JP6647203B2 - 遠心分離機用の軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の冒頭部分に記載のとおりの軸受装置に関する。

デカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機が、関連の先行技術から公知であり、遠心分離の対象物を、固形物を除去することによって浄化すべき場合、および／または遠心分離の対象物を異なる密度の相へと分離すべき場合に、好ましく使用されている。
デカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機の構造の一形式は、いわゆる対向流デカンタである。
この種の遠心分離機のロータは、好ましくは円筒形部分および円錐形部分を有する固形物ケーシングを備えるボウルと、ボウル内に取り付けられたウォーム要素とを備えている。
どちらも高速で回転し、ウォームが、ボウルと比べて比較的小さい差速度を有する。
本発明は、この種の遠心分離機にとくに上手く適する。

ロータは、一般に、Ｖベルト駆動部などの動力伝達駆動部を介して電気モータによって駆動される。
ロータは、一般に、両端において転がり軸受に取り付けられる。
振動を避けるため、デカンタ型遠心分離機の回転部分は、適切に堅固な構成でなければならない。
したがって、回転部品の直径を、相応にたっぷりとしたサイズにする必要がある。

結果として、転がり軸受の周速度が比較的高くなる。
この理由で、上述の問題を未然に防ぐことを試みる代案の構成が、生み出されている。
一つの代替案の構成においては、軸受が弾力的な設計であり、結果として、不釣り合いの場合に、ロータが新たな中心軌跡の線をとる可能性がある。

特許文献１が、遠心分離機および同様の装置のためのシャフトアセンブリを開示している。
特許文献１において提案されている技術的解決策には、提案されている軸受の冷却に関して、軸受から熱を逃がすように機能し、複雑な構成によって遠心分離機へと組み込まれなければならない著しく多い部品数について、改善の余地が存在する。

特許文献２が、固形物ボウル遠心分離機の歯車装置を提案している。
潤滑を必要とする歯車装置の構成要素を潤滑するために、好ましくは潤滑油である流動性の潤滑剤を歯車装置へと供給することができる一種の潤滑剤補償システム、好ましくは潤滑剤補償回路が、使用されている。
潤滑剤は、駆動シャフトの中心に形成された穴へと回転リードスルーを介して導かれ、径方向に配置された駆動シャフトの穴を介して軸受の潤滑対象の領域へと到達する。

特許文献３が、潤滑システムを有する遠心分離機を提案している。
潤滑システムが、遠心分離機の軸受の最小限の量の潤滑という機能を果たす噴射潤滑装置を有している。

潤滑剤の供給および軸受の冷却のためのこれらの技術的解決策は、充分な能力を実際に示しているが、それでもなお、軸受の寿命の向上が、通常は連続的に運転されるデカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機の保守間隔の延長に関しても望ましい。

独国特許出願公告第１９４３２０４号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０１５１３４（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０２２９７２（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、これらの問題を取り除くことにある。

この問題は、本発明において、請求項１の主題によって解決される。

転がり軸受の冷却は、単純なやり方で転がり軸受の寿命を延ばし、保守間隔の延長ももたらすことができる。
より低い動作温度は、転がり軸受の接触における分離の潤滑剤のより厚い膜、および潤滑油のより長い可使時間をもたらす。

本発明のとくに好都合な変形の実施形態においては、潤滑剤供給ラインによって冷却されるべき転がり軸受へと供給される潤滑剤の連続的な流れ、あるいは冷却空気供給ラインによって冷却されるべき転がり軸受へと供給される連続的な冷却空気の流れが、転がり軸受の転がり軸受内側リングと転がり軸受外側リングとの間の開口を通って導かれる。
しかしながら、小さなパルスでの潤滑剤のパルス状の供給も考えられる。
冷却空気を、一部の時間だけ供給することも可能である。

一変形例によれば、潤滑剤および冷却空気は、単一のラインによって一緒に排出される。
この変形例は、構造がとくに簡潔であり、パルス状の供給あるいは潤滑剤および／または油にとくに適する。
油分離機が、この変形例に好ましくは追加される。

