JPH0113840Y2 - - Google Patents

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JPH0113840Y2
JPH0113840Y2 JP1984190913U JP19091384U JPH0113840Y2 JP H0113840 Y2 JPH0113840 Y2 JP H0113840Y2 JP 1984190913 U JP1984190913 U JP 1984190913U JP 19091384 U JP19091384 U JP 19091384U JP H0113840 Y2 JPH0113840 Y2 JP H0113840Y2
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【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、ポンプ主軸(回転軸)に羽根車を取
付けた立軸ポンプに関し、特に軸推力を支持する
ためのスラスト軸受を該立軸ポンプの最下部に取
付けるようにしたものに関する。
[Detailed description of the invention] (Field of industrial application) The present invention relates to a vertical shaft pump in which an impeller is attached to the main shaft (rotating shaft) of the pump. Regarding something that is attached to the bottom.

(従来の技術) 従来、ポンプ主軸に羽根車を取付けた立軸ポン
プにおいては、第4図に示すように、モータ1
は、モータ支持用架台2を介して床面3上に固定
され、一方、ポンプは上記床面3に支持された吐
出エルボ4に、吊下げ管5を介して、羽根車を内
蔵したケーシング6と吸込ベル7が一体に取付け
られている。そして図示のように、モータ1の軸
8とポンプ主軸9とを、モータ1内に取付けられ
ているモータのスラスト軸受にポンプの推力が作
用しないように、フレキシブルカツプリング10
を介して直結するように構成された方式のポンプ
では、ポンプ主軸9が吐出エルボ4を貫通する個
所に取付けられた軸封部11と、上記フレキシブ
ルカツプリング10との間に、スラスト軸受12
が設けられており、ポンプに発生する軸推力を支
持する構造となつていた。
(Prior art) Conventionally, in a vertical shaft pump in which an impeller is attached to the pump main shaft, as shown in Fig. 4, the motor 1
is fixed on a floor surface 3 via a motor support frame 2, while the pump is connected to a discharge elbow 4 supported on the floor surface 3 via a suspension pipe 5 to a casing 6 containing an impeller. and a suction bell 7 are integrally attached. As shown in the figure, a flexible coupling 10 is used to connect the shaft 8 of the motor 1 and the pump main shaft 9 so that the thrust force of the pump does not act on the thrust bearing of the motor installed inside the motor 1.
In a pump that is configured to be directly connected via
The pump was equipped with a structure that supported the axial thrust generated by the pump.

なお、上記ポンプ主軸9の下端部は、第5図に
示すように、吸込ベル7に支持された水中軸受ケ
ース13内の水中軸受14によつて、ラジアル
(半径方向)荷重のみを支持するように構成され
ている。
As shown in FIG. 5, the lower end of the pump main shaft 9 is designed to support only the radial (radial direction) load by an underwater bearing 14 in an underwater bearing case 13 supported by the suction bell 7. It is composed of

(考案が解決しようとする問題点) 上記した従来の立軸ポンプの構造では、次のよ
うな欠点があつた。
(Problems to be solved by the invention) The structure of the conventional vertical shaft pump described above has the following drawbacks.

(i) 第4図に示すように、ポンプの上部にスラス
ト軸受12を設けると、床面3から、モータ1
の頂部までの高さが高くなる。そのため、保守
上、及び剛性上からも好ましくなく、この高さ
を極力短かくすることが望まれ、特に大型ポン
プでは、その要求が強い。仮に、第4図に示す
スラスト軸受12以外の何等かの方法で軸推力
を支持することができたとすれば、第3図に示
すように、床面3からモータ1の下部までのポ
ンプ部分の高さを、A1からA2まで短かくする
ことができ、上記の要求が満たされる。
(i) As shown in Fig. 4, if the thrust bearing 12 is installed on the upper part of the pump, the motor 1
The height to the top of is increased. Therefore, it is undesirable from the viewpoint of maintenance and rigidity, and it is desired to make this height as short as possible, and this demand is especially strong in large pumps. If the axial thrust could be supported by some method other than the thrust bearing 12 shown in FIG. 4, the pump section from the floor 3 to the bottom of the motor 1 would be The height can be shortened from A 1 to A 2 and the above requirements are met.

