JPH09144690A - ターボポンプの軸受構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ターボポンプに働くスラスト力の各成分を容易
に計測でき、構造が簡単で強度が高い軸受部分を提供す
る。 【解決手段】軸受箱のポンプケーシング側と動力側とに
荷重変換器を回転軸の同心円上に中心角１２０゜毎に三
組設置し、ポンプケーシングへ圧縮式の荷重変換器を挟
み込みながら軸受箱を支持させ、挟み込む際に締め付け
力を十分大きくする。荷重変換器の位置関係を利用した
計算方法でスラスト力を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はターボポンプの軸に
働くスラスト力の各方向成分の変動を計測する計測装置
と計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボポンプの軸にかかる荷重はポンプ
主軸の偏心により発生する遠心力による荷重と、流体を
駆動する羽根車に働く流体力による荷重である。これら
の荷重のうち軸の回転に係わる荷重以外の荷重をスラス
ト力と呼び、軸に加わる荷重の成分は、軸に平行な軸方
向スラスト力１成分と軸と垂直な半径方向スラスト力２
成分と３成分があり、これらの変動周期や大きさを計測
することは軸受の強度設計やポンプの振動の評価を行う
うえで重要である。

【０００３】従来、複数の圧力変換器をポンプケーシン
グ内側に設置してポンプの流体力負荷荷重を算出する流
体力算出装置が知られていた。この従来のポンプ流体力
算出装置は、ポンプケーシングの内側のポンプ羽根車の
周囲に複数の圧力測定器を配置して、ポンプ羽根車外周
の圧力分布を測定し、この圧力に逆らって流体を駆動す
るポンプ羽根車の仕事から流体力負荷を求めるものであ
った。また、特開平7−54791 号公報に示されるように
主に主軸の回転時の変位を検出し、その変位から主軸の
偏心量を求め、更に偏心量と主軸に加わる荷重に一定の
関係があることを利用してスラスト力を算出する方法が
あった。以上の従来技術はスラスト力と他の物理量との
一定の関係を利用して間接的にスラスト力を計測する技
術である。

【０００４】一方、スラスト力を直接計測する技術は、
従来から主軸を支える軸受部分とポンプケーシングの間
に複数のひずみゲージ式の荷重変換装置を設け、軸受部
分を支えることにより軸受荷重からスラスト力を計測す
る方法があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】間接的にスラスト力を
計測する従来技術では、あらかじめポンプ毎にケーシン
グ内の圧力分布と軸荷重の関係、あるいは軸偏心量とス
ラスト力の関係を求めておかなければならず、偏心量と
スラスト力との換算に複雑なデータ処理が必要となる。
また、偏心量とスラスト力の関係を用いる方法で計測で
きるのは半径方向のスラスト力だけである。

【０００６】一方、軸受部分とポンプケーシングの間に
荷重変換装置を設ける方法ではデータ処理は単純な計算
だけとなり、特殊な校正を行わずにスラスト力を計測す
ることができるが、従来から行われてきた方法によれば
荷重変換装置の部分が柔な構造となるため系全体の固有
振動数が低くなり、計測しようとするスラスト力の変動
に追従できない、あるいは実機ポンプ装置は強度的な信
頼性に欠けるという問題点があった。また、軸方向スラ
スト力と半径方向スラスト力を同時に計測しようとする
と半径方向と軸方向のスラスト力計測のために別々の軸
受部分を用意しなければならず、ポンプ全体の構造が複
雑になるという欠点があった。

【０００７】本発明の目的は荷重変換装置を用いてスラ
スト力の算出が容易で、構造が簡単で強度が高く、しか
も各スラスト力成分を同時に計測できる、ターボポンプ
の軸受部分を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポンプケーシ
ングへ強度の大きな圧縮式の荷重変換器を挟み込みなが
ら軸受箱を支持し、挟み込む際に締め付け力を十分大き
くすることにより軸受部の構造的強度を増大させ、荷重
変換器の配置とスラスト力の計算方法を後述の方法とす
ることにより簡単に軸方向と半径方向のスラスト力を一
つの軸受部分で同時に計測できるようにするものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の一実施例に
ついて詳細に説明する。１００はターボポンプのケーシ
ングである。１０１はターボポンプの羽根車でありケー
シング１００内に設置される。１０２は羽根車１０１に
連結する回転軸である。１０３は回転軸１０２の軸受で
ある。１０４は軸受１０３を内封する軸受箱である。１
０５は軸受押え板である。１０６は軸受部絞めつけ装置
である。ケーシング１００と軸受箱１０４及び軸受箱１
０４と軸受押え板１０５の間には圧縮式の荷重変換器１
０７を挟み込み、軸受部絞めつけ装置１０６により軸受
箱１０４を圧縮式の荷重変換器１０７を介してケーシン
グ１００に固定する。

【００１０】次に図１で説明した本発明の一実施形態の
軸受部分について図２を用いてさらに詳細に説明する。
ケーシング２００と図１の回転軸１０１をはめ込んだ軸
受１０３を内封する軸受箱２０１の間にある（図１の１
０７に相当する）圧縮式の荷重変換器２０３及び軸受箱
２０１と軸受押え板２０２の間にある圧縮式の荷重変換
器２０４との組合わせを回転軸の同心円上に中心角１２
０゜毎に三組設置する。軸受部絞めつけ装置２０５は圧
縮式の荷重変換器２０３と２０４の設置されているのと
同じ周方向位置であって圧縮式の荷重変換器２０３と２
０４よりも外側の同心円上に設ける。軸受部絞めつけ装
置２０５により軸受押え板２０２を介して軸受箱２０１
及び荷重変換器２０３と２０４をケーシング２００に絞
めつけるときには、荷重変換器２０３と２０４の示す絞
めつけ荷重がその測定荷重範囲の中間の荷重となるよう
に軸受部絞めつけ装置２０５の絞めつけ力を設定する。
また同時に３箇所に設けた荷重変換器２０３と２０４の
示す絞めつけ荷重が３箇所で等しくなるように３箇所の
軸受部絞めつけ装置２０５の絞めつけ力の配分を調整す
る。

