(57)【要約】【課題】水和したＳｉＯ２からなる潤滑膜の形成を促進させ、回転側摺動部材と固定側摺動部材の摺動面の低摩擦を実現することができるシステムを提供する。【解決手段】ケイ酸含有溶液供給システムは、少なくとも一方がケイ素系セラミックスから構成された回転側摺動部材１および固定側摺動部材２と、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに近接して配置された供給ノズル１２と、ケイ酸含有溶液を内部に保持するためのタンク１９と、タンク１９と供給ノズル１２とを連通させる流体ライン２０と、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置２２と、流体ライン２０に取り付けられた流動制御部２５と、摩擦指標値がしきい値よりも大きいときに流動制御部２５を操作してタンク１９内のケイ酸含有溶液を流体ライン２０を通じて供給ノズル１２まで移送させる動作制御部２７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方がケイ素系セラミックスから構成された回転側摺動部材および固定側摺動部材と、
前記回転側摺動部材および前記固定側摺動部材の摺動面に近接して配置された供給ノズルと、
ケイ酸含有溶液を内部に保持するためのタンクと、
前記タンクと前記供給ノズルとを連通させる流体ラインと、
前記摺動面の摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置と、
前記流体ラインに取り付けられた流動制御部と、
前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときに前記流動制御部を操作して前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させる動作制御部とを備えたことを特徴とするケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項２】
前記供給ノズルは、前記摺動面を向いていることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項３】
前記供給ノズルの先端は、前記固定側摺動部材内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項４】
前記摩擦監視装置は、前記回転側摺動部材を回転させるための電動機に供給されるモータ電流を測定するモータ電流計であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項５】
前記摩擦監視装置は、前記回転側摺動部材を回転させる回転軸に連結されたトルクメータであることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項６】
前記摩擦監視装置は、前記固定側摺動部材の振動の振幅を測定する振動計であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項７】
前記摩擦監視装置は、前記摺動面に接触した水の温度を測定する温度測定器であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項８】
前記摩擦監視装置は、前記固定側摺動部材の温度を測定する温度測定器であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項９】
前記しきい値は、第１しきい値と、該第１しきい値よりも大きい第２しきい値とを含み、
前記動作制御部は、前記摩擦指標値が前記第１しきい値よりも大きく、かつ前記第２しきい値よりも小さいときに前記流動制御部を第１の時間だけ作動させて前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させ、前記摩擦指標値が前記第２しきい値よりも大きいときに前記流動制御部を第２の時間だけ作動させて前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させるように構成されており、
前記第２の時間は前記第１の時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のケイ酸含有溶液供給システム。
【請求項１０】
少なくとも一方がケイ素系セラミックスから構成された回転側摺動部材および固定側摺動部材を水の存在下で互いに摺動させ、
前記回転側摺動部材および前記固定側摺動部材の摺動面の摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成し、
前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときにケイ酸含有溶液を前記摺動面に供給することを特徴とするケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１１】
前記摩擦指標値は、前記回転側摺動部材を回転させるための電動機に供給されるモータ電流の測定値であることを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１２】
前記摩擦指標値は、前記回転側摺動部材を回転させる回転軸のトルクの測定値であることを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１３】
前記摩擦指標値は、前記固定側摺動部材の振動の振幅の測定値であることを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１４】
