は潤滑油及び軸受箱を介した大気中への放熱により効果的に冷却される。

具体的には、前記仕切機構は弾性的に伸縮するベローズと剛体部材により構成されている。

さらに具体的には、前記仕切機構は、一端が前記潤滑油ポートを取り囲むように前記外郭体に固定され、前記潤滑油室から前記水圧室に向けて延びる弾性的に伸縮可能な第１のベローズと、前記第１のベローズの他端に固定され、かつ貫通孔を有する第１の剛体部材と、前記第１のベローズ内に配置され、一端が前記貫通孔を取り囲むように前記第１の剛体部材に固定され、かつ前記水圧室側から前記潤滑油室側に向けて延びる弾性的に伸縮可能な第２のベローズと、前記第２のベローズの他端に固定された第２の剛体部材と、前記第１の剛体部材の前記水圧室へ向かう変位量を規制する規制部とを備える。

この構成によれば、水圧室の圧力低下に対する仕切機構の変形の感度が良好であり、水圧室の圧力低下が生じると、潤滑油室の容積が確実に増加して潤滑油タンクから潤滑油室に潤滑油が吸引される。

代案としては、前記仕切機構は、一端が前記潤滑油ポートを取り囲むように前記外郭体に固定され、前記潤滑油室から前記水圧室に向けて延びる弾性的に伸縮可能なベローズと、前記ベローズの他端に固定された剛体部材とを備える。

具体的には、本発明に係る無注水軸受装置は、一端が前記軸受室に接続され、他端が前記潤滑油供給器よりも前記潤滑油タンク側の前記供給管路に接続された戻り管路をさらに備える。

より具体的には、本発明に係る無注水軸受装置は、前記戻り管路の前記他端側を前記供給管路に接続する第１の位置と、前記戻り管路の前記他端側を大気に連通させる第２の位置とに切り換え可能な切換弁をさらに備える。

本発明の横軸ポンプの無注水軸受装置では、横軸ポンプの運転開始時に必須である呼水のための真空吸引により、潤滑油タンクに蓄液された潤滑油が潤滑油供給器を経て自動的に軸受室に供給され、運転中の軸受室内の潤滑油の圧力はポンプケーシング内の圧力と同圧に維持されるので、所望の潤滑効果が確実に得られる。また、潤滑油供給器が発生する余圧によって軸受室内の潤滑油が加圧されるので、気中運転時でも潤滑油及び軸受箱を介した大気中への放熱により軸受の発熱を効果的に抑制できる。さらに、軸受室への潤滑油供給のために専用の動力源や主軸の回転を伝達する機構を設ける必要がない点で、構造が簡易である。さらに、軸受室への潤滑油の供給は呼水のための真空吸引時に自動的に行われ、手動操作による潤滑油供給を実行する必要がない点で、維持管理が容易である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る無注水軸受装置（以下、軸受装置という。）１を備える横軸斜流ポンプ（以下、横軸ポンプという。）２を示す。この横軸ポンプ２のポンプケーシング３は、水槽から延びる吸込管（図示せず）に接続された吸込ケーシング４と、この吸込ケーシング４に連結された吐出ケーシング５とを備える。吐出ケーシング５には、仕切弁６が介装された吐出側管路７が接続されている。

インペラ９は吸込ケーシング４内に配置されている。インペラ９が固定された主軸１０は、ポンプケーシング３内で水平方向に延びている。主軸１０の先端は、吐出ケーシング５内であってインペラ９よりも吐出側に位置する。一方、主軸１０の基端は吸込ケーシング４を貫通して外部に位置し、軸継手１１を介して原動機等を含む動力源（図示せず）に連結されている。

吸込ケーシング４には、主軸１０の軸封のために無注水メカニカルシール１２が取り付けられている。この無注水メカニカルシール１２には液面検出スイッチ１３ａ付きのグリスタンク１３から潤滑用のグリスが供給される。また、吸込ケーシング４の外側には、主軸１０を支持するためのラジアル及びスラストの軸受１４，１５が取り付けられている。さらに、吸込ケーシング４には覗き孔１６が設けられている。