別の変形例種によれば、潤滑剤および冷却空気は、別々のラインによって排出される。
この変形例は、構造が多少複雑になるが、冷却空気と潤滑剤とを別々に排出することを可能にする。

また、冷却空気供給ラインおよび潤滑剤供給ラインが、単一の統合されたラインの形態をとり、冷却用空気と潤滑剤とがパルス状のやり方で交互に供給されることも可能である。
パルスは、異なる長さであってもよい。
別々のチャネルによる供給が、とくに好都合である。

好都合には、潤滑剤供給ラインは、ノズルのやり方で下流において狭くなる穴によって形成され、転がり軸受の領域においてノズルにてハウジングの内部空間へと開く。
潤滑剤供給ラインのノズル状の形態の結果として、潤滑剤の流速が高められ、したがってとくには最小限の量の潤滑剤が使用される場合に、潤滑剤の計量を高い周波数のパルスにて実行することができる。

本発明のさらなる好都合な変形の実施形態において、転がり軸受は、シールによって周囲の環境および中空シャフトから封じられ、転がり軸受を周囲の環境から封じるシールは、運動用シールである。
結果として、潤滑剤の流れ、およびとくには冷却空気の流れのいずれも、２つの流れが繰り返し分離することなく、かつハウジングの比較的大きい内部空間における２つの流れの有効性が失われたり、あるいは限定されたりすることなく、潤滑および冷却されるべき軸受へと狙いをつけた様相で供給することができる。

さらに、本発明は、請求項１５に記載の好都合な遠心分離機ならびに請求項１６および１７に記載の好都合な方法を提供する。

本発明のさらなる好都合な実施形態を、従属請求項において見て取ることができる。

本発明による主題の典型的な実施形態が、図面に示され、以下でさらに詳しく説明される。

デカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機の概略の正面図を示している。 本発明による転がり軸受冷却装置の第１の変形例の正面図を断面にて示している。 本発明による転がり軸受冷却装置の第２の変形例の正面図を断面にて示している。 本発明による転がり軸受冷却装置の第３の変形例の正面図を断面にて示している。

図１が、デカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機１（以下では、略して遠心分離機と称する）の正面図を概略的に示している。
遠心分離機１は、回転可能なボウル２を有している。
ボウル２は、２つのボウル軸受４上に回転可能に取り付けられている。
ボウル軸受４は、好ましくは転がり軸受３０（図２）の形態である。
さらに、遠心分離機１は、ボウル２内に同軸に配置されたウォーム３を有している。
ボウル３は、この場合には例えばベルトプーリ７および駆動ベルト８を有する動力伝達駆動部を介して、駆動モータ５によって駆動される。
動力伝達駆動部は、ボウル４を駆動するさらなる歯車９に作用する。
さらに、遠心分離機は、好ましくは、歯車９を介してウォーム３を駆動するように機能して、ボウル２に対する差速度をもたらすさらなる駆動モータ６を有する。

図２〜図４において、各々が転がり軸受を有している軸受装置が、本発明による転がり軸受空冷システム１の典型的かつ好都合な変形例とともに示されている。
考えられる転がり軸受装置として、とくには、複列転がり軸受または互いに隣接した２つの転がり軸受も挙げられる。
さらに、とくには溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、および／または円筒ころ軸受も、可能である。

図２、図３、および図４におけるボウル軸受４の転がり軸受装置は、リング１２およびさらなるリング１３が押し込まれる中空シャフト１１を有している。
両方のリング１２、１３は、シール１４、１５によって中空シャフト１１から封じられる。
リング１３は、ねじ（図示されていない）などの固定要素によって軸方向に中空シャフト１１へと固定される。２つのリング１２、１３の各々は、シャフト肩部１６、１７を形成し、転がり軸受内側リング１８を中空シャフト１１上の所定の場所に軸方向について堅固に保持する。
さらに、リング１２、１４は、この場合には各々が好ましくは円錐状に軸受４から広がり、あるいは円錐形領域を有している。
リング１２、１３は、さらに内側に位置する半径において軸受４に当接する。
円錐形部分の結果として、潤滑剤が潤滑剤供給ラインの出口開口から軸受へと適切に流れることができ、そこから分配されうることが、適切かつ構造的に単純なやり方で保証される。

