JP6411902B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、河川水や排水などの液体を汲み上げる、先行待機運転ポンプなどの大気中運転と排水（通水）運転を行う立軸ポンプに関し、特に、その回転軸を支える軸受の耐久性、維持管理性を向上させ、軸受を容易に交換することができる立軸ポンプに関するものである。

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排水ポンプを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、縦方向に配置された軸の先端にインペラ２２を備えた立軸ポンプ３が配置される。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は、インペラ２２入口側の吸い込みベル２７の側面部に設けられる貫通孔５を有しており、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が設けられている。この立軸ポンプ３は、貫通孔５を介して立軸ポンプ３内に供給する空気の量を水位に応じて変化させ、水位が最低運転水位ＬＷＬ以下の状況において、立軸ポンプ３の排水量をコントロールすることができる。

図２は、先行待機運転の運転状態を説明する図である。例えば大都市の雨水排水のために、吸込水位に依らず降雨情報等に応じて、予め立軸ポンプを始動しておく（Ａ：気中運転）。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、立軸ポンプの運転状態は、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、立軸ポンプの運転状態は、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）を経て水のみ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、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、ポンプ設置床に設置され且つ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、インペラ２２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、水を吸い込むための吸い込みベル２７と、を備えている。

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、軸継手２６によって互いに接続された回転軸１０，１０´が配置されている。回転軸１０，１０´は、支持部材１３を介してケーシング２９に固定されている中間軸受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軸受３３によって支持されている。回転軸１０，１０´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１０，１０´の他端側は、吐出エルボ３０に設けられた孔から立軸ポンプ３の外部へ通じ、インペラ２２を回転させる図示しないエンジンやモータ等の駆動機へ接続される。回転軸１０，１０´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、これにより立軸ポンプ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。電動機の回転は回転軸１０，１０´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に示した吐出ボウル２８に固定されている下部軸受３３と、吐出エルボ３０に設けられた軸シール３４との間に設けられた中間軸受３２に適用される従来の軸受装置の拡大図である。この軸受装置は、ケーシング２９（図３参照）等に接続される支持部材１３に固定されている。なお、排水運転中の立軸ポンプ３内の排水の流れ方向を矢印Ａ１にて図示している。図５はすべり軸受の斜視図である。

図４に示すように、従来の軸受装置は、回転軸１０（１０´）の外周に、ステンレス鋼等からなる金属製のスリーブ１１を有している。スリーブ１１は、略円筒形状である。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等からなる、図５に示すすべり軸受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１２ａを介して支持部材１３に固定されている。排水中の異物（スラリー）がスリーブ１１とすべり軸受１とのクリアランスに混入すると、軸受の摩耗が促進する。排水中の異物（スラリー）の侵入を防止するために、軸受ケース１２は、回転軸１０（１０´）を囲繞する略筒状の周壁部１２ｂをスリーブ１１に近い位置に有する。

回転軸１０（１０´）は、周壁部１２ｂの上方に防塵カバー５０を備えている。防塵カバー５０は、回転軸１０（１０´）に取り付けられる略円盤状のカバー本体５０ａと、カバー本体５０ａの外周部から周壁部１２ｂに向かって延在する筒状部５０ｂとを有する。筒状部５０ｂは、周壁部１２ｂを外周側から囲繞する。防塵カバー５０と周壁部１２ｂとの隙間ができる限り小さくなるように、筒状部５０ｂは、周壁部１２ｂにできる限り近接するように構成される。これにより、防塵カバー５０は、防塵カバー５０と周壁部１２ｂとの隙間に異物が侵入することを低減する。

また、支持部材１３は、すべり軸受１よりも流れ方向Ａ１の上流側のすべり軸受１から比較的離れた位置において、回転軸１０（１０´）の外周面に近接して、回転軸１０（１０´）を囲繞する周壁部１３ａを有する。周壁部１２ｂと防塵カバー５０との間隔と、回転軸１０（１０´）と周壁部１３ａの間隔は、スリーブ１１とすべり軸受１のクリアランスよりは広く形成される。一方で、これらの間隔（流路）をできる限りを狭くすることで、すべり軸受１に至る異物を巻き込んだ水流を低減し、すべり軸受１に至る異物の侵入を
低減している。

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。すなわち、軸受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、ポンプ運転中の軸受３２，３３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に示した軸受３２，３３は軸受に通水した排水条件でも運転される。ここで、排水条件とは、ポンプ運転中の軸受３２，３３の雰囲気が、土砂等の異物（スラリー）が混入した水中である条件をいい、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、全量運転等、エアロック運転等をいう。このような条件で軸受３２，３３が使用されるので、軸受３２、３３には次のような課題があった。

すべり軸受１には様々な材料が使用されるが、ドライ運転を行う立軸ポンプ３においては、ドライ摺動性及び排水運転時の信頼性の観点から樹脂又はセラミックス製の軸受が用いられることが多い。この場合、すべり軸受１には、ドライ運転時の摩擦発熱に耐えることとともに、排水運転時の水中のスラリーによる摩耗に強いことが要求される。しかしながら、この二つの特性は相反することが多く、一般に耐摩耗性の高い軸受材料は摩擦係数が高い傾向がある。このため排水運転時の耐摩耗性を優先して軸受材料を選定すると、ドライ条件での摩擦発熱が大きくなり、ドライ条件での摩擦発熱を抑えるために摩擦係数の低い軸受材料を選定すると、排水運転時のスラリーによる軸受材料の摩耗量が増加する。

また、すべり軸受１、又はすべり軸受１と軸受ケース１２との間に配置する緩衝材に樹脂やゴム等の高分子材料を用いる場合は、高分子材料ごとに決定される使用可能温度の上限があるので、許容される摩擦による発熱限度は、これらの高分子材料の性質により決定される。

以上で説明した特性を有するすべり軸受１において、すべり軸受１の維持管理性を向上させるためにすべり軸受１の耐摩耗性を向上させると、軸受すべり面の摩擦係数が大きくなり、この軸受すべり面の摩擦が原因となって、以下で説明する振動が発生する可能性がある。