吐出ケーシング５内のインペラ９よりも吐出側に、軸受ケーシング１７が配置されている。この軸受ケーシング１７はガイドベーン１９によって吐出ケーシング５に連結されている。この軸受ケーシング１７内に位置する主軸１０の先端付近が、軸受装置１の備えるメタル水中軸受（以下、水中軸受という。）２０によって支持されている。軸受ケーシング１７とインペラ９との間には隙間があり、この隙間により軸受ケーシング１７内は軸受ケーシング１７の外側（インペラ９によって加圧された揚水が通過する）と連通している。従って、軸受ケーシング１７の外側の圧力の昇降に伴って軸受ケーシング１７内の圧力が昇降する。

吐出ケーシング５には、インペラ９よりも吐出側の位置に吸引ポート５ａとドレーンポート５ｂが設けられている。吸引ポート５ａには、横軸ポンプ２の運転開始時に呼水（満水）のための真空吸引を行う真空ポンプ２１が接続されている。

以下、図１から図３を参照して軸受装置１について詳述する。

軸受装置１は、軸受ケーシング１７内に配置された軸受箱２２を備える。この軸受箱２２内に軸受室２３が形成されており、この軸受室２３内に主軸１０を支持する水中軸受２０が収容されている。具体的には、水中軸受１０の外周が軸受箱２２の内壁に固定されており、主軸１０は図において左側から軸受室２３内へ延びて水中軸受１０に挿入されている。主軸１０が軸受室２３に進入する部分は、メカニカルシール２４で軸封されている。図２に誇張して示すように、主軸１０の外周面と水中軸受１０の内周面には微小な隙間があり、水中軸受１０の端面と軸受箱２２の内壁との間にも非常な隙間がある。これらの隙間によって軸受室２３が構成されている。軸受室２３は後述する供給管２６と戻り管３１の接続部分を除いて液密状態で閉鎖されており、潤滑油が充填されている。

軸受装置１は液面スイッチ２５ａ付きのグリスタンク（潤滑油タンク）２５を備える。このグリスタンク２５は、ポンプケーシング３の外部に配置されている。グリスタンク２５には、軸受室２３に供給される潤滑油（グリス）が蓄液されている。グリスタンク２５は大気に開放されており、グリスタンク２５内の潤滑油には常時大気圧が作用する。この軸受装置１に使用する潤滑油としては、水分解性が良好であること等から植物性潤滑油が好ましい。

軸受装置１は、軸受室２３とグリスタンク２５を接続する供給管２６を備える。具体的には、軸受箱２２の主軸１０の端面と対向する位置に入口ポート２２ａが形成されており、この入口ポート２２ａに供給管２６の一端が接続されている。また、供給管２６は入口ポート２２ａから軸受ケーシング１１及びポンプケーシング３を貫通して外部へ延び、他端がグリスタンク２５に接続されている。供給管２６の軸受ケーシング１７内に位置する部分には、図３にのみ模式的に示す分岐管２７を介して潤滑油供給器２９が接続されている。潤滑油供給器２９については後に詳述する。また、供給管２６のポンプケーシング３の外部に位置する部分には、チェッキ弁（逆流防止弁）３０が介装されている。このチェッキ弁３０はグリスタンク２５から軸受室２３に向かう潤滑油の流れは許容するが、軸受室２３からグリスタンク２５に向かう潤滑油の流れを阻止する。

軸受装置１は、一端が軸受室２３に接続されて他端が潤滑油供給器２９よりもグリスタンク２５側で供給管２６に接続された戻り管３１を備える。具体的には、軸受箱２２のメカニカルシール２４の取付箇所付近に出口ポート２２ｂが形成されており、この出口ポート２２ｂに戻り管３１の一端が接続されている。また、戻り管３１は出口ポート２２ｂから軸受ケーシング１７及びポンプケーシング３を貫通して外部へ延び、他端がチェッキ弁３０よりも軸受室２３側で供給管２６に接続されている。戻り管３１のポンプケーシング３の外部に位置する部分には、三方弁３２が介装されている。この三方弁３２は、戻り管３１の軸受室２３側に接続した第１ポート３２ａ、戻り管３１の供給管２６側に接続した第２ボート３２ｂ、及び大気に連通する開放管３３に接続した第３ポート３２ｃを備える。三方弁３２は、図２に模式的に示す第１ポート３２ａと第２ポート３２ｂとを連通させる第１の位置と、第１ポート３２ａと第３ポート３２ｃとを連通させる第２の位置との切換可能である。

