JP6700660B2 - 回転軸機構およびポンプ - Google Patents

Description

本発明は、軸流ポンプや斜流ポンプなどのポンプに使用される回転軸機構、および当該回転軸機構が適用されるポンプに関する。

例えば、特許文献１には、回転軸が鉛直方向に沿って配設されるポンプが示されている。このポンプは、吸込水槽内に向けて鉛直方向に延びる揚水管と、この揚水管の上部が水平方向に沿って屈曲するベンド管とを有している。そして、回転軸は、上部から揚水管内に挿通され、下部に羽根車が固定されている。従って、揚水管の下端開口を水中に沈めた状態で、駆動モータにより回転軸を駆動回転すると、羽根車が回転することにより、揚水管内に流入した水は、流路内を上方に揚水されてベンド管を通って排出される。

また、例えば、特許文献２には、ウォータポンプにおいて、インペラの回転軸部が歳差運動を行いながら回転することが示されている。

特開２００１−１３２７４２号公報 特開２０１１−０３２９２３号公報

特許文献１に示されるようなポンプにおいて、回転軸は、外周面が軸受側に固定の摺動部材の内周面に接触することで支持されながら回転する。このとき、回転軸は、羽根車のアンバランスなどの不釣り合いの影響により、羽根車を含む回転軸に半径方向に遠心力が作用し、外周面では、遠心力の作用方向が軸受側の摺動部材と摺動し、遠心力の反作用方向が摺動部材と摺動しないような旋回運動、即ち、歳差運動となる。

この場合、回転軸と摺動部材との隙間が周方向で相違し、摺動部分において旋回運動の進行方向に向けて隙間が徐々に狭まる一方、旋回運動の進行方向とは逆側では隙間が徐々に広がる。このため、水（流体）が連れ回りすることで周方向に異なる圧力（水圧）分布が発生する。すると、隙間が徐々に狭まる側では、回転軸と摺動部材との隙間の圧力が高い（正圧）領域となって、軸受における軸心方向の中心部から、開放されている軸受における軸心方向の端部へ軸受の内部の水が流れて排出される。一方、隙間が徐々に広がる側では、回転軸と摺動部材との隙間の圧力が低い（負圧）領域となって、開放されている軸受における軸心方向の端部から、軸受における軸心方向の中央部へ軸受の外部の水が流れて取り込まれる。

ここで、特に、海や河川に設置されるポンプは、台風による波浪が大きい場合や地震時に津波が発生した場合に水（海水）に砂や貝殻などの異物が含まれているため、上記の作用により軸受内に水と共に異物を取り込んでしまうおそれがある。そして、この異物が回転軸と摺動部材との間に堆積すると、回転軸や摺動部材が異常摩耗してしまう問題がある。このような問題があると、回転軸と摺動部材との隙間が大きくなり、回転軸の軸振動が大きくなってポンプが運転不能となったり、ポンプが設置されているプラントの運転に支障をきたしたりするおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、回転軸と軸受との隙間に取り込まれた異物による回転軸側や軸受側の摩耗の発生を抑制することのできる回転軸機構およびポンプを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の回転軸機構は、円筒形状の軸受の内周面側に摺接する回転軸の円周上に延在し前記回転軸の外周面に少なくとも一端および他端が開口して設けられた通路を備えることを特徴とする。

