(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込口及び吐出口を有するケーシングと、このケーシング内で軸回転する主軸に固定され前記吸込口から流体を導入して前記吐出口に圧送する羽根車と、前記主軸に固定されたバランスディスク、及び前記ケーシングに固定され前記バランスディスクと対向するバランスシートよりなり、前記主軸に作用する軸方向推力をこれら相互の対向面で形成された間隙を漏洩する流体によりバランスさせる推力バランス機構と、前記主軸に固定されたスラストカラー、及びこのスラストカラーを挟持して前記ケーシングに対し軸方向の微小移動が可能に配設されたスラスト軸受、並びにこのスラスト軸受を前記ケーシングに対し軸方向に付勢するバネ体よりなり、前記主軸のスラスト荷重を補助的に受け止めるスラスト軸受機構と、を備えた遠心ポンプにおいて、
前記スラスト軸受機構として、前記バネ体を収容し前記主軸の軸方向の微小移動に伴って内部容積が変位する空間と、この空間に連通し少なくとも前記主軸の軸方向に沿って微小間隙の通路を有する連通路と、を設け、前記空間及び前記連通路に液体が充填されていることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
前記バネ体が前記主軸に同軸状の金属製の皿バネであって、前記スラスト軸受には、前記主軸に同軸状で前記皿バネの一端と当接する円盤状ライナが固定され、前記ケーシングには、前記皿バネの他端と当接し前記円盤状ライナと対向する環状部材が固定されており、
前記円盤状ライナの外周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出する第１の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出する第２の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の外周近傍部には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出し、前記第１の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第３の筒状突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
【請求項３】
更に、前記円盤状ライナの内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出し、前記第２の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第４の筒状突出部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の遠心ポンプ。
【請求項４】
前記液体が前記スラスト軸受機構そのものに供給される潤滑油であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【請求項５】
複数の前記連通路を設け、複数の該連通路のうちの少なくとも一の連通路は、前記空間内に充填されている前記液体を専ら排出する排出口に通じていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
【請求項６】
前記主軸に対する放射方向の位置が互いに異なっている複数の連通路を設け、複数の該連通路のうち、前記放射方向で前記主軸から最も遠い連通路は、前記空間内に充填されている前記液体を専ら排出する排出口に通じていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推力バランス機構とスラスト軸受機構とを備え、流体を導入して外部に圧送する遠心ポンプに関し、特に、運転中に、主軸の軸方向に生じる不測の振動を効果的に低減し得る遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠心ポンプの運転時においては、羽根車の前後のシュラウドに作用する力に不釣り合いが生じ、羽根車に対して、吸込側に向けて、いわゆる羽根車推力が発生する。この羽根車推力は、羽根車が固定された主軸に、軸方向推力すなわちスラスト荷重として作用することから、これを補助的に受け止めるスラスト軸受機構には、スラスト荷重が大きくなるに従って過大な負荷が与えられ、その結果、スラスト軸受機構の機械損失が増大し、遠心ポンプの機械効率が予想外に低下してしまう。
【０００３】