一般に、立軸ポンプ３のような回転機械を運転すると、回転体自体が有する重量の不釣合いや流体荷重によって回転体に強制的に生じる加振力により、回転機械が振動することがある。しかしながら、この他に回転機械の振動の原因として、回転体の振れ回りにより、変位方向（回転体の径方向）と直交する方向（回転体の周方向）に発生する力がある。この力は不安定化力と呼ばれ、回転体の減衰作用を打ち消す働きがある。結果、不安定化力によって回転体全体の減衰作用が負になると、発散的な振動（徐々に振れ回りが大きくなるような振動）を引き起こす場合がある。

ここで、立軸ポンプ３の起動時などの気中運転では水中運転と比べて軸受部に潤滑流体がないので、軸受すべり面は摩擦係数が大きい。この軸受すべり面における摩擦力が上記不安定化力となるので、摩擦係数が高い軸受材料を用いた場合には不安定化力が大きくなり、回転軸１０，１０´に回転方向と逆向きに振れ回る発散的な振動が生じることとなる。

また、ドライ運転時にこのような発散的な振動が発生した場合、振動により軸受面圧が増大し、軸受すべり面で発生する摩擦力が極めて大きくなる。そのため、急激な軸受温度上昇による熱膨張や焼付きによって、軸受が機能不全に陥る可能性がある。

一方で立軸ポンプ３の排水運転時には、すべり軸受１のすべり面に液膜が形成される。
この液膜によって不安定化力が発生し、この不安定化力により大きな振動が発生する場合がある。この現象は、油で潤滑させるすべり軸受においてオイルホイップ又はオイルホワールと呼ばれる現象と同様のメカニズムで発生する。この現象が発生すると、回転軸１０，１０´は激しく振動し、正常な運転が不可能となる。

これらの振動を防止するには、不安定化力の低減、又は減衰作用の付加による回転軸１０，１０´の安定性向上を図る必要がある。しかしながら、ドライ運転時における不安定化力の原因である摩擦係数を大きく下げることは上述したように困難であり、また立軸ポンプ３の構造上、回転軸１０，１０´に十分な減衰作用を与えることが難しい。

このように、先行待機運転を行う立軸ポンプ用のすべり軸受では、耐摩耗性、耐発熱性（低摩擦性）、耐振動性といった性能が要求されるが、これらの要求を高いレベルで同時に満たすことはこれまで困難であった。また、耐摩耗性が高い軸受材料はドライ条件時の摩擦係数が高いため使用できないことが多く、結果として軸受寿命が大きく向上できないという問題点があった。

そこで、発明者等は、上記従来の問題に鑑みて、特願２０１４−０１３３７１号において、外周面に第１の摺動部を有し且つ内周面に第２の摺動部を有し、水中及び大気中で回転可能な回転部材と、第１の摺動部を内周面で支持する第１のすべり軸受と、第２の摺動部を外周面で支持する第２のすべり軸受と、を有する立軸ポンプを提案した。この立軸ポンプによれば、耐摩耗性を犠牲にすることなく、ドライ運転時やスラリーを含む排水運転時等においても摩擦力や液膜などによる不安定化力による振動を低減することや、軸受すべり面に加わる摩擦力を低減することを実現することができる。

ここで、特願２０１４−０１３３７１号において提案された立軸ポンプにおいては、第１の摺動部と第１のすべり軸受との間のクリアランス及び第２の摺動部と第２のすべり軸受との間のクリアランスに排水中の異物（スラリー）の混入を抑制するために、それらのクリアランスの出入口にストレーナを配置している。

しかしながら、スラリーの濃度が高い場合は、ストレーナが目詰まりする可能性があるので、より適切な異物の混入の防止装置を設けることが好ましい。また、排水運転からドライ運転に移った場合、速やかに第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受をドライな状態にする必要がある。このため、立軸ポンプに異物の混入の防止装置を設ける場合は、異物の混入の防止装置は、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受が速やかにドライ状態になることを妨げないような構造及び配置が必要になる。また、すべり軸受のメンテナンスを簡便に行うことができるように、異物の混入の防止装置は、大がかりなものでなく、簡便な構造のものが求められる。

さらに、従来の既設の立軸ポンプを活用するために、従来の既設の立軸ポンプに主として用いられている中間軸受（図３に示す中間軸受３２に対応する部分）を、特願２０１４−０１３３７１号において提案された第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受に置き換えることも考えられる。この場合、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受をどのように既設の立軸ポンプに配備すればよいかという課題がある。

本発明は、以上の問題点の少なくとも一つを解決するためになされたもので、その目的の一つは、第１の摺動部と第１のすべり軸受との間のクリアランス、及び第２の摺動部と
第２のすべり軸受との間のクリアランスに排水中の異物が混入することを防止し得る立軸ポンプを提供することである。

また、本発明の他の目的の一つは、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受のメンテナンス性に優れ、また従来の既存機を改造して、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受を設置することを容易にし得る立軸ポンプを提供することである。

また、本発明の他の目的の一つは、立軸ポンプの運転条件が排水運転からドライ運転に移った場合又はドライ運転から排水運転に移った場合において、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受に対する速やかな排水及び速やかな空気の入れ替えを行い得る立軸ポンプを提供することである。

本発明は、上記目的の少なくとも一つを達成するものである。

本発明の第１の態様によれば、立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、外周面に第１の摺動部を有し且つ内周面に第２の摺動部を有し、水中及び大気中で回転可能な回転部材と、前記第１の摺動部を内周面で支持する第１のすべり軸受と、前記第２の摺動部を外周面で支持する第２のすべり軸受と、前記第１の摺動部及び前記第２の摺動部への異物の流入を低減するための防塵カバーと、を有する。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様の立軸ポンプにおいて、前記防塵カバーが前記立軸ポンプに対して着脱可能に構成される。

本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様の立軸ポンプにおいて、前記防塵カバーが分割可能に構成される。