不釣り合いの影響により遠心力が回転軸の半径方向に作用すると、回転軸は、遠心力の作用方向の外周面が軸受側と摺接し、遠心力Ｆの反作用方向の外周面が軸受側と摺接しないような旋回運動となる。これにより、回転軸と軸受側との隙間が周方向で変動し、回転軸と軸受側との間で、旋回する回転軸により流体が連れ回りすることで周方向に異なる圧力分布が発生する。つまり、回転軸の旋回運動の進行方向の前側では、隙間が徐々に狭まって回転軸と軸受側との隙間の圧力が高い領域となる一方、回転軸の旋回運動の進行方向の後側では、隙間が徐々に広がって回転軸と軸受側との隙間の圧力が低い領域となる。そして、圧力が低い領域では、回転軸と軸受側との隙間に流体に含まれる異物が入り込むことになる。本発明では、通路の一端が正圧領域側に向き、他端が負圧領域側に向くため、通路の内部には、圧力の高い一端から圧力の低い他端に向かって流れが生じる。すると、隙間に堆積される異物は、上記流れにより通路の内部で圧力の高い一端から圧力の低い他端に向かって送られることになる。従って、異物は、隙間が徐々に狭まる側から、隙間が徐々に広がる側に送られるため、遠心力の作用方向の外周面側の隙間から異物が除かれることになり、異物が巻き込まれ難くなる。この結果、回転軸と軸受側との隙間に取り込まれた異物による回転軸側や軸受側の摩耗の発生を抑制することができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、前記回転軸が前記軸受に摺接される範囲内に設けられていることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、回転軸が前記軸受に摺接される範囲から異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、不釣り合いにより前記回転軸の半径方向に生じる遠心力の作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられていることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、常に隙間が狭くなろうとする部分から異物を除くことになり、隙間に異物を巻き込む事態を抑制する効果を顕著に得ることができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、不釣り合いにより前記回転軸の半径方向に生じる遠心力が最大に作用する部分とは半径方向の真逆となる外周面の位置を基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、常に隙間が狭くなろうとする部分から異物を除き、隙間に異物を巻き込む事態を抑制する効果をより顕著に得ることができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、前記回転軸における回転の軸心の延在方向に複数設けられていることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、複数箇所において遠心力の作用方向の外周面側の隙間から異物を除くことができる。

また、本発明の回転軸機構では、各前記通路は、前記回転軸における回転の軸心の延在方向に複数設けられ、かつ平行に配置されていることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、複数箇所において遠心力の作用方向の外周面側の隙間から異物を除くことができ、かつ異物を各通路で同方向に送ることになるため、異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、前記回転軸の外周面に凹設された溝からなることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、回転軸の外周面に凹設した溝を通路とし、上記効果を得ることができる。

また、本発明の回転軸機構では、前記通路は、前記回転軸を貫通する孔からなることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、回転軸を貫通する孔を通路とし、上記効果を得ることができる。また、孔は、回転軸を貫通させるものであるため、回転軸の加工が容易である。

また、本発明の回転軸機構では、前記回転軸の回転方向が決められ、前記回転軸における回転の軸心の延在方向の一方に沿って流体が送られる場合、前記通路は、前記回転軸の周方向に対して傾斜して、一端側が前記回転軸の回転方向および流体が送られる方向の上流側に向けられ、他端側が前記回転軸の回転方向の反対側および流体が送られる方向の下流側に向けられて設けられることを特徴とする。

この回転軸機構によれば、通路に沿って異物が回転軸の回転方向の反対側および流体が送られる方向に共に送られることになる。この結果、異物が通路のみならず流体の流れに沿って送られるため、隙間から異物が除かれ易くなり、異物がさらに巻き込まれ難くなる。この結果、異物による回転軸側や軸受側の摩耗の発生を抑制する効果を顕著に得ることができる。

上述の目的を達成するために、本発明のポンプは、ケーシングと、前記ケーシングの内部で円筒形状の軸受の内周面側に摺接する回転軸と、前記回転軸に設けられた羽根車と、を有するポンプにおいて、上記のいずれか１つに記載の回転軸機構を備えることを特徴とする。

このポンプによれば、異物による回転軸側や軸受側の摩耗の発生を抑制する効果を得ることができる。この結果、ポンプとしての運転を安定して行うことができ、設置されたプラントへの影響を軽減することができる。

本発明によれば、回転軸と軸受との隙間に取り込まれた異物による回転軸側や軸受側の摩耗の発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転軸機構が適用されるポンプの概略構成図である。 図２は、一般的な回転軸機構の断面図である。 図３は、図２におけるIII−III断面図である。 図４は、一般的な回転軸機構における周方向の圧力分布を表す説明図である。 図５は、一般的な回転軸機構における正圧位置での軸方向の圧力分布を表す説明図である。 図６は、一般的な回転軸機構における負圧位置での軸方向の圧力分布を表す説明図である。 図７は、一般的な回転軸機構における作用を表す説明図である。 図８は、一般的な回転軸機構における作用を表す説明図である。 図９は、本発明の実施形態１に係る回転軸機構の断面図である。 図１０は、図９におけるＸ−Ｘ断面図である。 図１１は、本発明の実施形態１に係る回転軸機構の作用を表す説明図である。 図１２は、本発明の実施形態２に係る回転軸機構の断面図である。 図１３は、図１２におけるＸIII−ＸIII断面図である。 図１４は、本発明の実施形態２に係る回転軸機構の作用を表す説明図である。 図１５は、本発明の実施形態３に係る回転軸機構の断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る回転軸機構が適用されるポンプの概略構成図である。本実施形態におけるポンプは、例えば、図１に示すような立軸型の斜流ポンプ１０である。この斜流ポンプ１０は、吸込口１１と吐出口１２が設けられるケーシング１３と、ケーシング１３内に配置される回転軸１４と、回転軸１４の下部に固定される羽根車１５と、ケーシング１３内で回転軸１４を回転可能に支持する軸受１６，１７とを有している。