(ii) 近時、ポンプの仕様が多様化され、これにつ
れてポンプメーカがポンプ全体を製作するので
はなく、流体工学上の必要部分、即ち第4図に
おける羽根車ケーシング6と吸込ベル7を一体
にしたB範囲のみを製作し、残部はプラントメ
ーカやポンプデイーラ等が製作販売するケース
が現れてきた。この場合、スラスト軸受を第4
図のような場所12に設けるようにした構造で
は、ポンプの運転状態やポンプ性能に密接に関
係しているポンプ軸推力を受け止める該スラス
ト軸受の選定、及びポンプの全体構造について
の製作責任区分等に関して明確さを欠き、万一
事故が発生した時の責任上のトラブルの原因に
なる可能性を有していた。
(ii) Recently, the specifications of pumps have diversified, and as a result, pump manufacturers do not manufacture the entire pump, but instead integrate the necessary fluid engineering parts, ie, the impeller casing 6 and suction bell 7 in Fig. 4. Cases are emerging in which only the B range is manufactured, and the remaining parts are manufactured and sold by plant manufacturers, pump dealers, etc. In this case, the thrust bearing is
In the structure installed at location 12 as shown in the figure, the selection of the thrust bearing that receives the pump shaft thrust, which is closely related to the pump operating status and pump performance, and the division of manufacturing responsibility for the overall structure of the pump, etc. There was a lack of clarity regarding this, and there was a possibility that it would cause problems regarding liability in the event of an accident.

上記の点に対処するために、羽根車を取付けた
ポンプ主軸を、該主軸の下端部に設けた軸受によ
つて支承するようにした立軸ポンプが既に提案さ
れている(実公昭61−41997号公報参照)。しかし
このものは、ポンプ主軸にかかるスラスト荷重
を、該軸の下端部に嵌装されたスリーブ上端のフ
ランジ部下面と、これに対向して軸受ホルダに取
付けられた軸受部材の上部端面とによつて構成さ
れた環状の摺動面で支持するようになつているの
で、摩耗し易いという欠点があつた。
In order to address the above-mentioned problems, a vertical shaft pump has already been proposed in which a pump main shaft with an impeller attached is supported by a bearing provided at the lower end of the main shaft (Utility Model Publication No. 61-41997). (see official bulletin). However, in this case, the thrust load applied to the main shaft of the pump is transmitted by the lower surface of the flange at the upper end of the sleeve fitted to the lower end of the shaft, and the upper end surface of the bearing member attached to the bearing holder opposite to this. Since it is designed to be supported by an annular sliding surface, it has the disadvantage of being susceptible to wear.

他方、この種立軸ポンプにおける軸推力値は、
回転体の自重による重力の他、ハイドロリツクな
圧力に起因する推力値が加わるので、一般にかな
り大きい荷重となる。従つて、水潤滑による推力
軸受でその荷重を支えるには、種々の困難が伴
い、また実現しても、かなり大径の軸受とする必
要があつた。
On the other hand, the axial thrust value in this type of vertical pump is
In addition to the gravitational force due to the weight of the rotating body, the thrust value due to hydraulic pressure is added, so the load is generally quite large. Therefore, supporting this load with a water-lubricated thrust bearing is fraught with various difficulties, and even if it were realized, the bearing would have to have a fairly large diameter.

(問題点を解決するための手段) 本考案は、上記した従来の立軸ポンプにおける
欠点及び問題点を解決するために、羽根車を取付
けたポンプ主軸を、該主軸の下端部に設けた軸受
によつて支承するようにした立軸ポンプにおい
て、ポンプ主軸の下端に、推力荷重を支えるに必
要な動圧面積を有する鍔状体を形成し、該鍔状体
の下面に対向して、セラミツクス材のような超硬
材からなる推力軸受摺動体を下部水中軸受ケース
内の底部に取付け、該推力軸受摺動体の対向上面
に、ポンプ主軸の回転により中心部に向かつて動
圧効果を生じさせる方向のスパイラル溝と該スパ
イラル溝に接続された中央凹部とを設けたことを
特徴としている。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned drawbacks and problems of the conventional vertical shaft pump, the present invention has been developed by attaching the pump main shaft to which the impeller is attached to a bearing provided at the lower end of the main shaft. In the vertical shaft pump, a flange-like body having a dynamic pressure area necessary to support the thrust load is formed at the lower end of the main shaft of the pump, and a ceramic material A thrust bearing sliding body made of a cemented carbide material is attached to the bottom of the lower submersible bearing case, and on the opposite surface of the thrust bearing sliding body, there is a groove in the direction that generates a dynamic pressure effect toward the center as the pump main shaft rotates. It is characterized by providing a spiral groove and a central recess connected to the spiral groove.