本発明の第４の態様によれば、第１ないし第３の態様のいずれかの立軸ポンプにおいて、前記回転部材は、前記第２の摺動部を保持するためのケースを有し、前記ケースは、前記第１の摺動部と第１のすべり軸受との間及び前記第２の摺動部と前記第２のすべり軸受との間に水を供給するための給水口を有する。

本発明の一つによれば、耐摩耗性を犠牲にすることなく、ドライ運転時やスラリーを含む排水運転時等においても摩擦力や液膜などによる不安定化力による振動を防止し、且つ第１の摺動部と第１のすべり軸受との間のクリアランス、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受との間のクリアランスに排水中の異物が混入することを防止し得る立軸ポンプを提供することができる。

本発明の他の一つによれば、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受のメンテナンス性に優れ、且つ既存機を改造して、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受を設置することを容易にする立軸ポンプを提供することができる。

本発明の他の一つによれば、運転条件が排水運転からドライ運転に移った場合又はドライ運転から排水運転に移った場合において、第１の摺動部と第１のすべり軸受、及び第２の摺動部と第２のすべり軸受に対する速やかな排水及び速やかな空気の入れ替えを行い得る立軸ポンプを提供することができる。

先行待機運転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。 先行待機運転を行う立軸ポンプの全体を示す断面図である。 従来の軸受装置の拡大図である。 すべり軸受の斜視図である。 本実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。 図６におけるＸＸ´における軸受装置の断面図である。 上側から見た軸受装置を示す平面図である。 図６に示す軸受装置のＸＸ´断面における断面図である。 ドライ運転時における軸受装置の動作を示す図である。 排水運転時における軸受装置の動作を示す図である。 本実施形態に係る立軸ポンプがドライ運転したときの振動速度を示す図である。 本実施形態に係る立軸ポンプがドライ運転したときの軸受温度を示す図である。 本実施形態に係る立軸ポンプが排水運転したときの振動速度を示す図である。 他の実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。 他の実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。 他の実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態の立軸ポンプに使用される軸受装置の基本的な構成、その変形、及び従来の立軸ポンプに備えられた軸受装置を利用した本実施形態の軸受装置について、図面を参照しつつ複数の例を用いて説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、便宜上、シンプルな構成で説明が容易な中間軸受に関して説明する。また、図６から図１７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。

図６を参照して、本実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の基本的な構成を説明する。図６は、本実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。ここで、本実施形態に係る立軸ポンプは、図３に示した先行待機運転を行う立軸ポンプ３の中間軸受３２（又は下部軸受３３）に代えて、図６に示す軸受装置を適用したものである。本実施形態に係る立軸ポンプは、中間軸受３２（又は下部軸受３３）を除いて、図３に示した立軸ポンプ３と同一の構成であるので、本実施形態に係る立軸ポンプ３全体に関して重複する説明は省略する。

立軸ポンプは、要求される揚程により高さ方向の寸法、回転軸１０（１０´）の回転数、又はインペラ２２（図３参照）の段数が異なる。高さ方向の寸法が長くなると、回転軸１０（１０´）の長さが長くなるので、回転軸１０（１０´）の振れ回りも大きくなる。このように、回転軸１０（１０´）の長さが比較的長い場合は、回転軸１０（１０´）の振れ回りを低減するため、図３に示す立軸ポンプ３のように、吐出ボウル２８に固定されている下部軸受３３と、吐出エルボ３０に設けられた軸シール３４との間に中間軸受３２が設けられる。回転軸１０（１０´）の長さによっては、立軸ポンプに中間軸受３２が複数設けられる場合もある。

回転軸１０（１０´）の振幅は、その長さ及び回転数等により異なる。本軸受装置は、回転軸１０（１０´）の振幅が比較的大きい位置に設けられる中間軸受の少なくとも一つに採用することが好ましい。なお、回転軸１０（１０´）の振幅が大きい部分が吐出ボウ
ル２８（図３参照）内の他の部分であれば、その位置に本軸受装置を採用することが好ましい。

図６に示すように、本実施形態に係る軸受装置は、回転軸１０（１０´）の外周に、超硬合金やステンレス鋼等からなる金属製のスリーブ１１を有している。スリーブ１１は、略円筒形状である。スリーブ１１の外周側には、図５に示した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第１のすべり軸受１が設けられている。スリーブ１１の外周面（第１の摺動部１７）は、第１のすべり軸受１の内周面（すべり面）と非常に狭い第１のクリアランス７を介して対面する。スリーブ１１は、回転軸１０（１０´）の回転に伴って回転するとともに、第１のすべり軸受１のすべり面に対して内接し、摺動するように構成されている。第１のすべり軸受１の外周部は、金属又は樹脂からなる軸受ケース１２の内周面に固定されており、軸受ケース１２は、つば部１２ａを介して、ボルト等の固定手段２１ｂにより支持部材１３に固定されている。支持部材１３は、立軸ポンプ３のケーシング２９（図３参照）等に固定される。

また、軸受ケース１２の外周面には、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第２のすべり軸受１４が設けられている。回転軸１０（１０´）には、固定ピン又はボルト等の固定手段２１ａによってスリーブケース１５が固定されている。スリーブケース１５は、回転軸１０（１０´）が回転することで回転軸１０（１０´）と同様に回転するように構成されている。スリーブケース１５の内周面にはスリーブ９が設けられる。スリーブ９の内周面（第２の摺動部１８）は第２のすべり軸受１４の外周面（すべり面）と非常に狭い第２のクリアランス８を介して対面する。スリーブケース１５が回転するのに伴ってスリーブ９は回転し、第２のすべり軸受１４のすべり面に対して接触して摺動するように構成されている。