ケーシング１３は、円筒形状をなし、図示しない取付台に鉛直方向に沿って配置されている。ケーシング１３は、例えば、第一，第二，第三ケーシング２１，２２，２３が上方から鉛直方向に直列に連結されている。そして、下端側の第三ケーシング２３に吸込ベル２４が固定されることで、吸込口１１が形成されている。また、ケーシング１３は、上端側の第一ケーシング２１の上部が水平方向に湾曲することで、側部に向けて吐出口１２が形成されている。この第一ケーシング２１の吐出口１２に排出管２５が連結されている。そのため、ケーシング１３は、吸込口１１からほぼ鉛直方向に沿う第一流路Ａと、この第一流路Ａからほぼ水平方向に湾曲して吐出口１２に至る第二流路Ｂとを有する。

ケーシング１３は、内部に回転軸１４が配置されている。回転軸１４は、複数の軸受１６，１７により回転可能に支持されている。軸受１６は、ケーシング１３から延出された複数のステイ２６に支持された軸受箱２８に支持されている。また、軸受１７は、ケーシング１３から延出された複数のステイ２７に支持された軸受箱２９に支持されている。回転軸１４は、下端部に羽根車１５が固定されている。そして、回転軸１４は、上端側の第一ケーシング２１の湾曲部分からケーシング１３の外側に延出する上端部に、駆動装置（モータおよび減速機）３０が連結されている。なお、ケーシング１３は、下端側の第三ケーシング２３の内周壁に、羽根車１５の上方に位置して図示しないディフューザが固定されている。

従って、駆動装置３０を駆動すると、回転力が回転軸１４に伝達されて回転する。すると、回転軸１４の下端部に固定された羽根車１５が回転軸１４と共に回転し、ケーシング１３内の圧力、つまり、第一流路Ａの圧力が上昇することで、水（流体）が吸込口１１からケーシング１３内に吸い込まれる。そして、ケーシング１３内に吸い込まれた水は、第一流路Ａを鉛直方向における上方に流れ、ディフューザにより圧力が低下された後に第二流路Ｂを水平方向に流れ、吐出口１２から排出管２５に吐出される。

このような斜流ポンプ１０は、例えば、原子力発電プラントや火力発電プラントにおいて機器の冷却用の海水移送用に用いられるが、その他の用途に用いられてもよい。

ここで、上述した軸受１６，１７に対して回転軸１４が回転可能に支持される一般的な回転軸機構について説明する。ただし、軸受１６，１７は、同様の構成であることから、軸受１６側についてのみ説明する。

図２は、一般的な回転軸機構の断面図である。図３は、図２におけるIII−III断面図である。図４は、一般的な回転軸機構における周方向の圧力分布を表す説明図である。図５は、図４におけるＩＶ−Ｖ断面図であって一般的な回転軸機構における正圧位置での軸方向の圧力分布を表す説明図である。図６は、図４におけるＩＶ−ＶＩ断面図であって一般的な回転軸機構における負圧位置での軸方向の圧力分布を表す説明図である。図７は、一般的な回転軸機構における作用を表す説明図である。図８は、一般的な回転軸機構における作用を表す説明図である。