さらに、転がり軸受装置は、ハウジング１９を有する。
転がり軸受外側リング２０の領域において、ハウジング１９は、転がり軸受外側リング２０をハウジング側において所定の場所に軸方向について堅固に保持するハウジング肩部２１を形成している。
さらに、ハウジング１９は、転がり軸受外側リング２０を同様にハウジング側において所定の場所に軸方向について堅固に保持するハウジング用固定リング２２を有している。

ハウジング１９は、シール２４が挿入される段部２３をさらに有している。
シール２４は、シャフト側においてリング１２に当接して支持され、ラジアル軸シールリングと同様に運動用シールとして機能する。

さらに、転がり軸受装置は、ねじ（図示されていない）などの固定要素によって軸方向においてハウジング１９へと固定されたカバー２５を有する。
カバー２５は、ハウジング側のシール２６を有している。
さらに、カバー２５は、シール２６が挿入される段部２７を有している。
シール２６は、シャフト側においてリング１３に当接して支持され、この場合にはラジアル軸シールリングである運動用シールとして機能する。
複動軸シールリング、軸受リングシール、または２つ以上のラジアル軸シールリングなど、他のシール機構も考えられる。

さらに、ハウジング１９は、ノズルの形状にて下流において狭くなる直径を有している穴の形態の潤滑剤供給ライン２８を有している。
穴は、ハウジング肩部２１に位置するノズル２９へと開いており、結果として、ノズル２９を通って転がり軸受内側リング１８と転がり軸受外側リング２０との間に送られる潤滑剤の流れが、転がり軸受３０へともたらされる。
潤滑剤供給ラインの出口を、完全に径方向に向けることもでき、さらには／あるいは斜め方向（径方向と軸方向との間）または完全に軸方向に向けることもできる。
図２において、潤滑剤供給ラインは、リング１２の円錐形部分の直前で終わっている。

とくには、好ましくは、油の循環の潤滑を、回路のやり方で実行することができる。
この場合、好ましくは５０ｌ／ｈ〜１５０ｌ／ｈの潤滑剤が、回路を循環する。

しかしながら、好ましくは潤滑油である潤滑剤を、例えば最小量の潤滑の原理によって、（それ自身は公知である最小量の潤滑の原理による）個々の小さなパルスにて、ノズル２９を通って転がり軸受３０へと導くこともできる（欧州特許第２４３５１８９（Ｂ１）号明細書を参照）。
この場合、５ｍｍ^３〜１０００ｍｍ^３の間の潤滑剤の量が、好ましくは６０〜１８０秒ごとに放出される。

さらに、ハウジング１９は、転がり軸受冷却装置を有する。
次いで、転がり軸受冷却装置は、少なくとも１つの冷却空気供給ライン３１を有する。
ここで、冷却空気供給ラインは、カバー２５の方向に潤滑剤供給ライン２８から離して配置され、ハウジング１９の内部空間へと開き、ここでは固定リング２２の領域に開いている。
転がり軸受３０が配置されたハウジングの領域は、シール２４および２６によって周囲の環境から封じられ、シール１４、１５によって中空シャフト１１から封じられている。
したがって、潤滑剤は、転がり軸受３０を通って流れることができ、転がり軸受３０が潤滑される。
冷却空気は、転がり軸受の周囲を流れ、転がり軸受を過ぎて移動し、かつ／または転がり軸受を通って流れるときに、転がり軸受を冷却する。