(作用) 本考案は上記のように構成したことにより、モ
ータが起動され、ポンプ主軸が回転して羽根車に
よつて吸込ベルから吸込まれた水が吐出エルボか
ら吐出される際、回転体の自重による重力の他、
羽根車のポンプ作用に基づく水力荷重が、下向き
の推力としてポンプ主軸に作用する。
(Function) By configuring the present invention as described above, when the motor is started, the pump main shaft rotates, and the water sucked in from the suction bell by the impeller is discharged from the discharge elbow, the rotating body In addition to gravity due to own weight,
The hydraulic load based on the pumping action of the impeller acts on the pump main shaft as a downward thrust.

一方、セラミツクス材等の超硬材で構成された
スラスト軸受の上面、即ちポンプ主軸の下端面に
対向する面に形成されたスパイラル溝には、ポン
プ主軸の回転に伴つて潤滑液が周辺部より中心部
に向つて強制移動されるのに伴い動圧が発生し、
ポンプ主軸端面と該スラスト軸受面の対向両面間
に所要の厚さの液膜が形成され、上記の推力荷重
を支える。
On the other hand, as the pump main shaft rotates, lubricating fluid flows into the spiral groove formed on the upper surface of the thrust bearing made of a superhard material such as ceramic material, that is, the surface facing the lower end surface of the pump main shaft. Dynamic pressure is generated as it is forced toward the center,
A liquid film of a required thickness is formed between the opposite surfaces of the end face of the pump main shaft and the thrust bearing surface to support the above-mentioned thrust load.

そして該スラスト軸受は、セラミツクス材等の
超硬材で構成されているので、運転中はポンプ取
扱液による自己潤滑(水潤滑)が可能であるばか
りでなく、高い面圧荷重に耐えることができ、コ
ンパクトに形成できるので、ポンプ最下部の軸受
ケース内に設けることができる。
Since the thrust bearing is made of a superhard material such as ceramic material, it is not only capable of self-lubrication (water lubrication) with the pump handling fluid during operation, but also capable of withstanding high surface pressure loads. Since it can be formed compactly, it can be installed inside the bearing case at the bottom of the pump.

(実施例) 次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。(Example) Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本考案の水中スラスト軸受を備えた
立軸ポンプの一実施例を示す要部断面図であつ
て、この図面に使用された符号のうち、第4図と
第5図における符号と同一のものは、同一ないし
同類の構造を示すものとする。図において、ポン
プ主軸9には、羽根車21が取付けられており、
該ポンプ主軸9の下端部は、外径を大きくした鍔
状体22を形成しており、下部水中軸受ケース2
3内に位置している。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing an embodiment of a vertical shaft pump equipped with an underwater thrust bearing of the present invention, and among the symbols used in this drawing, the symbols in FIGS. 4 and 5 are the same as those in FIG. Identical items indicate the same or similar structures. In the figure, an impeller 21 is attached to the pump main shaft 9,
The lower end of the pump main shaft 9 forms a flange-like body 22 with a larger outer diameter, and the lower submersible bearing case 2
It is located within 3.

上記ポンプ主軸端部の鍔状体22の下面に対向
して、第2図に示すように、ポンプ主軸9の回転
により動圧効果を生じさせる方向にスパイラル溝
24(図の黒い部分)を形成した推力軸受摺動体
25が、水中軸受ケース23の底板26に形成さ
れた凹部27に固定されている。上記スパイラル
溝24は、中心部に形成された凹部24aに通じ
ている。
As shown in FIG. 2, a spiral groove 24 (black part in the figure) is formed opposite the lower surface of the flanged body 22 at the end of the pump main shaft in a direction that produces a dynamic pressure effect due to the rotation of the pump main shaft 9. The thrust bearing sliding body 25 is fixed in a recess 27 formed in the bottom plate 26 of the underwater bearing case 23. The spiral groove 24 communicates with a recess 24a formed in the center.

上記の推力軸受摺動体25は、窒化珪素
(Si3N4)又は炭化珪素(SiC)等のセラミツクス
材で構成されているが、該セラミツクス材は、耐
摩耗性、耐食性、耐熱性に優れている反面、加工
性が悪いため、その表面に3〜10μm(ミクロン
メータ)の極めて浅いスパイラル状の溝加工を施
すことは容易ではないが、本考案では、所定形状
のスパイラル状の樹脂マスクで遮蔽した上、微粉
のアルミナ質研削材を上記樹脂マスク上に噴射す
るシヨツトブラスト加工法により、極めて短時間
にスパイラル溝を形成する。なお、スパイラル状
溝の形成方法については、先願に係る特願昭58−
121567号明細書に記載されている。なお、図中、
14aは水中ラジアル軸受、21aは羽根車のバ
ランスホール、28は案内羽根を示す。
The thrust bearing sliding body 25 is made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC), which has excellent wear resistance, corrosion resistance, and heat resistance. On the other hand, it is difficult to process extremely shallow spiral grooves of 3 to 10 μm (micrometers) on the surface because of the poor processability. Furthermore, a spiral groove is formed in an extremely short time by a shot blasting method in which fine powder alumina abrasive material is injected onto the resin mask. The method for forming the spiral groove is described in the earlier patent application filed in 1983.
It is described in the specification of No. 121567. In addition, in the figure,
14a is an underwater radial bearing, 21a is a balance hole of an impeller, and 28 is a guide blade.