前記摩擦指標値は、前記摺動面に接触した水の温度の測定値であることを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１５】
前記摩擦指標値は、前記固定側摺動部材の温度の測定値であることを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１６】
前記しきい値は、第１しきい値と、該第１しきい値よりも大きい第２しきい値とを含み、
前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときにケイ酸含有溶液を前記摺動面に供給する工程は、前記摩擦指標値が前記第１しきい値よりも大きく、かつ第２しきい値よりも小さいときに前記ケイ酸含有溶液を前記摺動面に第１の時間だけ供給し、前記摩擦指標値が前記第２しきい値よりも大きいときに前記ケイ酸含有溶液を前記摺動面に第２の時間だけ供給する工程であり、
前記第２の時間は前記第１の時間よりも長いことを特徴とする請求項１０に記載のケイ酸含有溶液供給方法。
【請求項１７】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のケイ酸含有溶液供給システムによって形成された潤滑膜を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項１８】
請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載のケイ酸含有溶液供給方法によって形成された潤滑膜を有することを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり軸受やメカニカルシールなどの水の存在下で使用される回転側摺動部材および固定側摺動部材の摺動面にケイ酸含有溶液を供給するシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水の存在下で使用されるすべり軸受およびメカニカルシールは、水を移送するポンプなどの回転機械にしばしば使用される。すべり軸受およびメカニカルシールは、互いに接触する回転側摺動部材と固定側摺動部材とを備える。回転側摺動部材は回転軸に固定され、回転軸と一体に回転する。一方、固定側摺動部材は、ケーシングなどの固定部材に固定されており、回転しない。回転側摺動部材および固定側摺動部材のいずれか一つまたは両方は、通常、耐熱性および耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのケイ素系セラミックスから構成されている。
【０００３】
水の存在下で回転側摺動部材が固定側摺動部材に摺動すると、ケイ素系セラミックスが水と反応し、水和したＳｉＯ２、すなわちヒドロキシシランが生成される。この水和したＳｉＯ２が蓄積されると、さらに水を吸蔵してゲル状の潤滑膜を形成し、これによって回転側摺動部材および固定側摺動部材の摺動面の摩擦が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４１４８３号公報
【特許文献２】特開昭６２−１７１５２３号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、摺動面の全体が上述した潤滑膜で覆われるには長い時間がかかる。特に、回転機械の運転開始時や、異物によって潤滑膜の一部が除去されたとき、回転側摺動部材および固定側摺動部材の摺動面の摩擦が大きい状態で回転機械が運転されることになり、大きな振動が発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、水和したＳｉＯ２からなる潤滑膜の形成を促進させ、回転側摺動部材と固定側摺動部材の摺動面の低摩擦を長期にわたって維持することができるシステムおよび方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、少なくとも一方がケイ素系セラミックスから構成された回転側摺動部材および固定側摺動部材と、前記回転側摺動部材および前記固定側摺動部材の摺動面に近接して配置された供給ノズルと、ケイ酸含有溶液を内部に保持するためのタンクと、前記タンクと前記供給ノズルとを連通させる流体ラインと、前記摺動面の摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置と、前記流体ラインに取り付けられた流動制御部と、前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときに前記流動制御部を操作して前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させる動作制御部とを備えたことを特徴とするケイ酸含有溶液供給システムである。