潤滑油供給器２９について詳述する。この潤滑油供給器２９には、概ね、呼水のための真空ポンプ２１による吸引時にグリスタンク２５から潤滑油を吸引する機能、グリスタンク２５から吸引した潤滑油を横軸ポンプ２の運転開始により潤滑油を軸受室２３に注入ないし供給する機能、及び気中運転時に軸受室２３内の潤滑油に余圧を付与する機能がある。

潤滑油供給器２９は、十分な剛性を有する一端開口他端閉鎖の容器状の本体３４と、この本体３４の開口を閉じる蓋体３５とからなる外郭体３６を備える。この外郭体３６は軸受ケーシング１７内に配置されている。外郭体３６の内部は仕切機構３７によって潤滑油室４１と水圧室４２とに仕切られている。外郭体３６の蓋体３５には潤滑油室４１と連通する潤滑油ポート３５ａが形成されている。この潤滑油ポート３５ａに分岐管２７の一端が接続されている。分岐管２７の他端は供給管２６に接続されている。言い換えれば、潤滑油室４１は潤滑油ポート３５ａと分岐管２７を介して供給管２６に接続されている。従って、潤滑油室４１には潤滑油が収容されている。一方、外郭体３６の本体３４の底部には水圧ポート３４ａが形成されており、この水圧ポート３４ａを介して水圧室４２は軸受ケーシング１７内と連通している。従って、水圧室４２には軸受ケーシング１７内と同様に水が収容される。

仕切機構３７は、潤滑油室４１内の圧力と水圧室４２内の圧力の釣り合いに応じて弾性的に変形する。この仕切機構３７の弾性的な変形により、潤滑油室４１の容積が増減する。外郭体３６内の容積は一定であるので、潤滑油室４１の容積が増加すれば水圧室４２の容積が減少し、逆に潤滑油室４１の容積が減少すれば水圧室４２の容積は増加する。

本実施形態における仕切機構３７は、比較的大きな径を有する大径ベローズ（第１のベローズ）４３、大径ベローズ４３よりも小径の小径ベローズ（第２のベローズ）４４、仕切部材（第１の剛体部材）４５、及び仕切板（第２の剛体部材）４６を備える。大径ベローズ４３と小径ベローズ４４は、いわゆる蛇腹状を呈する両端開口で弾性的に伸縮可能な管であり、両端を閉鎖すれば液密性が確保できる。必要な特性を有する限り大径ベローズ４３と小径ベローズ４４の材質と製法は特に限定されないが、本実施形態ではステンレス鋼板を筒状にして成型加工したものを採用している。一方、仕切部材４５と仕切板４６は潤滑油室４１と水圧室４２の圧力差で変形しない程度の十分な剛性を有する。本実施形態ではステンレス鋼を機械加工して製作している。なお、外郭体３６の本体３４と蓋体３５もステンレス鋼を機械加工して製作している。

大径ベローズ４３は、一端が取付リング４７Ａを介して外郭体３６の本体３４の開口付近に固定され、潤滑油室４１側から水圧室４２側に向けて延びている。外郭体３６の蓋体３５の内面には潤滑油ポート３５ａの周囲から本体３４の底部へ向けて突出する筒状部３５ｂが形成されている。大径ベローズ４３はこの筒状部３５ｂに対して隙間をあけて外嵌されている。言い換えれば、大径ベローズ４３の一端は間隔をあけて潤滑油ポート３５ａを取り囲むように外郭体３６に固定されている。

大径ベローズ４３の他端に取付リング４７Ｂを介して仕切部材４５が固定されている。仕切部材４５は、貫通孔４５ａが形成された板状部４５ｂと、板状部４５ｂの潤滑油室４１側の面の外周縁から外郭体３６の蓋体３５に向けて突出する筒状部４５ｃを備える。筒状部４５ｃは、隙間をあけて大径ベローズ４３内に挿入され、かつ蓋体３５の筒状部３５ｂに対して隙間をあけて外嵌されている。

