KR20170066584A

KR20170066584A - 베어링 장치 및 펌프

Info

Publication number: KR20170066584A
Application number: KR1020177012384A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 히라타; 다카시 야마나카; 시게루 요시카와; 다이 구도
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2017-06-14
Also published as: WO2016059852A1; CN106795916A; US20170276176A1; JPWO2016059852A1

Abstract

본 발명은 회전축의 주속이 고속화된 경우라도, 간이한 구성으로 윤활유를 적절한 양으로 베어링에 안정적으로 공급할 수 있는 베어링 장치에 관한 것이다. 베어링 장치는, 회전축(1)의 하중을 받는 베어링 유닛(9A)과, 베어링 유닛(9A)의 하방에 배치되는 윤활유 저류조(10)와, 회전축(1)과 일체로 회전함으로써, 윤활유 저류조(10)에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크(12)를 구비한다. 오일 디스크(12)는 베어링 유닛(9A)을 향한 측면(52)을 갖고, 당해 측면(52)에는 홈(50)이 형성되어 있다. 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향과 평행으로 연장되고, 홈(50) 내의 윤활유 이동 방향을, 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성한다.

Description

베어링 장치 및 펌프{BEARING APPARATUS AND PUMP}

본 발명은 횡축 펌프 등에 사용되는 베어링 장치에 관한 것이며, 특히 회전축이 대직경화되거나 또는 회전 속도가 고속화되어도, 적절하게 윤활유를 베어링에 공급할 수 있는 베어링 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 베어링 장치를 구비한 펌프에 관한 것이다.

회전축이 수평으로 설치된 횡축식의 회전 기계(예를 들어, 횡축 펌프)에는, 회전축을 회전 가능하게 지지하기 위해, 회전축의 단부 근방에 베어링 장치가 배치된다. 또한, 베어링을 윤활 및 냉각하기 위한 윤활유가 저류되는 윤활유 저류조가, 베어링 장치의 내부 또는 외부에 설치된다.

윤활유 저류조로부터 베어링에 윤활유를 공급하는 수단으로서는, 외부 동력을 사용한 강제 급유 장치, 또는 외부 동력을 사용하지 않는 자기 윤활 장치를 들 수 있다. 강제 급유 장치는, 베어링 장치의 외부에 배치된 윤활유 저류조로부터 외부 동력을 사용하여, 베어링 장치 내부에 배치된 베어링에 윤활유를 공급한다. 자기 윤활 장치에서는, 베어링 장치 내부에서 회전축의 하부에 배치된 윤활유 저류조로부터 회전축의 회전력을 이용하여 윤활유를 끌어올려 윤활유를 베어링에 공급한다.

강제 급유 장치의 일례가, 도 16 및 도 17에 도시된다. 도 16은 강제 급유 장치를 사용하는 경우에 있어서의 베어링 장치를 도시하는 단면도이다. 도 17은 강제 급유 장치의 배관 및 계기 계통도이다.

도 16에 도시한 바와 같이, 횡축 펌프(100)의 회전축(1)은 수평으로 연장되어 있고, 회전축(1)의 단부는 베어링(9A, 9B)에 회전 가능하게 지지된다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 회전축(1)의 단부는 전동기(200)에 접속되어 있고, 횡축 펌프(100)의 외부에는 강제 급유 장치(26)가 배치되어 있다. 베어링(9A, 9B)에는, 강제 급유 장치(26)로부터 윤활유가 강제적으로 공급된다. 강제 급유 장치(26)는 윤활유 펌프(21), 필터(24), 윤활유 냉각기(23), 복수의 유압 감시 계기(25) 및 윤활유 탱크(22) 등의 복수의 구성 기기를 구비하고 있다. 그 때문에, 강제 급유 장치(26)의 비용이 높아져 버린다.

또한, 횡축 펌프나 이 횡축 펌프를 구동하기 위한 전동기의 설치 스페이스에 더하여, 강제 급유 장치의 설치 스페이스가 필요로 된다. 결과로서, 펌프 시스템 전체에서 필요로 되는 설치 스페이스가 대형화되어 버린다.

다음에, 자기 윤활 장치를 사용한 종래의 베어링 장치를 설명한다. 자기 윤활 장치로서, 오일 링을 사용한 방식 및 오일 디스크를 사용한 방식이 종래부터 사용되고 있다.

도 18은 오일 링 방식의 자기 윤활 장치를 사용한 종래의 베어링 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 회전축(1)의 단부는 베어링(9A, 9B)에 회전 가능하게 지지된다. 윤활유가 저류되는 윤활유 저류조(10)는 베어링(9A, 9B)의 하방에 배치되어 있다. 이 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유를 끌어올리기 위한 자기 윤활 장치로서, 오일 링(20)이 설치되어 있다. 오일 링(20)은 회전축(1)의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 있고, 회전축(1)의 회전에 수반하여 회전한다. 그리고, 회전하는 오일 링(20)에 의해 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유를 끌어올림으로써, 윤활유를 베어링(9A, 9B)에 공급한다. 이와 같은 오일 링(20)을 사용한 자기 윤활 장치는, 오일 링식 자기 윤활 장치로서 종래부터 알려져 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 오일 링식 자기 윤활 장치에서는, 회전축(1)의 대직경화 또는 회전축(1)의 고속화 등에 기인하여 회전축(1)의 외주면의 주위 방향 속도(이하, 간단히 주속이라 함)가 상승하면, 오일 링(20)의 회전이 회전축(1)의 회전에 추종할 수 없게 된다. 즉, 회전축(1)과 비교하여 오일 링(20)의 회전 속도가 크게 저하되어, 오일 링(20)은 윤활유를 적절하게 끌어올릴 수 없게 된다. 결과로서, 원하는 윤활 성능이나 냉각 성능이 얻어지지 않게 되어 버린다.

한편, 회전축에 고정되는 오일 디스크를 사용한 오일 디스크식 자기 윤활 장치에서는, 오일 디스크가 회전축과 함께 회전하기 때문에, 오일 디스크가 회전축의 회전에 추종할 수 없다고 하는 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 회전축이 고속으로 회전하면, 오일 디스크에 끌어올려지는 윤활유에 작용하는 원심력이 증대된다. 결과로서, 오일 디스크에 끌어올려진 윤활유가 오일 디스크의 반경 방향으로만 비산해 버려, 회전축의 축 방향에 오일 디스크로부터 이격되어 설치되어 있는 베어링에 윤활유를 공급할 수 없다. 따라서, 회전축이 대직경화되거나, 또는 회전축의 회전 속도가 고속화되었을 때에, 종래의 자기 윤활 장치를 베어링 장치에 적용하는 것은 곤란하였다.