さらに、ハウジング１９は、それぞれの潤滑剤排出ライン３２および冷却空気排出ライン３３を有する。

転がり軸受３０に対して、潤滑剤供給ライン２８は、冷却空気供給ライン３１から離され、冷却空気排出ライン３３に対向して配置され、冷却空気供給ライン３１は、潤滑剤排出ライン３２に対向して配置される。
潤滑剤排出ライン３２が、ハウジングのカバーに面する側に位置する一方で、冷却空気排出ライン３３は、ハウジングのカバーから遠い側に位置する。

冷却空気供給ライン３１および冷却空気排出ライン３３に対する潤滑剤供給ライン２８および潤滑剤排出ライン３２の相互配置の結果として、潤滑剤の流れおよび冷却空気の流れの両方が、転がり軸受３０を通って流れるように強いられ、結果として、転がり軸受内側リング１８、転がり軸受外側リング２０、および転がり軸受の玉からの熱が、冷却空気の流れによって逃がされる。
このようにして、冷却空気の流れが、転がり軸受３０の摩擦によって熱が発生する地点に直接的に作用する。

結果として、良好な冷却作用が、とくには冷却空気の流れによって達成される。
この効果の証拠として、出願人のデカンタＣＦ６０００を使用して試験を実行した。
ボウルの回転速度は、約３５００ｒｐｍであった。
室温（約２０℃〜２５℃）にある冷却空気の１０ｍ^３／ｈの体積流量において、運転速度にある転がり軸受３０について１８Ｋの温度低下を達成することができ、冷却空気の３０ｍ^３／ｈの体積流量において、運転速度にある転がり軸受３０について２３Ｋの温度低下を達成することができた。

この効果ゆえ、本発明は、例えば１００℃を超える高い温度および／または２５℃を上回るきわめて高い周囲温度における温間遠心分離物質の遠心分離にきわめて好都合である。
好ましくは、２５℃未満、とくには１５℃未満の低い冷却空気温度が使用されるべきである。
冷却空気は、好ましく、かつ好都合には、遠心分離の対象の物質および／または遠心分離機における周囲温度よりも低い温度にある。

運転速度にある転がり軸受３０におけるこの種の温度低下の結果は、より低温の潤滑剤をより長く使用することができ、軸受が保護されるため、転がり軸受３０の寿命の相応の向上および保守間隔の延長である。
さらに、より低い温度の結果として、粘度について有利な効果が存在し、転がり軸受において摩耗を低減する分離の潤滑剤のより厚い膜が形成される。

図２の構成がとくに好都合であるが、冷却空気の供給および排出ラインならびに潤滑剤の供給および排出ラインについて、他の構成も考えられる。
図３によれば、冷却空気排出ラインおよび潤滑剤排出ラインが、ただ１つの統合されたライン３４の形態をとり、結果として、冷却空気および潤滑剤の排出が、このライン３４を通って一緒に行われる。
この変形例は、構造的にとくに簡潔なやり方で実現可能である。
好ましくは、油分離機（ここでは図示されていない）が、ライン３４の下流に接続され、例えば液体遠心分離機またはフィルタとして構成されてよい。

さらに、図４によれば、冷却空気排出ライン３３が、軸受４から離して配置され、好ましくは冷却空気排出ライン３３と軸受との間に、動作において回転時に潤滑剤が径方向外側へと集まり、潤滑剤排出ライン３２を通って排出されうる環状の段部／空隙３５が形成される。
さらに、潤滑剤排出ライン３２の入口開口３６が、冷却空気排出ライン３３の入口開口３７と比べてより大きい半径に位置し、したがって回転時に流動性の潤滑剤が潤滑剤排出ライン３２を通って遠方へと案内される。
このやり方で、単純なやり方にて、冷却空気の内側のライン３３への油の流入が防止される。
すなわち、この変形例は、一体化された油分離機を呈する。
冷却空気排出ラインへの潤滑剤の流入を防止するために、径方向に延びるプレートを軸受の側方に配置することも考えられる（図示はせず）。

