JPS6230836A - ポンプの摺動装置 - 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】 本発明は液体中にて用いられ特に摺動面に摺動面の減摩
剤を用いることができない摺動部材、就中、海水中にて
用いられるポンプの摺動部材に関する。

清水、油等を取扱うポンプではカーボン、銅系焼結材料
などが使われているが、スラリーの混入した場合摩耗が
大きく使用小米ない。また。

海水などの腐食性液を取扱うポンプでは焼付きのない様
に摺動部の隙間を大羨＜シてステンレス鋼、　ＢＣ材を
使っているのが実状である（これＫよって、漏れ鷲が多
くなり、ポンプ効率が下がる欠点を有する）。

このほか最近、海底のマンガン団塊の採取が注目されて
いるが、この場合スラリーが混入した腐食性海水を取扱
うことがらケーシングリング、インイラリングの摺動部
のほかに軸シール部の材料組合わせが最大の問題となっ
ている。

スラリーはｓｉｏ、からなり最大粒径が０．４ｍ位であ
り、軸受隙間を直径でＯ５６隠とすると殆んどのスラリ
ーは軸受隙間に入ってしまう。この軸シール部は出来る
限り摺動部のクリアランスを少なくシ、また、この部分
で荷重もささえられる軸受としての働きが必要である。

このようなシール部に適する耐食、耐摩耗、耐焼付性の
有する材料組合わせは現在のところ全くないのが実状で
ある。

本発明は海水環境下にある摺動部材例えばポンプ内ライ
ナリング、軸封部材に適する摺動装置を提供することを
目的とする。

本発明は二つの摺動部材の一方にＭｏ　、　Ｃｒ　。

Ｎｌを主たる成分とし、竪い相に８１を含有するＮｉ基
合金を用い、他方にＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ、のセラミック
材を用いたものである。

海水中に用いられる摺動部材に適する材料としては摩擦
係数の小さいこと、耐摩耗性が良好なこと、たとえスラ
リーが混入しても焼付がないこと、また電位差腐食、隙
間腐食に耐えることなどがある。発明者らは第１図に示
す試験装置を用い、従来の組合わせ摺動材と比較した。

第１図は摺動試験製置の縦断面図である。図において油
圧モータ１によりトルクメータ２を介して軸６が回され
、軸３端にはスリーブ状の試験片５が嵌入固定され、試
験片５に摺動するように嵌入するリング状試験片６が軸
受ハウス７に嵌入しており、図示矢印１０方向より加わ
るラジアル荷重はロードセル８を介してコンド９端を通
じて軸受ハウス７の保持部材１１に伝えられる。軸受ハ
ウス７には図示矢印１２より液体の送入されるホース１
３が配されている。

１４は軸３の回転数を知る回転計である。

リング状試験片６を支持する側の軸受ハウス７、ロード
セル８、ロッド９、軸受ハウス保持部材１１、ホース１
５等は試験槽１５に支持され、試験槽ｉ５は上下送り装
置１６の上下動可能なロッド１７により支持されている
。従ってリング状試験片６は上下動し、スリーブ状試験
片５が回転し、それらの軸受隙間に液体を送り込める如
くなっている。

この試験機及び後述する試験により海水中ばかりでなく
マンガンスラリーの存する海水にも適する摺動部材を発
明したものである。

本発明は互に摺動する摺動部材の一方はセラミックＳｌ
Ｃ，５ｉｓＮａのセラミックを用い、このセラミックの
摺動部材に摺擦する摺動部材は（ａ）　　少なくとも４
５重量％のニッケルと、（ｂ）　　２ｏ〜４２重ｔチの
モリブデンと、（ｃ）８〜２２重盪チのクロムと、そし
て（ｄ）（１）　　合金のミクロ構造が主にレイブス（
Ｉａマ・Ｓ）相である１０容量チ以上の竪い相と９０容
ｔ％以下の比較的柔らかいマトリックス相とからなり、
かつ （２）合金のミクロ構造が少なくとも１０容量チのレイ
ブス相からなるように十分な量で１２重ｉ％を超えない
ケイ素とからなるレイブス相を備えるニッケル基合金（
特公昭５６−４１６８１５号以下単にレイブス相合金と
称する） である。