第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４は、立軸ポンプ３の始動時においてはドライ条件下でスリーブ１１及びスリーブ９を支持し、排水条件においては極めて薄い液膜を介してスリーブ１１及びスリーブ９を支持する。しかし、第１のクリアランス７と第２のクリアランス８に満たされている媒体が異なっている状態、即ち一方のクリアランスに排水が、他方のクリアランスには空気が満たされている状態では、この軸受装置の機能は低下する可能性がある。この軸受装置の機能を十分に発揮するためには、両方のクリアランスに同じ媒体が満たされていることが必要である。そのため、立軸ポンプ３の運転状態が、排水運転からドライ運転、及びドライ運転から排水運転に切り替わるときに、両方のクリアランスを満たす媒体の入れ替えが速やかに行われることが必要である。

スリーブケース１５には、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８に通水する給水口１９が設けられている。給水口１９に流入した水は、流路としての第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８を通過する。即ち、給水口１９により、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８へ水を通過させる流路が形成される。したがって、立軸ポンプ３の運転状態がドライ運転から排水運転に移る場合、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８も流路として機能し、且つ、回転により遠心力が水に加わる、これにより、排水運転時にこれらのクリアランスに満たされている空気を速やかに排出し、水に置き換えることができる。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の水環境中における機能を速やかに発揮することができる。

また、立軸ポンプ３の運転状態が排水運転からドライ運転に移る場合は、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８に満たされた水が、給水口１９から排出される。このように、速やかに第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８を通過して摺動部の水が排出され、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８も空気に置換される。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の大気環境中
における機能を速やかに発揮することができる。

本実施形態に係る立軸ポンプに使用される軸受装置は分割可能な構造となっている。図７は、図６におけるＸＸ´における軸受装置の断面図である。第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、第２のすべり軸受１４、スリーブケース１５、及びスリーブ９は、各々が円筒を縦に半分に割った形状でそれぞれ二つに分割されている。スリーブケース１５及びスリーブ９は、図７に示すように、分割面ＹＹ´において締結部材２４により互いに接合されて、組み合わされる。また、第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、及び第２のすべり軸受１４は、図示しない締結部材等により互いに接合されて組み合わされる。これらが組み合わされた状態において、第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、及びスリーブ９はほぼ完全な円筒となり、円筒状の摺動面を形成する。このように、第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、及びスリーブ９を分割可能にすることにより、メンテナンス性が向上する。

第１のクリアランス７の直径方向の隙間寸法（第１のすべり軸受１の内径−スリーブ１１の外径）と第２のクリアランス８の直径方向の隙間寸法（スリーブ９の内径−第２のすべり軸受１４の外径）は同一であることが好ましい。しかしながら、第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、スリーブ９、又はスリーブ１１が樹脂で形成されている等、これらに弾性があれば、その寸法に差があっても本軸受装置は機能する。この場合は、第１のクリアランス７の直径方向の隙間寸法に対する第２のクリアランス８の直径方向の隙間寸法の比率は、好ましくは０．５以上２．０以下であり、より好ましくは０．７以上１．３以下である。ただし、第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、スリーブ９、又はスリーブ１１を、ゴムなどの緩衝材を介して固定する場合は、上記寸法の範囲でなくとも、緩衝材の変形によって第１のすべり軸受１と第２のすべり軸受１４が同時に夫々スリーブ１１及びスリーブ９と接触可能であり、本軸受装置の機能を発揮する。

回転軸１０（１０´）の定常的な振れ回りを抑制し、また振れ回りによって第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４に加わる荷重を抑制するために、第１のクリアランス７の直径方向の隙間寸法及び第２のクリアランス８の直径隙間寸法は、それぞれ第１のすべり軸受１の内径の１／１０００以上１／１００以下、第２のすべり軸受１４の外径の１／１０００以上１／１００以下であることが好ましい。第１のクリアランス７の直径方向の隙間寸法及び第２のクリアランス８の直径隙間寸法がこれらの範囲より大きい場合は、回転軸１０（１０´）の定常的な振れ回りが大きくなる。この振れ回りによって第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４に加わる荷重も大きくなり、安定的な運転が困難になる場合がある。また、第１のクリアランス７の直径方向の隙間寸法及び第２のクリアランス８の直径隙間寸法がこれらの範囲より小さい場合は、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８が異物により閉塞したり、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４が異物との摩擦により焼きついたりする場合がある。したがって、軸受装置内に、極力異物が侵入しないようにすることが必要となる。

再び図６を参照して軸受装置を説明する。図６に示すように、軸受ケース１２の上側（電動機側）、及びスリーブケース１５の下側（インペラ側）には、回転軸１０（１０´）の外周面を囲繞する防塵カバー５１，５２がそれぞれ設けられる。防塵カバー５１，５２は、回転軸１０（１０´）に近接して配置され、排水中の異物（スラリー）が軸受装置内に混入することを低減する。これらの防塵カバー５１，５２は、立軸ポンプ３のケーシング２９（図３参照）等へ繋がる支持部材１３にボルト等の固定手段２１ｃにより固定されている。

防塵カバー５１，５２は、回転軸１０（１０´）が貫通して延在するための開口５１ａ，５２ａを構成する縁部５１ｂ，５２ｂをそれぞれ有する。縁部５１ｂ，５２ｂは、回転
軸１０（１０´）の外周面と所定のクリアランスを有するように位置する。

図８は、上側（電動機側）から見た軸受装置を示す平面図である。軸受ケース１２を支持する支持部材１３は、立軸ポンプ３のケーシング２９から回転軸１０（１０´）に向かって延在し、中央部において軸受装置を囲繞している。第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４（図６参照）は上述したように分割可能であり、軸受装置を囲繞する支持部材１３に軸受ケース１２を介して固定されている。

防塵カバー５１は、図示のように縦に二つに分割した板材から構成される。これらの板材を、軸受装置を囲繞する支持部材１３に固定手段２１ｃにより締結し、組み合わせると、板材は略円盤状又は略円錐状に形成される。これにより、回転軸１０（１０´）に近接してこれを囲繞する防塵カバー５１が組み立てられる。防塵カバー５１の縁部５１ｂは、回転軸１０（１０´）に近接して配置され、回転軸１０（１０´）との間隔をできる限り狭くしている。これにより、防塵カバー５１は、回転軸１０（１０´）と防塵カバー５１との隙間により形成される流路を狭くしている。したがって、防塵カバー５１は、異物を含んだ水流が軸受装置内に侵入することを抑制し、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４に至る異物の侵入を低減している。

