(57)【要約】【課題】  軸受点数を削減した簡素化した構造でありながら、軸受を確実に保護できる信頼性の高い軸受構造を備えたポンプ装置を提供する。【解決手段】  ポンプ装置としての立軸ポンプ１は、垂直方向の主軸２と、主軸２の下方に取りつけた斜流羽根車３と、羽根車３の回転により送出された液体を吐出するためのケーシング８と、このケーシング８における吐出しボウル５の内周側筒体５ａに固定されて主軸２を支持する下部軸受（セラミックス軸受）９とを備えている。そして、羽根車３の主板裏面に環状の突出部２３を設け、この突出部２３と対向する変位拘束面２２を下部軸受支持部材２０における環状部２０ｂの外周に設けて、主軸２に所定範囲を超えるラジアル方向荷重が作用した際に突出部２３と変位拘束面２２が接触するように配置してある。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と、主軸に取りつけた羽根車と、羽根車の回転により送出された液体を吐出するためのケーシングと、このケーシング内の羽根車近傍に固定されて主軸を支持するセラミックス軸受とを備えたポンプ装置であって、
前記羽根車の主板裏面に突出部を設け、この突出部と対向する変位拘束面をケーシングに設けるとともに、突出部の変位拘束面と対向する面と変位拘束面の少なくともいずれか一方は連続した回転面をなし、前記主軸に所定範囲を超えるラジアル方向荷重が作用した際に突出部と変位拘束面が接触するように配置したことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプ装置において、
変位拘束面と突出部の接触箇所の軸方向の中心位置と前記セラミックス軸受の摺動面の軸方向の中心位置は、主軸に直交する略同一平面上にあることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のポンプ装置において、
ポンプ装置の羽根車は軸流羽根車または斜流羽根車からなり、前記セラミックス軸受をケーシング内の所定位置に固定する軸受固定部材の外周を回転面として、この回転面を変位拘束面としたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項１，請求項２または請求項３に記載のポンプ装置において、
前記セラミックス軸受は、主軸のラジアル方向変位を許容する緩衝機構を備え、突出部と変位拘束面の半径方向隙間は、主軸と軸受の間の半径方向隙間よりも大きく、軸受の緩衝機構が機能する限界の許容半径方向変位と等しいかまたは小さくしてあることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプ装置において、
前記突出部と変位拘束面の間の半径方向隙間寸法を調整する隙間調整手段を設けたことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプ装置に係り、詳しくは、軸受点数を削減した簡素化した構造でありながら、軸受を確実に保護できる信頼性の高い軸受構造を備えたポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、起動時や先行待機運転時では揚水を遮断したドライ運転がなされるポンプ装置の一例として、図６に示す立軸ポンプがある。
【０００３】
この立軸ポンプ１は、垂直方向の主軸２と、主軸２の下方に取りつけた羽根車３と、羽根車３を回転自在に収容した吸込みベル４と、吸込みベル４の上側に接続した吐出しボウル５と、吐出しボウル５の上側に接続した揚水管６と、揚水管６の上側に接続した吐出曲管７とを有し、吸込みベル４，吐出しボウル５，揚水管６および吐出曲管７によってケーシング８を構成して、羽根車３の回転により送出された水を吐出曲管７から吐出する。また、主軸２は、羽根車３上方近傍の吐出しボウル５内で下部軸受９により回転自在に支持され、揚水管６内で中間軸受１０により回転自在に軸支されているとともに、羽根車３下方近傍の下端部は吸込みベル４内においてボトム軸受１１により回転自在に支持されている。そして、水槽１２上部のコンクリート製の床１３に貫設されているポンプ設置孔１４を通し、固定部材１５を介して水槽１２に懸垂設置される。
【０００４】