そこで従来より、スラスト荷重を主体的に受け止めるとともにその低減を図る目的で、軸方向推力を自動的にバランスさせる推力バランス機構を備えた遠心ポンプがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、図９に示すように、遠心ポンプ１００は、羽根車１が複数段（図９では３段）連設された多段式のものであって、大きくは、外形を構成するケーシングと、このケーシング内で軸回転する主軸２と、この主軸２に固定され流体を導入して圧送する羽根車１と、推力バランス機構と、スラスト軸受機構とを備えている。ケーシングは、流体の吸込口３が設けられた吸込ケーシング４、流体の吐出口５が設けられた吐出ケーシング６、吸込ケーシング４と吐出ケーシング６との間で主軸２の軸方向に複数個連設された中間ケーシング７よりなり、これらは、複数の締付けボルト８及びナット９等によって一体に締結されている。複数段の羽根車１は、主軸２の中間部に固定されている。
【０００４】
吸込ケーシング４の前端（図９では左側）には、主軸２が軸回転可能に嵌通する前側スタッフィングボックス１０が固定され、吐出ケーシング６の後端（図９では右側）にも同様に、後側スタッフィングボックス１１が固定されている。また、前側スタッフィングボックス１０の前端外側には、主軸２の前側を支持するためのラジアル軸受１２を有する前側軸受箱１３が、吸込ケーシング４と一体的に配設されている。他方、後側スタッフィングボックス１１の後端外側には、主軸２の後側を支持するラジアル軸受１４を有する後側軸受箱１５が、吐出ケーシング６と一体的に配設されている。更に主軸２の前端には、これを回転駆動させる駆動機１６が連結されている。
【０００５】
また、後側軸受箱１５はスラスト軸受機構の一部を構成するものであって、その内部には、図９及び図１０に示すように、主軸２に挿嵌されてこれと同軸状に固定された円盤状のスラストカラー２０と、このスラストカラー２０を両面から挟持する一対のスラスト軸受２１と、スラストカラー２０とともに各スラスト軸受２１を保持しつつ、後側軸受箱１５に対し軸方向の微小移動が可能に配設されたキャリアリング２２と、キャリアリング２２の前端面（図９及び図１０では左側）に固定された円盤状ライナ２３と、この円盤状ライナ２３に一端が当接して、スラストカラー２０、各スラスト軸受２１、及びキャリアリング２２とともに円盤状ライナ２３を後側軸受箱１５に対し軸方向後方に向けて付勢するバネ体である皿バネ２４と、後側軸受箱１５に固定され皿バネ２４の他端と当接してこれを保持する環状部材２５と、が設けられている。これらにより、主軸２のスラスト荷重を補助的に受け止めるスラスト軸受機構が構成される。ここで、後側軸受箱１５内はスラスト軸受２１の潤滑剤としての潤滑油で満たされているが、この潤滑油は、給油ポンプ（不図示）に連結された給油口２６から適宜注入され、主排油口２７から排出される。
【０００６】
次に、推力バランス機構について説明する。図９及び図１１に示すように、吐出ケーシング６内において、最も吐出側すなわち後側（図９では右側）に位置する羽根車１と後側スタッフィングボックス１１との間には、主軸２に挿嵌されてこれと同軸状に固定された管状部３０ａ及びこの管状部３０ａの後端（図９及び図１１では右側）に形成されたディスク部３０ｂから構成されるバランスディスク３０と、吐出ケーシング６にそれぞれ固定されて、バランスディスク３０における管状部３０ａの外周面及びディスク部３０ｂの内面とそれぞれ対向する第１円筒部３１ａ及び第１フランジ部３１ｂよりなる第１バランスブッシュ３１、並びにバランスディスク３０のディスク部３０ｂの外周面と対向する第２円筒部３２ａ及びこの第２円筒部３２ａの後端に形成された第２フランジ部３２ｂよりなる第２バランスブッシュ３２、から構成されるバランスシート３３と、が設けられている。
【０００７】
ここで、主軸２に対するバランスディスク３０の固定は、羽根車１の後端面に対して、主軸２の外周面のリング溝３４内に嵌め込まれたスプリットリング３５で、バランスディスク３０におけるディスク部３０ｂの内周側の外面を押さえ込むとともに、そのスプリットリング３５を引っ掛けた固定リング３６をボルトでディスク部３０ｂに締結することによりなされる。他方、吐出ケーシング６に対するバランスシート３３の固定は、吐出ケーシング６に嵌め込まれた第１バランスブッシュ３１における第１フランジ部３１ｂの外周側の外面に、第２バランスブッシュ３２における第２円筒部３２ａの前端面を当接させて、これをボルトで吐出ケーシング６に締結することによりなされる。
【０００８】