防塵カバー５１は、図示のように半円に二つに分割して形成されずに、ドーナツ状の板材から構成されていてもよい。その場合は、メンテナンス時には固定手段２１ｃを外して、軸受装置の上側（電動機側）に持ち上げておき、軸受装置のメンテナンスが終了した後に、再度固定手段２１ｃで支持部材１３に締結することができる。なお、防塵カバー５２も、防塵カバー５１と同様に、分割可能な略円盤状又は略円錐状の板材から構成され得る。

次に、本実施形態の軸受装置の作動原理を図９ないし図１１を用いて説明する。図９は、図６に示す軸受装置のＸＸ´断面における断面図である。図示のように、スリーブ１１の外周面、第１のすべり軸受１の内周面、第２のすべり軸受１４の外周面、及びスリーブ９の内周面のそれぞれの中心が中心軸Ｏと略一致するように構成されている。なお、図９においては、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８の寸法は、便宜上拡大されて示されている。また、説明に不要な部位は省略している。

図１０は、ドライ運転時における軸受装置の動作を示す図である。回転軸１０（１０´）が回転すると、回転軸１０（１０´）に固定されたスリーブ１１、及びスリーブケース１５に固定されたスリーブ９も回転する。ドライ条件においては、スリーブ１１の外周面が第１のすべり軸受１に点Ａにて接触したときに、回転軸１０（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（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（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。

一方で、スリーブ９が第２のすべり軸受１４に点Ｂにて接触することで、軸受反力Ｆ_ＢＮが発生し、この軸受反力Ｆ_ＢＮによって、摩擦力Ｆ_ＡＦと逆方向の力である摩擦力Ｆ_ＢＦが発生する。回転軸１０（１０´）の系にとって、摩擦力Ｆ_ＡＦと摩擦力Ｆ_ＢＦは相殺されるので、回転軸１０（１０´）は安定して回転することができる。また、回転軸１０（１０´）に係る荷重（軸受反力）が点Ａと点Ｂに分散されることで、すべり軸受に加わる摩擦力も分散される。その結果摩擦による発熱が低減され、ドライ運転時における軸受の温度上昇が抑制される。

図１１は、排水運転時における軸受装置の動作を示す図である。第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８（図９及び図１０等参照）は水で満たされており、この水は夫
々液膜４１、液膜４２を構成し、これにより本軸受装置は流体潤滑軸受装置として機能する。このとき液膜４１には、回転軸１０（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（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。この周方向流体力Ｆ_ＡＴは排水運転時に振動を発生させる不安定化力となる。なお、この周方向流体力Ｆ_ＡＴは上記ドライ運転で発生する摩擦力Ｆ_ＡＦとは逆方向の力である。

従来は、立型の回転軸においてこの液膜による不安定振動を防止するために、軸受の内面形状を真円形状ではなく多円弧形状に形成することが行われていた。しかしながら、スラリーを多く含有する水中において、樹脂からなる軸受を用いた場合、摩耗によって軸受の内面形状が真円形状に近づき、振動抑制効果を失うことがあった。

本軸受装置によれば、第２のクリアランス８における液膜４２において、スリーブ９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（１０´）に半径方向流体力Ｆ_ＢＲと周方向流体力Ｆ_ＢＴが発生する。このとき、周方向流体力Ｆ_ＡＴと周方向流体力Ｆ_ＢＴとは互いに逆方向であるので、液膜４１、液膜４２による不安定化力は相殺され、回転軸１０（１０´）は不安定化力による振動を発生することなく安定して回転することができる。

図１２は、図６に示した軸受装置を備えた本実施形態に係る立軸ポンプ３がドライ運転したときの振動速度を示す図である。本立軸ポンプ３との比較のため、図４に示した従来構造の軸受装置を備えた立軸ポンプ（従来構造）がドライ運転したときの振動速度が示されている。なお、従来構造の軸受装置及び図６に示した軸受装置は、共にすべり軸受として耐摩耗性が高く摩擦係数が大きい同一の材料を使用している。図示のように、本軸受装置を備えた立軸ポンプ３（本実施形態）では、始動開始から停止まで一定して従来構造と比較して低い振動速度で運転されていることがわかる。

図１３は、図６に示した軸受装置を備えた本実施形態に係る立軸ポンプ３がドライ運転したときの軸受温度を示す図である。本立軸ポンプ３との比較のため、図４に示した従来構造の軸受装置を備えた立軸ポンプ（従来構造）がドライ運転したときの軸受温度が示されている。なお、従来構造の軸受装置及び図６に示した軸受装置は、共にすべり軸受として耐摩耗性が高く摩擦係数が大きい同一の材料を使用している。図示のように、本軸受装置を備えた立軸ポンプ３（本実施形態）では、始動開始から停止まで一定して従来構造と比較して低い軸受温度が保たれていることがわかる。

図１２及び図１３に示したように、従来構造の軸受装置を備えた立軸ポンプでは、回転軸に加わる摩擦力が大きいため、大きな振動が発生し、その結果軸受の温度上昇が大きくなっている。一方、本軸受装置を備えた立軸ポンプ３では、これまで説明したように、振動を低減すると共に摩擦力を低減することができ、軸受温度の上昇を抑制することができる。

図１４は、図６に示した軸受装置を備えた本実施形態に係る立軸ポンプ３が排水運転したときの振動速度を示す図である。本立軸ポンプ３との比較のため、図４に示した従来構造の軸受装置を備えた立軸ポンプ（従来構造）が排水運転したときの振動速度が示されている。なお、図１４に示す結果は、立軸ポンプの運転条件を振動が発生しやすい条件で運転して、そのときの振動を計測したものである。図示のように、本軸受装置を備えた立軸ポンプ３（本実施形態）では、始動開始から停止まで一定して従来構造と比較して低い振動速度で運転されていることがわかる。