図３および図４において、潤滑剤供給ライン２８の出口開口３８が、冷却空気供給ライン３１の出口開口と比べてハウジング１９のより小さい半径に位置することも、見て取ることができる。
さらに、潤滑剤のラインが、端部領域３９においてもっぱら径方向に延びるのではなく、或る角度で延びることが好都合であり、結果として潤滑油が軸方向の速度成分も有して軸受４へと供給される。

１ デカンタ型遠心分離機または固形物ボウル遠心分離機
２ ボウル
３ ウォーム
４ ボウル軸受
５ 駆動モータ
６ 駆動モータ
７ ベルトプーリ
８ 駆動ベルト
９ 歯車
１０ 転がり軸受空冷システム
１１ 中空シャフト
１２ リング
１３ リング
１４ シール
１５ シール
１６ シャフト肩部
１７ シャフト肩部
１８ 転がり軸受内側リング
１９ ハウジング
２０ 転がり軸受外側リング
２１ ハウジング肩部
２２ 固定リング
２３ 段部
２４ シール
２５ カバー
２６ シール
２７ 段部
２８ 潤滑剤供給ライン
２９ ノズル
３０ 転がり軸受
３１ 冷却空気供給ライン
３２ 潤滑剤排出ライン
３３ 冷却空気排出ライン
３４ ライン
３５ 空隙
３６ 入口開口
３７ 入口開口
３８ 出口開口
３９ 端部領域

Claims (10)

1. 固形物ボウル遠心分離機（１）のボウル（２）を支持するための少なくとも１つの転がり軸受（３０）を有するとともに、少なくとも１つの潤滑剤供給ライン（２８）と少なくとも１つの潤滑剤排出ライン（３２）とを有する転がり軸受冷却装置（１０）を有している軸受装置であって、
   前記転がり軸受冷却装置（１０）は、少なくとも１つの冷却空気供給ライン（３１）と、冷却空気排出ライン（３３）とを有し、
   前記潤滑剤排出ラインの入口開口（３６）は、前記冷却空気排出ライン（３３）の入口開口（３７）と比べて回転軸に対して径方向外側に位置すると共に、
   前記潤滑剤供給ライン（２８）を通って前記転がり軸受（３０）へと供給される潤滑剤の流れおよび／または前記冷却空気供給ライン（３１）を通って前記転がり軸受（３０）へと供給される冷却空気の流れが、前記転がり軸受（３０）の転がり軸受内側リング（１８）と転がり軸受外側リング（２０）との間の軸方向の開口を通って導かれることを特徴とする
   軸受装置。
2. 前記潤滑剤排出ライン（３３）は、前記冷却空気排出ライン（３２）とは別に、前記冷却空気排出ライン（３２）から離して配置されることを特徴とする
   請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記潤滑剤供給ライン（２８）は、前記冷却空気供給ライン（３１）から離して配置されることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の軸受装置。
4. 前記冷却空気排出ライン（３３）は、前記軸受から離して配置されることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 前記転がり軸受（３０）に対して、前記潤滑剤供給ラインは、前記冷却空気排出ライン（３３）に対向して配置され、前記冷却空気供給ライン（３１）は、前記潤滑剤排出ライン（３２）に対向して配置されることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 前記潤滑剤供給ライン（２８）は、ノズルの形状にて下流において狭くなる穴であることを特徴とする
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受装置。
7. 前記潤滑剤供給ライン（２８）は、前記転がり軸受（３０）の領域においてノズル（２９）によってハウジング（１９）の内部空間へと開いていることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の軸受装置。
8. 前記転がり軸受（３０）は、シール（１４、１５、および２４、２６）によって周囲の環境および中空シャフト（１１）から封じられていることを特徴とする
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の軸受装置。
9. 前記転がり軸受（３０）を周囲の環境から封じるシール（２４、２６）は、ラジアル軸シールリングであることを特徴とする
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の軸受装置。
10. ボウル軸受として機能する請求項１〜９のいずれか一項に記載の１つ以上の軸受装置を有している
    遠心分離機。
    

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