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記供給ノズルは、前記摺動面を向いていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記供給ノズルの先端は、前記固定側摺動部材内に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦監視装置は、前記回転側摺動部材を回転させるための電動機に供給されるモータ電流を測定するモータ電流計であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦監視装置は、前記回転側摺動部材を回転させる回転軸に連結されたトルクメータであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦監視装置は、前記固定側摺動部材の振動の振幅を測定する振動計であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦監視装置は、前記摺動面に接触した水の温度を測定する温度測定器であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦監視装置は、前記固定側摺動部材の温度を測定する温度測定器であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記しきい値は、第１しきい値と、該第１しきい値よりも大きい第２しきい値とを含み、前記動作制御部は、前記摩擦指標値が前記第１しきい値よりも大きく、かつ前記第２しきい値よりも小さいときに前記流動制御部を第１の時間だけ作動させて前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させ、前記摩擦指標値が前記第２しきい値よりも大きいときに前記流動制御部を第２の時間だけ作動させて前記タンク内の前記ケイ酸含有溶液を前記流体ラインを通じて前記供給ノズルまで移送させるように構成されており、前記第２の時間は前記第１の時間よりも長いことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、少なくとも一方がケイ素系セラミックスから構成された回転側摺動部材および固定側摺動部材を水の存在下で互いに摺動させ、前記回転側摺動部材および前記固定側摺動部材の摺動面の摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成し、前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときにケイ酸含有溶液を前記摺動面に供給することを特徴とするケイ酸含有溶液供給方法である。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記摩擦指標値は、前記回転側摺動部材を回転させるための電動機に供給されるモータ電流の測定値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦指標値は、前記回転側摺動部材を回転させる回転軸のトルクの測定値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦指標値は、前記固定側摺動部材の振動の振幅の測定値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦指標値は、前記摺動面に接触した水の温度の測定値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摩擦指標値は、前記固定側摺動部材の温度の測定値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記しきい値は、第１しきい値と、該第１しきい値よりも大きい第２しきい値とを含み、前記摩擦指標値がしきい値よりも大きいときにケイ酸含有溶液を前記摺動面に供給する工程は、前記摩擦指標値が前記第１しきい値よりも大きく、かつ第２しきい値よりも小さいときに前記ケイ酸含有溶液を前記摺動面に第１の時間だけ供給し、前記摩擦指標値が前記第２しきい値よりも大きいときに前記ケイ酸含有溶液を前記摺動面に第２の時間だけ供給する工程であり、前記第２の時間は前記第１の時間よりも長いことを特徴とする。
本発明の一態様は、上記システムまたは方法によって形成された潤滑膜を有することを特徴とする摺動部材である。
【発明の効果】
【００１１】
水の存在下で回転側摺動部材が固定側摺動部材に摺動すると、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのケイ素系セラミックスが水と反応し、水和したＳｉＯ２、すなわちヒドロキシシランが生成される。ケイ酸含有溶液を摺動面に供給すると、水和したＳｉＯ２の蓄積が摺動に依ることなく化学物質の直接的な供給により促進されることになり、結果として回転側摺動部材と固定側摺動部材の摺動面の全体は、潤滑膜で速やかに覆われ、摺動面の低摩擦化を速やかに実現することができる。特に、摺動面の摩擦を示す摩擦指標値に基づいてケイ酸含有溶液が摺動面に適切に供給されるので、ケイ酸含有溶液の使用量を最小とすることができる。また、潤滑油に比べて、ケイ酸含有溶液は通常の水中にも存在するものであって環境への影響が少ないので、本発明のシステムおよび方法は、環境汚染を最小にしつつ回転側摺動部材と固定側摺動部材との摩擦を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ケイ酸含有溶液供給システムの一実施形態を示す図である。
【図２】ケイ酸含有溶液供給システムの動作を説明するフローチャートである。
【図３】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図４】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図５】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図６】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図７】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図８】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図９】ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。
