(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揚水を潤滑液とし立軸ポンプの主軸を回転支持する立軸ポンプ用軸受装置において、
前記主軸の外周面に対向して配置される摺動部材と
この摺動部材を保持する軸受ケースを有し、
前記摺動部材は樹脂を炭素繊維で補強した複合樹脂製であるとともに前記軸受ケースに圧入により固定されており、
前記摺動部材の反摺動面側または軸方向側部に摺動部材と主軸との摺動により発生する熱を放熱する機構を設け、
摺動により発生する熱を放熱する前記機構は、
前記軸受ケースと摺動部材とを半径方向に串刺しにする熱伝導率が摺動部材よりも大きい複数のピンであること
を特徴とする立軸ポンプ用軸受装置。
【請求項２】
揚水を潤滑液とし立軸ポンプの主軸を回転支持する立軸ポンプ用軸受装置において、
前記主軸の外周面に対向して配置される摺動部材と
この摺動部材を保持する軸受ケースを有し、
前記摺動部材は樹脂を炭素繊維で補強した複合樹脂製であるとともに前記軸受ケースに圧入により固定されており、
前記摺動部材の反摺動面側または軸方向側部に摺動部材と主軸との摺動により発生する熱を放熱する機構を設け、
前記摺動部材はリング状の複数の要素を有し、
この複数のリング状要素を内径がリング状要素よりも大径である放熱部材を介して軸方向に積層して構成されており、
摺動により発生する熱を放熱する前記機構が前記放熱部材であること
を特徴とする立軸ポンプ用軸受装置。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれかに記載の軸受装置を、前記主軸の下部と中間部に配置したことを特徴とする立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプに用いる軸受装置及び立軸ポンプに係り、特にドライ摺動やドライ摺動と異物等を含む揚水中での摺動が繰り返される環境下で使用されるのに好適な軸受装置および立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の急激な都市化にともない、都市排水機場への雨水の流入は、大量かつ急激なものとなっており、都市型洪水発生の危険性が高くなっている。このような都市型洪水の発生を回避するためには、緊急時でも速やかに動作する排水ポンプが必要である。そのため、洪水が発生していない通常時において、排水ポンプに動作状態を確認するために、空転運転を実施している。つまり、排水機場においては、雨水が機場に流入する以前に、排水ポンプを運転する先行待機運転が強く求められている。
【０００３】
先行待機運転を実行するポンプでは、揚水されない空転運転を所定時間だけ継続して実行するので、揚水を潤滑液とする軸受をポンプに使用すると、軸受部に潤滑液がないドライ摺動が長時間続く。その結果、軸受の摩擦による摩耗や発熱による破損が生じる可能性が高まる。
【０００４】
このような不具合を解消するために、特許文献１に記載のポンプでは、軸受部に樹脂材料を使用し、ドライ摺動による摩擦熱を一定値で推移させ、温度上昇も一定値に収束させている。そして、樹脂材料は耐摩耗性を有し耐熱衝撃性に優れているので、ドライ運転と揚水運転が繰り返される使用環境でも、クラックの発生や焼損の恐れがない。さらに、軸受部近傍に異物進入防止材を設けて、所定径以上の異物の侵入を防止している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４３４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、既設の揚水用ポンプ設備を、ドライ運転が可能な先行待機型ポンプ構造に改造して、都市型洪水に対応する需要が増大している。その際、軸受装置以外の部品は既設のものをそのまま使い、軸受装置だけをドライ運転に対応させるのが最も一般的である。立軸ポンプにおいて軸受装置に掛かるラジアル荷重は、ポンプの主軸を含む回転体のアンバランスに起因する荷重であり、この荷重により主軸は振れ回る。アンバランスによる荷重は、軸受装置の周方向に一様で、比較的軽荷重である。
【０００７】
しかしながら、新設ポンプ設備の場合と異なり、既設ポンプ設備の場合では、経年的劣化により主軸の偏心量が増大しているおそれがある。偏心量が増大していると、軸受装置に偏荷重として作用し、軸受装置の一部分だけが高面圧となる肩当たりが生じる。軸受装置に高面圧の偏荷重が発生すると、摩擦熱により発熱量が増加し、軸受装置の摺動部材に樹脂を使用すると、熱膨張などの変形を生じやすい。特に、耐熱樹脂であるＰＥＥＫ等の樹脂を用いると、樹脂の熱伝導率が悪いので、軸受外に熱が伝達されず、熱膨張により主軸に軸受装置の樹脂が固着する等の不具合を生じるおそれがある。