このようなバランスディスク３０とバランスシート３３においては、管状部３０ａの外周面と第１円筒部３１ａの内周面との間隙ｔ１、ディスク部３０ｂの内面と第１フランジ部３１ｂの外面との間隙ｔ２、及び、ディスク部３０ｂの外周面と第２円筒部３２ａの内周面との間隙ｔ３が形成される。ここで間隙ｔ２は、軸方向推力の変動に伴う主軸２の軸方向移動により、その間隔が変位せられる。これら間隙ｔ１〜ｔ３は、流体の流通が可能な連続した流路となり、この流路は、一端が吐出ケーシング６内の吐出口５付近に連通し、他端がバランスディスク３０と後側スタッフィングボックス１１とで形成されたバランス室３７に連通している。このバランス室３７は、吸込ケーシング４内の吸込口３付近にバランス管３８を介して接続されている。
【０００９】
このような構成のもと、遠心ポンプ１００の運転時においては、各羽根車１に対して、吸込側すなわち主軸２の軸方向前方（図９及び図１１では左方向）に向けて羽根車推力が発生し、この羽根車推力は、主軸２に軸方向推力として伝達される。一方、羽根車１から吐出口５に吐出された流体の一部は、バランスディスク３０とバランスシート３３における間隙ｔ１〜ｔ３で形成される流路に導入され、バランス室３７に導かれ、最終的にはバランス管３８を経て吸込口３に導かれる。その際、バランス室３７の圧力は、流路での圧力損失によって、吐出口５側の圧力より低くなる。その結果、その差圧により、バランスディスク３０には、主軸２の軸方向後方（図９及び図１１では右方向）に向くバランス推力が発生する。このバランス推力は、バランスディスク３０からスプリットリング３５を介して主軸２に伝達され、上記の羽根車推力を打ち消すように主軸２に作用する。
【００１０】
例えば、羽根車推力が大きくなり主軸２に作用する軸方向推力が増加した場合には、主軸２が軸方向前方に変位し、バランスディスク３０とバランスシート３３における間隙ｔ２の間隔が小さくなる。すると、間隙ｔ２での圧力損失が大きくなるため、増加した羽根車推力に対応して、バランスディスク３０に発生するバランス推力が大きくなり、主軸２は軸方向後方に変位してもとの位置に戻る。逆に、羽根車推力が減少した場合には、主軸２が軸方向後方に変位し、間隙ｔ２の間隔が大きくなる。すると、間隙ｔ２での圧力損失が小さくなるため、減少した羽根車推力に対応して、バランスディスク３０に発生するバランス推力が小さくなり、主軸２は軸方向前方に変位してもとの位置に戻る。
【００１１】
このように、推力バランス機構は、バランスディスク３０とバランスシート３３における間隙ｔ１〜ｔ３を漏洩する流体により、羽根車推力の増減に対応するよう、主軸２に作用する軸方向推力を自動的にバランスさせることを可能にする。つまり、スラスト荷重を主体的に受け止めるとともにその低減が図られるわけである。
【特許文献１】特開２０００−２４９０９０号公報（第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記の遠心ポンプ１００では、運転中に、主として軸方向推力の変動により主軸２が軸方向に振動する。この軸方向振動は、図１２に示すように、バランスディスク３０とバランスシート３３における間隙ｔ１〜ｔ３内の流体の剛性を示すバネ定数Ｋｄ及びその減衰係数Ｃｄ、スプリットリング３５のバネ定数Ｋｓ及びその減衰係数Ｃｓ、スラスト軸受２１のバネ定数Ｋｔ及びその減衰係数Ｃｔ、並びに皿バネ２４のバネ定数Ｋｓｓより構成される振動系によって、減衰されるようになっている。
【００１３】
しかし、このような振動系を有する遠心ポンプ１００においては、系全体の減衰が十分得られない場合、不測の軸方向振動が発生し、振動大の場合、バランスディスクの接触・摩耗、スラスト軸受の損傷に至る可能性がある。特に、大型ボイラーへの吸水用等に用いられる使用環境の厳しい高出力の遠心ポンプには、その不測の軸方向振動の発生頻度が高い。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、主軸に作用する軸方向推力をバランスさせるための推力バランス機構と、主軸のスラスト荷重を補助的に受け止めるためのスラスト軸受機構と、を備え、運転中に主軸の軸方向に生じる不測の振動を効果的に低減し得る遠心ポンプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明による遠心ポンプは、吸込口及び吐出口を有するケーシングと、このケーシング内で軸回転する主軸に固定され前記吸込口から流体を導入して前記吐出口に圧送する羽根車と、前記主軸に固定されたバランスディスク、及び前記ケーシングに固定され前記バランスディスクと対向するバランスシートよりなり、前記主軸に作用する軸方向推力をこれら相互の対向面で形成された間隙を漏洩する流体によりバランスさせる推力バランス機構と、前記主軸に固定されたスラストカラー、及びこのスラストカラーを挟持して前記ケーシングに対し軸方向の微小移動が可能に配設されたスラスト軸受、並びにこのスラスト軸受を前記ケーシングに対し軸方向に付勢するバネ体よりなり、前記主軸のスラスト荷重を補助的に受け止めるスラスト軸受機構と、を備えた遠心ポンプにおいて、前記スラスト軸受機構として、前記バネ体を収容し前記主軸の軸方向の微小移動に伴って内部容積が変位する空間と、この空間に連通し少なくとも前記主軸の軸方向に沿って微小間隙の通路を有する連通路と、を設け、前記空間及び前記連通路に液体が充填されている。