【図１０】上述したケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれた立軸ポンプを示す模式図である。
【図１１】上述したケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれたメカニカルシール示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、ケイ酸含有溶液供給システムの一実施形態を示す図である。図１に示すように、ケイ酸含有溶液供給システムは、互いに接触する回転側摺動部材１および固定側摺動部材２を備えている。回転側摺動部材１および固定側摺動部材２はいずれも環状である。固定側摺動部材２は炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのケイ素系セラミックスから構成され、回転側摺動部材１は金属から構成されている。一実施形態では、回転側摺動部材１がケイ素系セラミックスから構成されてもよいし、あるいは回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の両方がケイ素系セラミックスから構成されてもよい。
【００１４】
回転側摺動部材１は回転軸５に固定されており、回転軸５とともに回転可能となっている。固定側摺動部材２は、支持部材７に固定されており、回転不可となっている。本実施形態では、回転側摺動部材１の摺動面１ａは回転側摺動部材１の外周面から構成され、固定側摺動部材２の摺動面２ａは固定側摺動部材２の内周面から構成されている。回転側摺動部材１の摺動面１ａは固定側摺動部材２の摺動面２ａに接触している。回転軸５は、電動機１０に連結されている。電動機１０が作動すると、回転側摺動部材１は回転軸５とともに回転し、回転側摺動部材１は固定側摺動部材２に滑り接触する。回転側摺動部材１および固定側摺動部材２は、ポンプなどの回転機械の滑り軸受またはメカニカルシールに使用され、水の存在下で運転される。したがって、摺動面１ａ，２ａが水に接触した状態で、回転側摺動部材１は固定側摺動部材２に摺動する。
【００１５】
ケイ酸含有溶液供給システムは、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａにケイ酸含有溶液を供給する供給ノズル１２と、ケイ酸含有溶液を内部に保持するためのタンク１６と、タンク１６と供給ノズル１２とを連通させる流体ライン２０と、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置としてのモータ電流計２２と、流体ライン２０に取り付けられた流動制御部としてのアクチュエータ作動式弁２５と、摩擦指標値がしきい値よりも大きいときにアクチュエータ作動式弁２５を操作してタンク１６内のケイ酸含有溶液を流体ライン２０を通じて供給ノズル１２まで移送させる動作制御部２７とをさらに備えている。アクチュエータ作動式弁２５の具体例としては、電動弁、電磁弁、エアシリンダ作動型弁が挙げられる。
【００１６】
供給ノズル１２は、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに近接しており、摺動面１ａ，２ａを向いて配置されている。流体ライン２０の一端は供給ノズル１２に接続され、流体ライン２０の他端はタンク１６に接続されている。流体ライン２０は、タンク１６から供給ノズル１２まで延びている。複数の供給ノズル１２が設けられてもよい。例えば、複数の供給ノズル１２が流体ライン２０に接続され、摺動面１ａ，２ａを向いて配置されてもよい。供給ノズル１２は、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａの上方に位置しているが、一実施形態では回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａの下方に位置してもよい。
【００１７】
本実施形態では、タンク１６は、供給ノズル１２よりも高い位置に配置されている。アクチュエータ作動式弁２５が動作制御部２７によって開かれると、タンク１６内のケイ酸含有溶液は自重により流体ライン２０を流下して供給ノズル１２に到達する。アクチュエータ作動式弁２５が閉じられているとき、ケイ酸含有溶液は供給ノズル１２には供給されない。アクチュエータ作動式弁２５は動作制御部２７に接続されており、アクチュエータ作動式弁２５の動作は動作制御部２７によって制御される。動作制御部２７は、記憶装置およびプロセッサを備えた専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成することができる。
【００１８】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのケイ素系セラミックスからなる固定側摺動部材２の摺動面２ａは、水との反応により生成された水和したＳｉＯ２からなる潤滑膜で覆われている。潤滑膜が十分に形成されていないとき、摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きくなる。モータ電流計２２は、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置である。本実施形態では、摩擦指標値は、回転軸５および回転側摺動部材１を回転させる電動機１０に供給されるモータ電流の測定値である。電動機１０はモータドライバ２８に接続されており、モータ電流を測定するためのモータ電流計２２は、電動機１０とモータドライバ２８とを接続する電力線２９に取り付けられている。モータ電流計２２はモータドライバ２８に内蔵されていてもよい。