図６と同様のポンプは特許文献１にも記載されている。この種の立軸ポンプ１は、起動時や先行待機運転時に揚水を遮断したドライ運転がなされる。このため、下部軸受９、中間軸受１０およびボトム軸受１１には、ドライ運転がなされても優れた摺動特性を発揮できる窒化珪素などのセラミックス材を摺動部に配置したセラミックス軸受が用いられている。
【０００５】
セラミックス軸受は、高硬度で耐摩耗性に優れているので、起動時や先行待機運転時などでドライ運転がなされても優れた摺動特性を発揮できる反面、靭性が低く脆い性質を有している。このため、羽根車３に加わるラジアル方向荷重により主軸２に大きいラジアル方向荷重が作用して、主軸２のラジアル方向変位量が大きくなると、セラミックス軸受に過大なラジアル方向荷重が負荷されることになって、セラミックス軸受が破損するおそれを有している。そのため、前記構成の立軸ポンプ１では、羽根車３の上方近傍と下方近傍の２箇所において、下部軸受９とボトム軸受１１の２つの軸受によって主軸２を支持することにより、主軸２のラジアル方向荷重を２つの軸受９，１１に分散して、これら軸受９，１１それぞれの負担を軽減して破損を回避するように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０３２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図６や特許文献１に記載の立軸ポンプ１は、下部軸受９とボトム軸受１１の２つの軸受を必要としているので、軸受点数が多く構造が複雑である難点を有し、それだけメンテナンスも煩雑になる。ここで、軸受点数を削減して構造を簡素化するために、単純にボトム軸受１１を省略することが考えられるが、ボトム軸受１１を省略すると、主軸２のラジアル方向荷重が下部軸受９に集中して負荷されることになる。したがって、たとえ下部軸受９の摺動部であるセラミックス材の外周に緩衝材を配置して、下部軸受９に緩衝機能をもたせても、この緩衝材による緩衝機能の限界点を超えるラジアル荷重が負荷された場合には、下部軸受９が破損するおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、軸受点数を削減した簡素化した構造でありながら、軸受を確実に保護できる信頼性の高い軸受構造を備えたポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のポンプ装置は、主軸と、主軸に取りつけた羽根車と、羽根車の回転により送出された液体を吐出するためのケーシングと、このケーシング内の羽根車近傍に固定されて主軸を支持するセラミックス軸受とを備えたポンプ装置であって、前記羽根車の主板裏面に突出部を設け、この突出部と対向する変位拘束面をケーシングに設けるとともに、突出部の変位拘束面と対向する面と変位拘束面の少なくともいずれか一方は連続した回転面をなし、前記主軸に所定範囲を超えるラジアル方向荷重が作用した際に突出部と変位拘束面が接触するように配置したことを特徴ととするものである。
【００１０】
これによれば、羽根車に加わるラジアル方向荷重により主軸にラジアル方向荷重が作用して、主軸がラジアル方向に変位する際、予め、主軸とセラミックス軸受との隙間に対する突出部と変位拘束面との対向間隔を好ましい値に設定しておくことで、所定範囲のラジアル方向荷重は、セラミックス軸受で受け止め、所定範囲を超えるラジアル方向荷重が作用した場合には、突出部と変位拘束面との接触によりその荷重を受け止めることができる。したがって、大きなラジアル方向荷重が羽根車に作用しても、ラジアル方向荷重をセラミックス軸受と変位拘束面に分散できるので、セラミックス軸受の負担を軽減して確実に荷重を保護することができる。また、突出部の変位拘束面と対向する面と変位拘束面の少なくともいずれか一方を連続した回転面とすることによって、主軸のラジアル方向全域（３６０度）の変位を変位拘束面で容易に受け止めることができる。したがって、主軸が特定のラジアル方向に変位した場合にのみ変位拘束面で受け止められる不都合を解消することができる。
【００１１】
また、本発明のポンプ装置は、変位拘束面と突出部の接触箇所の軸方向の中心位置と前記セラミックス軸受の摺動面の軸方向の中心位置を、主軸に直交する略同一平面上に配置することが望ましい。これによると、主軸のラジアル方向変位によりラジアル方向荷重が突出部から変位拘束面を介してケーシングに負荷されても、変位拘束面を形成する部材とケーシングの接合部には曲げモーメントがほとんど作用しないので、それだけ接合部の負担が小さくなって劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