【０００８】
上記特許文献１に記載の立軸ポンプでは、ドライ運転における摩擦熱については考慮されている。しかしながら、既設ポンプの一部改造による先行待機運転可能にするポンプとする際に、偏荷重等が作用して軸受装置に更なる負荷が発生することについては、十分には考慮されていない。
【０００９】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、既設の立軸ポンプを先行待機運転に対応できるポンプに変更しても、長時間ドライ運転を可能にすることにある。本発明の他の目的は、立軸ポンプに用いる軸受装置において、ドライ運転時の耐荷重性を向上させることにある。そして、このような軸受装置を用いて立軸ポンプを先行待機運転に対応可能にすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、揚水を潤滑液とし立軸ポンプの主軸を回転支持する立軸ポンプ用軸受装置において、主軸の外周面に対向して配置される摺動部材とこの摺動部材を保持する軸受ケースを有し、摺動部材は樹脂を炭素繊維で補強した複合樹脂製であるとともに前記軸受ケースに圧入により固定されており、摺動部材の反摺動面側または軸方向側部に摺動部材と主軸との摺動により発生する熱を放熱する機構を設け、摺動により発生する熱を放熱する機構は、軸受ケースと摺動部材とを半径方向に串刺しにする熱伝導率が摺動部材よりも大きい複数のピンであることにある。
【００１２】
また、摺動部材はリング状の複数の要素を有し、この複数のリング状要素を内径がリング状要素よりも大径である放熱部材を介して軸方向に積層して構成されており、摺動により発生する熱を放熱する機構が放熱部材であってもよい。
【００１３】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、立軸ポンプが上記いずれかに記載の軸受装置を、主軸の下部と中間部に配置してあることにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、立軸ポンプに用いる軸受装置において、軸受装置の半径方向に熱が伝導しやすい経路を確立したので、軸受の摺動面で発生した熱量を摺動部材内に留まらずに軸受外に放熱されるので、ドライ運転が継続しても軸受の損傷を防止できる。また、既設の立軸ポンプを先行待機運転に対応できるポンプに変更しても、長時間ドライ運転が可能になる。さらに、本発明の軸受装置を立軸ポンプに適用すれば、先行待機運転が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１に、立軸ポンプの一実施例を、縦断面図で示す。立軸ポンプ２０では、鉛直方向に延び回転する主軸１の下端部に、羽根車４が固定されている。羽根車４の下方から羽根車４の外周部を覆い、さらに上方にまでポンプケーシング２が延びている。ポンプケーシング２は、羽根車４部を除いてほぼ円筒形に形成されており、中心部を主軸１が貫通している。ポンプケーシング２の内部は、揚水の流路を形成する。
【００１６】
ポンプケーシング２を貫通する主軸１は、上下方向の複数個所、本実施例では２箇所で軸受装置３，３ａに回転可能に支持されている。図１に示した実施例では、羽根車１の近傍に一方の軸受装置３ａが、立軸ポンプ２０の設置面である床面よりも下方で、このポンプ２０を駆動する駆動モータ６にカップリング５を介して接続される軸の反駆動モータ６接続部側端部に、他方の軸受装置３が設置されている。
【００１７】
次に、上記軸受装置３，３ａの詳細を、図２ないし図６を用いて説明する。図２に、図１に示した立軸ポンプ２０が備える軸受装置３，３ａの縦断面図を示す。軸受装置３、３ａは、同じものである。ここでは、上側の軸受装置３を例にとり、説明する。軸受装置３は、主軸１の外周面に対向して配置されるリング状の摺動部材７と、このリング状の摺動部材７を保持する段付き円筒状の軸受ケース８とを有している。摺動部材７は、軸受ケース８の内周側に圧入されて固定されている。摺動部材７の圧入方向先端を、軸受ケース８の段付き部に当接させることにより、軸方向位置が定まる。
【００１８】
軸受ケース８では、軸方向および周方向に間隔をおいて、半径方向に延びる複数の貫通孔が形成されている。一方、摺動部材７では、軸受ケース８に形成された貫通孔に対応する位置に、半径方向外周側から内周側へ止まり穴が形成されている。そして、軸受ケース８の貫通孔と摺動部材７の止まり穴を串刺しするように、熱伝導率の良いピン９が半径方向に挿入されている。