小径ベローズ４４は、一端が取付リング４７Ｃを介して貫通孔４５ａを取り囲むように仕切部材４５の潤滑油室４１側の面に固定され、大径ベローズ４３と同軸に水圧室４２側から潤滑油室４１側へ延びている。小径ベローズ４４は隙間をあけて蓋体３５の筒状部３５ｂ内に挿入されている。小径ベローズ４４の他端に仕切板４６が固定されている。この仕切板４６によって小径ベローズ４４の他端側の開口が閉鎖されている。また、仕切板４６は、蓋体３５の内面の潤滑油ポート３５ａが形成された部分に対して間隔をあけて対向している。

潤滑油室４１は、蓋体３５の内面と仕切板４６との間の空間、小径ベローズ４４の外周面と筒状部３５ｂの内周面との間の空間、筒状部３５ｂの外周面と筒状部４５ｃの内周面との間の空間、及び筒状部４５ｃと大径ベローズ４３との間の空間により構成されている。一方、水圧室４２は、本体３４の内面と板状部４５ｂとの間の空間、大径ベローズ４３の外周面と本体３４の内周面との間の空間、及び板状部４５ｂから仕切板４６に到るまでの小径ベローズ４４の内部空間により構成される。

仕切部材４５の板状部４５ｂの外郭体３６の本体３４の底部側の面と本体３４の底部は、大径ベローズ４３の伸びによる仕切部材４５の潤滑油室４１から水圧室４２に向かう変位量を設定量ｄに規制するストッパ（規制部）４９を構成する。

次に、軸受装置１の動作を説明する。なお、横軸ポンプ２の運転時には、三方弁３２は戻り管路３１を供給管路３２と接続する第１の位置に設定されている。軸受室２３の空気抜きの際にのみ、三方弁３２が戻り管路３１を開放管３３と接続する第２の位置に設定され、軸受室２３の空気が開放管３３から大気中に排出される。

横軸ポンプ２の運転開始時には、呼水（満水）のためにポンプケーシング３内を真空ポンプ２１で真空吸引する必要がある。この真空吸引によりポンプケーシング内の圧力が低下すると、水圧ポート３４ａを介して軸受ケーシング１７内と連通する潤滑油供給器２９の水圧室４２の圧力が低下し、その結果、水圧室４２の圧力が潤滑油室４１内の圧力よりも低圧となる。このように水圧室４２が潤滑油室４１より低圧となると、仕切機構３７が変形して潤滑油室４１の容積が増加する一方、水圧室４２の容積が減少する。具体的には、大径ベローズ４３が弾性的に伸びて仕切部材４５が外郭体３６の本体３４の底部へ向けて変位する一方、小径ベローズ４４は弾性的に縮んで仕切板４６が仕切部材４５の板状部４５ｂに向けて変位する（図３の矢印Ａ１）。この仕切機構３７の変形による潤滑油室４１の容積増加の結果、潤滑油タンク２５から潤滑油室４１へ潤滑油が吸引される。具体的には、潤滑油タンク２５内の潤滑油が供給管２６及び分岐管２７を通って潤滑油ポート３５ａから潤滑油室４１内に吸引される。

呼水の完了後に横軸ポンプ２が起動してインペラ９が回転を開始すると、インペラ９よりも吐出側のポンプケーシング３内に位置する軸受ケーシング１７内の圧力が上昇する。軸受ケーシング１７内の圧力が上昇すると、水圧ポート３４ａを介して軸受ケーシング１７内と連通する水圧室４２の圧力が上昇し、その結果、水圧室４２の圧力が潤滑油室４１内の圧力よりも高圧となる。このように水圧室４２が潤滑油室４１より高圧となると、仕切機構３７が変形して潤滑油室４１の容積が減少する一方、水圧室４２の容積が増加する。具体的には、大径ベローズ４３が弾性的に縮んで仕切部材４５は外郭体３６の本体３４の底部から離反する方向に変位する一方、小径ベローズ４４は弾性的に伸びて仕切板４６が仕切部材４５の板状部４５ｂから離反する方向に変位する（図３の矢印Ａ２）。この仕切機構３７の変形による潤滑油室４１の容積減少の結果、減少した容積に相当する量の潤滑油が潤滑油室４１から軸受室２３に供給される。具体的には、潤滑油室４１内の潤滑油は分岐管２７及び供給管２６を通って入口ポート２２ａから軸受室２３内に注入される。供給管路２６にはチェッキ弁３０が介装されているので、潤滑油室４１内の潤滑油は潤滑油タンク２５へ逆流しない。