【００１９】
摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きいとき、回転側摺動部材１に連結された回転軸５を設定速度で回転させるために必要なモータ電流が上昇する。モータ電流はモータ電流計２２によって測定される。モータ電流計２２は動作制御部２７に電気的に接続されており、動作制御部２７はモータ電流の測定値をモータ電流計２２から所定の周期で取り込むようになっている。動作制御部２７は、その内部にしきい値を予め格納している。動作制御部２７は、モータ電流の測定値をしきい値と比較し、モータ電流の測定値がしきい値よりも大きいときに、アクチュエータ作動式弁２５を開く。タンク１６に貯留されているケイ酸含有溶液は、流体ライン２０を通って供給ノズル１２に供給され、さらに供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに供給される。
【００２０】
水の存在下で回転側摺動部材１が固定側摺動部材２に摺動すると、ケイ素系セラミックスが水と反応し、水和したＳｉＯ２、すなわちヒドロキシシランが生成される。ここでケイ酸含有溶液を摺動面１ａ，２ａに供給すると、水和したＳｉＯ２の蓄積が摺動に依ることなく化学物質の直接的な供給により促進されることになる。結果として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる固定側摺動部材２の摺動面２ａの全体は、潤滑膜で速やかに覆われ、摺動面１ａ，２ａの低摩擦化を速やかに実現することができる。特に、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値としてのモータ電流の測定値に基づいてケイ酸含有溶液が摺動面１ａ，２ａに適切に供給されるので、ケイ酸含有溶液の使用量を最小とすることができる。また、潤滑油に比べて、ケイ酸含有溶液は環境への影響が少ないので、本実施形態のシステムおよび方法は、環境汚染を最小にしつつ回転側摺動部材１と固定側摺動部材２との摩擦を低減させることができる。ケイ酸含有溶液は、例えばケイ酸ナトリウムを水に溶解させることにより作成することができる。あるいは、コロイド状シリカを所定濃度に希釈して用いてもよい。また、ケイ酸濃度は、飽和濃度に近い方が潤滑膜の形成が早くなるので好ましい。濃度が高すぎても均一なゲル層が形成できないので、飽和濃度を超えすぎるのも好ましくない。例えば、ケイ酸濃度は溶液中のＳｉＯ２の濃度換算で２００ｍｇ／Ｌ程度としてもよい。
【００２１】
図２は、ケイ酸含有溶液供給システムの動作を説明するフローチャートである。ステップ１では、アクチュエータ作動式弁２５が閉じられた状態で、回転軸５および回転側摺動部材１が電動機１０によって回転される。回転側摺動部材１は水の存在下で固定側摺動部材２に摺動する。ステップ２では、動作制御部２７は、モータ電流の測定値をモータ電流計２２から所定の周期で取り込む。ステップ３では、動作制御部２７は、モータ電流の測定値がしきい値よりも大きいか否かを決定する。モータ電流の測定値がしきい値よりも小さいとき、動作制御部２７は、ステップ２およびステップ３を再度実行する。すなわち、モータ電流の測定値がしきい値よりも小さい限り、動作制御部２７は、ステップ２およびステップ３を上記所定の周期で繰り返す。
【００２２】
ステップ４では、モータ電流の測定値がしきい値よりも大きいとき、動作制御部２７は、アクチュエータ作動式弁２５を予め設定された時間だけ開く。ケイ酸含有溶液は、上記予め設定された時間だけ供給ノズル１２から摺動面１ａ，２ａに供給される。上記予め設定された時間の経過後、動作制御部２７は、アクチュエータ作動式弁２５を閉じる。ステップ５では、動作制御部２７は、上記ステップ２の周期よりも短い周期でモータ電流の測定値を取り込む。このようにモータ電流の測定値を取り込む周期を短くすることにより、潤滑膜の形成を短い間隔で監視することができる。このステップ５は省略してもよい。
【００２３】
一実施形態では、複数のしきい値が設けられてもよい。例えば、動作制御部２７は、第１しきい値と、該第１しきい値よりも大きい第２しきい値を内部に予め格納してもよい。この場合、動作制御部２７は、モータ電流の測定値（すなわち摩擦指標値）を第１しきい値および第２しきい値と比較する。モータ電流が第１しきい値よりも大きく、かつ第２しきい値よりも小さいときは、動作制御部２７は、アクチュエータ作動式弁２５を第１の時間だけ開いてケイ酸含有溶液をタンク１６から流体ライン２０を通じて供給ノズル１２まで移送させる。モータ電流の測定値が第２しきい値よりも大きいときは、動作制御部２７は、アクチュエータ作動式弁２５を第２の時間だけ開いてケイ酸含有溶液をタンク１６から流体ライン２０を通じて供給ノズル１２まで移送させる。
【００２４】
第１の時間および第２の時間は予め設定された時間であり、第２の時間は第１の時間よりも長い。よって、モータ電流の測定値が第２しきい値よりも大きいときは、より多くのケイ酸含有溶液が供給ノズル１２から摺動面１ａ，２ａに供給される。摩擦指標値であるモータ電流の測定値が大きいということは、摺動面２ａ上に潤滑膜が十分に形成されていないことを示している。第１しきい値および第２しきい値（第１しきい値＜第２しきい値）を記憶した動作制御部２７は、潤滑膜の形成の程度に対応した適正量のケイ酸含有溶液が摺動面１ａ，２ａに供給されることを可能とする。動作制御部２７は、３つまたはそれよりも多いしきい値を予め格納してもよい。この場合も、異なるしきい値に対応した異なる時間でケイ酸含有溶液が摺動面１ａ，２ａに供給される。