그런데, 오일 디스크로 끌어올린 윤활유를 확실하게 베어링으로 유도하기 위한 개량이 가해진 오일 디스크식 자기 윤활 장치가 종래부터 알려져 있다. 이 개량된 오일 디스크식 자기 윤활 장치가 도 19의 (a) 및 도 19의 (b)에 도시된다. 도 19의 (a)는 오일 디스크 방식의 자기 윤활 장치를 사용한 종래의 베어링 장치의 일례를 도시하는 종단면도이고, 도 19의 (b)는 도 19의 (a)에 있어서의 A부의 확대도이다. 도 19의 (a) 및 도 19의 (b)에 도시된 오일 디스크식 자기 윤활 장치에서는, 오일 디스크(11)의 외주 단부에, 오목부(80)가 형성된다. 또한, 이 오목부(80)의 외주 단부로부터 반경 방향 내측으로 돌출되는 돌출부(81)가 형성되어 있다. 오일 디스크(11)에 끌어올려진 윤활유는, 오목부(80) 및 돌출부(81)에 유지되고, 베어링(9)의 상방에 있어서 돌출부(81)의 하방에 배치되는 오일 수용부(82)에 운반되도록 되어 있다. 오일 수용부(82)는 베어링(9)의 중앙부에 윤활유를 유도하는 급유 구멍(83)에 연결되어 있다. 오목부(80) 및 돌출부(81)에 유지된 윤활유는, 오일 수용부(82)에 낙하한 후, 급유 구멍(83)을 통해 베어링(9)에 도달한다.

그러나, 회전축(1)의 대직경화나 회전 속도의 고속화가 진행되면, 오목부(80) 및 돌출부(81)에 유지되는 윤활유에 작용하는 원심력이 증대되므로, 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 윤활유가 오목부(80) 내에 계속해서 머물러, 오일 수용부(82)에 낙하할 수 없다. 그 결과, 베어링(9)에의 윤활유의 공급이 부족해 버린다고 하는 새로운 과제가 발생하게 된다.

일본 특허 공개 평6-165430호 공보 일본 특허 공개 평6-341437호 공보

본 발명은 상기의 각종 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 회전축의 주속이 고속화된 경우라도, 간이한 구성으로 윤활유를 적절한 양으로 베어링에 안정적으로 공급할 수 있는 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이와 같은 베어링 장치를 구비한 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 형태는, 회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과, 상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와, 상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고, 상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 측면을 갖고, 당해 측면에는 홈이 형성되어 있고, 상기 홈의 외주측 단부면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고, 상기 외주측 단부면은, 상기 홈 내의 상기 윤활유의 이동 방향을, 상기 오일 디스크의 반경 방향으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성하고, 상기 외주측 단부면은, 상기 오일 디스크의 상기 측면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치이다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 홈은, 상기 오일 디스크의 축심의 주위에 배열되는 복수의 홈인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 외주측 단부면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 외주측 단부면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는, 회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과, 상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와, 상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고, 상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 측면을 갖고, 당해 측면에는, 상기 베어링 유닛을 향하여 돌출되는 주위벽이 상기 회전축의 주위에 형성되고, 상기 주위벽의 내주면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고, 상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 오일 디스크의 상기 측면 상의 상기 윤활유의 이동 방향을, 상기 오일 디스크의 반경 방향으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치이다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는, 회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과, 상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와, 상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고, 상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 제1 측면과, 당해 제1 측면과 반대측에 위치하는 제2 측면과, 상기 제1 측면으로부터 상기 제2 측면까지 연장되는 복수의 관통 구멍을 갖고, 상기 관통 구멍의 외주측 표면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고, 상기 관통 구멍의 상기 외주측 표면은, 상기 오일 디스크의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치이다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 외주측 표면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 외주측 표면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전축의 하중을 받는 제2 베어링 유닛을 더 구비하고, 상기 제2 측면은 상기 제2 베어링 유닛을 향하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는, 회전축과, 상기 회전축에 고정된 임펠러와, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 상기 베어링 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펌프이다.

본 발명에 따르면, 오일 디스크가 고주속으로 회전함으로써 오일 디스크에 의해 끌어올려진 윤활유에 강대한 원심력이 작용해도, 오일 디스크에 형성된 홈의 외주측 단부면이, 윤활유의 반경 방향으로의 이동을 저해한다. 그 결과, 윤활유가 오일 디스크의 반경 방향으로만 비산해 버리는 것이 방지된다. 또한, 홈의 외주측 단부면은, 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있으므로, 이 외주측 단부면은, 원심력을 받아 반경 방향 외측으로 이동한 윤활유를, 회전축의 축 방향과 평행인 방향으로 안내하는 가이드면으로서 기능한다. 따라서, 오일 디스크는, 윤활유를 회전축의 축 방향으로 비산시킬 수 있다. 결과로서, 오일 디스크로부터 회전축의 축 방향으로 이격되어 배치되는 베어링 유닛에 안정적으로 윤활유를 공급하는 것이 가능해진다. 이들 효과는, 오일 디스크에 주위벽 또는 관통 구멍을 형성한 경우라도 마찬가지이다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 오일 링이나 오일 디스크에서는 급유가 곤란하였던 고주속 조건이라도, 홈, 주위벽, 또는 관통 구멍 등의 간이한 구성으로, 베어링 장치 내의 베어링 유닛에 안정적으로 윤활유를 공급하는 것이 가능해진다. 따라서, 강제 급유 장치를 사용하지 않아도 베어링 장치의 적용 범위가 넓어지므로, 펌프의 설치 면적이 축소됨과 함께, 비용 절감이 도모되어, 보다 높은 상품 경쟁력을 가진 펌프를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링 장치를 구비한 횡축 단단 펌프의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링 장치를 구비한 횡축 다단 펌프의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자기 윤활식 베어링 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자기 윤활식 베어링 장치의 오일 디스크와 가이드 케이싱을 모식적으로 도시하는 확대 단면도이다.
도 5의 (a)는 종래의 오일 디스크의 일례를 도시한 평면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시하는 오일 디스크의 종단면도이다.
도 6은 종래의 오일 디스크가 고속 회전하였을 때의 윤활유의 거동을 도시하는 모식도이며, 도 6의 (a)는 오일 디스크의 평면도를 도시하고, 도 6의 (b)는 오일 디스크의 부분 종단면도를 도시한다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 오일 디스크의 평면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 도시하는 오일 디스크의 종단면도이다.
도 8은 도 7의 (b)에 도시한 오일 디스크에 형성된 홈을 확대하여 도시하는 모식도이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시하는 오일 디스크가 고속 회전하였을 때의 윤활유의 거동을 도시하는 모식도이다.
도 10은 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시되는 종래의 오일 디스크를 구비한 베어링 장치를 사용하여 회전축을 회전시킨 경우와, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시하는 오일 디스크를 구비한 베어링 장치를 사용하여 회전축을 회전시킨 경우의 베어링 유닛의 온도를 비교한 실험 데이터의 그래프이다.
도 11은 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시되는 오일 디스크의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 오일 디스크의 평면도이고, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 도시하는 오일 디스크의 종단면도이다.
도 13의 (a)는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 오일 디스크의 평면도이고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에 도시하는 오일 디스크의 부분 종단면도이다.
도 14의 (a) 내지 도 14의 (d)는 홈의 외주측 단부면의 다양한 변형예에 관한 단면 형상을 도시하는 도면이다.
도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 홈의 외주측 단부면의 또 다른 변형예에 관한 단면 형상을 도시하는 도면이다.
도 16은 강제 급유 장치를 사용하는 경우에 있어서의 베어링 장치를 도시하는 단면도이다.
도 17은 강제 급유 장치의 배관 및 계기 계통도이다.
도 18은 오일 링 방식의 자기 윤활 장치를 사용한 종래의 베어링 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 19의 (a)는 오일 디스크 방식의 자기 윤활 장치를 사용한 종래의 베어링 장치의 일례를 도시하는 종단면도이고, 도 19의 (b)는 도 19의 (a)에 있어서의 A부의 확대도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서에서는, 펌프의 회전축의 회전 중심축에 원점을 두는 극좌표계를 정의한다. 이 극좌표계에 있어서, 회전축의 길이 방향을 축 방향으로 나타내고, 축 방향에 수직인 방향을 반경 방향으로 나타내고, 회전축의 외주면 주위의 방향을 주위 방향으로 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링 장치를 구비한 횡축 단단 펌프의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시되는 회전 기계로서의 횡축 단단 펌프(100)는 임펠러(2)와, 이 임펠러(2)가 고정되는 회전축(1)을 갖고 있다. 회전축(1)은 수평으로 연장되어 있다. 회전축(1)의 일단은 도시하지 않은 전동기 등의 구동기에 연결되어 있고, 이 구동기에 의해 회전축(1) 및 임펠러(2)가 회전되도록 되어 있다. 또한, 회전축(1)은 그 양단부 근방에 설치된 베어링 장치(9, 9)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