以上で説明したように、本実施形態に係る立軸ポンプ３によれば、ドライ運転時におい
て回転軸１０（１０´）の軸の振れ回りにより、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４に回転体（スリーブ１１及びスリーブ９）が衝突しても、その衝突時に摩擦力の向きが互いに逆向きに作用して相殺する。このため、本立軸ポンプ３は、回転軸１０（１０´）の振れ回りの発散を抑制し、不安定化による振動を防止することができる。加えて、この振動に起因する摩擦を低減して、軸受温度の上昇を抑制することができる。

本実施形態に係る立軸ポンプ３は第１のすべり軸受１と第２のすべり軸受１４を有するので、ドライ運転時における軸受すべり面の摩擦力を分散して、軸受すべり面の摩擦による発熱を抑制することができる。これにより、従来構造よりも摩擦係数の高い軸受材料、即ち耐摩耗性の高い軸受材料を使用することができ、長期間にわたって安定した運転をすることができる。

また、本実施形態に係る立軸ポンプ３では、軸受ケース１２の内周面に第１のすべり軸受１を保持し、その外周面に第２のすべり軸受１４を保持するので、立軸ポンプ３の軸方向にコンパクトな構造とすることができる。

なお、本立軸ポンプ３では、回転軸１０（１０´）の水中に位置し得る部分であるスリーブ１１及びスリーブ９の支持は第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４等のすべり軸受のみで行われる。即ち、立軸ポンプ３のような排水運転を行う回転機械には、玉軸受やコロ軸受のような転がり軸受は適しておらず、すべり軸受によって本実施形態の効果を奏することができる。

尚、スリーブは、一般的に軸材等の外周に設置されるものであるが、本願においては、軸受装置の構成を分かりやすくするため、便宜上、主となる軸受材を担うものを第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４とし、相対する被摺動部材をスリーブ９，１４と称するものとする。

すなわち、以上で説明した軸受装置は、回転体（回転軸１０）の外周にスリーブ１１を有し、スリーブ１１に対応する非回転側のすべり軸受を第１のすべり軸受１としている。同様に、軸受装置は、回転体（スリーブケース１５）の内周にスリーブ９を有し、スリーブ９に対応する非回転側のすべり軸受を第２のすべり軸受１４としている。しかしながら、立軸ポンプ３は、回転体の外周にすべり軸受を保持し、対する非回転体にスリーブを備えてもよい。また、回転体の外周にスリーブ１１が保持され、それに対応する第１のすべり軸受１が非回転体の内周に設けられ且つ、回転体の内周に第２のすべり軸受１４が保持され、それに対応するスリーブ９が非回転側に設けられてもよい。また、この逆の関係で、スリーブ１１、第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、及びスリーブ９が、軸受装置に設けられてもよい。

次に、本発明の変形例として、他の実施形態に係る立軸ポンプを説明する。図１５は、他の実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置の縦断面図である。本軸受装置では、図６に示した軸受装置に対して、構成部品が回転軸１０（１０´）の軸方向で逆向きになるように配置されている。

スリーブケース１５は、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８に通水するための給水口１９を有する。また、軸受装置を囲繞する支持部材１３は、円筒状の内壁面１３´の近傍に、軸受装置の上下の各側に通水可能な通水口１９´を有する。

流路としての第１のクリアランス７に下方から侵入した水は第１のクリアランス７における大気を給水口１９から押し出す。また、給水口１９´に下方から流入した水は、第２のクリアランス８の下方から第２のクリアランス８内の大気を給水口１９に押し出す。こ
れにより、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８へ水を通過させる流路が形成される。したがって、立軸ポンプ３の運転状態がドライ運転から排水運転に移る場合、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８も流路として機能し、且つ、回転により遠心力が水に加わる。これにより、排水運転時にこれらのクリアランスに満たされている空気を速やかに排出し、水に置き換えることができる。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の水環境中での機能を速やかに発揮することができる。

また、立軸ポンプ３の運転状態が排水運転からドライ運転に移る場合は、大気が給水口１９から第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８に侵入し、第１のクリアランス７に満たされた水は下方に流下し、第２のクリアランス８に満たされた水は給水口１９´を通過して下方に排出される。このように、速やかに第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８を通過して摺動部の水が排出され、第１のクリアランス７及び第２のクリアランス８も空気に置換される。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の大気環境中での機能を速やかに発揮することができる。

防塵カバー５１，５２は、図８に関連して説明した方法で、立軸ポンプ３のケーシング２９（図３参照）等へ接続される支持部材１３にボルト等の固定手段２１ｃにより固定される。

次に、例えば、図４に示すような従来の立軸ポンプに備えられた軸受装置に対して、一部を増設又は置換することにより形成された、他の実施形態に係る立軸ポンプに用いられる軸受装置を図１６及び図１７により説明する。

図１６は図４に示した軸受装置に対して一部を増設することにより形成された、他の実施形態の立軸ポンプに用いられる軸受装置を示す図である。図４に示した従来の軸受装置の回転軸１０（１０´）、スリーブ１１、すべり軸受１、周壁部１２ｂ、及び防塵カバー５０は、本軸受装置にそのまま利用される。すべり軸受１は、ここでは第１のすべり軸受１と呼ぶ。防塵カバー５０は、第１のすべり軸受１のメンテナンスを行うために、既に説明したように回転軸１０（１０´）に対して脱着可能に構成される。

図４に示した周壁部１３ａは、切断して除外される。これに代えて、上述した防塵カバー５２を、支持部材１３に脱着可能に取り付ける。防塵カバー５２が囲む空間内において、金属又は樹脂からなる軸受ケース１２ｃを支持部材１３に固定し、軸受ケース１２ｃの外周面に、第２のすべり軸受１４を固定する。また、防塵カバー５２が囲む空間内において、スリーブケース１５を回転軸１０（１０´）に固定し、スリーブケース１５の内周面にスリーブ９を固定する。スリーブ９は、第２のすべり軸受１４の外周面に相対する位置に配置され、スリーブ９の内周面は第２のすべり軸受１４の外周面（すべり面）と非常に狭いクリアランスを介して対面する。スリーブ９は、スリーブケース１５の回転に伴って回転し、第２のすべり軸受１４のすべり面に対して接触して摺動するように構成されている。