【００１１】図３は図２で説明した本発明の一実施形態
におけるスラスト力計算方法の説明図であり、ポンプ羽
根車３００に軸方向スラスト力Ｔおよび半径方向スラス
ト力Ｆが周方向θに働いたときを示している。さらに羽
根車３００から軸受部中心３０１までの距離がＬ、軸受
部中心３０１から（図１の１０７に相当する）荷重変換
器の組合わせ（３０３〜３０５）の設置されている位置
を通る円周３０２までの距離Ｒである。

【００１２】まず荷重変換器の組合わせ（３０３〜３０
５）の位置におけるそれぞれの荷重をｆ１，ｆ２，ｆ３
とし、羽根車側の（図２の２０３に相当する）荷重変換
器（３０３ａ〜３０５ａ）の示す荷重Ａ１，Ａ２，Ａ３
と反対側の（図２の２０４に相当する）荷重変換器（３
０３ｂ〜３０５ｂ）の示す荷重Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とか
ら、

【００１３】

【数４】 ｆ１＝(Ｂ１−Ａ１)／２ ｆ２＝(Ｂ２−Ａ２)／２ …（数４） ｆ３＝(Ｂ３−Ａ３)／２ として計算する。

【００１４】次に軸方向スラスト力Ｔを

【００１５】

【数５】 Ｔ＝(ｆ１＋ｆ２＋ｆ３)／３ …（数５） として計算する。

【００１６】次に半径方向スラスト力Ｆによる３０３〜
３０５での荷重のばらつきＦ１，Ｆ２，Ｆ３を

【００１７】

【数６】 Ｆ１＝ｆ１−Ｔ Ｆ２＝ｆ２−Ｔ …（数６） Ｆ３＝ｆ３−Ｔ として計算する。

【００１８】最後に半径方向スラスト力Ｆを

【００１９】

【数７】

【００２０】半径方向スラスト力の周方向θを

【００２１】

【数８】

【００２２】として計算する。以上によりポンプ羽根車
３００に働くスラスト力の各成分を計算する。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプケーシングへ強
度の大きな圧縮式の荷重変換器を挟み込みながら軸受箱
を支持し挟み込む際に締め付けるので、軸受部の構造的
強度が向上し回転系の固有振動数が上昇する。

【００２４】また、圧縮式の荷重変換器の初期荷重を測
定荷重範囲の中間の荷重に設定し、圧縮側と引っ張り側
の両方の荷重変換器とも圧縮荷重として計測させるの
で、引っ張りと圧縮の両方向の荷重が計測でき、両方の
荷重の差を取ることにより、回転力による荷重を相殺し
正確な荷重の計測ができる。さらに、荷重変換器の配置
とスラスト力の計算方法を発明実施の形態で説明した方
法とすることにより簡単に軸方向と半径方向のスラスト
力を一つの軸受部分で同時に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図。

【図２】図１における軸受部分の説明図。

【図３】図１におけるスラスト力計算方法の説明図。

【符号の説明】

１００…ケーシング、１０１…羽根車、１０２…回転
軸、１０３…軸受、104…軸受箱、１０５…軸受押え
板、１０６…軸受部絞めつけ装置、１０７…圧縮式の荷
重変換器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受を内封する軸受箱と、軸受押え板と、
   圧縮式の荷重変換器と、前記軸受箱と、軸受部絞めつけ
   装置からなるターボポンプの羽根車の連結する回転軸の
   軸受部分であって、前記軸受箱と前記軸受押え板の間
   と、前記軸受箱とケーシングの間とに圧縮式の荷重変換
   器を挟み込み回転軸の同心円上に中心角１２０゜毎にこ
   れを三組設置し、前記荷重変換器が挟み込まれているの
   と同じ周方向位置で外側の同心円上に前記軸受部絞めつ
   け装置を三組設置し、前記軸受押え板を介して前記荷重
   変換器と前記軸受箱を前記軸受部絞めつけ装置により前
   記ケーシングへ絞めつけ固定させたことを特徴とするタ
   ーボポンプの軸受構造。
2. 【請求項２】請求項１において、前記軸受部の絞めつけ
   を行うときに、３箇所の前記荷重変換器の示す絞めつけ
   荷重が、その測定荷重範囲の中間の荷重となるように３
   箇所の前記軸受部絞めつけ装置の絞めつけ力を設定し、
   ３箇所の前記荷重変換器示す絞めつけ荷重が、３箇所で
   等しくなるように３箇所の軸受部絞めつけ装置の絞めつ
   け力を配分する軸受部分の調整方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記荷重変換器の同心
   円上に中心角１２０゜毎の位置関係を利用した数１と数
   ２と数３により、軸方向と半径方向のスラスト力を同時
   に計算する計算方法。 【数１】 Ｔ＝(ｆ１＋ｆ２＋ｆ３)／３ …（数１） 【数２】 【数３】