임펠러(2)는 펌프 케이싱(5) 내에 배치되어 있다. 도 1에 도시한 펌프 케이싱(5)은 그 내부에 스파이럴실(5a)을 갖고 있고, 임펠러(2)는 스파이럴실(5a)의 내부에 배치되어 있다. 회전축(1)의 회전과 함께 임펠러(2)가 회전하면, 흡입구(3)로부터 물 등의 액체가 흡입되고, 임펠러(2)와 스파이럴실(5a)의 작용에 의해 액체의 압력이 상승되어, 액체가 토출구(4)로부터 토출된다.

도시한 예에 있어서의 임펠러(2)는 그 양측으로부터 액체를 흡입하는 양쪽 흡입 구조를 갖고 있다. 임펠러(2)의 액체 입구에는, 마우스피스(2A, 2B)가 각각 설치되어 있다. 이들 마우스피스(2A, 2B)의 직경을 서로 다르게 설계함으로써, 압력차에 의한 스러스트력을 회전축(1)의 일방향으로 작용시켜, 회전축(1)을 안정시킨 상태에서 회전시킬 수 있다. 이 스러스트력은, 베어링 장치(9)의 스러스트 베어링 유닛(9A)에 의해 지지되도록 되어 있다. 이 스러스트 베어링 유닛(9A)에는 스러스트력이 부하로서 작용하므로, 적정한 양의 윤활유를 스러스트 베어링 유닛(9A)에 공급하여, 스러스트 베어링 유닛(9A)을 윤활하면서 냉각할 필요가 있다. 그 때문에, 후술하는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링 장치(9)가 구비되어 있다. 베어링 유닛(9A)은, 윤활유 저류조(10)의 윤활유에 의해 윤활 및 냉각되고, 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유는, 윤활유 저류조(10)에 부속되는 냉각 재킷(27)에 의해 냉각되고 있다.

이 스러스트 베어링 유닛(9A)에 추가하여, 회전축(1)의 양쪽 측단부 근방에는 2개의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)이 배치되어 있다. 이들 2개의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)과, 1개의 스러스트 베어링 유닛(9A)의 합계 3개의 베어링에 의해 회전축(1)은 지지된다. 본 실시 형태에서는, 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)에는 슬리브형의 베어링이 사용되고 있고, 이 슬리브형의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)에는, 오일 링(20)을 구비한 종래형의 자기 윤활 장치가 채용되고 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링 장치를 구비한 횡축 다단 펌프의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 2에 도시되는 회전 기계로서의 횡축 다단 펌프(100)는 복수의 임펠러(2)와, 이들 임펠러(2)가 고정되는 회전축(1)을 갖고 있다. 회전축(1)은 수평으로 연장되어 있다. 복수의 임펠러(2)는 회전축(1) 상에 직렬로 배열되어 있고, 이들 임펠러(2)의 각각을 둘러싸도록 복수의 가이드 베인(6)이 배치된다. 회전축(1)의 일단은 도시하지 않은 전동기 등의 구동기에 연결되어 있고, 이 구동기에 의해 회전축(1) 및 임펠러(2)가 회전되도록 되어 있다. 또한, 회전축(1)은 그 양단부 근방에 설치된 베어링 장치(9, 9)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

임펠러(2)는 펌프 케이싱(5) 내에 배치되어 있다. 회전축(1)의 회전과 함께 복수의 임펠러(2)가 회전하면, 흡입구(3)로부터 물 등의 액체가 흡입되고, 임펠러(2)와 가이드 베인(6)의 작용에 의해, 액체의 압력이 상승되어 액체가 토출구(4)로부터 토출된다. 복수의 임펠러(2)는 동일한 방향을 향하여 배열되어 있기 때문에, 인접하는 임펠러(2) 간의 압력차에 의해 발생하는 스러스트력이 임펠러(2)의 매수분 중첩되어, 큰 스러스트력이 발생한다. 이 스러스트력은, 횡축 다단 펌프(100) 내에 설치된 밸런스 장치(7)에 의해 상쇄되지만, 과도 운전 시 등에는 어느 정도의 스러스트력이 잔류한다. 이 잔류 스러스트력은, 베어링 장치(9)의 스러스트 베어링 유닛(9A)에 의해 지지된다. 이 스러스트 베어링 유닛(9A)에는, 잔류 스러스트력이 부하로서 작용하므로, 적정한 양의 윤활유를 스러스트 베어링 유닛(9A)에 공급하여, 스러스트 베어링 유닛(9A)을 윤활하면서 냉각할 필요가 있다.

이 스러스트 베어링 유닛(9A)에 추가하여, 회전축(1)의 양쪽 측단부 근방에는 2개의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)이 배치되어 있다. 이들 2개의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)과, 1개의 스러스트 베어링 유닛(9A)의 합계 3개의 베어링에 의해 회전축(1)은 지지된다. 본 실시 형태에서는, 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)에는 슬리브형의 베어링이 사용되고 있고, 이 슬리브형의 레이디얼 베어링 유닛(9B, 9B)에는, 오일 링(20)을 구비한 종래형의 자기 윤활 장치가 채용되고 있다. 이들 회전축(1)의 양단부 근방에 배치되는 베어링 장치(9, 9)의 구성은, 도 1에 도시한 횡축 단단 펌프와 마찬가지이다.

도 1 및 도 2에 도시한 횡축 펌프(100) 중 어느 경우도, 회전축(1)은 펌프 케이싱(5)을 관통하여 연장되어 있다. 회전축(1)과 펌프 케이싱(5) 사이의 간극은, 메커니컬 시일 등의 축봉 장치(8, 8)에 의해 시일되어 있다. 따라서, 임펠러(2)에 의해 승압된 액체가 베어링 장치(9, 9)에 침입하는 일은 없다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 자기 윤활식 베어링 장치의 구조를 도시한 단면도이다. 이 자기 윤활식 베어링 장치는, 도 1 또는 도 2에서 도시한 횡축 펌프(100)에 사용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 베어링 장치(9)는 수평으로 연장되는 회전축(1)의 축 방향 하중 및 반경 방향 하중을 받는 스러스트 베어링 유닛(9A)과, 회전축(1)의 반경 방향 하중을 받는 레이디얼 베어링 유닛(9B)을 갖는다. 스러스트 베어링 유닛(9A)에는 복수의 앵귤러 볼베어링이 사용된다.