作動に当り、モータ1によつてポンプ主軸9が
回転すると、羽根車21によつて水は吸込ベル7
より吸込まれ、案内羽根28で整流されて圧力エ
ネルギに変換された後、吊下管5、吐出エルボ4
を経て吐出されるが、この際回転体の自重による
重力の他、羽根車21に作用する吸込側に向かう
水力荷重が下向きの推力としてポンプ主軸9に作
用し、これによつて、主軸9の端部に形成された
鍔状体22が、下方へ押圧され、推力軸受摺動体
25上で摺動する。
During operation, when the main shaft 9 of the pump is rotated by the motor 1, water is pumped through the suction bell 7 by the impeller 21.
After being sucked in by the guide vane 28 and converted into pressure energy, the suspension pipe 5 and the discharge elbow 4
At this time, in addition to the gravity due to the rotor's own weight, the hydraulic load acting on the impeller 21 toward the suction side acts on the pump main shaft 9 as a downward thrust, and as a result, the main shaft 9 A flange-like body 22 formed at the end is pressed downward and slides on the thrust bearing sliding body 25 .

該推力軸受摺動体25の上面には、スパイラル
溝24が形成されているので、ポンプ主軸9が第
2図の矢印a方向へ回転すると、それにつれて水
中軸受ケース23内の水が軸受摺動体25の周辺
部より中心部の凹部24aへ向つて強制移動され
るのに伴つて動圧が発生し、対向両面間に所要厚
さの液膜が形成され、上記の推力荷重を支える。
また、瞬時的に上向き推力が働く可能性がある場
合には、上向きに対するスラスト軸受29を設け
ることができる。
A spiral groove 24 is formed on the upper surface of the thrust bearing sliding body 25, so that when the pump main shaft 9 rotates in the direction of arrow a in FIG. Dynamic pressure is generated as the liquid is forcibly moved from the periphery toward the central concave portion 24a, and a liquid film of a required thickness is formed between the opposing surfaces to support the above-mentioned thrust load.
Furthermore, if there is a possibility that an upward thrust may act instantaneously, an upward thrust bearing 29 can be provided.

この実施例によれば、推力軸受摺動体25はセ
ラミツクス材で構成されているので、軸側鍔状体
22の摺動部を超硬合金で作ると、両摺動面は空
気中、清水中或いはスラリ液中において極めて安
定した摺動特性を示すことが確かめられており
(特開昭60−81517号公報参照)、従つて、ポンプ
運転中、ポンプ取扱液の自己潤滑が可能となる。
また、大きな面圧荷重に耐えることができるの
で、上記スラスト軸受をコンパクトにでき、ポン
プ最下部の水中軸受室に収納できる。
According to this embodiment, the thrust bearing sliding body 25 is made of ceramic material, so if the sliding part of the shaft-side flanged body 22 is made of cemented carbide, both sliding surfaces can be exposed in air or in fresh water. Alternatively, it has been confirmed that it exhibits extremely stable sliding characteristics in slurry liquid (see Japanese Patent Laid-Open No. 60-81517), and therefore, self-lubrication of the pump handling liquid is possible during pump operation.
Furthermore, since it can withstand a large surface pressure load, the thrust bearing can be made compact and can be stored in the underwater bearing chamber at the bottom of the pump.

なお、上記実施例において、推力軸受摺動体2
5をセラミツクス材で構成したものについて説明
したが、タングステンカーバイド(WC)等の超
硬材で構成することも可能である。
In addition, in the above embodiment, the thrust bearing sliding body 2
5 is made of ceramic material, but it is also possible to make it of super hard material such as tungsten carbide (WC).