【００２５】
図３は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、流動制御部として、アクチュエータ作動式弁２５に加えて液体ポンプ３１が設けられている。液体ポンプ３１は流体ライン２０に取り付けられている。液体ポンプ３１は動作制御部２７に電気的に接続されており、液体ポンプ３１の動作は動作制御部２７によって制御される。
【００２６】
モータ電流の測定値がしきい値よりも大きいとき、動作制御部２７は、アクチュエータ作動式弁２５を開くとともに、予め設定された時間だけ液体ポンプ３１を作動させることで、ケイ酸含有溶液をタンク１６から流体ライン２０を通じて供給ノズル１２に移送することができる。本実施形態によれば、タンク１６は供給ノズル１２よりも低い位置に設置されてもよい。この場合、アクチュエータ作動式弁２５は省略してもよい。
【００２７】
図４は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、供給ノズル１２の先端は固定側摺動部材２内に配置されている。供給ノズル１２は、固定側摺動部材２の摺動面２ａで開口しており、ケイ酸含有溶液は供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに直接供給される。図３に示す実施形態は、図４に示す実施形態にも適用することが可能である。
【００２８】
図５は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、供給ノズル１２は支持部材７に設けられた穴に挿入されており、供給ノズル１２の先端は回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａの近傍に位置している。本実施形態によれば、摺動面１ａ，２ａに極めて近い位置からケイ酸含有溶液が摺動面１ａ，２ａに供給される。
【００２９】
図６は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、摩擦監視装置はトルクメータ３５から構成されている。トルクメータ３５は、回転軸５に連結されている。トルクメータ３５は、回転軸５を回転させるトルクを測定し、トルクの測定値を生成するように構成されている。トルクメータ３５は、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置である。本実施形態では、摩擦指標値は、トルクの測定値である。
【００３０】
摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きいとき、回転側摺動部材１に連結された回転軸５を設定速度で回転させるために必要なトルクが大きくなる。トルクはトルクメータ３５によって測定される。トルクメータ３５は動作制御部２７に電気的に接続されており、動作制御部２７はトルクの測定値をトルクメータ３５から所定の周期で取り込むようになっている。動作制御部２７は、その内部にしきい値を予め格納している。動作制御部２７は、トルクの測定値をしきい値と比較し、トルクの測定値がしきい値よりも大きいときに、アクチュエータ作動式弁２５を開く。タンク１６に貯留されているケイ酸含有溶液は、流体ライン２０を通って供給ノズル１２に供給され、さらに供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに供給される。図３および図４に示す実施形態は、図６に示す実施形態にも適用することが可能である。
【００３１】
図７は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、摩擦監視装置は振動計３８から構成されている。振動計３８は、固定側摺動部材２に取り付けられている。振動計３８は、支持部材７を介して固定側摺動部材２に間接的に取り付けられてもよい。振動計３８は、固定側摺動部材２の振動の大きさ、すなわち振動の振幅を測定し、振動の振幅の測定値を生成するように構成されている。振動計３８は、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置である。本実施形態では、摩擦指標値は、振動の振幅の測定値である。
【００３２】
摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きいとき、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の振動が大きくなる。振動の振幅は振動計３８によって測定される。振動計３８は動作制御部２７に電気的に接続されており、動作制御部２７は振動の振幅の測定値を振動計３８から所定の周期で取り込むようになっている。動作制御部２７は、その内部にしきい値を予め格納している。動作制御部２７は、振動の振幅の測定値をしきい値と比較し、振動の振幅の測定値がしきい値よりも大きいときに、アクチュエータ作動式弁２５を開く。タンク１６に貯留されているケイ酸含有溶液は、流体ライン２０を通って供給ノズル１２に供給され、さらに供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに供給される。図３および図４に示す実施形態は、図７に示す実施形態にも適用することが可能である。
【００３３】