【００１６】
これにより、バネ体を収容した空間は、主軸の軸方向の微小移動すなわち軸方向振動に伴って内部容積が変位するが、その際、空間及び連通路内に満たされた液体が通路で抵抗を受けながら流動する。つまり、一種の液体ダンパが形成されることになり、不測の軸方向振動が起こったとしても、その振動は確実に低減されていく。
【００１７】
ここで、実用性を考慮すると、前記バネ体が前記主軸に同軸状の金属製の皿バネであって、前記スラスト軸受には、前記主軸に同軸状で前記皿バネの一端と当接する円盤状ライナが固定され、前記ケーシングには、前記皿バネの他端と当接し前記円盤状ライナと対向する環状部材が固定されており、前記円盤状ライナの外周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出する第１の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出する第２の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の外周近傍部には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出し、前記第１の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第３の筒状突出部が設けられていることが好ましい。これにより、空間は、円盤状ライナの内面、管状部材の内面、第２の筒状突起部の外周面、及び、第１の筒状突起部又は第３の筒状突起部の内周面から形成され、通路は、第１の筒状突起部の外周面及び第３の筒状突起部の内周面、又は、第１の筒状突起部の内周面及び第３の筒状突起部の外周面から形成できる。
【００１８】
また、不測の軸方向振動が過大である場合を想定すると、液体ダンパとして機能する個所を増やすことが効果的であることから、これを踏まえ、更に、前記円盤状ライナの内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出し、前記第２の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第４の筒状突出部が設けられているとよい。これにより、通路は、上記した第１の筒状突起部及び第３の筒状突起部で形成される１個所に加えて、第２の筒状突起部の外周面及び第４の筒状突起部の内周面、又は、第２の筒状突起部の内周面及び第４の筒状突起部の外周面から形成できる。
【００１９】
更に、従来よりスラスト軸受周りに満たされている潤滑剤を活用できれば、新たに液体ダンパ用の液体の供給機構を設ける必要がないため、前記液体が前記スラスト軸受機構そのものに供給される潤滑油であるとよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の遠心ポンプによれば、吸込口及び吐出口を有するケーシングと、このケーシング内で軸回転する主軸に固定され前記吸込口から流体を導入して前記吐出口に圧送する羽根車と、前記主軸に固定されたバランスディスク、及び前記ケーシングに固定され前記バランスディスクと対向するバランスシートよりなり、前記主軸に作用する軸方向推力をこれら相互の対向面で形成された間隙を漏洩する流体によりバランスさせる推力バランス機構と、前記主軸に固定されたスラストカラー、及びこのスラストカラーを挟持して前記ケーシングに対し軸方向の微小移動が可能に配設されたスラスト軸受、並びにこのスラスト軸受を前記ケーシングに対し軸方向に付勢するバネ体よりなり、前記主軸のスラスト荷重を補助的に受け止めるスラスト軸受機構と、を備えた遠心ポンプにおいて、前記スラスト軸受機構として、前記バネ体を収容し前記主軸の軸方向の微小移動に伴って内部容積が変位する空間と、この空間に連通し少なくとも前記主軸の軸方向に沿って微小間隙の通路を有する連通路と、を設け、前記空間及び前記連通路に液体が充填されているので、バネ体を収容した空間は、主軸の軸方向の微小移動すなわち軸方向振動に伴って内部容積が変位するが、その際、空間及び連通路内に満たされた液体が通路で抵抗を受けながら流動する。従って、一種の液体ダンパが形成されることになるため、不測の軸方向振動が起こったとしても、その振動を確実に低減することが可能となる。
