JPH01224520A - 水力機械の軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は水車、ポンプ水車等の水力機械で水潤滑にて主
軸を支持する水力機械の水中軸受に関する。

（従来の技術） 一般に水車、ポンプ水車等の豆粕水力機械は、回転部の
軸振れを防止するため軸受装置を備えており、最近では
水潤滑にて主軸を支持する水中軸受が使われることも多
い。

第６図は水力機械の中でカブラン水車の水中軸受および
軸封装置を示したものである。同図において、うず巻ケ
ーシング１５内の圧力水はガイドベーン１６を通してラ
ンナ９に向って流れてランナ９を回転させた後、図示し
ない吸出管を経て放水路へ吐き出される。上記ランナ９
に直結された主軸７の外周部には、軸受装置として樹脂
系の水中軸受１３が設置されている。この水中軸受１３
においては、摺動面に清水を給水して主軸７の軸振れを
防止している。　　“ しかし、この水中軸受１３は金属よりもはるかに軟質の
ゴム、４ふつ化エチレン、フェノール樹脂等の樹脂系材
料で形成されているため、高荷重を負担することができ
ず、また主軸３と水中軸受１３との間に土砂等の異物が
混入すると、急激に摩耗が加速されて軸振れの増大を引
き起こす。また、潤滑のために常に清水を給水し、土砂
等の混入を防止する必要があった。

ざらに上記軸受装置Ｂの直下に軸封装置Ｓとして、主軸
３と摺動するバッキング１４が複数段配置されており、
バッキング１４の各段にも清水が給水され、土砂水が混
入するのを防止するようになっている。

しかし、いかに清水を給水したとしても、通常運転中に
おける土砂の混入はさけられず、バッキング、ざらには
、水中軸受の早期異常摩耗をたびたび引き起こし、軸振
れ増大、軸受装置および軸封装置の繁雑な取替が不可欠
であった。また、清水を常に給水する必要があるため、
清水をＭ得するための膨大な設備おるいは清水を給水す
るための複雑な配管等の給排水システムが必要でおった
。

ざらに、軸封装置を軸受部の下に配置しなければならず
、軸受部がランナから離れ、軸撮れ抑制の効果を弱めて
いた。

一方、最近上記問題を解決する手段として、小型の豆粕
ポンプ等で軸受側にセラミックスを使用した水中軸受装
置が開発され、特開昭６０−３０８２２号公報、特開昭
６０−７３１２３号公報。

特開昭６０−８１５１７号公報、特開昭６０−８４４２
３＠公報および特開昭６０−８８２１５号公、報で公開
されている。第７図はその例を示すが、本構造において
は、リング状のセラミックス片１ａを金属ライナー３ａ
の内側に焼ばめして固定し、この金属ライナー３ａの外
周を硬質ゴム４ａでライニングして軸受台金２に取り付
けている。また主軸側には超硬合金のスリーブ８が取り
付けられている。

このように構成された水中軸受では、主軸、軸受両側共
土砂よりも高硬度となるため、軸受摺動面に土砂が混入
しても摩耗することはない。したがって、樹脂系の水中
軸受のように清水給水する必要もなくなり、土砂混入防
止用の軸封装置を軸受の下部に設置する必要もなくなる
。

しかし水車やポンプ水車のような大形回転機械に本構造
の水中軸受を使用した場合以下のような問題点を有して
いる。すなわち、軸受部分も大口径化するが、リング状
の大口径、セラミックスを作ることは極めて困難である
。したがって複数のセグメントに分割したセラミックス
片により軸受を構成しなければならない。この場合セラ
ミックス片の製造寸法バラツキのため、主軸と軸受間の
クリアランスを均一に配置することができなくなる。し
かし小型の豆粕ポンプなどでは回転主軸に作用するラジ
アルバランスも比較的小さい上に、軸振れがある程度大
きくても許容されるため軸受系）と大きくセラミックス
片のバラツキを許容することができる。