スリーブケース１５は、その下方に給水口１９を有する。給水口１９を設けることにより、給水口１９に流入した水が、第２のすべり軸受１４とスリーブ９とのクリアランス、及び第１のすべり軸受１とスリーブ１１とのクリアランスに速やかに流入する。これにより、排水運転時にこれらのクリアランスの空気を速やかに排出し、水に置き換えることができる。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の水環境中での機能を速やかに発揮することができる。

また、立軸ポンプ３の運転状態が排水運転からドライ運転に移る場合は、第１のすべり
軸受１とスリーブ１１とのクリアランスを流下した水は、速やかに給水口１９から下方に排出される。同様に、第２のすべり軸受１４とスリーブ９とのクリアランスを流下した水が、給水口１９から下方に排出される。このように、摺動部の水は、速やかに各々のクリアランスを通過して、スリーブケース１５の内側に溜まることなく排出され、空気に置換される。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の大気環境中での機能を速やかに発揮することができる。

本軸受装置の第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、第２のすべり軸受１４、スリーブケース１５、及びスリーブ９は、図７に示した軸受装置と同様に、分割可能に構成される。スリーブケース１５及びスリーブ９は、締結部材２４により接合される。また、第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、及び第２のすべり軸受１４は、図示しない締結部材等により互いに接合されて組み合わされる。第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、第２のすべり軸受１４、スリーブケース１５、及びスリーブ９が分割可能に構成されることで、メンテナンス性が向上する。

以上で説明したように、従来の立軸ポンプ３の軸受装置において、スリーブ１１と第１のすべり軸受１とをそのまま利用し、これに加えて、第２のすべり軸受１４とスリーブ９とを互いに対向するように配置することにより、本軸受装置を構成することができる。

また、追加として設ける第２のすべり軸受１４及びスリーブ９は、従来の立軸ポンプ３の周壁部１３ａ（図４参照）に囲まれる空間内に配置するので、従来の立軸ポンプ３のポンプ性能を損なうことがない。なお、追加として設ける防塵カバー５２の形状は、従来の立軸ポンプ３の周壁部１３ａと同様の形状であることが望ましい。

図１７は、図４に示した軸受装置に対して一部を置換することにより形成された、他の実施形態の軸受装置を示す図である。図４に示した軸受装置のスリーブ１１が軸方向に十分な長さで延在する場合、図１６に示した軸受装置の構成よりも、図１７に示す軸受装置の構成が好ましい。第１のすべり軸受１と第２のすべり軸受１４は、同一断面上に配置されるほうが好ましいためである。

図１７に示す軸受装置では、図４に示した軸受装置のすべり軸受１は用いずに、周壁部１２ｂを有する軸受ケース１２と、防塵カバー５０はそのまま利用する。また、図１７に示す軸受装置では、図１６と同様に、図４に示した周壁部１３ａは、切断して除外される。これに代えて、上述した防塵カバー５２を、支持部材１３に脱着可能に取り付ける。防塵カバー５２が囲む空間内において、金属又は樹脂からなる軸受ケース１２ｃを支持部材１３に固定し、軸受ケース１２ｃの内周面に、第１のすべり軸受１を固定する。第１のすべり軸受１は、スリーブ１１の外周面に相対する位置に配置され、スリーブ１１の内周面は第１のすべり軸受１の外周面（すべり面）と非常に狭いクリアランスを介して対面する。スリーブ１１は、回転軸１０（１０´）の回転に伴って回転し、第１のすべり軸受１のすべり面に対して接触して摺動するように構成されている。なお、防塵カバー５０は、第１のすべり軸受１のメンテナンスを行うために、上述したように回転軸１０（１０´）に対して脱着可能に構成される。

また、軸受ケース１２ｃの外周面には、第２のすべり軸受１４が固定される。防塵カバー５２が囲む空間内において、スリーブケース１５を回転軸１０（１０´）に固定し、スリーブケース１５の内周面にスリーブ９を固定する。スリーブ９は、第２のすべり軸受１４の外周面に相対する位置に配置され、スリーブ９の内周面は第２のすべり軸受１４の外周面（すべり面）と非常に狭いクリアランスを介して対面する。スリーブ９は、スリーブケース１５の回転に伴って回転し、第２のすべり軸受１４のすべり面に対して接触して摺動するように構成されている。

スリーブケース１５は、その下方に給水口１９を有する。給水口１９を設けることにより、給水口１９に流入した水が、第２のすべり軸受１４とスリーブ９とのクリアランス、及び第１のすべり軸受１とスリーブ１１とのクリアランスに速やかに流入する。これにより、排水運転時にこれらのクリアランスの空気を速やかに排出し、水に置き換えることができる。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の水環境中での機能を速やかに発揮することができる。

また、立軸ポンプ３の運転状態が排水運転からドライ運転に移る場合は、第１のすべり軸受１とスリーブ１１とのクリアランスを流下した水は、速やかに給水口１９から下方に排出される。同様に、第２のすべり軸受１４とスリーブ９とのクリアランスを流下した水が、給水口１９から下方に排出される。このように、摺動部の水は、速やかに各々のクリアランスを通過して、スリーブケース１５の内側に溜まることなく排出され、空気に置換される。したがって、立軸ポンプ３では、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４の大気環境中での機能を速やかに発揮することができる。

本実施形態に係る軸受装置は、第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、第２のすべり軸受１４、スリーブケース１５、及びスリーブ９は、図７に示した軸受装置と同様に、分割可能に構成される。スリーブケース１５及びスリーブ９は、締結部材２４により接合される。また、第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、及び第２のすべり軸受１４は、図示しない締結部材等により互いに接合されて組み合わされる。第１のすべり軸受１、軸受ケース１２、第２のすべり軸受１４、スリーブケース１５、及びスリーブ９が分割可能に構成されることで、メンテナンス性が向上する。