【００１９】
摺動部材７は、炭素繊維を含有するＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）系の樹脂材料で構成されている。摺動部材７に用いる樹脂材料は、樹脂コーティングした長尺の炭素繊維を、軸心に対してコイル状に巻回したものである。そのため、摺動部材７の周方向の熱伝導率は高いが、半径方向の熱伝導率は低く、熱伝導率の異方性を示す。
【００２０】
主軸１の外周面と摺動部材７の内周面である摺動面が摺動して発生した熱は、摺動部材７の異方性のために、半径方向には伝導されにくく、摺動部材７内に蓄積され易くなる。その結果、立軸ポンプ２０を長時間ドライ運転すると、摺動部材７の温度が許容温度以上に上昇して、摺動部材７が熱膨張し、主軸１に融着または付着し、主軸１の回転を妨げる恐れが生じる。
【００２１】
この不具合を防止するために、本実施例では、上述したように、摺動部材７よりも熱伝導率の良いピン９を、軸受ケース８と摺動部材７を串刺しするように、複数本挿入している。これにより、軸受装置３の半径方向の熱伝達率が改善され、摺動部材７の摺動面で発生した熱を摺動部材７内に留めずに、軸受ケース８に速やかに移動させ、摺動部材７からの放熱を効果的に実行できる。なお、摺動部材７の背面側に当接するピン９への熱伝導は、当接部の摺動部材７の肉厚が孔によりその他の部分より薄くなっているので、促進される。
【００２２】
摺動部材７の摺動面から、ピン９を経由して放熱される状態を、定常温度解析で確認した。ピン９に銅系の材質を使用し、ピンの本数を２４本とし、摺動部材７の許容温度を１４０℃とした。ピン９が無く、軸受ケース８に円筒状の摺動部材を圧入しただけの状態で、摺動部材の表面温度が上記許容温度になる運転条件において、ピン９を用いて放熱を図ると、摺動部材７の最高表面温度は許容温度よりも１４℃低下していた。
【００２９】
図３に本発明に係る軸受装置の他の実施例を、縦断面図で示す。軸受装置３では、円筒段付き状に形成された軸受ケース８ｂの内側に、複数個のリング状に形成された摺動部材７ｅと放熱部材１０とを軸方向に積層した状態で、摺動部材７ｅを圧入している。したがって、摺動部材７ｅは軸方向に分断されており、その間に放熱部材１０が挟まれている。放熱部材１０は、摺動部材７ｅに蓄えられる熱を、軸方向に導く経路を設けるために、設けられている。熱膨張により、摺動材７と放熱部材１０の間に軸方向に隙間が生じないように、軸方向端部を押さえ板１２で押し付けている。
【００３０】
この図５に示した実施例については、上記各実施例と同様の条件で、定常温度解析を実行し、放熱効果を確認した。軸受ケース８ｂはＳＵＳ３０４製であり、摺動部材７ｅはＰＥＥＫでコーティングした炭素繊維を、軸心に対してコイル状に巻回した複合材料製である。放熱部材１０は、銅系部材であり、摺動部材７ｅの許容温度は１４０℃である。円筒状の摺動部材の表面温度が許容温度なる運転条件で、本実施例に示した軸受装置３を用いると、摺動部材７ｅの表面温度は許容温度よりも１１℃低下していた。
【００３１】
本実施例でも、摺動部材７ｅは樹脂製であるから、摩擦熱に起因する熱膨張により軸受隙間が狭くなり、主軸１に軸受装置３が融着または固着する恐れがある。そこで、本実施例では、摺動部材７ｅの摺動面で摩擦熱が発生し摺動部材７ｅが熱膨張しても、放熱部材１０の内径が摺動部材７ｅの内径よりも大になるようにしている。これにより、放熱部材１０と主軸１間に隙間１１ｂが形成され、この隙間１１ｂに摺動部材７ｅが熱膨張して回り込むことが可能になる。したがって、摩擦熱により摺動部材７ｅが熱膨張しても、主軸１に軸受装置３が融着または固着して立軸ポンプ２０が運転不可能になる事態を回避でき、立軸ポンプ２０の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る軸受装置を搭載した立軸ポンプの一実施例の縦断面図である。
【図２】図１に示し立軸ポンプに用いる軸受装置の縦断面図である。
【図３】本発明に係る軸受装置の他の実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…主軸、２…ポンプケーシング、３、３ａ…軸受装置、４…羽根、５…カップリング、６…モータ、７、７ｅ…摺動部材、８、８ａ、８ｂ…軸受ケース、９…ピン、１０…熱伝達部材、１１，１１ｂ…隙間、１２…押え板、２０…立軸ポンプ。
【図１】
0005211758.tif 000002
【図２】
0005211758.tif 000003
【図３】
0005211758.tif 000004