一方、水車、ポンプ水車等の大型水力機械では、軸振れ
の機器に与える影響は指数的に増加するため、極めて高
精度に軸受を設置する必要がある。

したがって、軸受クリアランスも遥十〜傷。

と小さく押えられてあり軸振れを防止している。

ところが、セラミックス片は機械加工かはとんど困難で
あるため、台片ごとに寸法にバラツキがおる。これを従
来のように軸受台金に取り付けた場合、精度良く軸芯ま
わりに配置したり、均一に軸受クリアランスを設定した
りすることができなかった。したがって、水車、ポンプ
水車等の大型水力機械では、セラミックス材の水中軸受
を適用することは不可能であった。

（発明が解決しようとする課題） 以上説明したように、従来の樹脂系の水中軸受では摩耗
量が多くかつ頻繁に軸受を取り替えねばならず、また、
清水給水、土砂混入防止のため、トラブルの発生しやす
い繁雑な給排水システムや、軸受装置下部に軸封装置等
を設けなければならなかった。また従来のセラミックス
軸受では、セラミックス片を軸芯まわりに均等に高精度
に配置することが困難で、軸受クリアランスも均一に設
定できなかった。

したがって、本発明の目的においては、水中軸受の早期
摩耗を防止すること、軸受部上砂水が混入可能とし、清
水給水、土砂混入防止用の軸封装置を不要とすること、
大型水力機械においても均一で精度良い軸受クリアラン
スを設定可能なことおよび軸受の軸振れを効果的に低減
することのできる水力機械水中軸受を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の水力機械の軸受装置は、回転する主軸の軸撮れ
を抑えるようにした軸受装置において、前記主軸の外周
の１習り面にタングステンカーバイトなどの超硬合金を
コーティングした金属スリーブを取りつけ、前記相手軸
受の内面にセグメント状に分割された複数のセラミック
ス片をその外周に金属ライナーを接合しさらにその外周
に軟質ゴム等の伸縮性に富んだ弾性物質をライニングし
て配置するとともに、その各セグメントの金属ライナー
の上下端を調整ホルダーを介してボルトなどの締結部品
で軸受台金に締付固定したことを特徴とするものである
。

（作　用） 本発明においては、超硬合金をコーティングした金属ス
リーブとセラミックス片との摺り合せにより軸受の早期
摩耗が防止される。セグメント状のセラミックス片を金
属ライナーおよび弾性物質を介して締結固定したことに
より、軸受クリアランスの設定も精度良く行なうことが
できる。

（実施例） 以下本発明を第１図および第２図に示す実施例を参照し
て説明する。第１図および第２図において、１が炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓ；　３　Ｎａ　）等の
セラミックス片で、軸受台金２の内周面にセグメント状
に複数配置されている。

このセラミラス片１は接着等により金属ライナー３に内
貼りされており、引張強度等の小さいセラミックス片１
はこの金属ライナー３によって補強されている。ざらに
金属ライナー３は軟質ゴム等の伸縮性の大きい弾性物質
４をはさんで軸受台金２に取り付けられている。従来の
セラミックス軸受では、ここに伸縮性の極めて小さい硬
質ゴム等がはさみ込まれていたが、本発明では軟質ゴム
系の伸縮性の大きい弾性物質４を使用している。

セラミックス片１を補強する金属ライナー３の上下端は
、第１図のようにセラミックス片１より長く突き出して
おり、この部分に嵌合するように上下にそれぞれ調整ホ
ルダー５が設けられている。

この調整ホルダー５はボルト等の調整締結部品６によっ
て半径方向に移動可能となっている。また、相手主軸７
にはタングステンカーバイト（ＷＣ＞等の超硬合金を溶
射等によりコーティングした金属スリーブ８を取り付け
ている。

以上のように構成した本発明の水力機械の軸受装置にお
いては、軸受摺動面に土砂水等が流れ込んできても、主
軸、軸受両側とも土砂より高硬度のため摩耗することは
なく、土砂防止対策や清水給水等を行なう必要がなくな
る。また、従来の樹脂系軸受に比し、はるかに耐磨耗性
も向上する。

またセラミックス材は製造上の困難さからあまり大口径
用の軸受とはできないが、本発明のようにセグメント形
式で分割形式とするために小ざいセラミックス片１を用
いて大形のセラミックス製水中軸受を形成することがで
きる。