【００１２】
さらに、本発明のポンプ装置は、その羽根車を軸流羽根車または斜流羽根車によって構成し、前記セラミックス軸受をケーシング内の所定位置に固定する軸受固定部材の外周を回転面として、この回転面を変位拘束面としたことを特徴とするものである。
【００１３】
これによると、羽根車が軸流羽根車または斜流羽根車によって構成されていることで、本発明のポンプ装置を吐出量の大きな立軸ポンプにも適用できる。また、軸受固定部材の外周を回転面として、この回転面を変位拘束面としたことにより、新規な部材追加が不要になり、かつ、軸受固定部材という比較的小さな部品の外周面を加工することになるので、変位拘束面の加工精度を容易に高められ、ポンプ装置の信頼性が向上する。
【００１４】
また、本発明のポンプ装置のセラミックス軸受は、主軸のラジアル方向変位を許容する緩衝機構を備え、突出部と変位拘束面の半径方向隙間は、主軸と軸受の間の半径方向隙間よりも大きく、軸受の緩衝機構が機能する限界の許容半径方向変位と等しいかまたは小さくしてあることを特徴とするものである。
【００１５】
これによると、羽根車に加わるラジアル方向荷重により主軸にラジアル方向荷重が作用して、主軸がラジアル方向に変位しても、所定範囲内のラジアル方向荷重は緩衝機構で緩衝して受け止め、所定範囲を超えるラジアル方向荷重が作用して、ラジアル方向変位が緩衝機構の許容半径方向変位の限界に達すると、この限界以降のラジアル方向荷重は突出部と変位拘束面との接触により受け止めて、主軸のラジアル方向変位を拘束することができる。したがって、前記限界以降においては、主軸のラジアル方向荷重をセラミックス軸受と変位拘束面に分散できるので、セラミックス軸受の負担を軽減して軸受を確実に保護することができる。
【００１６】
さらに、本発明のポンプ装置は、前記突出部と変位拘束面の間の半径方向隙間寸法を調整する隙間調整手段を設けたことを特徴とする。これによると、ポンプ装置の取付け後に、取付け前には想定していなかった前記半径方向隙間寸法の変更調整が必要になった場合でも、前記突出部と変位拘束面の間の半径方向隙間寸法を調整することができ、これによりセラミックス軸受の負担を軽減して軸受を確実に保護することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、前記特許文献１のポンプ装置で使用されているボトム軸受を省略して軸受点数を削減した簡素化した構造でありながら、残る軸受の負担を軽減して確実に軸受を保護することができるのでポンプ装置の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るポンプ装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るポンプ装置の実施形態である立軸ポンプの縦断面図、図２は要部を拡大して示す縦断面図である。なお、図６に示す従来の立軸ポンプと同一部分には、同一符号を付して重複する構造および作用の説明は省略する。
【００１９】
図１において、立軸ポンプ１の主軸２は、斜流羽根車３（以下、羽根車３という）上方近傍の吐出しボウル５内で下部軸受９により回転自在に支持されるとともに、揚水管６内で中間軸受１０により回転自在に軸支されており、羽根車３のボス部３ａ下端を主軸２の下端と面一にして、主軸２の端部に下からねじ込んだ止め具１６を用いて羽根車３を主軸２に取付けている。また、下部軸受９と中間軸受１０はセラミックス軸受によって構成されている。
【００２０】
下部軸受９を構成しているセラミックス軸受は、たとえば、図３に示すように、窒化珪素などのセラミックス材を摺動部１７として筒状またはセグメント構造で内周に配置し、この摺動部１７と金属製の筒状シェル材１８との間にゴムなどの弾性材料からなる筒状の緩衝材１９を介在させ、この筒状の緩衝材１９によって摺動部１７を保持したものである。このように、下部軸受９と中間軸受１０をセラミックス軸受によって構成することで、起動時や先行待機運転時において揚水を遮断したドライ運転がなされても、優れた摺動特性を発揮できるので、立軸ポンプ１として適用することができる。なお緩衝材としてゴムに代えて、ばねを用いた緩衝機構を採用しても良い。
【００２１】