【００２１】
ここで、前記バネ体が前記主軸に同軸状の金属製の皿バネであって、前記スラスト軸受には、前記主軸に同軸状で前記皿バネの一端と当接する円盤状ライナが固定され、前記ケーシングには、前記皿バネの他端と当接し前記円盤状ライナと対向する環状部材が固定されており、前記円盤状ライナの外周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出する第１の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出する第２の筒状突出部が設けられ、前記環状部材の外周近傍部には、前記主軸に同軸状で前記円盤状ライナに向けて突出し、前記第１の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第３の筒状突出部が設けられていると、空間は、円盤状ライナの内面、管状部材の内面、第２の筒状突起部の外周面、及び、第１の筒状突起部又は第３の筒状突起部の内周面から形成され、通路は、第１の筒状突起部の外周面及び第３の筒状突起部の内周面、又は、第１の筒状突起部の内周面及び第３の筒状突起部の外周面から形成できるため、簡単な構成で実用的である。
【００２２】
更に、前記円盤状ライナの内周近傍には、前記主軸に同軸状で前記環状部材に向けて突出し、前記第２の筒状突出部と前記微小間隙を隔てて対向する第４の筒状突出部が設けられていると、通路は、上記した第１の筒状突起部及び第３の筒状突起部で形成される１個所に加えて、第２の筒状突起部の外周面及び第４の筒状突起部の内周面、又は、第２の筒状突起部の内周面及び第４の筒状突起部の外周面から形成できるため、液体ダンパとして機能する個所を増やすことができ、不測の軸方向振動が過大であっても、効果的にその軸方向振動を低減することが可能となる。
【００２３】
また、前記液体が前記スラスト軸受機構そのものに供給される潤滑油であると、従来よりスラスト軸受周りに満たされている潤滑剤を活用することが可能となり、新たに液体ダンパ用の液体の供給機構を設ける必要がなく、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の遠心ポンプの実施形態について、図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図、図２はその遠心ポンプの振動系を模式的に示す図、図３は振動を減衰させるための液体ダンパの原理説明図である。なお、本発明の特徴はスラスト軸受機構に工夫を施した点にあり、図中で図９及び図１０と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明はここでは省略し、相違する点について説明する。後述する第２〜第６実施形態においても同様とする。
【００２５】
図１に示すように、主軸２のスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受機構として、後側軸受箱１５の内部には、大きくは、主軸２に挿嵌されてこれと同軸状に固定された円盤状のスラストカラー２０と、このスラストカラー２０を両面から挟持する一対のスラスト軸受２１と、スラストカラー２０とともに各スラスト軸受２１を保持しつつ、後側軸受箱１５に対し軸方向の微小移動が可能に配設されたキャリアリング２２と、キャリアリング２２の前端面（図１では左側）に固定された円盤状ライナ２３と、この円盤状ライナ２３に一端が当接して、スラストカラー２０、各スラスト軸受２１、及びキャリアリング２２とともに円盤状ライナ２３を後側軸受箱１５に対し軸方向後方（図１では右方向）に向けて付勢するバネ体である金属製の皿バネ２４と、後側軸受箱１５に固定され皿バネ２４の他端と当接してこれを保持する環状部材２５と、が設けられている。
【００２６】
つまり、皿バネ２４は、相互に対向する円盤状ライナ２３と環状部材２５との各内面同士の間で、弾性反発力を有しながら収容された状態にあり、主軸２の軸方向振動に伴うスラストカラー２０の軸方向の微小移動（図１中、実線両矢印で図示）を、各スラスト軸受２１、キャリアリング２２及び円盤状ライナ２３を介して許容でき、これにより各部に与えられるスラスト荷重の負荷を補助的に軽減させる。この皿バネの主な機能としては，起動・停止時などバランスディスクのセルフバランス機能が生じていない場合において，バランスディスクやスラスト軸受が接触・摩耗することを防ぐ事である。