스러스트 베어링 유닛(9A) 및 레이디얼 베어링 유닛(9B)의 하방에는, 윤활유 저류조(10)가 배치되어 있고, 이 윤활유 저류조(10)에 저류되는 윤활유의 자유 표면(윤활유면)이 부호 10A가 첨부된 점선으로 도시되어 있다. 또한, 윤활유 저류조(10) 내의 자유 표면(10A)이 일정해지도록, 윤활유량은 관리되고 있다. 윤활유 저류조(10)의 하방에는 냉각 재킷(27)이 설치되어 있고, 냉각 재킷(27)을 흐르는 냉각액에 의해 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유가 냉각된다. 냉각 재킷(27) 대신에 핀이 부착된 공랭 구조를 채용해도 된다. 또는, 윤활유 저류조(10) 내에, 핀 부착 냉각액 튜브를 삽입하여 윤활유를 직접 냉각하는 구조로 해도 된다.

베어링 장치(9)에는, 오일 디스크(12)가 스러스트 베어링 유닛(9A)과 레이디얼 베어링 유닛(9B) 사이에 구비되며, 회전축(1)에 고정된다. 오일 디스크(12)는 회전축(1)에 고정되므로, 회전축(1)과 항상 동일한 회전 속도로 회전한다. 오일 디스크(12)의 하부는, 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유에 침지되어 있고, 회전축(1)의 회전에 수반하여, 오일 디스크(12)가 회전하여 윤활유 저류조(10)에 저류되는 윤활유를 끌어올린다. 도 3에 도시한 바와 같이, 베어링 장치(9)는 오일 디스크(12)에 의해 끌어올려진 윤활유가 베어링 장치 내의 불필요한 영역으로 비산하는 것을 방지하기 위해, 가이드 케이싱(15)을 갖는다.

도 4는 오일 디스크(12)와 가이드 케이싱(15)을 도시하는 확대 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드 케이싱(15)은 오일 디스크(12)의 양측면으로부터 대향하여 배치된, 2개의 환상의 가이드 디스크(15A, 15B)로 이루어진다. 가이드 디스크(15A, 15B)에 의해 오일 디스크(12)의 양측면 및 외주면이 덮이고, 베어링 장치(9) 내에 수납된다. 도 4에 도시된 실시 형태에서는, 가이드 케이싱(15)은 오일 디스크(12)의 주연부(외주면을 포함하는 영역)를 끼워 넣도록 구성된 2개의 가이드 디스크(15A, 15B)에 의해 구성되어 있지만, 오일 디스크(12)의 주연부를 감싸도록 하는 1개의 구성 부재에 의해 구성되어 있어도 된다.

가이드 디스크(15A, 15B)의 내면은, 오일 디스크(12)의 양측면 및 외주면에 근접하여 배치되고, 이들 가이드 디스크(15A, 15B)의 내면은, 오일 디스크(12)의 양측면 및 외주면에 대향하고 있다. 오일 디스크(12)와 가이드 케이싱(15) 사이에는 축 방향의 간극 W1과 반경 방향의 간극 W2가 형성되어 있다. 축 방향의 간극(클리어런스) W1은, 오일 디스크(12)의 측면과 가이드 케이싱(15) 사이의 간극이며, 반경 방향의 간극(클리어런스) W2는, 오일 디스크(12)의 외주면과 가이드 케이싱(15) 사이의 간극이다.

이들 간극 W1, W2는, 사용되는 윤활유의 점도, 온도 및 회전축(1)의 회전 속도 등의 펌프 운전 조건 등에 기초하여, 적합하게 설계하여 설정된다. 오일 디스크(12)에 끌어올려진 윤활유는 윤활유 통로(17)를 통해 스러스트 베어링 유닛(9A)으로 유도된다.

가이드 케이싱(15)의, 오일 디스크(12)의 측면에 대향하는 내면(내측의 측면)에는, 윤활유 도입 홈(16)이 형성되어 있다. 윤활유 도입 홈(16)의 상단 부분은 윤활유 통로(17)에 접속되어 있고, 또한, 윤활유 도입 홈(16)은 오일 디스크(12)의 측면에 근접하여 배치되어 있다.

도 5의 (a)는 종래의 오일 디스크의 일례를 도시한 평면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시하는 오일 디스크의 종단면도이다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 오일 디스크(101)의 각 측면에는, 당해 오일 디스크(101)의 반경 방향으로 연장되는 4개의 레이디얼 홈(14)이 형성된다. 이들 레이디얼 홈(14)은 오일 디스크(101)의 외주면까지 연장되어 있고, 각 레이디얼 홈(14)의 외측단부는 오일 디스크(101)의 외주면 상에 있다. 오일 디스크(101)가 회전하면, 오일 디스크(101)의 양측면에 형성된 레이디얼 홈(14)에 의해 윤활유가 유지되어, 끌어올려진다.

도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 오일 디스크(101)가 고속 회전하였을 때의 윤활유의 거동을 도시하는 모식도이다. 보다 상세하게는, 도 6의 (a)는 오일 디스크(101)의 평면도를 도시하고, 도 6의 (b)는 오일 디스크(101)의 부분 종단면도를 도시한다. 이 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)를 참조하여, 오일 디스크(101)의 회전 속도가 증가한 경우에, 오일 디스크(101)의 표면에 부착되어 끌어올려지는 윤활유의 거동에 대하여 설명한다.

오일 디스크(101)의 표면에 부착된 윤활유에는, 중력, 표면 장력 및 마찰력 외에도, 오일 디스크(101)의 회전에 수반하여 발생하는 원심력이 작용한다. 이 원심력은, 윤활유의 질량 및 오일 디스크(101)의 중심으로부터 윤활유까지의 거리에 비례하며, 또한 오일 디스크(101)의 각속도의 제곱에 비례한다.

오일 디스크(101)의 회전 속도가 낮은 경우에는, 오일 디스크(101)에 부착된 윤활유는, 그 위치를 크게 변화시키지 않고, 오일 디스크(101)에 유지된 채로 회전된다. 오일 디스크(101)의 회전 속도를 상승시키면, 오일 디스크(101)에 부착된 윤활유에 작용하는 원심력이 점점 커져 가서, 윤활유는 오일 디스크(101)의 반경 방향 외측으로 이동한다. 그 때문에, 오일 디스크(101)의 외주연에, 윤활유가 비교적 많이 고인다. 따라서, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시한 바와 같은 복수의 레이디얼 홈(14)을 갖는 오일 디스크(101)는, 그 외주연에 윤활유를 많이 저류하면서, 오일 디스크(101)의 정상부까지 윤활유를 운반할 수 있다.

그러나, 회전 속도가 더 증가되어 가면, 오일 디스크(101) 상의 윤활유에 작용하는 중력, 표면 장력 및 마찰력에 대하여, 원심력이 지배적으로 된다. 그 때문에 표면 장력, 점성에 의한 마찰력 및 중력에 관계없이, 오일 디스크(101)의 표면에 부착된 윤활유는, 오일 디스크(101)의 반경 방향 외측으로 비산하는 경향이 강해진다. 즉, 오일 디스크(101)의 회전 속도가 매우 높은 경우, 회전축(1)의 축 방향으로 윤활유를 비산시킬 수 없게 되므로, 베어링 유닛(9A)에 충분한 양의 윤활유를 공급할 수 없게 된다.