第１図の回転摩擦試験機により試験を行５とＭｏ　、　
Ｃｒ　、　Ｓｌからなるレイブス相が存在するＮ１基又
はＣｏ基材はＮａ（Ｊが混入すると著しく摩擦係数が低
下することを見い出した。例えば相手材がステンレスの
場合、摩擦係数は０．４２から０．１５に低下する。し
かし、スラリーが混入するとこの種の材料の組合わせで
も高荷重で焼付き傾向が現出する。このスラリー混入の
海水中ではレイプス相合金の相手材料をセラミックにす
ると焼付き現象は全くなくなり、良好な耐摩擦、摩耗特
性を示すことがわかった。例えばレイブス相合金の相手
材に常圧焼結した５１３Ｎ４材を使用した場合、ｏ、　
５　％　Ｓｌｙ、スラリー濃度海水で摩擦係数は０．０
２５という低い値であった。

第２図に従来から用いられている摺動部材の結果と比較
して示した。第２図において横軸に試験時間を示し試験
時間が３５分経過した処で清水を供給していたものを１
５％のＮａ（Ｊ水に変えたものである。

第２図に示すように材種の組合せにより清水中よりも海
水中では摩擦係数を極端に下げ得ることが示される。第
２図ではマンガンスラリーが混入されていないから、こ
の効果は摺動部材材種の組合せと海水もしくは海水中の
成分の何れかに起因するものと考えられる。これらの効
果は発明者らが初めて明らかにしたものである。

次にスラリー混入海水についてみると第−表の如くであ
る。

第−表 マンガン団塊用ポンプの軸受 軸シール用材料組合わせ材　摩擦係数 筒−表においてｓｔｓ　Ｎ４．　ＳｉＣを常圧焼結した
ものとレイプス相合金の内トリバロイＴ７０Ｇ　（商品
名）として知られるものの組合せで摩擦係数についてみ
ると清水中では０２８．海水中では０．０３であり前述
の効果が現われる。更に０．５チのスラリーｓｉｏ、　
（粒径最大０．１　ｍ　）を混入して試験した処、摩擦
係数は単なる海水中と比べて不変であった。これをセラ
ミック対セラミックについてみると清水中と海水中では
摩擦係数は変化せずスラリー混入海水では摩擦係数が増
大する。次にステンレスＳＵＳ　５１６対セラミックＳ
ｉ３Ｎ、　、　８１Ｇについて見ると清水中と海水中で
は変化なくスラリー混入海水では摩擦係数は増大する。

セラミックＳｉ３Ｎ４．　ＳｉＣ対ＢＣ６では清水中と
海水中では摩擦係数は変らずスラリー混入海水中では摩
擦係数が増大する。以上より明らかなようにレイプス相
合金とセラミックの組合せによれば清水中よりも海水中
で摩擦係数が著しく低下し、マンガンスラリー混入の海
水中にても摩擦係数は海水中と変らない。これに反して
上述した他の材種を組合わせた摺動部材では清水、海水
中では摩擦係数は変らず、マンガンスラリー混入の海水
中では摩擦係数は増大する。

第二表はスラリー混入海水中における各種摺動部材の組
合わせの摺動特性を示すものである。

第二衣において耐摩耗性は摩耗ｉ　（ｗ’　）　／走行
距離（ｍｉ）　Ｘ荷重（ｋｇｒ）で示す。耐焼付性は焼
付の頻度の低いものから高いものについて全く焼付かな
いものを１として５まで数字の大きい程焼付頻度の大き
いものを示した。耐食性についても同様優れているもの
を１とし最も劣るものを５としてその間に配列した。同
試験した摺動部材は多岐にわたるが代表的なものをあげ
である。