【００２７】
ここで、円盤状ライナ２３の外周近傍には、主軸２に同軸状で環状部材２５に向けて突出する第１の筒状突出部２３ａが設けられ、他方環状部材２５の内周近傍には、同じく主軸２に同軸状で円盤状ライナ２３に向けて突出する第２の筒状突出部２５ａが、環状部材２５の外周近傍部にも、第２の筒状突出部２５ａと同様に第３の筒状突出部２５ｂが、それぞれ設けられている。更に、円盤状ライナ２３の内周近傍にも、第１の筒状突出部２３ａと同様に、主軸２に同軸状で環状部材２５に向けて突出する第４の筒状突出部２３ｂが設けられている。
【００２８】
特に本実施形態では、主軸２に対し径方向外方から内方に向けて順に、第１の筒状突出部２３ａ、第３の筒状突出部２５ｂ、第４の筒状突出部２３ｂ、第２の筒状突出部２５ａとなっており、第１の筒状突出部２３ａの内周面及び第３の筒状突出部２５ｂの外周面が、第１の微小間隙４１を隔てて対向し、第４の筒状突起部２３ｂの内周面及び第２の筒状突起部２５ａの外周面も同じく、第２の微小間隙４６を隔てて対向するようになっている。従って、第１、第２の微小間隙４１、４６は、いずれも主軸２の軸方向に沿った態様となる。但し、本実施形態では、第４の筒状突出部２３ｂの高さは、他の第１〜第３の筒状突出部２３ａ、２５ａ、２５ｂよりも低くなっている。
【００２９】
このような構成のもと、皿バネ２４は、円盤状ライナ２３の内面、管状部材２５の内面、第３の筒状突起部２５ｂの内周面、及び第２の筒状突起部２５ａの外周面（厳密いえば、第４の筒状突出部２３ｂの外周面も一部含まれる）から形成される空間４０に収容された状態となっている。この空間４０は、主軸２の軸方向振動に伴うスラストカラー２０（これに応動する円盤状ライナ２３）の軸方向の微小移動により、内部容積が変位せられるようになる。なお、円盤状ライナ２３はボルト等でキャリアリング２２に締結されているが、円盤状ライナ２３やこれと一体のキャリアリング２２が、軸方向の微小移動によって不用意に後側軸受箱１５の内壁と擦り合うのを防止しつつ、後述する液体ダンパ機能を発揮させるべく、円盤状ライナ２３は後側軸受箱１５及び環状部材２５に対してＯリング４５で支持されている。
【００３０】
また、後側軸受箱１５内はスラスト軸受２１の潤滑剤としての潤滑油で満たされている。この潤滑油は、給油ポンプ（不図示）に連結された給油口２６から適宜注入され、その多くは主排油口２７から排出されるが、その一部は、環状部材２５の第２の筒状突出部２５ａに形成された吸入口４６から空間４０へ導入され、更に第１の微小間隙４１を経て、環状部材２５における第３の筒状突出部２５ａの外方に形成された排出口４７から導出され、最終的に後側軸受箱１５に形成された補助排油口２８から排出される。つまり、第１の微小間隙４１は、空間４０に連通し潤滑油が流動する通路になる。
【００３１】
このような構成のスラスト軸受機構によれば、皿バネ２４を収容した空間４０は、主軸２の軸方向の微小移動すなわち軸方向振動に伴って内部容積が変位するわけであるが、その際、空間４０の変位に応じて、潤滑油が第１の微小間隙４１で形成される通路で抵抗を受けながら流動するという一種の液体ダンパが形成されることになる。つまり、図３に示すように、原理的には、シリンダ内に充填された粘性流体が、ピストンの往復移動に伴って、ピストンの外周面とシリンダの内周面とで形成される微小間隙で抵抗を受けながら流動するという液体ダンパの構成が得られ、これにより振動を減衰させることが可能になる。従って、遠心ポンプ１００の振動系は、図２に示すように、従来からの、バランスディスク３０とバランスシート３３における間隙ｔ１〜ｔ３内の流体の剛性を示すバネ定数Ｋｄ及びその減衰係数Ｃｄ、スプリットリング３５のバネ定数Ｋｓ及びその減衰係数Ｃｓ、スラスト軸受２１のバネ定数Ｋｔ及びその減衰係数Ｃｔ、並びに皿バネ２４のバネ定数Ｋｓｓに加えて、皿バネ２４周囲の潤滑油（液体ダンパ）の減衰係数Ｃｓｓより構成され、そのため、不測の軸方向振動が起こったとしても、その振動を確実に低減することが可能となる。もちろん、通常の運転状態で発生する軸方向振動に対しても効果的である。
【００３２】
また、本実施形態では、従来からスラスト軸受２１の潤滑剤として後側軸受箱１５内に満たされている潤滑油を活用することが可能となるため、特段新たに液体ダンパ用の液体の供給機構を設ける必要がなく、経済的であるという効果もあり、簡単な構成で実用的なものと言える。
【００３３】