以上のように横軸ポンプ２の運転開始時に必須である呼水のための真空吸引を実行することで、潤滑油タンク２５に蓄液された潤滑油が潤滑油供給器２９を経て自動的に軸受室２３に供給される。

前述のように真空ポンプ２１による真空吸引時には水圧室４２の圧力が潤滑油室４１より低圧となるために仕切機構３７が変形して潤滑油室４１の容積が増加する。この際の仕切機構３７の変形（潤滑油室４１の容積増加）は、２段階で進行する。具体的には、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制されるまでは、大径ベローズ４３の伸びによる仕切部材４５の変位と小径ベローズ４４の縮みによる仕切板４６の変位の両方により潤滑油室４１の容積が増加する。しかし、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制された後は、小径ベローズ４４の縮みによる仕切板４６の変位のみにより潤滑油室４１の容積が増加する。従って、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制されるまでの仕切機構３７の変形（仕切板４６の変位）のばね定数は、ばね定数Ｋ_１のばねとばね定数Ｋ_２のばねを直列に接続した場合の合成ばね定数Ｋ_１２である。一方、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制された後の仕切機構３７の変形のばね定数は小径ベローズ４４のばね定数Ｋ_２である。ばね定数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_１２は以下の式（１）の関係を満たす。

従って、図４の実線を参照すれば明らかなように、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制されるまでのばね定数Ｋ_１２は相対的に小さいので、水圧室４２と潤滑油室４１の圧力差の増加に対して仕切機構３７の変形（仕切板４６の変位）が比較的急激に増加する。一方、仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制された後のばね定数Ｋ_２は相対的に大きいので、圧力差の増加に対して仕切機構３７の変形が比較的緩やかである。言い換えれば、水圧室４２の圧力低下開始に対する仕切機構３７の変形の感度が良好である。従って、水圧室４２の圧力低下が生じると、潤滑油室４１の容積が確実に増加して潤滑油タンク２５から潤滑油室４１に潤滑油が吸引される。

横軸ポンプ１の運転中には、水圧ポート３４ａを介して軸受ケーシング１７内と連通する水圧室４２の圧力増減に応じて仕切機構３７が変形（潤滑油室４１の容積が増減）することにより、軸受室２３内の潤滑油の圧力は軸受ケーシング１７内の水の圧力と同圧に維持される。その結果、軸受室２３内への揚水や異物の進入を防止できる。

横軸ポンプ１の運転停止によりポンプケーシング３内から揚水がなくなって軸受ケーシング１７内の圧力が低下すると、水圧室４２の圧力が低下し、仕切機構３７の変形によって潤滑油室４１の容積が増加する。この潤滑室４１の容積増加は軸受室２３内の潤滑油の圧力を低下させる方向に作用する。しかし、大径ベローズ４３と小径ベローズ４４の弾性によって潤滑油室４１内の潤滑油が加圧される（余圧）。この余圧により気中運転時にも潤滑油室４１の潤滑油が加圧されるので、水中軸受２０の発生する熱は潤滑油及び軸受箱２２を介した大気中への放熱により効果的に冷却される。

図５は、軸受ケーシング１７内の圧力、軸受室２３の圧力、及び仕切板４６の変位の時間推移の一例を示す。縦軸の圧力や変位は無次元化している。また、仕切板４６の変位の符号は、仕切板４６が潤滑油室４１側から水圧室４２側に向かう方向（潤滑油室４１の容積が増加する方向）を負としている。