下部軸受９は、下部軸受支持部材２０を介して吐出しボウル５における内周側筒体５ａの下端開口にボルト締結（図示省略）によって保持される。内周側筒体５ａは複数枚の案内羽根２１を介して吐出しボウル５に接続されているので、下部軸受９および下部軸受支持部材２０はケーシング８に固定されていることになる。下部軸受支持部材２０は、放射状にのびる複数本の支持リブ２０ａと、これら支持リブ２０ａを外周で取り囲む環状部２０ｂとを備え、本実施形態では環状部２０ｂの外周面を変位拘束面２２としている。なお下部軸受支持部材２０は、下部軸受９の外周を取り囲むような平坦な板状部材によって構成してもよい。
【００２２】
一方、羽根車３の主板裏面に環状の突出部２３が上向きに突設されている。前述のように、羽根車３のボス部３ａ下端を主軸２の下端と面一にして、主軸２の端部に下からねじ込んだ止め具１６を用いて羽根車３を主軸２に取付け、環状の突出部２３の内周面２３ａは、半径方向の隙間Ｓ3を隔てて変位拘束面２２と対向する。また、図３に示すように、主軸２の外周面または主軸２に外嵌したスリーブ（図示省略）は、半径方向の隙間Ｓ1を隔てて下部軸受９におけるセラミックス製の摺動部１７の内面１７ａと対向する。さらに、環状の突出部２３の外周面２３ｂは、後述する半径方向の大きい隙間Ｓ4を隔てて内周側筒体５ａの下端部に形成した環状の下向き延出部５ｂの内面と対向している。
【００２３】
ここで、環状の突出部２３の円筒状の内周面２３ａと変位拘束面２２の半径方向隙間Ｓ3は、主軸２と下部軸受９の間の半径方向隙間Ｓ1よりも大きく設定し、緩衝材１９が機能する限界の許容半径方向変位Ｓ2と等しいかまたは小さく（Ｓ1＜Ｓ3≦Ｓ2）設定してある。一例として、口径がφ1350ｍｍの立軸ポンプ１では、Ｓ2＝0.5mmの場合に、Ｓ1＝0.3mm,Ｓ3＝0.5mm,に設定し、隙間Ｓ4を2mmとして設定してもよい。
【００２４】
また、変位拘束面２２と突出部２３の内周面２３ａの接触する箇所の軸方向の中心位置と、下部軸受９における摺動部１７の軸方向の中心位置とを、主軸２に直交する略同一平面上に位置させてある。
【００２５】
前記構成によれば、羽根車３に加わるラジアル方向荷重により主軸２にラジアル方向荷重が作用して、仮に主軸２がラジアル方向に0.5mm変位しても、主軸２と下部軸受９の間の半径方向の隙間0.3mmを超える主軸２の変位は緩衝材１９により緩衝して受け止められる。そして、大きなラジアル方向荷重が作用して、緩衝材１９の許容半径方向変位の限界0.5mmに達すると、この限界0.5mmを超えるラジアル方向荷重は突出部２３の内周面２３ａと変位拘束面２２との接触により受け止めることができる。前記限界0.5mmを超えるラジアル方向荷重は、下部軸受９のセラミックス製の摺動部１７の内面１７ａと変位拘束面２２に分散して受け止めているので、セラミックス軸受からなる下部軸受９の負担を軽減して確実に軸受を保護することができる。なお、環状の突出部２３の外周面２３ｂは、大きい隙間2mmを隔てて内周側筒体５ａの下端部に形成した環状の下向き延出部５ｂの内面と対向しているので、主軸２のラジアル方向変位によって、突出部２３の外周面２３ｂが下向き延出部５ｂの内面に干渉することなく、主軸２のラジアル方向変位を許容することができる。なお、前記構成の変形例として、突出部２３の外周面２３ｂと下向き延出部５ｂの内面との隙間Ｓ４を、環状の突出部２３の内周面２３ａと変位拘束面２３の半径方向隙間Ｓ3よりも小さくする（例えばS3=2mm,S4=0.5mmとする）ことにより、大きなラジアル方向荷重が作用して、ラジアル方向変位が緩衝材１９の許容半径方向変位の限界に達すると、この限界を超えるラジアル方向荷重は突出部２３の外周面２３ｂと下向き延出部５ｂの内面との接触により受け止めるようにしてもよい。
【００２６】
また、突出部２３の変位拘束面と対向する内周面２３aと変位拘束面２２を環状に形成し連続した円筒面（回転面の一例）としているので、主軸２のラジアル方向全域（３６０度）の変位を変位拘束面２２で受け止めて、主軸２が特定のラジアル方向に変位した場合にのみ変位拘束面２２で受け止められる不都合を解消することができる。このことは、突出部２３の変位拘束面と対向する面と変位拘束面２２の少なくともいずれか一方を回転面とすることにより実現できる。
【００２７】