(考案の効果) 以上説明したように、本考案によれば、立軸ポ
ンプの下部水中軸受ケース内にポンプ主軸の端面
を利用した動圧型水中スラスト軸受を設けている
ので、羽根車ケーシングと吸込ベルを結合した流
体工学上の必要部分(第1,4図のB範囲)のみ
を、恰も完成品として売ることができ、且つモー
タとの接続部近傍に設けられていた従来のスラス
ト軸受を省略できるので、第3図に示すようにポ
ンプ上部の構造が簡単となり、床面からモータ頂
部までの高さが低くなつて保安上及び剛性上から
も好ましい。
(Effects of the invention) As explained above, according to the invention, a hydrodynamic underwater thrust bearing that utilizes the end face of the pump main shaft is provided in the lower underwater bearing case of the vertical shaft pump, so that the impeller casing and suction bell It is possible to sell only the fluid engineering necessary part (range B in Figures 1 and 4) that combines the two as a finished product, and the conventional thrust bearing installed near the connection with the motor can be omitted. Therefore, as shown in FIG. 3, the structure of the upper part of the pump is simplified, and the height from the floor to the top of the motor is reduced, which is preferable from the viewpoint of safety and rigidity.

また、軸の途中では動圧力が中央部で逃げてし
まうので用いることのできない中央部に凹部を形
成した動圧型スラスト軸受を、超硬材で構成する
ことによつてコンパクトとし、また加工容易な断
面U形のスパイラル溝と中央凹部とにより大きな
推力荷重を支えることができ、且つこれをポンプ
主軸端部を利用して下部水中軸受ケース内に収納
できるようにしたので、流体の流れの抵抗になる
こともなく、また耐摩耗性が大きくポンプ取扱液
による自己潤滑運転が可能となるので、軸受の保
守作業が省力化される。
In addition, by constructing a hydrodynamic thrust bearing with a recess in the center, which cannot be used in the middle of the shaft because the dynamic pressure escapes in the center, it is made of carbide material, making it compact and easy to process. A large thrust load can be supported by the spiral groove with a U-shaped cross section and the central recess, and this load can be stored in the lower submersible bearing case using the end of the pump's main shaft, reducing resistance to fluid flow. Moreover, since the bearing has high wear resistance and self-lubricating operation using the pump handling fluid is possible, maintenance work for the bearing can be saved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本考案の一実施例を示す立軸ポンプの
要部縦断面図、第2図は推力軸受摺動部材の平面
図、第3図は第1図は立軸ポンプの地上部分を示
す要部側面図、第4図及び第5図は従来の立軸ポ
ンプの側面図及び下部水中軸受部の断面図であ
る。 1……モータ、6……羽根車ケーシング、7…
…吸込ベル、9……ポンプ主軸、21……羽根
車、23……下部水中軸受ケース、24……スパ
イラル溝、24a……中央凹部、25……推力軸
受摺動部材。
Fig. 1 is a vertical sectional view of the main parts of a vertical shaft pump showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of the thrust bearing sliding member, and Fig. 3 is a main part showing the above-ground portion of the vertical shaft pump. 4 and 5 are a side view and a sectional view of a lower submersible bearing of a conventional vertical shaft pump. 1... Motor, 6... Impeller casing, 7...
... Suction bell, 9 ... Pump main shaft, 21 ... Impeller, 23 ... Lower underwater bearing case, 24 ... Spiral groove, 24a ... Central recess, 25 ... Thrust bearing sliding member.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 羽根車を取付けたポンプ主軸を、該主軸の下端
部に設けた軸受によつて支承するようにした立軸
ポンプにおいて、ポンプ主軸9の下端に、推力荷
重を支えるに必要な動圧面積を有する鍔状体22
を形成し、該鍔状体22の下面に対向して、超硬
材からなる推力軸受摺動体25を下部水中軸受ケ
ース23内の底部に取付け、該推力軸受摺動体2
5の対向上面に、ポンプ主軸9の回転により中心
部に向かつて動圧効果を生じさせる方向のスパイ
ラル溝24と、該スパイラル溝24に接続された
中央凹部24aとを設けたことを特徴とする立軸
ポンプ。
In a vertical shaft pump in which a pump main shaft with an impeller attached is supported by a bearing provided at the lower end of the main shaft, a flange having a dynamic pressure area necessary to support a thrust load is provided at the lower end of the pump main shaft 9. Shape 22
A thrust bearing sliding body 25 made of carbide is attached to the bottom of the lower underwater bearing case 23, facing the lower surface of the flanged body 22, and the thrust bearing sliding body 2
5, a spiral groove 24 is provided on the opposing surface of the pump main shaft 9 in a direction toward the center to generate a dynamic pressure effect, and a central recess 24a connected to the spiral groove 24. Vertical shaft pump.
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