図２および図３に示すように、軸受１６は、軸受ケース４１と、摺動部材４２と、を有している。軸受ケース４１は、円筒形状に形成されている。摺動部材４２は、軸受ケース４１の内部であって内周面に沿って設けられている。この摺動部材４２は、軸受ケース４１の内周面の全てに配置されていてもよいが、複数の摺動片４２Ａ（図４参照）として、軸受ケース４１の内周面に周方向に所定間隔（好ましくは均等間隔）で固定されていてもよい。この摺動部材４２（摺動片４２Ａ）は、ゴム製または合成樹脂製であって、外周面が軸受ケース４１の内周面に接着され、その内周面に円柱形状の回転軸１４の外周面が摺接することで回転軸１４を支持可能な摺動面４２ａが形成されている。この場合、軸受ケース４１と摺動部材４２（摺動片４２Ａ）とは、軸心Ｏに対して同心状になるように形成される。回転軸１４は、軸心Ｏに対して基本的に同心状になるように配置されるが、回転を許容されるために外周面と摺動部材４２（摺動片４２Ａ）の摺動面４２ａとの間に僅かな隙間Ｃが形成される。図２および図３では、隙間Ｃを誇張して示している。

回転軸１４は、水中で軸受１６に支持されて回転するとき、外周面が摺動部材４２の摺動面４２ａに接触して支持される。このとき、羽根車１５のアンバランスなどの不釣り合いの影響により遠心力Ｆ（図４参照）が回転軸１４の半径方向に作用することで、回転軸１４と摺動部材４２との隙間Ｃが周方向で変動し、回転軸１４と摺動部材４２の摺動面４２ａとの間で、旋回する回転軸１４により水が連れ回りすることで周方向に異なる圧力分布が発生する。

即ち、図４に示すように、回転軸１４は、外周面が各摺動片４２Ａの摺動面４２ａに接触することで支持されながら回転する。このとき、上記の遠心力Ｆにより、回転軸１４は、遠心力Ｆの作用方向の外周面が摺動片４２Ａと摺接し、遠心力Ｆの反作用方向の外周面が摺動片４２Ａと摺接しないような旋回運動、即ち、歳差運動となる。回転軸１４は、旋回時に摺動片４２Ａとの隙間Ｃが周方向で変動し、摺動部分において旋回運動の進行方向Ｓに向けて隙間Ｃが徐々に狭まる一方、旋回運動の進行方向Ｓとは逆側では隙間Ｃが徐々に広がる。このため、回転軸１４の旋回に伴って水が連れ回りする。すると、周方向に異なる圧力（水圧）分布が発生する。つまり、回転軸１４が図４の矢印Ｓ方向に旋回した場合、隙間Ｃが徐々に狭まる側では、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が高く（正圧Ｐ１）、隙間Ｃが徐々に広がる側では、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が低く（負圧Ｐ２）となる。

そのため、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が高い（正圧Ｐ１）領域では、図５に示すように、軸受１６における軸心Ｏ方向（軸心Ｏの延在する方向）の中心部から、開放されている軸心Ｏ方向の端部へ、矢印であらわすように軸受１６の内部の水が流れて排出される。一方、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が低い（負圧Ｐ２）領域では、図６に示すように、開放されている軸受１６における軸心Ｏ方向の端部から、軸受１６における軸心Ｏ方向の中央部へ、矢印であらわすように軸受１６の外部の水が流れて取り込まれる。

そして、斜流ポンプ１０が設置されている海や河川における水（海水）に砂や貝殻などの異物が多く含まれていると、軸受１６の内部に水と共に多くの異物を取り込んでしまう。そして、この異物が圧力が高い正圧Ｐ１の領域で排出されずに隙間Ｃに堆積すると、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃで異物を巻き込み、回転軸１４の外周面や摺動片４２Ａの摺動面４２ａが異常摩耗してしまう。

特に、回転軸１４は、羽根車１５のアンバランスなどの不釣り合いの影響による遠心力Ｆの作用により、図７および図８に示すように（図７および図８では摺動片４２Ａを省略している）、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃが常に狭く、そこに異物が常に巻き込まれて摩耗するため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の位置が極端に異常摩耗する。そうすると、回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃが大きくなり、回転軸１４の軸振動が大きくなって斜流ポンプ１０が運転不能となったり、斜流ポンプ１０が設置されているプラントの運転に支障をきたしたりするおそれがある。