図８は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、摩擦監視装置は温度測定器４２から構成されている。温度測定器４２は、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに近接して配置されている。温度測定器４２は、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに接触した水の温度を測定し、水の温度の測定値を生成するように構成されている。温度測定器４２は、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置である。本実施形態では、摩擦指標値は、水の温度の測定値である。
【００３４】
摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きいとき、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａの温度が上昇し、結果として摺動面１ａ，２ａに接触した水の温度が上昇する。水の温度は温度測定器４２によって測定される。温度測定器４２は動作制御部２７に電気的に接続されており、動作制御部２７は水の温度の測定値を温度測定器４２から所定の周期で取り込むようになっている。動作制御部２７は、その内部にしきい値を予め格納している。動作制御部２７は、水の温度の測定値をしきい値と比較し、水の温度の測定値がしきい値よりも大きいときに、アクチュエータ作動式弁２５を開く。タンク１６に貯留されているケイ酸含有溶液は、流体ライン２０を通って供給ノズル１２に供給され、さらに供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに供給される。図３および図４に示す実施形態は、図８に示す実施形態にも適用することが可能である。
【００３５】
図９は、ケイ酸含有溶液供給システムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、摩擦監視装置は温度測定器４４から構成されている。温度測定器４４は、固定側摺動部材２に取り付けられている。温度測定器４４は、固定側摺動部材２の温度を測定し、固定側摺動部材２の温度の測定値を生成するように構成されている。温度測定器４４は、固定側摺動部材２の摺動面２ａの温度を測定できる位置に配置されることが好ましい。温度測定器４４は、摺動面１ａ，２ａの摩擦に応じて変化する摩擦指標値を生成する摩擦監視装置である。本実施形態では、摩擦指標値は、固定側摺動部材２の温度の測定値である。
【００３６】
摺動面１ａ，２ａの摩擦が大きいとき、固定側摺動部材２の温度が上昇する。固定側摺動部材２の温度は温度測定器４４によって測定される。温度測定器４４は動作制御部２７に電気的に接続されており、動作制御部２７は固定側摺動部材２の温度の測定値を温度測定器４４から所定の周期で取り込むようになっている。動作制御部２７は、その内部にしきい値を予め格納している。動作制御部２７は、固定側摺動部材２の温度の測定値をしきい値と比較し、固定側摺動部材２の温度の測定値がしきい値よりも大きいときに、アクチュエータ作動式弁２５を開く。タンク１６に貯留されているケイ酸含有溶液は、流体ライン２０を通って供給ノズル１２に供給され、さらに供給ノズル１２から回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の摺動面１ａ，２ａに供給される。図３および図４に示す実施形態は、図９に示す実施形態にも適用することが可能である。
【００３７】
図１０は、上述したケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれた立軸ポンプを示す模式図である。立軸ポンプは、海水や河川水などの水を吸込水槽１００から汲み上げるためのポンプである。図１０に示す立軸ポンプは、図１乃至図９に示す実施形態のうちのいずれかに係るケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれたポンプの一例である。図１０では、動作制御部２７および摩擦監視装置の図示は省略されている。
【００３８】
図１０に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１０１ａおよび吐出ボウル１０１ｂを有するインペラケーシング１０１と、インペラケーシング１０１を吸込水槽１００内に吊り下げる揚水管１０３と、揚水管１０３の上端に接続された吐出エルボ管１０４と、インペラケーシング１０１内に収容された羽根車１１０と、羽根車１１０が固定された回転軸５とを備えている。吐出エルボ管１０４には吐出配管１２０が接続されている。
【００３９】
ポンプ据付床１２２は、吸込水槽１００の上部を覆っている。揚水管１０３は、ポンプ据付床１２２に形成された挿通口１２４を通して下方に延び、揚水管１０３の上端に設けられた据付用ベース１２３を介してポンプ据付床１２２に固定される。回転軸５は、吐出エルボ管１０４、揚水管１０３、およびインペラケーシング１０１内を鉛直方向に延びている。ポンプケーシング１０２は、インペラケーシング１０１、揚水管１０３、および吐出エルボ管１０４により構成される。
【００４０】
吸込ベルマウス１０１ａは下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１０１ａの上端は吐出ボウル１０１ｂの下端に接続されている。羽根車１１０は回転軸５の下端に固定されており、羽根車１１０と回転軸５とは一体的に回転する。この羽根車１１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１１４が配置されている。これらのガイドベーン１１４は吐出ボウル１０１ｂの内周面に固定されている。
【００４１】