以上で説明したように、従来の立軸ポンプ３の軸受装置において、スリーブ１１をそのまま利用し、これに加えて、第１のすべり軸受１をスリーブ１１に対向するように配置し、第２のすべり軸受１４及びスリーブ９を互いに対向するように配置する。これにより、本実施形態に係る軸受装置を構成することができる。

また、追加として設ける第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、及びスリーブ９は、従来の立軸ポンプ３の周壁部１３ａ（図４参照）に囲まれる空間内に配置するので、従来の立軸ポンプ３のポンプ性能を損なうことがない。なお、追加として設ける防塵カバー５２の形状は、従来の立軸ポンプ３の周壁部１３ａと同様の形状であることが望ましい。

なお、図６及び図１５に示した軸受装置は、防塵カバー５１及び防塵カバー５２を備え、図１６及び図１７に示した軸受装置は、防塵カバー５０及び防塵カバー５２を備えるものとして説明した。しかしながら、図６及び図１５に示した軸受装置は、防塵カバー５１及び防塵カバー５２の少なくともいずれか一方を備え、図１６及び図１７に示した軸受装置は、防塵カバー５０及び防塵カバー５２の少なくともいずれか一方を備えるように構成されてもよい。

以上で説明した各実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置においては、第１のすべり軸受１の内径に対する第２のすべり軸受１４の外径の比率が０．２以上２．０以下であることが好ましい。第２のすべり軸受１４の外周面（すべり面）の径の比率がこの範囲を上回ると、スリーブ９の周速度が大きくなり、ドライ運転時の摩擦による発熱が大きくなるので好ましくない。なお、内径の異なる複数の第１のすべり軸受１が用いられる場合は、その最小径の０．２倍以上であって最大径の２．０倍以下となる外径を有する第２のすべり軸受１４を用いることが好ましい。

また、以上で説明した各実施形態に係る立軸ポンプに適用される軸受装置においては、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４に用いる材料は、ドライ運転及び排水運転において長期間軸受として機能するために、ドライ運転時の低い摩擦係数、及びスラリーを含んだ水中での高い耐摩耗性が要求される。このため、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４は、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＵＨＭＷ−ＰＥ（超高分子ポリエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、及びＰＦ（フェノール樹脂）のうち少なくとも１つを含む樹脂材料を含む、耐摩耗性の高い材料で形成されることが好ましい。

さらに、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４は、上記樹脂材料に炭素繊維、ガラス繊維、炭素粒子、ガラス粒子、又はグラファイト等を添加した材料を含む、強化・改質された材料で形成されることがより好ましい。また、第１のすべり軸受１及び第２のすべり軸受１４は、高い耐摩耗性を備える必要がある観点から、窒化珪素や炭化珪素等のセラミックス又は金属を含む材料で形成されてもよい。

これらの材料の比摩耗量（摩擦体積／軸受荷重／走行距離で定義される耐摩耗性の指標）は少なくとも１×１０^−６ｍｍ^２／Ｎ以下であり、材料によっては１×１０^−７ｍｍ^２／Ｎ以下である。このため、従来構造では低摩擦性と耐摩耗性を両立する材料を選択する必要があったが、上記の材料では低摩擦性有するので耐摩耗性のみを考慮すればよい。

スリーブ１１及びスリーブ９は、超硬合金及びステンレス等の金属材料、セラミックス、又は上記の樹脂材料を含む材料で形成することができ、耐摩耗性が高い材料が好ましい。第１のすべり軸受１と第２のすべり軸受１４の材料は互いに異なる材料であってもよい。スリーブ１１とスリーブ９の材料は互いに異なる材料であってもよい。本実施形態の立軸ポンプに使用される軸受装置は、どのような摩擦係数を有する材料を第１のすべり軸受１、第２のすべり軸受１４、スリーブ１１及びスリーブ９に用いたとしても、不安定化力を低減することができる。

上記各実施形態で説明した軸受装置は、上述した実施形態に係る立軸ポンプに限らず、すべり軸受を有する立軸ポンプ、特に先行待機運転における気中運転、気水撹拌運転、気水混合運転、定常運転、エアロック運転のような、運転状態毎に軸受に加わる負荷が変化し、不安定化力が変化する立軸ポンプに好適に使用することができる。

また、上記各実施形態に係る立軸ポンプは、スラリーを含む水を排出する排水機場に用いられるポンプに好適である。特に、大深度型雨水排水設備であって、沈砂池をポンプの吐出側に設ける後沈砂方式を採用している排水機場においては、ポンプの流入前に沈砂池を設ける前沈砂方式の排水機場に比べてスラリー量が多いため、上記各実施形態に係る立軸ポンプはより好適に使用することができる。

１…第１のすべり軸受
１０…回転軸
１４…第２のすべり軸受
１５…スリーブケース
１７…第１の摺動部
１８…第２の摺動部
１９…給水口
５０，５１，５２…防塵カバー

Claims (4)

1. 外周面に第１の摺動部を有し且つ内周面に第２の摺動部を有し、水中及び大気中で回転可能な回転部材と、
   前記第１の摺動部を内周面で支持する第１のすべり軸受と、
   前記第２の摺動部を外周面で支持する第２のすべり軸受と、
   前記第１の摺動部及び前記第２の摺動部への異物の流入を低減するための防塵カバーと、を有する立軸ポンプ。
2. 請求項１に記載された立軸ポンプにおいて、
   前記防塵カバーは前記立軸ポンプに対して着脱可能に構成される、立軸ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載された立軸ポンプにおいて、
   前記防塵カバーは、分割可能に構成される、立軸ポンプ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載された立軸ポンプにおいて、
   前記回転部材は、前記第２の摺動部を保持するためのケースを有し、
   前記ケースは、前記第１の摺動部と第１のすべり軸受との間及び前記第２の摺動部と前記第２のすべり軸受との間に水を供給するための給水口を有する、立軸ポンプ。