ざらにセラミックス片１の弱い引張り強度は、金属ライ
ナー３により補強され、またもろさ、衝撃力に対する弱
さは軟質ゴム等の弾性物質４により衝撃力を吸収させる
ことにより、各セグメントは強い強度と強い衝撃性を有
するようになる。緩衝材となる弾性物質４は従来の発明
では硬質ゴム等であったが、本発明では軟質ゴムを用い
て耐衝撃性も向上している。また、この軟質ゴム等の伸
縮性の大きい弾性物質４では強く押しつけることにより
圧縮変形を生ずる。

したがって第１図および第２図に示す本発明の軸受装置
によれば、調整ホルダー５をボルト等の調整締結部品６
により軸受半径方向に押しつけることにより、調整ホル
ダー６の嵌合部を介して、セラミックス片１を固定した
金属ライナー３を押えつけ、軟質ゴム等の伸縮性大なる
弾性物質４が圧縮されて変形し、セラミックス片１の摺
動面を半径方向に移動させることができる。この移動量
は調整ホルダー６の押え方により決まるが、本発明では
軟質ゴム等の伸縮性の大なる弾性物質を使用しているた
め数Ｍの範囲で任意の位置に設定することが可能となる
。

従来のセラミックス軸受では各セラミックス片１の位置
を調整できなかったため、水車やポンプ水車などの軸受
の開広精度および小さい軸受クリアランス等を要求する
大形の水力機械では採用することができなかった。

しかし本発明によればセラミックス片１のバラツキを調
整ホルダー５の押え方により、伸縮性大なる弾性物質４
を圧縮変形させてセラミックス片１の１言動面の位置を
半径方向に調整できるため、精度の高い軸受開広度が得
られ、小さな軸受クリアランスに対しても精度良く設定
することが可能となる。また調整ホルダー６はセラミッ
クス片１を押しつけるのではなく、金属ライナー３を押
す構造としているため、セラミックス片１に無理な力が
作用することもない。

よって、大形の水力機械の水中軸受としてもセラミック
ス軸受を適用できるようになり、耐磨耗性の向上した請
求給水、土砂侵入防止用の軸封装置等も不要となり、水
中軸受を得ることが可能となる。

さらに本発明による他の実施例を第３図にて説明する。

第３図は本発明による軸受装置を組込んだカブラン水車
の断面図である。本図においては、ランナ９に直結して
回転を伝える主軸７の下端位置に、本発明による軸受装
置が組み込まれている。

主軸７には表面をダンゲステンカーバイト（ＷＣ）等の
超硬合金でコーティングされた金属スリーブ８が取りつ
けられている。また軸受側は摺動面にセラミックス片１
をセグメント上に円周方向に設置し、金属ライナー３お
よび軟質ゴム等の弾性物質４を介して調整ホルダー５に
より軸受台金２に押しつけられて固定されている。カブ
ラン水車等ではくＴＫＦ　〜Ｍ”の小さい軸受クリアラ
ンスが設定されるが、本発明によればセラミックス片１
の有するバラツキを調整ホルダ５の押し込みにより軟質
ゴム４を変形させて、開広に精度良く調整設定すること
ができる。

従来の樹脂系の水中軸受では軸受部には清水が給水され
るため、清水給水のための繁雑な給排水システム、過通
装置等が必要であったが、本発明では不要となっている
。また、従来は土砂水が軸受摺動部に混入するのを防止
するための軸封装置が軸受装置の下に設けられていたが
、本発明では土砂が混入しても異常摩耗するようなこと
はなく、土砂混入防止用の軸封装置も不要となって、ラ
ンナ９のすぐ上に軸受装置が設置され、軸封作用は軸受
上部に設けられたラビリンス１０によっている。

このように構成された本発明の軸受装置を採用したカブ
ラン水車においては、河川の土砂水が第３図の矢印Ａの
ごとく侵入してきて、軸受摺動面は土砂水で満たされる
。一方、軸受台金２の上部にはラビリンス１０があるた
め、その土砂水は、封水作用を受ける。封水されながら
も通過した一部の土砂水は、ポンプ等で外部へ排水され
る。

軸受摺動面に土砂水が侵入すると、従来の樹脂性水中軸
受ではたちどころに異常摩耗を生じていたが、本発明の
軸受装置では摺動面がセラミックス片１と超硬合金８で
土砂より硬いため、摩耗を生ずることはない。また、セ
ラミックス片１は衝撃力に弱く、もろい材料であるが、
土砂等がセラミックスに衝撃的にぶつかるようなことが
あっても、セラミックス片１は軟質ゴム等の弾性物質４
によって衝撃吸収されるため破損するようなことはない
。