レイプス相合金ｖＳセラミックでは耐摩耗性が最もすぐ
れていることが判る。即ちセラミック対セラミックの組
合わせに対するよりも一層耐摩耗性が高い。又、耐焼付
性は優れており。

試験中の焼付はなくセラミック対セラミックも同様であ
る。同種金属間の耐焼付性がよくないコトハ周知ノコと
であり、５ＵＳ３１６　ＶＳ　５ＵＳ３１６は最もよく
ない。

摺動部間の隙間は諺で表してありレイブス相合金ｖＳセ
ラミックでは直径６０で直径で６０μまで可能であり、
他の合金はマンガンスラリー混入海水中では呻受隙間を
第二表具下にとると著しく焼付頻度が大きくなることが
判明した。

セラミック対セラミックでは製作上軸受隙間を小さくす
ることは困難である。耐食性についてもレイブス相合金
ｖ３セラミックは最良のものの一つである。

以上の結果、マンガンスラリーを含有する海水中で用い
るためには耐食性がすぐれていなければならずステンレ
ス対ステンレス、ステライト対ステライトの組合わせは
用いることができス、ステンレス対砲金、ステンレス対
セラミック、セラミック対セラミックそしてレイブス相
対セラミックが耐食性より用いることができる。

耐食性を満足したとして次に耐焼付性を見るとステンレ
ス対セラミックは採用ができない。次に耐摩耗性から見
るとセラミックと砲金の組合わせは耐久性よりして満足
できない。そこで残るのはセラミック対セラミック及び
セラミックとレイブス相合金となる。しかし摩擦係数は
レイプス相合金対セラミックが極めてすぐれており、軸
受隙間も小さい。以上のことを綜合して具体的にマンガ
ンスラリー含有海水を汲み上げるポンプに本発明の組合
わせ摺動部材を用いて次にのべる効果を得た。

本発明の組合わせ摺動部材を用いた摺動装置にすること
によって （１）　　マンガンスラリーを含む海水を汲み上げるポ
ンプにおいては、ケージ／ブリングとインイラリングへ
の適用によってこの隙間を従来の１／１０以下にするこ
とが可能となった。すなわち、ポンプ効率を上げること
が出来た。

（２）ケーシング、インペラとの接触腐食を防止し、ま
た、ポンプ運転停止時の摺動部間における隙間腐食を完
全防止出来た。

（３）海底マンガン団塊採取用の如く高圧の水中ポンプ
部の摺動部に本発明の組合わせ摺動部材を適用すること
によって、十分耐久性を有するポンプ開発が可能となり
また軸シール部への適用によって荷重保持するという軸
受特性も兼ねえた軸シール部の開発が可能となつた。

（４）従来の摺動部材と比較して摩擦係数が１／２０以
下となり、動力の軽減、省エネとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転摩擦試験機の縦断面図、第２図は本発明に
係わる組合わせ摺動部材の摩擦特性を示す線図である。 ５・・スリーブ状試験片　６・・リング状試験片。 特許出願人　　株式会社荏原製作所 代　理　　人　　　新　　井　　−部 第２図 言へ°欣時閉（ｍｉｎ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、海水を作用流体とするポンプのケーシング側もしく
   はケーシングに固定された非回転部材とインペラ等回転
   部分との間の海水の侵入する摺動部分に少なくとも４５
   重量％のニッケル、２０〜４２重量％のモリブデン、８
   〜２２重量％のクロムを主たる成分とし、合金組織の１
   ０容量％以上が１２重量％を超えないケイ素を含有した
   竪い相と９０容量％以下の柔かいマトリックス相とから
   なるニッケル基合金の摺動面部材と、該摺動面部材に摺
   擦するＳｉＣ又はＳｉ＿３Ｎ＿４のセラミック材料から
   なる摺動面部材とを備えたポンプの摺動装置。