［実施形態１］
図９は、本実施形態に係る回転軸機構の断面図である。図１０は、図９におけるＸ−Ｘ断面図である。図１１は、本実施形態に係る回転軸機構の作用を表す説明図である。なお、本実施形態において、上述した一般的な回転軸機構と同等の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の回転軸機構は、回転軸１４に通路１が設けられている。通路１は、回転軸１４の周方向に沿う方向である回転軸１４の円周上に延在しており、回転軸１４の外周面に対して少なくとも一端１ａおよび他端１ｂが開口するように設けられている。本実施形態において通路１は、回転軸１４の外周面に凹設された溝として形成されている。つまり、本実施形態の通路１は、一端１ａから他端１ｂに至り連続して回転軸１４の外周面に開口して設けられている。

また、通路１は、回転軸１４が軸受１６の内周面に設けられた摺動部材４２（摺動片４２Ａ）に摺接される範囲内において、回転軸１４における回転の軸心Ｏ方向に複数併設され、かつ互いに平行に配置されている。

また、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられている。具体的に、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の真逆となる外周面の位置（遠心力Ｆの作用方向とは逆側の外周面）Ｑを基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられている。

このように構成された回転軸機構によれば、図１１に示すように、回転軸１４の旋回運動の進行方向Ｓの前側では、隙間Ｃが徐々に狭まって回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が高い（正圧Ｐ１）領域となる一方、回転軸１４の旋回運動の進行方向Ｓの後側では、隙間Ｃが徐々に広がって回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が低い（負圧Ｐ２）領域となる。この場合、図１１においては、通路１の一端１ａが正圧Ｐ１領域側に向き、他端１ｂが負圧Ｐ２領域側に向いている。このため、通路１の内部には、圧力の高い一端１ａから圧力の低い他端１ｂに向かって水流αが生じる。すると、隙間Ｃに堆積される異物は、上記水流αにより通路１の内部で圧力の高い一端１ａから圧力の低い他端１ｂに向かって送られることになる。従って、異物は、隙間Ｃが徐々に狭まる側から、隙間Ｃが徐々に広がる側に送られるため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物が除かれることになり、異物が巻き込まれ難くなる。この結果、回転軸１４と軸受１６との隙間Ｃに取り込まれた異物による回転軸１４側や軸受１６側の摩耗の発生を抑制することができる。

本実施形態の回転軸機構では、回転軸１４が軸受１６に摺接される範囲内に通路１が設けられているため、回転軸１４が軸受１６に摺接される範囲から異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。また、本実施形態の回転軸機構では、通路１が回転軸１４における回転の軸心Ｏ方向に複数併設されているため、複数箇所において遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物を除くことができる。さらに、本実施形態の回転軸機構では、通路１が平行に配置されていることで、異物を各通路１で同方向に送ることになるため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。

特に、回転軸１４は、羽根車１５のアンバランスなどの不釣り合いの影響による遠心力Ｆの作用により、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃが常に狭く、そこに異物が常に巻き込まれて摩耗する。この点、本実施形態の回転軸機構では、通路１が不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられているため、常に隙間Ｃが狭くなろうとする部分から異物を除くことになり、隙間Ｃに異物を巻き込む事態を抑制する効果を顕著に得ることができる。この場合、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の真逆となる外周面の位置Ｑを基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられていることで、常に隙間Ｃが狭くなろうとする部分から異物を除き、隙間Ｃに異物を巻き込む事態を抑制する効果をより顕著に得ることができる。

［実施形態２］
図１２は、本実施形態に係る回転軸機構の断面図である。図１３は、図１２におけるＸIII−ＸIII断面図である。図１４は、本実施形態に係る回転軸機構の作用を表す説明図である。なお、本実施形態において、上述した一般的な回転軸機構と同等の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の回転軸機構は、回転軸１４に通路１が設けられている。通路１は、回転軸１４の周方向に沿う方向である回転軸１４の円周上に延在しており、回転軸１４の外周面に対して少なくとも一端１ａおよび他端１ｂが開口するように設けられている。本実施形態において通路１は、回転軸１４を貫通する孔として形成されている。つまり、本実施形態の通路１は、一端１ａおよび他端１ｂを回転軸１４の外周面に開口して、その途中が回転軸１４の内部を貫通して設けられている。