時刻ｔ１〜ｔ４は呼水のための真空ポンプ２１により真空吸引である。時刻ｔ１〜ｔ２では真空吸引により軸受ケーシング１７内の圧力が低下し、それに伴って仕切板４６が潤滑油室４１の容積が増加する方向に変位する。時刻ｔ２’に仕切部材４５の変位がストッパ４９で規制されるので、時刻ｔ１〜ｔ２’のほうが、時刻ｔ２’〜ｔ２よりも仕切板４６の移動速度が速い。真空吸引により軸受ケーシング１７の負圧が最も大きくなったときの仕切板４６の変位量が、潤滑油室４１から軸受室２３に自動供給される潤滑油の量に対応する（時刻ｔ２〜ｔ３）。時刻ｔ３に横軸ポンプ２が起動して軸受ケーシング１７内の圧力が上昇すると、仕切板４６は潤滑油４１の容積が減少する方向に変位する。時刻ｔ３に横軸ポンプ２が起動した後、時刻ｔ５に排水運転が開始され、時刻ｔ６に仕切弁７が開弁すると定格運転となる。時刻ｔ４に軸受ケーシング１７内の圧力が大気圧まで復帰した後は、仕切板４６の変位量は一定量Δδに維持される。時刻ｔ４以降、軸受室２３の圧力は軸受ケーシング１７内の圧力と釣り合いを維持して昇降する。時刻ｔ８に定格運転が終了して時刻ｔ９に横軸ポンプ２が停止すると、軸受ケーシング１７内の圧力は大気圧まで低下するが、仕切板４６は変位量Δδを維持するの。その結果、軸受室２３内の潤滑油には大径ベローズ４３及び小径ベローズ４４の弾性力が余圧Ｐδとして作用し、大気圧より高圧で維持される。この余圧Ｐδは変位量Δδと合成ばね定数Ｋ_１２の積に相当する。

本実施形態の軸受装置１によれば、横軸ポンプ２の運転開始時に必須である呼水のための真空吸引により潤滑油タンク２５に蓄液された潤滑油が潤滑油供給器２９を経て自動的に軸受室２３に供給され、運転中の軸受室２３内の潤滑油の圧力は軸受ケーシング１７内の圧力と同圧に維持されるので、所望の潤滑効果が確実に得られる。また、潤滑油供給器２９が発生する余圧Ｐδによって軸受室２３内の潤滑油が加圧されるので、気中運転時でも潤滑油及び軸受箱２２を介した大気中への放熱により水中軸受１０の発熱を効果的に抑制できる。さらに、軸受室２３への潤滑油供給のために専用の動力源や主軸の回転を伝達する機構を設ける必要がない点で、構造が簡易である。さらにまた、軸受室２３への潤滑油の供給は呼水のための真空吸引時に自動的に行われ、手動操作による潤滑油供給を実行する必要がない点で、維持管理が容易である。

図６は実施形態の軸受装置１の代案を示す。この代案のように、潤滑油供給器２９と軸受室２３の間の部分の供給管２６にもチェッキ弁５０を介装してもよい。

図７は実施形態の軸受装置１の他の代案を示す。この代案のように、小径ベローズ４４、仕切板４６、及び仕切部材４５の貫通孔４５ａをなくし、大径ベローズ４３と仕切部材４５で潤滑油供給器２９の仕切機構３７を構成してもよい。この構成では、図４に破線で示すように、ばね定数は一定値（大径ベローズ４３のばね定数Ｋ_１）である。図８に示すように、軸受ケーシング１７内の圧力、軸受室２３の圧力、及び仕切板４６の変位の時間推移は、仕切部材４５の変位速度が一定（時刻ｔ１〜ｔ２，時刻ｔ３〜ｔ４）である点を除いて、実施形態と同様である。軸受室２３に作用する余圧Ｐδ’は、仕切部材４５の変位量δ’と大径ベローズ４３のばね定数Ｋ_１の積に相当する。

本発明は実施形態に限定されず、以下に列挙するように種々の変形が可能である。

横軸斜流ポンプを例に本発明を説明したが、本発明は横軸軸流ポンプにも適用できる。また、潤滑油供給器の具体的な構造は実施形態及び代案のものに限定されない。例えば、シリンダ状の外郭体と外郭体内に配置されて潤滑油室と水圧室を区画するピストン状の仕切部材と、この仕切部材と外郭体とを連結するばねとを備える潤滑油供給器が考えられる。さらに、無注水軸受装置のグリスタンクは主軸の軸封用のグリスタンクと兼用してもよい。さらにまた、供給管や戻り管の全部又は一部をポンプケーシングに設けた潤滑油経路で置換してもよい。

本発明の実施形態に係る無注水軸受装置を備える横軸ポンプを示す断面図。本発明の実施形態に係る無注水軸受装置を示す模式図。潤滑油供給器を示す断面図。圧力差と仕切機構の変位の関係を示す線図。軸受室圧力、潤滑油室圧力、及び仕切板の変位の時間推移を示す線図。チェッキ弁の配置の代案を示す模式図。代案の潤滑油供給を示す断面図。代案の潤滑油供給器を採用した場合の軸受室圧力、潤滑油室圧力、及び仕切部材の変位の時間推移を示す線図。