예를 들어, 펌프 운전 조건으로서, 오일 디스크의 반경 r이 90㎜이고, 회전축(1)의 회전 속도[즉, 회전축(1)에 고정되어 있는 오일 디스크(101)의 회전 속도]가 3600min^-1인 경우를 상정한다. 이 경우, 펌프 운전 시에 있어서 오일 디스크(101)에 발생하는 원심력의 원심 가속도 rω²은, 하기의 식 (1)에 나타내는 바와 같이 중력 가속도의 1300배보다도 커진다.

즉, 오일 디스크(101)의 표면에 부착된 윤활유에는, 중력 가속도의 1300배보다도 큰 가속도를 수반하는 원심력이 발생하게 되므로, 이 원심력이 지배적으로 된다.

오일 디스크(101)의 표면에 부착되어 있는 윤활유는, 표면 장력 및 마찰력에 의해 오일 디스크(101)의 표면에 계속해서 머물려고 한다. 그러나, 상술한 바와 같은 원심력이 지배적인 상태에서는, 오일 디스크(101)의 표면에 부착되어 있는 윤활유는, 중력, 표면 장력 및 마찰력을 훨씬 능가하는 거대한 원심력에 의해, 오일 디스크(101)의 반경 방향 외측으로 이동시켜져 버린다.

오일 디스크(101)의 회전에 의해 발생하는 원심력은, 오일 디스크(101)의 전체 주위에 있어서 작용한다. 따라서, 윤활유 저류조(10)로부터 끌어올려져 오일 디스크(101)의 표면에 부착된 윤활유는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 윤활유 저류조(10)의 자유 표면(10A) 상에 드러난 후에 바로 강력한 원심력에 의해 오일 디스크(101)의 반경 방향 외측으로 비산해 버린다. 그 때문에, 원심력이 지배적으로 되는 고속 회전 상태에서는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 종래의 오일 디스크(101)는, 윤활유를 오일 디스크(101)의 정상부까지 거의 끌어올릴 수 없다. 오일 디스크(101)가 충분한 양의 윤활유를 끌어올릴 수 없으면, 회전축(1)의 축 방향으로 이격되어 배치되는 베어링 유닛(9A)에 윤활유를 공급할 수 없다.

상술한 문제를 해결할 수 있는 오일 디스크(12)의 일 실시 형태가 도 7의 (a), 도 7의 (b) 및 도 8에 도시된다. 도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)의 평면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 도시하는 오일 디스크(12)의 종단면도이다. 도 8은 도 7의 (b)에 도시하는 오일 디스크(12)의 일부를 확대하여 도시하는 모식도이다.

도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 오일 디스크(12)는 회전축(1)의 축 방향에 수직인 측면(52)을 갖고 있다. 이 측면(52)에는, 오일 디스크(12)의 축심[즉, 회전축(1)]의 주위에 등간격으로 배열되는 복수의 (도시한 예에서는 3개의) 홈(50)이 형성되어 있다. 각 홈(50)은 오일 디스크(12)의 주위 방향으로 연장되는 원호 형상으로 형성된다. 홈(50)의 깊이 d는, 오일 디스크(12)의 측면(52)으로부터 홈(50)의 저면(56)까지의 거리이다. 도 7의 (b) 및 도 8에 도시한 바와 같이, 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향과 평행으로 연장되어 있다. 이 외주측 단부면(51)은 오일 디스크(12)의 측면(52)과 직각으로 접속된다. 오일 디스크(12)는 그 측면(52)이 베어링 유닛(9A)(도 3 참조)을 향하도록 배치된다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 홈(50)은 오일 디스크(12)의 측면(52)에 3개 형성되어 있다. 따라서, 오일 디스크(12)의 측면(52)에는, 홈(50)이 형성되지 않는 부분(55)이 존재한다. 홈이 형성되지 않는 부분(55)의 영역이 너무 커지면, 오일 디스크(12)의 측면(52)이 평면적인 종래의 오일 디스크(101)와 비슷해지므로, 이 실시 형태의 우위성(후술함)이 얻어지지 않게 된다. 따라서, 인접하는 홈(50)의 단부간의 각도 θ의 총합은, 오일 디스크(12)의 전체 주위(즉, 360°)의 40％ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30％ 이하이다.

또한, 홈(50)을 오일 디스크(12)의 측면(52)의 전체 주위에 걸쳐 연장되는 1개의 홈으로서 구성해도 된다. 이 경우, 윤활유가 홈(50)에 적절하게 유지되지 않을 우려(즉, 윤활유의 습윤성에 대한 우려)가 있으므로, 바람직하게는 홈(50)의 표면 조도, 또는 오일 디스크(12)의 재질을 적절하게 선택함으로써, 윤활유의 홈(50)에 대한 습윤성을 조정한다.

본 실시 형태에서는, 홈(50)은 오일 디스크(12)의 한쪽의 측면(52)에 형성되어 있다. 홈(50)을 베어링 유닛(9A)에 대면하는 측면(제1 측면)(52) 및 베어링 유닛(9B)에 대면하는 측면(제2 측면)(52)의 양쪽에 형성해도 된다. 이 경우, 윤활유는, 오일 디스크(12)의 양측면(52, 52)에 의해 끌어올려져, 오일 디스크(12)의 양측에 배치된 2개의 베어링 유닛(9A, 9B)에 공급된다. 오일 디스크(12)의 양측면(52, 52)에 홈(50)을 형성하는 대신에, 후술하는 관통 구멍을 오일 디스크(12)에 형성해도 된다.

이와 같은 구성의 오일 디스크(12)를 회전시키면, 도 8에 도시한 바와 같이, 홈(50) 내의 윤활유는, 원심력의 작용에 의해, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 압박된다. 원심력에 의해 외주측 단부면(51)에 압박된 윤활유는, 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측으로 향할 수 없다. 즉, 외주측 단부면(51)은 윤활유의 반경 방향으로의 이동을 저해하여, 윤활유가 오일 디스크(12)의 반경 방향으로만 비산해 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향과 평행으로 연장되어 있으므로, 원심력을 받아 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측으로 이동한 윤활유는, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 충돌함으로써 회전축(1)의 축 방향으로 이동 방향을 변경하고, 그 후, 오일 디스크(12)를 벗어난다. 그 결과, 윤활유를, 외주측 단부면(51)이 연장되는 방향이며 또한 홈(50)이 개구되어 있는 방향, 즉, 회전축(1)의 축 방향으로 비산시킬 수 있다. 이와 같이, 외주측 단부면(51)은 홈(50) 내의 윤활유의 이동 방향을, 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 변화시키는 가이드면으로서 기능한다.