また、通路１は、回転軸１４が軸受１６の内周面に設けられた摺動部材４２（摺動片４２Ａ）に摺接される範囲内において、回転軸１４における回転の軸心Ｏ方向に複数併設され、かつ互いに平行に配置されている。

また、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられている。具体的に、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の真逆となる外周面の位置Ｑを基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられている。

このように構成された回転軸機構によれば、図１４に示すように、回転軸１４の旋回運動の進行方向Ｓの前側では、隙間Ｃが徐々に狭まって回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が高い（正圧Ｐ１）領域となる一方、回転軸１４の旋回運動の進行方向Ｓの後側では、隙間Ｃが徐々に広がって回転軸１４と摺動片４２Ａとの隙間Ｃの圧力が低い（負圧Ｐ２）領域となる。この場合、図１４においては、通路１の一端１ａが正圧Ｐ１領域側に向き、他端１ｂが負圧Ｐ２領域側に向いている。このため、通路１の内部には、圧力の高い一端１ａから圧力の低い他端１ｂに向かって水流αが生じる。すると、隙間Ｃに堆積される異物は、上記水流αにより通路１の内部で圧力の高い一端１ａから圧力の低い他端１ｂに向かって送られることになる。従って、異物は、隙間Ｃが徐々に狭まる側から、隙間Ｃが徐々に広がる側に送られるため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物が除かれることになり、異物が巻き込まれ難くなる。この結果、回転軸１４と軸受１６との隙間Ｃに取り込まれた異物による回転軸１４側や軸受１６側の摩耗の発生を抑制することができる。

本実施形態の回転軸機構では、回転軸１４が軸受１６に摺接される範囲内に通路１が設けられているため、回転軸１４が軸受１６に摺接される範囲から異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。また、本実施形態の回転軸機構では、通路１が回転軸１４における回転の軸心Ｏ方向に複数併設されているため、複数箇所において遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物を除くことができる。さらに、本実施形態の回転軸機構では、通路１が平行に配置されていることで、異物を各通路１で同方向に送ることになるため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物を除く上記効果を顕著に得ることができる。

特に、回転軸１４は、羽根車１５のアンバランスなどの不釣り合いの影響による遠心力Ｆの作用により、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃが常に狭く、そこに異物が常に巻き込まれて摩耗する。この点、本実施形態の回転軸機構では、通路１が不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられているため、常に隙間Ｃが狭くなろうとする部分から異物を除くことになり、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃに異物を巻き込む事態を抑制する効果を顕著に得ることができる。この場合、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の真逆となる外周面の位置Ｑを基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられていることで、常に隙間Ｃが狭くなろうとする部分から異物を除き、隙間Ｃに異物を巻き込む事態を抑制する効果をより顕著に得ることができる。

［実施形態３］
図１５は、本実施形態に係る回転軸機構の断面図である。なお、本実施形態において、上述した一般的な回転軸機構と同等の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の回転軸機構は、図１５に矢印で示すように、回転軸１４の回転方向Ｒが決められている。そして、回転軸１４の回転により水が回転軸１４における回転の軸心Ｏの延在方向の一方向Ｗに沿って水が送られる。この場合に、通路１は、回転軸１４の周方向に対して傾斜して設けられ、一端１ａ側が回転軸１４の回転方向Ｒおよび水が送られる方向Ｗの上流側に向けられ、他端１ｂ側が回転軸１４の回転方向Ｒの反対側および水が送られる方向Ｗの下流側に向けられている。

この回転軸機構によれば、実施形態１および実施形態２に示したように、隙間Ｃに堆積される異物は、上記水流αにより通路１の内部で圧力の高い一端１ａから圧力の低い他端１ｂに向かって送られることになる。従って、異物は、隙間Ｃが徐々に狭まる側から、隙間Ｃが徐々に広がる側に送られるため、遠心力Ｆの作用方向の外周面側の隙間Ｃから異物が除かれることになり、異物が巻き込まれ難くなる。この結果、異物による回転軸１４側や軸受１６側の摩耗の発生を抑制することができる。