回転軸５は吐出エルボ管１０４を貫通して上方に延び、電動機１０に連結されている。電動機１０は、ポンプ据付床１２２に固定された架台１１９上に固定されている。立軸ポンプの運転時には、羽根車１１０は、吸込水槽１００内の液面より下に位置している。
【００４２】
回転軸５は、外軸受１１１、水中軸受１１２、および滑り軸受１１５により回転可能に支持されている。外軸受１１１はボールベアリングなどの転がり軸受である。外軸受１１１は吐出エルボ管１０４の上方に配置されている。水中軸受１１２は吐出ボウル１０１ｂ内に配置されている。
【００４３】
滑り軸受１１５は、揚水管１０３内に配置されている。滑り軸受１１５は、回転軸５に固定された回転側摺動部材１と、複数の支持部材１０７に支持された固定側摺動部材２とを備えている。これら支持部材１０７は揚水管１０３の内面に固定されている。回転側摺動部材１と回転軸５は一体に回転する。供給ノズル１２は、立軸ポンプの運転時の水の流れ方向において、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の上流側に配置されている。本実施形態では、供給ノズル１２は、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の下方に配置されている。
【００４４】
電動機１０を運転することにより回転軸５を介して羽根車１１０を回転させると、吸込水槽１００内の水が吸込ベルマウス１０１ａから吸い込まれ、吐出ボウル１０１ｂ、揚水管１０３、吐出エルボ管１０４、および吐出配管１２０を通って移送される。
【００４５】
図１１は、上述したケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれたメカニカルシール示す断面図である。メカニカルシールは、回転側と固定側との間の隙間からの水の漏洩を防止するための装置である。図１１に示すメカニカルシールは、図１乃至図９に示す実施形態のうちのいずれかに係るケイ酸含有溶液供給システムが組み込まれたメカニカルシールの一例である。図１１では、動作制御部２７および摩擦監視装置の図示は省略されている。
【００４６】
図１１に示すように、メカニカルシールは、スタッフィングボックス２０１に支持された固定側摺動部材２と、回転軸５とともに回転可能な回転側摺動部材１と、固定側摺動部材２を回転側摺動部材１に押し付けるばね２０２とを有している。回転軸５の外周面には軸スリーブ２０５が固定されており、軸スリーブ２０５の外周面にリングホルダ２０６が固定されている。回転側摺動部材１はリングホルダ２０６に固定されており、回転側摺動部材１およびリングホルダ２０６は、回転軸５と一体に回転するようになっている。回転軸５の回転に伴って回転側摺動部材１は固定側摺動部材２に摺動する。
【００４７】
軸スリーブ２０５とスタッフィングボックス２０１の内面との間にはシール室２１０が形成されている。固定側摺動部材２および回転側摺動部材１は、シール室２１０に面している。図１１の矢印で示すように、水は回転軸５に沿ってメカニカルシールに向かって流れ、シール室２１０内に流入する。固定側摺動部材２は、ばね２０２によって回転側摺動部材１に押し付けられているので、固定側摺動部材２と回転側摺動部材１との間には極めて微小な隙間のみが存在する。よって、メカニカルシールに到達した水の漏洩はメカニカルシールによって実質的に防止される。供給ノズル１２は、水の流れ方向において、回転側摺動部材１および固定側摺動部材２の上流側に配置されている。本実施形態では、供給ノズル１２は、シール室２１０内に配置されている。
【００４８】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１      回転側摺動部材
１ａ    摺動面
２      固定側摺動部材
２ａ    摺動面
５      回転軸
７      支持部材
１０      電動機
１２      供給ノズル
１６      タンク
２０      流体ライン
２２      モータ電流計（摩擦監視装置）
２５      アクチュエータ作動式弁（流動制御部）
２７      動作制御部
２８      モータドライバ
２９      電力線
３１      液体ポンプ（流動制御部）
３５      トルクメータ（摩擦監視装置）
３８      振動計（摩擦監視装置）
４２      温度測定器（摩擦監視装置）
４４      温度測定器（摩擦監視装置）
１００    吸込水槽
１０１    インペラケーシング
１０２    ポンプケーシング
１０３    揚水管
１０４    吐出エルボ管
１０７    支持部材
１１０    羽根車
１１１    外軸受
１１２    水中軸受
１１４    ガイドベーン
１１５    滑り軸受
１１９    架台
１２０    吐出配管
１２２    ポンプ据付床
１２３    据付用ベース
１２４    挿通口
２０１    スタッフィングボックス
２０２    ばね
２０５    軸スリーブ
２０６    リングホルダ
２１０    シール室
【図１】
2019190483.tif 000003
【図２】
2019190483.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019190483.tif 000006
【図５】
2019190483.tif 000007
【図６】
2019190483.tif 000008
【図７】
2019190483.tif 000009
【図８】
2019190483.tif 000010
【図９】
2019190483.tif 000011
【図１０】
2019190483.tif 000012
【図１１】
2019190483.tif 000013