회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유의 속도 성분은, 강대한 원심력에 의해 윤활유에 발생한 반경 방향으로의 동압, 또는 외주측 단부면(51)에 의해 높여진 윤활유의 정압이, 외주측 단부면(51)에 의해 반경 방향으로부터 축 방향의 동압으로 변환됨으로써 발생한다. 그 때문에, 강대한 원심력이 작용하는 윤활유의 비산 속도는 매우 고속으로 된다. 윤활유가 비산하는 방향은, 회전축(1)의 축 방향에 대한 홈(50)의 외주측 단부면(51)의 각도에 영향을 받는다. 오일 디스크(12)로부터 회전축(1)의 축 방향으로 이격되어 배치되는 베어링 유닛(9A)에 가장 효과적으로 윤활유를 공급하기 위해서는, 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향에 평행[즉, 오일 디스크(12)의 측면(52)에 수직]으로 연장되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 이 외주측 단부면(51)은 오일 디스크(12)의 측면(52)과 직각으로 접속되는 것이 바람직하다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)를 참조하여, 회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유의 거동에 대하여 설명한다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시하는 오일 디스크(12)가 고속 회전하였을 때의 윤활유의 거동을 도시하는 모식도이다. 보다 상세하게는, 도 9의 (a)는 오일 디스크(12)의 평면도이고, 도 9의 (b)는 오일 디스크(12)의 부분 종단면도이다.

도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 오일 디스크(12)에 형성된 홈(50)이 윤활유 저류조(10) 내의 윤활유에 잠기면, 윤활유는, 홈(50)의 외주측 단부면(51) 및 저면(56)에 부착된다. 오일 디스크(12)가 회전함으로써, 홈(50)이 윤활유의 자유 표면(10A)보다도 상에 드러나면, 홈(50) 내의 윤활유는, 원심력의 작용을 받아 반경 방향 외측으로 이동한다. 홈(50) 내에서 반경 방향 외측으로 이동한 윤활유는, 외주측 단부면(51)에 충돌하여, 외주측 단부면(51)보다도 반경 방향 외측으로 이동할 수 없다. 그 결과, 윤활유가 홈(50)에 유지된다. 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 충돌한 윤활유는, 회전축(1)의 축 방향에 평행인 외주측 단부면(51)을 따라서 이동 방향을 변경하고, 오일 디스크(12)의 홈(50)으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 비산한다. 비산한 윤활유는, 도 4에 도시한 가이드 케이싱(15)에 형성된 윤활유 도입 홈(16)을 통해 윤활유 통로(17)에 유입된다. 그 결과, 윤활유는, 오일 디스크(12)로부터 회전축(1)의 축 방향으로 이격되어 배치된 베어링 유닛(9A)에 안정적으로 공급된다.

이상 정리하면, 오일 디스크(12)에 부착된 윤활유에 강대한 원심력이 작용해도, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 의해 이 윤활유가 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측으로 비산하는 것이 방지된다. 또한, 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향에 평행으로 연장되어 있으므로, 원심력에 의해 오일 디스크(12)의 반경 방향으로 이동해 온 윤활유는, 외주측 단부면(51)에 의해 그 이동 방향이 변경되어, 회전축(1)의 축 방향으로 비산한다.

홈(50)에 유지되는 윤활유량, 즉, 오일 디스크(12)로부터 회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유량은, 홈(50)의 깊이 d에 의존하여 변화된다. 따라서, 홈(50)의 깊이 d를 적절하게 설정함으로써, 베어링 유닛(9A)에 공급되는 윤활유량을 최적화하는 것이 가능해진다. 결과로서, 베어링 유닛(9A)에의 과도한 윤활유 공급에 의한 베어링의 구름 마찰의 증대, 또한 그것을 원인으로 하는 베어링의 발열을 억제할 수 있다.

상술한 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)와, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시한 종래의 오일 디스크(101)를, 도 3에 도시된 베어링 장치에 조립하여 회전축(1)을 회전시켰을 때의 베어링 유닛(9A)의 온도 변화를 측정하는 실험을 행하였다. 도 10에 실험 결과가 도시된다. 도 10에 있어서, 종축은 베어링 유닛(9A)의 온도를 나타내고, 횡축은 회전축(1)을 회전시키고 있는 운전 시간을 나타낸다. 회전축(1)의 회전 속도는 3600min^-1로 설정하였다. 또한, 오일 디스크(101, 12)와 가이드 케이싱(15) 사이의 간극 W1과 W2(도 4 참조)는 각각 4㎜와 10㎜로 설정하였다. 또한, 베어링 장치의 가이드 케이싱(15)을 투명 아크릴 수지로 제작하고, 베어링 장치 내의 윤활유의 유동 상태를 관찰하였다.

도 10에 도시된 바와 같이, 종래의 오일 디스크(101)를 조립한 베어링 장치에서는, 베어링 유닛(9A)의 온도가 운전 개시부터 급준하게 계속해서 상승하였다. 이에 반해, 본 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)를 조립한 베어링 장치에서는, 35℃ 부근에서 온도 상승이 멈추고, 온도 평형 상태로 되었다.

또한, 운전 중의 윤활유의 유동 상태의 관찰을 행하였다. 종래의 오일 디스크(101)에서는, 오일 디스크(101)의 반경 방향으로 윤활유가 비산해 버려, 베어링 유닛(9A)에 윤활유가 공급되지 않는 상태가 관찰되었다. 이에 반해, 본 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)에서는, 회전축(1)의 축 방향으로 윤활유가 비산하여, 베어링 유닛(9A)에 윤활유가 공급되는 상태가 관찰되었다.

이 실험 결과로부터, 종래의 오일 디스크(101)는 윤활유를 베어링 유닛(9A)에 적절하게 공급할 수 없었기 때문에, 윤활 부족, 그것에 수반되는 발열 및 냉각 부족이 발생한 것을 알 수 있다. 이에 반해, 본 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)는 윤활유를 베어링 유닛(9A)에 적절하게 공급할 수 있었으므로, 적절한 윤활, 발열 억제 및 냉각이 촉진되었다고 생각된다.

다음에, 오일 디스크(12)의 변형예를, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 도 7의 (a)에 도시되는 오일 디스크(12)의 변형예를 도시하는 평면도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 홈(50)의 외주측 단부면(51)이 오일 디스크(12)의 중심으로부터의 거리가 비교적 큰 대직경부(57)와, 오일 디스크(12)의 중심으로부터의 거리가 비교적 작은 소직경부(58)로 구성되고, 이들 대직경부(57)와 소직경부(58)가 교대로 복수 연속하여 이어져 있다. 대직경부(58)에 있어서의 오일 디스크(12)의 중심으로부터 외주측 단부면(51)까지의 거리를 r1이라 하고, 소직경부(57)에 있어서의 오일 디스크(12)의 중심으로부터 외주측 단부면(51)까지의 거리를 r2라 하면, r1은 r2보다도 크다. 상술한 바와 같이, 오일 디스크(12) 상에 부착된 윤활유에는, 오일 디스크(12) 상의 반경 위치에 비례한 원심력이 작용한다. 따라서, 도 11에 도시한 실시 형태에 따르면, 대직경부(57)에 있어서의 윤활유에 작용하는 원심력과, 소직경부(58)에 있어서의 윤활유에 작용하는 원심력을 상이하게 할 수 있다. 그 결과, 대직경부(57)로부터 비산하는 윤활유의 비산 거리와, 소직경부(58)로부터 비산하는 윤활유의 비산 거리를, 회전축(1)의 축 방향으로 상이하게 할 수 있으므로, 회전축(1)의 축 방향에 있어서 광범위하게 윤활유를 공급할 수 있다.