一方、従来の小型ポンプ等で用いられているセラミック
ス軸受では大形化が不可能であったが、本発明によれば
セラミックス片を分割してセグメント状に配置するため
に大形化も可能である。また、各セラミックス片のもっ
ている寸法のバラツキも調整可能なため、従来の大形水
力機械と同様の小さい軸受クリアランスを設定でき、軸
振れを小さく押えることができる。

ざらに加えて、本発明の水中軸受では、従来の樹脂系水
中軸受よりも加撮源であるランナ９に近い位置に設置で
きるため、軸受の制振効果は高ま　゛す、軸振れを減少
させることも可能となる。

したがって、本発明の水力機械の軸受装置によれば、従
来の樹脂軸受に比して軸受側の早期摩耗を防止でき、軸
受への清水給水および土砂混入防止用の軸封装置を不要
とすることができると共に、軸撮れを効果的に低く押え
ることも可能となる。

また、従来の水車、ポンプ水車等の大形の水力機械には
適用できなかったセラミックス軸受を、各セグメントの
セラミックス摺動面位置を半径方向に調整可能とし、大
型の水力機械においても充分高精度を有する軸受クリア
ランスの小さく均一な水中軸受とすることができる。

次に、本発明による軸受装置の他の実施例を第４図およ
び第５図に縦断面図および平面図として示す。この他の
実施例では、セラミックス片１を金属ライナー３に固定
するためにセラミックス片１の左右端部をゴムシート等
の弾性物質１１を介して、金属押え１２によって押え、
この金属押え１２を金属ライナー３あるいは軸受台金２
にボルト１３等により固定したものである。本変形例に
よれば、セラミックス片１と金属ライナー３の固定を接
着のみによらず、機械的に固定するため、セラミックス
片の脱落の危険性もなくなり、より信頼性のおる水中軸
受とすることができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては、主軸および軸受の摺合
面を超硬合金をコーティングした金属スリーブおよびセ
グメント状セラミックス片とで形成し、かつそのセグメ
ント状セラミックス片を金属ライナーおよび弾性物質を
介して軸受台金に締付固定したことにより、軸受の早期
摩耗を防止し、軸受部への清水給水が不要となることか
ら繁雑な給排水系統が不要となって事故源も少なくなり
、土砂混入防止用の軸封装置が不要になって軸受が力旧
辰源に近づいて軸振れを効果的に低減できる。

さらにバラツキのあるセラミックス片の摺動面位置を調
整可能にし、開広精度が向上して、小さい軸受クリアラ
ンスを均一に設定できるなどの実用的な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水力機械の軸受装置の一実施例を
示す縦断面図、第２図は第１図■−■線の断面図、第３
図は本発明の軸受装置を豆粕カブラン水車に適用した場
合の断面図、第４図は本発明の他の実施例を示す縦断面
図、第５図は第４図ｖ−ｖ線の断面図、第６図は従来の
豆粕カブラン水車の軸受部を示す断面図、第７図は従来
の軸受装置を示す縦断面図、第８図は第７図■−■線の
断面図である。 １．１ａ・・・セラミックス片 ２・・・軸受台金 ３・・・金属ライナー ４・・・弾性物質 ５・・・調整ホルダー ６・・・調整ボルト ７・・・主軸 ８・・・金属スリーブ （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 第１図 第２図 第　３　図 第４図 第　５　図 第６図 第７図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転する主軸の軸振れを抑えるようにした軸受装
   置において、前記主軸の外周の摺り面にタングステンカ
   ーバイトなどの超硬合金をコーティングした金属スリー
   ブを取りつけ、前記相手軸受の内面にセグメント状に分
   割された複数のセラミックス片をその外周に金属ライナ
   ーを接合しさらにその外周に軟質ゴム等の伸縮性に富ん
   だ弾性物質をライニングして配置するとともに、その各
   セグメントの金属ライナーの上下端を調整ホルダーを介
   してボルトなどの締結部品で軸受台金に締付固定したこ
   とを特徴とする水力機械の軸受装置。