なお、本実施形態では、空間４０に充填されている潤滑油が排出口４７を経て補助排油口２８から排出されるわけであるが、その排出量が過剰にならないようにする工夫として、排出口４７は径方向に向けて１箇所としている。また、皿バネ２４の両端と互いに当接する円盤状ライナ２３の内面及び環状部材２５の内面には、放射状の溝が形成されていて、この溝内を潤滑油が円滑に流動できるようになっている。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は第２実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。本第２実施形態の特徴は、第１実施形態における第１の微小間隙４１の形成個所を変更した点にある。
【００３５】
本実施形態では、図４に示すように、主軸２に対し径方向外方から内方に向けて順に、第３の筒状突出部２５ｂ、第１の筒状突出部２３ａ、第４の筒状突出部２３ｂ、第２の筒状突出部２５ａとなっており、第３の筒状突出部２５ｂの内周面及び第１の筒状突出部２３ａの外周面が、第１の微小間隙４１を隔てて対向するようになっている。つまり、液体ダンパとして機能する潤滑油の通路をとなる第１の微小間隙４１は、第３の筒状突出部２５ｂの内周面及び第１の筒状突出部２３ａの外周面によって形成される。このようにしても、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。なお、本実施形態の場合、皿バネ２４を収容する空間４０は、円盤状ライナ２３の内面、管状部材２５の内面、第１の筒状突出部２３ａの内周面、及び第２の筒状突起部２５ａの外周面から形成されることになる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５は第３実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。本第３実施形態の特徴は、不測の軸方向振動が過大である場合を想定すると、液体ダンパとして機能する個所を増やすことが効果的であることから、これを踏まえ、第１実施形態を変形した点にある。
【００３７】
本実施形態では、図５に示すように、第４の筒状突出部２３ｂの高さが延長されていて、皿バネ２４を収容する空間４０は、円盤状ライナ２３の内面、管状部材２５の内面、第３の筒状突起部２５ｂの内周面、及び第４の筒状突出部２３ｂの外周面から形成される。そうすると、第４の筒状突起部２３ｂの内周面及び第２の筒状突起部２５ａの外周面よりなる第２の微小間隙４２は、空間４０に連通し潤滑油が流動する通路になる。
【００３８】
このようにして、空間４０には、第１の微小間隙４１で形成される通路と、第２の微小間隙４２で形成される通路という２本の通路が連通するため、液体ダンパ機能が第１実施形態と比較して向上するわけである。もちろん、このような第２の微小間隙４２で形成される通路が、第２実施形態に付与されても構わない。
【００３９】
次に、本発明の第４実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は第４実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。本第４実施形態の特徴は、上記した第３実施形態と同様、液体ダンパとして機能する個所を増やすことを目的に、第１実施形態を変形した点にある。
【００４０】
本実施形態では、図６に示すように、主軸２に対し径方向外方から内方に向けて順に、外側の第３の筒状突出部２５ｂ１、第１の筒状突出部２３ａ、内側の第３の筒状突出部２５ｂ２、第４の筒状突出部２３ｂ、第２の筒状突出部２５ａとなっており、液体ダンパとして機能する潤滑油の通路となる第１の微小間隙４１は、外側の第３の筒状突出部２５ｂ１の内周面と第１の筒状突出部２３ａの外周面との微小間隙４１ａ、並びに第１の筒状突出部２３ａの内周面と内側の第３の筒状突出部２５ｂ２の外周面との微小間隙４１ｂによって形成される。
【００４１】
このようにすると、空間４０に連通する第１の微小間隙４１が第１実施形態と比較して延長されるため、液体ダンパ機能が向上する。ここで、第１の微小間隙４１の経路における微小間隙４１ａと微小間隙４１ｂとの連結個所に、空間４０と同様に変位する補助空間４３が形成されているが、これは、液体ダンパとして機能する個所を実質増やすべく、第１の微小間隙４１を分割するためである。なお、本実施形態の場合、皿バネ２４を収容する空間４０は、円盤状ライナ２３の内面、管状部材２５の内面、内側の第３の筒状突起部２５ｂ２の内周面、及び第２の筒状突起部２５ａの外周面から形成される。
【００４２】