さらに、変位拘束面２２と突出部２３の内周面２３ａの接触する箇所の軸方向の中心位置と、下部軸受９における摺動部１７の軸方向の中心位置とを、主軸２に直交する略同一平面上に位置させているので、主軸２のラジアル方向変位によりラジアル方向荷重が突出部２３から変位拘束面２２を介して吐出しボウル５の内周側筒体５ａに負荷されても、変位拘束面２２を形成する下部軸受支持部材２０およびケーシング８を構成する吐出ボウル５の内周側筒体５aの下端開口への取付けボルトには曲げモーメントがほとんど作用しないので、それだけ取付けボルトの負担が小さくなって劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明のポンプ装置は、その羽根車３を斜流羽根車（軸流羽根車であってもよい）によって構成していることで吐出量の大きな立軸ポンプ１として使用できる。また、下部軸受支持部材２０の環状部２０ｂ外周を変位拘束面２２としたことにより、新規な部材追加が不要になり、かつ、軸受固定部材という比較的小さな部品の外周面を加工することになるので、変位拘束面２２の加工精度を容易に高められ、ポンプ装置の信頼性が向上する。さらに斜流羽根車または軸流羽根車の主板裏面に突出部２３を形成することができるので、このことによっても、新規な部材追加が不要になり、かつ、羽根車というケーシングのような小さな部品の内周面を加工することになるので、環状の突出部２３内周面の加工精度を容易に高められ、ポンプ装置の信頼性が向上する。
【００２９】
前記実施形態では、環状の突出部２３の内周面２３ａを変位拘束面２２と対向させた構成で説明しているが、図４に示すように、環状の突出部２３の内周面２３ａを、吐出しボウル５における内周側筒体５ａの下端部に形成した環状の下向き延出部５ｂの外周面と対向させ、この外周面を変位拘束面２２とした構成であってもよい。
また、前記実施形態では、環状の突出部２３の内周面２３ａと変位拘束面２２の半径方向隙間Ｓ3は予め設定されているが、図２のＡ−Ａ線断面を図示した図５に示すように、隙間調整手段を備えることにより、半径方向隙間Ｓ3を調整できるようにしてもよい。隙間調整手段は、例えば複数のねじ（図５に示された隙間調整手段では４個のねじが用いられているが、本発明の隙間調整手段で用いられるねじの４個に限定されず、半径方向隙間を円周方向にわたって所定の間隔に保つことができるような個数であれば良い）を用いて、ねじ固定用のナット２４にねじ込んだねじ軸部２５それぞれを、突出部２３の円周方向等間隔かつ外周面から内周面への半径方向に設けた複数のねじ穴から内周面側に突出させ、突出したそれぞれのねじ軸部の先端位置を変位拘束面２２に当接させることによってＳ3を調整するように構成してもよい。ねじによる調整に代えてスペーサ（板材）を挿入することによってＳ3を調整できるようにしてもよい。さらに前記各実施形態では突出部の変位拘束面と対向する面又は変位拘束面の少なくともいずれか一方を円筒面とする例を示したがこれに限定されるものではなく、回転面であれば主軸に対して傾きを持った円錐面や曲面であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るポンプ装置の実施形態である立軸ポンプの縦断面図である。
【図２】要部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】セラミックス軸受の一例を示す半截断面図である。
【図４】本発明に係るポンプ装置の変形例を示す図２に相当する縦断面図である。
【図５】本発明に係るポンプ装置の隙間調整手段を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】従来の立軸ポンプの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  立軸ポンプ（ポンプ装置）
２  主軸
３  羽根車
８  ケーシング
９  下部軸受（セラミックス軸受）
１９  緩衝材（緩衝機構）
２０  下部軸受支持部材（軸受固定部材）
２２  変位拘束面
２３  環状の突出部（突出部）
Ｓ1  主軸と軸受の間の半径方向隙間
Ｓ2  緩衝機構が機能する限界の許容半径方向変位
Ｓ3  突出部と変位拘束面の半径方向隙間
【図１】
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【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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