符号の説明

１無注水軸受装置
２横軸斜流ポンプ
３ポンプケーシング
４吸込ケーシング
５吐出ケーシング
５ａ吸引ポート
５ｂドレーンポート
６仕切弁
７吐出側管路
９インペラ
１０主軸
１１軸継手
１２無注水メカニカルシール
１３ａ液面検出スイッチ
１３グリスタンク
１４，１５軸受
１６覗き孔
１７軸受ケーシング
１９ガイドベーン
２０メタル水中軸受
２１真空ポンプ
２２軸受箱
２２ａ入口ポート
２２ｂ出口ポート
２３軸受室
２４メカニカルシール
２５グリスタンク（潤滑油タンク）
２５ａ液面スイッチ
２６供給管（供給管路）
２７分岐管
２９潤滑油供給器
３０，５０チェッキ弁（逆流防止弁）
３１戻り管（戻り管路）
３２三方弁
３３開放管
３４本体
３４ａ水圧ポート
３５蓋体
３５ａ潤滑油ポート
３５ｂ筒状部
３６外郭体
３７仕切機構
４１潤滑油室
４２水圧室
４３大径ベローズ
４４小径ベローズ
４５仕切部材
４５ａ貫通孔
４５ｂ板状部
４５ｃ筒状部
４６仕切板
４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ取付リング
４９ストッパ

Claims

横軸ポンプの無注水軸受装置において、
インペラが固定された主軸を支持する軸受を収容すると共に潤滑油が充填された液密の軸受室を備え、前記インペラよりも吐出側のポンプケーシング内に配置された軸受箱と、
前記軸受室に供給する潤滑油が蓄液された潤滑油タンクと、
前記軸受箱の前記軸受室と前記潤滑油タンクとを接続する供給管路と、
前記ポンプケーシング内に配置された外郭体と、前記外郭体の内部を潤滑油室と水圧室とに仕切り、かつ前記潤滑油室と前記水圧室の圧力の釣り合いに応じて弾性的に変形して前記潤滑油室の容積を増減させる仕切機構と、前記外郭体に形成されて前記潤滑油室と前記供給管路とを連通させる潤滑油ポートと、前記外郭体に形成されて前記水圧室と前記ポンプケーシング内とを連通させる水圧ポートとを有する潤滑油供給器と、
前記供給管路に介装され、前記潤滑油タンクから前記軸受室に向かう前記潤滑油の流れは許容するが、前記軸受室から前記潤滑油タンクに向かう前記潤滑油の流れを阻止する逆流防止弁と
を備える横軸ポンプの無注水軸受装置。
前記仕切機構は弾性的に伸縮するベローズと剛体部材により構成されている、請求項１に記載の無注水軸受装置。
前記仕切機構は、
一端が前記潤滑油ポートを取り囲むように前記外郭体に固定され、前記潤滑油室から前記水圧室に向けて延びる弾性的に伸縮可能な第１のベローズと、
前記第１のベローズの他端に固定され、かつ貫通孔を有する第１の剛体部材と、
前記第１のベローズ内に配置され、一端が前記貫通孔を取り囲むように前記第１の剛体部材に固定され、かつ前記水圧室側から前記潤滑油室側に向けて延びる弾性的に伸縮可能な第２のベローズと、
前記第２のベローズの他端に固定された第２の剛体部材と、
前記第１の剛体部材の前記水圧室へ向かう変位量を規制する規制部と
を備える、請求項１に記載の無注水軸受装置。
前記仕切機構は、
一端が前記潤滑油ポートを取り囲むように前記外郭体に固定され、前記潤滑油室から前記水圧室に向けて延びる弾性的に伸縮可能なベローズと、
前記ベローズの他端に固定された剛体部材と
を備える、請求項１に記載の無注水軸受装置。
一端が前記軸受室に接続され、他端が前記潤滑油供給器よりも前記潤滑油タンク側の前記供給管路に接続された戻り管路をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無注水軸受装置。
前記戻り管路の前記他端側を前記供給管路に接続する第１の位置と、前記戻り管路の前記他端側を大気に連通させる第２の位置とに切り換え可能な切換弁をさらに備える、請求項５に記載の無注水軸受装置。