次に、本発明の第５実施形態について、図７を参照しながら説明する。図７は第５実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。本第５実施形態の特徴は、上記した第４実施形態の構成要素の簡素化を図った点にある。
【００４３】
本実施形態では、図７に示すように、皿バネ２４を収容する空間４０は、円盤状ライナ２３の内面、管状部材２５の内面、内側の第３の筒状突起部２５ｂ２の内周面、及び第２の筒状突起部２５ａの外周面から形成されるが、これらのうちで、円盤状ライナ２３の内面と第２の筒状突起部２５ａの外周面との隅部が大きく開放されている。つまり、上記の第４実施形態における円盤状ライナ２３に形成の第４の筒状突出部２３ｂや、第２の筒状突出部２５ａに形成の吸入口４６等が排除されている。
【００４４】
次に、本発明の第６実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８は第６実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。本第６実施形態の特徴は、上記した各実施形態の構成要素の簡素化をより図った点にある。
【００４５】
本実施形態では、図８に示すように、円盤状ライナ２３の外周近傍には、主軸２に同軸状で軸方向後方（図８では右方向）に向けて突出する第１の筒状突出部２３ａ’が設けられ、他方、内周近傍には、同じく主軸２に同軸状で軸方向後方に向けて突出する第４の筒状突出部２３ｂ’が設けられている。そして、液体ダンパとして機能する潤滑油の通路をとなる第１の微小間隙４１’は、第１の筒状突出部２３ａ’の外周面と後側軸受箱１５の内周面とにより形成され、第２の微小間隙４２’は、第４の筒状突出部２３ｂ’の内周面と主軸２の外周面とにより形成される。
【００４６】
なお、本実施形態の場合、空間４０内の潤滑油は、管状部材２５の内面に形成された排出口４７’を経て、これに連通するよう後側軸受箱１５に形成された補助排油口２８’から排出されるようになっている。
【００４７】
その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、主軸２の径方向における第４の筒状突出部２３ｂと、第２の筒状突出部２５ａとの配置関係が、逆になってもよい。また、液体ダンパとしての機能が発揮できる限り、空間４０及び通路に満たされる潤滑油が他の液体であってもよく、この液体の供給機構を新たに設けても構わない。また、皿バネ２４が、コイルバネ等のバネ体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の遠心ポンプの振動系を模式的に示す図である。
【図３】振動を減衰させるための液体ダンパの原理説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態である遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図９】本発明及び従来に共通の一般的な遠心ポンプの縦断面図である。
【図１０】従来の遠心ポンプのスラスト軸受機構を示す縦断面図である。
【図１１】従来の遠心ポンプの推力バランス機構を示す縦断面図である。
【図１２】従来の遠心ポンプの振動系を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    羽根車
２    主軸
３    吸込口
４    吸込ケーシング
５    吐出口
６    吐出ケーシング
７    中間ケーシング
１６    駆動機
２０    スラストカラー
２１    スラスト軸受
２２    キャリアリング
２３    円盤状ライナ
２４    皿バネ（バネ体）
２５    環状部材
２６    給油口
２７    主排油口
２８    補助排油口
３０    バランスディスク
３０ａ    管状部
３０ｂ    ディスク部
３１    第１バランスブッシュ
３１ａ    第１円筒部
３１ｂ    第１フランジ部
３２    第２バランスブッシュ
３２ａ    第２円筒部
３２ｂ    第２フランジ部
３３    バランスシート
３５    スプリットリング
３７    バランス室
４０    空間
４１    第１の微小間隙
４２    第２の微小間隙
４６    吸入口
４７    排出口
１００    遠心ポンプ
【図１】
0004838551.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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