오일 디스크(12)는 고속으로 회전하고 있기 때문에, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 유지되어 있는 윤활유량은, 오일 디스크(12)의 주위 방향에 대하여 균일하지는 않다. 따라서, 도 11에 도시한 실시 형태에서는, 운전 조건에 따라서는, 윤활유를 홈(50)의 대직경부(57)에 있어서의 코너부(72)에 치우쳐 유지시킬 수 있다. 홈(50)에 형성되는 대직경부(57)의 수[즉, 코너부(72)의 수]는 적절히 선택하는 것이 가능하기 때문에, 오일 디스크(12)의 홈(50)에 유지되는 윤활유량을 조정할 수 있다. 결과로서, 베어링 유닛(9A)에 공급하는 윤활유량을 조정하는 것이 가능해진다.

홈(50)을 형성하는 대신에, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 도시되는 바와 같이, 오일 디스크(12)의 측면(52)으로부터 베어링 유닛(9A)을 향하여 회전축(1)의 축 방향으로 돌출되는 주위벽(60)을 형성해도 된다. 도 12의 (a)는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)의 평면도이고, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 도시하는 오일 디스크(12)의 종단면도이다. 홈(50)의 외주측 단부면(51)과 마찬가지로, 이 주위벽(60)의 내주면(61)은 회전축(1)의 축 방향과 평행으로 연장된다. 오일 디스크(12)의 측면(52)으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 돌출되는 주위벽(60)을 형성함으로써도, 홈(50)과 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, 오일 디스크(12)의 측면(52)에 부착된 윤활유는, 강대한 원심력에 의해 반경 방향 외측으로 이동하고, 주위벽(60)의 내주면(61)에 의해 그 이동이 저해된다. 이에 의해, 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측으로의 윤활유의 비산이 방지된다. 또한, 주위벽(60)에 충돌한 윤활유는, 회전축(1)의 축 방향과 평행인 내주면(61)에 의해 이동 방향이 변화되므로, 윤활유를 회전축(1)의 축 방향으로 비산시킬 수 있다. 이와 같이, 내주면(61)은 측면(52) 상의 윤활유의 이동 방향을 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성한다. 또한, 주위벽(60)의 내주면(61)을, 도 11에 도시한 실시 형태와 같이, 대직경부(57)와 소직경부(58)로 구성해도 된다.

도 13의 (a)는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 오일 디스크(12)의 평면도이고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에 도시하는 오일 디스크(12)의 부분 종단면도이다. 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)에 도시된 실시 형태에서는, 오일 디스크(12)에는, 당해 오일 디스크(12)의 한쪽의 측면(제1 측면)(52)으로부터 다른 쪽의 측면(제2 측면)(52)까지 관통하는 복수의 관통 구멍(70)이 형성된다. 이들 관통 구멍(70)은 오일 디스크(12)의 축심[즉, 회전축(1)]의 주위에 등간격으로 배치되어 있고, 각 관통 구멍(70)은 오일 디스크(12)의 주위 방향으로 연장되어 있다. 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)은 오일 디스크(12)의 양측면(52, 52)에 접속되어 있다. 관통 구멍(70)은 그 외주측 표면(71)이 회전축(1)의 축 방향과 평행으로 연장되어 있는 점에서, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시된 실시 형태의 오일 디스크(12)의 홈(50)과 동일하지만, 홈(50)의 저면(56)을 없앤 점에서 상이하다.

관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)은 홈(50)의 외주측 단부면(51)과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 즉, 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)에 의해, 고속으로 회전하는 오일 디스크(12)에 의해 끌어올려진 윤활유의, 오일 디스크(12)의 반경 방향으로의 비산이 방지된다. 또한, 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)에 의해, 윤활유는, 그 이동 방향을 회전축(1)의 축 방향으로 전환하고, 오일 디스크(12)로부터 회전축(1)의 축 방향으로 비산한다. 이와 같이, 외주측 표면(71)은 윤활유의 이동 방향을 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성한다.

도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(70)을 형성함으로써, 오일 디스크(12)에 의해 끌어올려진 윤활유를, 오일 디스크(12)의 양측면(52, 52)으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 비산시킬 수 있다. 따라서, 베어링 장치 내에서 오일 디스크(12)의 양측에 배치된 스러스트 베어링 유닛(9A) 및 레이디얼 베어링 유닛(9B)의 양쪽에 윤활유를 공급할 수 있다. 또한, 오일 디스크(12)의 두께 및 관통 구멍(70)의 주위 방향 길이를 적절하게 설계함으로써, 관통 구멍(70)에 유지되는 윤활유량을 최적화하는 것이 가능해지므로, 베어링 유닛(9A, 9B)에의 윤활유의 공급량을 최적화할 수 있다. 또한, 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)을, 도 11에 도시한 실시 형태와 같이, 대직경부(57)와 소직경부(58)로 구성해도 된다.

도 14의 (a) 내지 도 14의 (d)는 홈(50)의 외주측 단부면(51)의 다양한 변형예에 관한 단면 형상을 도시하는 도면이다. 도 14의 (a) 내지 도 14의 (d)에 도시된 외주측 단부면(51)은 회전축(1)의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖고 있다. 즉, 도 14의 (a)에 도시한 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 측면(제1 측면)(52)을 향하여 외측으로 경사지는 경사면(51a)을 갖는다. 이 경사면(51a)은 오일 디스크(12)의 측면(52)에 접속된다. 이와 같은 경사면(51a)에 의해, 홈(50)의 외주측 단부면(51)으로부터 비산하는 윤활유에는, 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측을 향하는 속도 성분이 가해진다. 따라서, 경사면(51a)의 경사 각도를 조정함으로써, 회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유의 비산 거리를 조정할 수 있다.

도 14의 (b)에 도시한 홈(50)의 외주측 단부면(51)은, 측면(52)을 향하여 외측으로 경사지는 경사면(51a)을 갖고, 또한 홈(50)의 저면(56)으로부터 측면(52)을 향하여 내측으로 경사지는 경사면(51b)을 갖고 있다. 경사면(51a)은 오일 디스크(12)의 측면(52)에 접속되고, 경사면(51b)은 저면(56)에 접속되어 있다. 이와 같은 경사면(51b)을 형성함으로써, 홈(50) 내에서 반경 방향 외측으로 이동한 윤활유가 회전축(1)의 축 방향으로 방향 전환하기 어려워지므로, 회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유량 및 비산 타이밍을 조정할 수 있다. 또한, 도 14의 (a)에 도시된 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 경사면(51a)에 의해, 홈(50)의 외주측 단부면(51)으로부터 비산하는 윤활유에는, 오일 디스크(12)의 반경 방향 외측을 향하는 속도 성분이 가해진다. 따라서, 경사면(51a)의 경사 각도를 조정함으로써, 회전축(1)의 축 방향으로 비산하는 윤활유의 비산 거리를 조정할 수 있다.

도 14의 (c)에 도시된 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 홈(50)의 저면(56)으로부터 측면(52)을 향하여 외측으로 경사지는 경사면(51c)을 갖고 있다. 이 경사면(51c)은 저면(56)에 접속되어 있다. 도 14의 (d)에 도시된 홈(50)의 외주측 단부면(51)은 홈(50)의 저면(56)으로부터 측면(52)을 향하여 내측으로 경사지는 경사면(51d)을 갖고 있다. 이 경사면(51d)은 저면(56)에 접속되어 있다.