特に、本実施形態の回転軸機構によれば、通路１が回転軸１４の周方向に対して傾斜して設けられ、一端１ａ側が回転軸１４の回転方向Ｒおよび水が送られる方向Ｗの上流側に向けられ、他端１ｂ側が回転軸１４の回転方向Ｒの反対側および水が送られる方向Ｗの下流側に向けられていることで、通路１に沿って異物が回転軸１４の回転方向Ｒの反対側および水が送られる方向Ｗに共に送られることになる。この結果、異物が通路１のみならず水の流れに沿って送られるため、隙間Ｃから異物が除かれ易くなり、異物がさらに巻き込まれ難くなる。この結果、異物による回転軸１４側や軸受１６側の摩耗の発生を抑制する効果を顕著に得ることができる。

なお、図１５では、実施形態１に対応した通路（溝）１について示しているが、実施形態２に対応する通路（孔）１についても同様に構成することで、同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においても、通路１は、回転軸１４が軸受１６の内周面に設けられた摺動部材４２（摺動片４２Ａ）に摺接される範囲内において、回転軸１４における回転の軸心Ｏ方向に複数併設され、かつ互いに平行に配置されていることが好ましい。また、通路１は、不釣り合いにより回転軸１４の半径方向に生じる遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の逆側の外周面に設けられていることが好ましく、遠心力Ｆの作用方向とは半径方向の真逆となる外周面の位置Ｑを基準として周方向の両側９０°の範囲内に設けられている。

また、上述した各実施形態の回転軸機構が適用されるポンプ（斜流ポンプ１０）によれば、異物による回転軸１４側や軸受１６側の摩耗の発生を抑制する効果を得ることができる。この結果、ポンプとしての運転を安定して行うことができ、設置されたプラントへの影響を軽減することができる。

１ 通路
１ａ 一端
１ｂ 他端
１０ 斜流ポンプ
１１ 吸込口
１２ 吐出口
１３ ケーシング
１４ 回転軸
１５ 羽根車
１６，１７ 軸受
２１ 第一ケーシング
２２ 第二ケーシング
２３ 第三ケーシング
２４ 吸込ベル
２５ 排出管
２６ ステイ
２７ ステイ
２８ 軸受箱
２９ 軸受箱
３０ 駆動装置
４１ 軸受ケース
４２ 摺動部材
４２Ａ 摺動片
４２ａ 摺動面
Ａ 第一流路
Ｂ 第二流路
Ｃ 隙間
Ｆ 遠心力
Ｏ 軸心
Ｐ１ 正圧
Ｐ２ 負圧
Ｑ 遠心力の作用方向の逆側位置
Ｒ 回転軸の回転方向
Ｓ 旋回運動の進行方向
Ｗ 流体の流れる方向
α 水流

Claims (8)

1. 円筒形状の軸受の内周面側に摺接する回転軸の円周上に延在し前記回転軸の外周面に少なくとも一端および他端が開口して設けられた通路を備え、
   前記通路は、不釣り合いにより前記回転軸の半径方向に生じる遠心力の作用方向とは半径方向の逆側で前記軸受に摺接される外周面にのみ少なくとも一端および他端が開口して設けられ、
   前記回転軸の回転方向が決められ、前記回転軸における回転の軸心の延在方向の一方に沿って流体が送られており、前記通路は、前記回転軸の周方向に対して傾斜して、一端側が前記回転軸の回転方向および流体が送られる方向の上流側に向けられ、他端側が前記回転軸の回転方向の反対側および流体が送られる方向の下流側に向けられて設けられていることを特徴とする回転軸機構。
2. 前記通路は、不釣り合いにより前記回転軸の半径方向に生じる遠心力が最大に作用する部分とは半径方向の真逆となる外周面の位置を基準として周方向の両側９０°の範囲内にのみ設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転軸機構。
3. 前記通路は、前記回転軸が前記軸受に摺接される外周面内に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転軸機構。
4. 前記通路は、前記回転軸における回転の軸心の延在方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転軸機構。
5. 各前記通路は、前記回転軸における回転の軸心の延在方向に複数設けられ、かつ平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転軸機構。
6. 前記通路は、前記回転軸の外周面に凹設された溝からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転軸機構。
7. 前記通路は、前記回転軸を貫通する孔からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転軸機構。
8. ケーシングと、前記ケーシングの内部で円筒形状の軸受の内周面側に摺接する回転軸と、前記回転軸に設けられた羽根車と、を有するポンプにおいて、
   請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転軸機構を備えることを特徴とするポンプ。

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