도 14의 (c)에 도시된 단면 형상은, 홈(50) 내의 윤활유의 이동 방향이 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 용이하게 변경 가능한 단면 형상이다. 이에 반해, 도 14의 (d)에 도시된 단면 형상은, 홈(50) 내의 윤활유의 회전축(1)의 축 방향으로의 방향 전환이 곤란한 단면 형상이다. 이와 같이, 홈(50) 내의 윤활유가 오일 디스크(12)의 반경 방향으로부터 회전축(1)의 축 방향으로 방향 전환하는 용이함을 제어함으로써, 윤활유를 비산시키는 타이밍 및 비산하는 양을 조정할 수 있다. 도 14의 (c) 및 도 14의 (d)에 도시된 단면 형상은, 베어링 장치 내에 배치된 다른 구성 요소에 의해, 윤활유의 비산 타이밍 및 비산량을 조정하고 싶을 때에, 유효한 단면 형상이다.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 홈(50)의 외주측 단부면(51)의 또 다른 변형예에 관한 단면 형상을 도시하는 도면이다. 도 15의 (a)는 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 오일 디스크(12)의 주위 방향으로 연장되는 홈(59)이 형성된 단면 형상을 도시한다. 도시한 예의 홈(59)은 2개 형성되어 있지만, 1개 또는 3개 이상의 홈(59)을 형성해도 된다. 홈(59)을 형성함으로써, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 유지되는 윤활유량을 조정할 수 있으므로, 베어링 유닛(9A)에 공급되는 윤활유량을 조정할 수 있다.

도 15의 (b)는 홈(50)의 외주측 단부면(51)이 반경 방향 외측으로 오목해진 곡면으로 구성되는 단면 형상을 도시한다. 외주측 단부면(51)을 곡면 형상으로 함으로써, 홈(50)의 외주측 단부면(51)에 유지되는 윤활유량을 조정할 수 있으므로, 베어링 유닛(9A)에 공급되는 윤활유량을 조정할 수 있다.

도 14의 (a) 내지 도 14의 (d)에 도시된 단면 형상, 및 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 도시된 단면 형상을, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 도시한 주위벽(60)의 내주면(61)에 적용해도 된다. 또한, 도 14의 (a) 내지 도 14의 (d)에 도시된 단면 형상 및 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 도시된 단면 형상을, 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)에 도시한 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)에 적용해도 된다.

지금까지 설명한 실시 형태에 따르면, 종래의 오일 링이나 오일 디스크에서는 급유가 곤란하였던 고주속 조건이라도, 홈(50), 주위벽(60) 또는 관통 구멍(70)을 오일 디스크(12)에 형성하는 등의 간이한 구성으로, 베어링 장치 내의 베어링 유닛(9A)에 안정적으로 윤활유를 공급하는 것이 가능해진다. 따라서, 강제 급유 장치를 사용하지 않아도 베어링 장치의 적용 범위가 넓어지므로, 펌프의 설치 면적이 축소됨과 함께, 비용 절감이 도모되어, 보다 높은 상품 경쟁력을 가진 펌프를 제공하는 것이 가능해진다.

이상 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다. 언급할 것까지도 없지만, 회전축(1)의 회전 속도 등의 회전 기계의 운전 조건 및 윤활유 점도 등의 물성값에 따라서, 오일 디스크(12)에 형성된 홈(50)의 외주측 단부면(51), 주위벽(60)의 내주면(61) 또는 관통 구멍(70)의 외주측 표면(71)의 형상 및 크기 등을 적절히 설계함으로써, 다양한 타입의 회전 기계에 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명은 회전축이 대직경화되거나, 또는 회전 속도가 고속화되어도, 적절하게 윤활유를 베어링에 공급할 수 있는 베어링 장치에 이용 가능하다. 또한, 본 발명은 이와 같은 베어링 장치를 구비한 펌프에 이용 가능하다.

1 : 회전축
2 : 임펠러
3 : 흡입구
4 : 토출구
5 : 펌프 케이싱
6 : 가이드 베인
7 : 밸런스 장치
8 : 축봉 장치(메커니컬 시일)
9 : 베어링 장치
9A : 스러스트 베어링 유닛
9B : 레이디얼 베어링 유닛
10 : 윤활유 저류조
10A : 자유 표면(윤활유면)
11, 12, 101 : 오일 디스크
14 : 레이디얼 홈
15 : 가이드 케이싱
16 : 윤활유 도입 홈
17 : 윤활유 통로
20 : 오일 링
21 : 오일 펌프
22 : 오일 탱크
23 : 오일 냉각기
24 : 필터
25 : 감시 계기
26 : 강제 급유 장치
27 : 냉각 재킷
50 : 홈
51 : 외주측 단부면
51a, 51b, 51c, 51d : 경사면
52 : 측면
55 : 홈이 형성되지 않는 부분
56 : 저면
57 : 대직경부
58 : 소직경부
59 : 홈
60 : 주위벽
61 : 내주면
70 : 관통 구멍
71 : 외주측 표면
72 : 코너부
80 : 오목부
81 : 돌출부
100 : 횡축 펌프(회전 기계)
200 : 전동기

Claims

회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과,
상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와,
상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고,
상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 측면을 갖고, 당해 측면에는 홈이 형성되어 있고,
상기 홈의 외주측 단부면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고,
상기 외주측 단부면은, 상기 홈 내의 상기 윤활유의 이동 방향을, 상기 오일 디스크의 반경 방향으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성하고,
상기 외주측 단부면은, 상기 오일 디스크의 상기 측면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 홈은, 상기 오일 디스크의 축심의 주위에 배열되는 복수의 홈인 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외주측 단부면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외주측 단부면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과,
상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와,
상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고,
상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 측면을 갖고, 당해 측면에는, 상기 베어링 유닛을 향하여 돌출되는 주위벽이 상기 회전축의 주위에 형성되고,
상기 주위벽의 내주면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고,
상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 오일 디스크의 상기 측면 상의 상기 윤활유의 이동 방향을, 상기 오일 디스크의 반경 방향으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 변화시키는 가이드면을 구성하는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제5항에 있어서,
상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 주위벽의 상기 내주면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
회전축의 하중을 받는 베어링 유닛과,
상기 베어링 유닛의 하방에 배치되는 윤활유 저류조와,
상기 회전축에 고정되어 당해 회전축과 일체로 회전함으로써, 상기 윤활유 저류조에 저류되는 윤활유를 끌어올리는 오일 디스크를 구비하고,
상기 오일 디스크는, 상기 베어링 유닛을 향한 제1 측면과, 당해 제1 측면과 반대측에 위치하는 제2 측면과, 상기 제1 측면으로부터 상기 제2 측면까지 연장되는 복수의 관통 구멍을 갖고,
상기 관통 구멍의 외주측 표면은, 상기 회전축의 축 방향과 평행으로 연장되어 있고,
상기 관통 구멍의 상기 외주측 표면은, 상기 오일 디스크의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제8항에 있어서,
상기 외주측 표면은, 상기 오일 디스크의 중심으로부터의 거리가 상이한 대직경부와 소직경부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 외주측 표면은, 상기 회전축의 축 방향에 대하여 비스듬히 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전축의 하중을 받는 제2 베어링 유닛을 더 구비하고,
상기 제2 측면은 상기 제2 베어링 유닛을 향하고 있는 것을 특징으로 하는, 베어링 장치.
회전축과,
상기 회전축에 고정된 임펠러와,
회전축을 회전 가능하게 지지하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 베어링 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 펌프.